JP2022513964A - 加工性に優れた冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、及びこれらの製造方法 - Google Patents
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-
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-
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Abstract
Description
([Si]+[C]×3)/([Mn]+[Mo]+[Cr])≧0.18
(ここで、[Si]、[C]、[Mn]、[Mo]、[Cr]は、それぞれ冷間圧延鋼板の厚さ1/4t地点におけるシリコン(Si)、炭素(C)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、及びクロム(Cr)の重量%である。)
[関係式2]
n×El×TS/YR≧2500
上記熱間圧延する段階後に400~700℃で巻き取った後、巻き取り温度から常温まで0.1℃/s以下の平均冷却速度で冷却して熱延鋼板を得る段階;
巻き取られた上記熱延鋼板を40~70%の圧下率で冷間圧延して冷延鋼板を得る段階;
上記冷延鋼板をAc1+20℃~Ac3-20℃の焼鈍温度の範囲で焼鈍する段階;
焼鈍された冷延鋼板を上記焼鈍温度から630~670℃の1次冷却終了温度まで10℃/s以下の平均冷却速度で1次冷却する段階;
上記1次冷却終了温度から400~500℃の2次冷却終了温度の範囲まで急冷設備を用いて5℃/s以上の平均冷却速度で2次冷却する段階;
上記2次冷却後に、2次冷却終了温度で70秒以上保持する段階;及び
上記保持の後、上記保持温度からMs~100℃以下の温度まで5℃/s以上の平均冷却速度で3次冷却する段階;
を含む、加工性に優れた冷延鋼板の製造方法である。
鋼中の炭素(C)は、変態組織強化のために添加される非常に重要な元素である。Cは、高強度化を図り、複合組織鋼においてマルテンサイトの形成を促進する。Cの含量が増加すると、鋼中のマルテンサイト量が増加するようになる。しかし、その量が0.15%を超えると、マルテンサイトの強度は高くなるものの、炭素濃度の低いフェライトとの強度差が増加するようになる。このような強度差により、応力付加時に相間界面で破壊が発生しやすく、延性と加工硬化率が低下する。また、溶接性が低下するため、部品加工時に溶接欠陥が発生する可能性がある。これに対し、Cの含量が0.06%以下と低くなると、所望の強度を確保することが極めて困難になり得る。したがって、本発明において、Cの含量は0.06~0.15%に制限することが好ましく、場合によっては0.06~0.12%に制限することができる。
上記シリコン(Si)は、フェライト安定化元素であって、フェライト変態を促進させ、未変態オーステナイトへのC濃縮を助長することにより、マルテンサイトの形成に寄与する元素である。また、固溶強化能がよく、フェライトの強度を高めて相間の硬度差を減らすのに効果的であり、鋼板の延性を低下させずに強度を確保することができる有用な元素である。しかし、Siの含量が1.2%を超えると、表面のスケール欠陥を誘発し、めっきの表面品質が低下し、かつ化成処理性が低下する可能性がある。したがって、本発明においてSiの含量は1.2%以下(0は除く)に制限することが好ましく、場合によっては1.0%以下(0は除く)に制限することができる。
マンガン(Mn)は、延性の損傷なしに粒子を微細化させ、鋼中の硫黄を完全にMnSとして析出させてFeSの生成による熱間脆性を防止するとともに、鋼を強化させる元素である。また、Mnは、複合組織鋼において、マルテンサイト相が得られる臨界冷却速度を下げる役割を果たし、マルテンサイトをより容易に形成させることができる。上記効果を得て、本発明で目標とする強度を確保するためには、Mnの含量は1.7%以上であることが好ましい。一方、Mnの含量が2.7%を超えると、溶接性、熱間圧延性などの問題が発生する可能性が高く、マルテンサイトが過剰に形成されて材質が不安定であり、組織内のMn酸化物の帯(Mn-Band)が形成されて加工クラック及び板破断が発生する危険性が高くなるという問題がある。また、焼鈍時にMn酸化物が表面に溶出し、めっき性が大きく阻害されるという問題がある。したがって、本発明においてMnの含量は1.7~2.7%に制限することが好ましく、場合によっては1.8~2.5%に制限することができる。
モリブデン(Mo)は、オーステナイトがパーライトに変態されることを遅延させると同時に、フェライトの微細化及び強度向上のために添加する元素である。このようなMoは、鋼の硬化能を向上させ、マルテンサイトを結晶粒界(grain boundary)に微細に形成させて降伏比の制御が可能であるという利点がある。但し、高価な元素であって、その含量が高くなるほど製造上不利になるという問題があるため、その含量を適切に制御することが好ましい。上述の効果を得るために、最大0.15%で添加することが好ましい。上記Moの含量が0.15%を超えた場合、合金コストの急激な上昇を招き、経済性が低下し、過度な結晶粒微細化効果と固溶強化効果により、むしろ鋼の延性が低下するという問題が生じ得る。したがって、本発明においてMoの含量は0.15%以下(0は除く)に制限することが好ましい。
クロム(Cr)は、鋼の硬化能を向上させ、高強度を確保するために添加される成分であり、マルテンサイトの形成に非常に重要な役割を果たす元素であって、強度の上昇に比べて伸び率の低下を最小化させるため、高延性を有する複合組織鋼の製造にも有利である。特にCrは、熱間圧延過程でCr23C6のようなCr系炭化物を形成するが、この炭化物は焼鈍過程で一部は溶解し、一部は溶解せずに残って、冷却後にマルテンサイト内の固溶C量を適正水準以下に制御することがことができ、降伏点伸び(YP-El)の発生を抑制するため、降伏比の低い複合組織鋼の製造に有利な元素である。しかし、Crの含量が1.0%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、過度な熱延強度の増加により冷間圧延性が低下するという問題がある。また、Cr系炭化物の分率が高くなり、粗大化して焼鈍後にマルテンサイトの大きさも粗大化するため、伸び率の低下を招くという問題がある。したがって、本発明においてCrの含量は1.5%以下に制限することが好ましい。
鋼中のリン(P)は、固溶強化効果が最も大きい置換型元素であって、面内異方性を改善し、成形性を大きく損なうことなく、強度の確保に最も有利な元素である。しかし、過剰に添加する場合、脆性破壊が発生する可能性が大幅に増加して熱間圧延の途中にスラブの板破断が発生する可能性があり、且つめっき表面の特性を阻害する元素として作用するという問題がある。したがって、本発明ではPの含量を最大0.1%に制御する。
硫黄(S)は、鋼中に不可避に添加される不純物元素であって、延性及び溶接性を阻害する元素であるため、可能な限り低く管理することが重要である。特に、赤熱脆性を発生させる可能性を高めるという問題があるため、その含量を0.01%以下に制御することが好ましい。
鋼中のチタン(Ti)及びニオブ(Nb)は、鋼板の強度上昇及びナノ析出物の形成による結晶粒微細化に有効な元素である。これらの元素を添加すると、炭素と結合して非常に微細なナノ析出物を形成し、このようなナノ析出物は、基地組織を強化させて相間の硬度差を減少させる役割を果たす。上記Ti及びNbの含量がそれぞれ0.001%未満である場合には、このような効果を確保しにくく、その含量がそれぞれ0.04%を超えると、製造コストの上昇及び過度な析出物によって、延性を大きく低下させる可能性がある。したがって、本発明においてTi及びNbの含量は、それぞれ0.001~0.04%に制限することが好ましく、場合によっては、Ti及びNbの含量をそれぞれ0.001~0.03%に制限することができる。
窒素(N)は、オーステナイトを安定化させるのに有効な作用をする成分であるが、0.01%を超える場合、鋼の精錬コストが急激に上昇するという問題がある。また、AlNの形成などにより、連鋳時にクラックが発生する危険性が大幅に増加するため、その上限を0.01%に限定することが好ましい。
ボロン(B)は、焼鈍中、冷却する過程でオーステナイトがパーライトに変態することを遅延させる成分であって、フェライトの形成を抑制し、マルテンサイトの形成を促進する硬化能元素である。しかし、その含量が0.01%を超えると、表面に過剰なBが濃化してめっき密着性の低下を招く可能性があるため、その含量を0.01%以下に制御する。
酸可溶アルミニウム(sol.Al)は、鋼の粒度微細化及び脱酸のために添加される元素であって、Siと同様にフェライト安定化元素であり、フェライト内の炭素をオーステナイトに分配してマルテンサイト硬化能を向上させるのに有効な成分である。また、ベイナイト領域で保持時、ベイナイト内炭化物の析出を効果的に抑制させ、鋼板の延性を向上させるのに有用な元素である。しかし、sol.Alの含量が1.0%を超えると、結晶粒微細化効果により強度の上昇には有利であるものの、製鋼の連鋳操業時に介在物の過剰形成によりめっき鋼板の表面不良が発生する可能性が高くなるのみならず、製造コストの上昇を招くという問題がある。したがって、本発明ではsol.Alの含量を1.0%に制御することが好ましい。
アンチモン(Sb)は、結晶粒界に分布し、Mn、Si、Alなど酸化性元素の結晶粒界を介する拡散を遅延させる元素であって、酸化物の表面濃化を抑制し、且つ、温度上昇及び熱延工程の変化に伴う表面濃化物の粗大化を抑制するのに優れた効果がある。しかし、その含量が0.05%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、製造コスト及び加工性が低下するため、その含量を0.05%以下に制限する。
[関係式1]
([Si]+[C]×3)/([Mn]+[Mo]+[Cr])≧0.18
(ここで、[Si]、[C]、[Mn]、[Mo]、[Cr]はそれぞれ、冷延鋼板の厚さ1/4t地点におけるシリコン(Si)、炭素(C)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)の重量%である。)
n×El×TS/YR≧2500
(ここで、n、El、TS、YRは、それぞれ4~6%の変形区間で測定した加工硬化指数(n)、伸び率(El)、引張強度(TS)、降伏比(YR)である。)
まず、上述した合金組成を有する鋼スラブを準備し、一般的な条件で再加熱する。スラブ再加熱は、後続する熱間圧延を円滑に行い、目的とする鋼板の物性を得るために加熱する工程であって、本発明では、このような再加熱条件について特に制限しない。但し、非制限的な一実施形態として、1100~1300℃の温度範囲で再加熱することができる。
上記巻き取られた熱延鋼板を酸洗した後、40~70%の圧下率で冷間圧延を実施する。上記冷間圧下率が40%未満である場合、目標とする厚さを確保しにくく、さらに、鋼板の形状矯正が困難になり得る。一方、冷間圧下率が70%を超えると、鋼板のエッジ(edge)部のクラックが発生する可能性が高く、冷間圧延の負荷をもたらすという問題点がある。したがって、本発明では、上記冷間圧下率を40~70%に制限することが好ましい。
上記冷間圧延した鋼板をAc1+20℃~Ac3-20℃の温度範囲で連続焼鈍を実施する。より好ましくは、760~820℃の温度範囲で連続焼鈍を行うこともできる。また、上記連続焼鈍は、連続合金化溶融めっき連続炉にて行うこともできる。上記連続焼鈍は、再結晶と同時にフェライトとオーステナイトを形成し、炭素を分配するためのものである。上記連続焼鈍温度がAc1+20℃未満または760℃未満である場合、十分な再結晶が行われず、さらに、十分なオーステナイトを形成しにくく、焼鈍後に目標とするマルテンサイト及びベイナイト分率を確保することが困難となる。一方、Ac3-20℃または830℃を超えると、生産性が低下して過剰なオーステナイトが形成され、冷却後にベイナイト及びマルテンサイト分率が大幅に増加して降伏強度が増加し、延性が低下してDP鋼の特性である低降伏、高延性の特性を確保しにくい。また、Si、Mn及びBなどの溶融亜鉛めっきの濡れ性を低下させる元素による表面濃化が激しくなり、めっきの表面品質が低下する可能性がある。これを考慮して、本発明では、上記連続焼鈍温度をAc1+20℃~Ac3-20℃の温度範囲に制限することができ、場合によっては760~820℃であってもよい。
上記連続焼鈍された鋼板を連続焼鈍温度から630~670℃の1次冷却終了温度の範囲まで10℃/s以下の平均冷却速度で1次冷却し、急冷設備を用いて、上記1次冷却終了温度から400~500℃の2次冷却終了温度の範囲まで5℃/s以上の平均冷却速度で2次冷却してベイナイトを導入する。
一方、2次冷却終了温度で70秒以上保持した後であり、上記3次冷却する前に、430~490℃の温度範囲で溶融亜鉛めっき処理を実施して鋼板上に溶融亜鉛めっき層を形成することができる。また、必要に応じて、合金化熱処理を行って合金化溶融亜鉛めっき層を形成することができる。
まず、下記表1の合金組成(単位はwt.%)を有する鋼スラブを準備した後、表2の製造条件によって冷間圧延鋼板及び溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。
Claims (12)
- 重量%で、炭素(C):0.06~0.15%、シリコン(Si):1.2%以下(0は除く)、マンガン(Mn):1.7~2.7%、モリブデン(Mo):0.15%以下(0は除く)、クロム(Cr):1.0%以下(0は除く)、リン(P):0.1%以下、硫黄(S):0.01%以下、チタン(Ti):0.001~0.04%、ニオブ(Nb):0.001~0.04%、窒素(N):0.01%以下、ボロン(B):0.01%以下(0は除く)、残部Fe及びその他の不可避不純物を含み、
厚さ1/4t地点の基地組織内のシリコン(Si)、炭素(C)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)の含量が下記関係式1を満たし、微細組織が、面積%で、フェライト10~70%、ベイナイトと残留オーステナイトが合計で10~50%、残部はフレッシュマルテンサイトで構成され、フレッシュマルテンサイト(Mt)の全体分率とベイナイトに隣接しているフレッシュマルテンサイト(Mb)分率との比(Mb/Mt)が60%以上である、加工性に優れた冷延鋼板。
[関係式1]
([Si]+[C]×3)/([Mn]+[Mo]+[Cr])≧0.18
(ここで、[Si]、[C]、[Mn]、[Mo]、[Cr]は、それぞれ冷延鋼板の厚さ1/4t地点におけるシリコン(Si)、炭素(C)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)の重量%である。) - 重量%で、アルミニウム(sol.Al):1.0%以下(0は除く)、アンチモン(Sb):0.05%以下(0は除く)をさらに含む、請求項1に記載の加工性に優れた冷延鋼板。
- フレッシュマルテンサイト(Mt)の全体分率と平均粒度3μm以下の微細なフレッシュマルテンサイト(Msm)の分率との比(Msm/Mt)が60%以上である、請求項1に記載の加工性に優れた冷延鋼板。
- それぞれ4~6%の変形区間で測定した加工硬化指数(n)、伸び率(El)、引張強度(TS)、降伏比(YR)が、下記関係式2を満たす、請求項1に記載の加工性に優れた冷延鋼板。
[関係式2]
n×El×TS/YR≧2500 - 請求項1または2に記載の冷延鋼板の表面に溶融亜鉛めっき層が形成されている、溶融亜鉛めっき鋼板。
- 請求項1または2に記載の冷延鋼板の表面に合金化溶融亜鉛めっき層が形成されている、合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 加工性に優れた冷延鋼板の製造方法であって、
重量%で、炭素(C):0.06~0.15%、シリコン(Si):1.2%以下(0は除く)、マンガン(Mn):1.7~2.7%、モリブデン(Mo):0.15%以下(0は除く)、クロム(Cr):1.0%以下(0は除く)、リン(P):0.1%以下、硫黄(S):0.01%以下、チタン(Ti):0.001~0.04%、ニオブ(Nb):0.001~0.04%、窒素(N):0.01%以下、ボロン(B):0.01%以下(0は除く)、残部Fe及びその他の不可避不純物を含む鋼スラブを再加熱した後、仕上げ圧延出口側の温度がAr3~Ar3+50℃となるように熱間圧延する段階;
前記熱間圧延する段階後に、400~700℃で巻き取った後、巻き取り温度から常温まで0.1℃/s以下の平均冷却速度で冷却して熱延鋼板を得る段階;
巻き取られた前記熱延鋼板を40~70%の圧下率で冷間圧延して冷延鋼板を得る段階;
前記冷延鋼板をAc1+20℃~Ac3-20℃の焼鈍温度範囲で焼鈍する段階;
焼鈍された冷延鋼板を、前記焼鈍温度から630~670℃の1次冷却終了温度まで10℃/s以下の平均冷却速度で1次冷却する段階;
前記1次冷却終了温度から400~500℃の2次冷却終了温度の範囲まで急冷設備を用いて5℃/s以上の平均冷却速度で2次冷却する段階;
前記2次冷却の後、2次冷却終了温度で70秒以上保持する段階;及び
前記保持の後、前記保持温度からMs~100℃以下の温度まで5℃/s以上の平均冷却速度で3次冷却する段階;
を含む、加工性に優れた冷延鋼板の製造方法。 - 前記鋼スラブは、重量%で、アルミニウム(sol.Al):1.0%以下(0は除く)、アンチモン(Sb):0.05%以下(0は除く)をさらに含む、請求項7に記載の加工性に優れた冷延鋼板の製造方法。
- 前記連続焼鈍を760~820℃の温度範囲で実施する、請求項7に記載の加工性に優れた冷延鋼板の製造方法。
- 前記3次冷却の後に、1%未満の圧下率で調質圧延を行う段階をさらに含む、請求項7に記載の加工性に優れた冷延鋼板の製造方法。
- 前記保持する段階の後であり、前記3次冷却する前に、430~490℃の温度範囲で溶融亜鉛めっき処理する段階をさらに含む、請求項7乃至10のいずれか一項に記載の加工性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記溶融亜鉛めっき処理する段階の後であり、前記3次冷却する前に、合金化熱処理を行う、請求項11に記載の加工性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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