JP7698043B2 - 延性に優れた超高強度鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
1110[C]+41.5[Si]+575[Mn]-1092[Al]-3590[Nb]-5181[Ti]+258[Cr]+664[Mo]≧1380
2853[C]+95[Si]+309[Mn]-153[Al]+4661[Nb]-780[Ti]+210[Cr]+457[Mo]≧1300
-29[C]+0.6[Si]-7.3[Mn]+7.8[Al]-145.2[Nb]+62.6[Ti]-3.3[Cr]-2.2[Mo]≧-24
(関係式1~3において、各元素は重量含量を意味する。)
炭素(C)は、鋼板の強度強化に大きく寄与する元素であって、上記Cは鋼板の結晶粒に析出して固溶強化を誘導し、鋼内のマルテンサイトの形成を促進して鋼を強化させる。また、上記Cはオーステナイト安定化元素であって、残留オーステナイトの形成に重要な役割を果たす。具体的には、オーステナイトに固溶する炭素(C)の量が増加するほど、オーステナイト安定度が高くなり、鋼内のオーステナイトの分率が高くなる。これは、上記オーステナイトの変態により形成されるマルテンサイトの分率上昇を誘導し、鋼板の強度が向上する効果が得られ、一部のオーステナイトは常温で残留して残留オーステナイトとして残る。
シリコン(Si)は、フェライト内で炭化物の析出を抑制し、フェライト内の炭素がオーステナイトに拡散することを誘導し、残留オーステナイト安定化に寄与する元素である。
マンガン(Mn)は、上記Cと同様に、オーステナイト安定化元素として作用することができる。具体的には、上記Mnは、複合組織鋼において、マルテンサイトが形成される臨界冷却速度を減少させ、鋼内でマルテンサイトの分率を高めるのに寄与することができる。
アルミニウム(Al)は、鋼の脱酸のために添加する元素であり、上記Siと同様にフェライト安定化元素である。上記Alは、フェライト内の炭素をオーステナイトに分配してマルテンサイト硬化能を向上させるのに有効であり、ベイナイト領域での維持時、ベイナイト内の炭化物の析出を効果的に抑制させ、鋼板の延性向上に有用な元素である。
クロム(Cr)は、鋼の硬化能を向上させ、高強度を確保するために添加する元素であって、マルテンサイトの形成に重要な役割を果たす。また、強度の上昇に対して伸び率の低下を最小化させ、高延性を有する複合組織鋼の製造に有利である。
モリブデン(Mo)は、鋼内に炭化物を形成する元素であって、鋼中のTi、Nbなどと結合して鋼内に微細な炭化物を形成することで降伏強度及び引張強度の向上に寄与することができる。このようなMoの含量が0.5%を超えると、鋼の伸び率が減少し、製造コストを上昇させるという問題がある。
チタン(Ti)は、上記Moと同様に鋼内に微細な炭化物を形成し、鋼の降伏強度及び引張強度の確保に寄与することができる。また、Tiは、窒化物を形成することにより、鋼内に含有されたNをTiNとして析出させ、上記NがAlと結合してAlNとして析出することを抑制することができ、これは、連鋳工程においてクラックが発生する危険を低減する効果がある。
ニオブ(Nb)はオーステナイト粒界に偏析し、焼鈍熱処理時にオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制し、上記結晶粒に微細な炭化物を析出することで、鋼板の強度増加に寄与することができる。
アンチモン(Sb)は、結晶粒界に分布し、鋼内のMn、Si、Alなどの酸化性元素の結晶粒界を介した拡散を遅らせることにより、酸化物の表面濃化を抑制し、温度上昇及び熱延工程の変化による表面濃化物の粗大化を抑制するのに有利な効果がある。
リン(P)は粒界に偏析して焼戻し脆性(Temper Brittlement)の発生の主な原因となり、溶接性及び靭性を阻害するという問題がある。したがって、上記Pは、可能な限り0%に近づくようにその含量を低く制御することが有利であるが、鋼の製造工程上、必然的に含有され、このようなPの含量を減らすための工程が難しく、追加工程による生産コストが増加するため、その上限を管理することが有効である。
硫黄Sは、上述したPとともに鋼内に不可避に含有される不純物であって、鋼板の延性及び溶接性を阻害するという問題がある。したがって、上記Sも可能な限り0%に近づくようにその含量を低く制御することが有利であるが、Sの含量を減らすための工程に消耗されるコスト及び時間を考慮すると、その上限を管理することが有効である。
窒素(N)は、鋼中のAlと結合してAlNのアルミナ(Alumina)系非金属介在物を形成することができる。上記AlNは連鋳品質を低下させ、鋼板の脆性を増加させるため、破壊欠陥が発生する危険性を増加させる。
1110[C]+41.5[Si]+575[Mn]-1092[Al]-3590[Nb]-5181[Ti]+258[Cr]+664[Mo]≧1380
2853[C]+95[Si]+309[Mn]-153[Al]+4661[Nb]-780[Ti]+210[Cr]+457[Mo]≧1300
-29[C]+0.6[Si]-7.3[Mn]+7.8[Al]-145.2[Nb]+62.6[Ti]-3.3[Cr]-2.2[Mo]≧-24
(関係式1~3において、各元素は重量含量を意味する。)
まず、上述した合金成分系を全て満たす鋼スラブを準備した後、これを加熱することができる。本工程は、後続する熱間圧延工程を円滑に行い、目標とする鋼板の物性を十分に得るために行われる。
上記により加熱された鋼スラブを熱間圧延して熱延鋼板に製造することができ、このとき800~1000℃の温度範囲で仕上げ熱間圧延を行うことができる。
上記により製造された熱延鋼板を巻き取ることができ、このとき400~700℃の温度範囲で行うことができる。
上記巻き取られた熱延鋼板を常温まで冷却することができる。このとき、冷却速度については特に限定しないが、空冷で行うことができる。
その後、上記熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板に製造することができ、このとき20~70%の冷間圧下率で行うことができる。
上記により製造された冷延鋼板を焼鈍処理することができる。一例として、連続焼鈍工程(Continuous Annealing Process)を行うことができるが、これに限定されるものではなく、公知の焼鈍方法のいずれでも構わない。
上記により焼鈍工程を完了した冷延鋼板を冷却することができる。
上記冷却された冷延鋼板、さらに、冷却及び維持された冷延鋼板を上記冷却温度に比べて50~200℃程度高い温度範囲に再加熱した後、一定時間維持することにより焼戻し処理することができる。
上述した一連の工程を経て製造された鋼板を溶融亜鉛系めっき浴に浸漬して溶融亜鉛めっき鋼板を製造することができる。
必要に応じて、上記溶融亜鉛めっき鋼板に対して合金化熱処理することにより、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得ることができる。
下記表1の合金組成を有するスラブ30kgを1200℃の温度で1時間の間加熱した後、加熱されたスラブを900℃で仕上げ熱間圧延して熱延鋼板を製造した。その後、各熱延鋼板を600℃に予め加熱された炉に装入して1時間維持した後、炉冷する熱延巻取りの模擬を行った。その後、常温まで冷却(空冷)した後に45%の冷間圧下率で冷間圧延して冷延鋼板を製造した。
Claims (9)
- 重量%で、炭素(C):0.1~0.2%、シリコン(Si):0.1~1.0%、マンガン(Mn):2.0~3.0%、アルミニウム(Al):1.0%以下(0%を除く)、クロム(Cr):1.0%以下、モリブデン(Mo):0.5%以下、チタン(Ti):0.1%以下、ニオブ(Nb):0.1%以下、アンチモン(Sb):0.1%以下(0%を除く)、リン(P):0.05%以下、硫黄(S):0.02%以下、窒素(N):0.02%以下、残りのFe及びその他の不可避不純物からなり、
下記関係式1~3を満たし、
微細組織として、面積分率3~20%のフェライトと残部硬質相(残留オーステナイト、ベイナイト及び焼戻しマルテンサイトを含む)とからなり、
降伏強度700MPa以上、引張強度980MPa以上、伸び率13%以上である、延性に優れた超高強度鋼板。
[関係式1]
1110[C]+41.5[Si]+575[Mn]-1092[Al]-3590[Nb]-5181[Ti]+258[Cr]+664[Mo]≧1380
[関係式2]
2853[C]+95[Si]+309[Mn]-153[Al]+4661[Nb]-780[Ti]+210[Cr]+457[Mo]≧1300
[関係式3]
-29[C]+0.6[Si]-7.3[Mn]+7.8[Al]-145.2[Nb]+62.6[Ti]-3.3[Cr]-2.2[Mo]≧-24
(関係式1~3において、各元素は重量含量を意味する。) - 前記鋼板の硬質相は、面積分率1~10%の残留オーステナイト、1~30%のベイナイト、30~70%の焼戻しマルテンサイト及び残部フレッシュマルテンサイト(fresh martensite)からなる、請求項1に記載の延性に優れた超高強度鋼板。
- 前記鋼板は、フレッシュマルテンサイト相を面積分率3%以上で含む、請求項1に記載の延性に優れた超高強度鋼板。
- 前記鋼板は、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板及び合金化溶融亜鉛めっき鋼板のうちいずれか一つである、請求項1に記載の延性に優れた超高強度鋼板。
- 重量%で、炭素(C):0.1~0.2%、シリコン(Si):0.1~1.0%、マンガン(Mn):2.0~3.0%、アルミニウム(Al):1.0%以下(0%を除く)、クロム(Cr):1.0%以下、モリブデン(Mo):0.5%以下、チタン(Ti):0.1%以下、ニオブ(Nb):0.1%以下、アンチモン(Sb):0.1%以下(0%を除く)、リン(P):0.05%以下、硫黄(S):0.02%以下、窒素(N):0.02%以下、残りのFe及びその他の不可避不純物からなり、下記関係式1~3を満たす鋼スラブを準備する段階と、
前記鋼スラブを1050~1300℃の温度範囲で加熱する段階と、
前記加熱された鋼スラブを800~1000℃の温度範囲で仕上げ熱間圧延して熱延鋼板を製造する段階と、
前記熱延鋼板を400~700℃の温度範囲で巻き取る段階と、
前記巻き取られた熱延鋼板を総圧下率20~70%で冷間圧延して冷延鋼板を製造する段階と、
前記冷延鋼板を800~900℃の温度範囲で焼鈍処理する段階と、
前記焼鈍処理された冷延鋼板を250~400℃の温度範囲に冷却する段階と、
前記冷却された冷延鋼板を再加熱及び維持する段階と、を含み、
前記再加熱及び維持する段階は、前記冷却された温度+50℃以上~冷却された温度+200℃以下の温度範囲で0.1~60分間行う、請求項1に記載の延性に優れた超高強度鋼板の製造方法。
[関係式1]
1110[C]+41.5[Si]+575[Mn]-1092[Al]-3590[Nb]-5181[Ti]+258[Cr]+664[Mo]≧1380
[関係式2]
2853[C]+95[Si]+309[Mn]-153[Al]+4661[Nb]-780[Ti]+210[Cr]+457[Mo]≧1300
[関係式3]
-29[C]+0.6[Si]-7.3[Mn]+7.8[Al]-145.2[Nb]+62.6[Ti]-3.3[Cr]-2.2[Mo]≧-24
(関係式1~3において、各元素は重量含量を意味する。) - 前記冷延鋼板の冷却は、2~50℃/sの冷却速度で行う、請求項5に記載の延性に優れた超高強度鋼板の製造方法。
- 前記冷却された冷延鋼板を再加熱する前に冷却された温度範囲で0.1~60分間維持する段階をさらに含む、請求項5に記載の延性に優れた超高強度鋼板の製造方法。
- 前記再加熱及び維持後に溶融亜鉛めっきする段階をさらに含む、請求項5に記載の延性に優れた超高強度鋼板の製造方法。
- 前記溶融亜鉛めっき後に合金化熱処理する段階をさらに含む、請求項8に記載の延性に優れた超高強度鋼板の製造方法。
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