JP2011195882A - 冷間加工性と焼入れ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
【解決手段】質量%で、C:0.18〜0.29%とし、N:0.0050%以下、Ti:0.002〜0.05%、B:0.0005〜0.0050%を含有し、Si、Mn、P、S、Alを適正量に調整した組成を有する鋼素材に、仕上圧延終了温度を800〜900℃とする熱間圧延を施し、熱間圧延終了後、20℃/s以下の平均冷却速度で冷却し、巻取温度CT:500℃以上で巻き取る。これにより、フェライト相およびパーライト相からなる組織を有し、フェライト相が7.0〜15.0μmの平均結晶粒径と、体積率で50%以上の組織分率を有し、引張強さが500MPa以下で、しかも、鋼板のエッジを含め引張強さの幅方向のばらつきが60MPa以下の、冷間加工性と焼入れ性を兼備した熱延鋼板となる。なお、上記した組成に加えてさらに、Nb、Vのうちから選ばれた1種または2種、Ni、Cr、Moのうちから選ばれた1種または2種、Sb、Snのうちから選ばれた1種または2種を含有できる。
【選択図】なし
Description
なお、本発明で対象とする「熱延鋼板」は、板厚:2.0〜9.0mmの薄鋼板とする。また、ここでいう「冷間加工性に優れた」とは、冷間加工前の素材(鋼板)の硬さが、HRBで80以下であるか、あるいは冷間加工前の素材(鋼板)の引張強さTSが500MPa以下である場合をいうものとする。
(1)質量%で、C:0.18〜0.29%、Si:1%以下、Mn:1.5%以下、P:0.1%以下、S:0.03%以下、sol.Al:0.1%以下、N:0.0050%以下を含み、さらに、Ti:0.002〜0.05%、B:0.0005〜0.0050%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、フェライト相およびパーライトの体積率の合計が組織全体に対する組織分率で95%以上である組織とを有し、前記フェライト相が7.0〜15.0μmの平均結晶粒径と、組織全体に対する体積率で50%以上の組織分率を有することを特徴とする引張強さが500MPa以下である、冷間加工性と焼入れ性に優れた熱延鋼板。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni、Cr、Moのうちから選ばれた1種または2種以上を合計で1.5%以下含有することを特徴とする熱延鋼板。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、鋼板の両エッジ端5mmから内側の領域における引張強さの幅方向のばらつきΔTSが60MPa以下であることを特徴とする熱延鋼板。
(8)(6)または(7)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni、Cr、Moのうちから選ばれた1種または2種以上を合計で1.5%以下含有することを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
なお、(6)ないし(9)のいずれかにおいて、前記熱間圧延が、エッジヒータによるエッジ加熱を施す圧延であること、および/または、前記熱間圧延終了後の冷却が、前記熱延板にエッジカバーを施す冷却であること、および/または、前記コイル状に巻き取ったのちの冷却が、コイルカバーを施した冷却であること、が好ましい。
C:0.18〜0.29%
Cは、鋼の焼入れ性を増加させ、所望の焼入れ後強度(硬さ)を確保するために重要な元素である。このような効果を得るためには、0.18%以上の含有を必要とする。C含有量が0.18%未満の場合には、所望の焼入れ後強度(硬さ)を確保することが困難となる。一方、0.29%を超える含有は、フェライト相の組織分率が低下するため、球状化焼鈍を省略した場合、延性が低下して所望の優れた冷間加工性を確保できなくなる。このため、Cは0.18〜0.29%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.20〜0.26%である。
Siは、鋼の焼入れ性を向上させるとともに、鋼中に固溶して鋼の強度を増加させる作用を有する元素である。このような効果を得るためには0.01%以上含有することが望ましいが、1%を超える含有は、鋼板が顕著に硬質化し所望の優れた冷間加工性を確保できなくなる。このため、Siは1%以下に限定した。なお、好ましくは0.50%以下である。
Mnは、鋼の焼入れ性を向上させるとともに、固溶強化により鋼の強度を増加させる作用を有する元素である。このような効果を得るためには0.2%以上含有することが望ましいが、1.5%を超える含有は、硬質化しすぎて冷間加工性が低下する。このため、Mnは1.5%以下に限定した。なお、好ましくは0.2〜1.0%である。
Pは、鋼中では粒界に偏析しやすく、延性、靭性に悪影響を及ぼす元素であり、本発明ではできるだけ低減することが好ましい。とくに、0.1%を超える含有は、粒界脆化を招き、延性、靭性が低下するため、優れた冷間加工性、優れた焼入れ後の靭性を確保できにくくなる。このため、Pは0.1%以下に限定した。なお、好ましくは0.05%以下である。
Sは、鋼中では硫化物を形成し、延性、靭性に悪影響を及ぼす元素であり、本発明ではできるだけ低減することが好ましい。とくに0.03%を超える含有は、鋼板の冷間加工性、焼入れ後の靭性を著しく低下させる。このため、Sは0.03%以下に限定した。なお、好ましくは0.02%以下である。
Alは、脱酸剤として作用するとともに、オーステナイト粒の微細化に寄与する元素である。このような効果を得るためには0.001%以上含有することが望ましい。一方、0.1%を超えて含有すると、焼入れ加熱時に過度のオーステナイト粒の微細化が進み、また焼入れ冷却時にフェライト相の生成が促進され、所望の焼入れ後硬さを確保できなくなるとともに、焼入れ後の靭性が低下する。このため、sol.Alは0.1%以下に限定した。なお、好ましくは0.07%以下である。
Nは、固溶して鋼の強度を増加させるとともに、Ti、Bと結合して窒化物を形成し、オーステナイト粒の粗大化を抑制する作用を有する元素である。このような効果を得るためには0.0005%以上含有することが望ましいが、0.0050%を超える含有は、TiN、BNに加えてAlNの形成も顕著となり、焼入れ加熱時に過度のオーステナイト粒の微細化が進み、焼入れ冷却時にフェライト相の生成を促進するため、焼入れ後に所望の硬さが確保できにくくなるとともに、焼入れ後の靭性が低下する。このため、Nは0.0050%以下に限定した。なお、好ましくは0.0040%以下である。
Tiは、TiNを形成しNを固定し、BNの形成を抑制し所望の固溶B量を確保して、焼入れ性の向上に寄与するとともに、オーステナイト粒の粗大化を防止し焼入れ後の衝撃特性(靭性)を向上させる元素である。このような効果を得るためには0.002%以上の含有を必要とする。一方、0.05%を超える過剰の含有は、TiCの形成が促進され、硬質化して冷間加工性を低下させるとともに、オーステナイト粒が微細化しすぎて、焼入れ性が低下し、所望の焼入れ後硬さを確保できなくなる場合がある。このため、Tiは0.002〜0.05%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.005〜0.03%である。
Bは、オーステナイト粒界に偏析して少量の含有で鋼の焼入れ性を著しく向上させる作用を有する元素である。このような効果を得るためには、0.0005%以上の含有を必要とする。一方、0.0050%を超える多量の含有は、熱間圧延の負荷が高くなり操業性が低下するとともに、焼入れ性向上の効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できなくなる。このため、Bは0.0005〜0.0050%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.0010〜0.0040%である。
Nb、Vのうちから選ばれた1種または2種:合計で0.1%以下
Nb、Vはいずれも、焼入れ加熱時のオーステナイト粒粗大化を抑制し、焼入れ後の靭性を向上させる元素で、必要に応じて選択して含有できる。このような効果を得るためには合計で0.005%以上含有することが好ましいが、合計で0.1%を超える含有は、鋼板が硬質化しすぎて延性が低下し、冷間加工性が著しく低下するため、合計で0.1%を上限とした。
Ni、Cr、Moはいずれも、焼入れ性を向上させる元素であり、さらなる焼入れ性を向上させる必要のある場合に、選択して含有できる。このような効果を得るためには合計で0.1%以上含有することが好ましいが、合計で1.5%を超える含有は、鋼板が硬質化しすぎて延性が低下し、冷間加工性が著しく低下するため、合計で1.5%を上限とした。
Sb、Snはいずれも、粒界に偏析して、雰囲気中焼入れや、浸炭窒化処理の際に脱炭や窒化による焼入れ性低下の防止に寄与する元素であり、必要に応じて選択して含有できる。このような効果を得るためには、Sb、Snの合計で0.005%以上を、含有させることが好ましいが、Sb、Snの合計で0.1%を超える過剰な含有は、焼入れ後の靭性を低下させる。このため、含有する場合には、Sb、Snのうちの1種または2種を合計で0.1%以下に限定することが好ましい。
つぎに、本発明鋼板の組織限定理由について説明する。
本発明鋼板は、フェライト相およびパーライトの体積率の合計が組織全体に対する組織分率で95%以上である組織を有する。ここで、フェライト相は、7.0〜15.0μmの平均結晶粒径を有し、組織全体に対する体積率で50%以上の組織分率を占める相とする。フェライト相の平均結晶粒径が7.0μm未満と微細化すると、鋼板の硬質化が著しく、冷間加工性が低下する。一方、15.0μm超えてフェライト相が粗大化すると、フェライト相とパーライトの分布が不均一となり、冷間加工性が低下する。このため、フェライト相の平均結晶粒径を7.0〜15.0μmの範囲に限定した。なお、好ましくは7.5〜12.5μmである。パーライトの粒径はフェライト相のそれと同程度となる。なお、フェライト相の平均結晶粒径は、光学顕微鏡で組織を観察し、組織を同定したのち、JIS法に準拠した切断法や画像解析により算出する値を用いるものとする。
本発明では、上記した組成の鋼素材に、熱延工程を施して、熱延鋼板とする。
鋼素材の製造方法はとくに限定する必要はなく、上記した組成の溶鋼を、転炉法、電炉法等の常用の溶製方法で溶製し、連続鋳造法等の、常用の鋳造方法でスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。鋼素材の鋳造方法は、成分のマクロな偏析を防止すべく違続鋳造法とすることが望ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法によってもなんら問題はない。
熱間圧延における粗圧延は、所定寸法のシートバーが得られればよく、とくにその条件を限定する必要はない。なお、シートバーヒータ等の加熱手段により、シートバーを加熱し、所望の仕上圧延終了温度に調整してもよい。また、圧延中にエッジヒータ等のエッジ部加熱手段を適用して、エッジ端部の温度低下を抑制してもよい。
仕上圧延終了温度FT:800〜900℃
仕上圧延の圧延終了温度(仕上圧延終了温度FT)が800℃未満では、オーステナイト粒が過度に微細化され、その後の冷却で生成するフェライト相の粒径が微細化される。このため、鋼板が硬質化し、冷間加工性が低下する。一方、仕上圧延終了温度FTが900℃を超えて高くなると、オーステナイト粒が粗大化し、焼入れ性が増大するため、その後の冷却でフェライト相の生成が抑制されパーライト相の組織分率が増加しすぎて、冷間加工性が低下する。このため、仕上圧延の圧延終了温度(仕上圧延終了温度FT)を800〜900℃の範囲に限定した。
熱間圧延後の平均冷却速度CR:20℃/s以下
熱間圧延(仕上圧延)終了から巻取温度CTまでの、平均の冷却速度CRが、20℃/sを超えて速くなると、フェライト相の生成が抑制されるため、所望のフェライト相分率を確保できなくなり、所望の優れた冷間加工性を確保できなくなる。また、熱間圧延後の平均冷却速度CRが20℃/sを超えると、組織への影響が大きくなり、鋼板幅方向の組織の均一性が低下し、とくにエッジ端部の組織を所望の組織分率を有するフェライト相を含む組織とすることが難しくなり、鋼板幅方向の強度および硬さのばらつきが大きくなる。このため、熱間圧延後の平均冷却速度CRを20℃/s以下に限定した。なお、冷間加工性向上の観点や、幅方向の強度バラツキを抑制する観点からは、熱間圧延後の平均冷却速度は遅ければ遅いほどよいが、生産性の観点からは5〜15℃/s程度とすることが好ましい。このような冷却は、水スプレー等の冷却手段を利用して達成することが好ましい。水スプレー等の冷却手段を利用することにより、表面スケールの形成を抑制できる。
巻取温度CT:500℃以上
巻取温度CTが500℃未満では、フェライト相、パーライトが微細化し、パーライトラメラ間隔が狭くなるとともに、ベイナイトやマルテンサイトが生成して硬質化するため、冷間加工性が低下する。このため、巻取温度CTは500℃以上に限定した。巻取温度の上限はとくに限定する必要がないが、750℃以下とすることが好ましい。巻取温度CTが750℃を超えて高温となると、鋼板表面のスケールの生成が著しくなり鋼板表面の性状が低下するとともに、鋼板表面の脱炭が生じ、焼入れ後に所望の硬さ(強度)を確保できにくくなる。このため、巻取温度CTは750℃以下とすることが好ましく、さらには700℃以下とすることが好ましい。なお、コイル状に巻き取られた熱延板の冷却は、コイルカバーを利用した冷却としてもよい。
(1)組織観察
得られた熱延鋼板の板幅中央部から組織観察用試験片を採取し、研磨、腐食して、光学顕微鏡(倍率:400倍)を用いて、板厚中央部の10箇所について組織を撮像し、画像解析装置を用いて、組織の同定と、フェライト相の平均結晶粒径、および組織分率(体積%)を求めた。なお、フェライト相の平均結晶粒径は、各粒の面積を求め、該各粒の面積から各粒の円相当直径を算出し、それらを算術平均して求めた。
得られた熱延鋼板の幅方向各位置から、引張方向が圧延方向となるように、JIS 5号試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、幅方向各位置における引張強さTSを求めた。幅方向各位置は、試験片の中央部が幅方向中央部、幅方向1/4部、幅方向1/8部、幅方向 3/8部、エッジ端から15mm位置とした。得られた幅方向各位置のTSから、最高値と最低値の差ΔTSを求め、各鋼板の幅方向の強度ばらつきとした。なお、エッジ部から採取した引張試験片については、エッジ端5mmから内側の領域が試験片平行部に含まれるように採取した。
得られた熱延鋼板の幅方向中央部から平板試験材(大きさ:幅50mm×長さ50 mm)を採取し、ファインブランキング試験を実施し、ポンチの歯が欠けるまでの試験回数(打抜き回数)を求め、金型寿命への影響を評価した。打抜き回数が1000回以上である場合を、金型寿命への影響が少ないとして合格(○)、それ以外の場合を不合格(×)とした。なお、ファインブランキングは、ポンチ径:10mmφ、片側クリアランス:0.02mmで行った。
得られた熱延鋼板から平板試験片を採取し、焼入れ性試験を実施した。焼入れ性試験は、雰囲気焼入れと高周波焼入れの2種について行った。焼入れ処理後、試験片断面についてビッカース硬さ試験機(荷重:200gf(試験力:1.97N))を用いて、表層(表面から0.1mm)の硬さを各10点測定し、算術平均して、その鋼板の焼入れ後硬さHVとした。焼入れ後硬さHVが、350HV以上(雰囲気焼入れ)、420HV以上(高周波焼入れ)となる場合を、焼入れ性に優れ、合格(○)とし、それ以外の場合を不合格(×)として評価した。
平板試験片(大きさ:幅50×長さ50 mm)を用いて焼入れ処理を実施した。焼入れ処理は、試験片を、RXガスに空気を混合してカーボンポテンシャルが鋼中のC量と等しくなるように調整した雰囲気ガス中に装入し、900℃×1hの加熱保持を行ったのち、50℃の油中に投入(浸漬)し、撹拌する処理とした。
平板試験片(大きさ:幅30×長さ100 mm)を用いて焼入れ処理を実施した。焼入れ処理は、100kHzの高周波を使用し、高周波コイルを移動させながら、900℃までを4sで加熱し、保持0sで、水冷する処理とした。なお、保持0sとは900℃に到着した後、直ちに冷却することを意味する。
Claims (9)
- 質量%で、
C:0.18〜0.29%、 Si:1%以下、
Mn:1.5%以下、 P:0.1%以下、
S:0.03%以下、 sol.Al:0.1%以下、
N:0.0050%以下を含み、さらに、
Ti:0.002〜0.05%、 B:0.0005〜0.0050%
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、フェライト相およびパーライトの体積率の合計が組織全体に対する組織分率で95%以上である組織とを有し、前記フェライト相が7.0〜15.0μmの平均結晶粒径と、組織全体に対する体積率で50%以上の組織分率を有することを特徴とする、引張強さが500MPa以下であること、冷間加工性と焼入れ性に優れた熱延鋼板。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb、Vのうちから選ばれた1種または2種を合計で0.1%以下含有することを特徴とする請求項1に記載の熱延鋼板。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni、Cr、Moのうちから選ばれた1種または2種以上を合計で1.5%以下含有することを特徴とする請求項1または2に記載の熱延鋼板。
- 前記組成に加えてさらに質量%で、Sb、Snのうちから選ばれた1種または2種を合計で0.1%以下含有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の熱延鋼板。
- 鋼板の両エッジ端5mmから内側の領域における引張強さの幅方向のばらつきΔTSが60MPa以下であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の熱延鋼板。
- 質量%で、
C:0.18〜0.29%、 Si:1%以下、
Mn:1.5%以下、 P:0.1%以下、
S:0.03%以下、 sol.Al:0.1%以下、
N:0.0050%以下を含み、さらに、
Ti:0.002〜0.05%、 B:0.0005〜0.0050%
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材に、仕上圧延終了温度を800〜900℃とする熱間圧延を施し熱延板とし、該熱間圧延終了後、前記熱延板を、20℃/s以下の平均冷却速度で冷却し、巻取温度CT:500℃以上で巻き取る、熱延工程を施すことを特徴とする冷間加工性と焼入れ性に優れた熱延鋼板の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb、Vのうちから選ばれた1種または2種を合計で、0.1%以下含有することを特徴とする請求項6に記載の熱延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni、Cr、Moのうちから選ばれた1種または2種以上を合計で1.5%以下含有することを特徴とする請求項6または7に記載の熱延鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Sb、Snのうちから選ばれた1種または2種を合計で0.1%以下含有することを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載の熱延鋼板の製造方法。
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