JP2007302937A - 焼入れ部材用鋼板、焼入れ部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】靱性に優れた、TSが1.8GPa以上の部材を比較的容易に製造可能にする、焼入れ部材用鋼板を提供する。
【解決手段】質量%で、C: 0.25〜0.45%、Mn+Cr: 0.5〜3.0%、Nb: 0.01〜1.0%、及びB:0.0001〜0.01%を含有し、さらにSi:1%以下、Ni: 2%以下、Cu: 1%以下、V: 1%以下及びAl: 1%以下の1種又は2種以上を含有し、場合によりさらにMo: 1.0%以下、下記式(1)を満たす量のTi: 3.42N+0.001≦Ti≦3.42N+0.5・・・(1)
Ca:0.001〜0.005%の1種または2種以上を含有する化学組成を有する。鋼組織は体積率で50%以上のフェライトを含有し、引張強さが780 MPa以下の熱延鋼板又は冷延後の焼鈍された冷延鋼板であるか、又は引張強さが780〜1180 MPaの冷延まま鋼板である。 或いは、平均粒径が0.01〜5.0 μmのセメンタイトが0.1個/μm2以上の密度で分散したフェライトからなる鋼組織を有し、引張強さが780 MPa以下の、冷間圧延後に焼鈍が施された冷間圧延鋼板である。
【選択図】 なし
【解決手段】質量%で、C: 0.25〜0.45%、Mn+Cr: 0.5〜3.0%、Nb: 0.01〜1.0%、及びB:0.0001〜0.01%を含有し、さらにSi:1%以下、Ni: 2%以下、Cu: 1%以下、V: 1%以下及びAl: 1%以下の1種又は2種以上を含有し、場合によりさらにMo: 1.0%以下、下記式(1)を満たす量のTi: 3.42N+0.001≦Ti≦3.42N+0.5・・・(1)
Ca:0.001〜0.005%の1種または2種以上を含有する化学組成を有する。鋼組織は体積率で50%以上のフェライトを含有し、引張強さが780 MPa以下の熱延鋼板又は冷延後の焼鈍された冷延鋼板であるか、又は引張強さが780〜1180 MPaの冷延まま鋼板である。 或いは、平均粒径が0.01〜5.0 μmのセメンタイトが0.1個/μm2以上の密度で分散したフェライトからなる鋼組織を有し、引張強さが780 MPa以下の、冷間圧延後に焼鈍が施された冷間圧延鋼板である。
【選択図】 なし
Description
本発明は、自動車のボデー構造部品、足回り部品等を始めとする機械構造部品等に好適な、焼入れ部材用鋼板及びその製造方法ならびに焼入れ鋼板部材及びその製造方法に関する。
近年、自動車の軽量化のため、鋼材の高強度化を図り、使用重量を減ずる努力が進んでいる。自動車に広く使用される薄鋼板においては、鋼板強度の増加に伴って、プレス成形性が低下し、複雑な形状を製造することが困難になってきている。具体的には、延性が低下し、加工度が高い部位で破断が生じる、スプリングバックや壁反りが大きくなり、寸法精度が劣化する、といった問題が発生する。従って、高強度、特に７８０ＭＰａ級以上の引張強さ（以下、ＴＳとも表記する）を有する鋼板を用いて、プレス成形により部品を製造することは容易ではない。
このような問題を解決するため、特許文献１には、強度が必要な車体の特定箇所について、高強度鋼板を使用するのではなく、当該箇所を局部的に加熱して焼入れ処理を施すことにより強度を向上させる方法が開示されている。特許文献２には、ＴＳ１６２０ＭＰａ以上となる焼入れ型超高強度電縫鋼管及びその製造方法が開示されている。
特開平６−１１６６３０号公報
特開２００１−１６４３３８号公報
しかし、これら従来法では、ＴＳが１.８ＧＰａ以上の部材については、靭性を確保する技術開示が不十分である。
本発明の具体的課題は、急速加熱焼入れ後、靱性に優れた、ＴＳが１.８ＧＰａ以上の部材を比較的容易に製造することを可能にする、焼入れ部材用鋼板及びその製造方法、さらにそれらの鋼板を用いて製造される、焼入れ鋼板部材、ならびにその製造方法を提供することである。
本発明の具体的課題は、急速加熱焼入れ後、靱性に優れた、ＴＳが１.８ＧＰａ以上の部材を比較的容易に製造することを可能にする、焼入れ部材用鋼板及びその製造方法、さらにそれらの鋼板を用いて製造される、焼入れ鋼板部材、ならびにその製造方法を提供することである。
本発明者らは、例えば急速加熱焼入れ後のＴＳが１.８ＧＰａ以上の焼入れ部材の靱性を改善すべく鋭意検討を行った結果、鋼板の化学組成、鋼板部材の金属組織の調整、必要により鋼板の金属組織の調整、焼入れ時のヒートパターンの適正化により、靱性が大幅に改善されることを知見した。その知見に基づき完成させた本発明は、次の通りである。
(1)質量％で、Ｃ：０.２５〜０.４５％、Ｍｎ＋Ｃｒ：０.５〜３.０％、Ｎｂ：０.０１〜１.０％、及びＢ：０.０００１〜０.０１％を含有し、さらにＳｉ：１％以下、Ｎｉ：２％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｖ：１％以下及びＡｌ：１％以下の１種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不純物からなる化学組成を有する、焼入れ後引張強さ１.８ＧＰａ以上の焼入れ部材用鋼板。
(2)前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｍｏ：１.０％以下を含有する。
(3)前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、下記式(1)を満たす量のＴｉを含有する。
３.４２Ｎ＋０.００１≦Ｔｉ≦３.４２Ｎ＋０.５・・・（１）
ここで、式中のＴｉ及びＮは鋼中の各元素の含有量（単位：質量％）を示す。
(3)前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、下記式(1)を満たす量のＴｉを含有する。
３.４２Ｎ＋０.００１≦Ｔｉ≦３.４２Ｎ＋０.５・・・（１）
ここで、式中のＴｉ及びＮは鋼中の各元素の含有量（単位：質量％）を示す。
(4)前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃａ：０.００１〜０.００５％を含有する。
(5)前記化学組成が、不純物であるＰ、Ｓ及びＮの１種又は２種以上の含有量に関して、質量％で、Ｐ：０.００５％以下、Ｓ：０.００５％以下及びＮ：０.００２％以下の１条件又は２条件以上を満足する。
(5)前記化学組成が、不純物であるＰ、Ｓ及びＮの１種又は２種以上の含有量に関して、質量％で、Ｐ：０.００５％以下、Ｓ：０.００５％以下及びＮ：０.００２％以下の１条件又は２条件以上を満足する。
上記(1)〜(5)のいずれかに記載の焼入れ部材用鋼板は、下記(6)〜(9)のいずれかの形態をとることができる。
(6)体積率で５０％以上のフェライトを含有する鋼組織を有し、引張強さが７８０ＭＰａ以下である機械特性を有する熱間圧延鋼板である。
(6)体積率で５０％以上のフェライトを含有する鋼組織を有し、引張強さが７８０ＭＰａ以下である機械特性を有する熱間圧延鋼板である。
(7)体積率で５０％以上のフェライトを含有する鋼組織を有し、引張強さが７８０〜１１８０ＭＰａである機械特性を有する、冷間圧延ままの冷間圧延鋼板である。
(8)体積率で５０％以上のフェライトを含有する鋼組織を有し、引張強さが７８０ＭＰａ以下である機械特性を有する、冷間圧延後に焼鈍が施された冷間圧延鋼板である。
(8)体積率で５０％以上のフェライトを含有する鋼組織を有し、引張強さが７８０ＭＰａ以下である機械特性を有する、冷間圧延後に焼鈍が施された冷間圧延鋼板である。
(9)平均粒径が０.０１〜５.０μｍのセメンタイトが０.１個／μｍ2以上の密度で分散したフェライトからなる鋼組織を有し、引張強さが７８０ＭＰａ以下である機械特性を有する、冷間圧延後に焼鈍が施された冷間圧延鋼板である。
(10)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の化学組成を有する鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃としたのちに熱間圧延を施し、８００〜９５０℃で熱間圧延を完了し、５００〜７００℃で巻取ることを特徴とする、上記(6)に記載の焼入れ部材用鋼板の製造方法。
(11)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の化学組成を有する鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃としたのちに熱間圧延を施し、８００〜９５０℃で熱間圧延を完了し、５００〜７００℃で巻取ることにより熱間圧延鋼板とし、前記熱間圧延鋼板に脱スケール処理と冷間圧延とを施すことを特徴とする、上記(7)に記載の焼入れ部材用鋼板の製造方法。
(12)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の化学組成を有する鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃としたのちに熱間圧延を施し、８００〜９５０℃で熱間圧延を完了し、５００〜７００℃で巻取ることにより熱間圧延鋼板とし、前記熱間圧延鋼板に脱スケール処理と冷間圧延とを施し、次いで（ＡＣ１点＋１０℃）〜ＡＣ３点の温度域に１０秒間以上保持したのちに１〜１００℃／秒の平均冷却速度で３００〜５００℃の温度域まで冷却し、さらに３００〜５００℃の温度域に３０秒間〜１０分間保持し、その後に１〜１０℃／秒の平均冷却速度で室温まで冷却することを特徴とする、上記(8)に記載の焼入れ部材用鋼板の製造方法。
(13)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の化学組成を有する鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃としたのちに熱間圧延を施し、８００〜９５０℃で熱間圧延を完了し、５００〜７００℃で巻取ることにより熱間圧延鋼板とし、前記熱間圧延鋼板に脱スケール処理と冷間圧延とを施し、次いで（ＡＣ１点−１００℃）〜（ＡＣ１点＋３０℃）の温度域に１〜２４時間保持したのちに１〜１００℃／時の平均冷却速度で室温まで冷却することを特徴とする、上記(9)に記載の焼入れ部材用鋼板の製造方法。
(14)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の化学組成を有し、その鋼組織が、旧オーステナイト平均粒径が２０μｍ以下であるマルテンサイトにより構成され、かつ引張強さが１.８ＧＰａ以上であり、さらに平均粒径が１〜２００ｎｍのＮｂ系炭化物を５０個／μｍ2以上含有することを特徴とする、焼入れ鋼板部材。
(15)上記(1)〜(9)のいずれかに記載の鋼板を、５０℃／秒以上の平均加熱速度で(Ａｃ３点＋４０℃)〜（Ａｃ３点＋２００℃）の温度域に加熱し、前記温度域で１０秒間以下保持したのち、２００℃／秒以上の平均冷却速度でＭｓ点以下の温度域まで冷却することを特徴とする、上記(14)に記載の焼入れ鋼板部材の製造方法。
次に、本発明において、各範囲に限定した理由について説明する。以後の説明で合金元素についての「％」は「質量％」を表す。
本発明における素地鋼板としての鋼板の化学組成については、以下のように規定する。
本発明における素地鋼板としての鋼板の化学組成については、以下のように規定する。
Ｃ：０.２５〜０.４５％
Ｃは、鋼板の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後強度を主に決定する非常に重要な元素である。特に、焼入れ後強度でＴＳ１.８ＧＰａ以上を確保するためには、Ｃ含有量を少なくとも０.２５％とする必要がある。一方で、Ｃ含有量が０.４５％を超えると、焼入れ後の強度が高くなりすぎるため、靱性劣化が著しくなる。望ましいＣ含有量は０.２８〜０.３３％である。
Ｃは、鋼板の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後強度を主に決定する非常に重要な元素である。特に、焼入れ後強度でＴＳ１.８ＧＰａ以上を確保するためには、Ｃ含有量を少なくとも０.２５％とする必要がある。一方で、Ｃ含有量が０.４５％を超えると、焼入れ後の強度が高くなりすぎるため、靱性劣化が著しくなる。望ましいＣ含有量は０.２８〜０.３３％である。
Ｍｎ＋Ｃｒ：０.５〜３.０％
Ｍｎ及びＣｒは、鋼板の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後強度を安定して確保するために、非常に効果のある元素である。しかし、Ｍｎ及びＣｒの合計含有量（以下、「（Ｍｎ＋Ｃｒ）含有量」ともいう。）が０.５％未満ではその効果は十分ではなく、一方で（Ｍｎ＋Ｃｒ）含有量が３.０％を超えるとその効果は飽和し、逆に安定した強度確保が困難となる。望ましい（Ｍｎ＋Ｃｒ）含有量は０.８〜２.０％である。
Ｍｎ及びＣｒは、鋼板の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後強度を安定して確保するために、非常に効果のある元素である。しかし、Ｍｎ及びＣｒの合計含有量（以下、「（Ｍｎ＋Ｃｒ）含有量」ともいう。）が０.５％未満ではその効果は十分ではなく、一方で（Ｍｎ＋Ｃｒ）含有量が３.０％を超えるとその効果は飽和し、逆に安定した強度確保が困難となる。望ましい（Ｍｎ＋Ｃｒ）含有量は０.８〜２.０％である。
Ｎｂ：０.０１〜１.０％
Ｎｂは、鋼板をＡｃ3点以上に加熱したときに、再結晶を抑制しかつ微細な炭化物を形成してオーステナイト粒を細粒にするため、靱性を大きく改善する効果を有する。このため、Ｎｂ含有量を０.０１％以上とする。一方で、Ｎｂ含有量が１.０％超になると、その効果は飽和し、いたずらにコスト増を招く。望ましいＮｂ含有量は０.０２〜０.１５％、さらに望ましくは０.０４〜０.１％である。
Ｎｂは、鋼板をＡｃ3点以上に加熱したときに、再結晶を抑制しかつ微細な炭化物を形成してオーステナイト粒を細粒にするため、靱性を大きく改善する効果を有する。このため、Ｎｂ含有量を０.０１％以上とする。一方で、Ｎｂ含有量が１.０％超になると、その効果は飽和し、いたずらにコスト増を招く。望ましいＮｂ含有量は０.０２〜０.１５％、さらに望ましくは０.０４〜０.１％である。
Ｂ：０.０００１〜０.０１％
Ｂは、鋼板の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後強度の安定確保効果をさらに高めるのに有効である。また、粒界に偏析して粒界強度を高め、靱性を向上させる点でも重要な元素である。さらに、加熱時のオーステナイト粒成長抑制効果も高い。このため、Ｂ含有量を０.０００１％以上とする。一方で、Ｂ含有量が０.０１％を超えるとその効果は飽和し、かつコスト増を招く。望ましいＢ含有量は０.００１０〜０.００３０％である。
Ｂは、鋼板の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後強度の安定確保効果をさらに高めるのに有効である。また、粒界に偏析して粒界強度を高め、靱性を向上させる点でも重要な元素である。さらに、加熱時のオーステナイト粒成長抑制効果も高い。このため、Ｂ含有量を０.０００１％以上とする。一方で、Ｂ含有量が０.０１％を超えるとその効果は飽和し、かつコスト増を招く。望ましいＢ含有量は０.００１０〜０.００３０％である。
Ｓｉ：１％以下、Ｎｉ：２％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｖ：１％以下、Ａｌ：１％以下
これらの元素は、鋼板の焼入れ性を高めかつ焼入れ後強度の安定確保に効果のある元素である。しかし、上限値以上に含有させてもその効果は小さく、かついたずらにコスト増を招くため、各合金元素の含有量は上述の範囲とする。
これらの元素は、鋼板の焼入れ性を高めかつ焼入れ後強度の安定確保に効果のある元素である。しかし、上限値以上に含有させてもその効果は小さく、かついたずらにコスト増を招くため、各合金元素の含有量は上述の範囲とする。
Ｍｏ：１.０％以下
Ｍｏは、任意添加元素であり、鋼板をＡｃ3点以上に加熱したときに、微細な炭化物を形成してオーステナイト粒を細粒にするため、靱性を大きく改善する効果を有する。しかしＭｏ含有量が１.０％超になると、その効果は飽和し、いたずらにコスト増を招く。より望ましいＭｏ含有量は０.０１〜０.２％であり、さらに望ましくは０.０４〜０.１５％である。
Ｍｏは、任意添加元素であり、鋼板をＡｃ3点以上に加熱したときに、微細な炭化物を形成してオーステナイト粒を細粒にするため、靱性を大きく改善する効果を有する。しかしＭｏ含有量が１.０％超になると、その効果は飽和し、いたずらにコスト増を招く。より望ましいＭｏ含有量は０.０１〜０.２％であり、さらに望ましくは０.０４〜０.１５％である。
３.４２Ｎ＋０.００１≦Ｔｉ≦３.４２Ｎ＋０.５
Ｔｉは、任意添加元素であり、鋼板をＡｃ3点以上に加熱したときに、再結晶を抑制し微細な炭化物を形成してオーステナイト粒を細粒にするため、靱性を大きく改善する効果を有する。かかる効果を確実に得るためにＴｉ含有量を（３.４２Ｎ＋０.００１）％以上とすることが好ましい。一方で、Ｔｉ含有量が（３.４２Ｎ＋０.５）％超になると、その効果は飽和し、いたずらにコスト増を招く。より望ましいＴｉ含有量は３.４２Ｎ＋０.０ ２≦Ｔｉ≦３.４２Ｎ＋０.０８である。
Ｔｉは、任意添加元素であり、鋼板をＡｃ3点以上に加熱したときに、再結晶を抑制し微細な炭化物を形成してオーステナイト粒を細粒にするため、靱性を大きく改善する効果を有する。かかる効果を確実に得るためにＴｉ含有量を（３.４２Ｎ＋０.００１）％以上とすることが好ましい。一方で、Ｔｉ含有量が（３.４２Ｎ＋０.５）％超になると、その効果は飽和し、いたずらにコスト増を招く。より望ましいＴｉ含有量は３.４２Ｎ＋０.０ ２≦Ｔｉ≦３.４２Ｎ＋０.０８である。
Ｃａ：０.００１〜０.００５％
Ｃａは、任意添加元素であり、鋼中の介在物を微細化し、焼入れ後の靱性を向上させる効果を有する。かかる効果を確実に得るためにＣａ含有量を０.００１％以上とすることが好ましい。一方、Ｃａ含有量が０.００５％を超えるとその効果は飽和する。より望ましいＣａ含有量は０.００２〜０.００４％である。
Ｃａは、任意添加元素であり、鋼中の介在物を微細化し、焼入れ後の靱性を向上させる効果を有する。かかる効果を確実に得るためにＣａ含有量を０.００１％以上とすることが好ましい。一方、Ｃａ含有量が０.００５％を超えるとその効果は飽和する。より望ましいＣａ含有量は０.００２〜０.００４％である。
Ｐ：０.００５％以下
Ｐは、焼入れ後の靱性を大きく劣化させる元素であるため、０.００５％以下とすることが好ましい。より望ましくは０.００３％以下である。
Ｐは、焼入れ後の靱性を大きく劣化させる元素であるため、０.００５％以下とすることが好ましい。より望ましくは０.００３％以下である。
Ｓ：０.００５％以下
Ｓは、焼入れ後の靱性を大きく劣化させる元素であるため、０.００５％以下とすることが好ましい。より望ましくは０.００３％以下である。
Ｓは、焼入れ後の靱性を大きく劣化させる元素であるため、０.００５％以下とすることが好ましい。より望ましくは０.００３％以下である。
Ｎ：０.００２％以下
Ｎは、鋼中にて介在物を形成し、焼入れ後の靱性を劣化させる元素であるため、０.００２％以下とすることが好ましい。より望ましくは０.００１％以下である。
Ｎは、鋼中にて介在物を形成し、焼入れ後の靱性を劣化させる元素であるため、０.００２％以下とすることが好ましい。より望ましくは０.００１％以下である。
熱間圧延
上述した化学組成を有する鋼塊又は鋼片を、１０５０〜１３００℃としたのちに熱間圧延を施し、８００〜９５０℃で熱間圧延を完了し、５００〜７００℃で巻取りを行う。
上述した化学組成を有する鋼塊又は鋼片を、１０５０〜１３００℃としたのちに熱間圧延を施し、８００〜９５０℃で熱間圧延を完了し、５００〜７００℃で巻取りを行う。
鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃とするのは、加工性を劣化させる非金属介在物を十分に固溶させる必要があるためである。このような効果は、上述組成の本発明鋼板に対して、１０５０℃以上とすることで認められるが、１３００℃超としても効果が飽和するだけでなく、スケールロスが増加する。このため、熱間圧延に供する鋼塊又は鋼片の温度を１０５０℃〜１３００℃とする。望ましくは１０５０〜１２５０℃、さらに望ましくは１０５０〜１２００℃である。なお、熱間圧延に供する鋼塊又は鋼片の温度が１０５０〜１３００℃であればよく、１０５０℃未満となった鋼塊又は鋼片を加熱して１０５０〜１３００℃とする場合のみならず、連続鋳造後の鋼塊又は分塊圧延後の鋼片を１０５０℃未満に低下させることなく熱間圧延に供する場合も含まれる。
熱間圧延完了温度については、Ａｒ３点未満にならないようにする必要がある。これはＡｒ３点未満で圧延を施すと加工フェライトが残存し、延性が大幅に劣化するためである。上述した化学組成の本発明鋼板では８００℃以上とすれば、これらの問題は生じない。一方、仕上げ圧延完了温度が９５０℃超になるとスケール噛み込み等の表面欠陥を生じる場合がある。したがって、熱間圧延完了温度を８００〜９５０℃とする。
巻取り温度については、その温度が低すぎると、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトといった低温変態組織が多く生成し、フェライト組織が減少するため、鋼板強度が高くなってしまう。そのため下限温度を５００℃とする。一方、巻取り温度が高すぎると、酸化スケールが厚くなり、脱スケール処理が困難となるため、上限温度を７００℃とする。望ましくは５５０〜６５０℃である。
このようにして得られる熱間圧延鋼板は、鋼板を所望形状の部材へ加工する際の加工性確保の観点より、体積率で５０％以上のフェライトを含有する組織とし、ＴＳが７８０ＭＰａ以下とすることが好ましい。残部の組織には、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト、又は残留オーステナイトのうち１種又は２種以上含まれていてもよい。なおフェライトには、セメンタイトといったＦｅ系炭化物やＴｉ系、Ｎｂ系、Ｍｏ系、Ｃｒ系、Ｖ系、Ｍｎ系炭化物が含まれていてもよい。また、鋼板強度については、より低強度のほうが望ましいが、コスト面や強度調整のしやすさといった点より、下限強度は５９０ＭＰａ程度とするのが望ましく、さらに望ましくは６９０ＭＰａ程度である。熱間圧延後は、通常は、酸洗、ショットブラスト、研削等の処理により、表面に生成したスケールの除去を行う。
冷間圧延
上述の熱間圧延された鋼板に、冷間圧延を施して冷間圧延ままの鋼板として使用する場合には、鋼板を所望形状の部材へ加工する際の成形性確保の観点より、体積率で５０％以上のフェライトを含有する組織とし、ＴＳを１１８０ＭＰａ以下とすることが好ましい。鋼板強度については、より低強度のほうが望ましいが、コスト面や強度調整のしやすさといった点より、ＴＳを７８０ＭＰａ以上とすることが好ましい。より望ましくは、ＴＳ：７８０〜１１００ＭＰａ、さらに望ましくはＴＳ：７８０〜１０５０ＭＰａである。また冷間圧延時の圧下率は、３０〜８０％とするのが望ましく、より望ましくは４０〜７０％である。
上述の熱間圧延された鋼板に、冷間圧延を施して冷間圧延ままの鋼板として使用する場合には、鋼板を所望形状の部材へ加工する際の成形性確保の観点より、体積率で５０％以上のフェライトを含有する組織とし、ＴＳを１１８０ＭＰａ以下とすることが好ましい。鋼板強度については、より低強度のほうが望ましいが、コスト面や強度調整のしやすさといった点より、ＴＳを７８０ＭＰａ以上とすることが好ましい。より望ましくは、ＴＳ：７８０〜１１００ＭＰａ、さらに望ましくはＴＳ：７８０〜１０５０ＭＰａである。また冷間圧延時の圧下率は、３０〜８０％とするのが望ましく、より望ましくは４０〜７０％である。
焼鈍方法
上述の冷間圧延された鋼板に、連続焼鈍を施す場合には、（ＡＣ１点＋１０℃）以上、ＡＣ３点以下に加熱し、その温度域で１０秒間以上保時したのち、1〜１００℃／秒の平均冷却速度で３００〜５００℃の温度域まで冷却し、さらに３００〜５００℃の温度域に３０秒間から１０分間以上保持し、その後に１〜１０℃／秒の平均冷却速度で室温まで冷却する。
上述の冷間圧延された鋼板に、連続焼鈍を施す場合には、（ＡＣ１点＋１０℃）以上、ＡＣ３点以下に加熱し、その温度域で１０秒間以上保時したのち、1〜１００℃／秒の平均冷却速度で３００〜５００℃の温度域まで冷却し、さらに３００〜５００℃の温度域に３０秒間から１０分間以上保持し、その後に１〜１０℃／秒の平均冷却速度で室温まで冷却する。
（ＡＣ１点＋１０℃）以上、ＡＣ３点以下に加熱するのは、（ＡＣ１点＋１０℃）より低い温度では、再結晶が十分に進行せず、鋼板強度が高くなりやすいという問題があり、一方、ＡＣ３点より高い温度では、オーステナイト単相化に起因して、冷却中に低温変態相が生成しやすく、鋼板強度が高くなりやすいという問題があるためである。保持時間１０秒間以上としたのは、保持時間が１０秒間より短くなると、置換型元素であるＭｎ等の偏析が残り、焼鈍板の組織が不均一となるためである。なお、長時間加熱はいたずらにコスト増を招くため、保持時間は３００秒間以下とするのが望ましい。なお、焼鈍雰囲気は非酸化性雰囲気（たとえば９８体積％Ｎ２＋２体積％Ｈ２）とすることが好ましい。
平均冷却速度を１〜１００℃／秒としたのは、冷却が速すぎると、低温変態相が多く生成し、フェライトが減少して鋼板強度が高くなりすぎてしまうという問題があり、一方冷却が遅すぎると、生産効率が落ちてしまうという問題があるためである。望ましくは１〜２０℃／秒であり、さらに望ましくは１〜１０℃／秒である。また冷却停止温度域を３００〜５００℃としたのは、低温変態相の生成をできるだけ抑制するためである。より望ましくは、３５０〜５００℃、さらに望ましくは４００〜４５０℃である。また冷却停止温度域で３０秒間〜１０分間保持するのは、未変態オーステナイトのフェライト変態を促進するためである。より望ましい保持時間は３０秒間〜５分間、さらに望ましくは３０秒間〜３分間である。
このようにして得られる冷間圧延後に連続焼鈍が施された冷間圧延鋼板は、鋼板を所望形状の部材へ加工する際の成形性確保の観点より、体積率で５０％以上のフェライトを含有する組織とし、ＴＳを７８０ＭＰａ以下とすることが好ましい。より低強度のほうが望ましいが、コスト面や強度調整のしやすさといった点より、下限強度は４４０ＭＰａ程度とするのが望ましい。
上述の冷間圧延された鋼板に、箱焼鈍を施す場合には、（ＡＣ１点−１００℃）以上（ＡＣ１点＋３０℃）以下の温度域に１〜２４時間保持したのち、１〜１００℃／時の平均冷却速度で室温まで冷却する。
保持温度が（ＡＣ１点−１００℃）より低い場合では、鋼板強度が十分に低下しないという問題があり、一方、（ＡＣ１点＋３０℃）より高い温度では、セメンタイトの再固溶−逆変態が進行し過ぎ、その後の冷却過程で低温変態相が生成し、鋼板強度が高くなりやすいという問題があるので、（ＡＣ１点−１００℃）以上（ＡＣ１点＋３０℃）以下の温度域とする。
また、保持時間については、１時間未満では鋼板強度の低下が十分ではなく、一方、２４時間を超えても効果は飽和し、いたずらにエネルギーの浪費を招くので、１〜２４時間とする。また焼鈍後の冷却過程では、冷却速度が速いと低温変態相が生成するため、できるだけ遅いほうが好ましい。しかし遅すぎると処理効率の低下をいたずらに招くだけであるため、冷却速度は１〜１００℃／時とする。望ましくは１〜５０℃／時である。
なお、焼鈍処理時の炉内雰囲気は、窒素ガスの混入が少なく、露点ができるだけ低い、水素を９５容積％以上含むガスであるほうが好ましい。
このようにして得られる冷間圧延後に箱焼鈍が施された冷間圧延鋼板は、鋼板を所望形状の部材へ加工する際の成形性確保の観点より、体積率で５０％以上のフェライトを含有する組織とし、ＴＳを５９０ＭＰａ以下とすることが好ましい。より低強度のほうが望ましいが、コスト面や強度調整のしやすさといった点より、下限強度は４４０ＭＰａ程度とするのが望ましい。また、平均粒径０.０１〜５.０μｍのセメンタイトが０.１個／μｍ2以上の密度で分散したフェライト組織とすることが好ましい。
このようにして得られる冷間圧延後に箱焼鈍が施された冷間圧延鋼板は、鋼板を所望形状の部材へ加工する際の成形性確保の観点より、体積率で５０％以上のフェライトを含有する組織とし、ＴＳを５９０ＭＰａ以下とすることが好ましい。より低強度のほうが望ましいが、コスト面や強度調整のしやすさといった点より、下限強度は４４０ＭＰａ程度とするのが望ましい。また、平均粒径０.０１〜５.０μｍのセメンタイトが０.１個／μｍ2以上の密度で分散したフェライト組織とすることが好ましい。
鋼板組織を、平均粒径０.０１〜５.０μｍであるセメンタイトが０.１個／μｍ2以上の密度で分散したフェライト組織とするのは、焼入れ前の加熱時に、ピン止め効果を利用して、オーステナイト粒を細粒にするためである。セメンタイトの平均粒径及び密度が下限値未満では、加熱時に速やかに溶解するため、その効果が十分に発揮されない。一方、セメンタイトの平均粒径及び密度が上限値を超えると、セメンタイトが焼入れ前の加熱時に未溶解炭化物として残存し、部材の靭性劣化や延性劣化を招くので、上述の範囲とする。より望ましい平均粒径は、０.０１〜４.０μｍ、さらに望ましくは０.０１〜３.０μｍである。セメンタイトの密度は、単位面積当たりの個数で、望ましくは、０.１５個／μｍ2以上、さらに望ましくは０.２個／μｍ2以上である。
本発明の焼入れ鋼板部材は、ＴＳが１.８ＧＰａ以上の強度下で靱性を確保するために、旧オーステナイト平均粒径が２０μｍ以下であり、かつ平均粒径が１〜２００ｎｍのＮｂ系炭化物を５０個／μｍ2以上含有するマルテンサイト組織とする。旧オーステナイト平均粒径は、望ましくは１５μｍ以下、より望ましくは１０μｍ以下、さらに望ましくは５μm以下である。またＮｂ系炭化物の平均粒径は、望ましくは１〜１５０ｎｍ、さらに望ましくは１〜１００ｎｍである。Ｎｂ系炭化物の密度は、単位面積当たりの個数で、望ましくは１００個／μｍ2以上、さらに望ましくは１５０個／μｍ2以上である。旧オーステナイト平均粒径、Ｎｂ系炭化物の平均粒径及び単位面積当たりの個数は、次に説明するように、焼入れ前の加熱条件に依存して変化する。
本発明によれば、上記鋼板に対して焼入れを行うが、そのときの焼入れ前の好適な加熱条件は次の通りである。
焼入れ工程においては、目的とする強度と靱性を得るために、焼入れに供する鋼板を、（Ａｃ3点＋４０℃）以上（Ａｃ3点＋２００℃）以下の温度域に５０℃／秒以上の平均加熱速度で加熱し、その温度域で１０秒間以下の時間保持することが好ましい。保持温度の下限は、一旦オーステナイト単相として目的とする強度を得るのと、靭性を確保するためである。一方、保持温度の上限及び加熱速度の下限は、焼入れ後の旧オーステナイト粒径を２０μｍ以下、Ｎｂ系炭化物の平均粒径及び単位面積当たりの個数を上述の範囲として、ＴＳが１.８ＧＰａ以上の強度下で靱性をより確実に確保するためである。より望ましい保持温度は、（Ａｃ3点＋８０℃）以上、（Ａｃ3点＋１８０℃）以下、より望ましい加熱速度は１００℃／秒以上である。冷却速度については、マルテンサイト組織にするために、上部臨界冷却速度以上で冷却すればよく、水冷や油冷により２００℃／秒以上とすれば、本発明鋼板では十分である。
焼入れ工程においては、目的とする強度と靱性を得るために、焼入れに供する鋼板を、（Ａｃ3点＋４０℃）以上（Ａｃ3点＋２００℃）以下の温度域に５０℃／秒以上の平均加熱速度で加熱し、その温度域で１０秒間以下の時間保持することが好ましい。保持温度の下限は、一旦オーステナイト単相として目的とする強度を得るのと、靭性を確保するためである。一方、保持温度の上限及び加熱速度の下限は、焼入れ後の旧オーステナイト粒径を２０μｍ以下、Ｎｂ系炭化物の平均粒径及び単位面積当たりの個数を上述の範囲として、ＴＳが１.８ＧＰａ以上の強度下で靱性をより確実に確保するためである。より望ましい保持温度は、（Ａｃ3点＋８０℃）以上、（Ａｃ3点＋１８０℃）以下、より望ましい加熱速度は１００℃／秒以上である。冷却速度については、マルテンサイト組織にするために、上部臨界冷却速度以上で冷却すればよく、水冷や油冷により２００℃／秒以上とすれば、本発明鋼板では十分である。
本発明の好適な加熱方法としては、急速加熱及び急速冷却を達成する方法であれば、どのような方法を採用してもよい。例えば、高周波加熱焼入れ法や通電加熱焼入れ法等が挙げられる。
また、本発明の焼入れ部材用鋼板及び焼入れ鋼板部材は、耐食性付与等を目的として鋼板表面にめっき被膜を備えることができる。めっき被膜としては、Ｚｎ系めっき、Ａｌ系めっき等が挙げられる。
以下に本発明の実施例について説明する。
表１に示す化学組成を有する鋼板（板厚：１.４ｍｍ）を素地鋼板とした。これらの鋼板は、実験室にて溶製したスラブを、表２に示す条件で加熱後、熱間圧延し、その後、一部の鋼板について冷間圧延又は冷間圧延後に焼鈍処理を施して製造した鋼板である。なお、連続焼鈍における加熱温度からの１次冷却の平均冷却速度を１０℃／秒、室温までの２次冷却の平均冷却速度を５℃／秒、箱焼鈍後における冷却速度を２０℃／時とした。
表１に示す化学組成を有する鋼板（板厚：１.４ｍｍ）を素地鋼板とした。これらの鋼板は、実験室にて溶製したスラブを、表２に示す条件で加熱後、熱間圧延し、その後、一部の鋼板について冷間圧延又は冷間圧延後に焼鈍処理を施して製造した鋼板である。なお、連続焼鈍における加熱温度からの１次冷却の平均冷却速度を１０℃／秒、室温までの２次冷却の平均冷却速度を５℃／秒、箱焼鈍後における冷却速度を２０℃／時とした。
上述の鋼板から、１.４ｔ×１５ｗ×２００Ｌのサイズの試験片を切断して採取し、表３に記載の加熱条件にて通電加熱した後、直ちに水冷することで焼入れた。焼入れた部位から各種試験片を採取し、断面組織観察、切断法による旧オーステナイト粒径測定、引張試験（ＪＩＳ１３号Ｂ試験片）、シャルピー衝撃試験、析出物粒径測定及び密度測定に供した。試験結果も表３に示す。
各相の組織分率は、断面の光学顕微鏡観察画像又は電子顕微鏡観察画像より、画像解析を行って算出した。
析出物粒径と密度の測定は、電子顕微鏡のレプリカ法を採用し、各試料につき倍率１０万倍で５視野を撮影し、円換算粒径で算出した後、析出物の全個数を測定し、その個数を撮影視野の面積で割り、規格化することにより密度を算出した。
析出物粒径と密度の測定は、電子顕微鏡のレプリカ法を採用し、各試料につき倍率１０万倍で５視野を撮影し、円換算粒径で算出した後、析出物の全個数を測定し、その個数を撮影視野の面積で割り、規格化することにより密度を算出した。
各鋼種のＡｃ１点及びＡｃ3点は、上述の加熱時に、試験片の熱膨張変化の測定により求めた。
シャルピー衝撃試験については、焼き入れた後の１.４ｔの鋼板を１.２ｔに研削したのち、４枚積層してネジ止めした後、Ｖノッチ試験片を作製し、シャルピー衝撃試験に供した。靱性評価としては、０℃での衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ2以上となる場合に合格として○とした。それに達しないのは「×」とした。
シャルピー衝撃試験については、焼き入れた後の１.４ｔの鋼板を１.２ｔに研削したのち、４枚積層してネジ止めした後、Ｖノッチ試験片を作製し、シャルピー衝撃試験に供した。靱性評価としては、０℃での衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ2以上となる場合に合格として○とした。それに達しないのは「×」とした。
なお、強度が目標強度に達しなかった試験片については一部試験を省略した。
本発明例である鋼種Ｎｏ.１〜１３は、ＴＳが１.８ＧＰａ以上で、かつ靱性値も良好であることがわかる。一方、比較例である鋼種Ｎｏ.１４は、強度が低く、鋼種Ｎｏ.１５及び１６は、本発明範囲を満足しないため、靱性値が不芳である。
Claims (15)
- 質量％で、Ｃ：０.２５〜０.４５％、Ｍｎ＋Ｃｒ：０.５〜３.０％、Ｎｂ：０.０１〜１.０％、及びＢ：０.０００１〜０.０１％を含有し、さらにＳｉ：１％以下、Ｎｉ：２％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｖ：１％以下及びＡｌ：１％以下の１種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不純物からなる化学組成を有する、焼入れ後引張強さ１.８ＧＰａ以上の焼入れ部材用鋼板。
- 前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｍｏ：１.０％以下を含有する、請求項１に記載の焼入れ部材用鋼板。
- 前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、下記式（１）を満たす量のＴｉを含有する、請求項１又は２に記載の焼入れ部材用鋼板。
３.４２Ｎ＋０.００１≦Ｔｉ≦３.４２Ｎ＋０.５・・・（１）
ここで、式中のＴｉ及びＮは鋼中の各元素の含有量（単位：質量％）を示す。 - 前記化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃａ：０.００１〜０.００５％を含有する、請求項１〜３のいずれかに記載の焼入れ部材用鋼板。
- 前記化学組成が、不純物であるＰ、Ｓ及びＮの１種又は２種以上の含有量に関して、質量％で、Ｐ：０.００５％以下、Ｓ：０.００５％以下及びＮ：０.００２％以下の１条件又は２条件以上を満足する、請求項１〜４のいずれかに記載の焼入れ部材用鋼板。
- 体積率で５０％以上のフェライトを含有する鋼組織を有し、引張強さが７８０ＭＰａ以下である機械特性を有する熱間圧延鋼板である、請求項１〜５のいずれかに記載の焼入れ部材用鋼板。
- 体積率で５０％以上のフェライトを含有する鋼組織を有し、引張強さが７８０〜１１８０ＭＰａである機械特性を有する、冷間圧延ままの冷間圧延鋼板である、請求項１〜５のいずれかに記載の焼入れ部材用鋼板。
- 体積率で５０％以上のフェライトを含有する鋼組織を有し、引張強さが７８０ＭＰａ以下である機械特性を有する、冷間圧延後に焼鈍が施された冷間圧延鋼板である、請求項１〜５のいずれかに記載の焼入れ部材用鋼板。
- 平均粒径が０.０１〜５.０μｍのセメンタイトが０.１個／μｍ2以上の密度で分散したフェライトからなる鋼組織を有し、引張強さが７８０ＭＰａ以下である機械特性を有する、冷間圧延後に焼鈍が施された冷間圧延鋼板である、請求項１〜５のいずれかに記載の焼入れ部材用鋼板。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の化学組成を有する鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃としたのちに熱間圧延を施し、８００〜９５０℃で熱間圧延を完了し、５００〜７００℃で巻取ることを特徴とする、請求項６に記載の焼入れ部材用鋼板の製造方法。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の化学組成を有する鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃としたのちに熱間圧延を施し、８００〜９５０℃で熱間圧延を完了し、５００〜７００℃で巻取ることにより熱間圧延鋼板とし、前記熱間圧延鋼板に脱スケール処理と冷間圧延とを施すことを特徴とする、請求項７に記載の焼入れ部材用鋼板の製造方法。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の化学組成を有する鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃としたのちに熱間圧延を施し、８００〜９５０℃で熱間圧延を完了し、５００〜７００℃で巻取ることにより熱間圧延鋼板とし、前記熱間圧延鋼板に脱スケール処理と冷間圧延とを施し、次いで（ＡＣ１点＋１０℃）〜ＡＣ３点の温度域に１０秒間以上保持したのちに１〜１００℃／秒の平均冷却速度で３００〜５００℃の温度域まで冷却し、さらに３００〜５００℃の温度域に３０秒間〜１０分間保持し、その後に１〜１０℃／秒の平均冷却速度で室温まで冷却することを特徴とする、請求項８に記載の焼入れ部材用鋼板の製造方法。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の化学組成を有する鋼塊又は鋼片を１０５０〜１３００℃としたのちに熱間圧延を施し、８００〜９５０℃で熱間圧延を完了し、５００〜７００℃で巻取ることにより熱間圧延鋼板とし、前記熱間圧延鋼板に脱スケール処理と冷間圧延とを施し、次いで次いで（ＡＣ１点−１００℃）〜（ＡＣ１点＋３０℃）の温度域に１〜２４時間保持したのちに１〜１００℃／時の平均冷却速度で室温まで冷却することを特徴とする、請求項９に記載の焼入れ部材用鋼板の製造方法。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の化学組成を有し、その鋼組織が、旧オーステナイト平均粒径が２０μｍ以下であるマルテンサイトにより構成され、かつ引張強さが１.８ＧＰａ以上であり、さらに平均粒径が１〜２００ｎｍのＮｂ系炭化物を５０個／μｍ2以上含有することを特徴とする、焼入れ鋼板部材。
- 請求項１〜９のいずれかに記載の鋼板を、５０℃／秒以上の平均加熱速度で(Ａｃ３点＋４０℃)〜（Ａｃ３点＋２００℃）の温度域に加熱し、前記温度域で１０秒間以下保持したのち、２００℃／秒以上の平均冷却速度でＭｓ点以下の温度域まで冷却することを特徴とする、請求項１４に記載の焼入れ鋼板部材の製造方法。
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