JP7230415B2 - 鋼材およびその製造方法 - Google Patents
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C:1.00%以下、
Si:3.00%以下、
Mn:0.2~7.0%、
P:0.10%以下、
S:0.030%以下、
Al:3.00%以下、
N:0.010%以下、
Ni:0~10.0%、
Cu:0~3.0%、
Cr:0~10.0%、
Ti:0~1.0%、
Nb:0~1.0%、
V:0~1.0%、
Mo:0~2.0%、
W:0~1.0%、
B:0~0.01%、
Co:0~1.0%、
Ca:0~0.01%、
Mg:0~0.01%、
REM:0~0.01%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で定義されるCeqが0.10~1.00であり、
金属組織が、体積%で、
マルテンサイト:5.0~40.0%、を含み、かつ、
マルテンサイト、焼戻しマルテンサイトおよび焼戻しベイナイトの合計体積率が90.0%以上であり、
マルテンサイトの平均結晶粒径が4.0μm以下であり、かつ、平均アスペクト比が3.0以上である、
鋼材。
Ceq=C+1/24Si+1/6Mn+1/40Ni+1/5Cr+1/4Mo+1/14V ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
Ni:0.1~10.0%、
Cu:0.3~3.0%、および
Cr:0.1~10.0%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)に記載の鋼材。
Ti:0.01~1.0%、
Nb:0.01~1.0%、
V:0.01~1.0%、
Mo:0.05~2.0%、
W:0.05~1.0%、
B:0.0003~0.01%、および
Co:0.05~1.0%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)または(2)に記載の鋼材。
Ca:0.0001~0.01%、
Mg:0.0001~0.01%、および
REM:0.0001~0.01%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)から(3)までのいずれかに記載の鋼材。
マルテンサイトおよび/またはベイナイト、または冷間加工されたマルテンサイトおよび/またはベイナイトを主体とする金属組織を有する鋼素材を、
500℃/s以上の平均昇温速度でAc1点以上、かつ、(Ac1点+Ac3点)/2未満の範囲の温度域まで加熱した後、5s以内に冷却を開始し、前記温度域から500℃までの平均冷却速度が100℃/s以上となるように、300℃以下の温度まで冷却する、
鋼材の製造方法。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
Cは鋼材の強度を向上させる元素である。C含有量は鋼材に要求される特性に応じて選定されるが、1.00%を超えるとMf点が低下しすぎて、加熱中に生じたオーステナイトの一部または全部が冷却中に変態せずに、必要量のマルテンサイトが得られず、十分な強度が得られなくなる。そのため、C含有量は1.00%以下とする。C含有量は0.50%以下であるのが好ましく、0.35%以下であるのがより好ましい。上記の効果を得るためには、C含有量は0.03%以上であるのが好ましい。
Siはフェライト相へ分配される元素であって、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するには、脱酸のために通常含有される量より多く含有させる必要がある。しかしながら、その含有量が3.00%を超えると、熱間加工性が劣化して圧延時に割れやすくなる。そのため、Si含有量は3.00%以下とする。Si含有量は2.50%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Si含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.03%以上であるのがより好ましい。
MnはA1変態点を低下させてオーステナイト生成温度域を低くすることによって、オーステナイト相の成長粗大化速度を低下させるのに有効な元素である。また、Mnはオーステナイト相へ分配される元素である。さらに、残留オーステナイトを活用したい場合には有効な元素となる。超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するためには、0.2%以上含有させる必要がある。一方、Mn含有量が7.0%を超えると、Mf点が低下しすぎて、加熱中に生じたオーステナイトの一部または全部が冷却中に変態せずに、必要量のマルテンサイトが得られず、十分な強度が得られなくなる。そのため、Mn含有量は0.2~7.0%とする。Mn含有量は5.0%以下であるのが好ましく、3.0%以下であるのがより好ましい。
Pは、一般に不純物として含有される元素であるが、固溶強化により強度を高める効果を有する元素でもある。したがって、Pを積極的に含有させてもよい。しかし、Pは偏析し易い元素であり、その含有量が0.10%を超えると、粒界偏析に起因する成形性および靭性の低下が顕著となる。したがって、P含有量は0.10%以下とする。P含有量は0.050%以下であるのが好ましく、0.030%以下であるのがより好ましく、0.020%以下であるのがさらに好ましい。P含有量の下限は特に規定する必要はないが、上記の効果を得たい場合には、0.001%以上とすることが好ましい。
Sは、不純物として含有される元素であり、鋼中に硫化物系介在物を形成して鋼板の成形性を低下させる。S含有量が0.030%を超えると、成形性の低下が著しくなる。したがって、S含有量は0.030%以下とする。S含有量は0.010%以下であるのが好ましく、0.005%以下であるのがより好ましく、0.001%以下であるのがさらに好ましい。S含有量の下限は特に規定する必要はないが、精錬コストの上昇を抑制する観点からは0.0001%以上とすることが好ましい。
Alはフェライト相へ分配される元素であって、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するには、脱酸のために通常含有される量より多く含有させる必要がある。しかしながら、その含有量が3.00%を超えると、熱間加工性が劣化して圧延時に割れやすくなる。そのため、Al含有量は3.00%以下とする。Al含有量は2.50%以下であるのが好ましく、2.00%以下であるのがより好ましい。上記の効果を得るためには、Al含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.03%以上であるのがより好ましい。
Nは、不純物として含有される元素であり、鋼板の成形性を低下させる作用を有する。N含有量が0.010%を超えると、成形性の低下が著しくなる。したがって、N含有量は0.010%以下とする。N含有量は0.0080%以下であるのが好ましく、0.0070%以下であるのがより好ましい。N含有量の下限は特に規定する必要はないが、後述するようにTi、NbおよびVの1種以上を含有させて鋼組織の微細化を図る場合を考慮すると、炭窒化物の析出を促進させるためにN含有量は、0.0010%以上とすることが好ましく、0.0020%以上とすることがより好ましい。
NiはA1変態点を低下させてオーステナイト生成温度域を低くすることによって、オーステナイト相の成長粗大化速度を低下させるのに有効な元素である。また、Niはオーステナイト相へ分配される元素である。そのため必要に応じてNiを含有させてもよい。しかしながら、Ni含有量が10.0%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、Ni含有量は10.0%以下とする。Ni含有量は5.0%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Ni含有量は0.1%以上とするのが好ましい。
CuはA1変態点を低下させてオーステナイト生成温度域を低くすることによって、オーステナイト相の成長粗大化速度を低下させるのに有効な元素である。また、Cuはオーステナイト相へ分配される元素である。そのため必要に応じてCuを含有させてもよい。しかしながら、Cu含有量が3.0%を超えると、加工性が劣化して圧延時に割れやすくなる。したがって、Cu含有量は3.0%以下とする。Cu含有量は2.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Cu含有量は0.3%以上とするのが好ましい。
Crはオーステナイト相へ分配される元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてCrを含有させてもよい。しかしながら、Cr含有量が10.0%を超えると、強度と延性または強度と靱性とのアンバランスが生じる。したがって、Cr含有量は10.0%以下とする。Cr含有量は8.0%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Cr含有量は0.1%以上とするのが好ましい。
Tiはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてTiを含有させてもよい。しかしながら、Ti含有量が1.0%を超えると、鋼が脆化してくる。したがって、Ti含有量は1.0%以下とする。Ti含有量は0.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Ti含有量は0.01%以上とするのが好ましい。
Nbはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてNbを含有させてもよい。しかしながら、Nb含有量が1.0%を超えると、鋼が脆化してくる。したがって、Nb含有量は1.0%以下とする。Nb含有量は0.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Nb含有量は0.01%以上とするのが好ましい。
Vはフェライト相へ分配される元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてVを含有させてもよい。しかしながら、V含有量が1.0%を超えると、鋼が脆化してくる。したがって、V含有量は1.0%以下とする。V含有量は0.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、V含有量は0.01%以上とするのが好ましい。
Moはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてMoを含有させてもよい。しかしながら、Mo含有量が2.0%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、Mo含有量は2.0%以下とする。Mo含有量は1.0%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Mo含有量は0.05%以上とするのが好ましい。
Wはフェライト相へ分配され、かつ、拡散の遅い元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてWを含有させてもよい。しかしながら、W含有量が1.0%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、W含有量は1.0%以下とする。W含有量は0.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、W含有量は0.05%以上とするのが好ましい。
Bは焼入れ性が向上する元素で、マルテンサイトを含む組織を得るには有効な元素である。そのため必要に応じてBを含有させてもよい。しかしながら、B含有量が0.01%を超えると、靱性が悪化する。したがって、B含有量は0.01%以下とする。B含有量は0.005%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、B含有量は0.0003%以上とするのが好ましい。
Coはフェライト相へ分配される元素であり、超微細オーステナイト組織の成長粗大化を抑制するのに有効な元素である。そのため必要に応じてCoを含有させてもよい。しかしながら、Co含有量が1.0%を超えると、粒成長の抑制効果が飽和してくる。したがって、Co含有量は1.0%以下とする。Co含有量は0.5%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Co含有量は0.05%以上とするのが好ましい。
Mg:0~0.01%
REM:0~0.01%
Ca、MgおよびREMは、オーステナイト粒成長を抑制するピン留め効果を有し、オーステナイト粒を微細化する効果を有する。そのため必要に応じてこれらの元素から選択される1種以上を含有させてもよい。しかしながら、これらの元素の含有量がそれぞれ0.01%を超えると、脆化して加工性が劣化する。したがって、各元素ともその含有量を0.01%以下とする。また、2種以上を複合的に含有させる場合、その合計含有量は0.03%であってもよい。上記の効果を得るためには、Ca、MgおよびREMから選択される1種以上を0.0001%以上含有させるのが好ましい。
Ceqは炭素当量を意味し、下記(i)式で定義される。Ceqが0.10未満では、焼き入れを施してもマルテンサイト組織が得られない。一方、Ceqが1.00を超えると、靭性および延性が悪化するだけでなく、溶接を行う場合には溶接性および溶接部特性が劣化する。したがって、Ceqは0.10~1.00とする。Ceqは0.20以上であるのが好ましく、0.30以上であるのがより好ましい。
Ceq=C+1/24Si+1/6Mn+1/40Ni+1/5Cr+1/4Mo+1/14V ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
本発明に係る鋼材の金属組織は、マルテンサイトならびに焼戻しマルテンサイトおよび/または焼戻しベイナイトの複相組織が主体となる。具体的には、マルテンサイト、焼戻しマルテンサイトおよび焼戻しベイナイトの合計体積率が90.0%以上である金属組織を有する。鋼材中には、残留オーステナイト、ベイナイト、フェライト、パーライト等の組織が混在する場合もあるが、これらの組織は合計体積率で10.0%未満であれば許容される。なお、以下の説明において、初期のマルテンサイトが焼戻しを受けた焼戻しマルテンサイトと区別するため、新たに析出したマルテンサイトを「新出マルテンサイト」ということがある。
本発明に係る鋼材は、上述の化学組成を有し、所定の金属組織を有する鋼素材に対して、加熱した後、直ちに冷却を開始する熱処理を施すことによって製造することが可能である。各条件について、以下に詳しく説明する。
熱処理を施す前の鋼素材としては、マルテンサイトおよび/またはベイナイト、または冷間加工されたマルテンサイトおよび/または冷間加工されたベイナイトを主体とする金属組織を有するものを用いる。その理由は以下のとおりである。
前述の化学組成および金属組織を有する鋼素材を、まず500℃/s以上の平均昇温速度でAc1点以上、かつ、(Ac1点+Ac3点)/2未満の範囲の温度域まで加熱する。上記の温度域まで加熱することで、金属組織の一部に微細なオーステナイトを生成させることができる。また、残存した初期のマルテンサイトおよびベイナイトは高温で短時間の焼戻しを受け、それぞれ極めて微細な炭化物が分散した焼戻しマルテンサイトおよび焼戻しベイナイトとなる。
上記の条件で加熱した後、5s以内に冷却を開始する。上記の温度域での保持時間が5sを超えると、冷却途中で再結晶が始まり、超微細なマルテンサイトが得られないだけでなく、オーステナイト粒の一部がマルテンサイト以外の組織となってしまう。また、焼戻しマルテンサイト中の炭化物も粗大化されてしまう。上記保持時間は3s以下であるのが望ましく、1s以下であるのがより望ましい。
冷却工程では、Ac1点以上、かつ、(Ac1点+Ac3点)/2未満の範囲の温度域から500℃までの平均冷却速度が100℃/s以上となるように、300℃以下の温度まで冷却する。冷却速度が100℃/s未満では再結晶が始まり、オーステナイト粒の一部がマルテンサイト以外の組織となってしまうため、100℃/s以上とする。
Claims (5)
- 化学組成が、質量%で、
C:0.35%以下、
Si:2.50%以下、
Mn:0.2~5.0%、
P:0.10%以下、
S:0.030%以下、
Al:2.00%以下、
N:0.010%以下、
Ni:0~5.0%、
Cu:0~2.5%、
Cr:0~8.0%、
Ti:0~0.5%、
Nb:0~0.5%、
V:0~0.5%、
Mo:0~1.0%、
W:0~0.5%、
B:0~0.01%、
Co:0~0.5%、
Ca:0~0.01%、
Mg:0~0.01%、
REM:0~0.01%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で定義されるCeqが0.10~1.00であり、
金属組織が、体積%で、
マルテンサイト:5.0~40.0%、を含み、かつ、
マルテンサイト、焼戻しマルテンサイトおよび焼戻しベイナイトの合計体積率が90.0%以上であり、
マルテンサイトの平均結晶粒径が4.0μm以下であり、かつ、平均アスペクト比が3.0以上である、
鋼材。
Ceq=C+1/24Si+1/6Mn+1/40Ni+1/5Cr+1/4Mo+1/14V ・・・(i)
但し、式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ni:0.1~5.0%、
Cu:0.3~2.5%、および
Cr:0.1~8.0%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1に記載の鋼材。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ti:0.01~0.5%、
Nb:0.01~0.5%、
V:0.01~0.5%、
Mo:0.05~1.0%、
W:0.05~0.5%、
B:0.0003~0.01%、および
Co:0.05~0.5%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1または請求項2に記載の鋼材。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0001~0.01%、
Mg:0.0001~0.01%、および
REM:0.0001~0.01%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1から請求項3までのいずれかに記載の鋼材。 - 請求項1から請求項4までのいずれかに記載の鋼材を製造する方法であって、
請求項1から請求項4までのいずれかに記載の化学組成を有し、
マルテンサイト、オースフォームドマルテンサイト、ベイナイト、冷間加工されたマルテンサイトおよび冷間加工されたベイナイトの合計の体積率が95.0%以上である金属組織を有する鋼素材を、
500℃/s以上の平均昇温速度でAc1点以上、かつ、(Ac1点+Ac3点)/2未満の範囲の温度域まで加熱した後、5s以内に冷却を開始し、前記温度域から500℃までの平均冷却速度が100℃/s以上となるように、300℃以下の温度まで冷却する、
鋼材の製造方法。
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JP2015503023A (ja) | 2011-11-07 | 2015-01-29 | ポスコ | 温間プレス成形用鋼板、温間プレス成形部材、及びこれらの製造方法 |
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