JP5549307B2 - 時効性および焼付け硬化性に優れた冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
ここで、「焼付硬化性に優れた」とは、2.0%未満(0%を含む)の予歪を付与し、100〜200℃×5〜60minの塗装焼付処理相当の熱処理を施した後の降伏強さYSHTと、予歪付与時の応力YSPSとの差ΔYS(=YSHT−YSPS)が50MPa以上である場合をいうものとする。 また、「時効性に優れた」とは、25℃以下の常温雰囲気中で3ヶ月間保持した後の降伏伸びYElが、圧延方向で2%以下である場合をいうものとする。
本発明者らの更なる研究により、固溶Cを極力低減するためには、熱間圧延における巻取温度を適正に調整して、結晶粒を微細化するとともに結晶粒内に炭化物を析出させ、さらに残留している固溶Cを、冷間圧延後の焼鈍における加熱速度および焼鈍温度を適正に調整して炭化物として析出させることが肝要であることを知見した。また、適正量の固溶Nを確保するためには、Nと結合し析出物となるAl含有量を適正に調整するとともに、熱間圧延における巻取温度、焼鈍温度を適正化することが重要であることを知見した。またさらに、冷間圧延後に調質圧延を施すことも、時効によるしわの発生を抑制することに有効に寄与することを知見した。
(1)質量%で、C:0.020〜0.070%、Si:0.05%以下、Mn:0.1〜0.5%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Al:0.02〜0.08%、N:0.005〜0.02%を含み、固溶Nが0.0010%以上であり、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、平均結晶粒径が7μm以下のフェライト相を面積率で80%以上含み、該フェライト相の結晶粒内に、平均の円相当径で0.05〜5μmの大きさの析出物が析出、分散した組織と、を有することを特徴とする冷延鋼板。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti:0.01%以下、Nb:0.01%以下、B:0.005%以下のうちから選ばれた1種または2種以上含有することを特徴とする冷延鋼板。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、表面に亜鉛めっき層を有することを特徴とする冷延鋼板。
[(Al/28)/(N/14)]/CT ≦ 5.5×10−3 ・・・・(1)
(ここで、Al、N:各元素の含有量(質量%)、CT:巻取温度(℃))
を満足する巻取温度CTで巻取る工程であり、前記冷延工程が、該熱延板に酸洗処理を施したのち、冷延圧下率:60〜90%とする冷間圧延を施し冷延板とする工程であり、前記焼鈍工程が、該冷延板に焼鈍処理を施し冷延焼鈍板とする工程で、該焼鈍処理が焼鈍温度Anを次(2)式
1.0 ≦ {[(Al/28)/(N/14)]/CT}/{[(Al/28)/(N/14)]/An} ≦ 1.5・・・・・(2)
(ここで、Al、N:各元素の含有量(質量%)、CT:巻取温度(℃)、An:焼鈍温度(℃))
を満足する温度とし、300℃〜(焼鈍温度−20℃)までの温度域での加熱速度を1〜30℃/s、(焼鈍温度−20℃)〜(焼鈍温度)までの温度域での加熱速度を0.5〜5℃/s、として該焼鈍温度まで加熱し、その後、5℃/s以上の冷却速度で500℃以下まで冷却する焼鈍処理であり、前記調質圧延工程が、前記冷延焼鈍板に伸び率:0.5〜5%の調質圧延を施す工程である、ことを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
(8)(6)または(7)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti:0.01%以下、Nb:0.01%以下、B:0.005%以下のうちから選ばれた1種または2種以上含有することを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
(10)(6)ないし(9)のいずれかにおいて、前記焼鈍工程後で、前記調質圧延工程前に、鋼板表面に亜鉛めっき層を形成する亜鉛めっき処理工程を施すことを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
C:0.020〜0.070%
Cは、固溶して鋼の強度を増加させる元素であるが、多量の含有は成形性(加工性)を低下させるという悪影響を及ぼす。とくに固溶C量が多くなると、時効性が助長され、成形時にしわを発生させるなどの悪影響を与えるため、本発明では固溶C量をできるだけ低減することが望ましい。本発明では、巻取時や焼鈍時に、Cをセメンタイトなどの析出物として析出させて、固溶Cを極力低減する。この方法では、予め適量のCを含有させておくことが必要となるため、Cは0.020%以上とした。Cが0.020%未満では、炭化物析出のための過飽和度が小さく、Cが炭化物として十分に析出しない。一方、0.070%を超えて含有すると、加工性が著しく低下する。このため、Cは0.020〜0.070%の範囲に限定した。
Siは、固溶して鋼の強度を増加させる元素であるが、多量に含有すると硬質化し、加工性が低下する。また、Siを多量に含有すると、とくに焼鈍時にSi酸化物を生成し、メッキ性を阻害するなどの悪影響を及ぼす。また、Siは、フェライト安定化傾向の強い元素であり、例えば熱間圧延時には、オーステナイト(γ)からフェライト(α)への変態温度が上昇し、オーステナイト域で圧延を完了させることが困難となる場合がある。このようなことから、Siは0.05%以下に限定した。
Mnは、固溶して鋼の強度を増加させる作用を有するとともに、MnSを形成して、熱間割れを誘発し表面性状を著しく劣化させるなどの悪影響を及ぼす有害なSを、無害化する元素である。このような効果を得るためには、0.1%以上の含有を必要とする。一方、0.5%を超えて含有すると、硬質化し加工性が低下したり、さらに焼鈍時のフェライトの再結晶を抑制するなどの悪影響が顕著となる。このため、Mnは0.1〜0.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.3%以下である。
Pは、強度増加に寄与する元素であるが、粒界に偏析して、延性や靭性を低下させる悪影響を及ぼす。このため、とくにPによる強度増加を利用する必要がない場合には、できるだけ低減することが望ましいが、0.05%程度以下であれば、上記した悪影響は許容できる。このため、Pは0.05%以下に限定した。なお、好ましくは0.03%以下である。
Sは、熱間割れを誘発し表面性状を著しく劣化させる。またさらに、Sは、鋼中ではほとんどが介在物として存在し強度にほとんど寄与しないばかりか、粗大なMnSを形成し、延性を低下させる。このようなことから、Sは不純物として、できるだけ低減することが望ましいが、0.02%以下であれば、上記した悪影響は許容できる。このため、Sは0.02%以下に限定した。
Alは、本発明において重要な元素である。Alは、脱酸剤として作用する元素であり、この効果を十分に得るためには0.02%以上の含有を必要とする。なお、より好ましくは0.02%超である。また、Alは、Nと結合してAlNとして、Nを固定する作用を有する。本発明では、焼付硬化性の増加に寄与する固溶Nを所望の範囲内で安定して確保するために、Alを適正範囲に調整する。
Nは、固溶して鋼の強度を増加させる元素であり、本発明では焼付硬化性の向上のために、固溶Nを活用する。所望の優れた焼付硬化性を確保するために、固溶Nとして、0.0010%以上確保する必要があり、Nは、少なくとも0.005%の含有を必要とする。一方、0.02%を超える含有は、スラブ割れの発生傾向が強まり、表面疵が発生する恐れがある。このため、Nは0.005〜0.02%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.007〜0.015%である。
固溶Nは、歪付与により導入された転位に、塗装焼付処理時に固着し、鋼板強度を増加させる。所望のΔYS(歪付与−塗装焼付処理後の降伏強さの増加量)を確保するためには、本発明では固溶N量は0.0010%以上とする。なお、固溶N量は、Al含有量を上記したような範囲内で含有したうえで、さらに、巻取温度、焼鈍温度を適正化することにより調整する。なお、固溶N量は、0.0020%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.0040%以上である。
Ti:0.01%以下、Nb:0.01%以下、B:0.005%以下のうちから選ばれた1種または2種以上
Ti、Nb、Bはいずれも、冷延鋼板のフェライトを微細化する作用を有する元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上を含有できる。このような効果を得るためには、それぞれTi:0.001%以上、Nb:0.001%以上、B:0.0005%以上、とすることが望ましいが、過剰の含有は、固溶N量が低減し、焼付け硬化性が低下する。このため、含有する場合には、それぞれTi:0.01%以下、Nb:0.01%以下、B:0.005%以下に限定する。
Mo、Ni、Cr、Cuはいずれも、固溶強化により鋼板強度を増加させる作用を有する元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上を含有できる。このような効果を得るためには、それぞれMo:0.001%以上、Ni:0.001%以上、Cr:0.001%以上、Cu:0.001%以上とすることが望ましい。一方、過剰の含有は、延性の低下を招くため、それぞれMo:0.01%以下、Ni:0.01%以下、Cr:0.01%以下、Cu:0.01%以下に限定する。
つぎに、本発明冷延鋼板の組織限定理由について説明する。
本発明冷延鋼板は、延性を確保して加工性を良好とする観点から、面積率で80%以上のフェライト相を含む組織を有する。フェライト相以外の第二相としては、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、残留オーステナイト等が例示できる。フェライト相が面積率で80%未満では、第二相の組織分率が増加し、加工性が低下する。なお、成形性の観点から、フェライト相は面積率で85〜95%とすることが好ましい。
つぎに、本発明冷延鋼板の好ましい製造方法について説明する。
本発明冷延鋼板の製造方法では、鋼素材に、熱延工程と、冷延工程と、焼鈍工程と、さらに調質圧延工程を順次施して、冷延鋼板とする。
鋼素材の製造方法では、質量%で、C:0.020〜0.070%、Si:0.05%以下、Mn:0.1〜0.5%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Al:0.02〜0.08%、N:0.005〜0.02%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材が得られればよく、とくに限定する必要がないが、上記した組成の溶鋼を、転炉法、電炉法等の常用の溶製方法で、溶製し、連続鋳造法等の、常用の鋳造方法でスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。鋼素材の鋳造方法は、成分のマクロな偏析を防止すべく違続鋳造法とすることが望ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法によってもなんら問題はない。
熱延工程は、鋼素材に、所定温度で加熱し、粗圧延と仕上圧延とからなる熱間圧延を施し熱延板とし、ついで巻き取る工程とする。
熱間圧延における加熱では、加熱中にAlN、Fe3Cなどの炭窒化物を一旦固溶させ、巻取り後に炭化物のみを析出させる必要がある。このため、熱間圧延の加熱温度は1150℃以上に限定することが好ましい。加熱温度が1150℃未満では、炭窒化物の固溶が不十分で、巻取り後に適正な大きさの析出物とすることができない。加熱温度の上限はとくに限定する必要はないが、結晶粒粗大化、酸化によるスケールロス等の観点から1300℃以下とすることが好ましい。
仕上圧延の仕上圧延終了温度は850℃以上とすることが好ましい。
本発明では、仕上圧延はオーステナイト(γ)域で行うことが好ましい。仕上圧延において、鋼板の温度が、γ域からフェライト(α)域になると、圧延荷重が急激に低下し、圧延機の荷重制御が困難になり、破断などの通板中のトラブルが発生する危険性がある。一方、このような危険は、鋼板温度を入側から、α域の温度として通板すれば回避できるが、圧延温度が低下して、熱延板の組織が未再結晶フェライトとなる。その後の工程である冷間圧延時に圧延荷重が増大してしまうという問題が生じる。このようなことから、仕上圧延はγ域で終了させることとし、本発明の鋼組成範囲であれば、850℃以上とすることが好ましい。一方、仕上圧延終了温度の上限はとくに限定する必要はないが、高くなりすぎると、結晶粒が粗大化し、冷延板の加工性が低下するという問題があるため、概ね950℃程度以下とすることが好ましい。
本発明では巻取温度CTは、Al、N含有量との関係で、次(1)式
[(Al/28)/(N/14)]/CT ≦ 5.5×10−3 ・・・・(1)
(ここで、Al、N:各元素の含有量(質量%)、CT:巻取温度(℃))
を満足するように調整する。
熱延板を酸洗した後の冷延圧下率は、熱延板と製品板の板厚によって決定することが好ましい。通常、冷延圧下率:60%以上であれば、加工性、板厚精度においてとくに問題ない。一方、冷延圧下率が90%を超えると、冷間圧延機への負荷が大きくなりすぎて、操業が困難となる。このため、冷延圧下率は60〜90%の範囲に限定することが好ましい。
焼鈍工程は、冷延板に焼鈍処理を施し冷延焼鈍板とする工程である。焼鈍処理においては、焼鈍温度Anを次(2)式
1.0 ≦ {[(Al/28)/(N/14)]/CT}/{[(Al/28)/(N/14)]/An} ≦ 1.5・・・・・(2)
(ここで、Al、N:各元素の含有量(質量%)、CT:巻取温度(℃)、An:焼鈍温度(℃))
を満足する温度とする。本発明の焼鈍処理においては、所望の固溶N量を確保し、所望の焼付硬化性を得るために、まず、焼鈍温度Anを、(2)式を満足する温度に調整することが好ましい。固溶N量は、Al量、N量、および、巻取温度、焼鈍温度に依存するため、所望の固溶N量を確保には、焼鈍温度を、Al量、N量、および、巻取温度、焼鈍温度の関係式である(2)式を満足させるように調整することが重要となる。焼鈍温度が、(2)式を満足しない場合には、所望の固溶N量を確保することが難しくなる。
第一段の加熱は、300℃〜(焼鈍温度−20℃)までの温度域での加熱であり、加熱速度を1〜30℃/sとすることが好ましい。この温度域での加熱速度が、1℃/s未満では、熱延板で生成した炭化物が溶解し、固溶C量が増加する。一方、30℃/sを超えて大きくなると、フェライト相粒内への炭化物等の析出が不十分となり、固溶C量が多くなり、歪付与−塗装焼付処理後に降伏伸びを低減できない。このようなことから、この温度域での加熱速度は1〜30℃/sの範囲内に限定することが好ましい。
均熱後の冷却は、5℃/s以上の冷却速度で500℃以下まで冷却する。
冷延焼鈍板に、調質圧延を施して形状を矯正するとともに、鋼板(表面)に適正な歪みを付与して、冷延鋼板における時効によるしわの発生を抑制することができる。部材への加工時に鋼板に付加される加工量が少ない軽加工である場合にはとくに、加工−塗装焼付処理後に所望の焼付け硬化量を確保するために、調質圧延における歪付加量が重要となる。本発明では、調質圧延における伸び率は0.5〜5%の範囲に限定することが望ましい。調質圧延での伸び率が0.5%未満では、部材への加工量が少ない軽加工である場合にはとくに、所望の焼付け硬化量を確保することが困難となる。一方、伸び率が5%を超えて大きくなると、加工硬化により鋼板強度が高くなり、成形性が低下するため、加工後に形状不良となる場合が多発する。なお、伸び率は、好ましくは3%以下である。
得られた冷延鋼板について、固溶N量、組織、引張特性、焼付硬化性、時効性を調査した。試験方法はつぎのとおりとした。
(1)固溶N量測定
得られた冷延鋼板から電解抽出用試験片を採取し、アセチルアセトン系電解液中で定電位電解法により抽出した電解抽出物中のN量を分析し、析出N量とした。得られた析出N量を鋼中の全N量から差し引き、固溶N量とした。
得られた冷延鋼板から組織観察用試験片を採取し、圧延方向断面を研磨し、腐食(ナイタール液)して、板厚の1/4から3/4の位置について、光学顕微鏡(倍率:200〜1000倍)または走査型電子顕微鏡(倍率:500〜2000倍)で視野数:20視野以上を観察し、撮像して組織を同定するとともに、画像解析装置を用いてフェライト相の平均結晶粒径、および各相の組織分率を求めた。また、走査型電子顕微鏡(倍率:2000〜5000倍)または透過型電子顕微鏡(倍率:2000〜5000倍)を用いて、フェライト粒内に析出した析出物の大きさ、および単位面積あたりの析出物個数(析出密度)を測定した。ここで、フェライト相の平均結晶粒径は、JIS G 0552−1998の規定に準拠した切断法で算出した。また、析出物の大きさは、各々の析出物の面積を求め、該面積から各々の析出物の円相当径を算出し、得られた値の算術平均を求め、平均の円相当径として表示した。
得られた冷延鋼板から、圧延方向が引張方向となるようにJIS5号引張試験片を採取し、引張速度:10mm/minで引張試験を行い、引張特性(降伏強さYS、引張強さTS、伸びEl)を求めた。
(4)焼付硬化性試験
得られた冷延鋼板から、圧延方向が引張方向となるようにJIS5号引張試験片を採取し、引張試験で表3に示す予歪を付加し、予歪加工時の降伏強さYSPSを求めた(予歪加工)。そして、予歪加工後、表3に示す条件の塗装焼付処理相当の熱処理(塗装焼付相当熱処理)を施した。予歪加工−熱処理後、引張試験を行い、降伏強さYSHT、降伏伸び(ElY)HTを求めた。焼付硬化性として、熱処理前後の降伏強さ上昇量ΔYS(=降伏強さYSHT−予歪加工時の応力YSPS)を算出した。
得られた冷延鋼板を25℃で3ヶ月間保管したのち、圧延方向が引張方向となるようにJIS5号引張試験片を採取し、引張試験を実施し、降伏伸びYEl を求め、時効性を評価した。YElが2%以下である場合に、時効性に優れると評価した。
得られた結果を表3に示す。
得られた結果を表5に示す。
Claims (11)
- 質量%で、
C:0.020〜0.070%、 Si:0.05%以下、
Mn:0.1〜0.5%、 P:0.05%以下、
S:0.02%以下、 Al:0.02〜0.08%、
N:0.005〜0.02%
を含み、固溶Nが0.0010%以上であり、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、平均結晶粒径が7μm以下のフェライト相を面積率で80%以上含み、該フェライト相の結晶粒内に、平均の円相当径で0.05〜5μmの大きさの析出物が析出、分散した組織と、を有することを特徴とする冷延鋼板。 - 前記析出物の析出密度が1〜100個/0.01mm2であることを特徴とする請求項1に記載の冷延鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti:0.01%以下、Nb:0.01%以下、B:0.005%以下のうちから選ばれた1種または2種以上含有することを特徴とする請求項1または2に記載の冷延鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Mo:0.01%以下、Ni:0.01%以下、Cr:0.01%以下、Cu:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種以上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冷延鋼板。
- 表面に亜鉛めっき層を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冷延鋼板。
- 鋼素材に、熱延工程と、冷延工程と、焼鈍工程と、調質圧延工程を順次施して、冷延鋼板とするにあたり、前記鋼素材を、質量%で、
C:0.020〜0.070%、 Si:0.05%以下、
Mn:0.1〜0.5%、 P:0.05%以下、
S:0.02%以下、 Al:0.02〜0.08%、
N:0.005〜0.02%
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素材とし、
前記熱延工程が、該鋼素材に加熱温度:1150℃以上とする加熱を施したのち、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終了温度:850℃以上とする仕上圧延を施し熱延板とし、ついで該熱延板を下記(1)式を満足する巻取温度CTで巻取る工程であり、
前記冷延工程が、該熱延板に酸洗処理を施したのち、冷延圧下率:60〜90%とする冷間圧延を施し冷延板とする工程であり、
前記焼鈍工程が、該冷延板に焼鈍処理を施し冷延焼鈍板とする工程で、該焼鈍処理が焼鈍温度Anを下記(2)式を満足する温度とし、300℃〜(焼鈍温度−20℃)までの温度域での加熱速度を1〜30℃/s、(焼鈍温度−20℃)〜(焼鈍温度)までの温度域での加熱速度を0.5〜5℃/s、として該焼鈍温度まで加熱し、その後、5℃/s以上の冷却速度で500℃以下まで冷却する焼鈍処理であり、
前記調質圧延工程が、前記冷延焼鈍板に伸び率:0.5〜5%の調質圧延を施す工程である、
ことを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
記
[(Al/28)/(N/14)]/CT ≦ 5.5×10−3 ・・・・(1)
1.0 ≦ {[(Al/28)/(N/14)]/CT}/{[(Al/28)/(N/14)]/An} ≦ 1.5・・・・・(2)
ここで、Al、N:各元素の含有量(質量%)、
CT:巻取温度(℃)、
An:焼鈍温度(℃)。 - 前記焼鈍温度で150s以下の均熱を行い、その後冷却することを特徴とする請求項6に記載の冷延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ti:0.01%以下、Nb:0.01%以下、B:0.005%以下のうちから選ばれた1種または2種以上含有することを特徴とする請求項6または7に記載の冷延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Mo:0.01%以下、Ni:0.01%以下、Cr:0.01%以下、Cu:0.01%以下のうちから選ばれた1種または2種以上含有することを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍工程後で、前記調質圧延工程前に、鋼板表面に亜鉛めっき層を形成する亜鉛めっき処理工程を施すことを特徴とする請求項6ないし9のいずれかに記載の冷延鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍工程で前記冷延板を前記5℃/s以上の冷却速度で500℃以下の所定の温度まで冷却したのち、前記亜鉛めっき処理工程として、引き続き、溶融亜鉛めっき浴に浸漬し、鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を形成する溶融亜鉛めっき処理、あるいはさらに該溶融亜鉛めっき層を合金化する合金化処理、を施す溶融亜鉛めっき処理工程を施すことを特徴とする請求項10に記載の冷延鋼板の製造方法。
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