JP7255759B1 - 高強度鋼板,高強度めっき鋼板及びそれらの製造方法,並びに部材 - Google Patents

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Abstract

本発明は、引張強さ1180MPa以上で優れた曲げ性と靭性とを兼ね備えた高降伏比の高強度鋼板及びその製造方法を提供する。本発明の高強度鋼板は、C、Si、Mn、P、S、Al、N、Ti、Nb、Bを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、下記式(1)を満足する成分組成を有し、マルテンサイト及びベイナイトの面積率の合計が95%以上であり、旧オーステナイト粒の平均結晶粒径が10μm以下であり、旧オーステナイト粒界のB濃度が質量%で0.10%以上であり、マルテンサイト粒界に沿ってC濃化領域を有し、前記C濃化領域は、鋼中のC含有量の4.0倍以上のC濃度を有し、前記マルテンサイト粒界と直交する方向において3nm以上100nm以下の濃化幅を有し、かつ前記マルテンサイト粒界に平行な方向において100nm以上の長さを有するものである。([%N]/14)/([%Ti]/47.9)<1.0…(1)

Description

本発明は,高強度鋼板及びそれらの製造方法,並びに部材に関する。
自動車用鋼板では,車体軽量化による燃費向上のため,高強度化が求められている。骨格部品では引張強さ1180MPa以上の高強度鋼板が必要となっている。また,鋼板をプレス加工し所望の形状に加工するために,鋼板には高い曲げ性が要求されている。さらに衝突安全性の観点から,強度に加え,衝突時に乗員の居住空間を確保するよう,容易に変形しないことが求められる自動車部品もある。このような自動車部品には高降伏比の鋼板の使用が望まれる。加えて,自動車部品が衝突時に破断しないように,高い靭性も必要である。
特許文献1には加工性及び低温靭性に優れた高強度鋼板及びその製造方法が開示されている。特許文献2には,成形性及び耐衝撃特性にすぐれた高強度鋼板,及び,成形性及び耐衝撃特性に優れた高強度鋼板の製造方法が開示されている。特許文献3には高降伏比型高強度鋼板及びその製造方法が開示されている。
特許第5728108号明細書 特許第6597939号明細書 特許第6700398号明細書
しかしながら,特許文献1及び2では,降伏比について考慮されていない。特許文献3では靭性について考慮されていない。
上述のように,引張強さ1180MPa以上で曲げ性と靭性とに優れ,高降伏比の高強度鋼板を製造することは,従来技術では困難である。
本発明は,かかる事情に鑑みてなされたもので,引張強さ1180MPa以上で優れた曲げ性と靭性とを兼ね備えた高降伏比の高強度鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
なお,本発明において,高強度とは,JIS Z2241に準拠して測定した引張強さTSが1180MPa以上であることを意味する。
また,曲げ性に優れるとは,JISZ2248に準拠して実施した曲げ試験において,曲げ頂点の稜線部において割れないことを意味する。
また,靭性に優れるとは,JIS Z2242に準拠して実施したシャルピー衝撃試験において,脆性-延性遷移温度が-40°C以下であることを意味する。
また,高降伏比とは,JIS Z 2241に準拠して測定した降伏強度と引張強さとの比YS/TSが0.80以上であることを意味する。
本発明者らは,上記した課題を達成するために,鋭意検討を重ねた結果,以下の知見を得た。
(1)曲げ加工時の亀裂の発生,進展,及び脆性破壊時の破壊経路は,旧オーステナイト粒界に沿う。そのため,結晶粒径を微細化して破壊経路を複雑化すること,及び結晶粒界の強度を高めることが曲げ性を向上する上で効果的である。旧オーステナイト粒の微細化には,焼鈍温度をオーステナイト単相域である850℃以上で極力小さくすることが有効である。一方で,粒界の強化にはBを粒界偏析させることが有効であるが,Bの粒界偏析量は高温で焼鈍するほど大きくなる。そこで,結晶粒径を微細に保ちながらBの粒界偏析量を増加させるために,850℃近傍で焼鈍して微細なオーステナイト粒を得たのち,急速加熱と急速冷却とを行う。これにより,結晶粒成長を抑制しながら拡散によるBの粒界偏析を促し,オーステナイト粒径の微細化とBの粒界偏析とを同時に達成することができる。
(2)焼入れたマルテンサイト組織に存在する転位は,低い応力で容易にすべり運動を起こす可動転位であり,このためにマルテンサイト組織の降伏応力は低い。しかしながら,焼入れ後の鋼板にわずかに加工を施すと,これら転位は結晶粒界に近傍に移動しそこで絡まりあい不動転位となる。これにより鋼板の降伏比を高めることができる。
(3)鋼板を低温で焼戻すことで,炭素が転位上に偏析あるいはクラスター析出を生じる。転位が結晶粒界近傍に集積した加工後の鋼板を,低温で焼戻すことで,粒界に沿ってネットワーク上にC濃度の高い領域(C濃化領域)が形成し,粒界近傍の強度を大幅に上昇させる。Cは粒界に加え粒界を挟む母相にも濃化するため,その強度上昇効果は極めて大きい。粒界が容易に変形しなくなるため,C濃化領域が形成することにより降伏比も大きく上昇する。
本発明は,上記知見に基づいてなされたものである。すなわち,本発明の要旨構成は以下のとおりである。
[1] 質量%で,
C: 0.10%以上0.30以下,
Si: 0.20%以上1.20%以下,
Mn: 2.5%以上4.0%以下,
P: 0.050%以下,
S: 0.020%以下,
Al: 0.10%以下,
N: 0.01%以下,
Ti: 0.100%以下,
Nb: 0.002%以上0.050%以下及び
B: 0.0005%以上0.0050%以下
を含有し,残部がFe及び不可避的不純物からなり,下記式(1)を満足する成分組成を有し,
マルテンサイト及びベイナイトの面積率の合計が95%以上であり,
旧オーステナイト粒の平均結晶粒径が10μm以下であり,
旧オーステナイト粒界のB濃度が質量%で0.10%以上であり,
マルテンサイト粒界に沿ってC濃化領域を有し,
前記C濃化領域のC濃度が鋼中のC含有量の4.0倍以上であり,
前記マルテンサイト粒界と直交する方向において3nm以上100nm以下の濃化幅を有し,かつ前記マルテンサイト粒界に平行な方向において100nm以上の長さを有する,高強度鋼板。
([%N]/14)/([%Ti]/47.9)<1.0…(1)
式(1)において,[%N]及び[%Ti]はそれぞれN及びTiの鋼中含有量(質量%)を示す。
[2] 前記成分組成が,さらに質量%で,
V: 0.100以下,
Mo: 0.500%以下,
Cr: 1.00%以下,
Cu: 1.00%以下,
Ni: 0.50%以下,
Sb: 0.200%以下,
Sn: 0.200%以下,
Ta: 0.200%以下,
W: 0.400%以下,
Zr: 0.0200%以下,
Ca: 0.0200%以下,
Mg: 0.0200%以下,
Co: 0.020%以下,
REM: 0.0200%以下,
Te: 0.020%以下,
Hf: 0.10%以下及び
Bi: 0.200%以下
のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有する,前記[1]に記載の高強度鋼板。
[3] 前記[1]または[2]に記載の高強度鋼板の少なくとも片面にめっき層を有する,高強度めっき鋼板。
[4] 前記[1]または[2]の成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延板とし,
前記熱延板に冷間圧延を施して冷延板とし,
前記冷延板を,850℃以上920℃以下の第一加熱温度まで加熱して10s以上保持し,次いで,1000℃以上1200℃以下の第二加熱温度まで50℃/s以上の平均加熱速度で昇温し,該第二加熱温度に到達後5秒以内に,50℃/s以上の平均冷却速度で500℃以下まで冷却する,焼鈍工程を行い,
前記焼鈍工程の後,前記冷延板を伸長率0.5%以上にて圧延して第二冷延板を得る,圧延工程を行い,
前記圧延工程の後,前記第二冷延板を70℃以上200℃以下の再加熱温度に600s以上保持する再加熱工程を行なって高強度鋼板を得る,高強度鋼板の製造方法。
[5] 前記[4]に記載の焼鈍工程の後,再加熱工程の前に,前記高強度鋼板の少なくとも片面にめっき処理を施して高強度めっき鋼板を得る,めっき工程を有する,高強度めっき鋼板の製造方法。
[6] 前記[1]または[2]に記載の高強度鋼板を少なくとも一部に用いてなる,部材。
[7] 前記[3]に記載の高強度めっき鋼板を少なくとも一部に用いてなる,部材。
本発明によれば,引張強さ1180MPa以上で優れた曲げ性と靭性とを兼ね備えた高降伏比の高強度鋼板及びその製造方法を提供することができる。
C濃化領域の一例を示す図である。
以下,本発明の実施形態について説明する。なお,本発明は以下の実施形態に限定されない。先ず,鋼板の成分組成の適正範囲及びその限定理由について説明する。なお,以下の説明において,鋼板の成分元素の含有量を表す「%」は,特に明記しない限り「質量%」を意味する。また本明細書中において,「~」を用いて表される数値範囲は,「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
C: 0.10%以上0.30以下
Cはマルテンサイト組織及びベイナイト組織を強化することに加え,旧オーステナイト粒界近傍に集積した転位に偏析して粒界を強化し,曲げ性,靭性及び降伏比を高める効果を有する。C含有量が0.10%未満では,マルテンサイト及びベイナイトの面積率が低下し,1180MPa以上のTSが得られない。C含有量が0.30%超では,焼鈍時にBと鉄との炭ホウ化物を形成し,旧オーステナイト粒界に十分な量のBを偏析させることができない。C含有量は,好ましくは0.11%以上とする。また,C含有量は,好ましくは0.28%以下とする。
Si: 0.20%以上1.20%以下
Siは固溶強化に有効な元素であり,0.20%以上の添加を必要とする。一方,Siはフェライトを安定させる元素であり,変態点を上昇させる。そのため,Si含有量が1.20%超では,旧オーステナイト粒径を10μm以下とすることが困難となる。Si含有量は,好ましくは,0.50%以上とする。Si含有量は,好ましくは,1.10%以下とする。
Mn: 2.5%以上4.0%以下
Mnは焼入れ性向上に有効である。Mn含有量が2.5%未満では,マルテンサイト及びベイナイトの面積率が低下し,強度が低下する。一方で,Mn含有量が4.0%超では偏析部が過度に硬質化し曲げ性が低下する。Mn含有量は,好ましくは,2.8%以上とする。Mn含有量は,好ましくは,3.5%以下とする。
P: 0.050%以下
Pは旧オーステナイト粒界に偏析し靭性を低下させるため,P含有量は0.050%以下とする。P含有量の下限は特に設けず,0%であってもよいが,0.001%未満とするのは製造コストを増加させるため,0.001%以上が好ましい。P含有量は,好ましくは0.025%以下とする。
S: 0.020%以下
Sは旧オーステナイト粒界に偏析し靭性を低下させるため,0.020%以下とする。S含有量の下限は特に設けないが,0.0001%未満とするのは製造コストを増加させるため,0.0001%以上とすることが好ましい。S含有量は,好ましくは0.018%以下とする。
Al: 0.10%以下
Alは脱酸材として作用する元素であり,そのような効果を得るためにAl含有量は0.005%以上とすることが好ましい。一方,Al含有量が0.10%超ではフェライトを生成しやすくなり強度が低下する。Al含有量は,0.05%以下とすることが好ましい。
N: 0.01%以下
NはNb及びBと窒化物を形成し,Nb及びBの添加効果を下げる。そのため0.01%以下とする。下限は特に設けないが,製造コストの観点から0.0001%以上とすることが好ましい。
Ti: 0.100%以下
Tiは鋼中のNをTiNとして固定し,BNやNbNの生成を抑制する効果を有する。これらの効果を得るために,Ti含有量は0.005%以上とすることが好ましい。一方,Ti含有量が0.100%超では,粗大なTi炭化物が粒界上に形成し,靭性が低下する。Ti含有量は好ましくは0.05%以下とする。
Nb: 0.002%以上0.050%以下
Nbは固溶もしくは微細な炭化物として析出し,オーステナイト粒の焼鈍中の成長を抑制する。このような効果を得るため,Nb含有量は0.002%以上とする。一方で,Nb含有量が0.050%超では効果が飽和するばかりか,粗大なNb炭化物が析出し靭性が低下する。Nb含有量は,好ましくは0.005%以上とする。また,Nb含有量は,好ましくは0.040%以下である。
B: 0.0005%以上0.0050%以下
Bは旧オーステナイト粒界に偏析し粒界強度を高める効果を有する。そのような効果をえるためにB含有量は0.0005%以上とする。一方で,B含有量が0.0050%超では炭ホウ化物が形成し靭性が低下する。B含有量は,好ましくは0.0010%以上とする。また,B含有量は,好ましくは0.0030%以下とする。
([%N]/14)/([%Ti]/47.9)<1.0…(1)
上述したB及びNbの添加効果を得るために,これらの元素と容易に結合するNはTiにより固定する必要がある。そのためにNのモル分率をTiのモル分率よりも小さくする。すなわち,上記式(1)を満足するようにN及びTiの鋼中含有量を調整する。なお,式(1)において,[%N]及び[%Ti]はそれぞれN及びTiの鋼中含有量(質量%)を示す。
[任意成分]
本実施形態に係る高強度冷延鋼板は,上記の成分組成に加えて,さらに質量%で,V:0.100以下,Mo:0.500%以下,Cr:1.00%以下,Cu:1.00%以下,Ni:0.50%以下,Sb:0.200%以下,Sn:0.200%以下,Ta:0.200%以下,W:0.400%以下,Zr:0.0200%以下,Ca:0.0200%以下,Mg:0.0200%以下,Co:0.020%以下,REM:0.0200%以下,Te:0.020%以下,Hf:0.10%以下及びBi:0.200%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有してもよい。
V: 0.100以下
Vは微細な炭化物を形成し強度を上げる効果を有する。V含有量が0.100%超では粗大なV炭化物が析出し靭性が低下する。V含有量の下限は特に限定されず,0.000%であってもよいが,微細な炭化物を形成し強度を上げる効果を有することから,0.001%以上とすることが好ましい。
Mo: 0.500%以下
Moは焼入れ性を向上しベイナイト及びマルテンサイト分率を高める効果を有する。Mo 含有量が0.500%超では効果が飽和する。Mo含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,焼入れ性を向上しベイナイト及びマルテンサイト分率を高める効果を有することから,0.010%以上とすることが好ましい。
Cr: 1.00%以下
Crは焼入れ性を向上しベイナイト及びマルテンサイト分率を高める効果を有する。Cr含有量が1.00%超では効果が飽和する。Cr含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,焼入れ性を向上しベイナイト及びマルテンサイト分率を高める効果を有することから,0.01%以上とすることが好ましい。
Cu: 1.00%以下
Cuは固溶により強度を上昇する効果を有する。Cu含有量が1.00%超では粒界割れが生じやすくなる。Cu含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,固溶により強度を上昇する効果を有することから,0.01%以上とすることが好ましい。
Ni: 0.50%以下
Niは焼入れ性を向上する効果を有するが,Ni含有量が0.50%超では効果が飽和する。Ni含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,焼入れ性を向上する効果を有することから,0.01%以上とすることが好ましい。
Sb: 0.200%以下
Sbは鋼板の表面酸化や窒化,脱炭を抑制する効果を有するが,Sb含有量が0.200%超では効果が飽和する。Sb含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,鋼板の表面酸化や窒化,脱炭を抑制する効果を有することから,0.001%以上とすることが好ましい。
Sn: 0.200%以下
SnはSbと同様に鋼板の表面酸化や窒化,脱炭を抑制する効果を有する。Sn含有量が0.200%超では効果が飽和する。Sn含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,鋼板の表面酸化や窒化,脱炭を抑制する効果を有することから,0.001%以上とすることが好ましい。
Ta: 0.200%以下
Taは微細な炭化物を形成し強度を上げる効果を有する。Ta含有量が0.200%超では粗大なTa炭化物が析出し靭性が低下する。Ta含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,微細な炭化物を形成し強度を上げる効果を有することから,0.001%以上とすることが好ましい。
W: 0.400%以下
Wは微細な炭化物を形成し強度を上げる効果を有する。W含有量が0.400%超では,粗大なW炭化物が析出し靭性が低下する。W含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,微細な炭化物を形成し強度を上げる効果を有することから,0.001%以上とすることが好ましい。
Zr: 0.0200%以下
Zrは介在物の形状を球状化し応力集中を抑制し靭性を向上させる効果を有する。Zr含有量が0.0200%超では介在物が多量に形成し靭性が低下する。Zr含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,介在物の形状を球状化し応力集中を抑制し靭性を向上させる効果を有することから,0.0001%以上とすることが好ましい。
Ca: 0.0200%以下
Caは脱酸材として用いることができる。Ca含有量が0.0200%超ではCa系介在物が多量に生成し靭性が低下する。Ca含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,脱酸材として用いることができることから,0.0001%以上とすることが好ましい。
Mg: 0.0200%以下
Mgは脱酸材として用いることができる。Mg含有量が0.0200%超ではMg系介在物が多量に生成し靭性が低下する。Mg含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,脱酸材として用いることができることから,0.0001%以上とすることが好ましい。
Co: 0.020%以下
Coは固溶強化で強度を上げる効果を有する。Co含有量が0.020%超では効果が飽和する。Co含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,固溶強化で強度を上げる効果を有することから,0.001%以上とすることが好ましい。
REM: 0.0200%以下
REMは介在物の形状を球状化し応力集中を抑制し靭性を向上させる効果を有する。REM含有量が0.0200%超では介在物が多量に形成し靭性が低下する。REM含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,介在物の形状を球状化し応力集中を抑制し靭性を向上させる効果を有することから,0.0001%以上とすることが好ましい。
Te: 0.020%以下
Teは介在物の形状を球状化して応力集中を抑制し,靭性を向上させる効果を有する。Te含有量が0.020%超では介在物が多量に形成し靭性が低下する。Te含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,介在物の形状を球状化し応力集中を抑制し靭性を向上させる効果を有することから,0.001%以上とすることが好ましい。
Hf: 0.10%以下
Hfは介在物の形状を球状化して応力集中を抑制し,靭性を向上させる効果を有する。Hf含有量が0.10%超では介在物が多量に形成し靭性が低下する。Hf含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,介在物の形状を球状化し応力集中を抑制し靭性を向上させる効果を有することから,0.01%以上とすることが好ましい。
Bi: 0.200%以下
Biは偏析を軽減して曲げ性を向上させる効果を有する。Bi含有量が0.200%超では介在物が多量に形成し曲げ性が低下する。Bi含有量の下限は特にされず,0.000%であってもよいが,偏析を軽減し曲げ性を向上させる効果を有することから,0.001%以上とすることが好ましい。
上述した成分以外の残部はFe及び不可避的不純物である。なお,上記任意成分について,含有量が下限値未満の場合には本発明の効果を害さないため,これら任意元素を下限値未満含む場合は不可避的不純物として扱う。
[鋼組織]
次に,高強度鋼板の鋼組織について説明する。
マルテンサイト及びベイナイト:面積率の合計が95%以上
マルテンサイト及びベイナイトともに硬質相であり,1180MPa以上のTSを達成するために必要である。そのため,マルテンサイ及びベイナイトの面積率の合計は95%以上とする。マルテンサイ及びベイナイトの面積率の合計は,好ましくは96%以上である。マルテンサイ及びベイナイトの面積率の合計の上限は特に限定されず,100%であってもよい。
鋼組織は,マルテンサイト及びベイナイト以外の残部組織を含んでいてもよい。残部組織としては,フェライト,残留オーステナイト及びセメンタイトが挙げられる。残部組織は,面積率の合計で5%以下とする。
ここで,各組織の面積率は以下の通り測定する。残留オーステナイトの面積率は,各鋼板から採取した試験片において,鋼板の板厚1/4t位置まで圧延面を化学研磨し,X線回折装置(X‐ray diffraction:XRD)で研磨面のX線回折強度及び回折ピーク位置を測定して体積率を算出し,その数字を残留オーステナイトの面積率とする。次いで各鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を研磨後,3%ナイタールで腐食し,板厚1/4t位置を観察面とする。観察面について,倍率2000倍で3視野のSEM像を撮影する。得られたSEM像について,画像解析によってマルテンサイトとベイナイトと残留オーステナイトとを合計した面積率及びマルテンサイト,ベイナイト及び残留オーステナイト以外の組織(フェライト,セメンタイト)の面積率を求める。画像解析によって得られたマルテンサイト及びベイナイト及び残留オーステナイトの面積率から,XRDによって得られた残留オーステナイトの面積率を引くことで,マルテンサイト及びベイナイトの面積率を求める。3視野の平均値を組織の面積率とする。
旧オーステナイト粒の平均結晶粒径:10μm以下
結晶粒径を微細化して亀裂進展経路を複雑化することで,靭性及び曲げ性の向上が可能である。さらに結晶粒を微細化して強化することにより降伏強度を上げる効果を有する。これら効果を得るためには,旧オーステナイト粒の平均結晶粒径を10μm以下とする必要がある。旧オーステナイト粒の平均結晶粒径は好ましくは9μm以下である。旧オーステナイト粒の平均結晶粒径の下限は特に限定されないが,生産技術上の観点から,1μm以上とすることが好ましい。
ここで,旧オーステナイト粒の平均結晶粒径は以下の通り測定する。各鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を研磨後ピクラールで腐食し,板厚1/4t位置のミクロ組織を倍率2000倍で3視野SEM像を3視野撮影する。得られた組織画像から画像解析によって各旧オーステナイト粒の粒径を求め,3視野の平均値を旧オーステナイト粒の平均結晶粒径とする。
旧オーステナイト粒界のB濃度:質量%で0.10%以上
Bは旧オーステナイト粒界に偏析することで粒界を強化し,靭性及び曲げ性を向上させることができる。旧オーステナイト粒界のB濃度が質量%で0.10%以上であれば,該効果が得られる。旧オーステナイト粒界のB濃度は,好ましくは,質量%で0.15%以上,より好ましくは0.20%以上である。旧オーステナイト粒界のB濃度の上限は設けないが,硬質の炭ホウ化物が粒界上に析出することを好適に防ぎ,靭性をより向上させるため,このましくは20%未満である。
ここで,旧オーステナイト粒界のB濃度は以下の通り測定する。旧オーステナイト粒界を含む領域からSEM-FIB(Focused Ion Beam:集光ビーム)法で針状試料を作製する。得られた針状試料について,3次元アトムプローブ(3Dimensional Atom Probe:3DAP)装置(LEAP4000XSi,AMETEK製)を用いて3DAP分析を行う。測定はレーザーモードにて行う。旧オーステナイト粒界から検出したBイオン数とその他のイオン数とから,旧オーステナイト粒界のB濃度を求める。
C濃化領域
マルテンサイト粒界及びマルテンサイト粒界を挟む母相をC濃化により強化することで,曲げ性及び降伏比を向上することができる。なお,本明細書中において,「マルテンサイト粒界」は,マルテンサイト及びベイナイトに存在する旧オーステナイト粒界,ブロック粒界及びパケット粒界をいずれも含む。図1に,C濃化領域の一例を示す。図1(A)は,ブロック粒界及びパケット粒界に存在するC濃化領域の観察結果を示す図である。図1(B)は,旧オーステナイト粒界に存在するC濃化領域の観察結果を示す図である。図1(A),(B)において,それぞれ左に示す図は,走査透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope:STEM)での観察結果の一例であり,図中央にマルテンサイト粒界が存在していることがわかる。右に示す図は,STEMでのC濃化量の観察結果の一例である。これら図から,マルテンサイト粒界に沿って,マルテンサイト粒界を挟む母材にかけてC濃化領域が存在していることがわかる。
C濃化領域のC濃度:鋼中のC含有量の4.0倍以上
C濃化領域において,鋼中のC含有量の4.0倍以上にCが濃化することで,十分な結晶粒界強度を得ることができる。すなわち,C濃化領域のC濃度は,下記式(2)を満たす。
C濃化領域のC濃度(質量%)/鋼中のC含有量(質量%)≧4.0…(2)
C濃化領域のC濃度は,好ましくは鋼中のC含有量の4.5倍以上である。C濃化領域のC濃度の上限は特に設けないが,セメンタイトの析出を好適に防いで固溶C濃度の低下を好適に防ぐため,C濃度が6%以下であることが好ましい。
C濃化領域:マルテンサイト粒界に直交する方向において3nm以上100nm以下の濃化幅
図1に示すように,マルテンサイト粒界だけではなく,マルテンサイト粒界を挟む母相までC濃化により強化することで,曲げ性及び降伏比の向上が可能である。よって,C濃化領域を,マルテンサイト粒界に直交する方向において3nm以上100nm以下の濃化幅で存在させる。C濃化領域の濃化幅が3nm未満では上記効果が小さい。一方で,C濃化領域の幅が100nm超ではCを粒界及び粒界近傍に十分に濃化させることができない。C濃化領域の幅は,好ましくは3.5nm以上である。また,C濃化領域の幅は,好ましくは80nm以下である。
C濃化領域:マルテンサイト粒界に平行な方向において100nm以上の長さ
優れた曲げ性及び降伏比を得るために,C偏析によりマルテンサイト粒界をネットワーク状に強化することが重要である。そのため,C濃化領域をマルテンサイト粒界に平行な方向において100nm以上の長さ存在させる。C濃化領域が100nm未満では,C濃化領域の切れ目から破壊や降伏が生じる。C濃化領域は,好ましくはマルテンサイト粒界に平行な方向において120nm以上の長さ存在する。C濃化領域のマルテンサイト粒界に沿った長さの上限はなく,マルテンサイト粒界の全長を覆うようにC濃化領域が存在してもよい。
ここで,C濃化領域のC濃度,濃化幅及び長さは,以下の通り測定する。マルテンサイト粒界を含む領域から,SEM-FIB法で薄膜試料を作成し,STEMとエネルギー分散型X線分光(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy:EDS)とにより,Cの面分析を行う。分析には,分析透過電子顕微鏡Talos F200X(FEI製)を用いる。マルテンサイト粒界が電子線に対し平行になるように薄膜試料を傾斜し,200×500nmの領域の面分析を行う。マルテンサイト粒界に平行な方向(マルテンサイト粒界に沿う方向)の分析長さを500nmとする。マルテンサイト粒界と平行方向に面分析データを積算し,マルテンサイト粒界と直交する方向において長さ200nmのラインプロファイルを得る。C濃度のラインプロファイルにおいて,ラインプロファイルの最大値の半値を求め,ラインプロファイル上で半値以上となった幅をC濃化領域の濃化幅とする。該濃化幅について,EDSの定量分析を行い,C濃化領域のC濃度を定量する。また,Cの面分析で,マルテンサイト粒界に平行方向にC濃化領域の長さを測長して,マルテンサイト粒界に沿ったC濃化領域の長さとする。
本発明によれば,引張強さ1180MPa以上の高強度鋼板を提供することができる。高強度鋼板の引張強さは,好ましくは1250MPa以上である。
上述した高強度鋼板は,少なくとも片面にめっき層を有してもよい。めっき層としては溶融亜鉛めっき層,合金化溶融亜鉛めっき層,及び電気亜鉛めっき層のいずれかが好ましい。めっき層の組成は特に限定されず,公知の組成とすることができる。
溶融亜鉛めっき層の組成は特に限定されず,一般的なものであればよい。一例においては,めっき層は,Fe:20質量%以下,Al:0.001質量%以上1.0質量%以下を含有し,さらに,Pb,Sb,Si,Sn,Mg,Mn,Ni,Cr,Co,Ca,Cu,Li,Ti,Be,Bi,及びREMからなる群から選ばれる1種または2種以上を合計で0質量%以上3.5質量%以下含有し,残部がZn及び不可避的不純物からなる組成を有する。めっき層が溶融亜鉛めっき層の場合には,一例においてはめっき層中のFe含有量が7質量%未満であり,合金化溶融亜鉛めっき層の場合には,一例においてはめっき層中のFe含有量は7質量%以上15質量%以下,より好ましくは8質量%以上13質量%以下である。
めっきの付着量は特に限定されないが,高強度鋼板の片面あたりのめっき付着量を20~80g/mとすることが好ましい。一例において,めっき層は,高強度鋼板の表裏両面に形成されている。
次に,高強度鋼板の製造方法について説明する。
はじめに,上述した成分組成を有する鋼スラブを製造する。まず鋼素材を溶製して上記成分組成を有する溶鋼とする。溶製方法は特に限定されず,転炉溶製や電気炉溶製等,公知の溶製方法のいずれもが適合する。得られた溶鋼を固めて鋼スラブ(スラブ)を製造する。溶鋼から鋼スラブを製造する方法は特に限定されず,連続鋳造法,造塊法または薄スラブ鋳造法等を用いることができる。鋼スラブは一旦冷却した後再度加熱してから熱間圧延を施してもよいし,鋳造した鋼スラブを室温まで冷却せずに連続的に熱間圧延してもよい。スラブ加熱温度は,圧延負荷及びスケールの発生を考慮して,1100℃以上とすることが好ましく,また1300℃以下とすることが好ましい。スラブ加熱方法は特に限定されないが,例えば常法に従い加熱炉で加熱することができる。
[熱間圧延工程]
次いで,スラブ加熱された鋼スラブを熱間圧延して熱延板とする。熱間圧延は特に制限はなく,常法に従い行えばよい。熱間圧延後の冷却もとくに制限はなく,巻取り温度まで冷却する。次いで,熱延板をコイルに巻取る。巻取り温度は400℃以上とすることが好ましい。巻取り温度が400℃以上であれば,熱延板の強度が上昇することなく巻き取りが容易となるからである。巻取り温度は550℃以上がより好ましい。また,スケールが厚く生成することを好適に防ぎ,歩留りをより向上するために,巻取り温度は750℃以下とすることが好ましい。なお,酸洗前に,軟質化を目的として熱延板に熱処理を行ってもよい。
[酸洗工程]
任意で,コイルに巻取った熱延板のスケールを除去する。スケールを除去する方法は特に限定されないが,スケール完全に除去するために,熱延コイルを巻戻しながら酸洗を行うことが好ましい。酸洗方法はとくに限定されず,常法に従えばよい。
[冷間圧延工程]
任意でスケールを除去した熱延板を適宜洗浄した後,冷間圧延して冷延板とする。冷間圧延の方法は特に限定されず常法に従えばよい。
[焼鈍工程]
次いで,冷延板を,850℃以上920℃以下の第一加熱温度まで加熱して10s以上保持し,次いで,1000℃以上1200℃以下の第二加熱温度まで50℃/s以上の平均加熱速度で昇温し,該第二加熱温度に到達後5秒以内に,冷却速度50℃/s以上の冷却速度で500℃以下まで冷却する,焼鈍工程を行う。
850℃以上920℃以下の第一加熱温度
次いで,冷延板を,850℃以上920℃以下の第一加熱温度まで加熱して10s以上保持する。マルテンサイト及びベイナイト主体の組織を得るため,オーステナイト単相域の第一加熱温度にて焼鈍を行う。第一加熱温度が850℃未満では,フェライトが生成し強度が低下する。一方,第一加熱温度が920℃超では,オーステナイト粒径が10μmを超え,以降の工程では細粒化できないため,曲げ性及び靭性及び降伏比が低下する。第一加熱温度は,好ましくは860℃以上である。また,第一加熱温度は,好ましくは900℃以下である。
第一加熱温度での保持時間:10s以上
第一加熱温度における保持時間は,10s以上とする。第一加熱温度にて10s以上保持することで,オーステナイト粒径の成長と,Nb炭化物によるピン止めもしくは固溶による成長抑制とが釣り合う。保持時間が10s未満ではオーステナイト粒が成長途中であり,続く急速加熱中にNb炭化物によるピン止めもしくは固溶による成長抑制の効果が発現せず,旧オーステナイト粒径が10μmを超える。第一加熱温度における保持時間の上限は特に限定しないが,生産性の観点から,第一加熱温度における保持時間は60s以下とすることが好ましい。第一加熱温度における保持時間は,好ましくは20s以上である。
1000℃以上1200℃以下の第二加熱温度
第一加熱温度での保持後,オーステナイト粒界を10μm以下に維持したまま高温で焼鈍し,Bを十分な量粒界偏析させる。第二加熱温度が1000℃未満ではBの拡散が遅く,粒界偏析が不十分である。第二加熱温度が1200℃超ではオーステナイト粒の成長が早く,オーステナイト粒径が10μm超となる。第二加熱温度は,好ましくは1020℃以上とする。第二加熱温度は,好ましくは1150℃以下である。
平均加熱速度:50℃/s以上
第一加熱温度から第二加熱温度までの平均加熱速度は50℃/s以上とする。第一加熱温度から第二加熱温度までの平均加熱速度が50℃/s未満では,オーステナイト粒径が10μm超まで成長する。第一加熱温度から第二加熱温度までの平均加熱速度の上限は特に限定されないが,過度の急速加熱は制御が困難であるため,好ましくは120℃/s以下とする。第一加熱温度から第二加熱温度までの平均加熱速度は,好ましくは80℃/s以上である。
第二加熱温度に到達後5秒以内に,500℃以下まで50℃/s以上の平均冷却速度で冷却
第二加熱温度まで到達後は,該第二加熱温度にて保持することなく,第二加熱温度に到達後5秒以内に急冷を開始し,50℃/s以上の平均冷却速度にて500℃以下まで急冷を行なう。これにより,オーステナイト粒径10μm以下でBが0.1%以上粒界偏析した鋼組織を得ることができる。第二加熱温度にて保持すると,粒成長が速やかに始まるため,第二加熱温度に到達後ただちに冷却を開始する。
平均冷却速度:50℃/s以上
第二加熱温度に到達後の冷却において,第二加熱温度から500℃以下までの平均冷却速度は50℃/s以上とする。第二加熱温度から500℃以下までの平均冷却速度が50℃/s未満では,冷却中に粒成長が生じる。第二加熱温度から500℃以下までの平均冷却速度の上限は特に限定されないが,制御を容易とするため,好ましくは120℃/s以下とする。第二加熱温度から500℃以下までの平均冷却速度は,好ましくは80℃/s以上とする。
冷却停止温度:500℃以下
また,フェライト変態を抑制するため,500℃以下の冷却停止温度まで急冷を行う。冷却停止温度は,好ましくは450℃以下とする。冷却停止温度の下限は特に限定されないが,100℃以上とすることが好ましい。
上述した焼鈍工程の後,再加熱工程の前に,高強度鋼板の少なくとも片面にめっき処理を施して,高強度めっき鋼板を得る,めっき工程を行ってもよい。めっき工程後に高強度めっき鋼板に加熱処理を行なって高強度めっき鋼板のめっき層を合金化し,合金化めっき鋼板を得てもよい。
焼鈍工程の後,伸長率0.5%以上の圧延加工を実施する圧延工程
上述した焼鈍工程の後,冷延板を伸長率0.5%以上にて圧延して第二冷延板を得る,圧延工程を行う。ここまでの工程で得られた冷延板は可動転位を多く含む。本圧延工程により,可動転位が粒界に集積し絡み合い不動転位となる。伸長率が0.5%未満では効果が小さい。圧延工程における伸長率は,好ましくは0.6%以上とする。圧延工程における伸長率の上限は特に設けないが,設備への負荷をより低減するため,例えば2%以下が好ましい。
前記圧延工程の後,第二冷延板を70℃以上200℃以下の再加熱温度に600s以上保持する再加熱工程
上述した圧延工程後は,粒界近傍に集積した転位上にCを偏析し,あるいはクラスター生成させるため,低温で第二冷延板を焼戻す。再加熱温度が70℃未満ではCの拡散が遅く,十分な量までCが粒界近傍に濃化しない。一方,再加熱温度が200℃超では過度に焼戻しが進み,セメンタイトが析出する。粒界に析出したセメンタイトは破壊起点になりやすく,またセメンタイト周囲の母相のC濃度が低下するため,曲げ性及び靭性が低下する。再加熱温度は,好ましくは90℃以上とする。また,再加熱温度は,好ましくは190℃以下とする。
再加熱温度での保持時間:600s以上
再加熱温度での保持時間が600s未満では,Cの拡散が遅く,十分な量のC濃化が得られない。再加熱温度での保持時間の上限は特に限定しないが,セメンタイトの析出を防ぐために,好ましくは43200s(0.5日)以下である。再加熱温度での保持時間は,好ましくは800s以上である。
また,前記圧延工程を行わないで再加熱した場合,粒界にはCが偏析し靭性が向上するが,その濃化幅が細く粒界以外は強化されないため,曲げ性に劣る。また,転位が可動転位のままとなりYRが劣る。
なお,上記した条件以外の製造条件は,常法によることができる。
[部材]
上述した高強度鋼板又は高強度めっき鋼板を少なくとも一部に用いてなる部材を提供することができる。上述した高強度鋼板又は高強度めっき鋼板を,一例においてはプレス加工により目的の形状に成形し,自動車部品とすることができる。なお,自動車部品は,本実施形態に係る高強度鋼板または高強度めっき鋼板以外の鋼板を,素材として含んでいてもよい。本実施形態によれば,TSが1180MPa以上であり,曲げ性,靭性,及び高降伏比を兼備した高強度鋼板を提供することができる。そのため,車体の軽量化に寄与する自動車部品として好適である。本高強度鋼板又は高強度めっき鋼板は,自動車部品の中でも,特に,骨格構造部品または補強部品として使用される部材全般において好適に用いることができる。
表1に示す成分組成を有し,残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼を転炉にて溶製し,鋼スラブとした。得られたスラブを再加熱して熱間圧延を行い,巻き取って熱延コイルを得た。次いで,熱延コイルを巻き戻しながら酸洗処理を施し,冷間圧延を行った。熱延板の板厚は3.0mm,冷延板の板厚は1.2mmとした。焼鈍は連続溶融亜鉛めっきラインにて表2に示す条件で行い,冷延鋼板,溶融亜鉛めっき鋼板(GI)及び合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA)を得た。溶融亜鉛めっき鋼板は460℃のめっき浴中に浸漬し,片面あたり35g/mのめっき付着量とした。合金化溶融亜鉛めっき鋼板は片面あたり45g/mのめっき付着量に調整後,520℃で40s保持する合金化処理を行うことで製造した。得られた鋼板に表2に示す条件で圧延加工及び再加熱処理を行った。
得られた鋼板について,上述した方法に従って,マルテンサイト及びベイナイトの面積率の合計,旧オーステナイト粒径,旧オーステナイト粒界のB濃度,マルテンサイト粒界におけるC濃化領域のC濃度(mass%)/鋼中のC含有量(mass%),C濃化領域の濃化幅,C濃化領域のマルテンサイト粒界に沿った長さを評価した。また,後述する方法に従って,引張強さ,降伏比,靭性及び曲げ性を評価した。結果を表3に示す。
[引張試験]
得られた鋼板に対しJIS Z 2241に準拠して引張試験を行った。圧延方向と直交方向を長手方向としてJIS5号引張試験片を採取し,引張試験を行って引張強さ(TS)と降伏強度(YS)とを測定した。引張強さTSが1180MPa以上であれば引張強さが良好と判断した。また降伏強度と引張強さとの比YR=YS/TSが0.80以上であれば高降伏比とした。
[シャルピー試験]
シャルピー衝撃試験は,JIS 2242に準拠して行った。得られた鋼板より,鋼板の圧延方向に対して直角方向がVノッチ付与方向となるように,幅が10mm,長さが55mm,長さの中央部にノッチ深さが2mmとなるよう90°のVノッチを付与した試験片を採取した。その後,-120~+120℃の試験温度域でシャルピー衝撃試験を行なった。得られた脆性破面率より遷移曲線を求め,脆性破面率が50%となる温度を脆性-延性遷移温度と決定した。なお,シャルピー試験より得られた脆性-延性遷移温度が-40°C以下の場合を靱性が良好と判断した。表中では,脆性-延性遷移温度が-40°C以下の場合を靭性が「優」,脆性-延性遷移温度が-40°C超の場合を靭性が「劣」として示した。
[曲げ試験]
曲げ試験は,JIS 2248に準拠して行った。得られた鋼板より,鋼板の圧延方向に対して平行方向が曲げ試験の軸方向となるように,幅が30mm,長さが100mmの短冊状の試験片を採取した。その後,押込み荷重を100kN,押付け保持時間を5秒とする条件で,90°V曲げ試験を行った。なお,曲げ性は曲げ試験の合格率で評価し,曲げ半径(R)を板厚(t)で除した値R/tが5以下となる最大のR(例えば,板厚が1.2mmの場合,曲げ半径は7.0mm)において,5サンプルの曲げ試験を実施し,次いで,曲げ頂点の稜線部における亀裂発生有無の評価を行い,5サンプルとも割れない場合,つまり,合格率100%の場合のみ,曲げ性が良好と判断した。表中では,合格率100%の場合のみ,曲げ性が「優」,その他の場合を曲げ性が「劣」として示した。ここで,亀裂発生有無は,曲げ頂点の稜線部をデジタルマイクロスコープ(RH-2000:株式会社ハイロックス製)を用いて,40倍の倍率で測定することにより評価した。
Figure 0007255759000001
Figure 0007255759000002
Figure 0007255759000003
表3より,本発明例ではTSが1180MPa以上であり,降伏比が0.80以上であり,曲げ性及び靭性が優れている。一方,比較例では,TS,降伏比,曲げ性及び靭性のいずれか一つ以上が劣っている。

Claims (7)

  1. 質量%で,
    C: 0.10%以上0.30以下,
    Si: 0.20%以上1.20%以下,
    Mn: 2.5%以上4.0%以下,
    P: 0.050%以下,
    S: 0.020%以下,
    Al: 0.10%以下,
    N: 0.01%以下,
    Ti: 0.100%以下,
    Nb: 0.002%以上0.050%以下及び
    B: 0.0005%以上0.0050%以下
    を含有し,残部がFe及び不可避的不純物からなり,下記式(1)を満足する成分組成を有し,
    マルテンサイト及びベイナイトの面積率の合計が95%以上であり,
    旧オーステナイト粒の平均結晶粒径が10μm以下であり,
    旧オーステナイト粒界のB濃度が質量%で0.10%以上であり,
    マルテンサイト粒界に沿ってC濃化領域を有し,
    前記C濃化領域のC濃度が鋼中のC含有量の4.0倍以上であり,
    前記マルテンサイト粒界と直交する方向において3nm以上100nm以下の濃化幅を有し,かつ前記マルテンサイト粒界に平行な方向において100nm以上の長さを有する,高強度鋼板。
    ([%N]/14)/([%Ti]/47.9)<1.0…(1)
    式(1)において,[%N]及び[%Ti]はそれぞれN及びTiの鋼中含有量(質量%)を示す。
  2. 前記成分組成が,さらに質量%で,
    V: 0.100以下,
    Mo: 0.500%以下,
    Cr: 1.00%以下,
    Cu: 1.00%以下,
    Ni: 0.50%以下,
    Sb: 0.200%以下,
    Sn: 0.200%以下,
    Ta: 0.200%以下,
    W: 0.400%以下,
    Zr: 0.0200%以下,
    Ca: 0.0200%以下,
    Mg: 0.0200%以下,
    Co: 0.020%以下,
    REM: 0.0200%以下,
    Te: 0.020%以下,
    Hf: 0.10%以下及び
    Bi: 0.200%以下
    のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有する,請求項1に記載の高強度鋼板。
  3. 請求項1または2に記載の高強度鋼板の少なくとも片面にめっき層を有する,高強度めっき鋼板。
  4. 請求項1または2に記載の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の成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延板とし,
    前記熱延板に冷間圧延を施して冷延板とし,
    前記冷延板を,850℃以上920℃以下の第一加熱温度まで加熱して10s以上保持し,次いで,1000℃以上1200℃以下の第二加熱温度まで50℃/s以上の平均加熱速度で昇温し,該第二加熱温度に到達後5秒以内に,50℃/s以上の平均冷却速度で500℃以下まで冷却する,焼鈍工程を行い,
    前記焼鈍工程の後,前記冷延板を伸長率0.5%以上にて圧延して第二冷延板を得る,圧延工程を行い,
    前記圧延工程の後,前記第二冷延板を70℃以上200℃以下の再加熱温度に600s以上保持する再加熱工程を行なって高強度鋼板を得る,高強度鋼板の製造方法。
  5. 請求項4に記載の焼鈍工程の後,再加熱工程の前に,前記高強度鋼板の少なくとも片面にめっき処理を施して高強度めっき鋼板を得る,めっき工程を有する,高強度めっき鋼板の製造方法。
  6. 請求項1または2に記載の高強度鋼板を少なくとも一部に用いてなる,部材。
  7. 請求項3に記載の高強度めっき鋼板を少なくとも一部に用いてなる,部材。
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