JPWO2016190397A1 - 鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
C :0.10〜0.40%、
Si:0.30〜1.00%、
Mn:0.30〜1.00%、
Al:0.001〜0.10%、
P :0.02%以下、
S :0.01%以下
を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板において、
フェライト粒内の炭化物の個数(A)に対するフェライト粒界の炭化物の個数(B)の比率(B/A)が1を超え、
フェライト粒径が5μm以上50μm以下であり、
炭化物の平均粒子径が0.4μm以上2.0μm以下であり、
パーライト面積率が6%以下であり、
ビッカース硬さが120HV以上170HV以下であることを特徴とする鋼板。
N :0.01%以下、
O :0.02%以下
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする前記(1)に記載の鋼板。
Ti:0.10%以下、
Cr:0.50%以下、
Mo:0.50%以下、
B :0.01%以下、
Nb:0.10%以下、
V :0.10%以下、
Cu:0.10%以下、
W :0.10%以下、
Ta:0.10%以下、
Ni:0.10%以下、
Sn:0.05%以下、
Sb:0.05%以下、
As:0.05%以下、
Mg:0.05%以下、
Ca:0.05%以下、
Y :0.05%以下、
Zr:0.05%以下、
La:0.05%以下、
Ce:0.05%以下
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の鋼板。
(i)前記(1)〜(3)のいずれかに記載の成分組成の鋼片を、直接、又は、一旦冷却後加熱して熱間圧延に供し、800℃以上900℃以下の温度域で仕上げ圧延を完了した熱延鋼板を400℃以上550℃以下で捲き取り、
(ii)巻き取った熱延鋼板を払い出し、酸洗を施した後、650℃以上720℃以下の温度域で3時間以上60時間以下保持する1段目の焼鈍を施し、さらに、725℃以上790℃以下の温度域で3時間以上50時間以下保持する2段目の焼鈍を施す、2段ステップ型の焼鈍を施し、
(iii)上記焼鈍後の熱延鋼板を、1℃/時間以上30℃/時間以下に制御した冷却速度で650℃まで冷却し、次いで、室温まで冷却する
ことを特徴とする鋼板の製造方法。
Cは、炭化物を形成し、鋼の強化及びフェライト粒の微細化に有効な元素である。冷間成形時、鋼板表面に梨地が発生することを抑制し、冷間成形品の表面美観を確保するためには、フェライト粒の粗大化を抑制する必要がある。0.10%未満では、炭化物の体積率が不足し、焼鈍中、フェライト粒の粗大化を抑制できないので、Cは0.10%以上とする。好ましくは0.14%以上である。一方、Cが0.40%を超えると、炭化物の体積率が増加し、冷間成形性及び熱処理後延性が低下するので、Cは0.40%以下とする。好ましくは0.38%以下である。
Siは、炭化物の形態に影響を及ぼし、熱処理後の延性の向上に寄与する元素である。フェライト粒内の炭化物の個数を低減し、フェライト粒界の炭化物の個数を増大するためには、2段ステップ型の焼鈍(以下「2段焼鈍」ということがある。)により、焼鈍中にオーステナイト相を生成させ、一旦、炭化物を溶解した後、徐冷し、フェライト粒界への炭化物の析出を促進する必要がある。
Mnは、2段焼鈍において、炭化物の形態を制御する元素である。0.30%未満では、2段焼鈍後の徐冷において、フェライト粒界に、炭化物を生成させることが困難となるので、Mnは0.30%以上とする。好ましくは0.33%以上である。一方、1.00%を超えると、フェライトの硬度が増大し、冷間成形性が低下するので、Mnは1.00%以下とする。好ましくは0.96%以下である。
Alは、脱酸剤として作用するとともに、フェライトを安定化する元素である。0.001%未満では、添加による前記効果が十分に得られないので、Alは0.001%以上とする。好ましくは0.004%以上である。一方、0.10%を超えると、フェライト粒界の炭化物の個数が減少し、冷間成形性が低下するので、Alは0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下である。
Pは、フェライト粒界に偏析し、フェライト粒界における炭化物の生成を抑制する作用をなす元素である。それ故、Pの含有量は、少ないほど好ましく、0%でも良いが、0.0001%未満に低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、0.0001%以上としても良い。Pの含有量は0.0013%以上であっても良い。一方、Pが0.02%を超えると、フェライト粒界における炭化物の生成が抑制されて、炭化物の個数が減少し、冷間成形性が低下するので、Pは0.02%以下とする。好ましくは0.01%以下である。
Sは、MnSなどの非金属介在物を形成する元素である。非金属介在物は、冷間成形時に割れの起点となるので、Sは、少ないほど好ましく、0%でも良いが、0.0001%未満に低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、0.0001%以上としても良い。Sの含有量は0.0012%以上としても良い。一方、0.01%を超えると、非金属介在物が生成し、冷間成形性が低下するので、Sは0.01%以下とする。好ましくは0.009%以下である。
Nは、多量に存在すると、フェライトを脆化させる元素である。それ故、Nは、少ないほど好ましく、Nの含有量は0でも良いが、0.0001%未満に低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、0.0001%以上として良い。Nの含有量は0.0006%以上としても良い。一方、0.01%を超えると、フェライトが脆化し、冷間成形性が低下するので、Nは0.01%以下とする。好ましくは0.007%以下である。
Oは、多量に存在すると、粗大な酸化物を形成する元素である。それ故、Oは、少ないほど好ましく、0%でも良いが、0.0001%未満に低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、0.0001%以上として良い。Oの含有量は0.0011%以上として良い。一方、0.02%を超えると、鋼中に粗大な酸化物が生成し、冷間成形時に割れの起点となるので、Oは0.02%以下とする。好ましくは0.01%以下である。
Tiは、窒化物を形成し、結晶粒の微細化に寄与する元素である。0.001%未満では、添加による効果が十分に得られないので、Tiは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.005%以上である。一方、0.10%を超えると、粗大なTi窒化物が生成し、冷間成形性が低下するので、Tiは0.10%以下とする。好ましくは0.07%以下である。
Crは、焼入れ性の向上に寄与する一方で、炭化物に濃化して炭化物を安定化し、オーステナイト相内でも安定な炭化物を形成する元素である。0.001%未満では、焼入れ性向上効果が得られないので、Crは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.007%以上である。一方、0.50%を超えると、オーステナイト相内で安定な炭化物が生成し、焼入れ時に炭化物の溶解が遅れ、所要の焼入れ強度が得られないので、Crは0.50%以下とする。好ましくは0.48%以下である。
Moは、Mnと同様に、炭化物の形態制御に有効な元素であり、また、組織を微細化して延性の向上に寄与する元素である。0.001%未満では、添加による効果が得られないので、Moは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.017%以上である。一方、0.50%を超えると、r値の面内異方性が低下し、冷間成形性が低下するので、Moは0.50%以下とする。好ましくは0.45%以下である。
Bは、焼入れ性の向上に寄与する元素である。0.0004%未満では、添加による効果が得られないので、Bは0.0004%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.0010%以上である。一方、0.01%を超えると、粗大なB化物が生成し、冷間成形性が低下するので、Bは0.01%以下とする。好ましくは0.008%以下である。
Nbは、炭化物の形態制御に有効な元素であり、また、組織を微細化して延性の向上に寄与する元素である。0.001%未満では、添加による効果が得られないので、Nbは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.002%以上である。一方、0.10%を超えると、微細なNb炭化物が多数生成して、強度が上昇しすぎるとともに、フェライト粒界の炭化物の個数が低下し、冷間成形性が低下するので、Nbは0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下である。
Vも、Nbと同様に、炭化物の形態制御に有効な元素であり、また、組織を微細化して延性の向上に寄与する元素である。0.001%未満では、添加による効果が得られないので、Vは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.004%以上である。一方、0.10%を超えると、微細なV炭化物が多数生成して、強度が上昇しすぎるとともに、フェライト粒界の炭化物の個数が低下し、冷間成形性が低下するので、Vは0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下である。
Cuは、フェライト粒界に偏析する元素であり、また、微細な析出物を形成して強度の向上に寄与する元素である。0.001%未満では、強度向上の効果が得られないので、Cuは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.004%以上である。一方、0.10%を超えると、フェライト粒界への偏析が赤熱脆性を招き、熱間圧延での生産性が低下するので、0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下である。
Wも、Nb、Vと同様に、炭化物の形態制御に有効な元素である。0.001%未満では、添加による効果が得られないので、Wは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.003%以上である。一方、0.10%を超えると、微細なW炭化物が多数生成して強度が上昇しすぎるとともに、フェライト粒界の炭化物の個数が減少し、冷間成形性が低下するので、Wは0.10%以下とする。好ましくは0.08%以下である。
Taも、Nb、V、Wと同様に、炭化物の形態制御に有効な元素である。0.001%未満では、添加による効果が得られないので、Taは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.007%以上である。一方、0.10%を超えると、微細なTa炭化物が多数生成し、強度が上昇しすぎるとともに、フェライト粒界の炭化物の個数が減少し、冷間成形性が低下するので、Taは0.10%以下とする。好ましくは、0.09%以下である。
Niは、延性の向上に有効な元素である。0.001%未満では、添加による効果が得られないので、Niは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.002%以上である。一方、0.10%を超えると、フェライト粒界の炭化物の個数が減少し、冷間成形性が低下するので、Niは0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下である。
Snは、鋼原料から不可避的に混入する元素である。それ故、Snは、少ないほど好ましいので、0%であっても良いが、0.001%未満に低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、Snは0.001%以上としても良い。Snの含有量は、0.002%以上としても良い。一方、0.05%を超えると、フェライトが脆化して、冷間成形性が低下するので、Snは0.05%以下とする。好ましくは、0.04%以下である。
Sbは、Snと同様に、鋼原料から不可避的に混入して、フェライト粒界に偏析し、フェライト粒界の炭化物の個数を低減する元素である。それ故、Sbは、少ないほど好ましいので、0%であっても良い。但し、0.001%未満に低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、Sbは0.001%以上としても良い。Sbの含有量は0.002%以上としても良い。一方、0.05%を超えると、Sbがフェライト粒界に偏析し、フェライト粒界の炭化物の個数が減少し、冷間成形性が低下するので、Sbは0.05%以下とする。好ましくは0.04%以下である。
Asは、Sn、Sbと同様に、鋼原料から不可避的に混入し、フェライト粒界に偏析する元素である。それ故、Asは、少ないほど好ましいので、0%であっても良い。但し、0.001%未満に低減すると、精錬コストが大幅に増加するので、Asは0.001%以上としても良い。好ましくは0.002%以上としても良い。一方、0.05%を超えると、Asがフェライト粒界に偏析し、フェライト粒界の炭化物の個数が減少し、冷間成形性が低下するので、Asは0.05%以下とする。好ましくは0.04%以下である。
Mgは、微量の添加で硫化物の形態を制御できる元素である。0.0001%未満では、添加による効果が得られないので、Mgは0.0001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.0008%以上である。一方、0.05%を超えると、フェライトが脆化し、冷間成形性が低下するので、Mgは0.05%以下とする。好ましくは0.04%以下である。
Caは、Mgと同様に、微量の添加で硫化物の形態を制御できる元素である。0.001%未満では、添加による効果が得られないので、Caは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.003%以上である。一方、0.05%を超えると、粗大なCa酸化物が生成し、冷間成形時に割れの起点となるので、Caは0.05%以下とする。好ましくは0.04%以下である。
Yは、Mg、Caと同様に、微量の添加で硫化物の形態を制御できる元素である。0.001%未満では、添加による効果が得られないので、Yは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.003%以上である。一方、0.05%を超えると、粗大なY酸化物が生成し、冷間成形時に割れの起点となるので、Yは0.05%以下とする。好ましくは0.03%以下である。
Zrは、Mg、Ca、Yと同様に、微量の添加で硫化物の形態を制御できる元素である。0.001%未満では、添加による効果が得られないので、Zrは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.004%以上である。一方、0.05%を超えると、粗大なZr酸化物が生成し、冷間成形時に割れの起点となるので、Zrは0.05%以下とする。好ましくは0.04%以下である。
Laは、微量の添加で硫化物の形態を制御できる元素であるが、フェライト粒界に偏析し、フェライト粒界の炭化物の個数を低減する元素でもある。0.001%未満では、硫化物の形態制御効果が得られないので、Laは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.003%以上である。一方、0.05%を超えると、フェライト粒界に偏析し、フェライト粒界の炭化物の個数が減少し、冷間成形性が低下するので、Laは0.05%以下とする。好ましくは0.04%以下である。
Ceは、Laと同様に、微量の添加で硫化物の形態を制御できる元素であるが、フェライト粒界に偏析し、フェライト粒界の炭化物の個数を低減する元素でもある。0.001%未満では、硫化物の形態制御効果が得られないので、Ceは0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.003%以上である。一方、0.05%を超えると、フェライト粒界に偏析し、フェライト粒界の炭化物の個数が減少し、冷間成形性が低下するので、Ceは0.05%以下とする。好ましくは0.04%以下である。
本発明鋼板の組織は、実質的に、フェライトと炭化物で構成される組織である。そして、フェライト粒内の炭化物の個数(A)に対するフェライト粒界の炭化物の個数(B)の比率(B/A)が1を超える組織とする。
焼鈍後の鋼板組織において、フェライト粒径を5μm以上とすることで、冷間成形性を改善することができる。フェライト粒径が5μm未満であると、硬さが増加して、冷間成形時に亀裂やクラックが発生し易くなるので、フェライト粒径は5μm以上とする。好ましくは7μm以上である。一方、フェライト粒径が50μmを超えると、すべりの伝播を抑制する結晶粒界の炭化物の個数が減少し、冷間成形性が低下するので、フェライト粒径は50μm以下とする。好ましくは38μm以下である。
本発明鋼板の組織に含有される炭化物の平均粒子径が0.4μm未満であると、鋼板の硬さが著しく増加し、冷間成形性が低下するので、前記炭化物の平均粒子径は0.4μm以上とする。好ましくは0.6μm以上である。一方、本発明鋼板の組織に含有される炭化物の平均粒子径が2.0μmを超えると、冷間成形時に炭化物が亀裂の起点となるので、前記炭化物の平均粒子径は2.0μm以下とする。好ましくは1.95μm以下である。
パーライト面積率が6%を超えると、鋼板の硬さが著しく増加し、冷間成形性が低下するので、パーライト面積率は6%以下とする。好ましくは5%以下である。
鋼板のビッカース硬さを120HV以上170HV以下とすることで、冷間成形性を向上させることができる。ビッカース硬さが120HV未満であると、冷間成形時に座屈が発生し易くなるので、ビッカース硬さは120HV以上とする。好ましくは130HV以上である。一方、ビッカース硬さが170HVを超えると、延性が低下し、冷間成形時に内部割れが起き易くなるので、ビッカース硬さは170HV以下とする。好ましくは160HV以下である。
鋼片を一旦冷却後加熱して熱間圧延に供する場合、加熱温度は1000℃以上1250℃以下が好ましく、加熱時間は0.5時間以上3時間以下が好ましい。鋼片を、直接、熱間圧延に供する場合、鋼片温度は1000℃以上1250℃以下が好ましい。
熱間圧延の仕上げ圧延は、800℃以上900℃以下の温度域で完了する。仕上げ温度が800℃未満であると、鋼板の変形抵抗が増加して、圧延負荷が著しく上昇し、また、ロール磨耗量が増大して、生産性が低下する。そのため、本発明において仕上げ温度は800℃以上とする。好ましくは830℃以上である。
仕上げ圧延後の熱延鋼板をROTで冷却する際、冷却速度は10℃/秒以上100℃/秒以下が好ましい。冷却速度が10℃/秒未満であると、冷却途中に分厚いスケールが生成し、それに起因する疵の発生を抑制できないので、冷却速度は10℃/秒以上が好ましい。より好ましくは15℃/秒以上である。
捲取温度は400℃以上550℃以下とする。捲取温度が400℃未満であると、捲取り前に未変態であったオーステナイトが硬いマルテンサイトに変態し、熱延鋼板コイルの払い出し時に、熱延鋼板の表層にクラックが発生し、冷間成形性が低下する。上記変態を抑制するため、捲取温度は400℃以上とする。好ましくは430℃以上である。
1段目の焼鈍は、AC1点以下の温度域で行なう。この焼鈍により、炭化物を粗大化させるとともに、合金元素を濃化させ、炭化物の熱的安定性を高める。その後、AC1点以上A3点以下の温度域に昇温し、オーステナイトを組織中に生成させる。その後、徐冷して、オーステナイトをフェライトに変態させ、オーステナイト中の炭素濃度を高める。
2段目の焼鈍における焼鈍温度(2段目焼鈍温度)は725℃以上790℃以下とする。2段目焼鈍温度が725℃未満であると、オーステナイトの生成量が少なく、フェライト粒界における炭化物の個数(B)が低下する。このため、2段目焼鈍温度は725℃以上とする。好ましくは715℃以下である。一方、2段目焼鈍温度が790℃を超えると、炭化物をオーステナイトに残存させることが困難となり、前述の組織変化の制御が難しくなるので、2段目焼鈍温度は790℃以下とする。好ましくは770℃以下である。
成分組成の影響を調べるため、表1−1、表1−2(本発明鋼板の成分組成)及び表2−1、表2−2(比較鋼板の成分組成)に示す成分組成の連続鋳造鋳片(鋼片)に対して、以下の条件で熱間圧延工程から2段焼鈍工程までの工程を実施して、表3に示される特性評価用の試料(発明鋼A−1〜Z−1及び比較鋼AA−1〜AZ−1)を作製した。尚、表1−1、表1−2のNo.A〜Zの鋼片は、いずれも本発明鋼板の成分組成を有して。一方、表2−1、表2−2のNo.AA〜AZの鋼片の成分組成は、いずれも本発明鋼板の成分組成の範囲外である。
熱間圧延の仕上げ圧延、鋼板の捲取工程及び2段焼鈍工程のそれぞれの条件の影響を調べるため、以下のようにNo.A−2〜Z−2の試験用鋼板を作製した。すなわち、まず、表1−1及び表1−2に示す成分組成の鋼片No.A〜Zのそれぞれを、1240℃で1.8時間加熱した後、熱間圧延に供し、表4に示す条件で、熱間圧延の仕上げ圧延を完了し、その後、ROT上で45℃/秒の冷却速度で冷却し、表4に示す捲取温度で捲き取り、板厚3.0mmの熱延鋼板コイルを製造した。
C :0.10〜0.40%、
Si:0.30〜1.00%、
Mn:0.30〜1.00%、
Al:0.001〜0.10%、
P :0.02%以下、
S :0.01%以下、
N :0.01%以下
を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板において、
フェライト粒内の炭化物の個数(A)に対するフェライト粒界の炭化物の個数(B)の比率(B/A)が1を超え、
フェライト粒径が5μm以上50μm以下であり、
炭化物の平均粒子径が0.4μm以上2.0μm以下であり、
パーライト面積率が6%以下であり、
ビッカース硬さが120HV以上170HV以下であることを特徴とする鋼板。
O :0.02%以下
を含有することを特徴とする前記(1)に記載の鋼板。
Claims (5)
- 成分組成が、質量%で、
C :0.10〜0.40%、
Si:0.30〜1.00%、
Mn:0.30〜1.00%、
Al:0.001〜0.10%、
P :0.02%以下、
S :0.01%以下
を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板において、
フェライト粒内の炭化物の個数(A)に対するフェライト粒界の炭化物の個数(B)の比率(B/A)が1を超え、
フェライト粒径が5μm以上50μm以下であり、
炭化物の平均粒子径が0.4μm以上2.0μm以下であり、
パーライト面積率が6%以下であり、
ビッカース硬さが120HV以上170HV以下であることを特徴とする鋼板。 - 前記鋼板が、さらに、質量%で、
N :0.01%以下、
O :0.02%以下
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の鋼板。 - 前記鋼板が、さらに、質量%で、
Ti:0.10%、
Cr:0.50%、
Mo:0.50%、
B :0.01%、
Nb:0.10%、
V :0.10%、
Cu:0.10%、
W :0.10%、
Ta:0.10%、
Ni:0.10%、
Sn:0.05%、
Sb:0.05%、
As:0.05%、
Mg:0.05%、
Ca:0.05%、
Y :0.05%、
Zr:0.05%、
La:0.05%、
Ce:0.05%
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼板。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の鋼板を製造する製造方法であって、
(i)請求項1乃至3のいずれか1項に記載の成分組成の鋼片を、直接、又は、一旦冷却後加熱して熱間圧延に供し、800℃以上900℃以下の温度域で仕上げ圧延を完了した熱延鋼板を400℃以上550℃以下で捲き取り、
(ii)巻き取った熱延鋼板を払い出し、酸洗を施した後、650℃以上720℃以下の温度域で3時間以上60時間以下保持する1段目の焼鈍を施し、さらに、725℃以上790℃以下の温度域で3時間以上50時間以下保持する2段目の焼鈍を施す、2段ステップ型の焼鈍を施し、
(iii)上記焼鈍後の熱延鋼板を、1℃/時間以上30℃/時間以下に制御した冷却速度で650℃まで冷却し、次いで、室温まで冷却する
ことを特徴とする鋼板の製造方法。 - 前記熱間圧延に供する鋼片の温度が1000〜1250℃であることを特徴とする請求項4に記載の鋼板の製造方法。
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