JP6569840B1 - 高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2に記載の技術は、2次圧延を施さなければならず高コストであるという問題がある。また、十分な曲げ性が達成できない場合があることも問題である。
ここで、本発明における高強度鋼板とは、引張強度(TS)が500MPa以上の鋼板である。同様に、延性に優れたとは、伸び(EL)が15%以上であること、曲げ性に優れたとは、180°曲げ試験において曲げ試験後の試験片の湾曲部の外側にき裂が認められないこと、曲げ部にしわが生じないとは、鋼板をプルタブリングに加工した際に該プルタブリングの曲げ部にしわが認められないこと、をそれぞれ所期している。
[1]質量%で、
C:0.03%以上0.15%以下、
Si:0.01%以上0.05%以下、
Mn:0.6%超え1.5%以下、
P:0.025%以下、
S:0.02%以下、
Al:0.01%以上0.10%以下、
N:0.0005%以上0.0100%以下、
Ti:0.005%以上0.020%以下、
B:0.0005%以上0.0100%以下および
Nb:0.005%以上0.020%以下
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物の成分組成を有し、
面積率で、85%以上のフェライトおよび1%以上10%以下のマルテンサイトを含む金属組織を有し、前記マルテンサイトは粒径が5μm以下であり、かつ粒径が2μm以下の比率が80%以上である高強度鋼板。
Cr:0.005%以上0.100%以下、
Ni:0.005%以上0.150%以下および
Mo:0.005%以上0.050%以下
より選ばれる1種または2種以上を含有する前記[1]から[3]のいずれかに記載の高強度鋼板。
Cは、強度に寄与する元素であり、鋼中に固溶あるいは炭化物として析出して、鋼の強度を増加させる作用がある。これらの作用を利用してTS:500MPa以上とするためには、0.03%以上含有させることが必要である。一方、過度の含有は、強度上昇による延性や曲げ性の低下を招くとともに溶接性を損なう場合があるために、上限は0.15%とする。従って、Cは0.03%以上0.15%以下とする。好ましくは、0.05%以上0.12%以下である。
Siは、固溶強化による鋼の高強度化に寄与する。この作用を得るためには0.01%以上含有させることが必要である。一方、0.05%を超える含有は、耐食性や表面性状に甚大な問題が生じる虞れがある。従って、Siは0.01%以上0.05%以下とする。好ましくは、0.02%以上0.03%以下である。
Mnは、マルテンサイトを所望量生成させることにより、高強度化に寄与する。本発明の目的とする強度を得るためには、0.6%より多く含有させることが必要である。すなわち、Mnが0.6%以下では、マルテンサイトを所望量生成させることができず、目的の強度を得ることができない。また、ストレッチャーストレインの要因となる降伏伸びが発生し、加工後の外観に問題が生じる場合がある。一方、1.5%を超える含有は、焼入れ性の向上により、マルテンサイトが過剰に生成される。マルテンサイトが過剰に生成されることにより、加工性、特に曲げ性の低下を招く。従って、Mnは0.6%超え1.5%以下とする。好ましくは、0.8%以上1.4%以下である。
Pは、鋼中に不可避的に混入するものであり、鋼の強化には有効な元素であり、その場合には0.001%以上で含有させることが好ましい。一方で、Pは溶接性を低下させるため、0.025%以下とする。好ましくは、0.020%以下である。
Sは、鋼中に不可避的に混入するものであり、粗大なMnSなどの介在物を形成し、局部延性を著しく低下させるため、0.02%以下とする。好ましくは、0.015%以下である。なお、Sを0.0001%未満とするためには、鋼の精製に過剰なコストがかかる。よって、Sの下限は0.0001%とすることが好ましい。より好ましくは、0.0005%以上である。
Alは、脱酸剤として作用し、この効果を得るためには、0.01%以上の含有が必要である。好ましくは0.03%以上である。一方、多量に添加すると製造コストが高騰する。従って、Alは0.01%以上0.10%以下とする。好ましくは、0.08%以下である。
Nは、Alなどの炭窒化物形成元素と結びつくことで析出物を形成し、強度向上や組織の微細化に寄与する。この効果を得るためには、0.0005%以上の含有が必要である。一方、Nは0.0100%を超えて多量に含有すると耐時効性を低下させる。このため、Nは0.0005%以上0.0100%以下とする。好ましくは、0.0010%以上0.0060%以下である。
Tiは、Nと結合しTiNとなってBNの生成を抑制し、Bの焼入れ性を高める効果を十分に得ることができる。この効果を得るためには、0.005%以上の含有が必要である。一方、Tiは0.020%以上添加させると、強度上昇による加工性の低下を招く。このため、Tiは0.005%以上0.020%以下とする。好ましくは、0.005%以上0.015%以下である。
Bは、焼き入れ性を高め、焼鈍冷却過程で起こるフェライトの生成を抑制し、所望のマルテンサイトを得ることに寄与する。この効果を得るためには、0.0005%以上の含有が必要である。一方、Bは0.0100%を超えて多量に含有させてもその効果が飽和する。このため、Bは0.0005%以上0.0100%以下とする。好ましくは、0.001%以上0.0080%以下である。
Nbは、結晶粒を微細化させることで、マルテンサイトを微細分散させる効果があり、本発明において重要な添加元素のひとつである。この効果を得るためには、0.005%以上の含有が必要ある。一方、Nbは0.020%を超えて多量に含有すると強度上昇による延性の低下を招く。このため、Nbは0.005%以上0.020%以下とする。好ましくは、0.008%以上0.018%以下である。
ただし、本発明の効果を損なわない範囲においては、上記以外の成分を拒むものではない。すなわち、上記の必須元素で本発明の鋼板は目的とする特性が得られるが、上記の必須元素に加えて、必要に応じて下記の元素を含有することができる。
Cr:0.005%以上0.100%以下、Ni:0.005%以上0.150%以下およびMo:0.005%以上0.050%以下より選ばれる1種または2種以上
フェライトの面積率:85%以上
フェライトは焼鈍後の冷却中に生成され、鋼の延性向上に寄与する。フェライトの面積率が85%に満たない場合、所望の延性の確保が困難になる。従って、フェライトの面積率は、85%以上とする。好ましくは、90%以上である。
本発明では、強度確保のため、組織中にマルテンサイトを一部導入するが、マルテンサイトの面積率が10%超になると強度上昇により延性が低下するため、加工性が確保できなくなる。一方、マルテンサイトの面積率が1%未満であると所望の強度を得ることができない。従って、マルテンサイトの面積率は、1%以上10%以下とする。強度と伸びをバランスよく両立するためには、8%未満が好ましい。なお、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。
マルテンサイトは、鋼板の強度を担う組織である一方、曲げ変形時には、マルテンサイトとフェライトとの界面からボイドが生成し、き裂の起点となるため、マルテンサイト粒径を適切に制御することが重要である。マルテンサイト粒径が5μm超であると、所望の曲げ性を得ることが出来ない。ここで、マルテンサイト粒径が5μm以下であるとは、鋼板において無作為に選んだ観察箇所で5μm超のマルテンサイトが観察されないことである。
また、マルテンサイトは、微細に分散させることによって、マルテンサイトとフェライトとの界面での応力集中を緩和してき裂発生を抑制し、優れた曲げ性を付与することができるとともに、例えばプルタブリングのような厳しい曲げ加工で構成される曲げ部のしわを抑制できる。2μm以下のマルテンサイトがマルテンサイト全体の80%未満となると、プルタブリングの曲げ部にしわが発生する。この効果を得るためには、2μm以下のマルテンサイトがマルテンサイト全体の80%以上となる必要がある。
従って、マルテンサイト粒径は5μm以下、かつ2μm以下のマルテンサイトはマルテンサイト全体の80%以上とする。
熱間圧延の仕上げ温度が950℃を超える場合には、熱間圧延後の組織が粗大化するため、その後の焼鈍で微細なマルテンサイトを得ることが難しくなる。また、仕上げ温度が800℃に満たない場合には、フェライトとオーステナイトとの二相域での圧延になり、鋼板表層に粗大粒が発生するため、その後の焼鈍で微細なマルテンサイトを得ることが難しくなる。従って、仕上げ圧延温度は800℃以上950℃以下とする。好ましくは、850℃以上920℃以下である。
熱間圧延工程の最終スタンドの圧下率は8%以上とする。最終スタンドの圧下率が8%未満となると、焼鈍後のマルテンサイトの粒径が5μm超となり、所望の曲げ性が得られなくなる。また、焼鈍後に所望のマルテンサイト分率が得られず、延性が低下する。したがって、最終スタンドの圧下率は8%以上とする。好ましくは10%以上とする。最終スタンドの圧下率の上限は、圧延荷重の観点で15%以下とすることが好ましい。
巻き取り温度が700℃を超えると、巻き取り時に結晶粒が粗大化し、焼鈍時に微細なマルテンサイトを得ることができない。従って、巻き取り温度は700℃以下とする。好ましくは、450℃以上650℃以下である。
冷間圧延における圧下率を80%以上とすることによって、冷間圧延後の結晶粒が微細となるため、焼鈍時の結晶粒が微細になり、焼鈍後冷却時に生成するマルテンサイトを微細にすることができる。このような効果を得るためには、圧下率を80%以上とする必要がある。一方、圧下率が95%を超えると圧延荷重が大幅に増加し、圧延機への負荷が高まる。従って、圧下率は95%以下であることが好ましい。
200℃から均熱温度までの平均昇温速度が2℃/s未満となると、2μm以下のマルテンサイトがマルテンサイト全体の80%未満となり、例えばプルタブリングのような厳しい曲げ加工で構成される曲げ部でしわが発生する。また、所望のマルテンサイト分率が得られず、延性が低下する。均熱温度までの平均昇温速度が35℃/s超となると、700℃以上850℃以下の焼鈍温度での焼鈍では未再結晶組織が多量に残存し、加工時にひずみが鋼板に不均一に付与され、曲げ性が劣化するとともに、例えばプルタブリングのような厳しい曲げ加工が施される曲げ部でしわが発生する。したがって、均熱温度までの平均昇温速度を2℃/s以上35℃/s以下とする。好ましくは、均熱温度までの平均昇温速度を3℃/s以上25℃/s以下とする。
焼鈍温度が700℃よりも低い場合、所望量のマルテンサイトを得ることが出来ず、強度が低下する。一方、焼鈍温度が850℃を超える場合、焼鈍時に結晶粒の粗大化が生じ、最大マルテンサイト粒径が大きくなるため、曲げ性が劣化する。従って、焼鈍温度は700℃以上850℃以下とする。好ましくは、750℃以上で820℃以下である。
平均冷却速度が70℃/sに満たない場合、冷却中にマルテンサイトの生成が抑制され、所望量のマルテンサイトが得られず、強度が低下する。従って、平均冷却速度は70℃/s以上とする。好ましくは、80℃/s以上250℃/s以下である。なお、この冷却は、ガス冷却の他、炉冷、ミスト冷却、ロール冷却および水冷などの1種または2種以上を組み合わせて行うことが可能である。
焼鈍後の冷却停止温度を450℃以下とすることにより、マルテンサイト変態が生じ、所望量のマルテンサイトを得ることができる。一方、冷却停止温度を200℃未満としてもマルテンサイトの生成量に変化は無い反面、冷却コストが過剰となる。従って、焼鈍後の冷却停止温度は200℃以上450℃以下とする。
冷却停止温度から150℃までの温度域での保持時間:300秒以下
冷却停止温度から150℃までの温度域での保持時間が300秒を超える場合、該保持中にマルテンサイトの焼戻しが生じ、所望量のマルテンサイトを得ることが出来ず、強度が低下する。また、本発明においては、保持を行わずにそのまま緩冷却することも可能であるが、保持を行うことで伸びをさらに向上させることができる。従って、冷却停止温度から150℃までの温度域での保持時間は1秒以上300秒以下とする。なお、保持温度が150℃を下回ると伸び向上の効果が得られないため、好ましくない。
以上により、本発明の高強度鋼板が製造される。
表1に示す成分組成を有する鋼を溶製し、板厚20mmのシートバースラブを作製した。これらのシートバースラブに対し、表2に示す条件で熱間圧延を行った。得られた熱延板に、塩酸酸洗および表2に示す圧延率による冷間圧延を行い、板厚0.2mmの冷延鋼板を製造した。なお、表1の鋼種OにおけるTi:0.001%、B:0.0001%およびNb:0.001%は不可避混入分である。
組織全体に占める各組織の面積率は、圧延方向断面で、板厚の1/2位置の面をナイタールで腐食後に、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより調査した。観察は無作為に選んだ視野5箇所で実施した。倍率が2000倍の断面組織写真を用い、画像処理ソフトを用いて(Photoshop,Adobe社製)2値化処理を行い、任意に設定した50μm×50μm四方の正方形領域内に存在する各組織の占有面積を求め、平均値を算出し、これを各組織の面積率とした。
機械特性(引張強さTS、伸びEL)は、圧延方向を長手方向(引張方向)とし、JIS Z2241に記載の5号試験片を用い、JIS Z2241に準拠した引張試験を行って評価した。
曲げ性は、JIS Z2248に記載の3号試験片を用い、JIS Z2248に準拠した180°曲げ試験を行って評価した。曲げ時の板間の距離は、板厚の2倍とした。判定は、試験片を曲げ装置から取り出した後、湾曲部の外側を10倍のルーペを用いて観察し、き裂がない場合を曲げ性に優れる(曲げ性:〇)、き裂がある場合を曲げ性に劣る(曲げ性:×)とした。
プルタブは、鋼板より短冊状のブランクを採取し、曲げ加工、カール加工を順次施すことで作製した。作製したプルタブのリング部について、リング部の曲げ頂点を実体顕微鏡を用いて周方向4か所で観察し、しわ発生有無を確認した。周方向4か所の全てでしわが無いものは合格(○)、周方向で1か所でもしわを有するものは不合格(×)とした。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.03%以上0.15%以下、
Si:0.01%以上0.05%以下、
Mn:0.6%超え1.5%以下、
P:0.025%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.01%以上0.10%以下、
N:0.0005%以上0.0100%以下、
Ti:0.005%以上0.020%以下、
B:0.0005%以上0.0100%以下および
Nb:0.005%以上0.020%以下
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物の成分組成を有し、
面積率で、85%以上のフェライトおよび1.0%以上10%以下のマルテンサイトを含む金属組織を有し、前記マルテンサイトは粒径が5.0μm以下であり、かつ粒径が2μm以下の比率が80%以上であり、引張強さが500MPa以上である高強度鋼板。 - 前記金属組織は、面積率で、8%未満のマルテンサイトを含む請求項1に記載の高強度鋼板。
- 前記成分組成に加えて、質量%で、
Cr:0.005%以上0.100%以下、
Ni:0.005%以上0.150%以下および
Mo:0.005%以上0.050%以下
より選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1または2のいずれかに記載の高強度鋼板。 - 請求項1又は3に記載の成分組成を有するスラブに、仕上げ温度が800℃以上950℃以下、最終スタンドの圧下率が8%以上および巻き取り温度が700℃以下にて熱間圧延を施す熱間圧延工程と、該熱間圧延工程を経た熱延板に、圧下率80%以上の冷間圧延を施す冷間圧延工程と、該冷間圧延工程を経た冷延板に、200℃から均熱温度までの平均昇温速度が2℃/s以上35℃/s以下の加熱を施し、700℃以上850℃以下の均熱温度にて保持後に200℃以上450℃以下の温度域まで平均冷却速度70℃/s以上で冷却する焼鈍工程と、を有し、
面積率で、85%以上のフェライトおよび1.0%以上10%以下のマルテンサイトを含む金属組織を有し、前記マルテンサイトは粒径が5.0μm以下であり、かつ粒径が2μm以下の比率が80%以上であり、引張強さが500MPa以上となる、高強度鋼板の製造方法。 - 請求項4において、さらに、前記焼鈍工程を経た焼鈍板を150℃以上、前記冷却の停止温度以下にて300秒以下で保持する工程を有する高強度鋼板の製造方法。
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