JP3596509B2

JP3596509B2 - 高強度熱延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3596509B2
Application number: JP2001308650A
Authority: JP
Inventors: 博士中田; 正井上; 貞則今田; 啓泰菊池
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: JP2003112204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法に関する
。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高い強度と伸びフランジ性が要求される用途の熱延鋼板において、強度が高く加工性に優れている鋼板として、ベイナイト組織を主体とする高強度熱延鋼板が実用化されてきている。これらの高強度熱延鋼板は、自動車の軽量化等を目的として種々の構造部材や部品への適用が進められている。適用範囲の拡大に伴い、年々その仕様は厳しくなっており、さらなる加工性の向上が望まれている。
【０００３】
このようなベイナイト組織を主体とする変態組織（フェライト−ベイナイト、ベイナイト）を有する高強度熱延鋼板において、伸びフランジ性と強度を共に向上、即ち伸びフランジ性−強度バランスを向上させるには、組織を微細化することが有効である。熱延鋼板の組織制御は一般に仕上圧延およびその後の冷却を制御することにより可能である。そこで、これらの製造条件を限定することにより加工性の向上を図る技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特開昭５４−６５１１８号公報には、急冷を２段に分けてその間に保持期間のある２段冷却を行う方法が提案されている。この場合、冷却速度は、１次、２次とも８０℃／ｓ以上として、粒成長を抑制している。特開昭５６−３３４２９号公報には、２段冷却の１次冷却開始温度を７２０〜８５０℃、冷却速度を、１次、２次とも３０〜２００℃／ｓとして、フェライト粒を微細化する技術が提案されている。
【０００５】
特開昭６０−１２１２２５号公報には、Ａｒ_３〜Ａｒ_３＋４０℃の温度範囲で累積圧下率４５％以上の圧下を加え、圧延後所定の温度まで徐冷し、３０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することにより、フェライト粒を微細に分散させ、マルテンサイトの微細化を図る技術が提案されている。またこの技術では、材質の均一性を図るための冷却条件として、冷却時の熱伝達係数を１０００Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下とすることが好ましいとしている。また、特許２８３１８５８号公報には、圧延後空冷し、その後５０〜１００℃／ｓで冷却して、穴拡げ性に有利なベイナイト主体の組織を得る技術が提案されている。
【０００６】
また、特開２０００−１０９９５１号公報には、Ｎｂ，Ｔｉ等の析出強化型元素を添加することにより組織を細粒化し、圧延後２０〜１５０℃／ｓで冷却することにより、高い強度と加工性を得る技術が提案されている。特公昭６２−３９２３０号公報は、加工誘起変態によるフェライトと焼入れ組織からなる二相高強度熱延鋼板が提案されている。この技術では、加工誘起等軸フェライト粒を５０〜７０％以上生成させることが必要としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開昭５４−６５１１８号公報、特開昭５６−３３４２９号公報、特開昭６０−１２１２２５号公報に記載された圧延後の冷却条件では、実施してみると複合組織の微細化が十分に達成されず、第２相組織の微細分散化による伸びフランジ性の向上の点で限界があった。
【０００８】
特開２０００−１０９９５１号公報記載の技術は、高い強度を得るためには多量の添加元素を必要とする。さらに、材質の均一性の観点から冷却条件（熱伝達係数）を制限しているため、複合組織化するにはＭｎ等の合金元素を大量に添加する必要がある。同公報記載の実施例でも、発明例はＣ，Ｓｉを高くするか又はＭｎを２．５〜３．０％添加しており、溶接性や加工性に問題があると予想される。
【０００９】
特公昭６２−３９２３０号公報記載の技術は、仕上大圧下圧延による微細化技術であり、１パスでの圧下率は４０％以上が好ましいとしているが、通常の熱延仕上最終スタンドでこのような大圧下を行うことは困難であり、また板形状の観点から実用化には問題が多い。
【００１０】
本発明はこれらの課題を解決し、厳しいプレス加工用途にも適用可能であり、伸びフランジ性を始めとする加工性に優れた比較的低合金の高強度熱延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は次の発明により解決される。その発明は、化学成分として、mass%で、C:0.04〜0.12%、Si:2%以下、Mn:0.5〜2.5%、sol.Al:0.1%以下を含有する鋼を鋳造後、直接又は再加熱して熱間圧延を行い、Ar₃変態点以上の仕上温度で熱間圧延を終了し、圧延終了後2秒以内に冷却を開始し、170℃以上の温度範囲にわたって冷却速度を200 ℃ /s 以上とするとともに、565℃以上650℃未満の温度で冷却を停止することを特徴とするTS ≧ 1000MPa の高強度熱延鋼板の製造方法である。
【００１２】
ここで、化学成分としては、上記元素に加えてさらにｍａｓｓ％で、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒの内１種以上を合計で０．０１〜０．２％含有する鋼を用いることもできる。また、これらの鋼の化学成分に加えてさらに、ｍａｓｓ％で、Ｃｒ：１％以下、Ｍｏ：０．５％以下の内１種以上を含有する鋼を用いることもできる。
【００１３】
これらの発明は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ね、高強度熱延鋼板の加工性、とりわけ伸びフランジ性に対する冷却条件の影響に着目して検討した。その過程で、圧延直後から一定時間以内に冷却を開始し、冷却開始後は少なくともある温度幅については急冷を行うことが、微細なベイナイトを主体とする組織の生成に有効であるという知見を得た。この発明は、この知見に基づきなされたものであり、以下その詳細について説明する。
【００１４】
まず、化学成分について説明する。
【００１５】
Ｃ：０．０４〜０．１２％（ｍａｓｓ％、以下同じ）
Ｃは、焼入れ性を向上させ、低温変態相であるベイナイトを生成させて熱延鋼板の強度を確保するために必要な元素であり、そのためには最低０．０４％必要である。一方、０．１２％を超えるＣは、加工性および溶接性を劣化させる。従って、Ｃを０．０４〜０．１２％の範囲内とする。
【００１６】
Ｓｉ：２％以下
Ｓｉは、固溶強化の効果と共に、ベイナイト変態におけるＣの拡散を促進して加工性の向上に寄与する元素であり、目標とする強度レベルに合わせて添加することができる。但し、Ｓｉが２％を超えると溶接性および表面性状を劣化させる。従って、Ｓｉを２％以下とする。
【００１７】
Ｍｎ：０．５〜２．５％
Ｍｎは、焼入れ性を高める元素であり、固溶強化により鋼板の強度を確保するためには、０．５％は必要である。一方、Ｍｎが２．５％を超えると、その効果が飽和するばかりか、バンド状組織を形成して加工性を劣化させる。従って、Ｍｎを０．５〜２．５％の範囲内とする。
【００１８】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下
Ａｌは、脱酸剤として使用されると同時に、不可避的不純物として含有されるＮを固定して、加工性を向上させる効果を有する。しかし、０．１％を超えてＡｌを添加しても、その効果が飽和すると共に、清浄度を悪化させて加工性を劣化させる。従って、Ａｌをｓｏｌ．Ａｌで０．１％以下とする。
【００１９】
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ：添加する場合、合計で０．０１〜０．２％
本発明では、上記の化学成分に加えて、強度調整あるいは炭化物形成による固溶Ｃ，Ｎ低減を通した非時効化および深絞り性向上のため、必要に応じてＴｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒを添加する。これらの元素は、合計の添加量が０．０１％未満では効果がなく、０．２％を超えても効果が飽和する。従って、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒを添加する場合は、これらの添加量を合計で０．０１〜０．２％とする。
【００２０】
Ｃｒ，Ｍｏ：添加する場合、Ｃｒ≦１％，Ｍｏ≦０．５％
ＣｒおよびＭｏは、焼入れ性を高める元素であり、鋼板の強度に寄与する効果を有するので、必要に応じて添加することができる。しかし、これらの元素は、合金コストが高くコスト増を招くと共に、それぞれ１％および０．５％を超えると溶接性を劣化させる。従って、これらの元素を添加する場合は、Ｃｒを１％以下、Ｍｏを０．５％以下とする。
【００２１】
その他の元素については、本発明の効果を妨げない範囲で含まれていてもよい。また、Ｐ，Ｓ，Ｎ等の不可避的不純物については、低い方が好ましいが、通常の高強度熱延鋼板の範囲内であれば含まれていてもよい。
【００２２】
次に、本発明における製造条件について説明する。
【００２３】
仕上温度：Ａｒ_３変態点以上
仕上温度がＡｒ_３変態点未満になると、変態後の組織が加工され、延性の劣化、面内異方性の増加等、材質上好ましくない。従って、仕上温度をＡｒ_３変態点以上とする。
【００２４】
圧延終了後の冷却開始時間：２秒以内
圧延終了後の冷却開始までの期間は、オーステナイトの再結晶又は回復が進行する。冷却開始時間を２秒以内とすることにより、再結晶粒の成長又は回復の進行を防止し、変態後の組織をベイナイト組織主体の微細な組織とすることができる。
【００２５】
冷却条件：１７０℃以上の温度範囲にわたって冷却速度１５０℃／ｓ超
この発明では、冷却開始後は冷却速度と共に冷却前後の温度差を確保することにより、組織を制御する。冷却速度が１５０℃／ｓ以下では、変態温度が上昇してポリゴナルフェライトの生成が無視できなくなり、変態後のフェライト粒径も微細化しないため、強度が低下する。また、冷却前後の温度差が１７０℃未満では、やはりポリゴナルフェライトが生成するため強度が低下する。従って、冷却条件としては、１７０℃以上の温度範囲にわたって冷却速度１５０℃／ｓ超とする。
【００２６】
冷却終了温度：４００℃以上６５０℃未満
冷却終了温度については、６５０℃を超えると、ポリゴナルフェライトの生成が顕著となり強度が低下する。一方、４００℃未満の低温域まで急冷すると、マルテンサイトが生成するため加工性が劣化する。従って、冷却終了温度は４００℃以上６５０℃未満とする。
【００２７】
基本的な製造条件は以上の通りであるが、以上の発明には、必要に応じて更に製造条件を加えることができる。
【００２８】
例えば、上記の発明において更に、仕上圧延機の入側又は仕上圧延機のスタンド間に誘導加熱装置を設置して、粗バー又は被圧延材を加熱することにより、仕上温度を調整することを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法とすることもできる。
【００２９】
この発明は、粗圧延された粗バー又は仕上圧延中の被圧延材を誘導加熱装置により加熱する。これにより、圧延中の被圧延材の温度をより均一にでき、コイル内の機械的性質のより一層の均一化を図ることができる。
【００３０】
また、上記の発明において更に、冷却を停止する温度の変動幅を６０℃以内に冷却制御することを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法とすることもできる。
【００３１】
この発明は、冷却制御により冷却停止温度の変動幅を６０℃以内とする。これにより、後述のように引張強度の変動幅を１６％以内（中心値±８％以内）に抑えることができる。ここで、変動幅は最高値と最低値の差であり、変動幅６０℃以内というのは、中心値±３０℃以内と同じ意味である。
【００３２】
その他、上記の発明において更に、仕上圧延の最終スタンドの圧下率を３０％未満とすることを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法とすることもできる。
【００３３】
この発明は、仕上圧延時の最終スタンドの圧下率を３０％未満に制限しているので形状調整の効果があり、加工性のみならず板形状に優れた鋼板を得ることができる。
【００３４】
高強度熱延鋼板の発明としては、化学成分がこれらの発明の化学成分であり、組織がベイナイトを主体とする組織であるとともに、引張強度の変動が中心値±８％以内であることを特徴とする高強度熱延鋼板とすることもできる。
【００３５】
この発明は、前述の製造方法により冷却制御することにより製造可能である。化学成分を上記の発明の化学成分とし、圧延に引続き急冷を行うことにより、微細なベイナイトを主体とする組織が得られる。その後、所定温度で巻取ることにより、引張強度の変動幅を１６％以内（中心値±８％以内）に抑えることができる。この高強度熱延鋼板は、組織が均一であり、引張強度の変動幅が小さいので、曲げ加工時のスプリングバックが一定となる等、コイル内でのプレス加工性の変動を小さくできる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
発明の実施に当たっては、連続鋳造から粗圧延まで直接圧延を行う直送圧延プロセス、又はスラブの再加熱を伴う製造プロセスにおいても、加工性を優れたレベルとするためには、化学成分を特定範囲に制御する必要がある。本発明では、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，ｓｏｌ．Ａｌの含有量を前述のように制御しているが、さらにＣａを適量添加することが好ましい。その場合、Ｃａの添加量は０．００５％以下とする。その他、本発明の効果を妨げない範囲で、例えば熱間加工性を向上させるため等の目的で、微量合金元素を添加することもできる。
【００３７】
連続鋳造スラブは、直送圧延プロセス又はスラブの再加熱を伴う製造プロセスにより粗圧延を行う。粗圧延後の粗バー又は仕上圧延中の被圧延材を、誘導加熱装置により加熱することにより、コイル内の機械的性質の均一化が図れる。また、仕上温度をＡｒ_３変態点直上の狭い温度範囲に制御することにより、本発明の組織微細化の効果をより効果的に発揮させることができる。
【００３８】
本発明の効果は、原理的に、仕上圧延前の粗バーの加熱あるいは保熱の有無やその手法にはよらずに得られる。従って、誘導加熱に限らずコイルボックス等を用いた連続圧延プロセスに対しても、効果的に使用できる。また、仕上圧延直前または仕上圧延中に、被圧延材を誘導加熱装置により加熱するとき、エッジ加熱を行ってもよく、特に板厚２ｍｍ以下の薄鋼板を製造する場合に効果的である。
【００３９】
仕上圧延後は、前述の時間以内に急冷を開始することで、オーステナイトが再結晶する場合は、再結晶粒の粒成長を防止して組織の微細化が達成できる。同様に、オーステナイトの回復が起こる場合も、結晶粒内の変形帯密度を十分高いレベルに維持することができる。このようにして、オーステナイトの微細な再結晶粒の粒界、あるいは未再結晶粒の粒界と変形帯が、フェライト変態の核生成サイトとなり、オーステナイトが分断化され、変態後の組織をベイナイト組織主体の微細な組織とすることができる。
【００４０】
本発明で、ベイナイト組織を主体とするというのは、ほぼ全体がベイナイト組織であり、光学顕微鏡写真ではポリゴナルフェライト又はパーライトが認められないということである。仮に多少のポリゴナルフェライト又はパーライトが含まれていたとしても、強度を低下させるほど多くはなく、無視できる程度であればよい。
【００４１】
仕上圧延後の鋼板は急冷するが、冷却開始時期については、オーステナイトを再結晶させるためには、圧延加工後０．５秒以内では微細な再結晶粒が十分に生成せず、また冷却設備の設置においても、圧延機出側のスペースを考慮すると位置的に困難である。従って、冷却開始時期については、仕上圧延後０．５秒超とすることが望ましい。
【００４２】
なお、冷却速度の上限は特に規定しないが、冷却設備の能力により操業上は適宜上限が決まることになる。このようにして、冷却速度を１５０℃／ｓ超とする急冷を１７０℃以上の温度範囲について行った後は、そのままあるいは巻取温度まで更に冷却してコイルに巻取る。後者の場合、冷却停止温度は急冷を停止する温度となり、急冷後は巻取温度調節のための冷却（緩冷却可）を行う。巻取温度は特に規定しないが、６５０℃以上ではポリゴナルフェライトが生成するので強度が低下し、４００℃未満ではマルテンサイトが生成するため加工性が劣化する。従って、巻取温度は４００℃以上６５０℃未満とすることが望ましい。
【００４３】
このようにして、本発明では、コイル内での温度の変動を低減することにより、熱延鋼帯の幅方向及び長手方向における引張強さの変動（最大値と最小値の差）が、コイル内の引張強さの平均値の±８％以内であることを特徴とする熱延鋼板を得ることができる。このようなばらつきが狭小な鋼板は、曲げ加工時のスプリングバック等のプレス加工性のコイル内での変動が小さい。その結果、需要家においても、プレス加工後の形状矯正工程を省略でき、製品歩留りの向上も可能であり、工業的に非常に有用である。
【００４４】
また、熱延鋼帯の材質のばらつきを好ましいレベルまで低減するためには、上記の急冷停止温度を発明の範囲内とするとともに、さらに、引張強さの変動を±４％以内とすることにより、上記の需要家での性能を格段に向上し得る。これは、上記の急冷停止温度の変動を４０℃以内とすることにより、材質のばらつきをこのように狭小化できる。さらに、引張強さの変動を±２％以内とするには、上記の急冷停止温度の変動を２０℃以内とすればよい。
【００４５】
なお本発明におけるコイル幅方向の温度は、温度センサの測定方法も考慮して、コイル幅両エッジから３０ｍｍを除いた範囲を指す。また、引張特性については、コイル幅両エッジから３０ｍｍおよびコイル長手方向の両端から各５ｍを除いた位置より採取したサンプルを用いて調査し、総ての値の平均値をコイル内平均値とする。
【００４６】
【実施例】
表１に示す化学成分を有する鋼を溶製した。この鋼を、表２に示す製造条件で圧延し、板厚３．２ｍｍの熱延コイルＮｏ．１〜４を製造した。
【００４７】
【表１】

【００４８】
【表２】

【００４９】
これらの熱延コイルの機械的性質の測定結果を表３および図１に示す。
【００５０】
【表３】

【００５１】
本発明例の鋼板Ｎｏ．１，２は、比較例の鋼板Ｎｏ．３，４に比べて、同一化学組成でありながら強度が優れている。一方、穴拡がり率はいずれもほぼ同程度の値となっており、図１に示すように、穴拡がり率を保持しつつ大幅な強度上昇が得られている。なお、図中の破線は、強度（ＴＳ）と穴拡がり率の積が一定の曲線を示す。このように、本発明例の鋼板は、比較例に比べて穴拡がり率−強度バランスが優れていることがわかる。
【００５２】
図２に冷却速度と強度（ＴＳ）の関係を示す。冷却速度が１５０℃／ｓ超の領域で強度の上昇が見られ、２００℃／ｓ以上で１０００ＭＰａ以上の強度（ＴＳ）が安定して得られることが分かる。
【００５３】
表４に冷却停止温度の変動幅と引張強さの変動（ＴＳ変動）を示す。
【００５４】
【表４】

【００５５】
この表より、冷却停止温度変動を６０℃以内とすることで、引張強さの変動が±８％以内（表４の材質変動の欄）に抑えられていることが分かる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、圧延直後から一定時間以内に冷却を開始し、冷却開始後は少なくともある温度幅にわたって急冷を行うことにより、金属組織を微細なベイナイトを主体とする組織としているので、伸びフランジ性等の加工性に優れた高強度熱延鋼板の製造が可能である。更に、冷却停止温度の変動幅を制御することにより、機械的性質が均一で、かつ板形状にも優れた高強度熱延鋼板の製造が可能である。また、連続鋳造から熱間圧延まで直接行う直送圧延プロセス、又はスラブの再加熱を伴う製造プロセスにおいても適用でき、優れた伸びフランジ性を有する工業的に有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】穴拡がり率−強度バランスを示す図。
【図２】冷却速度と強度（ＴＳ）の関係を示す図。

Claims

化学成分として、mass%で、C:0.04〜0.12%、Si:2%以下、Mn:0.5〜2.5%、sol.Al:0.1%以下を含有する鋼を鋳造後、直接又は再加熱して熱間圧延を行い、Ar₃変態点以上の仕上温度で熱間圧延を終了し、圧延終了後2秒以内に冷却を開始し、170℃以上の温度範囲にわたって冷却速度を200 ℃ /s 以上とするとともに、565℃以上650℃未満の温度で冷却を停止することを特徴とするTS ≧ 1000MPa の高強度熱延鋼板の製造方法。
請求項1記載の高強度熱延鋼板の製造方法において、化学成分として更にmass%で、Ti,Nb,V,Zrの内1種以上を合計で0.01〜0.2%含有する鋼を用いることを特徴とするTS ≧ 1000MPa の高強度熱延鋼板の製造方法。
請求項1記載の高強度熱延鋼板の製造方法において、化学成分として更にmass%で、Cr:1%以下、Mo:0.5%以下の内1種以上を含有する鋼を用いることを特徴とするTS ≧ 1000MPa の高強度熱延鋼板の製造方法。
仕上圧延機の入側又は仕上圧延機のスタンド間に誘導加熱装置を設置して、粗バー又は被圧延材を加熱することにより、仕上温度を調整することを特徴とする請求項1ないし請求項3記載のTS ≧ 1000MPa の高強度熱延鋼板の製造方法。
仕上圧延の最終スタンドの圧下率を 30% 未満とすることを特徴とする請求項 1 ないし請求項 4 記載の TS ≧ 1000MPa の高強度熱延鋼板の製造方法。