JP7417739B2 - 加工性に優れた高強度鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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-
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Description
[関係式1]
1.1≦[Si+Al]F/[Si+Al]γ≦3.0
上記関係式1において、[Si+Al]Fは、フェライトに含まれたSi及びAlの平均合計含有量(重量%)であり、[Si+Al]γは、残留オーステナイトに含まれたSi及びAlの平均合計含有量(重量%)である。
[関係式2]
V(1.2μm、γ)/V(γ)≧0.1
上記関係式2において、V(1.2μm、γ)は、平均結晶粒径が1.2μm以上である残留オーステナイトの分率(体積%)であり、V(γ)は、鋼板の残留オーステナイトの分率(体積%)である。
(1)Ti:0~0.5%、Nb:0~0.5%及びV:0~0.5%のうち1種以上
(2)Cr:0~3.0%及びMo:0~3.0%のうち1種以上
(3)Cu:0~4.5%及びNi:0~4.5%のうち1種以上
(4)B:0~0.005%
(5)Ca:0~0.05%、Yを除くREM:0~0.05%及びMg:0~0.05%のうち1種以上
(6)W:0~0.5%及びZr:0~0.5%のうち1種以上
(7)Sb:0~0.5%及びSn:0~0.5%のうち1種以上
(8)Y:0~0.2%及びHf:0~0.2%のうち1種以上
(9)Co:0~1.5%
[関係式3]
V(lath、γ)/V(γ)≧0.5
上記関係式3において、V(lath、γ)は、ラス(lath)状の残留オーステナイトの分率(体積%)であり、V(γ)は、鋼板の残留オーステナイトの分率(体積%)である。
[関係式4]
BT・E=[引張強度(TS、MPa)]×[延伸率(El、%)]
[関係式5]
BT・H=[引張強度(TS、MPa)]2×[穴拡げ率(HER、%)]1/2
[関係式6]
BR=R/t
上記関係式6において、Rは90°曲げ試験後にクラックが発生しない最小曲げ半径(mm)を意味し、tは鋼板の厚さ(mm)を意味する。
上記冷間圧延された鋼板を5℃/s以上の平均昇温速度でAc1以上Ac3未満の温度範囲まで加熱(1次加熱)して、50秒以上維持(1次維持)する段階と、
平均冷却速度1℃/s以上で、600~850℃の温度範囲(1次冷却停止温度)まで冷却(1次冷却)する段階と、
平均冷却速度2℃/s以上で、300~500℃の温度範囲まで冷却(2次冷却)し、この温度範囲で5秒以上維持(2次維持)する段階と、
平均冷却速度2℃/s以上で、100~300℃の温度範囲(2次冷却停止温度)まで冷却(3次冷却)する段階と、
350~550℃の温度範囲まで加熱(2次加熱)し、この温度範囲で10秒以上維持(3次維持)する段階と、
平均冷却速度1℃/s以上で、250~450℃の温度範囲まで冷却(4次冷却)し、この温度範囲で10秒以上維持(4次維持)する段階と、
常温まで冷却(5次冷却)する段階と
を含むことができる。
(1)Ti:0~0.5%、Nb:0~0.5%及びV:0~0.5%のうち1種以上
(2)Cr:0~3.0%及びMo:0~3.0%のうち1種以上
(3)Cu:0~4.5%及びNi:0~4.5%のうち1種以上
(4)B:0~0.005%
(5)Ca:0~0.05%、Yを除くREM:0~0.05%及びMg:0~0.05%のうち1種以上
(6)W:0~0.5%及びZr:0~0.5%のうち1種以上
(7)Sb:0~0.5%及びSn:0~0.5%のうち1種以上
(8)Y:0~0.2%及びHf:0~0.2%のうち1種以上
(9)Co:0~1.5%
300~600℃の温度範囲で上記熱間圧延された鋼板を巻き取る段階と、上記巻き取られた鋼板を650~850℃の温度範囲で600~1700秒間熱延焼鈍によって熱処理する段階と、
上記熱延焼鈍によって熱処理された鋼板を30~90%の圧下率で冷間圧延する段階と、によって提供されてよい。
[関係式1]
1.1≦[Si+Al]F/[Si+Al]γ≦3.0
上記関係式1において、[Si+Al]Fは、フェライトに含まれたSi及びAlの平均合計含有量(重量%)であり、[Si+Al]γは、残留オーステナイトに含まれたSi及びAlの平均合計含有量(重量%)である。
[関係式2]
V(1.2μm、γ)/V(γ)≧0.1
上記関係式2において、V(1.2μm、γ)は、平均結晶粒径が1.2μm以上である残留オーステナイトの分率(体積%)であり、V(γ)は、鋼板の残留オーステナイトの分率(体積%)である。
炭素(C)は、鋼板の強度確保に必須元素であるとともに、鋼板の延性向上に寄与する残留オーステナイトを安定化させる元素でもある。したがって、本発明は、この効果を達成するために、0.25%以上の炭素(C)を含むことができる。好ましい炭素(C)含有量は、0.25%超過であってよく、0.27%以上であってよく、0.30%以上であってよい。より好ましい炭素(C)含有量は、0.31%以上であってもよい。一方、炭素(C)含有量が一定レベルを超過する場合、過度の強度上昇に伴って冷却圧延が困難になることがある。したがって、本発明は、炭素(C)含有量の上限を0.75%に制限することができる。炭素(C)含有量は、0.70%以下であってよく、より好ましい炭素含有量(C)は0.67%以下であってよい。
シリコン(Si)は、固溶強化による強度向上に寄与する元素であり、フェライトを強化させ、組織を均一化させることで加工性を改善する元素でもある。また、シリコン(Si)は、セメンタイトの析出を抑制させて残留オーステナイトの生成に寄与する元素である。したがって、本発明は、このような効果を達成するために、シリコン(Si)を必須に添加することができる。好ましいシリコン(Si)含有量は0.02%以上であってよく、より好ましいシリコン(Si)含有量は0.05%以上であってよい。但し、シリコン(Si)含有量が一定レベルを超過する場合、めっき工程で未めっきのようなめっき欠陥問題を誘発するだけでなく、鋼板の溶接性を低下させるおそれがある。そのため、本発明は、シリコン(Si)含有量の上限を4.0%に制限することができる。好ましいシリコン(Si)含有量の上限は3.8%であってよく、より好ましいシリコン(Si)含有量の上限は3.5%であってよい。
アルミニウム(Al)は、鋼中の酸素と結合して脱酸作用をする元素である。また、アルミニウム(Al)は、シリコン(Si)と同様にセメンタイト析出を抑制させて、残留オーステナイトを安定化させる元素でもある。したがって、本発明は、このような効果を達成するために、アルミニウム(Al)を必須に添加することができる。好ましいアルミニウム(Al)含有量は0.05%以上であってよく、より好ましいアルミニウム(Al)含有量は0.1%以上であってよい。一方、アルミニウム(Al)が過多に添加される場合、鋼板の介在物が増加するだけでなく、鋼板の加工性を低下させるおそれがある。そのため、本発明は、アルミニウム(Al)含有量の上限を5.0%に制限することができる。好ましいアルミニウム(Al)含有量の上限は4.75%であってよく、より好ましいアルミニウム(Al)含有量の上限は4.5%であってよい。
マンガン(Mn)は、強度及び延性を一緒に高めるために有用な元素である。したがって、本発明は、このような効果を達成するために、マンガン(Mn)含有量の下限を0.9%に制限することができる。好ましいマンガン(Mn)含有量の下限は1.0%であってよく、より好ましいマンガン(Mn)含有量の下限は1.1%であってよい。一方、マンガン(Mn)が過多に添加される場合、ベイナイト変態時間が増加してオーステナイト中の炭素(C)濃化度が十分でなくなるため、目的とするオーステナイトの分率が確保できないという問題が存在する。したがって、本発明は、マンガン(Mn)含有量の上限を5.0%に制限することができる。好ましいマンガン(Mn)含有量の上限は4.7%であってよく、より好ましいマンガン(Mn)含有量の上限は4.5%であってよい。
リン(P)は、不純物として含有されて衝撃靭性を劣化させる元素である。したがって、リン(P)の含有量は0.15%以下に調整することが好ましい。
硫黄(S)は、不純物として含有されて鋼板中にMnSを形成し、延性を劣化させる元素である。したがって、硫黄(S)の含有量は0.03%以下であることが好ましい。
窒素(N)は、不純物として含有されて連続鋳造中に窒化物を形成し、スラブの亀裂を引き起こす元素である。したがって、窒素(N)の含有量は0.03%以下であることが好ましい。
チタン(Ti)、ニオブ(Nb)及びバナジウム(V)は、析出物を形成して結晶粒を微細化させる元素であり、鋼板の強度及び衝撃靭性の向上にも寄与する元素である。したがって、このような効果のために、本発明は、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)及びバナジウム(V)のうち1種以上を添加することができる。但し、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)及びバナジウム(V)の各含有量が一定レベルを超過する場合、過度の析出物が形成されて衝撃靭性が低下するのみならず、製造原価の上昇の原因となる。そのため、本発明は、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)及びバナジウム(V)の含有量をそれぞれ0.5%以下に制限することができる。
クロム(Cr)及びモリブデン(Mo)は、合金化処理時のオーステナイト分解を抑制するだけでなく、マンガン(Mn)と同様にオーステナイトを安定化させる元素である。したがって、このような効果のために、本発明は、クロム(Cr)及びモリブデン(Mo)のうちの1種以上を添加することができる。但し、クロム(Cr)及びモリブデン(Mo)の含有量が一定レベルを超過する場合、ベイナイト変態時間が増加してオーステナイト中の炭素(C)濃化量が十分でなくなるため、目的とする残留オーステナイトの分率を確保することができない。したがって、本発明は、クロム(Cr)及びモリブデン(Mo)の含有量をそれぞれ3.0%以下に制限することができる。
銅(Cu)及びニッケル(Ni)は、オーステナイトを安定化させ、腐食を抑制する元素である。また、銅(Cu)及びニッケル(Ni)は鋼板表面に濃化し、鋼板内に移動する水素侵入を防ぎ、水素遅延破壊を抑制する元素でもある。したがって、本発明は、このような効果のために、銅(Cu)及びニッケル(Ni)のうちの1種以上を添加することができる。但し、銅(Cu)及びニッケル(Ni)の含有量が一定レベルを超過する場合、過度な特性効果だけでなく、製造原価の上昇の原因となる。そのため、本発明は、銅(Cu)及びニッケル(Ni)の含有量をそれぞれ4.5%以下に制限することができる。
ホウ素(B)は、焼入れ性を向上させて強度を高める元素であり、結晶粒界の核生成を抑制する元素でもある。したがって、本発明は、このような効果のために、ホウ素(B)を添加することができる。但し、ホウ素(B)の含有量が一定レベルを超過する場合、過度な特性効果だけでなく、製造原価の上昇の原因となる。そのため、本発明は、ホウ素(B)の含有量を0.005%以下に制限することができる。
ここで、希土類元素(REM)とは、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)とランタナム族元素を意味する。カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、イットリウム(Y)を除いた希土類元素(REM)は、硫化物を球形化させることで鋼板の延性向上に寄与する元素である。したがって、本発明は、このような効果のために、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、イットリウム(Y)を除いた希土類元素(REM)のうち1種以上を添加することができる。但し、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、イットリウム(Y)を除いた希土類元素(REM)の含有量が一定レベルを超過する場合、過度な特性効果だけでなく製造原価の上昇の原因となる。そのため、本発明は、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、イットリウム(Y)を除いた希土類元素(REM)の含有量をそれぞれ0.05%以下に制限することができる。
タングステン(W)及びジルコニウム(Zr)は、焼入れ性を向上させて鋼板の強度を増加させる元素である。したがって、本発明は、このような効果のために、タングステン(W)及びジルコニウム(Zr)のうちの1種以上を添加することができる。但し、タングステン(W)及びジルコニウム(Zr)の含有量が一定レベルを超過する場合、過度な特性効果だけでなく製造原価の上昇の原因となる。そのため、本発明は、タングステン(W)及びジルコニウム(Zr)の含有量をそれぞれ0.5%以下に制限することができる。
アンチモン(Sb)及びスズ(Sn)は、鋼板のめっき濡れ性及びめっき密着性を向上させる元素である。したがって、本発明は、このような効果のために、アンチモン(Sb)及びスズ(Sn)のうちの1種以上を添加することができる。但し、アンチモン(Sb)及びスズ(Sn)の含有量が一定レベルを超過する場合、鋼板の脆性が増加して熱間加工または冷間加工時に亀裂が発生することがある。そのため、本発明は、アンチモン(Sb)及びスズ(Sn)の含有量をそれぞれ0.5%以下に制限することができる。
イットリウム(Y)及びハフニウム(Hf)は、鋼板の耐食性を向上させる元素である。したがって、本発明は、このような効果のために、イットリウム(Y)及びハフニウム(Hf)のうちの1種以上を添加することができる。但し、イットリウム(Y)及びハフニウム(Hf)の含有量が一定レベルを超過する場合、鋼板の延性が劣化することがある。そのため、本発明は、イットリウム(Y)及びハフニウム(Hf)の含有量をそれぞれ0.2%以下に制限することができる。
コバルト(Co)は、ベイナイト変態を促進させてTRIP効果を増加させる元素である。したがって、本発明は、このような効果のために、コバルト(Co)を添加することができる。但し、コバルト(Co)含有量が一定レベルを超過する場合、鋼板の溶接性と延性が劣化することがある。そのため、本発明は、コバルト(Co)含有量を1.5%以下に制限することができる。
[関係式1]
1.1≦[Si+Al]F/[Si+Al]γ≦3.0
[関係式2]
V(1.2μm、γ)/V(γ)≧0.1
[関係式3]
V(lath、γ)/V(γ)≧0.5
[関係式4]
BT・E=[引張強度(TS、MPa)]×[延伸率(El、%)]
[関係式5]
BT・H=[引張強度(TS、MPa)]2×[穴拡げ率(HER、%)]1/2
[関係式6]
BR=R/t
上記関係式6において、Rは90°曲げ試験後にクラックが発生しない最小曲げ半径(mm)を意味し、tは鋼板の厚さ(mm)を意味する。
所定の成分を有する鋼スラブを準備する。本発明の鋼スラブは、上述の鋼板の合金組成と対応する合金組成を有するため、鋼スラブの合金組成に対する説明は、上述の鋼板の合金組成に対する説明に代える。
加熱された鋼スラブは、熱間圧延されて熱延鋼板として提供されることができる。熱間圧延時の仕上げ熱間圧延の温度は、800~1000℃の範囲が好ましい。仕上げ熱間圧延の温度が800℃未満である場合、過度の圧延負荷が問題になることがあり、仕上げ熱間圧延の温度が1000℃を超える場合、熱延鋼板の結晶粒が粗大に形成され、最終鋼板の物性低下を引き起こすことがある。
巻取り後の後続工程である酸洗及び冷間圧延を容易に行うために、熱延焼鈍による熱処理工程を行うことが好ましい。熱延焼鈍による熱処理は、650~850℃の温度区間で600~1700秒間行うことができる。熱延焼鈍による熱処理温度が650℃未満であるか、熱延焼鈍による熱処理時間が600秒未満である場合、熱延焼鈍によって熱処理された鋼板の強度が高く、後続する冷間圧延が容易でないことがある。一方、熱延焼鈍による熱処理温度が850℃を超過するか、熱延焼鈍による熱処理時間が1700秒を超過する場合、鋼板内部に深く形成されたスケール(scale)に起因して、酸洗が難しくなることがある。
熱延焼鈍による熱処理後に鋼板表面に生成されたスケールを除去するために酸洗を行い、冷間圧延を行うことができる。本発明において、酸洗及び冷間圧延の条件は特に制限されるものではないが、冷間圧延は累積圧下率30~90%で行うことが好ましい。冷間圧延の累積圧下率が90%を超過する場合、鋼板の高い強度によって、冷間圧延を短時間で行うことが難しくなるおそれがある。
本発明は、鋼板の強度及び加工性を同時に確保するために、焼鈍熱処理工程を行う。
[関係式1]
1.1≦[Si+Al]F/[Si+Al]γ≦3.0
[関係式2]
V(1.2μm、γ)/V(γ)≧0.1
[関係式3]
V(lath、γ)/V(γ)≧0.5
[関係式4]
BT・E=[引張強度(TS、MPa)]×[延伸率(EL、%)]
[関係式5]
BT・H=[引張強度(TS、MPa)]2×[穴拡げ率(HER、%)]1/2
[関係式6]
BR=R/t
上記関係式6において、Rは90°曲げ試験後にクラックが発生しない最小曲げ半径(mm)を意味し、tは鋼板の厚さ(mm)を意味する。
下記表1に記載された合金組成(残りはFe及び不可避不純物である)を有する厚さ100mmの鋼スラブを製造し、1200℃で加熱した後、900℃で仕上げ熱間圧延を行った。この後、30℃/sの平均冷却速度で冷却し、表2及び表3の巻取り温度で巻取って厚さ3mmの熱延鋼板を製造した。上記熱延鋼板を表2及び3の条件で熱延焼鈍によって熱処理した。この後、酸洗して表面スケールを除去した後、1.5mmの厚さまで冷間圧延を行った。
[関係式7]
穴拡げ率(HER、%)={(D-D0)/D0}×100
上記関係式7において、Dは亀裂が厚さ方向に沿って鋼板を貫通したときの孔径(mm)を意味し、D0は初期孔径(mm)を意味する。
Claims (8)
- 重量%で、C:0.25~0.75%、Si:4.0%以下、Mn:0.9~5.0%、Al:5.0%以下、P:0.15%以下、S:0.03%以下、及びN:0.03%以下を含み、残りはFe及び不可避不純物からなり、
前記Si及びAlの合計含有量(Si+Al)は、1.0~6.0重量%であり、
微細組織として、30~70体積%のテンパードマルテンサイト、10~45体積%のベイナイト、10~40体積%の残留オーステナイト、3~20体積%のフェライト及び不可避な組織を含み、
下記の[関係式1]及び[関係式2]を満たす、加工性に優れた高強度鋼板。
[関係式1]
1.1≦[Si+Al]F/[Si+Al]γ≦3.0
前記関係式1において、[Si+Al]Fは、フェライトに含まれたSi及びAlの平均合計含有量(重量%)であり、[Si+Al]γは、残留オーステナイトに含まれたSi及びAlの平均合計含有量(重量%)である。
[関係式2]
V(1.2μm、γ)/V(γ)≧0.1
前記関係式2において、V(1.2μm、γ)は、平均結晶粒径が1.2μm以上である残留オーステナイトの分率(体積%)であり、V(γ)は、鋼板の残留オーステナイトの分率(体積%)である。 - 前記鋼板は、下記の(1)~(9)のうち1つ以上をさらに含む、請求項1に記載の加工性に優れた高強度鋼板。
(1)Ti:0~0.5%、Nb:0~0.5%及びV:0~0.5%のうち1種以上
(2)Cr:0~3.0%及びMo:0~3.0%のうち1種以上
(3)Cu:0~4.5%及びNi:0~4.5%のうち1種以上
(4)B:0~0.005%
(5)Ca:0~0.05%、Yを除くREM:0~0.05%及びMg:0~0.05%のうち1種以上
(6)W:0~0.5%及びZr:0~0.5%のうち1種以上
(7)Sb:0~0.5%及びSn:0~0.5%のうち1種以上
(8)Y:0~0.2%及びHf:0~0.2%のうち1種以上
(9)Co:0~1.5% - 前記鋼板は、下記の[関係式3]を満たす、請求項1に記載の加工性に優れた高強度鋼板。
[関係式3]
V(lath、γ)/V(γ)≧0.5
前記関係式3において、V(lath、γ)は、ラス(lath)状の残留オーステナイトの分率(体積%)であり、V(γ)は、鋼板の残留オーステナイトの分率(体積%)である。 - 前記鋼板は、下記の[関係式4]で表される引張強度と延伸率のバランス(BT・E)が22,000(MPa%)以上であり、下記の[関係式5]で表される引張強度と穴拡げ率のバランス(BT・H)が7×106(MPa2%1/2)以上であり、下記の[関係式6]で表される曲げ加工率(BR)が0.5~3.0である、請求項1に記載の加工性に優れた高強度鋼板。
[関係式4]
BT・E=[引張強度(TS、MPa)]×[延伸率(El、%)]
[関係式5]
BT・H=[引張強度(TS、MPa)]2×[穴拡げ率(HER、%)]1/2
[関係式6]
BR=R/t
前記関係式6において、Rは90°曲げ試験後にクラックが発生しない最小曲げ半径(mm)を意味し、tは鋼板の厚さ(mm)を意味する。 - 重量%で、C:0.25~0.75%、Si:4.0%以下、Mn:0.9~5.0%、Al:5.0%以下、P:0.15%以下、S:0.03%以下、及びN:0.03%以下を含み、残りはFe及び不可避不純物からなり、前記Si及びAlの合計含有量(Si+Al)が1.0~6.0重量%である冷間圧延された鋼板を提供する段階と、
前記冷間圧延された鋼板を5℃/s以上の平均昇温速度でAc1以上Ac3未満の温度範囲まで加熱(1次加熱)して、50秒以上維持(1次維持)する段階と、
平均冷却速度1℃/s以上で、600~850℃の温度範囲(1次冷却停止温度)まで冷却(1次冷却)する段階と、
平均冷却速度2℃/s以上で、300~500℃の温度範囲まで冷却(2次冷却)し、この温度範囲で5秒以上維持(2次維持)する段階と、
平均冷却速度2℃/s以上で、100~300℃の温度範囲(2次冷却停止温度)まで冷却(3次冷却)する段階と、
350~550℃の温度範囲まで加熱(2次加熱)し、この温度範囲で10秒以上維持(3次維持)する段階と、
平均冷却速度1℃/s以上で、250~450℃の温度範囲まで冷却(4次冷却)し、この温度範囲で10秒以上維持(4次維持)する段階と、
常温まで冷却(5次冷却)する段階と
を含む、請求項1に記載の加工性に優れた高強度鋼板の製造方法。 - 前記冷間圧延された鋼板は、下記の(1)~(9)のうち1つ以上をさらに含む、請求項5に記載の加工性に優れた高強度鋼板の製造方法。
(1)Ti:0~0.5%、Nb:0~0.5%及びV:0~0.5%のうち1種以上
(2)Cr:0~3.0%及びMo:0~3.0%のうち1種以上
(3)Cu:0~4.5%及びNi:0~4.5%のうち1種以上
(4)B:0~0.005%
(5)Ca:0~0.05%、Yを除くREM:0~0.05%及びMg:0~0.05%のうち1種以上
(6)W:0~0.5%及びZr:0~0.5%のうち1種以上
(7)Sb:0~0.5%及びSn:0~0.5%のうち1種以上
(8)Y:0~0.2%及びHf:0~0.2%のうち1種以上
(9)Co:0~1.5% - 前記冷間圧延された鋼板は、
鋼スラブを1000~1350℃に加熱する段階と、
800~1000℃の温度範囲で仕上げ熱間圧延する段階と、
300~600℃の温度範囲で前記熱間圧延された鋼板を巻き取る段階と、
前記巻き取られた鋼板を650~850℃の温度範囲で600~1700秒間熱延焼鈍によって熱処理する段階と、
前記熱延焼鈍によって熱処理された鋼板を30~90%の圧下率で冷間圧延する段階と、を介して提供される、請求項5に記載の加工性に優れた高強度鋼板の製造方法。 - 前記1次冷却の冷却速度(Vc1)と前記2次冷却の冷却速度(Vc2)は、Vc1<Vc2の関係を満たす、請求項5に記載の加工性に優れた高強度鋼板の製造方法。
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