WO2020071522A1 - 冷延鋼板 - Google Patents
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Abstract
本願発明に係る焼付硬化量が高くかつ焼付硬化後の曲げ性に優れる冷延鋼板は、所定の組成を有し、面積率で、20%以上70%以下のフェライト、及び30%以上の焼戻しマルテンサイトを含有し、フェライト及び焼戻しマルテンサイトの合計が90%以上であり、組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像を、板厚方向をx軸としかつ圧延方向をy軸とするxy座標系に配置し、次いでミクロ組織画像をx軸方向に1024個、y軸方向に1024個分割して1024×1024個の分割領域を形成し、分割領域のそれぞれにおける値を組織がフェライトである場合に「1」、そうでない場合に「0」として2階調化して2次元画像を作成し、2次元画像に対して2次元離散フーリエ変換を実施したときに得られる不均質度αが1.20以下である。
Description
本発明は、冷延鋼板、具体的には主としてプレス加工されて使用される自動車等の構造部材に好適な、塗装焼付硬化性能と耐衝撃性に優れた冷延鋼板に関するものである。本願は、2018年10月4日に、日本に出願された特願2018-189164号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、自動車の燃費向上に寄与する軽量化の観点から高強度鋼板の適用が拡大しているが、自動車用部品の多くはプレス成形により製造されるため、高い強度と同時に優れた成形性が要求される。また、乗員の安全確保という目的から、耐衝突性の向上も望まれており、高強度を有しながらも衝突時に発生する曲げ応力に対して優れた曲げ変形能を有する素材が求められる。そのため、成形加工時には比較的軟質で成形しやすく、成形加工後、塗装焼付時の焼付硬化量が大きく、かつ焼付硬化後の曲げ性に優れた素材が求められている。
前記焼付硬化は、プレス成形(以下、「予ひずみ」ともいう)によって入る転位(塑性変形の素過程となる線欠陥)に、侵入型元素(主に炭素)が移動・固着することでその運動を阻害し、強度が上昇する現象で、ひずみ時効とも呼ばれる。焼付硬化量は軟鋼板などのフェライト単相組織においては、固溶炭素の量で制御できる。
一方、高強度鋼板においては、加工性を確保するために、その多くが硬質組織(マルテンサイト)と、軟質組織(フェライト)を含有する複合組織である。その中で、高い焼付硬化性を担うのは、固溶炭素を多く含む硬質組織(マルテンサイト)である。しかしながら、固溶炭素を多く含む硬質組織は高強度を実現できるものの、焼付硬化性と焼付硬化後の曲げ性を両立させることは難しかった。すなわち、マルテンサイトはフェライトに比べ固溶炭素量が多く転位密度も高いために焼付硬化性に優れるが、曲げ性に劣る。
例えば特許文献1には、ベイナイト及びマルテンサイトからなる組織を主として含み、フェライトの面積率を5%以下に制限することで高い焼付硬化性を確保した冷延鋼板が開示されている。しかし、この鋼板はベイナイト及びマルテンサイトの硬質組織を多く含むため、予ひずみが2%以上では、複合組織中で硬質相と軟質相のそれぞれで焼付硬化が起こる。このため、焼付硬化処理後の組織は強度が不均一となることから、優れた焼付硬化後の曲げ性は発現しない。
特許文献2には、焼戻しマルテンサイト又は焼戻しベイナイトを含むことで加工性及び焼付硬化性を向上させた鋼板が開示されている。しかし、特許文献2では、焼付硬化後の曲げ性を改善するという観点からは何ら十分な検討がなされていない。
したがって、本発明は、焼付硬化量が高くかつ焼付硬化後の曲げ性に優れる冷延鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために、焼付硬化量と焼付硬化後の曲げ性について調査した。その結果、本発明者らは、フェライトと焼戻しマルテンサイトとを含む冷延鋼板の組織において、フェライトが焼戻しマルテンサイトにより圧延方向及び板厚方向に微細かつ均質に分割される架橋構造をとる場合に、当該冷延鋼板は焼付硬化量が高くかつ焼付硬化後の曲げ性に優れることを見出した。さらに、本発明者らは、冷延鋼板のミクロ組織画像を2次元フーリエ変換して得られる周波数スペクトルを利用することにより、このような架橋構造を定量化できることを見出し、本発明を完成させた。
上記目的を達成し得た冷延鋼板は、以下のとおりである。
(1)質量%で、
C:0.05~0.30%、
Si:0.200~2.000%、
Mn:2.00~4.00%、
P:0.100%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.001~2.000%、
N:0.010%以下
Ti:0~0.100%、
Nb:0~0.100%、
V:0~0.100%、
Cu:0~1.000%、
Ni:0~1.000%、
Mo:0~1.000%、
Cr:0~1.000%、
W:0~0.005%、
Ca:0~0.005%、
Mg:0~0.005%、
REM:0~0.010%、
B:0~0.0030%、
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、
面積率で、20%以上70%以下のフェライト、及び30%以上の焼戻しマルテンサイトを含有し、
フェライト及び焼戻しマルテンサイトの合計が90%以上であり、
前記冷延鋼板の板幅の1/8から7/8までの位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像を、板厚方向をx軸としかつ圧延方向をy軸とするxy座標系に配置し、次いで前記ミクロ組織画像をx軸方向に1024個、y軸方向に1024個分割して1024×1024個の分割領域を形成し、前記分割領域のそれぞれにおける値を組織がフェライトである場合に「1」、そうでない場合に「0」として2階調化して2次元画像を作成し、前記2次元画像に対して、式(1)で定義される不均質度αが1.20以下である、冷延鋼板。
(1)質量%で、
C:0.05~0.30%、
Si:0.200~2.000%、
Mn:2.00~4.00%、
P:0.100%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.001~2.000%、
N:0.010%以下
Ti:0~0.100%、
Nb:0~0.100%、
V:0~0.100%、
Cu:0~1.000%、
Ni:0~1.000%、
Mo:0~1.000%、
Cr:0~1.000%、
W:0~0.005%、
Ca:0~0.005%、
Mg:0~0.005%、
REM:0~0.010%、
B:0~0.0030%、
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、
面積率で、20%以上70%以下のフェライト、及び30%以上の焼戻しマルテンサイトを含有し、
フェライト及び焼戻しマルテンサイトの合計が90%以上であり、
前記冷延鋼板の板幅の1/8から7/8までの位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像を、板厚方向をx軸としかつ圧延方向をy軸とするxy座標系に配置し、次いで前記ミクロ組織画像をx軸方向に1024個、y軸方向に1024個分割して1024×1024個の分割領域を形成し、前記分割領域のそれぞれにおける値を組織がフェライトである場合に「1」、そうでない場合に「0」として2階調化して2次元画像を作成し、前記2次元画像に対して、式(1)で定義される不均質度αが1.20以下である、冷延鋼板。
式(1)において、Suは式(2)で定義され、Svは式(3)で定義される。
式(2)及び式(3)において、F(u,v)は式(4)で定義される。
式(4)において、f(x,y)は、前記2次元画像の座標(x,y)の階調を表す。
(2)更に、質量%で、
Ti:0.003~0.100%、
Nb:0.003~0.100%、
V:0.003~0.100%
の1種又は2種以上を合計で0.100%以下含有する、(1)に記載の冷延鋼板。
(3)前記ミクロ組織画像が、前記冷延鋼板の板幅の中央位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像である、(1)又は(2)のいずれか一項に記載の冷延鋼板。
(2)更に、質量%で、
Ti:0.003~0.100%、
Nb:0.003~0.100%、
V:0.003~0.100%
の1種又は2種以上を合計で0.100%以下含有する、(1)に記載の冷延鋼板。
(3)前記ミクロ組織画像が、前記冷延鋼板の板幅の中央位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像である、(1)又は(2)のいずれか一項に記載の冷延鋼板。
本発明によれば、フェライトが焼戻しマルテンサイトにより圧延方向及び板厚方向に微細かつ均質に分割される架橋構造を持つことで、高い焼付硬化量と焼付硬化後の曲げ性に優れた複合組織を有する冷延鋼板を提供することができる。この冷延鋼板は、プレス成形性に優れ、プレス成形後の塗装時に焼付を受けることでさらに高強度化し、その後の曲げ性にも優れる。したがって、鋼板が衝撃力を受け、蛇腹状に変形する際に生じる曲げ応力に対しても高い衝撃吸収性を有する為、自動車等の分野の構造部材として適している。
<冷延鋼板>
本発明の実施形態に係る冷延鋼板は、質量%で、
C:0.05~0.30%、
Si:0.200~2.000%、
Mn:2.00~4.00%、
P:0.100%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.001~2.000%、
N:0.010%以下
Ti:0~0.100%、
Nb:0~0.100%、
V:0~0.100%、
Cu:0~1.000%、
Ni:0~1.000%、
Mo:0~1.000%、
Cr:0~1.000%、
W:0~0.005%、
Ca:0~0.005%、
Mg:0~0.005%、
REM:0~0.010%、
B:0~0.0030%、
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、
面積率で、20%以上70%以下のフェライト、及び30%以上の焼戻しマルテンサイトを含有し、
フェライト及び焼戻しマルテンサイトの合計が90%以上であり、
前記冷延鋼板の板幅の1/8から7/8までの位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像を、板厚方向をx軸としかつ圧延方向をy軸とするxy座標系に配置し、次いで前記ミクロ組織画像をx軸方向に1024個、y軸方向に1024個分割して1024×1024個の分割領域を形成し、前記分割領域のそれぞれにおける値を組織がフェライトである場合に「1」、そうでない場合に「0」として2階調化して2次元画像を作成し、前記2次元画像に対して、式(1)で定義される不均質度αが1.20以下であることを特徴としている。
本発明の実施形態に係る冷延鋼板は、質量%で、
C:0.05~0.30%、
Si:0.200~2.000%、
Mn:2.00~4.00%、
P:0.100%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.001~2.000%、
N:0.010%以下
Ti:0~0.100%、
Nb:0~0.100%、
V:0~0.100%、
Cu:0~1.000%、
Ni:0~1.000%、
Mo:0~1.000%、
Cr:0~1.000%、
W:0~0.005%、
Ca:0~0.005%、
Mg:0~0.005%、
REM:0~0.010%、
B:0~0.0030%、
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、
面積率で、20%以上70%以下のフェライト、及び30%以上の焼戻しマルテンサイトを含有し、
フェライト及び焼戻しマルテンサイトの合計が90%以上であり、
前記冷延鋼板の板幅の1/8から7/8までの位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像を、板厚方向をx軸としかつ圧延方向をy軸とするxy座標系に配置し、次いで前記ミクロ組織画像をx軸方向に1024個、y軸方向に1024個分割して1024×1024個の分割領域を形成し、前記分割領域のそれぞれにおける値を組織がフェライトである場合に「1」、そうでない場合に「0」として2階調化して2次元画像を作成し、前記2次元画像に対して、式(1)で定義される不均質度αが1.20以下であることを特徴としている。
式(1)において、Suは式(2)で定義され、Svは式(3)で定義される。
式(2)及び式(3)において、F(u,v)は式(4)で定義される。
式(4)において、f(x,y)は、前記2次元画像の座標(x,y)の階調を表す。
例えば、フェライトとマルテンサイトを含有する複合組織を含む鋼板の焼付硬化性を向上させるためには、鋼板中のフェライト及びマルテンサイトの両方に、予ひずみを均一に導入する必要があり、また、焼付硬化後の曲げ性を向上させる観点からは、当該鋼板の組織を均質にすることが重要である。以上の知見に鑑みて、本発明者らは、本実施形態に係る鋼板では、上述の式によって定義される不均質度αを1.20以下に規定した。不均質度αが1.20以下である場合、当該冷延鋼板の焼付硬化性及び焼付硬化後の曲げ性を顕著に改善することができることを、本発明者らは見出した。
フェライトと焼戻しマルテンサイトを含有する複合組織を含む冷延鋼板において不均質度αを1.20以下とする場合、例えば、焼戻しマルテンサイトによって、冷延鋼板の圧延方向及び板厚方向にフェライトが微細かつ均質に分割した架橋構造を形成される。ここで、「冷延鋼板の圧延方向及び板厚方向にフェライトが微細かつ均質に分割した架橋構造」とは、鋼板内部において、鋼板の圧延方向及び板厚方向に広がるように、焼き戻しマルテンサイトがランダムに連結しており、その内部にフェライトが微細かつ均質に分散される構造を意図した表現である。これは、板厚方向xと圧延方向yを含む鋼板の断面から組織を観察した際、焼き戻しマルテンサイトが同一厚み領域に広がる状態が複数存在し、これらの同一厚み領域が、板厚方向xに伸びる平行線により、ランダムな配置で連結された状態となる(図3参照)。その結果、上記断面において、フェライトは、焼き戻しマルテンサイトによって微細に分割されている。ただし、この架橋構造は、不均質度αが1.20である鋼板における組織の構成の一例にすぎないことに留意されたい。
不均質度αが1.20以下である構造を得るために、後述する製造条件の制御が必要となる。以下、このようなフーリエ変換による架橋構造の定量化について詳しく説明する。
フェライトと焼戻しマルテンサイトを含有する複合組織を含む冷延鋼板において不均質度αを1.20以下とする場合、例えば、焼戻しマルテンサイトによって、冷延鋼板の圧延方向及び板厚方向にフェライトが微細かつ均質に分割した架橋構造を形成される。ここで、「冷延鋼板の圧延方向及び板厚方向にフェライトが微細かつ均質に分割した架橋構造」とは、鋼板内部において、鋼板の圧延方向及び板厚方向に広がるように、焼き戻しマルテンサイトがランダムに連結しており、その内部にフェライトが微細かつ均質に分散される構造を意図した表現である。これは、板厚方向xと圧延方向yを含む鋼板の断面から組織を観察した際、焼き戻しマルテンサイトが同一厚み領域に広がる状態が複数存在し、これらの同一厚み領域が、板厚方向xに伸びる平行線により、ランダムな配置で連結された状態となる(図3参照)。その結果、上記断面において、フェライトは、焼き戻しマルテンサイトによって微細に分割されている。ただし、この架橋構造は、不均質度αが1.20である鋼板における組織の構成の一例にすぎないことに留意されたい。
不均質度αが1.20以下である構造を得るために、後述する製造条件の制御が必要となる。以下、このようなフーリエ変換による架橋構造の定量化について詳しく説明する。
まず、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、冷延鋼板の板幅の1/8から7/8までの位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置で、観察倍率2000倍で30μm×30μmのミクロ組織画像をグレースケール(256階調)にて撮影する。得られたミクロ組織画像は、板厚方向をx軸としかつ圧延方向をy軸とするxy座標系に配置され、1024×1024個の画素(前記分割領域に相当)を有する。次いで、1024×1024個の画素のそれぞれにおける値を組織がフェライトである場合に「1」、そうでない場合に「0」として2階調化して2次元画像を作成する。なお、本発明の特定の実施形態では、上記のミクロ組織画像は、冷延鋼板の板幅の中央位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像であってもよい。
2階調化の画像処理は、例えば、画像解析ソフトウェアImageJを用いて行うことができる。画素のそれぞれについて、組織がフェライトである場合に黒、そうでない場合に白となるように2値化処理を施す。2値化の閾値は、「Glasbey,CA(1993),“An analysis of histogram-based thresholding algorithms”,CVGIP:Graphical Models and Image Processing 55:532-537」に記載されている輝度値の平均値を閾値として採用する手法を用いて決定される。このアルゴリズムはImageJに実装されており、Auto threshold機能を利用して閾値の決定方法をMethod=Meanとすることで自動的に2値化される。すなわち、2値化の閾値は、ImageJにてMethod=Mean、radius=15として、各ピクセル値を、着目したピクセルを中心として半径15ピクセル以内のピクセル値の平均と置き換えて、スムージングした後のヒストグラムから自動的に決定される。
このようにして得られた2次元画像の一例を図1に示す。図1は、本発明の一実施形態による冷延鋼板のミクロ組織を2階調化した2次元画像である。図1中のx軸は板厚方向に対応し、y軸は圧延方向に対応している。図1において、黒色部がフェライトを示し、白色部が焼戻しマルテンサイトを示している。図1から明らかなように、黒色のフェライト相は白色の焼戻しマルテンサイト相によって冷延鋼板の圧延方向及び板厚方向に微細かつ均質に分割されており、架橋構造が形成されていることがわかる。
次に、2階調化して得られた2次元画像から、各画素(x,y)(x=0~1023、y=0~1023)の2次元データf(x,y)を得る。f(x,y)は座標(x,y)の画素の階調を表す。得られた2次元データに対して、式(4)で定義される2次元離散フーリエ変換(2D DFT)を実施する。
ここで、F(u,v)は、2次元データf(x,y)の2次元離散フーリエ変換後の2次元周波数スペクトルである。周波数スペクトルF(u,v)は一般に複素数であり、2次元データf(x,y)の周期性及び規則性の情報を含む。換言すれば、周波数スペクトルF(u,v)は、図1に示すような2次元画像内におけるフェライト及び焼戻しマルテンサイトの組織の周期性及び規則性に関する情報を含む。
図2は、図1の2次元画像を2次元離散フーリエ変換して得られた周波数スペクトル図である。図2の横軸はv軸で、その範囲はv=-1023~1023であり、縦軸はu軸で、その範囲はu=-1023~1023である。図2の周波数スペクトル図は、白黒階調画像(グレースケール画像)であり、スペクトル強度の最大値が白色、最小値が黒色で表されている。図2では、スペクトル強度の高い部分(図2中の白色部分)は、中心部からv軸及びu軸方向に伸びた形状を有し、境界が明確でない。
周波数スペクトルF(u,v)において、u軸上のスペクトルの絶対値(即ち、スペクトル強度)の総和Suは、式(2)で定義される。同様に、周波数スペクトルF(u,v)において、v軸上のスペクトルの絶対値の総和Svは、式(3)で定義される。さらに、Svに対するSuの比は、式(1)で定義され、本発明において不均質度αと称される。Su及びSvを定義する式(2)及び式(3)の総和の中には、(u,v)空間で座標(0,0)のスペクトルの絶対値は含まれない。
以下、図1に示すミクロ組織を、組織1という。組織1は、先に述べたとおり、フェライトが焼戻しマルテンサイトにより分割された架橋構造を有している。また、組織1の周波数スペクトル図(図2)は、同様に先に述べたとおり、白色部が画像の中心部からu軸及びv軸方向に沿って伸びた形状を有している。
理解を容易にするため、図1及び2に示されるような架橋構造と周波数スペクトル図との関係を模式図(図3~6)を用いて以下に詳しく説明する。図3及び5は、冷延鋼板のミクロ組織を2階調化した2次元画像の例示的な模式図である。図3及び5において、黒色部はフェライトを示し、白色部は焼戻しマルテンサイトを示している。図4及び6はそれぞれ図3及び5の2次元画像を2次元離散フーリエ変換して得られた周波数スペクトル図である。図3と図5を参照すると、図5の2次元画像は、図3の2次元画像に比べて、フェライト(黒色部)が焼戻しマルテンサイト(白色部)によって、より微細かつ均質に分割された架橋構造を有していることがわかる。また、周波数スペクトル図である図4と図6を参照すると、図4の周波数スペクトル図は、図6の周波数スペクトル図に比べて白色部のu軸方向への広がりがv軸方向の広がりに比べて顕著である。その結果として、不均質度αは図3よりも図5の方が低い値をとる。要するに、不均質度αが低いほど、白色部分のu軸方向への広がりと、v軸方向への広がりに差がなくなり、すなわち冷延鋼板の組織がより微細かつ均質に分割された架橋構造を有することがわかる。実際に、図1の本発明の一実施形態による組織1に対して不均質度αを計算すると1.14となり、1.20以下の範囲内に制御されている。
また、組織1の焼付硬化量は105MPaであり、同様に、組織1の焼付硬化後の最小曲げ半径/板厚比は0.4である。最小曲げ半径/板厚比が小さいほど、焼付硬化後の曲げ性が優れていると評価することができる。なお、これらの値は後述の実施例と同じ条件で測定されたものである。
図7は、不均質度αと焼付硬化量BHとの関係を示すグラフである。図8は、不均質度αと焼付硬化後の最小曲げ半径と板厚との比であるR/tとの関係を示すグラフである。図7及び図8は、上で説明した本発明の実施形態の範囲内にある化学組成及び組織を有しかつαが異なる複数の冷延鋼板を製造し、次いでこれらの冷延鋼板に対して、実施例と同じ焼付硬化処理及び曲げ試験を実施して得られたデータをプロットしたものである。図7及び8を参照すると、αが小さくなると、とりわけαが1.20以下になると、焼付硬化量BHが大きく向上し、焼付硬化後の最小曲げ半径と板厚との比であるR/tが顕著に低下する傾向があることが分かる。この結果は、フェライトと焼戻しマルテンサイトを含有する複合組織を含む冷延鋼板において、フェライトを焼戻しマルテンサイトによって冷延鋼板の圧延方向及び板厚方向に微細かつ均質に分割した架橋構造であって、αが1.20以下となるような架橋構造を形成することで、当該冷延鋼板の焼付硬化性及び焼付硬化後の曲げ性を顕著に改善できることを示すものである。
以下、本発明の一実施形態の例を説明する。
(I)化学成分
まず、本発明の実施形態に係る鋼板及びその製造に用いるスラブの化学成分組成について説明する。以下の説明において、鋼板及びスラブに含まれる各元素の含有量の単位である「%」は、特に断りがない限り「質量%」を意味する。
まず、本発明の実施形態に係る鋼板及びその製造に用いるスラブの化学成分組成について説明する。以下の説明において、鋼板及びスラブに含まれる各元素の含有量の単位である「%」は、特に断りがない限り「質量%」を意味する。
(C:0.05%~0.30%)
Cは、焼き入れ性を高め、マルテンサイト組織に含有させることにより強度を高める作用を有する。また、焼付硬化性を高める作用を有する。以上のような作用を有効に発揮させるため、C含有量は0.05%以上とし、好ましくは0.07%以上とし、より好ましくは0.09%以上とする。一方、C含有量が0.30%超では、溶接性が劣化する。従って、C含有量は0.30%以下とし、好ましくは0.20%以下とし、より好ましくは0.14%以下とする。
Cは、焼き入れ性を高め、マルテンサイト組織に含有させることにより強度を高める作用を有する。また、焼付硬化性を高める作用を有する。以上のような作用を有効に発揮させるため、C含有量は0.05%以上とし、好ましくは0.07%以上とし、より好ましくは0.09%以上とする。一方、C含有量が0.30%超では、溶接性が劣化する。従って、C含有量は0.30%以下とし、好ましくは0.20%以下とし、より好ましくは0.14%以下とする。
(Si:0.200%~2.000%)
Siは炭化物の生成を抑え、焼付硬化に必要な固溶Cを確保するのに必要な元素である。Si含有量が0.200%未満では、十分な作用効果が得られないことがある。よって、Si含有量は0.200%以上とする。また、Siは焼付硬化に優れる鋼板の高強度化にも有用である。この作用を有効に発揮させるためには、Si含有量は0.500%以上とすることが好ましく、0.800%以上とすることがより好ましい。一方、Si含有量が2.000%超では、表面性状が劣化したり、添加効果が飽和して徒にコストを上昇させたりする。従って、Si含有量は2.000%以下とし、好ましくは1.500%以下とし、より好ましくは1.100%以下とする。
Siは炭化物の生成を抑え、焼付硬化に必要な固溶Cを確保するのに必要な元素である。Si含有量が0.200%未満では、十分な作用効果が得られないことがある。よって、Si含有量は0.200%以上とする。また、Siは焼付硬化に優れる鋼板の高強度化にも有用である。この作用を有効に発揮させるためには、Si含有量は0.500%以上とすることが好ましく、0.800%以上とすることがより好ましい。一方、Si含有量が2.000%超では、表面性状が劣化したり、添加効果が飽和して徒にコストを上昇させたりする。従って、Si含有量は2.000%以下とし、好ましくは1.500%以下とし、より好ましくは1.100%以下とする。
(Mn:2.00%~4.00%)
Mnは焼き入れ性向上元素であり、鋼板の高強度化に有用である。このような作用を有効に発揮するには、Mn含有量は2.00%以上とし、好ましくは2.30%以上とし、より好ましくは2.60%以上とする。しかし、過剰のMn添加はMnSの析出により低温靱性が低下するため、Mn含有量は4.00%以下とし、好ましくは3.50%以下とし、より好ましくは3.00%以下とする。
Mnは焼き入れ性向上元素であり、鋼板の高強度化に有用である。このような作用を有効に発揮するには、Mn含有量は2.00%以上とし、好ましくは2.30%以上とし、より好ましくは2.60%以上とする。しかし、過剰のMn添加はMnSの析出により低温靱性が低下するため、Mn含有量は4.00%以下とし、好ましくは3.50%以下とし、より好ましくは3.00%以下とする。
(Al:0.001%~2.000%)
Alは、脱酸及び炭化物形成元素の歩留まり向上に対して効果を有する。以上のような作用を有効に発揮させるため、Al含有量は0.001%以上とし、好ましくは0.010%以上とし、より好ましくは0.020%以上とする。一方、Al含有量が2.000%超では、溶接性が低下したり、酸化物系介在物が増加して表面性状が劣化したりする。従って、Al含有量は2.000%以下とし、好ましくは1.000%以下とし、より好ましくは0.030%以下とする。
Alは、脱酸及び炭化物形成元素の歩留まり向上に対して効果を有する。以上のような作用を有効に発揮させるため、Al含有量は0.001%以上とし、好ましくは0.010%以上とし、より好ましくは0.020%以上とする。一方、Al含有量が2.000%超では、溶接性が低下したり、酸化物系介在物が増加して表面性状が劣化したりする。従って、Al含有量は2.000%以下とし、好ましくは1.000%以下とし、より好ましくは0.030%以下とする。
(P:0.100%以下)
Pは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、P含有量は低ければ低いほどよい。特に、P含有量が0.100%超で、溶接性の低下が著しい。従って、P含有量は0.100%以下とし、好ましくは0.030%以下とし、より好ましくは0.020%以下とする。P含有量の低減にはコストがかかり、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、P含有量は0.0001%以上としてもよく、0.010%以上としてもよい。また、Pは強度の向上に寄与するため、このような観点から、P含有量は0.0001%以上としてもよく、0.010%以上としてもよい。
Pは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、P含有量は低ければ低いほどよい。特に、P含有量が0.100%超で、溶接性の低下が著しい。従って、P含有量は0.100%以下とし、好ましくは0.030%以下とし、より好ましくは0.020%以下とする。P含有量の低減にはコストがかかり、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、P含有量は0.0001%以上としてもよく、0.010%以上としてもよい。また、Pは強度の向上に寄与するため、このような観点から、P含有量は0.0001%以上としてもよく、0.010%以上としてもよい。
(S:0.010%以下)
Sは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、S含有量は低ければ低いほどよい。S含有量が高いほど、MnSの析出量が増加し、低温靭性が低下する。特に、S含有量が0.010%超で、溶接性の低下及び低温靱性の低下が著しい。従って、S含有量は0.010%以下とし、好ましくは0.007%以下とし、より好ましくは0.003%以下とする。S含有量の低減にはコストがかかり、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、S含有量は0.0001%以上としてもよく、0.003%以上としてもよい。
Sは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、S含有量は低ければ低いほどよい。S含有量が高いほど、MnSの析出量が増加し、低温靭性が低下する。特に、S含有量が0.010%超で、溶接性の低下及び低温靱性の低下が著しい。従って、S含有量は0.010%以下とし、好ましくは0.007%以下とし、より好ましくは0.003%以下とする。S含有量の低減にはコストがかかり、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、S含有量は0.0001%以上としてもよく、0.003%以上としてもよい。
(N:0.010%以下)
Nは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、N含有量は低ければ低いほどよい。特に、N含有量が0.010%超で、溶接性の低下が著しい。従って、N含有量は0.010%以下とし、好ましくは0.006%以下とし、より好ましくは0.003%以下とする。N含有量の低減にはコストがかかり、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、N含有量は0.0001%以上としてもよい。
Nは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、N含有量は低ければ低いほどよい。特に、N含有量が0.010%超で、溶接性の低下が著しい。従って、N含有量は0.010%以下とし、好ましくは0.006%以下とし、より好ましくは0.003%以下とする。N含有量の低減にはコストがかかり、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、N含有量は0.0001%以上としてもよい。
本発明の実施形態に係る鋼板及びその製造に用いるスラブの基本成分組成は上記の通りである。さらに当該鋼板及びスラブは、必要に応じて、以下の任意元素を含有していてもよい。
(Ti:0.100%以下、Nb:0.100%以下、V:0.100%以下)
Ti、Nb及びVは強度の向上に寄与する。従って、Ti、Nb若しくはV又はこれらの任意の組み合わせが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、Ti、Nb若しくはVの含有量、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量は、好ましくは0.003%以上とし、より好ましくは0.010%以上とする。一方、Ti、Nb若しくはVの含有量、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量が0.100%超では、熱間圧延及び冷間圧延が困難になる。従って、Ti含有量、Nb含有量若しくはV含有量、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量は0.100%以下とし、より好ましくは0.030%以下とする。つまり、各成分単独の場合の制限範囲を、Ti:0.003%~0.100%、Nb:0.003%~0.100%、及びV:0.003%~0.100%とすると共に、これらを任意に組み合わせた場合の合計含有量においても、0.003~0.100%であることが好ましい。
Ti、Nb及びVは強度の向上に寄与する。従って、Ti、Nb若しくはV又はこれらの任意の組み合わせが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、Ti、Nb若しくはVの含有量、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量は、好ましくは0.003%以上とし、より好ましくは0.010%以上とする。一方、Ti、Nb若しくはVの含有量、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量が0.100%超では、熱間圧延及び冷間圧延が困難になる。従って、Ti含有量、Nb含有量若しくはV含有量、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量は0.100%以下とし、より好ましくは0.030%以下とする。つまり、各成分単独の場合の制限範囲を、Ti:0.003%~0.100%、Nb:0.003%~0.100%、及びV:0.003%~0.100%とすると共に、これらを任意に組み合わせた場合の合計含有量においても、0.003~0.100%であることが好ましい。
(Cu:1.000%以下、Ni:1.000%以下、Mo:1.000%以下、Cr:1.000%以下)
Cu、Ni、Mo及びCrは強度の向上に寄与する。従って、Cu、Ni、Mo、若しくはCr又はこれらの任意の組み合わせが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、Cu、Ni、Mo及びCrの含有量は、各成分単独の場合、0.005~1.000%が好ましい範囲であり、0.010%~1.000%であることがより好ましい。また、Cu、Ni、Mo及びCrからなる群から選ばれる2種以上を任意に組み合わせた場合の合計含有量においても、0.005%以上1.000%以下が満たされることが好ましく、0.010%以上1.000%以下がより好ましい。一方、Cu、Ni、Mo及びCrの含有量、又はこれらの2種以上を任意に組み合わせた場合の合計含有量が1.000%超では、上記作用による効果が飽和して、徒にコストが高くなる。従って、Cu、Ni、Mo及びCrの含有量、又はこれらの2種以上を任意に組み合わせた場合の合計含有量の上限は1.000%とする。つまり、Cu:0.005%~1.000%、Ni:0.005%~1.000%、Mo:0.005%~1.000%、及びCr:0.005%~1.000%とすると共に、これらを任意に組み合わせた場合の合計含有量においても、0.005~1.000%であることが好ましい。
Cu、Ni、Mo及びCrは強度の向上に寄与する。従って、Cu、Ni、Mo、若しくはCr又はこれらの任意の組み合わせが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、Cu、Ni、Mo及びCrの含有量は、各成分単独の場合、0.005~1.000%が好ましい範囲であり、0.010%~1.000%であることがより好ましい。また、Cu、Ni、Mo及びCrからなる群から選ばれる2種以上を任意に組み合わせた場合の合計含有量においても、0.005%以上1.000%以下が満たされることが好ましく、0.010%以上1.000%以下がより好ましい。一方、Cu、Ni、Mo及びCrの含有量、又はこれらの2種以上を任意に組み合わせた場合の合計含有量が1.000%超では、上記作用による効果が飽和して、徒にコストが高くなる。従って、Cu、Ni、Mo及びCrの含有量、又はこれらの2種以上を任意に組み合わせた場合の合計含有量の上限は1.000%とする。つまり、Cu:0.005%~1.000%、Ni:0.005%~1.000%、Mo:0.005%~1.000%、及びCr:0.005%~1.000%とすると共に、これらを任意に組み合わせた場合の合計含有量においても、0.005~1.000%であることが好ましい。
(W:0.005%以下、Ca:0.005%以下、Mg:0.005%以下、REM:0.010%以下)
W、Ca、Mg及びREMは介在物の微細分散化に寄与し、靭性を高める。従ってW、Ca、Mg若しくはREM又はこれらの任意の組み合わせが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、W、Ca、Mg及びREM、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量は、好ましくは0.0003%以上とし、より好ましくは0.003%以上とする。一方、W、Ca、Mg及びREMの合計含有量が0.010%超では、表面性状が劣化する。従って、W、Ca、Mg及びREMの合計含有量は0.010%以下とし、より好ましくは0.009%以下とする。つまり、W:0.005%以下、Ca:0.005%以下、Mg:0.005%以下、REM:0.01%以下であって、これらの任意の2種以上の合計含有量が0.0003~0.010%であることが好ましい。これらの任意の2種以上の合計含有量の上限が0.009%であることがより好ましく、これらの任意の2種以上の合計含有量の下限が0.003%であることがより好ましい。
W、Ca、Mg及びREMは介在物の微細分散化に寄与し、靭性を高める。従ってW、Ca、Mg若しくはREM又はこれらの任意の組み合わせが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、W、Ca、Mg及びREM、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量は、好ましくは0.0003%以上とし、より好ましくは0.003%以上とする。一方、W、Ca、Mg及びREMの合計含有量が0.010%超では、表面性状が劣化する。従って、W、Ca、Mg及びREMの合計含有量は0.010%以下とし、より好ましくは0.009%以下とする。つまり、W:0.005%以下、Ca:0.005%以下、Mg:0.005%以下、REM:0.01%以下であって、これらの任意の2種以上の合計含有量が0.0003~0.010%であることが好ましい。これらの任意の2種以上の合計含有量の上限が0.009%であることがより好ましく、これらの任意の2種以上の合計含有量の下限が0.003%であることがより好ましい。
REM(希土類金属)はSc、Y及びランタノイドの合計17種類の元素を指し、「REM含有量」はこれら17種類の元素の合計の含有量を意味する。ランタノイドは、工業的には、例えばミッシュメタルの形で添加される。
(B:0.0030%以下)
Bは焼き入れ性向上元素であり、鋼板の高強度化に有用な元素である。Bは0.0001%(1ppm)以上含有させるとよい。しかし、Bを0.0030%(30ppm)を超えて添加すると上記効果が飽和してしまい、経済的に無駄であるため、B含有量は0.0030%(30ppm)以下とし、好ましくは0.0025%(25ppm)以下であり、より好ましくは0.0019%(19ppm)以下である。
Bは焼き入れ性向上元素であり、鋼板の高強度化に有用な元素である。Bは0.0001%(1ppm)以上含有させるとよい。しかし、Bを0.0030%(30ppm)を超えて添加すると上記効果が飽和してしまい、経済的に無駄であるため、B含有量は0.0030%(30ppm)以下とし、好ましくは0.0025%(25ppm)以下であり、より好ましくは0.0019%(19ppm)以下である。
本発明の実施形態に係る鋼板において、上記成分以外の残部はFe及び不純物からなる。不純物とは、鋼板を工業的に製造する際に、鉱石やスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明の実施形態に係る鋼板に対して意図的に添加した成分でないものを意味する。
(II)鋼の組織
本発明の実施形態に係る冷延鋼板は、少なくとも2つ以上の組織を含有する複合組織を含むものであり、その複合組織を制御することで、予ひずみの分配を変化させ、焼付硬化性が向上することに大きな特徴をもつものである。各組織についてその面積率を規定した理由について説明する。以下の説明において、鋼板に含まれる各組織の分率の単位である「%」は、特に断りがない限り「面積%」を意味する。
本発明の実施形態に係る冷延鋼板は、少なくとも2つ以上の組織を含有する複合組織を含むものであり、その複合組織を制御することで、予ひずみの分配を変化させ、焼付硬化性が向上することに大きな特徴をもつものである。各組織についてその面積率を規定した理由について説明する。以下の説明において、鋼板に含まれる各組織の分率の単位である「%」は、特に断りがない限り「面積%」を意味する。
(フェライト:20%以上70%以下)
フェライトは降伏応力が低く、優れた延性と加工硬化特性を有する組織である。このため、フェライト面積率を過度に高めると、焼付硬化処理前の強度が高まり、且つ焼付硬化処理後の降伏応力が低下する。この場合には、焼付硬化性が大きく劣化することから、鋼板中のフェライト面積率は70%以下とする。焼付硬化性を更に高めるにはフェライト面積率は50%以下とすることが好ましく、45%以下とすることが更に好ましい。一方、フェライト面積率が20%未満では、硬質組織に予ひずみが入りすぎてしまい、逆に焼付硬化性を劣化させてしまうと共に、良好な延性が得られなくなる。従って、フェライト面積率は20%以上とし、好ましくは25%以上とし、より好ましくは30%以上とする。
フェライトは降伏応力が低く、優れた延性と加工硬化特性を有する組織である。このため、フェライト面積率を過度に高めると、焼付硬化処理前の強度が高まり、且つ焼付硬化処理後の降伏応力が低下する。この場合には、焼付硬化性が大きく劣化することから、鋼板中のフェライト面積率は70%以下とする。焼付硬化性を更に高めるにはフェライト面積率は50%以下とすることが好ましく、45%以下とすることが更に好ましい。一方、フェライト面積率が20%未満では、硬質組織に予ひずみが入りすぎてしまい、逆に焼付硬化性を劣化させてしまうと共に、良好な延性が得られなくなる。従って、フェライト面積率は20%以上とし、好ましくは25%以上とし、より好ましくは30%以上とする。
(焼戻しマルテンサイト:30%以上)
本発明の実施形態では、上記フェライトの他に、焼戻しマルテンサイトを30%以上含有させることとする。焼戻しマルテンサイトは鋼板の強度と焼付硬化性及び焼付硬化後の曲げ性を高める組織である。一般的に、フェライトよりも硬質組織の方において炭素濃度が高いため、焼付硬化性は優れている。本発明の実施形態では、焼付硬化量を高めるために、このような硬質組織が焼戻しマルテンサイトであることが必要であり、また、焼付硬化後の曲げ性や極限変形能を向上させるためにも、複合組織中の焼き入れままマルテンサイトを焼戻す必要がある。しかし、複合組織として軟らかいフェライトと焼戻しマルテンサイトがあった場合、予ひずみはほとんどフェライトが担うため、従来は焼戻しマルテンサイトの焼付硬化性を十分に活用できていない。焼付硬化性を上昇させるためには焼戻しマルテンサイトに変形を担わせることが重要である。しかし、焼戻しマルテンサイトが少なすぎるとフェライト相のみが変形を担ってしまうため、30%以上は必要である。よって、焼戻しマルテンサイトの面積率は30%以上、好ましくは40%以上とし、より好ましくは50%以上とする。一方で、焼戻しマルテンサイトの面積率は80%以下とすることが好ましく、70%以下とすることがより好ましい。
本発明の実施形態では、上記フェライトの他に、焼戻しマルテンサイトを30%以上含有させることとする。焼戻しマルテンサイトは鋼板の強度と焼付硬化性及び焼付硬化後の曲げ性を高める組織である。一般的に、フェライトよりも硬質組織の方において炭素濃度が高いため、焼付硬化性は優れている。本発明の実施形態では、焼付硬化量を高めるために、このような硬質組織が焼戻しマルテンサイトであることが必要であり、また、焼付硬化後の曲げ性や極限変形能を向上させるためにも、複合組織中の焼き入れままマルテンサイトを焼戻す必要がある。しかし、複合組織として軟らかいフェライトと焼戻しマルテンサイトがあった場合、予ひずみはほとんどフェライトが担うため、従来は焼戻しマルテンサイトの焼付硬化性を十分に活用できていない。焼付硬化性を上昇させるためには焼戻しマルテンサイトに変形を担わせることが重要である。しかし、焼戻しマルテンサイトが少なすぎるとフェライト相のみが変形を担ってしまうため、30%以上は必要である。よって、焼戻しマルテンサイトの面積率は30%以上、好ましくは40%以上とし、より好ましくは50%以上とする。一方で、焼戻しマルテンサイトの面積率は80%以下とすることが好ましく、70%以下とすることがより好ましい。
(フェライト及び焼戻しマルテンサイトの合計:90%以上)
本発明の実施形態では、フェライト及び焼戻しマルテンサイトの面積率の合計は90%以上とする。フェライト及び焼戻しマルテンサイトの面積率の合計が90%未満となると、十分な焼付硬化量とフェライトと焼付硬化後の曲げ性が得られない。よって、フェライト及び焼戻しマルテンサイトの面積率の合計は90%以上、好ましくは95%以上とし、より好ましくは97%以上とし、100%であってもよい。
本発明の実施形態では、フェライト及び焼戻しマルテンサイトの面積率の合計は90%以上とする。フェライト及び焼戻しマルテンサイトの面積率の合計が90%未満となると、十分な焼付硬化量とフェライトと焼付硬化後の曲げ性が得られない。よって、フェライト及び焼戻しマルテンサイトの面積率の合計は90%以上、好ましくは95%以上とし、より好ましくは97%以上とし、100%であってもよい。
(その他の組織)
後で説明する本発明の冷延鋼板の好ましい製造方法では、製造条件により残留オーステナイトが生成する場合がある。この組織の面積率は、上記によって測定されたフェライトと焼戻しマルテンサイトの面積率を100%から差し引いたものである。本発明の実施形態では、フェライト及び焼戻しマルテンサイトへの予ひずみ分配制御が重要であるため、その他の組織、すなわち残留オーステナイト等の組織は少量であれば、その影響は無視することができる。上記のとおり、本発明の実施形態では、組織の90%以上、好ましくは95%以上がフェライト及び焼戻しマルテンサイトから構成されているため、残留オーステナイトの影響は無視してもよい。
後で説明する本発明の冷延鋼板の好ましい製造方法では、製造条件により残留オーステナイトが生成する場合がある。この組織の面積率は、上記によって測定されたフェライトと焼戻しマルテンサイトの面積率を100%から差し引いたものである。本発明の実施形態では、フェライト及び焼戻しマルテンサイトへの予ひずみ分配制御が重要であるため、その他の組織、すなわち残留オーステナイト等の組織は少量であれば、その影響は無視することができる。上記のとおり、本発明の実施形態では、組織の90%以上、好ましくは95%以上がフェライト及び焼戻しマルテンサイトから構成されているため、残留オーステナイトの影響は無視してもよい。
同様に、後で説明する本発明の冷延鋼板の好ましい製造方法では、焼戻し工程の際に、マルテンサイトやフェライトからセメンタイト等の炭化物が析出する。このような炭化物は、微細かつ大量に析出するために、面積率として測定するのが難しい。よって、フェライト及び焼戻しマルテンサイトが炭化物を含む場合には、これらの組織の面積率は、当該炭化物を含む母相の面積率として計測する。
本発明において、フェライトの面積率及び焼戻しマルテンサイトの面積率は、次のようにして決定される。まず、鋼板の圧延方向に垂直な板厚断面を観察面として試料を採取し、観察面を研磨し、当該鋼板の厚さの1/4位置の組織を5000倍の倍率でSEM-EBSD(電子線後方散乱回折装置付き走査型電子顕微鏡)で観察し、それを100μm×100μmの視野で画像解析してフェライトの面積率を測定し、任意の5視野以上におけるこれらの測定値の平均が本発明におけるフェライトの面積率として決定される。
次いで、鋼板の表面からの深さが3t/8からt/2までの領域のSEMの2次電子像を撮影する。このとき、例えば倍率は1500倍とする。得られた画像データの白色部分が硬質組織であり、黒色部分がフェライトであることから、当該画像データに基づいて硬質組織の面積率が決定される。硬質組織の焼戻し状態は、次のようにして判断される。上記SEMの2次電子画像を観察した際、マルテンサイトに含まれるラスやブロックのコントラストが明瞭であるか又は例えば5000倍若しくは10000倍で観察した際、組織内に微細炭化物が析出していれば、焼戻しされているといえ、すなわち当該硬質組織は焼戻しマルテンサイトと判断される。
(不均質度α)
本実施形態の冷延鋼板は式(1)で定義される不均質度αが1.20以下である。不均質度αは次の方法で求める。冷延鋼板の板幅の1/8から7/8までの位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影する。得られた30μm×30μmのミクロ組織画像を、板厚方向をx軸としかつ圧延方向をy軸とするxy座標系に配置し、1024×1024個の各画素をグレースケールで表す。したがって、グレースケール(256階調)で表されるミクロ組織画像は、冷延鋼板のうち、板厚方向及び圧延方向を含む面での断面から得られる。次いで、1024×1024個の各分割領域を組織がフェライトである場合に「1」、そうでない場合に「0」として2階調化して2次元画像を作成する。最後に、2次元離散フーリエ変換を用いて、2階調化されたミクロ組織画像から式(1)で定義される不均質度αを求める。なお、本発明の特定の実施形態では、上記のミクロ組織画像は、冷延鋼板の板幅の中央位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像であってもよい。
本実施形態の冷延鋼板は式(1)で定義される不均質度αが1.20以下である。不均質度αは次の方法で求める。冷延鋼板の板幅の1/8から7/8までの位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影する。得られた30μm×30μmのミクロ組織画像を、板厚方向をx軸としかつ圧延方向をy軸とするxy座標系に配置し、1024×1024個の各画素をグレースケールで表す。したがって、グレースケール(256階調)で表されるミクロ組織画像は、冷延鋼板のうち、板厚方向及び圧延方向を含む面での断面から得られる。次いで、1024×1024個の各分割領域を組織がフェライトである場合に「1」、そうでない場合に「0」として2階調化して2次元画像を作成する。最後に、2次元離散フーリエ変換を用いて、2階調化されたミクロ組織画像から式(1)で定義される不均質度αを求める。なお、本発明の特定の実施形態では、上記のミクロ組織画像は、冷延鋼板の板幅の中央位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像であってもよい。
式(1)において、Suは式(2)で定義され、Svは式(3)で定義される。
式(2)及び式(3)において、F(u,v)は式(4)で定義される。
式(4)において、f(x,y)は、前記2次元画像の座標(x,y)の階調を表す。
上述の通り、αと焼付硬化性とは図7に示す関係性を有し、そしてαと焼付硬化後の曲げ性とは図8に示す関係性を有する。本発明の一実施形態による冷延鋼板は組織から求めたαが1.20以下であれば、図7及び8に示す通り、焼付硬化量BHが100MP以上となり、そして焼付硬化後の最小曲げ半径と板厚との比であるR/tが1.0未満となる。したがって、本発明の一実施形態による冷延鋼板は優れた焼付硬化性及び耐衝撃性を有する。αは、好ましくは1.10以下であり、さらに好ましくは1.05以下である。αの下限値は特に規定しないが、一般的には0.90以上である。
以上のことから、本発明の一実施形態による冷延鋼板は、塗装焼付硬化性能に優れ、かつ優れた耐衝撃性を有する。このため、本実施形態の冷延鋼板はプレス加工されて使用される自動車等の構造部材に用いることが好ましい。
(機械特性)
本実施形態による冷延鋼板は、好ましくは780MPa以上の引張強度を有し、より好ましくは800MPa以上、さらに好ましくは900MPa以上の引張強度を有する。
本実施形態による冷延鋼板は、好ましくは780MPa以上の引張強度を有し、より好ましくは800MPa以上、さらに好ましくは900MPa以上の引張強度を有する。
本実施形態による冷延鋼板は、好ましくは100MP以上の焼付硬化量を有し、より好ましくは120MPa以上、さらに好ましくは150MPa以上の焼付硬化量を有する。
本実施形態による冷延鋼板は、好ましくは10%以上の破断伸びを有し、より好ましくは12%以上の破断伸びを有する。本実施形態による冷延鋼板は、優れた焼付硬化後の曲げ性を有し、好ましくは1.0未満の最小曲げ半径/板厚比を有し、より好ましくは0.5以下の最小曲げ半径/板厚比を有する。
(III)製造方法
次に、本発明の実施形態に係る冷延鋼板の好ましい製造方法について説明する。
次に、本発明の実施形態に係る冷延鋼板の好ましい製造方法について説明する。
以下の説明は、本発明の実施形態に係る冷延鋼板を製造するための特徴的な方法の例示
を意図するものであって、当該冷延鋼板を以下に説明するような製造方法によって製造されるものに限定することを意図するものではない。
を意図するものであって、当該冷延鋼板を以下に説明するような製造方法によって製造されるものに限定することを意図するものではない。
上記製造方法は、上で説明した化学成分組成を有する溶鋼を鋳造してスラブを形成する工程、
前記スラブを1050℃以上1250℃以下の温度域で粗圧延する粗圧延工程であって、前記粗圧延が1パス当たりの圧下率が30%以下のリバース圧延によって行われ、前記リバース圧延が、下記(i)及び(ii):
(i)第1パスの圧下率が20%以上30%以下、第2パスの圧下率が15%以下の1往復、及び
(ii)第3パスの圧下率が15%以下、第4パスの圧下率が20%以上30%以下の1往復
の合計2往復を1セットとする圧延を3セット以上含み、1往復する際の2パス間の圧下率差が5%以上である粗圧延工程、
前記粗圧延工程の後5秒未満で開始され、粗圧延された鋼板を850℃以上1050℃以下の温度域で仕上げ圧延する仕上げ圧延工程であって、前記仕上げ圧延が4つ以上の連続する圧延スタンドで行われ、第一スタンドの圧下率が15%未満であり、仕上げ圧延された鋼板が200℃以下の温度域で巻き取られる仕上げ圧延工程、
得られた熱延鋼板を30%以下の圧下率で冷間圧延する冷間圧延工程、
得られた冷延鋼板をAc1以上1000℃以下の温度域で10秒以上1000秒以下保持し、次いで10℃/秒以上200℃/秒以下の平均冷却速度で200℃以下まで冷却する焼鈍工程、並びに
得られた鋼板を200℃以上350℃以下の温度域で100秒以上保持する焼戻し工程を含むことを特徴としている。以下、各工程について説明する。
前記スラブを1050℃以上1250℃以下の温度域で粗圧延する粗圧延工程であって、前記粗圧延が1パス当たりの圧下率が30%以下のリバース圧延によって行われ、前記リバース圧延が、下記(i)及び(ii):
(i)第1パスの圧下率が20%以上30%以下、第2パスの圧下率が15%以下の1往復、及び
(ii)第3パスの圧下率が15%以下、第4パスの圧下率が20%以上30%以下の1往復
の合計2往復を1セットとする圧延を3セット以上含み、1往復する際の2パス間の圧下率差が5%以上である粗圧延工程、
前記粗圧延工程の後5秒未満で開始され、粗圧延された鋼板を850℃以上1050℃以下の温度域で仕上げ圧延する仕上げ圧延工程であって、前記仕上げ圧延が4つ以上の連続する圧延スタンドで行われ、第一スタンドの圧下率が15%未満であり、仕上げ圧延された鋼板が200℃以下の温度域で巻き取られる仕上げ圧延工程、
得られた熱延鋼板を30%以下の圧下率で冷間圧延する冷間圧延工程、
得られた冷延鋼板をAc1以上1000℃以下の温度域で10秒以上1000秒以下保持し、次いで10℃/秒以上200℃/秒以下の平均冷却速度で200℃以下まで冷却する焼鈍工程、並びに
得られた鋼板を200℃以上350℃以下の温度域で100秒以上保持する焼戻し工程を含むことを特徴としている。以下、各工程について説明する。
(スラブの形成工程)
スラブは、例えば、転炉又は電気炉等を用いて、上で説明した本発明の実施形態に係る鋼板の化学組成を有する溶鋼を溶製し、連続鋳造法により製造することができる。連続鋳造法に代えて、造塊法、薄スラブ鋳造法等を採用してもよい。
スラブは、例えば、転炉又は電気炉等を用いて、上で説明した本発明の実施形態に係る鋼板の化学組成を有する溶鋼を溶製し、連続鋳造法により製造することができる。連続鋳造法に代えて、造塊法、薄スラブ鋳造法等を採用してもよい。
(粗圧延工程)
該スラブは以下の粗圧延工程を施す前に、1000℃以上1300℃以下の温度域に加熱してもよい。加熱した後の保持時間は特に規定しないが、スラブ中心部まで所定の温度にするために、30分間以上とすることが好ましい。また、過度のスケールロスを抑制するために10時間以下とすることが好ましく、5時間以下とすることがさらに好ましい。なお、直送圧延又は直接圧延を行う場合であって、鋳造後のスラブの温度が1050℃以上1250℃以下であれば、加熱と保持を施さずにそのまま以下の粗圧延工程に供してもよい。
該スラブは以下の粗圧延工程を施す前に、1000℃以上1300℃以下の温度域に加熱してもよい。加熱した後の保持時間は特に規定しないが、スラブ中心部まで所定の温度にするために、30分間以上とすることが好ましい。また、過度のスケールロスを抑制するために10時間以下とすることが好ましく、5時間以下とすることがさらに好ましい。なお、直送圧延又は直接圧延を行う場合であって、鋳造後のスラブの温度が1050℃以上1250℃以下であれば、加熱と保持を施さずにそのまま以下の粗圧延工程に供してもよい。
リバース圧延のみを用いた粗圧延を施すことによって、スラブ中のMn偏析部を一方向に引き伸ばされた板状にすることなく、複雑形状に制御することが可能となる。したがって、後の工程において、バンド状組織の形成を抑制するとともに、フェライトが複雑に入り組んだ組織が得られる。その結果として、最終的に、不均質度αが1.20以下に制御され、フェライトが焼戻しマルテンサイトにより微細かつ均質に分割された架橋構造を有する複合組織を含む冷延鋼板を得ることができる。なお、従来の複合組織を含む冷延鋼板は、以下に説明するような1往復における圧下率差をつけたリバース圧延が施されていないため、不均質度αを1.20以下にすることができない。
上記のMn偏析部の複雑形状化についてより詳しく説明すると、まず、粗圧延を開始する前のスラブにおいては、Mn等の合金元素が濃化した部分が、スラブの両方の表面から内部に向かって櫛状の形態でほぼ垂直に成長して複数並んだ状態になっている。一方、粗圧延では、圧延の1パスごとに、スラブの表面は圧延の進行方向に伸ばされることとなる。圧延の進行方向とは、圧延ロールに対してスラブが進行していく方向である。このようにスラブの表面が圧延の進行方向に伸ばされることにより、スラブの表面から内部に向かって成長しているMn偏析部は、圧延の1パスごとにスラブの進行方向に傾斜した状態にされる。
粗圧延の各パスにおけるスラブの進行方向が常に同じ方向であるいわゆる一方向圧延の場合、Mn偏析部は、ほほ真っ直ぐな状態を保ったまま、パスごとに同じ方向に向かって徐々に傾斜が強くなっていく。また、粗圧延の終了時には、Mn偏析部は、ほほ真っ直ぐな状態を保ったまま、スラブの表面に対してほぼ平行な姿勢となり、扁平なミクロ偏析が形成されてしまう。
一方、粗圧延の各パスにおけるスラブの進行方向が交互に反対の方向となるリバース圧延の場合は、直前のパスで傾斜させられたMn偏析部が、次のパスでは逆の方向に傾斜させられることとなり、その結果、Mn偏析部は折れ曲がった形状となる。このため、リバース圧延においては、交互に反対の方向となる各パスが繰り返し行われることにより、Mn偏析部が複雑に折れ曲がった形状となる。
粗圧延の温度が、1050℃未満では、後の仕上げ圧延工程において850℃以上の温度で圧延を完了することが難しく、鋼板の形状が不良となる。また、1250℃超ではスラブ予加熱時のスケールロスが増大する上、スラブ割れ発生の要因になることから、粗圧延温度は1050℃以上1250℃以下とする。粗圧延温度の下限値は1100℃であることが好ましい。粗圧延温度の上限値は1200℃であることが好ましい。
粗圧延における1パスの圧下率が30%超であると、圧延時のせん断応力が大きくなるため、Mn偏析部がバンド状に分布しやすくなり、複雑形状に分布させることが出来ない。そのため、粗圧延における1パスの圧下率は30%以下とする。圧下率が小さい程、圧延時のせん断ひずみが小さくなり、バンド組織の形成を抑制することから、圧下率の下限は特に定めないが、生産性の観点から、10%以上であることが好ましく、15%であることがより好ましい。
Mn偏析部を複雑形状、より具体的には網目形状にし、その結果として焼戻しマルテンサイトとフェライトの架橋構造を得るためには、圧延時のせん断応力を変えるため,圧下率を各パスにおいて制御しなければならない。Mn偏析部をバンド状に分布しにくくするために、往復で異なる圧下率のリバース圧延を2回繰り返すことが好ましい。その際、圧延温度が高温である第1パスで進行方向と同じ方向に大圧下することでバンド状に分布させたあと、圧延温度が低温である第4パスで進行方向と反対方向に大圧下することでMn偏析部を複雑形状に分布させるために、第1パスと第4パスの圧下率を他のパスの圧下率より高くすることが好ましい。すなわち,圧延は下記(i)及び(ii)の合計2往復を1セットとする圧延を3セット以上施す。
(i)第1パスの圧下率が20%以上30%以下、第2パスの圧下率が15%以下の1往復、及び
(ii)第3パスの圧下率が15%以下、第4パスの圧下率が20%以上30%以下の1往復
ただし、上記の圧延を6セット以上施すと十分な仕上げ圧延温度を確保することが難しくなるので、5セット以下とすることが好ましい。
(i)第1パスの圧下率が20%以上30%以下、第2パスの圧下率が15%以下の1往復、及び
(ii)第3パスの圧下率が15%以下、第4パスの圧下率が20%以上30%以下の1往復
ただし、上記の圧延を6セット以上施すと十分な仕上げ圧延温度を確保することが難しくなるので、5セット以下とすることが好ましい。
また、進行方向が互いに反対の方向となる各パスは、同じ回数ずつ行われること、すなわち合計のパス回数を偶数回とすることが望ましい。しかしながら、一般の粗圧延ラインでは、粗圧延の入側と出側はロールを挟んで反対側に位置する。このため、粗圧延の入側から出側に向かう方向のパス(圧延)が一回多くなる。そうすると、最後のパス(圧延)でMn偏析部が板状となり、Mnの網目状分布が形成されにくくなる。このような熱間圧延ラインで粗圧延をする場合には、粗圧延板を最後に入側から出側に送る際の圧下率を5%以下にすることが好ましく、ロール間を開けて圧延を省略することがより好ましい。
後述するように、再結晶組織を微細化するためには、仕上げ圧延におけるタンデムの多段圧延が有効であるが、タンデム圧延によって、扁平なミクロ偏析が形成されやすくなる。タンデムの多段圧延を利用するためには、上記リバース圧延の1往復における圧下率差を大きくし、その後のタンデム圧延で形成されるミクロ偏析を制御しなければならない。その効果はリバース圧延の1往復における圧下率差が5%以上となると顕著になる。そのため、リバース圧延の1往復における圧下率差は5%以上とすることが好ましく、10%以上とすることがより好ましい。
粗圧延におけるリバース圧延によって生成したMnの網目構造を維持するために、オーステナイト粒界移動を抑制する必要があるため、粗圧延から仕上げ圧延までの保持時間は5秒未満とすることが好ましく、3秒以下とすることがより好ましい。
(仕上げ圧延工程)
粗圧延におけるリバース圧延の後、仕上げ圧延におけるタンデム圧延の圧下率を大きくすることによって、デンドライト二次アームに起因するMn偏析帯の間隔を狭小化するために、仕上げ圧延は4つ以上の連続する圧延スタンドで行われることが好ましい。850℃未満で仕上げ圧延を完了すると、再結晶が十分に起きず、圧延方向に延伸した組織となり、後の工程において延伸組織に起因した板状組織が形成する。したがって、仕上げ圧延完了温度は850℃以上とし、900℃以上とすることが好ましい。一方、仕上げ圧延温度が1050℃を超えると、オーステナイトの微細な再結晶粒が生成しにくくなり、粒界のMn偏析が困難となり、Mn偏析帯が扁平となりやすくなる。そのため、仕上げ圧延温度は1050℃以下とする。必要に応じて、粗圧延された鋼板を粗圧延工程の後でかつ仕上げ圧延工程の前に再加熱してもよい。さらに、仕上げ圧延の第一スタンドの圧下率を15%未満とし、再結晶粒の多量生成を抑制することで、粗圧延工程で形成したMnの網目構造を維持しやすくなる。このように、粗圧延工程だけでなく、仕上げ圧延工程を限定することによって、扁平なMnのミクロ偏析を抑制できる。また、仕上げ圧延の第一スタンドの圧下率は10%以下であることが好ましい。
粗圧延におけるリバース圧延の後、仕上げ圧延におけるタンデム圧延の圧下率を大きくすることによって、デンドライト二次アームに起因するMn偏析帯の間隔を狭小化するために、仕上げ圧延は4つ以上の連続する圧延スタンドで行われることが好ましい。850℃未満で仕上げ圧延を完了すると、再結晶が十分に起きず、圧延方向に延伸した組織となり、後の工程において延伸組織に起因した板状組織が形成する。したがって、仕上げ圧延完了温度は850℃以上とし、900℃以上とすることが好ましい。一方、仕上げ圧延温度が1050℃を超えると、オーステナイトの微細な再結晶粒が生成しにくくなり、粒界のMn偏析が困難となり、Mn偏析帯が扁平となりやすくなる。そのため、仕上げ圧延温度は1050℃以下とする。必要に応じて、粗圧延された鋼板を粗圧延工程の後でかつ仕上げ圧延工程の前に再加熱してもよい。さらに、仕上げ圧延の第一スタンドの圧下率を15%未満とし、再結晶粒の多量生成を抑制することで、粗圧延工程で形成したMnの網目構造を維持しやすくなる。このように、粗圧延工程だけでなく、仕上げ圧延工程を限定することによって、扁平なMnのミクロ偏析を抑制できる。また、仕上げ圧延の第一スタンドの圧下率は10%以下であることが好ましい。
巻取温度は200℃以下が好ましい。巻取温度を200℃以下とすることでオーステナイトが冷却中に硬質なマルテンサイトに変態し、その際の変態ひずみ導入によりマルテンサイト近傍の軟質なフェライトに多量のひずみが導入され、次の焼鈍による再結晶フェライトの微細化、均質化に寄与する。巻取温度が200℃超では、マルテンサイトの生成が抑制されるため、上記効果が得られず、不均質度αが本発明で規定される条件を満足しない。そのため巻取温度は200℃以下であり、好ましくは100℃以下であり、さらに好ましくは50℃以下である。巻取温度を200℃以下とすることで得られた組織に冷間圧延を施すことで、硬質なマルテンサイト近傍のフェライトに応力が集中し、多量のひずみが導入される。この状態で焼鈍することで、再結晶フェライト核が多数生成し、均質微細な組織が得られる。また逆変態γもマルテンサイトラス間から微細に生成する。前記粗圧延工程で形成したMnの網目構造に加え、この両方の効果によりマルテンサイトがフェライトを細かく分割し、架橋構造をとることで本発明で規定する組織が得られる。曲げ性は加工効果能と極限変形能の双方が優れている必要があるが、マルテンサイトがフェライトを細かく分割し、架橋構造をとることでフェライトの加工硬化能が向上し、さらに均質組織のため極限変形能にも優れる。
一方で、200℃超の高温巻取りでは硬質マルテンサイトは生成しないため、低温巻取りに比べて冷間圧延後のフェライトへのひずみ導入量が少なくなり、目的の組織及び特性は得られない。
(冷間圧延工程)
上記粗圧延及び仕上げ圧延工程で造り込まれたマルテンサイトとフェライトの架橋構造を維持する観点から、冷間圧延の圧下率を低減することが重要である。冷間圧延の圧下率を低く抑えることで、マルテンサイトとフェライトの架橋構造を焼鈍後も維持することができる。この効果を得るために、冷間圧延の圧下率の上限値は、30%であり、好ましくは20%である。冷間圧延の圧下率が30%を超えると、マルテンサイトとフェライトの架橋構造が板厚方向に押し潰されてしまい、不均質度αが本発明で規定される条件を満足しない。組織を均質化及び/又は微細化する観点から、冷間圧延の下限値は、5%であり、好ましくは7%であり、より好ましくは10%である。冷間圧延の圧下率を30%以下とすることは、本発明で規定する不均質度αの条件を満足するための重要な要件である。
上記粗圧延及び仕上げ圧延工程で造り込まれたマルテンサイトとフェライトの架橋構造を維持する観点から、冷間圧延の圧下率を低減することが重要である。冷間圧延の圧下率を低く抑えることで、マルテンサイトとフェライトの架橋構造を焼鈍後も維持することができる。この効果を得るために、冷間圧延の圧下率の上限値は、30%であり、好ましくは20%である。冷間圧延の圧下率が30%を超えると、マルテンサイトとフェライトの架橋構造が板厚方向に押し潰されてしまい、不均質度αが本発明で規定される条件を満足しない。組織を均質化及び/又は微細化する観点から、冷間圧延の下限値は、5%であり、好ましくは7%であり、より好ましくは10%である。冷間圧延の圧下率を30%以下とすることは、本発明で規定する不均質度αの条件を満足するための重要な要件である。
(焼鈍工程)
上記冷間圧延工程を経て得られた鋼板に、焼鈍処理を施す。焼鈍温度での加熱は、Ac1以上1000℃以下の温度域で、10秒以上1000秒以下加熱保持とする。この温度範囲は、フェライトと硬質組織の面積率を決めるものである。焼鈍処理の温度範囲の上限値は870℃であることが好ましく、850℃であることがより好ましい。焼鈍時間は、冷間加工されたフェライトを十分に再結晶させること、及びフェライトと硬質組織の面積率を制御しやすくするために、10秒以上とする。また、焼鈍時間が1000秒を超えると生産性が悪くなる。従って、焼鈍時間は10秒以上1000秒以下とする。焼鈍時間の上限値は300秒であることが好ましい。焼鈍時間の下限値は200秒であることが好ましい。
上記冷間圧延工程を経て得られた鋼板に、焼鈍処理を施す。焼鈍温度での加熱は、Ac1以上1000℃以下の温度域で、10秒以上1000秒以下加熱保持とする。この温度範囲は、フェライトと硬質組織の面積率を決めるものである。焼鈍処理の温度範囲の上限値は870℃であることが好ましく、850℃であることがより好ましい。焼鈍時間は、冷間加工されたフェライトを十分に再結晶させること、及びフェライトと硬質組織の面積率を制御しやすくするために、10秒以上とする。また、焼鈍時間が1000秒を超えると生産性が悪くなる。従って、焼鈍時間は10秒以上1000秒以下とする。焼鈍時間の上限値は300秒であることが好ましい。焼鈍時間の下限値は200秒であることが好ましい。
Ac1点は次の式により計算する。
Ac1=751-16×C+35×Si―28×Mn-16×Ni+13×Cr-6×Cu+3×Mo
上記式において、C、Si、Mn、Ni、Cr、Cu及びMoは各元素の含有量(質量%)であり、含有しない元素については0質量%を代入する。
Ac1=751-16×C+35×Si―28×Mn-16×Ni+13×Cr-6×Cu+3×Mo
上記式において、C、Si、Mn、Ni、Cr、Cu及びMoは各元素の含有量(質量%)であり、含有しない元素については0質量%を代入する。
焼鈍温度保持後、冷却は10℃/秒以上200℃/秒以下の冷却速度で行う。組織を凍結し、マルテンサイト変態を効率的に引き起こすためには、冷却速度は速いほうがよい。ただし、冷却速度が10℃/秒未満ではマルテンサイトが十分に生成せず、所望の組織に制御できない。一方で、冷却速度が200℃/秒を超えても、その効果は飽和するため、焼鈍後の冷却速度は、10℃/秒以上200℃/秒以下とする。焼鈍後の冷却速度の上限値は50℃/秒であることが好ましい。焼鈍後の冷却速度の下限値は10℃/秒であることが好ましい。上記冷却速度は、平均冷却速度とは異なり、冷却中の何れの温度域においても10℃/秒を下回らないことを意味する。冷却停止温度は200℃以下とする。これは、焼鈍温度保持後にマルテンサイトを生成させるためである。このとき、200℃以上500℃以下で冷却を停止し、10秒以上1000秒以下保持する工程を入れてもよい。冷却停止温度は55℃以下であることが好ましく、45℃以下であることがより好ましい。
(焼戻し工程)
得られた鋼板は、焼戻し工程において、加熱により200℃以上350℃以下の温度域で保持される。保持温度は好ましくは250℃以上300℃以下とする。保持温度が200℃未満であった場合、マルテンサイトが焼戻されないため、予ひずみ分配が変化しない。350℃超であった場合、粗大な炭化物の析出により全体の固溶炭素量が減ってしまうため、焼付硬化性が低下する。また、保持温度がフェライトの再結晶温度よりも高くなると、母相中に生成した再結晶フェライトによりフェライトと母相の界面の分布が変化し、その結果としてマルテンサイトとフェライトの架橋構造が分断又は崩壊する場合がある。一方、硬質組織全体を焼戻すために、保持時間は100秒以上とする。その後、生産性の観点から、2℃/秒以上の平均冷却速度で100℃以下まで冷却する。冷却停止温度は50℃以下であることが好ましく、45℃以下であることがより好ましい。
得られた鋼板は、焼戻し工程において、加熱により200℃以上350℃以下の温度域で保持される。保持温度は好ましくは250℃以上300℃以下とする。保持温度が200℃未満であった場合、マルテンサイトが焼戻されないため、予ひずみ分配が変化しない。350℃超であった場合、粗大な炭化物の析出により全体の固溶炭素量が減ってしまうため、焼付硬化性が低下する。また、保持温度がフェライトの再結晶温度よりも高くなると、母相中に生成した再結晶フェライトによりフェライトと母相の界面の分布が変化し、その結果としてマルテンサイトとフェライトの架橋構造が分断又は崩壊する場合がある。一方、硬質組織全体を焼戻すために、保持時間は100秒以上とする。その後、生産性の観点から、2℃/秒以上の平均冷却速度で100℃以下まで冷却する。冷却停止温度は50℃以下であることが好ましく、45℃以下であることがより好ましい。
(スキンパス圧延工程)
以上の方法で製造された冷延鋼板に、任意選択で最終のスキンパス圧延(調質圧延)を施してもよい。スキンパス圧延を施すことにより、予ひずみがなくとも、鋼板にひずみが入るので、焼付硬化性を高めることができる。ひずみを鋼板に均一に導入するために、圧下率は0.1%以上とし、板厚制御が困難になるため、0.5%を上限とすることが好ましい。
以上の方法で製造された冷延鋼板に、任意選択で最終のスキンパス圧延(調質圧延)を施してもよい。スキンパス圧延を施すことにより、予ひずみがなくとも、鋼板にひずみが入るので、焼付硬化性を高めることができる。ひずみを鋼板に均一に導入するために、圧下率は0.1%以上とし、板厚制御が困難になるため、0.5%を上限とすることが好ましい。
このようにして、本発明の実施形態に係る冷延鋼板を製造することができる。
上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
次に、本発明の実施例について説明する。実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
表1に示す化学組成を有するスラブを製造し、スラブを1300℃に1時間加熱した後、表2に示す条件にて粗圧延及び仕上げ圧延を行い、次いで鋼板を巻き取り、表2に示す巻き取り温度で1時間保持し、板厚2mmの熱延鋼板を得た。その後、熱延鋼板の酸洗を行い、表2に示す圧下率で冷間圧延を行って表2に示す板厚を有する冷延鋼板を得た。続いて、表2に示す条件下で焼鈍、焼戻し及び/又はスキンパス圧延を行った。
得られた冷延鋼板の鋼組織を観察した。鋼組織の観察では、上記の方法により、フェライトの面積率、焼戻しマルテンサイトの面積率、及び不均質度αを求めた。
特に、フェライトの面積率及び焼戻しマルテンサイトの面積率は以下のようにして決定した。まず、鋼板の圧延方向に垂直な板厚断面を観察面として試料を採取し、観察面を研磨し、当該鋼板の厚さの1/4位置の組織を5000倍の倍率でSEM-EBSDで観察し、それを100μm×100μmの視野で画像解析してフェライトの面積率を測定し、任意の5視野におけるこれらの測定値の平均をフェライトの面積率として決定した。
また、鋼板の表面からの深さが3t/8からt/2までの領域のSEMの2次電子像を撮影し(倍率1500倍)、得られた画像データの白色部分が硬質組織であり、黒色部分がフェライトであることから、当該画像データに基づいて硬質組織の面積率を決定した。硬質組織は、上記SEMの2次電子画像を5000倍又は10000倍で観察した際に、当該硬質組織内に微細炭化物が析出している場合に焼戻しマルテンサイトと判断した。これらの結果を表3に示す。
更に、得られた冷延鋼板の引張強度TS、破断伸びEL、焼付硬化量BH、及び最小曲げ半径Rを測定した。引張強度TS、破断伸びEL、及び焼付硬化量BHの測定では、圧延方向に直角な方向を長手方向とするJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241に準拠して引張試験を行った。BHは2%予ひずみを付加後、170℃で20分間熱処理した試験片を再引張したときの応力から、2%予ひずみ付加時の応力を差し引いた値である。自動車車体の軽量化の要求を満たすためには引張強度は780MPa以上である。また、成形しやすいために、破断伸びは10%以上であることが好ましい。また、BHについては、100MPa未満では成形しにくく且つ成形後の強度が低くなるため、優れた焼付硬化性を有するためには、100MPa以上であることが好ましい。
塗装焼付硬化処理後の曲げ性を評価する指標としては、最小曲げ半径と板厚との比であるR/tが用いられる。最小曲げ半径Rの測定はJIS Z 2248に規定されるVブロック法(押金具の先端角:90°、先端半径R:0.5mmから0.5mmピッチで変更)を用いて試験片幅30mmとして実施した。最小曲げ半径と板厚との比であるR/tが1.0以上であると、塗装焼付硬化処理後の試験片は衝突時における蛇腹状変形の際に生じる曲げ応力ですぐ破断してしまう場合がある。すなわち、部品としての衝突性能が悪い。従って、BH測定後の最小曲げ半径と板厚との比であるR/tは1.0未満が好ましい。
[評価結果]
表3に示すように、実施例1、3、6、7、10、15、17、20、22、23、2527、33、34及び35では、優れたTS、BH及びR/tを得ることができた。いずれもTSが780MPa以上、BHが100MPa以上、R/tが1.0未満となり、高強度で且つ焼付硬化性に優れ、焼付硬化後の曲げ性にも優れることが示された。
表3に示すように、実施例1、3、6、7、10、15、17、20、22、23、2527、33、34及び35では、優れたTS、BH及びR/tを得ることができた。いずれもTSが780MPa以上、BHが100MPa以上、R/tが1.0未満となり、高強度で且つ焼付硬化性に優れ、焼付硬化後の曲げ性にも優れることが示された。
一方、比較例2では、焼戻し保持時間が短すぎたために焼戻しマルテンサイトが所望の面積率にならず、鋼のBHが低くR/tが高かった。比較例4では、冷間圧延の圧下率が高かったためにマルテンサイトとフェライトの架橋構造を維持できず、結果として不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。
比較例5では、焼戻し保持温度が低かったために焼戻しマルテンサイトが所望の面積率にならず、鋼のBHが低くR/tが高かった。比較例8では、焼鈍温度が低かったためにフェライトの面積率が過度に高くかつ焼戻しマルテンサイトの面積率が過度に低くなり、鋼のTS及びBHが低かった。
比較例9では、焼鈍時間が短かったために、結果として焼戻しマルテンサイトが所望の面積率にならず、鋼のTS及びBHが低くR/tが高かった。比較例11では、焼鈍後の冷却速度が遅かったためにマルテンサイトが十分に生成しなかった。そのため、フェライトの面積率が過度に高くかつ焼戻しマルテンサイトの面積率が過度に低くなり、TS及びBHが低かった。比較例12では、焼戻し保持温度が高かったために粗大な炭化物が析出してしまい、また再結晶フェライトの生成に起因してマルテンサイトとフェライトの架橋構造を維持できず、結果として不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。
比較例13では、C含有量が低かったためにフェライトと焼戻しマルテンサイトが所望の面積率にならず、鋼のTS及びBHが低かった。比較例14では、Si含有量が低かったために粗大な炭化物が析出してしまい、BHが低くR/tが高かった。比較例16では、仕上げ圧延の完了温度が低かったために不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例18では、Mn含有量が低かったために焼戻しマルテンサイトが所望の面積率にならず、TS及びBHが低くR/tが高かった。
比較例19では、粗圧延の1往復内に含まれる2パス間の圧下率差が低かったために不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例21では、粗圧延の圧下率が高かったために不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例24では、巻取温度が高かったためにマルテンサイトの生成が抑制され、結果として不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例26では、粗圧延の回数が少なかったために焼戻しマルテンサイトとフェライトの架橋構造を得ることができず、不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例28では、粗圧延から仕上げ圧延までの保持時間が長かったために焼戻しマルテンサイトとフェライトの架橋構造を得ることができず、不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。
比較例29では、粗圧延の第1パスの圧下率が低くかつ粗圧延の第2パスの圧下率が高かったために焼戻しマルテンサイトとフェライトの架橋構造を得ることができず、不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例30では、粗圧延の第3パスの圧下率が高くかつ粗圧延の第4パスの圧下率が低かったために焼戻しマルテンサイトとフェライトの架橋構造を得ることができず、不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例31では、巻取温度が高かったために熱延鋼板におけるマルテンサイトの生成が抑制されるため、フェライトへ導入されるひずみ量が少なく、結果として不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例32では、冷間圧延の圧下率が高かったためにマルテンサイトとフェライトの架橋構造を維持できず、結果として不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。
比較例5では、焼戻し保持温度が低かったために焼戻しマルテンサイトが所望の面積率にならず、鋼のBHが低くR/tが高かった。比較例8では、焼鈍温度が低かったためにフェライトの面積率が過度に高くかつ焼戻しマルテンサイトの面積率が過度に低くなり、鋼のTS及びBHが低かった。
比較例9では、焼鈍時間が短かったために、結果として焼戻しマルテンサイトが所望の面積率にならず、鋼のTS及びBHが低くR/tが高かった。比較例11では、焼鈍後の冷却速度が遅かったためにマルテンサイトが十分に生成しなかった。そのため、フェライトの面積率が過度に高くかつ焼戻しマルテンサイトの面積率が過度に低くなり、TS及びBHが低かった。比較例12では、焼戻し保持温度が高かったために粗大な炭化物が析出してしまい、また再結晶フェライトの生成に起因してマルテンサイトとフェライトの架橋構造を維持できず、結果として不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。
比較例13では、C含有量が低かったためにフェライトと焼戻しマルテンサイトが所望の面積率にならず、鋼のTS及びBHが低かった。比較例14では、Si含有量が低かったために粗大な炭化物が析出してしまい、BHが低くR/tが高かった。比較例16では、仕上げ圧延の完了温度が低かったために不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例18では、Mn含有量が低かったために焼戻しマルテンサイトが所望の面積率にならず、TS及びBHが低くR/tが高かった。
比較例19では、粗圧延の1往復内に含まれる2パス間の圧下率差が低かったために不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例21では、粗圧延の圧下率が高かったために不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例24では、巻取温度が高かったためにマルテンサイトの生成が抑制され、結果として不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例26では、粗圧延の回数が少なかったために焼戻しマルテンサイトとフェライトの架橋構造を得ることができず、不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例28では、粗圧延から仕上げ圧延までの保持時間が長かったために焼戻しマルテンサイトとフェライトの架橋構造を得ることができず、不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。
比較例29では、粗圧延の第1パスの圧下率が低くかつ粗圧延の第2パスの圧下率が高かったために焼戻しマルテンサイトとフェライトの架橋構造を得ることができず、不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例30では、粗圧延の第3パスの圧下率が高くかつ粗圧延の第4パスの圧下率が低かったために焼戻しマルテンサイトとフェライトの架橋構造を得ることができず、不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例31では、巻取温度が高かったために熱延鋼板におけるマルテンサイトの生成が抑制されるため、フェライトへ導入されるひずみ量が少なく、結果として不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。比較例32では、冷間圧延の圧下率が高かったためにマルテンサイトとフェライトの架橋構造を維持できず、結果として不均質度αが大きくなり、BHが低くR/tが高かった。
本発明の冷延鋼板は、特に、自動車産業分野において自動車の構造部材として利用することができる。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.05~0.30%、
Si:0.200~2.000%、
Mn:2.00~4.00%、
P:0.100%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.001~2.000%、
N:0.010%以下
Ti:0~0.100%、
Nb:0~0.100%、
V:0~0.100%、
Cu:0~1.000%、
Ni:0~1.000%、
Mo:0~1.000%、
Cr:0~1.000%、
W:0~0.005%、
Ca:0~0.005%、
Mg:0~0.005%、
REM:0~0.010%、
B:0~0.0030%、
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、
面積率で、20%以上70%以下のフェライト、及び30%以上の焼戻しマルテンサイトを含有し、
フェライト及び焼戻しマルテンサイトの合計が90%以上であり、
前記冷延鋼板の板幅の1/8から7/8までの位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像を、板厚方向をx軸としかつ圧延方向をy軸とするxy座標系に配置し、次いで前記ミクロ組織画像をx軸方向に1024個、y軸方向に1024個分割して1024×1024個の分割領域を形成し、前記分割領域のそれぞれにおける値を組織がフェライトである場合に「1」、そうでない場合に「0」として2階調化して2次元画像を作成し、前記2次元画像に対して、式(1)で定義される不均質度αが1.20以下である、冷延鋼板。
- 更に、質量%で、
Ti:0.003%~0.100%、
Nb:0.003%~0.100%、
V:0.003%~0.100%
の1種又は2種以上を合計で0.100%以下含有する、請求項1に記載の冷延鋼板。 - 前記ミクロ組織画像が、前記冷延鋼板の板幅の中央位置の鋼板の板幅方向に垂直な板厚断面において、表面から板厚の1/4から3/8までの位置の組織を2000倍の倍率で撮影して得られた30μm×30μmのミクロ組織画像である、請求項1又は請求項2のいずれか一項に記載の冷延鋼板。
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