JP7537634B2 - 鋼板、部材およびそれらの製造方法 - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
また、本発明は、前記の鋼板を素材とする部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、高い降伏応力YSと、優れたプレス成形性(延性、穴広げ性および曲げ性)と、圧壊時の耐破断特性(曲げ破断特性および軸圧壊特性)を有するとは、以下を満たすことを指す。
(A)1180MPa≦TS<1320MPaの場合、750MPa≦YS
(B)1320MPa≦TSの場合、850MPa≦YS
(A)1180MPa≦TS<1320MPaの場合、12.0%≦El
(B)1320MPa≦TSの場合、10.0%≦El
その結果、鋼板の素地鋼板の成分組成を適正に調整し、かつ、鋼板の該素地鋼板の鋼組織は、フェライトの面積率:57.0%以下、ベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率:40.0%以上90.0%以下、残留オーステナイトの面積率:3.0%以上10.0%以下、フレッシュマルテンサイトの面積率:10.0%以下であり、焼戻しマルテンサイトの面積率をベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率で除した値が0.70以上であり、さらに、V-VDA曲げ試験を最高荷重点まで行い、V曲げ稜線部およびVDA曲げ稜線部において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数(硬質相と軟質相の境界のボイド数と硬質相の破壊により形成されたボイド数)を全ボイド数で除した値が0.60以下であり、V曲げ平坦部およびVDA曲げ稜線部において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数(硬質相と軟質相の境界のボイド数と硬質相の破壊により形成されたボイド数)を全ボイド数で除した値が0.20以下であり、炭化物の重心の平均自由行程を0.20μm以上とすることにより、TS:1180MPa以上であり、かつ、高いYSと、優れたプレス成形性(延性、穴広げ性および曲げ性)と、圧壊時の耐破断特性(曲げ破断特性および軸圧壊特性)を有する鋼板が得られることを知見した。
本発明は、前記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
[1]素地鋼板を備える鋼板であって、前記素地鋼板は、
質量%で、
C:0.050%以上0.400%以下、
Si:0.75%超3.00%以下、
Mn:2.00%以上3.50%未満、
P:0.001%以上0.100%以下、
S:0.0001%以上0.0200%以下、
Al:0.010%以上2.000%以下および
N:0.0100%以下
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、
前記素地鋼板は、
フェライトの面積率:57.0%以下、
ベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率:40.0%以上90.0%以下、
残留オーステナイトの面積率:3.0%以上10.0%以下、
フレッシュマルテンサイトの面積率:10.0%以下、
であり、
焼戻しマルテンサイトの面積率をベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率で除した値が0.70以上である鋼組織を有し、
さらに、V-VDA曲げ試験を最高荷重点まで行い、
V曲げ稜線部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数を全ボイド数で除した値が0.60以下であり、
V曲げ平坦部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数を全ボイド数で除した値が0.20以下であり、
以下の式(1)に示される炭化物の平均自由行程LMが0.20μm以上であり、
引張強さが1180MPa以上である、鋼板。
LM=(dM/2)×(400π/3f)1/3 ・・・式(1)
ここで、LM:炭化物の平均自由行程(μm)、dM:炭化物の平均の円相当直径(μm)、π:円周率、f:全炭化物の体積分率(%)である。
[2]前記素地鋼板の成分組成が、さらに、質量%で、
Nb:0.200%以下、
Ti:0.200%以下、
V:0.200%以下、
B:0.0100%以下、
Cr:1.000%以下、
Ni:1.000%以下、
Mo:1.000%以下、
Sb:0.200%以下、
Sn:0.200%以下、
Cu:1.000%以下、
Ta:0.100%以下、
W:0.500%以下、
Mg:0.0200%以下、
Zn:0.0200%以下、
Co:0.0200%以下、
Zr:0.1000%以下、
Ca:0.0200%以下、
Se:0.0200%以下、
Te:0.0200%以下、
Ge:0.0200%以下、
As:0.0500%以下、
Sr:0.0200%以下、
Cs:0.0200%以下、
Hf:0.0200%以下、
Pb:0.0200%以下、
Bi:0.0200%以下および
REM:0.0200%以下
のうちから選ばれる少なくとも1種を含有する、前記[1]に記載の鋼板。
[3]前記鋼板の片面または両面において最表層として亜鉛めっき層を備える、前記[1]または[2]に記載の鋼板。
[4]鋼板中の全炭化物の中から選択される1つの炭化物Aと、該炭化物A以外の残部炭化物との間隔の標準偏差の平均値σCが、7.50μm以下である、前記[1]~[3]のいずれかに記載の鋼板。
[5]前記素地鋼板は、素地鋼板表面から板厚方向に200μm以下の領域を表層とした際、
前記表層に、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%以下である表層軟質層を有し、
前記素地鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置および板厚方向深さの1/2位置の夫々における板面の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、
前記素地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、前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の全測定数に対して0.10以下であり、
さらに、前記素地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、前記素地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、前記[1]~[4]のいずれかに記載の鋼板。
[6]前記鋼板の片面または両面において、前記素地鋼板の上に形成された金属めっき層を有する、前記[1]~[5]のいずれかに記載の鋼板。
[7]前記[1]~[6]のいずれかに記載の鋼板を用いてなる、部材。
[8]前記[1]または[2]に記載の成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とする、熱延工程と、
該熱延鋼板を酸洗する酸洗工程と、
該酸洗工程後の鋼板を、焼鈍温度:(Ac1+(Ac3―Ac1)×3/4)℃以上900℃以下および焼鈍時間:20秒以上で焼鈍する、焼鈍工程と、
該焼鈍工程後の鋼板を100℃以上300℃以下の第一冷却停止温度まで冷却する、第一冷却工程と、
該第一冷却工程後の鋼板を350℃以上550℃以下の温度域で3秒以上80秒未満保持する、保持工程と、
該保持工程後の鋼板を50℃以下の第二冷却停止温度まで冷却し、
該冷却時、前記鋼板に対して、300℃以上450℃以下の温度域で2.0kgf/mm2以上の張力を一回以上付与し、
その後、
前記鋼板を、1パス当たり直径500mm以上1500mm以下のロールにロール1/4周分接触させながら4パス以上付与する処理、および
前記鋼板を、1パス当たり直径500mm以上1500mm以下のロールにロール1/2周分接触させながら、2パス以上付与する処理を行う、第二冷却工程と、
を含み、あるいはさらに
前記酸洗工程後、且つ前記焼鈍工程前の鋼板に、冷間圧延して冷延鋼板を得る、冷延工程を含む、鋼板の製造方法。
[9]前記保持工程後、かつ前記第二冷却工程前の前記鋼板に亜鉛めっき処理を施し、前記鋼板に亜鉛めっき層を形成する亜鉛めっき工程を含む、前記[8]に記載の鋼板の製造方法。
[10]前記焼鈍工程における焼鈍を、露点-30℃以上の雰囲気下で行う、前記[8]または[9]に記載の製造方法。
[11]前記酸洗工程の後、かつ前記焼鈍工程の前に、前記鋼板の片面または両面において、金属めっきを施し金属めっき層を形成する金属めっき工程を含む、前記[8]~[10]に記載の鋼板の製造方法。
[12]前記[1]~[6]のいずれかに記載の鋼板に、成形加工、接合加工の少なくとも一方を施して部材とする、工程を有する、部材の製造方法。
また、本発明の鋼板を素材とする部材は、高強度であり、かつ、優れた耐衝撃特性を有するので、自動車の衝撃エネルギー吸収部材などに極めて有利に適用することができる。
本発明の鋼板は、素地鋼板を備える鋼板であって、素地鋼板は、質量%で、C:0.050%以上0.400%以下、Si:0.75%超3.00%以下、Mn:2.00%以上3.50%未満、P:0.001%以上0.100%以下、S:0.0001%以上0.0200%以下、Al:0.010%以上2.000%以下およびN:0.0100%以下を含有し、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、素地鋼板は、フェライトの面積率:57.0%以下、ベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率:40.0%以上90.0%以下、残留オーステナイトの面積率:3.0%以上10.0%以下、フレッシュマルテンサイトの面積率:10.0%以下、であり、焼戻しマルテンサイトの面積率をベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率で除した値が0.70以上である鋼組織を有し、さらに、V-VDA曲げ試験を最高荷重点まで行い、V曲げ稜線部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数を全ボイド数で除した値が0.60以下であり、V曲げ平坦部およびVDA曲げ稜線部において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数を全ボイド数で除した値が0.20以下であり、以下の式(1)に示される炭化物の平均自由行程LMが0.20μm以上であり、引張強さが1180MPa以上である。
LM=(dM/2)×(400π/3f)1/3 ・・・式(1)
ここで、LM:炭化物の平均自由行程(μm)、dM:炭化物の平均の円相当直径(μm)、π:円周率、f:全炭化物の体積分率(%)である。
鋼板は、該鋼板の片面または両面において最表層として亜鉛めっき層を有していてもよい。亜鉛めっき層を有する鋼板は、亜鉛めっき鋼板としてもよい。
まず、本発明の一実施形態に従う鋼板の素地鋼板の成分組成について説明する。なお、成分組成における単位はいずれも「質量%」であるが、以下、特に断らない限り、単に「%」で示す。
Cは、フレッシュマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイニティックフェライトおよび残留オーステナイトを適正量生成させて、1180MPa以上の引張強さTSと、高いYSを確保するために有効な元素である。ここで、C含有量が0.050%未満では、フェライトの面積率が増加して、TSを1180MPa以上とすることができない場合がある。また、YSの低下も招く場合もある。
一方、C含有量が0.400%を超えると、穴広げ試験で鋼板に打抜き加工を受けた時またはV-VDA試験でV曲げ加工を受けた時に加工誘起変態によって生成したフレッシュマルテンサイトの硬度が大幅に増加し、その後のボイドの生成および亀裂進展が促進され、所望のλおよびSFmaxを達成できない。
したがって、C含有量は、0.050%以上0.400%以下とする。C含有量は、好ましくは0.100%以上である。また、C含有量は、好ましくは0.300%以下である。
Siは、焼鈍後の冷却保持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。すなわち、Siは、残留オーステナイトの体積率に影響する元素である。ここで、Si含有量が0.75%以下では、残留オーステナイトの体積率が減少し、延性が低下する。
一方、Si含有量が3.00%を超えると、フェライトの面積率が過度に増加し、TSを1180MPa以上とすることができない場合がある。また、YSの低下も招く場合もある。加えて、焼鈍中のオーステナイト中のC濃度が過度に増加し、所望のλおよびSFmaxを達成できない。
したがって、Si含有量は、0.75%超3.00%以下とする。Si含有量は、好ましくは2.00%以下である。
Mnは、ベイニティックフェライトや焼戻しマルテンサイトなどの面積率を調整する元素である。ここで、Mn含有量が2.00%未満では、フェライトの面積率が過度に増加して、TSを1180MPa以上とすることが困難になる。また、YSの低下も招く。
一方、Mn含有量が3.50%以上となると、マルテンサイト変態開始温度Ms(以下単に、Ms点又はMsともいう。)が低下し、第一冷却工程で生成するマルテンサイトが減少する。その結果、第二冷却工程で生成するマルテンサイトが増加し、その時に生成するマルテンサイトが十分に焼戻されず、硬質なフレッシュマルテンサイトの面積率が増加する。フレッシュマルテンサイトが穴広げ試験時、VDA曲げ試験時またはV-VDA曲げ試験時にボイド生成の起点となり、フレッシュマルテンサイトの面積率が10.0%を超えると、所望のλSFmaxを達成できない。また、所望のαを得られない場合もある。
したがって、Mn含有量は、2.00%以上3.50%未満とする。Mn含有量は、好ましくは2.50%以上である。また、Mn含有量は、好ましくは3.20%以下である。
Pは、固溶強化の作用を有し、鋼板のTSおよびYSを上昇させる元素である。このような効果を得るため、P含有量を0.001%以上にする。一方、P含有量が0.100%を超えると、Pが旧オーステナイト粒界に偏析して粒界を脆化させる。そのため、鋼板に打抜き加工を施した後またはV-VDA曲げ試験でV曲げ加工を施した後、ボイドの生成量が増加し、所望のλおよびSFmaxを達成できない。
したがって、P含有量は、0.001%以上0.100%以下とする。P含有量は、好ましくは0.030%以下である。
Sは、鋼中で硫化物として存在する。特に、S含有量が0.0200%を超えると、鋼板に打抜き加工を施した後またはV-VDA曲げ試験でV曲げ加工を施した後、ボイドの生成量が増加し、所望のλおよびSFmaxを達成できない。
したがって、S含有量は0.0200%以下とする。S含有量は、好ましくは0.0080%以下である。また、生産技術上の制約から、S含有量は0.0001%以上とする。
Alは、焼鈍後の冷却保持中の炭化物生成を抑制するとともに、残留オーステナイトの生成を促進する。すなわち、Alは、残留オーステナイトの体積率に影響を及ぼす元素である。このような効果を得るために、Al含有量を0.010%以上とする。
一方、Al含有量が2.000%を超えると、フェライトの面積率が過度に増加して、TSを1180MPa以上とすることが困難になる。また、YSの低下も招く。加えて、焼鈍中のオーステナイト中のC濃度が過度に増加し、所望のλおよびSFmaxを達成できない。
したがって、Alの含有量は、0.010%以上2.000%以下とする。Al含有量は、好ましくは、0.015%以上である。また、Al含有量は、好ましくは1.000%以下である。
Nは、鋼中で窒化物として存在する。特に、N含有量が0.0100%を超えると、鋼板に打抜き加工を施した後またはV-VDA曲げ試験でV曲げ加工を施した後、ボイドの生成量が増加し、所望のλおよびSFmaxを達成できない。
したがって、N含有量は0.0100%以下とする。また、N含有量は、好ましくは0.0050%以下である。なお、N含有量の下限は特に規定しないが、生産技術上の制約から、N含有量は0.0005%以上が好ましい。
Nbは、熱間圧延時や焼鈍時に、微細な炭化物、窒化物または炭窒化物を形成することによって、TSおよびYSを上昇させる。このような効果を得るためには、Nb含有量を0.001%以上とすることが好ましい。Nb含有量は、より好ましくは0.005%以上である。一方、Nb含有量が0.200%を超えると、粗大な析出物や介在物が多量に生成する場合がある。このような場合に、粗大な析出物や介在物が穴広げ試験時、VDA曲げ試験時またはV-VDA曲げ試験時に亀裂の起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Nbを含有させる場合、Nb含有量は0.200%以下が好ましい。Nb含有量は、より好ましくは0.060%以下である。
Tiは、Nbと同様、熱間圧延時や焼鈍時に、微細な炭化物、窒化物または炭窒化物を形成することによって、TSおよびYSを上昇させる。このような効果を得るためには、Ti含有量を0.001%以上とすることが好ましい。Ti含有量は、より好ましくは0.005%以上である。一方、Ti含有量が0.200%超えると、粗大な析出物や介在物が多量に生成する場合がある。このような場合に、粗大な析出物や介在物が穴広げ試験、VDA曲げ試験時またはV-VDA曲げ試験時に亀裂の起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Tiを含有させる場合、Ti含有量は0.200%以下が好ましい。Ti含有量は、より好ましくは0.060%以下である。
Vは、NbやTiと同様、熱間圧延時や焼鈍時に、微細な炭化物、窒化物または炭窒化物を形成することによって、TSおよびYSを上昇させる。このような効果を得るためには、V含有量を0.001%以上とすることが好ましい。V含有量は、より好ましくは0.005%以上である。V含有量は、0.010%以上であることがさらに好ましく、0.030%以上であることがさらにより好ましい。一方、V含有量が0.200%超えると、粗大な析出物や介在物が多量に生成する場合がある。このような場合に、粗大な析出物や介在物が穴広げ試験時、VDA曲げ試験時またはV-VDA曲げ試験時に亀裂の起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxが達成できないおそれがある。したがって、Vを含有させる場合、V含有量は0.200%以下が好ましい。V含有量は、より好ましくは0.060%以下である。
Bは、オーステナイト粒界に偏析することにより、焼入れ性を高める元素である。また、Bは、焼鈍後の冷却時に、フェライトの生成および粒成長を抑制する元素である。このような効果を得るためには、B含有量を0.0001%以上にすることが好ましい。B含有量は、より好ましくは0.0002%以上である。
B含有量は、0.0005%以上であることがさらに好ましく、0.0007%以上であることがさらにより好ましい。
一方、B含有量が0.0100%を超えると、熱間圧延時に鋼板内部に割れが生じるおそれがある。また、鋼板に打抜き加工を施した後またはV-VDA曲げ試験でV曲げ加工を施した後、ボイドの生成量が増加し、所望のλおよびSFmaxを達成できないおそれがある。
したがって、Bを含有させる場合、B含有量は0.0100%以下とすることが好ましい。B含有量は、より好ましくは0.0050%以下である。
Crは、焼入れ性を高める元素であるため、Crの添加により焼戻しマルテンサイトが多量に生成し、1180MPa以上のTSと、高いYSが確保できる。このような効果を得るためには、Cr含有量は0.0005%以上にすることが好ましい。また、Cr含有量は、より好ましくは0.010%以上である。
Crは、0.030%以上であることがさらに好ましく、0.050%以上であることがさらにより好ましい。
一方、Cr含有量が1.000%を超えると、硬質なフレッシュマルテンサイトの面積率が過度に増加し、穴広げ試験、VDA曲げ試験またはV-VDA曲げ試験で、フレッシュマルテンサイトがボイド生成起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Crを含有させる場合、Cr含有量は1.000%以下にすることが好ましい。また、Cr含有量は、より好ましくは0.800%以下、さらに好ましくは0.700%以下である。
Niは、焼入れ性を高める元素であるため、Niの添加により焼戻しマルテンサイトが多量に生成し、1180MPa以上のTSと、高いYSを確保できる。このような効果を得るためには、Ni含有量を0.005%以上にすることが好ましい。Ni含有量は、より好ましくは、0.020%以上である。Ni含有量は、0.040%以上であることがさらに好ましく、0.060%以上であることがさらにより好ましい。
一方、Niの含有量が1.000%を超えると、フレッシュマルテンサイトの面積率が過度に増加し、穴広げ試験、VDA曲げ試験またはV-VDA曲げ試験で、フレッシュマルテンサイトがボイド生成起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Niを含有させる場合、Ni含有量は1.000%以下とすることが好ましい。Ni含有量は、より好ましくは0.800%以下である。
Ni含有量は、0.600%以下であることがさらに好ましく、0.400%以下であることがさらにより好ましい。
Moは、焼入れ性を高める元素であるため、Moの添加により焼戻しマルテンサイトが多量に生成し、1180MPa以上のTSと、高いYSが確保できる。このような効果を得るためには、Mo含有量を0.010%以上にすることが好ましい。Mo含有量は、より好ましくは、0.030%以上である。
一方、Mo含有量が1.000%を超えると、フレッシュマルテンサイトの面積率が過度に増加し、穴広げ試験、VDA曲げ試験またはV-VDA曲げ試験で、フレッシュマルテンサイトがボイド生成起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Moを含有させる場合、Mo含有量は1.000%以下にすることが好ましい。Mo含有量は、より好ましくは0.500%以下であり、さらに好ましくは0.450%以下、さらにより好ましくは0.400%以下である。Mo含有量は、0.350%以下であることがより好ましく、0.300%以下であることがさらにより好ましい。
Sbは、焼鈍中の鋼板表面近傍でのCの拡散を抑制し、鋼板表面近傍における軟質層の形成を制御するために有効な元素である。鋼板表面近傍に軟質層が過度に増加すると、TSを1180MPa以上とすることが困難になる。また、YSの低下も招く。そのため、Sb含有量を0.002%以上とすることが好ましい。Sb含有量は、より好ましくは0.005%以上である。一方、Sb含有量が0.200%を超えると、鋼板表面近傍に軟質層が形成されず、穴広げ性および曲げ性の低下を招くおそれがある。したがって、Sbを含有させる場合、Sb含有量は0.200%以下にすることが好ましい。Sb含有量は、より好ましくは0.020%以下である。
Snは、Sbと同様、焼鈍中の鋼板表面近傍でのCの拡散を抑制し、鋼板表面近傍における軟質層の形成を制御するために有効な元素である。鋼板表面近傍に軟質層が過度に増加すると、TSを1180MPa以上とすることが困難になる。また、YSの低下も招く。そのため、Sn含有量を0.002%以上とすることが好ましい。Sn含有量は、より好ましくは0.005%以上である。
一方、Sn含有量が0.200%を超えると、鋼板表面近傍に軟質層が形成されず、穴広げ性および曲げ性の低下を招くおそれがある。したがって、Snを含有させる場合、Sn含有量は0.200%以下にすることが好ましい。Sn含有量は、より好ましくは0.020%以下である。
Cuは、焼入れ性を高める元素であるため、Cuの添加により焼戻しマルテンサイトが多量に生成し、1180MPa以上のTSと、高いYSが確保できる。このような効果を得るためには、Cu含有量を0.005%以上にすることが好ましい。Cu含有量は、0.008%以上であることがさらに好ましく、0.010%以上であることがさらにより好ましい。Cu含有量は、より好ましくは0.020%以上である。
一方、Cu含有量が1.000%を超えると、フレッシュマルテンサイトの面積率が過度に増加し、粗大な析出物や介在物が多量に生成する場合がある。このような場合に、フレッシュマルテンサイトおよび粗大な析出物や介在物が穴広げ試験、VDA曲げ試験時またはV-VDA曲げ試験時にボイドおよび亀裂の起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Cuを含有させる場合、Cu含有量は1.000%以下とすることが好ましい。Cu含有量は、より好ましくは0.200%以下である。
Taは、Ti、NbおよびVと同様に、熱間圧延時や焼鈍時に、微細な炭化物、窒化物または炭窒化物を形成することによって、TSおよびYSを上昇させる。加えて、Taは、Nb炭化物やNb炭窒化物に一部固溶し、(Nb,Ta)(C,N)のような複合析出物を生成する。これにより、析出物の粗大化を抑制し、析出強化を安定化させる。これにより、TS、YSをさらに向上させる。このような効果を得るためには、Ta含有量を0.001%以上とすることが好ましい。Ta含有量は、0.002%以上であることがさらに好ましく、0.004%以上であることがさらにより好ましい。
一方、Ta含有量が0.100%を超えると、粗大な析出物や介在物が多量に生成する場合がある。このような場合に、粗大な析出物や介在物が穴広げ試験、VDA曲げ試験またはV-VDA曲げ試験時に亀裂の起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Taを含有させる場合、Ta含有量は0.100%以下が好ましい。
Ta含有量は、0.090%以下であることがさらに好ましく、0.080%以下であることがさらにより好ましい。
Wは、焼入れ性を高める元素であるため、Wの添加により焼戻しマルテンサイトが多量に生成し、1180MPa以上のTSと、高いYSが確保できる。このような効果を得るためには、W含有量を0.001%以上とすることが好ましい。W含有量は、より好ましくは0.030%以上である。
一方、W含有量が0.500%を超えると、硬質なフレッシュマルテンサイトの面積率が過度に増加し、穴広げ試験、VDA曲げ試験またはV-VDA曲げ試験で、フレッシュマルテンサイトがボイド生成起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Wを含有させる場合、W含有量は0.500%以下にすることが好ましい。W含有量は、より好ましくは0.450%以下、さらに好ましくは0.400%以下である。W含有量は、0.300%以下であることがさらにより好ましい。
Mgは、硫化物や酸化物などの介在物の形状を球状化し、鋼板の穴広げ性を向上させるために有効な元素である。このような効果を得るためには、Mg含有量を0.0001%以上とすることが好ましい。Mg含有量は、0.0005%以上であることがより好ましく、0.0010%以上であることがさらに好ましい。
一方、Mg含有量が0.0200%を超えると、粗大な析出物や介在物が多量に生成する場合がある。このような場合に、粗大な析出物や介在物が穴広げ試験時、VDA曲げ試験時またはV-VDA曲げ試験時に亀裂の起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Mgを含有させる場合、Mg含有量は0.0200%以下とすることが好ましい。Mg含有量は、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
Znは、介在物の形状を球状化し、鋼板の穴広げ性を向上させるために有効な元素である。このような効果を得るためには、Zn含有量は、0.0010%以上にすることが好ましい。Zn含有量は、0.0020%以上であることがより好ましく、0.0030%以上であることがさらに好ましい。
一方、Zn含有量が0.0200%を超えると、粗大な析出物や介在物が多量に生成する場合がある。このような場合に、粗大な析出物や介在物が穴広げ試験、VDA曲げ試験またはV-VDA曲げ試験時に亀裂の起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxが達成できないおそれがある。したがって、Znを含有させる場合、Zn含有量は0.0200%以下とすることが好ましい。Zn含有量は、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
Coは、Znと同様、介在物の形状を球状化し、鋼板の穴広げ性を向上させるために有効な元素である。このような効果を得るためには、Co含有量は、0.0010%以上にすることが好ましい。Co含有量は、0.0020%以上であることがより好ましく、0.0030%以上であることがさらに好ましい。
一方、Co含有量が0.0200%を超えると、粗大な析出物や介在物が多量に生成する場合がある。このような場合に、粗大な析出物や介在物が穴広げ試験時、VDA曲げ試験時またはV-VDA曲げ試験時に亀裂の起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Coを含有させる場合、Co含有量は0.0200%以下とすることが好ましい。Co含有量は、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
Zrは、ZnおよびCoと同様、介在物の形状を球状化し、鋼板の穴広げ性を向上させるために有効な元素である。このような効果を得るためには、Zr含有量は、0.0010%以上にすることが好ましい。一方、Zr含有量が0.1000%を超えると、粗大な析出物や介在物が多量に生成する場合がある。このような場合に、粗大な析出物や介在物が穴広げ試験時、VDA曲げ試験時またはV-VDA曲げ試験時に亀裂の起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Zrを含有させる場合、Zr含有量は0.1000%以下とすることが好ましい。
Zr含有量は、0.0300%以下であることがより好ましく、0.0100%以下であることがさらに好ましい。
Caは、鋼中で介在物として存在する。ここで、Ca含有量が0.0200%を超えると、粗大な介在物が多量に生成する場合がある。このような場合に、粗大な析出物や介在物が穴広げ試験、VDA曲げ試験時またはV-VDA曲げ試験時に亀裂の起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Caを含有させる場合、Ca含有量は0.0200%以下にすることが好ましい。
Ca含有量は、好ましくは0.0020%以下である。なお、Ca含有量の下限は特に限定されるものではないが、Ca含有量は0.0005%以上が好ましい。また、生産技術上の制約から、Ca含有量は0.0010%以上がより好ましい。
Se、Te、Ge、As、Sr、Cs、Hf、Pb、BiおよびREMはいずれも、鋼板の穴広げ性を向上させるために有効な元素である。このような効果を得るためには、Se、Te、Ge、As、Sr、Cs、Hf、Pb、BiおよびREMの含有量はそれぞれ0.0001%以上にすることが好ましい。
一方、Se、Te、Ge、Sr、Cs、Hf、Pb、BiおよびREMの含有量がそれぞれ0.0200%を超えると、また、Asの含有量がそれぞれ0.0500%を超えると、粗大な析出物や介在物が多量に生成する場合がある。このような場合に、粗大な析出物や介在物が穴広げ試験、VDA曲げ試験またはV-VDA曲げ試験時に亀裂の起点となる、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。したがって、Se、Te、Ge、As、Sr、Cs、Hf、Pb、BiおよびREMのうちの少なくとも1種を含有させる場合、Se、Te、Ge、As、Sr、Cs、Hf、Pb、BiおよびREMの含有量はそれぞれ0.0200%以下、Asの含有量は0.0500%以下とすることが好ましい。
Se含有量は、0.0005%以上であることがより好ましく、0.0008%以上であることがさらに好ましい。Se含有量は、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
Te含有量は、0.0005%以上であることがより好ましく、0.0008%以上であることがさらに好ましい。Te含有量は、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
Ge含有量は、0.0005%以上であることがより好ましく、0.0008%以上であることがさらに好ましい。Ge含有量は、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
As含有量は、0.0010%以上であることがより好ましく、0.0015%以上であることがさらに好ましい。As含有量は、0.0400%以下であることがより好ましく、0.0300%以下であることがさらに好ましい。
Sr含有量は、0.0005%以上であることがより好ましく、0.0008%以上であることがさらに好ましい。Sr含有量は、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
Cs含有量は、0.0005%以上であることがより好ましく、0.0008%以上であることがさらに好ましい。Cs含有量は、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
Hf含有量は、0.0005%以上であることがより好ましく、0.0008%以上であることがさらに好ましい。Hf含有量は、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
Pb含有量は、0.0005%以上であることがより好ましく、0.0008%以上であることがさらに好ましい。Pb含有量は、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
Bi含有量は、0.0005%以上であることがより好ましく、0.0008%以上であることがさらに好ましい。Biは、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
REMは、0.0005%以上であることがより好ましく、0.0008%以上であることがさらに好ましい。REMは、0.0180%以下であることがより好ましく、0.0150%以下であることがさらに好ましい。
なお、本発明でいうREMとは、原子番号21番のスカンジウム(Sc)と原子番号39番のイットリウム(Y)及び、原子番号57番のランタン(La)から71番のルテチウム(Lu)までのランタノイドのことを指す。本発明におけるREM濃度とは、上述のREMから選択された1種または2種以上の元素の総含有量である。
REMとしては、特に限定されないが、Sc、Y、Ce、Laであることが好ましい。
つぎに、本発明の一実施形態に従う鋼板の素地鋼板の鋼組織について説明する。
本発明の一実施形態に従う鋼板の素地鋼板の鋼組織は、フェライトの面積率:57.0%以下、ベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率:40.0%以上90.0%以下、残留オーステナイトの面積率:3.0%以上10.0%以下、フレッシュマルテンサイトの面積率:10.0%以下、であり、焼戻しマルテンサイトの面積率をベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率で除した値が0.70以上であり、さらに、V-VDA曲げ試験を最高荷重点まで行い、V曲げ稜線部およびVDA曲げ稜線部において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数を全ボイド数で除した値が0.60以下であり、V曲げ平坦部およびVDA曲げ稜線部において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数を全ボイド数で除した値が0.20以下であり、炭化物の平均自由行程LMが0.20μm以上である。
軟質なフェライトは延性を向上させる相である。しかし、フェライトの面積率が過度に増加すると、TSを1180MPa以上とすることが困難になる。また、YSの低下も招く。加えて、焼鈍中のオーステナイト中のC濃度が過度に増加し、所望のλおよびSFmaxを達成できない。よって、フェライトの面積率は57.0%以下とする。フェライトの面積率は、好ましくは30.0%以下、より好ましくは20.0%以下である。フェライトの面積率の下限については特に限定されず、0.0%であってもよい。
ベイニティックフェライトおよび焼戻しマルテンサイトは、軟質なフェライトと硬質なフレッシュマルテンサイトなどと比較すると、中間の硬度を有し、良好な穴広げ性、曲げ性、曲げ破断特性および軸圧壊特性を確保するために重要な相である。また、ベイニティックフェライトは、ベイニティックフェライトから未変態オーステナイトへのCの拡散を活用して、適正量の残留オーステナイトを得るためにも有用な相である。焼戻しマルテンサイトは、TSを向上させるのに有効である。そのため、ベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイト(残留オーステナイトを除く)の合計の面積率を40.0%以上とする。ベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイト(残留オーステナイトを除く)の合計の面積率は、好ましくは60.0%以上である。一方、ベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイト(残留オーステナイトを除く)の合計の面積率が過度に増加すると、延性が低下する。そのため、ベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイト(残留オーステナイトを除く)の合計の面積率を90.0%以下とする。ベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイト(残留オーステナイトを除く)の合計の面積率は、好ましくは87.0%以下であり、より好ましくは85.0%以下である。
なお、ベイニティックフェライトとは、比較的に高温域で生成する炭化物の少ない上部ベイナイトである。
良好な延性を得る観点から、残留オーステナイトの面積率は3.0%以上とする。残留オーステナイトの面積率は、好ましくは5.0%以上である。一方、残留オーステナイトの面積率が過度に増加すると、穴広げ試験で鋼板が打抜き加工を受けた時、またはV-VDA試験でV曲げ加工を受けた時、加工誘起変態によって生成したフレッシュマルテンサイトがボイド生成起点となり、所望のλおよびSFmaxを達成できない。よって、残留オーステナイトの面積率を10.0%以下とする。残留オーステナイトの面積率は、好ましくは9.0%以下であり、より好ましくは8.0%以下である。
フレッシュマルテンサイトの面積率が過度に増加すると、穴広げ試験、VDA曲げ試験またはV-VDA曲げ試験で、フレッシュマルテンサイトがボイド生成起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できない。良好な穴広げ性および曲げ性を確保する観点から、フレッシュマルテンサイトの面積率は10.0%以下、好ましくは5.0%以下とする。なお、フレッシュマルテンサイトの面積率の下限については特に限定されず、0.0%であってもよい。
なお、フレッシュマルテンサイトとは、焼入れままの(焼戻しを受けていない)マルテンサイトである。
ベイニティックフェライトから未変態オーステナイトへのCの拡散により、残留オーステナイトの面積率が増加する。残留オーステナイトの面積率を10.0%以下に確保するため、焼戻しマルテンサイトの面積率をベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率で除した値を0.70以上とする。焼戻しマルテンサイトの面積率をベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率で除した値は、好ましくは、0.75以上である。上限は特に限定されず、焼戻しマルテンサイトの面積率をベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率で除した値は、1.00であってもよい。
なお、残部組織としては、特に限定されず、例えば、下部ベイナイトやパーライト、セメンタイトなどの炭化物が挙げられる。なお、残部組織の種類は、例えば、SEM(Scanning Electron Microscope;走査電子顕微鏡)による観察で確認することができる。
すなわち、素地鋼板の圧延方向に平行な板厚断面が観察面となるように、素地鋼板から試料を切り出す。ついで、ダイヤモンドペーストを用いて試料の観察面を鏡面研磨する。ついで、試料の観察面にコロイダルシリカを用いて仕上げ研磨を施したのち、3vol.%ナイタールでエッチングして組織を現出させる。
そして、SEM(Scanning Electron Microscope;走査電子顕微鏡)により、加速電圧:15kV、倍率:5000倍の条件で、試料の観察面の25.6μm×17.6μmの視野を3視野撮影する。
得られた組織画像(図1参照)から、以下のようにして、フェライト、ベイニティックフェライト、焼戻しマルテンサイトおよび硬質相(硬質第二相(残留オーステナイト+フレッシュマルテンサイト))を同定する。
図1中、符号BFはベイニティックフェライトを示し、符号Fはフェライトを示し、符号TMは焼戻しマルテンサイトを示す。また、図1中、θは炭化物を示し、H1は硬質相を示す。
ベイニティックフェライト:黒色から濃い灰色を呈した領域であり、形態は塊状や不定形などである。また、鉄系炭化物を内包しないか、比較的少数内包する。
焼戻しマルテンサイト:灰色を呈した領域であり、形態は不定形である。また、鉄系炭化物を比較的多数内包する。
硬質相(硬質第二相(残留オーステナイト+フレッシュマルテンサイト)):白色から薄い灰色を呈する領域であり、形態は不定形である。また、鉄系炭化物を内包しない。なお、サイズが比較的大きい場合には、他組織との界面から離れるにつれて次第に色が濃くなり、内部は濃い灰色を呈する場合がある。
炭化物:白色を呈する領域であり、形態は点状や線状である。焼戻しマルテンサイト、ベイニティックフェライト、およびフェライトに内包される。
残部組織:上述した下部ベイナイトやパーライトなどが挙げられ、これらの形態等は公知のとおりである。
すなわち、素地鋼板を板厚方向(深さ方向)に板厚の1/4位置まで機械研削した後、シュウ酸による化学研磨を行い、観察面とする。ついで、観察面を、X線回折法により観察する。入射X線にはMoKα線を使用し、bcc鉄の(200)、(211)および(220)各面の回折強度に対するfcc鉄(オーステナイト)の(200)、(220)および(311)各面の回折強度の比を求め、各面の回折強度の比から、残留オーステナイトの体積率を算出する。そして、残留オーステナイトが三次元的に均質であるとみなして、残留オーステナイトの体積率を、残留オーステナイトの面積率とする。
[フレッシュマルテンサイトの面積率(%)]=[硬質第二相の面積率(%)]-[残留オーステナイトの面積率(%)]
[残部組織の面積率(%)]=100.0-[フェライトの面積率(%)]-[ベイニティックフェライトの面積率(%)]-[焼戻しマルテンサイトの面積率(%)]-[硬質第二相の面積率(%)]
本発明の一実施形態に伴う鋼板の素地鋼板では、素地鋼板表面に表層軟質層を有することが好ましい。プレス成形時および車体衝突時に表層軟質層が曲げ割れ進展の抑制に寄与するため、耐曲げ破断特性がさらに向上する。なお、表層軟質層とは、脱炭層を意味し、板厚1/4位置の断面のビッカース硬さに対して、85%以下のビッカース硬さの表層領域のことである。
ここで、表層軟質層は、素地鋼板表面から板厚方向に200μm以下の領域で形成されている。表層軟質層の形成される領域は、素地鋼板表面から板厚方向に、好ましくは150μm以下であり、より好ましくは120μm以下である。なお、表層軟質層の厚さの下限については、特に定めないが、表層軟質層の厚さは、7μm以上であることが好ましく、11μm以上であることがより好ましい。また、表層軟質層は、好ましくは30μm以上であり、より好ましくは40μm以上である。
また、上記のビッカース硬さを測定する素地鋼板の板厚1/4位置は、非表層軟質層(本発明で規定される表層軟質層の硬さの条件を満たさない層)である。
ビッカース硬さは、JIS Z 2244-1(2020)に基づいて、荷重を10gfとして測定する。
素地鋼板表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置および板厚方向深さの1/2位置の夫々における板面の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、素地鋼板表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の板面のナノ硬度が7.0GPa以上の測定数割合が、表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の全測定数に対して0.10以下
本発明において、プレス成形時の優れた曲げ性と衝突時の優れた曲げ破断特性を得るためには、素地鋼板表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置及び板厚方向深さの1/2位置の夫々における板面の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、素地鋼板表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の板面のナノ硬度が7.0GPa以上の測定数割合が、表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の全測定数に対して0.10以下であることが好ましい。ナノ硬度が7.0GPa以上の割合が0.10以下の場合、硬質な組織(マルテンサイトなど)、介在物などの割合が小さいことを意味し、硬質な組織(マルテンサイトなど)、介在物などのプレス成形時および衝突時のボイドの生成や連結、さらには亀裂の進展をより抑制することが可能となり、優れたR/t、αおよびSFmaxが得られる。
本発明において、プレス成形時の優れた曲げ性と衝突時の優れた曲げ破断特性を得るためには、鋼板表面から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、鋼板表面から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以下であることが好ましい。鋼板表面から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、鋼板表面から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以下の場合、ミクロ領域における組織硬度差が小さいことを意味するため、ミクロ領域における組織硬度差が小さいため、プレス成形時および衝突時のボイドの生成・連結および亀裂の進展をより抑制することが可能となり、優れたR/t、αおよびSFmaxが得られる。
素地鋼板表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の板面のナノ硬度の標準偏差σの好ましい範囲は、1.7GPa以下であることが好ましい。素地鋼板表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の板面のナノ硬度の標準偏差σは、より好ましくは、1.3GPa以下である。下限は特に限定されないが、素地鋼板表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の板面のナノ硬度の標準偏差σは、0.5GPa以上としてもよい。
素地鋼板表面から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のより好ましい範囲は、2.1GPa以下である。素地鋼板表面から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は、より好ましくは、1.7GPa以下である。下限は特に限定されないが、素地鋼板表面から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は、0.6GPa以上としてもよい。
めっき層が形成されている場合は、めっき層剥離後、素地鋼板の表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の位置-5μmの位置まで機械研磨を実施し、素地鋼板の表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置までダイヤモンドおよびアルミナでのバフ研磨およびコロイダルシリカ研磨を実施する。ここで、剥離するめっき層は、亜鉛めっき層が形成されている場合は、亜鉛めっき層であり、金属めっき層が形成されている場合は、金属めっき層であり、亜鉛めっき層および金属めっき層が形成されている場合は、亜鉛めっき層および金属めっき層である。
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の条件でナノ硬度を測定する。
次いで、表層軟質層の板厚方向深さの1/2位置まで機械研磨、ダイヤモンドおよびアルミナでのバフ研磨およ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の条件でナノ硬度を測定する。
板厚方向深さの1/4位置で300点以上のナノ硬度を測定し、また、板厚方向深さの1/2位置でも300点以上のナノ硬度を測定する。
例えば、表層軟質層厚さが100μmの場合、1/4位置は表層軟質層の表面から25μm位置となり、1/2位置は表層軟質層の表面から50μm位置となる。この25μm位置で300点以上のナノ硬度を測定し、また、50μm位置でも300点以上のナノ硬度を測定する。
さらに、本発明の一実施形態に伴う鋼板は、素地鋼板の片面または両面の表面上において、金属めっき層(第一めっき層、プレめっき層)(なお、金属めっき層(第一めっき層)は、溶融亜鉛めっき層、合金化溶融亜鉛めっき層の亜鉛めっき層を除く)を有することが好ましい。金属めっき層は金属電気めっき層とすることが好ましく、以下では、金属電気めっき層を例に説明する。
金属電気めっき層が鋼板表面に形成されることで、プレス成形時および車体衝突時に最表層の前記金属電気めっき層が曲げ割れ発生の抑制に寄与するため、耐曲げ破断特性がさらに向上する。
本発明では、露点を-5℃超とすることで、軟質層の厚みをより大きくすることができ、軸圧壊特性を非常に優れたものとすることが可能になる。この点、本発明では、金属めっき層を有することで、露点を-5℃以下とすることで、軟質層厚みが小さくても、軟質層厚みが大きい場合と同等の軸圧壊特性を得られる。
V曲げ平坦部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数(硬質相と軟質相の境界のボイド数と硬質相の破壊により形成されたボイド数)を全ボイド数で除した値:0.20以下
本発明において、上記のボイド制御をすることでV-VDA曲げ試験での高い曲げ破断特性が得られる。鋼板組織中のボイドが硬質相に隣接して生成すると、ボイドが硬質相と軟質相の境界に沿って進展しやすく、最終的にき裂を生じさせる。ボイドが硬質相に隣接しない場合、例えば、炭化物に隣接して生成する時には、ボイドの連結および進展は生じにくいと考えられる。V曲げ稜線部およびVDA曲げ稜線部において、V曲げ時に加工誘起変態によって生成したフレッシュマルテンサイトにより硬質相の面積率が増加する。本発明では、V曲げ稜線部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数(硬質相と軟質相の境界のボイド数と硬質相の破壊により形成されたボイド数)を全ボイド数で除した値を0.60以下とする。好ましくは、この値は0.59以下であり、より好ましくは0.58以下である。下限は特に限定されず、この値は0.00であってもよい。
一方、V曲げ平坦部およびVDA曲げ稜線部においては、硬質相の面積率が比較的少ない。本発明では、V曲げ平坦部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数を全ボイド数で除した値を0.20以下とする。好ましくは、この値は0.19以下であり、より好ましくは0.18以下である。下限は特に限定されず、この値は0.00であってもよい。
本発明で、軟質相は、硬質相以外の相のことを指す。
得られた鋼板から、60mm×65mmの試験片を剪断加工により採取する。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、試験片を準備する。90°曲げ加工(一次曲げ加工)では、図2-1(a)に示すように、V溝を有するダイ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を得る。次に、図2-1(b)に示すように、支持ロールA2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B2を押し込んで直交曲げ(二次曲げ加工)を施す。図2-1(a)および図2-1(b)において、符号D1は幅(C)方向、符号D2は圧延(L)方向を示している。
V-VDA試験を施した際に得られたストローク-荷重曲線の模式図を図3に示す。V-VDA試験を最高荷重点Pまで行い、その後、荷重が最高荷重の94.9~99.9%になる時(図3中、符号R参照)に除荷したサンプルは、V-VDA曲げ試験における評価サンプルとする。
ここで、V曲げ稜線部は、V曲げを施され、幅方向に延設されるV曲げ角部(頂点)から両側5mmまでの範囲の領域を指す。
また、V曲げ平坦部は鋼板中、V曲げ稜線部以外の領域を指す。
VDA曲げ稜線部は、VDA曲げを施され、圧延方向に延設されるVDA曲げ角部(頂点)から両側5mmまでの範囲の領域を指す。
D2方向が紙面に垂直であり、D1方向が紙面に平行である時のL断面ALを図2-3(e)に示す。
本発明で規定する硬質相と接するボイド数を全ボイド数で除した値は、3視野分の周長の0%超が硬質相と接するボイド数(硬質相と軟質相の境界のボイド数と硬質相の破壊により形成されたボイド数の合計)を全ボイド数で除した値を平均することで算出する。この測定は、V-VDA曲げ試験を最大荷重まで行い、その後、荷重が最大荷重の94.9~99.9%(例えば、95%)に到達した時点(図3再参照)で除荷した試験片で行う。
1個のボイドについては、SEM像において、外周が組織に囲まれて、途切れることなく一体形成された島状の領域を1個として測定する。
図4の(a)~(c)は、夫々ボイドを説明するための組織画像の例を示す。図4中、符号H1は硬質相を示し、符号S1は軟質相を示す。また、図4(a)の符号V1は硬質相と軟質相の境界のボイドを示し、図4(b)の符号V2は硬質相の破壊により形成されたボイドを示し、図4(c)の符号V3は炭化物に起因するボイドを示し、符号θは炭化物を示す。
本発明において、図4に示すように(特に、図4(c)参照)、V-VDA曲げを最大荷重まで行った後、鋼板組織におけるボイドの生成は炭化物に起因することもある(符号V3、θ参照)。その際、炭化物の平均自由行程が0.20μm未満となると、炭化物に起因するボイドの間の距離が長くなり、ボイドが生成する箇所に応力が集中し、ボイドが連結しやすくなる。その結果、所望のSFmaxを達成できなくなる。よって、鋼板(V-VDA曲げ試験を行っていない鋼板)において、炭化物の平均自由行程LMを0.20μm以上とする。LMは好ましくは、0.25μm以上であり、より好ましくは、0.30μm以上である。LMは好ましくは、0.50μm以下であり、より好ましくは、0.45μm以下である。
炭化物分布のばらつきは、ボイドの生成および連結に影響を及ぼす。炭化物の間隔の標準偏差の平均値σCが7.50μmを超えると、炭化物に起因するボイドの分布のばらつきが大きくなるため、ボイドが多く生成する箇所に応力が集中し、ボイドが連結しやすくなる。その結果、所望のSFmaxを達成できなくなる。よって、鋼板(V-VDA曲げ試験を行っていない鋼板)において、炭化物の間隔の標準偏差の平均値σCは7.50μm以下とする。σCは好ましくは、7.30μm以下であり、より好ましくは、7.00μm以下である。σCは好ましくは、5.00μm以上であり、より好ましくは、6.00μm以上である。
LM=(dM/2)×((400π/3f)1/3) ・・・式(1)
ここで、LM:炭化物の平均自由行程(炭化物の重心の平均自由行程)、dM:炭化物の平均(数平均)の円相当直径(μm)、π:円周率、f:全炭化物の体積分率(%)である。
n:視野内(25.6μm×17.6μm)の全炭化物の数である。
i:他の炭化物との間隔を測定するための炭化物(全炭化物の中から任意に選択される1つの炭化物A)の番号であり、iのとりうる値は1からnの整数である。
j:炭化物A以外の炭化物の番号であり、jのとりうる値はi以外の1からnの整数である。
dij:i番目の炭化物(炭化物A)とj番目の炭化物の間の間隔(μm)である。
diave:視野内の全炭化物(i番目の炭化物を除く)とi番目の炭化物の距離の平均値(μm)である。
本発明の一実施形態に従う鋼板の引張強さTSは、1180MPa以上である。上限は特に規定しないが、引張強さTSは、1470MPa未満であることが好ましい。
なお、本発明の一実施形態に従う鋼板の降伏応力(YS)、全伸び(El)、限界穴広げ率(λ)、VDA曲げ試験での限界曲げ角度(α)、V-VDA曲げ試験での荷重最大時のストローク(SFmax)および軸圧壊破断有無については上述したとおりである。
本発明の一実施形態に従う鋼板は、最表層として素地鋼板の上(素地鋼板表面上または金属めっき層が形成された場合は金属めっき層表面上)に形成された亜鉛めっき層を有していてもよく、この亜鉛めっき層は、素地鋼板の一方の表面の上のみに設けてもよく、両面の上に設けてもよい。
すなわち、本発明の鋼板は、素地鋼板を有し、該素地鋼板上に第二めっき層(亜鉛めっき層)が形成されていてよく、また、素地鋼板を有し、該素地鋼板上に金属めっき層(第一めっき層(亜鉛めっき層の第二めっき層を除く))と第二めっき層(亜鉛めっき層)とが順に形成されていてもよい。
亜鉛めっき層を有する鋼板は、亜鉛めっき鋼板としてもよい。
すなわち、10質量%塩酸水溶液1Lに対し、Feに対する腐食抑制剤(朝日化学工業(株)製「イビット700BK」(登録商標))を0.6g添加した処理液を調整する。ついで、該処理液に、供試材となる鋼板を浸漬し、亜鉛めっき層を溶解させる。そして、溶解前後での供試材の質量減少量を測定し、その値を、素地鋼板の表面積(めっきで被覆されていた部分の表面積)で除することにより、めっき付着量(g/m2)を算出する。
板厚は、より好ましくは0.8mm超である。板厚は、さらに好ましくは0.9mm以上である。板厚は、より好ましくは1.0mm以上である。板厚は、さらに好ましくは1.2mm以上である。
また、鋼板の板厚は、好ましくは3.5mm以下である。板厚は、より好ましくは2.3mm以下である。
また、本発明の鋼板の板幅は、特に限定されないが、500mm以上とすることが好ましく、750mm以上とすることがより好ましい。また、鋼板の板幅は、1600mm以下とすることが好ましく、1450mm以下とすることがより好ましい。
つぎに、本発明の一実施形態に従う鋼板の製造方法について、説明する。
該保持工程後の鋼板を50℃以下の第二冷却停止温度まで冷却し、該冷却時、鋼板に対して、300℃以上450℃以下の温度域で2.0kgf/mm2以上の張力を一回以上付与し、その後、鋼板を、1パス当たり直径500mm以上1500mm以下のロールにロール1/4周分接触させながら4パス以上付与する処理、および鋼板を、1パス当たり直径500mm以上1500mm以下のロールにロール1/2周分接触させながら、2パス以上付与する処理を行う、第二冷却工程と、を含み、あるいはさらに酸洗工程後、且つ焼鈍工程前の鋼板に、冷間圧延して冷延鋼板を得る、冷延工程を含む。
なお、前記の各温度は、特に説明がない限り、鋼スラブおよび鋼板の表面温度を意味する。
ついで、熱延工程において、鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とする。
熱間圧延は、省エネルギープロセスを適用して行ってもよい。省エネルギープロセスとしては、直送圧延(鋼スラブを室温まで冷却せずに、温片のままで加熱炉に装入し、熱間圧延する方法)または直接圧延(鋼スラブにわずかの保熱を行った後に直ちに圧延する方法)などが挙げられる。
すなわち、鋼スラブを、一旦室温まで冷却し、その後、再加熱してから圧延する。スラブ加熱温度(再加熱温度)は、炭化物の溶解や圧延荷重の低減といった観点から、1100℃以上とすることが好ましい。また、スケールロスの増大を防止するため、スラブ加熱温度は1300℃以下とすることが好ましい。なお、スラブ加熱温度は、鋼スラブ表面の温度を基準とする。
一方、仕上げ圧延温度が950℃を超えると、酸化物(スケール)生成量が多くなる。その結果、地鉄と酸化物の界面が荒れて、酸洗および冷間圧延後の鋼板の表面品質が劣化するおそれがある。また、結晶粒が粗大になることで、鋼板の強度や曲げ性を低下させる原因となるおそれもある。そのため、仕上げ圧延温度は、950℃以上の範囲とすることが好ましい。以上より、仕上げ圧延温度は、800℃以上950℃以上の範囲とすることが好ましい。
粗圧延および仕上げ圧延を含む熱延工程(熱間圧延工程)では、一般的に鋼スラブは粗圧延でシートバーとなり、仕上げ圧延によって熱延鋼板となる。ただし、ミル能力等によってはそのような区分けにこだわらず、所定のサイズになれば問題ない。
熱延工程後の熱延鋼板を酸洗する。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。なお、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。酸洗条件については特に限定されず、常法に従えばよい。
ついで、必要に応じて、熱延鋼板に冷間圧延を施して冷延鋼板とする。冷間圧延は、例えば、タンデム式の多スタンド圧延やリバース圧延等の、2パス以上のパス数を要する多パス圧延により行う。
冷間圧延の圧下率(累積圧下率)は特に限定されないが、20%以上とすることが好ましい。また、冷間圧延の圧下率は80%以下とすることが好ましい。冷間圧延の圧下率が20%未満では、焼鈍工程において鋼組織の粗大化や不均一化が生じやすくなり、最終製品においてTSや曲げ性が低下するおそれがある。一方、冷間圧延の圧下率が80%を超えると、鋼板の形状不良が生じやすくなり、亜鉛めっきの付着量が不均一になるおそれがある。
また、任意に、冷間圧延後に得られた冷延鋼板に酸洗を施してもよい。
本発明の一実施形態においては、熱延工程後(酸洗工程後、また、冷間圧延を施す場合は、酸洗工程後の冷延工程後)、かつ焼鈍工程の前の鋼板の片面もしくは両面において、金属めっきを施し、金属めっき層(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。
例えば、上記のようにして得られた熱延鋼板または冷延鋼板の表面に金属電気めっき処理を施して、焼鈍前金属電気めっき層が少なくとも片面に形成された焼鈍前金属電気めっき鋼板としてもよい。なお、ここでいう金属めっきは、亜鉛めっき(第二めっき)を除く。
金属電気めっき処理方法は特に限定されないが、前述したように素地鋼板上に形成させる金属めっき層としては、金属電気めっき層とすることが好ましいため、金属電気めっき処理を施すことが好ましい。
例えば、Fe系電気めっき浴では硫酸浴、塩酸浴あるいは両者の混合などが適用できる。また、焼鈍前金属電気めっき層の付着量は、通電時間等によって調整することができる。なお、焼鈍前金属電気めっき鋼板とは、金属電気めっき層が焼鈍工程を経ていないことを意味し、金属電気めっき処理前の熱延鋼板、熱延後酸洗処理板または冷延鋼板について予め焼鈍された態様を除外するものではない。
ついで、本発明の一実施形態においては、酸洗工程後(冷間圧延を施す場合は、冷延工程後、金属めっき層(第一めっき層)を形成する金属めっきを施す場合は、金属めっき(第一めっき)工程後、冷間圧延および金属めっきを施す場合は、金属めっき(第一めっき)工程後)、上記のようにして得られた鋼板を、焼鈍温度:(Ac1+(Ac3-Ac1)×3/4)℃以上900℃以下および焼鈍時間:20秒以上で焼鈍する。なお、焼鈍回数は2回以上でもよいが、エネルギー効率の観点から1回が好ましい。
焼鈍温度が(Ac1+(Ac3-Ac1)×3/4)℃未満の場合、フェライトとオーステナイトの二相域での加熱中におけるオーステナイトの生成割合が不十分になる。そのため、焼鈍後にフェライトの面積率が過度に増加して、YSが低下する。加えて、焼鈍中のオーステナイト中のC濃度が過度に増加し、所望のλおよびSFmaxが達成できない。さらに、TSを1180MPa以上とすることが困難になる。
一方、焼鈍温度が900℃を超えると、オーステナイトの粒成長が過度に生じ、MS点が上昇し、炭化物を含む焼戻しマルテンサイトが大量に生成し、3.0%以上の残留オーステナイトを得ることが困難となり、延性が低下する。従って、焼鈍温度は(Ac1+(Ac3―Ac1)×3/4)℃以上900℃以下とする。焼鈍温度は、好ましくは880℃以下である。焼鈍温度は、より好ましくは870℃以下である。また、焼鈍温度は、好ましくは(Ac1+(Ac3―Ac1)×4/5)℃以上であり、より好ましくは(Ac1+(Ac3―Ac1)×5/6)℃以上である。
なお、焼鈍温度は、焼鈍工程での最高到達温度である。
Ac1点(℃)=727.0-32.7×[%C]+14.9×[%Si]+2.0×[%Mn]
Ac3点(℃)=912.0-230×[%C]+31.6×[%Si]-20.4×[%Mn]
ここで、[%C]:C含有量(質量%)、[%Si]:Si含有量(質量%)、[%Mn]:Mn含有量(質量%)である。
焼鈍時間が20秒未満になると、フェライトとオーステナイトの二相域での加熱中におけるオーステナイトの生成割合が不十分になる。そのため、焼鈍後にフェライトの面積率が過度に増加して、YSが低下する。加えて、焼鈍中のオーステナイト中のC濃度が過度に増加し、所望のλおよびSFmaxを達成できない。さらに、TSを1180MPa以上とすることが困難になる。そのため、焼鈍時間は20秒以上とする。焼鈍時間は、好ましくは30秒以上であり、より好ましくは50秒以上である。なお、焼鈍時間の上限は特に限定されないが、焼鈍時間は、900秒以下とすることが好ましく、より好ましくは800秒以下である。焼鈍時間は300秒以下とすることがさらに好ましく、さらにより好ましくは220秒以下である。
なお、焼鈍時間とは、(焼鈍温度-40℃)以上焼鈍温度以下の温度域での保持時間である。すなわち、焼鈍時間には、焼鈍温度での保持時間に加え、焼鈍温度に到達する前後の加熱および冷却における(焼鈍温度-40℃)以上焼鈍温度以下の温度域での滞留時間も含まれる。
本発明の一実施形態においては、焼鈍工程の雰囲気(焼鈍雰囲気)の露点を-30℃とすることが好ましい。焼鈍工程における焼鈍雰囲気の露点を-30℃以上にして焼鈍を行うことで、脱炭反応が促進され、表層軟質層をより深く形成できる。焼鈍工程の焼鈍雰囲気の露点は、より好ましくは-25℃以上、さらにより好ましくは-15℃以上、最も好ましくは-5℃超である。
焼鈍工程の焼鈍雰囲気の露点の上限は特に定めないが、Fe系電気めっき層表面の酸化を好適に防ぎ、亜鉛めっき層を設ける際のめっき密着性を良好にするため、焼鈍工程の焼鈍雰囲気の露点は30℃以下とすることが好ましい。
ついで、上記のようにして焼鈍を施した鋼板を、100℃以上300℃以下の第一冷却停止温度まで冷却する。
第一冷却工程は、後工程である再加熱工程で生成する焼戻しマルテンサイトの面積率および残留オーステナイトの体積率を所定の範囲に制御とするために必要な工程である。ここで、第一冷却停止温度が100℃未満では、当該第一冷却工程において鋼中に存在する未変態オーステナイトが、ほぼ全量マルテンサイトに変態する。これにより、最終的に焼戻しマルテンサイトの面積率が過度に増加し、面積率で3.0%以上の残留オーステナイトを得ることが困難となり、延性が低下する。一方、第二冷却停止温度が300℃を超えると、焼戻しマルテンサイトの面積率が減少し、フレッシュマルテンサイトの面積率が増加する。その結果、穴広げ試験、VDA曲げ試験およびV-VDA曲げ試験で、フレッシュマルテンサイトがボイド生成起点となり、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できない。したがって、第一冷却停止温度は100℃以上300℃以下とする。第一冷却停止温度は、好ましくは120℃以上である。また、第一冷却停止温度は、好ましくは280℃以下である。
第一冷却工程後、鋼板を350℃以上550℃以下の温度域(以下、保持温度域ともいう)で3秒以上80秒未満保持する。
保持温度域での保持時間:3秒以上80秒未満
保持工程では、ベイニティックフェライトが生成するとともに、生成したベイニティックフェライトから該ベイニティックフェライトに隣接する未変態のオーステナイトへのCの拡散が生じる。その結果、所定量の残留オーステナイトの面積率が確保される。
ここで、保持温度が350℃未満であると、焼戻しマルテンサイトの面積率をベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率で除した値を所望の範囲にすることができず、所望のα、SFmaxを得ることができない。また、優れた軸圧壊特性も得られない。
一方、保持温度が550℃超えとなると、残留オーステナイトの面積率が3.0%未満となり、フレッシュマルテンサイトの面積率が10.0%を超え、所望の延性を得られず、さらには、所望の所望のα、SFmaxを得ることができない。また、優れた軸圧壊特性も得られない。
よって、保持温度域は、350℃以上550℃以下とする。保持温度域は、好ましくは360℃以上であり、より好ましくは370℃以上である。保持温度域は、好ましくは530℃以下であり、より好ましくは510℃以下である。
また、保持温度域での保持時間が3秒未満になると、3.0%以上の残留オーステナイトを得ることが困難となり、延性が低下する。
一方、保持温度域での保持時間が80秒以上になると、ベイニティックフェライトの面積率が過度に増加し、YSが低下する。また、ベイニティックフェライトから未変態オーステナイトへのCの拡散が過度に生じ、残留オーステナイトの面積率が10.0%を超え、所望のSFmaxを達成できない。また、所望のλを得られない場合もある。
したがって、保持温度域での保持時間は、3秒以上80秒未満とする。保持温度域での保持時間は、好ましくは5秒以上である。また、保持温度域での保持時間は、好ましくは60秒未満である。なお、保持温度域での保持時間には、めっき工程において溶融亜鉛めっき処理を施した後の当該温度域での滞留時間は含まない。
保持工程後、鋼板に亜鉛めっき処理を施してもよい。亜鉛めっき処理を施すことにより、亜鉛めっき鋼板を得ることができる。亜鉛めっき処理としては、例えば、溶融亜鉛めっき処理や合金化亜鉛めっき処理が挙げられる。
合金化温度が450℃未満では、Zn-Fe合金化速度が遅くなり、合金化が困難となる場合がある。また、合金化温度が450℃未満では、第一冷却工程において生成するマルテンサイトが充分に焼戻されず、フレッシュマルテンサイトの面積率が過度に増加し、所望のλ、αおよびSFmaxを達成できないおそれがある。一方、合金化温度が600℃を超えると、未変態オーステナイトがパーライトへ変態し、TSを1180MPa以上とすることが困難になり、延性が低下する。なお、合金化温度は、より好ましくは510℃以上である。また、合金化温度は、より好ましくは570℃以下である。
ついで、保持工程後の鋼板を、50℃以下の第二冷却停止温度まで冷却する。
そして、上記の張力を付与した後の鋼板を、1パス当たり直径500mm以上1500mm以下のロールにロール1/4周分接触させながら、4パス以上付与する処理、および、鋼板を、1パス当たり直径500mm以上1500mm以下のロールにロール1/2周分接触させながら、2パス以上付与する処理を行う。
上記のように鋼板に対して、2.0kgf/mm2以上の張力を一回以上付与すること、および、規定のパス数付与することで鋼板組織中に過度に生成した残留オーステナイトが加工誘起変態しマルテンサイトになり、さらに、その後の冷却中に焼戻しマルテンサイトになる。その結果、所望のλおよびSFmaxを達成できる。
上限は特に限定されないが、上記のロール1/4周分接触させながら鋼板に付与するパス数は、好ましくは12パス以下であり、より好ましくは10パス以下である。
上記のロール1/2周分接触させながら鋼板に付与するパス数は、好ましくは3パス以上であり、より好ましくは4パス以上である。
上限は特に限定されないが、上記のロール1/2周分接触させながら鋼板に付与するパス数は、好ましくは6パス以下であり、より好ましくは5パス以下である。
ここで、ロードセルの配置位置は、ロール両端部から200mm位置とすることが好ましい。また、用いるロールの胴長は、1500mm以上とすることが好ましい。また、用いるロールの胴長は、2500mm以下とすることが好ましい。
また、この張力は、好ましくは2.2kgf/mm2以上であり、より好ましくは2.4kgf/mm2以上である。
また、この張力は、好ましくは15.0kgf/mm2以下であり、より好ましくは10.0kgf/mm2以下である。この張力は、さらに好ましくは7.0kgf/mm2以下であり、さらにより好ましくは4.0kgf/mm2以下である。
第二冷却工程の冷却条件は特定に限定されず、常法に従えばよい。冷却方法としては、例えば、ガスジェット冷却、ミスト冷却、ロール冷却、水冷および空冷などを適用することができる。
また、表面の酸化防止の観点から、50℃以下まで冷却することが好ましく、より好ましくは室温まで冷却する。平均冷却速度は、例えば、1℃/秒以上50℃/秒以下が好適である。ここで、平均冷却速度は「(冷却開始温度(℃)-第二冷却停止温度(℃)」/冷却時間(s)」により算出できる。
つぎに、本発明の一実施形態に従う部材について、説明する。
本発明の一実施形態に従う部材は、上記の鋼板を用いてなる(素材とする)部材である。例えば、素材である鋼板に、成形加工、接合加工の少なくとも一方を施して部材とする。
ここで、上記の鋼板は、TS:1180MPa以上であり、かつ、高いYSと、優れたプレス成形性(延性、穴広げ性および曲げ性)と、圧壊時の耐破断特性(曲げ破断特性および軸圧壊特性)を有する。そのため、本発明の一実施形態に従う部材は、高強度であり、かつ、耐衝撃特性にも優れている。したがって、本発明の一実施形態に従う部材は、自動車分野で使用される衝撃エネルギー吸収部材に適用して特に好適である。
つぎに、本発明の一実施形態に従う部材の製造方法について、説明する。
本発明の一実施形態に従う部材の製造方法は、上記の鋼板(例えば、上記の鋼板の製造方法により製造された鋼板)に、成形加工、接合加工の少なくとも一方を施して部材とする工程を有する。
ここで、成形加工方法は、特に限定されず、例えば、プレス加工等の一般的な加工方法を用いることができる。また、接合加工方法も、特に限定されず、例えば、スポット溶接、レーザー溶接、アーク溶接等の一般的な溶接や、リベット接合、かしめ接合等を用いることができる。なお、成形条件および接合条件については特に限定されず、常法に従えばよい。
表1に示す計算変態点Ac1点(℃)およびAc3点(℃)は次式により計算する:
Ac1点(℃)=727.0-32.7×[%C]+14.9×[%Si]+2.0×[%Mn]
Ac3点(℃)=912.0-230×[%C]+31.6×[%Si]-20.4×[%Mn]
ここで、[%C]:C含有量(質量%)、[%Si]:Si含有量(質量%)、[%Mn]:Mn含有量(質量%)である。
なお、表5、表8中にNo.60~No.105の鋼板について第一めっき工程(金属めっき工程)の有無、金属めっき工程における処理を行う場合のめっき種を示す。表6、表9中にNo.60~No.105の鋼板について表層軟質層の厚み、金属めっき付着量、表層軟質層の硬度分布を示す。
亜鉛めっき付着量は、GIを製造する場合は、片面あたり45~72g/m2とし、GAを製造する場合は、片面あたり45g/m2とした。
なお、最終的に得られた亜鉛めっき鋼板の亜鉛めっき層の組成は、GIでは、Fe:0.1~1.0質量%、Al:0.2~0.33質量%を含有し、残部がZnおよび不可避的不純物であった。また、GAでは、Fe:8.0~12.0質量%、Al:0.1~0.23質量%を含有し、残部がZnおよび不可避的不純物であった。
また、亜鉛めっき層はいずれも、素地鋼板の両面に形成した。
表4、表7、表10中、*1はV曲げ稜線部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数(硬質相と軟質相の境界のボイド数と硬質相の破壊により形成されたボイド数)を全ボイド数で除した値、*2はV曲げ平坦部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数(硬質相と軟質相の境界のボイド数と硬質相の破壊により形成されたボイド数)を全ボイド数で除した値である。
〇(合格):1180MPa以上
×(不合格):1180MPa未満
〇(合格):
(A)1180MPa≦TS<1320MPaの場合、750MPa≦YS
(B)1320MPa≦TSの場合、850MPa≦YS
×(不合格):
(A)1180MPa≦TS<1320MPaの場合、750MPa>YS
(B)1320MPa≦TSの場合、850MPa>YS
〇(合格):
(A)1180MPa≦TS<1320MPaの場合、12.0%≦El
(B)1320MPa≦TSの場合、10.0%≦El
×(不合格):
(A)1180MPa≦TS<1320MPaの場合、12.0%>El
(B)1320MPa≦TSの場合、10.0%>El
〇(合格):30%以上
×(不合格):30%未満
〇(合格):80°以上
×(不合格):80°未満
〇(合格):26.0mm以上
×(不合格):26.0mm未満
A(合格):軸圧壊試験後のサンプルに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割れが2箇所以下観察された
C(合格):軸圧壊試験後のサンプルに割れが3箇所以下観察された
D(不合格):軸圧壊試験後のサンプルに割れが4箇所以上観察された、または軸圧壊試験後のサンプルが破断した
引張試験は、JIS Z 2241(2011)に準拠して行った。すなわち、得られた鋼板から、長手方向が素地鋼板の圧延方向に対して直角となるようにJIS5号試験片を採取した。採取した試験片を用いて、クロスヘッド速度が10mm/minの条件で引張試験を行い、TS、YSおよびElを測定した。結果を表4、表7、表10に示す。
穴広げ試験は、JIS Z 2256(2020)に準拠して行った。すなわち、得られた鋼板から、100mm×100mmの試験片を剪断加工により採取した。該試験片に、クリアランスを12.5%として直径10mmの穴を打ち抜いた。ついで、内径:75mmのダイスを用いて穴の周囲にしわ押さえ力:9ton(88.26kN)を加え、頂角:60°の円錐ポンチを穴に押し込み、亀裂発生限界(亀裂発生時)における試験片の穴の直径を測定した。そして、次式により、限界穴広げ率:λ(%)を求めた。なお、λは、伸びフランジ性を評価する指標となるものである。結果を表4、表7、表10に示す。
λ(%)={(Df-D0)/D0}×100
ここで、
Df:亀裂発生時の試験片の穴の直径(mm)
D0:初期の試験片の穴の直径(mm)
である。
VDA曲げ試験は、ドイツ自動車工業会で規定されたVDA規格(VDA238-100)に準拠する曲げ試験で行った。
具体的には、得られた鋼板から、70mm×60mmの試験片を剪断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。
該試験片に以下の条件で、VDA曲げ試験を行った。
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
曲げ方向:圧延直角(C)方向
この際に、上方からの押し曲げ治具からの荷重Fが最大となる時の、板状試験片の中央部の曲げ外側の角度を限界曲げ角度(°)として測定する。上記VDA曲げ試験を3回実施した際の当該荷重最大時の限界曲げ角度の平均値をα(°)とする。結果を表4、表7、表10に示す。
V-VDA曲げ試験は以下のようにして行った。
得られた鋼板から、60mm×65mmの試験片を剪断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2-1(a)に示すように、V溝を有するダイ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2-1(b)に示すように、支持ロールA2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B2を押し込んで直交曲げ(二次曲げ加工)を施した。図2-1(a)および図2-1(b)において、符号D1は幅(C)方向、符号D2は圧延(L)方向を示している。
V-VDA曲げ試験(V曲げ+直交VDA曲げ試験)におけるV曲げの条件は、以下のとおりである。
試験方法:ダイ支持、パンチ押し込み
成型荷重:10t
試験速度:30mm/min
保持時間:5s
曲げ方向:圧延(L)方向
V-VDA曲げ試験におけるVDA曲げの条件は、以下のとおりである。
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
上記VDA曲げを施した際に得られるストローク-荷重曲線において、荷重最大時のストロークを求める。上記V-VDA曲げ試験を3回実施した際の当該荷重最大時のストロークの平均値をSFmax(mm)とする。結果を表4、表7、表10に示す。
得られた鋼板から、160mm×200mmの試験片を剪断加工により採取した。ここで、160mmの辺は圧延(L)方向に平行である。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5-1(a)および図5-1(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×200mm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5-1(a)および図5-1(b)に示すような試験用部材30を作製した。図5-1(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5-1(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5-1(b)に示すように、鋼板の端部と溶接部が10mm、溶接部間が45mmの間隔となるようにした。次に、図5-2(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5-2(c)に示すように、圧壊方向D3は、試験用部材30の長手方向と平行な方向とした。
圧壊後のサンプルを上記の要領で評価し、結果を表4、表7、表10に示す。
一方、板厚1.2mm以下の鋼板のVDA曲げ試験、V-VDA曲げ試験および軸圧壊試験では、板厚の影響が小さいため、研削処理無しで試験を行った。
プレス成形時の優れた曲げ性と衝突時の優れた曲げ破断特性を得るためには、素地表層から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置および板厚方向深さの1/2位置の夫々における板面の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、素地鋼板表面から表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の板面のナノ硬度が7.0GPa以上の測定数が、板厚方向深さの1/4位置の全測定数に対して0.10以下であることがより好ましい。ナノ硬度が7.0GPa以上の割合が0.10以下の場合、硬質な組織(マルテンサイトなど)、介在物などの割合が小さいことを意味するため、硬質な組織(マルテンサイトなど)、介在物などのプレス成形時および衝突時のボイドの生成・連結および亀裂の進展をより抑制することが可能となり、優れたR/tおよびSFmaxが得られた。
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。
なお、上記の剥離するめっき層とは、亜鉛めっき層が形成されている場合は、亜鉛めっき層であり、金属めっき層が形成されている場合は、金属めっき層であり、亜鉛めっき層および金属めっき層が形成されている場合は、亜鉛めっき層および金属めっき層である。
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。
表4、表7、表10に示したように、発明例ではいずれも、引張強さ(TS)、降伏応力(YS)、全伸び(El)、限界穴広げ率(λ)、VDA曲げ試験での限界曲げ角度(α)、V-VDA曲げ試験での荷重最大時のストローク(SFmax)の全てが合格であり、軸圧壊試験での破断はなかった。
一方、比較例では、引張強さ(TS)、降伏応力(YS)、全伸び(El)、限界穴広げ率(λ)、VDA曲げ試験での限界曲げ角度(α)、V-VDA曲げ試験での荷重最大時のストローク(SFmax)、軸圧壊試験での破断有無の少なくとも1つが十分ではなかった。
なお、表5~10において、露点が-30℃以上-5℃以下の範囲では、軟質層厚さが11μm未満となり、軸圧壊試験での破断(外観割れ)の判定は「B」であるものもあるが、軟質層厚さが11μm未満の場合でも金属めっき層を有する場合は、軸圧壊試験での破断(外観割れ)の判定は「A」であった。
20 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
B1 パンチ
B2 パンチ
D1 幅(C)方向
D2 圧延(L)方向
D3 圧壊方向
T1 試験片
T2 試験片
P 最高荷重点
R 最高荷重点からストロークを増加していき、荷重が最高荷重の94.9~99.9%となる領域
AB VDA曲げ外側の曲げ頂点部の鋼板表面から0~100μm領域
AL V曲げ稜線部およびVDA曲げ稜線部の重複領域におけるL断面
F フェライト
BF ベイニティックフェライト
TM 焼戻しマルテンサイト
θ 炭化物
H1 硬質相(硬質第二相)
S1 軟質層
V1 硬質相と軟質相の境界のボイド
V2 硬質相の破壊により生じたボイド
V3 炭化物に起因するボイド
Claims (10)
- 素地鋼板を備える鋼板であって、前記素地鋼板は、
質量%で、
C:0.050%以上0.400%以下、
Si:0.75%超3.00%以下、
Mn:2.00%以上3.50%未満、
P:0.001%以上0.100%以下、
S:0.0001%以上0.0200%以下、
Al:0.010%以上2.000%以下および
N:0.0100%以下
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、
前記素地鋼板は、
フェライトの面積率:57.0%以下、
ベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率:40.0%以上90.0%以下、
残留オーステナイトの面積率:3.0%以上10.0%以下、
フレッシュマルテンサイトの面積率:10.0%以下、
であり、
焼戻しマルテンサイトの面積率をベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率で除した値が0.70以上である鋼組織を有し、
さらに、V-VDA曲げ試験を最高荷重点まで行い、
V曲げ稜線部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数を全ボイド数で除した値が0.60以下であり、
V曲げ平坦部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数を全ボイド数で除した値が0.20以下であり、
以下の式(1)に示される炭化物の平均自由行程LMが0.20μm以上であり、
引張強さが1180MPa以上である、鋼板。
LM=(dM/2)×(400π/3f)1/3 ・・・式(1)
ここで、LM:炭化物の平均自由行程(μm)、dM:炭化物の平均の円相当直径(μm)、π:円周率、f:全炭化物の体積分率(%)である。 - 前記素地鋼板の成分組成が、さらに、質量%で、
Nb:0.200%以下、
Ti:0.200%以下、
V:0.200%以下、
B:0.0100%以下、
Cr:1.000%以下、
Ni:1.000%以下、
Mo:1.000%以下、
Sb:0.200%以下、
Sn:0.200%以下、
Cu:1.000%以下、
Ta:0.100%以下、
W:0.500%以下、
Mg:0.0200%以下、
Zn:0.0200%以下、
Co:0.0200%以下、
Zr:0.1000%以下、
Ca:0.0200%以下、
Se:0.0200%以下、
Te:0.0200%以下、
Ge:0.0200%以下、
As:0.0500%以下、
Sr:0.0200%以下、
Cs:0.0200%以下、
Hf:0.0200%以下、
Pb:0.0200%以下、
Bi:0.0200%以下および
REM:0.0200%以下
のうちから選ばれる少なくとも1種を含有する、請求項1に記載の鋼板。 - 以下の(A)、(B)、(C)および(D)のうちから選ばれる1つ以上を満たす、請求項1に記載の鋼板。
(A)前記鋼板の片面または両面において最表層として亜鉛めっき層を備える。
(B)鋼板中の全炭化物の中から選択される1つの炭化物Aと、該炭化物A以外の残部炭化物との間隔の標準偏差の平均値σCが、7.50μm以下である。
(C)前記素地鋼板は、素地鋼板表面から板厚方向に200μm以下の領域を表層とした際、
前記表層に、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%以下である表層軟質層を有し、
前記素地鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置および板厚方向深さの1/2位置の夫々における板面の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、
前記素地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、前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の全測定数に対して0.10以下であり、
さらに、前記素地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、前記素地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。
(D)前記鋼板の片面または両面において、前記素地鋼板の上に形成された金属めっき層を有する。 - 以下の(A)、(B)、(C)および(D)のうちから選ばれる1つ以上を満たす、請求項2に記載の鋼板。
(A)前記鋼板の片面または両面において最表層として亜鉛めっき層を備える。
(B)鋼板中の全炭化物の中から選択される1つの炭化物Aと、該炭化物A以外の残部炭化物との間隔の標準偏差の平均値σCが、7.50μm以下である。
(C)前記素地鋼板は、素地鋼板表面から板厚方向に200μm以下の領域を表層とした際、
前記表層に、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%以下である表層軟質層を有し、
前記素地鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置および板厚方向深さの1/2位置の夫々における板面の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、
前記素地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、前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の全測定数に対して0.10以下であり、
さらに、前記素地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、前記素地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。
(D)前記鋼板の片面または両面において、前記素地鋼板の上に形成された金属めっき層を有する。 - 請求項1~4のいずれかに記載の鋼板を用いてなる、部材。
- 請求項1または2に記載の成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とする、熱延工程と、
該熱延鋼板を酸洗する酸洗工程と、
該酸洗工程後の鋼板を、焼鈍温度:(Ac1+(Ac3-Ac1)×3/4)℃以上900℃以下および焼鈍時間:20秒以上で焼鈍する、焼鈍工程と、
該焼鈍工程後の鋼板を100℃以上300℃以下の第一冷却停止温度まで冷却する、第一冷却工程と、
該第一冷却工程後の鋼板を350℃以上550℃以下の温度域で3秒以上80秒未満保持する、保持工程と、
該保持工程後の鋼板を50℃以下の第二冷却停止温度まで冷却し、
該冷却時、前記鋼板に対して、300℃以上450℃以下の温度域で2.0kgf/mm2以上の張力を一回以上付与し、
その後、
前記鋼板を、1パス当たり直径500mm以上1500mm以下のロールにロール1/4周分接触させながら4パス以上付与する処理、および
前記鋼板を、1パス当たり直径500mm以上1500mm以下のロールにロール1/2周分接触させながら、2パス以上付与する処理を行う、第二冷却工程と、
を含み、あるいはさらに、以下の(a)、(b)および(c)から選ばれる1つ以上を満たし、
素地鋼板を備え、前記素地鋼板は、フェライトの面積率:57.0%以下、ベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率:40.0%以上90.0%以下、残留オーステナイトの面積率:3.0%以上10.0%以下、フレッシュマルテンサイトの面積率:10.0%以下、であり、焼戻しマルテンサイトの面積率をベイニティックフェライトと焼戻しマルテンサイトの合計の面積率で除した値が0.70以上である鋼組織を有し、さらに、V-VDA曲げ試験を最高荷重点まで行い、V曲げ稜線部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数を全ボイド数で除した値が0.60以下であり、V曲げ平坦部およびVDA曲げ稜線部の重複領域において、全ボイドのうち、硬質相と接するボイドの数を全ボイド数で除した値が0.20以下であり、以下の式(1)に示される炭化物の平均自由行程L M が0.20μm以上であり、引張強さが1180MPa以上である、鋼板の製造方法。
(a)前記酸洗工程後、かつ前記焼鈍工程前の鋼板に、冷間圧延して冷延鋼板を得る、冷延工程を含む。
(b)前記保持工程後、かつ前記第二冷却工程前の前記鋼板に亜鉛めっき処理を施し、前記鋼板に亜鉛めっき層を形成する亜鉛めっき工程を含む。
(c)前記酸洗工程の後、かつ前記焼鈍工程の前に、前記鋼板の片面または両面において、金属めっきを施し金属めっき層を形成する金属めっき工程を含む。
L M =(d M /2)×(400π/3f) 1/3 ・・・式(1)
ここで、L M :炭化物の平均自由行程(μm)、d M :炭化物の平均の円相当直径(μm)、π:円周率、f:全炭化物の体積分率(%)である。 - 前記焼鈍工程における焼鈍を、露点-30℃以上の雰囲気下で行う、請求項6に記載の鋼板の製造方法。
- 鋼板が以下の(A)、(B)、(C)および(D)のうちから選ばれる1つ以上を満たす、請求項6に記載の鋼板の製造方法。
(A)前記鋼板の片面または両面において最表層として亜鉛めっき層を備える。
(B)鋼板中の全炭化物の中から選択される1つの炭化物Aと、該炭化物A以外の残部炭化物との間隔の標準偏差の平均値σ C が、7.50μm以下である。
(C)前記素地鋼板は、素地鋼板表面から板厚方向に200μm以下の領域を表層とした際、
前記表層に、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%以下である表層軟質層を有し、
前記素地鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置および板厚方向深さの1/2位置の夫々における板面の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、
前記素地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、前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の全測定数に対して0.10以下であり、
さらに、前記素地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、前記素地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。
(D)前記鋼板の片面または両面において、前記素地鋼板の上に形成された金属めっき層を有する。 - 鋼板が以下の(A)、(B)、(C)および(D)のうちから選ばれる1つ以上を満たす、請求項7に記載の鋼板の製造方法。
(A)前記鋼板の片面または両面において最表層として亜鉛めっき層を備える。
(B)鋼板中の全炭化物の中から選択される1つの炭化物Aと、該炭化物A以外の残部炭化物との間隔の標準偏差の平均値σ C が、7.50μm以下である。
(C)前記素地鋼板は、素地鋼板表面から板厚方向に200μm以下の領域を表層とした際、
前記表層に、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%以下である表層軟質層を有し、
前記素地鋼板表面から前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置および板厚方向深さの1/2位置の夫々における板面の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、
前記素地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、前記表層軟質層の板厚方向深さの1/4位置の全測定数に対して0.10以下であり、
さらに、前記素地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、前記素地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。
(D)前記鋼板の片面または両面において、前記素地鋼板の上に形成された金属めっき層を有する。 - 請求項1~4のいずれかに記載の鋼板に、成形加工、接合加工の少なくとも一方を施して部材とする工程を含む、部材の製造方法。
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