JP4292986B2 - 高張力冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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(1)質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.4%未満、Mn:1.0 〜3.0 %、P:0.08%以下、S:0.01%以下を含み、Al、Nを、Al:0.02%以下、N:0.008〜0.025%の範囲内でかつN含有量とAl含有量との比、N/Alが0.5 以上となるように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼スラブを、スラブ加熱温度:1000℃以上に加熱したのち、粗圧延してシートバーとし、ついで該シートバーに仕上圧延出側温度:800 ℃以上とする仕上圧延を施し熱延板とし、巻取温度:750 ℃以下で巻き取る熱間圧延工程と、該熱延板に冷間圧延を施し冷延板とする冷間圧延工程と、該冷延板にAc1 変態点以上における平均加熱速度を0.5 〜3℃/sとして、( Ac3変態点−50℃)〜( Ac3変態点+ 100℃)の温度範囲の焼鈍温度に加熱した後、平均冷却速度:30〜100 ℃/sで、次(2)式
{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−270 }≦Ts≦{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−70}℃ ………(2)
(ここで、Ts:冷却停止温度(℃)、C、N、Mn、Si:各元素の含有量(質量%))
を満足する冷却停止温度Ts まで冷却し、{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−270 }〜{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−70}℃の温度域で50s以上滞留させる焼鈍工程と、を施すことを特徴とする高張力冷延鋼板の製造方法。
(2)質量%で、C:0.03〜0.20%、Si:0.4%未満、Mn:1.0 〜3.0 %、P:0.08%以下、S:0.01%以下を含み、Al、Nを、Al:0.02%以下、N:0.008〜0.025%の範囲内でかつN含有量とAl含有量との比、N/Alが0.5 以上となるように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼スラブを、スラブ加熱温度:1000℃以上に加熱したのち、粗圧延してシートバーとし、ついで該シートバーに仕上圧延出側温度:800 ℃以上とする仕上圧延を施し熱延板とし、巻取温度:750 ℃以下で巻き取る熱間圧延工程と、該熱延板に冷間圧延を施し冷延板とする冷間圧延工程と、該冷延板にAc1 変態点以上における平均加熱速度を0.5 〜3℃/sとして、( Ac3変態点−50℃)〜( Ac3変態点+ 100℃)の温度範囲の焼鈍温度に加熱した後、平均冷却速度:1〜10℃/sで550〜750℃の範囲の温度まで冷却する第一段冷却と、該第一段冷却に引き続いて平均冷却速度:15〜100 ℃/sで、次(2)式
{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−270 }≦Ts≦{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−70}℃ ………(2)
(ここで、Ts:冷却停止温度(℃)、C、N、Mn、Si:各元素の含有量(質量%))
を満足する冷却停止温度Ts まで冷却する第二段冷却とを施し、{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−270 }〜{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−70}℃の温度域で50s以上滞留させる焼鈍工程と、を施すことを特徴とする高張力冷延鋼板の製造方法。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cr:0.05〜1.5 %、Mo:0.05〜1.5 %のうちの1種または2種を含有することを特徴とする高張力冷延鋼板の製造方法。
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.005 〜1.5 %、Ni:0.005 〜1.5 %のうちの1種または2種を含有することを特徴とする高張力冷延鋼板の製造方法。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb、Ti、V、Bのうちの1種または2種以上を次(1)式
N/(Al+Nb+Ti+V+B)≧0.5 …………(1)
(ここで、N、Al、Nb、Ti、V、B:各元素の含有量(質量%))
を満足するように含有することを特徴とする高張力冷延鋼板の製造方法。
Cは、鋼板強度を増加し、またオーステナイト相へ濃化することによりオーステナイト相を安定化させる元素であり、所望の強度と所望の残留オーステナイト(γ)量を確保するために、本発明では0.03%以上の含有を必要とする。一方、0.20%を超える含有は、溶接性を著しく劣化させる。このため、Cは0.03〜0.20%の範囲に限定した。なお、極めて高い強度−延性バランスと溶接性の両立という観点からは、0.07〜0.15%とするのが好ましい。
Siは、鋼の延性を顕著に低下させることなく、鋼板を高強度化させることができる強化元素であり、さらにSiは、オーステナイトがベイナイトへ変態する際に炭化物の生成を抑制し、未変態オーステナイトの安定性を向上させる効果を有するため適宜添加してもよい。このような効果は、0.1 %以上の含有で顕著となるが、0.4 %以上の含有は、表面性状、化成処理性、めっき性、耐食性等の表面美麗性に悪影響を与えるうえ、これらの悪影響を除去するためには、長時間の鋼板表面の酸洗処理等を必要とし、大きなコストアップが避けられない。このようなことから、本発明では、Siは0.4 %未満に限定した。なお、好ましくは0.3 %以下である。本発明では、Si含有量が0.4 %未満であっても未変態オーステナイトの安定性を高く保つことができ、適正量の残留オーステナイト(γ)量を確保できる。なお、より優れた表面美麗性が求められる用途ではSiは0.3 %以下に限定することが好ましい。
Mnは、Sによる熱間割れを防止する有効な元素であり、少なくとも含有するS量に応じた量含有させることが好ましい。また、Mnは、オーステナイト相に濃化し焼入れ性を向上させ、鋼板強度の増加に大きく寄与するとともに、オーステナイト相に濃縮し残留オーステナイトを安定化する作用も有する。このような効果は1.0 %以上の含有で認められる。一方、3.0 %を超えて含有すると、上記した効果が飽和するうえ、スポット溶接性が顕著に劣化する。このため、Mnは1.0 〜3.0 %に限定した。なお、より良好な耐食性と成形性が要求される用途では2.5 %以下に限定することが望ましい。
Pは、鋼を強化する作用があり、所望の強度に応じて必要量含有させることができる。このような効果は0.005 %以上の含有で顕著となるが、0.08%を超えて含有すると、プレス成形性が劣化する。このため、Pは0.08%以下に限定した。なお、より優れたプレス成形性が要求される場合や、優れた溶接性が要求される場合には、0.05%以下とすることが好ましい。
Sは、鋼板中では介在物として存在し、鋼板の延性、成形性、とくに伸びフランジ成形性の劣化をもたらす元素であり、できるだけ低減することが好ましい。0.01%以下に低減することにより、伸びフランジ成形性への悪影響が無視できることから、本発明ではSは0.01%以下に限定した。なお、より優れた伸びフランジ成形性を要求される場合や、優れた溶接性を要求される場合には、Sは0.005 %以下とするのが好ましい。
Alは、脱酸剤として作用し、鋼の清浄度を向上させるのに有用な元素であり、また、組織を微細化する作用も有しており、0.005 %以上含有することが好ましい。本発明では、固溶状態のNを残留オーステナイトの安定化元素や強化元素としても利用するが、適正範囲のAlを添加したアルミキルド鋼のほうが、Alを添加しないリムド鋼に比して、機械的性質が優れている。一方、多量のAl含有は、表面性状の悪化や、固溶Nの顕著な低下を招いて優れた強度−延性バランスを確保することが困難となるため、本発明では、Alの上限は従来より低い0.02%に限定した。なお、材質の安定性という観点からは、0.005 〜0.015%の範囲に限定することが好ましい。Al含有量の低減は結晶粒の粗大化につながる懸念があるが、他の合金元素を最適量に調整するとともに、焼鈍条件を最適な範囲として防止することができる。
Nは、優れた強度−延性バランスを発現させるうえで本発明では重要な元素である。Nは、未変態オーステナイト中へ濃化して残留オーステナイト相を安定化する作用を有し、冷延鋼板の特性として、高強度でかつ高い強度−延性バランスの安定確保に寄与する。さらに、詳細は不明であるが、NはCのオーステナイト中への濃化を促進する効果も有していると思われる。また、Nは鋼の変態点を降下させる効果もあり、とくに薄物で変態点を大きく割り込んだ圧延をしたくないという状況では有用となる。このような効果は、概ね0.008%以上の含有により、安定して得られる。一方、0.025%を超えて含有すると、鋼板の内部欠陥発生率が高くなるとともに、連続鋳造時のスラブ割れなどの発生も顕著となる。このため、Nは0.008〜0.025%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.0080〜0.0250%の範囲であり、製造工程全体を考慮した材質の安定性・歩留り向上という観点から、0.0120〜0.0180%の範囲に限定することが好ましい。なお、本発明の範囲内の含有であればNは溶接性等への悪影響は全くない。
未変態オーステナイト中へ濃化して残留オーステナイト相を安定化する作用あるいはCのオーステナイト中への濃化を促進する作用を有するNを所定量の固溶状態で確保するために、本発明ではNを強力に固定する効果を有するAlの含有量を制限することが望ましい。幅広く成分の組み合わせを変化させた鋼板に固溶状態で残存するNと、N含有量(質量%)とAl含有量(質量%)の比であるN/Al比との関係を調査した結果、本発明鋼の鋼組成の範囲ではN/Alの値を0.5 以上とすることで安定して固溶N量を0.005 %以上にでき、目標とする強度−延性バランスが発揮されることを確認した。このため、N/Alの比は0.5 以上とする。
オーステナイトの安定化が図られ、さらに強度−延性バランスの向上に十分な量の残留オーステナイトを確保するためには、固溶状態のN(以下、固溶Nともいう)は慨ね0.005 %以上とする必要がある。
Cr、Moは、いずれも焼入れ性を向上させ鋼板の強度を増加させるとともに、残留オーステナイトの分布状態を微細分散とし、強度−延性バランスを向上させる効果を有する元素であり、必要に応じ含有できる。このような効果はCr、Moをそれぞれ0.05%以上含有することにより認められる。一方、Cr、Moをそれぞれ1.5 %を超えて含有すると、延性が低下する。このため、Cr、Moはいずれも0.05〜1.5 %の範囲に限定することが好ましい。
Cu、Niは、いずれも鋼を強化する作用を有し、所望の強度に応じて0.005 %以上含有することが好ましい。一方、CuおよびNiをそれぞれ1.5 %を超えて含有すると、伸びが低下し、強度−延性バランスが劣化する傾向がある。このため、Cu、Niはそれぞれ0.005〜1.5%の範囲に限定することが好ましい。
(ここで、Nb、Ti、V、B:各元素の含有量(質量%))
Nb、Ti、V、Bは、いずれも化合物を形成して鋼を析出強化する作用があり、必要に応じ選択して1種または2種以上を含有することができる。とくに、これらの元素はNとの結合力が強く窒化物を形成し易いため、Al含有量とN含有量との関係で前記(1)式を満足するように含有することが好ましい。単独あるいは複合して含有するNb、Ti、V、Bの含有量が、前記(1)式を満足しない場合には、強度−延性バランスが劣化する傾向となる。このため、Nb、Ti、V、Bのうちの1種または2種以上を前記(1)式を満足するように調整することが好ましい。なお、上記した効果を得るためには、Nb:0.001 %以上、Ti:0.001 %以上、V:0.001 %以上、B:0.0001%以上含有することが好ましく、単独または複合して含有してもよい。
得られた鋼スラブは、加熱され、熱間圧延工程により熱延板とされる。
熱間圧延工程では、加熱された鋼スラブを、粗圧延してシートバーとし、ついで該シートバーに仕上圧延出側温度:800 ℃以上とする仕上圧延を施し熱延板とすることが好ましい。仕上圧延出側温度を800 ℃以上とすることで、均一微細な熱延母材組織を得ることができる。しかし、仕上圧延出側温度が800 ℃を下回ると、鋼板の組織が不均一になり、冷延、焼鈍後にも組織の不均一性が消えずに残留し、プレス成形時に種々の不具合を発生する危険性が増大する。また、圧延温度が低い場合に加工組織の残留を回避すべく高い巻取温度を採用しても、粗大粒が発生し、同様の不具合を生じる。このようなことから、仕上圧延出側温度は800 ℃以上に限定した。なお、機械的特性をさらに向上させるためには、820 ℃以上とすることがより好ましい。また、特に仕上圧延出側温度の上限は限定する必要がないが、過度に高い温度で圧延した場合はスケール疵などの発生原因となる恐れがあり、概ね1000℃程度までとすることが好ましい。
巻取温度を低くすると、鋼板強度は増加する傾向にある。本発明が目標とする590MPa以上の引張強さを確保するためには、巻取温度は750 ℃以下とすることが好ましい。一方、巻取温度が、200 ℃を下まわると鋼板の形状が顕著に乱れだし、実際の使用にあたり不具合を生ずる危険性が増大する。また、材質の均一性も低下する傾向にあり望ましくないため、200 ℃以上とすることが好ましい。なお、さらに高い材質均一性が要求される場合は300 ℃以上とすることが望ましい。
残留オーステナイト相を含む複合組織を得るためには、オーステナイト相安定化に必要な量のC、Nをオーステナイト相中に濃化する必要がある。焼鈍温度がフェライト+オーステナイトの二相域の場合には、C、Nは、熱力学的に、オーステナイト相へ優先的に分配される。このため、加熱時に Ac1変態点以上での加熱速度を遅くして二相域での滞留時間を十分に確保することにより、オーステナイト相の安定化のために必要なC、Nを容易に濃化することができる。なお、このとき、NはCに比べ拡散速度が速いため、オーステナイト相への濃化の観点からは有利と考えられる。
焼鈍温度が、(Ac3 変態点−50)℃未満では、オーステナイト相へのC、Nの濃化が十分に行われず、残留オーステナイト相の生成が不十分となり優れた強度−延性バランスが得られない。オーステナイト相の安定化の観点からは、焼鈍温度はAc3 変態点までのフェライト−オーステナイト二相域で行うことが望ましいが、本発明では加熱時の加熱速度を3℃/s 以下とし、オーステナイト相へのC、Nの濃化が十分進行するため、優れた強度−延性バランスを確保する観点から、焼鈍温度の上限は(Ac3 変態点+ 100)℃まで許容できる。このようなことから、焼鈍温度は、(Ac3 変態点−50℃)〜(Ac3 変態点+ 100℃)とすることが好ましい。ここでAc3 変態点はAc1 変態点と同様に求めることができる。
上記した焼鈍温度に加熱後、冷延板は焼鈍温度から冷却停止温度Tsまで30〜100 ℃/sの平均冷却速度で冷却されることが好ましい。平均冷却速度が30℃/s未満では、オーステナイト相の安定化が図れず、優れた強度−延性バランスが得られない。これは、本発明の組成範囲ではSi含有量が少ないため、冷却速度が遅い範囲ではCやNを含む析出物が析出し、オーステナイト相中へのCやNの濃化が十分行われないためと考えられる。一方、平均冷却速度が100 ℃/s を超えると、硬質なベイナイトが多量生成し、優れた強度−延性バランスが得られない。このようなことから、冷却停止温度までの平均冷却速度は30〜100 ℃/sとすることが好ましい。
{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−270 }≦Ts≦{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−70}℃ ………(2)
(ここで、Ts:冷却停止温度(℃)、C、N、Mn、Si:各元素の含有量(質量%))
冷却停止温度Tsは、(2)式を満足する温度とすることが好ましい。冷却停止温度Tsが、{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−70}℃を超える温度では、CやNを含む析出物が多量に発生し、良好な強度−延性バランスを得るに十分な量の残留オーステナイト相を生成することができない。一方、冷却停止温度Tsが、{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−270 }℃未満の温度では、マルテンサイト相の分率が多量となり過ぎ、また、C、Nの拡散速度が極度に低下し、冷却停止後の保持時に残留オーステナイト相へのC、Nの濃化が図れないため、強度−延性バランスが顕著に低下する。このため、冷却停止温度Tsは{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−270 }〜{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−70}℃の範囲に限定することが好ましい。
これらの温度範囲での滞留時間が50s未満では、CやNの拡散によるオーステナイト相の安定化、過度のマルテンサイト相生成の抑制等が不十分であり、良好な強度−延性バランスが得られない。滞留時間の上限は生産性の観点から決定されるが、600s程度とすることがより好ましい。なお、滞留時間の確保は、前記急冷に引き続いて除加熱あるいは緩冷却等により行ってもよい。
表1に示す組成の溶鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法で鋼スラブとした。ついで、これら鋼スラブに表2に示す条件の熱延工程を施し、板厚4.0mm の熱延鋼帯(熱延板)とした。引き続き、これら熱延鋼帯(熱延板)に酸洗処理および、圧下率:80%の冷間圧延を施す冷延工程を施し、板厚0.8mm の冷延鋼帯(冷延板)とした。ついで、これら冷延鋼帯(冷延板)に連続焼鈍ラインにて表2に示す条件の焼鈍工程を施した。得られた冷延鋼帯(冷延板)に、さらに伸び率:0.5 %の調質圧延を施した。
(1)組織観察
得られた冷延鋼帯から試験片を採取し、圧延方向に直交する断面(C断面)について、光学顕微鏡を用いて、倍率1000倍で微視組織を撮像し、画像解析装置を用いて主相としてのフェライト相と第2相としてのマルテンサイト相等の組織の種類と、それらの組織分率を求めた。なお、微視組織の観察は、同一倍率で2視野とし、各視野での組織分率の値を平均してその組織の平均値とした。
(2)引張試験
得られた冷延鋼帯から長軸を圧延方向に直交する方向としたJIS 5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を行い、引張特性(降伏応力YS、引張強さTS、伸びEl、降伏比YR)を求めた。
(実施例2)
表1に示す鋼No.O、No.P、No.Q組成の溶鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法で鋼スラブとした。ついで、これら鋼スラブに表4に示す条件の熱延工程を施し、板厚4.0mmの熱延鋼帯(熱延板)とした。引き続き、これら熱延鋼帯(熱延板)に酸洗処理および、圧下率:80%の冷間圧延を施す冷延工程を施し、板厚0.8mmの冷延鋼帯(冷延板)とした。ついで、これら冷延鋼帯(冷延板)に連続焼鈍ラインにて表4に示す条件の焼鈍工程を施した。なお、焼鈍後の冷却は二段階冷却とした。
Claims (5)
- 質量%で
C:0.03〜0.20%、 Si:0.4 %未満、
Mn:1.0 〜3.0 %、 P:0.08%以下、
S:0.01%以下
を含み、Al、Nを、Al:0.02%以下、N:0.008〜0.025%の範囲内でかつN含有量とAl含有量との比、N/Alが0.5 以上となるように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼スラブを、スラブ加熱温度:1000℃以上に加熱したのち、粗圧延してシートバーとし、ついで該シートバーに仕上圧延出側温度:800 ℃以上とする仕上圧延を施し熱延板とし、巻取温度:750 ℃以下で巻き取る熱間圧延工程と、該熱延板に冷間圧延を施し冷延板とする冷間圧延工程と、該冷延板にAc1 変態点以上における平均加熱速度を0.5 〜3℃/sとして、( Ac3変態点−50℃)〜( Ac3変態点+ 100℃)の温度範囲の焼鈍温度に加熱した後、平均冷却速度:30〜100 ℃/sで、下記(2)式を満足する冷却停止温度Ts まで冷却し、{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−270 }〜{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−70}℃の温度域で50s以上滞留させる焼鈍工程と、を施すことを特徴とする高張力冷延鋼板の製造方法。
記
{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−270 }≦Ts≦{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−70}℃ ………(2)
ここで、Ts:冷却停止温度(℃)
C、N、Mn、Si:各元素の含有量(質量%) - 質量%で
C:0.03〜0.20%、 Si:0.4 %未満、
Mn:1.0 〜3.0 %、 P:0.08%以下、
S:0.01%以下
を含み、Al、Nを、Al:0.02%以下、N:0.008〜0.025%の範囲内でかつN含有量とAl含有量との比、N/Alが0.5 以上となるように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼スラブを、スラブ加熱温度:1000℃以上に加熱したのち、粗圧延してシートバーとし、ついで該シートバーに仕上圧延出側温度:800 ℃以上とする仕上圧延を施し熱延板とし、巻取温度:750 ℃以下で巻き取る熱間圧延工程と、該熱延板に冷間圧延を施し冷延板とする冷間圧延工程と、該冷延板にAc1 変態点以上における平均加熱速度を0.5 〜3℃/sとして、( Ac3変態点−50℃)〜( Ac3変態点+ 100℃)の温度範囲の焼鈍温度に加熱した後、平均冷却速度:1〜10℃/sで550〜750℃の範囲の温度まで冷却する第一段冷却と、該第一段冷却に引き続いて平均冷却速度:15〜100 ℃/sで、下記(2)式を満足する冷却停止温度Ts まで冷却する第二段冷却とを施し、{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−270 }〜{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−70}℃の温度域で50s以上滞留させる焼鈍工程と、を施すことを特徴とする高張力冷延鋼板の製造方法。
記
{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−270 }≦Ts≦{( 500−303 C−300 N−31Mn−15Si)−70}℃ ………(2)
ここで、Ts:冷却停止温度(℃)
C、N、Mn、Si:各元素の含有量(質量%) - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cr:0.05〜1.5 %、Mo:0.05〜1.5 %のうちの1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の高張力冷延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Cu:0.005 〜1.5 %、Ni:0.005 〜1.5 %のうちの1種または2種を含有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の高張力冷延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb、Ti、V、Bのうちの1種または2種以上を下記(1)式を満足するように含有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の高張力冷延鋼板の製造方法。
記
N/(Al+Nb+Ti+V+B)≧0.5 …………(1)
ここで、N、Al、Nb、Ti、V、B:各元素の含有量(質量%)
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