JP4539447B2 - 高強度熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
この文献に開示されているのは、フェライトの硬さと面積率を規定し、硬質相であるマルテンサイト、ベイナイトおよび残留オーステナイトの面積率を規定し、さらに粒界炭化物の形状を規定することにより、高い疲労限度と高い繰り返し降伏応力を有する熱延鋼板を得る発明である。その鋼板は、高強度化の観点から、Si:1.2〜2.5%、Mn:1.5〜2.3%を含む。平均フェライト粒径は、3.2〜4.6μmの範囲である。
この文献には、5μm以下の粒径のフェライトを主相とし、焼入れ組織を第2相とする鋼の発明が開示されている。この鋼では、固溶Cを40ppm以上含有することにより高いBH性(焼付硬化性)が得られる。同文献には、冷延鋼板に1000℃/sなる超急速加熱により焼鈍処理を行い、フェライト粒径3〜4μmの表面処理原板を製造する技術が開示されている。
この文献に開示されている発明は、平均粒径5μm以下のフェライトを主相とし、マルテンサイトを第2相とする強度、加工性、疲労特性および低温靭性に優れた熱延鋼板に関する。フェライトおよびマルテンサイトの微細化のため、0.005%以上のNbを添加し、平均フェライト粒径が2.9〜4.5μm、平均マルテンサイト粒径が2.8〜4.5μmの組織を得ている。
この文献に開示される発明では、微細フェライトを主相とし、第2相であるマルテンサイトの平均粒径と最大粒径を規定、さらに、第2相中に混在するベイナイト量を限定することにより、耐久疲労性に優れた熱延高強度鋼板を得ている。この鋼板は、炭化物生成を抑制するため、Siを0.1〜1.5%、焼入れ性確保のためにMnを0.5〜2.0%含む。製造された鋼板の平均フェライト粒径は3.8〜6.0μm、第2相の平均粒径は3.1〜4.0μmである。
この文献の発明では、フェライト主相の占積率が70%未満の複相組織鋼板について、SiとMnの含有量および平均フェライト粒径を規定することにより、疲労特性に優れた熱延鋼板を得る。具体的に示されているSi含有量の範囲は0.91〜3.50%、Mn含有量の範囲は0.33〜2.50%、フェライト粒径の範囲は5〜15μmである。
この文献の発明は、フェライトを主相とする複合組織鋼板について、フェライト粒径および固溶窒素量を限定することにより、耐疲労性、耐衝撃性、焼付硬化性および耐常温時効性を向上させる技術に関する。Dual Phase鋼に相当する鋼には、焼入れ性向上のため、Cr、MoおよびNiを添加している。
この文献の発明は、微細フェライト相を主相とし、マルテンサイト相を第2相とする耐久疲労性に優れた熱延鋼板に関する。この鋼板は、焼入れ性を高めるためのCrを含有することもある。
この文献の発明は、温間プレス成形性に優れた熱延鋼板および冷延鋼板を対象とする発明であり、平均粒径3.5μm以下のフェライト相を主相とするDual Phase鋼板に関する発明である。フェライト相の強化の観点からSiが添加されており、実質的に0.5〜0.8%のSiを含む。平均フェライト粒径は3.0〜3.5μmである。
この文献の発明は、マルテンサイトの占積率が3〜30%であり、マルテンサイトの平均粒径が5μm以下の耐衝突安全性と成形性に優れた高強度Dual Phase鋼板に関する。実質的な平均フェライト粒径は3.4〜4.9μmである。
C:0.05%以上で0.20%未満、Mn:0.5%以上で1.5%未満、sol.Al:0.002%以上で0.05%未満であり、Siは0.1%未満、Crは0.1%未満、Tiは0.01%以下、Nbは0.005%未満、Vは0.01%以下、Nは0.005%未満にそれぞれ規制されており、残部がFeおよび不純物からなる。
上記の化学組成を有するC−Mn鋼の鋼片をオーステナイト化処理後、タンデム熱延するにあたり、最終スタンド、または最終スタンドから1段目の圧延スタンドにおいて、「Ae3−20℃」〜「Ae3+20℃」の温度範囲で圧延し、圧延後、0.3秒以内に冷却を開始して400℃/s以上の冷却速度で580〜680℃の温度範囲まで急冷し、その後室温まで放冷する。
C:0.05%以上で0.20%未満
Cは、鋼の強度を効果的に上げるとともに、オーステナイト/フェライト変態を支配する重要な元素である。したがって、目的とするフェライト相率と鋼板強度に応じて必要量を含有させる。その含有量が0.05%未満では十分な量のマルテンサイト相が得られず、目的とする強度および延性が確保できない。一方、0.20%以上では、マルテンサイト量が過剰となる。したがって、C含有量は0.05%以上で0.20%未満とする。望ましいのは、0.07%以上0.15%以下である。
Mnは、Ae3変態点を低下させ、結晶粒の微細化に寄与する。また、焼入れ性を高め、マルテンサイトの生成を容易にする。さらにまた、Mnによる固溶強化作用で、フェライトを強化する。その含有量が0.5%未満では、焼入れ性が不足して十分な強度および延性が得られない。一方、1.5%以上含有させると、セメンタイトが粒界に沿って板状に析出し、延性および成形性を劣化させる。したがって、Mn含有量は0.5%以上で1.5%未満とする。望ましいのは0.7%以上1.0%以下である。
Alは、鋼の脱酸のために添加する。しかしながら、sol.Al含有量が0.002%未満ではその効果は十分でない。一方、sol.Al含有量が0.05%以上では、その効果が飽和するだけでなく、延性を低下させる。したがって、sol.Al含有量は0.002%以上で0.05%未満とする。より好ましいのは0.01%以上0.04%以下である。
Siは、セメンタイトの生成を抑えるので、Si含有量が多いとフェライト粒およびオーステナイト粒に対するピンニング効果が阻害される。したがって、Siの含有量は0.1%未満とする。Si含有量は少ないほど望ましい。
Crは、セメンタイトの球状化を抑え、粒界に沿って板状に析出させるため、延性および成形性を劣化させる。したがって、Crの含有量は0.1%未満とする。Crも少ないほど望ましい。
Ti、NbおよびVは、Cと結合して微細な炭化物を形成し、延性および成形性に悪影響を及ぼす。特に、0.01%を超えるTi、0.005%以上のNb、および0.01%を超えるVでは、この悪影響が顕著になる。したがって、Ti、NbおよびVの含有量は、それぞれ上記の範囲でできるだけ少ないことが望ましい。
Nは、オーステナイト/フェライト変態を支配するとともに、フェライト中に固溶してこれを強化する。しかしながら、その含有量が0.005%以上になると、粗大な窒化物を形成し、延性および成形性を劣化させる。したがって、N含有量は0.005%未満とする。望ましいのは0.002〜0.004%である。
PおよびSは、加工性に悪影響を及ぼす不純物元素であるため、低く抑えるのが望ましい。それぞれ0.02%および0.005%を許容上限値とするのがよい。
フェライト平均結晶粒径、マルテンサイト含有率およびマルテンサイト平均粒径を前記のように限定した理由について述べる。なお、機械的性質は、鋼板表面からの深さが板厚の1/4である位置における鋼組織に支配される。したがって、本発明では、鋼板表面からの深さが板厚の1/4である位置における金属組織を規定する。
フェライトを平均粒径が3.0μm以下になるように微細化すると、強度および延性が総合的に向上し、合金元素量を最小限に抑えても所望の高強度と延性が得られる。しかしながら、平均粒径が1.1μm未満となるほどに微細化すると、かえって延性が低下するため、下限は1.1μmとする。
マルテンサイトの含有量が10%未満では延性が低く、十分な強度と延性とが得られない。一方、マルテンサイト量が30%を超えると、引張強度が1000MPaを超える場合があり、加工性に問題がある。したがって、マルテンサイト占積率は10%以上30%以下とする。
マルテンサイトの平均粒径を3.0μm以下に微細化すると、強度と延性が総合的に向上し、合金元素量を最小限に抑えても所望の高強度と延性が得られる。平均粒径の下限には特に制約はない。
機械的特性(引張特性)を前記のように限定した理由について述べる。
次に、製造条件を限定した理由を述べる。
(b)フェライト中の転位密度が極めて低いこと、
(c)フェライト中のC固溶量は平衡固溶量レベルであること、
(d)フェライト粒界の80%以上は、方位差が15°以上の大傾角粒界であること、
(e)フェライト粒界面、および粒界3重点に球状のセメンタイトが析出していること。
上記のような組織を得るためには、下記のような熱延条件の規定が必要である。
圧延完了温度が「Ae3−20℃」を下回ると、転位密度の高い組織となり、その後の再加熱時に異常粒成長が起きる。一方、圧延完了温度が「Ae3+20℃」より高温になると、フェライト平均結晶粒径が3.0μmを超える。したがって、圧延完了温度の範囲は「Ae3−20℃」〜「Ae3+20℃」とする。
本発明の製造方法においては、圧延後、なるべく早期に冷却を開始することが重要である。圧延後、冷却開始までの時間が0.3秒を超えると、圧延歪が回復し、フェライト平均結晶粒径が3.0μm以下の細粒組織が得られない。また、セメンタイトが凝集粗大化しやすくなる。圧延後、冷却開始までの時間は短いほど望ましい。
これは、平均冷却速度が400℃/s以上の急冷とする。これより遅い冷却速度では十分な細粒組織が得られず、フェライト平均結晶粒径は3.0μmを超える。冷却速度は速ければ速いほど望ましいので、特に上限は設けない。
加工オーステナイトからフェライト変態させるために、急冷停止温度の設定が必要である。この停止温度が580℃よりも低温であれば、フェライト変態が十分に進行せず、残部がベイナイト変態したり、セメンタイトが粒界面に板状に析出したりして、熱的に安定な組織が得られない、一方、急冷停止温度が680℃を超えると、十分な細粒組織が得られず、フェライト平均結晶粒径が3.0μmを超える。したがって、急冷停止温度は580〜680℃の範囲とする。急冷停止時間は0.2秒以上とすることが好ましい。急冷停止後の冷却条件は、特に限定しないが、400℃以下までの放冷または空冷が望ましい。
(5)-1.昇温速度:10℃/s以上
昇温速度が10℃/s未満になると、昇温中にフェライトが粗粒化する上に、セメンタイトの固溶が促進されピンニング効果が消滅する。したがって、昇温速度は10℃/s以上とする。昇温速度は速ければ速いほど望ましいので、特に上限は設けない。なお、前記昇温速度の規定は、セメンタイトの固溶を抑制するためのものであるから、前記昇温速度は300℃から所定の加熱温度までの温度範囲における平均昇温速度である。
オーステナイト+フェライトの2相域またはオーステナイト単相域まで加熱する。加熱温度が710℃未満ではオーステナイトに逆変態せず、第2相としてマルテンサイト相が生成しない。一方、加熱温度が880℃を超えると、マルテンサイトの含有量が過剰となり、所望の加工性が得られない。したがって、加熱温度の範囲は710〜880℃とする。保持時間については、特に限定しないが、2〜10秒間が望ましい。
再加熱による逆変態オーステナイトの焼入れによりマルテンサイトを得るため、200℃/s以上の平均冷却速度で急冷する。平均冷却速度が200℃/sより低いとマルテンサイト相が生成しない。冷却速度は高いほど好ましいので、特に上限は設けない。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.05%以上で0.20%未満、Mn:0.5%以上で1.5%未満、sol.Al:0.002%以上で0.05%未満であり、Siは0.1%未満、Crは0.1%未満、Tiは0.01%以下、Nbは0.005%未満、Vは0.01%以下、Nは0.005%未満にそれぞれ規制されており、残部がFeおよび不純物からなる組成を有し、鋼板表面からの深さが板厚の1/4である位置における組織が、フェライト相を主相として体積割合で10〜30%のマルテンサイト相を含有するものであり、前記フェライト相の平均結晶粒径が1.1〜3.0μm、前記マルテンサイト相の平均粒径が3.0μm以下であることを特徴とする高強度熱延鋼板。
- 耐力が350MPa以上、引張強度が590MPa以上、降伏比が0.50〜0.90であることを特徴とする、請求項1に記載の高強度熱延鋼板。
- 質量%で、C:0.05%以上で0.20%未満、Mn:0.5%以上で1.5%未満、sol.Al:0.002%以上で0.05%未満であり、Siは0.1%未満、Crは0.1%未満、Tiは0.01%以下、Nbは0.005%未満、Vは0.01%以下、Nは0.005%未満にそれぞれ規制されており、残部がFeおよび不純物からなる組成を有する鋼塊または鋼片に「Ae3点−20℃」〜「Ae3点+20℃」の温度範囲で圧延を完了する熱間圧延を施して鋼板となし、熱間圧延完了後0.3秒以内に前記鋼板の冷却を開始し、400℃/s以上の平均冷却速度で580〜680℃の温度範囲まで急冷し、その冷却して得た鋼板を10℃/s以上の昇温速度で710〜880℃の温度域まで再加熱し、その後、200℃/s以上の平均冷却速度で室温まで冷却することを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法。
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