JP7445172B2 - 高強度熱延鋼板 - Google Patents
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これに対し、析出強化については、本来のフェライト相の均一組織の優れた変形能を維持したまま高強度化を図ろうとする技術開発が、近年再び検討され始めた。例えば、Ti、Nb、Moなどの炭化物形成元素を活用し、微細な炭化物を析出させ、フェライト組織を強化する方法が提案されている(例えば、特許文献1~3)。フェライトを主体とする転位密度の比較的低い組織中に、強度を向上させる微細な炭化物を析出させて析出強化による高強度化を図るものである。
特許文献2 特開2007-262487号公報
特許文献3 特開2007-247046号公報
特許文献4 特開平7-11382号公報
特許文献5 特開2013-133534号公報
そして、本発明者らは、高い転位密度による転位強化と、転位上ではない母相にTiC析出物を形成させることによる析出強化と、の両者を効率良く発現させて、合金元素を有効に活用することで、合金元素の含有量を抑えることができ、コストを抑えつつ高い引張強度を得ることが可能になることを見出した。更に、合金元素の含有に起因する加工性の低下も抑え、鋼板の打ち抜き端面の損傷の発生が抑制されることを見出した。
(1) 質量%で、
C:0.030~0.250%、
Si:0.01~1.50%、
Mn:0.1~3.0%、
Ti:0.040~0.200%、
P:0.100%以下、
S:0.005%以下、
Al:0.500%以下、
N:0.0090%以下、
B:0~0.0030%、
Nb、MoおよびVの1種または2種以上の合計:0~0.040%、並びに
CaおよびREMの1種または2種以上の合計:0~0.010%、
を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、かつ、C量に対するTi量の質量比[Ti]/[C]が0.16~3.00であり、Ti量とC量の積[Ti]×[C]が0.0015~0.0160である化学成分を有し、
平均転位密度が1×1014~1×1016m-2であり、
ベイニティックフェライトを少なくとも含み、
前記ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率が70%以上90%未満であり、
マルテンサイトと残留オーステナイトとの合計の面積率が5%以上30%以下であり、
フェライト結晶粒内とベイニティックフェライト結晶粒内において、TiC析出物の平均個数密度が1×1017~5×1018[個/cm3]であり、
転位上ではない母相に析出しているTiC析出物として存在するTi量が鋼板の全Ti量の30質量%以上であり、
引張強度が850MPa以上である高強度熱延鋼板。
(前記[Ti]、前記[C]はそれぞれTi量、C量(質量%)を表す。)
(2) 質量%で、
B:0.0001以上、0.0005%未満、
を含有する前記(1)に記載の高強度熱延鋼板。
(3) 質量%で、
Nb、MoおよびVの1種または2種以上の合計:0.01~0.040%
を含有する前記(1)又は(2)に記載の高強度熱延鋼板。
(4) 質量%で、
CaおよびREMの1種または2種以上の合計:0.0005~0.01%
を含有する前記(1)~(3)のいずれか1つに記載の高強度熱延鋼板。
(5) 前記ベイニティックフェライトと前記フェライトとの合計の面積率が80%以上90%未満である前記(1)~(4)のいずれか1つに記載の高強度熱延鋼板。
(6) 前記ベイニティックフェライトの面積率が50%以上90%未満である前記(1)~(5)のいずれか1つに記載の高強度熱延鋼板。
化学組成の各元素の含有量を「元素量」と表記することがある。例えば、Cの含有量は、C量と表記することがある。
「~」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。
「~」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。また、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
含有量(%)として「0~」は、その成分は任意成分であり、含有しなくてもよいことを意味する。
「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板(以下、単に「鋼板」とも称することがある)は、
所定の化学成分を有し、
C含有量に対するTi含有量の質量比[Ti]/[C]が0.16~3.00であり、TiとCの含有量の積[Ti]×[C]が0.0015~0.0160である化学成分を有し、
平均転位密度が1×1014~1×1016m-2であり、
ベイニティックフェライトを少なくとも含み、
前記ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率が70%以上90%未満であり、
マルテンサイトと残留オーステナイトとの合計の面積率が5%以上30%以下であり、
フェライト結晶粒内とベイニティックフェライト結晶粒内において、TiC析出物の平均個数密度が1×1017~5×1018[個/cm3]であり、
転位上ではない母相に析出しているTiC析出物として存在するTiの含有量が鋼板の全Ti含有量の30質量%以上であり、
引張強度が850MPa以上である。
([Ti]、[C]はそれぞれTi、Cの含有量(質量%)を表す。)
本発明者らは、TiC析出物(以下単に「析出物」とも称する。)が形成される位置に注目した。
析出物が形成される位置として、析出物が、結晶粒界に析出して形成される場合と、結晶粒内において、転位上に析出して形成される場合と、結晶粒内において、転位上ではない母相(以下、単に「母相」とも称する)に均一に析出して形成される場合と、を考えた。通常の数マイクロメートル以上の結晶粒径を有する鋼は、結晶粒界の密度は低く、結晶粒界の析出物は強化に寄与しないと考えられる。析出物は、母相に比べて転位上に優先的に核生成し易い性質を持つが、転位上に析出するか、母相に均一に析出するかは、熱間圧延の温度及び化学成分、析出物形成元素の過冷度及び拡散長、並びに転位密度等に依存すると考えられる。
そこで、本発明者らは、TiC析出物の析出する位置、個数密度、鋼板中のTi及びCの含有量の関係並びに金属組織が鋼板の強度に影響することを考え、検討を行った。
平均転位密度が1×1014~1×1016m-2の範囲であると、大きな転位強化が得られていると判断し、続く試験は平均転位密度が1×1014~1×1016m-2の範囲である鋼板について行った。
フェライト結晶粒内とベイニティックフェライト結晶粒内において、TiC析出物の平均個数密度が1×1017~5×1018[個/cm3]であり、転位上ではない母相に析出しているTiC析出物として存在するTiの含有量が鋼板の全Ti含有量の30質量%以上である場合に、目標である850MPa以上の高強度が得られていることがわかる。また、上記組織を得るためには[Ti]×[C]の値が0.0015~0.0160の範囲とする必要があることがわかった。
転位上ではない母相に析出しているTiC析出物として存在するTiの含有量が高い場合に鋼板の強度がより高くなる理由については、次のように考えられる。まず、母相に析出しているTiC析出物以外のTiの存在状態としては、先に述べた粗大なTiN析出物又は粗大なTiS析出物、固溶Ti原子、および転位上のTiC析出物がある。粗大なTiN析出物又は粗大なTiS析出物、および固溶Ti原子については先に述べた理由により強化量は小さい。次に、転位上にTiC析出物が存在した場合には、障害物としての転位とTiC析出物との位置が重なるために、析出物は新たな障害物としての寄与が小さく強化量の上昇が抑えられてしまう。それに対し、母相にTiC析出物が析出した場合には、転位とTiC析出物とのいずれもが変形時の障害物として有効に作用するため、析出強化をより有効に活用できる。
図2に示したように、[Ti]×[C]の値が0.0015未満であると、母相に析出しているTiC析出物として存在するTiの含有量を高めることができなかった。この理由は、冷却工程における過冷度不足に起因すると考えられる。[Ti]×[C]の値が小さい場合は、TiC析出物が析出する温度が低くなるため過冷度が小さくなる。過冷度が小さい場合は、析出の駆動力が小さく、より核生成が容易な転位上へ析出する頻度が高くなるため、母相に析出するTiCの頻度を高めることができなかったと考えられる。[Ti]×[C]の値が0.0015以上の場合は、TiC析出の過冷度が大きくなり、析出の駆動力が十分に大きくなり、転位上への析出に加えて母相にも析出が生じたものと考えられる。
一方で、[Ti]×[C]の値が0.0160を超え、母相に析出しているTiC析出物として存在するTiの比率を高めても、強度が低下した。これは、TiおよびCの含有濃度が高すぎて、TiC析出物が完全に溶解する温度が、オーステナイト域において溶体化する温度よりも高くなり、一部のTiCが既に析出してしまうことに起因すると考えられる。オーステナイト域でのTiC析出物は粗大で個数密度が低いため析出強化への寄与は小さい。すなわち、[Ti]×[C]の値が0.0160より大きいと、析出強化に寄与する微細な析出物を生成するTiおよびCの濃度を高めることができないので、大きな引張強度が得られないと考えられる。さらには、オーステナイト域で生成した粗大なTiC析出物が冷却中にさらに成長することで、変態後の微細な析出物の発生に寄与するTiおよびCの濃度を低下させたり、TiC析出物が大きくなることで個数密度を低下させる恐れがあり、強度の上昇への効果が薄いと考えられる。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板の化学組成は、次の元素を含有する。
C:0.030~0.250%
炭素(C)は、微細なTiC析出物を生じて析出強化に寄与する重要な元素であり、また結晶粒界に偏析して鋼板の打ち抜き端面の損傷の発生を抑えるために必要な元素である。効果を発現するために必要なC量は0.030%以上であるが、0.250%を超えると、粗大なセメンタイトが生じ、延性、特に、局部延性が低下する。よって、C量は0.030~0.250%とし、好ましくは0.040~0.150%とする。
シリコン(Si)は、脱酸元素であり、Si量は0.01%以上である。また、Siは固溶強化に寄与する元素であるが、Si量が1.50%を超えると加工性が劣化するため、Si量の上限を1.50%とする。よって、Si量は0.01~1.50%とし、好ましくは0.02~1.30%とする。
マンガン(Mn)は、脱酸、脱硫に有効な元素であり、固溶強化にも寄与するため、Mn量は0.1%以上である。また、ポリゴナルフェライトの面積率を低くする観点から、Mn量は0.35%以上とすることが好ましい。
一方、Mn量が3.0%を超えると、偏析が生じ易くなり加工性が低下し、またコストが上昇するため好ましくない。よって、Mn量は0.1~3.0%とし、好ましくは0.3~1.5%とする。
チタン(Ti)は、フェライトおよびベイニティックフェライトの粒内に微細なTiC析出物を析出し、析出強化に寄与する極めて重要な元素である。母相に析出して強度を上昇させるため、Ti量は0.040%以上である。一方、Ti量が0.200%を超えると、コストが増加するばかりか、TiC析出物が粗大化しやすくなり、製造を難しくする。TiC析出物の好適な個数密度を容易に達成するためには、Ti量は0.150%以下とすることが好ましい。よって、Ti量は0.040~0.200%とし、好ましくは0.070~0.150%とする。
燐(P)は、不純物であり、加工性や溶接性を損なう。したがって、P量はなるべく低い方が好ましく、P量は0.100%以下に制限する。Pは粒界に偏析して延性を低下させるため、P量を0.020%以下に制限することが好ましい。ただし、脱Pコストの観点から、P量は0.005%以上とすることが好ましい。
硫黄(S)は、不純物であり、特に、熱間加工性を損なう。したがって、S量はなるべく低い方が好ましく、S量は0.005%以下に制限する。硫化物などの介在物による延性の低下を抑制するためには、S量を0.002%以下に制限することが好ましい。ただし、脱Sコストの観点から、S量は0.0005%以上とすることが好ましい。
アルミニウム(Al)は、脱酸剤であり、Al量は0.500%以下である。なお、Alが過剰に含有すると窒化物を形成し、延性が低下するため、Al量は0.150%以下に制限することが好ましい。なお、溶鋼の脱酸を十分に行うためには、Al量は0.002%以上とすることが好ましい。
窒素(N)は、TiNを形成し、鋼の加工性を低下させ、また、TiC析出物を形成する有効なTi量の低下を招く。したがって、N量はなるべく低い方が好ましく、N量は0.0090%以下に制限する。ただし、脱Nコストの観点から、N量は0.0010%以上とすることが好ましい。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板の化学組成は、上記必須元素以外に、下記の任意元素を含んでもよい。
ホウ素(B)は、鋼板に任意に含ませることができる任意元素である。但し、変態を抑制する効果があり、適切な冷却工程の条件によりフェライト変態を極力抑えた上でベイニティックフェライトの面積率を高めることができる有効な元素であるため、必要に応じて含有させることが好ましい。そのため、B量は0.0001%以上とすることが好ましい。
一方、B量が0.0030%を超えると、BN等の析出物を生じやすくなり効果は飽和するため、B量は0.0030%以下とする。B量は、好ましくは0.0020%以下である。Bは変態を抑制する効果が非常に強く、ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率を80%以上90%未満とする観点で、B量は0.0005%未満とすることがより好ましい。
ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、及びバナジウム(V)は、鋼板に任意に含む任意元素である。Nb、Mo、及びVは、Tiと同様にフェライト結晶粒内に炭化物を析出する元素であるが、合金コストが高く析出強化能はTiより小さい。よって、Nb、Mo及びVの1種または2種以上を含有してもよく、その合計の含有量は0~0.040%とする。
一方、Nb、及びVは、熱間圧延時の再結晶を遅延させ、鋼板の結晶粒を微細化させることで、鋼板の強化に有効な元素である。また、Moは焼き入れ性を向上させる元素であり、フェライト変態を極力抑えた上でベイニティックフェライトの面積率を高めるために有効な元素である。これらの効果を十分に得るためには、Nb、Mo及びVの合計の含有量は0.01%以上であることが好ましい。
なお、鋼板中でこれらの元素はTiC析出物と複合し、(Ti,M)Cとして存在する。ここで、MはNb、V、及びMoの一種または二種以上である。
カルシウム(Ca)およびREMは、鋼板に任意に含む任意元素である。CaおよびREMは破壊の起点となり加工性を劣化させる原因となる介在物の形態を制御して、無害化する機能を有する元素である。
CaおよびREMの1種または2種以上を含有してもよく、その合計の含有量は0~0.01%以下とする。
一方、介在物の形態を制御して、無害化する効果を十分に得るため、カルシウム(Ca)およびREMの1種または2種以上の合計の含有量は0.0005%以上であることが好ましい。
なお、REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指す。上記REMの含有量はこれらの元素の少なくとも1種の合計含有量を意味する。ランタノイドの場合、工業的にはミッシュメタルの形で添加される。
不純物とは、原材料に含まれる成分、または、製造の過程で混入する成分であって、意図的に鋼板に含有させたものではない成分を指す。例えば、不純物としては、スクラップから混入する可能性がある、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、錫(Sn)等が挙げられる。Ni、Cu、Sn等の不純物の含有量は、それぞれ0.01%以下であることが好ましい。
C量に対するTi量の質量比[Ti]/[C]は0.16~3.00である。
C量に対するTi量の質量比[Ti]/[C]は3.00以下とすることが重要である。これは原子数の比率に換算するとTiの原子数/Cの原子数が約0.75以下に相当する。従来の析出強化鋼板では、TiC析出物を析出させるために、C量に対してTi量を過剰に含有させていた。しかし、Tiをなるべく鋼板中に固溶Ti原子ではなく、TiC析出物として存在させ、析出強化に有効に寄与させるためには、Ti量をC量に対して過剰にならないようにすることが必要である。また、質量比[Ti]/[C]が3.00を超え、TiC析出物が十分析出した際には、結晶粒界へのCの偏析量が低下し鋼板の打ち抜き端面の損傷が発生しやすくなる。なお、より好ましい質量比[Ti]/[C]の上限は2.50以下である。
一方、Ti量の下限値が0.040%であり、C量の上限値が0.250%であることから、質量比[Ti]/[C]の下限値は0.16以上である。なお、より好ましい質量比[Ti]/[C]の下限値は0.46以上である。
Ti量とC量の積[Ti]×[C]は0.0015~0.0160である。[Ti]×[C]が0.0015より小さいと、TiC析出のための過冷度が不足する。すると母相に析出しているTiC析出物として存在するTiの含有量を高めることができず、強度上昇効果が小さくなる。一方で、[Ti]×[C]が0.0160より大きいと、オーステナイト域での溶体化においてTiC析出物を完全に溶解することができず、変態後の微細析出において添加量相応の析出強化量を得ることができない。
Ti量とC量の積[Ti]×[C]は0.0020~0.0150であることが好ましい。
次に、本実施形態に係る高強度熱延鋼板の金属組織について説明する。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板は、ベイニティックフェライトを少なくとも含む。また、全組織に対して、ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率が70%以上である。
全組織に対する、ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率は80%以上であるとより好ましい。
一方で、全組織に対する、ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率が90%以上になると、高強度が得にくくなるため、ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率は90%未満である。鋼板の高強度化の観点から、ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率は88%以下であることが好ましく、86%以下であることがより好ましく、85%以下であることが更に好ましい。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板は、全組織に対する、ベイニティックフェライトの面積率は50%以上であることが好ましく、55%以上であることがより好ましく、60%以上であることが更に好ましい。
また、本実施形態に係る高強度熱延鋼板は、全組織に対する、ベイニティックフェライトの面積率は90%未満であることが好ましく、88%以下であることがより好ましく、86%以下であることが更に好ましく、85%以下であることが特に好ましい。
ベイニティックフェライトの面積率を上記範囲内とすることで、鋼板の転位密度が所望の範囲内となりやすく、転位強化がより効率的に発現される。そのため、より引張強度が高く、かつ打ち抜き加工時の鋼板の打ち抜き端面の損傷が発生しにくい鋼板となるため好ましい。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板は、全組織に対する、ポリゴナルフェライトの面積率は0%以上40%以下であることが好ましく、0%以上35%以下であることがより好ましく、0%以上30%以下であることが更に好ましい。
ポリゴナルフェライトの面積率を上記範囲以内とすると、より引張強度が高い鋼板となるため好ましい。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板は、マルテンサイト及び残留オーステナイトの少なくとも1つを含む。
全組織に対して、マルテンサイトと残留オーステナイトとの合計の面積率が5%以上である。全組織に対する、マルテンサイトと残留オーステナイトとの合計の面積率が5%未満であると、高強度が得にくくなるため、マルテンサイトと残留オーステナイトとの合計の面積率は5%以上である。
一方で全組織に対する、マルテンサイトと残留オーステナイトとの合計の面積率が30%超になると、マルテンサイトへの炭素の濃化が不十分となり強度の向上への寄与が薄れる恐れがあるため、マルテンサイトと残留オーステナイトとの合計の面積率は30%以下である。
全組織に対する、マルテンサイトと残留オーステナイトとの合計の面積率は、打ち抜き端面の損傷を抑制する観点から、20%以下であるとより好ましい。
まず、鋼板の圧延方向および板厚方向に平行な断面が得られるように切り出した試験片を鏡面研磨し、ナイタール液でエッチングして、板厚の1/4の位置の金属組織を光学顕微鏡で観察する。マルテンサイト、残留オーステナイト、パーライトを認識し、ポイントカウント法により、マルテンサイト、残留オーステナイト、パーライトの面積率を測定し、その結果からマルテンサイトと残留オーステナイトの合計面積率を求める。マルテンサイト、残留オーステナイト、パーライトの面積率を100%から差し引いた値をベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率とする。
次に、フェライトの面積率の測定には、さらに電解研磨した試験片を用いる。続いてEBSP-OIMTM(Electron Back Scatter Diffraction Pattern-Orientation Imaging Microscopy)法を用いて、倍率2000倍、40μm×80μmエリア、測定ステップ0.1μmの測定条件でEBSP測定を実施する。
全組織に対する、ベイニティックフェライトの面積率は、前記ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率とフェライトの面積率との差分により算出される。
ポリゴナルフェライトは転位密度が低く、結晶粒内全域に亘って方位差が特に小さいことが特徴である。そこで、本実施形態においては、まず前記KAM法による6個のピクセルと中心のピクセルとの間の方位差の平均値x1を測定点ごとに求め、さらに各測定点で求めた平均値x1から結晶粒内における全測定点での平均値x2を求めて、このx2が0.5°以下である結晶粒をポリゴナルフェライトと定義し、面積率を求める。フェライトのうち、ポリゴナルフェライトと判定されなかった領域は、アシュキュラーフェライト等の比較的転位密度の高いフェライトである。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板は、平均転位密度が1×1014~1×1016m-2である。
平均転位密度が、1×1014m-2以上であると転位強化が得られる。
一方で平均転位密度が、1×1016m-2を超えると再結晶が起きやすくなり強度が著しく低下する。
平均転位密度は、より好ましくは、2×1014~2×1015m-2である。
平均転位密度の測定にはX線回折を用い、試料の板厚1/4の位置を板表面(圧延面)と水平な面となるように鏡面研磨して測定する。
X線回折測定から得られる歪から、非特許文献1に記載されている次式により平均転位密度ρを求める。
式:ρ=14.4ε2/b2
ここで、式中、εはX線回折測定から得られる歪、bはバーガースベクトル(0.25nm)である。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板は、フェライト結晶粒内とベイニティックフェライト結晶粒内において、TiC析出物の平均個数密度が1×1017~5×1018[個/cm3]である。
結晶粒内に析出したTiC析出物の平均個数密度は、析出強化を活用するため、高いほうが好ましい。よって、転位強化及び引張強度850MPa以上を達成する析出強化を得るためには、フェライト結晶粒内とベイニティックフェライト結晶粒内におけるTiC析出物の平均個数密度は、1×1017~5×1018[個/cm3]であり、好ましくは2×1017[個/cm3]~5×1018[個/cm3]である。
まず、測定対象の試料から、切断および電解研磨法により、必要に応じて電解研磨法と併せて集束イオンビーム加工法を活用し、針状の試料を作製し、針状試料に対し三次元アトムプローブ測定を行う。三次元アトムプローブ測定では、積算されたデータが再構築され実空間での実際の原子の分布像が得られる。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板は、転位上ではない母相に析出しているTiC析出物として存在するTi量(つまり、TiC析出物に含まれるTi量)が鋼板の全Ti量の30質量%以上である。
転位上ではない母相に析出しているTiC析出物として存在するTi量を鋼板の全Ti量の30質量%以上とすることで、母相にTiC析出物が析出する比率を高められ、析出強化と転位強化の両方を大きく発現させ、Ti量を低減しつつ高い引張強度の鋼板が得られる。
転位上ではない母相に析出しているTiC析出物として存在するTi量が鋼板の全Ti量の40%以上であることがより好ましい。
一方、転位上ではない母相に析出しているTiC析出物として存在するTi量は、高いほど好ましいが、析出物の粗大化を防ぐことが製造プロセス上難しいため、鋼板の全Ti量の90質量%以下であることがよい。
先ず、上述の平均個数密度の測定方法と同様の手順で三次元アトムプローブ測定を行い、TiC析出物の形成位置を確認する。
TiC析出物同士の立体配置から、列状に配置している場合は転位上に析出したTiC析出物と判断し、独立して配置している場合は転位上ではない母相に析出したTiC析出物と判断する。
図1Aに転位上に析出したTiC析出物の配列、および図1Bに転位上ではない母相に析出したTiC析出物の配列の模式図を示す。なお、同じ結晶粒の中に(A)転位上に析出したTiC析出物および(B)転位上ではない母相に析出したTiC析出物の両方が含まれる場合も存在するため、析出物1個1個に対して、前記(A)又は(B)のどちらに該当するかを判断する。TiC析出物の立体分布像全体の体積と、転位上ではない母相に析出したTiC析出物を構成するTi原子数と、鋼板のTi含有量とから、転位上ではない母相に析出しているTiC析出物として存在するTi量(鋼板の全Ti量に対する質量比)を計算した。
なお、表および図において、このTi量を「母相析出Ti比」と表記する。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板の引張強度は850MPa以上である。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板の引張強度は860MPa以上であることが好ましい。
ただし、加工性の劣化を防ぐ観点から、本実施形態に係る高強度熱延鋼板の引張強度は、例えば、1050MPa以下であってもよい。
先ず、鋼板から、JIS Z 2201:1998に準拠して5号試験片を採取する。続いて、引張試験をJIS Z 2241:2011に準拠して行い、引張強度を測定する。
次に、本実施形態に係る高強度熱延鋼板の製造方法の一例について説明する。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板の製造方法は、例えば、本実施形態に係る高強度熱延鋼板の化学成分を満たす鋼片を、加熱して熱間圧延し鋼板を得る熱間圧延工程と、前記熱間圧延工程によって得た鋼板を冷却する冷却工程と、冷却した鋼板を巻取る巻取工程と、を有する。
熱間圧延工程では、本実施形態に係る高強度熱延鋼板の化学成分を満たす鋼片に、例えば、粗圧延と仕上げ圧延とを経る熱間圧延を施し、熱延鋼板を得る。
鋼片は、鋼を常法によって溶製、鋳造して、得られる鋼片を使用する。鋼片は、生産性の観点から、連続鋳造設備で製造することが好ましい。
鋳造後、鋼片を1200℃以下に冷却した後、1200℃以上の温度に加熱して圧延を開始してもよい。1200℃以下に冷却された鋼片を用いる場合は、1200℃以上の温度に加熱して1時間以上の保持を行うことが好ましい。
ただし、スケール疵の発生を抑制する観点から、最終加工温度FT[℃]は1050℃以下とすることがよい。
なお、最終加工温度FTとは、熱間圧延された圧延板が最終スタンドから排出されるときの温度を示す。
冷却工程では、熱間圧延した鋼板を、一次冷却、二次冷却、及び三次冷却する。
一次冷却では、熱間圧延工程終了後から一次冷却停止温度MT[℃]まで平均冷却速度30℃/s以上で冷却する。
一次冷却停止温度MT[℃]は、620~720℃の範囲内で設定する。
一次冷却の冷却速度は、35℃/s以上がさらに好ましい。
一次冷却の冷却速度の上限は、特に定めないが、冷却設備の能力上300℃/s以下が好ましい。
一次冷却後の二次冷却中に変態させることで平均転位密度を高めつつ、TiC析出物の平均個数密度を1×1017~5×1018[個/cm3]とすることができる。一次冷却において、一次冷却停止温度MT[℃]に近づくにつれ、変態の駆動力が高まるため、当該範囲の冷却速度が遅くなると、二次冷却に至る前に変態が開始してしまい、平均転位密度、析出物の平均個数密度、母相析出Ti比が低下してしまう。本実施形態に係る高強度熱延鋼板の、より好ましい形態である、フェライトとベイニティックフェライトとの合計の面積率を80%以上とするためには、Bの含有量を0.0005%未満とすることが好ましい。しかし、Bの含有量が0.0005%未満の場合、フェライト変態を抑制する効果がそれほど強くないため、一次冷却停止直前で変態が開始してしまう恐れがある。そのため、一次冷却停止温度MT[℃]+50℃から一次冷却停止温度MT[℃]の範囲の平均冷却速度は50℃/s以上に速めることが好ましい。なお、Bの含有量が0.0005~0.0030%の場合はこの限りではない。
一次冷却停止温度MT[℃]+50℃から一次冷却停止温度の範囲の平均冷却速度は、60℃/s以上がより好ましい。
一次冷却停止温度MT[℃]+50℃から一次冷却停止温度の範囲の平均冷却速度は、300℃/s以下が好ましい。
一次冷却開始から一次冷却停止温度MT[℃]+50℃の範囲の平均冷却速度の上限は、特に定めないが、冷却設備の能力上300℃/s以下が好ましい。
ただし、一次冷却の平均冷却速度が30℃/s以上、一次冷却停止温度MT[℃]+50℃から一次冷却停止温度MT[℃]の範囲の平均冷却速度が50℃/s以上、かつ一次冷却開始から一次冷却停止温度MT[℃]+50℃の範囲の平均冷却速度が25℃/s以上との条件を満たす場合は、一次冷却停止温度MT[℃]+50℃から一次冷却停止温度の範囲の平均冷却速度が、一次冷却開始から一次冷却停止温度MT[℃]+50℃の範囲の平均冷却速度より小さくてもよい。ただ、その場合は、一次冷却停止温度MT[℃]+50℃から一次冷却停止温度の範囲の平均冷却速度と、一次冷却開始から一次冷却停止温度MT[℃]+50℃の範囲の平均冷却速度と、の差を15℃/s以下の範囲内とすることが好ましい。これにより、ポリゴナルフェライトの核生成を抑制し、ポリゴナルフェライトの面積率を低くすることができ、ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率を70%以上90%未満の範囲内としやすくなる。
一次冷却の停止温度MT[℃]が720℃を超えると、転位上へのTiC析出物の析出が促進され、TiC析出物のサイズが大きくなり、TiC析出物の個数密度が低下する。
一方で、一次冷却の停止温度MT[℃]が620℃未満になるとTiC析出物の析出が不十分になり、TiC析出物の個数密度が低下する。
二次冷却では、一次冷却終了後、5℃/s以下の冷却速度で3~10秒間冷却する。
二次冷却は、製造コストの観点から、空冷で行うことが好ましい。
二次冷却の冷却時間が3秒未満であると変態が不十分となり、ベイニティックフェライトとフェライトの合計の面積率を70%以上にできない。
二次冷却の冷却時間は、より好ましくは4秒以上である。
一方で、二次冷却の冷却時間が10秒を超えると、TiC析出物が粗大化し個数密度が低下するため、またフェライトとベイニティックフェライトとの合計の面積率が90%以上となってしまうことがあるため、10秒以下とすることが好ましい。
二次冷却の冷却時間は、より好ましくは8秒以下である。
したがって二次冷却の冷却時間は、4~8秒間とすることがより好ましい。
三次冷却では、二次冷却終了後、冷却速度30℃/s以上で500℃未満の停止温度CT[℃]まで冷却する工程である。
これは、二次冷却中に生成したTiC析出物の粗大化に伴う個数密度の低下を防ぐとともに、フェライトとベイニティックフェライトの合計の面積率を90%未満とするためである。
三次冷却の冷却速度は35℃/s以上とすることがさらに好ましい。
三次冷却の冷却速度の上限は、特に定めないが、冷却設備の能力上、200℃/s以下とすることが好ましい。
三次冷却の停止温度CT[℃]が500℃以上であると、フェライトとベイニティックフェライトの合計の面積率が増加し、所望の引張強度を得ることが困難になる。
三次冷却の停止温度CT[℃]は、製造のしやすさから室温以上とすることが好ましい
巻取工程では、冷却した鋼板を巻き取る。鋼板の巻き取りは、特に制限はなく、常法に従って実施すればよい。
巻き取り後の鋼板に、1)鋼板形状の矯正や可動転位導入により延性の向上を図ることを目的として、スキンパス圧延、2)鋼板の表面に付着しているスケールの除去を目的として、酸洗、3)めっき処理等の周知の処理を施してもよい。
本実施形態に係る高強度熱延鋼板は、850MPa以上の引張強度が求められる、自動車部品等の各種部材に適用可能である。
次に、表2に示した製造条件で、鋼片に熱間圧延を施した後、得られた熱延板の冷却及び巻き取りを施し、熱延鋼板を製造した。
打ち抜き端面損傷の有無は、日本鉄鋼連盟規格JFS T 1001-1996記載の方法でクリアランスを20%として、得られた熱延鋼板を打ち抜き、打ち抜いた端面を目視により観察し、損傷の有無を調べた。打ち抜いた円周に対して損傷の発生箇所の比率が30%以上であれば損傷が発生C(×)、10%以上30%未満であれば好ましいB(○)、10%未満であればより好ましいA(◎)、と評価した。
これら結果を表3に示す。
表1~表3中の、下線は本開示の好適な実施形態の範囲外であることを意味する。
なお、表2~表3中の略称の詳細は、次の通りである。
・熱間圧延の終了温度: 最終加工温度FT[℃]
・一次冷却のMT: 一次冷却の停止温度MT[℃]
・三次冷却のCT: 三次冷却の停止温度CT[℃]
・TiC析出物の直径: フェライト結晶粒内及びベイニティックフェライト結晶粒内のTiC析出物の平均直径
・TiC析出物の密度: フェライト結晶粒内及びベイニティックフェライト結晶粒内のTiC析出物の平均個数密度
・母相析出Ti比: 転位上ではない母相に析出しているTiC析出物として存在するTi量を鋼板のTi量で除したパーセント比
・ベイニティックフェライト及びフェライトの面積率: ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率
・マルテンサイト及び残留オーステナイトの面積率: マルテンサイトと残留オーステナイトとの合計の面積率
・転位密度: 平均転位密度
試験No.4は、一次冷却の停止温度が低い例である。TiC析出物の析出が不十分で、析出物の平均個数密度、母相析出Ti比、及び、引張強度が低下した例である。
試験No.6は、三次冷却の停止温度が高い例である。フェライトとベイニティックフェライトの合計の面積率が高くなり、引張強度が低下した例である。
試験No.9は、熱間圧延の終了温度が低い例である。オーステナイト中で粗大なTiC析出物が析出し、高温でフェライト変態が促進し平均転位密度、TiC析出物の平均個数密度、母相析出Ti比、及び、引張強度が低下した例である。
試験No.12は、熱間圧延後の冷却開始時間が長い例である。オーステナイト中での粗大なTiC析出物の析出が進行し、TiC析出物の平均個数密度、母相析出Ti比、及び、引張強度が低下した例である。
試験No.15は、一次冷却停止温度が高い例である。平均転位密度が低いうえに、転位上へのTiC析出物の析出が促進され、母相析出Ti比、TiC析出物の平均個数密度、及び、引張強度が低下した例である。
試験No.16は、三次冷却の冷却速度が遅い例である。TiC析出物の平均個数密度、及び、引張強度が低下した例である。
試験No.17は、二次冷却の冷却速度が速く、また冷却時間が短い例である。TiC析出物の析出が不十分で、析出物の平均個数密度、母相析出Ti比、及び、引張強度が低下した例である。
試験No.21は、[Ti]×[C]の値が0.0015より小さい例である。母相析出Ti比、及び、引張強度が低下した例である。
試験No.23はTiの含有量が少なく、また[Ti]×[C]の値が0.0015より小さい例である。TiC析出物の平均個数密度、母相析出Ti比、及び、引張強度が低下した例である。
試験No.24は[Ti]/[C]の比率が高い例である。打ち抜き端面損傷が発生した例である。
試験No.25は[Ti]×[C]の値が0.0160より大きい例である。高温で粗大なTiC析出物が析出し、TiC析出物の平均個数密度、及び、引張強度が低下した例である。
試験No.32はTiの含有量が少なく、また[Ti]/[C]の比率が0.16より小さい例である。TiC析出物の平均個数密度、母相析出Ti比、及び、引張強度が低下した例である。
試験No.33は、一次冷却開始から一次冷却停止温度MT[℃]+50℃の範囲の平均冷却速度より、一次冷却中の[MT+50]~[MT]℃における冷却速度が遅い例である。ポリゴナルフェライトの面積率が増加したうえ、転位上へのTiC析出物析出が促進され、TiC析出物の平均個数密度、母相析出Ti比、及び、引張強度が低下した例である。
試験No.34は、一次冷却開始から一次冷却停止温度MT[℃]+50℃の範囲の平均冷却速度より、一次冷却中の[MT+50]~[MT]℃における冷却速度が遅い例である。ポリゴナルフェライトの面積率が増加したうえ、転位上へのTiC析出物析出が促進され、TiC析出物の平均個数密度、母相析出Ti比、及び、引張強度が低下した例である。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び、技術規格は、個々の文献、特許出願、及び、技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.030~0.250%、
Si:0.01~1.50%、
Mn:0.1~3.0%、
Ti:0.040~0.200%、
P:0.100%以下、
S:0.005%以下、
Al:0.500%以下、
N:0.0090%以下、
B:0~0.0030%、
Nb、MoおよびVの1種または2種以上の合計:0~0.040%、並びに
CaおよびREMの1種または2種以上の合計:0~0.010%、
を含有し、
前記P、前記S、前記Al、及び前記Nの元素を必須元素として含有し、
残部がFeおよび不純物からなり、かつ、C量に対するTi量の質量比[Ti]/[C]が0.16~3.00であり、Ti量とC量の積[Ti]×[C]が0.0015~0.0160である化学成分を有し、
平均転位密度が1×1014~1×1016m-2であり、
ベイニティックフェライトを少なくとも含み、
前記ベイニティックフェライトとフェライトとの合計の面積率が70%以上90%未満であり、
マルテンサイトと残留オーステナイトとの合計の面積率が5%以上30%以下であり、
フェライト結晶粒内とベイニティックフェライト結晶粒内において、TiC析出物の平均個数密度が1×1017~5×1018[個/cm3]であり、
転位上ではない母相に析出しているTiC析出物として存在するTi量が鋼板の全Ti量の30質量%以上であり、
引張強度が850MPa以上である高強度熱延鋼板。
(前記[Ti]、前記[C]はそれぞれTi量、C量(質量%)を表す。) - 質量%で、
B:0.0001以上、0.0005%未満、
を含有する請求項1に記載の高強度熱延鋼板。 - 質量%で、
Nb、MoおよびVの1種または2種以上の合計:0.01~0.040%
を含有する請求項1又は請求項2に記載の高強度熱延鋼板。 - 質量%で、
CaおよびREMの1種または2種以上の合計:0.0005~0.01%
を含有する請求項1~3のいずれか1項に記載の高強度熱延鋼板。 - 前記ベイニティックフェライトと前記フェライトとの合計の面積率が80%以上90%未満である請求項1~4のいずれか1項に記載の高強度熱延鋼板。
- 前記ベイニティックフェライトの面積率が50%以上90%未満である請求項1~5のいずれか1項に記載の高強度熱延鋼板。
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