JP6737338B2 - 鋼板 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車のボディー構造部品を始めとする機械構造部品等に好適な高強度鋼板に関する。
自動車からの炭酸ガスの排出量を抑えるために、高強度鋼板を使用した自動車の車体の軽量化が進められている。また、搭乗者の安全性の確保のためにも、車体に高強度鋼板が多く使用されるようになってきている。車体の更なる軽量化を進めていくためには、更なる強度の向上が重要である。その一方で、車体の部品によっては、優れた成形性が要求される。例えば、骨格系部品用の高強度鋼板には、優れた伸び及び穴広げ性が要求される。特に、自動車の骨格部材であるメンバー(サブフレーム)及びリンフォース(補強部材)に用いられる高強度鋼板には、良好な延性のみならず、優れた穴広げ性が求められる。
しかしながら、強度の向上及び成形性の向上の両立は困難である。強度の向上及び成形性の向上の両立を目的とした技術が提案されているが、これらによっても十分な特性を得ることはできない。また、近年では、更なる強度の向上が求められており、成形性の向上との両立を目的とした技術が提案されているが、成形性、特に、穴広げ性の向上は困難である。一方、鋼板の生産性の向上に伴って、鋼板の品質調査における試験速度を向上させた条件下での優れた穴広げ性が望まれるが、従来の鋼板では、加工速度が速い場合における穴広げ性の向上は困難である。
特開2009−13488号公報 特開2012−36497号公報 特開2002−88447号公報 特開2009−249669号公報 特開2010−65307号公報 特開2002−66601号公報 特開2014−34716号公報 国際公開第2014/171427号 特開昭56−6704号公報 特開2006−207016号公報 特開2009−256773号公報 特開2010−121175号公報
本発明は、優れた強度及び成形性を得ることができ、特に高速加工時の成形性も優れた鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。この結果、従来の鋼板には、ベイナイト、マルテンサイト若しくは残留オーステナイト又はこれらの任意の組み合わせからなる硬質組織がバンド状に連なったバンド状組織が存在すること、バンド状組織が応力集中箇所となり、ボイドの生成が助長されることが明らかになった。マルテンサイトには、フレッシュマルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトが含まれる。更に、バンド状組織に起因してボイドの生成箇所が密に存在するため、ボイドの連結が促進されることも明らかになった。すなわち、バンド状組織が穴広げ性に影響を及ぼしていることが明らかになった。そして、本発明者らは、穴広げ性の向上には、バンド状組織を抑制することが重要であることを見出した。さらに、本発明者らは、バンド状組織を抑制することで、成形時の表面性状が向上することも見出した。
バンド状組織は、溶製の段階でMn等の合金元素が偏析し、熱間圧延及び冷間圧延において、合金元素が偏析した領域が圧延方向に引き伸ばされることで形成される。従って、バンド状組織の抑制には、合金元素の偏析を抑制することが重要である。また、本発明者らは、バンド状組織の抑制には、仕上げ圧延前に、高温下で格子欠陥を導入してオーステナイトの再結晶を生じさせること、及び合金偏析部のSi濃度を高めることが極めて効果的であることを見出した。すなわち、再結晶により、再結晶オーステナイト粒の粒界に沿った合金元素の拡散が促進され、合金元素が網目状に分布するようになり、合金元素の偏析が抑制されるのである。更に、本発明者らは、Siを含有させてMn偏析部のSi濃度を高めることで、冷却時により均質にフェライトが形成されてバンド組織が効果的に解消されることを見出した。このような方法によれば、従来の長時間加熱や、高価な合金元素の添加無しに、効果的にバンド組織を解消することができる。
穴広げ性は、JIS T 1001、JIS Z 2256、又はJFS T 1001に規定される方法により評価される。一般的に、穴広げ試験の試験速度は0.2mm/秒とされている。しかしながら、本発明者らは、試験速度によって得られる試験結果が異なることと、0.2mm/秒程度の試験速度の試験で得られた結果は、高速加工時の穴広げ性を十分に反映できていないことを見出した。これは、加工速度の上昇に伴ってひずみ速度も上昇するためであると考えられる。従って、高速加工時の穴広げ性の評価には、試験速度を規定されている上限値である1mm/秒程度とした穴広げ試験で得られた結果が重要であるといえる。そして、本発明者らは、上記のようにバンド組織が解消された鋼板では、試験速度が1mm/秒の穴広げ試験で得られた結果が良好であることも見出した。
本願発明者は、このような知見に基づいて更に鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
(1)
質量%で、
C:0.05%〜0.40%、
Si:0.05%〜6.00%、
Mn:1.50%〜10.00%、
酸可溶性Al:0.01%〜1.00%、
P:0.10%以下、
S:0.01%以下、
N:0.01%以下、
Ti:0.0%〜0.2%、
Nb:0.0%〜0.2%、
V:0.0%〜0.2%、
Cr:0.0%〜1.0%、
Mo:0.0%〜1.0%、
Cu:0.0%〜1.0%、
Ni:0.0%〜1.0%、
Ca:0.00%〜0.01%、
Mg:0.00%〜0.01%、
REM:0.00%〜0.01%、
Zr:0.00%〜0.01%、かつ
残部:Fe及び不純物、
で表される化学組成を有し、
面積率で、
フェライト:5%〜80%、
ベイナイト、マルテンサイト若しくは残留オーステナイト又はこれらの任意の組み合わせからなる硬質組織:20%〜95%、
前記残留オーステナイト:5.0%以上、かつ
厚さ方向に垂直な面内の線上での前記硬質組織の線分率の標準偏差:鋼板の厚さをtとしたときの表面からの深さが3t/8からt/2までの深さ範囲内で0.050以下、
で表される鋼組織を有することを特徴とする鋼板。

前記化学組成において、質量%で、
Ti:0.003%〜0.2%、
Nb:0.003%〜0.2%、若しくは
V:0.003%〜0.2%、
又はこれらの任意の組み合わせが成り立つことを特徴とする(1)に記載の鋼板。

前記化学組成において、質量%で、
Cr:0.005%〜1.0%、
Mo:0.005%〜1.0%、
Cu:0.005%〜1.0%、若しくは
Ni:0.005%〜1.0%、
又はこれらの任意の組み合わせが成り立つことを特徴とする(1)又は(2)に記載の鋼板。

前記化学組成において、質量%で、
Ca:0.0003%〜0.01%、
Mg:0.0003%〜0.01%、
REM:0.0003%〜0.01%、若しくは
Zr:0.0003%〜0.01%、
又はこれらの任意の組み合わせが成り立つことを特徴とする(1)〜()のいずれかに記載の鋼板。
本発明によれば、鋼組織が適切であるため、優れた強度及び成形性を得ることができ、優れた高速加工時の成形性も得ることができる。また、本発明によれば、バンド状組織を抑制することで、超ハイテンの成形時に発生する縞状の表面欠陥を抑制し、優れた外観を得ることができる。
図1は、硬質組織の線分率を求める方法を示す図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の実施形態に係る鋼板及びその製造に用いるスラブの化学組成について説明する。後述のように、本発明の実施形態に係る鋼板は、スラブの多軸圧縮加工、熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍等を経て製造される。従って、鋼板及びスラブの化学組成は、鋼板の特性のみならず、これらの処理を考慮したものである。以下の説明において、鋼板及びスラブに含まれる各元素の含有量の単位である「%」は、特に断りがない限り「質量%」を意味する。本実施形態に係る鋼板は、質量%で、C:0.05%〜0.40%、Si:0.05%〜6.00%、Mn:1.50%〜10.00%、酸可溶性Al:0.01%〜1.00%、P:0.10%以下、S:0.01%以下、N:0.01%以下、Ti:0.0%〜0.2%、Nb:0.0%〜0.2%、V:0.0%〜0.2%、Cr:0.0%〜1.0%、Mo:0.0%〜1.0%、Cu:0.0%〜1.0%、Ni:0.0%〜1.0%、Ca:0.00%〜0.01%、Mg:0.00%〜0.01%、REM(希土類金属:rare earth metal):0.00%〜0.01%、Zr:0.00%〜0.01%、かつ残部:Fe及び不純物、で表される化学組成を有している。不純物としては、鉱石やスクラップ等の原材料に含まれるもの、製造工程において含まれるもの、が例示される。
(C:0.05%〜0.40%)
Cは引張強度の向上に寄与する。C含有量が0.05%未満では、十分な引張強度、例えば780MPa以上の引張強度が得られない。従って、C含有量は0.05%以上とし、好ましくは0.07%以上とする。一方、C含有量が0.40%超では、マルテンサイトが硬質となり、溶接性が劣化する。従って、C含有量は0.40%以下とし、好ましくは0.35%以下とし、より好ましくは0.30%以下とし、更に好ましくは0.20%以下とする。
(Si:0.05%〜6.00%)
Siは固溶強化により、穴広げ性を劣化させずに引張強度を高める。Si含有量が0.05%未満では、十分な引張強度、例えば780MPa以上の引張強度が得られない。従って、Si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0.50%以上とする。Siは、Mn偏析部に濃化し、フェライトの生成を助長して、硬質組織のバンド状の分布を抑制する作用も有する。この作用はSi含有量が2.00%以上の場合に特に顕著である。従って、Si含有量は好ましくは2.00%以上とし、より好ましくは2.50%以上とする。一方、Si含有量が6.00%超では、合金偏析部のフェライト相安定化効果がMnのオーステナイト相安定化効果を上回り、バンド状組織の形成が助長される。従って、Si含有量は6.00%以下とし、好ましくは5.00%以下とする。また、Mn含有量に応じてSiが含有されることでより効果的にバンド状の分布を抑制することができる。この観点から、Si含有量は、好ましくはMn含有量の1.0倍以上1.3倍以下とする。鋼板の表面性状の観点から、Si含有量を2.00%以下としてもよく、1.50%以下としてもよく、1.20%以下としてもよい。
(Mn:1.50%〜10.00%)
Mnは引張強度の向上に寄与する。Mn含有量が1.50%未満では、十分な引張強度、例えば780MPa以上の引張強度が得られない。従って、Mn含有量は1.50%以上とする。Mnは、高価な合金元素を添加せずに、残留オーステナイト分率を高めることができる。この観点から、Mn含有量は、好ましくは1.70%以上とし、より好ましくは2.00%以上とする。一方、Mn含有量が10.00%超では、MnSの析出量が増加し、低温靭性が劣化する。従って、Mn含有量は10.00%以下とする。熱間圧延及び冷間圧延における生産性の観点から、Mn含有量は、好ましくは4.00%以下とし、より好ましくは3.00%以下とする。
(酸可溶性Al:0.01%〜1.00%)
酸可溶性Alは、鋼を脱酸して鋼板を健全化する作用を有する。酸可溶性Al含有量が0.01%未満では、この作用による効果が十分に得られない。従って、酸可溶性Al含有量は0.01%以上とし、好ましくは0.02%以上とする。一方、酸可溶性Al含有量が1.00%超では、溶接性が低下したり、酸化物系介在物が増加して表面性状が劣化したりする。従って、酸可溶性Al含有量は1.00%以下とし、好ましくは0.80%以下とする。なお、酸可溶性Alは、Al等の酸に可溶しない化合物になっておらず、酸に可溶する。
(P:0.10%以下)
Pは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、P含有量は低ければ低いほどよい。特に、P含有量が0.10%超で、溶接性の低下が著しい。従って、P含有量は0.10%以下とし、好ましくは0.03%以下とする。P含有量の低減にはコストがかかり、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、P含有量は0.0001%以上としてもよい。Pは強度の向上に寄与するため、P含有量は0.01%以上としてもよい。
(S:0.01%以下)
Sは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、S含有量は低ければ低いほどよい。S含有量が高いほど、MnSの析出量が増加し、低温靭性が低下する。特に、S含有量が0.01%超で、溶接性の低下及び低温靱性の低下が著しい。従って、S含有量は0.01%以下とし、好ましくは0.003%以下、より好ましくは0.0015%以下とする。S含有量の低減にはコストがかかり、0.001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇し、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが更に著しく上昇する。このため、S含有量は0.0001%以上としてもよく、0.001%以上としてもよい。
(N:0.01%以下)
Nは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、N含有量は低ければ低いほどよい。特に、N含有量が0.01%超で、溶接性の低下が著しい。従って、N含有量は0.01%以下とし、好ましくは0.006%以下とする。N含有量の低減にはコストがかかり、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、N含有量は0.0001%以上としてもよい。
Ti、Nb、V、Cr、Mo、Cu、Ni、Ca、Mg、REM及びZrは、必須元素ではなく、鋼板及び鋼に所定量を限度に適宜含有されていてもよい任意元素である。
(Ti:0.0%〜0.2%、Nb:0.0%〜0.2%、V:0.0%〜0.2%)
Ti、Nb及びVは強度の向上に寄与する。従って、Ti、Nb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、Ti含有量、Nb含有量若しくはV含有量又はこれらの任意の組み合わせは、好ましくは0.003%以上とする。一方、Ti含有量、Nb含有量若しくはV含有量又はこれらの任意の組み合わせが0.2%超では、熱間圧延及び冷間圧延が困難になる。従って、Ti含有量、Nb含有量若しくはV含有量又はこれらの任意の組み合わせは0.2%以下とする。つまり、Ti:0.003%〜0.2%、Nb:0.003%〜0.2%、若しくはV:0.003%〜0.2%、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。
(Cr:0.0%〜1.0%、Mo:0.0%〜1.0%、Cu:0.0%〜1.0%、Ni:0.0%〜1.0%)
Cr、Mo、Cu及びNiは強度の向上に寄与する。従って、Cr、Mo、Cu、若しくはNi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、Cr含有量、Mo含有量、Cu含有量若しくはNi含有量又はこれらの任意の組み合わせは、好ましくは0.005%以上とする。一方、Cr含有量、Mo含有量、Cu含有量若しくはNi含有量又はこれらの任意の組み合わせが1.0%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。従って、Cr含有量、Mo含有量、Cu含有量若しくはNi含有量又はこれらの任意の組み合わせは1.0%以下とする。つまり、Cr:0.005%〜1.0%、Mo:0.005%〜1.0%、Cu:0.005%〜1.0%、若しくはNi:0.005%〜1.0%、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:0.00%〜0.01%、Mg:0.00%〜0.01%、REM:0.00%〜0.01%、Zr:0.00%〜0.01%)
Ca、Mg、REM及びZrは介在物の微細分散化に寄与し、靭性を高める。従って、Ca、Mg、REM若しくはZr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、Ca含有量、Mg含有量、REM含有量若しくはZr含有量又はこれらの任意の組み合わせは、好ましくは0.0003%以上とする。一方、Ca含有量、Mg含有量、REM含有量若しくはZr含有量又はこれらの任意の組み合わせが0.01%超では、表面性状が劣化する。従って、Ca含有量、Mg含有量、REM含有量若しくはZr含有量又はこれらの任意の組み合わせは0.01%以下とする。つまり、Ca:0.0003%〜0.01%、Mg:0.0003%〜0.01%、REM:0.0003%〜0.01%、若しくはZr:0.0003%〜0.01%、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。
REM(希土類金属)はSc、Y及びランタノイドの合計17種類の元素を指し、「REM含有量」はこれら17種類の元素の合計の含有量を意味する。ランタノイドは、工業的には、例えばミッシュメタルの形で添加される。
次に、本発明の実施形態に係る鋼板の鋼組織について説明する。本実施形態に係る鋼板は、面積率で、フェライト:5%〜80%、ベイナイト、マルテンサイト若しくは残留オーステナイト又はこれらの任意の組み合わせからなる硬質組織:20%〜95%、かつ厚さ方向に垂直な面内の線上での硬質組織の線分率の標準偏差:鋼板の厚さをtとしたときの表面からの深さが3t/8からt/2までの深さ範囲内で0.050以下、で表される鋼組織を有している。マルテンサイトには、フレッシュマルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトが含まれる。
(フェライト:5%〜80%)
フェライトの面積率が5%未満では、10%以上の破断伸び(EL)を確保することが難しい。従って、フェライトの面積率は5%以上とし、好ましくは10%以上とし、より好ましくは20%以上とする。一方、フェライトの面積率が80%超では、十分な引張強度、例えば780MPa以上の引張強度が得られない。従って、フェライトの面積率は80%以下とし、好ましくは70%以下とする。
(硬質組織:20%〜95%)
硬質組織の面積率が20%未満では、十分な引張強度、例えば780MPa以上の引張強度が得られない。従って、硬質組織の面積率は20%以上とし、好ましくは30%以上とする。一方、硬質組織の面積率が95%超では、十分な延性が得られない。従って、硬質組織の面積率は95%以下とし、好ましくは90%以下とし、より好ましくは80%以下とする。
(残留オーステナイト(残留γ):5.0%以上)
残留オーステナイトの面積率が5.0%以上であると、12%以上の破断伸びを得やすい。従って、残留オーステナイトの面積率は、好ましくは5.0%以上とし、より好ましくは10.0%以上とする。残留オーステナイトの面積率の上限は限定されないが、現在の技術水準では、残留オーステナイトの面積率が30.0%超の鋼板を製造することは容易ではない。
フェライトの面積率及び硬質組織の面積率は次のようにして測定することができる。先ず、鋼板の幅の1/4の位置における幅方向に垂直な断面が露出するように試料を採取し、この断面をレペラーエッチング液により腐食する。次いで、鋼板の表面からの深さが3t/8からt/2までの領域の光学顕微鏡写真を撮影する。このとき、例えば倍率は200倍とする。レペラーエッチング液を用いた腐食により観察面が概ね黒色部分及び白色部分に区別できる。そして、黒色部分に、フェライト、ベイナイト、炭化物及びパーライトが含まれ得る。黒色部分のうちで粒内にラメラ状の組織を含む部分がパーライトに相当する。黒色部分のうちで粒内にラメラ状の組織を含まず、下部組織を含まない部分がフェライトに相当する。黒色部分のうちで輝度が特に低く、直径が1μm〜5μm程度の球状の部分が炭化物に相当する。黒色部分のうちで粒内に下部組織を含む部分がベイナイトに相当する。従って、黒色部分のうちで粒内にラメラ状の組織を含まず、下部組織を含まない部分の面積率を測定することでフェライトの面積率が得られ、黒色部分のうちで粒内に下部組織を含む部分の面積率を測定することでベイナイトの面積率が得られる。また、白色部分の面積率は、マルテンサイト及び残留オーステナイトの合計面積率である。従って、ベイナイトの面積率並びにマルテンサイト及び残留オーステナイトの合計面積率から硬質組織の面積率が得られる。この光学顕微鏡写真から、下記の硬質組織の線分率の標準偏差の測定に用いる硬質組織の円相当平均直径rを測定することができる。
残留オーステナイトの面積分率は、例えば、X線測定により特定することができる。この場合、X線測定で求めた残留オーステナイトの体積分率を、定量金属組織学の観点から残留オーステナイトの面積分率に変換することができる。この方法では、例えば、鋼板の表面から当該鋼板の厚さの1/4までの部分を機械研磨及び化学研磨により除去し、特性X線としてMoKα線を用いる。そして、体心立方格子(bcc)相の(200)及び(211)、並びに面心立方格子(fcc)相の(200)、(220)及び(311)の回折ピークの積分強度比から、次の式を用いて残留オーステナイトの面積分率を算出する。
Sγ=(I200f+I220f+I311f)/(I200b+I211b)×100
(Sγは残留オーステナイトの面積分率、I200f、I220f、I311fは、それぞれfcc相の(200)、(220)、(311)の回折ピークの強度、I200b、I211bは、それぞれbcc相の(200)、(211)の回折ピークの強度を示す。)
(厚さ方向に垂直な面内の線上での硬質組織の線分率の標準偏差:鋼板の厚さをtとしたときの表面からの深さが3t/8からt/2までの深さ範囲内で0.050以下)
鋼板は、穴広げ加工等の局所的な大変形を加える加工において、ネッキング又は鋼組織内でのボイドの発生及び連結を経て破断に至る。鋼板がくびれた場合の引張変形では、鋼板の中心部が応力集中箇所となり、通常、ボイドは主として鋼板の表面からt/2の位置に発生する。そして、ボイドが連結し、t/8以上の大きさまでボイドが粗大化すると、この粗大化したボイドを起点として破断が生じる。上記のような破断の起点となるボイドの発生サイトは、表面からの深さが3t/8からt/2までの範囲に存在する硬質組織である。従って、表面からの深さが3t/8からt/2までの深さ範囲における硬質組織の分布が穴広げ性に大きく影響を及ぼす。
そして、上記深さ範囲内での硬質組織の線分率の標準偏差が大きいことは、厚さ方向での硬質組織の割合の変動が大きいこと、即ち鋼組織がバンド状組織になっていることを意味する。特に硬質組織の線分率の標準偏差が0.050超では、バンド状組織が顕著であり、応力集中箇所の密度が局所的に高く、十分な穴広げ性が得られない。従って、硬質組織の線分率の標準偏差は、表面からの深さが3t/8からt/2までの深さ領域内で0.050以下とし、好ましくは0.040以下とする。
ここで、硬質組織の線分率の標準偏差を測定する方法について説明する。
先ず、面積率の測定と同様にして撮影した光学顕微鏡写真に画像処理を施し、黒色部分と白色部分とに二値化する。図1に、二値化後の像の一例を示す。次いで、観察対象の画像の深さ3t/8の部分から深さt/2の部分にかけて、r/30毎に線分の起点を設定する(rは、硬質組織の円相当平均直径である)。観察対象の深さ範囲が3t/8からt/2までの厚さt/8の領域であるため、起点の数は15t/4rとなる。その後、各起点から厚さ方向に垂直な方向、例えば圧延方向に延びる長さが50rの線分を設定し、この線分上の硬質組織の線分率を測定する。そして、15t/4r本の線分間の線分率の標準偏差を算出する。
円相当平均直径r及び鋼板の厚さtは限定されない。例えば、円相当平均直径rは5μm〜15μm、鋼板の厚さtは、1mm〜2mm(1000μm〜2000μm)である。線分の起点を設定する間隔は限定されず、対象とする画像の分解能、画素数及び測定作業時間等に応じて変更してもよい。例えば、間隔をr/10程度としても、r/30とした場合と同等の結果が得られる。
表面からの深さが3t/8からt/2までの深さ範囲は、理論的には無限に細分化でき、厚さ方向に垂直な面も無限に存在する。しかし、これらのすべてについて線分率を測定することはできない。その一方で、上記の測定方法によれば、上記の深さ範囲を十分に微小な間隔で細分化し、無限に細分化した場合と同等の結果を得ることができる。例えば、図1において、X−X線上では、硬質組織の線分率が高く、Y−Y線上では、硬質組織の線分率が低い。
本実施形態によれば、例えば、780MPa以上の引張強度が得られ、JIS Z 2256に規定される方法において穴広げ試験速度を1mm/秒として測定した場合に30%以上の穴広げ率(hole expansion ratio:HER)が得られる。また、鋼板から、引張方向が圧延方向と直交する方向となるようにJIS5号引張試験片を採取して、JIS Z 2241に規定される方法で測定した場合に10%以上の破断伸びが得られる。
次に、本発明の実施形態に係る鋼板の製造方法について説明する。本発明の実施形態に係る鋼板の製造方法では、上記の化学組成を有するスラブの多軸圧縮加工、熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍をこの順で行う。
(多軸圧縮加工)
スラブは、例えば、転炉又は電気炉等を用いて上記化学組成の溶鋼を溶製し、連続鋳造法により製造することができる。連続鋳造法に代えて、造塊法、薄スラブ鋳造法等を採用してもよい。
スラブは、多軸圧縮加工に供する前に、950℃〜1300℃に加熱する。加熱後の保持時間は限定されないが、穴広げ性の観点から好ましくは30分間以上とし、過度のスケールロスの抑制の観点から好ましくは10時間以下とし、より好ましくは5時間以下とする。直送圧延又は直接圧延を行う場合は、スラブを加熱せず、そのまま多軸圧縮加工に供してもよい。
多軸圧縮加工に供するスラブの温度が950℃未満では、合金元素の拡散が著しく遅延し、バンド状組織の形成を抑制することができない。従って、スラブの温度は950℃以上とし、好ましくは1020℃以上とする。一方、多軸圧縮加工に供するスラブの温度が1300℃超では、徒に製造コストが増加したり、スケールロスが増加して歩留りが低下したりする。従って、スラブの温度は1300℃以下とし、好ましくは1250℃以下とする。
多軸圧縮加工では、950℃〜1300℃のスラブに幅方向の圧縮加工及び厚さ方向の圧縮加工を行う。多軸圧縮加工により、スラブ中のMn等の合金元素が濃化した部分が細分化されたり、格子欠陥が導入されたりする。このため、多軸圧縮加工中に合金元素が均等に拡散し、後の工程におけるバンド状組織の形成が抑制され、極めて均質な組織が得られる。特に、幅方向の圧縮加工は効果的である。すなわち、多軸圧縮加工により、幅方向に連結して存在する合金元素の濃化部が微細に分断され、合金元素が均一に分散するようになる。この結果、単なる長時間加熱による合金元素の拡散では実現できない組織の均質化を、短時間で実現することができる。
幅方向の圧縮加工1回あたりの変形率が3%未満では、塑性変形により導入される格子欠陥の量が不十分であり、合金元素の拡散が促進されず、バンド状組織の形成を抑制することができない。従って、幅方向の圧縮加工1回あたりの変形率は3%以上とし、好ましくは10%以上とする。一方、幅方向の圧縮加工1回あたりの変形率が50%超では、スラブ割れが生じたり、スラブの形状が不均一となって熱間圧延で得られる熱延鋼板の寸法精度が低下したりする。従って、幅方向の圧縮加工1回あたりの変形率は50%以下とし、好ましくは40%以下とする。
厚さ方向の圧縮加工1回あたりの変形率が3%未満では、塑性変形により導入される格子欠陥の量が不十分であり、合金元素の拡散が促進されず、バンド状組織の形成を抑制することができない。また、形状不良により、熱間圧延の際にスラブの圧延ロールへの噛み込みが不良になるおそれがある。従って、厚さ方向の圧縮加工1回あたりの変形率は3%以上とし、好ましくは10%以上とする。一方、厚さ方向の圧縮加工1回あたりの変形率が50%超では、スラブ割れが生じたり、スラブの形状が不均一となって熱間圧延で得られる熱延鋼板の寸法精度が低下したりする。従って、厚さ方向の圧縮加工1回あたりの変形率は50%以下とし、好ましくは40%以下とする。
幅方向の圧延量と厚さ方向の圧延量との差が過度に大きい場合、圧延量が小さい方向に垂直な方向ではMn等の合金元素が十分に拡散せず、バンド状組織の形成を十分に抑制できないことがある。特に圧延量の差が20%超の場合にバンド状組織が形成されやすい。従って、幅方向と厚さ方向との間の圧延量の差は20%以下とする。
多軸圧縮加工を少なくとも1回行えば、バンド状組織の形成を抑制することができる。バンド状組織の形成を抑制する効果は、多軸圧縮加工を繰り返すことで顕著になる。従って、多軸圧縮加工の回数は1回以上とし、好ましくは2回以上とする。2回以上の多軸圧縮加工を行う場合、多軸圧縮加工の間でスラブを再加熱してもよい。一方、多軸圧縮加工の回数が5回超では、徒に製造コストが増加したり、スケールロスが増加して歩留りが低下したりする。また、スラブの厚さが不均一になって熱間圧延が困難になる場合がある。従って、多軸圧縮加工の回数は好ましくは5回以下とし、より好ましくは4回以下とする。
(熱間圧延)
熱間圧延では、多軸圧縮加工後のスラブの粗圧延を行い、その後仕上げ圧延を行う。仕上げ圧延に供するスラブの温度は1050℃〜1150℃とし、仕上げ圧延では、第1の圧延を行い、その後に第2の圧延を行い、650℃以下で巻き取る。第1の圧延では、1050℃〜1150℃の温度域での圧下率(第1の圧下率)を70%以上とし、第2の圧延では、850℃〜950℃の温度域での圧下率(第2の圧下率)を50%以下とする。
第1の圧延に供するスラブの温度が1050℃未満では、仕上げ圧延中の変形抵抗が高く、操業が困難になる。従って、第1の圧延に供するスラブの温度は1050℃以上とし、好ましくは1070℃以上とする。一方、第1の圧延に供するスラブの温度が1150℃超では、スケールロスが増加して歩留りが低下する。従って、第1の圧延に供するスラブの温度は1150℃以下とし、好ましくは1130℃以下とする。
第1の圧延では、1050℃〜1150℃の温度域(オーステナイト単相域)で再結晶が生じる。この温度域での圧下率(第1の圧下率)が70%未満では、結晶粒が微細かつ球状のオーステナイト単相組織を安定して得ることができず、その後にバンド状組織が形成されやすい。従って、第1の圧下率は70%以上とし、好ましくは75%以上とする。第1の圧延は単一のスタンドで行ってもよく、複数のスタンドで行ってもよい。
第2の圧延の850℃〜950℃の温度域での圧下率(第2の圧下率)が50%超では、巻き取りの際に未再結晶オーステナイトに起因して、偏平なバンド状組織が形成され、所望の標準偏差が得られない。従って、第2の圧下率は50%以下とする。第2の圧延は単一のスタンドで行ってもよく、複数のスタンドで行ってもよい。
第2の圧延の完了温度が850℃未満では、再結晶が十分に起こらず、バンド状組織が形成されやすい。従って、完了温度は850℃以上とし、好ましくは870℃以上とする。一方、完了温度が1000℃超では、結晶粒が成長しやすく、微細な組織を得ることが困難になる。従って、完了温度は1000℃以下とし、好ましくは950℃以下とする。
巻取温度が650℃超では、内部酸化によって、表面性状が劣化する。従って、巻取温度は650℃以下とし、好ましくは450℃以下とし、より好ましくは50℃以下とする。仕上げ圧延の温度から巻き取り温度までの冷却速度が5℃/s未満では、均質な組織を得にくく、後の焼鈍において均質な鋼組織を得にくくなる。従って、仕上げ圧延から巻き取りまでの冷却速度は5℃/s以上とし、好ましくは30℃/s以上とする。5℃/s以上の冷却速度は、例えば水冷により実現できる。
(冷間圧延)
冷間圧延は、例えば熱延鋼板の酸洗後に行う。冷延鋼板の組織を均質化、微細化する観点から、冷間圧延の圧下率は好ましくは40%以上とし、より好ましくは50%以上とする。
(焼鈍)
焼鈍としては、例えば連続焼鈍を行う。焼鈍温度が(Ac+10)℃未満では、逆変態過程が十分に起こらず、面積率が20%以上の硬質組織が得られない。従って、焼鈍温度は(Ac+10)℃以上とし、好ましくは(Ac+20)℃以上とする。一方、焼鈍温度が(Ac+100)℃超では、生産性が低下したり、オーステナイトが粗粒になり、面積率が5%以上のフェライトが得られなかったりする。従って、焼鈍温度は(Ac+100)℃以下とし、好ましくは(Ac+50)℃以下とする。ここで、AcとAcは、各鋼の成分から定義される温度であり、「%元素」をその元素の含有量(質量%)、例えば「%Mn」をMn含有量(質量%)とすると、それぞれ以下の式1、式2で表される。
Ac1(℃)=723-10.7(%Mn)-16.9(%Ni)+29.1(%Si)+16.9(%Cr) (式1)
Ac3(℃)=910-203√%C-15.2(%Ni)+44.7(%Si)+104(%V)+31.5(%Mo) (式2)
焼鈍時間は限定されないが、好ましくは60秒間以上とする。未再結晶組織を著しく低減し、均質な鋼組織を安定して確保するためである。焼鈍後には、鋼板を、(Ac1+10)℃以下の温度域内の第1の冷却停止温度まで、1℃/秒以上15℃/秒以下の平均冷却速度(第1の平均冷却速度)で冷却することが好ましい。十分な面積率のフェライトを確保するためである。第1の平均冷却速度は、より好ましくは2℃/秒以上10℃/秒以下とする。(Ac1+10)℃以下の温度域から、200℃以上350℃以下の温度域内の第2の冷却停止温度まで、35℃/秒以上の平均冷却速度(第2の平均冷却速度)で冷却し、200℃以上350℃以下の温度域内の保持温度で200秒以上保持することが好ましい。硬質組織の延性を確保することにより穴広げ性を高めるためである。
このようにして、本発明の実施形態に係る鋼板を製造することができる。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
次に、本発明の実施例について説明する。実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
(第1の実施例)
表1に示す化学組成を有するスラブを製造し、スラブを1250℃に1時間加熱した後、表2に示す条件にて多軸圧縮加工を行った。次いで、1250℃までスラブを再加熱し、粗圧延して粗圧延板を得た。その後、粗圧延板を1250℃で1時間再加熱し、表2に示す条件にて仕上げ圧延を行って熱延鋼板を得た。なお、この実験では、実験設備の都合上、スラブの温度を下げざるを得なかったため再加熱を行っているが、スラブの温度を下げずに直送できる場合は再加熱を行わなくてもよい。仕上げ圧延では、第1の圧延を4段で行い、第2の圧延を2段で行い、巻き取り後には、巻き取り温度に1時間保持した。その後、熱延鋼板の酸洗を行い、表2に示す圧下率で冷間圧延を行って厚さが1.0mmの冷延鋼板を得た。続いて、表3に示す温度で連続焼鈍を行った。連続焼鈍では、昇温速度を2℃/秒とし、焼鈍時間を200秒間とした。200秒間の保持後には、720℃〜600℃の温度域内の第1の冷却停止温度まで2.3℃/秒の第1の平均冷却速度で冷却し、300℃(第2の冷却停止温度)まで40℃/秒の第2の平均冷却速度で更に冷却し、300℃(保持温度)に60秒間保持し、0.75℃/秒の平均冷却速度で約30℃の室温まで冷却した。表1に示す化学組成の残部はFe及び不純物である。表1中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。表2及び表3中の下線は、その数値が本発明の鋼板の製造に適した範囲から外れていることを示す。
Figure 0006737338
Figure 0006737338
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そして、得られた冷延鋼板の鋼組織を観察した。鋼組織の観察では、上記の方法により、フェライトの面積率、硬質組織の面積率(ベイナイト、マルテンサイト及び残留オーステナイトの合計面積率)、パーライト及び炭化物の合計面積率、並びに硬質組織の線分率の標準偏差を測定した。これらの結果を表4に示す。表4中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。
更に、得られた冷延鋼板の引張強度TS、破断伸びEL及び穴広げ率HERを測定した。引張強度TS及び破断伸びELの測定では、圧延方向に直角な方向を長手方向とするJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241に準拠して引張試験を行った。穴広げ率HERの測定では、冷延鋼板から、90mm角の試験片を採取し、JIS Z 2256(又はJIS T 1001)の規定に準拠する穴広げ試験を行った。このとき、穴広げ試験速度を1mm/秒とした。これらの結果も表4に示す。表4中の下線は、その数値が望ましい範囲から外れていることを示す。ここでいう望ましい範囲とは、引張強度TSが780MPa以上、破断伸びELが10%以上、穴広げ率HERが30%以上である。
また、目視により成形時の外観検査を行った。外観検査は、下記の方法によって行った。まず、鋼板を、幅40mm×長さ100mmに切断し、その表面を金属光沢が見られるまで研磨して試験片とした。試験片を、板厚tと曲げ半径Rとの比(R/t)が2.0、2.5の2水準で、曲げ稜線が圧延方向となる条件で90度V曲げ試験を行った。試験後、曲げ部の表面性状を目視で観察した。比(R/t)が2.5の試験において表面に凹凸模様又は亀裂が認められた場合には不良と判断した。比(R/t)が2.5の試験で凹凸模様及び亀裂は認められないが、比(R/t)が2.0の試験において表面に凹凸模様又は亀裂が認められた場合は良と判断した。比(R/t)が2.5の試験及び比(R/t)が2.0の試験のいずれにおいても、表面に凹凸模様及び亀裂が認められない場合は優と判断した。この結果も表4に示す。
Figure 0006737338
表4に示すように、本発明範囲内にある試料No.2〜No.4、No.16、No.19、No.21〜No.30、No.33、No.36、及びNo.37では、優れた引張強度、破断伸び及び穴広げ性を得ることができた。これらのうちでも、試料No.23等では、残留オーステナイト(残留γ)の面積率が5.0%以上であるため、試料No.16よりも優れた破断伸びが得られた。
一方、試料No.1では、C含有量が低すぎ、フェライトの面積率が高すぎ、硬質組織の面積率が低すぎたため、引張強度が低かった。試料No.18では、Si含有量が低すぎ、フェライトの面積率が低すぎたため、引張強度が低かった。試料No.20では、Mn含有量が低すぎ、フェライトの面積率が低すぎたため、引張強度が低かった。
試料No.5〜No.8、No.10〜No.14、No.31、及びNo.35では、硬質組織の線分率の標準偏差が大きすぎたため、穴広げ率が低かった。試料No.9では、フェライトの面積率が高すぎ、硬質組織の面積率が低すぎたため、引張強度及び穴広げ率が低かった。試料No.15では、多軸圧縮加工における幅方向の変形率が低すぎたため、その後に熱間圧延を行うことができなかった。試料No.17では、フェライトの面積率が低すぎたため、破断伸びが低かった。試料No.32では、硬質組織の面積率が低すぎたため、引張強度が低かった。試料No.33では、硬質組織の面積率が高すぎたため、破断伸びが低かった。
(第2の実施例)
表5に示す化学組成を有するスラブを製造し、スラブを1250℃に1時間加熱した後、表6に示す条件にて多軸圧縮加工を行った。次いで、1250℃までスラブを再加熱し、粗圧延して粗圧延板を得た。その後、粗圧延板を1250℃で1時間再加熱し、表6に示す条件にて仕上げ圧延を行って熱延鋼板を得た。なお、この実験では、実験設備の都合上、スラブの温度を下げざるを得なかったため再加熱を行っているが、スラブの温度を下げずに直送できる場合は再加熱を行わなくてもよい。仕上げ圧延では、第1の圧延を4段で行い、第2の圧延を2段で行い、巻き取り後には、巻き取り温度に1時間保持した。その後、熱延鋼板の酸洗を行い、表6に示す圧下率で冷間圧延を行って厚さが1.0mmの冷延鋼板を得た。続いて、表7に示す温度で連続焼鈍を行った。連続焼鈍では、昇温速度を表7に示す速度とし、焼鈍時間を100秒間とした。100秒間の保持後には、表7に示す第1の冷却停止温度まで表7に示す第1の平均冷却速度で冷却し、表7に示す第2の冷却停止温度まで40℃/秒の第2の平均冷却速度で更に冷却し、表7に示す保持温度に300秒間保持し、10℃/秒の平均冷却速度で約30℃の室温まで冷却した。表5に示す化学組成の残部はFe及び不純物である。表5中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。表6及び表7中の下線は、その数値が本発明の鋼板の製造に適した範囲から外れていることを示す。
Figure 0006737338
Figure 0006737338
Figure 0006737338
そして、得られた冷延鋼板の鋼組織を観察した。鋼組織の観察では、上記の方法により、フェライトの面積率、硬質組織の面積率(ベイナイト、マルテンサイト、焼き戻しマルテンサイト及び残留オーステナイトの合計面積率)、パーライト及び炭化物の合計面積率、並びに硬質組織の線分率の標準偏差を測定した。これらの結果を表8に示す。表8中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。
更に、得られた冷延鋼板の引張強度TS、破断伸びEL及び穴広げ率HERを測定した。引張強度TS及び破断伸びELの測定では、圧延方向に直角な方向を長手方向とするJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241に準拠して引張試験を行った。穴広げ率HERの測定では、冷延鋼板から、90mm角の試験片を採取し、JIS Z 2256(又はJIS T 1001)の規定に準拠する穴広げ試験を行った。このとき、穴広げ試験速度を1mm/秒とした。これらの結果も表8に示す。表8中の下線は、その数値が望ましい範囲から外れていることを示す。ここでいう望ましい範囲とは、引張強度TSが780MPa以上、破断伸びELが10%以上、穴広げ率HERが30%以上である。
また、目視により成形時の外観検査を行った。外観検査は、下記の方法によって行った。まず、鋼板を、幅40mm×長さ100mmに切断し、その表面を金属光沢が見られるまで研磨して試験片とした。試験片を、板厚tと曲げ半径Rとの比(R/t)が2.0、2.5の2水準で、曲げ稜線が圧延方向となる条件で90度V曲げ試験を行った。試験後、曲げ部の表面性状を目視で観察した。比(R/t)が2.5の試験において表面に凹凸模様又は亀裂が認められた場合には不良と判断した。比(R/t)が2.5の試験で凹凸模様及び亀裂は認められないが、比(R/t)が2.0の試験において表面に凹凸模様又は亀裂が認められた場合は良と判断した。比(R/t)が2.5の試験及び比(R/t)が2.0の試験のいずれにおいても、表面に凹凸模様及び亀裂が認められない場合は優と判断した。この結果も表8に示す。
Figure 0006737338
表8に示すように、本発明の範囲内にある試料No.42、No.43、No.49、No.54、No.56、No.58〜No.62、及びNo.64〜No.72では、優れた引張強度、破断伸び及び穴広げ性を得ることができた。これらのうちでも、試料No.58等では、残留オーステナイト(残留γ)の面積率が5.0%以上であるため、試料No.69よりも優れた破断伸びが得られた。更に、第1の実験例の発明例と比較すると、TS×HERの値が大きかった。このことは、優れた穴広げ性を確保しながら、より高い引張強度が得られることを示す。第2の実験例の発明例において第1の実験例の発明例よりTS×HERの値が大きい理由の一つとして、Si含有量が高いことが挙げられる。
一方、試料No.41では、C含有量が低すぎ、フェライトの面積率が高すぎ、硬質組織の面積率が低すぎたため、引張強度が低かった。試料No.51では、Si含有量が低すぎ、硬質組織の線分率の標準偏差が大きすぎたため、穴広げ率が低かった。試料No.52では、Si含有量が高すぎ、硬質組織の線分率の標準偏差が大きすぎたため、穴広げ率が低かった。試料No.53では、Mn含有量が低すぎたため、引張強度が低かった。
試料No.44、No.45、No.48、No.50、No.57、及びNo.63では、硬質組織の線分率の標準偏差が大きすぎたため、穴広げ率が低かった。試料No.46では、フェライトの面積率が高すぎ、硬質組織の面積率が低すぎ、硬質組織の線分率の標準偏差が大きすぎたため、引張強度及び穴広げ率が低かった。試料No.47では、多軸圧縮加工における厚さ方向の変形率が低すぎたため、その後に熱間圧延を行うことができなかった。試料No.55では、フェライトの面積率が低すぎ、硬質組織の面積率が高すぎたため、破断伸びが低かった。
本発明は、例えば、自動車部品に好適な鋼板に関連する産業に利用することができる。

Claims (4)

  1. 質量%で、
    C:0.05%〜0.40%、
    Si:0.05%〜6.00%、
    Mn:1.50%〜10.00%、
    酸可溶性Al:0.01%〜1.00%、
    P:0.10%以下、
    S:0.01%以下、
    N:0.01%以下、
    Ti:0.0%〜0.2%、
    Nb:0.0%〜0.2%、
    V:0.0%〜0.2%、
    Cr:0.0%〜1.0%、
    Mo:0.0%〜1.0%、
    Cu:0.0%〜1.0%、
    Ni:0.0%〜1.0%、
    Ca:0.00%〜0.01%、
    Mg:0.00%〜0.01%、
    REM:0.00%〜0.01%、
    Zr:0.00%〜0.01%、かつ
    残部:Fe及び不純物、
    で表される化学組成を有し、
    面積率で、
    フェライト:5%〜80%、
    ベイナイト、マルテンサイト若しくは残留オーステナイト又はこれらの任意の組み合わせからなる硬質組織:20%〜95%、
    前記残留オーステナイト:5.0%以上、かつ
    厚さ方向に垂直な面内の線上での前記硬質組織の線分率の標準偏差:鋼板の厚さをtとしたときの表面からの深さが3t/8からt/2までの深さ範囲内で0.050以下、
    で表される鋼組織を有することを特徴とする鋼板。
  2. 前記化学組成において、質量%で、
    Ti:0.003%〜0.2%、
    Nb:0.003%〜0.2%、若しくは
    V:0.003%〜0.2%、
    又はこれらの任意の組み合わせが成り立つことを特徴とする請求項に記載の鋼板。
  3. 前記化学組成において、質量%で、
    Cr:0.005%〜1.0%、
    Mo:0.005%〜1.0%、
    Cu:0.005%〜1.0%、若しくは
    Ni:0.005%〜1.0%、
    又はこれらの任意の組み合わせが成り立つことを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼板。
  4. 前記化学組成において、質量%で、
    Ca:0.0003%〜0.01%、
    Mg:0.0003%〜0.01%、
    REM:0.0003%〜0.01%、若しくは
    Zr:0.0003%〜0.01%、
    又はこれらの任意の組み合わせが成り立つことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の鋼板。
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