JP4385777B2 - 歪時効硬化特性に優れた冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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(1)質量%で、C:0.01〜0.15%、Si:0.25%以下、Mn:3.0 %以下、P:0.02%以下、S:0.02%以下、Al:0.033 %以下、N:0.02%以下を含み、さらにNb:0.01〜0.2 %、Mo:0.05〜1.0 %のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、次(1)式
ΔTS=TS HT −TS ‥‥(1)
(ここで、TS HT :予変形−熱処理後の引張強さ(MPa )、TS:鋼板の引張強さ(MPa )、なお、予変形−熱処理:引張塑性歪量5%以上の予変形処理後、150 〜 350℃の範囲の温度で保持時間:30s以上の熱処理)
で定義されるΔTSが、ΔTS:150MPa以上となる歪時効硬化特性を有することを特徴とする歪時効硬化特性に優れた冷延鋼板。
(2)(1)において、前記組成を有し、粒径80nm以下の析出物について求めた析出物平均粒径が32nm以下である熱延板を、冷間圧延し、ついで(Ac3変態点−110 ℃)以上の温度域で焼鈍を施してなることを特徴とする冷延鋼板。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti、Vの1種または2種を合計で0.4 %以下含有することを特徴とする冷延鋼板。
(4)鋼スラブを、熱間圧延したのち、冷却し巻き取り熱延板とする熱延工程と、該熱延板に冷間圧延を施し冷延板とする冷延工程と、該冷延板に焼鈍を施し冷延焼鈍板とする焼鈍工程と、を順次施す冷延鋼板の製造方法において、前記鋼スラブを、質量%で、C:0.01〜0.15%、Si:0.25%以下、Mn:3.0 %以下、P:0.02%以下、S:0.02%以下、Al:0.033 %以下、N:0.02%以下を含み、さらにNb:0.01〜0.2 %、Mo:0.05〜1.0 %のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼スラブとし、前記熱延工程における冷却および巻き取りを、20℃/s以上の冷却速度で600 ℃以下まで冷却して巻き取る冷却および巻き取りとし、前記焼鈍における焼鈍温度を(Ac3変態点−110 ℃)以上の温度とすることを特徴とする歪時効硬化特性に優れた冷延鋼板の製造方法。
(5)(4)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti、Vの1種または2種を合計で0.4 %以下含有することを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
(6)(4)または(5)において、前記熱間圧延の、スラブ加熱温度が900 ℃以上、仕上圧延出側温度が700 ℃以上であることを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
(7)(4)ないし(6)のいずれかにおいて、前記焼鈍後の冷却速度を、1℃/s以上とすることを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
Cは、鋼板の強度を増加し、また、予変形−熱処理後の強度増加に影響する元素であり、本発明では0.01%以上含有することが必要である。なお、より好ましくは0.02%以上である。一方、0.15%を超える含有は、鋼中の炭化物の分率が増加し、延性、さらにはプレス成形性を低下させる。さらに、より重要な問題として、C含有量が0.15%を超えると、スポット溶接性、アーク溶接性等が顕著に低下する。このため、本発明では、C含有量は0.01〜0.15%に限定した。なお、成形性の観点からは0.10%以下とするのが好ましい。
Siは、鋼板の延性を顕著に低下させることなく、鋼板を高強度化させることができる有用な強化元素であり、0.01%以上含有することが好ましい。しかし、その含有量が0.25%を超えると、プレス成形性の劣化を招くとともに、表面性状が悪化する。このため、Siは0.25%以下に限定した。
Mnは、鋼を強化する作用があり、また、Sによる熱間割れを防止する有効な元素であり、含有するS量に応じて含有するのが好ましい。このような効果は、0.5 %以上の含有で顕著となる。また、Mnは、Ar3変態点を低下させる作用があり、含有量の増加に伴いAr3変態点が低下し、焼鈍冷却時にフェライト変態が低温で起こるようになり焼鈍後のフェライト中の転位密度が高くなる。この焼鈍後の転位密度の増加は予歪量の増加と同様の効果を示し、微細炭化物の歪誘起析出を促進するため、予歪時効後により大きな強度上昇を得ることができるようになる。このような効果は1.0 %以上の含有で顕著となる。なお好ましくは1.5 %以上である。一方、3.0 %を超える含有は、プレス成形性および溶接性が劣化する。このため、本発明ではMnは3.0 %以下に限定した。
Pは、鋼を強化する作用を有する元素であり、所望の強度に応じて、0.005 %以上含有することが好ましい。一方、過剰に含有するとプレス成形性が劣化する。このため、Pは0.02%以下に限定した。
Sは、鋼板中では介在物として存在し、鋼板の延性、成形性、とくに伸びフランジ成形性の劣化をもたらす元素であり、できるだけ低減するのが好ましいが、0.02%以下に低減するとさほど悪影響をおよぼさなくなるため、本発明ではSは0.02%を上限とした。なお、優れた伸びフランジ成形性を要求される場合には、Sは0.010 %以下とするのが好ましい。
Alは、鋼の脱酸元素として添加され、鋼の清浄度を向上させるのに有用な元素であり、0.01%以上含有することが好ましい。しかし、0.033 %を超えて含有してもより一層の脱酸効果は得られず、逆にプレス成形性が劣化する。このため、Alは0.033 %以下に限定した。なお、本発明では、Al脱酸以外の脱酸方法による溶製方法を排除するものではなく、たとえばTi脱酸やSi脱酸を行ってもよく、これらの脱酸法による鋼板も本発明の範囲に含まれる。
Nは、固溶強化や歪時効硬化で鋼板の強度を増加させる元素であり、0.001 %以上含有することが好ましいが、0.02%を超えて含有すると、鋼板中に窒化物が増加し、それにより鋼板の延性、さらにはプレス成形性が顕著に劣化する。このため、Nは0.02%以下に限定した。なお、よりプレス成形性の向上が要求される場合には0.01%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.008 %以下である。
Nb、Moは、いずれも鋼板の歪時効硬化(予変形−熱処理後の強度増加)を顕著に増加させる元素であり、本発明において最も重要な元素の一つである。本発明では、Nb、Moのうちから選ばれた1種または2種を含有させ、熱延板の組織を32nm以下、好ましくは30nm以下の極微細な析出物が析出した組織とし、冷間圧延、焼鈍を施すことにより、予変形−熱処理時にNb、Moのうちの1種または2種を含む極微細な炭化物が歪誘起析出し、ΔTS:150MPa以上、好ましくはΔTS:170MPa以上の引張強さの増加が得られる。Nb:0.01%未満、Mo:0.05%未満では、たとえ予変形−熱処理条件、熱延板析出物の大きさを変化させても、ΔTS:150MPa以上の引張強さの増加は得られない。一方、Nb:0.2 %、Mo:1.0 %を超える含有は、効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できず経済的に不利となるうえ、プレス成形性の劣化を招く。このため、Nbは0.01〜0.2 %、Moは0.05〜1.0 %に限定した。なお、好ましくはNbは0.015 〜0.1 %、Moは0.1 〜1.0 %である。
Ti、Vは、いずれも炭化物形成元素であり、歪時効硬化を利用した高強度化に有効に作用するため、必要に応じ選択して含有できる。なお、このような効果は単独であれば、Ti:0.01%以上、V:0.01%以上で、複合する場合には合計で0.01%以上の含有で顕著となる。しかし、Ti、Vのうちの1種または2種を合計で0.4 %超えて含有すると、プレス成形性が劣化する。このため、Ti、Vは合計で0.4 %以下に限定するのが好ましい。
スラブ加熱温度が900 ℃未満では、圧延荷重が増大し、熱間圧延時のトラブル発生の危険が増大するため、スラブ加熱温度は900 ℃以上とすることが好ましい。なお、酸化重量の増加にともなうスケールロスの増大などから、スラブ加熱温度は1300℃以下とすることが望ましい。
仕上圧延出側温度を700 ℃以上とすることにより、冷延および焼鈍後に優れた成形性が得られる均一な熱延母板組織とすることができる。一方、仕上圧延出側温度が700 ℃未満では、熱延母板組織が不均一となるとともに、熱間圧延時の圧延負荷が高くなり、熱間圧延時のトラブルが発生する危険性が増大する。このようなことから、熱延工程の仕上圧延出側温度は700 ℃以上とするのが好ましい。
熱間圧延後の冷却は、仕上圧延出側温度から巻取温度までの平均冷却速度で20℃/s以上とすることが好ましい。冷却速度が平均で20℃/s未満では、析出物が粗大化し、熱延板が平均粒径32nm以下、好ましくは30nm以下の析出物が析出した組織を有する熱延板とならず、予変形−熱処理時にNb、Moのうちの1種または2種を含む極微細な炭化物の析出による十分な強度上昇が得られない場合がある。このため、仕上圧延出側温度から巻取温度までの平均冷却速度で20℃/s以上とすることが好ましい。なお、より好ましくは30℃/s以上である。
前記冷却速度で600 ℃以下まで冷却し巻き取る。この際、冷却の終点である巻取温度が600 ℃を超えると、析出物が粗大化し、熱延板が平均粒径32nm以下、好ましくは30nm以下の析出物が析出した組織を有する熱延板とならず、予変形−熱処理時にNb、Moのうちの1種または2種を含む極微細な炭化物の析出による十分な強度上昇が得られない場合がある。このため、巻取温度は600 ℃以下とすることが好ましい。なお、より好ましくは500 ℃以下である。巻取温度が、200 ℃未満では、鋼板形状が顕著に乱れ、実際の鋼板使用において不具合を生じる危険性が増大するため、200 ℃以上とすることが好ましい。
得られた冷延鋼板(冷延焼鈍板)から、圧延方向にJIS 5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を行い、降伏強さYS、引張強さTS、伸びEl、降伏比YRを求めた。
得られた鋼板(冷延焼鈍板)から、圧延方向にJIS 5号試験片を採取し、予変形(引張予歪)として5%の塑性変形を与えて、ついで250 ℃×20min の熱処理を施したのち、引張試験を実施し、熱処理後の引張強さTSHTを求め、ΔTS=TSHT−TSを算出した。なお、TSHTは予変形−熱処理後の引張強さであり、TSは鋼板(冷延焼鈍板)の引張強さである。
得られた熱延鋼板(熱延板)から試験片を採取し、圧延方向断面(L断面)について、透過型電子顕微鏡を用いて倍率:10万倍で10視野観察し撮像し、画像解析装置を用いて、各々の析出物の面積を求め、この面積から円相当直径を求めて各々の析出物の粒径とし、各視野ごとに粒径80nm以下の析出物について平均粒径を求め、10視野の値を平均して、その熱延板の析出物の平均粒径とした。
Claims (7)
- 質量%で、
C:0.01〜0.15%、 Si:0.25%以下、
Mn:3.0 %以下、 P:0.02%以下、
S:0.02%以下、 Al:0.033 %以下、
N:0.02%以下
を含み、さらにNb:0.01〜0.2 %、Mo:0.05〜1.0 %のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、下記(1)式で定義されるΔTSが、ΔTS:150MPa以上となる歪時効硬化特性を有することを特徴とする歪時効硬化特性に優れた冷延鋼板。
記
ΔTS=TS HT −TS ‥‥(1)
ここで、TS HT :予変形−熱処理後の引張強さ(MPa )、
TS:鋼板の引張強さ(MPa )、
なお、予変形−熱処理:引張塑性歪量5%以上の予変形処理後、150 〜 350℃の範囲の 温度で保持時間:30s以上の熱処理 - 前記組成を有し、粒径80nm以下の析出物について求めた析出物平均粒径が32nm以下である熱延板を、冷間圧延し、ついで(Ac3変態点−110 ℃)以上の温度域で焼鈍を施してなることを特徴とする請求項1に記載の冷延鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti、Vの1種または2種を合計で0.4 %以下含有することを特徴とする請求項1または2に記載の冷延鋼板。
- 鋼スラブを、熱間圧延したのち、冷却し巻き取り熱延板とする熱延工程と、該熱延板に冷間圧延を施し冷延板とする冷延工程と、該冷延板に焼鈍を施し冷延焼鈍板とする焼鈍工程と、を順次施す冷延鋼板の製造方法において、前記鋼スラブを、質量%で、
C:0.01〜0.15%、 Si:0.25%以下、
Mn:3.0 %以下、 P:0.02%以下、
S:0.02%以下、 Al:0.033 %以下、
N:0.02%以下
を含み、さらにNb:0.01〜0.2 %、Mo:0.05〜1.0 %のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼スラブとし、前記熱延工程における冷却および巻き取りを、20℃/s以上の冷却速度で600 ℃以下まで冷却して巻き取る冷却および巻き取りとし、前記焼鈍における焼鈍温度を(Ac3変態点−110 ℃)以上の温度とすることを特徴とする歪時効硬化特性に優れた冷延鋼板の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti、Vの1種または2種を合計で0.4 %以下含有することを特徴とする請求項4に記載の冷延鋼板の製造方法。
- 前記熱間圧延の、スラブ加熱温度が900 ℃以上、仕上圧延出側温度が700 ℃以上であることを特徴とする請求項4または5に記載の冷延鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍後の冷却速度を、1℃/s以上とすることを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法。
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