JP6399201B2 - 熱延鋼板 - Google Patents
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Description
質量%で、
C :0.010%〜0.100%、
Si:0.30%以下、
Mn:0.40%〜3.00%、
P :0.100%以下、
S :0.030%以下、
Al:0.010%〜0.500%、
N :0.0100%以下、
Cr:0.05%〜1.00%、
Nb:0.003%〜0.050%、
Ti:0.003%〜0.200%、
Cu:0.0%〜1.2%、
Ni:0.0%〜0.6%、
Mo:0.00%〜1.00%、
V :0.00%〜0.20%、
Ca:0.0000%〜0.0050%、
REM:0.0000%〜0.0200%、
B :0.0000%〜0.0020%、かつ
残部:Fe及び不純物
で表される化学組成を有し、
下記(1)式及び(2)式の関係が満たされ、
0.005≦[Si]/[Cr]≦2.000 ・・・(1)式
0.5≦[Mn]/[Cr]≦20.0 ・・・(2)式
(上記式中の[Si]、[Cr]及び[Mn]は、それぞれの元素の含有量(質量%)を意味する。)
方位差が15°以上の粒界によって囲まれ、かつ円相当径が0.3μm以上である領域を結晶粒と定義した場合に、粒内方位差が5°〜14°である結晶粒の全結晶粒に占める割合が面積率で20%以上であり、
セメンタイトの体積率:1.0%以下、
セメンタイトの平均粒径:2.00μm以下、
セメンタイトに含まれるCrの濃度:0.5質量%〜40.0質量%、
粒径が0.5μm以下、かつアスペクト比が5以下のセメンタイトの全セメンタイトに占める割合:60体積%以上、
Ti及びCrの複合炭化物の平均粒径:10.0nm以下、かつ
Ti及びCrの複合炭化物の数密度:1.0×10 13 個/mm 3 以上
で表されるミクロ組織を有することを特徴とする熱延鋼板。
前記化学組成において、
Cu:0.2%〜1.2%、
Ni:0.1%〜0.6%、
Mo:0.05%〜1.00%、若しくは
V:0.02%〜0.20%
又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする(1)に記載の熱延鋼板。
前記化学組成において、
Ca:0.0005%〜0.0050%、若しくは
REM:0.0005%〜0.0200%
又はこれらの両方が満たされることを特徴とする(1)又は(2)に記載の熱延鋼板。
前記化学組成において、
B:0.0002%〜0.0020%
が満たされることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の熱延鋼板。
表面に亜鉛めっき膜を有することを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の熱延鋼板。
Cは、Nb、Ti等と結合して鋼板中で析出物を形成し、析出強化により強度向上に寄与する。また固溶Cとして粒界に存在することで粒界を強化し、耐はがれ性の向上に寄与する。C含有量が0.010%未満では、上記作用による効果が十分には得られない。このため、C含有量は0.010%以上とし、好ましくは0.030%以上、より好ましくは0.040%以上とする。C含有量が0.100%超では、穴広げ加工時の割れの起点となる鉄系炭化物が増加し、穴広げ値が劣化する。このため、C含有量は0.100%以下とし、好ましくは0.080%以下とし、より好ましくは0.070%以下とする。
Siは、材料組織中におけるセメンタイト等の鉄系炭化物の析出を抑制し、延性及び穴広げ性の向上に寄与する効果を有するが、その含有量が過剰な場合、高温域でフェライト変態が生じやすくなり、これに伴い高温域でTiを含む炭化物が析出しやすくなる。高温域での炭化物の析出は、析出量のばらつきを生じやすく、結果として強度や穴広げ性等の材質変動をもたらす。また、高温域での炭化物の析出は、粒界の固溶C量を減少させ、耐はがれ性を劣化させる。このような現象は、Si含有量が0.30%超で顕著である。このため、Si含有量は0.30%以下とし、好ましくは0.10%以下、より好ましくは0.08%以下とする。Si含有量の下限は特に限定されないが、ウロコ、紡錘スケールといったスケール系欠陥の発生の抑制の観点から、Si含有量は好ましくは0.01%以上とし、より好ましくは0.03%以上とする。
Mnは、固溶強化及び焼入れ強化により強度向上に寄与する。また比較的低温でパラ平衡状態での変態を促進することで、粒内方位差が5°〜14°である結晶粒を生成しやすくする。Mn含有量が0.40%未満では、上記作用による効果が十分には得られない。このため、Mn含有量は0.40%以上とし、好ましくは0.50%以上とし、より好ましくは0.60%以上とする。Mn含有量が3.00%超では、上記作用による効果が飽和するばかりでなく、過度に焼入れ性が高まり穴広げ性に優れる連続冷却変態組織の形成が困難となる。このため、Mn含有量は3.00%以下とし、好ましくは2.40%以下、より好ましくは2.00%以下とする。
Pは、必須元素ではなく、例えば鋼板中に不純物として含有される。Pは粒界に偏析し、P含有量が高いほど、靭性が低くなる。このため、P含有量は低ければ低いほどよい。特にP含有量が0.100%超で、加工性及び溶接性の低下が顕著となる。従って、P含有量は0.100%以下とする。穴広げ性及び溶接性の向上の観点から、P含有量は好ましくは0.050%以下とし、より好ましくは0.030%以下とする。なお、P含有量の低減には時間及びコストがかかり、0.005%未満まで低減しようとすると、時間及びコストが著しく上昇する。このため、P含有量は0.005%以上としてもよい。
Sは、必須元素ではなく、例えば鋼板中に不純物として含有される。Sは、熱間圧延時の割れを引き起こしたり、穴広げ性を劣化させるA系介在物を生成させたりする。このため、S含有量は低ければ低いほどよい。特にS含有量が0.030%超で、悪影響が顕著となる。従って、S含有量は0.030%以下とする。穴広げ性の向上の観点から、S含有量は好ましくは0.010%以下とし、より好ましくは0.005%以下とする。なお、S含有量の低減には時間及びコストがかかり、0.001%未満まで低減しようとすると、時間及びコストが著しく上昇する。このため、S含有量は0.001%以上としてもよい。
Alは、製鋼段階で脱酸剤として作用する。Al含有量が0.010%未満では、上記作用による効果が十分には得られない。このため、Al含有量は0.010%以上とし、好ましくは0.020%以上、より好ましくは0.025%以上とする。Al含有量が0.500%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが高くなる。このため、Al含有量は0.500%以下とする。また、Al含有量が0.100%超では、非金属介在物が増大し、延性及び靭性が劣化することがある。このため、Al含有量は好ましくは0.100%以下とし、より好ましくは0.050%以下とする。
Nは、必須元素ではなく、例えば鋼板中に不純物として含有される。Nは、Ti、Nb等と化合して窒化物を形成する。この窒化物は、比較的高温で析出して粗大化しやすく、穴広げ加工時の割れの起点となる虞がある。また、この窒化物は、後述するように、Nb、Tiを炭化物として析出させるためには少ない方が好ましい。このため、N含有量は0.0100%以下とする。N含有量は好ましくは0.0060%以下、より好ましくは0.0040%以下とする。なお、N含有量の低減には時間及びコストがかかり、0.0010%未満まで低減しようとすると、時間及びコストが著しく上昇する。このため、N含有量は0.0010%以上としてもよい。
Crは、パーライト変態を抑制し、セメンタイト中に固溶してセメンタイトのサイズ、形態を制御することで穴広げ性を向上させるとともに、Tiを含む炭化物中に固溶することで析出物の数密度を増し、析出強化量を高めることができる。Cr含有量が0.05%未満では、上記作用による効果が十分には得られない。このため、Cr含有量は0.05%以上とし、好ましくは0.20%以上とし、より好ましくは0.40%以上とする。Cr含有量が1.00%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが高くなるだけでなく、化成処理性の低下が著しくなる。このため、Cr含有量は1.00%以下とする。
Nbは、圧延終了後の冷却中又は巻取り後に炭化物として微細析出し、析出強化により強度を向上させる。更に、Nbは、炭化物を形成してCを固定し、穴広げ性にとって有害であるセメンタイトの生成を抑制する。Nb含有量が0.003%未満では、上記作用による効果が十分には得られない。このため、Nb含有量は0.003%以上とし、好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.008%以上とする。Nb含有量が0.050%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが高くなるばかりでなく、析出する炭化物が増すことで粒界の固溶C量を減少させ、耐はがれ性を劣化させる場合がある。このため、Nb含有量は0.050%以下とし、好ましくは0.040%以下、より好ましくは0.020%以下とする。
Tiは、Nbと同様に、圧延終了後の冷却中又は巻取り後に炭化物として微細析出し、析出強化により強度を向上させる。更に、Tiは、炭化物を形成してCを固定し、穴広げ性にとって有害であるセメンタイトの生成を抑制する。Ti含有量が0.003%未満では、上記作用による効果が十分には得られない。このため、Ti含有量は0.003%以上とし、好ましくは0.010%以上、より好ましくは0.050%以上とする。Ti含有量が0.200%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが高くなるばかりでなく、析出する炭化物が増すことで粒界の固溶C量を減少させ、耐はがれ性を劣化させる場合がある。このため、Ti含有量は0.200%以下とし、好ましくは0.170%以下、より好ましくは0.150%以下とする。
Cu、Ni、Mo及びVは、析出強化又は固溶強化により熱延鋼板の強度を向上させる効果を有する。従って、Cu、Ni、Mo若しくはV又はこれらの任意の組み合わせが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、Cu含有量は好ましくは0.2%以上とし、Ni含有量は好ましくは0.1%以上とし、Mo含有量は好ましくは0.05%以上とし、V含有量は好ましくは0.02%以上とする。しかし、Cu含有量が1.2%超、Ni含有量が0.6%超、Mo含有量が1.00%超又はV含有量が0.20%超では、上記作用による効果が飽和して徒にコストが高くなる。このため、Cu含有量は1.2%以下とし、Ni含有量は0.6%以下とし、Mo含有量は1.00%以下とし、V含有量は0.20%以下とする。このように、Cu、Ni、Mo及びVは任意元素であり、「Cu:0.2%〜1.2%」、「Ni:0.1%〜0.6%」、「Mo:0.05%〜1.00%」、若しくは「V:0.02%〜0.20%」又はこれらの任意の組み合わせが満たされることが好ましい。
Ca及びREMは、破壊の起点となり、加工性を劣化させる原因となる非金属介在物の形態を制御し、加工性を向上させる元素である。従って、Ca若しくはREM又はこれらの両方が含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、Ca含有量は好ましくは0.0005%以上とし、REM含有量は好ましくは0.0005%以上とする。しかし、Ca含有量が0.0050%超又はREM含有量が0.0200%超では、上記作用による効果が飽和して徒にコストが高くなる。このため、Ca含有量は0.0050%以下とし、REM含有量は0.0200%以下とする。このように、Ca及びREMは任意元素であり、「Ca:0.0005%〜0.0050%」、若しくは「REM:0.0005%〜0.0200%」又はこれらの両方が満たされることが好ましい。REMはSc、Y及びランタノイド系列に属する元素の合計17元素の総称であり、「REM含有量」はこれら元素の合計の含有量を意味する。
Bは、粒界に偏析し、固溶Cとともに存在する場合、粒界強度を高める効果を有する。Bは、焼き入れ性を向上させ、穴広げ性にとって好ましいミクロ組織である連続冷却変態組織の形成を容易にする効果も有する。従って、Bが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、B含有量は好ましくは0.0002%以上とし、より好ましくは0.0010%以上とする。しかし、B含有量が0.0020%超では、スラブ割れが生じる。このため、B含有量は0.0020%以下とする。このように、Bは任意元素であり、「B:0.0002%〜0.0020%」が満たされることが好ましい。
0.005≦[Si]/[Cr]≦2.000 ・・・(1)式
0.5≦[Mn]/[Cr]≦20.0 ・・・(2)式
(上記式中の[Si]、[Cr]及び[Mn]は、それぞれの元素の含有量(質量%)を意味する。)
穴広げ値に代表される伸びフランジ加工性及びバーリング加工性は、打ち抜き加工時又はせん断加工時に発生する割れの起点となるボイドの影響を受ける。ボイドは金属組織中の硬度差の大きな場所で発生しやすく、特にセメンタイトが含まれる場合、セメンタイトと母相との界面で母相粒が過剰な応力集中を受けボイドが発生する。セメンタイトの体積率が1.0%超の場合、穴広げ性が劣化しやすい。セメンタイトの平均粒径が2.00μm超の場合も、穴広げ性が劣化しやすい。このため、セメンタイトの体積率は好ましくは1.0%以下とし、セメンタイトの平均粒径は好ましくは2.00μm以下とする。セメンタイトの体積率及び平均粒径の下限は特に限定されない。
Crはセメンタイト中に固溶してセメンタイトのサイズ及び形態を制御する。セメンタイトに含まれるCrの濃度が0.5質量%以上であると、セメンタイトは母相粒に対して相対的に小さなものとなり、変形に対する異方性が小さい。従って、力学的に応力が集中しにくく、応力集中に伴うボイドが発生しにくいため、穴広げ性が向上する。このため、セメンタイトに含まれるCrの濃度は好ましくは0.5質量%以上とする。セメンタイトに含まれるCrの濃度が40.0質量%超では、穴広げ性及び耐はがれ性を劣化させる場合がある。このため、セメンタイトに含まれるCrの濃度は好ましくは40.0質量%以下とする。
粒径が0.5μm以下、かつアスペクト比が5以下のセメンタイトの全セメンタイトに占める割合が60体積%以上であると、セメンタイトは母相粒に対して相対的に小さなものとなり、変形に対する異方性が小さい。従って、力学的に応力が集中しにくく、応力集中に伴うボイドが発生しにくいため、穴広げ性が向上する。このため、この割合は好ましくは60体積%以上とする。この割合は、全セメンタイトの総体積に対する粒径が0.5μm以下、かつアスペクト比が5以下のセメンタイトの総体積の割合とみることもできる。
Ti及びCrの複合炭化物は析出強化に寄与する。しかし、この複合炭化物の平均粒径が10.0nm超では、析出強化の効果を十分に得られないことがある。このため、この複合炭化物の平均粒径は好ましくは10.0nm以下とし、より好ましくは7.0nm以下とする。この複合炭化物の平均粒径の下限は特に限定されないが、平均粒径が0.5nm未満であると、析出強化の機構がOrowan機構からCutting機構に変わり、所望の析出強化の効果が得られない可能性がある。このため、この複合炭化物の平均粒径は好ましくは0.5nm以上とする。また、この複合炭化物の数密度が1.0×1013個/mm3未満では、十分な析出強化の効果が得られず、延性、穴広げ性、耐はがれ性を確保しながら所望の引張強度(TS)を得ることができないことがある。このため、この複合炭化物の数密度は好ましくは1.0×1013個/mm3以上とし、より好ましくは5.0×1013個/mm3以上とする。
熱間圧延工程では、上述した化学成分を有する鋼塊又は鋼片を加熱し、熱間圧延を行って熱延鋼板とする。鋼塊又は鋼片の加熱温度(スラブ加熱温度)は、下記式(3)で表される温度SRTmin℃以上1260℃以下とすることが好ましい。
SRTmin=7000/{2.75−log([Ti]×[C])}−273・・・(3)
ここで、(3)式中の[Ti]、[C]は、質量%での各元素の含有量を示す。
εeff=Σεi(t,T)・・・(4)
ここで、
εi(t,T)=εi0/exp{(t/τR)2/3}、
τR=τ0・exp(Q/RT)、
τ0=8.46×10−6、
Q=183200J、
R=8.314J/K・mol、であり、
εi0は圧下時の対数ひずみを示し、tは当該段での冷却直前までの累積時間を示し、Tは当該段での圧延温度を示す。
Ar3点(℃)=970−325×[C]+33×[Si]+287×[P]+40×[Al]−92×([Mn]+[Mo]+[Cu])−46×([Cr]+[Ni])・・・(5)
ここで、[C]、[Si]、[P]、[Al]、[Mn]、[Mo]、[Cu]、[Cr]、[Ni]は、それぞれ、C、Si、P、Al、Mn、Mo、Cu、Cr、Niの含有量(質量%)を示す。含有されていない元素については、0%として計算する。
熱間圧延後の熱延鋼板に対して、冷却を行う。冷却工程では熱間圧延が完了した熱延鋼板に対して、15℃/秒超の平均冷却速度で500℃〜650℃の温度域までの冷却(第1の冷却)を行い、次に、前記鋼板を450℃までの平均冷却速度が0.008℃/秒〜1.000℃/秒となる条件での冷却(第2の冷却)を行うことが望ましい。
第1の冷却中に、オーステナイトからの相変態や、セメンタイトの析出核生成とNb炭化物並びにTi及びCrの複合炭化物析出核生成との競合が起こる。そして、第1の冷却での平均冷却速度が15℃/秒以下では、粒内方位差が5°〜14°である結晶粒の割合を20%以上とすることが困難になるとともに、セメンタイトの析出核の生成が優先されるため、後の第2の冷却の際にセメンタイトが成長し、穴広げ性が劣化してしまう。このため、平均冷却速度は15℃/秒超とする。平均冷却速度の上限は特に限定されないが、熱ひずみによる板そりを抑制する観点から、平均冷却速度は好ましくは300℃/秒以下とする。また、15℃/秒超での冷却を650℃超で停止すると、粒内方位差が5°〜14°である結晶粒の割合を20%以上とすることが困難になるとともに、冷却が不足してセメンタイトが生じやすく、所望のミクロ組織が得られなくなる。このため、この冷却は650℃以下まで行う。15℃/秒超での冷却を500℃未満まで行うと、その後の第2の冷却中に十分な析出が生じず、析出強化の効果が得難くなる。このため、この冷却は500℃以上の温度で停止する。
第1の冷却の後に、450℃までの平均冷却速度が0.008℃/秒〜1.000℃/秒となる条件で鋼板を冷却する。この第2の冷却中に鋼板の温度が低下し、450℃まで達する間に粒内の方位差が5°〜14°である結晶粒の生成が促進するとともに、セメンタイト、Nb炭化物並びにTi及びCrの複合炭化物が析出し、成長する。450℃までの平均冷却速度が0.008℃/秒未満では、粒内の方位差が5°〜14°である結晶粒の割合が減少したり、Nb炭化物並びにTi及びCrの複合炭化物が過度に成長し、析出強化の効果が得難くなる。このため、この平均冷却速度は0.008℃/秒以上とする。この平均冷却速度が1.000℃/秒超では、粒内の方位差が5°〜14°である結晶粒の割合が減少したり、Nb炭化物並びにTi及びCrの複合炭化物の析出が不足し、析出強化の効果が得難くなる。このため、この平均冷却速度は1.000℃/秒以下とする。第2の冷却の後は自由に冷却してよい。すなわち、所望のミクロ組織及び化学組成を有することができるのであれば、第2の冷却の後は、水冷や空冷で室温まで冷却してもよく、亜鉛めっき等の表面処理を施した後に室温まで冷却してもよい。
第1の実験では、先ず、表1に示す化学組成を有する質量が300kgの鋼塊を高周波真空溶解炉にて溶製し、試験用圧延機にて厚さが70mmの鋼片を得た。鋼塊の残部はFe及び不純物である。次いで、この鋼片を所定の温度まで加熱し、試験用小型タンデムミルにて熱間圧延して厚さが2.0mm〜3.6mmの鋼板を得た。熱間圧延の完了後には、鋼板を、巻き取り温度を模した所定の温度まで冷却し、この温度に設定した炉内に装入し、所定の冷却速度にて450℃まで冷却した。その後、炉冷して、熱延鋼板を得た。これらの条件を表2に示す。また、一部の熱延鋼板については、その後に酸洗を行い、めっき浴浸漬を行ったり、更に合金化処理を行ったりした。めっき浴浸漬の有無、合金化処理の有無も表2に示す。めっき浴浸漬では、430℃〜460℃のZn浴への浸漬を行い、合金化処理の温度は500℃〜600℃とした。表1中の空欄は、当該元素の含有量が検出限界未満であったことを示し、残部はFe及び不純物である。表1中又は表2中の下線は、その数値が本発明の範囲又は好ましい範囲から外れていることを示す。表2中の「最終1パス前の圧延温度」は最終段の1つ前の段における圧延完了温度であり、「パス間時間」は最終段の1つ前の段での圧延完了から最終段での圧延開始までの時間であり、「終了温度」は最終段での圧延完了温度である。
Claims (5)
- 質量%で、
C :0.010%〜0.100%、
Si:0.30%以下、
Mn:0.40%〜3.00%、
P :0.100%以下、
S :0.030%以下、
Al:0.010%〜0.500%、
N :0.0100%以下、
Cr:0.05%〜1.00%、
Nb:0.003%〜0.050%、
Ti:0.003%〜0.200%、
Cu:0.0%〜1.2%、
Ni:0.0%〜0.6%、
Mo:0.00%〜1.00%、
V :0.00%〜0.20%、
Ca:0.0000%〜0.0050%、
REM:0.0000%〜0.0200%、
B :0.0000%〜0.0020%、かつ
残部:Fe及び不純物
で表される化学組成を有し、
下記(1)式及び(2)式の関係が満たされ、
0.005≦[Si]/[Cr]≦2.000 ・・・(1)式
0.5≦[Mn]/[Cr]≦20.0 ・・・(2)式
(上記式中の[Si]、[Cr]及び[Mn]は、それぞれの元素の含有量(質量%)を意味する。)
方位差が15°以上の粒界によって囲まれ、かつ円相当径が0.3μm以上である領域を結晶粒と定義した場合に、粒内方位差が5°〜14°である結晶粒の全結晶粒に占める割合が面積率で20%以上であり、
セメンタイトの体積率:1.0%以下、
セメンタイトの平均粒径:2.00μm以下、
セメンタイトに含まれるCrの濃度:0.5質量%〜40.0質量%、
粒径が0.5μm以下、かつアスペクト比が5以下のセメンタイトの全セメンタイトに占める割合:60体積%以上、
Ti及びCrの複合炭化物の平均粒径:10.0nm以下、かつ
Ti及びCrの複合炭化物の数密度:1.0×10 13 個/mm 3 以上
で表されるミクロ組織を有することを特徴とする熱延鋼板。 - 前記化学組成において、
Cu:0.2%〜1.2%、
Ni:0.1%〜0.6%、
Mo:0.05%〜1.00%、若しくは
V:0.02%〜0.20%
又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする請求項1に記載の熱延鋼板。 - 前記化学組成において、
Ca:0.0005%〜0.0050%、若しくは
REM:0.0005%〜0.0200%
又はこれらの両方が満たされることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱延鋼板。 - 前記化学組成において、
B:0.0002%〜0.0020%
が満たされることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱延鋼板。 - 表面に亜鉛めっき膜を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の熱延鋼板。
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