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公開番号2021063272
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210422
出願番号2019188817
出願日20191015
発明の名称高強度鋼板
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人個人,個人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20210326BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】高強度かつ強度-延性バランスにも優れた鋼板を提供する。
【解決手段】所定の化学成分を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、金属組織が、全金属組織に対する面積率で40%以上80%以下のオーステナイトを含み、残部がフェライト及びマルテンサイトの少なくとも1種以上からなり、20μm2以上の面積を有するフェライト粒の分率が、全金属組織に対する面積率で10%以下であり、オーステナイトの成分組成は、下記式(1)で表されるX値が15以上45以下を満たすものである、高強度鋼板である。X=-25.9+50.8×[Cγwt.%]+1.03×[Siγwt.%]+0.881×[Mnγwt.%]+4.94×[Alγwt.%]-0.469×[Crγwt.%]+1.28×[Cuγwt.%]・・・(1)
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
C :0.32質量%以上、0.50質量%以下、
Si:0質量%超、3.0質量%以下、
Mn:5.0質量%以上、7.8質量%以下、
Al:1.60質量%以上、3.50質量%以下、
N :0質量%超、0.01質量%以下、
P :0質量%超、0.1質量%以下、及び
S :0質量%超、0.01質量%以下
を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
金属組織が、全金属組織に対する面積率で40%以上80%以下のオーステナイトを含み、残部がフェライト及びマルテンサイトの少なくとも1種以上からなり、
20μm

以上の面積を有するフェライト粒の分率が、全金属組織に対する面積率で10%以下であり、
前記オーステナイトの成分組成は、下記式(1)で表されるX値が15以上45以下を満たすものである、高強度鋼板。
X=−25.9+50.8×[Cγwt.%]+1.03×[Siγwt.%]+0.881×[Mnγwt.%]+4.94×[Alγwt.%]−0.469×[Crγwt.%]+1.28×[Cuγwt.%]・・・(1)
ただし、[Cγwt.%]、[Siγwt.%]、[Mnγwt.%]、[Alγwt.%]、[Crγwt.%]及び[Cuγwt.%]は、それぞれ前記オーステナイトに含まれるC、Si、Mn、Al、Cr及びCuの濃度を表し、含まれない元素の濃度はゼロとする。
続きを表示(約 520 文字)【請求項2】
Cr:0質量%超、3.0質量%以下を更に含有する、請求項1に記載の高強度鋼板。
【請求項3】
B:0質量%超、0.01質量%以下を更に含有する、請求項1又は2に記載の高強度鋼板。
【請求項4】
Cu:0質量%超、3.0質量%以下、及び
Ni:0質量%超、3.0質量%以下
からなる群より選択される1種又は2種を更に含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の高強度鋼板。
【請求項5】
V :0質量%超、0.5質量%以下、
Nb:0質量%超、0.5質量%以下、
Mo:0質量%超、0.5質量%以下、及び
Ti:0質量%超、0.5質量%以下
からなる群より選択される1種以上を更に含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の高強度鋼板。
【請求項6】
Ca :0質量%超、0.01質量%以下、
Mg :0質量%超、0.01質量%以下、及び
REM:0質量%超、0.01質量%以下
からなる群より選択される1種以上を更に含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の高強度鋼板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車用部品をはじめとする各種の用途に使用可能な高強度鋼板に関する。
続きを表示(約 6,600 文字)【背景技術】
【0002】
自動車用部品等に供される鋼板は、外部からの衝撃及び負荷に対して鋼製品そのものの機能維持や、鋼によって構成された構造体内部の人及び物の保護のために、高強度であることが求められている。特に近年、環境負荷軽減及びコスト低減の観点から鋼板の軽量化が求められている。そのため、鋼板を薄肉化しても耐久性を維持する必要があり、高強度化の要請は益々増している。
【0003】
しかしながら、一般に鋼の高強度化は成形性の劣化を招くため、高強度化と共に高い成形性の維持が課題となる。強度と成形性を両立する指標としては、引張試験における引張強度(TS)と伸び(El)の積TS×Elで表される強度−延性バランスが高いことが重要である。
【0004】
これまで、このような用途に応える材料として、ミクロ組織の一部又は全部を準安定
オーステナイトと為して、これを歪誘起マルテンサイト変態させることで伸びを向上させる変態誘起塑性(TRIP:Transformation Induced Plasticity)効果を活用した、TRIP鋼が提案されている。
【0005】
例えば、特許文献1には、980MPa以上のTS、24000MPa・%以上のTS×EL(全伸び)を有する高強度鋼板が開示されている。特許文献1に記載された鋼板では、所定の化学成分組成を有し、鋼組織が、面積率で、30.0%以上のフェライトを有し、フェライト中のMn量を鋼板中のMn量で除した値が0.80以下であり、体積率で、10.0%以上の残留オーステナイトを有し、残留オーステナイト中のMn量が6.0質量%以上であり、さらに、残留オーステナイトの平均結晶粒径が2.0μm以下を満たすことで所望の機械的特性を実現している。
【0006】
しかし、近年、さらに高いレベルの強度及び強度−延性バランスを実現する鋼板が望まれている。このような要望を満たすため、オーステナイトを室温で安定化させた上で、歪誘起の双晶変態を発生させて延性を向上させる双晶誘起塑性(TWIP:TWin Induced Plasticity)効果を利用したTWIP鋼が提案されている。例えば、非特許文献1〜3では、TRIP効果に加えてTWIP効果を発現させて強度及び強度−延性バランスを向上させる試みがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
特開2013−076162号公報
【非特許文献】
【0008】
Sangwon Lee, Bruno C. De Cooman, "Tensile Behavior of Intercritically Annealed 10 pct Mn Multi-phase Steel", Metallurgical and Materials Transactions A, February 2014, Volume 45, Issue 2, pp 709-716
Sangwon Lee, Bruno C. De Cooman, "Tensile Behavior of Intercritically Annealed Ultra‐Fine Grained 8% Mn Multi‐Phase Steel", steel research int., 86, 2015, No.10
Yun-bo Xu, Zhi-ping Hu, Ying Zou, Xiao-dong Tan, Ding-ting Han, Shu-qing Chen, De-gang Ma, R.D.K. Misra,"Effect of two-step intercritical annealing on microstructure and mechanical properties of hot-rolled medium manganese TRIP steel containing δ-ferrite", Materials Science and Engineering, 2017, 688, C, pp 40-55
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献1では、実施例に記載されている残留オーステナイト量が高々42.1%程度であり、強度−延性バランスが不十分である。
【0010】
また、非特許文献1〜2では、残留オーステナイト量の確保のため、Mnを多量に添加している。そのため、残留オーステナイトが過度に安定化し、強度又は強度−延性バランスが不十分である。また、非特許文献3では、C添加量が不足しているため、強度が不十分である。
【0011】
このように、従来の技術では、強度及び強度−延性バランスのいずれかが不十分であった。
【0012】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、高強度かつ強度−延性バランスに優れた鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の態様1は、
C :0.32質量%以上、0.50質量%以下、
Si:0質量%超、3.0質量%以下、
Mn:5.0質量%以上、7.8質量%以下、
Al:1.60質量%以上、3.50質量%以下、
N :0質量%超、0.01質量%以下、
P :0質量%超、0.1質量%以下、及び
S :0質量%超、0.01質量%以下
を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
金属組織が、全金属組織に対する面積率で40%以上80%以下のオーステナイトを含み、残部がフェライト及びマルテンサイトの少なくとも1種以上からなり、
20μm

以上の面積を有するフェライト粒の分率が、全金属組織に対する面積率で10%以下であり、
前記オーステナイトの成分組成は、下記式(1)で表されるX値が15以上45以下を満たすものである、高強度鋼板である。
X=−25.9+50.8×[Cγwt.%]+1.03×[Siγwt.%]+0.881×[Mnγwt.%]+4.94×[Alγwt.%]−0.469×[Crγwt.%]+1.28×[Cuγwt.%]・・・(1)
ただし、[Cγwt.%]、[Siγwt.%]、[Mnγwt.%]、[Alγwt.%]、[Crγwt.%]及び[Cuγwt.%]は、それぞれ前記オーステナイトに含まれるC、Si、Mn、Al、Cr及びCuの濃度を表し、含まれない元素の濃度はゼロとする。
【0014】
本発明の態様2は、
Cr:0質量%超、3.0質量%以下を更に含有する、態様1に記載の高強度鋼板である。
【0015】
本発明の態様3は、
B:0質量%超、0.01質量%以下を更に含有する、態様1又は2に記載の高強度鋼板である。
【0016】
本発明の態様4は、
Cu:0質量%超、3.0質量%以下、及び
Ni:0質量%超、3.0質量%以下
からなる群より選択される1種又は2種を更に含有する、態様1〜3のいずれかに記載の高強度鋼板である。
【0017】
本発明の態様5は、
V :0質量%超、0.5質量%以下、
Nb:0質量%超、0.5質量%以下、
Mo:0質量%超、0.5質量%以下、及び
Ti:0質量%超、0.5質量%以下
からなる群より選択される1種以上を更に含有する、態様1〜4のいずれかに記載の高強度鋼板である。
【0018】
本発明の態様6は、
Ca :0質量%超、0.01質量%以下、
Mg :0質量%超、0.01質量%以下、及び
REM:0質量%超、0.01質量%以下
からなる群より選択される1種以上を更に含有する、態様1〜5のいずれかに記載の高強度鋼板である。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、高強度かつ強度−延性バランスに優れた鋼板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1は、実施例における微小引張試験片の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明者らは鋭意検討した結果、従来よりも残留オーステナイト(以下、「残留γ」ということがある)分率を高くしてTRIP効果を発現させつつ、さらに残留γ中の化学成分組成を制御して、TWIP効果を従来よりも容易に発現させることにより、従来よりも高い伸びを確保することができることを見出した。さらに、フェライトサイズを制御することによって、伸び向上に伴う強度低下を抑制でき、高い強度レベルにおいて、優れた強度−延性バランスを実現できることを見出した。また、本発明者らは、鋼の化学成分組成を従来にはない適切な範囲に制御することにより、上記所望の金属組織を得られることを見出した。
【0022】
具体的には、本発明者らは、高い伸びを確保するために、残留γ分率を面積率で40%以上80%以下に制御した。また、本発明者らは、残留γ中の化学成分組成を、後述する式(1)で表されるX値が15以上45以下となるように制御することにより、TWIP効果を発現させやすくした。さらに、本発明者らは、強度確保のため、20μm

以上の面積を有する粗大なフェライト粒の分率を面積率で10%以下に抑制した。これらにより、本発明者らは、高い強度レベルにおいて、優れた強度−延性バランスを実現できることを見出した。
【0023】
1.金属組織
以下に本発明の実施形態に係る高強度鋼板の金属組織の詳細を説明する。
以下の金属組織の説明では、そのような組織を有することにより各種の特性を向上できるメカニズムについて説明している場合がある。これらは本発明者らが現時点で得られている知見により考えたメカニズムであるが、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに留意されたい。
【0024】
本発明の実施形態に係る高強度鋼板の金属組織は、全金属組織に対する面積率で40%以上80%以下のオーステナイト(すなわち、残留γ)を含み、残部がフェライト及びマルテンサイトの少なくとも1種以上からなり、20μm

以上の面積を有するフェライト粒の分率が、全金属組織に対する面積率で10%以下であり、オーステナイトの成分組成は、後述する式(1)で表されるX値が15以上45以下を満たすものである。
【0025】
[残留γの分率:40%以上80%以下]
残留γは、プレス加工等の加工中に、加工誘起変態によりマルテンサイトに変態するTRIP現象を発現し、大きな伸びを得ることのできる組織である。また、形成されるマルテンサイトは高い硬度を有する。そのため、残留γは、強度−延性バランスの向上に寄与する。このような作用を有効に発揮させるため、全金属組織に占める残留γの分率は、面積率で40%以上、好ましくは45%以上、より好ましくは50%以上にする。一方、残留γが過剰に含有されると、加工時にマルテンサイト変態しない残留γが存在し、強度が不足する。そのため、残留γの分率は、面積率で80%以下、好ましくは70%以下、より好ましくは60%以下とする。
【0026】
残留γの分率は、EBSD(Electron Backscatter Diffraction:電子後方散乱解析像法)、X線回折法(XRD)などの公知の方法を用いて測定することができる。EBSDを用いて残留γの分率を測定する方法の詳細は、後述する。X線回折法(XRD)を用いて残留γの分率を測定する場合、例えば、鋼板の1/4の厚さまで研削した後、化学研磨してからX線回折法により測定することができる(ISIJ Int.Vol.33,(1993),No.7,p.776)。入射X線は、Co−Kα線を用いることができる。
【0027】
[式(1)で表されるX値:15以上45以下]
本発明の実施形態では、残留γ中の化学成分組成について、下記式(1)で表されるX値が15以上45以下となるように制御する。
X=−25.9+50.8×[Cγwt.%]+1.03×[Siγwt.%]+0.881×[Mnγwt.%]+4.94×[Alγwt.%]−0.469×[Crγwt.%]+1.28×[Cuγwt.%]・・・(1)
ただし、[Cγwt.%]、[Siγwt.%]、[Mnγwt.%]、[Alγwt.%]、[Crγwt.%]及び[Cuγwt.%]は、それぞれ前記オーステナイトに含まれるC、Si、Mn、Al、Cr及びCuの濃度を表し、含まれない元素の濃度はゼロとする。
【0028】
上記式(1)で表されるX値は、積層欠陥エネルギー(SFE:Stacking Fault Energy、)に対応する式である。積層欠陥エネルギーが低下し、転位の拡張がしやすくなると、最密六方晶(hcp)であるεマルテンサイトへの応力誘起変態及び/又は面心立法格子(fcc)の双晶変形が発生しやすくなる。加工時に微細に変形双晶が導入されると、加工硬化が大きくなり、TWIP効果による高延性が実現される。ここで、積層欠陥エネルギーは、化学成分によって決定されると言われており、計算又は実験的に求められることが知られているものの、計算は非常に複雑である。そこで、本発明者らは、簡易的に積層欠陥エネルギーを求めるため、化学成分の回帰式を作成した。その結果が式(1)である。式(1)で表されるX値が45を超えると、TWIP効果が十分に発現しない。そのため、X値は45以下、好ましくは40以下とする。一方、X値が15未満となって低すぎても、TWIP効果が十分に発現しない。そのため、X値は15以上、好ましくは20以上する。
【0029】
残留γ中の化学成分組成は、電界放出型電子線マイクロアナライザ(FE−EPMA)、X線回折法(XRD)、3次元アトムプローブ電界イオン顕微鏡(Three Dimensional Atom Probe,3DAP)などの公知の方法を用いて測定することができる。FE−EPMAを用いた測定方法の詳細は、後述する。
【0030】
[20μm

以上の面積を有するフェライト粒の分率:10%以下]
上記残留γ分率及び残留γ中の化学成分組成(以下、「残留γ組成」ということがある)を制御することは、高延性化に寄与させることができる一方、強度が低下する場合がある。ここで、フェライトは、一般的に加工性に優れるものの、強度が低い組織である。また、フェライトが粗大化すると、転移の移動を制限する粒界が減少し得るため、強度が低下し得る。そこで、本発明では、20μm

以上の面積を有する粗大なフェライト粒の分率を10%以下に制御して、強度を向上させる。これにより、残留γ分率及び残留γ組成を制御することによる強度低下を抑制し、従来よりも強度を向上させることができる。20μm

以上の面積を有するフェライト粒の分率は、好ましくは7%以下、より好ましくは5%以下、最も好ましくは0%である。
(【0031】以降は省略されています)

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