JP7473860B1 - 高強度鋼板、その製造方法、部材及び自動車部品 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Abstract
Description
さらに、自動車の骨格構造部品などのうち、例えば、クラッシュボックスなどは、曲げ加工部を有する。そのため、このような部品には、成形性の観点から、高い曲げ性を有する鋼板を適用することが好ましい。
また、本発明は、上記の高強度鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記の高強度鋼板を用いてなる部材を提供することを目的とする。
YR=YS/TS×100・・・・(2)
TS及びYSはそれぞれ、JIS Z 2241に準拠して測定する。
ここで、「高い曲げ性」とは、JIS Z 2248に準拠して行う曲げ試験(詳細は、後述の実施例の記載参照)において、曲げ頂点の稜線部における亀裂発生有無の評価を行い、割れの発生がないか、あるいは200μm未満の微小割れが発生することを意味する。
ここで、「腐食環境下でのせん断端面の損傷度の低減」とは、後述の実施例に記載した塩酸浸漬試験において、塩酸浸漬後の試験片のせん断端面での割れ長さが300μm以下であることを意味する。
(1)マルテンサイト(焼入れマルテンサイト及び焼戻しマルテンサイト)を主体とする組織とすることで、高いYRを実現できる。
(2)残留オーステナイトの体積率を20%以下とすることで、高い曲げ性及び腐食環境下でのせん断端面の損傷度の低減を実現できる。
(3)板厚1/2位置におけるSi濃度の平均値に対するSi濃度の標準偏差の比の値(以下「Si濃度の標準偏差/平均Si濃度」ともいう)を1.00以下とすることで、腐食環境下でのせん断端面の損傷度の低減を実現できる。
[1]質量%で、
C:0.030%以上0.500%以下、
Si:0.01%以上2.50%以下、
Mn:0.10%以上5.00%以下、
P:0.100%以下、
S:0.0200%以下、
Al:1.000%以下、
N:0.0100%以下及び
O:0.0100%以下
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成と、
板厚1/4位置において、
マルテンサイトの面積率が40%以上、
フェライトの面積率が70%以下、
残留オーステナイトの体積率が20.0%以下である鋼組織と、
を有し、
板厚の1/2位置において、
Si濃度の平均値に対するSi濃度の標準偏差の比の値が1.00以下である、
高強度鋼板。
[2]前記成分組成が、さらに、質量%で、
Ti:0.200%以下、
Nb:0.200%以下、
V:0.200%以下、
Ta:0.10%以下、
W:0.10%以下、
B:0.0100%以下、
Cr:1.00%以下、
Mo:1.00%以下、
Ni:1.00%以下、
Co:0.010%以下、
Cu:1.00%以下、
Sn:0.200%以下、
Sb:0.200%以下、
Ca:0.0100%以下、
Mg:0.0100%以下、
REM:0.0100%以下、
Zr:0.100%以下、
Te:0.100%以下、
Hf:0.10%以下及び
Bi:0.200%以下
からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含有する、[1]の高強度鋼板。
[3]前記高強度鋼板が、前記高強度鋼板の板厚1/4位置のビッカース硬さに対して、ビッカース硬さが85%以下の領域であって、前記高強度鋼板表面から板厚方向に200μm以内の領域である表層軟質層を有し、
前記高強度鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置及び板厚方向深さの1/2位置のそれぞれにおける板面の50μm×50μmの領域において、300点以上のナノ硬度を測定したとき、
前記高強度鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の板面のナノ硬度が7.0GPa以上の測定数割合が、全測定数に対して0.10以下であり、
さらに、前記高強度鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の板面のナノ硬度の標準偏差σが1.8GPa以下であり、
さらに、前記高強度鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/2位置の板面のナノ硬度の標準偏差σが2.2GPa以下である、[1]又は[2]の高強度鋼板。
[4]前記高強度鋼板の片面又は両面の表面上において、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Ge、As、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Os、Ir、Rt、Au、Hg、Ti、Pb及びBiから選択される1種又は2種以上を合計で50質量%超含む金属めっき層を有する、[1]~[3]のいずれかの高強度鋼板。
[5]前記高強度鋼板の片面又は両面の最外層に、亜鉛及びアルミニウムの少なくとも一方を合計で50質量%以上含む金属めっき層を有する、[1]~[4]のいずれかの高強度鋼板。
[6][1]又は[2]の成分組成を有する溶鋼を鋳造した後、500℃以上700℃以下の温度域における平均冷却速度を3.0℃/hr以上、400℃以上500℃未満の温度域における平均冷却速度を1.0℃/hr以上として冷却して鋼スラブを得る工程;
前記鋼スラブを1150℃以上のスラブ加熱温度T1に加熱した後、巻取温度を600℃以下、巻取り後の冷却における300℃以上400℃以下の温度域における滞留時間を50000s以下とする熱間圧延を施して熱延板を得る工程であって、鋼スラブの加熱において1100℃以上T1以下の温度域における滞留時間を20分以上とする工程;
前記熱延板に酸洗を施す工程;
前記酸洗を施した熱延板に冷間圧延を施して冷延板を得る工程;
前記冷延板に対し、[1]式で定義される温度をAc3点(℃)として、250℃以上700℃以下の温度域における平均加熱速度を10℃/s以上として、Ac3点以上の加熱温度T2までの加熱を施し、冷延板を焼鈍する工程であって、750℃以上Ac3点未満の温度域における滞留時間を200s以下とする工程;及び
前記焼鈍した冷延板を250℃以上400℃以下の温度域における平均冷却速度を1.0℃/s以上として冷却して高強度鋼板を得る工程;
を含む、高強度鋼板の製造方法。
Ac3点(℃)=910-203×[%C]1/2+44.7×[%Si]-30×[%Mn]+700×[%P]+400×[%Al]+400×[%Ti]+104×[%V]+13.1×[%W]-11×[%Cr]+31.5×[%Mo]-15.2×[%Ni]-20×[%Cu]・・・[1]
式中、[%X]は、鋼中の成分元素Xの含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
[7]前記冷延板の焼鈍工程において、250℃以上700℃以下の温度域における雰囲気の酸素濃度が2体積ppm以上30体積ppm以下、かつ加熱温度T2での雰囲気の露点が-35℃以上である、[6]の高強度鋼板の製造方法。
[8]前記焼鈍した冷延板の冷却工程において、100℃以上450℃以下の温度T3で、5s以上保熱する保熱工程を設ける、[6]又は[7]の高強度鋼板の製造方法。
[9]前記焼鈍した冷延板の冷却工程において、250℃以下の冷却停止温度T4で冷却を停止した後、(T4+50℃)以上450℃以下の温度に再加熱し、該温度で5s以上保熱する、[6]~[8]のいずれかの高強度鋼板の製造方法。
[10]前記冷延板を焼鈍する前に、冷延板の片面又は両面において、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Ge、As、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Os、Ir、Rt、Au、Hg、Ti、Pb及びBiから選択される1種又は2種以上を合計で50質量%超含む金属めっきを施す工程を含む、[6]~[9]のいずれかの高強度鋼板の製造方法。
[11]前記焼鈍した冷延板を冷却した後、めっき処理を施し、亜鉛及びアルミニウムの少なくとも一方を合計で50質量%以上含む金属めっきを施す工程を含む、[6]~[10]のいずれかの高強度鋼板の製造方法。
[12][1]~[5]のいずれかの高強度鋼板を少なくとも一部に用いてなる、部材。
[13][12]の部材からなる自動車部品。
[1-1]成分組成
はじめに、本発明の高強度鋼板に関し、その成分組成について説明する。なお、以下の説明において、鋼の成分元素の含有量を表す「%」は、特に明記しない限り「質量%」を意味する。
Cは、鋼の重要な基本成分の1つであり、特に本発明では、マルテンサイト、フェライト及び残留オーステナイトの面積率に影響する重要な元素である。Cの含有量が0.030%未満では、マルテンサイトの面積率が減少し、所望のTSを実現することが困難になる。一方、Cの含有量が0.500%を超えると、マルテンサイトが脆化し、また、残留オーステナイトが増加し、残留オーステナイトから変態するマルテンサイトの量が増加するため、曲げ性が低下する。また、残留オーステナイトの増加で、せん断時にせん断端面に割れが形成するため、塩酸浸漬後の割れ長さが増大し、腐食環境下でのせん断端面の損傷度が劣化する。したがって、Cの含有量は、0.030%以上0.500%以下とする。Cの含有量は、好ましくは0.050%以上、より好ましくは0.070%以上であり、また、好ましくは0.400%以下、より好ましくは0.300%以下である。
Siは、鋼の重要な基本成分の1つであり、特に本発明では、連続焼鈍中の炭化物生成を抑制し、残留オーステナイトの生成を促進することから、マルテンサイトの硬さ及び残留オーステナイトの面積率に影響する元素である。Siの含有量が0.01%未満では、マルテンサイトの焼戻しが進行し、所望のTSを実現することが困難になる。一方、Siの含有量が2.50%を超えると、Siの偏析が顕著となるため、板厚1/2位置におけるSi濃度の標準偏差/平均Si濃度が増加し、腐食環境下でのせん断端面の損傷度が劣化する。また、残留オーステナイトが増加し、残留オーステナイトから変態するマルテンサイトの量が増加するため、曲げ性が低下する。したがって、Siの含有量は、0.01%以上2.50%以下とする。Siの含有量は、好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.10%以上であり、また、好ましくは2.00%以下、より好ましくは1.80%以下である。
Mnは、鋼の重要な基本成分の1つであり、特に本発明では、マルテンサイトの面積率に影響する重要な元素である。Mnの含有量が0.10%未満では、マルテンサイトの面積率が減少し、1180MPa以上のTSを実現することが困難になる。一方、Mnの含有量が5.00%を超えると、Mnの偏析が顕著となり、結果としてSiの偏析も顕著となるため、板厚1/2位置におけるSi濃度の標準偏差/平均Si濃度が増加し、腐食環境下でのせん断端面の損傷度が劣化する。また、残留オーステナイトが増加し、残留オーステナイトから変態するマルテンサイトの量が増加するため、曲げ性が低下する。したがって、Mnの含有量は、0.10%以上5.00%以下とする。Mnの含有量は、好ましくは0.80%以上、より好ましくは1.00%以上であり、また、好ましくは4.50%以下、より好ましくは4.00%以下である。
Pは、旧オーステナイト粒界に偏析して粒界を脆化させ、鋼板の極限変形能を低下させる元素であり、曲げ性も低下し得る。そのため、Pの含有量は0.100%以下とし、好ましくは0.070%以下である。Pの含有量の下限は特に限定されないが、Pは固溶強化元素であり、鋼板の強度を上昇さ得ることから、0.001%以上であることが好ましい。
Sは、硫化物として存在し、鋼板の極限変形能を低下させる元素であり、曲げ性が低下し得る。そのため、Sの含有量は0.0200%以下とし、好ましくは0.0050%以下である。Sの含有量の下限は特に限定されないが、生産技術上の制約から、0.0001%以上であることが好ましい。
Alは、A3変態点を上昇させる元素であり、鋼組織中のフェライトが多量となり、所望のYRを実現することを困難にし得る。そのため、Alの含有量は1.000%以下とし、好ましくは0.500%以下である。Alの含有量の下限は特に限定されないが、連続焼鈍中の炭化物生成を抑制し、残留オーステナイトの生成を促進することから、0.001%以上であることが好ましい。
Nは、窒化物として存在し、鋼板の極限変形能を低下させる元素であり、曲げ性が低下し得る。そのため、Nの含有量は0.0100%以下とし、好ましくは0.0050%以下である。Nの含有量の下限は特に限定されないが、生産技術上の制約から、Nの含有量は0.0001%以上であることが好ましい。
Oは、酸化物として存在し、鋼板の極限変形能を低下させる元素であり、曲げ性が低下し得る。そのため、Oの含有量は0.0100%以下とし、好ましくは0.0050%以下である。Oの含有量の下限は特に限定されないが、生産技術上の制約から、Oの含有量は0.0001%以上であることが好ましい。
本発明の高強度鋼板は、上記の成分組成に加えて、さらに、質量%で、
Ti:0.200%以下、Nb:0.200%以下、V:0.200%以下、
Ta:0.10%以下、W:0.10%以下、
B:0.0100%以下、
Cr:1.00%以下、Mo:1.00%以下、Ni:1.00%以下、
Co:0.010%以下、
Cu:1.00%以下、
Sn:0.200%以下、
Sb:0.200%以下、
Ca:0.0100%以下、Mg:0.0100%以下、REM:0.0100%以下、Zr:0.020%以下、Te:0.020%以下、
Hf:0.10%以下及び
Bi:0.200%以下
からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含有していてもよい。これらの元素は、単独でも、2種以上の組み合わせでもよい。
本発明の高強度鋼板の鋼組織について説明する。
マルテンサイトの面積率を40%未満では、1180MPa以上のTS、高いYR及び高い曲げ性を実現することが困難となる。したがって、マルテンサイトの面積率は40%以上とする。マルテンサイトの面積率は、好ましくは55%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは80%以上である。マルテンサイトの面積率の上限は特に限定されず、100%であっても所望の特性が得られる。
ここでいうマルテンサイトには、焼入れマルテンサイト(フレッシュマルテンサイト)に加え、焼戻しマルテンサイト及びベイナイトが含まれる。マルテンサイトの面積率の観察位置は、後述のとおり、鋼板の板厚の1/4位置とする。
フェライトの面積率を70%超であると、1180MPa以上のTS、高いYR及び高い曲げ性を実現することが困難となる。したがって、フェライトの面積率は70%以下とする。フェライトの面積率は、好ましくは50%以下、より好ましくは40%以下、さらに好ましくは30%以下である。フェライトの面積率の下限は特に限定されず、0%であっても所望の特性が得られる。
ここでいうフェライトには、ベイニティックフェライトが含まれる。なお、フェライトの面積率の観察位置は、後述のとおり、鋼板の板厚の1/4位置とする。
鋼板から、その圧延方向に平行な板厚断面(L断面)が観察面となるように、サンプルを切り出す。サンプルの観察面を、ダイヤモンドペーストを用いて鏡面研磨を施し、その後、アルミナを用いて仕上げ研磨を施し、さらに3体積%ナイタールでエッチングし、組織を現出させる。
次いで、サンプルについて、後半の板厚1/4位置を観察面とし、加速電圧10kVの条件で、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて3000倍の倍率で観察し、3視野(1視野40μm×30μm)分のSEM像を得る。
得られたSEM画像から、Adobe Photoshop(Adobe Systems社製)を用いて、各組織(フェライト(ベイニティックフェライト)、マルテンサイト(焼入れマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト及びベイナイト))の面積率を算出する。具体的には、各組織の面積を測定面積で除した得られる値を、各組織の面積率とする。各組織の面積率を3視野分算出し、それらの平均値を各組織の面積率とする。
残留オーステナイトの体積率が20.0%超の場合、残留オーステナイトから変態するマルテンサイトの量が増加するため、曲げ性が低下する。また、せん断時にせん断端面に割れが形成するため、塩酸浸漬後の割れ長さが増大し、腐食環境下でのせん断端面の損傷度が劣化する。したがって、残留オーステナイトの体積率は20.0%以下とする。残留オーステナイトの体積率は、好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下である。残留オーステナイトの体積率の下限は特に限定されず、0%であっても所望の特性が得られる。
まず、鋼板を、その板厚1/4位置(鋼板表面から深さ方向で板厚の1/4に相当する位置)が測定面となるように、鋼板を研削し、その後、化学研磨によりさらに0.1mm研磨し、サンプルを得る。
サンプルの測定面について、X線回折装置により、CoのKα線源を用いて、fcc鉄(オーステナイト)の(200)面、(220)面及び(311)面、ならびに、bcc鉄の(200)面、(211)面及び(220)面の積分反射強度を測定する。
bcc鉄の各面からの積分反射強度に対するfcc鉄からの各面の積分反射強度の強度比を求める。9つの強度比の平均値を、残留オーステナイトの体積率とする。
本発明の鋼組織は、上述したマルテンサイト、フェライト及び残留オーステナイト以外の組織(残部組織)を有していてもよい。
残部組織としては、マルテンサイト、フェライト及び残留オーステナイト以外の組織であって、鋼板の組織として公知の組織が挙げられ、例えば、パーライト、セメンタイト、準安定炭化物(イプシロン(ε)炭化物、イータ(η)炭化物、カイ(χ)炭化物等)等の炭化物が包含される。残部組織の同定は、例えばSEMによる観察により行うことができる。
残部組織の面積率は、次式により算出する。
[残部組織の面積率(%)]=100-[マルテンサイトの面積率(%)]-[フェライトの面積率(%)]-[残留オーステナイトの体積率(%)]
Si濃度の平均値に対するSi濃度の標準偏差の比の値(Si濃度の標準偏差/平均Si濃度)は、本発明において、極めて重要な構成であり、Si濃度の標準偏差/平均Si濃度を減少させる、換言すれば、Siの偏析を抑制することで、腐食環境下でのせん断端面の損傷度を低減することができる。こうした効果を得るため、板厚1/2位置におけるSi濃度の標準偏差/平均Si濃度を1.00以下とし、好ましくは0.80%以下、より好ましくは0.60%以下、さらに好ましくは0.50%以下とする。板厚1/2位置におけるSi濃度の標準偏差/平均Si濃度の下限は特に限定されず、0であっても所望の特性が得られる。
鋼板から、圧延方向に平行な板厚断面(L断面)が観察面となるように、サンプルを切り出す。サンプルの観察面を研磨する。次いで、サンプルの観察面にダイヤモンドペーストを用いて鏡面研磨を施し、その後、アルミナを用いて仕上げ研磨を施す。
次いで、サンプルの観察面において、電子線マイクロアナライザ(EPMA;Electron Probe Micro Analyzer)により、鋼板の板厚の中心位置を観察位置とし(すなわち、鋼板の板厚の中心位置(板厚1/2位置)が測定領域の板厚方向の中心位置となるようにする)、加速電圧:15kV、測定領域:500μm×800μm、ビーム径2.0μm、測定点数を250×400(測定間隔2μmの格子状)の条件でSi濃度を測定し、板厚1/2位置におけるSi濃度の標準偏差/平均Si濃度を算出する。3つの領域で算出した値の平均値を板厚1/2位置におけるSi濃度の標準偏差/平均Si濃度とする。
本発明の高強度鋼板の板厚は特に限定されないが、通常、0.3mm以上2.8mm以下である。
本発明の高強度鋼板の表層は、軟質層(表層軟質層)であることが好ましい。プレス成形時及び車体衝突時に前記表層軟質層が曲げ割れ進展の抑制に寄与するため、曲げ性の一層の向上を実現することができる。
高強度鋼板が溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板及びその他金属めっき鋼板といっためっき処理が施されている高強度鋼板の場合、高強度鋼板の表層は、各種めっきの素地(下地)である鋼板の表面から板厚方向に200μmまでの厚み200μmに対応する領域をいう。
表層軟質層は、表層に含まれる軟質層をいい、表層全体が軟質層であっても、表層の一部が軟質層であってもよい。表層軟質層は、高強度鋼板表面から板厚方向に200μm以内の厚みに対応する領域であることができる。
例えば、高強度鋼板の板厚1/4位置の断面(鋼板表面に平行な面)のビッカース硬さに対して85%以下の領域が、高強度鋼板表面から板厚方向に所定の深さで形成されているとして、所定の深さが板厚方向に200μm以内の場合、表面から板厚方向の所定の深さまでの厚みに対応する領域が表層軟質層であり、所定の深さが板厚方向に200μm超の場合、高強度鋼板表面から板厚方向深さ200μmまでの厚み200μmに対応する領域が表層軟質層である。
まず、めっき層が形成されている場合は、めっき層剥離後、高強度鋼板表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置までする。バーコビッチ形状のダイヤモンド圧子により、荷重:500μN、測定領域:50μm×50μm、打点間隔:2μmの条件でナノ硬度を測定する。
また、表層軟質層の板厚方向深さの1/2位置まで機械研磨を実施し、ダイヤモンド及びアルミナでのバフ研磨を実施、さらにコロイダルシリカ研磨を実施する。そして、バーコビッチ形状のダイヤモンド圧子により、荷重:500μN、測定領域:50μm×50μm、打点間隔:2μmの条件でナノ硬度を測定する。
加えて、本発明の高強度鋼板は、表面にめっき層を有していてもよい。
本発明の高強度鋼板は、素地鋼板の片面又は両面の表面上において、金属めっき層である第一めっき層を有することが好ましい。第一めっき層は、素地鋼板表面に直接形成されており、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Ge、As、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Os、Ir、Rt、Au、Hg、Ti、Pb及びBiから選択される1種又は2種以上を合計で50質量%超含む金属めっき層であり、溶融亜鉛めっき層、合金化溶融亜鉛めっき層、電気亜鉛めっき層の亜鉛めっき層、溶融アルミニウムめっき層は除かれる。第一めっき層は、金属電気めっき層が好ましく、以下では、金属電気めっき層を例に説明する。
本発明の一実施形態に従う高強度鋼板は、高強度鋼板の片面又は両面の最外層として、金属めっき層である第二めっき層を有していてもよい。第二めっき層は、亜鉛及びアルミニウムの少なくとも一方を合計で50質量%以上含み、溶融亜鉛めっき層、合金化溶融亜鉛めっき層、電気亜鉛めっき層、溶融アルミニウムめっき層等であることができる。
また、アルミニウムめっき鋼板のめっき層は、Al(アルミニウム)を主成分(Al含有量が50.0質量%以上)とするめっき層をいう。
また、合金化溶融亜鉛めっき層は、例えば、20質量%以下のFe、0.001質量%以上1.0質量%以下のAlにより構成することが好適である。また、合金化溶融亜鉛めっき層には、任意に、Pb、Sb、Si、Sn、Mg、Mn、Ni、Cr、Co、Ca、Cu、Li、Ti、Be、Bi及びREMからなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素を合計で0質量%超3.5質量%以下含有させてもよい。合金化溶融亜鉛めっき層のFe含有量は、より好ましくは7.0質量%以上、さらに好ましくは8.0質量%以上である。また、合金化溶融亜鉛めっき層のFe含有量は、より好ましくは15.0質量%以下、さらに好ましくは12.0質量%以下である。なお、前記の元素以外の残部は、不可避的不純物である。
次に、本発明の高強度鋼板の製造方法(以下、「製造方法」ともいう)を説明する。本発明の製造方法は、上述した本発明の高強度鋼板を製造する方法でもある。
前記鋼スラブを1150℃以上のスラブ加熱温度T1に加熱した後、巻取温度を600℃以下、巻取り後の冷却における300℃以上400℃以下の温度域における滞留時間を50000s以下とする熱間圧延を施して熱延板を得る工程であって、鋼スラブの加熱において1100℃以上T1以下の温度域における滞留時間を20分以上とする工程;
前記熱延板に酸洗を施す工程;
前記酸洗を施した熱延板に冷間圧延を施して冷延板とする工程;、
前記冷延板に対し、(1)式で定義される温度をAc3点(℃)として、250℃以上700℃以下の温度域における平均加熱速度を10℃/s以上として、Ac3点以上の加熱温度域T2までの加熱を施し、冷延板を焼鈍する工程であって、750℃以上Ac3点以下の温度域における滞留時間を200s以下とする工程;
前記焼鈍した冷延板を250℃以上400℃以下の温度域における平均冷却速度を1.0℃/s以上として冷却して高強度鋼板を得る工程;
を含むを含む。
本発明の製造方法は、高強度鋼板の成分組成を有する鋼素材を溶製して鋼スラブ(スラブ)とする工程を含む。鋼素材の溶製方法は特に限定されず、転炉や電気炉等、公知の溶製方法いずれもが適合する。鋼スラブは、マクロ偏析を防止するため、連続鋳造法で製造するのが好ましいが、造塊法や薄スラブ鋳造法などにより製造することもできる。
本発明の製造方法において、500℃以上700℃以下の温度域における平均冷却速度を3℃/hr以上とすることは肝要な構成であり、この条件を採用することで、スラブ組織を主として低温変態相とすることができる。結果として、次工程のスラブ加熱時にSiの局所濃化が減少し、Siの偏析を抑制することができる。こうした効果を得るため、500℃以上700℃以下の温度域における平均冷却速度を3.0℃/hr以上とし、好ましくは5.0℃/hr以上とする。500℃以上700℃以下の温度域における平均冷却速度の上限は特に限定されないが、焼鈍後の表層軟質層の厚みを適正な範囲に制御し、好適なTSを得る点から、100.0℃/hr以下であることが好ましい。
ここで、スラブの温度はスラブの表面の温度とする。
本発明の製造方法において、400℃以上500℃未満の温度域における平均冷却速度を1℃/hr以上とすることは肝要な構成であり、この条件を採用することで、スラブ組織を主として低温変態相とすることができる。結果として、次工程の鋼スラブ加熱時にSiの局所濃化が減少し、Siの偏析を抑制することができる。こうした効果を得るため、400℃以上500℃未満の温度域における平均冷却速度を1.0℃/hr以上とし、好ましくは3.0℃/hr以上とする。400℃以上500℃未満の温度域における平均冷却速度の上限は特に限定されないが、焼鈍後の表層軟質層の厚みを適切な範囲に制御し、好適なTSを得る点から、80.0℃/hr以下であることが好ましい。
ここで、スラブの温度はスラブの表面の温度とする。
鋼スラブを1150℃以上のスラブ加熱温度T1に加熱する。その際、1100℃以上スラブ加熱温度T1以下の温度域における滞留時間を20分以上とする。加熱に付す鋼スラブは、前記工程で得られた鋼スラブを一旦室温まで冷却したものであっても、室温まで冷却しないで、温片のままで加熱炉に装入する直送圧延などの省エネルギープロセスを適用してもよい。
スラブ加熱温度T1を1150℃以上とすることで、Siの局所濃化が減少し、Siの偏析を抑制することができる。こうした効果を得るため、スラブ加熱温度T1を1150℃以上とし、好ましくは1180℃以上とする。スラブ加熱温度T1の上限は特に限定されないが、焼鈍後の表層軟質層の厚みを適切な範囲に制御し、好適なTSを得る点から、1300℃以下であることが好ましい。スラブ加熱温度T1は好ましくは1300℃以下とする。ここで、スラブ加熱温度はスラブ表面の温度である。
1100℃以上スラブ加熱温度T1以下の温度域における滞留時間を20分以上とすることで、Siの局所濃化が減少し、Siの偏析を抑制することができる。こうした効果を得るため、1100℃以上T1以下の温度域における滞留時間を20分以上とし、好ましくは30分以上とする。1100℃以上スラブ加熱温度T1以下の温度域における滞留時間の上限は特に限定されないが、焼鈍後の表層軟質層の厚みを好適な範囲に制御し、好適なTSを得る点から、300分以下であることが好ましい。
ここで、スラブ加熱温度はスラブ表面の温度である。
例えば、スラブを粗圧延によりシートバーとすることができる。粗圧延の条件は特に限定されず、公知の条件とすることができる。
次いでシートバーに仕上げ圧延を施すことができる。仕上げ圧延前にバーヒーターなどを用いてシートバーを加熱してもよい。
Ar3(℃)=868-396×[%C]+24.6×[%Si]-68.1×[%Mn]-36.1×[%Ni]-20.7×[%Cu]-24.8×[%Cr]
式中の[%元素記号]は、成分組成における当該元素の含有量(質量%)を表す。
熱延工程では、仕上げ圧延後、熱延板を巻き取って回収し、その後、冷却する。その際、巻取温度を600℃以下とすることにより、熱延組織を主として低温変態相とすることができる。結果として、最終工程の焼鈍時にSiの局所濃化が減少し、Siの偏析を抑制することができる。こうした効果を得るため、巻取温度を600℃以下とし、好ましくは550℃以下とする。巻取温度は、巻取り後の冷却における300℃以上400℃以下の温度域における滞留時間の制御が必要なことから、300℃以上であることが好ましい。
熱延板をコイル状に巻取った後、300℃以上400℃以下の温度域で50000s以下滞留させる。これにより、熱延組織を主として低温変態相とすることができる。結果として、最終工程の焼鈍時にSiの局所濃化が減少し、Siの偏析を抑制することができる。こうした効果を得るため、300℃以上400℃以下の温度域における滞留時間を50000s以下とし、好ましくは30000s以下とする。300℃以上400℃以下の温度域における滞留時間の下限は特に限定されず、例えば2000sであっても所望の特性が得られる。
熱延工程後、熱延板を酸洗する。酸洗によって、鋼板表面の酸化物を除去することができ、良好な化成処理性やめっき品質が確保される。酸洗は、1回のみ行ってもよく、複数回に分けて行ってもよい。酸洗条件は特に限定されず、公知の条件を適用することができる。
酸洗後、熱延板に熱処理(熱延板焼鈍)を施してもよい。熱処理条件は特に限定されず、公知の条件を適用することができる。
次いで、熱延板に冷間圧延を施して冷延板とする。冷間圧延条件は特に限定されず、公知の条件を適用することができる。
例えば、タンデム式の多スタンド圧延又はリバース圧延等により、2パス以上の圧延パスによる冷間圧延を施すことができる。冷間圧延の累積圧下率は、例えば、20%以上75%以下であることが好ましい。なお、圧延パスの回数や各パスの圧下率については、特に限定されず、公知の条件を適用することができる。
本発明の一実施形態においては、熱間圧延工程後(冷間圧延を施す場合は、冷間圧延工程後)、かつ焼鈍工程の前の鋼板の片面又は両面において、金属めっき層である第一めっき層を形成する第一めっき工程を含んでいてもよい。第一めっき工程は、金属電気めっき処理工程であることが好ましい。
また、Fe系電気めっき浴中にはFeイオンに加えて、B、C、P、N、O、Ni、Mn、Mo、Zn、W、Pb、Sn、Cr、V及びCoからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含有することができる。Fe系電気めっき浴中でのこれらの元素の合計含有量は、焼鈍前Fe系電気めっき層中でこれらの元素の合計含有量が10質量%以下となるようにすることが好ましい。なお、金属元素は金属イオンとして含有すればよく、非金属元素はホウ酸、リン酸、硝酸、有機酸等の一部として含有することができる。また、硫酸鉄めっき液中には、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム等の伝導度補助剤や、キレート剤、pH緩衝剤が含まれていてもよい。
酸洗処理においては、硫酸、塩酸、硝酸及びこれらの混合物等各種の酸が使用できる。中でも、硫酸、塩酸及びこれらの混合物が好ましい。酸の濃度は特に限定されないが、酸化皮膜の除去能力及び過酸洗による肌荒れ(表面欠陥)防止等の観点から、1質量%以上20質量%以下が好ましい。
また、酸洗処理液には、消泡剤、酸洗促進剤、酸洗抑制剤等を含有してもよい。
上記のようにして得られた冷延板又は第一めっき工程の後の冷延板に焼鈍を施す。冷延板は、金属めっき処理されたものであってもよいが、当該処理を施されていなくてもよい。焼鈍の際、以下の条件を満足させることが重要である。
250℃以上700℃以下の温度域(以下「加熱温度域」ともいう)における平均加熱速度を上昇させることにより、加熱中に生成するオーステナイトが微細化し、Siの局所濃化が減少した結果、Siの偏析を抑制することができる。そのため、250℃以上700℃以下の温度域における平均加熱速度は10℃/s以上とし、好ましくは12℃/s以上、より好ましくは14℃/s以上とする。250℃以上700℃以下の温度域における平均加熱速度の上限は特に限定されないが、生産技術上の制約から、好ましくは50℃/s以下、より好ましくは40℃/s以下である。
本発明において極めて重要な構成あり、750℃以上Ac3点未満の温度域における滞留時間を短くすることで、加熱中に生成するオーステナイトが微細化し、Siの局所濃化が減少した結果、Siの偏析を抑制することができる。こうした効果を得る点から、750℃以上Ac3点未満の温度域における滞留時間を200s以下とし、好ましくは150s以下、より好ましくは120s以下とする。750℃以上Ac3点未満の温度域における滞留時間の下限は特に限定されないが、マルテンサイトの面積率を好適な面積率として、TSをより好適にする点から、10s以上が好ましい。
加熱温度(焼鈍温度)T2がAc3点以上では、フェライトとオーステナイトの二相域での焼鈍処理になるため、焼鈍後に多量のフェライトを含有し、所望のTS及び曲げ性を実現することが困難になる。また、加熱前に存在していたフェライトが加熱温度で消失しないため、Siの局所濃化が増加し、Siの偏析を抑制することが困難になる。そのため、加熱温度T2はAc3点以上とし、好ましくは(Ac3点+10℃)以上、より好ましくは(Ac3点+15℃)以上とする。加熱温度T2の上限は特に限定されないが、加熱温度T2が上昇すると、焼鈍後の表層軟質層の厚みが増加し、TSが低下するおそれがあることから、950℃以下が好ましく、より好ましくは920℃以下とする。
加熱温度(焼鈍温度)T2での保熱時間は特に限定されないが、10s以上600s以下とすることが好ましい。
ここで、加熱温度は、鋼板表面の温度を基準として測定する。
冷延板の焼鈍時、250℃以上700℃以下の温度域における酸素濃度を上昇させることで、空気中の酸素を介して脱炭が進行し、表層軟質層を形成することができ、その結果、より好適な曲げ性を実現することができる。こうした効果を得る点から、250℃以上700℃以下の温度域における酸素濃度を2体積ppm以上にすることが好ましく、より好ましくは4体積ppm以上、さらに好ましくは5体積ppm以上とする。一方、250℃以上700℃以下の温度域における酸素濃度の増加に伴い、焼鈍後の表層軟質層の厚みが増加し、TSが低下するおそれがあることから、250℃以上700℃以下の温度域における酸素濃度は30体積ppm以下とすることが好ましく、より好ましくは28体積ppm以下、さらに好ましくは25体積ppm以下とする。
ここで、250℃以上700℃以下の温度域の温度は鋼板表面温度を基準とする。すなわち、鋼板表面温度が上記250℃以上700℃以下の温度域にある場合に、酸素濃度を上記範囲に調整する。
冷延板の焼鈍時、加熱温度T2における雰囲気の露点を上昇させることで、空気中の水分を介して脱炭が進行し、表層軟質層を形成することができ、その結果、より好適な曲げ性を実現することができる。こうした効果を得る点から、加熱温度T2における露点を-35℃以上にすることが好ましく、より好ましくは-30℃以上、さらに好ましくは-25℃以上とする。加熱温度T2における露点の上限は特に限定されないが、焼鈍後の表層軟質層の厚みを好適な範囲に制御し、より好適なTSを得る点から、加熱温度T2における露点は15℃以下であることが好ましく、より好ましくは5℃以下である。
ここで、加熱温度T2は鋼板表面温度を基準とする。すなわち、鋼板表面温度が上記加熱温度T2にある場合に、露点を上記範囲に調整する。
[250℃以上400℃以下の温度域における平均冷却速度:1.0℃/s以上]
250℃以上400℃以下の温度域における平均冷却速度が1.0℃/s未満では、焼鈍後に多量のベイニティックフェライトを含有し、所望のTS、YR及び曲げ性を実現することが困難になる。したがって、250℃以上400℃以下の温度域における平均冷却速度は1.0℃/s以上とし、好ましくは2.0℃/s以上であり、より好ましくは3.0℃/s以上である。250℃以上400℃以下の温度域における平均冷却速度の上限は特に限定されないが、生産技術上の制約から、好ましくは1000℃/s以下であり、好ましくは100.0℃/s以下であり、より好ましくは80.0℃/s以下とする。
ここで平均冷却速度は、鋼板表面の温度を基準として測定する。
冷却工程において、高強度鋼板に保熱を施すことで、TS、YR及び曲げ性をより好適な範囲内とすることができる。こうした効果を得るためには、冷却工程での保熱温度T3を100℃以上にすることが好ましく、より好ましくは150℃以上であり、さらに好ましくは200℃以上である。一方、冷却工程での保熱温度の上昇に伴い、ベイニティックフェライトの面積率が増加し、TSが低下することから、冷却工程での保熱温度T3は450℃以下とすることが好ましく、より好ましくは400℃以下であり、さらに好ましくは350℃以下である。
ここで、冷却工程での温度は鋼板表面温度を基準とする。
冷却工程で保熱することで、TS、YR及び曲げ性をより好適な範囲内とすることができる。こうした効果を得るためには、冷却工程での保熱温度T3における保熱時間を5s以上にすることが好ましく、より好ましくは10s以上であり、さらに好ましくは15s以上である。一方、冷却工程での保熱温度T3における保熱時間の上限は特に限定されないが、好適なTSを得る点から、冷却工程での保熱温度T3における保熱時間は500s以下にすることが好ましく、よりに好ましくは250s以下である。
冷却停止温度T4が250℃を超えると、焼鈍後に多量のベイニティックフェライトを含有し、所望のTS、YR及び曲げ性を実現することが困難になる。したがって、冷却停止温度は250℃以下とし、好ましくは200℃以下である。一方、冷却停止温度T4の下限は特に限定されないが、生産性の観点から室温以上とすることが好ましい。
ここで、平均停止速度は、鋼板表面の温度を基準として測定する。
[再加熱温度:(冷却停止温度T4+50℃)以上450℃以下(好適条件)]
冷却停止温度T4までの冷却後、あるいはT4までの冷却後にさらに圧延した後に、高強度鋼板に再加熱を施すことで、TS、YR及び曲げ性をより好適な範囲内とすることができる。こうした効果を得る点から、再加熱温度を(冷却停止温度T4+50℃)以上にすることが好ましく、より好ましくは(冷却停止温度T4+100℃)以上、さらに好ましくは(冷却停止温度T4+150℃)以上である
一方、再加熱温度の上昇に伴い、マルテンサイトの焼戻しが進行し、TSが低下することから、再加熱温度は450℃以下とすることが好ましく、より好ましくは400℃以下であり、さらに好ましくは380℃以下である。
ここで、上記加熱温度域の温度は鋼板表面温度を基準とする。即ち、鋼板表面温度が上記加熱温度域にある場合に、酸素濃度を上記範囲に調整する。
再加熱温度で保熱することで、TS、YR及び曲げ性をより好適な範囲内とすることができる。こうした効果を得るためには、再加熱温度での保熱時間を5s以上にすることが好ましく、より好ましくは10s以上であり、さらに好ましくは15s以上である。一方、再加熱温度での保熱時間の上限は特に限定されないが、TSをより好適な範囲内とするためには、再加熱温度での保熱時間は500s以下にすることがより好ましく、さらに好ましくは250s以下とする。
上記のように製造した高強度鋼板に、めっき処理を施してめっき鋼板とすることができる。例えば、めっき処理としては、溶融亜鉛めっき処理、溶融亜鉛めっき後に合金化を行う処理を例示できる。また、焼鈍と亜鉛めっきとを1ラインで連続して行ってもよい。その他、Zn-Ni電気合金めっき等の電気めっきにより、めっき層を形成してもよいし、溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっきを施してもよい。なお、上記では亜鉛めっきの場合を中心に説明したが、Znめっき、Alめっき等のめっき金属の種類は特に限定されない。
めっき処理後スキンパス圧延を行ってもよい。
スキンパス圧延での圧下率は、降伏強さを上昇させる観点から、0.05%以上が好ましい。圧下率の上限は、特に限定されないが、生産性の観点から1.50%が好ましい。
スキンパス圧延は、オンラインで実施してもよいし、オフラインで実施してもよい。
一度に目的の圧下率のスキンパスを実施してもよいし、数回に分けて実施してもよい。
上記した条件以外の製造条件は、常法によることができる。
次に、本発明の部材について、説明する。
本発明の部材は、上記した本発明の高強度鋼板を少なくとも一部に用いてなる部材である。本発明の部材は、例えば、上記した本発明の高強度鋼板を、プレス加工などにより、目的の形状に成形することにより得ることができる。本発明の部材は、好適には自動車部品用(例えば、自動車の骨格構造部品用、自動車の補強部品用等)とすることができる。
本発明はまた、本発明の部材からなる自動車部品に関する。
表1に示す成分組成を有し、残部がFe及び不可避的不純物よりなる鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造法にてスラブとした。得られたスラブを加熱して、熱間圧延後に酸洗処理を施した後、冷間圧延を施した。次いで、焼鈍処理を施し、高強度冷延板(CR)を得た。さらに、一部の薄鋼板にめっき処理を施し、溶融亜鉛めっき鋼板(GI)、合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA)、及び、電気亜鉛めっき鋼板(EG)を得た。鋼板の製造条件は、表2に記載のとおりである。
前述した方法にしたがって、板厚1/4位置におけるマルテンサイト及びフェライトの面積率ならびに残留オーステナイトの体積率を求めた。残部組織については、以下に記載の方法にて観察した。鋼板の圧延方向に平行な板厚断面(L断面)が観察面となるよう試料を切り出した後、観察面をダイヤモンドペーストを用いて鏡面研磨し、その後、コロイダルシリカを用い仕上げ研磨を施し、さらに、3体積%ナイタールでエッチングして組織を現出させた。加速電圧が15kVの条件で、SEMを用いて、鋼板の板厚の1/4位置を観察位置とし、5000倍の倍率で、17μm×23μmの視野範囲で3視野観察する。得られた組織画像から残部組織として炭化物を識別した。
前述した方法にしたがって、板厚1/2位置におけるSi濃度の標準偏差/平均Si濃度を算出した。
母材鋼板の圧延方向に平行な板厚断面(L断面)を湿式研磨により平滑化した後、ビッカース硬度計を用いて、荷重10gfで、母材鋼板表面から板厚方向に1μmの位置より、板厚方向100μmの位置まで、1μm間隔で測定を行った。その後は板厚中心まで20μm間隔で測定を行った。硬度が板厚1/4位置の硬度に比して85%以下に減少した領域を軟質層(表層軟質層)と定義し、当該領域の板厚方向の厚さを軟質層の厚さとした。
引張試験は、JIS Z 2241に準拠して行った。得られた鋼板より、鋼板の圧延方向に対して直角方向となるようにJIS5号試験片を採取し、クロスヘッド速度が1.67×10-1mm/sの条件で引張試験を行い、YS及びTSを測定した。なお、本発明では、TSで1180MPa以上を合格と判断した。また、部品の寸法精度に優れるとは、部品の寸法精度の指標である降伏比(YR)が65%以上の場合を良好と判断した。なお、YRは上述の式(2)に記載の計算方法で算出した。
曲げ試験は、JIS Z 2248に準拠して行った。得られた鋼板より、鋼板の圧延方向に対して平行方向が曲げ試験の軸方向となるように、幅が30mm、長さが100mmの短冊状の試験片を採取した。その後、押込み荷重が100kN、押付け保持時間が5秒とする条件で、90°V曲げ試験を行った。なお、本開示では、曲げ性は曲げ試験の合格率で評価し、曲げ半径(R)を板厚(t)で除した値R/tが5以下となる最大のR(例えば、板厚が1.2mmの場合、曲げ半径は6.0mm)において、5サンプルの曲げ試験を実施し、次いで、曲げ頂点の稜線部における亀裂発生有無の評価を行い、5サンプルとも割れない場合を、曲げ性が「優」と判断した。また、5サンプルのうち一つ以上のサンプルで200μm未満の微小割れが発生する場合を、曲げ性が「良」と判断した。さらに、5サンプルのうち一つ以上のサンプルで200μm以上の微小割れが発生する場合を、曲げ性が「劣」と判断した。ここで、亀裂発生有無は、曲げ頂点の稜線部をデジタルマイクロスコープ(RH-2000:株式会社ハイロックス製)を用いて、40倍の倍率で測定することにより評価した。
得られた鋼板より、鋼板の圧延直角方向がせん断分離面となるように、幅(圧延直角方向):75mm、長さ(圧延方向):18mmの短冊状の試験片をクランクプレスでせん断し、採取した。なお、クランクプレスのせん断条件は、シャー角:0.5度、かつ、クリアランス:10%とした。次いで、クランクプレスのせん断時の抜落し側を2mm研削加工し、幅:75mm、長さ:16mmの短冊状の試験片とした。
次いで、4点曲げ試験でYS相当の負荷応力を付与した後、pH3でpHを一定管理した塩酸に120時間浸漬した後、取り出して流水で洗浄した。次いで、4点曲げ試験治具より短冊状の試験片を取り外し、短冊状の試験片の幅中央位置が観察位置となるように当該試験片を圧延方向と平行に切断した。次いで、試験片の切断面を鏡面研磨後、試験片のせん断分離面について、SEMを用いて1000倍の倍率で観察し、試験片のせん断分離面での割れ、つまり塩酸浸漬後の割れ長さが300μm以下である場合を良好と判断した。
表1に示す成分組成を有し、残部がFe及び不可避的不純物よりなる鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造法にてスラブとした。得られたスラブを加熱して、熱間圧延後に酸洗処理を施した後、冷間圧延を施した。
次いで、冷延鋼板に、表4に示す種類のめっき処理(GI、GA)を施し、両面に溶融亜鉛めっき層を有するめっき鋼板を得た。GI、GAの条件は上記と同様とした。
高強度めっき鋼板についてはめっき層(溶融亜鉛めっき層又は合金化亜鉛めっき層、場合により金属電気めっき層)剥離後、素地鋼板表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置まで機械研磨、ダイヤモンド及びアルミナでのバフ研磨及びコロイダルシリカ研磨を実施した。Hysitron社のtribo-950を用い、バーコビッチ形状のダイヤモンド圧子により、
荷重:500μN
測定領域:50μm×50μm
打点間隔:2μm
の条件で計512点のナノ硬度を測定した。
荷重:500μN
測定領域:50μm×50μm
打点間隔:2μm
の条件で計512点のナノ硬度を測定した。
U曲げ+密着曲げ試験は以下のようにして実施した。
得られた鋼板から、60mm×30mmの試験片を剪断・端面研削加工により採取した。ここで、60mmの辺は幅(C)方向に平行する。曲率半径/板厚:4.2で圧延(L)方向を軸に幅(C)方向にU曲げ加工(一次曲げ加工)を施し、試験片を準備した。U曲げ加工(一次曲げ加工)では、図1(a)に示すように、ロールA1の上に載せた鋼板に対して、パンチB1を押し込んで試験片T1を得た。次に、図1(b)に示すように、下金型A2の上に載せた試験片T1に対して、上金型B2で押し潰す密着曲げ(二次曲げ加工)を施した。図1(a)において、D1は幅(C)方向、D2は圧延(L)方向を示している。なお、試験片の間には、後述するスペーサーSを挿入している。
試験方法:ロール支持、パンチ押し込み
パンチ先端R:5.0mm
ロールとパンチのクリアランス:板厚+0.1mm
ストローク速度:10mm/min
曲げ方向:圧延直角(C)方向
スペーサー厚さ:0.5mmピッ次いで変化
試験方法:ダイ支持、パンチ押し込み
成型荷重:10ton
試験速度:10mm/min
保持時間:5s
曲げ方向:圧延直角(C)方向
1180MPa≦TS<1320MPaの場合、5.5mm≧ST
1320MPa≦TSの場合、6.0mm≧ST
限界スペーサー厚さ(ST)の不合格の基準は以下のとおりである。
1180MPa≦TS<1320MPaの場合、5.5mm<ST
1320MPa≦TSの場合、6.0mm<ST
V曲げ+直交VDA曲げ試験は以下のようにして実施した。
得られた鋼板から、60mm×65mmの試験片を剪断・端面研削加工により採取した。ここで、60mmの辺は圧延(L)方向に平行する。曲率半径/板厚:4.2で幅(C)方向を軸に圧延(L)方向に90°曲げ加工(一次曲げ加工)を施し、試験片を準備した。90°曲げ加工(一次曲げ加工)では、図2(a)に示すように、V溝を有するダイA3の上に載せた鋼板に対して、パンチB3を押し込んで試験片T1を得た。次に、図2(b)に示すように、支持ロールA4の上に載せた試験片T1に対して、曲げ方向が圧延直角方向となるようにして、パンチB4を押し込んで直交曲げ(二次曲げ加工)を施した。図2(a)及び図2(b)において、D1は幅(C)方向、D2は圧延(L)方向を示している。
試験方法:ダイ支持、パンチ押し込み
成型荷重:10ton
試験速度:30mm/min
保持時間:5s
曲げ方向:圧延(L)方向
試験方法:ロール支持、パンチ押し込み
ロール径:φ30mm
パンチ先端R:0.4mm
ロール間距離:(板厚×2)+0.5mm
ストローク速度:20mm/min
試験片サイズ:60mm×60mm
曲げ方向:圧延直角(C)方向
1180MPa≦TS<1470MPaの場合、24.5mm≦SFmax
1470MPa≦TS、23.5mm≦SFmax
SFmaxの合格の基準は以下のとおりである。
1180MPa≦TS<1470MPaの場合、24.5mm>SFmax
1470MPa≦TSの場合、23.5mm>SFmax
軸圧壊試験は、以下のようにして実施した。
得られた鋼板から、150mm×100mmの試験片を剪断加工により採取した。ここで、150mmの辺は圧延(L)方向に平行する。パンチ肩半径が5.0mmであり、ダイ肩半径が5.0mmである金型を用いて、深さ40mmとなるように成形加工(曲げ加工)して、図3(a)及び図3(b)に示すハット型部材10を作製した。また、ハット型部材の素材として用いた鋼板を、80mm×100mmの大きさに別途切り出した。次に、その切り出した後の鋼板20と、ハット型部材10とをスポット溶接し、図3(a)及び図3(b)に示すような試験用部材30を作製した。図3(a)は、ハット型部材10と鋼板20とをスポット溶接して作製した試験用部材30の正面図である。図3(b)は、試験用部材30の斜視図である。スポット溶接部40の位置は、図3(b)に示すように、鋼板の端部と溶接部が10mm、溶接部間が20mmの間隔となるようにした。次に、図3(c)に示すように、試験用部材30を地板50とTIG溶接により接合して軸圧壊試験用サンプルを作製した。次に、作製した軸圧壊試験用サンプルにインパクター60を衝突速度10mm/minで等速衝突させ、軸圧壊試験用のサンプルを70mm圧壊した。図3(c)に示すように、圧壊方向は、試験用部材30の長手方向と平行な方向とした。結果を表5に示す。
A(合格):軸圧壊試験後のサンプルに外観割れが観察されなかった。
B(合格):軸圧壊試験後のサンプルに外観割れが1箇所以下観察された
C(不合格):軸圧壊試験後のサンプルに外観割れが2箇所以上観察された
特に、本発明の高強度鋼板は、腐食環境下でのせん断端面の損傷度を低減しているので、高い部品強度を得ながら、種々の大きさ及び形状の自動車の骨格構造部品などに適用することが可能である。これにより、車体軽量化による燃費向上を図ることができ、産業上の利用価値は極めて大きい。
20 亜鉛めっき鋼板
30 試験用部材
40 スポット溶接部
50 地板
60 インパクター
A1 ダイ
A2 支持ロール
A3 ダイ
A4 支持ロール
B1 パンチ
B2 パンチ
B3 パンチ
B4 パンチ
D1 幅(C)方向
D2 圧延(L)方向
S スペーサー
T1 試験片
T2 試験片
Claims (19)
- 質量%で、
C:0.030%以上0.500%以下、
Si:0.01%以上2.50%以下、
Mn:0.10%以上5.00%以下、
P:0.100%以下、
S:0.0200%以下、
Al:1.000%以下、
N:0.0100%以下及び
O:0.0100%以下
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成と、
板厚1/4位置において、
マルテンサイトの面積率が40%以上、
フェライトの面積率が70%以下、
残留オーステナイトの体積率が20.0%以下である鋼組織と、
を有し、
板厚の1/2位置において、
Si濃度の平均値に対するSi濃度の標準偏差の比の値が1.00以下である、
高強度鋼板。 - 前記成分組成が、さらに、質量%で、
Ti:0.200%以下、
Nb:0.200%以下、
V:0.200%以下、
Ta:0.10%以下、
W:0.10%以下、
B:0.0100%以下、
Cr:1.00%以下、
Mo:1.00%以下、
Ni:1.00%以下、
Co:0.010%以下、
Cu:1.00%以下、
Sn:0.200%以下、
Sb:0.200%以下、
Ca:0.0100%以下、
Mg:0.0100%以下、
REM:0.0100%以下、
Zr:0.100%以下、
Te:0.100%以下、
Hf:0.10%以下及び
Bi:0.200%以下
からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含有する、請求項1に記載の高強度鋼板。 - 前記高強度鋼板が、前記高強度鋼板の板厚1/4位置のビッカース硬さに対して、ビッカース硬さが85%以下の領域であって、前記高強度鋼板表面から板厚方向に200μm以内の領域である表層軟質層を有し、
前記高強度鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置及び板厚方向深さの1/2位置のそれぞれにおける板面の50μm×50μmの領域において、300点以上のナノ硬度を測定したとき、
前記高強度鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の板面のナノ硬度が7.0GPa以上の測定数割合が、全測定数に対して0.10以下であり、
さらに、前記高強度鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の板面のナノ硬度の標準偏差σが1.8GPa以下であり、
さらに、前記高強度鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/2位置の板面のナノ硬度の標準偏差σが2.2GPa以下である、請求項1又は2に記載の高強度鋼板。 - 前記高強度鋼板の片面又は両面の表面上において、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Ge、As、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Os、Ir、Rt、Au、Hg、Ti、Pb及びBiから選択される1種又は2種以上を合計で50質量%超含む金属めっき層を有する、請求項1又は2に記載の高強度鋼板。
- 前記高強度鋼板の片面又は両面の表面上において、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Ge、As、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Os、Ir、Rt、Au、Hg、Ti、Pb及びBiから選択される1種又は2種以上を合計で50質量%超含む金属めっき層を有する、請求項3に記載の高強度鋼板。
- 前記高強度鋼板の片面又は両面の最外層に、亜鉛及びアルミニウムの少なくとも一方を合計で50質量%以上含む金属めっき層を有する、請求項1又は2に記載の高強度鋼板。
- 前記高強度鋼板の片面又は両面の最外層に、亜鉛及びアルミニウムの少なくとも一方を合計で50質量%以上含む金属めっき層を有する、請求項3に記載の高強度鋼板。
- 前記高強度鋼板の片面又は両面の最外層に、亜鉛及びアルミニウムの少なくとも一方を合計で50質量%以上含む金属めっき層を有する、請求項4に記載の高強度鋼板。
- 前記高強度鋼板の片面又は両面の最外層に、亜鉛及びアルミニウムの少なくとも一方を合計で50質量%以上含む金属めっき層を有する、請求項5に記載の高強度鋼板。
- 請求項1又は2に記載の成分組成を有する溶鋼を鋳造した後、500℃以上700℃以下の温度域における平均冷却速度を3.0℃/hr以上、400℃以上500℃未満の温度域における平均冷却速度を1.0℃/hr以上として冷却して鋼スラブを得る工程;
前記鋼スラブを1150℃以上のスラブ加熱温度T1に加熱した後、巻取温度を600℃以下、巻取り後の冷却における300℃以上400℃以下の温度域における滞留時間を50000s以下とする熱間圧延を施して熱延板を得る工程であって、鋼スラブの加熱において1100℃以上T1以下の温度域における滞留時間を20分以上とする工程;
前記熱延板に酸洗を施す工程;
前記酸洗を施した熱延板に冷間圧延を施して冷延板を得る工程;
前記冷延板に対し、(1)式で定義される温度をAc3点(℃)として、250℃以上700℃以下の温度域における平均加熱速度を10℃/s以上として、Ac3点以上の加熱温度T2までの加熱を施し、冷延板を焼鈍する工程であって、750℃以上Ac3点未満の温度域における滞留時間を200s以下とする工程;及び
前記焼鈍した冷延板を250℃以上400℃以下の温度域における平均冷却速度を1.0℃/s以上として冷却して請求項1又は2に記載の高強度鋼板を得る工程;
を含む、高強度鋼板の製造方法。
Ac3点(℃)=910-203×[%C]1/2+44.7×[%Si]-30×[%Mn]+700×[%P]+400×[%Al]+400×[%Ti]+104×[%V]+13.1×[%W]-11×[%Cr]+31.5×[%Mo]-15.2×[%Ni]-20×[%Cu]・・・(1)
式中、[%X]は、鋼中の成分元素Xの含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。 - 前記冷延板の焼鈍工程において、250℃以上700℃以下の温度域における雰囲気の酸素濃度が2体積ppm以上30体積ppm以下、かつ加熱温度T2での雰囲気の露点が-35℃以上である、請求項10に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍した冷延板の冷却工程において、100℃以上450℃以下の温度T3で、5s以上保熱する保熱工程を設ける、請求項10に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍した冷延板の冷却工程において、100℃以上450℃以下の温度T3で、5s以上保熱する保熱工程を設ける、請求項11に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍した冷延板の冷却工程において、250℃以下の冷却停止温度T4で冷却を停止した後、(T4+50℃)以上450℃以下の温度に再加熱し、該温度で5s以上保熱する、請求項10に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍した冷延板の冷却工程において、250℃以下の冷却停止温度T4で冷却を停止した後、(T4+50℃)以上450℃以下の温度に再加熱し、該温度で5s以上保熱する、請求項11に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍した冷延板の冷却工程において、250℃以下の冷却停止温度T4で冷却を停止した後、(T4+50℃)以上450℃以下の温度に再加熱し、該温度で5s以上保熱する、請求項12に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記冷延板を焼鈍する前に、冷延板の片面又は両面において、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Ge、As、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Os、Ir、Rt、Au、Hg、Ti、Pb及びBiから選択される1種又は2種以上を合計で50質量%超含む金属めっきを施す工程を含む、請求項10に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍した冷延板を冷却した後、めっき処理を施し、亜鉛及びアルミニウムの少なくとも一方を合計で50質量%以上含む金属めっきを施す工程を含む、請求項10に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の高強度鋼板を少なくとも一部に用いてなる、部材。
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