JP2784207B2

JP2784207B2 - 加工用熱延鋼板の製造方法及び熱延鋼板の加工熱処理法

Info

Publication number: JP2784207B2
Application number: JP1103184A
Authority: JP
Inventors: 茂樹野村; 和俊国重; 誠住友; 昭夫高橋; 巌水谷; 和夫宇野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: JPH02282420A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、自動車或いは産業機器用の高強度部材に好
適な鋼板、具体的には成形加工に供するまでは比較的低
強度で加工し易く、加工後、適当な加熱処理によって高
強度化する加工用熱延鋼板の製造方法とその加工熱処理
法に関するものである。

（従来の技術）連続熱間圧延によって製造された鋼板、いわゆる熱延
鋼板は比較的安価な構造材料として、自動車をはじめと
する各種の産業機器に広く使用されている。そして、そ
の用途にはプレス加工で成形される部材が多く、従っ
て、熱延鋼板には優れた加工性が要求されることが多
い。一方、構造部材としては高強度であることも要求さ
れるが、高強度と優れた加工性とを両立させることは通
常困難である。

そこで、加工以前の素材の段階では低強度で加工性が
良く、加工の後に適当な熱処理によって高強度化する材
料が種々開発されてきた。冷延鋼板においては、加工す
る前は軟質で加工が容易であり、加工後の焼付塗装時に
硬化して降伏強さが上昇する鋼板、いわゆる焼付け硬化
型高強度鋼板がすでに実用化されている。最近では焼付
け硬化型の熱延鋼板についての検討も進められており、
これに関する特許も出願されている。

例えば、特開昭62-180021号公報には、焼付け硬化型
高強度熱延鋼板を製造する方法として、Ｎ（窒素）を多
く含んだ特定化学成分の鋼を、熱間圧延後急冷する方法
が開示されている。この方法は、固溶Ｎの歪時効を利用
して焼付け硬化性を得るものであるが、本願の発明者ら
の実験結果によれば、この方法で得られる焼付け硬化型
高強度熱延鋼板は、焼付け後の降伏強さは大幅に上昇す
るものの、引張り強さの上昇は僅かであった。

引張り強さの上昇が小さいと、疲労特性の向上が小さ
い。疲労特性は引張り強さとの間に強い相関があり、引
張り強さが大きくなるほど疲労特性は増大することが報
告されている。（平川ら；「住友金属」vol.33（1981）
No.4,P.121）。

従って、引張り強さの上昇が小さいと、これらの鋼板
の主用途である、自動車用および産業機器用の高強度部
材で要求される疲労特性の向上効果が小さく、実用的な
価値が乏しくなる。

（発明が解決しようとする課題）本発明の課題は、加工する前は軟質であり、加工後に
比較的低い温度で再加熱することにより疲労特性の改善
に有効な引張り強さが大幅に上昇する加工用熱延鋼板の
製造方法と、その鋼板を素材とする加工熱処理法とを提
供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、少なくともＣ含有量を特定した炭素鋼
片又は低合金鋼片を素材に使用し、これを特定条件のも
とで連続熱間圧延すれば軟質の熱延鋼板が得られるこ
と、および、この熱延鋼板を所定形状に加工成形した
後、適当な熱処理を施せば高強度化することを見出し
た。即ち、圧延をAr₃変態点以上で終了し、300℃以上で巻取った
後に徐冷して、固溶Ｃをできるだけセメンタイト（Fe
₃C）として析出させてやれば、加工性に富む軟質の熱延
鋼板を製造することができる。

そして、この鋼板を所定形状に加工成形した後、400
〜750℃の温度に加熱してセメンタイトを固溶させ、こ
れにより生じた固溶Ｃを加熱後の急冷により残留させて
やれば強度が著しく上昇する。

本発明はこのような知見を基に完成したものであっ
て、その要旨は下記の（ｉ）と（ii）にある。

（ｉ）重量％で、Ｃを0.005〜0.20％含む炭素鋼片、又
はＣを0.005〜0.20％含み、さらに下記の第１群、第２
群および第３群の中の少なくとも１群から選んだ１種以
上の成分を含む低合金鋼片に、仕上圧延終了温度をAr₃
変態点以上とする連続熱間圧延を施し、次いで、300℃
以上の温度で巻取り、250〜150℃の温度域を10時間以上
かけて徐冷することを特徴とする加工用熱延鋼板の製造
方法。

〔第１群〕合計量で0.01％以上で、且つ、〔0.005≦Ｃ−（12/4
8）Ti＋（12/93）Nb〕を満足するTi又はNb。

〔第２群〕 0.5〜3.0％のCu。

〔第３群〕 0.002〜0.10％の希土類元素、0.002〜0.01％のCa、0.
01〜0.10％のZr。

（ii）上記（ｉ）の製造方法で得られた加工用熱延鋼板
を、所定形状に加工成形した後、400〜750℃の温度に５
秒以上加熱し、次いで、400℃以上の温度から10℃/s以
上の冷却速度で200℃以下まで冷却することを特徴とす
る加工品の熱処理法。

（作用）本発明の熱延鋼板の優れた性質、即ち、成形加工に供
するまでは比較的低強度で加工し易く、加工後の再加熱
によって高強度化するという性質は、主にＣの作用によ
る。熱延鋼板の製造段階で、固溶Ｃを可能な限りセメン
タイトとして析出させて軟質化しておけば、そのままの
状態では成形加工が容易であり、加工後の再加熱処理段
階で、セメンタイトを固溶させて得た固溶Ｃを残留させ
れば、著しく引張り強さが上昇するのである。このよう
な効果を十分得るには、後述するように炭素鋼片におい
てはＣの含有量を、低合金鋼片においてはＣと他の合金
成分の含有量を調整することが重要である。

以下、素材鋼片のＣ含有量および合金成分の含有量を
前記のように限定する理由を作用効果とともに説明す
る。

C: Ｃは本発明では重要な元素であって、成形前にはセメ
ンタイトとして存在し、加工性を阻害することなく加工
成形後の再加熱時に固溶して引張り強さを向上させる。
しかし、その含有量が0.005％より少ないと再加熱後に
所望の高強度が期待できず、0.20％を越えると溶接性が
劣化する。このような理由から、炭素鋼片および低合金
鋼片ともにＣの含有量を0.005〜0.20％としたのであ
る。

本発明において、素材に炭素鋼片を使用する場合は、
Ｃ含有量を0.005〜0.20％に調整し、後述する方法で製
造を行えば加工性と加工後の高強度とを具備した熱延鋼
板を得ることができる。しかし、炭素鋼片では加工性お
よび固溶Ｃによる強化能に限りがある。従って、本発明
ではもう一つの素材として、Ti、Nb、Cu、希土類元素、
Ca、Zr等の１種以上を含む低合金鋼片を用いるのであ
る。

これら合金元素の作用効果は下記の通りである。

第１群のTiおよびNb: TiおよびNbは、鋼中のＣと結合し炭化物として析出す
ることにより鋼板を強化する作用がある。しかし、鋼中
にTiおよびNbと結合していないＣが前記の理由により0.
005％以上必要である。即ち、〔Ｃ−（12/48）Ti＋（12
/93）Nb〕が0.005未満であると、TiおよびNbと結合して
いない鋼中のＣが0.005％より少なくなる。また、NbとT
iの含有量が１種又は２種合計で0.01％未満では前記作
用が得られない。従って、TiおよびNbの含有量は、〔0.
005≦Ｃ−（12/48）Ti＋（12/93）Nb〕の条件を満た
し、且つ、１種又は２種合計で0.01％以上とする必要が
ある。

第２群のCu: CuはＣと結合することなく単独に析出して鋼板を強化
する作用がある。含有量が0.5％未満では上記所望の効
果が得られず、3.0％を越えて含有させてもその効果が
飽和してしまい経済的に不利となる。従って、その含有
量を0.5〜3.0％とする。

なお、Cuを含有させる場合にはCuと一緒に1.5％以下
のNiを添加するのがよい。Niを添加すれば熱間圧延時に
おいて、Cuに起因する割れを防止することができる。

第３群の希土類元素、Ca及びZr: これらの元素は１種又は２種以上添加されて、介在物
の形状を調整し冷間加工性を改善する作用がある。しか
し、含有量が希土類元素:0.002％未満、Ca:0.002％未満
及びZr:0.01％未満では前記作用による所望の効果が得
られず、一方、希土類元素:0.10％、Ca:0.01％及びZr:
0.10％を越えて含有させると、逆に鋼中の介在物が多く
なりすぎて冷間加工性が劣化する。

これら第１群から第３群までの成分は、目的に応じて
少なくとも１群から１種以上を選んで添加する。

本発明で使用する素材鋼片は、上記のようにＣを0.00
5〜0.20％含む炭素鋼、又はＣを0.005〜0.20％含み、更
に、前記第１〜第３群の中の少なくとも１種の成分を含
む低合金鋼であるが、これらの炭素鋼および低合金鋼に
含まれていてもよい前記以外の元素としては、Si、Mn、
AlおよびNiがある。

これらの望ましい含有量は、Si:1.2％以下、Mn:2.0％
以下、AlはSol.Al量で0.01〜0.10％、Ni:1.5％以下、で
ある。

SiおよびMnは、過度に含有させると溶接性が劣化する
が、適正な量であれば固溶強化を通して強度と延性を向
上させる効果がある。Alは脱酸剤として添加されて鋼の
清浄度を高める効果がある。Niは熱間圧延時におけるCu
による割れを抑制する効果がある。

なお、不純物として含有するものとしては、PS、Ｎ等
がある。

Ｐは溶接性に悪影響を及ぼし、ＳはMnS系介在物を形
成して加工性を低下させ、Ｎは時効劣化を生じさせるの
で、その含有量は、ＰおよびＳについてはともに0.05％
以下、Ｎについては0.010％以下、とするのが望まし
い。

以上のようなＣ含有量を特定した炭素鋼片およびＣと
Ti、Nb、Cu、希土類元素、CaおよびZr等の含有量を特定
した低合金鋼片を用い、下記に述べる条件で熱間圧延を
行えば熱延ままでは低強度で加工しやすく、加工後の再
加熱で高強度化する熱延鋼板を得ることができるのであ
る。

以下、熱延鋼板製造条件および加工後の熱処理条件に
ついて説明する。

〔熱延鋼板製造条件〕

（ａ）連続熱間圧延熱間圧延に供する前記炭素鋼片および低合金鋼片は、
連続鋳造又は分塊圧延工程から直送された熱間状態のス
ラブ、或いは一旦冷却された後再加熱を施したスラブの
いずれも使用することができる。しかし、熱間圧延はAr
₃変態点以上の温度で仕上圧延を終了することが重要で
ある。

仕上圧延終了温度がAr₃変態点未満であると、変態し
て生成したフェライト粒に加工組織が混入して加工性が
劣化するとともに、加工後の再加熱時に回復する歪の量
が多くなり過ぎ、結果として引張り強さの上昇が小さ
い。

（ｂ）巻取り巻取りは300℃以上の温度域で行う。こうすることに
より、固溶Ｃを確実にセメンタイトとして析出させるこ
とができるので、鋼板が軟質化する。巻取りを300℃よ
り低い温度で行うと熱延鋼板中に固溶Ｃが多く残存し、
著しく硬化して加工性が劣化してしまうとともに、熱処
理後の固溶Ｃによる引張り強さの上昇が期待できない。

（ｃ）巻取り後の冷却巻取り後は250〜150℃の温度域を10時間以上、好まし
くは15時間以上かけて徐冷し、この徐冷によって残存す
る固溶Ｃをセメンタイトとして析出させ、固溶Ｃを減少
させて軟質で加工性の良好な鋼板となす。

なお、徐冷は巻取った鋼板に保温カバーをかけるか、
或いは、徐冷用の炉に装入して行うことができる。

上記の熱延鋼板製造条件で製造された鋼板は、加工に
供するまではセメンタイトが多く析出しているから低強
度で加工しやすく、加工後の再加熱によってセメンタイ
トが固溶して引張り強さが大幅に上昇する。

引張り強さを大きく上昇させるには、加工後の再加熱
は次に述べる熱処理条件で行うのがよい。

〔加工成形後の熱処理条件〕

上記方法で製造された熱延鋼板を所定の形状に成形加
工した後、成形加工品を400〜750℃の温度で５秒以上加
熱し、400℃以上の温度から10℃/s以上の冷却速度で200
℃以下まで冷却を施すのである。

加熱温度が400℃未満ではセメンタイトの固溶が不十
分なために十分な固溶Ｃが得られず、引張り強さの上昇
が小さい。一方、750℃を越える温度で加熱すると加工
品に熱歪が生じる。加熱温度が400〜750℃であっても、
加熱時間が５秒未満ではセメンタイトの固溶が不十分で
固溶Ｃが増加しない。加熱は加工品の用途に応じて高強
度を必要とする箇所のみ局部加熱してもよく、加工品の
全体を加熱してもよい。局部加熱の方が加熱後急冷しや
すいので、本発明の狙いが達成されやすい。

加熱後は、400℃以上から200℃以下まで10℃/s以上で
急冷すれば、加熱で固溶したセメンタイトの析出が抑え
られるので、セメンタイトの固溶により生じたＣにより
鋼板が著しく強化する。

次に、実施例により本発明を更に説明する。

（実施例）第１表に示す化学組成の鋼を50kg真空溶解炉で溶製
し、300mmφのインゴットにして熱間鍛造するか、また
は、直接鋳型に鋳込むかして、60mm厚のスラブを製造
し、第２表に示す条件で熱間圧延を施して2mm厚の熱延
鋼板を製造した。

熱間圧延後の鋼板は、巻取った後、徐冷した。なお、
実施例における鋼板のAr₃の変態点はすべて900℃未満で
ある。

得られた熱延鋼板から試験片を採取して熱延ままの引
張り強さ（TS）と伸び（EL）を調べるとともに、同様の
試験片に８％の予歪を与えた後、第２表に示す条件で再
加熱処理を施し、再加熱処理後の引張り強さを測定して
引張り強さの上昇量（ΔTS）を調べた。これらの結果を
第３表に示す。

No.1〜No.6およびNo.11〜No.17の熱延鋼板は、炭素鋼
片を使用し、巻取り後に徐冷を施して製造したもの、N
o.7〜No.10の熱延鋼板は、低合金鋼片を使用し、同じく
巻取り後に徐冷を施して製造したものである。

本発明方法により製造し、加工後、本発明方法の熱処
理を施したNo.1〜No.10およびNo.18〜32の熱延鋼板は、
加工前の強度が低く軟質であるとともに、熱処理後には
強度が8Kgf/mm²以上上昇している。

これに対して、比較例に示すように本発明で規定する
条件を外れた条件で製造および熱処理したものは、加工
性に劣るか熱処理後の強度上昇が小さい。即ち、仕上温
度の低いNo.11、巻取温度の低いNo.12、の熱延鋼板は、
熱延ままでは強度が高く、且つ、熱処理後の強度上昇が
小さい。最高加熱温度の低いNo.14、再加熱保持時間の
短いNo.15、Ｃ含有量が少なく再加熱後の冷却速度の遅
いNo.16の熱延鋼板は、熱処理後に十分な固溶Ｃが得ら
れず強度の上昇が小さい。また、Ｃ含有量の多いNo.17
の熱延鋼板は、熱延ままでの強度が高いとともにアーク
溶接不良が生じ、最高加熱温度の高いNo.13の熱延鋼板
は、熱処理時に熱歪が生じた。

（発明の効果）以上説明した如く、本発明方法により製造された熱延
鋼板は、熱延ままでは軟質で加工しやすく、加工後の再
加熱で強度が大幅に上昇する。従って、この鋼板は優れ
た加工性と高強度との両方が要求される自動車、その他
産業機器用の素材に最適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者住友誠愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者高橋昭夫愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者水谷巌愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者宇野和夫愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭63−96248（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−146826（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−180021（ＪＰ，Ａ) 特開平２−217419（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21D 8/04 C21D 9/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃを0.005〜0.20％含む炭素鋼
片、又はＣを0.005〜0.20％含み、さらに下記の第１
群、第２群および第３群の中の少なくとも１群から選ん
だ１種以上の成分を含む低合金鋼片に、仕上圧延終了温
度をAr₃変態点以上とする連続熱間圧延を施し、次い
で、300℃以上の温度で巻取り、250〜150℃の温度域を1
0時間以上かけて徐冷することを特徴とする加工用熱延
鋼板の製造方法。〔第１群〕合計量で0.01％以上で、且つ、〔0.005≦Ｃ−（12/48）
Ti＋（12/93）Nb〕を満足するTi又はNb。〔第２群〕 0.5〜3.0％のCu。〔第３群〕 0.002〜0.10％の希土類元素、0.002〜0.01％のCa、0.01
〜0.10％のZr。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の製造方法で得
られた加工用熱延鋼板を、所定形状に加工成形した後、
400〜750℃の温度に５秒以上加熱し、次いで、400℃以
上の温度から10℃/s以上の冷却速度で200℃以下まで冷
却することを特徴とする熱延鋼板の加工熱処理法。