JPH0823048B2 - 焼付硬化性と加工性に優れた熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車用あるいは産業機器用の高強度部材
用鋼板であって、成形加工に供するまでは比較的低強度
で加工しやすく、加工後焼付塗装処理によって著しく高
強度化する複合組織熱延鋼板の製造法に関する。

（従来の技術） 連続熱間圧延によって製造されるいわゆる熱延鋼板
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
用途上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
よく、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、いわゆる焼付硬化型高強
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。

冷延鋼板の場合の焼付硬化は、例えばドアやボンネッ
トなどパネル部品に小石があったときの凹み抑止のた
め、降伏点の上昇を対象としている。これに対し熱延鋼
板においては、構造部品に適用される場合が多いので、
焼付硬化は降伏点の上昇よりも引張強さの上昇が重要で
ある。これは、引張強さの向上により疲労強度が増すか
らである。したがって、以下の説明の熱延鋼板における
焼付硬化は、いずれも引張強さの向上に関するものであ
る。

例えば、特開昭62−188021号公報には、焼付硬化型高
強度熱延鋼板を製造する方法として、Ｎ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硬
化性を得るものである。しかしながらこの方法では、巻
取り温度むらによる材質変動を抑えるために巻取り温度
を350℃を超え600℃以下と規定しているため、Ｎの多く
はAlNあるいは鉄窒化物として存在し、焼付塗装時の歪
時効による強度上昇に働かず、高々7kgf/mm²の引張強さ
の上昇しか示さない。

またＮには、複合組織化を助長する働きがあり、例え
ば特開昭55−44551号公報にはＮを多く含んだ特定化学
成分の鋼をオーステナイト（γ）低温域で熱間圧延を終
了する複合組織鋼板の製造方法が開示されている。しか
しながら、Ｎの焼付硬化能を利用しようとする場合、γ
低温域での熱延ではAlNの析出が促進されかえって不利
であり、従来の熱延鋼板に対する引張強さの上昇は8kgf
/mm²程度にすぎない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、加工時には軟質でかつ巻取り温度む
らによる材質変動を最小限に抑え、加工後の焼付塗装処
理により疲労特性の改善に有効な引張強さが大幅に上昇
する熱延鋼板の製造方法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、特定の化学組成を有する鋼を適切な条
件で加工熱処理することにより上記目的が達成されるこ
とを見いだした。すなわち、Ｃ量を0.02〜0.13％と低く
抑えることにより巻取り温度むらによる材質の変動を抑
制し、また、Ｎを0.0080〜0.0250％と多量に添加し、さ
らに熱間圧延の仕上げ温度を850〜950℃、巻取り温度を
150℃未満とすることにより多量の固溶Ｎを鋼中に存在
させ、金属組織をフェライトとマルテンサイトを主体と
した複合組織とすることにより優れた加工性と高い焼付
硬化性を付与できることを見いだした。

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであ
って、その要旨は下記およびの熱延鋼板の製造方法
にある。なお、鋼中の化学成分の「％」は重量％を意味
する。

C:0.02〜0.13％、Si:2.0％以下、Mn:0.6〜2.5％、s
ol.Al:0.10％以下、N:0.0080〜0.0250％を含有し、残部
はFeおよび不可避不純物からなる鋼、または更にCa:0.0
002〜0.01％、Zr:0.01〜0.10％、希土類元素:0.002〜0.
10％およびCr:3.0％以下のうちの１種以上を含む鋼に、
鋳造後直接あるいは1100℃以上に再加熱した後、850〜9
50℃で仕上圧延を終了する熱間圧延を施し、次いで、15
℃/s以上の冷却速度で150℃未満の温度まで冷却した後
巻取ることを特徴とする焼付硬化性と加工性に優れた熱
延鋼板の製造方法。

C:0.02〜0.13％、Si:2.0％以下、Mn:0.6〜2.5％、so
l.Al:0.10％以下、N:0.0080〜0.0250％を含有し、残部
はFeおよび不可避不純物からなる鋼、または更にCa:0.0
002〜0.01％、Zr:0.01〜0.10％、希土類元素:0.002〜0.
10％およびCr:3.0％以下のうちの１種以上を含む鋼に、
鋳造後直接あるいは1100℃以上に再加熱した後、850〜9
50℃で仕上圧延を終了する熱間圧延を施し、次いで、15
℃/s以上の冷却速度で600〜700℃まで冷却した後１〜15
秒間空冷を行い、さらに、15℃/s以上の冷却速度で150
℃未満の温度まで冷却した後巻取ることを特徴とする焼
付硬化性と加工性に優れた熱延鋼板の製造方法。

（作用） 以下、本発明の構成要件とその作用について詳細に説
明する。

（Ａ）鋼板の化学組成 Ｃはフェライトとマルテンサイトを主体とした複合組
織（以下、単に複合組織という）中の低温変態生成物の
体積率を増大させ、鋼板の強度を高める働きがあるが、
その含有量が0.02％未満では前記作用による所望の効果
が得られず、一方、0.13％を超えて含有させると溶接性
が劣化し、巻取り温度むらによるマルテンサイトの体積
率や硬度の変動に起因する材質変動が顕著になるととも
に、熱延ままでの強度が高く、焼付塗装時にマルテンサ
イトが軟化することもあって強度上昇量が低下する傾向
がある。したがってその含有量を0.02〜0.13％と定め
た。なお、好ましい範囲は0.02〜0.10％である。

Siは固溶強化作用により強度と延性を向上させる好ま
しい元素である。しかし、必要以上に添加すると溶接性
が劣化するので、その含有量を2.0％以下と定めた。

Mnはオーステナイトを安定化する働きがあり、複合組
織を得るために不可欠の元素である。その含有量が0.6
％未満では必要な強度が得られないばかりか複合組織を
得ることが困難であり、また、2.5％を超えて含有させ
ると溶接性が劣化するので、その含有量を0.6〜2.5％と
定めた。

Alは脱酸剤として添加され鋼の清浄度を確保するため
に必要であるが、多量に添加してもAlNとして析出し、
固溶Ｎを減少させるので、その上限値をsol.Alで0.10％
と定めた。0.08％以下とするのが好ましく、0.01％以下
とするのが特に好ましい。

熱延鋼板中に固溶しているＮは加工後の焼付塗装時に
歪時効を引き起こし引張強さの上昇に大きく寄与する。
引張強さを10kgf/mm²以上上昇させるためには0.0080％
以上のＮを含有させることが必要であるが、0.0250％を
超えて含有させてもその効果が飽和してしまうのでその
含有量を0.0080〜0.0250％とした。0.0100〜0.0250％と
するのが特に好ましい。

Ca、Zrおよび希土類元素はいずれも介在物の形状を調
整して冷間加工性を改善する作用を有する。しかし、そ
の含有量がそれぞれCa:0.0002％未満、Zr:0.01未満およ
び希土類元素:0.002％未満では前記の作用による所望の
効果が得られず、一方、Ca:0.01％、Zr:0.10％および希
土類元素:0.10％を超えて含有させると、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とから、
それぞれの含有量をCa:0.0002〜0.01％、Zr:0.01〜0.10
％、希土類元素:0.002〜0.10％とした。

CrはMnと同様焼入れ性を向上させ、マルテンサイトを
生成しやすくする働きがあるが、3.0％を超えて含有さ
せると焼入れ性は優れるが延性が劣化するため3.0％以
下とした。

上記の成分のほかに、本発明方法を適用して製造する
熱延鋼板においては、不純物として含有されるＰとＳの
上限を抑えることが重要である。

Ｐは溶接性に悪影響を及ぼす不純物元素であり、所望
の溶接性を確保するためには0.04％未満とするべきであ
る。

ＳはMnS系介在物を形成して加工性を低下させる不純
物元素であり、加工性を確保するためにその含有量を0.
04％未満に抑えるのがよい。

（Ｂ）熱間圧延条件 熱間圧延に際して、連続鋳造または分解圧延工程から
送られてくる、いわゆる直送スラブを用いてもよいし、
一旦冷却されたスラブを再加熱して用いてもよい。ただ
し、再加熱圧延の場合は、仕上圧延温度を前記の範囲内
にするため、およびAlNや鉄窒化物を完全に固溶させる
ために、再加熱温度は1100℃以上とする。

本発明においては熱間圧延仕上温度を850〜950℃とす
ることが重要である。仕上温度がAr₃点以上であって
も、850℃未満であるとマルテンサイトがバンド（帯）
状に生成し加工性が劣化するとともに、AlNあるいは鉄
窒化物が生成して固溶Ｎが減少し、焼付硬化性が低下す
る。また、950℃を超える仕上温度で熱間圧延を終了す
ると、オーステナイト粒が粗大となってフェライト核生
成位置であるオーステナイト粒界面積が減少するためフ
ェライトの生成量が減って加工性が劣化する。なお、特
に好ましい仕上温度は900〜950℃である。

熱間圧延終了後、冷却速度15℃/s以上で冷却する。こ
の冷却過程でフェライトと未変態オーステナイトの分離
が進み、150℃未満の温度で巻取るまでに未変態オース
テナイトの大部分がマルテンサイトに変態する。

本発明者らの実験結果によると、固溶Ｎ量が同じであ
る場合でも、フェライトとマルテンサイトを主体とする
金属組織（複合組織）を有する鋼板は、フェライトとパ
ーライトあるいはフェライトとベイナイトを主体とする
金属組織、あるいはベイナイト単相の金属組織の鋼板よ
りも焼付硬化性が高い。そのメカニズムは必ずしも明ら
かではないが、フェライトとマルテンサイトを主体とす
る複合組織を有する鋼板に変形を加えた場合、軟質なフ
ェライトに導入される転位が多く、それがＮにより固定
されてフェライトが著しく強化されるため、引張強さが
大きく上昇するものと思われる。しかも、フェライトと
マルテンサイトを主体とする複合組織を有する鋼板にお
いては、スキンパス後常温で長時間放置しておいてもプ
レス時に問題となる降伏伸びの発生が抑制される。

冷却速度が15℃/s未満あるいは巻取り温度が150℃以
上になると、未変態オーステナイトがマルテンサイトに
変態する前にパーライトあるいはベイナイトに変態して
しまい、フェライトとマルテンサイトを主体とする複合
組織が得られず、焼付硬化性が低下する。フェライトお
よびマルテンサイトの体積率はそれぞれ60％以上および
８％以上であることが必要である。

本発明のひとつ（前記記載の発明）は、上記のよう
に熱間圧延後巻き取りまでの冷却を連続して行う方法で
ある。

本発明のもうひとつ（前記記載の発明）は、熱間圧
延後の冷却過程を２段に分け、第１段の冷却では15℃/s
以上の冷却速度で600〜700℃まで冷却した後１〜15秒間
空冷し、次いで、15℃/s以上の冷却速度で150℃未満の
温度まで冷却（第２段の冷却）した後巻き取る方法であ
る。これによって、フェライトと未変態オーステナイト
との分離がさらに促進され、フェライトが軟質化するた
め加工性が向上する。なお、空冷時の冷却速度は、板厚
にもよるが0.5〜10℃/sである。

（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、熱間鍛造により60mm厚スラブを製造し、1100〜1250
℃で加熱した後熱間圧延を行うか、または鋳型で60mm厚
のスラブを製造しそのまま直接熱間圧延を行い、3mm厚
の熱延鋼板とした。製造条件を第２表に示す。

この熱延鋼板からJIS5号引張り試験片を切り出し、そ
のまま（熱延まま）の状態で、および８％引張り予歪を
与えた後170℃×20分の熱処理を行って加工後の焼付塗
装処理に相当する処理を施した後、引張試験を行った。

また、熱延鋼板の熱延ままでの加工性を調べるため、
５％クリアランス打ち抜き穴の穴拡げ試験も実施した。

さらに、金属組織の定量を行い、フェライト体積率お
よびマルテンサイト体積率を求めた。金属組織の定量
は、まずナイタル腐食により、フェライトおよびマルテ
ンサイトと、ベイナイトおよびパーライトを分離し、さ
らに、400℃×20分の熱処理によりマルテンサイト中に
炭化物を析出させた後、再度ナイタル腐食によりフェラ
イトとマルテンサイトを分離して測定した。なお、定量
においては、画像処理解析を行った。

結果を第３表に示す。同表から明らかなように、本発
明例１〜４と９〜17では、いずれもフェライトの中にマ
ルテンサイトが分散した複合組織である。そして引張強
さ（TS）×伸び（EL）＞1800、引張強さ（TS）×穴拡げ
率＞1800で、強度と延性のバランスがよく、高い加工性
を有し、しかも、加工後の焼付塗装相当処理による引張
強さの増加（ΔTS）が10kgf/mm²以上という高い値を示
した。

熱間圧延の仕上温度が本発明範囲よりも低い比較例５
では、焼付硬化性が劣り、穴拡げ性が著しく低い。熱間
圧延後の冷却速度の遅い比較例７、冷却終了温度が高い
比較例７および冷却途中の空冷時間の長い比較例８で
は、マルテンサイトが生じず、加工後の焼付塗装相当処
理による引張強さの増加が小さい。Ｎ添加量が本発明範
囲より少ない比較例18も、加工後の焼付塗装相当処理に
よる引張強さの増加が小さい。Ｃの高い比較例19におい
ては、引張試験片採取位置による強度のばらつきが大き
く、引張強さの増加量も小さかった。

（発明の効果） 本発明方法により、加工時には軟質で加工しやすく、
加工後の焼付塗装処理により著しく高強度化する熱延鋼
板を製造することができる。この鋼板は自動車、その他
各種の産業機器に広く使用できるもので、工業的に極め
て有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、C:0.02〜0.13％、Si:2.0％以
   下、Mn:0.6〜2.5％、sol.Al:0.10％以下、N:0.0080〜0.
   0250％を含有し、不純物としてのＰは0.04％未満であ
   り、残部はFeおよび不可避不純物からなる鋼、または更
   にCa:0.0002〜0.01％、Zr:0.01〜0.10％、稀土類元素:
   0.002〜0.10％およびCr:3.0％以下のうちの１種以上を
   含む鋼に、鋳造直後あるいは1100℃以上に再加熱した
   後、850〜950℃で仕上げ圧延を終了する熱間圧延を施
   し、次いで、15℃/s以上の冷却速度で150℃未満の温度
   まで冷却した後巻取ることを特徴とする焼付硬化性と加
   工性に優れた複合組織熱延鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】重量％で、C:0.02〜0.13％、Si:2.0％以
   下、Mn:0.6〜2.5％、sol.Al:0.10％以下、N:0.0080〜0.
   0250％を含有し、不純物としてのＰは0.04％未満であ
   り、残部はFeおよび不可避不純物からなる鋼、または更
   にCa:0.0002〜0.01％、Zr:0.01〜0.10％、稀土類元素:
   0.002〜0.10％およびCr:3.0％以下のうちの１種以上を
   含む鋼に、鋳造直後あるいは1100℃以上に再加熱した
   後、850〜950℃で仕上げ圧延を終了する熱間圧延を施
   し、次いで、15℃/s以上の冷却速度で600〜700℃まで冷
   却した後１〜15秒間空冷を行い、更に、15℃/s以上の冷
   却速度で150℃未満の温度まで冷却した後巻取ることを
   特徴とする焼付硬化性と加工性に優れた複合組織熱延鋼
   板の製造方法。