WO2016157257A1 - 高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、打抜き加工性に優れたTSが780MPa以上の高強度鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
[1]質量%で、C:0.07%以上0.15%以下、Si:0.01%以上0.50%以下、Mn:2.0%以上3.0%以下、P:0.001%以上0.050%以下、S:0.0005%以上0.010%以下、sol.Al:0.005%以上0.100%以下、N:0.0001%以上0.0060%以下、Ti:0.01%以上0.10%以下、Nb:0.01%以上0.10%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成と、フェライト相、マルテンサイト相およびベイナイト相を含み、マルテンサイト相の面積率が20%以上50%以下であり、マルテンサイト相のうち平均結晶粒径が1.0μm未満の結晶粒の割合が面積率で5~30%であり、平均結晶粒径が1.0~4.0μmの結晶粒の割合が面積率で70~95%であり、平均結晶粒径が4.0μm超えの結晶粒の割合が面積率で5%未満である鋼組織と、を備え、引張強度が780MPa以上である打抜き加工性に優れた高強度鋼板。
先ず、本発明の高強度鋼板の成分組成について説明する。以下の説明において、成分の含有量を表す「%」は「質量%」を意味する。
Cは鋼板の高強度化に有効な元素であり、マルテンサイトを形成することで高強度化に寄与する。また、CはNbやTiといった炭化物形成元素と微細な炭化物、あるいは、炭窒化物を形成することで高強度化に寄与する。これらの効果を得るためには、C含有量は0.07%以上とすることが必要である。一方、C含有量が0.15%超えではスポット溶接性が著しく劣化する。またC含有量が0.15%超えではマルテンサイト相の増加により鋼板が硬質化し、プレス成形性が低下する場合がある。したがって、C含有量は0.07%以上0.15%以下とする。780MPa以上のTSを安定的に確保する観点からは、C含有量を0.08%以上とすることが好ましく、打抜き後の打抜き端面およびその近傍の成形性を安定的に確保する観点からは、0.12%以下とすることがより好ましい。
Siの添加は、赤スケール等の発生により表面性状の劣化や、めっき付着・密着性の劣化を引き起こす。したがって、Si含有量は0.50%以下とする。溶融亜鉛めっき鋼板においては、0.20%以下が好ましい。一方で、Siは延性を改善するとともに強度向上に寄与する元素である。これらの効果を得るためにはSi含有量を0.01%以上とすることが必要である。以上より、Si含有量は0.01%以上0.50%以下とする。
Mnは、鋼板の強度を向上させる上で有効な元素であり、複合組織を得るために有効に作用する元素である。また、MnはAc3変態点を低下させる元素であり、本発明において、オーステナイト単相域での焼鈍を安定的に実施するためには、Mn含有量は2.0%以上必要である。さらに、加熱焼鈍時に存在するオ-ステナイトから冷却過程において安定的に低温変態相を得て強度を確保する上でも、Mn含有量は2.0%以上が好ましい。一方、Mn含有量が3.0%を超えると、いわゆるMnバンドと呼ばれる板厚1/2部分へのMn偏析が顕著となる。この偏析部分の焼入れ性が高まることで、マルテンサイトが圧延方向に列状に多く生成してしまい、プレス成形性が大幅に低下する。したがって、Mn含有量は2.0%以上3.0%以下とする。好ましくは、2.2%以上2.8%以下である。
Pは、鋼中に固溶して鋼板の高強度化に寄与する元素である。一方で、Pは、粒界への偏析により粒界の結合力を低下させ加工性を劣化させ、また鋼板表面への濃化により化成処理性、耐食性などを低下させる元素でもある。P含有量が0.050%を超えると、上記影響は顕著に現れる。しかし、P含有量の過度の低減は製造コストの増加を伴う。以上より、P含有量は0.001%以上0.050%以下とする。
Sは加工性に悪影響を及ぼす元素である。S含有量が増加すると、Sは介在物MnSとして存在し、特に材料の局部延性を低下させ、加工性を低下させる。また硫化物の存在により溶接性も悪くなる。このような悪影響はS含有量を0.010%以下とすることにより避けることができる。好ましくは、S含有量を0.005%以下とすることによりプレス加工性を顕著に改善することが可能となる。しかし、S含有量の過度の低減は製造コストの増加を伴う。以上より、S含有量は0.0005%以上0.010%以下とする。
Alは、脱酸材として有効な元素であり、この効果を発揮するために、sol.Al含有量を0.005%以上とする。一方、sol.Al含有量が0.100%を超えると、原料コストの上昇を招くとともに、鋼板の表面欠陥を誘発する原因にもなる。したがって、sol.AlとしてのAl含有量は0.005%以上0.100%以下とする。
Nは、本発明において、その含有量が少ないほど望ましい。本発明において、N含有量は0.0060%までは許容できる。また、N含有量の過度の低減は製造コストの増加を伴う。以上より、N含有量は0.0001%以上0.0060%以下とする。
Tiの微細析出物(主として炭化物、窒化物、炭窒化物。以下炭窒化物と称す)は、強度の上昇に寄与し、さらにフェライトおよびマルテンサイトの微細化にも有利に作用する。このような作用を得るためには、Ti含有量を0.01%以上とする必要がある。好ましくは0.02%以上である。一方、多量のTiを添加しても、通常の熱間圧延工程における再加熱時においては、炭窒化物を全量固溶させることができず、粗大な炭窒化物が残る。多量のTi含有により、プレス成形性が劣化するばかりでなく、合金コストの増加も招いてしまう。したがって、Ti含有量は0.10%以下とする必要がある。以上より、Ti含有量は0.01%以上0.10%以下とする。
Nbの微細析出物(主として炭窒化物)は、強度の上昇に寄与し、さらにフェライトおよびマルテンサイトの微細化にも有利に作用する。Nb含有によりこのような作用を得るためには、Nb含有量を0.01%以上とする必要がある。好ましくは0.02%以上である。一方、多量のNbを添加しても、通常の熱間圧延工程における再加熱時においては、炭窒化物を全量固溶させることができず、粗大な炭窒化物が残るため、プレス成形性が劣化するばかりでなく、合金コストの増加も招いてしまう。したがって、Nb含有量は0.10%以下とする必要がある。上記の通り、Nb含有量は0.01%以上0.10%以下とする。
Moは焼入れ性を向上させ、マルテンサイトを生成することで高強度化に寄与する元素であり、必要に応じて含有することができる。このような効果を発現させるため、Mo含有量は0.05%以上であることが好ましい。一方、Mo含有量が1.00%を超えると上記効果が飽和するだけではなく、原料コストの増加を招く。したがって、Mo含有量は0.05%以上1.00%以下が好ましい。
Crは焼入れ性を向上させ、マルテンサイトを生成することで高強度化に寄与する元素であり、必要に応じて含有することができる。このような効果を発現させるため、Cr含有量は0.05%以上であることが好ましい。一方、Cr含有量が1.00%を超えると上記効果が飽和するだけではなく、原料コストの増加を招く。したがって、Cr含有量は0.05%以上1.00%以下が好ましい。
VはNb、Tiと同様、微細な炭窒化物を形成することで、強度上昇に寄与するため、必要に応じて含有することができる。このような効果を発現させるためにはV含有量を0.02%以上とすることが好ましい。一方、V含有量が0.50%を超えると、効果が飽和するだけでなく原料コストの増加を招く。このためVの含有量は0.50%以下が好ましい。
Zrも微細な炭窒化物を形成することで、強度を高めるのに有効であり、必要に応じて含有することができる。このような効果を発現させるためには、Zr含有量を0.02%以上にする必要がある。一方、Zr含有量が0.20%を超えると効果が飽和するだけでなく原料コストの増加を招く。したがって、Zrの含有量は0.02%以上0.20%以下とするのが望ましい。
Bは、オーステナイト粒界からのフェライトの生成・成長を抑制する作用を有するので必要に応じて含有させることができる。その効果は、0.0001%以上で得られる。一方、B含有量が0.0030%を超えると加工性が低下する。したがって、Bを含有させる場合には、その含有量は0.0001%以上0.0030%以下の範囲とすることが好ましい。なお、Bを含有させるにあたっては、上記効果を得る上でBNの生成を抑制することが好ましく、このため、Tiと複合含有させることが好ましい。
Cuは、鋼の焼入れ性を高めて熱延鋼板を高強度化するのに有効である。この効果を発揮するためには、Cu含有量を0.05%以上にする必要がある。しかし、Cu含有量が1.00%を超えても効果は飽和するのみならず、熱間延性が低下して表面疵の発生が顕著になり、さらには原料コストの増加も招く。したがって、Cu含有量は0.05~1.00%とするのが望ましい。
Niは、鋼の焼入れ性を高めて熱延鋼板を高強度化するのに有効である。この効果を発揮するためには、Ni含有量を0.05%以上にする必要がある。しかし、Ni含有量が1.00%を超えても効果は飽和するのみならず、熱間延性が低下して表面疵の発生が顕著になり、さらには原料コストの増加も招く。したがって、Ni含有量は0.05~1.00%とするのが望ましい。
Caは、MnSなどの硫化物の形態制御により延性を向上させる効果がある。しかしながら、多量に含有させてもその効果は飽和する傾向にある。したがって、Caを含有させる場合、その含有量は0.0001%以上0.0050%以下が好ましい。
Sbは、表面等に偏析する傾向が高い元素であり、吸窒や脱炭等の製造工程中での表層反応を抑制する働きがある。また、その添加により、熱間圧延工程の加熱時や焼鈍時の、高温雰囲気中に鋼材がさらされる状態でも、窒素や炭素等の成分変動しやすい元素の反応を抑制し、著しい成分変動を防止できる効果がある。そこで、Sbを含有する場合、本発明ではSb含有量が0.0030~0.0100%であることが好ましい。なお、本発明において、さらに好ましいSb含有量は0.0060~0.0100%である。
REMは、硫化物系介在物の形態を制御する作用を有し、これによりプレス成形性の向上に寄与する。この効果を発揮させるためには、REM含有量を0.001%以上にする必要がある。一方、REMの多量の添加は硫化物系介在物の粗大化を招き、打抜き加工性を低下させるので、上限を0.005%以下とするのが好ましい。
0.05≦C-(12/93)Nb-(12/48)(Ti-(48/14)N-(48/32)S)≦0.12 (1)
上記の(1)式は、炭化物として固定されないC量を規定するものである。このC量が0.12%を超えて多量に存在すると、マルテンサイトの分率が増加し、延性も低下する場合がある。したがって、(1)式で算出される炭化物として固定されないC量は0.12%以下とすることが好ましい。一方、炭化物として固定されないC量が0.05%未満であると、冷間圧延後の2相域における焼鈍においてオーステナイト中のC量が減少し、ひいては冷却後に生成するマルテンサイト相が減少するため、780MPa以上の高強度化が困難となる場合がある。このため、炭化物として固定されないC量は0.05%以上とすることが好ましい。好ましくは0.07%以上である。
次に、本発明の高強度鋼板の製造方法について説明する。本発明の高強度鋼板は、上記成分組成からなる鋼スラブを熱間圧延し、冷間圧延し、1次焼鈍し、必要に応じて軽圧下圧延し、必要に応じて酸洗し、その後2次焼鈍して製造される。以下、製造方法および条件について説明する。
(i)組織観察
鋼板から、組織観察用試験片を採取し、L断面(圧延方向に平行な垂直断面)を機械的に研磨し、ナイタール(nital)で腐食した後、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて倍率3000倍で撮影した、板厚の表面から3/8深さ位置の組織写真(SEM写真)から、鋼組織の特定とマルテンサイト相の面積率、フェライト相の面積率、マルテンサイト以外の第2相の面積率を測定した。なお、面積率は、透明のOHPシートに組織写真を写して色付けし、画像を取り込み後、2値化を行い、画像解析ソフトにて求めた。また、マルテンサイトの結晶粒の平均粒径は、結晶粒の面積を円換算してその直径を平均粒径として算出した。また、結晶粒の長径は、SEMを用いて倍率5000倍で撮影したSEM写真から、それぞれのマルテンサイトの結晶粒における最大長を100点以上測定し、その平均長さと定義する。
鋼板から、圧延方向に対して90°方向(C方向)を引張方向とするJIS5号引張試験片(JIS Z 2201)を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠した引張試験を行い、YS、TS、Elを測定した。なお、引張試験の評価基準(良否判定基準)はTS≧780MPaとした。
伸びフランジ成形性は、日本鉄鋼連盟規格JFST1001に準拠した穴拡げ試験により評価した。すなわち、得られた鋼板から、100mm×100mm角サイズのサンプルを採取し、サンプルにポンチ径10mmで打抜き穴を開け、頂角60°の円錐ポンチを用いて、バリが外側になるようにして、板厚を貫通する割れが発生するまで穴拡げ試験を行い、このときのd0:初期穴内径(mm)、d:割れ発生時の穴内径(mm)として、穴拡げ率λ(%)={(d-d0)/d0}×100を求めた。本発明における優れた打抜き性の評価基準として、下記で規定するΔλが10以下、かつ、下記で規定するλ/aveλ5-20が0.90以上1.20以下を満足することで評価した。
Δλは、打抜きクリアランスが5~20%の範囲で打抜いて評価したλ値の最大値と最小値の差を表す。簡易的に、日本鉄鋼連盟規格JFST1001に準拠して測定したλとクリアランス5%および20%を狙いに測定したλ値(λ5、λ20)の3つの値間での最大値と最小値の差で代用できるものとする。また、狙いのクリアランスに対し、±1%以内であればその値を用いて評価してもよいとする。
日本鉄鋼連盟規格に準拠して測定したλを打抜きクリアランスが5~20%の範囲で打抜いて評価したλ値の平均値で除した値を表す。簡易的に、日本鉄鋼連盟規格JFST1001に準拠して測定したλとクリアランス5%および20%を狙いに測定したλ値(λ5、λ20)の3つの値間での平均値で除した値を代用できるものとする。また、狙いのクリアランスに対し、±1%以内であればその値を用いて評価してもよい。
Claims (7)
- 質量%で、C:0.07%以上0.15%以下、Si:0.01%以上0.50%以下、Mn:2.0%以上3.0%以下、P:0.001%以上0.050%以下、S:0.0005%以上0.010%以下、sol.Al:0.005%以上0.100%以下、N:0.0001%以上0.0060%以下、Ti:0.01%以上0.10%以下、Nb:0.01%以上0.10%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成と、
フェライト相、マルテンサイト相およびベイナイト相を含み、マルテンサイト相の面積率が20%以上50%以下であり、マルテンサイト相のうち平均結晶粒径が1.0μm未満の結晶粒の割合が面積率で5~30%であり、平均結晶粒径が1.0~4.0μmの結晶粒の割合が面積率で70~95%であり、平均結晶粒径が4.0μm超えの結晶粒の割合が面積率で5%未満である鋼組織と、を備え、
引張強度が780MPa以上である打抜き加工性に優れた高強度鋼板。 - マルテンサイト相における平均結晶粒径が1.0~4.0μmの結晶粒のうち、長径が1.0~3.0μmの結晶粒の割合が面積率で20%未満であり、長径が3.0μm超えの結晶粒の割合が面積率で80%以上であることを特徴とする請求項1記載の高強度鋼板。
- 前記成分組成は、さらに、質量%で、Mo:0.05%以上1.00%以下、Cr:0.05%以上1.00%以下、V:0.02%以上0.50%以下、Zr:0.02%以上0.20%以下、B:0.0001%以上0.0030%以下、Cu:0.05%以上1.00%以下、Ni:0.05%以上1.00%以下から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の高強度鋼板。
- 前記成分組成は、さらに、質量%で、Ca:0.001%以上0.005%以下、Sb:0.0030%以上0.0100%以下、REM:0.001%以上0.005%以下から選ばれる1種以上の元素を含有することを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の高強度鋼板。
- 請求項1、3又は4に記載の成分組成からなる鋼スラブを熱間圧延し、冷間圧延し、1次焼鈍し、2次焼鈍して、請求項1~4のいずれかに記載の高強度鋼板を製造する方法であって、
前記1次焼鈍において、1次焼鈍温度がAc3点以上Ac3+60℃以下であり、前記1次焼鈍温度で保持する時間である1次焼鈍時間が10秒以上200秒以下であり、
前記2次焼鈍において、焼鈍温度がAc3点以下を満たすとともに、(1次焼鈍温度-80℃)~(1次焼鈍温度-30℃)を満たし、前記2次焼鈍温度で保持する時間である2次焼鈍時間が10秒以上100秒以下であり、
前記2次焼鈍における冷却は、冷却停止温度が400~550℃であり、400~550℃で鋼板が保持される保持時間が20秒以上100秒以下であることを特徴とする高強度鋼板の製造方法。 - 前記2次焼鈍後に冷却し、該冷却後に亜鉛めっきを施すことを特徴とする請求項5に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記亜鉛めっきを施した後、合金化処理を施すことを特徴とする請求項6に記載の高強度鋼板の製造方法。
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