説明

鋼板および表面処理鋼板ならびにそれらの製造方法

【課題】引張強度が590MPa以上の穴拡げ性に優れる鋼板及び表面処理鋼板ならびその製造方法を提供する。
【解決手段】質量%で、C:0.02%以上0.20%以下、Si:0.001%以上2.0%以下、Mn:1.2%以上5.0%以下、P:0.1%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.001%以上2.0%以下、N:0.01%以下、O:0.01%以下、Bi:0.0001%以上0.05%以下を含有し、さらに、TiおよびNbの1種または2種を下記不等式を満たす範囲で含有する化学組成を有することを特徴とする鋼板。
0.05≦Ti+Nb/2≦0.30。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼板および表面処理鋼板ならびにそれらの製造方法に関する。具体的には、本発明は、穴拡げ性に優れる鋼板および表面処理鋼板ならびにそれらの製造方法に関し、特に、自動車の車体のようにプレス成形、その中でも、従来困難であった伸びフランジ成形が必要不可欠となる用途に好適な高強度鋼板および高強度表面処理鋼板ならびにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、地球環境保護のために、自動車の燃費向上が求められており、車体の軽量化と乗員の安全性確保のために、引張強度が590MPa以上の高強度鋼板へのニーズが高まっている。
【0003】
自動車用部品に適用される高強度鋼板において、強度特性だけでなく、プレス成形性や溶接性等、部品成形時に要求される各種施工性が満足されなければならない。自動車部品の成形プロセスにおいて、伸びフランジ成形の使用頻度は極めて高く、それによって、様々な形状の部品が成形されるので、耐伸びフランジ割れ、すなわち、穴拡げ性に優れる高強度鋼板が必要になる。しかし、一般的に、引張強度の上昇に伴い、穴拡げ性は劣化する。この原因は、高強度鋼板は、フェライトを母相としマルテンサイトやベイナイト等の硬質相で強化された組織であり、延性破壊の起点となるマイクロボイドがフェライトと硬質相との異相界面、または、その近傍に発生しやすいことに因る。そこで、高強度鋼板の穴拡げ性改善に対して、多数の研究開発がなされている。
【0004】
例えば、非特許文献1は、フェライトとマルテンサイトの複合組織鋼板において、フェライトとマルテンサイトの変形応力差(硬度差)の低下に伴い、穴拡げ性が向上するという知見を開示している。また、非特許文献2は、マルテンサイト等の硬質相そのものを含まない穴拡げ性に優れるフェライト単相鋼板を開示している。
【0005】
しかしながら、一般に高強度鋼板は、高強度化を図るために、Mnを多量に含有する場合が多い。しかし、Mnは鋼中に偏析し易い元素である。このため、高強度鋼板の化学組成は、Mnの偏析によって局所的に変動する。この化学組成の局所的な変動により、不均一組織が高強度鋼板に形成される。このため、非特許文献1に開示されるようにフェライトおよびマルテンサイトそれぞれの硬さを高強度鋼板の全域において精緻に制御することは、現実には極めて難しい。
【0006】
図1は、従来技術に係る高強度鋼板の断面の観察像を示す図である。図1のように、不均一組織が高強度鋼板に形成されると、局所的な変形応力差が増大され、打ち抜き加工による端面性状が著しく劣化する。端面性状の劣化は割れを誘発し、打ち抜き加工した鋼板の穴拡げ性が著しく劣化する。
【0007】
また、TiとMo等で形成される合金炭化物の析出現象がMnおよびTiの偏析によって局所的に変化するため、高強度鋼板中における合金炭化物の粒径が不均一となる。このため、非特許文献2により開示された発明は、局所的な変形応力差を解消できず、高強度鋼板の穴拡げ性を改善できない。とりわけ、非特許文献1および2により開示された発明は、鋼中に偏析し易いMnやTiを多量に含有するため、上述したように、打ち抜き加工した鋼板の穴拡げ性が劣化することが懸念される。
【0008】
したがって、高強度化のためにMnやTiを多量に含有しながら鋼組織を均一にするという一見相反することが、穴拡げ性および高強度化を両立するためには、必要になる。
ところで、不均一組織の起源である偏析そのものを拡散によって解消する技術が提案される。特許文献1には、鋼材を1250℃以上の高温に10時間以上の長時間保持する溶質化によって、偏析を低減して鋼材を均質化する発明が開示される。しかし、この発明だけに基づいても、偏析は完全には消滅しない。このため、不均一組織が偏析によって形成され、穴拡げ性を十分に改善できない。また、当該均質化は高温長時間の熱処理であるため、生産性が著しく低下する。
【0009】
特許文献2および3には、スラブの厚みtsの(1/4)tsの位置における平均冷却速度を100℃/min以上として液相線温度から固相線温度の間を冷却する条件で連続鋳造を行うことによって、偏析を低減して鋼材を均質化する発明が開示されている。しかしながら、これらの発明は、所望の冷却速度を達成するために、厚みが30〜100mmと薄いスラブの連続鋳造にしか適用できず、200〜300mmの厚みを有する通常のスラブの連続鋳造には適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開平4−191322号公報
【特許文献2】特開2007−70649号公報
【特許文献3】特開2007−70659号公報
【非特許文献】
【0011】
【非特許文献1】ISIJ International,44(2004),No.3,p.603−609
【非特許文献2】ISIJ International,44(2004),No.11,p.1945−1951
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の課題は、前述したように、従来の技術で製造することが困難であった、引張強度が590MPa以上の穴拡げ性に優れる鋼板および表面処理鋼板ならびにそれらの製造方法を提供することを目的とする。ここで、「穴拡げ性」はJFST1001に規定の方法で測定した穴拡げ率(HER)により評価することができる。本発明において、「穴拡げ性に優れる」とは、上記の穴拡げ率が50%以上であることを意味し、穴拡げ率が80%以上の場合にはその鋼板は特に優れた穴拡げ性を有すると判定される。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、穴拡げ性を劣化させるC濃度の高いマルテンサイトやオーステナイトで構成される硬質組織の生成を抑制し、さらに、偏析に起因する不均一組織の生成を抑制できるように、従来の鋼板に比べてより多量のTiやNbを鋼に添加し、さらに、C量、Mn量およびBi量を特定の範囲に制御し、その化学組成に対する最適な製造条件を見出すことによって、引張強度が590MPa以上の穴拡げ性に優れる鋼板および表面処理鋼板を得ることができるという知見に基づく。
【0014】
本発明は、C:0.02%以上0.20%以下(本明細書においては特に断りがない限り組成に関する「%」は「質量%」を意味するものとする)、Si:0.001%以上2.0%以下、Mn:1.2%以上5.0%以下、P:0.1%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.001%以上2.0%以下、N:0.01%以下、O:0.01%以下およびBi:0.0001%以上0.05%以下を含有し、さらに、TiおよびNbの1種または2種を下記不等式を満たす範囲で含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、引張強度が590MPa以上である機械特性を有することを特徴とする鋼板である。
【0015】
0.05≦Ti+Nb/2≦0.30
ここで、上記式中のTiおよびNbはそれぞれTiおよびNbの含有量(単位:質量%)を意味する。
【0016】
この本発明に係る鋼板では、上記化学組成が、上記Feの一部に代えて、質量%で、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、V:1.0%以下およびB:0.01%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有することが好ましい。
【0017】
この本発明に係る鋼板では、上記化学組成が、上記Feの一部に代えて、質量%で、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、REM:0.01%以下およびZr:0.01%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有することが好ましい。
【0018】
別の観点からは、本発明は、上記の鋼板が該鋼板表面にめっき層を備えることを特徴とする表面処理鋼板である。
別の観点からは、本発明は、下記工程(A)〜(C)を備えることを特徴とする鋼板の製造方法である。
(A)上記した化学組成を有する鋼材に、圧延開始温度:1100℃以上1300℃以下、圧延完了温度:800℃以上1000℃以下、巻取温度:300℃以上750℃以下の熱間圧延を施して熱延鋼板とする熱間圧延工程;
(B)前記熱延鋼板に冷間圧延を施して冷延鋼板とする冷間圧延工程;および
(C)前記冷延鋼板に、750℃以上950℃以下の温度域で再結晶焼鈍を施す連続焼鈍工程。
【0019】
さらに、別の観点からは、上記の製造方法により得られた鋼板の表面にめっき層を形成するめっき処理を施すことを特徴とする表面処理鋼板の製造方法である。
【発明の効果】
【0020】
本発明により、引張強度が590MPa以上であって穴拡げ性に優れる高強度鋼板を得ることができる。本発明に係る鋼板は、各種の産業分野、特に、自動車分野において広範に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】従来技術に係る高強度鋼板であって、不均一組織が形成されたものの断面の観察像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
1.化学組成
本発明に係る鋼板の化学組成を前述のように規定した理由を説明する。
(C:0.02%以上0.20%以下)
Cは、強度向上に寄与する元素であり、鋼板の引張強度を590MPa以上にするために、0.02%以上含有させる。好ましくは0.035%以上である。しかし、0.20%を超えてCを含有させると、溶接性が劣化する。このため、C含有量は0.02%以上0.20%以下とする。なお、C含有量は好ましくは0.10%以下であり、このようにC含有量を制御することによって、残留オーステナイトの面積率が3.0%以下である鋼組織が得られやすくなり、良好な穴拡げ性を安定して確保することが容易になる。
【0023】
(Si:0.001%以上2.0%以下)
Siは、穴拡げ性を然程劣化させることなく強度を向上させる作用を有する。この作用による効果を得るために、0.001%以上含有させる。一方、2.0%を超えてSiを含有させると、表面処理が施されていない鋼板の場合には化成処理性が劣化し、表面処理鋼板の場合には表面処理性および被膜特性、例えば、溶融亜鉛めっき鋼板の場合にはめっきの濡れ性、合金化処理性およびめっき密着性が劣化する。このため、Si含有量は0.001%以上2.0%以下とする。
【0024】
Si含有量が1.5%超であると、鋼板表面にSiを含む酸化物が形成され、表面性状が劣化することがある。このため、Si含有量は好ましくは1.5%以下である。なお、表面処理鋼板が合金化溶融亜鉛めっき鋼板の場合には、Si含有量は0.03%以上0.25%以下であることが好ましく、このようにSi含有量を制御することによって、めっきの密着性が向上し、プレス成形によるパウダリングやフレーキング発生を防止することが可能になる。
【0025】
(Mn:1.2%以上5.0%以下)
Mnは、ベイナイト変態を遅らせ、さらに、C含有量、Ti含有量やNb含有量のバランスによって、硬質組織の生成を抑制できるだけでなく、強度向上に著しく寄与する元素であり、鋼板の引張強度を590MPa以上にするために、1.2%以上含有させる。しかし、5.0%を超えてMnを含有させると、転炉における精錬、鋳造が著しく困難になるだけでなく、溶接性が劣化する。このため、Mn含有量は1.2%以上5.0%以下とする。好ましくは1.8%以上4.0%以下である。Mnは不均一組織の形成を助長するが、後述するように、Biを含有することによって、Mnのこの悪影響が緩和されて、組織が均一となるので、穴拡げ性の劣化を抑制しつつ強度を向上させることが可能となる。
【0026】
(P:0.1%以下)
Pは、不純物として含有される元素であるが、強度向上に寄与する元素でもあるので、積極的に含有させてもよい。しかし、0.1%を超えてPを含有させると、溶接性が著しく劣化する。このため、P含有量は0.1%以下とする。なお、好ましくは、P含有量は0.005%以上0.025%以下であり、このようにP含有量を制御することによって、より確実に鋼板を強化しつつパウダリング等のめっき不良を防止することが可能になる。
【0027】
(S:0.01%以下)
Sは、不純物として不可避的に含有され、穴拡げ性を著しく劣化させる元素である。このため、S含有量は0.01%以下とする。なお、その含有量が低いほど、穴拡げ性は向上するので下限は特に規定しない。好ましくは0.005%以下、さらに好ましくは0.0015%以下である。
【0028】
(sol.Al:0.001%以上2.0%以下)
Alは、鋼を脱酸して、Ti等の炭窒化物形成元素の歩留まりを向上させる元素である。Ti系、Nb系、またはTi−Nb複合系の酸化物の生成を抑制するために、sol.Al含有量は0.001%以上とする。好ましくは0.02%以上である。しかし、2.0%を超えてsol.Alを含有させると、溶接性が劣化する。このため、sol.Al含有量は2.0%以下とする。好ましくは1.5%以下である。
【0029】
(N:0.01%以下)
Nは、不純物として不可避的に含有され、穴拡げ性を著しく劣化させる元素である。このため、N含有量は0.01%以下とする。なお、その含有量が低いほど、穴拡げ性はするので下限は特に規定しない。好ましくは0.006%以下、さらに好ましくは0.0045%以下である。
【0030】
(O:0.01%以下)
Oは、不純物として不可避的に含有され、穴拡げ性を著しく劣化させる元素である。このため、O含有量は0.01%以下とする。なお、その含有量が低いほど、穴拡げ性は向上するので下限は特に規定しない。好ましくは0.005%以下、さらに好ましくは0.002%以下である。
【0031】
(Bi:0.0001%以上0.05%以下)
Biは、本発明において重要な元素である。Biを含有することによって、凝固組織が微細化し、MnおよびTiやNbを多量に含有しても組織が均一となり、穴拡げ性の劣化が抑制される。したがって、Bi含有量は所望の穴拡げ性を確保するために0.0001%以上とする。一方、0.05%を超えてBiを含有させると、熱間加工性が劣化して熱間圧延が困難になる。このため、Bi含有量は0.0001%以上0.05%以下とする。なお、Bi含有量を0.0010%以上とすることが穴拡げ性をさらに向上させる観点から好ましい。
【0032】
(TiおよびNbの1種または2種を0.05≦Ti+Nb/2≦0.30を満たす範囲)
TiおよびNbは微細な炭化物、窒化物または炭窒化物を形成させ、強度向上に著しく寄与する元素である。また、前述したように、C含有量とMn含有量をバランスさせ、さらに、後述するような焼鈍条件を組み合わせることによって、硬質組織が生成し難くなり、引張強度が590MPa以上でありながら、優れた穴拡げ性も達成される。このような効果を発現させるために、少なくとも、TiおよびNbの1種または2種を含有させ、Ti+Nb/2の値(ただし、TiおよびNbはそれぞれTiおよびNbの含有量(単位:質量%)であり、以下、「TN値」という。)で0.05以上含有させる。しかし、TN値が0.30を超えるようにTi、Nbの1種または2種を含有させても、前記効果が飽和し、製造コストが高くなるだけである。このため、TN値が0.05以上0.30以下となるようにTiおよび/またはNbを含有させる。なお、TN値が0.15以上となるようにTiおよび/またはNbを含有させると、残留オーステナイトの面積率が3.0%以下である鋼組織が得られやすくなり、良好な穴拡げ性が安定して確保することが容易となる。TiやNbも不均一組織の形成を助長するが、前述したように、Biを含有することによって、TiやNbに基づく悪影響が緩和されて、組織が均一となるので、穴拡げ性の劣化を抑制しつつ強度を向上させることが可能となる。
【0033】
(Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、V:1.0%以下およびB:0.01%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上)
Cr、Mo、Cu、Ni、VおよびBは、いずれも、強度向上に寄与する元素であり、必要に応じて含有させることができる任意元素である。しかし、Cr、Mo、Cu、NiおよびVについてはそれぞれ1.0%を超えて含有させても、Bについては0.01%を超えて含有させても、上記効果は飽和してしまい、製造コストが高くなるだけである。このため、Cr、Mo、Cu、Ni、VおよびBの1種または2種以上を上記の量で含有させることが好ましい。なお、上記の効果をより確実に得るためには、Cr、Mo、Cu、NiおよびVのいずれかの元素を0.01%以上含有させるかBを0.0002%以上含有させることが好ましい。
【0034】
(Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、REM:0.01%以下およびZr:0.01%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上)
Ca、Mg、REMおよびZrは、いずれも、穴拡げ性を向上させる元素であり、必要に応じて含有させることができる任意元素である。しかし、それぞれ0.01%を超えて含有させると、表面性状が劣化する。このため、Ca、Mg、REMおよびZrの1種または2種以上を上記の量で含有させることが好ましい。なお、上記の効果をより確実に得るためには、いずれかの元素を0.0005%以上含有させることが好ましい。
【0035】
ここで、REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、上記REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ランタノイドの場合、工業的にはミッシュメタルの形で添加される。
残部はFeおよび不純物である。
【0036】
2.めっき層
耐食性の向上等を目的として、上述した鋼板の表面にめっき層を設けるなどの処理を行い、表面処理鋼板としてもよい。鋼板上にめっき層を設ける場合には、そのめっき方法は限定されない。電気めっきであってもよく溶融めっきであってもよい。電気めっきとしては、電気亜鉛めっき、電気Zn−Ni合金めっき等が例示される。溶融めっきとしては、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、溶融アルミニウムめっき、溶融Zn−Al合金めっき、溶融Zn−Al−Mg合金めっき、溶融Zn−Al−Mg−Si合金めっき等が例示される。めっき付着量は特に制限されず、従来と同様でよい。また、めっき後に適当な化成処理(例えば、シリケート系のクロムフリー化成処理液の塗布と乾燥)を施して、耐食性をさらに高めることも可能である。
【0037】
3.鋼組織
次に、本発明に係る鋼板の好適な鋼組織を説明する。
上述した化学組成の本発明に係る鋼板は、フェライト、ベイニティックフェライトおよびベイナイトを主相とする組織であり、マルテンサイトおよび残留オーステナイトは極力含有しないことが好ましい。その中でも、オーステナイトは、加工誘起変態によって、最も硬質な組織になる。したがって、切断加工、または打抜き加工した残留オーステナイトを含む鋼板を伸びフランジ成形した場合、穴拡げ性が著しく劣化する。このため、面積率で評価した分率で、残留オーステナイトが3.0%以下(0%の場合も含む)であることが好ましい。そして、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの合計面積率は30%以下とすることが好ましい。なお、本発明に係る溶融亜鉛めっき鋼板においては、フェライト、ベイニティックフェライトおよびベイナイトを明確に区別することが困難であるので、各々の面積率を規定することは困難である。フェライト、ベイニティックフェライトおよびベイナイトの合計面積率は70%以上とすることが好ましい。
【0038】
4.製造方法
次に、本発明に係る鋼板を安定的に得る観点から好ましい製造方法を説明する。
上述した化学組成を有する溶鋼を、転炉や電気炉等の公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造法でスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、連続鋳造工程におけるスラブ表面から10mm深さ位置における液相線温度から固相線温度までの温度域内の平均冷却速度(以下、「10mm深さ位置冷却速度」という。)を100℃/分以上にすると、デンドライト2次アーム間隔をより狭くすることができるので、穴拡げ性が向上する。一方、10mm深さ位置冷却速度を1000℃/分以下にすると、スラブの表面割れをより確実に抑制することができる。このため、10mm深さ位置冷却速度は100℃/分以上1000℃/分以下とすることが好ましい。また、スラブの厚さを200mm以上にすると、後述する熱間圧延および冷間圧延において95.0%以上の総圧下率を確保することが容易となる。また、スラブの厚さを300mm以下にすると、鋼板表面の組織をより均一とすることができるので、穴拡げ性が向上する。このため、スラブの厚さは、200mm以上300mm以下とすることが好ましい。
【0039】
この鋼素材に熱間圧延を施して、熱延鋼板とする。熱間圧延は、鋳造された鋼素材を室温まで冷却せず、温片のまま加熱炉に装入し、加熱した後に圧延する直送圧延、またはわずかに保熱した後に直ちに圧延する直接圧延するか、あるいは、一旦、鋼素材を冷却した後に再加熱して圧延してもよい。
【0040】
(熱間圧延工程における圧延開始温度:1100℃以上1300℃以下)
本発明に係る鋼板では、その引張強度を590MPa以上に高めるためにTiとNb等の微細析出物を分散させる。この微細析出物の分散を安定的に実現するためには、熱間圧延する前に、鋼素材(スラブ)に含有されるTiやNbを一旦固溶させることが好ましい。そこで、熱間圧延する前の加熱温度は1100℃以上とすることが好ましい。しかし、1300℃を超えて加熱すると、鋼素材の内部酸化が促進され、表面性状が著しく劣化することが懸念される。このため、鋼素材の加熱温度は1100℃以上1300℃以下とすることが好ましい。換言すれば、熱間圧延の圧延開始温度は1100℃以上1300℃以下であることが好ましい。さらに好ましくは1150℃以上1270℃以下であり、このように温度を制限することによって、より確実に上記効果を得ることが可能になる。また、熱間圧延を開始するまでに、鋼素材を1200℃以上1300℃以下の温度域に30分間以上保持することが好ましい。このように鋼素材を高温に保持することによって、Mnの凝固偏析に起因する不均一組織がより確実に解消され、穴拡げ性が一層向上する。しかし180分間を超えて保持しても、上記効果が飽和し、製造コストが高くなるだけであるので、180分間以下とすることが好ましい。
【0041】
(熱間圧延工程における圧延完了温度:800℃以上1000℃以下)
熱間圧延時の変形抵抗を小さくし、操業をより容易にするために、圧延完了温度を800℃以上とすることが好ましい。しかし、圧延完了温度が1000℃を超えると、スケール疵が発生しやすくなり、表面性状が著しく劣化することが懸念される。このため、圧延完了温度を800℃以上1000℃以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、840℃以上960℃以下である。
【0042】
(熱間圧延工程における巻取温度:300℃以上750℃以下)
本発明に係る鋼板はMnならびにTiおよび/またはNbを比較的多量に含む。これらは易酸化元素であるので、鋼板表面およびその近傍は巻取り中に酸化しやすい。したがって、鋼板の酸化を抑制し、良好な表面性状を確保するために、巻取温度を750℃以下とすることが好ましい。一方、上記元素は熱延鋼板の強度を著しく高める。特に、300℃未満で巻取ると、硬質なベイナイトやマルテンサイトが生成し、その後に冷間圧延することが困難になるだけでなく、鋼板の板厚精度が著しく劣化することが懸念される。このため、巻取温度を300℃以上750℃以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、420℃以上680℃以下である。
【0043】
なお、熱間圧延工程において、特性変動を抑制するために、粗圧延の後に、仕上圧延する前の粗バーに誘導加熱等を施して、粗バー全長の温度均一化を図ることが好ましい。
上記熱間圧延工程により得られた熱延鋼板は、酸洗等の常法によって、脱スケール処理を施し、その後に、冷間圧延を施し、冷延鋼板とする。この場合、熱間圧延および冷間圧延における総圧下率を95%以上とすることが好ましい。ここで、総圧下率は次式で算出される。
総圧下率(%)={1−(冷延鋼板の板厚)/(熱間圧延に供するスラブの板厚)}×100
【0044】
総圧下率を大きくすると、板厚方向に分布するMn偏析帯が薄くなり、穴拡げ性が向上する。なお、連続焼鈍後の鋼組織を均一にするために、冷間圧延の総圧下率を30%以上とすることが好ましい。また、鋼板の平坦性を確保するために、酸洗の前または後に、圧下率5%以下の圧延を施し、形状を修正することが好ましい。また、このような軽度の圧延を酸洗の前に施すことによって、酸洗性が向上し、表面濃化元素の除去が促進され、表面性状が向上する。
【0045】
(焼鈍温度:750℃以上950℃以下)
上記熱間圧延工程および冷間圧延工程により得られた冷延鋼板に連続焼鈍を行う。焼鈍温度は750℃以上950℃以下とすることが好ましい。再結晶焼鈍温度までの昇温速度が1℃/sec以上であることが、生産性の観点から好ましい。
【0046】
焼鈍温度を750℃以上とすることにより、未再結晶の残存が抑制される。このため、鋼組織の均一性がさらに高まり、穴拡げ性のさらなる向上が実現される。また、焼鈍温度を950℃以下とすることにより、焼鈍炉の損傷が抑制されて生産性が向上する。
【0047】
焼鈍時間は、未再結晶を完全に除去し、良好な穴拡げ性を安定して確保するために、10秒間以上とすることが好ましい。また、焼鈍時間は、生産性の観点から300秒間以下とすることが好ましい。
【0048】
なお、鋼板の表面に溶融亜鉛めっきを施す場合には、めっきの濡れ性や合金化処理性を向上させるために、焼鈍中の露点を−40℃以上とすることが好ましい。
焼鈍後の冷却は、コスト高に繋がる合金元素の添加を抑制しながら590MPa以上の高い引張強度を確保するために、650℃から550℃までの平均冷却速度を5℃/sec以上とすることが好ましい。
【0049】
鋼板の表面に溶融亜鉛めっきを施す場合には、冷却停止温度が460℃以上550℃以下であることが好ましい。冷却停止温度が460℃未満であると、めっき浴浸入時の抜熱が大きくなり、操業が困難になることがある。また、冷却停止温度が550℃超であると、操業が困難になることがある。
【0050】
溶融亜鉛めっきは、常法により行えばよく、例えば、410℃以上490℃以下の溶融亜鉛めっき浴に浸漬する。溶融亜鉛めっき浴に浸漬した後に合金化処理を施してもよい。合金化処理を施す場合には、合金化処理温度が430℃以上600℃以下であることが好ましい。合金化処理温度が430℃未満であると、合金化未処理が発生し、鋼板の表面性状が劣化し易くなる。合金化処理温度が600℃超であるとパウダリングが発生し易くなる。
【0051】
また、めっきの濡れ性や合金化処理性を向上させるために、焼鈍前の鋼板に、Ni、Cu、CoおよびFeの1種または2種以上で構成されるめっきを施してもよい。
焼鈍後の調質圧延の伸び率は、0.05%以上1%以下であることが好ましい。調質圧延を行うことによって、降伏点伸びの発生を抑制するとともに、プレス時の焼付けやかじりを防止することが可能になる。
【0052】
上記製造方法により、引張強度が590MPa以上の穴拡げ性に優れる鋼板および表面処理鋼板を製造することができる。
このように、鋼の化学組成を工夫し、熱間圧延と冷間圧延後の連続焼鈍条件を最適化することによって、引張強度が590MPa以上の穴拡げ性に優れる鋼板および表面処理鋼板ならびにその製造方法が提供される。
【実施例】
【0053】
本発明を、実施例を参照しながらより具体的に説明する。
表1に示す化学組成を有する鋼を転炉で溶製した。次に、スラブ表面から10mm深さ位置における液相線温度から固相線温度までの温度域内の平均冷却速度(10mm深さ位置冷却速度)が表2に示す条件となるようにして連続鋳造することによって、厚みが245mmのスラブを作製した。
【0054】
【表1】

【0055】
【表2】

【0056】
得られたスラブを表2に示す条件で熱間圧延し、2.6mm厚の熱延鋼板を得た。その後、得られた熱延鋼板を酸洗し、さらに冷間圧延して、1.2mm厚の冷延鋼板を得た。
得られた冷延鋼板から熱処理用試験材を採取し、表3に示すように連続焼鈍設備または連続溶融亜鉛めっき設備におけるヒートパターンに相当する熱処理を行って、下記の評価を行うための鋼板(以下、「評価用鋼板」という。)を得た。
【0057】
【表3】

【0058】
得られたスラブおよび評価用鋼板を光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡により、評価用鋼板についてはさらにX線回折法により組織を解析した。また、評価用鋼板については引張試験および穴拡げ試験を行い、その機械特性を評価した。その結果を表4に示す。
【0059】
[試験方法]
(10mm深さ位置冷却速度)
得られたスラブの断面をピクリン酸によりエッチングし、スラブ表面より内部に10mmの深さ位置において、5箇所のデンドライト2次アーム間隔λ(μm)を測定し、下記式に基づいて、その値から液相線温度から固相線温度までの温度域内の平均冷却速度A(℃/min)を算出した。
【0060】
λ=710×A−0.39
(残留オーステナイトの面積率)
各評価用鋼板に板厚の1/4だけ減厚するための化学研磨を施し、化学研磨後の表面にX線回折を施し、得られたプロファイルを解析し、残留オーステナイトの面積率を算出した。
【0061】
(フェライト、ベイナイトおよびベイニティックフェライトの合計面積率)
各評価用鋼板から圧延方向および圧延直角方向に試験片を採取し、圧延方向断面の組織、および圧延直角方向の断面の組織を光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡で撮影し、画像解析によりフェライト、ベイナイトおよびベイニティックフェライトの合計面積率を測定した。こうして求めた合計面積率の平均値を評価用鋼板のフェライト、ベイナイトおよびベイニティックフェライトの合計面積率とした。
【0062】
(機械的性質)
評価用鋼板の圧延方向に直角方向からJIS5号引張試験片を採取し、引張強度を測定した。JFST1001に規定の方法によって、穴拡げ率を測定した。
【0063】
なお、表1〜4において下線を付された数値は、その数値により示される含有量、製造条件、または機械特性が本発明の範囲外であることを示している。
【0064】
【表4】

【0065】
表4における供試材No.1、2、4〜9、12〜17、19〜21および23〜30は、本発明の条件を全て満足し、穴拡げ性にも優れる(穴拡げ率が50%以上)となる本発明例の鋼板である。
【0066】
一方、供試材No.3、10、11、18および22は本発明の条件の少なくとも一つを満足しない比較例の鋼板である。比較例の鋼板No.3、11および22は化学組成が本発明の範囲から外れており、所望の強度が得られない。鋼板No.10は製造条件が本発明の範囲から外れており、所望の強度が得られない。鋼板No.18は化学組成が本発明の範囲から外れており、穴拡げ性が悪い。
【0067】
本発明例の鋼板うち、残留オーステナイトの面積率が3.0%以下である鋼板No.1、2、4〜9、12〜16、19〜21および23〜30は、引張強度が590MPa以上であるうえに、穴拡げ率が80%以上であるから、特に優れた穴拡げ性を有する鋼板である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で、C:0.02%以上0.20%以下、Si:0.001%以上2.0%以下、Mn:1.2%以上5.0%以下、P:0.1%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.001%以上2.0%以下、N:0.01%以下、O:0.01%以下およびBi:0.0001%以上0.05%以下を含有し、さらに、TiおよびNbの1種または2種を下記不等式を満たす範囲で含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、引張強度が590MPa以上である機械特性を有することを特徴とする鋼板。
0.05≦Ti+Nb/2≦0.30
ここで、上記式中のTiおよびNbはそれぞれTiおよびNbの含有量(単位:質量%)を意味する。
【請求項2】
前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、質量%で、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、V:1.0%以下およびB:0.01%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有する、請求項1に記載の鋼板。
【請求項3】
前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、質量%で、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、REM:0.01%以下およびZr:0.01%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有する、請求項1または請求項2に記載の鋼板。
【請求項4】
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載される鋼板が、該鋼板表面にめっき層を備えることを特徴とする表面処理鋼板。
【請求項5】
下記工程(A)〜(C)を備えることを特徴とする鋼板の製造方法:
(A)請求項1から3までのいずれか1項に記載される化学組成を有する鋼材に、圧延開始温度:1100℃以上1300℃以下、圧延完了温度:800℃以上1000℃以下、巻取温度:300℃以上750℃以下の熱間圧延を施して熱延鋼板とする熱間圧延工程;
(B)前記熱延鋼板に冷間圧延を施して冷延鋼板とする冷間圧延工程;および
(C)前記冷延鋼板に、750℃以上950℃以下の温度域で再結晶焼鈍を施す連続焼鈍工程。
【請求項6】
請求項5に記載される製造方法により得られた鋼板の表面にめっき層を形成するめっき処理を施すことを特徴とする表面処理鋼板の製造方法。

【図1】
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【公開番号】特開2011−241431(P2011−241431A)
【公開日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−113549(P2010−113549)
【出願日】平成22年5月17日(2010.5.17)
【出願人】(000002118)住友金属工業株式会社 (2,544)
【Fターム(参考)】