JP5021108B2 - 延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板、高強度亜鉛めっき鋼板およびこれらの製造方法 - Google Patents

延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板、高強度亜鉛めっき鋼板およびこれらの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板、高強度亜鉛めっき鋼板およびこれらの製造方法に関するものである。
本願は、2010年9月16日に、日本に出願された特願2010−208329号及び特願2010−208330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、自動車などに用いられる鋼板の高強度化に対する要求が高まってきており、引張最大応力900MPa以上の高強度冷延鋼板も用いられるようになってきている。
通常、鋼板の強度を向上させると、延性や伸びフランジ性が低下して、加工性が劣化する。しかしながら、近年、高強度鋼板においても十分な加工性を有することが要求されている。
従来の高強度鋼板の延性や伸びフランジ性を向上させる技術として、mass%で、C:0.05〜0.20%、Si:0.3〜1.8%、Mn:1.0〜3.0%、S:0.005%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、フェライト、焼戻マルテンサイト、残留オーステナイトおよび低温変態相からなる複合組織を有し、かつ、前記フェライトを体積率で30%以上、前記焼戻マルテンサイトを体積率で20%以上、前記残留オーステナイトを体積率で2%以上含み、さらに、前記フェライトおよび焼戻マルテンサイトの平均結晶粒径が10μm以下である延性および伸びフランジ性に優れる高張力溶融亜鉛めっき鋼板が挙げられる(例えば、特許文献1参照)。
また、従来の高強度鋼板の加工性を向上させる技術としては、C,Si,Mn,P,S,Al及びN量を調整し、必要により更にTi,Nb,V,B,Cr,Mo,Cu,Ni,Caの1種以上をも含む鋼板の金属組織として、フェライトを3%以上、炭化物を含むベイナイト及び炭化物を含むマルテンサイトを合計で40%以上含み、かつ上記フェライトとベイナイト及びマルテンサイトとの合計量が60%以上であって、更に粒内にセメンタイト又はマルテンサイト又は残留オ−ステナイトを有しているフェライト粒の数が総フェライトの数の30%以上である組織を持つ引張強度780MPa以上を示す高張力冷延鋼板がある(例えば、特許文献2参照)。
また、従来の高強度鋼板の伸びフランジ性を向上させる技術として、鋼板内の硬質部位と軟質部位の硬度差を小さくした鋼板が挙げられる。例えば、特許文献3は鋼板内部の硬度の標準偏差を小さくし、鋼板全域で同等の硬さを持たせたものである。特許文献4は硬質部位の硬さを熱処理で低下させ、軟質部との硬度差を小さくしたものである。特許文献5は硬質部位を比較的軟質なベイナイトとすることで軟質部との硬度差を小さくしたものである。
また、従来の高強度鋼板の伸びフランジ性を向上させる技術として、面積率で40〜70%の焼戻しマルテンサイトと残部がフェライトからなる組織を有する鋼板において、鋼板の厚さ方向断面におけるMn濃度の上限値と下限値の比を小さくした鋼板が挙げられる(例えば、特許文献6参照)。
特開2001−192768号公報 特開2004−68050号公報 特開2008−266779号公報 特開2007−302918号公報 特開2004−263270号公報 特開2010−65307号公報
しかしながら、従来の技術では、引張最大強度900MPa以上の高強度鋼板における加工性が不十分であり、延性や伸びフランジ性をより一層向上させて、より加工性を向上させることが望まれていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、引張最大強度900MPa以上の高強度を確保しながら、優れた延性と伸びフランジ性が得られる加工性に優れた高強度鋼板およびその製造方法を提供することを課題とするものである。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、鋼板内部のミクロなMn分布を大きくすることにより、硬度差が大きく、硬度の分布のばらつきを制限し、平均結晶粒径の十分に小さい鋼板とすることで、引張最大強度900MPa以上の高強度を確保しながら、延性と伸びフランジ性(穴拡げ性)を大きく向上させることができることを見出した。
[1] 質量%で、
C:0.05〜0.4%、
Si:0.1〜2.5%、
Mn:1.0〜3.5%、
P:0.001〜0.03%、
S:0.0001〜0.01%、
Al:0.001〜2.5%、
N:0.0001〜0.01%、
O:0.0001〜0.008%、
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼であり、
鋼板組織が、体積分率で10〜50%のフェライト相と、10〜50%の焼戻しマルテンサイト相と、残部硬質相とからなり、
鋼板の1/8厚〜3/8厚の範囲において、直径1μm以下の測定領域を複数設定して、前記複数の測定領域における硬度の測定値を小さい順に並べて硬度分布を得るとともに、硬度の測定値の全数に0.02を乗じた数であって該数が小数を含む場合はこれを切り上げて得た整数N0.02を求め、最小硬度の測定値からN0.02番目に大きな測定値の硬度を2%硬度とし、また、硬度の測定値の全数に0.98を乗じた数であって該数が小数を含む場合はこれを切り下げて得た整数N0.98を求め、最小硬度の測定値からN0.98番目に大きな測定値の硬度を98%硬度としたとき、前記98%硬度が前記2%硬度の1.5倍以上であり、前記2%硬度と前記98%硬度の間における前記硬度分布の尖度K*が−1.2以上、−0.4以下であり、前記鋼板組織における平均結晶粒径が10μm以下であることを特徴とする延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
[2] 鋼板の1/8厚〜3/8厚における地鉄中のMn濃度の最大値と最小値の差が質量%に換算して0.4%以上3.5%以下であることを特徴とする[1]に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
[3] 前記2%硬度から98%硬度までの区間を10等分して10個の1/10区間を設定したとき、各1/10区間における硬度の測定値の数が、全測定値の数の2〜30%の範囲にあることを特徴とする[1]または[2]に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
[4] 前記硬質相が、体積分率で10〜45%のベイニティックフェライト相若しくはベイナイト相のいずれか一方または両方と、10%以下のフレッシュマルテンサイト相であることを特徴とする[1]乃至[3]の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
[5] 鋼板組織として、さらに、2〜25%の残留オーステナイト相を含有することを特徴とする[1]乃至[4]の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
[6] さらに、質量%で、
Ti:0.005〜0.09%、
Nb:0.005〜0.09%の1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]乃至[5]の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
[7] さらに、質量%で、
B:0.0001〜0.01%、
Cr:0.01〜2.0%、
Ni:0.01〜2.0%、
Cu:0.01〜2.0%、
Mo:0.01〜0.8%の1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]乃至[6]の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
[8] さらに、質量%で、
V:0.005〜0.09%含有することを特徴とする[1]乃至[7]の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
[9] さらに、質量%で、
Ca、Ce、Mg、REMの1種または2種以上を合計で0.0001〜0.5%含有することを特徴とする[1]乃至[8]の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
[10] [1]乃至[9]の何れか一項に記載の高強度鋼板の表面に亜鉛めっき層が形成されてなることを特徴とする延性と伸びフランジ性に優れた高強度亜鉛めっき鋼板。
[11] [1]または[6]〜[9]のいずれか1項に記載の化学成分を有するスラブを、直接又は一旦冷却した後1050℃以上に加熱し、800℃またはAr3変態点の何れか高い温度以上で熱間圧延し、圧延後の圧延材の組織中のオーステナイト相が50体積%以上となるように750℃以下の温度域にて巻き取る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延後の鋼板を、下記(1)式を満たしつつ巻き取り温度から(巻き取り温度−100)℃までを20℃/時以下の速度で冷却する冷却工程と、
前記冷却後の鋼板を連続焼鈍する工程と、を備え、
前記連続焼鈍する工程は、
前記鋼板を最高加熱温度750〜1000℃で焼鈍し、
次いで、前記最高加熱温度からフェライト変態温度域以下まで冷却するとともにフェライト変態温度域で20〜1000秒停留させる第1次冷却を行い、
次いで、ベイナイト変態温度域における冷却速度を平均10℃/秒以上として冷却し、マルテンサイト変態開始温度以下、マルテンサイト変態開始温度−120℃以上の範囲で停止する第2次冷却を行い、
次いで、第2次冷却後の鋼板を、マルテンサイト変態開始温度以下、第2冷却停止温度以上の範囲で2秒〜1000秒停留し、
次いで、ベイナイト変態温度域における昇温速度を平均10℃/sec以上として、ベイナイト変態開始温度−100℃以上の再加熱停止温度に再加熱し、
次いで、前記再加熱後の鋼板を、前記再加熱停止温度からベイナイト変態温度域未満まで冷却するとともにベイナイト変態温度域で30秒以上停留させる第3冷却を行う
工程であることを特徴とする延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板の製造方法。
Figure 0005021108
[但し、(1)式において、t(T)は前記巻き取り後の冷却工程における温度T℃での鋼板の滞留時間(秒)である。]
[12] 前記熱間圧延後の巻き取り温度をBs点以上750℃以下とすることを特徴とする[11]に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板の製造方法。
[13] 前記冷却工程と前記連続焼鈍工程との間に、酸洗してから圧下率35〜80%の圧下率で冷延する冷延工程を備えたことを特徴とする[11]または[12]に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板の製造方法。
[14] 前記第2次冷却におけるベイナイト変態温度域に停留する時間と、前記再加熱におけるベイナイト変態域に停留する時間との合計が、25秒以下であることを特徴とする[11]乃至[13]の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板の製造方法。
[15] [11]乃至[14]の何れか一項に記載の製造方法で高強度鋼板を製造する際の前記再加熱において、前記鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬することを特徴とする延性と伸びフランジ性に優れた高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法。
[16] [11]乃至[14]の何れか一項に記載の製造方法で高強度鋼板を製造する際の前記第3次冷却のベイナイト変態温度域において、前記鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬することを特徴とする延性と伸びフランジ性に優れた高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法。
[17] [11]乃至[14]の何れか一項に記載の製造方法で高強度鋼板を製造した後、亜鉛電気めっきを施すことを特徴とする高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法。
[18] [11]乃至[14]の何れか一項に記載の製造方法で高強度鋼板を製造した後、溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法。
本発明の高強度鋼板は、所定の化学成分を有し、鋼板の1/8厚〜3/8厚の範囲において、直径1μm以下の測定領域を複数設定して、前記複数の測定領域における硬度の測定値を小さい順に並べて硬度分布を得るとともに、硬度の測定値の全数に0.02を乗じた数であって該数が小数を含む場合はこれを切り上げて得た整数N0.02を求め、最小硬度の測定値からN0.02番目に大きな測定値の硬度を2%硬度とし、また、硬度の測定値の全数に0.98を乗じた数であって該数が小数を含む場合はこれを切り下げて得た整数N0.98を求め、最小硬度の測定値からN0.98番目に大きな測定値の硬度を98%硬度としたとき、前記98%硬度が前記2%硬度の1.5倍以上であり、前記2%硬度と前記98%硬度の間における前記硬度分布の尖度K*が−0.40以下であり、鋼板組織における平均結晶粒径が10μm以下であるので、引張強度900MPa以上の高強度を確保しながら、延性と伸びフランジ性に優れた鋼板となる。
また、本発明の高強度鋼板の製造方法では、所定の化学成分を有するスラブを熱延コイルとする工程が、熱間圧延後の鋼板を750℃でコイルに巻き取り、巻き取り温度から(巻き取り温度−100)℃までを上記式(1)を満たしつつ冷却速度を20℃/時以下で冷却することで、鋼板内部のミクロなMn分布が大きくなる。
そして、Mn分布を大きくさせた鋼板を連続焼鈍する工程が、最高加熱温度750〜1000℃で焼鈍する加熱工程と、最高加熱温度からフェライト変態温度域以下まで鋼板を冷却する工程であって、フェライト変態温度域で20〜1000秒停留させる第1冷却工程と、第1冷却工程後の鋼板を、ベイナイト変態温度域における冷却速度を平均10℃/秒以上として冷却し、マルテンサイト変態開始温度以下、マルテンサイト変態開始温度−120℃以上の範囲で停止する第2冷却工程と、第2冷却工程後の鋼板を、Ms点以下、第2冷却停止温度以上の範囲で2秒〜1000秒停留させる停留工程と、停留工程後の鋼板を、ベイナイト変態温度域における昇温速度を平均10℃/秒以上として、ベイナイト変態開始温度−80℃以上の再加熱停止温度に再加熱する再加熱工程と、再加熱工程後の鋼板を、再加熱停止温度からベイナイト変態温度域未満まで冷却する工程であって、ベイナイト変態温度域で30秒以上停留させる第3冷却工程とから構成されるので、鋼板組織が制御されて、鋼板内部の硬度差が大きく、平均結晶粒径が十分に小さいものとなり、引張最大強度900MPa以上の高強度を確保でき、かつ、優れた延性と伸びフランジ性(穴拡げ性)を有する加工性に優れた高強度冷延鋼板が得られる。
更に、亜鉛めっき層を形成する工程を追加することで、引張最大強度900MPa以上の高強度を確保でき、かつ、優れた延性と伸びフランジ性(穴拡げ性)を有する加工性に優れた高強度亜鉛めっき鋼板が得られる。
図1は、本発明の高強度鋼板の一例について、硬度の測定値の最大値と最小値との差を100%として各測定値を換算し、複数の階級に区分してなる硬度と、各階級における測定値の数との関係を示したグラフである。 図2は、本発明の高強度鋼板の硬度分布と、正規分布とを比較する図である。 図3は、地鉄中のMn濃度の最大値と最小値の差が比較的大きい場合の変態率と変態処理の経過時間との関係を模式的に示したグラフである。 図4は、地鉄中のMn濃度の最大値と最小値の差が比較的小さい場合の変態率と変態処理の経過時間との関係を模式的に示したグラフである。 図5は、連続焼鈍ラインを通板させる際の冷延鋼板の温度履歴を説明するためのグラフであり、冷延鋼板の温度と時間との関係を示したグラフである。
本発明の高強度鋼板は、所定の化学成分を有し、鋼板組織における平均結晶粒径が10μm以下であり、鋼板の1/8厚〜3/8厚の範囲において直径1μm以下の測定領域を複数設定して、複数の測定領域における硬度の測定値を小さい順に並べて硬度分布を得たときに、その硬度分布における98%硬度が2%硬度の1.5倍以上であり、2%硬度と98%硬度との間における硬度分布の尖度K*が−0.40以下の鋼板である。本発明の高強度鋼板の硬度分布の一例を図1に示している。
(硬度の規定)
以下、硬度の規定について説明するが、まず、2%硬度及び98%硬度について説明する。鋼板の1/8厚〜3/8厚の範囲に設定された複数の測定領域において硬度の測定値を求め、硬度の測定値の全個数に0.02を乗じた数であって該数が小数を含む場合はこれを切り上げて得た整数N0.02を求める。また、硬度の測定値の全個数に0.98を乗じた数であって該数が小数を含む場合はこれを切り下げて得た整数N0.98を求める。そして、複数の測定領域における最小硬度の測定値からN0.02番目に大きな測定値の硬度を2%硬度とする。また、複数の測定領域における最小硬度の測定値からN0.98番目に大きな測定値の硬度を98%硬度とする。そして、本発明の高強度鋼板では、98%硬度が2%硬度の1.5倍以上であり、2%硬度と98%硬度の間における前記硬度分布の尖度K*が−0.40以下であることが好ましい。
複数の測定領域を設定する際に、その測定領域の大きさを直径1μm以下に限定する理由は、フェライト相、ベイナイト相、マルテンサイト相等の鋼板組織に起因する硬さのばらつきを正確に評価するためである。本発明の高強度鋼板は、鋼板組織における平均結晶粒径が10μm以下であるから、鋼板組織に起因する硬さのばらつきを正確に評価するためには、平均結晶粒径よりも狭い測定領域において硬度の測定値を得る必要があり、具体的には直径が1μm以下の領域を測定領域とする必要がある。通常のビッカース試験機を用いて硬度を測定した場合には、圧痕サイズが大きすぎて、組織に起因する硬さのばらつきを正確に評価できない。
したがって、本発明における「硬度の測定値」とは、以下に示す方法により測定したものを意味する。すなわち、本発明の高強度鋼板では、ベルコビッチタイプの三角すい圧子を備えたダイナミック微小硬度計を用いて、押込み深さ測定法にて、押込み荷重1g重で硬度を測定することによって得られる測定値を用いる。硬度の測定位置は、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面における板厚の1/4を中心に1/8〜3/8の範囲とする。また、硬度の測定値の全数は100〜10000の範囲とし、好ましくは1000以上とする。このようにして測定した場合の圧痕サイズは、圧痕の形状が円形になると仮定した場合にその直径が1μm以下になる。圧痕の形状が円形以外の矩形や三角形になる場合は、圧痕形状の長手方向の寸法が1μm以下であればよい。
また、本発明における「平均結晶粒径」とは、以下に示す方法により測定したものを意味する。すなわち、本発明の高強度鋼板では、EBSD(Electric BackScattering Diffraction)法を用いて測定された結晶粒径を用いることが好ましい。結晶粒径の観察面は、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面における板厚の1/4を中心に1/8〜3/8の範囲とする。そして、観察面の、bcc結晶方位に隣接する測定点間の結晶方位差が15度以上となる境界線をもって結晶粒界とみなして得られた、結晶粒界マップに対して切断法を適用することで平均結晶粒径を算出することが好ましい。
延性に優れた鋼板を得るためには、鋼板組織としてフェライトに代表される延性に優れた組織を活用することが重要である。しかし、延性に優れた組織は軟質である。したがって、十分な強度を確保しながら、高い延性を有する鋼板を得るには、鋼板組織を軟質な組織とマルテンサイトに代表される硬質な組織とを含むものにする必要がある。
軟質な組織と硬質な組織の両方を含む鋼板組織を有する鋼板では、軟質部と硬質部との硬度差が大きいほど、変形に伴い生じるひずみが軟質部に蓄積されやすくなり、硬質部に分配されにくくなるため、延性が向上する。
本発明の高強度鋼板は、98%硬度が2%硬度の1.5倍以上であるので、軟質部と硬質部との硬度差が十分に大きいものとなり、これにより十分に高い延性を得ることができる。より一層高い延性を得るためには、98%硬度を2%硬度の3.0倍以上とすることが好ましく、3.0倍超とすることがより好ましく、3.1倍以上が更によく、4.0倍以上とすることが更に好ましく、4.2倍以上が更によい。98%の硬度の測定値が2%の硬度の測定値の1.5倍未満である場合は、軟質部と硬質部との硬度差が十分に大きいものにならないため、延性が不十分となる。また、98%の硬度の測定値が2%の硬度の測定値の4.2倍以上であれば、軟質部と硬質部との硬度差が十分に大きくなり、延性と穴広げ性の両方が更に向上するので好ましい。
上述したように、軟質部と硬質部との硬度差は、延性の観点からは、大きいほど好ましい。しかし、硬度差の大きい領域同士が接していると、その境界部分に鋼板の変形に伴うひずみのギャップが生じ、ミクロな割れが発生しやすくなる。ミクロな割れは、亀裂の起点となるため、伸びフランジ性を劣化させる。このような軟質部と硬質部との硬度差が大きいことに起因する伸びフランジ性の劣化を抑制するには、硬度差の大きい領域同士が接する境界を減らすとともに、硬度差の大きい領域同士が接する境界の長さを短くすることが効果的である。
本発明の高強度鋼板は、EBSD法で測定した平均結晶粒径が10μm以下であるので、鋼板中において硬度差の大きい領域同士の接する境界が短くなり、軟質部と硬質部との硬度差が大きいことに起因する伸びフランジ性の劣化が抑制され、優れた伸びフランジ性が得られる。より一層優れた伸びフランジ性を得るためには、平均結晶粒径は8μm以下とすることが好ましく、5μmとすることがより好ましい。平均結晶粒径が10μmを超えると、鋼板中における硬度差の大きい領域同士が接する境界を短くする効果が不十分となり、伸びフランジ性の劣化を十分に抑制できない。
また、硬度差の大きい領域同士が接する境界を減らすには、鋼板組織を細かく分散された多様な硬度を有する組織からなるものとし、鋼板中における硬度の分布のばらつきが小さいものとすればよい。
本発明の高強度鋼板は、硬度分布の尖度K*を−0.40以下とすることで、鋼板中における硬度の分布のばらつきが小さくなり、硬度差の大きい領域同士が接する境界が少ないものとなり、優れた伸びフランジ性が得られる。より一層優れた伸びフランジ性を得るためには、尖度K*は−0.50以下であることが好ましく、−0.55以下であることがより好ましい。尖度K*の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、K*を−1.20未満とすることは経験上困難であることから、これを下限とする。
なお、尖度K*とは、硬度分布から下記の(2)式によって求められる値であり、硬度分布を正規分布と比較して評価した数値である。尖度が負の数になる場合は硬度分布曲線が相対的に平坦であることを表し、絶対値が大きいほど正規分布から外れることを意味する。
Figure 0005021108
Hi:最小硬度の測定値からi番目に大きな測定点の硬度
H*:最小硬度からN0.02番目に大きな測定点からN0.98番目に大きな測定点までの平均硬度
s*:最小硬度からN0.02番目に大きな測定点からN0.98番目に大きな測定点までの標準偏差
なお、尖度K*が−0.40を超える場合、鋼板組織が十分に細かく分散された十分に多様な硬度を有する組織からなるものではないために、鋼板中における硬度の分布のばらつきが大きいものとなり、硬度差の大きい領域同士が接する境界が多く、伸びフランジ性の劣化を十分に抑制できなくなる。
次に、図1を用いて、鋼板中における硬度の分布のばらつきについて詳細に説明する。図1は、本発明の高強度鋼板の一例について、硬度の測定値の最大値と最小値との差を100%として各測定値を換算し、複数の階級に区分してなる硬度と、各階級における測定値の数との関係を示したグラフである。図1に示すグラフにおいて、横軸は、硬度を示し、縦軸は各階級における測定値の数を示している。また、図1に示すグラフの実線は、各階級における測定値の数をつないだものである。
本発明の高強度鋼板においては、図1に示すグラフにおいて、2%硬度から98%硬度までの範囲を10等分に分割してなる各分割範囲D内における測定値の数が、全て、全測定値の数の2%〜30%の範囲であることが好ましい。
このような高強度鋼板では、図1に示すグラフにおいて、各階級における測定値の数をつないだ線が、急峻なピークや谷のないなだらかな曲線となり、鋼板中における硬度の分布のばらつきが非常に小さいものとなる。したがって、このような高強度鋼板は、硬度差の大きい領域同士が接する境界が少なく、優れた伸びフランジ性が得られるものとなる。
なお、図1に示すグラフにおいて、10等分された分割範囲Dのうち、いずれかの測定値の数が、全測定値の数の2%〜30%の範囲外であると、各階級における測定値の数をつないだ線が、急峻なピークや谷を有するものになりやすく、鋼板中における硬度の分布のばらつきが小さいことによる伸びフランジ性の向上効果が小さくなる。
具体的には、例えば、10等分された分割範囲Dのうち、中央付近の分割範囲Dの測定値の数のみが全測定値の数の30%を超える場合、各階級における測定値の数をつないだ線が、中央付近の分割範囲Dにピークを有するものとなる。
また、中央付近の分割範囲Dの測定値の数のみが全測定値の数の2%未満である場合、各階級における測定値の数をつないだ線が、中央付近の分割範囲Dに谷を有するものとなり、谷の両側に配置された異なる分割範囲Dの硬度を有する硬度差の大きい組織が多いものとなる。
本発明の高強度鋼板において、伸びフランジ性をより一層向上させるには、各分割範囲D内における測定値の数は、全て、全測定値の数の25%以下であることがより好ましく、20%以下であることがさらに好ましい。また、伸びフランジ性をより一層向上させるには、各分割範囲D内における測定値の数が、全て、全測定値の数の4%以上であることがより好ましく、5%以上であることがさらに好ましい。
本発明に係る高強度鋼板の硬度分布について、一般的な正規分布と対比しつつ詳細に述べる。正規分布の尖度K*は一般に0と言われている。一方、本発明に係る鋼板の硬度分布の尖度は−0.4以下であるから、正規分布とは異なる分布であることは明白である。本発明に係る鋼板の硬度分布は、図2に示すように、正規分布に比べて平たく裾の長い分布になる。本発明の高強度鋼板は、このような硬度分布を持ち、かつ、分布の両裾の部分にあたる98%硬度と2%硬度との差が1.5倍以上と極めて大きいため、鋼板の組織中における軟質部と硬質部との硬度差が十分に大きくなって、高い延性を得ることができるのである。すなわち、本発明者は、硬度分布が従来と異なる、尖度が−0.4以下となるような分布の場合には、98%硬度と2%硬度の比が大きくなる方が穴広げ性が改善されることを見出した。一方、従来技術は組織の硬度比が小さい方が穴広げ性が良いとしている。従来技術は、正規分布に近い硬度分布を前提とした結果であり、本発明で提示している技術とは根本的に異なるものである。
(Mn分布)
本発明の高強度鋼板は、上述の硬度分布を得るために、鋼板の1/8厚〜3/8厚における地鉄中のMn濃度の最大値と最小値の差が質量%に換算して0.40%以上3.50%以下であることが好ましい。
鋼板の1/8厚〜3/8厚における地鉄中のMn濃度の最大値と最小値の差を質量%に換算して0.40%以上に規定した理由は、Mn濃度の最大値と最小値の差が大きいほど、冷延後の連続焼鈍時に相変態の進行が緩やかになって、各変態生成物を所望の体積分率で確実に生成させることができ、これにより上述の硬度の分布を有する高強度鋼板が得られるためである。より詳細には、フェライトのような比較的低硬度な変態生成物から、マルテンサイトのような比較的高硬度の変態生成物をバランスよく生成させることができ、これにより、高強度鋼板の硬度分布において尖ったピークが存在せず、すなわち尖度が小さくなり、図1に示すように平坦な硬度分布曲線が得られる。また、様々な変態生成物をバランスよく生成させることによって、硬度分布の幅が広がり、これにより、98%硬度を2%硬度の1.5倍以上、好ましくは3.0倍以上、より好ましくは3.0倍超、更には3.1倍以上、更に好ましくは4.0倍以上、更には4.2以上にすることができる。
例えばフェライト相の変態を例にして説明すると、フェライト相の変態を生じさせる熱処理工程中において、Mn濃度が低い領域では、オーステナイトからフェライトへの相変態の開始時期が比較的早くなる。一方、Mn濃度が高い領域では、オーステナイトからフェライトへの相変態の開始時期が、Mn濃度が低い領域よりも比較的遅くなる。従って、鋼板中のMn濃度が不均一で濃度差が大きいほど、鋼板中におけるオーステナイトからフェライトへの相変態が、緩やかに進行する。言い換えると、フェライト相の体積率が0%から例えば50%に至るまでの変態速度が遅くなる。
以上の現象は、フェライト相のみならず、焼き戻しマルテンサイト相及び残部硬質相においても同様である。
図3には、変態率と変態処理の経過時間との関係を模式的に示している。例えば、オーステナイトからフェライトへ相変態の場合は、変態率は鋼板組織中のフェライトの体積率であり、変態処理の経過時間はフェライト変態を起こさせる熱処理の経過時間である。図3に示す本発明例は、Mn濃度の最大値と最小値との差が比較的大きい場合であり、鋼板全体の変態率を示す曲線の傾斜が小さく(変態速度が低く)なっている。一方、図4に示す比較例は、Mn濃度の最大値と最小値との差が比較的小さい場合であり、鋼板全体の変態率を示す曲線の傾斜が大きく(変態速度が高く)なっている。このため、図3に示す例では、変態率(体積率)をy〜y(%)の間に制御したい場合は、変態処理をx〜xの間で終了すればよいが、図4に示す例では、変態処理をx〜xの間で終了する必要があり、処理時間の制御が難しくなる。
Mn濃度の差が0.40%未満では、変態速度を十分に抑制することができず、十分な効果が認められないことから、これを下限とする。Mn濃度の差は0.60%以上であることが好ましく、0.80%以上であることが更に好ましい。Mn濃度の差が大きいほど、相変態の制御は容易となるが、Mn濃度の差が3.50%を超えるには鋼板におけるMnの添加量を過度に高める必要があり、鋳造したスラブの割れや溶接性の劣化が懸念されるため、Mn濃度の差は3.50%以下とすることが好ましい。溶接性の観点から、Mn濃度の差は3.40%以下であることがより好ましく、3.30%以下であることがさらに好ましい。
1/8厚〜3/8厚におけるMnの最大値と最小値の差の決定方法は、次のとおりである。まず、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を観察面として試料を採取する。次いで、1/4厚を中心として1/8厚から3/8厚の範囲においてEPMA分析を行い、Mn量を測定する。測定はプローブ径を0.2〜1.0μmとし、1点当たりの測定時間を10ms以上として行い、線分析あるいは面分析で1000点以上の点においてMn量を測定する。
測定結果のうち、Mn濃度が添加Mn濃度の3倍を超える点はMn硫化物などの介在物を測定した点と考えられる。また、Mn濃度が添加Mn濃度の1/3倍未満の点は、Al酸化物などの介在物を測定した点と考えられる。これら介在物中のMn濃度は、地鉄中の相変態挙動にほとんど影響しないため、測定結果から介在物の測定結果を除いた上で、Mn濃度の最大値と最小値をそれぞれ求める。そして、求めたMn濃度の最大値と最小値の差を算出する。
Mn量の測定方法は上記の手法に限らない。例えばEMA法や三次元アトムプローブ(3D−AP)を用いた直接観察を行って、Mn濃度を測定しても良い。
(鋼板組織)
また、本発明の高強度鋼板の鋼板組織は、体積分率で10〜50%のフェライト相と、10〜50%の焼戻しマルテンサイト相と、残部硬質相とからなる。また、残部硬質相には、体積分率で10〜60%のベイニティックフェライト相あるいはベイナイト相の何れか一方または両方と、10%以下のフレッシュマルテンサイト相が含まれる。更に、鋼板組織として、2〜25%の残留オーステナイト相を含有していてもよい。本発明の高強度鋼板がこのような鋼板組織を有するものである場合、鋼板内部の硬度差がより一層大きく、かつ、平均結晶粒径が十分に小さいものとなり、より一層、高強度で、優れた延性と伸びフランジ性(穴拡げ性)を有するものとなる。
「フェライト」
フェライトは、延性の向上に有効な組織であり、鋼板組織に体積分率で10〜50%含まれていることが好ましい。鋼板組織に含まれるフェライトの体積分率は、延性の観点から15%以上含まれることがより好ましく、20%以上含まれることがさらに好ましい。また、鋼板の引張強度を十分高めるには、鋼板組織に含まれるフェライトの体積分率を45%以下とすることが好ましく、40%以下とすることがさらに好ましい。フェライトの体積分率が10%未満である場合、十分な延性が得られない恐れがある。一方、フェライトは軟質な組織であるため、体積分率が50%を超えると降伏応力が低下する場合がある。
「ベイニティックフェライト及びベイナイト」
ベイニティックフェライトとベイナイトは、軟質なフェライトと硬質な焼戻しマルテンサイトおよびフレッシュマルテンサイトとの間の硬度を持つ組織である。本発明の高強度鋼板では、ベイニティックフェライトまたはベイナイトの何れか一方が含まれていればよく、両方が含まれていても良い。鋼板内部の硬さ分布を平坦にするにはベイニティックフェライト及びベイナイトの合計量が鋼板組織に体積分率で10〜45%含まれていることが好ましい。鋼板組織に含まれるベイニティックフェライトおよびベイナイトの体積分率の合計は、伸びフランジ性の観点から15%以上含まれることがより好ましく、20%以上含まれることがさらに好ましい。また、延性と降伏応力のバランスを良好にするために、ベイニティックフェライトおよびベイナイトの体積分率の合計を40%以下、好ましくは35%以下にするとよりよい。
ベイニティックフェライト及びベイナイトの体積分率の合計が10%未満である場合、硬さの分布に偏りが生じ、伸びフランジ性が劣化する恐れがある。一方、ベイニティックフェライトおよびベイナイトの体積分率の合計が45%を超えると、フェライトおよび焼戻しマルテンサイトをともに適量生成させることが困難となり、延性と降伏応力のバランスが劣化するため、好ましくない。
「焼戻しマルテンサイト」
焼戻しマルテンサイトは、引張強度を大きく向上させる組織であり、鋼板組織に体積分率で10〜50%含まれていることが好ましい。鋼板組織に含まれる焼戻しマルテンサイトの体積分率が、10%未満であると、十分な引張強度が得られない恐れがある。一方、鋼板組織に含まれる焼戻しマルテンサイトの体積分率が50%を超えると、延性の向上に必要なフェライトおよび残留オーステナイトを確保することが困難となる。高強度鋼板の延性を十分に高めるには、焼戻しマルテンサイトの体積分率を45%以下とすることがより好ましく、40%以下とすることが更に好ましい。また、引張強度を確保するためには、焼戻しマルテンサイトの体積分率を15%以上とすることがより好ましく、20%以上とすることが更に好ましい。
「残留オーステナイト」
残留オーステナイトは延性の向上に有効な組織であり、鋼板組織に体積分率で2〜25%含まれていることが好ましい。鋼板組織に含まれる残留オーステナイトの体積分率が2%以上であれば、より十分な延性が得られる。また、残留オーステナイトの体積分率が25%以下であれば、CやMnに代表されるオーステナイト安定化元素を多量に添加する必要がなく、溶接性が向上する。なお、本発明の高強度鋼板の鋼板組織には、残留オーステナイトが含まれていることが、延性の向上に有効であるため好ましいが、十分な延性が得られる場合には、残留オーステナイトが含まれていなくてもよい。
「フレッシュマルテンサイト」
フレッシュマルテンサイトは、引張強度を大きく向上させるが、一方で破壊の起点となって伸びフランジ性を劣化させるため、鋼板組織に体積分率で10%以下含まれていることが好ましい。伸びフランジ性を高めるにはフレッシュマルテンサイトの体積分率を5%以下とすることがより好ましく、2%以下とすることが更に好ましい。
「その他」
本発明の高強度鋼板の鋼板組織には、パーライトや粗大なセメンタイトなどの上記以外の組織が含まれていてもよい。しかし、高強度鋼板の鋼板組織中にパーライトや粗大なセメンタイトが多くなると、延性が劣化する。このことから、鋼板組織に含まれるパーライトおよび粗大なセメンタイトの体積分率は、合計で10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましい。
本発明の高強度鋼板の鋼板組織に含まれる各組織の体積分率は、例えば、以下に示す方法により測定できる。
残留オーステナイトの体積分率は、鋼板の板面に平行かつ1/4厚の面を観察面としてX線解析を行い、面積分率を算出し、それを持って体積分率と見なすことができる。
また、フェライト、ベイニティックフェライト、ベイナイト、焼戻しマルテンサイトおよびフレッシュマルテンサイトの体積分率は、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を観察面として試料を採取し、観察面を研磨、ナイタールエッチングし、板厚の1/4を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲を電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM:Field Emission Scanning Electron Microscope)で観察して面積分率を測定し、それを持って体積分率と見なすことができる。
なお、FE−SEMで観察した観察面の面積は、例えば一辺30μmの正方形とすることができ、各観察面において各組織は、以下に示すように区別できる。
フェライトは塊状の結晶粒であって、内部に長径100nm以上の鉄系炭化物が無い領域である。なお、フェライトの体積分率は、最高加熱温度において残存するフェライトと、フェライト変態温度域で新たに生成したフェライトの体積分率の和である。しかし、製造中にフェライトの体積分率を直接測定することは困難である。このため、本発明においては、連続焼鈍ラインに通板させる前の冷延鋼板の小片を切り出し、その小片を連続焼鈍ラインに通板させた場合と同じ温度履歴で焼鈍して、小片のフェライトの体積の変化を測定し、その結果を用いて算出した数値をフェライトの体積分率としている。
また、ベイニティックフェライトは、ラス状の結晶粒の集合であり、ラスの内部に長径20nm以上の鉄系炭化物を含まないものである。
また、ベイナイトは、ラス状の結晶粒の集合であり、ラスの内部に長径20nm以上の鉄系炭化物を複数有し、さらにそれらの炭化物が単一のバリアント、すなわち同一の方向に伸張した鉄系炭化物群に属するものである。ここで、同一の方向に伸長した鉄系炭化物群とは、鉄系炭化物群の伸長方向の差異が5°以内であるものを意味している。
また、焼戻しマルテンサイトは、ラス状の結晶粒の集合であり、ラスの内部に長径20nm以上の鉄系炭化物を複数有し、さらにそれらの炭化物が複数のバリアント、すなわち異なる方向に伸長した複数の鉄系炭化物群に属するものである。
なお、FE−SEMを用いてラス状結晶粒内部の鉄系炭化物を観察し、その伸長方向を調べることによって、ベイナイトと焼戻しマルテンサイトは容易に区別しうる。
また、フレッシュマルテンサイトおよび残留オーステナイトは、ナイタールエッチングでは十分に腐食されない。したがって、FE−SEMによる観察において上述の組織(フェライト、ベイニティックフェライト、ベイナイト、焼戻しマルテンサイト)とは明瞭に区別される。
したがって、フレッシュマルテンサイトの体積分率は、FE−SEMにて観察された腐食されていない領域の面積分率と、X線によって測定した残留オーステナイトの面積分率との差分として求められる。
(化学組成の規定について)
次に、本発明の高強度鋼板の化学成分(組成)について説明する。なお、以下の説明における[%]は[質量%]である。
「C:0.050〜0.400%」
Cは、高強度鋼板の強度を高めるために含有される。しかし、Cの含有量が0.400%を超えると溶接性が不十分となる。溶接性の観点から、Cの含有量は0.350%以下であることが好ましく、0.300%以下であることがより好ましい。一方、Cの含有量が0.050%未満であると強度が低下し、900MPa以上の引張最大強度を確保することが出来ない。強度を高めるため、Cの含有量は0.060%以上であることが好ましく、0.080%以上であることがより好ましい。
「Si:0.10〜2.50%」
Siは、マルテンサイトの焼戻し軟化を抑制し、鋼板を高強度化するために添加される。しかし、Siの含有量が2.50%を超えると鋼板が脆化し、延性が劣化する。延性の観点から、Siの含有量は2.20%以下であることが好ましく、2.00%以下であることがより好ましい。一方、Siの含有量が0.10%未満では焼戻しマルテンサイトの硬さが大幅に低下し、900MPa以上の引張最大強度を確保することが出来ない。強度を高めるため、Siの下限値は0.30%以上であることが好ましく、0.50%以上がより好ましい。
「Mn:1.00〜3.50%」
Mnは鋼板の強度を高める元素であり、鋼板内部のMn分布を制御することで鋼板内部の硬度分布を制御することができることから、本発明の鋼板に添加される。しかし、Mnの含有量が3.50%を超えると鋼板の板厚中央部に粗大なMn濃化部が生じ、脆化が起こりやすくなり、鋳造したスラブが割れるなどのトラブルが起こりやすい。また、Mnの含有量が3.50%を超えると溶接性も劣化する。したがって、Muの含有量は、3.50%以下とする必要がある。溶接性の観点から、Mnの含有量は3.20%以下であることが好ましく、3.00%以下であることがより好ましい。一方、Mnの含有量が1.00%未満であると、焼鈍後の冷却中に軟質な組織が多量に形成されてしまうため、900MPa以上の引張最大強度を確保することが難しくなるため、Mnの含有量を1.00%以上とする必要がある。強度を高めるため、Mnの含有量は1.30%以上であることが好ましく、1.50%以上であることがより好ましい。
「P:0.001〜0.030%」
Pは鋼板の板厚中央部に偏析する傾向があり、溶接部を脆化させる。Pの含有量が0.030%を超えると溶接部が大幅に脆化するため、Pの含有量を0.030%以下に限定した。Pの含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、Pの含有量を0.001%未満とすることは製造コストの大幅な増加を伴うことから、0.001%を下限値とする。
「S:0.0001〜0.0100%」
Sは、溶接性ならびに鋳造時および熱延時の製造性に悪影響を及ぼす。このことから、Sの含有量の上限値を0.0100%以下とした。また、SはMnと結びついて粗大なMnSを形成して伸びフランジ性を低下させるため、0.0050%以下とすることが好ましく、0.0025%以下とすることがより好ましい。Sの含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、Sの含有量を0.0001%未満とすることは製造コストの大幅な増加を伴うため、0.0001%を下限値とする。
「Al:0.001%〜2.500%」
Alは鉄系炭化物の生成を抑えて強度を高める元素である。しかし、Alの含有量が2.50%を超えると鋼板中のフェライト分率が過度に高まり、かえって強度が低下するため、Alの含有量の上限を2.500%とする。Alの含有量は2.000%以下とすることが好ましく、1.600%以下とすることがより好ましい。Alの含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、Alの含有量が0.001%以上であれば脱酸剤としての効果が得られることから、0.001%を下限とする。脱酸材として十分な効果を得るため、Alの含有量を0.005%以上とすることが好ましく、0.010%以上とすることがより好ましい。
「N:0.0001〜0.0100%」
Nは、粗大な窒化物を形成し、伸びフランジ性を劣化させることから、添加量を抑える必要がある。Nの含有量が0.0100%を超えると、この傾向が顕著となることから、N含有量の範囲を0.0100%以下とした。また、Nは、溶接時のブローホール発生の原因になることから少ない方が良い。Nの含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、Nの含有量を0.0001%未満にすると、製造コストの大幅な増加を招くことから、0.0001%を下限値とする。
「O:0.0001〜0.0080%」
Oは、酸化物を形成し、伸びフランジ性を劣化させることから、添加量を抑える必要がある。Oの含有量が0.0080%を超えると、伸びフランジ性の劣化が顕著となることから、O含有量の上限を0.0080%以下とした。Oの含有量は0.0070%以下であることが好ましく0.0060%以下であることがさらに好ましい。Oの含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、Oの含有量を0.0001%未満とすることは製造コストの大幅な増加を伴うため、0.0001%を下限とした。
本発明の高強度鋼板においては、更に、必要に応じて、以下に示す元素を含んでいてもよい。
「Ti:0.005〜0.090%」
Tiは、析出物強化、フェライト結晶粒の成長抑制による細粒強化および再結晶の抑制を通じた転位強化にて、鋼板の強度上昇に寄与する元素である。しかし、Tiの含有量が0.090%を超えると、炭窒化物の析出が多くなり成形性が劣化するため、Tiの含有量は0.090%以下であることが好ましい。成形性の観点から、Tiの含有量は0.080%以下であることがより好ましく、0.070%以下であることがさらに好ましい。Tiの含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、Tiによる強度上昇効果を十分に得るにはTiの含有量は0.005%以上であることが好ましい。鋼板の高強度化には、Tiの含有量は0.010%以上であることがより好ましく、0.015%以上であることがさらに好ましい。
「Nb:0.005〜0.090%」
Nbは、析出物強化、フェライト結晶粒の成長抑制による細粒強化および再結晶の抑制を通じた転位強化にて、鋼板の強度上昇に寄与する元素である。しかし、Nbの含有量が0.090%を超えると、炭窒化物の析出が多くなり成形性が劣化するため、Nbの含有量は0.090%以下であることが好ましい。成形性の観点から、Nbの含有量を0.070%以下であることがより好ましく、0.050%以下であることがさらに好ましい。Nbの含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、Nbによる強度上昇効果を十分に得るにはNbの含有量は0.005%以上であることが好ましい。鋼板の高強度化には、Nbの含有量は0.010%以上であることがより好ましく、0.015%以上であることがさらに好ましい。
「V:0.005〜0.090%」
Vは、析出物強化、フェライト結晶粒の成長抑制による細粒強化および再結晶の抑制を通じた転位強化にて、鋼板の強度上昇に寄与する元素である。しかし、Vの含有量が0.090%を超えると、炭窒化物の析出が多くなり成形性が劣化するため、Nbの含有量は0.090%以下であることが好ましい。Vの含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、Vによる強度上昇効果を十分に得るにはVの含有量は0.005%以上であることが好ましい。
「B:0.0001〜0.0100%」
Bは、熱間圧延後の冷却プロセスにおいてオーステナイトからの相変態を遅延することから、Bを添加することでMnの分配を効果的に進めることができる。Bの含有量が0.0100%を超えると、熱間での加工性が損なわれ生産性が低下することから、Bの含有量は0.0100%以下であることが好ましい。生産性の観点から、Bの含有量は0.0050%以下であることがより好ましく、0.0030%以下であることがさらに好ましい。Bの含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、Bによる相変態の遅延効果を十分に得るには、Bの含有量を0.0001%以上とすることが好ましい。相変態の遅延には、Bの含有量が0.0003%以上であることがより好ましく、0.0005%以上であることがより好ましい。
「Mo:0.01〜0.80%」
Moは、熱間圧延後の冷却プロセスにおいてオーステナイトからの相変態を遅延することから、Moを添加することでMnの分配を効果的に進めることができる。Moの含有量が0.80%を超えると、熱間での加工性が損なわれ生産性が低下することから、Moの含有量は0.80%以下であることが好ましい。Moの含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、Moによる相変態の遅延効果を十分に得るには、Moの含有量は0.01%以上であることが好ましい。
「Cr:0.01〜2.00%」「Ni:0.01〜2.00%」「Cu:0.01〜2.00%」
Cr、NiおよびCuは強度の寄与に向上する元素であり、1種又は2種以上をCおよび/またはSiの一部に替えて添加することができる。各元素の含有量がそれぞれ2.00%を超えると、酸洗性や溶接性、熱間加工性などが劣化することがあるため、Cr、NiおよびCuの含有量はそれぞれ2.00%以下であることが好ましい。Cr、NiおよびCuの含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、鋼板の高強度化効果を十分に得るには、Cr、NiおよびCuの含有量をそれぞれ0.01%以上であることが好ましい。
「Ca、Ce、Mg、REMの1種または2種以上を合計で0.0001〜0.5000%」
Ca、Ce、Mg、REMは、成形性の改善に有効な元素であり、1種又は2種以上を添加することができる。しかし、Ca、Ce、MgおよびREMの1種または2種以上の含有量が合計が0.5000%を超えると、却って延性を損なう恐れがあるため、各元素の含有量の合計が0.5000%以下であることが好ましい。Ca、Ce、MgおよびREMの1種または2種以上の含有量の下限は、特に定めることなく本発明の効果は発揮されるが、鋼板の成形性を改善する効果を十分に得るには、各元素の含有量の合計が0.0001%以上であることが好ましい。成形性の観点から、Ca、Ce、MgおよびREMの1種または2種以上の含有量の合計が0.0005%以上であることがより好ましく、0.0010%以上であることがさらに好ましい。なお、REMとは、Rare Earth Metalの略であり、ランタノイド系列に属する元素をさす。本発明において、REMやCeはミッシュメタルにて添加されることが多く、LaやCeの他にランタノイド系列の元素を複合で含有する場合がある。不可避不純物として、これらLaやCe以外のランタノイド系列の元素を含んだとしても本発明の効果は発揮される。また、金属LaやCeを添加したとしても本発明の効果は発揮される。
また、本発明の高強度鋼板は、表面に亜鉛めっき層や合金化した亜鉛めっき層が形成されることにより、高強度亜鉛めっき鋼板とされていてもよい。高強度鋼板の表面に亜鉛めっき層が形成されていることにより、優れた耐食性を有するものとなる。また、高強度鋼板の表面に、合金化した亜鉛めっき層が形成されていることにより、優れた耐食性を有し、塗料の密着性に優れたものとなる。
(高強度鋼板の製造方法)
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を製造するには、まず、上述した化学成分(組成)を有するスラブを鋳造する。
熱間圧延に供するスラブは、連続鋳造スラブや薄スラブキャスターなどで製造したものを用いることができる。本発明の高強度鋼板の製造方法は、鋳造後に直ちに熱間圧延を行う連続鋳造−直接圧延(CC−DR)のようなプロセスに適合する。
熱間圧延工程において、スラブ加熱温度は、1050℃以上にする必要がある。スラブ加熱温度が過度に低いと、仕上げ圧延温度がAr3変態点を下回ってしまいフェライト及びオーステナイトの二相域圧延となり、熱延板組織が不均質な混粒組織となり、冷延及び焼鈍工程を経たとしても不均質な組織は解消されず、延性や曲げ性に劣る。また、仕上げ圧延温度の低下は、過度の圧延荷重の増加を招き、圧延が困難となったり、圧延後の鋼板の形状不良を招いたりする懸念があることから、スラブ加熱温度は1050℃以上とする必要がある。スラブ加熱温度の上限は特に定めることなく、本発明の効果は発揮されるが、加熱温度を過度に高温にすることは、経済上好ましくないことから、スラブ加熱温度の上限は1350℃以下とすることが望ましい。
なお、Ar温度は次の式により計算する。
Ar=901−325×C+33×Si−92×(Mn+Ni/2+Cr/2+Cu/2+Mo/2)+52×Al
上記式において、C、Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、Alは各元素の含有量[質量%]である。
熱間圧延の仕上げ圧延温度は、800℃あるいはAr3点の高い方を下限とし、1000℃を上限とする。仕上げ圧延温度が、800℃未満であると、仕上げ圧延時の圧延荷重が高くなって、熱間圧延が困難となったり、熱間圧延後に得られる熱延鋼板の形状不良を招いたりする懸念がある。また、仕上げ圧延温度が、Ar3点未満であると、熱間圧延がフェライト及びオーステナイトの二相域圧延となって、熱延鋼板の組織が不均質な混粒組織になる場合がある。
一方、仕上げ圧延温度の上限は特に定めることなく、本発明の効果は発揮されるが、仕上げ圧延温度を過度に高温とした場合、その温度を確保するためにスラブ加熱温度を過度に高温にしなければならない。このことから、仕上げ圧延温度の上限温度は、1000℃以下とすることが望ましい。
熱間圧延後の巻き取り工程およびその前後の冷却工程は、Mnを分配させるために大変重要である。巻き取り後の緩冷却中のミクロ組織をフェライトとオーステナイトの2相組織とし、高温で長時間処理することで、Mnをフェライトからオーステナイトへ拡散させることで本鋼板のMn分配が得られる。
鋼板の1/8厚〜3/8厚における地鉄中のMn濃度の分布を制御するためには、鋼板を巻き取った際に1/8厚〜3/8厚においてオーステナイトの体積分率が50%以上である必要がある。1/8厚〜3/8厚におけるオーステナイトの体積分率が50%未満では、相変態の進行によって、巻き取り後すぐにオーステナイトが消滅するため、Mnの分配が十分に進まず、本鋼板のMn濃度分布が得られない。Mnの分配を効果的に進めるため、オーステナイトの体積分率は70%以上であることが好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。一方、オーステナイトの体積分率が100%であっても、巻き取り後に相変態が進行し、フェライトが生成してMnの分配が始まるため、特にオーステナイトの体積分率に上限は設けない。
鋼板を巻き取る際のオーステナイト分率を高めるため、熱間圧延完了から巻き取るまでの冷却速度は平均で10℃/秒以上とする必要がある。冷却速度が10℃/秒未満では、冷却中にフェライト変態が進み、巻き取り時のオーステナイトの体積分率が50%未満となる可能性がある。オーステナイトの体積分率を高めるため、冷却速度は13℃/秒以上であることが好ましく、15℃/秒以上であることがさらに好ましい。冷却速度の上限は特に定めることなく、本発明の効果は発揮されるが、冷却速度を200℃/秒超とするには特殊な設備が必要となり、製造コストが著しく上昇するため、200℃/秒以下とすることが好ましい。
鋼板を800℃を超える温度で巻き取ると、鋼板表面に形成する酸化物の厚さが過度に増大し、酸洗性が劣化するため、巻き取り温度は750℃以下とする。酸洗性を高めるため、巻き取り温度は720℃以下であることが好ましく、700℃以下であることがさらに好ましい。一方、巻き取り温度がBs点未満となると熱延鋼板の強度が過度に高まり、冷間圧延が困難となるため、巻き取り温度はBs点以上とする。また、巻き取った際のオーステナイト分率を高めるには巻き取り温度は500℃以上とすることが好ましく、550℃以上とすることがより好ましく、600℃以上とすることが更に好ましい。
なお、製造中にオーステナイトの体積分率を直接測定することは困難であるため、本発明において巻き取りの際のオーステナイトの体積分率を決定するにあたっては、熱間圧延前のスラブから小片を切り出し、その小片を熱間圧延の最終パスと同じ温度および圧下率で圧延あるいは圧縮し、熱間圧延から巻取りまでと同じ冷却速度で冷却した後に直ちに水冷した後、小片の相分率を測定して焼入れままマルテンサイト、焼戻しマルテンサイトおよび残留オーステナイトの体積分率の和を以て巻き取りの際のオーステナイトの体積分率とした。
巻き取り後の鋼板の冷却工程はMnの分配を制御するために重要である。巻き取りの際のオーステナイト分率を50%以上とし、下記(3)式を満たしつつ、巻き取り温度から(巻き取り温度−100)℃までを20℃/時以下の速度で冷却することで本発明のMn分布が得られる。(3)式はフェライトとオーステナイトの間でのMnの分配の進行度合いを表す指標であり、左辺の値が大きいほどMnの分配が進行していることを表す。Mnの分配をより進めるには左辺の値を2.5以上とすることが好ましく、4.0以上とすることがさらに好ましい。左辺の値の上限は特に定めることなく、本発明の効果は発揮されるが、値を50.0超とするには長時間の保熱が必要となり、製造コストが著しく上昇するため、50.0以下とすることが好ましい。
Figure 0005021108
:巻き取り温度(℃)、T:鋼板温度(℃)
t(T):温度Tにおける滞留時間(秒)
フェライトとオーステナイトの間でのMnの分配を進めるには、2相が共存した状態を保つ必要がある。巻き取り温度から(巻取り温度−100)℃までの冷却速度が20℃/時を超えると、相変態が過度に進行し、鋼板中のオーステナイトが消滅しうるため、巻き取り温度から(巻取り温度−100)℃までの冷却速度を20℃/時以下とする。Mnの分配を進めるには、巻き取り温度から(巻取り温度−100)℃までの冷却速度は17℃/時以下とすることが好ましく、15℃/時以下とすることがさらに好ましい。冷却速度の下限は特に定めることなく、本発明の効果は発揮されるが、冷却速度を1℃/時未満とするには長時間の保熱が必要となり、製造コストが著しく上昇するため、1℃/時以上とすることが好ましい。
また、(3)式および冷却速度を満たす範囲で、巻き取り後に鋼板を再加熱しても構わない。
このようにして製造した熱延鋼板に、酸洗を行う。酸洗は鋼板表面の酸化物の除去が可能であることから、最終製品の冷延高強度鋼板の化成性や、溶融亜鉛あるいは合金化溶融亜鉛めっき鋼板用の冷延鋼板の溶融めっき性向上のためには重要である。また、酸洗は、一回でも良いし、複数回に分けて行っても良い。
次に、酸洗した熱延鋼板を圧下率35〜80%で冷間圧延して、連続焼鈍ラインまたは連続溶融亜鉛めっきラインを通板させる。圧下率を35%以上にすることで、形状を平坦に保つことができ、最終製品の延性が向上する。
伸びフランジ性を高めるには、次工程においてMnを分配させる際、Mn濃度の高い領域と低い領域を細かく分散させることが好ましい。このためには冷間圧延における圧下率を高め、昇温中にフェライトを再結晶させ、粒径を細かくすることが効果的である。この観点から、圧下率は40%以上であることが好ましく、45%以上であることがより好ましい。
一方、圧下率が80%以下の冷延は、冷延荷重が大きくなりすぎず、冷延が困難とならない。このことから、圧下率80%以下を上限とする。冷延荷重の観点から、圧下率は75%以下であることが好ましい。
なお、圧延パスの回数、各パス毎の圧下率については特に規定することなく本発明の効果は発揮される。また、冷間圧延は省略してもよい。
次に、得られた冷延鋼板を連続焼鈍ラインに通板させて高強度冷延鋼板を製造する。冷延鋼板を連続焼鈍ラインに通板させる工程においては、図5を用いて、連続焼鈍ラインを通板させる際の鋼板の温度履歴について詳細に説明する。
図5は、連続焼鈍ラインを通板させる際の冷延鋼板の温度履歴を説明するためのグラフであり、冷延鋼板の温度と時間との関係を示したグラフである。なお、図5においては「フェライト変態温度域」として、(Ae3点−50℃)〜Bs点の範囲を示し、「ベイナイト変態温度域」としてBs点〜Ms点の範囲を示し、「マルテンサイト変態温度域」としてMs点〜室温を示している。
なお、Bs点は次の式により計算する。
Bs点[℃]=820−290C/(1−VF)−37Si−90Mn−65Cr−50Ni+70Al
上記式において、VFはフェライトの体積分率を示し、C、Mn、Cr、Ni、Al、Siはそれぞれの元素の添加量[質量%]である。
また、Ms点は次の式により計算する。
Ms点[℃]=541−474C/(1−VF)−15Si−35Mn−17Cr−17Ni+19Al
上記式において、VFはフェライトの体積分率を示し、C、Si、Mn、Cr、Ni、Alはそれぞれの元素の添加量[質量%]である。なお、製造中にフェライトの体積分率を直接測定することは困難であるため、本発明においてMs点を決定するにあたっては、連続焼鈍ラインに通板させる前の冷延鋼板の小片を切り出し、その小片を連続焼鈍ラインに通板させた場合と同じ温度履歴で焼鈍して、小片のフェライトの体積の変化を測定し、その結果を用いて算出した数値をフェライトの体積分率VFとしている。
図5に示すように、冷延鋼板を連続焼鈍ラインに通板させるに際しては、まず、最高加熱温度(T)750℃〜1000℃で焼鈍する加熱工程を行う。加熱工程における最高加熱温度Tが750℃未満ではオーステナイトの量が不十分となり、その後の冷却中の相変態で十分な量の硬質組織を確保できない。この点から、最高加熱温度Tは770℃以上とすることが好ましい。一方、最高加熱温度Tが1000℃を超えると、オーステナイトの粒径が粗大となり、冷却中に変態が進みにくくなり、特に軟質なフェライト組織を十分に得ることが困難となる。この点から最高加熱温度Tは900℃以下とすることが好ましい。
次に、図5に示すように、最高加熱温度Tからフェライト変態温度域以下まで冷延鋼板を冷却する第1冷却工程を行う。第1冷却工程においては、フェライト変態温度域で冷延鋼板を20秒〜1000秒停留させる。軟質なフェライト組織を十分に生成させるためには、第1冷却工程においてフェライト変態温度域で20秒以上停留させる必要があり、30秒以上停留させることが好ましく、50秒以上の停留させることがより好ましい。一方、フェライト変態温度域に停留させる時間が1000秒を超えると、フェライト変態が過度に進行して未変態オーステナイトが減り、十分な硬質組織が得られない。
また、第1冷却工程においてフェライト変態温度域で20秒〜1000秒停留させてフェライト変態させた後の冷延鋼板を、図5に示すように、第2冷却速度で冷却し、Ms点(マルテンサイト変態開始温度)以下、Ms点−120℃以上の範囲で停止する第2冷却工程を行う。第2冷却工程を行うことにより、未変態オーステナイトのマルテンサイト変態を進めることができる。
第2冷却工程を停止する第2冷却停止温度TがMs点を超えると、マルテンサイトが生成しない。一方、第2冷却停止温度TがMs点−120℃未満であると、未変態オーステナイトの大部分がマルテンサイトとなり、これ以降の工程において十分な量のベイナイトが得られない。十分な量の未変態オーステナイトを残すには、第2冷却工程停止温度Tは、Ms点−80℃以上あることが好ましく、Ms点−60℃以上であることが更に好ましい。
また、第2冷却工程において、フェライト変態温度域からマルテンサイト変態温度域まで第2冷却速度で冷却する際には、フェライト変態温度域とマルテンサイト変態温度域との間の温度域であるベイナイト変態温度域においてベイナイト変態が過度に進行することを防ぐことが好ましい。このため、ベイナイト変態温度域における第2冷却速度は、平均10℃/秒以上とする必要があり、20℃/秒以上であることが好ましく、50℃/秒以上であることがより好ましい。
また、図5に示すように、Ms点以下、Ms点−120℃以上の範囲で停止する第2冷却工程を行った後、さらにマルテンサイト変態を進めるために、Ms点以下、第2冷却停止温度以上の範囲で2秒〜1000秒停留させる停留工程を行う。停留工程においては、マルテンサイト変態を十分に進めるために、2秒以上停留させる必要がある。停留工程において停留させる時間が1000秒を超えると、硬質な下部ベイナイトが生成し、未変態オーステナイトが減り、フェライトに近い硬度を持ったベイナイトが得られなくなる。
また、図5に示すように、停留工程においてMs点以下、第2冷却停止温度以上の範囲で停留させてマルテンサイト変態を進めた後、フェライトとマルテンサイトの間の硬度を有するベイナイトを生成させるために、鋼板を再加熱する再加熱工程を行う。再加熱工程において再加熱を停止する温度T(再加熱停止温度)は、鋼板中における硬度の分布のばらつきが小さいものとするために、Bs点(ベイナイト変態開始温度(ベイナイト変態温度域の上限値))−100℃以上とする。
鋼板中における硬度の分布のばらつきをより一層小さくするためには、フェライトと硬度差の小さい軟質のベイナイトを生成させることが好ましい。軟質のベイナイトを生成させるには、なるべく高温でベイナイト変態を進めることが好ましい。したがって、再加熱停止温度Tは、Bs点−60℃以上とすることが好ましく、図5に示すように、Bs点以上とすることがより好ましい。
再加熱工程において、ベイナイト変態温度域における昇温速度は、平均10℃/秒以上とする必要があり、20℃/秒以上であることが好ましく、40℃/秒以上であることがより好ましい。再加熱工程のベイナイト変態温度域における昇温速度が小さいと、低温域の段階でベイナイト変態が過度に進行することになるため、フェライトと硬度差の大きい硬質のベイナイトが生成しやすく、鋼板中における硬度の分布のばらつきを小さくしうるフェライトと硬度差の小さい軟質のベイナイトが生成されにくい。したがって、再加熱工程において、ベイナイト変態温度域における昇温速度は、大きいことが好ましい。
また、本実施形態においては、第2冷却工程および再加熱工程におけるベイナイト変態の過度の進行を抑制するために、第2冷却工程においてベイナイト変態温度域に停留する時間と再加熱工程においてベイナイト変態域に停留する時間との合計(合計停留時間)を25秒以下とすることが好ましく、20秒以下とすることがより好ましい。
また、図5に示すように、再加熱工程後、再加熱停止温度Tからベイナイト変態温度域未満まで鋼板を冷却する第3冷却工程を行う。第3冷却工程においては、ベイナイト変態を進めるため、ベイナイト変態温度域で30秒以上停留させる。十分な量のベイナイトを得るには、第3冷却工程においてベイナイト変態温度域で60秒以上停留させることが好ましく、120秒以上停留させることがより好ましい。また、第3冷却工程において、ベイナイト変態温度域に停留させる時間の上限は特に設けないが、2000秒以下であることが好ましく、1000秒以下であることがより好ましい。ベイナイト変態温度域に停留させる時間が、2000秒以下である場合、未変態のオーステナイトのベイナイト変態が完了する前に室温まで冷却することが可能となり、未変態のオーステナイトをマルテンサイトあるいは残留オーステナイトとすることにより、高強度冷延鋼板の降伏応力や延性を更に向上させることができる。
また、図5に示すように、第3冷却工程後、ベイナイト変態温度域未満の温度から室温まで鋼板を冷却する第4冷却工程を行う。第4冷却工程における冷却速度は特に規定しないが、未変態のオーステナイトをマルテンサイトあるいは残留オーステナイトとするためには平均冷却速度を1℃/秒以上とすることが好ましい。
以上の工程により、高い延性と伸びフランジ性を有する高強度冷延鋼板が得られる。
さらに、本発明においては、上述した方法により連続焼鈍ラインを通板させることによって得られた高強度冷延鋼板に、亜鉛電気めっきを施すことにより、高強度亜鉛めっき鋼板としてもよい。
また、本発明においては、上記の方法によって得られた冷延鋼板を用いて、以下に示す方法により、高強度亜鉛めっき鋼板を製造してもよい。
すなわち、再加熱工程において、冷延鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬すること以外は、上述した冷延鋼板を連続焼鈍ラインに通板させる場合と同様にして、高強度亜鉛めっき鋼板を製造できる。
このことにより、表面に亜鉛めっき層の形成された高い延性と伸びフランジ性を有する高強度亜鉛めっき鋼板が得られる。
さらに、再加熱工程において、冷延鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬する場合、再加熱工程における再加熱停止温度Tを460℃〜600℃とし、亜鉛めっき浴に浸漬した後の冷延鋼板を、再加熱停止温度Tで2秒以上停留させる合金化処理を施すことにより、表面のめっき層を合金化させても良い。
このような合金化処理を行うことで、亜鉛めっき層が合金化されてなるZn−Fe合金が表面に形成され、表面に合金化した亜鉛めっき層を有する高強度亜鉛めっき鋼板が得られる。
また、高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法は、上記の例に限定されるものではなく、例えば、第3冷却工程のベイナイト変態温度域において、鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬すること以外は、上述した冷延鋼板を連続焼鈍ラインに通板させる場合と同様の工程を行うことにより高強度亜鉛めっき鋼板を製造してもよい。
このことにより、表面に亜鉛めっき層の形成された高い延性と伸びフランジ性を有する高強度亜鉛めっき鋼板が得られる。
また、第3冷却工程のベイナイト変態温度域において、鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬する場合、亜鉛めっき浴に浸漬した後の冷延鋼板を、460℃〜600℃に再々加熱して2秒以上停留させる合金化処理を施すことにより、表面のめっき層を合金化させても良い。
このような合金化処理を行った場合にも、亜鉛めっき層が合金化されてなるZn−Fe合金が表面に形成され、表面に合金化した亜鉛めっき層を有する高強度亜鉛めっき鋼板が得られる。
また、本実施形態においては、焼鈍後の冷延鋼板に、形状矯正を目的とした圧延を施しても構わない。但し、焼鈍後の圧延率が10%を超えると、軟質なフェライト部が加工硬化して延性が大幅に劣化するため、圧延率は10%未満とすることが好ましい。
なお、本発明は、上記の例に限定されるものではない。
例えば、本発明の高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法においては、めっき密着性を向上させるために、焼鈍前の鋼板にNi、Cu、Co、Feから選ばれる1種あるいは複数種よりなるめっきを施してもよい。
表1〜2及び19〜20に示すA〜AQの化学成分を有するスラブを鋳造し、表3、4、21、22、29に示す条件(熱延スラブ加熱温度、仕上げ圧延温度)で熱間圧延し、表3、4、21、22、29に示す条件(圧延後冷速、巻き取り温度、巻き取り後冷速)で巻き取った。そして、酸洗した後、表3、21、22に示す「圧下率」で冷間圧延して表3、21、22に示す厚みの実験例a〜実験例bdおよび実験例ca〜実験例dsの冷延鋼板とした。また、巻き取り後に酸洗して冷間圧延をしないままとして、表29に示す厚みの実験例dt〜実験例dzの熱延鋼板を得た。
その後、実験例a〜実験例bdおよび実験例ca〜実験例dsの冷延鋼板並びに実験例dt〜実験例dzの熱延鋼板を、連続焼鈍ラインに通板させて実験例1〜実験例134の鋼板を製造した。
連続焼鈍ラインを通板させるに際しては、表5〜12、23〜25、30〜31に示す条件(加熱工程の最高加熱温度、第1冷却工程のフェライト変態温度域での停留時間、第2冷却工程のベイナイト変態温度域における冷却速度、第2冷却工程の停止温度、停留工程の停留時間、再加熱工程のベイナイト変態温度域における昇温速度および再加熱停止温度、第3冷却工程のベイナイト変態温度域での停留時間、第4冷却工程の冷却速度、第2冷却工程においてベイナイト変態温度域に停留する時間と再加熱工程においてベイナイト変態域に停留する時間との合計(合計停留時間))で、以下に示す方法により、実験例1〜実験例134の高強度冷延鋼板を得た。
すなわち、実験例a〜実験例bdおよび実験例ca〜実験例dsの冷延鋼板並びに実験例dt〜実験例dzの熱延鋼板を焼鈍する加熱工程と、最高加熱温度からフェライト変態温度域以下まで冷延鋼板を冷却する第1冷却工程と、第1冷却工程後の冷延鋼板を冷却する第2冷却工程と、第2冷却工程後の冷延鋼板を停留させる停留工程と、停留工程後の冷延鋼板を再加熱停止温度に再加熱する再加熱工程と、再加熱工程後の冷延鋼板を、再加熱停止温度からベイナイト変態温度域未満まで冷却する工程であって、ベイナイト変態温度域で30秒以上停留させる第3冷却工程と、ベイナイト変態温度域未満の温度から室温まで鋼板を冷却する第4冷却工程とを行った。
以上の工程により、実験例1〜実験例134の高強度冷延鋼板及び高強度熱延鋼板を得た。
その後、連続焼鈍ラインを通板させた実験例の一部、すなわち実験例60〜63の冷延鋼板について、以下に示す方法により、亜鉛電気めっきを施し、実験例60〜実験例63の電気亜鉛めっき鋼板(EG)を製造した。
まず、連続焼鈍ラインを通板させた鋼板に対して、めっきの前処理として、アルカリ脱脂、水洗、酸洗、並びに水洗を順に実施した。その後、前処理後の鋼板に対し、液循環式の電気めっき装置を用い、めっき浴として硫酸亜鉛、硫酸ナトリウム、硫酸からなるものを用い、電流密度100A/dm2で所定のめっき厚みになるまで電解処理して、Znめっきを施した。
また、実験例64〜実験例68の冷延鋼板については、連続焼鈍ラインを通板する際、再加熱工程において、冷延鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬し、高強度亜鉛めっき鋼板とした。
また、実験例69〜実験例73の冷延鋼板については、再加熱工程において亜鉛めっき浴に浸漬した後の冷延鋼板を、表11に示す「再加熱停止温度T」で表12に示す「停留時間」で停留させる合金化処理を施すことにより、表面のめっき層を合金化させて、合金化した亜鉛めっき層を有する高強度亜鉛めっき鋼板とした。
また、実験例74〜実験例77の冷延鋼板については、連続焼鈍ラインを通板する際、第3冷却工程において、冷延鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬し、高強度亜鉛めっき鋼板とした。
また、実験例78〜実験例82の冷延鋼板については、第3冷却工程において亜鉛めっき浴に浸漬した後の冷延鋼板を、表12に示す「合金化温度Tg」まで再々加熱し、表12に示す「停留時間」で停留させる合金化処理を施すことにより、表面のめっき層を合金化させて、合金化した亜鉛めっき層を有する高強度亜鉛めっき鋼板とした。
また、実験例130の熱延鋼板については、連続焼鈍ラインを通板させた鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬した後、表31に示す「合金化温度Tg」まで再々加熱し、表31に示す「停留時間」で停留させる合金化処理を施すことにより、表面のめっき層を合金化させて、合金化した亜鉛めっき層を有する高強度亜鉛めっき鋼板とした。
また、実験例132の熱延鋼板については、連続焼鈍ラインを通板する際、再加熱工程において、熱延鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬し、表31に示す「合金化温度Tg」まで再々加熱し、表31に示す「停留時間」で停留させる合金化処理を施すことにより、表面のめっき層を合金化させて、合金化した亜鉛めっき層を有する高強度亜鉛めっき鋼板とした。
また、実験例134の熱延鋼板については、連続焼鈍ラインを通板させた鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬して、高強度亜鉛めっき鋼板とした。
このようにして得られた実験例1〜実験例134の高強度鋼板について、ミクロ組織を観察し、フェライト(F)、ベイニティックフェライト(BF)、ベイナイト(B)、焼戻しマルテンサイト(TM)、フレッシュマルテンサイト(M)、残留オーステナイト(残留γ)、の体積分率を、以下に示す方法により求めた。なお、表中の「B+BF」は、フェライトとベイニティックフェライトの合計の体積分率である。
残留オーステナイトの体積分率は、鋼板の板面に平行かつ1/4厚の面を観察面としてX線解析を行い、面積分率を算出し、それを持って体積分率とした。
フェライト、ベイニティックフェライト、ベイナイト、焼戻しマルテンサイトおよびフレッシュマルテンサイトの体積分率は、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を観察面として試料を採取し、観察面を研磨、ナイタールエッチングし、板厚の1/4を中心とした1/8厚〜3/8厚において、一辺30μmの領域を設定し、FE−SEMで観察して面積分率を測定し、それを持って体積分率とした。
その結果を表13、14、17、26、32にそれぞれ示す。
また、実験例1〜実験例134の高強度鋼板について、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を鏡面に仕上げ、板厚の1/4を中心に1/8〜3/8の範囲においてEPMA分析を行い、Mn量を測定した。測定はプローブ径を0.5μmとし、1点当たりの測定時間を20msとして行い、面分析で40000点においてMn量を測定した。その結果を表15、16、18、27、28、33に示す。測定結果から介在物の測定結果を除いた上で、Mn濃度の最大値と最小値をそれぞれ求め、求めたMn濃度の最大値と最小値の差を算出した。その結果を表15、16、18、27、28、33にそれぞれ示す。
また、実験例1〜実験例134の高強度鋼板について、「硬度の測定値の最大値と最小値との差を100%として各測定値を換算してなる98%の硬度の測定値(H98)に対する2%の硬度の測定値(H2)の割合(H98/H2)、2%の硬度の測定値と98%の硬度の測定値との間における尖度(K*)、平均結晶粒径、硬度の測定値の最大値と最小値との差を100%として各測定値を換算し、複数の階級に区分してなる硬度と、各階級における測定値の数との関係を示したグラフにおいて、2%の硬度から98%の硬度までの範囲を10等分に分割してなる各分割範囲内における測定値の数が、全て、全測定値の数の2%〜30%の範囲であるか否か」について調べた。その結果を表15、16、18、27、28、33に示す。
なお、硬度は、ベルコビッチタイプの三角すい圧子を備えたダイナミック微小硬度計を用いて、押込み深さ測定法にて、押込み荷重1g重で測定した。硬度の測定位置は、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面における板厚の1/4を中心に1/8〜3/8の範囲とした。また、測定値の数(圧痕の点数)は100〜10000の範囲とし、好ましくは1000以上とした。
また、平均結晶粒径は、EBSD(Electric BackScattering Diffraction)法を用いて測定した。結晶粒径の観察面は、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面における板厚の1/4を中心に1/8〜3/8の範囲とした。そして、観察面のbcc結晶方位に隣接する測定点間の結晶方位差が、15度以上となる境界線をもって結晶粒界とみなし、結晶粒径を測定した。そして、得られた結晶粒界の結果(マップ)に対して切断法を適用することで平均結晶粒径を算出した。結果を表13、14、17、26、32にそれぞれ示す。
また、実験例1〜実験例134の高強度鋼板からJIS Z 2201に準拠した引張試験片を採取し、引張試験をJIS Z 2241に準拠して行い、引張最大強度(TS)および延性(EL)を測定した。その結果を表15、16、18、27、28、33に示す。
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表15、16、18、27、28、33に示すように、本発明の実施例では、98%の硬度の測定値が2%の硬度の測定値の1.5倍以上であり、2%の硬度の測定値と98%の硬度の測定値との間における尖度(K*)が−0.40以下であり、平均結晶粒径が10μm以下であり、引張最大強度(TS)、延性(EL)、伸びフランジ性(λ)が優れていることが確認できた。
これに対し、本発明の比較例である実験例9、14、17、25、30、36,39、56〜59、85、86、89、90、93、94、101、102、117、120、123は、以下に示すように、引張最大強度(TS)、延性(EL)、伸びフランジ性(λ)の全部が十分であるものではなかった。特に、実験例102では、ベイナイトとベイニティックフェライトの体積分率の合計が50%以上になり、K*値も−0.4以上になり、すなわち硬度分布が正規分布に近くなり、このため、硬度比が4.2でも延性が低かった。
実験例9では、連続焼鈍ラインの第3冷却工程において、ベイナイト変態温度域における停留時間が短く、ベイナイト変態が十分に進まなかった。このため実験例9では、ベイナイトおよびベイニティックフェライトの割合が小さく、尖度(K*)が−0.40を超え、硬度分布が平坦ではなく「谷」を有するものとなったため、伸びフランジ性λが低くなった。
また、実験例14では、冷間圧延工程における圧下率が下限を下回り、鋼板の平坦度が劣悪になった。また、圧下率が小さいため、連続焼鈍ラインにおいて再結晶が進まず、平均結晶粒径が粗大になったため、伸びフランジ性λが低くなった。
また、実験例17では、第1冷却工程において、フェライト変態温度域における停留時間が短く、フェライト変態が十分に進まなかった。このため、実験例17では、軟質なフェライトの割合が小さく、H98/H2が下限を下回っており、硬質部と軟質部との硬度差が小さく、延性ELが劣位であった。
また、実験例25では、フェライト変態温度域における停留時間が長く、フェライト変態が過度に進行した。また、実験例25では、第2冷却工程において、冷却終了温度がMs点を超えており、焼戻しマルテンサイトを十分に得られなかった。このため、実験例25では、伸びフランジ性λが低くなった。
実験例30では、第2冷却工程において、冷却終了温度が下限を下回っており、第3冷却工程においてベイナイト変態を進めることができなかった。このため、実験例30では、ベイナイトおよびベイニティックフェライトの割合が小さく、硬度分布が「谷」を有するため、伸びフランジ性λが劣位になった。
実験例36では最高加熱温度が上限を超えており、また第2冷却工程における冷却終了温度が下限を下回った。このため実験例36では、焼戻しマルテンサイトの割合が高くなり、フェライト等の軟質組織が無いため、H98/H2が下限を下回り、硬質部と軟質部との硬度差が小さくなり、延性ELが劣位であった。
実験例39は、第2冷却工程において、ベイナイト変態温度域での平均冷却速度が小さく、同工程においてベイナイト変態が過度に進行した例である。実験例39では、焼戻しマルテンサイトが存在しないため、引張強度TSが不足していた。
実験例56〜59は鋼板の化学成分が規定の範囲外である。
より詳細には、実験例56は、鋼WにおいてCの含有量が本特許で規定する下限を下回っている。このため、実験例56では、軟質組織の割合が高く、引張強度TSが不足した。
また、実験例57は、鋼XにおいてCの含有量が上限を上回っている。このため、実験例57では、軟質組織の割合が低く、延性ELが不足した。
実験例58は、鋼YにおいてSiの含有量が下限を下回っている。このため、実験例58では、焼戻しマルテンサイトの強度が低く、引張強度TSが不足した。
また、実験例59は、鋼ZにおいてMnの含有量が下限を下回っている。このため、実験例59では、焼入れ性が大幅に低下し、硬質な組織である焼戻しマルテンサイトおよびマルテンサイトが得られないため、引張強度TSが不足した。
また、実験例85および実験例102は、熱間圧延完了から巻き取りまでの冷却速度が下限を下回った。このため、実験例85および実験例102では、巻き取り前に相変態が過度に進行し、鋼板中のオーステナイトの大部分が消滅し、Mnの分配が進まず、連続焼鈍ラインにおいて所定のミクロ組織が得られなかった。このため、尖度K*が上限を超えており、伸びフランジ性λが不足した。
また、実験例86は、連続焼鈍ラインのマルテンサイト変態温度域での停留工程において、停留時間が下限を下回った。このため、実験例86では焼戻しマルテンサイトの割合が小さく、尖度(K*)が−0.40を超え、硬度分布が平坦ではなく「谷」を有するものとなったため、伸びフランジ性λが低くなった。
また、実験例89は、巻き取り温度が下限を下回った。このため、実験例89では、Mnの分配が進まず、連続焼鈍ラインにおいて所定のミクロ組織が得られなかった。このため、尖度K*が上限を超えており、伸びフランジ性λが不足した。
また、実験例90は、連続焼鈍ラインの再加熱工程における再加熱停止温度が下限を下回った。このため、生成したベイナイトおよびベイニティックフェライトの硬度が過度に高くなり、フェライトとベイナイトおよびベイニティックフェライトと硬度差が大きくなり、尖度(K*)が−0.40を超え、硬度分布が「谷」を有するものとなり、伸びフランジ性λが低くなった。
また、実験例93は、巻き取り後の冷速が上限を上回った。このため、実験例93では、Mnの分配が進まず、連続焼鈍ラインにおいて所定のミクロ組織が得られなかった。このため、尖度K*が上限を超えており、伸びフランジ性λが不足した。
また、実験例94は、連続焼鈍ラインの再加熱工程におけるベイナイト変態温度域での平均昇温速度が上限を上回った。このため、生成したベイナイトおよびベイニティックフェライトの硬度が過度に高くなり、フェライトとベイナイトおよびベイニティックフェライトと硬度差が大きくなり、尖度(K*)が−0.40を超え、硬度分布が「谷」を有するものとなり、伸びフランジ性λが低くなった。
また、実験例101は、連続焼鈍ラインのマルテンサイト変態温度域での停留工程において、停留時間が上限を上回った。このため、硬質な下部ベイナイトが生成し、比較的軟質なベイナイトおよび/またはベイニティックフェライトが得られず、尖度(K*)が−0.40を超え、硬度分布が「谷」を有するものとなり、伸びフランジ性λが低くなった。
また、実験例117は、連続焼鈍ラインの最高加熱温度が上限を超えた。このため、実験例117では、軟質なフェライトが得られず、H98/H2が下限を下回り、硬質部と軟質部との硬度差が小さく、延性ELが劣位であった。
また、実験例120は、連続焼鈍ラインの最高加熱温度が下限を下回った。このため、実験例120では、硬質組織が少なく、強度TSが劣位であった。
また、実験例123は、連続焼鈍ラインの第2冷却工程における冷却停止温度が上限を超えた。このため、実験例123では、焼戻しマルテンサイトが得られず、尖度(K*)が−0.40を超え、硬度分布が「谷」を有するものとなり、伸びフランジ性λが低くなった。
本発明の高強度鋼板は、所定の化学成分を有し、98%硬度が2%硬度の1.5倍以上であり、2%硬度と98%硬度の間における硬度分布の尖度K*が−0.40以下であり、鋼板組織における平均結晶粒径が10μm以下であるので、引張強度900MPa以上の高強度を確保しながら、延性と伸びフランジ性に優れた鋼板となる。したがって、加工性を損なうことなく、鋼板の強度を確保できるなど、本発明は、産業上の貢献が極めて顕著である。

Claims (18)

  1. 質量%で、
    C:0.05〜0.4%、
    Si:0.1〜2.5%、
    Mn:1.0〜3.5%、
    P:0.001〜0.03%、
    S:0.0001〜0.01%、
    Al:0.001〜2.5%、
    N:0.0001〜0.01%、
    O:0.0001〜0.008%、
    を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼であり、
    鋼板組織が、体積分率で10〜50%のフェライト相と、10〜50%の焼戻しマルテンサイト相と、残部硬質相とからなり、
    鋼板の1/8厚〜3/8厚の範囲において、直径1μm以下の測定領域を複数設定して、前記複数の測定領域における硬度の測定値を小さい順に並べて硬度分布を得るとともに、硬度の測定値の全数に0.02を乗じた数であって該数が小数を含む場合はこれを切り上げて得た整数N0.02を求め、最小硬度の測定値からN0.02番目に大きな測定値の硬度を2%硬度とし、また、硬度の測定値の全数に0.98を乗じた数であって該数が小数を含む場合はこれを切り下げて得た整数N0.98を求め、最小硬度の測定値からN0.98番目に大きな測定値の硬度を98%硬度としたとき、前記98%硬度が前記2%硬度の1.5倍以上であり、前記2%硬度と前記98%硬度の間における前記硬度分布の尖度K*が−1.2以上、−0.4以下であり、前記鋼板組織における平均結晶粒径が10μm以下であることを特徴とする延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
  2. 鋼板の1/8厚〜3/8厚における地鉄中のMn濃度の最大値と最小値の差が質量%に換算して0.4%以上3.5%以下であることを特徴とする請求項1に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
  3. 前記2%硬度から98%硬度までの区間を10等分して10個の1/10区間を設定したとき、各1/10区間における硬度の測定値の数が、全測定値の数の2〜30%の範囲にあることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
  4. 前記硬質相が、体積分率で10〜45%のベイニティックフェライト相若しくはベイナイト相のいずれか一方または両方と、10%以下のフレッシュマルテンサイト相であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
  5. 鋼板組織として、さらに、2〜25%の残留オーステナイト相を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
  6. さらに、質量%で、
    Ti:0.005〜0.09%、
    Nb:0.005〜0.09%の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
  7. さらに、質量%で、
    B:0.0001〜0.01%、
    Cr:0.01〜2.0%、
    Ni:0.01〜2.0%、
    Cu:0.01〜2.0%、
    Mo:0.01〜0.8%の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
  8. さらに、質量%で、
    V:0.005〜0.09%含有することを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
  9. さらに、質量%で、
    Ca、Ce、Mg、REMの1種または2種以上を合計で0.0001〜0.5%含有することを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板。
  10. 請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の高強度鋼板の表面に亜鉛めっき層が形成されてなることを特徴とする延性と伸びフランジ性に優れた高強度亜鉛めっき鋼板。
  11. 請求項1または請求項6〜9のいずれか1項に記載の化学成分を有するスラブを、直接又は一旦冷却した後1050℃以上に加熱し、800℃またはAr3変態点の何れか高い温度以上で熱間圧延し、圧延後の圧延材の組織中のオーステナイト相が50体積%以上となるように750℃以下の温度域にて巻き取る熱間圧延工程と、
    前記熱間圧延後の鋼板を、下記(1)式を満たしつつ巻き取り温度から(巻き取り温度−100)℃までを20℃/時以下の速度で冷却する冷却工程と、
    前記冷却後の鋼板を連続焼鈍する工程と、を備え、
    前記連続焼鈍する工程は、
    前記鋼板を最高加熱温度750〜1000℃で焼鈍し、
    次いで、前記最高加熱温度からフェライト変態温度域以下まで冷却するとともにフェライト変態温度域で20〜1000秒停留させる第1次冷却を行い、
    次いで、ベイナイト変態温度域における冷却速度を平均10℃/秒以上として冷却し、マルテンサイト変態開始温度以下、マルテンサイト変態開始温度−120℃以上の範囲で停止する第2次冷却を行い、
    次いで、第2次冷却後の鋼板を、マルテンサイト変態開始温度以下、第2冷却停止温度以上の範囲で2秒〜1000秒停留し、
    次いで、ベイナイト変態温度域における昇温速度を平均10℃/sec以上として、ベイナイト変態開始温度−100℃以上の再加熱停止温度に再加熱し、
    次いで、前記再加熱後の鋼板を、前記再加熱停止温度からベイナイト変態温度域未満まで冷却するとともにベイナイト変態温度域で30秒以上停留させる第3冷却を行う
    工程であることを特徴とする延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板の製造方法。
    Figure 0005021108
    [但し、(1)式において、t(T)は前記巻き取り後の冷却工程における温度T℃での鋼板の滞留時間(秒)である。]
  12. 前記熱間圧延後の巻き取り温度をBs点以上750℃以下とすることを特徴とする請求項11に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板の製造方法。
  13. 前記冷却工程と前記連続焼鈍工程との間に、酸洗してから圧下率35〜80%の圧下率で冷延する冷延工程を備えたことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板の製造方法。
  14. 前記第2次冷却におけるベイナイト変態温度域に停留する時間と、前記再加熱におけるベイナイト変態域に停留する時間との合計が、25秒以下であることを特徴とする請求項11乃至請求項13の何れか一項に記載の延性と伸びフランジ性に優れた高強度鋼板の製造方法。
  15. 請求項11乃至請求項14の何れか一項に記載の製造方法で高強度鋼板を製造する際の前記再加熱において、前記鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬することを特徴とする延性と伸びフランジ性に優れた高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  16. 請求項11乃至請求項14の何れか一項に記載の製造方法で高強度鋼板を製造する際の前記第3次冷却のベイナイト変態温度域において、前記鋼板を亜鉛めっき浴に浸漬することを特徴とする延性と伸びフランジ性に優れた高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  17. 請求項11乃至請求項14の何れか一項に記載の製造方法で高強度鋼板を製造した後、亜鉛電気めっきを施すことを特徴とする高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  18. 請求項11乃至請求項14の何れか一項に記載の製造方法で高強度鋼板を製造した後、溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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