JP6079726B2 - 高強度鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
1)オーステナイト単相域焼鈍でも、焼鈍時のオーステナイト平均粒径が3μm超となると、冷却中のフェライト変態の粒径依存性がでてくるため、TSの焼鈍温度依存性が大きくなる。
2)冷却中に開始するフェライト変態のフェライト変態温度が750℃以下である場合には、フェライト変態開始後のフェライト変態増加が急激であるため、冷却後の温度制御のばらつきによって、TSの焼鈍温度依存性が大きくなる傾向にある。また、焼鈍温度が目標焼鈍温度±20℃程度の温度範囲で変動した場合は、同じ冷却速度であっても、焼鈍温度が高い方がフェライト変態開始温度は低くなる。
[1]質量%で、C:0.05〜0.30%、Si:0.01〜2.0%、Mn:1.0〜3.5%、P:0.001〜0.040%、S:0.0001〜0.010%、N:0.0001〜0.0060%、Al:0.01〜1.5%を含有し、さらにTi:0.01〜0.20%、Nb:0.01〜0.20%のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼スラブを、熱間圧延し、酸洗し、冷間圧延したのち、T℃以上(T+40℃)以下の温度域に加熱して鋼組織がオーステナイト単相となるように焼鈍し、次いでV℃/秒で500℃以下に冷却することを特徴とする高強度鋼板の製造方法;ただし、TはT≧Ac3点かつ(T+40℃)での焼鈍においてオーステナイト平均粒径が3μm以下となる温度であり、Vは(T+40℃)から500℃までの冷却においてフェライト変態が750℃超で開始する速度である。
[2]前記[1]に記載の組成を有する鋼スラブを、スラブ温度:1100〜1300℃、仕上げ圧延温度:800〜950℃として前記熱間圧延を施した後、仕上げ圧延温度〜750℃の温度域を平均冷却速度:5〜200℃/秒として冷却して巻取り、酸洗し、冷間圧延したのち、T℃以上(T+40℃)以下の温度域に加熱して該温度域で10〜500秒保持し、次いでV℃/秒で500℃以下に冷却することを特徴とする高強度鋼板の製造方法;ただし、TはT≧Ac3点かつ(T+40℃)での焼鈍においてオーステナイト平均粒径が3μm以下となる温度であり、Vは(T+40℃)から500℃までの冷却においてフェライト変態が750℃超で開始する速度である。
[3]前記鋼スラブが、さらに、質量%で、B:0.0001〜0.01%、Mo:0.005〜1.00%、Cr:0.005〜2.00%、Ni:0.005〜2.00%、Cu:0.005〜2.00%、V:0.005〜1.00%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成を有することを特徴とする前記[1]または[2]に記載の高強度鋼板の製造方法。
[4]前記鋼スラブが、さらに、質量%で、Ca:0.001〜0.01%、REM:0.001〜0.01%のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成を有することを特徴とする前記[1]〜[3]のいずれかひとつに記載の高強度鋼板の製造方法。
まず、本発明において、鋼スラブの成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、成分に関する「%」表示は特に断らない限り質量%を意味するものとする。
Cは硬質相の分率を増加させることによりTSを上昇させるとともにオーステナイト中に濃化することにより室温でオーステナイトを存在させるため、本発明には不可欠の元素である。980MPa以上のTSを得るためには、0.05%以上のC量が必要である。しかし、C量が0.30%を超えるとスポット溶接性が著しく劣化し、鋼板が硬くなることにより製造性も低下する傾向にある。そのため、C量は0.05%以上0.30%以下の範囲に限定した。好ましくは0.10%以上0.26%以下である。
Siは、固溶強化により強度向上に寄与する元素である。また、冷却中のフェライト変態速度を増加させて、最終組織のフェライト分率を安定化できる。これらの効果はSi量を0.01%以上とすることで発現する。しかし、Si量が2.0%超えとなると、Ac3点が著しく上昇するため、オーステナイト単相域焼鈍が困難となる。さらにはSiが鋼板表面に酸化物として濃化し、化成処理不良や不めっき等の表面欠陥の原因となる。それ故、Si量は0.01%以上2.0%以下に限定した。好ましくは0.4%以上1.5%以下、さらに好ましくは1.0%以下である。
Mnは、強度向上に寄与し、この効果はMnを1.0%以上含有することで認められる。一方、3.5%を超えて過度に含有すると、Mnの偏析などに起因して材質が劣化したり、溶接性が低下する。それ故、Mn量は1.0%以上3.5%以下に限定した。好ましくは1.5%以上3.0%以下である。
Pは、強度向上に寄与する元素であるが、その反面溶接性を劣化させる元素でもある。P量が0.040%を超えると溶接性を顕著に劣化させる。一方、0.001%未満とするような過度のP低減は製鋼工程における製造コストの増加を伴う。それ故、P量は0.001%以上0.040%以下の範囲に限定した。好ましくは0.001%以上0.025%以下、より好ましくは0.001%以上0.015%以下である。
S量が増加すると熱間赤熱脆性の原因となり、製造工程上不具合を生じる場合がある。またSは介在物MnSを形成し、冷間圧延後に板状の介在物として存在することにより、特に材料の極限変形能を低下させ、伸び、曲げ性などの成形性を低下させる。S量が0.010%までは、上記したような問題はない。一方、0.0001%未満とするような過度のS量の低減は、製鋼工程における脱硫コストの増加を伴う。それ故、S量は0.0001%以上0.010%以下の範囲に限定した。好ましくは0.0001%以上0.0030%以下である。
組織強化鋼の材料特性に及ぼすNの影響はあまり大きくない。N量が0.0060%以下であれば本発明の効果を損なわない。一方、フェライトの清浄化による延性向上の観点からはN量は少ないほうが望ましいが、N量を0.0001%未満とするような過度のN量の低減は、製鋼上のコストの増大を招く。このため、N量の下限は0.0001%とし、N量は0.0001%以上0.0060%以下の範囲とした。
Alは、製鋼工程において脱酸剤として有効な元素である。さらに、Alは焼鈍後の冷却時にフェライト変態を促進させ、最終組織のフェライト分率を安定化できる。このような効果を得るには、Alを0.01%以上添加することが必要である。一方、1.5%を超えてAlを添加すると、鋼成分コストの増大を招くだけでなく、Ac3点を著しく上昇させるため、オーステナイト単相域焼鈍が困難となる。それ故、Al量は0.01%以上1.5%以下の範囲に限定した。好ましくは0.02%以上1.0%以下、さらに好ましくは0.5%以下である。
Tiは、鋼中でCまたはNと微細炭化物や微細窒化物を形成することにより、焼鈍時のオーステナイト粒を微細化することができる。このようなTiによるオーステナイト粒の微細化は、焼鈍後の冷却中におけるフェライト変態を促進し、最終組織のフェライト分率を安定化できる。これらの効果を得るためには、0.01%以上のTiが必要である。Ti量が、0.20%を超えると、この効果は飽和する。従って、Ti量は0.01%以上0.20%以下の範囲に限定した。好ましくは0.01%以上0.15%以下の範囲である。
Nbは、Tiと同様に、鋼中でCまたはNと微細炭化物や微細窒化物を形成することにより、焼鈍時に微細なオーステナイト粒を得ることができ、冷却中のフェライト変態を促進することができる。Nbは、この効果により最終組織のフェライト分率を安定化できる。このような効果を得るためには、Nb量を0.01%以上とする必要がある。Nb量が0.20%を超えると、この効果は飽和する。従って、Nb量は0.01%以上0.20%以下の範囲に限定した。好ましくは0.01%以上0.15%以下の範囲である。
B、Mo、Cr、Ni、Cu、Vは、焼鈍後の焼入れ性向上により、TS確保を容易とするために添加することができる。上記したBの効果は0.0001%以上で発現し、0.01%で飽和する。このため、Bを添加する場合、B量は0.0001%以上0.01%以下とする。好ましくは0.003%以下である。上記したMoの効果は0.005%以上で発現し、1.00%で飽和する。よってMoを添加する場合、Moの添加量は0.005%以上1.00%以下とする。好ましくは0.02%以上0.50%以下、より好ましくは0.02%以上0.30%以下である。上記したCrの効果は0.005%以上で発現し、2.00%で飽和する。よってCrを添加する場合、Crの添加量は0.005%以上2.00%以下とする。好ましくは0.02%以上1.00%以下である。上記したNiの効果は0.005%以上で発現し、2.00%で飽和する。よってNiを添加する場合、Niの添加量は0.005%以上2.00%以下とする。好ましくは0.02%以上1.00%以下である。上記したCuの効果は0.005%以上で発現し、2.00%で飽和する。よってCuの添加量は0.005%以上2.00%以下とする。好ましくは0.02%以上1.00%以下である。上記したVの効果は0.005%以上で発現し、1.00%で飽和する。よってVを添加する場合、Vの添加量は0.005%以上1.00%以下とする。好ましくは0.02%以上0.5%以下である。
Ca、REMはMnSなど硫化物の形状制御により成形性を向上させる効果があるため、添加することができる。上記したCaの効果を得るため、Ca量は0.001%以上とする必要がある。一方、0.01%を超えて多量に含有させても、その効果は飽和する傾向にある。よって、Caを含有させる場合、Caの添加量は0.001%以上0.01%以下、好ましくは0.001%以上0.0050%以下とする。上記したREMの効果を得るため、REM量は0.001%以上とする必要がある。一方、0.01%を超えて多量に含有させても、その効果は飽和する傾向にある。よって、REMを含有させる場合、REMの添加量は0.001%以上 0.01%以下、好ましくは0.001%以上0.0050%以下とする。なお、REMとは、希土類元素である。
前記したように、本発明が対象とするような高強度鋼板を製造する際には、焼鈍温度は目標焼鈍温度±20℃程度の温度範囲、すなわち焼鈍温度範囲として40℃程度の範囲で変動する。このような高強度鋼板の製造において、目標焼鈍温度を(T+20℃)とすると、実際に製造する際の焼鈍温度は、少なくともT℃以上(T+40℃)以下の温度域の範囲内となる。すなわち、目標焼鈍温度を(T+20℃)として焼鈍すれば、T℃以上(T+40℃)以下の温度域に加熱して焼鈍することとなる。なおここでTは目標焼鈍温度により適宜定まる温度である。また、目標焼鈍温度は、所望の材料特性により定めることができる。
Ac3(℃)=910−203√C(%)−30Mn(%)+44.7Si(%)+700P(%)+100Al(%)+31.5Mo(%)−11Cr(%)−15.2Ni(%)−20Cu(%)+104V(%)
ただし、式中のM(%)は、元素Mの含有量(質量%)をあらわす。
この条件は本発明のもう一つの重要な条件である。上記焼鈍温度域から500℃までの温度域は、フェライト変態に大きく影響する温度域である。冷却中にフェライト変態が開始するが、このフェライト変態開始温度(フェライト変態温度)が750℃以下である場合には、フェライト変態開始後のフェライト変態の増加が急激となる。このため、冷却後の温度のばらつきによって、TSの焼鈍温度依存性が大きくなる傾向にある。
まず、上記の成分組成に調製された溶鋼から、連続鋳造法または造塊−分塊法でスラブを製造する。ついで、得られたスラブを、冷却後、再加熱したのち、あるいは鋳造後加熱処理を経ずにそのまま、スラブ温度を1100〜1300℃として熱間圧延を行うことが好ましい。なお、スラブを再加熱する場合は、スラブ温度はスラブ加熱温度ともいう。スラブを加熱する場合には、スラブ加熱温度を1100〜1300℃とし、スラブ中に析出したTiおよびNbの炭窒化物を溶解させる。熱間圧延は、仕上げ圧延温度を800〜950℃として行うことが好ましい。次いで、フェライト相とパーライト相の2相からなるバンド状組織の生成を抑制するため、仕上げ圧延温度〜750℃の温度域を平均冷却速度:5〜200℃/秒として冷却して巻取り、熱延板とすることが好ましい。次いで得られた熱延板を酸洗後、冷間圧延により所望の板厚の冷延板とする。冷間圧延の圧下率は、組織の均一化のために30%以上とすることが望ましい。次いで、得られた冷延板に焼鈍を施す。焼鈍工程では、上記したように、T℃以上(T+40℃)以下の温度域に加熱して、該温度域で10〜500秒保持し、次いでV℃/秒で500℃以下に冷却する。
以下、上記した好ましい製造条件の詳細について説明する。
鋼スラブを一旦冷却した場合、加熱する前の段階で存在している粗大なTi系析出物やNb系析出物は、最終的に得られる鋼板内でも粗大な析出物として存在する。このような粗大な析出物が存在すると、冷間圧延後の焼鈍時にオーステナイト平均粒径を安定して3μm以下とすることが困難となる。このため、鋼スラブの鋳造時に析出したTi系析出物やNb系析出物を熱間圧延前に再溶解させる必要があり、スラブ温度を1100℃以上とし、鋼スラブ中の粗大な析出物を溶解する。また、スラブ表層をスケールとして除去することにより、スラブ表層の気泡、偏析などの欠陥を除去し、鋼板表面の亀裂、凹凸を減少し、平滑な鋼板表面を達成する観点からは、熱間圧延前のスラブ温度は1150℃以上とすることが好ましい。一方、スラブ温度が1300℃を超えると、オーステナイト粒の粗大化を引き起こし、焼鈍時にオーステナイト平均粒径を安定して3μm以下とすることが困難となる。したがって、スラブ温度は1100℃以上1300℃以下の範囲とした。
仕上げ圧延温度が800℃未満では、熱間時の負荷荷重が大きく、安定した熱間圧延が困難である。一方、仕上げ圧延温度が950℃を超えると、酸化物(スケール)の生成量が急激に増大する。このため、地鉄−酸化物界面が荒れて酸洗後の鋼板表面の凹凸が大きくなり、酸洗、冷間圧延後の表面品質が劣化する傾向にある。また、酸洗後にスケールの取れ残りなどが存在しやすくなり、鋼板の表面性状に悪影響を及ぼす。従って、仕上げ圧延温度は800℃以上950℃以下とした。仕上げ圧延温度は、850℃以上930℃以下とすることが好ましい。
仕上げ圧延温度から750℃までの温度域での平均冷却速度が5℃/秒未満であると、熱間圧延後に再結晶、粒成長して熱延板組織が粗大化すると共に、フェライトとパーライトが層状に形成されたバンド状組織となる。このようなバンド状組織を有する熱延板を冷間圧延し焼鈍すると、成分の濃度ムラが生じた状態で熱処理(焼鈍)されるため、焼鈍時のオーステナイト粒径が不均一となり、焼鈍時のオーステナイト平均粒径を安定して3μm以下とすることが困難となる。このため、仕上げ圧延温度〜750℃の温度域での平均冷却速度は5℃/秒以上とした。一方、当該温度域における平均冷却速度が200℃/秒を超えても効果は飽和する傾向にあるので、当該温度域における平均冷却速度は5℃/秒以上200℃/秒以下の範囲とした。
得られた熱延板には、常法に従い酸洗を施し、次いで所望の板厚まで冷間圧延を行う。酸洗の条件については、特に制限は無く、塩酸での酸洗など、従来公知の方法に従って行えばよい。冷間圧延についても特に制限は無く、従来公知の方法に従って行えばよい。なお、冷間圧延の圧下率は、特に限定するものではないが、組織の均一化のために30%以上とすることが好ましい。
前記のように、T℃以上(T+40℃)以下に加熱して焼鈍する。この際、当該焼鈍温度域における保持時間を10秒以上とすることで、鋼板組織を安定してオーステナイト単相とすることができる。保持時間が10秒未満では焼鈍中にオーステナイト単相にならない場合があり、不均一な組織となり、TSの焼鈍温度依存性が所定の範囲とならない場合がある。一方、長時間焼鈍によりオーステナイト粒(γ粒)は成長し粗大化する傾向にあり、上記の焼鈍温度域における保持時間が500秒を超えると、(T+40℃)での焼鈍において、オーステナイト平均粒径を安定して3μm以下とすることが困難となる。したがって、上記焼鈍温度域での保持時間は、10秒以上500秒以下とした。好ましくは20秒以上300秒以下である。
上記焼鈍に引き続き、前記したように、V℃/秒で500℃以下に冷却する。すなわち、(T+40℃)から500℃までの冷却においてフェライト変態が750℃超で開始する速度Vで少なくとも500℃まで冷却する。なお、500℃以下の冷却に関しては、特に限定する必要は無く、例えば室温まで該冷却速度で冷却してもよいし、室温〜500℃の所定温度まで該冷却速度で冷却を続けてもよい。また、500℃以下に冷却後、350〜500℃の温度域、好ましくは370〜450℃の温度域に30秒以上保持すると、残留オーステナイトを生成させることができる場合があり、延性が向上するため好ましい。また、350℃未満の温度にいったん冷却した後、350℃以上600℃以下に再加熱すると伸びフランジ性を向上させることができるため好ましい。
以下好ましい鋼組織について説明する。
(1)焼鈍時のオーステナイト平均粒径の確認方法
所定の焼鈍温度で500秒焼鈍を行った鋼板を水焼入れし、飽和ピクリン酸溶液により旧オーステナイト粒界を現出し、旧オーステナイト平均粒径を切断法により求めた。
(2)引張特性
圧延方向を長手方向(引張方向)とするJIS Z 2201に記載の5号試験片を用い、JIS Z 2241に準拠した引張試験を行い評価した。
(3)鋼板の組織
鋼板の圧延方向に平行な断面の1000〜3000倍間の適切な倍率で板厚1/4位置のSEM写真を撮影してフェライト分率、ベイナイト分率を測定した。組織の規定は、フェライト相、ベイナイト相、パーライト相、セメンタイトを目視で判断し、組織分率は、画像解析により求め、これを各々の相の体積分率とした。オーステナイト相は鋼板を板厚1/4位置まで研削した後、化学研磨によりさらに0.1mm研磨した面について、X線回折装置でMoのKα線を用いて、fcc鉄の(200)、(220)、(311)面とbcc鉄の(200)、(211)、(220)面の積分強度を測定し、これらから残留オーステナイトの分率を求め、残留オーステナイトの体積分率とした。残部をマルテンサイト分率とした。すなわち、マルテンサイト体積分率は、組織全体(100%)から、上記したフェライト相、ベイナイト相、パーライト相、セメンタイトおよび残留オーステナイトの体積分率を減じて求めた。
フェライトの平均結晶粒径および硬質相(ベイナイト・オーステナイト・マルテンサイト)の平均粒径は、上記したように、SEMで粒と認識できる領域を一つの粒として切断法により平均粒径を求めた。
析出物のサイズおよび個数は薄膜法により、鋼板の板厚1/4位置のTEM試料を作製し、フェライト部分に析出した析出物を透過法により20万倍〜30万倍の倍率で観察し、フェライト中の析出物粒径および個数を測定した。
所定板厚の鋼板を、幅3mm×長さ10mmに加工し、所定の温度まで加熱し、500秒保持後、1〜100℃/秒の種々の冷却速度で冷却し、冷却中の試験片の熱膨張率を測定し、その変化からフェライト変態開始点を決定した。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.05〜0.30%、Si:0.01〜2.0%、Mn:1.0〜3.5%、P:0.001〜0.040%、S:0.0001〜0.010%、N:0.0001〜0.0060%、Al:0.01〜1.5%を含有し、さらにTi:0.01〜0.20%、Nb:0.01〜0.20%のうちから選ばれた1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼スラブを、スラブ温度:1100〜1300℃、仕上げ圧延温度:800〜950℃として熱間圧延を施した後、仕上げ圧延温度〜750℃の温度域を平均冷却速度:5〜200℃/秒として冷却して巻取り、酸洗し、冷間圧延したのち、焼鈍温度をT℃以上(T+40℃)以下の温度域に加熱して該温度域で10〜500秒保持し鋼組織がオーステナイト単相となり、かつT℃以上(T+40℃)以下の温度域で焼鈍した際の引張強度の最小値と最大値の差が40MPa以下になるように焼鈍し、次いでV℃/秒で500℃以下に冷却することを特徴とする引張強度が980MPa以上の高強度鋼板の製造方法;ただし、TはT≧Ac3点かつ(T+40℃)での焼鈍においてオーステナイト平均粒径が3μm以下となり、かつT℃以上(T+40℃)以下の温度域で焼鈍した際の引張強度の最小値と最大値の差が40MPa以下になる温度であり、Vは(T+40℃)から500℃までの冷却においてフェライト変態が750℃超で開始する速度である。
- 前記鋼スラブが、さらに、質量%で、B:0.0001〜0.01%、Mo:0.005〜1.00%、Cr:0.005〜2.00%、Ni:0.005〜2.00%、Cu:0.005〜2.00%、V:0.005〜1.00%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成を有することを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板の製造方法。ただし、C:0.12質量%、Si:0.01質量%、Mn:2.49質量%、P:0.012質量%、S:0.003質量%、Al:0.034質量%、N:0.0028質量%、Ti:0.075質量%、Nb:0.043質量%、Mo:0.30質量%を除く。
- 前記鋼スラブが、さらに、質量%で、Ca:0.001〜0.01%、REM:0.001〜0.01%のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成を有することを特徴とする請求項1または2に記載の高強度鋼板の製造方法。
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