JP7193044B1 - 高強度鋼板およびその製造方法、ならびに、部材 - Google Patents
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Abstract
Description
「質量%で、C:0.09%以上0.37%以下、Si:0.70%超2.00%以下、Mn:2.60%以上3.60%以下、P:0.001%以上0.100%以下、S:0.0200%以下、Al:0.010%以上1.000%以下およびN:0.0100%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成であり、炭素濃度が0.7×[%C]より大きく1.5×[%C]より小さいマルテンサイトが面積率で55%以上であり、炭素濃度が0.7×[%C]以下である焼戻しマルテンサイトが面積率で5%以上40%以下であり、残留オーステナイトの体積率に対する残留オーステナイト中の炭素濃度の比が0.05以上0.40以下であり、前記マルテンサイトおよび前記焼戻しマルテンサイトの平均結晶粒径がそれぞれ5.3μm以下である鋼組織を有し、前記鋼組織は、さらに、表層軟化厚みが10μm以上100μm以下であり、引張強さが1180MPa以上である高強度鋼板。
なお、[%C]は、鋼中の成分元素Cの含有量(質量%)を示す。」
が開示されている。
また、本発明は、上記の高強度鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記の高強度鋼板を用いてなる部材を提供することを目的とする。
なお、YRは次式(1)により求める。
YR=YS/TS×100・・・・(1)
また、圧延方向および圧延直角方向のTSおよびYSはそれぞれ、JIS Z 2241に準拠して測定する。
(1)所定の成分組成としたうえで、以下のように定義する第1硬質相および第2硬質相を主体とする組織とする。
ここで、
第1硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.7×[%C]超1.5×[%C]未満である領域、
第2硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.05以上0.7×[%C]以下である領域、
である。
(2)第1硬質相および第2硬質相を構成する結晶粒の平均結晶粒径を5.3μm以下とする。
(3)残留オーステナイトの体積率に対する残留オーステナイト中の炭素濃度の比を0.10以上0.45以下とする。
(4){112}<111>方位の集積度を1.0以上とする。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
1.質量%で、
C:0.090%以上0.390%以下、
Si:0.01%以上2.50%以下、
Mn:2.00%以上4.00%以下、
P:0.100%以下、
S:0.0200%以下、
Al:0.100%以下および
N:0.0100%以下
で、残部がFeおよび不可避的不純物である成分組成と、
第1硬質相の面積率:55%以上、
第2硬質相の面積率:5%以上40%以下および
フェライト相の面積率:10%未満
であり、
前記第1硬質相および前記第2硬質相を構成する結晶粒の平均結晶粒径が5.3μm以下であり、
残留オーステナイトの体積率に対する残留オーステナイト中の炭素濃度の比が0.10以上0.45以下であり、かつ、
{112}<111>方位の集積度が1.0以上である、鋼組織と、を有し、
引張強さが1180MPa以上である、高強度鋼板。
ここで、
第1硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.7×[%C]超1.5×[%C]未満である領域、
第2硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.05以上0.7×[%C]以下である領域、
フェライト相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.05未満である領域、
である。
また、[%C]は、上記成分組成におけるCの含有量(質量%)である。
O:0.0100%以下、
Ti:0.200%以下、
Nb:0.200%以下、
V:0.200%以下、
Ta:0.10%以下、
W:0.10%以下、
B:0.0100%以下、
Cr:1.00%以下、
Mo:1.00%以下、
Ni:1.00%以下、
Co:0.010%以下、
Cu:1.00%以下、
Sn:0.200%以下、
Sb:0.200%以下、
Ca:0.0100%以下、
Mg:0.0100%以下、
REM:0.0100%以下、
Zr:0.100%以下、
Te:0.100%以下、
Hf:0.10%以下および
Bi:0.200%以下
のうちから選ばれる少なくとも1種を含有する、前記1に記載の高強度鋼板。
ついで、前記熱延鋼板に酸洗を施し、
ついで、前記熱延鋼板に、パス数:2パス以上、累積圧下率:20%以上75%以下の条件で冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
ついで、前記冷延鋼板を、250℃以上700℃以下の温度域での平均加熱速度:10℃/s以上、焼鈍温度:820℃以上950℃以下の条件で焼鈍し、
ついで、前記冷延鋼板を、50℃以上400℃以下の温度域での滞留時間:70s以上700s以下の条件で冷却し、
ついで、前記冷延鋼板に、前記冷延鋼板の板厚1/20位置における相当塑性歪:0.10%以上を付与する加工を施す、高強度鋼板の製造方法。
特に、本発明の高強度鋼板は、延直角方向のYRだけでなく圧延方向のYRも高いので、高い部品強度を得ながら、種々の大きさおよび形状の自動車の骨格構造部品などに適用することが可能である。これにより、車体軽量化による燃費向上を図ることができ、産業上の利用価値は極めて大きい。
[1]高強度鋼板
まず、本発明の一実施形態に従う高強度鋼板の成分組成について説明する。なお、成分組成における単位はいずれも「質量%」であるが、以下、特に断らない限り、単に「%」で示す。
Cは、重要な基本成分の1つである。すなわち、Cは、特に、第1硬質相、第2硬質相および残留オーステナイトの分率、ならびに、残留オーステナイト中の炭素濃度に影響する元素である。ここで、Cの含有量が0.090%未満では、第1硬質相の分率が減少し、TSを1180MPa以上にすることが困難になる。一方、Cの含有量が0.390%を超えると、第2硬質相の分率が減少し、λを30%以上にすることが困難になる。したがって、Cの含有量は、0.090%以上0.390%以下とする。Cの含有量は、好ましくは0.100%以上、より好ましくは0.110%以上である。Cの含有量は、好ましくは0.360%以下、より好ましくは0.350%以下である。
Siは、連続焼鈍中の炭化物生成を抑制し、残留オーステナイトの生成を促進する。すなわち、Siは、残留オーステナイトの分率、および、残留オーステナイト中の炭素濃度に影響する元素である。ここで、Siの含有量が0.01%未満では、残留オーステナイト中の炭素濃度を十分に確保することができず、所望のYRを実現することができない。一方、Siの含有量が2.50%を超えると、残留オーステナイト中の炭素濃度が過度に増加する。そのため、鋼板に打抜き加工を施した際に残留オーステナイトから変態するマルテンサイトの硬度が大きく上昇する。これにより、打抜き加工時、および、穴広げ加工時のボイドの生成量が増加し、λが低下する。したがって、Siの含有量は、0.01%以上2.50%以下とする。Siの含有量は、好ましくは0.10%以上、より好ましくは0.15%以上である。Siの含有量は、好ましくは2.00%以下、より好ましくは1.50%以下である。
Mnは、重要な基本成分の1つである。すなわち、Mnは、特に、第1硬質相および第2硬質相の分率に影響する重要な元素である。ここで、Mnの含有量が2.00%未満では、第1硬質相の分率が減少し、1180MPa以上のTSを実現することが困難になる。一方、Mnの含有量が4.00%を超えると、第2硬質相の分率が減少し、λを30%以上にすることが困難になる。したがって、Mnの含有量は、2.00%以上4.00%以下とする。Mnの含有量は、好ましくは2.20%以上、より好ましくは2.50%以上である。Mnの含有量は、好ましくは3.80%以下、より好ましくは3.60%以下である。
Pは、旧オーステナイト粒界に偏析して粒界を脆化させる。そのため、鋼板の極限変形能が低下することから、λが低下する。よって、Pの含有量は0.100%以下とする。Pの含有量は、好ましくは0.070%以下である。なお、Pの含有量の下限は特に規定しないが、Pは固溶強化元素であり、鋼板の強度を上昇させることができる。そのため、Pの含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
Sは、硫化物として存在し、鋼の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Sの含有量は0.0200%以下とする。Sの含有量は、好ましくは0.0050%以下である。なお、Sの含有量の下限は特に規定しないが、生産技術上の制約から、Sの含有量は0.0001%以上とすることが好ましい。
Alは、A3変態点を上昇させ、鋼組織中にフェライト相を生成させる元素である。ここで、鋼組織中にフェライト相が多量に生成すると、所望のYRを実現することが困難になる。そのため、Alの含有量は0.100%以下とする。Alの含有量は、好ましくは0.050%以下である。なお、Alの含有量の下限は特に規定しない。ただし、Alは、連続焼鈍中の炭化物生成を抑制し、残留オーステナイトの生成を促進する。すなわち、Alは、残留オーステナイトの分率、および、残留オーステナイト中の炭素濃度に影響する。そのため、Alの含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
Nは、窒化物として存在し、鋼の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Nの含有量は0.0100%以下とする。Nの含有量は、好ましくは0.0050%以下である。なお、Nの含有量の下限は特に規定しないが、生産技術上の制約から、Nの含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。
O:0.0100%以下、
Ti:0.200%以下、
Nb:0.200%以下、
V:0.200%以下、
Ta:0.10%以下、
W:0.10%以下、
B:0.0100%以下、
Cr:1.00%以下、
Mo:1.00%以下、
Ni:1.00%以下、
Co:0.010%以下、
Cu:1.00%以下、
Sn:0.200%以下、
Sb:0.200%以下、
Ca:0.0100%以下、
Mg:0.0100%以下、
REM:0.0100%以下、
Zr:0.100%以下、
Te:0.100%以下、
Hf:0.10%以下および
Bi:0.200%以下
以下、これらの任意添加元素を含有させる場合の各元素の好適な含有量について、説明する。
Oは、酸化物として存在し、鋼の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Oの含有量は0.0100%以下とする。Oの含有量は好ましくは0.0050%以下である。なお、Oの含有量の下限は特に規定しないが、生産技術上の制約から、Oの含有量は0.0001%以上とすることが好ましい。
Ti、NbおよびVは、析出物や介在物を生成させる。このような析出物や介在物が粗大化して多量に生成すると、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Ti、NbおよびVの含有量はそれぞれ、0.200%以下とする。Ti、NbおよびVの含有量はそれぞれ、好ましくは0.100%以下である。なお、Ti、NbおよびVの含有量の下限は特に規定しない。ただし、Ti、NbおよびVを添加することにより、連続焼鈍時の昇温過程での再結晶温度が上昇する。これにより、第1硬質相および第2硬質相を構成する結晶粒が微細化し、YRの増加に寄与する。そのため、Ti、NbおよびVの含有量はそれぞれ、0.001%以上とすることが好ましい。
TaおよびWは、析出物や介在物を生成させる。このような析出物や介在物が粗大化して多量に生成すると、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、TaおよびWの含有量はそれぞれ、0.10%以下とする。TaおよびWの含有量はそれぞれ、好ましくは0.08%以下である。なお、TaおよびWの含有量の下限は特に規定しない。ただし、TaおよびWは、熱間圧延時または連続焼鈍時に、微細な炭化物、窒化物または炭窒化物を形成することによって、鋼板の強度を上昇させる。そのため、TaおよびWの含有量はそれぞれ、0.01%以上とすることが好ましい。
Bは、鋳造時または熱間圧延時において鋼板内部の割れの発生を助長し、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Bの含有量は0.0100%以下とする。Bの含有量は、好ましくは0.0080%以下である。なお、Bの含有量の下限は特に規定しない。ただし、Bは、焼鈍中にオーステナイト粒界に偏析し、焼入れ性を向上させる元素である。そのため、Bの含有量は0.0003%以上とすることが好ましい。
Cr、MoおよびNiの含有量が過剰になると、粗大な析出物や介在物を増加させ、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Cr、MoおよびNiの含有量はそれぞれ、1.00%以下とする。Cr、MoおよびNiの含有量はそれぞれ、好ましくは0.80%以下である。なお、Cr、MoおよびNiの含有量の下限は特に規定しない。ただし、Cr、MoおよびNiはいずれも焼入れ性を向上させる元素である。そのため、Cr、MoおよびNiの含有量は、それぞれ0.01%以上とすることが好ましい。
Coの含有量が過剰になると、粗大な析出物や介在物を増加させ、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Coの含有量は0.010%以下とする。Coの含有量は、好ましくは0.008%以下である。なお、Coの含有量の下限は特に規定しない。ただし、Coは焼入れ性を向上させる元素である。そのため、Coの含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
Cuの含有量が過剰になると、粗大な析出物や介在物を増加させ、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Cuの含有量は1.00%以下とする。Cuの含有量は、好ましくは0.80%以下である。なお、Cuの含有量の下限は特に規定しない。ただし、Cuは焼入れ性を向上させる元素である。そのため、Cuの含有量は0.01%以上とすることが好ましい。
Snは、鋳造時または熱間圧延時において鋼板内部の割れの発生を助長し、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Snの含有量は0.200%以下とする。Snの含有量は、好ましくは0.100%以下である。なお、Snの含有量の下限は特に規定しない。ただし、Snは焼入れ性を向上させる元素である。そのため、Snの含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
Sbの含有量が過剰になると、粗大な析出物や介在物を増加させ、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Sbの含有量は0.200%以下とする。Sbの含有量は、好ましくは0.100%以下である。なお、Sbの含有量の下限は特に規定しない。ただし、Sbは表層軟化厚みを制御し、強度調整を可能にする元素である。そのため、Sbの含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
Ca、MgおよびREMの含有量が過剰になると、粗大な析出物や介在物を増加させ、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Ca、MgおよびREMの含有量はそれぞれ、0.0100%以下とする。Ca、MgおよびREMの含有量はそれぞれ、好ましくは0.0050%以下である。なお、Ca、MgおよびREMの含有量の下限は特に規定しない。ただし、Ca、MgおよびREMはいずれも、窒化物や硫化物の形状を球状化し、鋼板の極限変形能を向上させる元素である。そのため、Ca、MgおよびREMの含有量は、それぞれ0.0005%以上とすることが好ましい。
ZrおよびTeの含有量が過剰になると、粗大な析出物や介在物を増加させ、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、ZrおよびTeの含有量はそれぞれ、0.100%以下とする。ZrおよびTeの含有量はそれぞれ、好ましくは0.080%以下である。なお、ZrおよびTeの含有量の下限は特に規定しない。ただし、ZrおよびTeはいずれも、窒化物や硫化物の形状を球状化し、鋼板の極限変形能を向上させる元素である。そのため、ZrおよびTeの含有量は、それぞれ0.001%以上とすることが好ましい。
Hfの含有量が過剰になると、粗大な析出物や介在物を増加させ、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Hfの含有量は0.10%以下とする。Hfの含有量は、好ましくは0.08%以下である。なお、Hfの含有量の下限は特に規定しない。ただし、Hfは、窒化物や硫化物の形状を球状化し、鋼板の極限変形能を向上させる元素である。そのため、Hfの含有量は0.01%以上とすることが好ましい。
Biの含有量が過剰になると、粗大な析出物や介在物を増加させ、鋼板の極限変形能を低下させる。そのため、λが低下する。よって、Biの含有量は0.200%以下とする。Biの含有量は、好ましくは0.100%以下である。なお、Biの含有量の下限は特に規定しない。ただし、Biは、偏析を軽減する元素である。そのため、Biの含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
本発明の一実施形態に従う高強度鋼板の鋼組織は、
第1硬質相の面積率:55%以上、
第2硬質相の面積率:5%以上40%以下および
フェライト相の面積率:10%未満
であり、
前記第1硬質相および前記第2硬質相を構成する結晶粒の平均結晶粒径が5.3μm以下であり、
残留オーステナイトの体積率に対する残留オーステナイト中の炭素濃度の比が0.10以上0.45以下であり、かつ、
{112}<111>方位の集積度が1.0以上である、鋼組織である。
ここで、
第1硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.7×[%C]超1.5×[%C]未満である領域、
第2硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.05以上0.7×[%C]以下である領域、
フェライト相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.05未満である領域、
である。
また、[%C]は、上記成分組成におけるCの含有量(質量%)である。なお、鋼組織の観察位置は、特に断らない限り、板厚の1/4位置である。
第1硬質相を主相とする、具体的には、第1硬質相の面積率を55%以上とすることにより、1180MPa以上のTSを実現することが可能となる。したがって、第1硬質相の面積率は55%以上とする。第1硬質相の面積率は、好ましくは56%以上、より好ましくは57%以上である。なお、第1硬質相の面積率の上限については特に限定されないが、所望のλおよびYRを実現する観点から、第1硬質相の面積率は、好ましくは95%以下、より好ましくは90%以下である。
なお、第1硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.7×[%C]超1.5×[%C]未満である領域である。また、第1硬質相は、主に焼入れマルテンサイト(フレッシュマルテンサイト)から構成される。
上述した第1硬質相に加え、第2硬質相を存在させることにより、所望のλおよびYRを実現することが可能となる。こうした効果を得るためには、第2硬質相の面積率を5%以上にする必要がある。一方、第2硬質相の面積率が40%を超えると、第1硬質相の面積率が減少してしまい、1180MPa以上のTSを実現することが困難になる。したがって、第2硬質相の面積率は5%以上40%以下とする。第2硬質相の面積率は、好ましくは6%以上、より好ましくは7%以上である。第2硬質相の面積率は、好ましくは39%以下、より好ましくは38%以下である。
なお、第2硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.05以上0.7×[%C]以下である領域である。また、第2硬質相は、主に焼戻しマルテンサイトやベイナイトから構成される。
フェライト相の面積率を10%未満とすることにより、YRが増加する。また、λも増加する。一方、フェライト相の面積率が10%以上になると、YRが低下する。また、主相である第1硬質相とフェライト相との硬度差により、λも低下する。したがって、フェライト相の面積率は10%未満とする。フェライト相の面積率は、好ましくは8%以下、より好ましくは6%以下である。なお、フェライト相の面積率が0%であってもよい。ただし、延性の向上の観点からは、フェライト相の面積率は好ましくは1%以上、より好ましくは2%以上である。
なお、フェライト相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.05未満である領域である。また、ここでいうフェライト相は、ベイニティックフェライトと定義される場合もある。
すなわち、鋼板から、圧延方向に平行な板厚断面(L断面)が観察面となるように試料を切り出す。ついで、試料の観察面に、ダイヤモンドペーストによる研磨を施し、ついで、アルミナを用いて仕上げ研磨を施す。ついで、試料の観察面において、電子線マイクロアナライザ(EPMA;Electron Probe Micro Analyzer)により、鋼板の板厚の1/4位置を観察位置とし(すなわち、鋼板の板厚の1/4位置が測定領域の板厚方向の中心位置となるようにする)、加速電圧:7kV、測定領域:22.5μm×22.5μmの条件で、炭素濃度を3視野測定する。なお、測定データの炭素濃度への変換は、検量線法により行う。そして、得られた3視野において、炭素濃度から、第1硬質相、第2硬質相およびフェライト相に該当する頻度を算出し、それぞれを測定領域の合計頻度で除し、100を乗じることにより、第1硬質相、第2硬質相およびフェライト相の面積率を算出する。
[残部組織の面積率(%)]=100-[第1硬質相の面積率(%)]-[第2硬質相の面積率(%)]-[フェライト相の面積率(%)]
なお、残部組織としては、残留オーステナイト、および、その他鋼板の組織として公知のもの、例えば、パーライト、セメンタイトや準安定炭化物(イプシロン(ε)炭化物、イータ(η)炭化物、カイ(χ)炭化物等)等の炭化物が挙げられる。
残部組織のうち、残留オーステナイトの体積率は好適には5%以下である。また、残留オーステナイトの体積率は好適には0%超である。なお、残留オーステナイトの体積率は、残留オーステナイトが三次元的に均質であるとみなして、残留オーステナイトの面積率と読み替えることができる。加えて、残留オーステナイト以外の組織の面積率は好適には5%以下である。残部組織の同定および残留オーステナイト以外の組織の面積率の測定は、例えば、SEM(Scanning Electron Microscope;走査電子顕微鏡)による観察により、行えばよい。また、残留オーステナイトの体積率は、後述する方法により求めればよい。
第1硬質相および第2硬質相を構成する結晶粒を微細化することにより、YRを増加することができる。そのため、硬質相の平均結晶粒径は5.3μm以下とする。硬質相の平均結晶粒径は、好ましくは5.0μm以下、より好ましくは4.9μm以下である。なお、硬質相の平均結晶粒径の下限は特に限定されるものではないが、所望のλを実現する観点から、硬質相の平均結晶粒径は好ましくは1.0μm以上、より好ましくは2.0μm以上である。
すなわち、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面(L断面)について、湿式研磨およびコロイダルシリカ溶液を用いたバフ研磨により、表面の平滑化を行う。ついで、当該面を0.1vol.%ナイタールで腐食することにより、当該面の凹凸を極力低減し、かつ、加工変質層を完全に除去する。ついで、鋼板の板厚の1/4位置を観察位置として、SEM-EBSD(Electron Back-Scatter Diffraction;電子線後方散乱回折)法を用いて、相をIron-AlphaとIron-Gammaに設定し、ステップサイズ:0.05μmの条件で結晶方位を測定する。得られた結晶方位のデータから、AMETEK EDAX社のOIM Analysisを用いて、相をIron-Alphaのみとし、まず残留オーステナイトの情報を除去する。ついで、得られた結晶方位のデータについて、Grain Dilation法(Grain Tolerance Angle:5、Minimum Grain Size:2)によるクリーンアップ処理を1回行った後、CI(Confidence Index)>0.05を閾値に設定する。ついで、フェライト相を除去する。ついで、ピクセル間方位差が5°以上の場合を粒界と定義することにより、第1硬質相および第2硬質相を構成する結晶粒の平均結晶粒径を算出する。
残留γの体積率-炭素濃度の比([残留オーステナイト中の炭素濃度(質量%)]/[残留オーステナイトの体積率(vol.%)])は、極めて重要な要件である。すなわち、残留オーステナイトの体積率および残留オーステナイト中の炭素濃度を複合的に制御することにより、所望のYRを実現することができる。そのため、残留γの体積率-炭素濃度の比は0.10以上にする。一方、残留γの体積率-炭素濃度の比が0.45を超えると、鋼板に打抜き加工を施した際に残留オーステナイトから変態するマルテンサイトの硬度が大きく上昇する。そのため、打抜き加工時、および、穴広げ加工時のボイドの生成量が増加し、λが低下する。したがって、残留γの体積率-炭素濃度の比は0.10以上0.45以下とする。残留γの体積率-炭素濃度の比は、好ましくは0.12以上、より好ましくは0.14以上である。残留γの体積率-炭素濃度の比は、好ましくは0.43以下、より好ましくは0.41以下である。
すなわち、鋼板表面から板厚1/4位置(鋼板表面から深さ方向で板厚の1/4に相当する位置)が観察面となるように、鋼板を研削し、化学研磨によりさらに0.1mm研磨する。ついで、観察面について、X線回折装置により、CoのKα線源を用いて、fcc鉄(オーステナイト)の(200)面、(220)面、(311)面と、bcc鉄の(200)面、(211)面、(220)面の積分反射強度を測定し、bcc鉄の各面からの積分反射強度に対するfcc鉄(オーステナイト)の各面からの積分反射強度の強度比からオーステナイトの体積率を求め、これを残留オーステナイトの体積率とする。
まず、残留オーステナイトの格子定数aを、以下の式(2)により、オーステナイトの(220)面の回折ピークの位置(2θ)から算出する。なお、オーステナイトの(220)面の回折ピークの位置は、上記した残留オーステナイトの体積率を測定する際のX線回折測定により得られる。ついで、残留オーステナイトの格子定数aを以下の式(3)に代入することにより、残留オーステナイト中の炭素濃度を算出する。
a=1.79021√2/sinθ ・・・(2)
a=3.578+0.00095[%Mn]+0.022[%N]+0.0006[%Cr]+0.0031[%Mo]+0.0051[%Nb]+0.0039[%Ti]++0.0056[%Al]+0.033[%C] ・・・(3)
ここで、
a:残留オーステナイトの格子定数(Å)、
θ:オーステナイトの(220)面の回折ピークの位置(2θ)を2で除した値(rad)、
[%M]:鋼全体に占める元素M(Cは除く)の含有量(質量%)、
[%C]:残留オーステナイト中の炭素濃度(質量%)、
である。
{112}<111>方位の集積度は、極めて重要な要件である。{112}<111>方位の集積度を高めることにより、圧延方向の降伏比を優先的に高めることができる。こうした効果を得るため、{112}<111>方位の集積度は1.0以上にする。{112}<111>方位の集積度は、好ましくは1.1以上、より好ましくは1.2以上である。なお、{112}<111>方位の集積度の上限は特に限定されるものではないが、{112}<111>方位の集積度が過度に高くなると、圧延直角方向のYRが減少する場合がある。そのため、{112}<111>方位の集積度は、9.0以下が好ましく、より好ましくは6.0以下である。
すなわち、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面(L断面)について、湿式研磨およびコロイダルシリカ溶液を用いたバフ研磨により、表面の平滑化を行う。ついで、当該面を0.1vol.%ナイタールで腐食することにより、当該面の凹凸を極力低減し、かつ、加工変質層を完全に除去する。ついで、鋼板の板厚の1/4位置を観察位置として、SEM-EBSD(Electron Back-Scatter Diffraction;電子線後方散乱回折)法を用いて結晶方位を測定する。ついで、得られたデータから、AMETEK EDAX社のOIM Analysisを用いて、{112}<111>方位の集積度を求める。
すなわち、鋼板の板厚1/4位置と比較して、鋼板の表層部を軟化させることにより、λの一層の向上を実現することができる。そのため、表層軟化厚みは10μm以上にすることが好ましい。一方、表層軟化厚みが100μmを超えると、TSの低下を招く場合がある。したがって、表層軟化厚みは10μm以上100μm以下とすることが好ましい。表層軟化厚みは、より好ましくは12μm以上、さらに好ましくは15μm以上である。また、表層軟化厚みは、より好ましくは80μm以下、さらに好ましくは60μm以下である。
すなわち、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面(L断面)について、湿式研磨により、表面の平滑化を行う。ついで、ビッカース硬度計を用いて、荷重5gfの条件で、表面から深さ10μmの位置より板厚中心位置まで、板厚(深さ)方向に5μm間隔で硬度測定を行う。そして、鋼板の板厚1/4位置で得られた硬度を基準硬度とし、鋼板の表面から硬度が基準硬度×0.85以下になる最深部の深さ位置までの距離(深さ)を測定し、その測定値を表層軟化厚みとする。
本発明の一実施形態に従う高強度鋼板のTSは、1180MPa以上である。なお、ここでいう「TS:1180MPa以上」は、圧延方向と圧延直角方向で測定されるTSがいずれも、1180MPa以上であることを意味する。また、TSは、JIS Z 2241に準拠し、後述の実施例に記載の要領で測定する。
つぎに、本発明の一実施形態に従う高強度鋼板の製造方法について、説明する。
上記の成分組成を有する鋼スラブに、熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
ついで、前記熱延鋼板に酸洗を施し、
ついで、前記熱延鋼板に、パス数:2パス以上、累積圧下率:20%以上75%以下の条件で冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
ついで、前記冷延鋼板を、250℃以上700℃以下の温度域での平均加熱速度:10℃/s以上、焼鈍温度:820℃以上950℃以下の条件で焼鈍し、
ついで、前記冷延鋼板を、50℃以上400℃以下の温度域での滞留時間:70s以上700s以下の条件で冷却し、
ついで、前記冷延鋼板に、前記冷延鋼板の板厚1/20位置における相当塑性歪:0.10%以上を付与する加工を施す、というものである。
また、本発明の一実施形態に従う高強度鋼板の製造方法は、上記の本発明の一実施形態に従う高強度鋼板を製造するための方法である。
なお、上記の温度は、特に断らない限り、いずれも鋼スラブまたは鋼板の表面温度を基準とする。
まず、鋼スラブに、熱間圧延を施して熱延鋼板とする。熱間圧延条件について特に限定されず、常法に従えばよい。
例えば、鋼スラブ(鋼素材)の溶製方法は特に限定されず、転炉や電気炉等、公知の溶製方法いずれもが適合する。また、鋼スラブは、マクロ偏析を防止するため、連続鋳造法で製造するのが好ましい。また、鋼スラブは、造塊法や薄スラブ鋳造法などにより製造することも可能である。なお、鋼スラブを製造した後、一旦室温まで冷却し、その後、再度加熱する従来法に加え、直送圧延や直接圧延などの省エネルギープロセスも問題なく適用できる。直送圧延は、室温まで冷却しないで、温片のままで加熱炉に装入するプロセスである。直接圧延は、わずかの保熱を行った後に直ちに圧延するプロセスである。
Ar3(℃)=868-396×[%C]+24.6×[%Si]-68.1×[%Mn]-36.1×[%Ni]-20.7×[%Cu]-24.8×[%Cr]
なお、上記の式中の[%元素記号]は、上記の成分組成における当該元素の含有量(質量%)を表す。
熱延工程後の熱延鋼板を、酸洗する。酸洗によって、鋼板表面の酸化物を除去することができ、良好な化成処理性やめっき品質が確保される。なお、酸洗は、1回のみ行ってもよく、複数回に分けて行ってもよい。酸洗条件については特に限定されず、常法に従えばよい。
ついで、熱延鋼板に冷間圧延を施して冷延鋼板とする。この際、以下の条件を満足させることが重要である。
圧延パス数を2パス以上として熱延鋼板に冷間圧延を施すことにより、鋼板に剪断帯が多量に導入され、後工程の焼鈍時に生成するオーステナイト粒を微細にすることができる。これにより、第1硬質相および第2硬質相を構成する結晶粒が微細化し、YRが増加する。また、冷間圧延により鋼板に剪断帯が均一に導入されることによって、{112}<111>方位の集積度を高めることができる。その結果、圧延方向の降伏比を優先的に高めることが可能となる。一方、圧延パス数を1パスにすると、剪断帯が少量かつ不均一に導入される。そのため、後工程の焼鈍時に生成するオーステナイト粒が粗大になり、所望のYRが得られない。また、{112}<111>方位の集積度を十分に高めることができず、圧延方向の降伏比を十分に高めることができない。したがって、冷間圧延の圧延パス数は2パス以上とする。冷間圧延の圧延パス数は、好ましくは3パス以上、より好ましくは4パス以上、さらに好ましくは5パス以上である。冷間圧延の圧延パス数の上限は特に規定しないが、生産性の観点から、冷間圧延の圧延パス数は、好ましくは10パス以下である。
なお、圧延パス数を2パス以上とした冷間圧延は、例えば、タンデム式の多スタンド圧延やリバース圧延等により、行うことができる。
冷間圧延の累積圧下率を20%以上とすることにより、フェライト相の面積率を10%未満とすることが可能になる。その結果、YRが増加し、ひいては、優れた部品の強度を得ることができる。一方、冷間圧延の累積圧下率が75%を超えると、焼鈍時に生成するオーステナイト粒が過度に微細化し、最終製品となる鋼板の残留オーステナイトの量が増加する。これにより、残留オーステナイトの体積率-炭素濃度の比を適正範囲に制御することが困難となり、所望のYRを実現することができない。したがって、冷間圧延の累積圧下率は20%以上75%以下とする。冷間圧延の累積圧下率は、好ましくは25%以上、より好ましくは27%以上である。冷間圧延の累積圧下率は、好ましくは70%以下、より好ましくは60%以下である。
上記のようにして得られた冷延鋼板に、焼鈍を施す。この際、以下の条件を満足させることが重要である。なお、以下の温度は、いずれも鋼板表面温度を基準とする。
加熱温度域での平均加熱速度を上昇させることにより、第1硬質相および第2硬質相を構成する結晶粒が微細化し、YRが増加する。そのため、加熱温度域での平均加熱速度は10℃/s以上とする。加熱温度域での平均加熱速度は、好ましくは12℃/s以上、より好ましくは14℃/s以上である。また、加熱温度域での平均加熱速度の上限は特に規定しないが、生産性の観点から、好ましくは50℃/s以下、より好ましくは40℃/s以下である。
焼鈍温度が820℃未満では、フェライトとオーステナイトの二相域での焼鈍処理になる。このような場合、焼鈍後の鋼板に多量のフェライトが含有されることになるため、所望のYRおよびλを実現することが困難になる。一方、焼鈍温度が950℃を超えると、焼鈍中にオーステナイトの結晶粒が粗大化し、第1硬質相および第2硬質相の平均結晶粒径が増大する。そのため、所望のYRを実現することができない。したがって、焼鈍温度は820℃以上950℃以下とする。焼鈍温度は、好ましくは850℃以上、より好ましくは870℃以上である。焼鈍温度は、好ましくは940℃以下、より好ましくは930℃以下である。なお、焼鈍温度は、焼鈍工程での最高到達温度である。
上記の焼鈍後、冷延鋼板を冷却する。この際、以下の条件を満足させることが重要である。
冷却温度域での滞留時間を適正に制御することにより、残留オーステナイトの体積率および残留オーステナイト中の炭素濃度を適正に制御することができる。その結果、所望のYRを実現することができる。そのため、冷却温度域での滞留時間は70s以上とする。一方、冷却温度域での滞留時間が700sを超えると、残留オーステナイト中の炭素濃度が過度に増加する。そのため、鋼板に打抜き加工を施した際に残留オーステナイトから変態するマルテンサイトの硬度が大きく上昇する。これにより、打抜き加工時、および、穴広げ加工時のボイドの生成量が増加し、λが低下する。また、第1硬質相の面積率が減少し、1180MPa以上のTSを実現することが困難となる。したがって、冷却温度域での滞留時間は70s以上700s以下とする。冷却温度域での滞留時間は、好ましくは75s以上、より好ましくは80s以上である。冷却温度域での滞留時間は、好ましくは500s以下、より好ましくは400s以下である。
また、50℃以下の温度域での冷却条件も特に限定されるものではなく、任意の方法により所望の温度、例えば、室温程度の温度まで冷却すればよい。
ついで、冷延鋼板に、加工を施す。この際、以下の条件を満足させることが極めて重要である。なお、本加工工程で被加工材とする冷延鋼板には、後述するめっき処理工程を上記焼鈍工程後でかつ本加工工程の前に行う場合に得られる、表面にめっき層を有する冷延鋼板(以下、めっき鋼板ともいう)も含まれる。
上記の焼鈍および冷却を経た冷延鋼板に、相当塑性歪:0.10%以上を付与する加工を施すことにより、{112}<111>方位の集積度を高め、圧延方向の降伏比を優先的に高くすることができる。こうした効果を得るためには、加工により付与する相当塑性歪は0.10%以上にする必要がある。加工により付与する相当塑性歪は、好ましくは0.15%以上、より好ましくは0.20%以上である。なお、加工により付与する相当塑性歪の上限は特に規定しないが、生産性の観点から、加工により付与する相当塑性歪は2.00%以下とすることが好ましい。加工により付与する相当塑性歪は、より好ましくは1.50%以下である。
この相当塑性歪の算出では、以下のデータ入力値を用いる。また、材料の加工硬化挙動は直線硬化の弾塑性体とする。バウジンガー硬化およびベンドロスによる張力低下は無視する。さらに、加工曲率式としては美坂の式を用いる。
・素材寸法:板厚1.6mm、幅920mm
・板厚分割数:31
・ヤング率:21000kgf/mm2
・ポアソン比:0.3
・降伏応力:111kgf/mm2
・塑性係数:1757kgf/mm2
また、任意に、冷延鋼板にめっき処理を施してもよい。めっき処理は、上記の加工工程の前、特には、上記の焼鈍工程の後でかつ上記の加工工程の前(例えば、上記の焼鈍工程の後でかつ上記の冷却工程における冷却温度域での滞留前や、上記の冷却工程の後でかつ上記の加工工程の前など)に施すことが好ましい。めっき金属の種類は特に限定されず、一例においては亜鉛である。亜鉛めっき処理としては、溶融亜鉛めっき処理、および、溶融亜鉛めっき処理後に合金化処理を行う合金化溶融亜鉛めっき処理を例示できる。なお、焼鈍と溶融亜鉛めっき処理とを連続して行えるよう構成された装置を用いて(1ラインで)焼鈍と溶融亜鉛めっき処理とを施してもよい。その他、溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき処理を施してもよい。
つぎに、本発明の一実施形態に従う部材について、説明する。
本発明の一実施形態に従う部材は、上記した本発明の一実施形態に従う高強度鋼板を用いてなる部材である。本発明の一実施形態に従う部材は、例えば、上記した本発明の一実施形態に従う高強度鋼板を、プレス加工などにより、目的の形状に成形したものである。本発明の一実施形態に従う部材は、好適には、自動車の骨格構造部品用、または、自動車の補強部品用の部材である。
引張試験は、JIS Z 2241に準拠して行った。すなわち、得られた鋼板より、鋼板の圧延方向(L方向)および圧延直角方向(C方向)が長手方向となるように、それぞれJIS5号試験片を採取した。ついで、採取した試験片を用いて、クロスヘッド速度:1.67×10-1mm/sの条件で引張試験を行い、圧延方向(L方向)および圧延直角方向(C方向)のYSおよびTSを測定した。そして、TSについては、圧延方向(L方向)および圧延直角方向(C方向)のTSがいずれも1180MPa以上を、合格と判断した。また、測定した圧延方向(L方向)および圧延直角方向(C方向)のYSおよびTSから、上述の式(1)により、圧延方向(L方向)および圧延直角方向(C方向)のYRをそれぞれ算出した。そして、圧延方向および圧延直角方向のYRがいずれも70%以上を、合格と判断した。
穴広げ試験は、JIS Z 2256に準拠して行った。すなわち、得られた鋼板を、100mm×100mmに剪断し、ついで、剪断した鋼板にクリアランス:12.5%で直径:10mmの穴を打ち抜いた。ついで、内径:75mmのダイスを用いてしわ押さえ力:9ton(88.26kN)で鋼板を抑え、その状態で、頂角:60°の円錐ポンチを穴に押し込んで亀裂発生限界における穴直径を測定した。そして、次式により、(限界)穴広げ率:λ(%)を求めた。
(限界)穴広げ率:λ(%)={(Df-D0)/D0}×100
ここで、Dfは亀裂発生時の穴径(mm)、D0は初期穴径(mm)である。そして、(限界)穴広げ率:λが30%以上の場合に、伸びフランジ性が合格と判断した。
一方、比較例では、圧延方向および圧延直角方向のTS、圧延方向および圧延直角方向のYR、ならびに、伸びフランジ性の少なくとも1つが十分とは言えなかった。
特に、本発明の高強度鋼板は、圧延直角方向のYRだけでなく圧延方向のYRも高いので、高い部品強度を得ながら、種々の大きさおよび形状の自動車の骨格構造部品などに適用することが可能である。これにより、車体軽量化による燃費向上を図ることができ、産業上の利用価値は極めて大きい。
Claims (7)
- 質量%で、
C:0.090%以上0.390%以下、
Si:0.01%以上2.50%以下、
Mn:2.00%以上4.00%以下、
P:0.100%以下、
S:0.0200%以下、
Al:0.100%以下および
N:0.0100%以下
で、残部がFeおよび不可避的不純物である成分組成と、
第1硬質相の面積率:55%以上、
第2硬質相の面積率:5%以上40%以下および
フェライト相の面積率:10%未満
であり、
前記第1硬質相および前記第2硬質相を構成する結晶粒の平均結晶粒径が5.3μm以下であり、
残留オーステナイトの体積率に対する残留オーステナイト中の炭素濃度の比が0.10以上0.45以下であり、かつ、
{112}<111>方位の集積度が1.0以上である、鋼組織と、を有し、
引張強さが1180MPa以上である、高強度鋼板。
ここで、
第1硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.7×[%C]超1.5×[%C]未満である領域、
第2硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.05以上0.7×[%C]以下である領域、
フェライト相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.05未満である領域、
である。
また、[%C]は、上記成分組成におけるCの含有量(質量%)である。 - 前記成分組成が、さらに、質量%で、
O:0.0100%以下、
Ti:0.200%以下、
Nb:0.200%以下、
V:0.200%以下、
Ta:0.10%以下、
W:0.10%以下、
B:0.0100%以下、
Cr:1.00%以下、
Mo:1.00%以下、
Ni:1.00%以下、
Co:0.010%以下、
Cu:1.00%以下、
Sn:0.200%以下、
Sb:0.200%以下、
Ca:0.0100%以下、
Mg:0.0100%以下、
REM:0.0100%以下、
Zr:0.100%以下、
Te:0.100%以下、
Hf:0.10%以下および
Bi:0.200%以下
のうち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。 - 表面にめっき層を有する、請求項1または2に記載の高強度鋼板。
- 第1硬質相の面積率:55%以上、
第2硬質相の面積率:5%以上40%以下および
フェライト相の面積率:10%未満
であり、
前記第1硬質相および前記第2硬質相を構成する結晶粒の平均結晶粒径が5.3μm以下であり、
残留オーステナイトの体積率に対する残留オーステナイト中の炭素濃度の比が0.10以上0.45以下であり、かつ、
{112}<111>方位の集積度が1.0以上である、鋼組織、を有し、
引張強さが1180MPa以上である、高強度鋼板を製造するための方法であって、
請求項1または2に記載の成分組成を有する鋼スラブに、熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
ついで、前記熱延鋼板に酸洗を施し、
ついで、前記熱延鋼板に、パス数:2パス以上、累積圧下率:20%以上75%以下の条件で冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
ついで、前記冷延鋼板を、250℃以上700℃以下の温度域での平均加熱速度:10℃/s以上、焼鈍温度:820℃以上950℃以下の条件で焼鈍し、
ついで、前記冷延鋼板を、50℃以上400℃以下の温度域での滞留時間:70s以上700s以下の条件で冷却し、
ついで、前記冷延鋼板に、前記冷延鋼板の板厚1/20位置における相当塑性歪:0.10%以上を付与する加工を施す、高強度鋼板の製造方法。
ここで、
第1硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.7×[%C]超1.5×[%C]未満である領域、
第2硬質相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.05以上0.7×[%C]以下である領域、
フェライト相は、板厚1/4位置において電子線マイクロアナライザにより測定される炭素濃度が0.05未満である領域、
である。
また、[%C]は、上記成分組成におけるCの含有量(質量%)である。 - 前記冷延鋼板にめっき処理を施す、請求項4に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 請求項1~3のいずれかに記載の高強度鋼板を用いてなる、部材。
- 自動車の骨格構造部品用、または、自動車の補強部品用である、請求項6に記載の部材。
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