JP5098583B2 - 化成処理性に優れた高加工性高強度冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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そこで、自動車の燃費改善のための軽量化と安全性向上のための高強度化とを両立させた車体を得るために、引張強さ780MPa以上の冷延鋼板(いわゆる高張力冷延鋼板)が車体の骨格部材や補強部材等に使用されるようになっている。高張力冷延鋼板を使用すれば、高強度である故に車体の変形や破壊を抑制して安全性を向上でき、かつ車体を構成する部材の厚みを減少させて軽量化を達成できる。
ただし合金元素の中でSiは加工性の劣化を抑制しつつ強度を高める作用を有する元素であるから、冷延鋼板にSiを添加すれば強度の増加と加工性の改善とを両立できる。しかしながらSiは容易に酸化される元素であるから、Si含有量が増加すると、通常の冷延鋼板の製造工程で実施される還元雰囲気における焼鈍にて、Siが優先的に酸化されて冷延鋼板の表層近傍に濃化する。その結果、Siを主体とする酸化物が冷延鋼板を被覆することによって、焼鈍の後で施される化成処理にて化成結晶の生成が阻害される。
たとえば特許文献1には、高加工性高強度冷延鋼板の表面に生成した酸化物のSi含有量/Mn含有量比を1以下に制御し、化成処理性に悪影響を及ぼすSi酸化物の比率を下げることによって、化成処理性を改善する技術が開示されている。特許文献2〜4には、高加工性高強度冷延鋼板の表面に生成する酸化物のSi含有量/Mn含有量比に加えて、酸化物の性状(すなわち寸法,密度,被覆率)を制御することによって、化成処理性を改善する技術が開示されている。これらの技術は、いずれも焼鈍条件を規定することによって高加工性高強度冷延鋼板の表面に生成した酸化物の組成や性状を制御して、化成処理性を改善しようとするものである。
特許文献7,8の技術は、酸洗した熱延鋼板の粗面化に起因する化成処理性の劣化を抑制するものであり、冷延鋼板の化成処理性の改善技術とは異なるものである。
本発明は、優れた化成処理性を有する高加工性高強度冷延鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
さらに、調質圧延で使用するワークロールの表面に設ける幾何学的形状について詳細に検討した。その結果、図1に示すように、高加工性高強度冷延鋼板の粗さ断面曲線のろ波うねり曲線からの乖離が±2μm以下の平坦部と、ろ波うねり曲線からの最大深さが5μm以上の凹部とを、表面に有し、かつその凹部の平均面積が0.001〜0.1mm2,凹部の面積率が5〜50%となるように調質圧延を行なった場合に、優れた化成処理性が得られることが判明した。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、質量%でC:0.05〜0.30%,Si:0.8〜3.0%,Mn:1.0〜3.0%,P:0.10%以下,S:0.01%以下,Al:0.01〜0.1%,N:0.008%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、かつ粗さ断面曲線のろ波うねり曲線からの乖離が±2μm以下の平坦部と、ろ波うねり曲線からの最大深さが5μm以上の凹部とを表面に有し、凹部の平均面積が0.001〜0.1mm2であり、凹部の面積率が5〜50%である化成処理性に優れた高加工性高強度冷延鋼板である。
C:0.05〜0.30%
Cは、高加工性高強度冷延鋼板の強度を高める作用を有する重要な元素である。所望する引張強さ(すなわち780MPa以上)を得るためには、C含有量を0.05%以上とする必要がある。一方、0.30質量%を超えると、高加工性高強度冷延鋼板の溶接性が著しく劣化する。したがって、Cは0.05〜0.30%の範囲内とする。良好な溶接性が求められる場合は、0.05〜0.20%の範囲内が好ましい。より好ましくは0.05〜0.15%である。
Siは、固溶強化によって高加工性高強度冷延鋼板の強度の向上に寄与する重要な元素であり、加工性の劣化を抑制しつつ強度を高める作用を有する。所望する引張強さや加工性を得るためには、Si含有量を0.8%以上とする必要がある。一方、3.0%を超えると、強度を向上する効果が飽和し、かつ加工性が劣化する。したがって、Siは0.8〜3.0%の範囲内とする。好ましくは1.0〜2.0%である。
Mnは、固溶強化によって高加工性高強度冷延鋼板の強度の向上に寄与するとともに、オーステナイト相の焼入れ性を高める元素であり、強度を安定して維持する作用を有する。所望する強度を安定して得るためには、Mn含有量を1.0%以上とする必要がある。一方、3.0%を超えると、加工性が劣化する。したがって、Mnは1.0〜3.0%の範囲内とする。好ましくは1.5〜2.5%である。
Pは、高加工性高強度冷延鋼板の強度を向上する作用を有するので、要求される強度に応じて添加する。しかし、P含有量が0.10%を超えると、高加工性高強度冷延鋼板の溶接性が劣化する。したがって、Pは0.10%以下とする。良好な溶接性が求められる場合は、0.05%以下が好ましい。
Sは、高加工性高強度冷延鋼板中に介在物として存在し、加工性(特に伸びフランジ性)を劣化させる。そのため、Sは可能な限り低減する必要がある。ただし、S含有量が0.01%を超えると、伸びフランジ性に対する悪影響が顕著になる。したがって、S含有量は0.01%以下とする。良好な伸びフランジ性が求められる場合は、0.005%以下が好ましい。
Alは、脱酸元素として溶製段階で添加され、溶鋼の清浄度を高める元素である。また、高加工性高強度冷延鋼板の組織を微細化する作用も有する。Al含有量が0.01%未満では、これらの効果が得られない。一方、0.1%を超えると、高加工性高強度冷延鋼板の表面性状が劣化する。したがって、Alは0.01〜0.1%の範囲内とする。
Nは、高加工性高強度冷延鋼板に混入する不純物である。N含有量が0.008%を超えると、強度のバラツキが発生する。したがって、Nは0.008%以下とする。
以上が本発明の高加工性高強度冷延鋼板の必須の元素であり、各々の含有量を所定の範囲に維持すれば、所望の特性が得られる。ただし高加工性高強度冷延鋼板の優れた特性を一層向上させかつ安定させるために、以下の元素を添加しても良い。
Cr,Mo,Bは、オーステナイト相の焼入れ性を高める作用を有する元素であり、必要に応じて添加する。このような効果を得るためには、Cr:0.01%以上,Mo:0.01%以上,B:0.0001%以上を添加する。一方、Cr:1.0%,Mo:0.2%,B:0.005%を超えると、高加工性高強度冷延鋼板の加工性が劣化する。しかも、高価なCr,Mo,Bを多量に使用することによって、高加工性高強度冷延鋼板の製造コストが上昇する。したがってCr,Mo,Bを添加する場合は、Cr:0.01〜1.0%,Mo:0.01〜0.2%,B:0.0001〜0.005%の範囲内が好ましい。
Ti,Nb,Vは、高加工性高強度冷延鋼板中で炭化物を形成し、析出強化によって強度を高める作用を有する。このような効果を得るためには、Ti:0.005%以上,Nb:0.005%以上,V:0.005%以上を添加する。一方、Ti:0.05%,Nb:0.05%,V:0.05%を超えると、高加工性高強度冷延鋼板の加工性が劣化する。しかも、高価なTi,Nb,Vを多量に使用することによって、高加工性高強度冷延鋼板の製造コストが上昇する。したがってTi,Nb,Vを添加する場合は、Ti:0.005〜0.05%,Nb:0.005〜0.05%,V:0.005〜0.05%の範囲内が好ましい。
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、Sb,Sn,Zn,Co等が挙げられる。これらの元素の含有量は、Sb:0.01%以下,Sn:0.1%以下,Zn:0.01%以下,Co:0.1%以下が好ましい。
高加工性高強度冷延鋼板は、粗さ断面曲線のろ波うねり曲線からの乖離が±2μm以下の平坦部と、ろ波うねり曲線からの最大深さが5μm以上の凹部とを表面に有し、その凹部の平均面積が0.001〜0.1mm2であり、凹部の面積率が5〜50%である。このような幾何学的形状は、高加工性高強度冷延鋼板に焼鈍を施した後、所定の幾何学的形状の表面を有するワークロールを用いて調質圧延を行なうことによって得られる。
所定の成分を有する溶鋼を用いて、連続鋳造法,造塊・分塊圧延法または薄スラブ鋳造法にてスラブを製造する。次いで、熱間圧延,冷間圧延および焼鈍を順次施す。なおスラブを製造するにあたって、マクロ偏析を防止するために連続鋳造法を採用することが好ましい。
熱間圧延では、必要に応じて粗圧延を行なった後、仕上げ圧延を行なう。仕上げ圧延におけるスラブの温度が800℃未満では、熱延鋼板の組織が不均一になり、後工程の冷延圧延やプレス加工における加工性が劣化する。したがって、仕上げ圧延におけるスラブの温度は800℃以上が好ましい。一方、1000℃を超えると、スケールの巻込みに起因する表面疵が発生し易くなる。したがって、仕上げ圧延におけるスラブの温度は800〜1000℃の範囲内が一層好ましい。
このようして得た熱延鋼板に酸洗を施してスケールを除去した後、冷間圧延を行なう。熱延鋼板のスケールが極めて少ない場合は、酸洗を省略して、冷間圧延を行なっても良い。冷間圧延では、得られる冷延鋼板の表面の平坦度や組織の均一性を確保する観点から、圧下率を20%以上とすることが好ましい。
焼鈍の保持温度が750℃未満では、十分に再結晶が起こらず、加工性が低下する惧れがある。一方、900℃を超えると、組織が粗大化し、強度と加工性のバランスが崩れる。したがって、焼鈍の保持温度は750〜900℃の範囲内が好ましい。
焼鈍の露点が−35℃を超えると、冷延鋼板の内部にSi酸化物が生成し、焼鈍の後で調質圧延を行なっても、化成処理および電着塗装を施した高加工性高強度冷延鋼板の耐食性が劣化する。したがって、焼鈍の露点は−35℃以下が好ましい。より好ましくは−40℃以下である。
さらに、加工性を向上するために、急冷した後、100〜450℃に1〜30分保持することが好ましい。
PPIは、SAE911規格で規定されるように、1インチあたりの凹凸ピーク数であり、カウントレベルが±0.635μmにおける値である。PPIが10未満あるいは400を超えると、高加工性高強度冷延鋼板の凹部の平均面積を0.001〜0.1mm2かつ凹部の面積率を5〜50%の範囲内に制御できない。したがって、PPIは10〜400とする。好ましくは20〜300である。
なお、調質圧延の前に、塩酸,硫酸,硝塩酸等を用いて酸洗して、表面の酸化物を除去しておくことが好ましい。酸化物を除去して調質圧延することによって、ワークロールの摩耗を抑制できる。
さらに、調質圧延して酸洗した後、あるいは調質圧延の後、Ni等を5〜50mg/m2の範囲内で付着させても良い。均一かつ微細な化成結晶の生成,成長を促進すると考えられているNi等を付着させることによって、化成結晶の生成と成長を促進できる。
機械的性質:
高加工性高強度冷延鋼板の圧延方向に直交する方向を長軸としてJIS規格5号試験片を採取し、JIS規格Z2241の規定に準拠して引張試験を行なった。その引張強さと伸びを、表2にそれぞれTSおよびELとして示す。また、加工性を示す指標としてTS×ELの計算値を併せて表2に示す。TS×EL値が18000MPa・%以上であれば、加工性は良好である。
三次元形状測定機能付きの走査型電子顕微鏡を用いて、凹部の平坦部からの最大深さ,平均面積,面積率を測定した。また、JIS規格B0601に準拠してRaを測定した。
化成処理性:
市販の化成処理薬剤(日本パーカライジング株式会社製パルボンドPB-L3020)を用いて標準条件で高加工性高強度冷延鋼板の化成処理を行なった後、その高加工性高強度冷延鋼板の表面を走査型電子顕微鏡にて500倍で5視野観察し、面積率95%以上の均一な化成結晶が5視野全てにおいて生成しているものを良好(○)とし、面積率5%以上の隙間が1視野でも認められるものを不良(×)として評価した。
一方、比較例では、No.3は、Si含有量が本発明の範囲を外れる鋼種を使用したのでTS×EL値が18000MPa・%未満であり、加工性は劣っている。No.6は、ワークロールのRzと高加工性高強度冷延鋼板の凹部の最大深さが本発明の範囲を外れるので表面のSi酸化物の除去が十分ではなく、化成処理性が劣っている。No.9は、調質圧延の伸長率と高加工性高強度冷延鋼板の凹部の平均面積が本発明の範囲を外れるので表面のSi酸化物の除去が十分ではなく、化成処理性が劣っている。No.12は、ワークロールのPPIと高加工性高強度冷延鋼板の凹部の面積率が本発明の範囲を外れるので表面のSi酸化物の除去が十分ではなく、化成処理性が劣っている。
2 凹部
3 高加工性高強度冷延鋼板
4 Si酸化物
5 化成結晶
Claims (4)
- 質量%でC:0.05〜0.30%、Si:0.8〜3.0%、Mn:1.0〜3.0%、P:0.10%以下、S:0.01%以下、Al:0.01〜0.1%、N:0.008%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、かつ粗さ断面曲線のろ波うねり曲線からの乖離が±2μm以下の平坦部と、前記ろ波うねり曲線からの最大深さが5μm以上の凹部とを表面に有し、前記凹部の平均面積が0.001〜0.1mm2であり、前記凹部の面積率が5〜50%であることを特徴とする化成処理性に優れた高加工性高強度冷延鋼板。
- 前記組成に加えて、質量%でCr:0.01〜1.0%、Mo:0.01〜0.2%およびB:0.0001〜0.005%の中から選ばれる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に記載の化成処理性に優れた高加工性高強度冷延鋼板。
- 前記組成に加えて、質量%でTi:0.005〜0.05%、Nb:0.005〜0.05%およびV:0.005〜0.05%の中から選ばれる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または2に記載の化成処理性に優れた高加工性高強度冷延鋼板。
- スラブに熱間圧延、冷間圧延、焼鈍を順次施す冷延鋼板の製造方法において、前記スラブが請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成を有し、前記焼鈍の終了後、10点平均粗さRzが10μm以上かつピークカウントPPIが10〜400の範囲内である表面を有するワークロールを用いて、伸長率0.10%以上の調質圧延を行なうことを特徴とする化成処理性に優れた高加工性高強度冷延鋼板の製造方法。
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