JP5212126B2 - 深絞り性に優れた冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
従来、鋼板の面内異方性は、Δrで評価されており、これを低減させた鋼板が提案されている(例えば、特許文献1〜4)。Δrは、圧延方向のランクフォード値r0と、圧延方向から45°のランクフォード値r45と、圧延方向と垂直な幅方向のランクフォード値r90とより下記式によって求められる。
Δr=(r0−2×r45+r90)/2
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
(2)Cr、Cu、Niの1種または2種以上を合計で0.3質量%未満含むことを特徴とする上記(1)に記載の深絞り性に優れた冷延鋼板。
(3)質量%で、B:0.010%以下を含むことを特徴とする上記(1)または(2)に記載の深絞り性に優れた冷延鋼板。
(4)圧延方向から圧延方向と垂直な幅方向までの間を5°刻みで測定したランクフォード値の、最大値と最小値との差が0.3以下であり、平均塑性ひずみ比rmが1.5以上であることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の深絞り性に優れた冷延鋼板。
66−200(4C+Ti)≦CR≦122−350(4C+Ti) ・・・(式1)
400≦CT≦600−250(Ti−48S/32−48N/14)・・・(式2)
ここで、上記(式1)および/または(式2)におけるC、Ti、S、Nは、各元素の含有量[質量%]である。
(7)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法であって、(6)に記載の方法で製造された熱延鋼板を酸洗した後、圧下率70〜90%の冷間圧延を施し、加熱速度3〜50℃/sで最高到達温度700℃以上Ac3変態点以下の温度範囲に加熱する焼鈍を行うことを特徴とする深絞り性に優れた冷延鋼板の製造方法。
しかし、このような鋼板では主に{111}<112>方位が発達し、r値の平均値(平均r値ともいう。)は高くなるものの、面内異方性が大きくなる。したがって、r値の平均値を高め、さらに、r値の面内異方性を低減させるには、{111}<110>〜{111}<112>方位群を均等に発達させることが重要になる。
rm=(r0+2r45+r90)/4 ・・・ (式3)
図1に粒界セメンタイトのTEM写真の一例を示す。TEM観察により粒界セメンタイトの存在位置、およびサイズを見積もった。粒界セメンタイトのサイズは、セメンタイト粒の最長の長さとし、10個以上のセメンタイトを観察し平均したものを、その鋼板の粒界セメンタイトサイズとした。
ここで、高い平均r値とは、具体的には、平均塑性ひずみ比rmが1.5以上であること、および/または、板厚中央部の{111}<112>方位のX線ランダム強度比(A)および{111}<110>方位のX線ランダム強度比(B)がそれぞれ5以上であることを意味する。また、最大r値と最小r値との差が小さいとは、具体的には、圧延方向から圧延方向と垂直な幅方向までの間を5°刻みで測定したランクフォード値の、最大値と最小値との差が0.3以下であること、および/または、板厚中央部の{111}<112>方位のX線ランダム強度比(A)と{111}<110>方位のX線ランダム強度比(B)との差の絶対値が4以下であることを意味する。
Cは、本発明においては、集合組織に影響を及ぼす極めて重要な元素である。熱延鋼板の粒界セメンタイトを確保し、冷延鋼板の集合組織を制御するためには、0.005%超のCを添加することが必要である。一方、C含有量が0.020%を超えると、伸びの低減など加工性の劣化を招くので好ましくない。したがって、C量は、0.005%超、0.020%以下とする。
(4C+0.035)≦Ti≦(4C+0.15)
の関係を満足することが必要である。ここで、上記式におけるC、Tiは、各元素の含有量[質量%]である。この式はCとTiのバランスを示しており、熱延鋼板に適正な体積分率の粒界セメンタイトを形成させたときに、熱延鋼板の固溶Tiを0.04%以上とするのに必要なTi量の範囲が、C量によって決まることを意味する。なお、Ti<(4×C+0.035)では、Tiの添加量が少なく、熱延鋼板の固溶Tiを確保することができない。また、Ti>(4×C+0.15)では、Tiが過剰になり、熱延鋼板の粒界セメンタイトを確保することができなくなる。
Pは不純物であり、含有量を0.100%以下に制限することが必要である。また、Pの粒界への偏析を抑制して、粒界割れを防止するためには、0.050%以下に制限することが好ましい。
Alは、脱酸元素であるが、窒化物などの析出物を形成して鋼板の加工性を損なうため、0.500%以下に制限することが必要である。なお、溶鋼の脱酸を十分に行うためには、0.002%以上を添加することが好ましい。
{111}<112>方位および{111}<110>方位は鋼板のr値を高める方位であり、本発明の冷延鋼板では、板厚方向の中央部の{111}<112>方位のX線ランダム強度比(A)および{111}<110>方位のX線ランダム強度比(B)の双方を5以上とする。これにより、平均塑性ひずみ比rmが1.5以上となる。平均r値(平均塑性ひずみ比rm)をさらに高めるには、上記(A)及び上記(B)を7以上とすることが好ましく、さらに望ましくは8以上である。上記(A)及び(B)を7以上とすることにより平均r値が1.9以上となり、上記(A)及び(B)を8以上とすることにより平均r値が2.1以上となる。
{111}<112>方位および{111}<110>方位のX線ランダム強度比は、X線回折によって測定される{110}、{100}、{211}、{310}極点図のうち複数の極点図を基に級数展開法で計算した、3次元集合組織を表す結晶方位分布関数(Orientation Distribution Function、ODFという。)から求めればよい。なお、X線ランダム強度比とは、特定の方位への集積を持たない標準試料と供試材のX線強度を同条件でX線回折法等により測定し、得られた供試材のX線強度を標準試料のX線強度で除した数値である。
熱延鋼板の粒界セメンタイト量および固溶Ti濃度は、冷延板焼鈍時に回復を遅らせて、集合組織を制御するために、本発明では極めて重要である。熱延鋼板の粒界セメンタイト量が体積分率で0.03%未満、または熱延鋼板の固溶Ti濃度が0.04%未満であると、冷延板の再結晶焼鈍時に固溶状態で存在するC、Tiが不足し、最大r値と最小r値の差が0.3以下という特性が得られない。一方、熱延鋼板の粒界セメンタイトの量が体積分率で0.15%超になると、焼鈍時に供給される固溶Cが多くなりすぎ、{111}全体の核生成が抑制され、他の方位からの再結晶が進行して、平均r値が低下する。粒界セメンタイト量のさらに好ましい範囲は、体積分率で0.05%以上、0.12%以下である。
なお、粒内に析出したセメンタイトは、粒界セメンタイトに比べて高密度で微細なものであるため、これも冷延後の焼鈍時に容易に溶解し、回復を遅延させる効果が少ない。
まず、上記の成分組成の鋼を常法によって溶製、鋳造し、得られた鋼片を熱間圧延する。鋼片は、生産性の観点から、連続鋳造設備で製造することが好ましい。熱間圧延の加熱温度は、炭化物形成元素と炭素を十分に鋼材中に分解溶解させるため、1200℃以上とする。鋳造後、鋼片の温度を1200℃以上にして、そのまま熱間圧延を開始しても良い。1200℃以下に冷却された鋼片を加熱する場合は、1時間以上の保持を行うことが好ましい。
Ar3=901−325C+33Si+287P+40Al−92Mn・・・(式4)
なお、上記(式4)におけるC、Si、P、Al、Mnは、各元素の含有量[質量%]である。
熱延後の冷却中にTiC析出の量をコントロールし、巻取前に適量の固溶Cおよび固溶Tiを残存させるには、冷却速度CR[℃/s]を、下記(式1)を満足する範囲内とすることが必要である。ここで、C、Tiは、各元素の含有量[質量%]である。
66−200(4C+Ti)≦CR≦122−350(4C+Ti) ・・・(式1)
400≦CT≦600−250(Ti−48S/32−48N/14)・・・(式2)
巻取温度の上限の式は、定性的には、巻取前に生成したTiの炭硫化物や窒化物を考慮したうえで、残存する固溶Ti量が多いほどTiCが析出しやすくなり、より低温での巻取が必要であることを意味する。上限の温度を超えるとTiCが析出して、固溶Ti量が減少したり、粒界セメンタイトの生成が不十分になる。一方、下限を400℃としたのは、この温度未満では、粒界セメンタイトの確保が難しくなるためである。より好ましくは、セメンタイトのサイズを最適化する観点で500℃〜550℃である。
Ac3=910−203√C+44.7Si−30Mn+700P
+400Al+400Ti ・・・ (式5)
ここで、C、Si、Mn、P、Al、Tiは、各元素の含有量[質量%]であり、含有量が不純物程度である場合は0とする。
表1に示した成分組成(化学成分)を有する鋼を溶製し、鋳造して鋼片を製造した。なお、表1には、C、Si、P、Al、Mn、Tiの含有量[質量%]から、下記(式4)〜(式5)により計算して求めたAr3変態点およびAc3変態点、ならびに、C、Ti、S、Nの含有量[質量%]から、下記(式6)〜(式8)により計算して求めた、熱間圧延後の冷却速度の下限値CRmin[℃/s]および上限値CRmax[℃/s]、巻取温度の上限値CTmax[℃]を示した。
Ac3=910−203√C+44.7Si−30Mn+700P
+400Al+400Ti ・・・ (式5)
CRmin=66−200(4C+Ti) ・・・ (式6)
CRmax=122−350(4C+Ti) ・・・ (式7)
CTmax=600−250(Ti−48S/32−48N/14) ・・・(式8)
なお、粒界セメンタイトのサイズは、セメンタイト粒の最長の長さとし、10個以上のセメンタイトを観察し平均したものとした。
これに対して、製造No.18は、C量が多く、熱延鋼板の粒界セメンタイト量が多く、粒界セメントのサイズが大きくなり、冷延鋼板の平均r値、(A)および(B)が低下した例である。
また、製造No.19は、Ti量がC量に対して不足しており、熱延鋼板の固溶Ti濃度が減少し、冷延鋼板の異方性が大きく、最大r値と最小r値の差および|(A)−(B)|が大きくなった例である。
製造No.4、16は、巻取温度CTが高く、熱延鋼板にTiCが析出して、粒界セメンタイト量が少なくなり、冷延鋼板のr値の異方性が大きくなった例である。
これに対して、製造No.12、15は、熱間圧延後の冷却速度CRが速く、熱延鋼板の固溶C量が増加して時効指数AIが高くなり、また、熱延鋼板の粒界セメンタイト量も過剰になり、冷延鋼板の平均r値、(A)および(B)が低下した例である。
製造No.13は、冷延板焼鈍の加熱速度が速く、焼鈍時のセメンタイトの溶解が不十分であり、再結晶回復温度域での固溶Cが不足し、冷延鋼板のr値の異方性が大きくなった例である。
製造No.6は、冷延板焼鈍の最高到達温度が高く、集合組織のランダム化が進み、冷延鋼板の平均r値、(A)および(B)が低下した例である。
表4に示した成分組成(化学成分)を有する鋼を溶製し、鋳造して鋼片を製造した。なお、表4には、上記(式4)〜(式5)により計算して求めたAr3変態点およびAc3変態点、ならびに、上記(式6)〜(式8)により計算して求めた、熱間圧延後の冷却速度の下限値CRmin[℃/s]および上限値CRmax[℃/s]、巻取温度の上限値CTmax[℃]を示した。得られた鋼片に、表5に示した製造条件(加熱温度、終了温度、冷却速度CR、巻取温度CT)で熱間圧延を施し、熱延鋼板を製造した。熱延鋼板の粒界セメンタイトのサイズ、粒界セメンタイトの体積分率および固溶Ti量は、実施例1と同様にして求めた。また、熱延鋼板のAIを、実施例1と同様にして評価した。
製造No.20は、巻取温度CTが高く、熱延鋼板にTiCが析出して、粒界セメンタイト量が少なくなり、冷延鋼板のr値の異方性が大きく、最大r値と最小r値の差および|(A)−(B)|が大きくなった例である。
製造No.24は、巻取温度CTが低く、熱延鋼板の粒界セメンタイト量が少なく、粒界セメンタイトのサイズが小さく、熱延鋼板の固溶C量が増加して時効指数AIが高くなり、冷延鋼板の平均r値、(A)および(B)が低く、最大r値と最小r値の差および|(A)−(B)|が大きくなった例である。
Claims (7)
- 質量%で、
C:0.005%超、0.020%以下、
Mn:0.05〜1.00%
を含有し、さらに、
(4C+0.035)≦Ti≦(4C+0.15)
を満足するTiを含有し、
Si:0.5%以下、
P:0.100%以下、
S:0.015%以下、
Al:0.500%以下、
N:0.010%以下
に制限し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
板厚中央部の{111}<112>方位のX線ランダム強度比(A)および{111}<110>方位のX線ランダム強度比(B)がそれぞれ5以上であり、
前記(A)と前記(B)との差の絶対値が4以下であることを特徴とする深絞り性に優れた冷延鋼板。 - Cr、Cu、Niの1種または2種以上を合計で0.3質量%未満含むことを特徴とする請求項1に記載の深絞り性に優れた冷延鋼板。
- 質量%で、
B:0.010%以下
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の深絞り性に優れた冷延鋼板。 - 圧延方向から圧延方向と垂直な幅方向までの間を5°刻みで測定したランクフォード値の、最大値と最小値との差が0.3以下であり、
平均塑性ひずみ比rmが1.5以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の深絞り性に優れた冷延鋼板。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の冷延鋼板の中間素材であって、
結晶粒界のセメンタイトのサイズが50nm〜2μmであり、
該セメンタイトの体積分率が0.03〜0.15%であり、
Tiの固溶濃度が0.04%以上であり、
時効指数AIが5MPa以下であることを特徴とする熱延鋼板。 - 請求項5に記載の熱延鋼板の製造方法であって、請求項1〜3のいずれかに記載の成分組成を有する鋼片を1200℃以上に加熱し、Ar3変態点以上で熱間圧延を終了した後、下記(式1)を満足する冷却速度CR[℃/s]で冷却し、下記(式2)を満足する巻取温度CT[℃]で巻取ることを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
66−200(4C+Ti)≦CR≦122−350(4C+Ti) ・・・(式1)
400≦CT≦600−250(Ti−48S/32−48N/14)・・・(式2)
ここで、上記(式1)および/または(式2)におけるC、Ti、S、Nは、各元素の含有量[質量%]である。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法であって、請求項6に記載の方法で製造された熱延鋼板を酸洗した後、圧下率70〜90%の冷間圧延を施し、加熱速度3〜50℃/sで最高到達温度700℃以上Ac3変態点以下の温度範囲に加熱する焼鈍を行うことを特徴とする深絞り性に優れた冷延鋼板の製造方法。
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