JP3742559B2 - 加工性に優れた鋼板および製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車のパネル類、足廻り、メンバーなどに用いられる鋼板、および、その製造方法に関するものである。本発明の鋼板は、表面処理をしないものと、防錆のために溶融亜鉛めっき、電気めっきなどの表面処理を施したものの両方を含む。亜鉛めっきとは、純亜鉛のほか、主成分が亜鉛である合金のめっきも含む。
【０００２】
本発明によれば、成形性に優れた高強度鋼板を安価に得ることができるため、地球環境保全に貢献し得るものと考えられる。また、ハイドロフォーム成形用の鋼管用としても好適である。
【０００３】
【従来の技術】
自動車の軽量化ニーズに伴い、鋼板の高強度化が望まれている。高強度化することで、板厚減少による軽量化や衝突時の安全性向上が可能となる。しかしながら、高強度で成形性特に深絞り性が優れた鋼板を得ようとすると、例えば、特開昭５６−１３９６５４号公報に開示されているように、Ｃ量を著しく減じた極低炭素鋼にＳｉ、Ｍｎ、Ｐなどを添加して強化することが必須であった。
【０００４】
Ｃ量を低減するためには、製鋼工程で真空脱ガスを行わねばならず、製造過程でＣＯ₂を多量に発生することになり、地球環境保全の観点で必ずしも最適なものとは言い難い。
これに対して、Ｃ量が比較的多く、かつ、深絞り性の良好な鋼板についても開示されている。これらの鋼板は、特公昭５７−４７７４６号公報、特公平２−２０６９５号公報、特公昭５８−４９６２３号公報、特公昭６１−１２９８３号公報、特公平１−３７４５６号公報、特開昭５９−１３０３０号公報などに開示されている。しかしながら、これらの鋼板についても、Ｃ量は実質的に０．０７％以下と低い。さらに、特公昭６１−１００１２号公報では、Ｃ量が０．１４％でも比較的良好なｒ値が得られることが開示されている。しかしながら、これにはＰが多量に含有されており、２次加工性が劣化したり、溶接性や溶接後の疲労強度に問題を生ずる場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、Ｃ量の多い鋼において成形性の良好な高強度鋼板を高いコストをかけることなく、また、地球環境に過度の負荷をかけることなく，良好なｒ値を有する鋼板、および、その製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）質量％で、Ｃ：０．１０超〜０．２５％、Ｓｉ：０．００１〜１．５％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．０５％以下、Ｎ：０．００１〜０．００７％、Ａｌ：０．００８〜０．２％を満たす範囲で含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、平均ｒ値が１．２以上、圧延方向のｒ値（ｒＬ）が１．３以上、圧延方向に対して４５゜方向のｒ値（ｒＤ）が０．９以上、圧延方向と直角方向のｒ値（ｒＣ）が１．２以上であり、鋼板１／２板厚における板面の｛１１１｝、｛１００｝、および、｛１１０｝の各Ｘ線反射面ランダム強度比が、それぞれ、２．０以上、１．０以下、および、０．２以上であることを特徴とする加工性に優れた鋼板。
（２）鋼板を構成する結晶粒の平均結晶粒径が１５μｍ以上であることを特徴とする前記（１）に記載の加工性に優れた鋼板。
（３）鋼板を構成する結晶粒のアスペクト比の平均値が１．０以上３．０未満であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の加工性に優れた鋼板。
（４）降伏比（＝０．２％耐力／引張最高強度）が０．６５以下であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
（５）Ａｌ／Ｎが３〜２５であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
（６）Ｂを０．０００１〜０．０１質量％含むことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
（７）ＺｒおよびＭｇの１種または２種を合計で０．０００１〜０．５質量％含むことを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
（８）Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの１種または２種以上を合計で０．００１〜０．２質量％以下含むことを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
（９）Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＷおよびＭｏの１種または２種以上を合計で０．００１〜２．５質量％含むことを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
（１０）Ｃａを０．０００１〜０．０１質量％以下含むことを特徴とする前記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の加工性の優れた鋼板。
（１１）前記（１）〜（１０）の何れか１項に記載の鋼板を製造する方法であって、前記（１）または前記（５）〜（１０）のいずれか１項に記載の化学成分を有する鋼を（Ａｒ₃変態点−５０℃）以上で熱間圧延を完了し、７００℃以下の温度で巻き取り、圧下率２５％以上５５％以下の冷間圧延を施し、平均加熱速度４〜２００℃／時間で加熱し、最高到達温度を６００〜８００℃とする焼鈍を１回のみ行い、５〜１００℃／ｈｒの速度で冷却することを特徴する成形性に優れた鋼板の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
Ｃ：高強度化に有効で、また、Ｃ量を低減するためにはコストアップとなるので、０．１０質量％超の添加とするが、良好なｒ値を得るためには過度の添加は好ましいものではなく、上限を０．２５質量％とする。０．１０超〜０．１８質量％が望ましい範囲である。
【０００８】
Ｓｉ：安価に機械的強度を高めることが可能であり、要求される強度レベルに応じて添加すればよいが、過剰の添加はメッキのぬれ性や加工性の劣化を招くばかりかｒ値が劣化するので、上限を１．５質量％とした。下限を０．００１％としたのは、これ未満とするのが製鋼技術上困難なためである。０．５％以下がより好ましい上限である。
【０００９】
Ｍｎ：高強度化に有効であるので必要に応じて添加すればよいが、過度の添加はｒ値を劣化させるので、２．０質量％を上限とする。０．０１質量％未満にするには製鋼コストが上昇し、また、Ｓに起因する熱間圧延割れを誘発するので、これを下限とする。０．０４〜０．８質量％が好ましい。また、よりｒ値を高めたい場合には、Ｍｎ量は低い方がよいので０．０４〜０．１２質量％の範囲とするのが好ましい。
【００１０】
Ｐ：高強度化に有効な元素であるので０．００１質量％以上添加する。０．０６質量％超を添加すると、溶接性や溶接部の疲労強度、さらには、耐２次加工脆性が劣化するので、これを上限とする。好ましくは０．０４質量％未満である。Ｓ：不純物であり、低いほど好ましく、熱間割れを防止するために０．０５質量％以下とする。好ましくは０．０１５質量％以下である。また、Ｍｎ量との関係において、Ｍｎ／Ｓ＞１０であることが好ましい。
【００１１】
Ｎ：良好なｒ値を得るためには０．００１質量％以上の添加が必須である。多すぎると時効性を劣化させたり、多量のＡｌ添加が必要となるため、上限を０．００７質量％とする。０．００２〜０．００５質量％がより好ましい範囲である。
Ａｌは良好なｒ値を得るために必要であるので、０．００８質量％以上添加する。ただし、過度に添加するとその効果はむしろ低減するだけでなく、表面欠陥を誘発するので、上限を０．２質量％とする。好ましくは０．０１５〜０．０７質量％とする。
【００１２】
本発明によって得られる鋼板のｒ値は以下のとおりである。
平均ｒ値が１．２以上、圧延方向のｒ値（ｒＬ）が１．３以上、圧延方向に対して４５゜方向のｒ値（ｒＤ）が０．９以上、圧延方向に対して直角方向のｒ値（ｒＣ）が１．２以上である。より好ましくは、それぞれ、１．３以上、１．４以上、１．０以上、１．３以上である。
【００１３】
平均ｒ値は、（ｒＬ＋２×ｒＤ＋ｒＣ）／４で与えられる。ｒ値の測定はＪＩＳ１３号ＢまたはＪＩＳ５号Ｂ試験片を用いた引張試験を行い、１０％または１５％引張後の標点間距離の変化と板幅変化からｒ値の定義に従って算出すればよい。なお、ｒ値の異方性はｒＬ≧ｒＣ＞ｒＤである。
本発明によって得られる鋼板は、少なくとも板厚中心における板面のＸ線反射面ランダム強度比が、｛１１１｝面、｛１００｝面、および、｛１１０｝面について、それぞれ、２．０以上、１．０以下、および、０．２以上である。ランダム強度比とはランダムサンプルのＸ線強度を基準としたときの相対的な強度である。
【００１４】
板厚中心とは板厚の３／８〜５／８の範囲を指し、測定はこの範囲の任意の面で行えばよい。｛１１１｝面が多い程ｒ値が向上することは常識であり、これが高いに越したことはないが、本発明では、｛１１１｝面のみならず、｛１１０｝面のランダム強度比が通常より高いことに特徴がある。｛１１０｝は、一般に深絞り性を劣化させる面方位なので嫌われるが、本発明の場合、｛１１０｝を適度に残存させることはｒＬとｒＣの向上には好ましい。
【００１５】
本発明で得られる｛１１０｝面とは、｛１１０｝＜１１０＞、｛１１０｝＜３３１＞、｛１１０｝＜００１＞、｛１１０｝＜１１３＞などからなる。なお、｛ｈｋｌ｝＜ｕｖｗ＞とは板面の法線方向の結晶方位が＜ｈｋｌ＞であり、圧延方向の方位が＜ｕｖｗ＞であることを表している。
上記の｛ｈｋｌ｝＜ｕｖｗ＞であらわされる結晶方位の存在は級数展開法によって計算された３次元集合組織のφ２＝４５°断面上の（１１０）［１−１０］、（１１０）［３−３０］、（１１０）［００１］、（１１０）［１−１３］の強度によって確認することができる。その他φ２＝４５°断面上の（１１１）［１−１０］、（１１１）［１−２１］、（５５４）［−２−２５］の強度はそれぞれ３．０以上、２．０以上、２．０以上であることが望ましい。
【００１６】
鋼板を構成する結晶粒の平均結晶粒径は、１５μｍ以上である。これ以下の結晶粒経では良好なｒ値が得られない。また、これが６０μｍ以上となると成形時に肌荒れ等の問題になる場合があるため、６０μｍ未満であることが望ましい。結晶粒径は、板面と垂直で圧延方向と平行な切断面（Ｌ断面）の板厚３／８〜５／８の範囲内について点算法などによって測定すればよい。なお、測定誤差を低減するためには結晶粒が１００個以上存在する面積について測定しなくてはならない。エッチングはナイタールが好ましい。結晶粒とはフェライト粒のことであり、平均結晶粒径とは上記のように測定した結晶粒径の全データの算術平均（単純平均）とする。
【００１７】
さらに、鋼板を構成する結晶粒のアスペクト比の平均は、１．０以上３．０未満である。この範囲外であると良好なｒ値が得られない。アスペクト比とはＪＩＳＧ０５５２の方法によって測定される展伸度と同じである。すなわち、本発明の場合、板面と垂直で圧延方向と平行な切断面（Ｌ断面）における板厚３／８〜５／８の範囲内の圧延方向に垂直な一定長さの線分によって切断される結晶粒の数で圧延方向に平行な上記と同じ長さの線分によって切断される結晶粒の数を除したもので与えられる。好ましくは、１．３以上２．５未満である。アスペクト比の平均値とは上記のように測定したアスペクト比の全データの算術平均（単純平均）と定義する。
【００１８】
本発明の鋼板の組織は特に規定するものではないが、９０％以上のフェライトと１０％以下のセメンタイトおよびパーライトの１種または２種によって構成されることが良好な加工性を確保する観点から好ましい。より好ましくは、それぞれ９５％以上、５％以下である。この炭化物は、総体積の３０％以上が結晶粒界以外に存在する。
【００１９】
本発明の鋼板の引張試験で評価される降伏比（０．２％耐力／最高引張強度）は、通常は、０．６５以下であるが、スキンパス率を高めたり、焼鈍温度を下げるとこれ以上になる場合がある。形状凍結性の観点からは０．６５以下であることが好ましい。
Ａｌ／Ｎは３〜２５の範囲であることが好ましい。この範囲外では良好なｒ値を得ることが困難となる。好ましくは５〜１５の範囲である。
【００２０】
Ｂはｒ値を向上させたり、耐２次加工性脆性の改善に有効であるので、必要に応じて添加する。０．０００１質量％未満ではその効果はわずかで、０．０１質量％超添加しても格段の効果は得られない。０．０００２〜０．００３０質量％が好ましい範囲である。
ＺｒとＭｇは脱酸元素として有効である。一方、過剰の添加は酸化物、硫化物や窒化物の多量の晶出や析出を招き清浄度が劣化して、延性を低下させてしまう上、メッキ性を損なう。したがって、必要に応じてこれらの１種または２種を合計で０．０００１〜を０．５質量％とする。
【００２１】
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖも必要に応じて添加する。これらは、炭化物、窒化物もしくは炭窒化物を形成することによって鋼材を高強度化したり加工性を向上することができるので、これらの１種または２種以上を合計で０．００１質量％以上添加する。その合計が０．２質量％を越えた場合には母相であるフェライト粒内もしくは粒界に多量の炭化物、窒化物もしくは炭窒化物として析出して、延性を低下させることから、添加範囲を０．００１〜０．２質量％とした。より好ましくは０．０１〜０．０６質量％である。
【００２２】
Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏは強化元素であり、必要に応じて、これらの１種または２種以上を合計で、必要に応じて、０．００１質量％以上添する。過剰の添加は、コストアップや延性の低下を招くことから、２．５質量％以下とした。
Ｃａ：介在物制御のほか脱酸に有効な元素で、適量の添加は熱間加工性を向上させるが、過剰の添加は逆に熱間脆化を助長させるため、必要に応じて、０．０００１〜０．０１質量％の範囲とする。
【００２３】
また、不可避的不純物として、Ｏ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂなどを、それぞれ、０．０２質量％以下の範囲で含んでも、本発明の効果を失するものではない。
さらに、製造にあたっては、高炉、転炉、電炉等による溶製に続き各種の２次製錬を行いインゴット鋳造や連続鋳造を行い、連続鋳造の場合には室温付近まで冷却することなく熱間圧延するＣＣ−ＤＲなどの製造方法を組み合わせて製造してもかまわない。鋳造インゴットや鋳造スラブを再加熱して熱間圧延を行ってもよいのは言うまでもない。熱間圧延の加熱温度は特に限定するものではないが、ＡｌＮを固溶状態とするために１１００℃以上とすることが好ましい。
【００２４】
熱延の仕上げ温度は（Ａｒ₃−５０）℃以上で行う。好ましくは（Ａｒ₃＋３０）℃以上、さらに好ましくは（Ａｒ₃＋７０）℃以上である。本発明においては熱延板の集合組織はできるだけランダムにし、かつ熱延板の結晶粒径をできるだけ成長させておくことが最終製品のｒ値向上に好ましいためである。
熱延後の冷却速度は特に指定するものではないが巻き取り温度までの平均冷却速度を３０℃／ｓ未満とすることが好ましい。
【００２５】
巻き取り温度は７００℃以下とする。ＡｌＮの粗大化を抑制することで良好なｒ値を確保するためである。好ましくは６２０℃以下である。熱間圧延の１パス以上について潤滑を施してもよい。また、粗圧延バーを互いに接合し、連続的に仕上げ熱延を行ってもよい。粗圧延バーは一度巻き取って再度巻き戻してから仕上げ熱延に供してもかまわない。巻取温度の下限は特に定めることなく本発明の効果を得ることができるが、固溶Ｃを低減する観点から３５０℃以上とすることが好ましい。
【００２６】
熱間圧延後は酸洗することが望ましい。熱延後の冷間圧延は本発明において重要である。すなわち、これを２５〜５５％以下とする。従来の技術では、冷延圧下率を５５％超とする強圧下冷延によってｒ値の向上を図るのが基本であるが、本発明の鋼板では、むしろ冷延率を低くすることが肝要であることを新たに見出したものである。冷延率が２５％未満または５５％超であるとｒ値が低くなるので，２５〜５５％に限定する。３０〜５５％がより好ましい範囲である。
【００２７】
１回のみの焼鈍は箱焼鈍が基本である。良好なｒ値を得るためには、加熱速度を４〜２００℃／ｈｒとする必要がある。さらには１０〜４０℃／ｈｒが好ましい。最高到達温度もｒ値確保の観点から６００〜８００℃とすることが望ましい。６００℃未満では再結晶が完了せず加工性が劣化する。一方、８００℃超ではα＋γ域のγ分率の高い側に入るため、加工性が劣化する場合がある。なお、最高到達温度での保持時間は特に指定するものではないが、（最高到達温度−２０）℃以上での保持時間が２ｈｒ以上であることがｒ値向上の観点から好ましい。冷却速度は固溶Ｃを十分に低減する観点から決定される。すなわち、５〜１００℃／ｈｒの範囲とする。
【００２８】
焼鈍後のスキンパスは形状強制や強度調整、さらには、常温非時効性を確保する観点から必要に応じて行う。０．５〜５．０％が好ましい圧下率である。
【００２９】
【実施例】
表１に示す成分の各鋼を溶製して１２５０℃に加熱後、表１に示す仕上げ温度で熱間圧延して巻き取った。さらに、表２に示す圧下率で冷延された後、加熱速度２０℃／ｈｒ、最高到達温度を７００℃とする焼鈍を行い、５時間保持後、１５℃／ｈｒで冷却した。さらに１．０％のスキンパスを施した。
【００３０】
得られた鋼板の加工性をＪＩＳ５号片を用いた引張試験により評価した。ここで、ｒ値は１５％引っ張り変形後の板幅変化を測定することによって求めた。また、機械研磨によって板厚中心付近まで減厚し、化学研磨によって仕上げ、Ｘ線測定に供した。
表２より明らかなとおり、本発明例ではいずれも良好なｒ値と伸びを有するのに対して、本発明外の例ではこれらの特性が劣っていた。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【表２】

【００３５】
【発明の効果】
本発明は、加工性に優れた高強度鋼板とその製造方法を提供するものであり、地球環境保全などに貢献するものである。

Claims (11)

1. 質量％で、
   Ｃ ：０．１０超〜０．２５％
   Ｓｉ：０．００１〜１．５％
   Ｍｎ：０．０１〜２．０％
   Ｐ ：０．００１〜０．０６％
   Ｓ ：０．０５％以下
   Ｎ ：０．００１〜０．００７％
   Ａｌ：０．００８〜０．２％
   を満たす範囲で含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、平均ｒ値が１．２以上、圧延方向のｒ値（ｒＬ）が１．３以上、圧延方向に対して４５゜方向のｒ値（ｒＤ）が０．９以上、圧延方向と直角方向のｒ値（ｒＣ）が１．２以上であり、鋼板１／２板厚における板面の｛１１１｝、｛１００｝、および、｛１１０｝の各Ｘ線反射面ランダム強度比が、それぞれ、２．０以上、１．０以下、および、０．２以上であることを特徴とする加工性に優れた鋼板。
2. 鋼板を構成する結晶粒の平均結晶粒径が１５μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の加工性に優れた鋼板。
3. 鋼板を構成する結晶粒のアスペクト比の平均値が１．０以上３．０未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の加工性に優れた鋼板。
4. 降伏比（＝０．２％耐力／引張最高強度）が０．６５以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
5. Ａｌ／Ｎが３〜２５であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
6. Ｂを０．０００１〜０．０１質量％含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
7. ＺｒおよびＭｇの１種または２種を合計で０．０００１〜０．５質量％含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
8. Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの１種または２種以上を合計で０．００１〜０．２質量％以下含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
9. Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＷおよびＭｏの１種または２種以上を合計で０．００１〜２．５質量％含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
10. Ｃａを０．０００１〜０．０１質量％以下含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の加工性の優れた鋼板。
11. 請求項１〜１０の何れか１項に記載の鋼板を製造する方法であって、請求項１または請求項５〜１０のいずれか１項に記載の化学成分を有する鋼を（Ａｒ₃変態点−５０℃）以上で熱間圧延を完了し、７００℃以下の温度で巻き取り、圧下率２５％以上５５％以下の冷間圧延を施し、平均加熱速度４〜２００℃／時間で加熱し、最高到達温度を６００〜８００℃とする焼鈍を１回のみ行い、５〜１００℃／ｈｒの速度で冷却することを特徴する成形性に優れた鋼板の製造方法。