JP2004043878A

JP2004043878A - 高強度冷延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2004043878A
Application number: JP2002202161A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tsurumaru; 鶴丸　英幸; Hiroshi Sawada; 澤田　弘; Toru Minote; 簑手　徹; Kenji Umadate; 馬立　健治; Masayuki Yamazaki; 山崎　雅之; Kohei Hasegawa; 長谷川　浩平
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】鋼帯をはじめとする高強度冷延鋼板を製造する際に、冷却時に面外変形による形状不良を生じさせることなく、鋼板を安定して製造することができる高強度冷延鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】焼入れ手段を有する連続焼鈍設備を用いて高強度冷延鋼板を製造する方法において、焼入れ時の鋼板の温度を搬送方向位置で２回微分した微分係数の最大値が、あらかじめ定められた許容最大反り量に対応する微分係数値以下となるように鋼板を焼入れすることを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法。
好ましくは下記（ａ）〜（ｄ）の少なくとも１つを行うことにより上記微分係数値を制御する。
（ａ）焼入れの冷却媒体の温度を調整する。
（ｂ）焼入れ開始温度を調整する。
（ｃ）焼入れ時の鋼板の搬送速度を調整する。
（ｄ）焼入れの冷却媒体の熱伝達係数を調整する。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼入れ手段を有する連続焼鈍設備を用いて高強度冷延鋼板を安定的に製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下の説明において、高強度冷延鋼板とは引張強度約５０〜１５０ｋｇｆ／ｍｍ^２クラスの連続焼鈍設備を用いて製造する冷延鋼板である。
【０００３】
高強度冷延鋼板を得るにはマルテンサイトの体積率を高めることが有効であるが、これを達成するには、オーステナイト単相域あるいはオーステナイト＋フェライト混合域から臨界冷却速度以上で冷却してフェライト＋マルテンサイトの混合組織またはマルテンサイト単相組織を得る必要がある。しかし、この冷却の際に、鋼板搬送方向での温度変化率が大きくなり、鋼板に反りや波型変形などの面外変形による形状不良が発生することがあり問題となっている。特に少ない合金元素添加量で高強度ハイテン材の製造を可能とする水焼入れを利用した連続焼鈍設備では温度変化率が必然的に大きくなり、形状不良が顕著となる。
【０００４】
鋼板が形状不良となる例として、たとえば、特開平１１−１９３４１８号には、冷間圧延後の連続焼鈍過程において焼鈍後の高温の鋼板に焼入れ冷却を行うと、鋼板の板幅方向に円弧状の反りが発生し、鋼板形状の平坦性の劣化が著しくなることが示されている。鋼板の形状不良が発生すると連続焼鈍炉内の通板性が劣化し、搬送速度の低下や通板トラブルを招いてしまい、また、プレス加工などの次工程においても支障をきたすことになる。
【０００５】
連続焼鈍ラインの焼入れ冷却時に発生する鋼板の形状不良対策として、特開平４−２８９１２０号には、組織制御により鋼板形状を改善する方法が示されており、また、特開平１１−１９３４１８号には、焼入れの際に、鋼板表裏面の少なくとも幅方向の全域に亘って５００Ｎ／ｍ^２以上の圧力で加圧する方法が示されている。
【０００６】
ここで、鋼板の形状不良の度合いを表わすために、鋼板反り量δを定義すると、図９に示すように、鋼板の一部分を切り出して平面上に置き、平面と鋼板が最も離れた場所における距離を鋼板の反り量δとする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術には、それぞれ下記のような課題がある。
【０００８】
特開平４−２８９１２０号の方法は、フェライトを３〜２０％析出させてから冷却し、マルテンサイト変態による変形をフェライトに吸収させて、鋼板の形状を安定化する技術であるので、当然のことながら、マルテンサイト単相鋼には適用できない。
特開平１１−１９３４１８号の方法では、原理的には任意の組織を持った鋼に対応できるが、次のような問題がある。すなわち特開平１１−１９３４１８号に記載の図１によれば、この発明を実施した場合でも、浮き高さ（反り量）が１０ｍｍ程度になる場合があり、また張力の影響を示した図２では、張力１５Ｎ／ｍｍ^２で反り量が数ｍｍ程度まで減少しているが、このような高張力では鋼板に絞りが発生する恐れがある。最近の需要家からの要求は厳しく、反り量５ｍｍ以下という制限を設けられることもあり、このような厳しい要求には特開平１１−１９３４１８号の方法では対応できない。
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、鋼帯をはじめとする高強度冷延鋼板を製造する際に、冷却時に面外変形による形状不良を生じさせることなく、鋼板を安定して製造することができる高強度冷延鋼板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】
高強度冷延鋼板の面外変形による形状不良の特に顕著な例として、鋼板の連続焼鈍ラインにおける焼入れ冷却によって生じる鋼板幅方向の形状不良があるが、この形状不良が発生する原因について発明者らが鋭意検討を進めた結果、以下のような機構により形状不良が発生していることが判った。
【００１０】
まず、第一の発生機構は、図５に模式的に示すように、焼入れ開始点（冷却開始点）において鋼板幅方向で圧縮方向の熱応力が発生し、鋼板が幅方向に座屈するというものである。つまり、鋼板のある部分が焼入れを開始すると、焼入れ部は幅方向に熱収縮を起こすが、焼入れ部に接した焼入れが始まっていない高温部分は、焼入れ部の熱収縮に引っ張られて圧縮の熱応力を受ける。そして、このように圧縮の熱応力を受ける鋼板の高温部分は容易に幅方向に座屈して形状不良が発生することになる。
【００１１】
次に第二の発生機構は、同じく図５に模式的に示すように、冷却開始温度より低温における相変態、特にマルテンサイト変態によるものである。オーステナイトがマルテンサイトに変態すると体積の膨張を伴う。そこで、鋼板のマルテンサイト変態を起こしている部分は幅方向に広がろうとする。ところが、その部分に接してマルテンサイト変態を起こしていない部分がマルテンサイトを起こした部分の幅広がりを拘束するため、マルテンサイト変態を先に起こした部分は幅方向に発生した圧縮応力により座屈して、形状不良が発生することになる。
【００１２】
両者を比較すると、より高温で起こる第一の機構のほうが形状不良の主たる発生原因となっている。
本発明が対象としている連続焼鈍設備の冷却装置では、冷却装置前後における鋼板の任意の点の温度Ｔは模式的に図６のように変化する。このとき、鋼板の任意の点の温度Ｔを搬送方向位置Ｘで微分した微分係数∂Ｔ／∂Ｘ、および、温度Ｔを搬送方向位置Ｘで２回微分した微分係数∂^２Ｔ／∂Ｘ^２を、やはり模式的に示したのが図７および図８である。発明者らの検討によると、鋼板の幅方向に働く応力σ_Ｙは、∂^２Ｔ／∂Ｘ^２に比例するという知見を得た。図８からわかるように、冷却開始位置において∂^２Ｔ／∂Ｘ^２は最も大きくなっている。
そこで、発明者等は、焼入れ時の鋼板の温度Ｔを搬送方向位置Ｘで２回微分した微分係数∂^２Ｔ／∂Ｘ^２の最大値が極力小さくなるように、具体的には、あらかじめ定められた許容最大反り量に対応する微分係数値以下となるように鋼板を焼入れすればよいことを見出して本発明を完成した。
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下の通りである。
【００１３】
（１）焼入れ手段を有する連続焼鈍設備を用いて高強度冷延鋼板を製造する方法において、焼入れ時の鋼板の温度を搬送方向位置で２回微分した微分係数の最大値が、あらかじめ定められた許容最大反り量に対応する微分係数値以下となるように鋼板を焼入れすることを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法。
【００１４】
（２）下記（ａ）〜（ｄ）の少なくとも１つを行うことにより微分係数値を制御することを特徴とする上記（１）に記載の高強度冷延鋼板の製造方法。
（ａ）焼入れの冷却媒体の温度を調整する。
（ｂ）焼入れ開始温度を調整する。
（ｃ）焼入れ時の鋼板の搬送速度を調整する。
（ｄ）焼入れの冷却媒体の熱伝達係数を調整する。
【００１５】
（３）焼入れ手段が水焼入れ手段を含む構成であることを特徴とする上記（１）または（２）のいずれかに記載の高強度冷延鋼板の製造方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
高強度冷延鋼板を得るにはマルテンサイトの体積率を高めることが有効であり、これを達成するには、水焼入れ手段を含む連続焼鈍設備を利用するのが最も好ましいが、焼入れ手段として、一般に水焼入れ法の他に、ガスジェット冷却法、ロール冷却法、気水冷却法等、またはこれらの組み合わせを用いる方法があり、本発明法は、これらいずれにおいても適用可能である。
図２は、本発明の実施に供する連続焼鈍設備出側の冷却装置の一例を示す側面図である。
図２の冷却装置は、冷却水が入れられた水槽５と、この水槽５内に配置される冷却ユニット１（冷却水噴射装置）とシンクロール２とからなっている。
連続焼鈍炉の焼鈍帯から出た鋼帯３は上方から水槽５内に入り、冷却ユニット１で冷却水を吹付けられて強冷却され、所定の温度まで冷却されて、シンクロール２を介して上方に引上げられる。
【００１７】
このとき強冷却が開始される冷却ユニット入口面において、鋼帯３の幅方向に圧縮熱応力が発生し、鋼帯３は幅方向に座屈して面外変形により形状不良が発生する原因となる。
【００１８】
ここで、強冷却が開始される時点を焼入れ開始とし、冷却が終了する時点を焼入れ終了と定義する。つまり、焼入れ開始、焼入れ終了は冶金学的な意味ではなく、焼入れプロセス（冷却）の開始、終了を意味する。
【００１９】
本発明では、焼入れ手段を有する連続焼鈍設備を用いて高強度冷延鋼板を製造する方法において、焼入れ時の鋼板の温度を搬送方向位置で２回微分した微分係数の最大値が、あらかじめ定められた許容最大反り量に対応する微分係数値以下となるように鋼板を焼入れする。
【００２０】
微分係数値を制御するためには、下記の制御因子について、単独または２以上の組み合わせを行えばよい。
（ａ）焼入れの冷却媒体の温度を高温化する。
（ｂ）焼入れ開始温度を低温化する。
（ｃ）焼入れ時の鋼板の搬送速度を高速化する。
（ｄ）焼入れ開始時の熱伝達係数を小さくする。
図１は、本発明による高強度冷延鋼板の製造方法の一実施形態を示す説明図で、図１（ａ）は焼入れ開始から焼入れ終了までの温度変化の傾きを緩やかにする場合を示し、図１（ｂ）は特に焼入れ開始時の温度変化の傾きを緩やかにする場合を示している。
【００２１】
図１（ａ）の焼入れ開始から焼入れ終了までの温度変化の傾きを緩やかにするには、焼入れ開始時の温度は一定にして焼入れ終了時の鋼板温度を高くすればよい。そのためには、焼入れの冷却媒体を高温化する（図中▲１▼で示す熱履歴）方法、および焼入れ時の鋼板の搬送速度を高速化する（図中▲３▼で示す熱履歴）方法とがある。
【００２２】
また、焼入れ終了時の鋼板温度は一定にして焼入れ開始時の鋼板温度を低くすればよい。そのためには、焼入れ開始温度を低温化する（図中▲２▼で示す熱履歴）方法がある。
【００２３】
図１（ｂ）の特に焼入れ開始時の温度変化の傾きを緩やかにする場合の例として、焼入れ開始時の熱伝達係数を小さくする（図中▲４▼で示す熱履歴）方法がある。
【００２４】
前記図１（ａ）の▲１▼で示す方法は、冷却媒体の温度を高温化することにより、焼入れ終了時の鋼板温度を高くすることができ、鋼板の焼入れ前後の温度の変化を、冷却媒体を高温化しない場合に比して緩和することができて、焼入れ開始時の∂^２Ｔ／∂Ｘ^２を小さくすることができる。
【００２５】
前記前記図１（ａ）の▲２▼で示す方法は、焼入れ温度を低温化することにより、焼入れ開始時の鋼板温度を低くすることができ、鋼板の焼入れ前後の温度の変化を、焼入れ温度を低温化しない場合に比して緩和することができて、焼入れ開始時の∂^２Ｔ／∂Ｘ^２を小さくすることができる。
【００２６】
前記図１（ａ）の▲３▼で示す方法は、鋼板の搬送速度が早いので鋼板が冷却装置を早く通過し、鋼板が冷却媒体と同じ温度まで下がらず、冷却媒体よりも高い温度で焼入れを終了する。つまり、前記図１（ａ）の▲１▼で示す方法と同じ作用効果がある。
【００２７】
前記図１（ｂ）の▲４▼で示す方法は、冷却装置の冷却ユニットにおいて、例えば冷却媒体の噴射を２、３段階に分けて冷却すればよい。つまり最初の段階では冷却媒体を全く噴射せず、次の段階で冷却媒体を少し噴射し、最後の段階で冷却媒体を一気に噴射するように設定すれば、鋼板温度を段階的に下げることができて、冷却媒体の噴射を一律に行う場合に比して、特に焼入れ開始時の熱伝達係数を小さくすることができる。これにより冷却開始時の∂^２Ｔ／∂Ｘ^２を小さくすることができる。
【００２８】
【実施例】
図２に示す連続焼鈍設備出側の冷却装置を用いて引張強度１００ｋｇｆ／ｍｍ^２のマルテンサイト単相組織材を製造した。板厚は全て１．０ｍｍ材である。このとき、あらかじめ定められた許容最大反り量は５ｍｍで、焼入れ時の鋼板の温度を搬送方向位置で２回微分した微分係数の最大値が、あらかじめ定められた許容最大反り量に対応する微分係数値以下となるように、鋼板の搬送速度を調整して鋼板を焼入れした。
【００２９】
図３に、焼入れ時の鋼板の搬送速度を変化させた時の鋼板の搬送速度と鋼板の反り量との関係を示す。図３によれば、鋼板の搬送速度が高速化するにしたがって鋼板の反り量が減少し、搬送速度９５ｍｐｍ以上とすれば許容最大反り量を満足することがわかった。
【００３０】
さらに、上記と同様の条件にて、水焼入れの冷却媒体である水の温度を調整して鋼板を焼入れした。
【００３１】
図４に、水焼入れの冷却媒体である水の温度を変化させた時の水温と鋼板の反り量との関係を示す。図４によれば、水温が高温化するにしたがって鋼板の反り量が減少し、水温が５７℃以上とすれば許容最大反り量を満足することがわかった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明により、焼入れ手段を有する連続焼鈍設備を用いて高強度冷延鋼板を安定的に製造することができた。その結果、次のような効果が期待できる。▲１▼歩留まりが向上する。▲２▼搬送速度を上げることができ、生産性が向上する。▲３▼プレス成型などの後工程におけるハンドリング性が改善する。▲４▼テンパーなど、形状矯正の工程が省略され製造コストが低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高強度冷延鋼板の製造方法の一実施形態を示す説明図で、（ａ）は焼入れ開始から焼入れ終了までの温度変化の傾きを緩やかにする場合を示し、（ｂ）は特に焼入れ開始時の温度変化の傾きを緩やかにする場合を示している
【図２】本発明の実施に供する連続焼鈍設備出側の冷却装置の一例を示す側面図
【図３】本発明の実施例を示す鋼板搬送速度と鋼板反り量との関係を示すグラフ
【図４】本発明の実施例を示す水温と鋼板反り量との関係を示すグラフ
【図５】鋼板の形状不良の発生機構を示す説明図
【図６】鋼板の温度変化を示す説明図
【図７】鋼板の温度を搬送方向位置で微分した微分係数の変化を示す説明図
【図８】鋼板の温度を搬送方向位置で２回微分した微分係数の変化を示す説明図
【図９】鋼板反り量δの定義を示す説明図
【符号の説明】
１　冷却ユニット
２　シンクロール
３　鋼帯
４　水面
５　水槽

Claims

焼入れ手段を有する連続焼鈍設備を用いて高強度冷延鋼板を製造する方法において、焼入れ時の鋼板の温度を搬送方向位置で２回微分した微分係数の最大値が、あらかじめ定められた許容最大反り量に対応する微分係数値以下となるように鋼板を焼入れすることを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法。
下記（ａ）〜（ｄ）の少なくとも１つを行うことにより微分係数値を制御することを特徴とする請求項１に記載の高強度冷延鋼板の製造方法。
（ａ）焼入れの冷却媒体の温度を調整する。
（ｂ）焼入れ開始温度を調整する。
（ｃ）焼入れ時の鋼板の搬送速度を調整する。
（ｄ）焼入れの冷却媒体の熱伝達係数を調整する。
焼入れ手段が水焼入れ手段を含む構成であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の高強度冷延鋼板の製造方法。