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JP7498407B2 - 鋼板及び鋼板の製造方法 - Google Patents

鋼板及び鋼板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、鋼板及び鋼板の製造方法に関する。
より詳しくは、本発明は、自動車用、家電用、機械構造用、建築用などの用途に用いられる素材として好適な、加工性に優れた鋼板及び鋼板の製造方法に関する。
本願は、2020年09月30日に、日本に出願された特願2020-164941号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
自動車をはじめとする輸送用機械や各種産業機械の構造部材等の素材として供される鋼板には、強度、伸びや穴広げ性などの加工性、低温靭性、またそれら特性の均一性、など多様な特性が要求される。
例えば自動車の足廻り部品に適用される鋼板では、張出し加工や穴広げ加工が複合した成形が多用されるので、優れた延性、特に張り出し加工性に必要な一様伸び、及び、穴拡げ性が求められる。これらの材料特性と高強度とを高次元でバランス良く備えることが、上記のような部材に対して用いられる鋼板に求められる。
また、部品として自動車に取り付けられた後には、衝突等による衝撃を受けても破壊されにくい特性(耐衝撃特性)を有する必要がある。特に、使用温度が低い寒冷地では、部材が脆化しやすくなるので、部品の耐衝撃性確保のためには、鋼板の低温靭性を向上させる必要性がある。すなわち、上記部材の部品に用いられる薄鋼板には、優れた加工性だけでなく、耐衝撃特性の確保のため、低温靭性が非常に重要な特性として求められる。低温靭性とは、vTrs(シャルピー破面遷移温度)等で規定される特性である。
優れた延性を得られる鋼板として、軟質なフェライト相と硬質なマルテンサイト相との複合組織で構成されるDual Phase鋼板(以下DP鋼)が知られている。しかしながら、DP鋼は延性に優れる一方で、著しく硬度の異なるフェライト相とマルテンサイト相との界面からボイドが発生して割れが生じるので、穴広げ性に劣る場合があった。
特許文献1では、面積率で、ベイニティックフェライトを90%以上、マルテンサイトを5%以下、ベイナイトを5%以下とすることで、形状凍結性、穴広げ性、曲げ性に優れた、引張強度980MPa以上の高強度熱延鋼板が提案されている。しかしながら、特許文献1に記載の発明では、ベイニティックフェライトを主体としているので、十分な伸びが得られない場合がある。
特許文献2では、面積率で90%以上のベイナイトを主相とし、残部をマルテンサイト、オーステナイト、フェライトから選ばれた1種または2種以上の組織とし、かつ組織中に分散するセメンタイトの含有量と平均粒径とを制御することで穴広げ性を改善した、引張強度980MPa以上の高強度熱延鋼板が提案されている。しかしながら、特許文献2に記載の発明では、遷移沸騰領域である330~470℃で巻き取りを行っているので、板面内の温度ばらつきに起因した特性ばらつきが生じる場合がある。
特許文献3では、フェライト分率が50~95%であり、マルテンサイトと残留オーステナイトとからなる硬質第二相の分率が5~50%であり、炭化物形成元素の含有量の相互関係や、炭化物形成元素とC含有量との関係を所定の範囲とした上で、析出物の平均粒径、析出物の分率を規定した、疲労特性に優れた熱延鋼板が提案されている。しかしながら、特許文献3に記載の発明では、軟質なフェライトを主体として、微細炭化物の析出強化により強度を確保しているため、十分な低温靭性が得られない場合がある。
特許文献4では、焼き戻しマルテンサイトと下部ベイナイトとのいずれか一方あるいは両方の体積分率の合計が90%以上であり、焼き戻しマルテンサイトと下部ベイナイト中の平均転位密度を規定した、焼き付き硬化性と低温靭性に優れた引張強度が980MPa以上の熱延鋼板が提案されている。また、特許文献4では、焼き戻しマルテンサイトと下部ベイナイト中の鉄系炭化物の個数密度、並びに、焼き戻しマルテンサイト及び下部ベイナイトの有効結晶粒径及びアスペクト比、を所定の範囲とすることで、より低温靭性が向上すると開示されている。しかしながら、特許文献4では、足廻り部品のプレス成形に必要とされる穴広げ性については考慮されていない。
日本国特開2008-255484号公報 日本国特開2014-205890号公報 日本国特開2009-84648号公報 国際公開第2014/132968号
焼戻しパラメーターの物理的意味の解釈と連続加熱・冷却熱処理過程への応用、土山聡宏、「熱処理」、第42巻、第3号、p163~168(2002年)
上述の通り、高強度であり、且つ、伸び、穴広げ性及び低温靭性に優れた鋼板は提案されていない。本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、高強度であり、且つ、伸び(特に一様伸び)、穴広げ性及び低温靭性に優れた鋼板、並びにその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋼板の化学組成及び製造条件の最適化により、鋼板の集合組織とミクロ組織とを制御することで、高強度であり、且つ、一様伸び、穴広げ性及び低温靭性に優れた鋼板を製造できることを知見した。
本発明の要旨は、次の通りである。
[1]本発明の一態様に係る鋼板は、質量%で、C:0.040~0.180%、Si:0.005~2.00%、Mn:1.00~3.00%、Ti:0.200%超、0.400%以下、sol.Al:0.001~1.000%、N:0.0010~0.0100%、P:0.100%以下、S:0.0100%以下、Nb:0~0.100%、V:0~0.500%、Mo:0~0.500%、Cu:0~1.00%、Ni:0~1.00%、Cr:0~2.00%、B:0~0.0030%、Ca:0~0.0100%、Mg:0~0.0100%、REM:0~0.0100%、およびBi:0~0.0200%、を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有し、表面から板厚の1/4の深さ位置で、EBSD解析により得られる1個の結晶粒内の結晶方位差の平均を表すGAMが0.5°超1.7°以下の結晶粒であるGAM0.5-1.7の面積分率が50%以上100%以下であり、前記GAMが1.7°超である結晶粒であるGAM>1.7の面積分率が0%以上20%以下であり、前記GAMが0.5°以下の結晶粒であるGAM≦0.5の面積分率が0%以上50%未満であり、残留オーステナイトの面積分率が0%以上4%未満であり、前記残留オーステナイト、フレッシュマルテンサイト、セメンタイトおよびパーライトの合計面積分率が0%以上10%以下であり、平均結晶粒径が15.0μm以下であり、平均転位密度が1.0×1014/m以上4.0×1015/m以下であり、板厚中心部の、{211}<011>および{332}<113>の極密度の合計が12.0以下であり、引張強度が980MPa以上である。
[2]上記[1]に記載の鋼板は、前記化学組成が、質量%で、Nb:0.001~0.100%、V:0.005~0.500%、Mo:0.001~0.500%、Cu:0.02~1.00%、Ni:0.02~1.00%、Cr:0.02~2.00%、B:0.0001~0.0030%、Ca:0.0002~0.0100%、Mg:0.0002~0.0100%、REM:0.0002~0.0100%、およびBi:0.0001~0.0200%、からなる群から選択される1種または2種以上を含有してもよい。
[3]上記[1]または[2]に記載の鋼板は、表面に、めっき層が形成されていてもよい。
[4]上記[3]に記載の鋼板は、前記めっき層が、溶融亜鉛めっき層であってもよい。
[5]上記[3]に記載の鋼板は、前記めっき層が、合金化溶融亜鉛めっき層であってもよい。
[6]本発明の別の態様に係る鋼板の製造方法は、[1]に記載の鋼板の製造方法であって、[1]に記載の前記化学組成を有するスラブまたは鋼片を加熱する加熱工程と、前記加熱工程後の前記スラブまたは前記鋼片に、複数の圧延スタンドを用いて、多パス熱間圧延を施して、熱延鋼板を得る熱間圧延工程と、前記熱延鋼板を巻き取る巻き取り工程と、前記巻き取り工程後の前記熱延鋼板に熱処理を施す熱処理工程と、を有し、前記加熱工程では、加熱温度を1280℃以上かつ下記(1)式により表される温度SRT(℃)以上とし、前記熱間圧延工程では、仕上げ温度を単位℃でFTと表したとき、FT+50℃超、FT+150℃以下の温度域での合計圧下率を50%以上とし、前記FT~前記FT+50℃の温度域での合計圧下率を40~80%、前記FT~前記FT+50℃の前記温度域の圧延に要する時間を0.5~10.0秒とし、前記FT+50℃超、前記FT+150℃以下の前記温度域および前記FT~前記FT+50℃の前記温度域において、それぞれ2パス以上の圧延を行い、前記FT~FT+100℃の温度域の平均冷却速度を6.0℃/秒以上40.0℃/秒以下とし、前記FTを、下記式(2)により求められるAr以上、かつ下記式(3)により求められるTR(℃)以上、かつ1100℃以下とし、仕上げ圧延の完了から3.0秒以内に水冷を開始し、前記FT~750℃の温度域の平均冷却速度を30℃/秒以上とし、750~620℃の温度域で20秒以下滞在させてから、620℃~570℃以下である冷却停止温度の温度域の平均冷却速度が30℃/秒以上となるように、前記冷却停止温度まで冷却し、前記巻き取り工程では、570℃以下で巻き取り、前記熱処理工程では、最高到達温度Tmaxを550℃以上720℃以下とし、焼き戻しパラメーターPsを14000~18000とする。
SRT(℃)=1630+90×ln([C]×[Ti])…(1)
Ar(℃)=901-325×[C]+33×[Si]-92×[Mn]+287×[P]+40×[sol.Al] (2)
TR(℃)=800+700×[Ti]+1000×[Nb] (3)
但し、上記式(1)、(2)、(3)中の[元素記号]は、各元素の質量%での含有量を示し、含有しない場合は0を代入する。
[7]上記[6]に記載の鋼板の製造方法は、前記熱間圧延工程において、前記仕上げ圧延の完了から0.3秒以内に前記水冷を開始し、前記FT~FT-40℃の温度域の平均冷却速度が100℃/秒以上である冷却を行ってもよい。
本発明の上記態様によれば、高強度であり、且つ一様伸び、穴広げ性、及び低温靭性に優れた鋼板並びにその製造方法を提供することができる。本発明の「鋼板」は、表面にめっき層が形成された「めっき鋼板」を含む。
本発明に係る鋼板を自動車の足廻り部品の素材として使用すれば、部品形状に加工することが容易であり、極寒冷地での使用にも耐えることができるので、産業上の貢献が極めて顕著である。
本発明の一態様に係る鋼板(本実施形態に係る鋼板)、及び本実施形態に係る鋼板の製造方法について以下に詳しく説明する。まず、本実施形態に係る鋼板の化学組成(めっき鋼板の場合には、めっき層を除く母材鋼板の化学組成)について説明する。ただし、本発明は本実施形態に開示の構成のみに制限されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
以下で「~」を挟んで記載する数値限定範囲には、両端の数値が下限値および上限値としてその範囲に含まれる。ただし、「未満」または「超」と示す場合には、その値が数値範囲に含まれない。以下の説明において、鋼の化学組成に関する%は、いずれも質量%である。
<化学組成>
(C:0.040~0.180%)
Cは、強度向上に寄与するマルテンサイトやベイナイト等の低温変態相の生成に有効な元素である。また、Cは、Ti等と結合して炭化物を生成することで、鋼の強度を高める元素でもある。C含有量が0.040%未満では980MPa以上の引張強度を得ることが困難である。したがって、C含有量は0.040%以上とする。C含有量は、好ましくは0.060%以上とする。
一方、C含有量が0.180%超では、溶接性が劣化する。そのため、C含有量は0.180%以下とする。C含有量は、好ましくは0.170%以下、より好ましくは0.160%以下、さらに好ましくは0.140%以下である。
(Si:0.005~2.00%)
Siは、固溶強化および焼入性を高めることによって鋼の強度を高める作用を有する元素である。また、Siは、セメンタイトの析出を抑制する作用を有する元素でもある。Si含有量が0.005%未満では、上記作用を発揮させることが困難となる。したがって、Si含有量は0.005%以上とする。Si含有量は、好ましくは0.01%以上であり、より好ましくは0.03%以上であり、さらに好ましくは0.05%以上であり、一層好ましくは0.10%以上である。
一方、Si含有量が2.00%超では、熱間圧延工程における表面酸化により、鋼板の表面性状が著しく劣化する。したがって、Si含有量は2.00%以下とする。Si含有量は、好ましくは1.50%以下、より好ましくは1.30%以下である。
(Mn:1.00~3.00%)
Mnは、固溶強化および焼入性を高めることによって鋼の強度を高める作用を有する元素である。Mn含有量が1.00%未満では、980MPa以上の鋼板の引張強度が得難くなる。したがって、Mn含有量は1.00%以上とする。Mn含有量は、好ましくは1.20%以上である。
一方、Mn含有量が過剰になると、塑性異方性の増加とともに、穴広げ性が低下する場合がある。この理由は明確ではないが、Mnを多量に含有させることにより、MnSが多量に析出すること、及び、Mn偏析に起因した熱間圧延中の再結晶や仕上げ圧延後のフェライト変態に、局所的なバラつきが生じることが原因であると推測される。以上のことから、Mn含有量は3.00%以下とする。Mn含有量は、好ましくは2.80%以下、より好ましくは2.60%以下、さらに好ましくは2.40%以下である。
(Ti:0.200%超、0.400%以下)
Tiは、Cと結合してTi系炭化物を形成し、鋼板の引張強度の向上に寄与する元素である。また、Tiは、スラブ加熱時及び熱間圧延中のオーステナイトの粗大化を抑制するTi窒化物を形成して、金属組織を微細化する作用を有する元素でもある。Ti含有量が0.200%以下では析出強化量の不足により所望の特性が得難くなる。したがって、Ti含有量は0.200%超とする。Ti含有量は、好ましくは0.210%以上であり、より好ましくは0.215%以上であり、さらに好ましくは0.220%以上である。
一方、Ti含有量が過剰になると、オーステナイト中に粗大なTi系炭化物が未固溶で残存することによって、加工の際、未固溶のTi系介在物を起点とするボイドの形成が促進され、一様伸びが低下する。したがって、Ti含有量は0.400%以下とする。Ti含有量は、好ましくは0.350%以下であり、より好ましくは0.300%以下である。
Ti系炭化物とは、Tiを含有するNaCl型の結晶構造を有する炭化物を指す。かかる炭化物がTiを含有していれば、本実施形態で規定される化学組成の範囲において、その他の炭化物生成合金元素、例えばMo、Nb、V、Cr、Wが少量含有されているものも含まれる。また、炭素の一部が窒素に置換された炭窒化物も含まれる。
(sol.Al:0.001~1.000%)
Alは、製鋼段階で脱酸により鋼を清浄化(鋼にブローホールなどの欠陥が生じることを抑制)し、かつ、フェライト変態を促進する作用を有する元素である。sol.Al含有量が0.001%未満では、上記作用を発揮させることが困難となる。したがって、sol.Al含有量は0.001%以上とする。sol.Al含有量は、好ましくは0.010%以上、より好ましくは0.020%以上である。
一方、sol.Al含有量を1.000%超としても、上記作用による効果が飽和するとともに、精錬コストが上昇する。したがって、sol.Al含有量は1.000%以下とする。sol.Al含有量は、好ましくは0.800%以下、より好ましくは0.600%以下である。sol.Alは、酸可溶性Alを意味する。
(N:0.0010~0.0100%)
Nは、スラブ加熱時及び熱間圧延中のオーステナイトの粗大化を抑制するTi窒化物を形成して、ミクロ組織を微細化する作用を有する元素である。N含有量が0.0010%未満では上記作用を発揮させることが困難となる。したがって、N含有量は0.0010%以上とする。N含有量は、好ましくは0.0015%以上、より好ましくは0.0020%以上である。
一方、N含有量が0.0100%超では、粗大なTi窒化物が形成され、鋼板の穴広げ性が劣化する。したがって、N含有量は0.0100%以下とする。N含有量は、好ましくは0.0060%以下であり、より好ましくは0.0050%以下である。
(P:0.100%以下)
Pは、不純物として鋼中に含有される元素であり、鋼板の穴広げ性や低温靭性を低下させる元素である。そのため、P含有量は0.100%以下とする。P含有量は、好ましくは0.060%以下、より好ましくは0.040%以下、さらに好ましくは0.020%以下である。Pは原料から不純物として混入するが、その下限を特に制限する必要はなく、穴広げ性や低温靭性を確保する上では、Pの含有量はより低い方が好ましい。ただし、P含有量を過剰に低減すると、製造コストが増加する。製造コストの観点からは、P含有量は好ましくは0.001%以上、より好ましくは0.005%以上である。
(S:0.0100%以下)
Sは、不純物として含有される元素であり、鋼板の加工性を低下させる元素である。そのため、S含有量は0.0100%以下とする。S含有量は、好ましくは0.0080%以下、より好ましくは0.0060%以下、さらに好ましくは0.0030%以下である。Sは原料から不純物として混入するが、その下限を特に制限する必要はなく、加工性を確保する観点からは、Sの含有量はより低い方が好ましい。ただし、S含有量を過剰に低減すると、製造コストが増加する。製造コストの観点からは、S含有量は好ましくは0.0001%以上、より好ましくは0.0005%以上、さらに好ましくは、0.0010%以上である。
本実施形態に係る鋼板の化学組成の残部は、Feおよび不純物であってもよい。本実施形態において、不純物とは、本実施形態に係る鋼板に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
一方、本実施形態に係る鋼板は、Feの一部に代え、以下の任意元素(Nb、V、Mo、Cu、Ni、Cr、B、Ca、Mg、REM、Bi)の1種以上を含有してもよい。すなわち、上述した元素と、後述する任意元素とを含み、残部がFe及び不純物であってもよい。任意元素を含有させなくても本実施形態に係る鋼板はその課題を解決することができるので、任意元素の含有量の下限は0%である。
(Nb:0~0.100%)
Nbは任意元素である。Nbは、鋼板の結晶粒径の粗大化を抑制するとともに、フェライト粒径を微細化し、NbCの析出強化により鋼板の強度を高める効果を有する元素である。これらの効果を確実に得る場合、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0.100%を超えると、上記効果が飽和するとともに、仕上げ圧延時の圧延荷重の増加の原因となる場合がある。そのため、Nb含有量は、含有させる場合、0.100%以下とする。Nb含有量は、好ましくは、0.070%以下、より好ましくは0.050%以下である。
(V:0~0.500%)
Vは任意元素である。Vは、鋼中に固溶して鋼板の強度を高めるとともに、炭化物や窒化物、炭窒化物等として鋼中に析出し、析出強化によっても鋼板の強度を向上させる効果を有する元素である。これらの効果を確実に得る場合、V含有量を0.005%以上とすることが好ましい。V含有量は、より好ましくは0.010%以上である。
一方、V含有量が0.500%を超えると鋼板の靭性が低下する場合がある。そのため、V含有量は、含有させる場合、0.500%以下とする。V含有量は、好ましくは0.300%以下である。
(Mo:0~0.500%)
Moは任意元素である。Moは、鋼の焼入れ性を高めるとともに、炭化物や炭窒化物を形成して鋼板を高強度化させる効果を有する元素である。これらの効果を確実に得る場合、Mo含有量を0.001%以上とすることが好ましい。Mo含有量は、より好ましくは、0.005%以上である。
一方、Mo含有量が0.500%を超えると、スラブの割れ感受性が高まる場合がある。そのため、Moの含有量は、含有させる場合、0.500%以下とする。Mo含有量は、好ましくは、0.300%以下である。
(Cu:0~1.00%)
Cuは任意元素である。Cuは、鋼の靭性を改善する効果および強度を高める効果を有する元素である。これらの効果を確実に得る場合、Cu含有量を0.02%以上とすることが好ましい。Cu含有量は、より好ましくは、0.08%以上である。
一方、Cuを過剰に含有させると鋼板の溶接性が低下する場合がある。そのため、Cu含有量は、含有させる場合、1.00%以下とする。Cu含有量は、好ましくは0.50%以下、より好ましくは0.30%以下である。
(Ni:0~1.00%)
Niは任意元素である。Niは、鋼の靭性を改善する効果および強度を高める効果を有する元素である。これらの効果を確実に得る場合、Ni含有量を0.02%以上とすることが好ましい。Ni含有量は、より好ましくは0.10%以上である。
一方、Niを過剰に含有させると合金コストが嵩むだけでなく、鋼板の溶接熱影響部の靭性が劣化する場合がある。そのため、Ni含有量は、含有させる場合、1.00%以下とする。Ni含有量は、好ましくは0.50%以下、より好ましくは0.30%以下である。
(Cr:0~2.00%)
Crは任意元素である。Crは、鋼の焼入性を高めることによりフレッシュマルテンサイト等の生成を促進する効果を有する元素である。この効果を確実に得る場合、Cr含有量を0.02%以上とすることが好ましい。Cr含有量は、より好ましくは0.05%以上である。
一方、Cr含有量が過剰になると、熱間圧延後の冷却過程におけるフェライト変態が過度に遅延してしまい、所望の量のフェライトが得難くなる場合がある。そのため、Cr含有量は、含有させる場合、2.00%以下とする。Cr含有量は、好ましくは1.50%以下、より好ましくは1.00%以下、さらに好ましくは0.50%以下である。
(B:0~0.0030%)
Bは任意元素である。Bは、粒界に偏析することで粒界強度を高めて、耐はがれ性を向上させる作用を有する元素である。この効果を得る場合、B含有量を0.0001%以上と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。
一方、B含有量が0.0030%を超えても、上記効果が飽和する。また、合金コストも増加する。そのため、B含有量は、含有させる場合、0.0030%以下とする。B含有量は、好ましくは0.0025%以下、より好ましくは0.0020%以下である。
(Ca:0~0.0100%)
Caは任意元素である。Caは、溶鋼中に微細な酸化物を多数分散させ、鋼板の金属組織を微細化させる効果を有する元素である。また、Caは、溶鋼中のSを球状のCaSとして固定して、MnSなどの延伸介在物の生成を抑制することにより、鋼板の穴広げ性を向上させる効果を有する元素である。これらの効果を確実に得る場合、Ca含有量を0.0002%以上とすることが好ましい。Ca含有量は、より好ましくは0.0005%以上である。
一方、Ca含有量が0.0100%を超えると、鋼中のCaOが増加し、鋼板の靭性が低下する場合がある。そのため、Ca含有量は、含有させる場合、0.0100%以下とする。Ca含有量は、好ましくは0.0050%以下、より好ましくは0.0030%以下である。
(Mg:0~0.0100%)
Mgは任意元素である。Mgは、Caと同様に、溶鋼中に酸化物や硫化物を形成して、粗大なMnSの形成を抑制し、微細な酸化物を多数分散させ、鋼板の組織を微細化する効果を有する元素である。これらの効果を確実に得る場合、Mg含有量を0.0002%以上とすることが好ましい。Mg含有量は、より好ましくは0.0005%以上である。
一方、Mg含有量が0.0100%を超えると、鋼中の酸化物が増加し、鋼板の靭性が低下する。そのため、Mg含有量は、含有させる場合、0.0100%以下とする。Mg含有量は、好ましくは0.0050%以下、より好ましくは0.0030%以下である。
(REM:0~0.0100%)
REMは任意元素である。REMも、Caと同様に、溶鋼中に酸化物や硫化物を形成して、粗大なMnSの形成を抑制し、微細な酸化物を多数分散させ、鋼板の組織を微細化する効果を有する元素である。これらの効果を得る場合、REM含有量を0.0002%以上とすることが好ましい。REM含有量は、より好ましくは0.0005%以上である。
一方、REM含有量が0.0100%を超えると、鋼中の酸化物が増加し、鋼板の靭性が低下する場合がある。そのため、REM含有量は、含有させる場合、0.0100%以下とする。REM含有量は、好ましくは0.0050%以下、より好ましくは0.0030%以下である。
ここで、REM(希土類)とは、Sc、Y及びランタノイドからなる合計17元素を指す。本実施形態では、REMの含有量とはこれらの元素の合計含有量を指す。
(Bi:0~0.0200%)
Biは、任意元素である。Biは、凝固組織を微細化して、鋼板の成形性を向上させる効果を有する元素である。この効果を確実に得るためには、Bi含有量は、0.0001%以上とすることが好ましい。Bi含有量は、より好ましくは0.0005%以上である。
一方、Bi含有量が0.0200%を超えると、上記効果が飽和するとともに合金コストが増加する。そのため、Bi含有量は、含有させる場合、0.0200%以下とする。Bi含有量は、好ましくは0.0100%以下であり、より好ましくは0.0070%以下である。
上述した鋼板の化学組成は、一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)を用いて測定すればよい。CおよびSは燃焼-赤外線吸収法を用い、Nは不活性ガス融解-熱伝導度法を用いて測定すればよい。表面にめっき層を備える場合は、機械研削により表面のめっき層を除去してから、化学組成の分析を行えばよい。
次に、鋼板の金属組織(ミクロ組織)について説明する。本実施形態に係る鋼板は、結晶方位解析に多く用いられるEBSD(Electron Back Scattering Diffraction:電子線後方散乱回折法)解析により求められる、1個の結晶粒内の平均方位差の平均値をGAM(Grain Average Misorientation)とした場合、表面から板厚の1/4の深さ位置で、所定のGAMを有する結晶粒の面積分率を制御する必要が有る。具体的にはGAMが0.5°超1.7°以下の結晶粒(GAM0.5-1.7)の面積分率が50%以上100%以下であり、GAMが1.7°超の結晶粒(GAM>1.7)の面積分率が0%以上20%以下であり、GAMが0.5°以下の結晶粒(GAM≦0.5)の面積分率が0%以上50%未満である。
また、本実施形態に係る鋼板は、表面から板厚の1/4の深さ位置の金属組織において、残留オーステナイトの面積分率が0%以上4%未満であり、残留オーステナイト、フレッシュマルテンサイト、セメンタイトおよびパーライトの合計面積分率が0%以上10%以下であり、平均結晶粒径が15.0μm以下であり、平均転位密度が1.0×1014/m以上4.0×1015/m以下である。
また、本実施形態に係る鋼板は、板厚中心部の、{211}<011>および{332}<113>の極密度の合計が12.0以下である。
以下、各要件について詳細に説明する。
本実施形態に係る鋼板は、鋼板の表面から板厚の1/4の深さ位置において、GAM0.5-1.7、GAM>1.7、GAM≦0.5、及び、残留オーステナイトの面積分率、「残留オーステナイト、フレッシュマルテンサイト、セメンタイト及びパーライト」の合計面積分率、平均結晶粒径、並びに、平均転位密度を所定の範囲内に制御する。ここで、鋼板の表面から板厚の1/4の深さ位置の鋼組織を規定するのは、この深さ位置が、鋼板の表面と板厚中心位置との中間点であり、集合組織以外については、当該位置における鋼組織が、鋼板の鋼組織を代表する(鋼板全体の平均的な鋼組織を示す)からである。本実施形態において、鋼板の表面から板厚の1/4の深さ位置は、鋼板の表面から板厚方向に板厚の1/4の深さ位置を中心に板厚方向に凡そ±100μmの範囲を意味する。
本発明者らは、適度に転位やひずみを有する組織が、強度、一様伸び及び低温靭性のバランスに優れることを見出し、このような組織は、EBSD解析に得られるGAMにより定義できることを知見した。
本実施形態において、GAM≦0.5はフェライトであり、GAM0.5-1.7、及び、GAM>1.7は、フェライト相以外の結晶構造がbccのもの、すなわちベイナイト、フレッシュマルテンサイト、焼き戻しベイナイト、焼き戻しマルテンサイト及びパーライトの1種または2種以上である。
(GAM0.5-1.7の面積分率:50%以上100%以下)
GAMは、1個の結晶粒内の局所的な結晶方位差の平均値であり、その結晶粒内の転位密度や弾性ひずみの量と相関があると考えられる。一般的に粒内の転位密度や弾性ひずみの増加は強度の向上をもたらす一方で加工性を低下させる。GAMが0.5°超1.7°以下に制御された結晶粒では加工性を低下させることなく強度を向上させることができる。そのため、本実施形態に係る鋼板では、GAM0.5-1.7の面積分率を50%以上に制御する。GAM0.5-1.7の面積分率は、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上であり、100%であっても構わない。
(GAM>1.7の面積分率が0%以上20%以下)
GAMが1.7°超の結晶粒(GAM>1.7)は高い転位密度と弾性ひずみとを有しており、強度は高くなるが延性に劣る。そのため、GAM>1.7の面積分率は20%以下に制御する。GAM>1.7の面積分率は、好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下であり、0%であっても構わない。
(GAM≦0.5の面積分率:0%以上50%未満)
GAMが0.5°以下の結晶粒(GAM≦0.5)は、転位密度や弾性ひずみが少ないので、強度と一様伸びとのバランスを向上させるために有効である。そのため、含有させても良い。一方、GAM≦0.5の面積分率が50%以上になると所望の強度が得難くなる。そのため、GAM≦0.5の面積分率は50%未満とする。GAM≦0.5の面積分率は、40%未満であることが好ましい。GAM≦0.5が含有されない場合であっても本実施形態に係る鋼板はその課題を解決することができるのでGAM≦0.5の面積分率は0%であっても構わない。
(残留オーステナイトの面積分率:0%以上4%未満)
(残留オーステナイト、フレッシュマルテンサイト、セメンタイト及びパーライトの合計面積分率:0%以上10%以下)
残留オーステナイト、フレッシュマルテンサイト、セメンタイト及びパーライトは、き裂の発生起点となり、鋼板の穴広げ性や低温靭性を低下させる。したがって、残留オーステナイト、フレッシュマルテンサイト、セメンタイト及びパーライトの合計面積分率は10%以下とする。合計面積分率は、好ましくは8%以下、より好ましくは5%以下である。これらの金属組織が含有されない場合であっても本実施形態に係る鋼板はその課題を解決することができるので、これらの金属組織の合計面積分率は0%であっても構わない。
また、これらの金属組織のうち、残留オーステナイトは、打抜きなどの予加工により非常に硬質なフレッシュマルテンサイトに変態することで、鋼板の穴広げ性を著しく劣化させる。そのため、残留オーステナイトの面積分率は4%未満とする。残留オーステナイトの面積分率は、好ましくは3%以下、より好ましくは2%以下、さらに好ましくは2%未満、一層好ましくは1%以下である。残留オーステナイトの面積分率は少ない方が好ましいので、面積分率は0%であっても構わない。
また、本実施形態に係る鋼板において、フレッシュマルテンサイトは、MA(Martensite-Ausutenite Constituent)として存在する。
(平均結晶粒径:15.0μm以下)
金属組織において、平均結晶粒径が粗大であると、破断時の破面単位が大きくなり、鋼板の低温靭性が低下する。したがって、平均結晶粒径は15.0μm以下とする。平均結晶粒径は、好ましくは12.0μm以下であり、より好ましくは10.0μm以下であり、さらに好ましくは7.0μm以下である。平均結晶粒径は小さいほど好ましいので下限は特に限定されない。しかしながら、通常の熱間圧延では平均結晶粒径が1.0μmを下回るような細粒化は技術的に困難である。そのため、平均結晶粒径は1.0μm以上、または4.0μm以上としてもよい。
本実施形態において平均結晶粒径とは、結晶構造がbccのもの、すなわちフェライト、ベイナイト、フレッシュマルテンサイト、焼き戻しベイナイト、焼き戻しマルテンサイト及びパーライトにおいて結晶方位差が15°以上の粒界で囲まれ、かつ円相当直径で0.3μm以上の領域を結晶粒と定義した場合の結晶粒径の平均値を意味し、残留オーステナイト及びセメンタイトの結晶粒径は平均結晶粒径の算出に含めない。
本実施形態において、平均結晶粒径および各組織の面積分率は、圧延方向及び板厚方向に平行な鋼板断面の、鋼板の表面から板厚の1/4の深さ位置における組織を観察、測定して求める。
平均結晶粒径、GAM0.5-1.7、GAM>1.7、GAM≦0.5及び残留オーステナイトの面積分率は、サーマル電界放射型走査電子顕微鏡とEBSD検出器とで構成されたEBSD解析装置を用いて、走査電子顕微鏡(SEM)観察及びEBSD解析により求める。具体的には、鋼板の表面から板厚の1/4の深さ位置を中心とする圧延方向に200μm、板厚方向に100μmの領域を、0.2μm間隔で、fccとbccとを区別して結晶方位情報を得る。EBSD解析装置の付属ソフトウェア(AMETEK社製「OIM Analysis(登録商標)」)を用いて、結晶方位差が15°以上である境界を結晶粒界とし、この結晶方位差15°以上である結晶粒界で囲まれ、円相当直径で0.3μm以上の領域を結晶粒と定義して、bccの平均結晶粒径を下記の数式を用いた方法により求める。ただし、下記数式中、Dは平均結晶粒径、Nは平均結晶粒径の評価領域に含まれる結晶粒の数、Aiはi番目(i=1、2、・・、N)の結晶粒の面積、diはi番目の結晶粒の円相当直径を示す。
Figure 0007498407000001
15°以上の結晶方位差を有する結晶粒界は主に、フェライト粒界、または、低温変態相、すなわち、ベイナイト、フレッシュマルテンサイト、焼き戻しベイナイト、焼き戻しマルテンサイト、のブロック境界である。JIS G 0552:2013に準じたフェライト粒径の測定方法では、結晶方位差が15°未満のフェライト粒についても粒径が算定されてしまう場合があり、さらに、低温変態相のブロックは算定されない。したがって、本実施形態における平均結晶粒径は、上述のようにEBSD解析により求めた値を採用する。
残留オーステナイトの面積分率は、EBSD解析によりfccと判別された金属組織の面積分率を算出することで得る。
GAM0.5-1.7、GAM>1.7、GAM≦0.5の面積分率は、結晶方位差が5°以上の境界で囲まれ、かつ円相当直径で0.3μm以上の領域を結晶粒と定義して、その結晶粒のうちbccである結晶粒内の、OIM Analysisに装備されているGrain Average Misorientation解析により求められる値(GAM値)で、各々の範囲のGAM値を有する結晶粒の面積分率を算出する。結晶方位差5°以上の境界を結晶粒界と定義する理由は、同一の旧オーステナイト粒から近いバリアントで生成した異なる組織が区別出来ない場合があるためである。
パーライトおよびセメンタイトの面積分率はナイタール腐食により現出した金属組織をSEM観察により観察することで得る。
フレッシュマルテンサイトの面積分率は、レペラ腐食により現出したMA(Martensite-Ausutenite Constituent)を光学顕微鏡で観察することにより、フレッシュマルテンサイトおよび残留オーステナイトの合計面積分率を求め、この合計面積分率から上述の方法により得た残留オーステナイトの面積分率を差し引くことで得る。
パーライト、セメンタイト及びMAの面積分率は、画像解析により求めてもよく、点算法で求めてもよい。例えば、パーライト及びセメンタイトは、鋼板の表面から板厚の1/4の深さ位置において1000倍の倍率にて3視野以上(100μm×100μm/視野)観察し、格子間隔5μmの点算法で求めてよい。また、MAの合計面積分率は、鋼板の表面から板厚の1/4の深さ位置の領域において500倍の倍率にて2視野以上(200μm×200μm/視野)観察し、格子間隔5μmの点算法で求めてよい。
(平均転位密度:1.0×1014~4.0×1015/m
本実施形態に係る鋼板では、表面から板厚の1/4の深さ位置の鋼板組織中の平均転位密度を4.0×1015/m以下とする。これは所望の一様伸びを得るためである。平均転位密度は、好ましくは3.5×1015/m以下、より好ましくは3.0×1015/m以下である。
一方、平均転位密度が1.0×1014/m未満では、強度の確保が難しい。そのため、平均転位密度は、1.0×1014/m以上とする。好ましくは1.5×1014/m以上、より好ましくは2.0×1014/m以上である。
平均転位密度は、X線回折法を用いて、鋼板の表面から板厚の1/4の深さ位置の、(110)、(211)及び(220)の回折ピークの半価幅をそれぞれ求め、Willamson-Hall法によって、歪みεを求める。求めた歪みεと鉄のバーガースベクトルb(b=0.25nm)に基づいて、ρ=(14.4ε)/bにより平均転位密度を求める。
本実施形態に係る鋼板は、鋼板の板厚中心部において、{211}<011>及び{332}<113>の極密度の合計を規定する。本実施形態において板厚中心部とは、鋼板の板厚方向の中心位置(鋼板の表面から板厚の1/2の深さ位置)から、鋼板の表方向及び裏方向にそれぞれ200μm程度の範囲を意味する。
板厚中心部における集合組織を規定する理由は、板厚中心部の集合組織と機械特性とが良く相関しているためである。この理由は定かではないが、本発明者らは以下のように推測する。鋼板は、圧延時にロールと鋼板との摩擦によって、鋼板の表裏で逆方向のせん断変形が生じ、板厚中心部では平面ひずみ変形が生じる。鋼板の集合組織は、この変形に伴って板厚方向に変化し、鋼板の表裏でせん断変形の方向が逆であるため、集合組織も表裏で対称の方位が発達する。そのため、機械特性に及ぼす集合組織の影響を表裏で相殺し合う結果、板厚中心部の集合組織と機械特性とが良く対応する。
(板厚中心部における{211}<011>及び{332}<113>の極密度の合計:12.0以下)
{211}<011>及び{332}<113>の発達により、塑性異方性が増加すると共に鋼板の穴広げ性が著しく低下する。そのため、{211}<011>及び{332}<113>の極密度の合計を12.0以下とする。{211}<011>及び{332}<113>の極密度の合計は、好ましくは10.0以下、より好ましくは7.0以下、さらに好ましくは6.0以下、一層好ましくは5.0以下である。前記極密度の合計は、小さければ小さいほど好ましいが、集合組織を持たない場合はそれぞれの極密度が1.0であるため、2.0に近い値とすることがより好ましい。
極密度はEBSD法による結晶方位情報により得ることができ、X線ランダム強度比と同義である。
{hkl}は圧延面に平行な結晶面、<uvw>は圧延方向に平行な結晶方向を表す。すなわち、{hkl}<uvw>とは板面法線方向に{hkl}、圧延方向に<uvw>が向いている結晶を示す。
また、本実施形態において、板厚中心部における各結晶方位の極密度は、走査電子顕微鏡とEBSD解析装置とを組み合わせた装置及びAMETEK社製のOIM Analysis(登録商標)を用いて、EBSD解析により、板厚中心部(板厚中心位置(鋼板の表面から板厚の1/2の深さ位置)から、鋼板の表方向及び裏方向にそれぞれ200μmの範囲)において、fccとbccとを区別して、1000個以上のbccの結晶粒の方位情報を測定し、級数展開法(harmonic series expansion)を用いたODF解析により求める。
<機械特性>
(引張強度:980MPa以上)
本実施形態に係る鋼板は、化学組成、金属組織および集合組織の制御により、高強度であり、且つ優れた低温靭性、伸びおよび穴広げ性を有する。しかしながら、鋼板の引張強度が小さいと、車体軽量化や剛性向上などの効果が小さい。そのため、本実施形態に係る鋼板の引張強度(TS)は980MPa以上とする。引張強度は、好ましくは1100MPa以上、より好ましくは1180MPa以上である。上限は特に規定しないが、強度が高くなるに伴いプレス成形が困難となる。そのため、引張強度は1800MPa以下、1600MPa以下、または1400MPa以下としてもよい。
本実施形態に係る鋼板は、表面(一方または両方)にめっき層を有していてもよい。めっき層を有することで、耐食性が向上する。めっき種に特に制限はないが、一般的には亜鉛めっきと亜鉛合金めっきとを含む亜鉛系めっきである。めっき鋼板の例としては、電気亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛-ニッケル合金めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき鋼板などが例示される。めっき付着量は一般的な量でよい。
本実施形態に係る鋼板は、引張強度(TS)と一様伸び(uEl)とのバランスの指標となるTS×uElが、6000MPa・%以上であることが好ましく、7000MPa・%以上であることがより好ましく、8000MPa・%以上であることがさらに好ましい。
鋼板の伸びは、JIS Z 2241:2011の5号試験片を用いて、JIS Z 2241:2011に規定された最大試験力時塑性伸び、いわゆる一様伸び(uEl)により評価する。
本実施形態に係る鋼板は、引張強度と穴広げ性とのバランスの指標となるTS×λが、40000MPa・%以上であることが好ましく、50000MPa・%以上であることがより好ましい。
鋼板の穴広げ性は、JIS Z 2256:2010に規定された穴広げ率(λ)により評価する。
また、本実施形態に係る鋼板は、低温靭性の指標としてのシャルピー衝撃試験における破面遷移温度(vTrs)が、-40℃以下であることが好ましい。
シャルピー衝撃試験は、JIS Z 2242:2005に従って行う。
<製造方法>
本実施形態に係る鋼板の製造方法については、特に限定するものではないが、以下の工程を備える製造方法によって得ることができる。
(I)所定の化学組成を有するスラブまたは鋼片を加熱する加熱工程。
(II)前記加熱工程後の前記スラブまたは前記鋼片に、複数の圧延スタンドを用いて、多パス熱間圧延を施して、熱延鋼板を得る熱間圧延工程。
(III)前記熱延鋼板を巻き取る巻き取り工程。
(IV)前記巻き取り工程後の前記熱延鋼板に熱処理を施す熱処理工程。
以下、各工程について、好ましい条件を説明する。
[加熱工程]
(加熱温度:1280℃以上かつSRT(℃)以上)
熱間圧延に供するスラブまたは鋼片の加熱温度は、1280℃以上かつ下記式(1)により表される温度SRT(℃)以上とする。加熱温度が、1280℃未満またはSRT(℃)未満では、Ti炭窒化物の溶体化が不十分となり、鋼板の引張強度や一様伸びが低下する。したがって、熱間圧延に供するスラブまたは鋼片の温度は、1280℃以上かつSRT(℃)以上となるように加熱する。ここで、「スラブまたは鋼片の温度が1280℃以上かつSRT(℃)以上」とは、スラブまたは鋼片の温度が、1280℃とSRT(℃)との高い方の温度以上であることを意味する。加熱温度は、1300℃超が好ましく、1305℃以上がより好ましい。
一方、加熱温度が1400℃超では、厚いスケールが生成して歩留まりが低下したり、加熱炉に著しい損傷が生じたりする場合がある。そのため、加熱温度は1400℃以下が好ましい。
SRT(℃)=1630+90×ln([C]×[Ti])…(1)
但し、上記式(1)中の[元素記号]は、各元素の質量%での含有量を示す。
加熱するスラブまたは鋼片は、連続鋳造や鋳造・分塊圧延により得たものでよいが、それらに熱間加工または冷間加工を加えたものであってもよい。
[熱間圧延工程]
熱間圧延工程では、上述した化学組成を有するスラブまたは鋼片に、複数の圧延スタンドを用いて多パス熱間圧延を施して、熱延鋼板を製造する。多パス熱間圧延はレバースミルまたはタンデムミルを用いて行うことができるが、工業的生産性の観点からは、少なくとも最終の数段はタンデムミルを用いることが好ましい。
本実施形態に係る鋼板の製造方法では、熱間圧延工程において、仕上げ温度FT、並びに、仕上げ温度FTを基準とした各温度域での、合計圧下率、圧延に要する時間、パス数及び冷却条件を後述の通りとする。
通常は、これらの条件を全て厳格に制御することは行われないが、本発明者らは、これらを同時に制御し、さらに後工程も制御することで、上述した高強度であり、且つ、伸び、穴広げ性及び低温靭性に優れた本実施形態に係る鋼板を得ることができることを見出した。
(FT+50℃超、FT+150℃以下の温度域での合計圧下率:50%以上)
本実施形態に係る鋼板の製造方法では、仕上げ温度を単位℃でFTとして、FT+50℃超、FT+150℃以下の温度域の熱間圧延の合計圧下率を高めることによって、鋼板中の再結晶オーステナイト粒の微細化を図る。鋼板中の再結晶オーステナイト粒を微細化させるためには、FT+50℃超、FT+150℃以下の温度域の合計圧下率は50%以上とする。上記温度域における合計圧下率が50%未満では、オーステナイトが十分に微細化しない。この場合、変態後の金属組織が粗大になるとともに、続くFT~FT+50℃の温度域の圧延時の圧延パス間での再結晶が遅延することにより、変態後の集合組織が発達してしまう。FT+50℃超、FT+150℃以下の温度域での合計圧下率は高いほど好ましいが、工業的には90%程度が限界であるため、90%以下としてもよい。
(FT~FT+50℃の温度域での合計圧下率:40~80%)
(FT~FT+50℃の温度域での圧延に要する時間:0.5~10.0秒)
本実施形態に係る鋼板の製造方法では、FT~FT+50℃の温度域での合計圧下率及び圧延に要する時間(圧延時間)を適正に制御することによって、後述する熱間圧延後の冷却条件と相俟って、加工性と靭性とに優れた鋼板を得ることができる。
FT~FT+50℃の温度域での合計圧下率が40%未満では、変態後の組織が粗大になり、圧延パス間及び圧延仕上げ後の再結晶が遅延するとともに、鋼板内部の変形量が不均一となる。この場合、変態後に特定の方位が発達してしまうことで、鋼板の穴広げ性が低下する。したがって、FT~FT+50℃の温度域での合計圧下率は40%以上とする。一方、上記温度域における合計圧下率が80%を超えると、再結晶しても集合組織が著しく発達するので、鋼板の穴広げ性が低下する。したがって、FT~FT+50℃の温度域での合計圧下率は80%以下とする。
本実施形態に係る鋼板の製造方法では、さらに、上記温度域(FT~FT+50℃の温度域)の圧延に要する時間も適正に制御することが重要である。上記温度域の圧延に要する時間が短すぎる場合、パス間で再結晶が進まずに圧延ひずみが過度に蓄積してしまい、特定の方位が発達することによって所望の集合組織が得難くなる。そのため、上記温度域の圧延に要する時間は0.5秒以上とする。好ましくは1.0秒以上であり、より好ましくは2.0秒以上である。一方、上記温度域の圧延に要する時間が長すぎる場合は、圧延パス間で再結晶粒が粒成長してしまい、変態後の組織が粗大になる。そのため、上記温度域の圧延に要する時間は10.0秒以下とする。好ましくは8.0秒以下、より好ましくは6.0秒以下であり、さらに好ましくは5.0秒以下である。
(FT+50℃超、FT+150℃以下の温度域およびFT~FT+50℃の温度域において、それぞれ2パス以上の圧延を行う)
FT+50℃超、FT+150℃以下の温度域の圧延、FT~FT+50℃の温度域の圧延のいずれにおいても、加工と再結晶とを繰り返させることが重要である。そのため、それぞれの温度域において、2パス以上の圧延を行う。
熱間圧延工程における、各温度域での合計圧下率とは、所定の温度域における最初のパス前の入口板厚を基準とした、この温度域での合計圧下量(この温度域の圧延における最初のパス前の入口板厚とこの温度域の圧延における最終パス後の出口板厚との差)の百分率である。
(FT~FT+100℃の温度域の平均冷却速度:6.0℃/秒以上40.0℃/秒以下)
熱間圧延中の鋼板温度は、圧延による加工発熱やロールとの接触による抜熱などで変化するが、本実施形態では、Ti系炭化物の析出と集合組織とを制御するため、FT~FT+100℃の温度域の平均冷却速度を適正に制御する。鋼板が、仕上げ温度に近い低温域に長時間滞在するとTi系炭化物が加工誘起析出して強度が減少する。一方、短時間に圧延を完了してしまうと集合組織が発達してしまい穴広げ性が低下する。そのため、FT~FT+100℃の温度域の平均冷却速度は6.0℃/秒以上40.0℃/秒以下とする。この温度域の平均冷却速度は、好ましくは9.0℃/秒以上30.0℃/秒以下であり、より好ましくは12.0℃/秒以上20.0℃/秒以下である。
上記温度域における平均冷却速度は、圧延速度および圧下率のコントロールによる、加工発熱及び鋼板とロールとの接触抜熱の制御を行うことで制御する。さらに、必要に応じて、水冷や誘導加熱などを行うことで制御する。また、上記温度域における平均冷却速度は、鋼板の表面温度を放射温度計などで測定するか、測定が困難な場合はシミュレーションにより求める。
(仕上げ温度FT(℃):下記式(2)により求められるAr(℃)以上、かつ下記式(3)により求められるTR(℃)以上、かつ1100℃以下)
Ar(℃)=901-325×[C]+33×[Si]-92×[Mn]+287×[P]+40×[sol.Al] (2)
TR(℃)=800+700×[Ti]+1000×[Nb] (3)
但し、上記式(2)及び(3)中の[元素記号]は、各元素の質量%での含有量を示し、含有しない場合は0を代入する。
本実施形態に係る鋼板の製造方法では、仕上げ圧延中に、オーステナイト相の加工と再結晶とを繰り返すことにより、金属組織を微細化すると共に集合組織の発達の抑制を図る。そのため、仕上げ温度FTは、上記式(2)により求められるAr(℃)以上、かつ上記式(3)により求められるTR(℃)以上とする。ここで、仕上げ温度FTとは、最終圧延直後の鋼板の表面温度を指す。
FTがAr(℃)未満では、仕上げ圧延中にフェライト変態が進行し、フェライト変態と共に粗大なTi系炭化物が析出して、鋼板の強度が低下する。また、FTがTR(℃)未満では、熱間圧延後冷却前のオーステナイトが著しく扁平となる。この場合、最終製品の鋼板において、圧延方向に伸長した組織となって、塑性異方性が大きくなることで、鋼板の穴広げ性が低下する。FTをTR(℃)以上とすることにより、圧延パス間における加工オーステナイトの再結晶を適度に促して、再結晶オーステナイト粒の微細化が図ることができ、熱間圧延後においては、後述する熱間圧延後の冷却条件と相俟って、低温靭性および穴広げ性に好適な鋼組織および集合組織を有する鋼板を得ることができる。
一方、FTが1100℃を超えると、組織が粗大化し、鋼板の低温靭性が低下する。したがって、FTは1100℃以下とする。FTは、好ましくは1080℃以下、より好ましくは1060℃以下である。
仕上げ圧延中の温度は、鋼材の表面温度を指し、放射温度計等により測定することができる。
(仕上げ圧延の完了から水冷を開始するまでの時間:3.0秒以内)
仕上げ圧延完了後は、圧延によって蓄積したひずみを活用して金属組織の微細化を図るため、3.0秒以内に水冷を開始する。この水冷は、複数の段階に分けて行われてもよい。仕上げ圧延完了から水冷開始までの時間(仕上げ圧延完了後、水冷を開始するまでの時間)が3.0秒超ではオーステナイト中のひずみが回復してしまい、所望の組織を得難くなる。仕上げ圧延完了から水冷を開始するまでの時間は、好ましくは2.0秒以内、より好ましくは1.0秒以内、さらに好ましくは0.5秒以内である。仕上げ圧延完了から水冷を開始するまでの時間は、仕上げ圧延完了後のオーステナイトを再結晶させるために0.05秒以上または0.1秒以上が好ましい。
(FT~750℃の温度域の平均冷却速度:30℃/秒以上)
仕上げ圧延を完了した温度(仕上げ温度:FT(℃))から750℃までの平均冷却速度の制御は、所望の金属組織を得るために重要である。前記平均冷却速度は、FT~750℃の温度変化と、この温度変化に要した時間から算出するが、この時間には仕上げ圧延完了から水冷開始までの時間が含まれる。上記温度域における平均冷却速度が30℃/秒未満であると、微細組織の形成が難しくなり、冷却の過程でフェライト変態と同時に粗大なTi系炭化物が析出して、鋼板の強度が低下する。そのため、上記温度域における平均冷却速度は30℃/秒以上とする。平均冷却速度は、好ましくは40℃/秒以上、より好ましくは50℃/秒以上である。上限は特に限定する必要はないが、熱ひずみによる板反り抑制の観点からは、平均冷却速度は300℃/秒以下であることが好ましく、200℃/秒以下であることがより好ましく、150℃/秒以下であることがさらに好ましく、110℃/秒以下であることが一層好ましい。
FT~750℃の温度域のうち仕上げ圧延終了後の高温域を急速冷却することにより、金属組織をより微細化することができるので、鋼板の低温靭性がより向上する。そのためには、FT~750℃の平均冷却速度を30℃/秒以上とすることに加え、仕上げ圧延を完了から0.3秒以内に水冷を開始し、FT~FT-40℃までの平均冷却速度を100℃/秒以上とすることが好ましい。この場合、前記水冷が、FT~FT-40℃の温度範囲の急冷を目的としたステップとその後の冷却を行う複数の冷却ステップとで行われることを妨げない。FT~FT-40℃の平均冷却速度が100℃/秒未満では上記効果が得難くなる。FT~FT-40℃の平均冷却速度は、好ましくは120℃/秒以上、より好ましくは150℃/秒以上である。この温度域での平均冷却速度について、上限は特に限定する必要はないが、鋼板内の温度ばらつき抑制の観点からは、平均冷却速度は1000℃/秒以下であることが好ましい。
上述の仕上げ圧延終了後の高温域の急冷(FT~FT-40℃の冷却)は、仕上げ圧延の最終スタンドの後に限らず、圧延スタンド間で行ってもよい。すなわち、急速冷却を行った後のスタンドでは圧延しないか、もしくは、形状矯正や冷却制御などを目的として、圧下率が8%以下の圧延を加えてもよい。この場合、急冷後の圧延は仕上げ圧延工程には含まれない。
(750~620℃の滞在時間:20秒以下)
一様伸びの向上を目的として、GAMが0.5°以下となる組織であるフェライトを析出させてもよい。そのためには、仕上げ圧延後の熱延鋼板を、フェライト変態が活発となる750~620℃の温度域の滞在時間を調整して、所望の面積分率のGAM≦0.5を得てもよい。上記温度域における滞在時間が20秒を超えると、フェライトが過剰に析出したり、パーライトやセメンタイトが過剰に析出して強度が低下する。そのため、上記温度域における滞在時間は20秒以下とする。滞在時間は好ましくは17秒以下、より好ましくは14秒以下、更に好ましくは、10秒以下である。設備能力を考慮し、下限は1秒としてもよい。
本実施形態において、750~620℃の滞在時間とは、仕上げ圧延後の鋼板の温度が750℃に達してから、温度が低下して620℃に達するまでの時間を示し、この時間、範囲において鋼板が必ずしも常に冷却される必要はない。
(620℃~570℃以下の冷却停止温度の温度域の平均冷却速度:30℃/秒以上)
未変態オーステナイトをフレッシュマルテンサイトやベイナイトに変態させるため、冷却停止温度を570℃以下として、620℃から冷却停止温度までの温度域の平均冷却速度が30℃/秒以上となるように冷却する。上記温度域における平均冷却速度が30℃/秒未満では、冷却中にセメンタイトやパーライトが生成して所望の金属組織が得難くなる。上記温度域における平均冷却速度は、好ましくは40℃/秒以上、より好ましくは50℃/秒以上である。上記温度域における平均冷却速度の上限は特に限定しないが、熱ひずみによる板反り抑制の観点から、300℃/秒以下が好ましく、200℃/秒以下がより好ましく、150℃/秒以下がさらに好ましく、110℃/秒以下が一層好ましい。
[巻き取り工程]
(巻取温度:570℃以下)
上記冷却後は、鋼板を570℃以下で巻き取る。570℃超で巻き取った場合、巻取後の緩冷却により巻取温度付近でTi系炭化物が過剰に析出して穴広げ性や靭性が低下する場合がある。そのため、巻取温度は570℃以下とする。巻取温度は、好ましくは560℃以下であり、より好ましくは550℃以下である。巻き取り後のTi系炭化物析出を抑制する観点から、巻取温度は570℃以下であれば良く、下限は限定されない。
巻取温度と上記冷却停止温度とは、ほぼ同じ温度になることが多い。
[熱処理工程]
(最高到達温度Tmax:550~720℃)
熱処理工程では、熱間圧延工程及び巻き取り工程で生成したフレッシュマルテンサイト及びベイナイトを熱処理により焼き戻して、転位密度を調整しつつ、Ti系炭化物を析出させることで、強度、一様伸び及び靭性に優れる鋼板が得られる。熱処理工程の最高到達温度Tmaxが550℃未満では、結晶粒内の弾性ひずみの減少の遅延によりGAM>1.7の面積分率が過剰になるおそれがある。そのため、Tmaxは550℃以上とする。Tmaxは、好ましくは570℃以上、より好ましくは600℃以上である。一方、Tmaxが720℃超では、Ti系炭化物が粗大化してしまい強度が得難くなる。また、パーライトや粗大なセメンタイトの生成により、鋼板の穴広げ性や靭性が劣化する。そのため、Tmaxは720℃以下とする。Tmaxは、好ましくは700℃以下である。
(焼き戻しパラメーターPs:14000~18000)
熱処理工程において、結晶粒内の弾性ひずみと転位が減少するとともに、Ti系炭化物が析出することにより、強度と一様伸びとのバランスに優れる鋼板が得られる。焼き戻しパラメーターPsが14000未満では、弾性ひずみと転位の減少とが不十分になり、強度と一様伸びとのバランスを向上させる効果が得られない。そのため、Psは14000以上とする。一方、Psが18000超では、Ti系炭化物が粗大化して強度が低下したり、パーライトや粗大なセメンタイトが生成したりして穴広げ性や靭性が劣化する。そのため、Psは18000以下とする。
Psは、熱処理温度が一定の場合はPs=(T+273)×(20+log(t))により求めることができる。式中のTは熱処理温度(℃)であり、tは熱処理時間(hour)である。しかしながら、熱処理温度が一定でない場合、すなわち、連続焼鈍のように連続的に温度が変化する場合には、非特許文献1に記載されているように熱処理工程を考慮した方法により、積算焼き戻しパラメーターとして計算することが出来る。本実施形態では、非特許文献1に記載された方法に基づいて算出した積算焼き戻しパラメーターを、焼き戻しパラメーターPsとする。
焼き戻しパラメーターPsは、具体的には以下の方法で求められる。
加熱開始から加熱終了までの時間を総数Nの微小時間Δtで分割する。ここで、(n-1)番目の区間の平均温度をTn-1(℃)、n番目の区間の平均温度をT(℃)とする。最初の微小時間(n=1の場合の区間)に対応する焼き戻しパラメーターP(1)は、以下の式により求めることができる。logは底が10の常用対数を示す。
P(1)=(T+273)×(20+log(Δt))
P(1)は、以下の式により、温度T及び加熱時間tに基づき算出されるPと等価な値として表すことができる。
(T+273)×(20+log(Δt))=(T+273)×(20+log(t))
時間tは、2番目の区間より前の区間(つまり、1番目の区間)での加熱に基づき算出されるPの積算値と等価なPを、温度Tで得るための所要時間(等価時間)である。2番目の区間(温度T)における加熱時間は、時間tに実際の加熱時間Δtを加えた時間である。したがって、2番目の区間の加熱が完了した時点でのPの積算値P(2)は以下の式により求めることができる。
P(2)=(T+273)×(20+log(t+Δt))
この式を一般化すると、以下の式(4)となる。
P(n)=(T+273)×(20+log(t+Δt)) (4)
時間tは(n-1)番目の区間の加熱が完了した時点でのPの積算値と等価なPを、温度Tで得るための等価時間である。時間tは式(5)により求めることができる。
log(t)=((Tn-1+273)/(T+273))×(20+log(tn-1))-20 (5)
以上の方法で得られる、N番目の焼き戻しパラメーターP(N)が、N番目の区間の加熱が完了した時点でのPの積算値であり、これがPsである。
本実施形態では、上記の熱処理工程において、鋼板にめっきを施すことで、めっき鋼板としてもよい。熱処理後にめっきを施す場合においても、熱処理工程とめっき工程とを連続した工程とみなし、上記した熱処理条件の範囲内でめっきを施せば問題ない。めっきは電気めっきおよび溶融めっきのいずれでもよい。めっき種も特に制限はないが、一般的には亜鉛めっきと亜鉛合金めっきとを含む亜鉛系めっきである。めっき鋼板の例としては、電気亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛-ニッケル合金めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき鋼板などが例示される。めっき付着量は一般的な量でよい。めっきを施す前に、プレめっきとしてNi等を表面につけても良い。
本実施形態に係る鋼板を製造する際には、形状矯正を目的として公知の調質圧延を適宜施してもよい。
本実施形態に係る鋼板の板厚は特に限定するものではないが、板厚が厚すぎる場合は、鋼板表層と内部とで生成される組織が著しく異なるため、6.0mm以下が好ましい。一方、板厚が薄すぎると熱延時の通板が困難となるため、一般的には1.0mm以上が好ましい。より好ましくは、1.2mm以上である。
次に、実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明はこの一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得る。
表1に示す化学組成を有する鋼を溶製して鋳造した後、熱間鍛造によって40mm厚さの鋼片とした。得られた鋼片を加熱し、複数の圧延スタンドを有する試験用小型タンデムミルにて、FT+50℃超、FT+150℃以下の温度域及びFT~FT+50℃の温度域のいずれにおいても2~4パスの複数回の圧延を行う、熱間圧延を施して、板厚を2.5~3.5mmの熱延鋼板とした。この熱延鋼板を水冷し、巻き取った後、熱処理を施すことで鋼板(熱延鋼板)を得た。表2-1~表2-2に各製造条件を示す。
熱処理において、焼き戻しパラメーターPsを算定する際の時間間隔は1秒とした。
また、一部の鋼板についてはめっきを施した。
Figure 0007498407000002
Figure 0007498407000003
Figure 0007498407000004
得られた鋼板について、上述の方法により、鋼板表面から板厚の1/4の深さ位置における金属組織のGAM0.5-1.7、GAM>1.7、GAM≦0.5の面積分率、残留オーステナイト(残留γ)の面積分率、残留オーステナイト、フレッシュマルテンサイト、セメンタイトおよびパーライトの合計面積分率、平均結晶粒径および平均転位密度、並びに、板厚中心部の各結晶方位の極密度を求めた。板厚中心部の結晶方位の極密度の測定においては、およそ3000個のbccの結晶方位情報を測定した。
得られた鋼板の機械特性を評価するため、引張強度TS(MPa)、一様伸びuEl(%)は、JIS Z 2241:2011に準拠し、5号試験片で評価した。
穴広げ性は、JIS Z 2256:2010に準拠して測定される穴広げ率λ(%)により評価した。
低温靭性は、破面遷移温度vTrs(℃)で評価し、JIS Z 2242:2005に準拠して、鋼板を2.5mmサブサイズ試験片に加工したVノッチ試験片を用いてシャルピー衝撃試験を行って評価した。
表3-1~表3-2に金属組織、集合組織および機械特性の試験結果を示す。表3-2中のめっきの欄のGIは溶融亜鉛めっき層を示し、GAは合金化溶融亜鉛めっき層を示す。また、表3-1の平均転位密度の表記において、例えば8.3E+14は、8.3×1014であることを示す。
引張強度が980MPa以上の場合を高強度であると判断し、vTrs(℃)が-40℃以下を低温靭性に優れるとして判断とした。加工性は、強度-一様伸びバランス(TS×uEl)及び強度-穴広げ性バランス(TS×λ)によって評価した。TS×uEl(MPa・%)は、6000MPa・%以上の場合を高強度であり一様伸びに優れると判断し、TS×λ(MPa・%)は、50000MPa・%以上である場合を高強度であり穴広げ性に優れるとして判断した。
Figure 0007498407000005
Figure 0007498407000006
表3-1、表3-2によれば、発明例である鋼板No.1~3、11、13、14、16、23~32、34、36は、高強度であり、低温靭性、一様伸び、穴広げ性に優れることが分かる。一方、比較例である鋼板No.4~10、12、15、17~22、33、35は、何れか1つ以上の特性が劣ることが分かる。
本発明に係る上記一態様によれば、高強度であり、且つ伸び、穴広げ性、低温靭性に優れた鋼板及びその製造方法を提供することができる。本発明に係る鋼板を自動車の内板部材、構造部材、足廻り部材等の部品の素材として使用すれば、部品形状に加工することが容易であり、極寒冷地での使用にも耐えることができるため、産業上の貢献が極めて顕著である。

Claims (7)

  1. 質量%で、
    C:0.040~0.180%、
    Si:0.005~2.00%、
    Mn:1.00~3.00%、
    Ti:0.200%超、0.400%以下、
    sol.Al:0.001~1.000%、
    N:0.0010~0.0100%、
    P:0.100%以下、
    S:0.0100%以下、
    Nb:0~0.100%、
    V:0~0.500%、
    Mo:0~0.500%、
    Cu:0~1.00%、
    Ni:0~1.00%、
    Cr:0~2.00%、
    B:0~0.0030%、
    Ca:0~0.0100%、
    Mg:0~0.0100%、
    REM:0~0.0100%、および
    Bi:0~0.0200%、
    を含有し、
    残部がFe及び不純物からなる化学組成を有し、
    表面から板厚の1/4の深さ位置で、
    EBSD解析により得られる1個の結晶粒内の結晶方位差の平均を表すGAMが0.5°超1.7°以下の結晶粒であるGAM0.5-1.7の面積分率が50%以上100%以下であり、
    前記GAMが1.7°超である結晶粒であるGAM>1.7の面積分率が0%以上20%以下であり、
    前記GAMが0.5°以下の結晶粒であるGAM≦0.5の面積分率が0%以上50%未満であり、
    残留オーステナイトの面積分率が0%以上4%未満であり、
    前記残留オーステナイト、フレッシュマルテンサイト、セメンタイトおよびパーライトの合計面積分率が0%以上10%以下であり、
    平均結晶粒径が15.0μm以下であり、
    平均転位密度が1.0×1014/m以上4.0×1015/m以下であり、
    板厚中心部の、{211}<011>および{332}<113>の極密度の合計が12.0以下であり、
    引張強度が980MPa以上である、
    ことを特徴とする鋼板。
  2. 前記化学組成が、質量%で、
    Nb:0.001~0.100%、
    V:0.005~0.500%、
    Mo:0.001~0.500%、
    Cu:0.02~1.00%、
    Ni:0.02~1.00%、
    Cr:0.02~2.00%、
    B:0.0001~0.0030%、
    Ca:0.0002~0.0100%、
    Mg:0.0002~0.0100%、
    REM:0.0002~0.0100%、および
    Bi:0.0001~0.0200%、
    からなる群から選択される1種または2種以上を含有する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の鋼板。
  3. 表面に、めっき層が形成されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の鋼板。
  4. 前記めっき層が、溶融亜鉛めっき層であることを特徴とする請求項3に記載の鋼板。
  5. 前記めっき層が、合金化溶融亜鉛めっき層であることを特徴とする請求項3に記載の鋼板。
  6. 請求項1に記載の鋼板の製造方法であって、
    請求項1に記載の前記化学組成を有するスラブまたは鋼片を加熱する加熱工程と、
    前記加熱工程後の前記スラブまたは前記鋼片に、複数の圧延スタンドを用いて、多パス熱間圧延を施して、熱延鋼板を得る熱間圧延工程と、
    前記熱延鋼板を巻き取る巻き取り工程と、
    前記巻き取り工程後の前記熱延鋼板に熱処理を施す熱処理工程と、
    を有し、
    前記加熱工程では、
    加熱温度を1280℃以上かつ下記(1)式により表される温度SRT(℃)以上とし、
    前記熱間圧延工程では、
    仕上げ温度を単位℃でFTと表したとき、FT+50℃超、FT+150℃以下の温度域での合計圧下率を50%以上とし、
    前記FT~前記FT+50℃の温度域での合計圧下率を40~80%、前記FT~前記FT+50℃の前記温度域の圧延に要する時間を0.5~10.0秒とし、
    前記FT+50℃超、前記FT+150℃以下の前記温度域および前記FT~前記FT+50℃の前記温度域において、それぞれ2パス以上の圧延を行い、
    前記FT~FT+100℃の温度域の平均冷却速度を6.0℃/秒以上40.0℃/秒以下とし、
    前記FTを、下記式(2)により求められるAr以上、かつ下記式(3)により求められるTR(℃)以上、かつ1100℃以下とし、
    仕上げ圧延の完了から3.0秒以内に水冷を開始し、
    前記FT~750℃の温度域の平均冷却速度を30℃/秒以上とし、750~620℃の温度域で20秒以下滞在させてから、620℃~570℃以下である冷却停止温度の温度域の平均冷却速度が30℃/秒以上となるように、前記冷却停止温度まで冷却し、
    前記巻き取り工程では、570℃以下で巻き取り、
    前記熱処理工程では、
    最高到達温度Tmaxを550℃以上720℃以下とし、焼き戻しパラメーターPsを14000~18000とする、
    ことを特徴とする鋼板の製造方法。
    SRT(℃)=1630+90×ln([C]×[Ti])…(1)
    Ar(℃)=901-325×[C]+33×[Si]-92×[Mn]+287×[P]+40×[sol.Al] (2)
    TR(℃)=800+700×[Ti]+1000×[Nb] (3)
    但し、上記式(1)、(2)、(3)中の[元素記号]は、各元素の質量%での含有量を示し、含有しない場合は0を代入する。
  7. 前記熱間圧延工程において、
    前記仕上げ圧延の完了から0.3秒以内に前記水冷を開始し、
    前記FT~FT-40℃の温度域の平均冷却速度が100℃/秒以上である冷却を行う、
    ことを特徴とする請求項6に記載の鋼板の製造方法。
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