JP5342912B2 - 曲げ加工性に優れた高強度冷延鋼板 - Google Patents
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Description
鋼板の成分が、
C:0.12〜0.3%(質量%の意味。成分について以下同じ)、
Si:0.5%以下(0%を含む)、
Mn:1.5〜3.0%、
Al:0.15%以下(0%を含まない)、
N:0.01%以下(0%を含まない)、
P:0.02%以下(0%を含まない)、および
S:0.01%以下(0%を含まない)
を満たし、残部が鉄および不可避不純物からなり、
鋼組織が、マルテンサイト単一組織であり、かつ、
鋼板の表面から(板厚×0.1)深さまでの表層域において、
下記に示すn回目の判定で定まるn次介在物群であって、この介在物群の2つの最外粒子の鋼板圧延方向における最外表面間距離が100μm以上であるものが、圧延面100cm2当たり120個以下であるところに特徴を有する。
n−1次介在物群(nは1以上の整数、n=1の場合、0次介在物群は介在物粒子をいう)と、近接する1以上のx次介在物群(x=0〜n−1、nは1以上の整数、0次介在物群は介在物粒子をいう)とからなり、このn−1次介在物群とx次介在物群の最近接粒子の最小表面間距離(λ)が、下記(1)式を満たしかつ60μm以下である介在物群を、「n次介在物群」とする。
λ:n−1次介在物群とx次介在物群の最近接粒子の最小表面間距離(μm)
σy:鋼板の降伏強度(MPa)
d1:n−1次介在物群の、鋼板圧延方向の粒子径(n=1の場合)または2つの最外粒子の鋼板圧延方向における最外表面間距離(n≧2の場合)(μm)
d2:x次介在物群の、鋼板圧延方向の粒子径(x=0の場合)または2つの最外粒子の鋼板圧延方向における最外表面間距離(x≧1の場合)(μm)]
(A)Cr:2.0%以下(0%を含まない)および/またはB:0.01%以下(0%を含まない);や、
(B)Cu:0.5%以下(0%を含まない)、Ni:0.5%以下(0%を含まない)、およびTi:0.2%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも1種の元素;
(C)V:0.1%以下(0%を含まない)および/またはNb:0.1%以下(0%を含まない);
を含んでいてもよい。
(1)曲げ割れの起点は、鋼板の圧延方向と平行に点列状に分布した介在物群であること。
(2)そして、上記介在物群を構成する個々の介在物粒子が、従来技術(例えば特許文献1)で規定するように微細であっても、これらが点列状に分布した介在物群となることによって、加工時に個々の介在物粒子の周辺に発生したボイド同士が合体し、単独で存在する介在物粒子周辺に発生するボイドに比べて、粗大で扁平な欠陥(ボイド)が形成されること。そして、この様な粗大で扁平な欠陥(ボイド)には、曲げ加工時に、単独で存在する介在物粒子周辺に発生するボイドと比較して非常に大きな応力が集中し、その結果、材料が容易に破断に至ると考えられること。
λ:任意の介在物粒子とこれに近接する介在物粒子の最小表面間距離(μm)
σy:鋼板の降伏強度(MPa)
d1:任意の介在物粒子の、鋼板圧延方向の粒子径(μm)
d2:上記任意の介在物に近接する介在物粒子の、鋼板圧延方向の粒子径(μm)]
ここでは、まず基本的な考え方を示すため、上記(1)式のλ、d1、d2について上記の通り定義する。
d *=1.27d …(3)
少なくとも2つの介在物粒子の間で、λが、上記(1)式を満たすと共に60μm以下を満たす場合には、これらからなる介在物群を「1次介在物群」とする(図2(a)に模式的に例示する)。
(ii−1)上記1次介在物群と、近接する1以上の介在物粒子との間で、λが、(1)式を満たすと共に60μm以下を満たす場合には、これらからなる介在物群を「2次介在物群」とする。この2次介在物群を図3(a)に模式的に例示する。
(iii−1)上記2次介在物群と、近接する1以上の介在物粒子との間で、λが、(1)式を満たすと共に60μm以下を満たす場合には、これらからなる介在物群を「3次介在物群」とする。
λ:n−1次介在物群とx次介在物群の最近接粒子の最小表面間距離(μm)
σy:鋼板の降伏強度(MPa)
d1:n−1次介在物群の、鋼板圧延方向の粒子径(n=1の場合)または2つの最外粒子の鋼板圧延方向における最外表面間距離(n≧2の場合)(μm)
d2:x次介在物群の、鋼板圧延方向の粒子径(x=0の場合)または2つの最外粒子の鋼板圧延方向における最外表面間距離(x≧1の場合)(μm)]
上記判定により求められる介在物群であっても、その大きさによって、曲げ加工性に与える影響は異なる。よって、上記介在物群のサイズ(介在物群の長径=介在物群の2つの最外粒子の鋼板圧延方向における最外表面間距離)と、曲げ加工性(規定の介在物群起因の曲げ割れ率)との関係を調べた。図4は、後述する実施例において、介在物群を起点に割れた試料の破断面を観察して、破断起点の介在物群の鋼板圧延方向の長径を求め、長径が例えば20以上40未満μm、40以上60未満μm、60以上80未満μm…の範囲内の介在物群を、それぞれ20μm、40μm、60μm…の介在物群として集計し、長径20μmごとの規定の介在物群起因の曲げ割れの累積確率を表したものである。
上記規定の介在物群を原因として曲げ割れが顕著になるのは、特に曲げ加工時に多大な歪が導入される鋼板の表層域であることから、次の様な測定を行って本発明における観察領域を特定した。即ち、後述する実施例の鋼板を用い、予め周波数30MHzおよび50MHzの条件で超音波探傷法により、圧延面における欠陥指示位置(介在物位置)を特定した。そして、曲げ稜線が圧延方向と平行になり、且つ当該調査で得た欠陥指示位置(介在物位置)と一致するように、後述する実施例に示す通り曲げ加工を実施した。
次いで、本発明者らは、規定の介在物群の個数密度と、曲げ加工性(規定の介在物群起因の曲げ割れ率)との関係を調べた。図6は、後述する実施例に示す方法で求めた、規定の介在物群の個数密度と規定の介在物群起因の曲げ割れ率の関係を表したグラフである。尚、規定の介在物群起因の曲げ割れ率が2.0%以下であれば、実製品において問題ないことを別途確認している。
本発明の冷延鋼板を、例えば自動車用鋼板として用いる場合、特性としてより高い強度(880MPa以上、好ましくは980MPa以上)と加工性の兼備が要求される。フェライト組織が多いと、より高い強度を確保することが難しい。また、複合組織であると、曲げ加工性の十分な向上も難しい。よって本発明では、マルテンサイト組織(好ましくは、焼戻しマルテンサイトを含んだマルテンサイト組織)の単一組織とすることで曲げ加工性の向上を図る。
〔C:0.12〜0.3%〕
Cは、焼入れ性を高めて高強度を確保するのに必要な元素であるため、0.12%以上(好ましくは0.15%以上)含有させる。しかしC含有量が過剰であると、スポット溶接性や靭性が低下したり、焼入れ部に遅れ破壊が生じやすくなる。よって、C量は0.3%以下、好ましくは0.26%以下とする。
Siは、焼戻し軟化抵抗に有効な元素であり、また固溶強化による強度向上にも有効な元素である。これらの観点から、Siを0.02%以上含有させることが好ましい。しかしSiはフェライト生成元素であり、多く含まれると、焼入れ性を損ない高強度を確保することが難しくなることから、Si量を0.5%以下とする。好ましくは0.4%以下である。
Mnは、焼入れ性を向上させて強度を高めるのに有効な元素である。十分な焼入れ性を確保するため、Mn量は1.5%以上とする。好ましくは1.7%以上である。しかし過剰に含まれると、鋼板の強度を必要以上に増加させ、靭性を劣化させる。よってMn量は3.0%以下とする。好ましくは2.8%以下である。
Alは、脱酸剤として添加される元素であり、また鋼の耐食性を向上させる効果もある。これらの効果を十分発揮させるには、0.05%以上含有させることが好ましい。しかし過剰に含まれると、C系介在物が多量に生成して表面疵の原因となるので、その上限を0.15%とする。好ましくは0.10%以下、より好ましくは0.07%以下である。
N量が過剰であると、窒化物の析出量が増大し、靭性に悪影響を与えるため、N量は0.01%以下、好ましくは0.008%以下とする。尚、製鋼上のコスト等を考慮すること、N量は通常0.001%以上である。
Pは、鋼を強化する作用を有するものの、脆性により延性を低下させるので、0.02%以下に抑える。好ましくは0.01%以下である。
Sは、硫化物系の介在物を生成し、加工性、溶接性を劣化させるため、少ないほどよく、本発明では0.01%以下に抑える。好ましくは0.005%以下、より好ましくは0.003%以下である。
CrもBも焼入れ性向上により強度を高めるのに有効な元素である。またCrは、マルテンサイト組織鋼の焼戻し軟化抵抗を高めるのに有用な元素である。これらの効果を十分発揮させるには、Crの場合0.01%以上(より好ましくは0.05%以上)、Bの場合0.0001%以上(より好ましくは0.005%以上)含有させることが好ましい。しかしCrが過剰に含まれると、耐遅れ破壊性を劣化させる。またB量が過剰になると延性の低下を招く。よって、Cr量は2.0%以下(より好ましくは1.7%以下)、Bは0.01%以下(より好ましくは0.008%以下)とすることが好ましい。
Cu、Ni、Tiは、耐食性向上により耐遅れ破壊性を向上させるのに有効な元素である。この様な効果は、特に引張強度が980MPaを超える鋼板で有効に発揮される。またTiは、焼戻し軟化抵抗を高めるのにも有効な元素である。該効果を十分発揮させるには、Cuの場合0.01%以上(より好ましくは0.05%以上)、Niの場合0.01%以上(より好ましくは0.05%以上)、Tiの場合0.01%以上(より好ましくは0.05%以上)含有させることが好ましい。しかしながら、過剰に含まれると延性や加工性が低下するため、Cu、Niの上限はいずれも0.5%、Tiの上限は0.2%とすることが好ましい。より好ましくはCu、Niはそれぞれ0.4%以下、Tiは0.15%以下である。
V、Nbは、いずれも強度の向上、およびγ粒微細化による焼入れ後の靭性改善に有効な元素である。該効果を十分発揮させるには、V、Nbいずれの場合も0.003%以上(より好ましくは0.02%以上)含有させることが好ましい。しかし、上記元素が過剰に含まれると、炭窒化物などの析出が増大し、加工性および耐遅れ破壊性は低下する。よって、V、Nbいずれの場合も0.1%以下(より好ましくは0.05%以下)とすることが好ましい。
加熱温度:1250℃
仕上温度:880℃
巻取り温度:550℃
仕上厚さ:2.6〜3.2mm
試験片の採取位置は、鋼帯の圧延方向は任意で、板幅方向はw/8、w/4、w/2、3w/4、7w/8(w:板幅)位置の各位置で、圧延面のサイズが30mm角の試験片を各3枚採取し、圧延面(ND面)を表面から0.1t(t:板厚)まで、10μmピッチで研削し、その都度(10μm研削ごとに)、光学顕微鏡(倍率100倍)にて目視観察し、介在物の位置を確認して、規定の介在物群(上述したn次介在物群であって、該介在物群の2つの最外粒子の鋼板圧延方向における最外表面間距離が100μm以上であるもの)の個数を計測し、観察面積当たりの数量を算出して圧延面100cm2当たりに換算した。その結果(規定の介在物群の個数密度)を表2に示す。
1.6mm×20mm×20mmの試験片を切り出し、圧延方向と平行な断面を研磨し、レペラー腐食を行った後、t(板厚)/4位置を測定対象とした。そして光学顕微鏡により、約80μm×60μmの測定領域を倍率1000倍で観察して画像解析を行った。尚、測定は任意の5視野について行った。その結果、いずれの例もマルテンサイト組織が95面積%以上のマルテンサイト単一組織であった。
引張強度(TS)は、鋼板の圧延方向に垂直な方向と試験片の長手方向が平行になるようJIS5号引張試験片を鋼板から採取し、JIS Z 2241に従って測定した。本実施例では、引張強度が880MPa以上のものを高強度であると評価した。その結果を表2に示す。参考のため、鋼板の降伏強度(YP)、伸び(EL)も表2に示している。
折りたたみ様式曲げ加工を、合計試験片数:1000枚について下記の条件で実施し、割れが発生した試験片について、割れ起点の断面部(板厚方向)を、SEMおよびEDXで観察して、規定の介在物群の有無を確認した。尚、割れ起点となった規定の介在物群は、いずれも0.1t以内に存在するものであった。
加工機器:アイダエンジニアリング(株)製 NC1−80(2)−B
加工スピード:1分間当たり40回
クリアランス:板厚+0.1mm
金型パンチ半径:材料の限界曲げ半径(R/t)+0.5/t
(R:金型半径(mm)、t:試験片板厚(mm))
パンチ角度:90°
試験片サイズ:t×80mm以上(W)×30mm(L)
(Lと鋼帯の圧延方向が平行)
曲げ方向:試験片圧延方向と曲げ稜線が平行
試験数および試験位置:鋼帯の長手方向:任意位置とし、板幅方向でw/8、w/4、w/2、3w/4、7w/8(w:板幅)の位置において各200枚、合計1000枚
例えば2.0mm、1.5mm、1.0mmのように異なる曲げ半径で下記の要領により曲げ加工を実施し、曲げ割れが発生しない最小の曲げ半径を限界曲げ半径とした。
・折りたたみ様式曲げ加工
・測定位置および試験数:w/4位置、各曲げ半径で2枚
・他の条件は上記と同様。
Claims (6)
- 鋼板の成分が、
C:0.12〜0.3%(質量%の意味。成分について以下同じ)、
Si:0.5%以下(0%を含む)、
Mn:1.5〜3.0%、
Al:0.15%以下(0%を含まない)、
N:0.01%以下(0%を含まない)、
P:0.02%以下(0%を含まない)、および
S:0.01%以下(0%を含まない)
を満たし、残部が鉄および不可避不純物からなり、
鋼組織が、マルテンサイト単一組織であり、かつ、
鋼板の表面から(板厚×0.1)深さまでの表層域において、
下記に示すn回目の判定で定まるn次介在物群であって、この介在物群の2つの最外粒子の鋼板圧延方向における最外表面間距離が100μm以上であるものが、圧延面100cm2当たり120個以下であることを特徴とする曲げ加工性に優れた高強度冷延鋼板。
(n回目の判定)
n−1次介在物群(nは1以上の整数、n=1の場合、0次介在物群は介在物粒子をいう)と、近接する1以上のx次介在物群(x=0〜n−1、nは1以上の整数、0次介在物群は介在物粒子をいう)とからなり、このn−1次介在物群とx次介在物群の最近接粒子の最小表面間距離(λ)が、下記(1)式を満たしかつ60μm以下である介在物群を、「n次介在物群」とする。
λ:n−1次介在物群とx次介在物群の最近接粒子の最小表面間距離(μm)
σy:鋼板の降伏強度(MPa)
d1:n−1次介在物群の、鋼板圧延方向の粒子径(n=1の場合)または2つの最外粒子の鋼板圧延方向における最外表面間距離(n≧2の場合)(μm)
d2:x次介在物群の、鋼板圧延方向の粒子径(x=0の場合)または2つの最外粒子の鋼板圧延方向における最外表面間距離(x≧1の場合)(μm)] - 更に他の元素として、Cr:2.0%以下(0%を含まない)および/またはB:0.01%以下(0%を含まない)を含む請求項1に記載の高強度冷延鋼板。
- 更に他の元素として、
Cu:0.5%以下(0%を含まない)、
Ni:0.5%以下(0%を含まない)、および
Ti:0.2%以下(0%を含まない)
よりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有する請求項1または2に記載の高強度冷延鋼板。 - 更に他の元素として、V:0.1%以下(0%を含まない)および/またはNb:0.1%以下(0%を含まない)を含む請求項1〜3のいずれかに記載の高強度冷延鋼板。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の高強度冷延鋼板に、溶融亜鉛めっきが施された溶融亜鉛めっき鋼板。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の高強度冷延鋼板に、合金化溶融亜鉛めっきが施された合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
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