JP6688392B2 - 延性に優れた超高強度熱延鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
関係式2: [sol.C]=[C]−(0.25[Ti]+0.13[Nb]+0.125[Mo])、0.17≦[sol.C]≦0.22
関係式3: T=Temp(25[sol.C]+Log(Time))、2000≦T≦2500
(上記関係式1及び関係式2における各元素記号は、各元素の含有量を重量%で表した値であり、関係式3におけるTemp及びTimeは、巻取り後の加熱炉における温度(℃)及び時間(分)を示す。)
関係式1: 4.5≦[Mn]+12[sol.C]+2.5[Mo]+2[Cr]+300[B]+[V]≦5.3
関係式2: [sol.C]=[C]−(0.25[Ti]+0.13[Nb]+0.125[Mo])、0.17≦[sol.C]≦0.22
(上記関係式1及び関係式2における各元素記号は、各元素の含有量を重量%で表した値である。)
上記Cは、鋼の硬化能を高め、鋼を強化させるために最も経済的且つ効果的な元素であり、残留オーステナイト相の安定性を確保するためにも容易である。Cの含有量が増加すると、マルテンサイト相とベイナイト相が増加し、引張強度が増加するようになりうる。
Cの含有量が0.15%未満の場合には、安定した残留オーステナイト相を形成することが不十分となりうる。これに対し、Cの含有量が0.25%を超えると、溶接性が低下し、冷却速度に応じて微細組織の偏差が増加して熱間圧延鋼板(熱間圧延板材)の位置ごとの材質偏差が激しくなり、延性及び剪断加工性が低下しうるという問題が生じうる。したがって、Cの含有量は、0.15〜0.25%であることが好ましい。
上記Siは、溶鋼を脱酸させる作用をし、固溶強化の効果があり、粗大な炭化物の形成を遅延させて、残留オーステナイト相を形成させるために有利な効果がある。
Siの含有量が0.6%未満の場合には、炭化物の形成を遅延させる効果が少なく、安定した残留オーステナイト相を向上させにくいという問題点がある。これに対し、Siの含有量が2.0%を超えると、溶接性が低下しうるという問題がある。したがって、Siの含有量は、0.6〜2.0%であることが好ましい。
上記Mnは、Siと同様に鋼を固溶強化させるための効果的な元素であり、鋼の硬化能を増加させてマルテンサイト相を形成させることを容易にする。
Mnの含有量が1.5%未満の場合には、上述した効果を得ることが不十分となりうる。これに対し、Mnの含有量が3.0%を超えると、硬化能が過度に増加して、所望の微細組織を制御することが難しく、連続鋳造工程におけるスラブ鋳造時の厚さ中心部で偏析部が大きく発達してスラブの品質が低下し、熱間圧延後の冷却時には厚さ方向への微細組織が不均一に形成され、溶接性も低下しうる。したがって、Mnの含有量は、1.5〜3.0%であることが好ましい。
上記Crは、鋼を固溶強化させ、鋼の硬化能を増加させることで、鋼の強度を高める。しかし、Crの含有量が0.01%未満の場合には、添加による上記効果を得ることが不十分となりうる。これに対し、Crの含有量が0.5%を超えると、Mnと同様に、厚さ中心部で偏析部が大きく発達し、厚さ方向の微細組織を不均一にして成形性及び溶接性を低下させうる。したがって、上記Crの含有量は、0.01〜0.5%に制限することが好ましい。
上記Moは、鋼を固溶強化させ、鋼の硬化能を増加させることで、鋼の強度を高めうる。また、Nb、Tiなどとともに添加する場合には、炭化物の形成にも寄与して、固溶炭素を安定化させうる。しかし、Moの含有量が0.005%未満の場合には、添加による上記効果を得ることが不十分になりうる。これに対し、Moの含有量が0.2%を超えると、過度な焼入性増加が原因で、マルテンサイト相を容易に形成し、且つ安定した残留オーステナイト相を形成させることが難しくなりうるという問題があり、経済的にも不利であり、溶接性にも有害となりうる。したがって、上記Moの含有量は、0.005〜0.2%であることが好ましい。
上記Pは、Siと同様に固溶強化及びフェライト変態の促進効果をともに有する。しかし、Pの含有量が0.001%未満の場合には、製造コストが多くかかり経済的に不利であり、高強度を得ることも不十分となりうる。これに対し、Pの含有量が0.05%を超えると、粒界偏析による脆化が発生し、剪断加工時に微細な亀裂が発生しやすくなり、延性及び耐衝撃特性を大きく悪化させうる。したがって、Pの含有量は、0.001〜0.05%であることが好ましい。
上記Sは、鋼中に存在する不純物である。Sの含有量が0.01%を超えると、Mnなどと結合して非金属介在物を形成し、その結果、鋼の切断加工時に、微細な亀裂が発生しやすくなり、伸びフランジ性及び耐衝撃性を大きく低下させうるという問題点が生じうる。また、Sの含有量が0.001%未満の場合には、製鋼操業時に時間が多くかかり、生産性が落ちることになりうる。したがって、Sの含有量は、0.001〜0.01%であることが好ましい。
上記Sol.Al(可溶性Al)は、主に脱酸のために添加する成分である。Sol.Alの含有量が0.01%未満の場合にはその添加効果が不十分となりうる。これに対し、0.1%を超えると、窒素と結合してAlNが形成されて連続鋳造時のスラブにコーナークラックが発生しやすくなり、熱間圧延板のエッジ(Edge)部に介在物形成による欠陥が発生しやすくなる。したがって、Sol.Alの含有量は、0.01〜0.1%であることが好ましい。
上記Nは、Cとともに代表的な固溶強化元素であり、Ti、Alなどと同様に粗大な析出物を形成する。一般に、Nの固溶強化の効果は、炭素よりも優れているが、鋼中にNの量が増加すればするほど靭性が大きく低下するという問題点がある。また、Nの含有量を0.001%未満添加して製造するためには、製鋼操業時に時間が多くかかり生産性が落ちることになりうる。したがって、Nの含有量は、0.001〜0.01%であることが好ましい。
上記Tiは、Nb、Vとともに代表的な析出強化元素であり、Nとの強い親和力で鋼中に粗大なTiNを形成する。TiNは、熱間圧延のための加熱過程で結晶粒が成長することを抑制するという効果がある。また、窒素と反応して残ったTiが鋼中に固溶されて炭素と結合することによりTiCの析出物が形成されて鋼の強度を向上させる有用な成分である。
しかし、Tiの含有量が0.003%未満の場合には、上記の効果を得ることが不十分となりうる。これに対し、Tiの含有量が0.10%を超えると、粗大なTiNの発生が原因で剪断加工時に微細な亀裂が形成しやくなり、鋼中の固溶Cを減少させるため残留オーステナイト相の安定性が減少しうる。したがって、Tiの含有量は、0.003〜0.1%であることが好ましい。
上記Nbは、Ti、Vとともに代表的な析出強化元素であり、熱間圧延中に析出して再結晶遅延による結晶粒微細化効果を奏するため鋼の強度及び衝撃靭性の向上に有効である。しかし、Nbの含有量が0.003%未満の場合には、上記の効果を得ることが不十分となりうる。これに対し、Nbの含有量が0.1%を超えると、熱間圧延中における過度な再結晶遅延により、延伸された結晶粒及び粗大な複合析出物が形成され、変形抵抗が増加して薄物材の熱間圧延が難しくなり、形状品質が低下しうるという問題がある。また、固溶Cを減少させ、残留オーステナイト相の安定性も減少させうる。したがって、Nbの含有量は、0.003〜0.1%であることが好ましい。
上記Vは、Nb、Tiとともに代表的な析出強化元素であるが、主に巻取り後に析出物を形成して鋼の強度向上に寄与し、鋼の硬化能を増加させる効果もある。しかし、Vの含有量が0.003%未満の場合には、上記の効果を得ることが不十分であり、0.1%を超えると、粗大な複合析出物が形成されて剪断加工性が低下し、硬化能が増加しすぎるため微細組織を制御することが難しくなり経済的にも不利となりうる。したがって、Vの含有量は、0.003〜0.1%であることが好ましい。
上記Bは、代表的な粒界安定化元素であり、熱間圧延中に再結晶を遅延させ、熱間圧延後の冷却中のフェライト相変態を遅延させて硬化能を高める元素である。また、微量でもその効果が大きい。但し、Bの含有量が0.0005%未満の場合には、上記の効果を得ることが不十分となりうる。これに対し、Bの含有量が0.005%を超えると、熱間圧延中の変形抵抗の増加が原因で薄物材の熱間圧延が難しくなり、硬化能が増加しすぎるため微細組織を制御することが難しくなりうる。したがって、Bの含有量は、0.0005〜0.005%であることが好ましい。
これは、下記関係式1及び関係式2を満たさなければ、熱間圧延後のマルテンサイト組織を均一に形成することが難しくなり、未変態された残留オーステナイト相を安定化することも難しくなるためである。
下記関係式1及び関係式2における各元素記号は、各元素の含有量を重量%で表した値である。
関係式1は、鋼の焼入性及び偏析に関連するものであって、特に関係式1を構成する各成分は、鋼の硬化能を高めることで、マルテンサイト相の形成を容易にする。しかし、C、Mn、Crなどは、鋼板の中心部に偏析しやすいため、厚さ方向への微細組織を不均一に形成させ、溶接性にも有害となりうる。したがって、関係式1の値が4.5未満の場合には、鋼の焼入性が足りなくなり、5.3を超えると、微細組織の不均一性が大きくなって溶接性が劣化しうる。
関係式2は、鋼の析出物の形成に関連する成分を制限したものであって、析出物の形成が上記組成のTi、Nb、Mo、及びCの含有量と関連しているため、残留オーステナイト相の安定性に寄与する固溶Cの含有量を確認するためのものである。[sol.C]が0.17未満の場合には、残留オーステナイトを十分に安定化させることが難しくなり、[sol.C]が0.22を超えると、多量の微細な析出物を形成して降伏強度を増加させ、結晶粒を微細にすることができるが、鋼の焼入性が増加し、溶接性にも有害となりうる。
マルテンサイトが85%未満の場合には、十分な引張強度を確保することが難しい。また、残留オーステナイトが3%未満の場合には、伸び及び成形性が低下する可能性があり、15%を超えると、十分なマルテンサイトを確保することができないため、引張強度が低下するおそれがある。
このとき、上記不可避な相は、フェライトやベイナイトなどであってもよく、フェライトとベイナイトの合計は5%未満であることがより好ましい。フェライトとベイナイトの合計が5%以上の場合には、強度が低下する可能性がある。
上述した合金組成ならびに関係式1及び関係式2を満たすスラブを1200〜1350℃に加熱する。
上記スラブ加熱温度が1200℃未満の場合には、Ti、Nb、V、Moなどで構成された炭化物、窒化物、析出物が十分に再固溶されにくいため、熱間圧延以降の工程で析出物の形成効果が減少するようになり、粗大なTiNが残存するようになりうる。これに対し、1350℃を超えると、オーステナイト結晶粒の異常粒成長が原因で強度が低下しうるという問題がある。したがって、上記スラブ加熱温度は1200〜1350℃であることが好ましい。
このとき、上記スラブは、連続鋳造工程と熱間圧延工程が直結化された工程で生産されたものであればよい。適正な熱間圧延温度を維持するためには、鋼スラブの温度を1200〜1350℃とすることが重要であるため、上記のような連続鋳造工程と熱間圧延工程が直結化された工程にも好ましく適用することができる。
上記加熱されたスラブを850〜1150℃の温度範囲で熱間圧延して熱延鋼板を得る。
1150℃よりも高い温度で熱間圧延を開始すると、熱延鋼板の温度が高くなり、結晶粒サイズが粗大化して熱延鋼板の表面品質が低下しうる。また、熱間圧延を850℃よりも低い温度で終了すると、過度な再結晶の遅延が原因で延伸された結晶粒が発達しうる。さらに、再結晶の遅延が原因で圧延板の形状が劣化し、熱間圧延中の析出物の形成が原因で焼入性が減少し、残留オーステナイト相の安定性も低下するようになりうる。
したがって、熱間圧延は、850〜1150℃の温度範囲で行うことが好ましい。
上記熱間圧延鋼板を200〜400℃の冷却終了温度まで平均冷却速度50〜100℃/sで冷却した後、巻き取る。
冷却終了温度が200℃未満の場合には、鋼中の微細組織がすべてマルテンサイト相に相変態されて鋼の強度は増加するが、延性が低下しうる。これに対し、冷却終了温度が400℃を超えると、ベイナイト相が形成されて鋼の強度及び延性が両方とも低下する可能性がある。
また、冷却時の平均冷却速度が50℃/s未満の場合には、フェライト相又はベイナイト相が形成されて微細組織が不均一になり、目標とする鋼の材質を確保することが難しくなる。これに対し、平均冷却速度が100℃/sを超えると、板の厚さ方向及び幅方向への微細組織が不均一になって形状品質が低下する可能性がある。
上記巻き取られた熱延鋼板を加熱炉内に装入し、200〜400℃の温度範囲で下記関係式3を満たすように保熱又は加熱する。保熱又は加熱熱処理後に熱延鋼板を炉冷することができる。
(上記関係式3におけるTemp及びTimeは、巻取り後の加熱炉における温度(℃)及び時間(分)を示す。)
下記表1における各合金元素の単位は重量%であり、下記表2におけるFDT及びCTはそれぞれ、熱間圧延時の仕上げ圧延終了温度及び巻取温度を意味し、Temp及びTimeは、コイル加熱炉の熱処理温度及び熱処理時間を意味する。下記表2に示していない熱間圧延直後の冷却は、冷却速度を70〜90℃/sを満たすように制御した。
下記表3におけるYS、TS、T−Elはそれぞれ、熱圧延板の降伏強度、引張強度、伸びを意味し、引張試験は、圧延板材の圧延方向に対して0°方向を基準にJIS 5号規格に基づいて採取された試験片として行われた。下記表3に示す引張試験の結果は、3回試験した結果の平均値である。
Claims (8)
- 重量%で、C:0.15〜0.25%、Si:0.6〜2.0%、Mn:1.5〜3.0%、Al:0.01〜0.1%、Cr:0.01〜0.5%、Mo:0.005〜0.2%、P:0.001〜0.05%、S:0.001〜0.05%、N:0.001〜0.01%、Nb:0.003〜0.1%、Ti:0.003〜0.1%、V:0.003〜0.1%、B:0.0005〜0.005%、残部Fe及びその他の不可避不純物からなり、
下記関係式1及び関係式2を満たし、微細組織として、面積分率で、マルテンサイト85%以上、残留オーステナイト3〜15%、及びその他の不可避な相を含む、
延性に優れた超高強度熱延鋼板。
関係式1: 4.5≦[Mn]+12[sol.C]+2.5[Mo]+2[Cr]+300[B]+[V]≦5.3
関係式2: [sol.C]=[C]−(0.25[Ti]+0.13[Nb]+0.125[Mo])、0.17≦[sol.C]≦0.22
(前記関係式1及び関係式2における各元素記号は、各元素の含有量を重量%で表した値である。) - 前記不可避な相は、フェライトとベイナイトを含み、前記フェライトとベイナイトの合計は5面積%未満である、請求項1に記載の延性に優れた超高強度熱延鋼板。
- 前記熱延鋼板は、引張強度が1200MPa以上であり、伸びが10%以上である、請求項1に記載の延性に優れた超高強度熱延鋼板。
- 前記熱延鋼板は、表面に亜鉛メッキ層が形成される、請求項1に記載の延性に優れた超高強度熱延鋼板。
- 重量%で、C:0.15〜0.25%、Si:0.6〜2.0%、Mn:1.5〜3.0%、Al:0.01〜0.1%、Cr:0.01〜0.5%、Mo:0.005〜0.2%、P:0.001〜0.05%、S:0.001〜0.05%、N:0.001〜0.01%、Nb:0.003〜0.1%、Ti:0.003〜0.1%、V:0.003〜0.1%、B:0.0005〜0.005%、残部Fe及びその他の不可避不純物からなり、下記関係式1及び関係式2を満たすスラブを1200〜1350℃に加熱する段階と、
前記加熱されたスラブを850〜1150℃の温度範囲で熱間圧延して熱延鋼板を得る段階と、
前記熱間圧延鋼板を200〜400℃の冷却終了温度まで平均冷却速度50〜100℃/sで冷却した後、巻き取る段階と、
前記巻き取られた熱延鋼板を加熱炉内に装入し、200〜400℃の温度範囲で下記関係式3を満たすように保熱又は加熱する段階と、
を含み、
前記保熱又は加熱された熱延鋼板は、微細組織として、面積分率で、マルテンサイト85%以上、残留オーステナイト3〜15%、及びその他の不可避な相を含む、
延性に優れた超高強度熱延鋼板の製造方法。
関係式1: 4.5≦[Mn]+12[sol.C]+2.5[Mo]+2[Cr]+300[B]+[V]≦5.3
関係式2: [sol.C]=[C]−(0.25[Ti]+0.13[Nb]+0.125[Mo])、0.17≦[sol.C]≦0.22
関係式3: T=Temp(25[sol.C]+Log(Time))、2000≦T≦2500
(前記関係式1及び関係式2における各元素記号は、各元素の含有量を重量%で表した値であり、関係式3におけるTemp及びTimeは、巻取り後の加熱炉における温度(℃)及び時間(分)を示す。) - 前記保熱又は加熱する段階後に、熱延鋼板を酸洗処理した後、塗油する段階をさらに含む、請求項5に記載の延性に優れた超高強度熱延鋼板の製造方法。
- 前記酸洗処理後の鋼板の温度が450〜480℃になるように加熱した後、溶融亜鉛メッキする段階を含む、請求項6に記載の延性に優れた超高強度熱延鋼板の製造方法。
- 前記スラブは、連続鋳造工程と熱間圧延工程が直結化された工程で生産されたものである、請求項5に記載の延性に優れた超高強度熱延鋼板の製造方法。
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