JP2004137554A

JP2004137554A - 加工性に優れた鋼板及びその製造方法

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Publication number: JP2004137554A
Application number: JP2002303072A
Authority: JP
Inventors: Ken Kimura; 木村　謙; Naoki Yoshinaga; 吉永　直樹; Manabu Takahashi; 高橋　学
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: JP4171281B2

Abstract

【課題】加工性に優れた鋼板とその製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２５超〜０．２５％、Ｓｉ：０．００１〜２．５％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．０５％以下、Ｎ：０．００１〜０．０１０％、Ａｌ：０．００８％未満、Ｂ：０．０００５〜０．０１０％を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、金属組織がフェライト単相であり、平均ｒ値が１．２以上であることを特徴とする加工性に優れた鋼板。また、フェライト粒の平均結晶粒径が１０μｍ以上、フェライト粒のアスペクト比の平均値が０．７５以上１．５未満、降伏比（＝０．２％耐力／引張強さ）が０．４０〜０．６５である鋼板。
【選択図】　　　なし

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及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、本発明の鋼板は、地球環境保全に貢献し得るものと考えられる。また、本発明の鋼板は、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。即ち、鋼板を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、強度が高くなるほど一般的に成形性は劣化し、高強度で成形性が優れた鋼板を得ようとすると、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（例えば、特許文献１参照）。
【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ＣＯ_２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。
【０００５】
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（例えば、特許文献２〜５参照）。しかしながら、特許文献２や、特許文献３開示の鋼板では、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。
【０００６】
また、特許文献４や、特許文献５開示の鋼板では、Ａｌ量が約０．０４％と高く、最終の箱焼鈍時にＡｌＮを析出させてｒ値を向上させる手法を用いている。このように、Ａｌ量が高いためにＡｌクラスターによる表面キズが発生する場合がある。また、最終焼鈍時の適正な加熱速度は、最終冷間圧延圧下率やＡｌ及びＮ量によって異なるため、製造時の温度制御に負荷がかかる等の問題が生じる。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５６−１３９６５４号公報
【特許文献２】
特公昭６１−１００１２号公報
【特許文献３】
特公昭６１−１２９８３号公報
【特許文献４】
特公平１−３７４５６号公報
【特許文献５】
特公平２−２０６９５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高いコストをかけずに、また、操業上の負荷を過度にかけることなく良好なｒ値を有する高強度鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、
（１）　質量％で、
Ｃ　：０．０２５超〜０．２５％
Ｓｉ：０．００１　〜２．５％
Ｍｎ：０．０１〜３．０％
Ｐ　：０．００１〜０．０６％
Ｓ　：０．０５％以下
Ｎ　：０．００１〜０．０１０％
Ａｌ：０．００８％未満
Ｂ　：０．０００５〜０．０１０％
を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、金属組織がフェライト単相であり、平均ｒ値が１．２以上であることを特徴とする加工性に優れた鋼板。
【００１０】
（２）　フェライト粒の平均結晶粒径が１０μｍ以上であることを特徴とする（１）に記載の加工性に優れた鋼板。
【００１１】
（３）　フェライト粒のアスペクト比の平均値が０．７５以上１．５未満であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の加工性に優れた鋼板。
【００１２】
（４）　降伏比（＝０．２％耐力／引張強さ）が０．４０〜０．６５であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の加工性に優れた鋼板。
【００１３】
（５）　Ｚｒ、Ｃｅ、Ｍｇの１種又は２種以上を合計で０．０００１〜０．５質量％含むことを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の加工性に優れた鋼板。
【００１４】
（６）　Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの１種又は２種以上を合計で下記（１）式を満足するように含むことを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の加工性に優れた鋼板。
【００１５】
Ｎ−１４＊（Ｔｉ／４８＋Ｎｂ／９３＋Ｖ／５１）≧０．００１０％…（１）
（７）　Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏの１種又は２種以上を合計で０．００１〜２．５質量％含むことを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の加工性に優れた鋼板。
【００１６】
（８）　Ｃａを０．０００１〜０．０１質量％含むことを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の加工性の優れた鋼板。
【００１７】
（９）　（１）〜（８）の何れかに記載の加工性に優れた鋼板を製造する方法であって、（１）又は（５）〜（８）のいずれかに記載の化学成分を有する鋼を８７０℃以上で熱間圧延を完了し、熱延仕上げ温度から５５０℃までを平均冷却速度で３０℃／ｓ以上で冷却し、５５０℃以下の温度で巻き取り、その後、圧下率３５％以上８５％未満の冷間圧延を施し、次いで、平均加熱速度４〜２００℃／時間で加熱し、最高到達温度を６００〜８５０℃とする焼鈍を行い、５〜１００℃／時間の速度で冷却することを特徴する加工性に優れた鋼板の製造方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１９】
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、０．０２５質量％超の添加とするが、良好な加工性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％とする。０．１０超〜０．１８％が望ましい範囲である。
【００２０】
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良いが、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値を劣化せしめるので、上限を２．５質量％とした。特に加工が厳しい用途にはＳｉ量を低減したほうが好ましいので、上限を０．０５質量％とする。下限を０．００１％としたのは、０．００１％未満とするのが製鋼技術上困難なためである。
【００２１】
Ｍｎ：高強度化に有効であるが、過度の添加はｒ値を劣化させるので、３．０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、０．０１質量％を下限とする。０．０４〜１．５質量％が好ましい。また、よりｒ値を高めたい場合には、Ｍｎ量は低い方が良いので、０．０４〜０．１２質量％の範囲とするのが好ましい。
【００２２】
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、０．０６質量％を上限とする。好ましくは０．０４質量％未満である。
【００２３】
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。
【００２４】
Ｎ：Ｎは本発明においてＢと結合して析出物を生成し、良好なｒ値を得るために重要な元素である。ｒ値向上効果を発揮させるためには０．００１質量％以上の添加が必須であり、０．００１質量％を下限とした。多すぎると時効性を劣化させるため、上限を０．０１０質量％とする。０．００２〜０．００５質量％が、より好ましい範囲である。
【００２５】
Ａｌ：Ａｌの成分範囲は本発明の特徴であり、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）クラスター起因のキズを抑制するためには、Ａｌを極力低減することが好ましい。また、多すぎると、後述のＢの効果を抑制して、逆に加工性を低下させる場合があるため、上限を０．００８質量％未満とする。下限は特に規定はしないが、精錬時に不可避的に混入するレベルを考慮し、０．０００１質量％とすることが好ましい。加工性及び安定製造性の点で、好ましい上限は０．００５質量％未満である。
【００２６】
Ｂ：Ｂは本発明において重要な元素であり、焼鈍時の加熱速度や冷間圧延率等の製造条件によらず安定的に良好なｒ値を得るために、０．０００５質量％以上添加する。ただし、過度に添加すると加工性を低下させたり、再結晶温度の高温化を招くため、上限を０．０１０質量％とする。好ましくは０．０００８〜０．００３５質量％である。
【００２７】
本発明における金属組織はフェライト単相である。本発明における「フェライト単相」とは、母相組織としてマルテンサイト相、ベイナイト相及びオーステナイト相の３相を何れも含まないことを示している。実質的には、フェライト相中に炭化物、窒化物、硫化物等が存在するが、前述の３相を含まないと言う意味でフェライト単相と呼ぶこととする。
【００２８】
本発明によって得られる鋼板の平均ｒ値は１．２以上である。より好ましくは１．４以上である。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又はＪＩＳ５号Ｂ試験片を用いた引張試験を行い、１０％又は１５％引張後の標点間距離の変化と板幅変化からｒ値の定義にしたがって算出すればよい。
【００２９】
ｒ値の上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、製造コストの著しい増加を避けるためには、２．５以下とすることが好ましい。
【００３０】
鋼板を構成するフェライト粒の平均結晶粒径は、１０μｍ以上である。これより小さい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。
【００３１】
なお、測定誤差を低減するためには、結晶粒が１００個以上存在する組織を１０視野以上測定することが好ましい。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。
【００３２】
さらに、フェライト粒のアスペクト比の平均は、０．７５以上１．５未満である。本発明における鋼板は、従来のＡｌＮを活用した鋼板に比べて等軸的であることが特徴である。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。
【００３３】
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。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。
【００３４】
本発明の鋼板の引張試験で評価される降伏比（０．２％耐力／引張強さ）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、０．６５超になる場合がある。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。一方、降伏比は、現状の設備を用いて製造できる下限は０．４０程度であり、０．４０未満とすることが困難であるため、０．４０以上とすることが好ましい。
【００３５】
Ｚｒ、Ｃｅ、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、硫化物や窒化物等の多量の晶出や析出を招き、清浄度を劣化させ、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種又は２種以上の合計を、質量％で０．０００１〜０．５％とする。
【００３６】
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖも必要に応じて添加する。これらは、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種又は２種以上を、合計で下記（１）式を満足するように添加する。下記（１）式を満足しない場合には、十分なｒ値が得られない。
【００３７】
各元素を単独で添加する場合、上限は、下記（１）式より、Ｔｉは０．０３０質量％、Ｎｂは０．０５９質量％、Ｖは０．０３２質量％とすることが好ましい。複合で添加した場合には、下記（１）式を満足する範囲で添加する必要がある。
【００３８】
Ｎ−１４＊（Ｔｉ／４８＋Ｎｂ／９３＋Ｖ／５１）≧０．００１０％…（１）
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種又は２種以上を、合計で０．００１質量％以上添加する。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、上限を２．５質量％とした。
【００３９】
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、質量％で、０．０００１〜０．０１％の範囲で添加する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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良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、１１００℃以上とすることが好ましい。
【００４３】
熱延の仕上げ温度は８７０℃以上で行う。熱延仕上げ温度が８７０℃を下回ると、本発明において最も重要な析出物であるＢＮが熱延中に析出するばかりか、高温で変態した粗大なフェライト粒、さらには、それが加工され再結晶や粒成長により粗大化したフェライトと、比較的低温域で変態した微細フェライト粒とが混在し、不均一な組織となる。
【００４４】
熱延仕上げ温度の上限は特に設けないが、熱延組織を均一にするためには９７０℃以下とすることが好ましい。
【００４５】
熱延仕上げ後の冷却は、５５０℃までの平均冷却速度を３０℃／ｓ以上とする。熱延板における炭化物を可能な限り微細に分散させ、かつ、組織を均一にし、さらに、本発明の最も重要な要件であるＢ及びＮを固溶状態で存在させるためである。このことにより、冷延焼鈍後のｒ値が向上する。
【００４６】
上記の熱延冷却条件は、この観点から決定される。冷却速度が３０℃／ｓ未満となると、結晶粒径が不均一になるばかりでなく、炭化物が粗大化し、ＢＮが析出してしまう。上限は特に設けないが、あまり大きいと極度に硬質となる可能性があるので、１００℃／ｓ以下とすることが好ましい。
【００４７】
巻き取り温度は５５０℃以下とする。巻き取り温度が５５０℃超となると後述するように最適な組織が得られにくく、ｒ値が低下するためである。熱間圧延の１パス以上について潤滑を施しても良い。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良い。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。
【００４８】
巻き取り温度の下限は特に設けないが、熱延板中の固溶Ｃを低減して、良好なｒ値を得るためには、１００℃以上とすることが好ましい。
【００４９】
熱延板の組織として最も好ましいのは、９７％以上のベイナイトによって構成される組織であり、下部ベイナイト組織であればさらに好ましい。ベイナイト単相であれば最良であることは言うまでもない。マルテンサイト単相組織でも良いが、硬質すぎて冷延が困難となる。
【００５０】
フェライト単相又はフェライト、ベイナイト、マルテンサイト、残留オーステナイトのうちの２種類以上からなる複合組織を有する場合でも、従来を超えるｒ値は得られるが、最適とは言えない。
【００５１】
熱間圧延後は酸洗することが望ましい。熱延後の冷間圧延の圧下率は高すぎても低すぎても良好な深絞り性を得るために好ましくないので、３５〜８５％未満とする。３５〜７５％がより好ましい範囲である。
【００５２】
焼鈍は箱焼鈍が基本であるが、下記の要件を満たせばこの限りではない。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。本発明の特徴として、このような広い加熱速度範囲で高いｒ値が得られる。この原因については、現在鋭意研究中であるが、焼鈍の加熱過程でＢＮが析出し、再結晶集合組織を制御するためと考えている。
【００５３】
最高到達温度はｒ値確保の観点から６００〜８５０℃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、８５０℃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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
【実施例】
（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した後、焼鈍を行ない、６時間保持後、１５℃／ｈｒで室温まで冷却した。さらに、１．０％のスキンパスを施した。
【００５８】
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％引張変形後の板幅変化を測定することによって求めた。
【００５９】
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値を有するのに対して、本発明外の例では特性が劣っていた。
【００６０】
【表１】

【００６１】
【表２】

【００６２】
【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

質量％で、
Ｃ　：０．０２５超〜０．２５％
Ｓｉ：０．００１　〜２．５％
Ｍｎ：０．０１〜３．０％
Ｐ　：０．００１〜０．０６％
Ｓ　：０．０５％以下
Ｎ　：０．００１〜０．０１０％
Ａｌ：０．００８％未満
Ｂ　：０．０００５〜０．０１０％
を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、金属組織がフェライト単相であり、平均ｒ値が１．２以上であることを特徴とする加工性に優れた鋼板。
フェライト粒の平均結晶粒径が１０μｍ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。
フェライト粒のアスペクト比の平均値が０．７５以上１．５未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工性に優れた鋼板。
降伏比（＝０．２％耐力／引張強さ）が０．４０〜０．６５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。
Ｚｒ、Ｃｅ、Ｍｇの１種又は２種以上を合計で０．０００１〜０．５質量％含む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。
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖの１種又は２種以上を合計で下記（１）式を満足するように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。
Ｎ−１４＊（Ｔｉ／４８＋Ｎｂ／９３＋Ｖ／５１）≧０．００１０％…（１）
Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏの１種又は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１〜６のいずれか１項に記載の加工性に優れた鋼板。
Ｃａを０．０００１〜０．０１質量％含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の加工性の優れた鋼板。
請求項１〜８の何れか１項に記載の加工性に優れた鋼板を製造する方法であって、請求項１または請求項５〜８のいずれか１項に記載の化学成分を有する鋼を８７０℃以上で熱間圧延を完了し、熱延仕上げ温度から５５０℃までを平均冷却速度３０℃／ｓ以上で冷却し、５５０℃以下の温度で巻き取り、その後、圧下率３５％以上８５％未満の冷間圧延を施し、次いで、平均加熱速度４〜２００℃／時間で加熱し、最高到達温度を６００〜８５０℃とする焼鈍を行い、５〜１００℃／時間の速度で冷却することを特徴する加工性に優れた鋼板の製造方法。