JP6453140B2 - 切断端面の耐遅れ破壊性に優れた高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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質量%で、
C :0.07〜0.15%、
Si:0.2〜0.8%、
Mn:1.2〜2.6%、
Cr:0.5〜2.1%、
P :0%超0.02%以下、
S :0%超0.01%以下、
Al:0%超0.15%以下、
N :0%超0.01%以下
を夫々含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
鋼板組織が、フェライト相の基地中に焼戻しマルテンサイト相が分散した混合組織であると共に、前記フェライト相が組織全体に占める割合で20〜40面積%であり、且つ、 鋼板組織観察において、1視野のサイズを100μm×100μmとし、当該視野内で縦横夫々に10μmの等間隔で10本の線を引き、前記フェライト相と焼戻しマルテンサイトとの界面と、前記線とが交差する交点のうち、線上で隣接する交点との線分が前記フェライト上にあるときに前記線分の長さを測定し、その測定された線分長さの10視野での合計の平均値を前記焼戻しマルテンサイト相の平均間隔として求め、この平均間隔が6.5μm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0.07%以上含有させる必要がある。C含有量は、好ましくは0.08%以上であり、より好ましくは0.09%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。またC含有量を比較的少なくすることによって、焼戻しマルテンサイトの硬度を下げ、切断時に焼戻しマルテンサイトとフェライトの界面への歪み集中を抑制し、耐遅れ破壊性の悪化を抑制する。こうした観点から、C含有量は0.15%以下とする必要がある。C含有量は、好ましくは0.14%以下であり、より好ましくは0.13%以下、更に好ましくは0.12%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。更に、切断端面の耐遅れ破壊性を改善する上でも有効な元素である。これらの効果を発揮させるためには、Siは0.2%以上含有させる必要がある。Si含有量は、好ましくは0.3%以上であり、より好ましくは0.4%以上である。しかしながら、Siが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。また溶接性も悪化する。よってSi含有量は0.8%以下とする必要がある。Si含有量は、好ましくは0.7%以下であり、より好ましくは0.6%以下、更に好ましくは0.5%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、Mnは1.2%以上含有させる必要がある。Mn含有量は、好ましくは1.4%以上であり、より好ましくは1.6%以上である。しかしながら、Mn含有量が過剰になると、切断端面での耐遅れ破壊性が劣化すると共に鋼板の溶接性が悪化する。よって、Mn含有量は2.6%以下とする必要がある。Mn含有量は、好ましくは2.4%以下であり、より好ましくは2.2%以下である。
Cr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。またCrは、マルテンサイト相の焼戻し軟化抵抗を高めるのにも有効な元素である。これらの効果を発揮させるためには、Crは0.5%以上含有させる必要がある。Cr含有量は、好ましくは0.7%以上であり、より好ましくは0.9%以上である。しかしながら、Cr含有量が過剰になると、切断端面の耐遅れ破壊性が劣化するため、2.1%以下とする必要がある。Cr含有量は、好ましくは1.9%以下であり、より好ましくは1.7%以下である。
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、より好ましくは0.003%以下である。尚、Sは鋼中に不可避的に含まれる不純物であり、その量を0%にすることは工業生産上不可能である。
Alは、脱酸剤として添加される元素であり、また鋼板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、0.020%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.030%以上である。しかしながら、Alが過剰に含有されると、例えば高融点酸化物等のC系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%以下とする必要がある。Al含有量は、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が過剰になると、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、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。
Ti、VおよびNbは、炭化物の析出により強度向上に有効な元素である。こうした効果を発揮させるには、Ti、VおよびNb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0.03%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、これらの元素が過剰に含有されると、炭化物、炭窒化物または窒化物等の析出が増大し、延性や加工性が低下する。よって、Ti、VおよびNbは、いずれも0.1%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.08%以下であり、更に好ましくは0.06%以下である。
Bは、微量の添加で焼入れ性を向上させる元素である。こうした効果を発揮させるには、0.0001%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.0005%以上であり、更に好ましくは0.001%以上である。しかしながら、Bが過剰に含有されると、延性が低下するため、0.01%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.0080%以下であり、更に好ましくは0.0065%以下である。
本発明の鋼板は、引張強度で980MPa以上の高強度を示す。この様な高強度は、例えばメンバーやシートレール等の自動車用鋼板の特性として要求される。こうした高強度を達成させるには、鋼板の組織が、フェライト相の基地中に焼戻しマルテンサイト相が分散した混合組織であると共に、前記フェライト相を組織全体に占める割合で20〜40面積%とする必要がある。フェライト相が20面積%未満となると、鋼板の強度が却って高くなりすぎ、鋼板母材および切断端面の耐遅れ破壊性が劣化する。好ましくは23面積%以上であり、より好ましくは25面積%以上である。しかしながら、フェライト相が40面積%を超えると、上記のような高強度を確保することが困難となる。好ましくは37面積%以下であり、より好ましくは35面積%以下である。
本発明の鋼板は、フェライト相の基地中に焼戻しマルテンサイト相が分散した混合組織を有するが、分散した焼戻しマルテンサイト相の平均間隔は、遅れ破壊によって発生する亀裂の進展を抑制するために6.5μm以下とする必要がある。好ましくは6.0μm以下であり、より好ましくは5.8μm以下である。この平均間隔は、小さければ小さいほど好ましいが、フェライト相の基地中に焼戻しマルテンサイト相が分散した混合組織を維持するためには、概ね4.0μm以上となる。好ましくは4.5μm以上であり、より好ましくは5.0μm以上となる。
上記酸洗後、冷間圧延を行なう。冷間圧延では、圧延率を50%以上で行なうことによって、焼戻し後のマルテンサイト相の平均間隔を小さくできる。これによって、切断端面の耐遅れ破壊性を改善できる。冷間圧延時の圧延率は、好ましくは60%以上である。尚、上記圧延率の上限は、冷間圧延機への負荷が大きくなって、生産性が低下するため、概ね90%以下であることが好ましい。
上記冷間圧延を行なって得られた冷延鋼板に対して、所定の条件にて焼鈍処理を行なう。この焼鈍処理においては、上記冷延鋼板を820〜950℃の温度域に加熱し、該温度域で30〜250秒保持する。鋼板を820℃以上に加熱して、その温度域で保持することでオーステナイト単相組織とする。オーステナイトの単相組織とすることによって、適度な面積率のフェライトを生成させて所望の強度を確保する。これに対し、加熱温度が低くなって二相域温度となると、この温度域で生成したフェライトが成長することによって、フェライト過剰となって、所望の強度を確保することが困難になる。このときの加熱温度は、好ましくは830℃以上、より好ましくは840℃以上である。
次に、750℃から後述する焼入れ開始温度まで冷却する。750℃から焼入れ開始温度までの平均冷却速度が5℃/秒未満であるとフェライトが過剰に生成する。そのため、上記平均冷却速度の下限を5℃/秒以上とする。上記平均冷却速度の下限は、好ましくは8℃/秒以上、より好ましくは11℃/秒以上とする。一方、上記平均冷却速度が20℃/秒超であるとフェライト生成量が不足し、更に焼入れ開始温度の制御が難しくなり、結果として製造安定性が得られにくい。そのため、上記平均冷却速度の上限は、20℃/秒以下とする。上記平均冷却速度の上限は、好ましくは17℃/秒以下、より好ましくは14℃/秒以下とする。
焼入れ開始温度は、20〜40面積%のフェライト相を確保するため、500〜650℃の範囲とする。焼入れ開始温度が500℃未満ではフェライトが過剰に生成してしまい、更にベイナイト変態温度域ではベイナイトが生成し、強度が低下する。そのため、焼入れ開始温度の下限を500℃以上とする。焼入れ開始温度の下限は、好ましくは520℃以上、より好ましくは540℃以上、更に好ましくは560℃以上とする。一方、焼入れ開始温度が650℃を超えると、フェライト生成量が不足する。そのため、焼入れ開始温度の上限を650℃以下とする。焼入れ開始温度の上限は、好ましくは630℃以下、より好ましくは610℃以下、更に好ましくは590℃以下とする。
上記焼入れ後、再加熱して焼戻し処理を行なう。焼戻し温度は、150℃以上300℃以下が好ましい。焼戻し温度が150℃未満であると、靭性を確保するのが困難となる。そのため、焼戻し温度の下限は、好ましくは150℃以上、より好ましくは180℃以上とする。一方、焼戻し温度が300℃を超えると、曲げ性が劣化する上、強度を確保し難くなる。また焼戻し温度の上限を300℃以下とすることによって、粗大な炭化物の生成を抑制し、切断時の炭化物の歪み集中を緩和し、炭化物起点の遅れ破壊発生を抑制できる。焼戻し温度の上限は、好ましくは300℃以下、より好ましくは270℃以下、更に好ましくは240℃以下とする。
加熱温度:1200℃
仕上げ圧延温度:870℃
巻取り温度:550℃
仕上げ厚さ:2.3〜3.5mm
酸洗温度(酸洗浴温度):75℃
酸洗時間:35秒
酸洗液:15%塩酸
形状が1.4mm×20mm×20mmとなる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。
前述した方法に基づき、焼戻しマルテンサイト相の平均間隔を求めた。
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、引張強度が980MPa以上の鋼板を高強度であると評価した。但し、引張強度が1065MPa以上となっている鋼板は、鋼板の強度が極端に高くなっていると評価した。また参考のために、鋼板の降伏強度YP(Yield Point)、および伸びEL(Elongation)についても測定した。
上記焼鈍処理した後の鋼板を、圧延方向に垂直な方向:40mm×圧延方向:30mmのサイズに、シャー切断機を使用してクリアランス=10%で切断し、試験片を採取した。
上記切断した試験片を、0.1Nまたは5%の塩酸中に24時間浸漬した。尚、0.1Nの塩酸は、濃度が約0.35%の塩酸に相当する。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。1つのサンプルに付き端面は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倍率:5〜20倍の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試験片を遅れ破壊が発生しなかった遅れ破壊未発生試験片とし、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。
Claims (4)
- 質量%で、
C :0.07〜0.15%、
Si:0.2〜0.8%、
Mn:1.2〜2.6%、
Cr:0.5〜2.1%、
P :0%超0.02%以下、
S :0%超0.01%以下、
Al:0%超0.15%以下、
N :0%超0.01%以下
を夫々含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
鋼板組織が、フェライト相の基地中に焼戻しマルテンサイト相が分散した混合組織であると共に、前記フェライト相が組織全体に占める割合で20〜40面積%であり、且つ、 鋼板組織観察において、1視野のサイズを100μm×100μmとし、当該視野内で縦横夫々に10μmの等間隔で10本の線を引き、前記フェライト相と焼戻しマルテンサイトとの界面と、前記線とが交差する交点のうち、線上で隣接する交点との線分が前記フェライト上にあるときに前記線分の長さを測定し、その測定された線分長さの10視野での合計の平均値を前記焼戻しマルテンサイト相の平均間隔として求め、この平均間隔が6.5μm以下であることを特徴とする切断端面の耐遅れ破壊性に優れた高強度鋼板。 - 更に、Ti:0%超0.1%以下、V:0%超0.1%以下およびNb:0%超0.1%以下よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1に記載の高強度鋼板。
- 更に、B:0%超0.01%以下を含有する請求項1または2に記載の高強度鋼板。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の化学成分組成を満たす鋼板を、50%以上の圧延率で冷間圧延した後、820〜950℃の温度域に加熱し、該温度域で30〜250秒保持し、引続き750℃から500〜650℃の焼入れ開始温度域までの範囲を平均冷却速度5〜20℃/秒で冷却してから焼入れを行ない、その後150〜300℃で30〜1000秒の焼戻し処理を行なうことを特徴とする切断端面の耐遅れ破壊性に優れた請求項1〜3のいずれかに記載の高強度鋼板の製造方法。
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