JP6414246B2 - 高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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- C21D2211/002—Bainite
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- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
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Description
0.60≦V2/V1≦0.85 ・・・(1)
特許文献2には、質量%で、C:0.05〜0.3%、Si:0.01〜2.5%、Mn:0.5〜3.5%、P:0.003〜0.100%、S:0.02%以下、Al:0.010〜1.5%を含有し、SiとAlの添加量の合計が0.5〜2.5%であり、残部が鉄および不可避的不純物からなり、組織は、面積率で、20%以上のフェライト相と10%以下(0%を含む)のマルテンサイト相と10%以上60%以下の焼戻しマルテンサイト相を有し、体積率で、3%以上10%以下の残留オーステナイト相を有し、かつ、残留オーステナイト相の平均結晶粒径が2.0μm以下である、加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が開示されている。
[1]成分組成は、質量%で、C:0.12%以上0.28%以下、Si:0.80%以上2.20%以下、Mn:1.50%以上3.00%以下、P:0.001%以上0.100%以下、S:0.0200%以下、Al:0.010%以上1.000%以下、N:0.0005%以上0.0100%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、鋼組織は、フェライトが、面積率で、20.0%以上60.0%以下、ベイニティックフェライト、焼戻しマルテンサイト、焼入れマルテンサイトおよび残留オーステナイトからなる硬質相が、面積率の合計で40.0%以上80.0%以下であり、前記硬質相全体に対するベイニティックフェライトが、面積率で、35.0%以上55.0%以下、前記硬質相全体に対する焼戻しマルテンサイトが、面積率で、20.0%以上40.0%以下、前記硬質相全体に対する焼入れマルテンサイトが、面積率で、3.0%以上15.0%以下、前記硬質相全体に対する残留オーステナイトが、面積率で、5.0%以上20.0%以下であり、前記残留オーステナイト中のC量が、質量%で、0.6%以上であり、前記焼入れマルテンサイト中のC量に対する前記焼戻しマルテンサイト中のC量の比が、0.2以上1.0未満であり、引張強さ(TS)が980MPa以上、降伏比(YR)が55〜75%、引張強さ(TS)と全伸び(El)の積(TS×El)が23500MPa・%以上、引張強さ(TS)と穴広げ率(λ)の積(TS×λ)が24500MPa・%以上であることを特徴とする高強度鋼板。
[2]前記鋼組織は、さらに、前記残留オーステナイトの平均結晶粒径が0.2μm以上5.0μm以下であることを特徴とする[1]に記載の高強度鋼板。
[3]前記成分組成に加えて、質量%で、Ti:0.001%以上0.100%以下、Nb:0.001%以上0.100%以下、V:0.001%以上0.100%以下、B:0.0001%以上0.0100%以下、Mo:0.01%以上0.50%以下、Cr:0.01%以上1.00%以下、Cu:0.01%以上1.00%以下、Ni:0.01%以上0.50%以下、As:0.001%以上0.500%以下、Sb:0.001%以上0.200%以下、Sn:0.001%以上0.200%以下、Ta:0.001%以上0.100%以下、Ca:0.0001%以上0.0200%以下、Mg:0.0001%以上0.0200%以下、Zn:0.001%以上0.020%以下、Co:0.001%以上0.020%以下、Zr:0.001%以上0.020%以下、REM:0.0001%以上0.0200%以下のうちから選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする[1]または[2]に記載の高強度鋼板。
[4]鋼板表面にめっき層を有することを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の高強度鋼板。
[5][1]〜[3]のいずれかに記載の高強度鋼板の製造方法であって、鋼素材を加熱し、次いで、仕上げ圧延の最終パスの圧下率:5%以上15%以下、仕上げ圧延出側温度:800℃以上1000℃以下とする熱間圧延を行い、次いで、巻取温度:600℃以下で巻き取り、次いで、冷間圧延を行い、次いで、(1)式で定義される温度をTa温度(℃)、(2)式で定義される温度をTb温度(℃)とするとき、加熱温度:720℃以上Ta温度以下で10s以上保熱した後、該加熱温度以下600℃以上までの平均冷却速度:10℃/s以上とし、冷却停止温度:(Tb温度−100℃)以上Tb温度以下まで冷却し、再加熱温度:A以上560℃以下(A:350℃≦A≦450℃を満たす任意の温度(℃))まで再加熱し、保持温度(A):350℃以上450℃以下で10s以上保持する焼鈍を行うことを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
Ta温度(℃)=946−203×[%C]1/2+45×[%Si]−30×[%Mn]+150×[%Al]−20×[%Cu]+11×[%Cr]+400×[%Ti] ・・・(1)
なお、[%X]は、鋼中の成分元素Xの含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
Tb温度(℃)=435−566×[%C]−150×[%C]×[%Mn]−7.5×[%Si]+15×[%Cr]−67.6×[%C]×[%Cr] ・・・(2)
なお、[%X]は、鋼中の成分元素Xの含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
[6]前記巻き取り後、450℃以上650℃以下の熱処理温度域で、900s以上保持する熱処理を行うことを特徴とする[5]に記載の高強度鋼板の製造方法。
[7]前記焼鈍の後に、めっき処理を施すことを特徴とする[5]または[6]に記載の高強度鋼板の製造方法。
YR=YS/TS・・・・(3)
また、本発明において、延性、すなわちEl(全伸び)に優れるとは、TS×Elの値が23500MPa・%以上であることを意味する。また、本発明において、伸びフランジ性に優れるとは、伸びフランジ性の指標である限界穴広げ率(以下、穴広げ率と称する場合もある)(λ)の値を用いたTS×λの値が24500MPa・%以上であることを意味する。
Cは、鋼の重要な基本成分の1つである。特に本発明では、焼鈍後のベイニティックフェライト、焼戻しマルテンサイト、焼入れマルテンサイトおよび残留オーステナイトの各分率(面積率)に影響する重要な元素である。そして、得られる鋼板の強度(TS、YS)、延性および穴広げ性の機械的特性は、このベイニティックフェライト、焼戻しマルテンサイトおよび焼入れマルテンサイトの分率(面積率)によって大きく左右される。特に、延性は、フェライトおよび残留オーステナイトの分率(面積率)や、残留オーステナイト中のC量によって大きく左右される。また、YRおよびλは、焼戻しマルテンサイトと焼入れマルテンサイト中のC量の比によって、大きく左右される。ここで、Cの含有量が0.12%未満では、残留オーステナイトの分率が減少し、鋼板の延性が低下する。また、焼戻しマルテンサイトおよび焼入れマルテンサイト中のC量が減少するため、硬質相が軟質化し、TSが低下する。一方、C含有量が0.28%を超えると、焼戻しマルテンサイトおよび焼入れマルテンサイト中のC量が増加するため、TSは上昇する。しかし、焼入れマルテンサイトの分率が増加し、伸びおよび伸びフランジ性が低下する。したがって、C含有量は、0.12%以上0.28%以下とする。好ましくは0.15%以上とする。好ましくは0.25%以下とする。より好ましくは0.16%以上とする。より好ましくは0.24%以下とする。
Siは、炭化物の生成を抑制し、残留オーステナイトの生成を促進することで、鋼板の延性を向上させるのに重要な元素である。また、Siは、残留オーステナイトの分解による炭化物の生成を抑制することにも有効である。さらに、Siは、フェライト中で高い固溶強化能を有するため、鋼の強度向上に寄与し、フェライトに固溶したSiは、加工硬化能を向上させて、フェライト自身の延性を高める効果がある。ここで、Siの含有量が0.80%未満では、所望の残留オーステナイトの面積率を確保できず、鋼板の延性が低下する。また、Siの固溶強化を活用できず、TSが低下する。さらに、焼戻しマルテンサイトの面積率が増加し、焼入れマルテンサイトの面積率が減少するため、降伏比(YR)が増加する。一方、Si含有量が2.20%を超えると、焼鈍時の冷却中にフェライトが成長し、フェライトの面積率が増大する。その結果、焼入れマルテンサイトの硬度が増大するため、YRが減少し、同時に、穴広げ率(λ)が減少する。したがって、Si含有量は0.80%以上2.20%以下とする。好ましくは1.00%以上とする。好ましくは2.00%以下とする。より好ましくは1.10%以上とする。より好ましくは1.80%以下とする。
Mnは、鋼板の強度確保のために有効である。また、Mnは、焼入れ性を向上させるため、焼鈍時の冷却過程でのパーライトやベイナイトの生成を抑制し、オーステナイトからマルテンサイトへの変態を容易にする。ここで、Mnの含有量が1.50%未満では、焼鈍時の冷却過程でベイナイトが生成し、YRが上昇し、同時に、延性が低下する。一方、Mn含有量が3.00%を超えると、冷却中のフェライト変態が抑制され、焼鈍後の硬質相の面積率が増大するため、TSが増加し、同時に、YRおよび全伸び(El)が減少する。したがって、Mn量は1.50%以上3.00%以下とする。好ましくは1.60%以上とする。好ましくは2.90%以下とする。より好ましくは1.70%以上とする。より好ましくは2.80%以下とする。
Pは、固溶強化の作用を有し、所望の強度に応じて含有できる元素である。こうした効果を得るためには、Pの含有量を0.001%以上にする必要がある。一方、P含有量が0.100%を超えると、オーステナイト粒界に偏析して粒界を脆化させるため、局部伸びが低下し、全伸びが低下する。また、伸びフランジ性も低下する。さらに、溶接性の劣化を招く。さらに、溶融亜鉛めっきを合金化処理する場合には、合金化速度を大幅に遅延させてめっきの品質を損なう。したがって、P含有量は0.001%以上0.100%以下とする。好ましくは0.005%以上とする。好ましくは0.050%以下とする。
Sは、粒界に偏析して熱間圧延時に鋼を脆化させるとともに、硫化物として存在して局部変形能が低下し、延性が低下する。また、伸びフランジ性も低下する。そのため、S含有量は0.0200%以下とする必要がある。なお、S含有量の下限に特に限定は無いが、生産技術上の制約からは、S量は通常0.0001%以上が好ましい。したがって、S含有量は0.0200%以下とする。好ましくは0.0001%以上とする。好ましくは0.0100%以下とする。より好ましくは0.0003%以上とする。より好ましくは0.0050%以下とする。
Alは、焼鈍時の冷却工程での炭化物の生成を抑制し、マルテンサイトの生成を促進することができる元素であり、鋼板の強度確保のために有効である。こうした効果を得るには、Al含有量を0.010%以上にする必要がある。一方、Al含有量が1.000%を超えると、鋼板中の介在物が多くなり、局部変形能が低下し、延性が低下する。従って、Al含有量は0.010%以上1.000%以下とする。好ましくは0.020%以上とする。好ましくは0.500%以下とする。
Nは、Alと結合してAlNを形成する。また、Bが含有された場合には、Bと結合してBNを形成する。Nの含有量が多いと粗大な窒化物が多量に生じるため、局部変形能が低下し、延性が低下する。また、伸びフランジ性も低下する。従って、本発明では、N含有量は0.0100%以下とする。一方、生産技術上の制約から、N含有量は0.0005%以上にする必要がある。従って、N含有量は0.0005%以上0.0100%以下とする。好ましくは0.0010%以上とする。好ましくは0.0070%以下とする。より好ましくは0.0015%以上とする。より好ましくは0.0050%以下とする。
Ti、Nb、Vは、熱間圧延時あるいは焼鈍時に、微細な炭化物、窒化物もしくは炭窒化物を形成することによって、鋼板の強度を上昇させる。こうした効果を得るためには、Ti、Nb、Vの含有量は、それぞれ0.001%以上とする必要がある。一方、Ti、Nb、Vの含有量が、それぞれ0.100%を超えると、母相であるフェライトや、焼戻しマルテンサイトおよび焼入れマルテンサイトの下部組織もしくは旧オーステナイト粒界に、粗大な炭化物、窒化物もしくは炭窒化物が多量に析出し、局部変形能が低下し、延性が低下する。また、伸びフランジ性も低下する。したがって、Ti、Nb、Vを含有する場合、その含有量は、それぞれ0.001%以上0.100%以下とすることが好ましい。より好ましくは、それぞれ0.005%以上とする。より好ましくは、それぞれ0.050%以下とする。
本発明において、極めて重要な発明構成要件である。フェライトを所定量に制御することは、本発明で目的とする所望の強度を確保しつつ、延性を向上させるために有効である。ここで、フェライトの面積率が20.0%未満では、後述の硬質相の面積率が増加するため、YRが高くなり、同時に、延性が低下する。一方、フェライトの面積率が60.0%を超えると、YRが低くなり、また、穴広げ性が低下する。また、残留オーステナイトの面積率が減少するため、延性が低下する。したがって、フェライトの面積率は20.0%以上60.0%以下とする。好ましくは23.0%以上とする。好ましくは55.0%以下とする。より好ましくは25.0%以上とする。より好ましくは50.0%以下とする。なお、フェライトの面積率は、後述する実施例に記載の方法で測定することができる。
本発明における硬質相とは、ベイニティックフェライト、焼戻しマルテンサイト、焼入れマルテンサイト、残留オーステナイトからなる。硬質相を構成する各組織の面積率の合計が40.0%未満ではYRが低くなり、また、穴広げ性が低下する。また、残留オーステナイトの面積率が減少するため、延性が低下する。一方、80.0%超えではYRが高くなり、同時に、延性が低下する。したがって、硬質相の面積率は40.0%以上80.0%以下とする。好ましくは45.0%以上とする。好ましくは75.0%以下とする。より好ましくは49.0%以上とする。より好ましくは73.0%以下とする。
本発明において、極めて重要な発明構成要件である。まず、ベイニティックフェライトについて説明する。ベイナイトは、ベイニティックフェライトと炭化物で構成されており、ベイナイトを生成温度域で区別した上部ベイナイトと下部ベイナイトは、ベイニティックフェライト中における規則正しく並んだ細かな炭化物の有無によって区別される。ここで本発明のベイニティックフェライトとは、上部ベイナイトを構成するベイニティックフェライトのことである。上部ベイナイトでは、ラス状のベイニティックフェライトを生成する際に、ベイニッティクフェライトとベイニッティクフェライトの間に、残留オーステナイトおよび/または炭化物が生成する。そのため、硬質相全体に対するベイニッティクフェライトの面積率を増加させることは、延性向上に寄与する残留オーステナイトを得るために必要である。また、ベイニティックフェライト生成時に未変態オーステナイト中にCを濃化させることができるため、焼鈍後の残留オーステナイト中のC量の増加に寄与する。ここで、硬質相全体に対するベイニティックフェライトの面積率が35.0%未満では、残留オーステナイトの面積率が減少するため、延性が低下する。一方、硬質相全体に対するベイニティックフェライトの面積率が55.0%を超えると、硬質相中のC濃度が低下し、硬質相の硬度が低下するため、TSが低下する。したがって、硬質相全体に対するベイニティックフェライトの面積率は35.0%以上55.0%以下とする。好ましくは36.0%以上50.0%以下とする。なお、ベイニティックフェライトの面積率は、後述する実施例に記載の方法にて測定することができる。
本発明において、極めて重要な発明構成要件である。焼戻しマルテンサイトを生成させることで、所望の強度を確保しつつ、所望の穴広げ性を確保することが可能である。ここで、硬質相全体に対する焼戻しマルテンサイトの面積率が20.0%未満では、焼入れマルテンサイトの面積率が増加し、YRが低下し、同時に、穴広げ性が低下する。一方、硬質相全体に対する焼戻しマルテンサイトの面積率が40.0%を超えると、YRが増加する一方、残留オーステナイトの面積率が減少するため、延性が低下する。したがって、硬質相全体に対する焼戻しマルテンサイトの面積率は20.0%以上40.0%以下とする。好ましくは25.0%以上39.0%以下とする。なお、焼戻しマルテンサイトの面積率は、後述する実施例に記載の方法にて測定することができる。
本発明において、極めて重要な発明構成要件である。焼入れマルテンサイトを生成させることで、YRの制御が可能である。この効果を得るためには、焼入れマルテンサイトの面積率を3.0%以上にする必要がある。ここで、硬質相全体に対する焼入れマルテンサイトの面積率が3.0%未満では、焼戻しマルテンサイトの分率が増加するため、YRが増加する。一方、硬質相全体に対する焼入れマルテンサイトの面積率が15.0%を超えると、残留オーステナイトの面積率が減少してしまい、延性が低下する。また、伸びフランジ性も低下する。したがって、焼入れマルテンサイトの面積率は3.0%以上15.0%以下とする。好ましくは3.0%以上12.0%以下とする。なお、焼入れマルテンサイトの面積率は、後述する実施例に記載の方法にて測定することができる。
本発明において、極めて重要な発明構成要件である。良好な強度と延性のバランスを確保するため、残留オーステナイトの面積率を5.0%以上にする必要がある。一方、残留オーステナイトの体積率が20.0%を超えると、残留オーステナイトの粒径が増大するため、打抜き性が低下し、穴広げ性が低下する。したがって、残留オーステナイトの面積率は5.0%以上20.0%以下とする。好ましくは7.0%以上とする。好ましくは18.0%以下とする。より好ましくは16.0%以下とする。なお、残留オーステナイトの面積率は、後述する実施例に記載の方法にて測定することができる。
良好な延性、および強度(TS)と延性のバランスを確保することが可能である残留オーステナイトは、打抜き加工時にマルテンサイトに変態することで、フェライトとの界面にクラックが発生し、穴広げ性が低下する。この問題は残留オーステナイトの平均結晶粒径を5.0μm以下まで小さくすることで改善できる。また、残留オーステナイトの平均結晶粒径が5.0μmを超えると、引張変形時の加工硬化初期の時点で、残留オーステナイトがマルテンサイト変態してしまい、延性が低下する。一方、残留オーステナイトの平均結晶粒径が0.2μm未満では、引張変形時の加工硬化後期の時点であっても、残留オーステナイトがマルテンサイト変態しないため、延性への寄与が小さく、所望のElを確保することが困難である。したがって、残留オーステナイトの平均結晶粒径は0.2μm以上5.0μm以下が好ましい。より好ましくは0.3μm以上とする。より好ましくは2.0μm以下とする。なお、残留オーステナイトの平均結晶粒径は、後述する実施例に記載の方法にて測定することができる。
本発明において、極めて重要な発明構成要件である。良好な強度と延性のバランスを確保するため、残留オーステナイト中のC量を0.6質量%以上にする必要がある。ここで、残留オーステナイト中のC量が0.6質量%未満では、引張変形時の加工硬化初期の時点で、残留オーステナイトがマルテンサイト変態してしまい、延性が低下する。なお、残留オーステナイト中のC量の上限は、特に限定しないが、残留オーステナイト中のC量が1.5質量%を超えると、打抜き性が低下し、穴広げ性が低下する可能性がある。また、引張変形時の加工硬化後期の段階であっても、残留オーステナイトがマルテンサイト変態しないため、延性への寄与が小さく、所望のElを確保することが難しくなる。したがって、残留オーステナイト中のC量は0.6質量%以上とする。好ましくは0.6質量%以上1.5質量%以下とする。なお、残留オーステナイト中のC量は、後述する実施例に記載の方法にて測定することができる。
本発明において、極めて重要な発明構成要件である。焼入れマルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイト中のC量は、各組織の硬度差と相関がある。すなわち、焼入れマルテンサイト中のC量に対する焼戻しマルテンサイト中のC量の比を適正に制御することで、所望のYRを確保しつつ、穴広げ性を向上させることが可能である。ここで、焼入れマルテンサイト中のC量に対する焼戻しマルテンサイト中のC量の比が0.2未満では、焼入れマルテンサイトと焼戻しマルテンサイトの硬度差が大きくなるため、穴広げ性が低下する。また、YRが低下する。一方、焼入れマルテンサイト中のC量に対する焼戻しマルテンサイト中のC量の比が1.0以上では、焼戻しマルテンサイトの硬度が焼入れマルテンサイトの硬度と同等となるため、フェライトと焼入れマルテンサイトの間の硬度を有する相がなくなり、穴広げ性が低下する。したがって、焼入れマルテンサイト中のC量に対する焼戻しマルテンサイト中のC量の比は0.2以上1.0未満とする。好ましくは0.2以上0.9以下とする。なお、焼入れマルテンサイト中のC量、焼戻しマルテンサイト中のC量は、後述する実施例に記載の方法にて測定することができる。
本発明では、仕上げ圧延の最終パスの圧下率を制御することで、フェライトの平均結晶粒径、マルテンサイトの平均サイズおよび集合組織を適正に制御することができるため、非常に重要である。仕上げ圧延の最終パスの圧下率が5%未満では、熱間圧延時のフェライトの結晶粒径が粗大化する。その結果、焼鈍後のフェライトの面積率が増大、すなわち硬質相の面積率が減少し、焼入れマルテンサイトの面積率が増大することから、延性が低下する。一方、仕上げ圧延の最終パスの圧下率が15%を超えると、熱間圧延時のフェライトの結晶粒径が微細化し、その熱延鋼板を冷間圧延することで、焼鈍時のオーステナイトの核生成サイトが増大する。その結果、フェライトの面積率が減少し、硬質相の面積率が増大するため、TSが上昇し、同時に、延性が低下する。したがって、仕上げ圧延の最終パスの圧下率は5%以上15%以下とする。好ましくは6%以上とする。好ましくは14%以下とする。
加熱後の鋼スラブは、粗圧延および仕上げ圧延により熱間圧延され熱延鋼板となる。このとき、仕上げ圧延出側温度が1000℃を超えると、熱延組織が粗大となり、焼鈍後のフェライトの面積率が増大、すなわち硬質相の分率が減少し、焼入れマルテンサイトの分率が増大することから、延性が低下する。また、酸化物(スケール)の生成量が急激に増大し、地鉄と酸化物の界面が荒れ、酸洗、冷間圧延後の鋼板の表面品質が劣化する。さらに、酸洗後に熱延スケールの取れ残りなどが一部に存在すると、延性および穴広げ性に悪影響を及ぼす。一方、仕上げ圧延出側温度が800℃未満では圧延荷重が増大し、圧延負荷が大きくなる。また、オーステナイトの未再結晶状態での圧下率が高くなり、熱間圧延時のフェライトの結晶粒径が微細化し、その熱延鋼板を冷間圧延することで、焼鈍時のオーステナイトの核生成サイトが増大する。その結果、フェライトの面積率が減少し、硬質相の面積率が増大するため、TSおよびYRが上昇し、同時に、延性が低下する。また、穴広げ性が低下する。したがって、熱間圧延の仕上げ圧延出側温度は800℃以上1000℃以下とする。好ましくは820℃以上とする。好ましくは950℃以下とする。より好ましくは850℃以上とする。より好ましくは950℃以下とする。
熱間圧延後の巻取温度が600℃を超えると、熱延板(熱延鋼板)の鋼組織がフェライトおよびパーライトとなり、焼鈍中のオーステナイトの逆変態がパーライトから優先的に生じる。このため、焼鈍後の残留オーステナイトの平均結晶粒径が粗大となり、延性が低下する。また、打抜き性が低下し、穴広げ性が低下する。なお、巻取温度の下限は、特に限定しないが、熱間圧延後の巻取温度が300℃未満では、熱間圧延後の組織がマルテンサイト単相となるため、その熱延板を冷間圧延することで、焼鈍時のオーステナイトの核生成サイトが増大する。その結果、フェライトの面積率が減少し、硬質相の面積率が増大するため、TSおよびYRが上昇し、同時に、延性が低下し、穴広げ性が低下する恐れがある。また、熱延鋼板の強度が上昇し、冷間圧延における圧延負荷が増大し、生産性が低下する恐れがある。さらに、マルテンサイトを主体とする硬質な熱延鋼板に冷間圧延を施すと、マルテンサイトの旧オーステナイト粒界に沿った微小な内部割れ(脆性割れ)が生じやすく、最終焼鈍板の延性および伸びフランジ性が低下する可能性がある。したがって、巻取温度は600℃以下とする。好ましくは300℃以上とする。好ましくは570℃以下とする。
熱処理温度域が450℃未満または熱処理温度域での保持時間が900s未満の場合、熱間圧延後の焼戻しが不十分なため、その後の冷間圧延における圧延負荷が増大し、所望の板厚まで圧延できない恐れがある。また、焼戻しが組織内で不均一に生じるため、冷間圧延後の焼鈍中においてオーステナイトの逆変態が不均一に生じる。このため、焼鈍後の残留オーステナイトの平均結晶粒径が粗大となり、延性が低下する。一方、熱処理温度域が650℃を超える場合は、フェライト、および、マルテンサイトまたはパーライトの不均一な組織となって、冷間圧延後の焼鈍中においてオーステナイトの逆変態が不均一に生じる。このため焼鈍後の残留オーステナイトの平均結晶粒径が粗大となり、やはり、延性が低下する。したがって、熱延鋼板の酸洗処理後の熱処理温度域は450℃以上650℃以下の温度域とし、当該温度域での保持時間は900s以上とすることが好ましい。なお、保持時間の上限は特に限定しないが、生産性の観点から、36000s以下が好ましい。より好ましくは34000s以下とする。
焼鈍工程での加熱温度が720℃未満では、焼鈍中に十分なオーステナイトの面積率を確保できず、最終的に所望の焼戻しマルテンサイト、焼入れマルテンサイトおよび残留オーステナイトの面積率がそれぞれ確保されない。このため、強度確保と、良好な強度と延性のバランスの確保とが困難となる。また、穴広げ性が低下する。一方、焼鈍工程での加熱温度がTa温度を超えると、オーステナイト単相の温度域での焼鈍となるため、冷却工程ではフェライトが生成せず、TSおよびYRが上昇する一方で、延性が低下する。したがって、焼鈍工程での加熱温度は720℃以上Ta温度以下とする。好ましくは750℃以上Ta温度以下とする。
ここで、Ta温度(℃)は、次式によって算出することができる。
Ta温度(℃)=946−203×[%C]1/2+45×[%Si]−30×[%Mn]+150×[%Al]−20×[%Cu]+11×[%Cr]+400×[%Ti]…(1)
なお、[%X]は、鋼中の成分元素Xの含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
焼鈍工程における加熱温度での保熱時間が10s未満の場合、オーステナイトの逆変態が十分に進行しないまま冷却するため、最終的に所望の焼戻しマルテンサイト、焼入れマルテンサイトおよび残留オーステナイトの面積率がそれぞれ確保されない。このため、強度確保と、良好な強度と延性のバランスの確保とが困難となる。なお、焼鈍工程での保熱時間の上限は、特に限定しないが、生産性の観点から、600s以下が好ましい。したがって、焼鈍工程における加熱温度での保熱時間は10s以上とする。好ましくは30s以上とする。好ましくは600s以下とする。
加熱温度以下600℃以上までの平均冷却速度が10℃/s未満では、冷却中にフェライトの粗大化およびパーライトの生成が生じるため、最終的に所望量の微細な残留オーステナイトを得られない。また、残留オーステナイト中のC量も減少するため、良好な強度と延性のバランスの確保が困難となる。なお、加熱温度以下600℃以上までの平均冷却速度の上限は、特に限定しないが、工業的に可能なのは、80℃/sまでである。したがって、焼鈍工程における加熱温度以下600℃以上までの平均冷却速度は10℃/s以上とする。好ましくは12℃/s以上とする。好ましくは80℃/s以下とする。より好ましくは15℃/s以上とする。より好ましくは60℃/s以下とする。
本発明において、極めて重要な発明構成要件である。この冷却は、Tb温度以下まで冷却することで、再加熱後の保持工程で生成するベイニティックフェライトの生成量を顕著に増大させるものである。冷却停止温度がTb温度を超えると、ベイニティックフェライトおよび残留オーステナイト量が本発明の規定量を確保できず、延性が低下する。また、焼入れマルテンサイトの面積率が増加するため、YRが低下し、同時に、穴広げ性が低下する。一方、冷却停止温度が(Tb温度−100℃)未満では、冷却中に存在する未変態オーステナイトが、冷却停止時点でほぼ全量マルテンサイト変態するために、所望のベイニティックフェライトおよび残留オーステナイト量が確保できず、延性が低下する。また、焼戻しマルテンサイトの面積率が増加するため、YRが増加する。したがって、焼鈍工程における冷却停止温度は(Tb温度−100℃)以上Tb温度以下とする。好ましくは(Tb温度−80℃)以上Tb温度以下とする。
ここで、Tb温度(℃)は、次式によって算出することができる。
Tb温度(℃)=435−566×[%C]−150×[%C]×[%Mn]−7.5×[%Si]+15×[%Cr]−67.6×[%C]×[%Cr] …(2)
なお、[%X]は、鋼中の成分元素Xの含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
本発明において、極めて重要な制御因子である。冷却時に存在するマルテンサイトおよびオーステナイトを再加熱することで、マルテンサイトを焼戻し、かつ、マルテンサイト中に過飽和に固溶したCをオーステナイトへ拡散させることで、室温で安定なオーステナイトの生成が可能となる。この効果を得るためには、再加熱温度を後述の保持温度以上とする必要がある。再加熱温度が保持温度未満では、再加熱時に存在する未変態オーステナイトにCが濃化されず、その後の保持中にベイナイトが生成されることから、YSが上昇し、YRが増加する。一方、再加熱温度が560℃を超えると、オーステナイトがパーライトに分解されるため、残留オーステナイトが生成せず、YRが増加し、延性が低下する。したがって、焼鈍工程における再加熱温度は、後述する保持温度(A)以上560℃以下とする。好ましくは保持温度(A)以上530℃以下とする。
本発明において、極めて重要な制御因子である。焼鈍工程における保持工程での保持温度が450℃を超えると、再加熱後の保持中にベイナイト変態が進行しないため、所望のベイニティックフェライトおよび残留オーステナイトの量の確保が困難となり、延性が低下する。また、焼入れマルテンサイトの面積率が増大し、YRが減少し、同時に、穴広げ性が減少する。一方、保持温度が350℃未満では、下部ベイナイトが優先的に生成するため、所望の残留オーステナイト量を確保することができず、延性が低下する。また、下部ベイナイト生成時にフェライトとの界面のフェライト側に可動転位が導入されるため、YRが減少する。したがって、焼鈍工程における保持工程での保持温度(A)は350℃以上450℃以下とする。
焼鈍工程における保持温度での保持時間が10s未満の場合、再加熱時に存在するマルテンサイトの焼戻しが十分に進行しないまま冷却するため、焼入れマルテンサイト中のC量と焼戻しマルテンサイト中のC量の比が大きくなる。すなわち、焼入れマルテンサイトと焼戻しマルテンサイトの硬度の差が同程度となるため、フェライトと焼入れマルテンサイトの間の硬度を有する組織がなくなり、穴広げ性が低下する。また、未変態のオーステナイトへのCの拡散が十分に進行しないため、室温でオーステナイトが残留せず、Elが減少する。なお、保持温度での保持時間の上限は、特に限定しないが、生産性の観点から、1000s以下が好ましい。したがって、保持温度での保持時間は10s以上とする。好ましくは10s以上1000s以下とする。より好ましくは15s以上とする。より好ましくは700s以下とする。
本発明のめっき鋼板の製造方法は、冷延鋼板(薄鋼板)にめっきを施す方法である。例えば、めっき処理として、溶融亜鉛めっき処理、溶融亜鉛めっき後に合金化を行う処理が挙げられる。また、焼鈍と亜鉛めっきを1ラインで連続して行ってもよい。その他、Zn−Ni合金めっき等の電気めっきにより、めっき層を形成してもよい。また、溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっきを施してもよい。なお、亜鉛めっきの場合を中心に説明したが、Znめっき、Alめっき等のめっき金属の種類は特に限定されない。
調質圧延を行う場合には、めっき処理後のスキンパス圧延での圧下率は、0.1%以上2.0%以下の範囲が好ましい。0.1%未満では効果が小さく、制御も困難であることから、これが良好範囲の下限となる。また、2.0%を超えると、生産性が著しく低下し、かつ、YRが増加するので、これを良好範囲の上限とする。スキンパス圧延は、オンラインで行っても良いし、オフラインで行っても良い。また、一度に目的の圧下率のスキンパスを行っても良いし、数回に分けて行っても構わない。
Ta温度(℃)=946−203×[%C]1/2+45×[%Si]−30×[%Mn]+150×[%Al]−20×[%Cu]+11×[%Cr]+400×[%Ti]…(1)
また、表1に示すT2温度(℃)は、以下の(2)式を用いて求めた。
Tb温度(℃)=435−566×[%C]−150×[%C]×[%Mn]−7.5×[%Si]+15×[%Cr]−67.6×[%C]×[%Cr]…(2)
ここで、[%X]は、鋼中の成分元素Xの含有量(質量%)を示し、成分元素Xを含有しない場合は、[%X]を0として計算する。
フェライト、ベイニティックフェライト、焼戻しマルテンサイト、焼入れマルテンサイトおよび残留オーステナイトの面積率の測定方法は、以下の通りである。鋼板の圧延方向に平行な板厚断面が観察面となるよう試料を切り出した後、観察面をダイヤモンドペーストを用いて鏡面研磨し、その後、コロイダルシリカを用い仕上げ研磨を施し、さらに、3vol.%ナイタールでエッチングして組織を現出させる。加速電圧が1kVの条件で、InLens検出器によるSEM(Scanning Electron Microscope;走査電子顕微鏡)を用いて、10000倍の倍率で3視野観察し、得られた組織画像を、Adobe Systems社のAdobe Photoshopを用いて、構成組織(フェライト、ベイニティックフェライト、焼戻しマルテンサイト、焼入れマルテンサイトおよび残留オーステナイト)の面積率を3視野分算出し、それらの値を平均して各組織の面積率として求めた。また、上記の組織画像において、フェライトは凹部の基地組織、ベイニティックフェライトは硬質相内の凹部の組織、焼戻しマルテンサイトは硬質相内の凹部の組織で微細な炭化物を含む組織、焼入れマルテンサイトは硬質相内の凸部でかつ組織内部が微細な凹凸を有した組織、また、残留オーステナイトは硬質相内の凸部でかつ組織内部が平坦な組織である。なお、表3中のFはフェライト、BFはベイニティックフェライト、TMは焼戻しマルテンサイト、FMは焼入れマルテンサイト、RAは残留オーステナイトを意味する。
残留オーステナイトの平均結晶粒径の測定方法は、以下の通りである。鋼板の圧延方向に平行な板厚断面が観察面となるよう試料を切り出した後、観察面をダイヤモンドペーストで鏡面研磨し、その後、コロイダルシリカを用い仕上げ研磨を施し、さらに、3vol.%ナイタールでエッチングして組織を現出させる。加速電圧が1kVの条件で、InLens検出器によるSEMを用いて、10000倍の倍率で3視野観察し、得られた組織画像を、Adobe Systems社のAdobe Photoshopを用いて、残留オーステナイトの平均結晶粒径を3視野分算出し、それらの値を平均して求めることが出来る。なお、上記の組織画像において、残留オーステナイトは上記したように硬質相内の凸部でかつ組織内部が平坦な組織である。
残留オーステナイト、焼戻しマルテンサイトおよび焼入れマルテンサイト中のC量の測定方法は、以下のとおりである。鋼板の圧延方向に平行な板厚断面が観察面となるように試料を切り出した後、観察面をダイヤモンドペーストを用いて研磨し、その後、アルミナを用いて仕上げ研磨を施す。電子線マイクロアナライザ(EPMA;Electron Probe Micro Analyzer)で、加速電圧が7kV、測定点間隔が80nmの条件で、22.5μm×22.5μmの領域を3視野測定し、測定後のデータを検量線法を用いてCの濃度に変換する。同時に取得したInLens検出器によるSEM像と比較することで、残留オーステナイト、焼戻しマルテンサイト、焼入れマルテンサイトを判別し、測定視野内の残留オーステナイト、焼戻しマルテンサイトおよび焼入れマルテンサイトの各C量の平均値を3視野分算出し、それらの値を平均して、求めることが出来る。この値を、それぞれ残留オーステナイトのC量、焼戻しマルテンサイトのC量、焼入れマルテンサイト中のC量とした。
機械特性(引張強さTS、降伏応力YS、全伸びEl)の測定方法は、以下の通りである。引張試験は、引張試験片の長手が、鋼板の圧延方向に対して直角方向(C方向)となるように採取したJIS5号試験片を用いて、JIS Z 2241(2011年)に準拠して行い、YS(降伏応力)、TS(引張強さ)およびEl(全伸び)を測定した。なお、本発明では、TSが980MPa以上の場合を良好と判断した。また、YSの制御性の指標である降伏比:YR(=YS/TS)×100の値が55%以上75%以下の場合を良好と判断した。さらに、延性すなわちElに優れるとは、引張強さと全伸びの積(TS×El)を算出して強度と加工性(延性)のバランスを評価し、TS×Elの値が23500MPa・%以上の場合を良好と判断した。
ただし、Dfは亀裂発生時の穴径(mm)、D0は初期穴径(mm)である。各鋼板について3回試験を実施し、穴広げ率の平均値(λ%)を求めて、伸びフランジ性を評価した。なお、本発明では、伸びフランジ性に優れるとは、伸びフランジ性の指標である限界穴広げ率:λを用いた、引張強さと限界穴広げ率の積(TS×λ)を算出して強度と伸びフランジ性のバランスを評価し、TS×λの値が24500MPa・%以上の場合を良好と判断した。
Claims (7)
- 成分組成は、質量%で、
C:0.12%以上0.28%以下、
Si:0.80%以上2.20%以下、
Mn:1.50%以上3.00%以下、
P:0.001%以上0.100%以下、
S:0.0200%以下、
Al:0.010%以上1.000%以下、
N:0.0005%以上0.0100%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
鋼組織は、フェライトが、面積率で20.0%以上60.0%以下、
ベイニティックフェライト、焼戻しマルテンサイト、焼入れマルテンサイトおよび残留オーステナイトからなる硬質相が、面積率の合計で40.0%以上80.0%以下であり、前記硬質相全体に対するベイニティックフェライトが、面積率で、35.0%以上55.0%以下、
フェライト、ベイニティックフェライト、焼戻しマルテンサイト、焼入れマルテンサイト、及び、残留オーステナイト以外に、パーライト、セメンタイトを合計面積率で3.0%以下含み、
前記硬質相全体に対する焼戻しマルテンサイトが、面積率で、20.0%以上40.0%以下、
前記硬質相全体に対する焼入れマルテンサイトが、面積率で、3.0%以上15.0%以下、
前記硬質相全体に対する残留オーステナイトが、面積率で、5.0%以上20.0%以下であり、
前記残留オーステナイト中のC量が、質量%で0.6%以上であり、
前記焼入れマルテンサイト中のC量に対する前記焼戻しマルテンサイト中のC量の比が、0.2以上1.0未満であり、
引張強さ(TS)が980MPa以上、降伏比(YR)が55〜75%、引張強さ(TS)と全伸び(El)の積(TS×El)が23500MPa・%以上、引張強さ(TS)と穴広げ率(λ)の積(TS×λ)が24500MPa・%以上であることを特徴とする高強度鋼板。 - 前記鋼組織は、さらに、前記残留オーステナイトの平均結晶粒径が0.2μm以上5.0μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板。
- 前記成分組成に加えて、質量%で、
Ti:0.001%以上0.100%以下、
Nb:0.001%以上0.100%以下、
V:0.001%以上0.100%以下、
B:0.0001%以上0.0100%以下、
Mo:0.01%以上0.50%以下、
Cr:0.01%以上1.00%以下、
Cu:0.01%以上1.00%以下、
Ni:0.01%以上0.50%以下、
As:0.001%以上0.500%以下、
Sb:0.001%以上0.200%以下、
Sn:0.001%以上0.200%以下、
Ta:0.001%以上0.100%以下、
Ca:0.0001%以上0.0200%以下、
Mg:0.0001%以上0.0200%以下、
Zn:0.001%以上0.020%以下、
Co:0.001%以上0.020%以下、
Zr:0.001%以上0.020%以下、
REM:0.0001%以上0.0200%以下のうちから選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の高強度鋼板。 - 鋼板表面にめっき層を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の高強度鋼板。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の高強度鋼板の製造方法であって、
鋼素材を加熱し、
次いで、仕上げ圧延の最終パスの圧下率:5%以上15%以下、仕上げ圧延出側温度:800℃以上1000℃以下とする熱間圧延を行い、
次いで、巻取温度:600℃以下で巻き取り、
次いで、冷間圧延を行い、
次いで、(1)式で定義される温度をTa温度(℃)、(2)式で定義される温度をTb温度(℃)とするとき、
加熱温度:720℃以上Ta温度以下で10s以上保熱した後、
該加熱温度以下600℃以上までの平均冷却速度:10℃/s以上とし、冷却停止温度:(Tb温度−100℃)以上Tb温度以下まで冷却し、
再加熱温度:A以上560℃以下(A:350℃≦A≦450℃を満たす任意の温度(℃))まで再加熱し、
保持温度(A):350℃以上450℃以下で10s以上保持する焼鈍を行うことを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
Ta温度(℃)=946−203×[%C]1/2+45×[%Si]−30×[%Mn]+150×[%Al]−20×[%Cu]+11×[%Cr]+400×[%Ti]・・・(1)
なお、[%X]は、鋼中の成分元素Xの含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
Tb温度(℃)=435−566×[%C]−150×[%C]×[%Mn]−7.5×[%Si]+15×[%Cr]−67.6×[%C]×[%Cr]・・・(2)
なお、[%X]は、鋼中の成分元素Xの含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。 - 前記巻き取り後、450℃以上650℃以下の熱処理温度域で、900s以上保持する熱処理を行うことを特徴とする請求項5に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍の後に、めっき処理を施すことを特徴とする請求項5または6に記載の高強度鋼板の製造方法。
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