JP6324512B2 - 高強度冷延鋼板、高強度めっき鋼板及びこれらの製造方法 - Google Patents
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Description
0.05[%C]−2.6[%Si]+1.2[%Mn]+2.6[%Mo]+[%Cr]≧3.15 (1)
(1)式における、[%C]、[%Si]、[%Mn]、[%Mo]および[%Cr]はそれぞれ質量%でのC、Si、Mn、MoおよびCr含有量を表す。
L1≧0.2×L2 (2)
(2)式における、L1は連結するマルテンサイト粒間の粒界の長さを表し、L2は連結するマルテンサイト粒のうち粒径の大きいマルテンサイト粒の周長を表す。
成分組成
本発明の高強度冷延鋼板は、質量%で、C:0.07%以上0.17%以下、Si:0.3%未満、Mn:2.2%以上3.0%以下、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Al:0.08%以下、N:0.0060%以下、Mo:0.07%以上0.50%以下、Cr:0.001%以上0.4%以下を含有する。以下の各成分の説明において「%」は「質量%」を意味する。
Cはマルテンサイトを硬化させ、実質的に鋼板の高強度化に寄与する元素である。本発明で求める引張強さ:980MPa以上を得るには、C含有量は0.07%以上にする必要がある。一方で、C含有量が0.17%を超えると、マルテンサイト相の面積率が過度に増大してしまい、フェライト相の加工硬化を活用することができなくなり、延性および曲げ性が低下する。したがって、C含有量は0.07%以上0.17%以下とする。下限について望ましいC含有量は0.08%以上であり、上限について望ましいC含有量は0.15%以下である。
Siはフェライト相を生成させやすくする元素である。Si含有量が過剰になると、焼鈍中に粗大なフェライト粒が残存し、微細かつ整粒なフェライト相が得られなくなり、曲げ性が低下する。そのため、本発明ではSi含有量を0.3%未満とする必要がある。望ましいSi含有量は0.25%以下である。下限は特に定めないが、0.01%のSiは不可避的に鋼中に混入する場合がある。
Mnは、焼鈍中の鋼組織に含まれる粗大なフェライト粒を除去し、焼入性を高めて滞留過程で微細フェライト粒を生成させるために有効な元素である。一方で、過度に含有させると冷却および保持過程でフェライト相生成が阻害され、延性および曲げ性が低下する。以上の観点から、Mn含有量は2.2%以上3.0%以下とした。下限について好ましいMn含有量は2.3%以上であり、上限について好ましいMn含有量は2.8%以下である。
Pは、粒界に偏析することで曲げ加工時に粒界割れの要因となるため、P含有量は極力低減することが好ましい。本発明ではP含有量が0.03%以下まで許容できる。好ましいP含有量は0.02%以下である。P含有量は極力低減する方が望ましいが、製造上、0.001%は不可避的に混入する場合がある。
Sは、鋼中でMnSなどの介在物として存在する。この介在物は、圧延により楔状に伸展した介在物となり、曲げ性に著しい悪影響をもたらす。したがって、本発明では、S含有量を極力低減することが好ましく、0.005%以下とする。好ましいS含有量は0.003%以下である。S含有量は極力低減する方が望ましいが、製造上、0.0001%は不可避的に混入する場合がある。
Alを製鋼の段階で脱酸剤として添加する場合、Al含有量が0.02%以上であることが好ましい。一方で、Al含有量が0.08%を超えるとアルミナなどの介在物の影響により曲げ性への悪影響が顕在化する。したがって、Al含有量は0.08%以下とする。好ましくは0.07%以下である。
耐時効性に対し、Nは悪影響をもたらす。N含有量が0.0060%を上回ると、延性および曲げ性への経時劣化の影響が無視できなくなる。このため、N含有量上限は0.0060%とした。好ましいN含有量は0.0050%以下である。
MoはMnと同様、焼入性を高め微細かつ整粒なフェライト相を生成させるために有効な元素である。この効果を得るには、Mo含有量が少なくとも0.07%である必要がある。一方で、Mo含有量が0.50%を上回るとマルテンサイト相の面積率が本発明で求める範囲から逸脱するため、延性および曲げ性が低下する。以上から、Mo含有量は0.07%以上0.50%以下とした。下限について好ましいMo含有量は0.07%以上であり、上限について好ましいMo含有量は0.30%以下である。
CrもMnおよびMoと同様に焼入性を高める効果がある元素である。この効果を得るには、Cr含有量が少なくとも0.001%である必要がある。一方で、Cr含有量が0.4%を超えると鋼板の表面特性に悪影響をもたらし、化成処理性やめっき品質が低下する。そこで、Cr含有量は0.001%以上0.4%以下とした。下限について好ましいCr含有量は0.005%以上であり、上限について好ましいCr含有量は0.3%以下である。
0.05[%C]−2.6[%Si]+1.2[%Mn]+2.6[%Mo]+[%Cr]≧3.15 (1)
(1)式における、[%C]、[%Si]、[%Mn]、[%Mo]および[%Cr]はそれぞれ質量%でのC、Si、Mn、MoおよびCr含有量を表す。
上記の元素は主に析出物として微細に分散するため、鋼板の高強度化に寄与する元素である。一方で、これらの元素を過度に含有させた場合は、スラブ加熱時に溶解せず粗大な炭化物として残存する。粗大な炭化物は曲げ性に悪影響をもたらす。以上の観点から、V含有量は0.001%以上0.3%以下、Ti含有量は0.001%以上0.1%以下、Nb含有量は0.001%以上0.08%以下とした。
本発明の高強度冷延鋼板の鋼組織は、フェライト相の面積率が30%以上70%以下、マルテンサイト相の面積率が30%以上70%以下であり、フェライト粒の平均粒径(フェライト平均粒径という場合がある。)が3.5μm以下、フェライト粒の粒径の標準偏差が1.5μm以下、フェライト粒の平均アスペクト比が1.8以下、マルテンサイト粒の平均粒径(マルテンサイト平均粒径)が3.0μm以下、マルテンサイト粒の平均アスペクト比が2.5以下であり、連結するマルテンサイト粒間の粒界の長さが(2)式を満たすマルテンサイト粒の面積率の合計がマルテンサイト相の面積率(全マルテンサイト粒の合計面積率)の10%以下である。
本発明では、フェライト相とマルテンサイト相との複合組織によってフェライト相の加工硬化上昇を実現している。この複合組織においては、フェライト相のフェライト粒の周囲にマルテンサイト粒が存在する傾向にある。この傾向にある鋼組織となることで、フェライト相を加工硬化させることができる。フェライト相およびマルテンサイト相のいずれかの組織の面積率が過度に大きくなると目的の組織が得られなくなる。この観点から、フェライト相の面積率が30%以上70%以下、マルテンサイト相の面積率が30%以上70%以下とする。下限について、好ましいフェライト相の面積率が35%以上であり、上限について好ましいフェライト相の面積率は65%以下である。また、下限について好ましいマルテンサイト相の面積率が35%以上であり、上限について好ましいマルテンサイト相の面積率は65%以下である。
フェライト粒が粗大もしくは混粒した状態であると、全てのフェライト粒が均一に加工硬化されなくなる。さらに、フェライト粒が伸展した形状であっても加工硬化挙動に悪影響をもたらすため、加工硬化指数が高い鋼組織を得るには、微細で粒径にばらつきがない等軸のフェライト粒とする必要がある。そのため、フェライト粒の平均粒径が3.5μm以下、かつフェライト粒径の標準偏差およびフェライト粒の平均アスペクト比がそれぞれ1.5μm以下および1.8以下とした。好ましくは、フェライト粒の平均粒径が3.0μm以下、かつフェライト粒径の標準偏差およびフェライト粒の平均アスペクト比がそれぞれ1.0μm以下および1.5以下である。本発明で定義する混粒とは、平均アスペクト比が1.8より大きくフェライト粒径にばらつきがある(フェライト粒径の標準偏差が1.5μm超え)結晶粒群を指す。また、整粒は上記平均アスペクト比が1.8以下、標準偏差が1.5μm以下であることを指す。
上記の通り、多くのフェライト粒がマルテンサイト粒と接触した状態にすることでフェライト相の高い加工硬化を得ることができる。そのため、存在するマルテンサイト粒が粗大であった場合は、マルテンサイト粒の分布が局在化するため、所望の組織が得られない。また、微細なマルテンサイト粒が分散したマルテンサイト相としてもマルテンサイト粒同士が連結した状態であると加工硬化が低下する。そのため、微細なマルテンサイトであるためにマルテンサイト粒の平均粒径を3.0μm以下に限定する。また、マルテンサイト粒同士が連結した状態にほとんどならないことを特定するために、連結するマルテンサイト粒間の粒界の長さが下記(2)式を満たすマルテンサイト粒の合計面積率のマルテンサイト相の面積率に対する割合を10%以下、マルテンサイト粒の平均アスペクト比を2.5以下とする。好ましくは、上記平均粒径が2.5μm以下、上記割合が5%以下、上記平均アスペクト比が2.0以下である。
L1≧0.2×L2 (2)
(2)式における、L1は連結するマルテンサイト粒間の粒界の長さを表し、L2は連結するマルテンサイト粒のうち粒径の大きいマルテンサイト粒の周長を表す。
次に、本発明の鋼板の製造方法について説明する。
熱間圧延工程とは、上記成分組成を有する鋼素材を、1050℃以上1300℃以下に加熱し、800℃以上の仕上げ圧延温度で仕上げ圧延終了後、500℃以上700℃以下で巻き取る工程である。
冷間圧延工程とは、上記熱間圧延工程後に熱延板を冷間圧延する工程である。冷間圧延の条件は特に限定されず、圧下率が30〜80%であることが好ましい。
本発明の製造方法においては、冷間圧延工程後に行われる第一焼鈍工程、該第一焼鈍工程後に行われる第二焼鈍工程の2回の焼鈍を行う。先ず、本発明において2回の焼鈍が必須である理由を説明する。
本発明の高強度めっき鋼板は、上記高強度冷延鋼板上にめっき層が形成されたものである。めっき層は一般的なものであればよく、その成分組成は、質量%で、Fe:20.0%以下、Al:0.001%以上1.0%以下を含有し、さらに、Pb、Sb、Si、Sn、Mg、Mn、Ni、Cr、Co、Ca、Cu、Li、Ti、Be、Bi及びREMから選択する1種または2種以上を合計で0%以上3.5%以下含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなる成分組成である。このめっき層は合金化処理されたものであってもよい。なお、めっき層が溶融めっき層の場合にはFe含有量が5.0%未満であり、合金化溶融めっき層の場合にはFe含有量が5.0%以上20.0%以下である。
各相の面積率は以下の手法により評価した。およそ1000mの冷延鋼板、めっき鋼板から、コイル長手方向に対し50m間隔で20個のサンプルを採取した。圧延方向に平行な断面が観察面となるよう切り出し、板厚中心部を1%ナイタールで腐食現出し、走査型電子顕微鏡で2000倍に拡大して板厚1/4t部(鋼板表面から板厚方向に1/4tの位置(tは板厚))を10視野分撮影した。フェライト相は粒内に腐食痕やセメンタイトが観察されない形態を有する組織であり、マルテンサイト相は粒内に炭化物が認められず、フェライト相よりも白いコントラストで観察される組織である。観察視野面積に対し、求める相が占める面積を各相の面積率とし、画像解析により求めた。また、この画像解析で、フェライト粒およびマルテンサイト粒の円相当径から求めた平均粒径、フェライト粒の標準偏差、フェライト粒およびマルテンサイト粒の平均アスペクト比も求めた。アスペクト比は圧延方向の結晶粒の長さを板厚方向の結晶粒の長さで割った商とした。また、この画像解析で、連結するマルテンサイト粒を確認し、該マルテンサイト粒を対象に、それぞれのマルテンサイト粒の周長を求め、長い方の周長をL2とし、粒界の長さL1が周長に対し20%以上であった連結マルテンサイト粒の面積率の合計を求め、視野に占める全マルテンサイトの面積率から割り付けた。表3では、この面積率を“連結マルテンサイト面積率”とした。
得られた冷延鋼板、めっき鋼板から圧延方向に対して垂直方向にJIS5号引張試験片を作製し、JIS Z 2241(2011)の規定に準拠した引張試験を5回行い、引張強さ、降伏強さ、伸び、均一伸び、加工硬化指数(n値)を求めた。引張試験のクロスヘッドスピードは10mm/minとした。加工硬化指数はJIS Z 2253(1996)で定める方法に従って求められる値であり、真ひずみ域が0.02から0.05から求めた。
冷延鋼板、めっき鋼板の長手方向に対し100m間隔で鋼板片を切り出し、圧延方向に対して垂直方向が試験片の長手方向となるようにJIS Z2248に記載の3号試験片を採取し、Vブロック法で曲げ試験を行った。曲げ稜線に割れが認められたときの押しつけ金具先端の半径(R(mm))を板厚(t(mm))で割ることにより限界曲げ半径(R/t)を求めた。全てのサンプルに対し、R/tが3.0以下であれば本発明で求める範囲として、表3では“○”と評価した。
Claims (7)
- 質量%で、C:0.07%以上0.17%以下、Si:0.3%未満、Mn:2.2%以上3.0%以下、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Al:0.08%以下、N:0.0060%以下、Mo:0.07%以上0.50%以下、Cr:0.001%以上0.4%以下を含有し、下記(1)式を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成と、
フェライト相の面積率が49%以上65%以下、マルテンサイト相の面積率が35%以上51%以下であり、フェライト粒の平均粒径が3.5μm以下、フェライト粒の粒径の標準偏差が1.5μm以下、フェライト粒の平均アスペクト比が1.8以下、マルテンサイト粒の平均粒径が3.0μm以下、マルテンサイト粒の平均アスペクト比が2.5以下であり、連結するマルテンサイト粒間の粒界の長さが下記(2)式を満たすマルテンサイト粒の面積率の合計がマルテンサイト相の面積率の10%以下である鋼組織と、を有し、
引張強さが980MPa以上であり、
下記の測定方法で測定した限界曲げ半径(R/t)が3.0以下である高強度冷延鋼板。
0.05[%C]−2.6[%Si]+1.2[%Mn]+2.6[%Mo]+[%Cr]≧3.15 (1)
(1)式における、[%C]、[%Si]、[%Mn]、[%Mo]および[%Cr]はそれぞれ質量%でのC、Si、Mn、MoおよびCr含有量を表す。
L1≧0.2×L2 (2)
(2)式における、L1は連結するマルテンサイト粒間の粒界の長さを表し、L2は連結するマルテンサイト粒のうち粒径の大きいマルテンサイト粒の周長を表す。
(測定方法)
鋼板の長手方向に対し100m間隔で鋼板片を切り出し、圧延方向に対して垂直方向が試験片の長手方向となるようにJIS Z2248に記載の3号試験片を採取し、Vブロック法で曲げ試験を行う。曲げ稜線に割れが認められたときの押しつけ金具先端の半径(R(mm))を板厚(t(mm))で割ることにより限界曲げ半径(R/t)を求める。 - 前記成分組成は、さらに、質量%で、V:0.001%以上0.3%以下、Ti:0.001%以上0.1%以下、Nb:0.001%以上0.08%以下の1種または2種以上を含有する請求項1に記載の高強度冷延鋼板。
- 請求項1または2に記載の高強度冷延鋼板と、
前記高強度冷延鋼板上に形成された、質量%で、Fe:20.0%以下、Al:0.001%以上1.0%以下を含有し、さらに、Pb、Sb、Si、Sn、Mg、Mn、Ni、Cr、Co、Ca、Cu、Li、Ti、Be、Bi及びREMから選択する1種または2種以上を合計で0%以上3.5%以下含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなる成分組成のめっき層と、有する高強度めっき鋼板。 - 請求項3に記載の高強度めっき鋼板の前記めっき層が、溶融めっき層又は合金化溶融めっき層である高強度めっき鋼板。
- 請求項1又は2に記載の高強度冷延鋼板の製造方法であって、
請求項1又は2に記載の成分組成を有する鋼素材を、1050℃以上1300℃以下に加熱し、800℃以上の仕上げ圧延温度で仕上げ圧延終了後、500℃以上700℃以下で巻き取る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程後に熱延板を冷間圧延する冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程後の冷延板を100℃から825℃以上の最高到達温度までの平均加熱速度が1.5℃/s以上の条件で加熱し、最高到達温度まで加熱された冷延板を560℃までの平均冷却速度が12℃/s以上の条件で冷却し、200℃以上520℃以下の温度域に滞留される時間を30秒以上とする第一焼鈍工程と、
前記第一焼鈍工程後の焼鈍板を720℃以上820℃以下の最高到達温度まで加熱し、最高到達温度まで加熱された焼鈍板を560℃までの平均冷却速度が12℃/s以上の条件で冷却し、200℃以上500℃以下の温度域に滞留される時間を75秒以下とする第二焼鈍工程と、を有する高強度冷延鋼板の製造方法。 - 請求項5に記載の製造方法で製造された高強度冷延鋼板上に、質量%で、Fe:20.0%以下、Al:0.001%以上1.0%以下を含有し、さらにPb、Sb、Si、Sn、Mg、Mn、Ni、Cr、Co、Ca、Cu、Li、Ti、Be、Bi及びREMから選択する1種または2種以上を合計で0%以上3.5%以下を含有し、残部がZn及び不可避不純物からなるめっき層を形成するめっき工程を有する高強度めっき鋼板の製造方法。
- 前記めっき層が溶融めっき層又は合金化溶融めっき層である請求項6に記載の高強度めっき鋼板の製造方法。
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