JP2005256066A - 高速変形特性および伸び特性に優れた熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課 題】 高速変形特性および加工性に優れた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、Si、Mn、P、S、Alを適正範囲含む組成の鋼素材に、加熱温度:1000〜1300℃、仕上圧延開始温度:900〜1200℃、仕上圧延終了温度:Ar3変態点以上とする熱間仕上圧延を施したのち、30℃/s以上で650〜800℃未満の冷却停止温度まで冷却する一次冷却と、一次冷却停止温度から3〜10s間空冷する二次冷却と、ついでA={(FET)/(C+Mn/6)}/100(ここで、C、Mn:各元素の含有量(質量%)、FET:仕上圧延開始温度(℃))で定義されるA℃/s以上の平均冷却速度で、B={(C+Mn/6)×90000/(FET)}×10 (ここで、C、Mn:各元素の含有量(質量%)、FET:仕上圧延開始温度(℃))で定義されるB℃〜(B+50)℃の冷却停止温度まで冷却する三次冷却を施し、巻き取る。これにより、高速変形特性および伸び特性に優れた熱延鋼板となる。
【選択図】 なし
Description
A={(FET)/(C+Mn/6)}/100 ・・・(1)
で定義されるA℃/s以上の冷却速度とし、冷却停止温度を次(2)式
B={(C+Mn/6)×90000/(FET)}×10 ・・・(2)
で定義されるB℃以上(B+50)℃以下とすることがよいことを見出した。
(1)質量%で、C:0.05%以上0.3%以下、Si:0.5%以上3.0%以下、Mn:0.5%以上3.0%以下、P:0.030%以下、S:0.01%以下、Al:0.06%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、ベイニティックフェライトをベイナイトに対する面積率で30%以上60%以下含むベイナイトを組織全体に対する面積率で25%以上50%以下、残留オーステナイトを組織全体に対する面積率で3%以上20%以下、マルテンサイトを組織全体に対する面積率で5%以下、含み、残部がポリゴナルフェライトからなる組織を有することを特徴とする高速変形特性および伸び特性に優れた熱延鋼板。
(2)(1)において、前記組成に加えさらに、質量%で、Cr:2.0%以下を含むことを特徴とする熱延鋼板。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えさらに、質量%で、Ti:0.05%以下を含むことを特徴とする熱延鋼板。
(4)質量%で、C:0.05%以上0.3%以下、Si:0.5%以上3.0%以下、Mn:0.5%以上3.0%以下、P:0.030%以下、S:0.01%以下、Al:0.06%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、1000℃以上1300℃以下に加熱し、仕上圧延開始温度:900℃以上1200℃以下、仕上圧延終了温度:Ar3変態点以上とする熱間仕上圧延を施したのち、平均冷却速度:30℃/s以上で650℃以上800℃未満の範囲の冷却停止温度まで冷却する一次冷却を施し、ついで該一次冷却の冷却停止温度から平均冷却速度:10℃/s以下の冷却速度で冷却する二次冷却を3〜10s間施し、ついで次(1)式
A={(FET)/(C+Mn/6)}/100 ・・・(1)
(ここで、C、Mn:各元素の含有量(質量%)、FET:仕上圧延開始温度(℃))
で定義されるA℃/s以上の平均冷却速度で、次(2)式
B={(C+Mn/6)×90000/(FET)}×10 ・・・(2)
(ここで、C、Mn:各元素の含有量(質量%)、FET:仕上圧延開始温度(℃))
で定義されるB℃以上(B+50)℃以下の範囲の冷却停止温度まで冷却する三次冷却を施し、巻き取ることを特徴とする高速変形特性および伸び特性に優れた熱延鋼板の製造方法。
(5)(4)において、前記鋼素材がさらに、質量%で、Cr:2.0%以下を含む組成を有することを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
(6)(4)または(5)において、前記鋼素材がさらに、質量%で、Ti:0.05%以下を含む組成を有することを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
Cは、強度を増加させ、オーステナイトを安定化する作用を有する元素であり、所望の引張強さを確保し、さらに適正量の残留オーステナイトを生成させるためには0.05%以上の含有を必要とする。一方、0.3%を超える含有は、加工性や溶接性を著しく劣化させる。このため、Cは0.05%以上0.3%以下の範囲に限定した。なお、好ましくは0.12〜0.20%である。
Siは、炭化物の生成や、ベイニティックフェライトおよび残留オーステナイトの生成をコントロールするために重要な元素である。3面積%以上の残留オーステナイトを生成させるために、Si:0.5%以上の含有を必要とする。一方、3.0%を超えて多量に含有すると、延性や表面性状を劣化させる。このため、Siは0.5%以上3.0%以下の範囲に限定した。なお、好ましくは1.2%〜2.0%である。
Mnは、強度を増加させる元素であり、所望の強度を確保するために本発明では0.5%以上の含有を必要とする。一方、3.0%を超える過剰な含有は、加工性や溶接性を著しく劣化させる。このため、Mnは0.5%以上3.0%以下に限定した。なお、好ましくは0.8%〜2.3%である。
Pは、強度を上昇させる元素であるが粒界に偏析するため、過剰な含有は脆化の原因となる。このため、Pは0.030%以下に限定した。なお、好ましくは0.020%以下である。
Sは、鋼中で非金属介在物として存在して、加工性を劣化させるため、できるだけ低減することが望ましいが、0.01%までは許容できる。このため、Sは0.01%以下に限定した。なお、好ましくは0.003%以下である。
Alは、脱酸剤として作用し、鋼の清浄度を向上させる有効な元素であり、0.01%以上含有することが望ましいが、0.06%を超える含有は、上記した効果が飽和するとともに、加工性や表面性状が劣化する。このため、Alは0.06%以下に限定した。
Crは、残留オーステナイトを生成させるために有用な元素であり、必要に応じ、好ましくは0.05%以上含有できる。一方、2.0%を超える過剰な含有は、粗大なCr炭化物が生成して延性が劣化する。このため、Crは2.0%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.5%以下である。
Tiは、炭窒化物を形成し、フェライトを細粒化させる作用を有し、強度上昇に有用な元素であり、必要に応じ好ましくは0.005%以上含有することができる。一方、0.05%を超える過度の含有は延性を劣化させる。このため、Tiは0.05%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.01〜0.03%である。
ベイナイトが、組織全体に対する面積率で25%未満では、ベイナイト変態の進行にともなう未変態オーステナイト(γ)へのCの濃化が十分でなく、残留γ量が低くなり、伸び特性が低下する。一方、ベイナイトが面積率で50%を超えると、炭化物が過剰に析出し、残留γ量が低下する。このため、ベイナイトは面積率で25%以上50%以下に限定した。なお、好ましくは面積率で30%以上50%以下である。
残留オーステナイトは、伸び特性を向上させ、強度−延性バランスTS×Elを25000MPa%以上とするために、組織全体に対する面積率で、3%以上の含有を必要とする。一方、20%を超えると、強度の低下が著しくなる。このため、残留オーステナイトは組織全体に対する面積率で、3%以上20%以下に限定した。なお、好ましくは5%以上15%未満である。
マルテンサイトは、高速変形特性を向上させるが、残留オーステナイトほど伸び特性を効率的に上昇させないため、本発明では、マルテンサイトは極力低減させる必要があるものの、5%までは許容できる。5%を超えて含有すると、強度−伸びバランスTS×Elが25000MPa%以上を確保することが困難となる。このため、マルテンサイトは、組織全体に対する面積率で、5%以下に限定した。
仕上圧延終了温度をAr3変態点以上とするためには、鋼素材の加熱温度が1000℃以上とする必要がある。一方、1300℃を超えて加熱するとオーステナイト粒が粗大化しすぎ、伸び特性が劣化する。このため、鋼素材の加熱温度は1000℃以上1300℃以下に限定することが好ましい。
仕上圧延開始温度が900℃未満では、仕上圧延中にフェライト変態が生じ、熱延鋼板中に加工組織が残存し、延性の低下を招く。一方、仕上圧延開始温度が1200℃を超えると、オーステナイト粒が粗大化しフェライト変態が遅延することに起因して、伸び特性、成形性の劣化を招く。このため、仕上圧延開始温度は900℃以上1200℃以下に限定した。
仕上圧延の終了温度が、Ar3変態点未満ではフェライト+オーステナイトの二相状態で圧延されるため、フェライト中の歪が開放されにくく、伸び特性が劣化する。このため、仕上圧延終了温度はAr3変態点以上に限定した。なお、Ar3変態点は、例えば次式にて求めることができる。
(式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)である。)
熱間圧延終了後、熱延鋼板は一次から三次までの三段階の冷却を順次施されて巻き取られる。
一次冷却では、30℃/s以上の平均冷却速度で、冷却停止温度:650℃以上800℃未満の範囲の温度まで冷却する。なお、一次冷却での、平均冷却速度は、仕上圧延終了温度から冷却停止温度までの平均冷却速度である。冷却速度が30℃/s未満では、冷却途中でパーライト変態が生じ、高速変形特性が低下する。このため、一次冷却の平均冷却速度は30℃/s以上に限定した。また、一次冷却の冷却停止温度が650℃未満では、パーライト変態が生じて、高速変形特性が劣化する。一方、800℃以上では、フェライト相の析出が十分でなく伸び特性が低下する。
二次冷却は、フェライト相を十分析出させる目的で行なう。冷却は空冷などにより行い、平均冷却速度:10℃/s以下の冷却速度とする。この平均冷却速度が10℃/sを超えるとフェライト相が十分に析出しない。また、冷却時間が3s未満では、フェライトが十分に析出しないため、目的の組織が得られない。一方、冷却時間が10sを超えて長くなっても、得られる組織に大きな変化がなく、却って生産性が低下する。このため、二次冷却の冷却時間は3〜10sに限定した。
三次冷却は、ベイナイトおよびベイニティックフェライトを所望の組織分率に調整するために重要となる。
A={(FET)/(C+Mn/6)}/100 ・・・(1)
(ここで、C、Mn:各元素の含有量(質量%)、FET:仕上圧延開始温度(℃))
で定義されるA℃/s以上の平均冷却速度とする。平均冷却速度(℃/s)がA値未満では、パーライトが過剰に生成して伸び特性が劣化する。(1)式は、C、Mnを多量に添加するとパーライト変態が遅延する効果と、低FETになるとフェライト変態が促進されて未変態オーステナイト中のC濃度が高まりパーライト変態を抑制する効果の両者に着目して得られたものである。
B={(C+Mn/6)×90000/(FET)}×10 ・・・(2)
(ここで、C、Mn:各元素の含有量(質量%)、FET:仕上圧延開始温度(℃))
で定義されるB℃未満では、マルテンサイトが過剰に生成してベイニティックフェライト量が低下し、高速変形特性および伸び特性が劣化する。一方、三次冷却の冷却停止温度が、(B+50)℃を超えると、炭化物が過剰に析出して所望のベイニティックフェライト量が確保できなくなり、高速変形特性が劣化する。(2)式は、C、Mn量を多くするとMs点が低下して、マルテンサイト変態を抑制し、かつベイナイト変態での炭化物析出を抑制してベイニティックフェライトの形成を促進させる効果および低FETにすると2相分離が進んでベイナイト変態において適度に炭化物が析出しやすくなる効果に着目して得られたものである。
(式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)である。)
(1)ミクロ組織
得られた熱延鋼板のL断面(圧延方向に平行な断面)から試験片を採取しミクロ組織を観察した。各鋼板の板厚1/4位置をナイタール液(2%硝酸+エタノール)にて腐食した後、260℃で4時間加熱後、光学顕微鏡で観察した。なお、ベイナイトは緑青色に着色された領域、ベイニティックフェライトはベイナイト中に存在する薄茶色に着色されたラス状の領域、フェライトはベイナイト中以外に存在する薄茶色に着色された領域、マルテンサイト、残留オーステナイトは、白色に着色された領域として分別した。
(2)引張特性
得られた熱延鋼板からJIS5号試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して、引張強さTSおよび伸びElを求めた。
(3)高速変形特性
高速変形は、歪速度:2000/sで高速引張試験を実施し、得られた応力−歪曲線より引張強さTSまでの吸収エネルギーを求めた。なお、高速引張試験は、鉄と鋼、vol.83(1997)p.748に記載された方法に準じて行なった。
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.05%以上0.3%以下、 Si:0.5%以上3.0%以下
Mn:0.5%以上3.0%以下、 P:0.030%以下、
S:0.01%以下、 Al:0.06%以下
を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成と、ベイニティックフェライトをベイナイトに対する面積率で30%以上60%以下含むベイナイトを組織全体に対する面積率で25%以上50%以下、残留オーステナイトを組織全体に対する面積率で3%以上20%以下、マルテンサイトを組織全体に対する面積率で5%以下、含み、残部がポリゴナルフェライトからなる組織を有することを特徴とする高速変形特性および伸び特性に優れた熱延鋼板。 - 前記組成に加えさらに、質量%で、Cr:2.0%以下を含むことを特徴とする請求項1に記載の熱延鋼板。
- 前記組成に加えさらに、質量%で、Ti:0.05%以下を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の熱延鋼板。
- 質量%で、
C:0.05%以上0.3%以下、 Si:0.5%以上3.0%以下、
Mn:0.5%以上3.0%以下、 P:0.030%以下、
S:0.01%以下、 Al:0.06%以下
を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、1000℃以上1300℃以下に加熱し、仕上圧延開始温度:900℃以上1200℃以下、仕上圧延終了温度:Ar3変態点以上とする熱間仕上圧延を施したのち、平均冷却速度:30℃/s以上で650℃以上800℃未満の範囲の冷却停止温度まで冷却する一次冷却を施し、ついで該一次冷却の冷却停止温度から平均冷却速度:10℃/s以下の冷却速度で冷却する二次冷却を3〜10s間施し、ついで下記(1)式で定義されるA℃/s以上の平均冷却速度で、下記(2)式で定義されるB℃以上(B+50)℃以下の範囲の冷却停止温度まで冷却する三次冷却を施し、巻き取ることを特徴とする高速変形特性および伸び特性に優れた熱延鋼板の製造方法。
記
A={(FET)/(C+Mn/6)}/100 ・・・(1)
B={(C+Mn/6)×90000/(FET)}×10 ・・・(2)
ここで、C、Mn:各元素の含有量(質量%)
FET:仕上圧延開始温度(℃) - 前記鋼素材がさらに、質量%で、Cr:2.0%以下を含む組成を有することを特徴とする請求項4に記載の熱延鋼板の製造方法。
- 前記鋼素材がさらに、質量%で、Ti:0.05%以下を含む組成を有することを特徴とする請求項4または5に記載の熱延鋼板の製造方法。
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