JP7017634B2 - 焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
1.3≦Mn(wt%)+Cr(wt%)/1.5+Sb(wt%)≦2.7
(ここで、Mn、Cr、Sbのそれぞれは、当該元素の含量(重量%)を意味する。)
1.3≦Mn(wt%)+Cr(wt%)/1.5+Sb(wt%)≦2.7
(ここで、Mn、Cr、Sbのそれぞれは、当該元素の含量(重量%)を意味する。)
1.3≦Mn(wt%)+Cr(wt%)/1.5+Sb(wt%)≦2.7
(ここで、Mn、Cr、Sbのそれぞれは、当該元素の含量(重量%)を意味する。)
炭素(C)は、本発明で目的とする複合組織を確保するために添加する必須元素であって、一般的には、炭素の含量が増加するほどマルテンサイトの形成が容易であるため、複合組織鋼の製造に有利であるが、意図する強度及び降伏比(降伏強度/引張強度)を確保するためには、適正含量に管理することが求められる。もし、炭素含量が0.005%未満の場合、本発明で目標とする強度の確保が困難となる恐れがあり、適正レベルのマルテンサイトの形成が困難であり得る。一方、その含量が0.08%を超える場合、焼鈍後の冷却時に粒界ベイナイトの形成が促進されて鋼の降伏比が高くなり、自動車部品などへの加工時に屈曲及び表面欠陥が発生しやすくなるという欠点がある。したがって、本発明では、炭素の含量を0.005~0.08%に設定し、より好ましくは、0.007~0.06%に設定する。
マンガン(Mn)は、複合組織鋼において硬化能を向上させる元素であって、特にマルテンサイトを形成させるにあたり、重要な役割を果たす元素である。しかし、マンガン含量が増加する場合、焼鈍時にMn酸化物が鋼板の表層に溶出してめっき密着性を低下させるだけでなく、部品成形後の溶接時に溶接性を低下させる。特に、素地鉄とめっき層の密着性の低下による耐食性の劣位により、自動車用鋼材への適用が困難となり得る。本発明らは、極低炭素鋼を用いて微細なマルテンサイトを形成するためのMn、Cr及びBなどの硬化能元素に対する様々な実験により、硬化元素としてCrを用いて鋼を製造する際、微細なマルテンサイトの形成による常温耐時効性の保証が可能な焼付硬化鋼を製造するだけでなく、耐食性にも非常に優れていることを確認し、本発明に至った。
リン(P)は、成形性を大きく阻害することなく強度を確保するのに最も有利な元素であるが、過剰に添加される場合、脆性破壊が発生する可能性が大きく増加して熱間圧延中にスラブの板破断が発生する可能性が大きく増加し、めっき表面特性を阻害し得る。したがって、本発明では、リン含量を0.03%以下に制御する。
硫黄(S)は、鋼中に不可避に含まれる不純物であって、できるだけその含量を低く管理することが好ましい。特に、鋼中の硫黄は、赤熱脆性を発生させる可能性を高めるため、その含量を0.01%以下に管理する。
窒素(N)は、鋼中に不可避に含まれる不純物であって、できるだけその含量を低く管理することが重要である。しかし、そのためには、鋼の精錬コストが急激に上昇するという問題があるため、操業条件が可能な範囲である0.01%以下に管理する。
酸可溶アルミニウム(sol.Al)は、粒度の微細化と脱酸のために添加される元素であって、その含量が0.01%未満の場合、通常の安定した状態でアルミニウムキルド(Al-killed)鋼を製造することができない。一方、その含量が0.06%を超える場合、結晶粒の微細化効果により、強度上昇には有利であるが、製鋼連鋳操業時に介在物が過剰に形成されて、めっき鋼板の表面不良が発生する可能性が高まる上、製造コストの急激な上昇を招くという問題がある。したがって、本発明では、酸可溶アルミニウム(sol.Al)の含量を0.01~0.06%に制御する。
クロム(Cr)は、マンガンと類似の特性を有する成分であって、鋼の硬化能向上と共に鋼の強度を向上させるために添加される元素である。また、クロムはマルテンサイトの形成に寄与し、熱間圧延中にCr23C6のような粗大なCr系炭化物を形成して鋼中に固溶炭素量を適正レベル以下に析出させることで、降伏点伸び(YP-El)の発生を抑制し、降伏比が低い複合組織鋼の製造に有利な元素である。また、クロムは強度上昇に対する延性低下を最小化して、高延性を有する高強度複合組織鋼の製造にも有利な元素である。但し、その含量が1.0%未満の場合、要求されるマルテンサイト組織が形成できず、2.5%を超える場合は、過度なマルテンサイト分率により強度の増加及び伸びの低下をもたらすため、本発明ではクロム含量を1.0~2.5%に制御する。より好ましくは1.3~1.8%である。
アンチモン(Sb)は、本発明において重要な役割を果たす元素である。本発明では、炭素をできるだけ低くし、好ましくは0.005%~0.04%とし、Mn及びCrなどの硬化能元素を用いて微細なM(マルテンサイト)相を鋼中に分布させることで、耐時効性に優れた焼付硬化鋼を製造することができる。
ニッケル(Ni)は、クロムと共に普遍的に用いられる合金元素であり、鋼の組織を微細化させ、オーステナイトとフェライトによく固溶するため、基地の強化に利用される。クロムやモリブデンと共存すると、優れた硬化能を示すこともあり、耐食性の向上に有用な元素である。その含量が0.3%を超える場合、耐食性には有利であるが、製造コスト上昇の負担があり、溶接特性にも良くない影響を及ぼすため、その上限は0.3%以下に制限する。本発明において、Ni効果は、微量添加してもCrとの相互作用により耐食性の向上に寄与することから有利であるため、特に下限値は限定せず、経済的な面を考慮して、その添加量を0.3%以下(0%を除く)とし、より好ましくは0.03~0.1%が好ましい。
シリコン(Si)は、固溶強化により鋼板の強度上昇に寄与するが、本発明では、意図的に添加しない。シリコンを添加しなくても物性確保の面で大きな支障はない。但し、製造上不可避に添加される量を考慮して0%は除く。一方、シリコン含量が0.3%を超える場合、めっき表面特性が劣位となるという問題があるため、本発明ではシリコン含量を0.3%以下に制御する。
モリブデン(Mo)は、オーステナイトがパーライトに変態することを遅延させると共に、フェライト微細化及び鋼の強度を向上させるために添加される元素である。また、モリブデンは、鋼の硬化能向上にも寄与する。但し、モリブデンの含量が0.2%を超える場合、製造コストの急激な上昇を招いて経済性が低下するだけでなく、鋼の延性も低下するという問題があるため、本発明ではモリブデンの含量を0.2%以下に制御する。一方、その下限値は、微量添加時にも効果が高いため、特に限定しない。但し、より好ましくは0.005~0.1%に設定する。
ボロン(B)は、鋼中のリンによる耐2次加工脆性を防止するために添加される元素であるが、ボロンを添加しなくても物性確保の面で大きな支障はない。一方、ボロンの含量が0.003%を超えると、鋼の延性低下を招くことがあるため、本発明では、ボロンの含量を0.003%以下に制御する。
[関係式1]
1.3≦Mn(wt%)+Cr(wt%)/1.5+Sb(wt%)≦2.7
(ここで、Mn、Cr、Sbのそれぞれは、当該元素の含量(重量%)を意味する。)
1.3≦Mn(wt%)+Cr(wt%)/1.5+Sb(wt%)≦2.7
(ここで、Mn、Cr、Sbのそれぞれは、当該元素の含量(重量%)を意味する。)
まず、前述の成分系を有するスラブを再加熱する。スラブの再加熱温度は、1180~1350℃に設定することが好ましい。
上記のように再加熱された鋼スラブを850~1150℃の温度範囲で熱間圧延して熱延鋼板を得る。この際、熱間仕上げ圧延温度はAr3温度以上である。
上記熱延鋼板を550~750℃の温度範囲まで10~70℃/secの平均冷却速度で冷却し、550~750℃の温度範囲で巻き取る。
上記のように、冷却及び巻き取られた熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を得る。冷間圧延時、冷間圧下率は40~80%であってもよい。もし、冷間圧下率が40%未満の場合、目標とする厚さを確保することが困難であり得ると共に、鋼板の形状矯正が困難であり得る。一方、冷間圧下率が80%を超える場合、鋼板のエッジ(edge)部でクラックが発生することがあり、冷間圧延の負荷をもたらし得る。
上記冷延鋼板をAc1+20℃~Ac3-20℃の温度範囲で3~30体積%の水素濃度下で連続焼鈍する。
[関係式2]
Ac1(℃)=723-10.7[Mn]-16.9[Ni]+29.1[Si]+16.9[Cr]
Ac3(℃)=910-203√C-15.2Ni+44.7Si+104V+31.5Mo+13.1W
(ここで、[C]、[Mn]、[Cu]、[Cr]、[Ni]、[W]及び[Mo]のそれぞれは、当該元素の重量%を意味する。)
上記連続焼鈍された冷延鋼板を630~670℃まで2~10℃/secの平均冷却速度で1次冷却する。
上記のように1次冷却された冷延鋼板を4~20℃/secの平均冷却速度で440~480℃に保持される溶融亜鉛系めっき浴に浸漬するまで2次冷却する。
上記のように2次冷却された冷延鋼板を440~480℃に保持される溶融亜鉛系めっき浴に浸漬して溶融亜鉛系めっき鋼板を得る。
上記溶融亜鉛系めっき鋼板を(Ms-100)℃以下まで3℃/sec以上の平均冷却速度で最終冷却する。上記(Ms-100)℃は、マルテンサイトを形成するための冷却条件である。
[式3]
Ms(℃)=539-423[C]-30.4[Mn]-12.1[Cr]-17.7[Ni]-7.5[Mo]
(ここで、[C]、[Mn]、[Cr]、[Ni]及び[Mo]のそれぞれは、当該元素の重量%を意味する。)
一方、必要に応じて、最終冷却する前に、溶融亜鉛系めっき鋼板を合金化熱処理して合金化溶融亜鉛系めっき鋼板を得る段階をさらに含むことができる。
また、必要に応じて、最終冷却された溶融亜鉛系めっき鋼板または合金化溶融亜鉛系めっき鋼板を調質圧延する段階をさらに含むことができる。
(表4において、(1)はマルテンサイト面積率(%)を意味し、(2)はベイナイト面積率(%)を意味し、(3)は関係式1の値:Mn(wt%)+Cr(wt%)/1.5+Sb(wt%)を意味し、(4)は未めっき評価(1~2等級は優秀、3~4等級は普通、5等級は劣位)を意味し、(5)は塩水噴霧による耐食性の評価結果を意味する。)
Claims (11)
- 重量%で、炭素(C):0.005~0.08%;マンガン(Mn):1.25以下%(0%を除く);リン(P):0.03%以下(0%は除く);硫黄(S):0.01%以下(0%は除く);窒素(N):0.01%以下(0%は除く);アルミニウム(sol.Al):0.01~0.06%;クロム(Cr):1.0~2.5%;アンチモン(Sb):0.1%以下(0%を除く)と、ニッケル(Ni):0.3%以下(0%を除く)、シリコン(Si):0.3%以下(0%を除く)、モリブデン(Mo):0.2%以下(0%を除く)及びボロン(B):0.003%以下(0%を除く)からなる群から選択された1種以上と、残部鉄(Fe)及び不可避な不純物からなり、下記関係式1を満たし、面積%で、1~5%のマルテンサイト及び残部フェライトからなる、焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板。
[関係式1]
1.3≦Mn(wt%)+Cr(wt%)/1.5+Sb(wt%)≦2.7
(ここで、Mn、Cr、Sbのそれぞれは、当該元素の含量(重量%)を意味する。) - 前記鋼板の表面に形成された溶融亜鉛系めっき層をさらに含む、請求項1に記載の焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板。
- 前記溶融亜鉛系めっき層が合金化溶融亜鉛系めっき層である、請求項2に記載の焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板。
- 前記鋼板は、210~270MPaの降伏強度及び0.6以下の降伏比(YS/TS)を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板。
- 重量%で、炭素(C):0.005~0.08%;マンガン(Mn):1.25%以下(0%を除く);リン(P):0.03%以下(0%は除く);硫黄(S):0.01%以下(0%は除く);窒素(N):0.01%以下(0%は除く);アルミニウム(sol.Al):0.01~0.06%;クロム(Cr):1.0~2.5%;アンチモン(Sb):0.1%以下(0%を除く)と、ニッケル(Ni):0.3%以下(0%を除く)、シリコン(Si):0.3%以下(0%を除く)、モリブデン(Mo):0.2%以下(0%を除く)及びボロン(B):0.003%以下(0%を除く)からなる群から選択された1種以上と、残部鉄(Fe)及び不可避な不純物からなり、下記関係式1を満たすスラブを再加熱する段階と、
[関係式1]
1.3≦Mn(wt%)+Cr(wt%)/1.5+Sb(wt%)≦2.7
(ここで、Mn、Cr、Sbのそれぞれは、当該元素の含量(重量%)を意味する。)
前記再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、
前記熱延鋼板を550~750℃の温度範囲まで10~70℃/secの平均冷却速度で冷却する段階と、
前記冷却された熱延鋼板を550~750℃の温度範囲で巻き取る段階と、
前記熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を得る段階と、
前記冷延鋼板をAc1+20℃~Ac3-20℃の温度範囲で3~30体積%の水素濃度下で連続焼鈍する段階と、
前記連続焼鈍された冷延鋼板を630~670℃まで2~10℃/secの平均冷却速度で1次冷却する段階と、
前記1次冷却された冷延鋼板を4~20℃/secの平均冷却速度で440~480℃に保持される溶融亜鉛系めっき浴に浸漬するまで2次冷却する段階と、
前記2次冷却された冷延鋼板を440~480℃に保持される溶融亜鉛系めっき浴に浸漬して溶融亜鉛系めっき鋼板を得る段階と、
前記溶融亜鉛系めっき鋼板を(Ms-100)℃以下まで3℃/sec以上の平均冷却速度で最終冷却する段階とを含み
微細組織が面積%で、1~5%のマルテンサイト及び残部フェライトからなる、焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板の製造方法。 - 前記冷間圧延時の圧下率が40~80%である、請求項5に記載の焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板の製造方法。
- 前記冷間圧延は5つ又は6つのスタンドで構成される圧延機を用いて行うことができ、最初のスタンド圧下率は25~37%に設定される、請求項5又は6に記載の焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板の製造方法。
- 最終冷却段階の前に、溶融亜鉛系めっき鋼板を合金化熱処理して合金化溶融亜鉛系めっき鋼板を得る段階をさらに含む、請求項5から7のいずれか1項に記載の焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板の製造方法。
- 前記合金化熱処理が500~540℃の温度範囲で行われる、請求項8に記載の焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板の製造方法。
- 前記溶融亜鉛系めっき鋼板または前記合金化溶融亜鉛系めっき鋼板を調質圧延する段階をさらに含む、請求項8に記載の焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板の製造方法。
- 前記調質圧延時の圧下率が0.3~1.6%である、請求項10に記載の焼付硬化性及び耐食性に優れた鋼板の製造方法。
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