JP2003105446A

JP2003105446A - 高強度熱延鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003105446A
Application number: JP2001294016A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakada; 博士中田; Tadashi Inoue; 正井上; Hiroyasu Kikuchi; 啓泰菊池; Sadanori Imada; 貞則今田
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP3915460B2

Abstract

(57)【要約】【課題】加工性に優れた比較的低合金の高強度熱延鋼
板およびその製造方法を提供する。【解決手段】 C:0.06〜0.25%、Si:2%以下、Mn:0.5〜2.
5%、sol.Al:0.1%以下を含有する鋼を、Ar₃変態点以上で
熱間圧延を終了し、2秒以内に冷却開始、冷却速度150℃
/s超、350℃以下で冷却を停止する高強度熱延鋼板の製
造方法。さらに、Ti,Nb,V,Zrの内1種以上を合計で0.01
〜0.2%、又は、Cr:1%以下、Mo:1%以下の内1種以上を含
有する鋼を用いてもよい。また、仕上圧延機の入側又は
スタンド間で、粗バー又は被圧延材を誘導加熱するこ
と、冷却停止温度の変動幅を60℃以内にすること、最終
スタンドの圧下率を30%未満とすることもできる。組織
がマルテンサイトを主体とし、コイル内の引張強度の変
動が中心値±8%以内である高強度熱延鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工性に優れた高
強度熱延鋼板およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の軽量化等を目的として、高い強
度と加工性が要求される用途の熱延鋼板において、低温
変態相を利用した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、種々の構造部材や部品
への適用が進められており、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】このような変態組織強化鋼の強度-加工性
バランスを向上させるには、組織をさらに微細化する必
要がある。高強度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の制御を行うことで、低温変態相
を生成させ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。

【０００５】また、特開平07-197184号公報には、低温
変態生成物による高強度熱延鋼板及びその製造方法が開
示されている。その技術は、Si-Mn-Mo添加鋼に、更にT
i,V,Nbのうちの1種以上、必要に応じてB,Crを含み、Ar₃
以上の温度域で熱間圧延を仕上げた後、急冷し、巻取る
ことにより製造され、980N/mm²以上の強度を有してお
り、自動車のバンパー、ドアの補強部材等に適している
というものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
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。そのため、マルテ
ンサイトを主体とする組織とするためには、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。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、適用範囲が、実質的に極薄
物の高強度熱延鋼板に限定される。

【０００７】特開平07-197184号公報記載の技術では、
その実施例においてその熱延後の冷却がシャワー冷却で
あり、冷却速度を大きくとることができない。そのた
め、Moをはじめとする多量の合金元素の添加が必須とな
る。事実、同公報の実施例においては、中炭素鋼（0.31
%C）を除き、いずれもMnを1.89%以上かつMoを0.9%以上
というように多量に添加している。

【０００８】本発明はこれらの課題を解決し、加工性に
優れた比較的低合金の高強度熱延鋼板およびその製造方
法を提供することを目的とする。

【０００９】

【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:0.06〜0.25%、Si:2%以下、Mn:0.5〜2.5%、sol.A
l: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、冷却速
度を150℃/s超とするとともに、350℃以下の温度で冷却
を停止することを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法
である。

【００１０】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:1%以下の内1種以上を含有する鋼を用いることも
できる。

【００１１】これらの発明は、高強度熱延鋼板の加工性
を劣化させずに、高強度化を図るための冷却条件につい
て検討した結果なされた。その過程で、圧延直後から一
定時間以内に急冷を開始し、ある温度以下で急冷を停止
することが、微細なマルテンサイトを主体とする組織の
生成、および、鋼板形状の劣化防止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。

【００１２】まず、化学成分について説明する。

【００１３】C： 0.06〜0.25%（mass%、以下同じ） Cは、焼入れ性を向上させ、低温変態相であるマルテン
サ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0.06%必要である。
一方、0.25%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0.06〜0.25%の範囲内とする。

【００１４】Si： 2%以下 Siは、固溶強化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。

【００１５】Mn： 0.5〜2.5% Mnは、焼入れ性を高める元素であり、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、凝固偏析によ
るバンド状組織を形成して加工性並びに耐遅れ破壊特性
を劣化させる。従って、Mn を0.5〜2.5%の範囲内とす
る。

【００１６】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。

【００１７】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
は靭性向上のため、必要に応じてTi,Nb,V,Zrを添加す
る。ここで、靭性については、熱間での炭化物形成によ
り、結晶粒の粗大化が防止される効果によると考えられ
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、T
i,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。

【００１８】Cr,Mo: 添加する場合、いずれも1%以下 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%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、Moとも1%以下とする。

【００１９】B: 添加する場合、0.01%以下 Bは、焼入れ性を高める元素であり、必要に応じて添加
することができる。しかし、0.01%を超える添加は溶接
性を劣化させる。従って、Bを添加する場合は0.1%以下
とする。

【００２０】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、即ち残部が実質的
に鉄であればよい。例えば耐遅れ破壊特性の向上を目的
に、Ca,REM等をそれぞれ0.005%以下添加してもよい。熱
間加工性を向上させる微量元素等を添加することもでき
る。なお、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。

【００２１】次に、本発明における製造条件について説
明する。

【００２２】仕上温度： Ar₃変態点以上仕上温度がAr₃変態点未満になると、フェライトが生成
して強度が低下する。また、変態後のフェライト相が加
工されるため、延性の劣化、面内異方性の増加等、材質
上好ましくない結果となる。従って、仕上温度をAr₃変
態点以上とする。

【００２３】圧延終了後の冷却開始時間： 2秒以内圧延終了後は、オーステナイトの再結晶又は回復が進行
する。冷却開始時間を圧延終了後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抑制し、オース
テナイトの結晶粒を微細化し、変態後の組織をマルテン
サイト組織主体の微細な組織とすることができる。

【００２４】冷却速度： 150℃/s超この発明では、オーステナイトの結晶粒を微細化してい
るので、焼入れ性が低下する。そのため、冷却速度が15
0℃/s以下では、ポリゴナルフェライトあるいはベイナ
イトの生成が無視できなくなり、強度が低下する。従っ
て、冷却速度を150℃/s超とする。

【００２５】冷却停止温度： 350℃以下冷却停止温度については、350℃を超えると、ポリゴナ
ルフェライトあるいはベイナイトが生成するため強度が
低下する。従って、冷却停止温度は350℃以下とする。

【００２６】以上の基本的な製造条件により、鋼板形状
を損なうことなく、微細なマルテンサイトを主体とする
組織を有する高強度熱延鋼板を製造することができる。
更に、これらの発明には次の製造条件を加えることがで
きる。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】これらの発明により製造することができる
高強度熱延鋼板の発明は、化学成分が上記の発明の化学
成分であり、組織がマルテンサイトを主体とする組織で
あるとともに、コイル内の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である。

【００３４】この発明の高強度熱延鋼板は、組織がマル
テンサイトを主体とする組織であるとともに、引張強度
の変動幅が16%以内（中心値±8%以内）に抑えられてい
る。このような鋼板は、前述の製造方法により製造する
ことができる。

【００３５】

【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、例えば耐遅れ破
壊特性の向上を目的に、さらにCaやREM等を0.005%以下
添加することができる。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微量合金元素
を添加することもできる。

【００３６】また、加工性および溶接性を考慮すると、
次の式で表されるCeqが0.6以下であることが望ましい。

【００３７】 Ceq = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 (1) 以上の化学成分を有する鋼を溶製後、造塊法、連続鋳造
法等の方法でスラブに鋳造する。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Ar₃変態点直上の狭い温度範囲に制御すること
により、オーステナイト結晶粒を微細化すると同時に、
粒内の変形帯の密度を高めて実質的なオーステナイト粒
径を小さくする。その結果、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、前述の時間以内に冷却を開
始することで、オーステナイトが再結晶する場合でも、
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。このようにして、オーステナイトが微細化され、変
態後の組織をマルテンサ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、マルテンサイト組織を主体とす
るというのは、ほぼ全体がマルテンサイト組織であり、
光学顕微鏡写真ではポリゴナルフェライトおよびパーラ
イトが認められないということである。仮に多少のアシ
キュラフェライト（ベイナイト）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、圧延終了後0.5秒以内では、オーステ
ナイトに過度の加工歪みが残留したままであり、その状
態で冷却を開始すると焼入れ性が低下し、鋼板の強度が
低下する。また冷却設備の設置についても、圧延終了後
0.5秒以内で冷却を開始することは、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
始時期は、圧延終了後0.5秒超とすることが望ましい。

【００４２】冷却速度については、マルテンサイトの微
細化の観点からは、300℃/s以上とすることが望まし
い。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を設定すればよい。

【００４３】冷却停止温度については、図１に冷却停止
温度と強度TSの関係を示す。冷却速度が150℃/s超の場
合、冷却停止温度が350℃以下の領域で高い強度TSが得
られることが分かる。また、図２に冷却停止温度と熱延
鋼板の形状の関係を示す。冷却停止温度が低すぎると熱
延鋼板の形状が劣化している。この図２に示すように、
冷却速度が本発明の範囲である150℃/s超の場合でも、1
00℃未満のような低温まで冷却すると、冷却むらの影響
で鋼板形状が悪くなる。従って、冷却停止温度は、100
〜350℃とすることが好ましい。

【００４４】このようにして、冷却速度を150℃/s超と
する急冷を行った後は、そのままあるいは巻取温度まで
更に冷却（緩冷却可）してコイルに巻取る。なお、冷却
停止後、相変態による復熱等で300℃より高い温度とな
ると、焼戻し脆化により延性が低下することがある。従
って、冷却停止後、300℃より高い温度とならないよ
う、巻取温度まで冷却することが望ましい。

【００４５】巻取温度についても、冷却後の鋼板を300
℃より高い温度で巻取ると、焼戻し脆化により延性が低
下することがある。従って、巻取温度を300℃以下とす
ることが好ましい。

【００４６】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、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。

【００４７】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、上記の冷却停止温度の変動
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。

【００４８】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。

【００４９】

【実施例】表１に示す化学成分を有する鋼No.1〜3を溶
製した。いずれも本発明の範囲内である。これらの鋼
を、表２に示す製造条件で圧延し、板厚3.25mmの熱延コ
イルNo.1〜5を製造した。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】これらの熱延コイルについて、機械的性質
を調べた。機械的性質としては、引張試験および曲げ試
験を行った。測定結果を表３に示す。なお、曲げ試験の
結果については、割れが発生しない最小の曲げ半径であ
る限界曲げ半径を板厚に対する比（曲げ半径／板厚）で
表してある。この限界曲げ半径の値が小さい方が、より
過酷な曲げ加工に耐えうることを示す。

【００５３】

【表３】

【００５４】本発明例の鋼板No.1,3,5は、Ceqが0.40〜
0.46と低いにもかかわらず、1180〜1420MPaと高い強度
が得られている。また、本発明例の鋼板No.1,3は、同一
化学成分であっても本発明の製造条件を満たしていない
比較例の鋼板No.2,4に比べて、加工性を劣化させること
なく、著しく強度特性が向上していることが明らかであ
る。また、曲げ加工については、本発明の鋼板は、比較
例の鋼板に比べて、向上（限界曲げ半径が減少）してい
る。

【００５５】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。

【００５６】

【表４】

【００５７】この表より、冷却停止温度変動が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。

【００５８】

【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、冷却開始後は所定の温度以下まで急冷を
行うことにより、金属組織を微細なマルテンサイトを主
体とする組織としているので、曲げ加工等の加工性に優
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、優れた加工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】冷却停止温度と強度TSの関係を示す図。

【図２】冷却停止温度と熱延鋼板の形状の関係を示す
図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｗ 38/06 38/06 38/38 38/38 (72)発明者菊池啓泰東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者今田貞則東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 4E002 AA07 AD04 BC05 BC07 BD07 BD08 CB01 4K037 EA01 EA02 EA05 EA06 EA11 EA15 EA16 EA17 EA19 EA27 EA28 EA31 EA32 EA35 EB05 EB09 FC07 FD04 FE01 HA03 JA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学成分として、mass%で、C:0.06〜0.2
5%、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、冷却速度を150℃/s超とす
るとともに、350℃以下の温度で冷却を停止することを
特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法。
【請求項２】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
とを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２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:1%以下、B:0.1%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高強度熱延鋼板の
製造方法。
【請求項４】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記載の高強度熱延鋼板の
製造方法。
【請求項５】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請求項１ないし請求項
４記載の高強度熱延鋼板の製造方法。
【請求項６】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５記
載の高強度熱延鋼板の製造方法。
【請求項７】化学成分が請求項１ないし請求項３記載
の化学成分であり、組織がマルテンサイトを主体とする
組織であるとともに、コイル内の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。