JP5991450B1 - 高強度冷延鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
0.35≦V2/V1≦0.75 式(1)
[2]前記成分組成は、さらに、質量%で、V:0.05%以下及びNb:0.05%以下から選択される一種以上を含有する成分組成であることを特徴とする[1]に記載の高強度冷延鋼板。
本発明の高強度冷延鋼板は、質量%で、C:0.15〜0.25%、Si:1.2〜2.5%、Mn:2.1〜3.5%、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Al:0.01〜0.08%、N:0.010%以下、Ti:0.002〜0.050%、B:0.0002〜0.0100%を含有する。
Cは鋼板の高強度化に有効な元素であり、本発明におけるベイナイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイト及びマルテンサイトの第2相形成にも寄与する。さらに、Cはマルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイトの硬度を高くする。C含有量が0.15%未満では、必要なベイナイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイト及びマルテンサイトの体積分率の確保が難しい。好ましいC含有量は0.17%以上である。一方、Cを過剰に添加するとフェライト、焼戻しマルテンサイト、マルテンサイトの硬度差が大きくなるため、穴広げ性が低下する。そこで、C含有量は0.25%以下とする。好ましいC含有量は0.22%以下である。
Siはフェライトを固溶強化し、軟質相と硬質相との硬度差を低下させるため、Siは穴広げ率を増加させる。その効果を得るためには、Siを1.2%以上の含有することが必要である。好ましいSi含有量は1.3%以上である。しかしながら、Siの過剰な添加は化成処理性を低下させる。このため、Si含有量は2.5%以下とする。好ましくは2.2%以下である。
Mnは固溶強化および第2相を生成することで高強度化に寄与する元素である。また、Mnはオーステナイトを安定化させる元素であり、第2相の分率制御に必要な元素である。その効果を得るためにはMn含有量を2.1%以上にすることが必要である。一方、過剰にMnを含有した場合、マルテンサイトの体積分率が過剰になり、さらにマルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイトの硬度が増加してしまい、穴広げ性が低下する。また、過剰にMnを含有した場合に、水素が鋼板内に侵入すると、粒界のすべり拘束が増加し、結晶粒界でのき裂が進展しやすくなるため耐遅れ破壊特性が低下してしまう。そのため、Mn含有量は3.5%以下とする。好ましくは3.0%以下である。
Pは固溶強化により高強度化に寄与する。しかし、過剰にPを添加すると、粒界へのPの偏析が著しくなって粒界が脆化したり、溶接性が低下したりする。このため、P含有量を0.05%以下とする。好ましくは0.04%以下である。
S含有量が多い場合には、MnSなどの硫化物が多く生成し、穴広げ性に代表される局部伸びが低下する。このため、S含有量の上限を0.005%とする。好ましくは、0.0040%以下である。特に下限は無いが、極低S化は製鋼コストが上昇するため、0.0002%以上含有することが好ましい。
Alは脱酸に必要な元素であり、この効果を得るためには、Al含有量を0.01%以上とすることが必要である。また、Al含有量が0.08%を超えても効果が飽和するため、Al含有量は0.08%以下とする。好ましくは0.05%以下である。
Nは粗大な窒化物を形成し、曲げ性や伸びフランジ性を劣化させることから、その含有量を抑える必要がある。これらの問題は、N含有量が0.010%超で顕著に表れる。このため、N含有量を0.010%以下とする。好ましくは0.0050%以下である。
Tiは微細な炭窒化物を形成することで、強度上昇に寄与することができる元素である。さらに、Tiは、本発明に必須な元素であるBをNと反応させないためにも必要である。このような効果を発揮させるためには、Ti含有量を0.002%以上とする。好ましくは0.005%以上である。一方、多量にTiを添加すると、伸びが著しく低下するため、その含有量は0.050%以下とする。好ましく0.035%以下である。
Bは焼入れ性を向上させ、第2相を生成することで高強度化に寄与し、焼入れ性を確保しつつ、マルテンサイト変態開始点を低下させない元素である。さらに、Bには、熱間圧延時の仕上げ圧延後に冷却する際、フェライトやパーライトの生成を抑制する効果がある。この効果を発揮するために、B含有量を0.0002%以上とすることが必要である。一方、B含有量が0.0100%超えても効果が飽和するため、その含有量を0.0100%以下とする。好ましくは0.0050%以下である。
Vの微細な炭窒化物を形成することで、強度上昇に寄与する。このような作用を有するために、V含有量を0.01%以上にすることが好ましい。一方、多量のVを添加しても、0.05%を超えた分の強度上昇効果は小さく、そのうえ、合金コストの増加も招いてしまう。したがって、Vの含有量は0.05%以下が好ましい。
NbもVと同様に、微細な炭窒化物を形成することで、強度上昇に寄与することができるため、必要に応じて添加することができる。このような効果を発揮させるためには、Nb含有量を0.005%以上とすることが好ましい。一方、多量にNbを添加すると、伸びが著しく低下するため、Nbを含有する場合、その含有量は0.05%以下とする。
Crは第2相を生成することで高強度化に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる。この効果を発揮させるためには、Cr含有量を0.10%以上にすることが好ましい。一方、Cr含有量が0.50%を超えると、過剰にマルテンサイトが生成する。そこで、Crを含有する場合、その含有量は0.50%以下とする。
Moは第2相を生成することで高強度化に寄与し、さらに一部炭化物を生成して高強度化に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる。これら効果を発揮させるためには、Mo含有量を0.05%以上にすることが好ましい。また、Mo含有量が0.50%を超えると効果が飽和するため、その含有量は0.50%以下が好ましい。
Cuは固溶強化により高強度化に寄与して、また第2相を生成させることで高強度化に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる。これら効果を発揮するためにはCu含有量を0.05%以上とすることが好ましい。一方、Cu含有量が0.50%を超えても効果が飽和し、またCuに起因する表面欠陥が発生しやすくなる。そこで、Cu含有量は0.50%以下が好ましい。
NiもCuと同様、固溶強化により高強度化に寄与して、また第2相を生成させることで高強度化に寄与する元素であり、必要に応じて添加することができる。これら効果を発揮させるためには、Ni含有量を0.05%以上とすることが好ましい。また、Cuと同時に添加すると、Cu起因の表面欠陥を抑制する効果があるため、Cu添加時にNiを添加することが有効である。一方、Ni含有量が0.50%を超えても効果が飽和するため、その含有量は0.50%以下が好ましい。
Caは、硫化物の形状を球状化し穴広げ性への硫化物の悪影響を改善する元素であり、必要に応じて添加することができる。これらの効果を発揮するためにはCa含有量を0.0005%以上にすることが好ましい。一方、Ca含有量が0.0050%を超えると、Caの硫化物が曲げ性を劣化させる。そこで、Ca含有量は0.0050%以下とする。
REMもCaと同様に、硫化物の形状を球状化し穴広げ性への硫化物の悪影響を改善する元素であり、必要に応じて添加することができる。これらの効果を発揮するためにはREM含有量を0.0005%以上にすることが好ましい。一方、REM含有量が0.0050%を超えても効果が飽和するため、その含有量を0.0050%以下とすることが好ましい。
0.35≦V2/V1≦0.75 式(1)
式(1)において、フェライト以外の硬質相の体積分率がV1であり、焼戻しマルテンサイトの体積分率がV2である。
フェライトの体積分率が10%未満では、伸びの確保が困難である。そこで、フェライトの体積分率の下限は10%とする。好ましくは、フェライトの体積分率が12%超である。また、フェライトの体積分率が25%を超えると、打抜き時のボイド生成量が増加する。また、フェライトの体積分率が25%を超えると、強度確保のため、マルテンサイトや焼戻しマルテンサイトの硬度も高くする必要があり、強度と穴広げ性の両立が困難である。このためフェライトの体積分率は25%以下とする。好ましくは22%以下であり、さらに好ましくは20%未満である。
良好な延性を確保するためには、残留オーステナイトの体積分率を5〜20%の範囲にすることが必要である。残留オーステナイトの体積分率が5%未満では伸びが低下する。このため、残留オーステナイトの体積分率は5%以上とする。好ましくは8%以上である。また、残留オーステナイトの体積分率が20%を超える場合、穴広げ性が劣化する。このため、残留オーステナイトの体積分率は20%以下である。好ましくは18%以下である。
所望の強度および延性を確保しつつ、穴広げ性を確保するためにマルテンサイトの体積分率を5〜15%以下とする。マルテンサイトの体積分率が5%未満では、加工硬化に及ぼす寄与が低いため、強度と延性の両立が困難である。好ましくは6%以上である。また、マルテンサイトの体積分率が15%超では、打抜き時にマルテンサイト周辺にボイドが生成するため穴拡げ性が劣化するだけでなく、降伏比も低下する。このため、マルテンサイトの体積分率の上限は15%とする。好ましくは12%を上限とする。
良好な穴広げ性や高降伏比を確保するために、上記のフェライト、残留オーステナイト、マルテンサイト以外の残部には、ベイナイトおよび焼戻しマルテンサイトを含有することが必要である。ベイナイトおよび焼戻しマルテンサイトの平均結晶粒径は5μm以下とする。平均結晶粒径が5μm超では、フェライトとの界面に生成するボイドが連結しやすくなり、穴広げ性が劣化する。このため、ベイナイトおよび焼戻しマルテンサイトの平均結晶粒径の上限は5μmとする。
また、フェライト相以外の硬質相の体積分率(V1)と焼戻しマルテンサイトの体積分率(V2)において、式(1)の関係を満たすことが必要である。冷却時に生成したマルテンサイトは再加熱時およびその後の均熱保持により、焼戻されることで、焼戻しマルテンサイトとなる。この焼戻しマルテンサイトの存在により、均熱保持中のベイナイト変態が促進され、最終的に室温まで冷却した際に生成するマルテンサイトが微小になり、かつマルテンサイトの体積分率を狙いの体積分率に調整することが可能である。式(1)において、V2/V1の値が0.35未満ではその効果は薄いため、下限は0.35とする。また、V2/V1の値が0.75以上では、ベイナイト変態可能な未変態のオーステナイトが少ないため、十分な残留オーステナイトが得られず、伸びが低下する。このため、その上限は0.75とする。好ましくは0.70以下である。
0.35≦V2/V1≦0.75 式(1)
また、本発明では、フェライト、ベイナイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトおよびマルテンサイト以外に、パーライトをミクロ組織が含む場合がある。上記のフェライト、残留オーステナイトおよびマルテンサイトの体積分率、フェライト、マルテンサイトの平均結晶粒径が満足されれば、パーライトを含んでも本発明の目的を達成できる。ただし、パーライトの体積分率は3%以下が好ましい。
次に、本発明の高強度冷延鋼板の製造法について説明する。
平均冷却速度=(冷却開始表面温度−冷却終了表面温度)/冷却時間 (2)
平均加熱速度=(加熱終了表面温度−加熱開始表面温度)/加熱時間 (3)
熱間圧延工程
熱間圧延工程とは、上記成分組成を有し1150〜1300℃の鋼スラブを、仕上げ圧延終了温度:850〜950℃の条件で圧延を行い、上記圧延の終了後1秒以内に、第1平均冷却速度:80℃/s以上、第1冷却停止温度:650℃以下の条件で、冷却を開始する第1冷却を行い、上記第1冷却後、第2平均冷却速度:5℃/s以上、第2冷却停止温度:第1冷却停止温度未満かつ550℃以下の条件で冷却する第2冷却を行い、上記第2冷却後に巻取る工程である。各条件の限定理由は以下の通りである。
熱間圧延工程後、酸性工程を実施し、熱延板の表層のスケールを除去するのが好ましい。酸洗工程の条件は特に限定されず、常法に従って実施すればよい。
熱間圧延工程後(酸洗工程を行う場合には酸洗工程後)に、熱延板に対して冷間圧延を施す工程である。冷間圧延工程は特に限定されず常法で実施すればよい。
焼鈍工程は、再結晶を進行させるとともに、高強度化のため鋼板組織にベイナイト、焼戻しマルテンサイト、残留オーステナイトやマルテンサイトを形成させるために実施する。そのための焼鈍工程は、第1加熱、第2加熱、第3加熱、第1均熱、第3冷却、第4加熱、第2均熱、第4冷却から構成される。具体的には以下の通りである。
焼鈍工程後に、調質圧延を実施してもよい。調質圧延における伸長率の好ましい範囲は0.1%〜2.0%である。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.15〜0.25%、Si:1.2〜2.5%、Mn:2.1〜3.5%、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Al:0.01〜0.08%、N:0.010%以下、Ti:0.002〜0.050%、B:0.0002〜0.0100%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
平均結晶粒径が2μm以下のフェライトを体積分率で10〜25%、残留オーステナイトを体積分率で5〜20%、平均結晶粒径が2μm以下のマルテンサイトを体積分率で5〜15%以下を含有し、残部が平均結晶粒径5μm以下のベイナイトおよび焼戻しマルテンサイトからなる複合組織であり、フェライト以外の相の体積分率(V1)と焼戻しマルテンサイトの体積分率(V2)の関係が下記の式(1)の条件を満たすミクロ組織を有することを特徴とする高強度冷延鋼板。
0.35≦V2/V1≦0.75 式(1) - 前記成分組成は、さらに、質量%で、V:0.05%以下及びNb:0.05%以下から選択される一種以上を含有する成分組成であることを特徴とする請求項1に記載の高強度冷延鋼板。
- 前記成分組成は、さらに、質量%で、Cr:0.50%以下、Mo:0.50%以下、Cu:0.50%以下、Ni:0.50%以下、Ca:0.0050%以下及びREM:0.0050%以下から選択される一種以上を含有する成分組成であることを特徴とする請求項1又は2に記載の高強度冷延鋼板。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の高強度冷延鋼板の製造方法であって、
1150〜1300℃の鋼スラブを、仕上げ圧延終了温度:850〜950℃の条件で圧延を行い、前記圧延の終了後1秒以内に冷却を開始する、第1平均冷却速度:80℃/s以上、第1冷却停止温度:650℃以下の条件で第1冷却を行い、前記第1冷却後、第2平均冷却速度:5℃/s以上、第2冷却停止温度:第1冷却停止温度未満かつ550℃以下の条件で冷却する第2冷却を行い、前記第2冷却後に巻取る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程後に必要に応じて酸洗を行う酸洗工程と、
前記熱間圧延工程後(酸洗工程を行う場合には前記酸洗工程後)に冷間圧延を行う冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程後に、任意の第1平均加熱速度、第1加熱到達温度:250〜350℃の条件で第1加熱を行い、前記第1加熱後に第2平均加熱速度:6〜25℃/s、第2加熱到達温度:550〜680℃の条件で第2加熱を行い、前記第2加熱後に第3平均加熱速度:10℃/s以下、第3加熱到達温度:760〜850℃の条件で第3加熱を行い、前記第3加熱後に第1均熱温度:760〜850℃、第1均熱時間:30秒以上の条件で第1均熱を行い、前記第1均熱後に第3平均冷却速度:3℃/s以上、第3冷却停止温度:100〜300℃の条件で第3冷却を行い、前記第3冷却後に第4加熱到達温度:350〜450℃の条件で第4加熱を行い、前記第4加熱後に第2均熱温度:350〜450℃、第2均熱時間:30秒以上の条件で第2均熱を行い、前記第2均熱後に第4冷却停止温度:0〜50℃の条件で第4冷却を行う焼鈍工程と、を有することを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法。
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