JPH0629480B2

JPH0629480B2 - 強度、延性、靱性及び疲労特性に優れた熱延高張力鋼板及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0629480B2
Application number: JP61291555A
Authority: JP
Inventors: 章男登坂; 正彦森田; 耕一橋口; 忍岡野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1986-12-09
Filing date: 1986-12-09
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS63145745A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、強度、延性、靭性及び疲労特性に優れた熱延
高張力鋼板と、その製造方法に関するものである。

（従来の技術とその問題点）従来、高強度の熱延鋼板を製造するに際しては、Nb、Ti
等の析出強化型元素を添加し、Nb、Tiの微細な析出物に
よる強化を図っている。しかしながら、Nb、Tiを添加す
ると、鋼の靭性が大きく低下するので好ましくない。こ
のため、高強度で且つ高い靭性を要求される場合におい
ては、特公昭57-49606号公報に記載されているように、
Cr、Ni、Mo等を添加し、鋼の強度と靭性を確保している
が、Ni、Mo等が高価であるために製造コスト面で問題が
ある。

本発明の目的は、製造コスト上問題となるCr、Ni、Moの
添加を避けて、微量のNbを添加した鋼の組成成分、スラ
ブ加熱温度、熱間仕上圧延温度、熱間圧延後の冷却速度
および巻取温度を適正な範囲に制御することで、強度、
延性、靭性、更に加えて疲労特性に優れた熱延高張力鋼
板とその製造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明は、重量％でＣ：0.01〜0.20％、 Si：1.00％以下、 Mn：2.00％以下、 Al：0.10％以下、Ｎ：0.0070％以下、 Nb：0.0050〜0.15％、を含み、残余は不可避不純物を除き実質的にFeの組成か
らなり、フェライトの平均粒径が２〜３μｍの微細フェ
ライトが面積率で70％以上、ベイナイトとマルテンサイ
トを含む組織を面積率が20％以下で、残部の面積率が平
均粒径１０μｍ以下のフェライトの混合組織からなる強
度、延性、靭性及び疲労特性に優れた熱延高張力鋼板
と、Ｃ：0.01〜0.20％、 Si：1.00％以下、 Mn：2.00％以下、Ｎ：0.0070％以下、 Al：0.10％以下、 Nb：0.005 〜0.15％、に加えて、Ti：0.005〜0.050 ％、Ｖ：0.01〜0.200 ％
のうち一種又は二種を含み、残余は不可避不純物を除き
実質的にFeの組成からなり、フェライトの平均粒径が２
〜３μｍの微細フェライトが面積率で70％以上、ベイナ
イトとマルテンサイトを含む組織の面積率が20％以下
で、残部の面積率が平均粒径１０μｍ以下のの混合組織
からなる強度、延性、靭性及び疲労特性に優れた熱延高
張力鋼板、及び、Ｃ：0.01〜0.20％、 Si：1.00％以下、 Mn：2.00％以下、 Al：0.10％以下、Ｎ：0.0070％以下、 Nb：0.005 〜0.15％を含み、残余は不可避不純物からな
る鋼塊又はスラブを下記式で決まる温度Tc以下に加熱
し、850 〜Ar_３−50℃の温度範囲で熱間圧延後、冷却速
度30℃／秒以上で冷却した後、450 ℃〜150 ℃の温度範
囲で巻取ることを特徴とする強度、延性、靭性及び疲労
特性に優れた熱延高張力鋼板の製造方法、 Nb≦0.015 ％の場合、 Tc＝850 ＋ 139000 ×〔Nb重量％〕 ×〔Ｃ重量％＋12/14 Ｎ重量％〕 Nb＞0.015 ％の場合、 Tc＝961 ＋ 51000×〔Nb重量％〕 ×〔Ｃ重量％＋12/14 Ｎ重量％〕とすることにより、前述した問題点を解決した。また、Ｃ：0.01〜0.20％、 Si：1.00％以下、 Al：0.10％以下、Ｎ：0.0070％以下、 Nb：0.005 〜0.15％に加えて、 Ti：0.005 〜0.050 ％、Ｖ：0.01〜0.200 ％のうち一種
又は二種を含み、残余は不可避不純物を除き実質的にFe
の組成からなる鋼塊又はスラブの場合も、下記式で決ま
る温度Tc以下に加熱し、850〜Ar_３〜−50℃の温度範囲
で熱間圧延後、冷却速度30℃／秒以上で冷却した後、45
0 ℃〜150 ℃の温度範囲で巻取ることにより強度、延
性、靭性及び疲労特性に優れた熱延鋼板を製造すること
ができる。なお、式はNb≦0.015 ％の場合、 Tc＝850 ＋ 139000 ×〔Nb重量％〕 ×〔Ｃ重量％＋12/14 Ｎ重量％〕 Nb＞0.015 ％の場合、 Tc＝961 ＋ 51000×〔Nb重量％〕 ×〔Ｃ重量％＋12/14 Ｎ重量％〕とする。

（作用）以下に本発明の成分、製造条件の限定理由について述べ
る。

Ｃ：Ｃは多いほど強度を向上するうえで有効であるが、
0.20重量％を超えると熱間圧延後の組織中に占めるパー
ライトの面積率が増加して靭性が劣化する。更に、熱間
圧延中、或いは熱間圧延後の冷却中にNbの炭窒化物（(N
b(C,N)）の析出物が生じ易く、巻取り前の固溶Nbを所定
量確保することが困難となるので、上限は0.08重量％と
する。また、熱間圧延後のフェライト組織が粗大になる
ことと、Ar_３点が高くなり比較的低い熱間圧延温度を確
保できなくなるので、その含有量の下限は、0.01重量％
とする。

Si：Siは、冷却中のポリゴナルフェライトの生成を促進
し、さらにそれを固溶強化するため、延性の大きな劣化
を伴わずに高強度化できることで望ましい元素である。
しかし、1.00重量％を越えて添加されると溶接が困難に
なることや、表面性状の劣化強化効果の飽和などの問題
となるので上限を1.00重量％とした。

Mn：Mnは、引張強さを確保すると共に熱間加工性を確保
するうえで重要な元素であり、熱間圧延時における低融
点のFeS の形成を防止する元素である。しかし、その添
加量が2.0 重量％を超えると、スラブの中心偏析部に異
常硬化組織が生じ易く、また溶接時の割れの原因となる
ので、その添加量を2.0 重量％以下とする。

Al：Alは、鋼を脱酸するために添加するが、その添加量
が0.10重量％を超えると、置換型固溶原子状態にあるAl
が溶接時に酸素と結びついてペネトレーターと呼ばれる
介在物となり易く、更に鋼板の表面性状を劣化させる原
因となるので、Alの添加量の上限は0.10重量％とする。

Ｎ：Ｎの含有量が0.0070重量％を超えると、熱間圧延後
に低温で巻取った場合に固溶状態でＮが存在するように
なり、靭性が劣化するので、その含有量は0.0070重量％
以下とする。

Ｓ：Ｓは特にMnが多量に添加されている場合には、靭性
に有害な介在物を形成して靭性が劣化するので、その含
有量は0.0100重量％以下とする。

Nb：Nbは、スラブ加熱時のオーステナイトの細粒化を促
進する作用があるが、その含有量が0.005 重量％未満で
あるとスラブ加熱時のオーステナイトの細粒化効果が得
られない。また、その含有量が増加するにつれてオース
テナイトの細粒化は進むが、0.150 重量％を超えると飽
和するので、0.005 〜0.15重量％の範囲とする。

Ti及びV は、靭性の大きな劣化をともなわずに高強度化
を進める元素である。

Ti：Tiは、スラグ加熱時のオーステナイト粒を細粒化す
る作用があるので、0.005 重量％以上添加する必要があ
るが、０．０５０重量％を超えて添加すると鋼板表面性
状を劣化させるので、0.005 〜0.050 重量％の範囲とす
る。

Ｖ：Ｖは、0.01重量％以上添加することで、強度と延性
を向上させるが、0.20重量％を超えて添加しても効果が
飽和するので、0.01〜0.20重量％の範囲とする。

次いで、スラブ加熱温度範囲、熱間圧延温度、熱間圧延
後から巻取りまでの冷却速度及び巻取温度についての限
定理由について述べる。

スラブの加熱温度は概して低くすることで、加熱時の初
期オーステナイト粒径が小さくなり、最終的なオーステナイト粒径を小さくできると共に、ス
ラブ加熱時に溶け残ったNb(C,N) のような炭窒化物粒子
がオーステナイトの細粒化にも寄与する。本発明におい
ては、スラブ加熱時において既に析出物として存在して
いるNbは強化元素として利用できないために、添加した
Ｃ，Ｎ，Nbの量に応じて最適なスラブ加熱温度が決めら
れる。即ち、Nbの含有量が0.015 重量％以下の場合のス
ラブ加熱温度の上限Tc（℃）は、 Tc＝850 ＋ 139000 ×〔Nb〕 ×〔Ｃ＋12/14 Ｎ〕 …(1) Nbの含有量が0.015 重量％を超えるとスラブ加熱温度の
上限Tc（℃）は、 Tc＝961 ＋ 51000×〔Nb〕 ×〔Ｃ＋12/14 Ｎ〕 …(2) となる。本発明者等は、0.08％Ｃ−1.21％Mn−0.04％Al
− 0.004％Ｎ− 0.035％Nb鋼について、スラブ加熱温度
を変化させ、熱間仕上圧延温度を一定とし、巻取温度を
300 ℃として、引張強さ、靭性等について調査した結果
を第１図に示す。同図からも判るように、(2)式で決ま
るTc、即ちTo＝1109℃より低いスラブ加熱温度にするこ
とで、引張強さ及び降伏点は多少減少するが、靭性を示
すvTrsは顕著に低下しており、靭性が改善されているこ
とが確認できた。更に本発明においては、1120℃以下の
スラブ再加熱温度にすれば充分な靭性が得られる。ま
た、スラブ加熱温度の下限は、熱間仕上圧延温度が確保
できる温度とすることで、スラブ加熱時に固溶するNb
(C,N)が減少し、靭性に有害な最終な熱延鋼板中に析出
する微細なNb(C,N)による析出強化を減少させることが
できる。

次に、熱間圧延温度は、オーステナイトの細粒化のため
には比較的低温であることが望ましい。熱間圧延温度が
850 ℃を超えると、オーステナイトの微細化が充分に達
成できず、最終の熱延鋼板の組織を微細化できない。一
方、熱間仕上圧延温度の下限をAr_３−50℃とした理由
は、熱間仕上圧延をオーステナイトとフェライトの２相
領域で行った場合、ある範囲までは靭性を損わずに高強
度化できるが、その範囲を超えると著しい靭性の劣化が
生じ、その温度がAr_３−50℃であるので、熱間仕上圧延
温度は 850℃〜Ar_３−50℃とする。

次に、熱間仕上圧延後より巻取りまでの冷却速度は、冷
却中にNb(C,N)が析出することを抑えると共に固溶Nbの
オーステナイト安定化効果を利用して第２相をベイナイ
ト、マルテンサイトとし強度を増し、更に超微細粒を含
む母相のフェライトを細粒化するためには、30℃／秒以
上の冷却速度にしなければならない。

また、巻取り温度は、微細に析出するNb(C,N)による析
出強化を抑えて、母相のフェライトを細粒化すると共に
第２相をベイナイト、マルテンサイト等の変態相とする
ことで強度を増すためには、450 ℃が上限である。一
方、巻取り温度が150 ℃未満であると、固溶Ｃ，Ｎが多
く残留して、靭性の面で極めて有害であるので、その温
度を150 ℃以上とした。

上述の工程で製造される鋼は、フェライト粒径が２〜３
μｍの超微細のフェライトが面積率で70％以上、ベイナ
イト・マルテンサイトを含む組織の面積率が20％以下、
残部の面積率が平均粒径10μｍ以下のフェライトからな
る組織となる。上記フェライト粒径２〜３μｍの超微細
フェライトは面積率で70％以上ないと、靭性および疲労
特性が向上しないので、粒径２〜３μｍの超微細フェラ
イトの面積率は70％以上である必要がある。このフェラ
イトの性状は、比較的低温で熱間圧延した場合に生じ
る、謂ゆるサブグレインと呼ばれるものでなく、等軸粒
で、比較的相対方位差の大きいフェライトである必要が
ある。また、ベイナイト、マルテンサイトの低温変態相
の面積率が20％を超えると、強度は向上するが靭性の面
で問題が生じて好ましくないので、ベイナイト、マルテ
ンサイトを含む組織の面積率は20％以下とする。更に、
残部の面積率中のフェライトの平均粒径が10μｍ以上と
なると、高靭性、良好な疲労特性という優れた特性が失
われるので、残部の面積率中のフェライトは平均粒径10
μｍ以下のフェライトである。

本発明の鋼が高靭性で優れた疲労特性を示す理由は明確
でないが、極めて微細なフェライトの粒界が脆性亀裂或
いは疲労亀裂の伝播に対して大きな抵抗となるためと推
定される。

また、本発明の鋼は、高強度、高靭性、高延性の特性が
要求される用途に適用可能であり、例えば一般構造用、
パイプ素材用、自動車部品用等に適用可能である。

（実施例）実施例１第１表に示す組成の鋼を転炉で溶製して、連鋳スラブに
した。次に、各スラブを第２表に示す製造条件、即ちス
ラブ加熱温度（ＳＲＴ）、熱間仕上圧延温度（ＦＤ
Ｔ）、冷却速度（ＣＲＴ）及び巻取温度（ＣＴ）で、仕
上板厚4.5 mm、6.0 mmにして、降伏点（ＹＰ）、引張強
さ（ＴＳ）、伸び（Ｅｌ）、衝撃値 vTrs について調査
した結果を第２表に示す。なお、衝撃値 vTrs は、板厚
は元厚のままで２mmＶノッチを機械加工して、衝撃試験
により求めた。

また、本発明で規定する製造条件を満足する鋼の組織
は、平均粒径２〜３μｍの超微細フェライト粒の面積率
が70％以上、面積率が20％以下のベイナイト及びマルテ
ンサイトであり、残部の面積率は平均粒径10μｍ以下の
フェライト粒であった。本発明法による鋼板はvTrsで示
す靭性が良好であり、引張強さ、伸びも低下していな
い。

実施例２Ｃ：0.08重量％、Si：0.20重量％、Mn：1.30重量％、N
b： 0.030重量％、Al： 0.040重量％、Ｎ：0.0040重量
％の鋼を転炉で溶製し、連鋳スラブとした後、第３表で
示す製造条件で熱延鋼板とし、疲労強度（なお、σ₁₀ ⁵
は10^５くり返し変形時の疲れ強さである。）を調査した
結果も同表中に示す。

同表からも判るように、本発明の製造条件を満足する鋼
は、引張強さ、伸びが低下せずに、疲労特性が良くなっ
ていることが判る。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、コスト面で問題と
なるCr，Ni，Mo等の添加を避けられ、強度、延性を損な
わないで、靭性、疲労特性の優れた熱延高張力綱板が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、0.08％Ｃ−1.21％Mn−0.04％Al−0.0040％Ｎ
−0.035Nb 鋼の引張特性、衝撃特性、伸びに及ぼすスラ
ブ加熱温度の影響を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡野忍千葉県千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (56)参考文献特開昭58−130221（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.01〜0.20重量％、 Si：1.00重量％以下、 Mn：2.00重量％以下、 Al：0.10重量％以下、Ｎ：0.0070重量％以下、 Nb：0.0050〜0.15重量％、を含み、残余は不可避不純物を除き実質的にFeの組成か
らなり、フェライトの平均粒径が２〜３μｍの微細フェ
ライトが面積率で70％以上、ベイナイトとマルテンサイ
トを含む組織の面積率が20％以下で、残部の面積率が平
均粒径１０μｍ以下のフェライトの混合組織からなる強
度、延性、靭性及び疲労特性に優れた熱延高張力鋼板。
【請求項２】Ｃ：0.01〜0.20重量％、 Si：1.00重量％以下、 Mn：2.00重量％以下、 Al：0.10重量％以下、Ｎ：0.0070重量％以下、 Nb：0.005 〜0.15重量％、に加えて、 Ti：0.005〜0.050 重量％、Ｖ：0.01〜0.200 重量％のうち、一種又は二種を含み、
残余は不可避不純物を除き実質的にFeの組成からなり、
フェライトの平均粒径が２〜３μｍの微細フェライトが
面積率で70％以上、ベイナイトとマルテンサイトを含む
組織の面積率が20％以下で、残部の面積率が平均粒径１
０μｍ以下のフェライトの混合組織からなる強度、延
性、靭性及び疲労特性に優れた熱延高張力鋼板。
【請求項３】Ｃ：0.01〜0.20重量％、 Si：1.00重量％以下、 Mn：2.00重量％以下、 Al：0.10重量％以下、Ｎ：0.0070重量％以下、 Nb：0.005 〜0.15重量％を含む鋼塊又はスラブを下記式
で決まるTc以下に加熱し、850 〜Ar_３−50℃の温度範囲
で熱間圧延後、冷却速度30℃／秒以上で冷却した後、45
0℃〜150℃の温度範囲で巻取ることを特徴とする強度、
延性、靭性及び疲労特性に優れた熱延高張力鋼板の製造
方法。 Nb≦0.015 重量％の場合、 Nb＞0.015 重量％の場合、