JP2014194054A - 高強度熱延鋼板とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】mass%で、C:0.1〜0.5%、Si:0.5%以下、Mn:1.5%以下、P:0.03%以下、S:0.03%以下、Al:0.1%以下およびN:0.1%以下を含有し、さらに、Ti:0.1〜2.0%、Nb:0.05〜2.0%およびZr:0.05〜2.0%のうちから選ばれる1種以上を含有する鋼スラブを、凝固点から1300℃まで300℃/min以下で冷却し、900℃未満に冷却することなく1150〜1300℃×40min以下の再加熱し、820℃以上で熱間仕上圧延を終了することにより、鋼組織がフェライト単相で、粒内に析出した炭化物の最大径が100nm以下、引張強さが1180MPa以上、降伏比が80%以上の熱延鋼板を得る。
【選択図】なし
Description
C:0.1〜0.5mass%
Cは、鋼の析出強化に必要な炭化物の形成に必須の元素である。Cが0.1mass%未満では、析出物の量が少なく、1180MPaの引張強さを安定して得ることが難しい。一方、0.5mass%を超える添加は、溶接性の低下を招いたり、溶鋼中にTiCが晶出しやすくなり、得られる鋼板の強度が低下したりする。よって、Cは0.1〜0.5mass%の範囲とする。好ましくは0.12〜0.4mass%の範囲である。
Siは、脱酸剤として添加される元素であり、また、鋼を固溶強化する元素として、従来から積極的に利用されてきた。しかし、Siは、炭化物が析出するδフェライトの温度域を広げる作用があるので、できる限り低減するのが望ましい。そのため、本発明では、Siは0.5mass%以下とする。好ましくは0.4mass%以下である。
Mnは、鋼を固溶強化する有用な元素であるとともに、焼入性を高める元素でもある。しかし、焼入性が高くなり過ぎると、ベイナイトやマルテンサイトが生成して、鋼組織のフェライト単相化やフェライト粒内への炭化物の微細析出を阻害する。よって、本発明では、Mnは1.5mass%以下とする。好ましくは1.0mass%以下、さらに好ましくは0.8mass%以下である。
Pは、Siと同様、炭化物が析出するδフェライトの温度域を広げる作用があるため、できる限り低減するのが望ましい。そのため、Pは0.03mass%以下とする。好ましくは0.01mass%以下である。
Sは、従来、TiやZrと結合してTiSやZrSを形成し、析出強化に寄与する炭化物形成元素であるTiやZrを消費してしまう有害元素であると考えられていた。しかし、本発明では、凝固後の冷却速度を制御することに加えて、スラブを室温まで冷却しないため、TiSやZrSの粗大化が抑制されて微細に析出し、これらの析出物も鋼の高強度化に利用することができるので、ある程度の含有は許容される。しかし、0.03mass%を超える含有は、MnSの生成による加工性の低下や熱間加工性の低下を招く。よって、本発明では、Sの上限を0.03mass%とする。
Alは、鋼の脱酸剤として添加される元素である。しかし、過剰な添加は、アルミナなどの非金属介在物の生成量が増大し、内部品質や表面品質に悪影響を及ぼすようになる。よって、Alは上限を0.1mass%とする。
Nは、従来、Ti,NbおよびZrと結合して窒化物を形成し、析出強化に寄与する炭化物形成元素を消費してしまう有害元素と考えられていた。しかし、本発明ではスラブを室温まで冷却しないので、TiN,NbNやZrNの粗大化が抑制され、微細に析出する。そのため、これらの窒化物も析出強化に有効に活用することができる。しかしながら、0.1mass%を超える添加は、粗大な窒化物の形成を促進するため、Nの上限は0.1mass%とする。
Ti:0.1〜2.0mass%
Tiは、微細な炭・窒化物を形成して析出し、鋼の高強度化に寄与する有用な元素である。しかし、Tiの含有量が0.1mass%未満では、1180MPa以上の引張強さを安定して得ることは難しい。一方、2.0mass%を超える添加は、粗大なTi酸化物が生成し、これに炭・窒化物が凝集して析出強化能が低下するため、やはり、1180MPa以上の引張強さを安定して得られなくなったり、降伏比も80%以上を確保できなくなったりする。よって、Tiを添加する場合には0.1〜2.0mass%の範囲とする。
Nbは、Tiと同様、炭・窒化物を形成して析出し、鋼の高強度化に寄与する有用な元素である。しかし、Nbの含有量が0.05mass%未満では、1180MPa以上の引張強さを安定して得ることは難しい。一方、2.0mass%を超える添加は、粗大なNb炭・窒化物が生成して凝集し、やはり、1180MPa以上の引張強さを安定して得られなくなったり、降伏比も80%以上を確保できなくなったりする。よって、Nbを添加する場合には0.05〜2.0mass%の範囲とする。
Zrは、TiやNbと同様、炭・窒化物を形成して析出し、鋼の高強度化に寄与する有用な元素である。しかし、Zrの含有量が0.05mass%未満では、1180MPa以上の引張強さを安定して得ることは難しい。一方、2.0mass%を超える添加は、粗大なZr酸化物が生成し、これに炭・窒化物が凝集して、1180MPa以上の引張強さを安定して得られなくなったり、降伏比も80%以上が得られなくなったりする。よって、Zrを添加する場合には0.05〜2.0mass%の範囲とする。
Cr,Hf,Mo,Ta,VおよびWは、上述したTi,NbおよびZrと同様、鋼中で積極的に炭化物を形成して高強度化に寄与する元素であり、また、BeおよびBは、固溶強化や粒界強化に寄与する元素であるので、より高強度を得たい場合の強化元素として適宜添加することができる。
As,Cs,Pb,SeおよびSrは、本発明においては不可避的不純物として位置付けられる元素である。しかし、これらの元素は、スクラップの使用量が増加している昨今においては増加する傾向にあり、除去するのに、多大の精錬コストを要している。しかし、これらの元素は、合計の含有量が2mass%以下であれば、本発明の効果を特に害することもない。よって、これらの元素は、合計で2mass%以下の範囲内であれば許容することとする。
本発明の高強度熱延鋼板は、炭化物を微細に析出させることによって、高強度化しかつ高い降伏比を得るため、その鋼組織のマトリックスは実質的にフェライト単相であることが必要である。ベイナイトやマルテンサイト組織では、マトリックスであるフェライト相中に微細炭化物を析出させることが困難となり、引張強さが不足するほか、降伏比が大きく低下する。また、パーライトが出現すると、セメンタイトの生成によってCが消費され、微細炭化物の析出が抑制されるため、やはり引張強さが不足するようになる。ただし、フェライト以外の相は、面積率にして合計で5%程度以下であれば許容され得る。
本発明の高強度熱延鋼板は、前述した成分組成に調整した鋼を転炉や電気炉、真空脱ガス装置等を用いる常法の精錬プロセスで溶製し、連続鋳造して鋳片(鋼スラブ)とした後、その鋼スラブを、凝固点から1300℃まで300℃/min以下で冷却し、その後、900℃未満に冷却することなく当該鋼スラブを加熱炉に装入して1150〜1300℃×40min以下の再加熱した後、820℃以上の温度で仕上圧延を終了する熱間圧延し、700〜500℃の温度でコイルに巻き取ることにより製造する。
なお、上記鋼スラブは、100mm以上の厚さを有する通常の鋼スラブであってもよいし、あるいは、100mm以下の厚さのいわゆる薄スラブであってもよい。
通常、熱間圧延するに当たっては、スラブを一旦室温近傍まで冷却して冷片とした後、加熱炉に装入して所定の温度に再加熱するのが一般的であるが、本発明においては、連続鋳造後のスラブを900℃未満まで冷却することなく加熱炉に装入し、1150〜1300℃の温度で40min以下の時間保持する再加熱した後、熱間圧延する。ここで、連続鋳造後の鋼スラブを900℃未満まで冷却しない理由は、900℃未満まで冷却すると、再び炭化物形成元素の固溶限が小さいαフェライト相が出現し始め、炭化物の析出が促進されるからである。
斯かる効果が得られる理由は、発明者らは以下のように考えている。スラブを上記再加熱温度に加熱することによって、既に析出してしまった炭化物の析出核を再溶解することができるので、熱間圧延後に析出する炭化物の微細化をより促進することができること、且つ、オーステナイト粒径を揃えることで熱延後のフェライト粒径が揃い易く、また等軸になり易いためと推測している。しかし、1150℃未満では、上述の効果が得られず、溶解度の小さい低温で長時間保持することにより却って析出物の粗大化が促進される。一方、再加熱温度が1300℃を超えたり、加熱時間が40minを超えたりすると、既に析出してしまった炭化物の析出核が成長して粗大化したり、再溶解した析出核が再析出してくるため、好ましくない。
なお、一部のスラブについては、スラブを最低温度まで冷却後、加熱炉に装入して再加熱した。また、一部のスラブは、粗圧延を省略した。
さらに、上記のようにして得た熱延鋼板の一部については、その後、酸洗してスケールを除去した後、電気亜鉛めっきラインEGLに通板し、Zn−Ni系の電気亜鉛めっき鋼板EGとした。
これに対して、いずれかの製造条件が本発明を外れているNo.6〜10の鋼板(比較例)は、引張強さ、降伏比および切欠き伸びのうちのいずれか1つ以上が上記値より劣っている。
また、本発明の条件をすべて満たすNo.11〜13の鋼板(発明例)は、電気亜鉛めっき後は勿論のこと、熱処理を伴う溶融亜鉛めっき後や、その後、合金化処理を施した後でも、上記優れた特性をそのまま維持できていることがわかる。
これに対して、鋼成分組成および製造条件のいずれかが本発明を外れるNo.9〜18の鋼板(比較例)は、引張強さ、降伏比および切欠き伸びのうちのいずれか1つ以上が本発明の鋼板が有する上記値より劣っている。
これに対して、製造条件においてスラブ再加熱時間が本発明を外れているNo.4および5の鋼板(比較例)は、いずれも金属組織がフェライト単相で、降伏比80%以上が得られているが、引張強さTSは1180MPa未満、切欠き伸びは5%以下であり、発明例の値より劣っている。
Claims (10)
- C:0.1〜0.5mass%、Si:0.5mass%以下、Mn:1.5mass%以下、P:0.03mass%以下、S:0.03mass%以下、Al:0.1mass%以下およびN:0.1mass%以下を含有し、さらに、Ti:0.1〜2.0mass%、Nb:0.05〜2.0mass%およびZr:0.05〜2.0mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼スラブを、900℃未満まで冷却することなく再加熱した後、熱間圧延して得た熱延鋼板であって、
鋼組織が実質的にフェライト単相からなり、そのフェライト粒内に析出した炭化物の最大径が100nm以下で、引張強さが1180MPa以上、降伏比が80%以上であることを特徴とする高強度熱延鋼板。 - 上記成分組成に加えてさらに、Cr,Hf,Mo,Ta,V,W,Be,B,Cu,Ni,Au,Ag,Co,Pt,Sb,Sn,Zn,Ca,MgおよびREMのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で2mass%以下含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度熱延鋼板。
- 上記成分組成に加えてさらに、As,Cs,Pb,SeおよびSrのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で2mass%以下含有することを特徴とする請求項1または2に記載の高強度熱延鋼板。
- 前記熱間圧延して得た鋼板の表面にめっき層を形成してなることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の高強度熱延鋼板。
- 前記めっき層は、亜鉛系めっき層であることを特徴とする請求項4に記載の高強度熱延鋼板。
- 前記亜鉛系めっき層は、溶融亜鉛めっき層であることを特徴とする請求項5に記載の高強度熱延鋼板。
- 前記亜鉛系めっき層は、合金化溶融亜鉛めっき層であることを特徴とする請求項5に記載の高強度熱延鋼板。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の成分組成を有する鋼を溶製し、連続鋳造して得た鋼スラブを、凝固点から1300℃まで300℃/min以下で冷却し、900℃未満に冷却することなく加熱炉に装入して1150〜1300℃×40min以下の再加熱した後、820℃以上の温度で仕上圧延を終了する熱間圧延し、700〜500℃の温度でコイルに巻き取ることにより、
鋼組織が実質的にフェライト単相からなり、そのフェライト粒内に析出した炭化物の最大径が100nm以下で、引張強さが1180MPa以上、降伏比が80%以上の熱延鋼板を得る高強度熱延鋼板の製造方法。 - 前記鋼スラブの製造に、湾曲部における曲率半径R(m)と鋼スラブの厚さt(m)との比(R/t)が25以上である連続鋳造機を用いることを特徴とする請求項8に記載の高強度熱延鋼板の製造方法。
- 前記熱間圧延して得た鋼板の表面に、めっき層を形成することを特徴とする請求項8または9に記載の高強度熱延鋼板の製造方法。
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