JPWO2013125400A1 - 冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1)再結晶完了後にオーステナイト変態を進行させる従来の焼鈍方法では、再結晶後の組織の粒界を核生成サイトとしてオーステナイト変態が生じるため、焼鈍過程におけるオーステナイト粒(焼鈍後における旧オーステナイト粒、以下「旧オーステナイト粒」ともいう。)の微細化は、再結晶後の組織からのオーステナイト変態を前提とする点において制約を受ける。
dF≦5.0 ・・・ (1)
dM+B≦2.0 ・・・ (2)
dAs≦1.5 ・・・ (3)
rAs≧50 ・・・ (4)
上記式中、
dFは傾角15°以上の大角粒界で規定されるフェライトの平均粒径(単位:μm)であり、
dM+Bは前記低温変態相の平均粒径(単位:μm)であり、
dAsはアスペクト比が5未満の残留オーステナイトの平均粒径(単位:μm)であり、そして
rAsはアスペクト比が5未満の残留オーステナイトの全残留オーステナイトに対する面積率(%)である。
(4)前記化学組成が、質量%で、Cr:0.03〜1%、Mo:0.01〜0.3%およびV:0.01〜0.3%からなる群から選択される1種もしくは2種以上を含有する。
(6)前記化学組成が、質量%で、Ca:0.0005〜0.003%およびREM:0.0005〜0.003%からなる群から選択される1種または2種を含有する。
別の側面からは、本発明は、下記工程(A)および(B)を有することを特徴とする上記冷延鋼板の製造方法である。
(B)工程(A)において得られた冷延鋼板に、(Ac1点+10℃)に到達した時点におけるオーステナイト変態していない領域に占める未再結晶率が30面積%以上となるように15℃/秒以上の平均加熱速度で加熱し、その後さらに(0.9×Ac1点+0.1×Ac3点)以上(Ac3点+100℃)以下の温度域で30秒間以上保持することを含む条件下で焼鈍を施す焼鈍工程。
Crate(T)は冷却速度(℃/s)(正の値)であり、
Tは圧延完了温度をゼロとする相対温度(℃、負の値)であり、
Crateが零である温度がある場合、その温度での滞留時間(Δt)をIC(T)で除した値をその区間の積分として加算する。
本発明により、TiやNb等の析出元素の多量添加によらずとも、冷間圧延および焼鈍後の組織を効果的に微細化することが可能となり、延性および伸びフランジ性に優れた高強度冷延鋼板およびその製造方法が実現可能となる。本発明において利用する組織の微細化機構は従来法におけるものとは異なるため、オーステナイト単相域で焼鈍を行う場合においても効果的であり、また、安定した材質が得られる程度に焼鈍時の保持時間を長くしても微細組織を得ることができる。
1−1:化学組成
[C:0.06〜0.3%]
Cは、鋼の強度を高める作用を有する。Cはまた、オーステナイト中に濃縮することによってオーステナイトを安定化させ、冷延鋼板中の残留オーステナイトの分率を高め、鋼の延性を向上させる作用を有する。さらに、焼鈍工程においては、Cによる昇温過程におけるフェライトの再結晶抑制作用により、急速加熱によって未再結晶率が高い状態を保ったまま(Ac1点+10℃)以上の温度域に到達させることが容易となり、これにより、冷延鋼板のミクロ組織を微細化することが可能となる。さらに、CはA3点を低下させる作用を有するので、熱間圧延工程においては、熱間圧延をより低温域で完了させることが可能となり、これにより、熱延鋼板の組織を微細化することが容易になる。
Siは、マルテンサイトやベイナイトといった低温変態相の生成を促進することによって、鋼の強度を向上させる作用を有する。Siはまた、残留オーステナイトの生成を促進することによって、鋼の延性を向上させる作用も有する。Si含有量が0.4%未満では、上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Si含有量は0.4%以上とする。好ましくは0.6%以上、さらに好ましくは0.8%以上、特に好ましくは1.0%以上である。一方、Si含有量が2.5%超では、鋼の延性低下が著しくなったり、そのめっき性が損なわれたりする。したがって、Si含有量は2.5%以下とする。好ましくは2.0%以下である。
Mnは、鋼の強度を高める作用を有する。Mnはまた、変態温度を低下させる作用を有するので、焼鈍工程において、急速加熱により未再結晶率が高い状態を保ったまま(Ac1点+10℃)以上の温度域とすることが容易となり、これにより、冷延鋼板の組織を微細化することが可能となる。Mn含有量が0.6%未満では上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Mn含有量は0.6%以上とする。一方、Mn含有量が3.5%超では、鋼が過度に高強度化され、その延性が著しく損なわれる。したがって、Mn含有量は3.5%以下とする。
Pは、不純物として含有され、粒界に偏析して鋼を脆化させる作用を有する。P含有量が0.1%超では、上記作用により脆化が著しくなる場合がある。したがって、P含有量は0.1%以下とする。好ましくは0.06%以下である。P含有量は低い程好ましいので、下限を限定する必要はないが、コストの観点からは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、鋼中に硫化物系介在物を形成して、鋼の延性を低下させる作用を有する。S含有量が0.05%超では、上記作用により延性の低下が著しくなる場合がある。したがって、S含有量は0.05%以下とする。好ましくは0.008%以下、さらに好ましくは0.003%以下である。S含有量は低い程好ましいので、下限を限定する必要はないが、コストの観点からは0.001%以上とすることが好ましい。
TiおよびNbは、炭化物や窒化物として鋼中に析出する析出元素であり、焼鈍工程におけるオーステナイトの粒成長を抑制することによって、鋼の組織の微細化を促進する作用を有する。したがって、これらの元素の1種または2種を所望により含有させてもよい。しかし、各元素の含有量が上記上限値を超えるか、または合計含有量が上記上限値を超えると、上記作用による効果は飽和してコスト的に不利となる。したがって、各元素の含有量および合計含有量は上記のとおりとする。Tiの含有量は0.05%以下とすることが好ましく、0.03%以下とすることがさらに好ましい。Nbの含有量は0.02%以下とすることが好ましい。また、NbおよびTiの合計含有量は0.05%以下とすることが好ましく、0.03%以下とすることがさらに好ましい。これらの元素の上記作用による効果をより確実に得るには、Ti:0.005%以上およびNb:0.003%以上のいずれかを満足させることが好ましい。
Alは、鋼の延性を高める作用を有する。したがって、Alを含有させてもよい。しかし、AlはAr3変態点を上昇させる作用を有するので、sol.Al含有量が2.0%超では、熱間圧延をより高温域で完了させざるを得なくなる。その結果、熱延鋼板の組織を微細化することが困難となり、冷延鋼板の組織を微細化することも困難となる。また、連続鋳造が困難となる場合がある。したがって、sol.Al含有量は2.0%以下とする。上記作用によるAlの効果をより確実に得るには、sol.Al含有量を0.1%以上とすることが好ましい。
Cr、MoおよびVは、いずれも鋼の強度を高める作用を有する。また、Moは、結晶粒の粒成長を抑制し、鋼の組織の微細化を促進する作用を有する。Vは、フェライトへの変態を促進し、鋼板の延性を向上させる作用を有する。したがって、Cr、Mo、Vの1種または2種以上を含有させてもよい。
Bは、鋼の焼入れ性を高め、低温変態相の生成を促進することによって、鋼の強度を高める作用を有する。したがって、Bを含有させてもよい。しかし、B含有量が0.005%を超えると、鋼が過度に硬質化してしまい、延性の低下が著しくなる場合がある。したがって、B含有量は0.005%以下とする。上記作用による効果をより確実に得るには、B含有量を0.0003%以上とすることが好ましい。
CaおよびREMは、溶鋼の凝固過程において析出する酸化物や窒化物を微細化して、鋳片の健全性を高める作用を有する。したがって、これらの元素の1種または2種を含有させてもよい。しかし、いずれの元素も高価であるため、それぞれの元素の含有量は0.003%以下とする。これらの元素の合計含有量は0.005%以下とすることが好ましい。これらの元素の上記作用による効果をより確実に得るには、いずれかの元素を0.0005%以上含有させることが好ましい。
1−2:ミクロ組織および集合組織
[主相]
主相は、40面積%以上のフェライトであり、かつ上記式(1)を満足する。
傾角15°以上の大角粒界で囲まれたフェライトの平均粒径dFを指標とするのは、傾角15°未満の小角粒界は隣接する結晶粒間の方位差が小さい低エネルギー界面であるため、第2相が析出し難く、第2相を微細に分散させる効果が小さく、伸びフランジ性向上への寄与が少ないためである。
第2相は、マルテンサイトおよびベイナイトの1種または2種からなる低温変態相を合計で10面積%以上ならびに残留オーステナイトを3面積%以上含有し、かつ上記式(2)〜(4)を満足する。
dM+B≦1.6 ・・・ (2a)
残留オーステナイトは面積率が3%未満になると優れた延性を確保することが困難である。したがって、残留オーステナイト面積率は3%以上とする。好ましくは5%以上である。
アスペクト比が5未満の残留オーステナイトの全残留オーステナイトに対する面積率rAsが上記式(4)を満足しないと、延性を向上させることが困難となる。したがって、アスペクト比が5未満の残留オーステナイトの全残留オーステナイトに対する面積率rAsは上記式(4)を満足するものとする。rAsの値は下記式(4a)を満足することが好ましい。
上記式(3)および(4)を満足することによって、延性向上効果を最大限発揮させ、かつ伸びフランジ性(穴拡げ性)の低下を極力抑えることができる。
本発明に係る冷延鋼板は、板厚の1/2深さ位置において、{100}<011>から{211}<011>までの方位群のX線強度の平均が、集合組織を持たないランダムな組織のX線強度の平均に対する比で6未満である集合組織を有することが好ましい。
上述した冷延鋼板の表面に耐食性の向上等を目的としてめっき層を設け、表面処理鋼板としてもよい。めっき層は電気めっき層であってもよく溶融めっき層であってもよい。電気めっき層としては、電気亜鉛めっき、電気Zn−Ni合金めっき等が例示される。溶融めっき層としては、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、溶融アルミニウムめっき、溶融Zn−Al合金めっき、溶融Zn−Al−Mg合金めっき、溶融Zn−Al−Mg−Si合金めっき等が例示される。
2−1:熱間圧延と圧延後の冷却
本発明では、後述する焼鈍により冷延鋼板の組織は微細化されるので、冷間圧延に供する熱延鋼板は常法により製造したものを用いてもよい。しかし、冷延鋼板の組織を一層微細化するために、冷間圧延に供する熱延鋼板の組織を微細化し、オーステナイト変態の核生成サイトを増大させることが好ましい。これは具体的には、傾角15°以上の大角粒界で囲まれる粒の微細化、および、セメンタイトやマルテンサイトなどの第2相を微細分散させることを指す。
圧延完了温度からの冷却では、下記式(5)を満足する冷却速度(Crate)で、圧延完了温度から(圧延完了温度−100℃)までの温度域を冷却することが好ましい。
圧延完了温度から(圧延完了温度−100℃)の温度までの圧延直後の冷却が上記式(5)を満たすことにより、熱間圧延によってオーステナイトに導入された歪みの回復および再結晶による消費を極力抑制して、鋼中に蓄積させた歪みエネルギーをオーステナイトからBCC相への変態駆動力として最大限に利用することができる。圧延直後の冷却速度を400℃/秒以上とする理由も、上記と同様に変態駆動力を増大させるためである。これにより、オーステナイトからBCC相への変態核生成の数を増加させ、熱延鋼板の組織を微細化することができる。このようにして製造される微細組織を有する熱延鋼板を素材とすることにより、冷延鋼板の組織をより一層微細化することができる。
上記の熱延鋼板に500〜700℃の温度で焼鈍を行ってもよい。この焼鈍は、特に300℃以下で巻き取った熱延鋼板に適している。
上記の方法で作製した熱延鋼板を酸洗後、冷間圧延を行う。これらは常法によればよい。冷間圧延は潤滑油を用いて行うこともできる。また、冷間圧延率の下限は特に規定する必要はないが、通常は20%以上である。冷間圧延率が85%を超えると冷間圧延設備への負担が大きくなるため、冷間圧延率は85%以下とすることが好ましい。
上記の冷間圧延で得られた鋼板の焼鈍は、(Ac1点+10℃)に到達した時点におけるオーステナイト変態していない領域に占める未再結晶率が30面積%以上となるように、15℃/秒以上の平均加熱速度で加熱する。
1)圧延完了直後に少なくとも100℃の温度降下量で1次冷却のみを行う;
2)圧延完了温度(FT)で所定時間保持(放冷)した後、少なくとも100℃の温度降下量で1次冷却のみを行う;または
3)圧延完了直後に1次冷却を行い、圧延完了温度(FT)から30〜80℃冷却した段階で1次冷却を停止し、その温度で所定時間温度保持(放冷)した後、2次冷却を行う。
このようにして得られた熱延鋼板を、常法に従って、塩酸での酸洗と、表2に示す圧下率での冷間圧延とを施して、鋼板の板厚を1.0〜1.2mmとした。その後、実験室規模の焼鈍設備を利用して、表2に示す加熱速度、焼鈍温度、焼鈍時間で焼鈍を行い、650℃から500℃の温度域を表2に示す冷却速度で冷却し、さらに、以下のA〜Iに示す熱処理を施したのち、2℃/秒で常温まで冷却して、冷延鋼板を得た。なお、焼鈍後の冷却は窒素ガスにより行った。表2及び表3において、下線部の数値は本発明の範囲外であることを意味する。
B:400℃で330秒保持、
C:425℃で330秒保持、
D:480℃で15秒保持後、460℃まで冷却して溶融亜鉛めっき浴浸漬を模擬し、さらに500℃に加熱して合金化処理を模擬、
E:480℃で60秒保持後、460℃まで冷却して溶融亜鉛めっき浴浸漬を模擬し、さらに520℃に加熱して合金化処理を模擬、
F:480℃で60秒保持後、460℃まで冷却して溶融亜鉛めっき浴浸漬を模擬し、さらに540℃に加熱して合金化処理を模擬、
G:375℃で60秒保持後、460℃まで加熱して溶融亜鉛めっき浴浸漬を模擬し、さらに500℃に加熱して合金化処理を模擬、
H:400℃で60秒保持後、460℃まで加熱して溶融亜鉛めっき浴浸漬を模擬し、さらに500℃に加熱して合金化処理を模擬、
I:425℃で60秒保持後、460℃まで加熱して溶融亜鉛めっき浴浸漬を模擬し、さらに500℃に加熱して合金化処理を模擬。
dF≦5.0 ・・・ (1)
dM+B≦1.6 ・・・ (2)
dAs≦1.5 ・・・ (3)
rAs≧50 ・・・ (4)
上記式中、
dFは傾角15°以上の大角粒界で規定されるフェライトの平均粒径(単位:μm)であり、
dM+Bは前記低温変態相の平均粒径(単位:μm)であり、
dAsはアスペクト比が5未満の残留オーステナイトの平均粒径(単位:μm)であり、そして
rAsはアスペクト比が5未満の残留オーステナイトの全残留オーステナイトに対する面積率(%)である。
別の側面からは、本発明は、(8)下記工程(A)および(B)を有することを特徴とする上記冷延鋼板の製造方法である。
(B)工程(A)において得られた冷延鋼板に、(Ac1点+10℃)に到達した時点におけるオーステナイト変態していない領域に占める未再結晶率が30面積%以上となるように15℃/秒以上の平均加熱速度で加熱し、その後さらに(0.9×Ac1点+0.1×Ac3点)以上(Ac3点+100℃)以下の温度域で30秒間以上保持することを含む条件下で焼鈍を施す焼鈍工程。
Crate(T)は冷却速度(℃/s)(正の値)であり、
Tは圧延完了温度をゼロとする相対温度(℃、負の値)であり、
Crateが零である温度がある場合、その温度での滞留時間(Δt)をIC(T)で除した値をその区間の積分として加算する。
(A)上記化学組成を有する熱延鋼板であって、該熱延鋼板が、Ar 3 点以上で圧延を完了する熱間圧延完了後に、下記式(5)を満足する冷却速度(Crate)で、圧延完了温度から(圧延完了温度−100℃)までの温度域を冷却する熱間圧延工程により得られた、傾角15°以上の大角粒界で規定されるBCC相の平均粒径が6μm以下の鋼板であり、該熱延鋼板に冷間圧延を施して冷延鋼板とする冷間圧延工程
(B)工程(A)において得られた冷延鋼板に、(Ac 1 点+10℃)に到達した時点におけるオーステナイト変態していない領域に占める未再結晶率が30面積%以上となるように15℃/秒以上の平均加熱速度で加熱し、その後さらに(0.9×Ac 1 点+0.1×Ac 3 点)以上(Ac 3 点+100℃)以下の温度域で30秒間以上保持することを含む条件下で焼鈍を施す焼鈍工程;および
(C)工程(B)において得られた冷延鋼板にめっき処理を施すめっき工程。
Crate(T)は冷却速度(℃/s)(正の値)であり、
Tは圧延完了温度をゼロとする相対温度(℃、負の値)であり、
Crateが零である温度がある場合、その温度での滞留時間(Δt)をIC(T)で除した値をその区間の積分として加算する。
本発明により、TiやNb等の析出元素の多量添加によらずとも、冷間圧延および焼鈍後の組織を効果的に微細化することが可能となり、延性および伸びフランジ性に優れた高強度冷延鋼板およびその製造方法が実現可能となる。本発明において利用する組織の微細化機構は従来法におけるものとは異なるため、オーステナイト単相域で焼鈍を行う場合においても効果的であり、また、安定した材質が得られる程度に焼鈍時の保持時間を長くしても微細組織を得ることができる。
dF≦4.3・・・ (1)
dM+B≦1.6 ・・・ (2)
dAs≦1.5 ・・・ (3)
rAs≧50 ・・・ (4)
上記式中、
dFは傾角15°以上の大角粒界で規定されるフェライトの平均粒径(単位:μm)であり、
dM+Bは前記低温変態相の平均粒径(単位:μm)であり、
dAsはアスペクト比が5未満の残留オーステナイトの平均粒径(単位:μm)であり、そして
rAsはアスペクト比が5未満の残留オーステナイトの全残留オーステナイトに対する面積率(%)である。
Claims (14)
- 質量%で、C:0.06〜0.3%、Si:0.4〜2.5%、Mn:0.6〜3.5%、P:0.1%以下、S:0.05%以下、Ti:0〜0.08%、Nb:0〜0.04%、TiおよびNbの合計含有量:0〜0.10%、sol.Al:0〜2.0%、Cr:0〜1%、Mo:0〜0.3%、V:0〜0.3%、B:0〜0.005%、Ca:0〜0.003%、REM:0〜0.003%、残部がFeおよび不純物である化学組成を有し、
主相としてフェライトを40面積%以上、第2相としてマルテンサイトおよびベイナイトの1種または2種からなる低温変態相を合計で10面積%以上ならびに残留オーステナイトを3面積%以上含有し、かつ下記式(1)〜(4)を満足するミクロ組織を有することを特徴とする冷延鋼板。
dF≦5.0 ・・・ (1)
dM+B≦2.0 ・・・ (2)
dAs≦1.5 ・・・ (3)
rAs≧50 ・・・ (4)
上記式中、
dFは傾角15°以上の大角粒界で規定されるフェライトの平均粒径(単位:μm)であり、
dM+Bは前記低温変態相の平均粒径(単位:μm)であり、
dAsはアスペクト比が5未満の残留オーステナイトの平均粒径(単位:μm)であり、そして
rAsはアスペクト比が5未満の残留オーステナイトの全残留オーステナイトに対する面積率(%)である。 - 板厚の1/2深さ位置において、{100}<011>から{211}<011>の方位群のX線強度の平均が、集合組織を持たないランダムな組織のX線強度の平均に対する比で6未満である集合組織を有する、請求項1に記載の冷延鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、Ti:0.005〜0.08%およびNb:0.003〜0.04%からなる群から選択される1種または2種を含有する、請求項1または2に記載の冷延鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、sol.Al:0.1〜2.0%を含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の冷延鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、Cr:0.03〜1%、Mo:0.01〜0.3%およびV:0.01〜0.3%からなる群から選択される1種もしくは2種以上を含有する、請求項1〜4のいずれかに記載の冷延鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、B:0.0003〜0.005%を含有する、請求項1〜5のいずれかに記載の冷延鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、Ca:0.0005〜0.003%およびREM:0.0005〜0.003%からなる群から選択される1種または2種を含有する、請求項1〜6のいずれかに記載の冷延鋼板。
- 鋼板表面にめっき層を有する請求項1〜7のいずれかに記載の冷延鋼板。
- 下記工程(A)および(B)を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法:
(A)請求項1および3〜7のいずれかに記載の化学組成を有する熱延鋼板に冷間圧延を施して冷延鋼板とする冷間圧延工程;および
(B)工程(A)において得られた冷延鋼板に、(Ac1点+10℃)に到達した時点におけるオーステナイト変態していない領域に占める未再結晶率が30面積%以上となるように15℃/秒以上の平均加熱速度で加熱し、その後さらに(0.9×Ac1点+0.1×Ac3点)以上(Ac3点+100℃)以下の温度域で30秒間以上保持することを含む条件下で焼鈍を施す焼鈍工程。 - 前記熱延鋼板が、熱間圧延完了後に300℃以下で巻き取り、その後、500〜700℃の温度域で熱処理を施すことにより得られたものである、請求項9に記載の冷延鋼板の製造方法。
- 前記温度域での冷却が、400℃/秒以上の冷却速度で冷却を開始し、この冷却速度で30℃以上の温度区間を冷却することを含む、請求項11に記載の冷延鋼板の製造方法。
- 前記温度域での冷却が、400℃/秒以上の冷却速度で水冷により冷却を開始し、この冷却速度で30℃以上80℃以下の温度区間を冷却した後、0.2〜1.5秒の水冷停止期間を設けてその間に板形状の計測を行い、その後50℃/秒以上の速度で冷却することを含む、請求項11に記載の冷延鋼板の製造方法。
- 前記工程(B)の後に、冷延鋼板にめっき処理を施す工程をさらに有する、請求項9〜13のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法。
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