JP6280029B2 - 高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
質量%で、
C :0.12〜0.40%、
Si:0%以上、0.6%以下、
Mn:0%超、1.5%以下、
Al:0%超、0.15%以下、
N :0%超、0.01%以下、
P :0%超、0.02%以下、
S :0%超、0.01%以下を満たし、
マルテンサイト単相組織を有し、KAM値(Kernel Average Misorientation値)が1°以上の値を持つ領域が50%以上占め、表面から板厚の1/4深さ位置までの表層領域での最大引張り残留応力が80MPa以下であるところに特徴がある。
Cは、鋼板の焼入れ性を高めて高強度を確保するのに必要な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Cは0.12%以上含有させる必要がある。C含有量は、好ましくは0.15%以上、より好ましくは0.20%以上である。しかしながら、C含有量が過剰になると、溶接性が悪化する。よって、C含有量は0.40%以下とする必要がある。好ましくは0.36%以下であり、より好ましくは0.33%以下、更に好ましくは0.30%以下である。
Siは、焼戻し軟化抵抗を高くするのに有効な元素であり、また固溶強化による強度向上にも有効な元素である。これらの効果を発揮させる観点からは、Siは0.02%以上含有させることが好ましい。しかしながら、Siはフェライト生成元素であるため、過剰に含有されると、焼入れ性が損なわれて高強度を確保することが難しくなる。よってSi含有量は0.6%以下とする。好ましくは0.5%以下であり、より好ましくは0.3%以下、更に好ましくは0.1%以下、より更に好ましくは0.05%以下である。
Mnは、焼入れ性を向上させて強度を高めるのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、0.1%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.5%以上、更に好ましくは0.8%以上である。しかしながら、Mn含有量が過剰になると、耐遅れ破壊性、溶接性が悪化する。よって、Mn含有量は1.5%以下とする必要がある。Mn含有量の上限は、好ましくは1.3%以下であり、より好ましくは1.1%以下である。
Alは、脱酸剤として添加される元素であり、また鋼の耐食性を向上させる効果もある。これらの効果を十分発揮させるには、0.040%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.060%以上である。しかしながら、Alが過剰に含有されると、介在物が多量に生成して表面疵の原因となるので、その上限を0.15%以下とする。好ましくは0.14%以下であり、より好ましくは0.10%以下、更に好ましくは0.07%以下である。
N含有量が過剰であると、窒化物の析出量が増大し、靭性に悪影響を与える。よってN含有量は、0.01%以下とする必要がある。好ましくは0.008%以下であり、より好ましくは0.006%以下である。尚、製鋼上のコスト等を考慮すると、N含有量は通常0.001%以上となる。
Pは、鋼を強化する作用を有するが、過剰に含有されると脆性により延性を低下させるので、0.02%以下に抑える必要がある。好ましくは0.01%以下であり、より好ましくは0.006%以下である。尚、Pによる強化効果を実現するためには、0.001%以上含有させることが好ましい。
Sは、硫化物系の介在物を生成し、鋼板母材の加工性、溶接性を劣化させるため、少ないほどよく、本発明では0.01%以下に抑える必要がある。好ましくは0.005%以下であり、より好ましくは0.003%以下である。
Crは、焼入れ性向上により強度を高めるのに有効な元素である。またCrは、マルテンサイト組織鋼の焼戻し軟化抵抗を高めるのに有効な元素である。これらの効果を十分に発揮させるには、0.01%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.05%以上である。しかしながら、Crが過剰に含有されると、耐遅れ破壊性を劣化させるため、上限は1.0%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.7%以下である。
Cu、Niは、耐食性向上により耐遅れ破壊性を向上させるのに有効な元素である。こうした効果を十分発揮させるには、いずれも0.01%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.05%以上である。しかしながら、これらの元素が過剰に含有されると延性や母材の加工性が低下するため、いずれも0.5%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.4%以下である。
Tiは、TiNとしてNを固定することで、Bと複合添加した際にBの焼入れ性を最大限に引き出すのに有効に作用する。またTiは、耐食性の向上や、TiCの析出により耐遅れ破壊性を向上させるのに有効な元素でもある。これらの効果を十分に発揮させるためには、0.01%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.03%以上であり、更に好ましくは0.05%以上である。しかしながら、Tiが過剰に含有されると、延性や鋼板母材の加工性が劣化するため、上限は0.2%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.15%以下であり、更に好ましくは0.10%以下である。
V、Nbは、いずれも強度の向上、およびオーステナイト結晶粒の微細化による焼入れ後の靭性改善に有効な元素である。これらの効果を十分に発揮させるには、V、Nbはいずれも0.003%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.02%以上である。しかしながら、これらの元素が過剰に含有されると、炭窒化物などの析出が増大し、母材の加工性が低下する。よって、V、Nbのいずれの場合も、0.1%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.05%以下である。
Caは、Ca含有介在物を形成してこの介在物が水素をトラップし、耐遅れ破壊性を改善する上で有効な元素である。こうした効果を十分発揮させるには、0.001%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.0015%以上である。しかしながら、Caが過剰に含有されると、加工性が劣化するため、0.005%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.003%以下である。
Ac3(℃)=910−203×[C]1/2−15.2×[Ni]+44.7×[Si]+104×[V]+31.5×[Mo]+13.1×[W]−30×[Mn]−11×[Cr]−20×[Cu]+700×[P]+400×[Al]+120×[As]+400×[Ti] …(1)
但し、[C],[Ni],[Si],[V],[Mo],[W],[Mn],[Cr],[Cu],[P],[Al],[As]および[Ti]は、夫々C,Ni,Si,V,Mo,W,Mn,Cr,Cu,P,Al,AsおよびTiの質量%での含有量を示す。また、上記(1)式の各項に示された元素が含まれない場合は、その項がないものとして計算する。
好ましい上限は950℃以下である。また急冷時の平均冷却速度は70℃/秒以上であることが好ましいが、100℃/秒以下であってもよい。
伸び率(%)=[(V0−Vi)/Vi]×100 …(2)
但し、V0:レベラー出側通板速度(単位:m/秒)、Vi:レベラー入側通板速度(単位:m/秒)、を夫々示す。
加熱温度:1250℃
仕上げ圧延温度:880℃
巻取り温度:700℃
仕上げ厚さ:2.3〜2.8mm
レベラー矯正の条件
WR径=50mm
WR配置:上側に9本、下側に10本
WRのピッチ=55mm
インターメッシュ:入側=−3.74mm、出側=−1.18mm
張力:入側=1.0〜1.7kgf/mm2(9.8〜16.7MPa)、出側=2.0〜2.3kgf/mm2(19.6〜22.5MPa)
1.0mm×20mm×20mmの試験片の圧延方向と平行な断面を研磨し、ナイタール腐食を行なった後に、板厚の1/4の部分について1000倍で走査型電子顕微鏡(SEM;Scanning Electron Microscope)にて観察を行なった。
引張強度TS(Tensile Strength)は、鋼板の圧延方向に垂直な方向が長手方向となるようにJIS5号引張試験片を鋼板から採取し、JIS Z 2241:2011に規定の方法に従って測定した。そして、引張強度TSが1180MPa以上のものを高強度であると評価した。その結果を下記表4、5に示す。表4、5には、参考のため、鋼板の降伏強度YP(Yield Point)、伸びEL(Elongation)も示している。
板厚の1/2位置まで機械研削した後にバフ研磨により鏡面仕上げした試料を70°傾斜させた状態で、SEMにて、測定点の間隔として1ステップ0.25μmとし、100μm×100μmの領域の電子線後方散乱回折像(EBSD像;Electron Backscatter Diffraction像)を測定し、解析ソフトとしてテクセムラボラトリーズ社製OTMシステムを用いて、各測定点におけるKAM値を求め、KAM値が1°以上となる領域の割合、即ち全測定点に対するKAM値が1°以上となる測定点の割合を計算した。
各冷延鋼板CRを、圧延方向に垂直な方向:60mm×圧延方向:10mmで板厚が1.0mmのサイズにシャー切断し、鋼板の片面側、即ち腐食面の反対側の面の中央部に歪みゲージを、圧延方向と垂直な方向に平行となるように貼り付け、フロンマスクで腐食面以外の全面をコーティングする。このとき、フロンマスクのコーティングは、歪みゲージのリード線にも施した。その後、試験片を腐食液につけ、徐々に板厚を薄くする。この際に開放される歪みを5分ごとに測定する。
コーティング材:フロンマスク(腐食面以外の全面をコーティング)
腐食液:水750mL、HF37.5mL、H2O2750mL
腐食方法:マグネットスターラで腐食液を常に攪拌しながら15時間腐食する。また腐食液容器を氷水につけ、10〜20℃の温度範囲内で、一定温度を保つよう温度管理する。
x=位置を表す変数で、腐食前の板表面から測定位置までを表している。
上記冷延鋼板CRを、60℃の亜鉛めっき浴に浸漬し、電気めっき処理を電流密度:40A/dm2で施した後、水洗、乾燥して電気亜鉛めっき鋼板EGを得た。
焼鈍処理およびレベラー矯正を行なった後の冷延鋼板CR、および上記のようにして作製した電気亜鉛めっき鋼板EGを、圧延方向に垂直な方向:40mm×圧延方向:30mmのサイズにシャー切断機により切断し、試験片とした。切断のクリアランスは10%とした。
上記切断した試験片の圧延方向に垂直な方向の端面において、この切断端面から50μmまでの断面を観察するために研磨およびナイタール腐食を行なった。切断端面(「シャー破面」とも呼ばれる)から50μmまでの側方断面における板厚方向の全領域を、SEMにて3000倍で観察し、2μm以上の亀裂の亀裂数を測定した。n=3の平均値を測定値とした。切断時に導入される亀裂数を測定するときの観察領域を、図2の概略説明図に示す。
上記切断した試験片を、0.1N、5%、または10%の塩酸中に24時間浸漬した。試験片は各条件につきn=3浸漬し、圧延方向に垂直な端面のみ評価した。尚、1つの試験片につき端面は2つあるため、塩酸浸漬1条件につきn=6の評価を行なった。このときの評価は、切断端面を肉眼若しくはマイクロスコープで観察し、200μm以上の亀裂が発生しなかったものを遅れ破壊が発生しなかったものとし、切断端面の遅れ破壊未発生率(=遅れ破壊未発生試験片/全試験片×100)を算出した。
焼鈍した後の鋼板を、圧延方向に垂直な方向:150mm×圧延方向:30mmのサイズに、シャー切断機を使用してクリアランス=10%で切断し、曲げ半径Rを10mmとしてU曲げ加工を施してTSと同等の応力負荷を行なった。
上記U曲げ−応力負荷した試験片を、0.1N、5%、または10%の塩酸に200時間浸漬した。試験片は各条件n=18回浸漬した。亀裂が発生しなかったものを遅れ破壊が発生しなかったものとし、鋼板母材の遅れ破壊未発生率(=遅れ破壊未発生試験片/全試験片×100)を算出した。また、矯正手段による鋼板母材の遅れ破壊性を評価するため、「矯正無し」のときと遅れ破壊未発生率の差を算出した。遅れ破壊未発生率の差が10%以下のものを、鋼板母材の耐遅れ破壊性が良好と判断し、後記表4〜7の判定欄に「O.K」と表記した。また上記の基準に満たないものを、鋼板母材の耐遅れ破壊性が不良と判断し、後記表4〜7の判定欄に「N.G」と表記した。
切断端面の耐遅れ破壊性が劣化している。但し、劣化後でも、切断端面の耐遅れ破壊性は一定のレベルを保っている。その理由は、試験No.19は鋼種Hを用いており、Cuの添加量が比較的多いためであると考えられる。また試験No.22は鋼種Iを用いており、Niの添加量が比較的多いためであると考えられる。試験No.38は鋼種Pを用いており、TiおよびCaの添加量が比較的多いためだと考えられる。試験No.43は鋼種Rを、No.48は鋼種Tを夫々用いており、Cu、Ni、Ca等の添加量が比較的多いためであると考えられる。
Claims (9)
- 質量%で、
C :0.12〜0.40%、
Si:0%以上、0.6%以下、
Mn:0%超、1.5%以下、
Al:0%超、0.15%以下、
N :0%超、0.01%以下、
P :0%超、0.02%以下、
S :0%超、0.01%以下を満たし、
マルテンサイト単相組織を有し、KAM値(Kernel Average Misorientation値)が1°以上の値を持つ領域が50%以上占め、表面から板厚の1/4深さ位置までの表層領域での最大引張り残留応力が80MPa以下である高強度鋼板。 - 更に、Cr:0%超、1.0%以下およびB:0%超、0.01%以下の少なくとも1種を含む請求項1に記載の高強度鋼板。
- 更に、Cu:0%超、0.5%以下およびNi:0%超、0.5%以下の少なくとも1種を含む請求項1または2に記載の高強度鋼板。
- 更に、Ti:0%超、0.2%以下を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の高強度鋼板。
- 更に、V:0%超、0.1%以下およびNb:0%超、0.1%以下の少なくとも1種を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の高強度鋼板。
- 更に、Ca:0%超、0.005%以下を含有する請求項1〜5のいずれかに記載の高強度鋼板。
- 鋼板表面に亜鉛めっき層を形成した亜鉛めっき鋼板である請求項1〜6のいずれかに記載の高強度鋼板。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の化学成分組成を満たす鋼板を、Ac3変態点以上、950℃以下の温度域に加熱し、該温度域で30秒以上保持した後、600℃以上の温度域から焼入れを行ない、350℃以下で30秒以上の焼戻し処理を行なった後、レベラーにより矯正を行なう請求項1〜6のいずれかに記載の高強度鋼板の製造方法。
- レベラーによる矯正を行なうときの伸び率が0.5%以上、1.8%以下である請求項8に記載の製造方法。
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