JP2017179540A - 熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献5には、質量%で、C:0.10〜0.25%、Si:1.5%以下、Mn:1.0〜3.0%、P:0.10%以下、S:0.005%以下、Al:0.01〜0.5%、N:0.010%以下、V:0.10〜1.0%を含み、(10Mn+V)/Cが50以上を満足するように含有する組成からなる鋼スラブを、1000℃以上に加熱後、粗圧延によリシートバーとし、次いで、仕上圧延出側温度:800℃以上の条件で仕上圧延を施したのち、仕上圧延完了後3秒以内に、平均冷却速度:20℃/s以上の冷却速度で、400〜600℃の温度範囲、かつ、11000−3000[%V]≦24×Ta≦15000−1000[%V] を満足するTa℃まで冷却して、巻取る、製造方法が開示されている。特許文献5に記載された技術によれば、焼戻しマルテンサイト相の体積率が80%以上で、粒径:20nm以下のVを含む炭化物が1000個/μm3以上析出し、かつ、粒径:20nm以下のVを含む炭化物の平均粒径が10nm以下である組織を有し、引張強さが980MPa以上で、強度と延性のバランスに優れた高強度熱延鋼板が得られるとしている。
[1]質量%で、C :0.16〜0.35%、Si:0.01〜1.00%、Mn:0.50〜2.0%、P :0.025%以下、S :0.005%以下、Al:0.005〜0.100%、N :0.002〜0.006%、Nb:0.001〜0.050%、Ti:0.001〜0.050%、Cr:0.01〜1.00%、B :0.0005〜0.0050%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し、マルテンサイト相および/または焼戻マルテンサイト相の合計量が、組織全体に対する体積率で90%以上であり、旧オーステナイト粒の平均粒径が、圧延方向に平行な断面で20μm以下、圧延方向に直交する断面で15μm以下であり、かつ、圧延方向に平行な断面における旧オーステナイト粒のアスペクト比が18以下である組織を有することを特徴とする熱延鋼板。
[2]前記マルテンサイト相および/または前記焼戻マルテンサイト相は、ラス内に平均粒径が0.5μm以下のセメンタイトを有する組織であることを特徴とする上記[1]に記載の熱延鋼板。
[3]前記旧オーステナイト粒の粒界および/または前記焼戻マルテンサイト相のラス界面に析出した粒径が1μm以上のセメンタイトの合計量が、組織全体に対する体積率で0.5%以下であることを特徴とする上記[1]または[2]に記載の熱延鋼板。
[4]前記成分組成に加えて、さらに、質量%で、V:0.001〜0.50%、Cu:0.01〜0.50%、Ni:0.01〜0.50%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする、上記[1]〜[3]のいずれかに記載の熱延鋼板。
[5]前記成分組成に加えて、さらに、質量%で、Ca:0.0005〜0.0050%を含有することを特徴とする、上記[1]〜[4]のいずれかに記載の熱延鋼板。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかに記載の熱延鋼板を製造する方法であって、鋼素材を加熱する加熱工程と、該加熱された鋼素材に粗圧延と仕上圧延とからなる熱間圧延を施す熱延工程と、冷却工程と、巻取工程を順次施し、熱延鋼板とするにあたり、前記加熱工程は、1100〜1250℃の温度で加熱する工程であり、前記熱延工程は、粗圧延出側温度RDTを900〜1100℃とする粗圧延と、仕上圧延入側温度FETを900〜1100℃、仕上圧延出側温度FDTを800〜900℃とし、930℃未満の温度域での累積圧下率を20〜90%とする仕上圧延を施す工程であり、前記冷却工程は、前記熱間圧延終了後直ちに冷却を開始し、750〜500℃の温度域における平均冷却速度が、板厚中心部での冷却速度CRで100℃/s以上で、300℃以下の冷却停止温度まで冷却する工程であり、前記巻取工程は、300℃以下の巻取温度で、コイル状に巻き取る工程であることを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
なお、本発明において、高硬度高強度熱延鋼板とは、降伏強さYS:960MPa以上であり、鋼板表面のブリネル硬さにおいて、HB400級で370以上、HB450級で425以上、HB500級で460以上である熱延鋼板である。また、「鋼板」とは、鋼帯を含むものとする。また、低温靭性に優れたとは、シャルピー衝撃試験の試験温度:−40℃における吸収エネルギーvE−40が40J以上、好ましくは50J以上の高靭性を有することである。曲げ特性に優れたとは、最小曲げ半径/板厚が4.0以下である。
以上のように、本発明は、産業上極めて有用な発明である。
まず、本発明の熱延鋼板の成分組成の限定理由について説明する。なお、以下の成分組成を表す%は、特に断らない限り質量%を意味するものとする。
Cは、鋼の強度を増加させる作用を有する元素であり、本発明では所望の高強度を得るために、0.16%以上含有することが必要である。一方、0.35%を超えて過剰に含有すると、溶接性を低下させるとともに、母材靭性を低下させる。以上より、C含有量は0.16〜0.35%の範囲に限定した。なお、ブリネル硬さにおいて、HB400級では好ましくは0.16%以上0.18%未満であり、HB450級では好ましくは0.18%以上0.25%未満であり、HB500級では好ましくは0.25%以上0.35%以下である。
Siは、固溶強化、焼入れ性の向上を介して、鋼の強度を増加させる作用を有する元素である。このような効果はSiを0.01%以上含有することで認められる。一方、Siを1.00%を超えて多量に含有すると、Cをオーステナイト相(γ相)に濃化させ、γ相を安定化させて組織の複合化を促進させる。以上より、強度が低下する。また、1.00%を超えて多量に含有すると、溶接部にSiを含む酸化物を形成し、溶接部品質を低下させる。以上より、Si含有量は0.01〜1.00%の範囲に限定した。なお、組織の複合化を抑制する観点から、Si含有量は0.80%以下とすることが好ましい。
Mnは、焼入性を向上させることによって、鋼板の強度を増加させる作用を有する元素である。また、Mnは、MnSを形成してSを固定することにより、Sの粒界偏析を防止してスラブ(鋼素材)割れを抑制する。このような効果を得るためには、Mnは0.50%以上含有することが必要である。一方、Mnが2.0%を超えると、スラブ鋳造時の凝固偏析を助長させる。また、鋼板にMn濃化部を残存させて、セパレーションの発生を増加させる。このようなMn濃化部を消失させるには、スラブを1300℃を超える温度に加熱する必要があり、このような熱処理を工業的規模で実施することは現実的でない。以上より、Mn含有量は0.50〜2.0%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.70%以上である。好ましくは1.8%以下である。
Pは、鋼中に不純物として不可避的に含まれるが、鋼の強度を上昇させる作用を有する元素である。しかし、Pが0.025%を超えて過剰に含有すると溶接性が低下する。このため、P含有量は0.025%以下に限定した。なお、好ましくは0.015%以下である。
Sは、Pと同様に、鋼中に不純物として不可避的に含まれる。Sが0.005%を超えると、スラブ割れが生起する。また、熱延鋼板中に粗大なMnSが形成され、延性の低下が生じる。このため、S含有量は0.005%以下に限定した。なお、好ましくは0.004%以下である。
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を得るためには、Alを0.005%以上含有させることが必要となる。一方、Alが0.100%を超えると、溶接部の清浄性が著しく低下する。以上より、Al含有量は0.005〜0.100%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.050%以下である。
Nは、Ti等と窒化物を形成し、オーステナイト粒の粗大化を抑制し鋼板の低温靭性の向上に貢献する。鋼板中に微細に析出した窒化物は、オーステナイト粒界をピンニングし、オーステナイト粒の粗大化を抑制する。このような効果を得るためには、Nは0.002%以上含有する必要がある。一方、0.006%を超えて過剰に含有すると、Tiなどと粗大な窒化物を形成して鋼板の低温靭性を低下させる。以上より、N含有量は0.002〜0.006%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.004%以下である。
Nbは、炭窒化物として鋼板中に微細析出することにより、溶接性を損なうことなく、少ない含有量で熱延鋼板を高強度化する作用を有する元素である。また、オーステナイト粒の粗大化、再結晶を抑制する作用を有する元素でもあり、熱間仕上圧延におけるオーステナイト未再結晶温度域圧延を可能にする。これらの効果を得るために、Nbは0.001%以上含有する必要がある。一方、0.050%を超えて多量に含有すると、熱間仕上圧延中の圧延荷重の増大をもたらし、熱間圧延が困難となる場合がある。以上より、Nb含有量は0.001〜0.050%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.010%以上である。好ましくは0.040%以下である。
Tiは、炭化物として鋼板中に微細析出することにより、鋼板を高強度化する。また、窒化物を形成することでNを固定し、スラブ割れを防止するとともに、オーステナイト粒の粗大化を抑制する作用を有する。このような効果は、Tiを0.001%以上含有することで顕著になる。一方、0.050%を超えて多量に含有すると、析出強化により降伏点が著しく上昇し、靭性が低下する。また、Ti炭窒化物の溶体化に、1250℃超という高温加熱を必要とし、旧オーステナイト粒(旧γ粒)の粗大化を招き、所望の旧γ粒の微細化が困難となる。以上より、Ti含有量は0.001〜0.050%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.010%以上である。好ましくは0.030%以下である。
Crは、焼入性を向上させ、鋼板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、Crを0.01%以上含有させる必要がある。一方、1. 00%を超えて含有すると、溶接性が低下する。以上より、Cr含有量は0.01〜1.00%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.10%以上である。好ましくは0.60%以下である。
Bは、オーステナイト粒界(γ粒界)に偏析し、少ない含有量でも焼入れ性を顕著に向上させ、鋼の強度を高く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、0.0005%以上含有する必要がある。一方、0.0050%を超えてBを含有させても、効果が飽和するため、含有量に見合う効果が期待できず経済的に不利となる。以上より、B含有量は0.0005〜0.0050%の範囲に限定した。好ましくは0.0030%以下である。
V、Cu、Niは、いずれも鋼板の強度増加に寄与する元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上含有することができる。
Caは、SをCaSとして固定し、硫化物系介在物を球状化し、介在物の形態を制御する作用を有する。さらに、介在物の周囲のマトリックスの格子歪を小さくし、水素のトラップ能を低下させる作用を有する元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、Caを0.0005%以上含有させることが好ましい。一方、0.0050%を超えて含有すると、CaOの増加を招き、耐食性および靭性が低下する。以上より、含有する場合には、Ca含有量は0.0005〜0.0050%の範囲にとする。より好ましくは0.0030%以下である。
マルテンサイト相および/または焼戻マルテンサイト相を主相とすることにより、所望の高強度を得ることができる。なお、主相以外の第二相は、ベイナイト相、フェライト相、パーライト相のうちの少なくとも1種からなるものとする。第二相の組織分率が高くなると、強度が低下し、所望の高強度を得ることができなくなる。このため、第二相は体積率で10%以下、好ましくは5%以下とする。
加熱工程では、上記した組成の鋼素材を1100〜1250℃の温度に加熱する。加熱温度が1100℃未満の場合、熱間圧延での変形抵抗が高く圧延負荷が増大し、圧延機への負荷が大きくなる。一方、加熱温度が1250℃を超えて高温になると、結晶粒が粗大化して、得られる熱延鋼板の低温靭性が低下するうえ、スケール生成量が増大し、歩留りが低下する。このため、鋼素材の加熱温度は1100〜1250℃の範囲に限定した。なお、好ましくは1240℃以下である。
加熱された鋼素材をシートバーとする粗圧延と、シートバーを熱延鋼板とする仕上圧延とからなる熱延工程を実施する。
累積圧下率(%)={(930℃未満の温度域における圧延開始板厚)−(930℃未満の温度域における圧延終了板厚)}×100/(930℃未満の温度域における圧延開始板厚)
を用いて算出するものとする。
熱延工程(熱間圧延終了)後、直ちにホットランテーブル上に設置された冷却装置で、冷却を開始し、冷却工程を実施する。具体的には、仕上圧延スタンドを出てから冷却を開始するまでの時間を、5s以内とすることが必要である。冷却開始までの滞留時間が長くなると、マルテンサイト形成臨界時間を超過する恐れがある。また、鋼板表面の温度が750℃以上であるうちに冷却を開始することが好ましい。鋼板表面の温度が750℃未満となると、高温変態フェライト(ポリゴナルフェライト)あるいはベイナイトが形成され、所望の組織を形成できなくなる恐れがある。
冷却工程を終了したのち、300℃以下の巻取温度でコイル状に巻き取る巻取工程を実施し、熱延鋼板とする。なお、巻取温度は鋼板表面の温度である。このような条件で巻取ることで、生成したマルテンサイト相が焼戻され、ラス内に微細なセメンタイトが析出する。これにより、強度(降伏強さ)が上昇し、かつ靭性が向上するとともに、水素のトラップサイトとなる粗大なセメンタイトの旧オーステナイト粒界やラス界面等への生成を防止し、遅れ破壊を防止することができるようになる。巻取温度が300℃を超えて高温となると、焼戻効果が過剰となり、セメンタイトが粗大化して所望の靭性が得られず、また遅れ破壊が生起しやすくなる。なお、巻取温度の調整手段としては、誘導加熱等の手段を用いることもできる。
得られた熱延鋼板から組織観察用試験片を採取し、圧延方向に平行な断面(L断面)、および、圧延方向に直交する断面(幅方向断面、C断面)を研磨し、ナイタール液で腐食し、光学顕微鏡(倍率:500倍)で組織を観察した。観察位置は、L断面、C断面とも、鋼板表面から1/4t(t:板厚)の位置とした。また、各観察位置で各2視野以上観察し、撮像して、画像解析装置を用いて、組織の種類、各相の組織分率を測定した。
なお、旧γ粒(旧オーステナイト粒)の平均粒径は、以下の方法により求めた。
旧γ粒の粒界は、腐食液:ピクリン酸水溶液を用いて、現出した。そして、上記した各観察位置で各2視野以上観察し、撮像して、画像解析装置を用いて、圧延方向に平行な断面および圧延方向に直交する断面における各旧オーステナイト粒の面積を求め、該面積から円相当直径を算出し、旧オーステナイト粒の粒径とし、各旧オーステナイト粒の粒径を算術平均して、熱延鋼板の圧延方向に平行な断面における旧オーステナイト粒の平均粒径DLおよび圧延方向に直交する断面における旧オーステナイト粒の平均粒径DCとした。なお、測定した旧オーステナイト粒は、各断面で100個以上とした。
さらに、L断面の旧γ粒について、圧延方向の長さおよび板厚方向の長さをそれぞれ測定し、(圧延方向の長さ)/(板厚方向の長さ)をもとめた。そして各視野で(圧延方向の長さ)/(板厚方向の長さ)の平均値をそれぞれ求め、さらにそれらの平均をその鋼板の旧γ粒のアスペクト比とした。
また、ラス内に析出したセメンタイトについて、走査型電子顕微鏡(倍率:10000倍)で観察し、各セメンタイト粒の面積を測定し、円相当直径に換算した。得られた各セメンタイト粒の直径を平均し、鋼板のラス内のセメンタイトの平均粒径とした。また、旧γ粒界および/またはラス界面に析出したセメンタイトについても、同様に、各セメンタイト粒の面積を測定し、円相当直径に換算し、粒径1μm以上のセメンタイトの分率(体積%)を算出した。主相(マルテンサイト相および/または焼戻マルテンサイト相)や主相以外の第2相の組織分率は、各相内やラス界面に析出したセメンタイトを含めた組織の体積分率としている。
得られた熱延鋼板の所定の位置(コイル長手方向端部、幅方向1/4の位置)から、板状の試験片(45mm幅×40mm長)を採取し、JIS Z 2243の規定に基づき、ブリネル硬さ試験機を用いて、直径10mmの硬球(鋼球又は超硬合金球)からなる圧子を、押圧荷重3000kgfを掛けて試料表面に押込んで永久くぼみを形成し、この押圧荷重を永久くぼみの表面積で除した値を、ブリネル硬さとし評価した。なお、測定位置はランダムに選んだ5点とし、5点の平均値を求め、その鋼板の表面硬さ(ブリネル硬さ)とした。
得られた熱延鋼板の所定の位置(コイル長手方向端部、幅方向1/4の位置)から、圧延方向に直交する方向(C方向)が長手方向となるように、板状の試験片(平行部幅:25mm、標点間距離:50mm)を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して、室温で引張試験を実施し、降伏強さYS、引張強さTS、伸びElを求めた。
得られた熱延鋼板の所定の位置(コイル長手方向端部、幅方向1/4の位置)の板厚中心部から、圧延方向に直交する方向(C方向)が長手方向となるようにVノッチ試験片を採取し、JIS Z 2242の規定に準拠してシャルピー衝撃試験を実施し、試験温度:−40℃での吸収エネルギーvE−40(J)を求めた。なお、試験片は各3本とし、得られた吸収エネルギー値の算術平均をもとめ、その鋼板の吸収エネルギー値vE−40(J)とした。なお、板厚が10mm未満の鋼板については、サブサイズでの測定値を記載した。
得られた熱延鋼板の所定の位置(コイル長手方向端部、幅方向1/4の位置)から曲げ試験片(長辺側が圧延方向と直角方向となるように、短辺側が板厚の5倍以上となるようにした短柵状試験片)を採取し、180度曲げ試験を実施し、割れの発生しない最小曲げ半径(mm)を求め、最小曲げ半径(mm)/板厚(mm)で示した。最小曲げ半径/板厚が4.0以下である場合を曲げ加工性に優れると評価した。
得られた熱延鋼板から、圧延方向に直交する方向(C方向)が長手方向となるように、丸棒引張試験片(6mmΦ、GL.25mm)を採取し、陰極水素チャージをしたのち、電気亜鉛めっきを施し、鋼中に水素を封じ込めた試験片Aとした。このような処理を施さない試験片を試験片Bとし、これら試験片を歪速度:10×10-6/s(室温)で引張り、絞り値を求めた。得られた絞り値から絞り比(=(試験片Aの絞り値)/(試験片Bの絞り値))を求めた。絞り比が85%以上を耐遅れ破壊性に優れると評価した。
Claims (6)
- 質量%で、C :0.16〜0.35%、Si:0.01〜1.00%、Mn:0.50〜2.0%、P :0.025%以下、S :0.005%以下、Al:0.005〜0.100%、N :0.002〜0.006%、Nb:0.001〜0.050%、Ti:0.001〜0.050%、Cr:0.01〜1.00%、B :0.0005〜0.0050%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し、
マルテンサイト相および/または焼戻マルテンサイト相の合計量が、組織全体に対する体積率で90%以上であり、
旧オーステナイト粒の平均粒径が、圧延方向に平行な断面で20μm以下、圧延方向に直交する断面で15μm以下であり、
かつ、圧延方向に平行な断面における旧オーステナイト粒のアスペクト比が18以下である組織を有する
ことを特徴とする熱延鋼板。 - 前記マルテンサイト相および/または前記焼戻マルテンサイト相は、ラス内に平均粒径が0.5μm以下のセメンタイトを有する組織であることを特徴とする請求項1に記載の熱延鋼板。
- 前記旧オーステナイト粒の粒界および/または前記焼戻マルテンサイト相のラス界面に析出した粒径が1μm以上のセメンタイトの合計量が、組織全体に対する体積率で0.5%以下であ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。
- 前記成分組成に加えて、さらに、質量%で、V:0.001〜0.50%、Cu:0.01〜0.50%、Ni:0.01〜0.50%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱延鋼板。
- 前記成分組成に加えて、さらに、質量%で、Ca:0.0005〜0.0050%を含有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱延鋼板。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱延鋼板を製造する方法であって、
鋼素材を加熱する加熱工程と、該加熱された鋼素材に粗圧延と仕上圧延とからなる熱間圧延を施す熱延工程と、冷却工程と、巻取工程を順次施し、熱延鋼板とするにあたり、
前記加熱工程は、1100〜1250℃の温度で加熱する工程であり、
前記熱延工程は、粗圧延出側温度RDTを900〜1100℃とする粗圧延と、仕上圧延入側温度FETを900〜1100℃、仕上圧延出側温度FDTを800〜900℃とし、930℃未満の温度域での累積圧下率を20〜90%とする仕上圧延を施す工程であり、
前記冷却工程は、前記熱間圧延終了後直ちに冷却を開始し、750〜500℃の温度域における平均冷却速度が、板厚中心部での冷却速度CRで100℃/s以上で、300℃以下の冷却停止温度まで冷却する工程であり、
前記巻取工程は、300℃以下の巻取温度で、コイル状に巻き取る工程
であることを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
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