JP2022538838A - 板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼及びその製造方法 - Google Patents

板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

製錬、連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延及び連続焼鈍の工程を含む、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼（１）の製造方法であって、連続焼鈍工程で焼入する際に、帯鋼の両表面に非対称な焼入冷却プロセスを実施することを特徴とする製造方法。また、上記の製造方法により製造される板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼（１）も開示した。本製造方法は、高硬度、高強度及び優れた靭性・可塑性と成形性の特性の組み合わせを同時に得るために、帯鋼の非対称な焼入冷却プロセスによって帯鋼の非対称な力学的特性分布を達成することで、板厚方向に沿って段階的な硬度／強度勾配を得ることができ、超高強度鋼の強度と可塑性・靭性との間の矛盾を有効に解決できる。

Description

本発明は帯鋼及びその製造方法に関し、特に冷延帯鋼及びその製造方法に関する。
自動車産業において、軽量化と安全性の要求により、より高強度の鋼板の使用が求められる。自動車用冷延先進高強度鋼板の製造は一般に、連続焼鈍過程において、オーステナイトからマルテンサイトやベイナイトなどの組織への変態に有利である急冷を行うことにより、高強度を得るということに依存する。
先行技術では、殆どの高強度鋼板は、従来の均一な急冷法によって得られるものであり、即ち、鋼板の急冷開始温度と急冷終了温度を同じにして、鋼板の両表面の冷却速度も同じにすることで、均一な強度の鋼板が得られる。
例えば、公開番号がＣＮ１０２８２２３７５Ａで、公開日が２０１２年１２月１２日で、名称が「超高強度冷延鋼板及びその製造方法」の中国特許文書には、超高強度冷延鋼板及びその製造方法が開示された。該特許文献に開示された技術的方案において、化学組成はＣ：０．０５～０．４％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．０～３．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１～０．０５％、Ｎ：０．００５％未満であり、しかも該文献にかかる鋼は連続焼鈍において、Ａｃ３から２０℃／ｓ以上（ガス冷却）の冷却速度でＭｓ点～Ｍｓ点＋２００℃の範囲内の温度まで冷却し、０．１～６０ｓ保持してから、１００℃／ｓ以上の冷却速度（水冷）で１００℃以下まで冷却し、引張強度１３２０ＭＰａ以上の高強度鋼を獲得し、且つ鋼板の平坦度が１０ｍｍ以下になった。しかし、該特許文献に開示された技術的方案には、均一な急冷プロセスが適用された。
さらにまた、公開番号がＣＮ１０２９５３００２Ａで、公開日が２０１３年３月６日で、名称が「シーム溶接性に優れた高強度鋼板」の中国特許文献には、シーム溶接性に優れた高強度鋼板が開示された。該特許文献に開示された技術的方案において、鋼は、Ｃ：０．１２～０．４％、Ｓｉ：０．００３～０．５％、Ｍｎ：０．０１～１．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０３２～０．１５％、Ｎ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．０１～０．２％、Ｂ：０．０００１～０．００１％、単一のマルテンサイト組織を有する。該特許文献に開示された技術的方案において、該鋼の引張強度は１１８０ＭＰａ以上であり、均一な急冷プロセスも適用された。
以上をまとめると、先行技術にかかる変態強化型高強度鋼板は、異なる強度レベルに属し、異なる焼入プロセスを適用したものの、いずれも均一な冷却による焼入プロセスを適用したため、最終的に得られた鋼板は、均一な特性を持ち、板厚方向の強度も硬度も実質的に同じであった。
このことを鑑みて、先行技術とは異なり、上面と下面の硬度が異なり、且つ板厚方向に沿って段階的に変化できる帯鋼を得ることは望まれている。
本発明の目的の一つは、高硬度、高強度及び優れた靭性・可塑性と成形性の特性の組み合わせを同時に得るために、帯鋼の非対称な焼入冷却プロセスによって帯鋼の非対称な力学的特性分布を達成することで、板厚方向に沿って段階的な硬度／強度勾配を得ることができる、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、製錬、連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延及び連続焼鈍の工程を含む、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法であって、連続焼鈍工程で焼入する際に、帯鋼の両表面に非対称な焼入冷却プロセスを実施することを特徴とする製造方法を提案する。
本発明にかかる製造方法によれば、焼入過程においてオーステナイトをマルテンサイト又はベイナイトに変態させることで、鋼を硬化させる。帯鋼の両表面を同時に同じ冷却開始温度から同じ冷却速度で焼入終了温度まで冷却してから急冷を終了する先行技術の焼入プロセス（この冷却技術によれば、帯鋼の両表面は完全に同一で対称的に冷却され、得られる焼入鋼板の力学的特性も完全に対称的で均一となる）とは異なり、本技術的方案は非対称な焼入冷却技術を設計することで、板厚方向で非対称な帯鋼力学的特性を帯鋼に与えることができた。具体的には、本願にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の最も重要な特徴は、板厚方向で強度（或いは硬度）が変化すること、即ち、帯鋼の上面と下面が異なる強度（或いは硬度）を有することであり、このため、帯鋼の両面間で、帯鋼の一方の表面から帯鋼の他方の表面へ強度（或いは硬度）が段階的に変化・遷移する。このような板厚方向で強度（或いは硬度）が変化する帯鋼は、硬度が高い面は、耐摩擦、耐圧痕の目的で使用することができるが、板厚方向に沿って硬度が低くなる面及び遷移する部分は、強度と硬度が段々低下するにつれて、靭性と伸びが段々向上し、帯鋼の成形性と靭性の向上に寄与する。
これに基づき、本願によれば、変態強化型鋼の焼入硬化の特徴を利用し、連続焼鈍の焼入急冷過程において、帯鋼の両表面に非対称な焼入冷却プロセスを適用する。これで、本発明にかかる製造方法により最終的に得られる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、強度、硬度及び可塑性、成形性の全てが高く要求される厳しい用途に適し、前記の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、単一の表面に比較的に高い耐摩擦及び耐圧痕の特性を有する高硬度が与えられると共に、全体として帯鋼の成形性及び靭性がいずれも比較的に高い。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法において、非対称な焼入冷却プロセスは、以下の少なくとも１つを含む：
帯鋼の両表面の冷却開始温度は非対称である；
帯鋼の両表面の冷却終了温度は非対称である；
帯鋼の両表面の冷却速度は非対称である。
上記の形態において、帯鋼の両表面の冷却開始温度は非対称である条件、或いは帯鋼の両表面の冷却終了温度は非対称である条件、或いは帯鋼の両表面の冷却速度は非対称で条件、或いはそれらの３つの条件の任意の組み合わせを適用することで、最終的に得られる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、帯鋼の両表面の板厚方向での強度に差異を付けるように、含有されるフェライト及びマルテンサイト／ベイナイトの含有量が相違する。
本技術的方案において、冷却に使用される媒体は、ウォーターミスト冷却（例えば、空気／水の混合ジェット）又はガス冷却であってもよいことを、説明すべきである。ただし、ガス媒体を冷却に使用する場合、窒素と任意に水素とを含み、水素のガス体積百分率が０～７５％であるガスを使用することができる。ある実施形態では、水素のガス体積百分率が０％超え～７５％以下である水素と窒素の混合ガスを使用する。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法において、帯鋼の両表面の冷却開始温度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却開始温度の差は２０～１００℃である。通常、両表面の冷却開始温度は６５０～７５０℃の範囲内にある。
上記の好ましい技術的方案において、冷却開始温度の差が２０℃未満であると、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の板厚方向での強度又は硬度の差は十分に明らかになれないが、冷却開始温度の差が１００℃を超えると、片面の強度又は硬度が低すぎて帯鋼の全体的な強度又は硬度が低すぎるようになることを考慮すると、両表面の冷却開始温度の差を２０～１００℃の範囲内に制御することが好ましい。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法において、帯鋼の両表面の冷却開始温度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却開始温度の差は２５～１００℃である。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法において、帯鋼の両表面の冷却終了温度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却終了温度の差は４０～２００℃である。通常、両表面の冷却終了温度は５０～４００℃の範囲内にある。
上記の好ましい技術的方案において、冷却終了温度の差が４０℃未満であると、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の板厚方向での強度又は硬度の差は十分に明らかになれないが、冷却終了温度の差が２００℃を超えると、片面の強度又は硬度が低すぎて帯鋼の全体的な強度又は硬度が低すぎるようになることを考慮すると、両表面の冷却終了温度の差を４０～２００℃の範囲内に制御することが好ましい。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法において、帯鋼の両表面の冷却終了温度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却終了温度の差は５０～１８０℃である。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法において、帯鋼の両表面の冷却速度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却速度の差は２５～２００℃／ｓである。通常、両表面の冷却速度≧３０℃／ｓ、３０～５００℃の範囲内にあってもよい。
上記の好ましい技術的方案において、冷却速度の差が２５℃／ｓ未満であると、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の板厚方向での強度又は硬度の差は十分に明らかになれないが、冷却速度の差が２００℃／ｓを超えると、片面の強度又は硬度が低すぎて帯鋼の全体的な強度又は硬度が低すぎるようになることを考慮すると、両表面の冷却速度の差を２５～２００℃／ｓの範囲内に制御することが好ましい。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法において、帯鋼の両表面の冷却速度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却速度の差は４０～２００℃／ｓである。
上記の方案において、冷却開始温度が高い方の面の冷却速度は、他方の面の冷却速度よりも高くてもよいが、他方の面の冷却速度よりも低くてもよい。両面の冷却開始温度及びその差、冷却速度及びその差によって、冷却開始温度が高い方の面の冷却終了温度は通常、他方の面の冷却終了温度よりも高いが、他方の面の冷却終了温度よりも低くてもよい。好ましくは、冷却開始温度が高い方の面は、他方の面よりも冷却速度が高く、且つ他方の面よりも冷却終了温度が低い。
相応に、本発明のもう一つの目的は、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼であって、その硬度が高い面は、耐摩擦、耐圧痕の目的で使用することができるが、板厚方向に沿って硬度が低くなる面及び遷移する部分は、強度と硬度が段々低下するにつれて、靭性と伸びが段々向上し、帯鋼の成形性と靭性の向上に寄与し、全体として帯鋼の成形性と靭性を高くすることができる、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼を提案することにある。
本発明の上記目的を達成するために、本発明は、上記の製造方法により製造される板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼を提案する。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼において、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の板厚が１．０ｍｍ以上である。
本願の発明者らは研究を重ねた結果、帯鋼の板厚が１．０ｍｍを下回ると、帯鋼の固有の伝熱性により、板厚方向で非対称な強度に明らかな差異を付けることが困難になることを見出した。従って、帯鋼の板厚が大きいほど、板厚方向で非対称性が優れるという観点から、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の板厚を１．０ｍｍ以上とすることは、良好な板厚方向での硬度の非対称性をより容易に得ることができるため、好ましい。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼において、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の板厚が１．４～２．５ｍｍである。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼において、その化学元素の質量百分率配合は：Ｃ ０．０６～０．３ｗｔ％、Ｓｉ ０．０１～２．５ｗｔ％、Ｍｎ ０．５～３ｗｔ％、Ａｌ ０．０２～０．０８ｗｔ％、残部がＦｅとその他の不可避不純物である。
ある実施形態において、本発明は、その化学元素の質量百分率配合は：Ｃ ０．０６～０．３ｗｔ％、Ｓｉ ０．０１～２．５ｗｔ％、Ｍｎ ０．５～３ｗｔ％、Ａｌ ０．０２～０．０８ｗｔ％、残部がＦｅとその他の不可避不純物であり；且つ降伏強度≧４２０ＭＰａ、引張強度≧８００ＭＰａ、伸び≧１１％、両面の硬度差が少なくとも２０ＨＶである板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼を提供する。
好ましくは、前記の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼はさらに、Ｃｒ、ＭｏとＢ中の少なくとも１つを含有し、ただし、Ｃｒ含有量≦０．２％、Ｍｏ含有量≦０．２％、Ｂ含有量≦０．００３５％である。
ある実施形態において、前記の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、Ｂ含有量≦０．０００５ｗｔ％で、且つＣｒ＋Ｍｎ＋Ｍｏ≦３．５ｗｔ％である。
ある実施形態において、前記の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、Ｂ含有量範囲は０．０００５～０．００３５ｗｔ％で、且つＣｒ＋Ｍｎ＋Ｍｏ≦２．５ｗｔ％である。
ある実施形態において、前記の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼はさらに、Ｖ、Ｔｉ、ＮｂとＷ中の少なくとも１つを含有し、それらの含有量はＶ＋Ｔｉ＋Ｎｂ＋Ｗ≦０．２ｗｔ％を満たし；好ましくは、Ｖ≦０．１％、Ｔｉ≦０．０５％、Ｎｂ≦０．０５％、Ｗ≦０．２％である。
ある実施形態において、前記の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、板厚が１．０ｍｍ以上であり、好ましくは、板厚が１．４～２．５ｍｍである。
好ましくは、いずれかの実施形態にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の化学元素の質量百分率配合は：Ｃ ０．０９～０．２ｗｔ％、Ｓｉ ０．３～１．２ｗｔ％、Ｍｎ １．５～２．５ｗｔ％、Ａｌ ０．０２～０．０８ｗｔ％、残部がＦｅとその他の不可避不純物である。
好ましくは、いずれかの実施形態にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の降伏強度が４３５～９００ＭＰａで、引張強度が８２０～１２６０ＭＰａで、伸びが１１～２０％で、両面の硬度差が３５～８０ＨＶである。
上記の方案において、本願の発明者らは、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼にある程度の焼入硬化能が必要であることを考慮した上で、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼に、前記のような各化学元素の質量配合を設計したが、各化学元素の設計原理は以下のようである：
Ｃ：マルテンサイトの硬度に影響を与えることで強度を向上させる。炭素含有量が少なすぎると、マルテンサイトは焼入硬化できず、若しくは焼入後の強度自体が低くなり、靭性と可塑性の矛盾が顕著にならないが、炭素含有量が多すぎると、マルテンサイトが硬くなり、靭性が低すぎ、且つ遅れ破壊が発生する傾向にあるということに基づいて、板厚方向で硬度が可変だという優れた効果を得るために、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼のＣの質量百分率を、０．０６～０．３ｗｔ％に制御することができる。ある好ましい実施形態において、Ｃの質量百分率を０．０９～０．２％に制御する。
Ｓｉ：Ｓｉは焼入硬化能に対する影響が少ないということに基づいて、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼のＳｉの質量百分率を、０．０１～２．５ｗｔ％に制御することができる。ある好ましい実施形態において、Ｓｉの質量百分率を０．３～１．２％に制御する。
Ｍｎ：Ｍｎは鋼の焼入硬化能を向上させる主要な元素であり、板厚方向で非対称な強度という優れた結果を得るために、Ｍｎの含有量は選択した冷却手段の冷却能と合わせる必要があり、Ｍｎの質量百分率が低すぎると、帯鋼が焼入硬化できず、板厚方向で強度が可変だという効果が得られないが、Ｍｎの質量百分率が高すぎて、焼入硬化能が高すぎると、板厚方向で強度が可変だという効果が同様に得られない。焼入冷却部の冷却能と合わせ、板厚方向で強度が可変だという所望の効果を得るためには、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼のＭｎの質量百分率を０．５～３ｗｔ％に制御することができる。ある好ましい実施形態において、Ｍｎの質量百分率を１．５～２．５％に制御する。
Ａｌ：Ａｌは脱酸素の作用を有し、且つオーステナイト結晶粒を微細化できるため、本発明にかかる技術的方案では、Ａｌの質量百分率を０．０２～０．０８ｗｔ％に制御する。
なお、本発明にかかる技術的方案では、その他の不可避不純物元素として、主にＰ、Ｓ、Ｎが含まれるが、帯鋼に良好な特性を与えるために、これらの不純物元素を可能な限り低く抑える必要がある。好ましい実施形態において、Ｐ≦０．０１５％、Ｓ≦０．００５％、Ｎ≦０．０３％である。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼はさらに、Ｃｒ、ＭｏとＢ中の少なくとも１つを含有し、ただし、Ｂ＜０．０００５ｗｔ％の場合、Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｍｏ≦３．５ｗｔ％；Ｂ含有量の範囲が０．０００５～０．００３５ｗｔ％である場合、Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｍｏ≦２．５ｗｔ％。好ましくは、含有される場合、Ｃｒの含有量が０．２％を超えず、好ましくは０．１５％を超えない；含有される場合、Ｍｏの含有量が０．２％を超えず、好ましくは０．１％を超えない；含有される場合、Ｂの含有量が０．００３５％を超えず、例えば０．０００５～０．００３５ｗｔ％若しくは０．００１～０．００２ｗｔ％の範囲内に入る。
本願の発明者らは研究を重ねた結果、鋼の焼入性を向上させると共に、Ｍｎ元素の質量百分率と合わせることで、最終の帯鋼の焼入性を冷却能と合わせ、焼入硬化できない若しくは焼入硬化能が高すぎるせいで冷却プロセスの変化に対する感受性が低下することを避ける目的で、好ましくは、Ｃｒ、Ｍｏ及びＢの添加を、Ｂ＜０．０００５ｗｔ％の場合、Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｍｏ≦３．５ｗｔ％；Ｂ含有量の範囲が０．０００５～０．００３５ｗｔ％である場合、Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｍｏ≦２．５ｗｔ％のように制御できることを見出した。
さらに、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼はさらに、Ｖ、Ｔｉ、ＮｂとＷ中の少なくとも１つを含有し、それらの含有量はＶ＋Ｔｉ＋Ｎｂ＋Ｗ≦０．２ｗｔ％を満たす。好ましくは、含有される場合、Ｖの含有量が０．１％を超えず、好ましくは０．０５％を超えない；含有される場合、Ｔｉの含有量が０．０５％を超えず、好ましくは０．０３％を超えない；含有される場合、Ｎｂの含有量が０．０５％を超えず、好ましくは０．０１～０．０３％である；含有される場合、Ｗの含有量が０．２％を超えず、好ましくは０．１％を超えない；且つ好ましくは、Ｖ＋Ｔｉ＋Ｎｂ＋Ｗ≦０．２ｗｔ％。
以上から分かるように、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼及びその製造方法は、先行技術と比較して、以下のような利点及び有益な効果を有する：
本発明にかかる製造方法は、板厚方向で非対称な冷却技術により、変態強化型鋼において板厚方向で非対称な帯鋼強度（硬度）分布を得ることができ、一方の面では強度・硬度が高いが、他方の面では可塑性・靭性が良好であるという利点を有する。また、帯鋼の両表面の特性に差異があるため、板厚方向に沿って硬度又は強度が段階的に変化するようになり、これで、得られる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、片面が高硬度で、耐摩擦や耐圧痕の特性に優れるが、全体として靭性が良好だと要求する用途に好適である。
好ましい実施形態において、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の降伏強度≧４２０ＭＰａ、引張強度≧８００ＭＰａ、伸び≧１１％、一方の面の硬度≧２２０ＨＶ、他方の面の硬度≧２００ＨＶである。より具体的には、ある好ましい実施形態において、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の降伏強度が４３５～９００ＭＰａで、引張強度が８２０～１２６０ＭＰａで、伸びが１１～２０％で、一方の面の硬度が２３５～３８０ＨＶ、他方の面の硬度が２００～３３０ＨＶである。好ましくは、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の両面の硬度差が少なくとも３０ＨＶで、好ましくは少なくとも３５ＨＶである。好ましい実施形態において、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の両面の硬度差が３５～８０ＨＶの範囲内に入ることで、良好な実用特性及び強度、可塑性と靭性のバランスの実現に寄与する。
図１は、ある実施形態における本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の冷却プロセスを概念的に示す。 図２は、他の実施形態における本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の冷却プロセスを概念的に示す。 図３は、更なる実施形態における本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の冷却プロセスを概念的に示す。
以下、図面の説明および具体的な実施例に基づいて、本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼及びその製造方法をさらに解釈・説明するが、該解釈・説明は本発明の技術方案を不当に制限するものではない。
実施例１～６
上記の実施例１～６にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、以下の工程を経って製造された：
（１）表１に示す化学組成に従って製錬と鋳造を行った；
（２）連続鋳造；
（３）熱間圧延：スラブ加熱温度を１１７０～１２３０℃にし、圧延終了温度を８５０～９１０℃にし、巻取り温度を５７０～６３０℃にすることができ、その後で酸洗して表面の酸化スケールを除去することができた。
（４）連続焼鈍：まず帯鋼を保持温度まで加熱して４０～１２０ｓ保持してから、２～１０℃／ｓの冷却速度で冷却し、次に非対称な焼入冷却プロセスを実行し、焼入冷却プロセス終了後で焼戻し、焼戻終了後で常温まで水冷し、帯鋼を乾燥してから平坦化した。
他の実施形態において、熱間圧延後、帯鋼をさらに冷間圧延圧下率が３０～６５％に制御されるように冷間圧延してから、上記の工程（４）に記載の連続焼鈍を実行することもできる。
実施例１～６にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の各化学元素の質量百分率配合は表１に示す。
Figure 2022538838000001
実施例１～６にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の連続焼鈍工程における具体的なプロセスパラメータは表２に示す。
Figure 2022538838000002
なお、比較例１は実施例１に示された各化学元素の質量配合で製錬されたもので、比較例２は実施例３に示された各化学元素の質量配合で製錬されたもので、比較例３は実施例５に示された各化学元素の質量配合で製錬されたものである。実施例７は表１に示された実施例１の各化学元素の質量配合で製錬されたものである。実施例８は表１に示された実施例２の各化学元素の質量配合で製錬されたものである。
また、帯鋼の板厚方法の両表面を便利に区別付けるために、それらのうちの一方の面をＩ面と記し、Ｉ面に対向する他方の面をＩＩ面と記する。
本願の実施例１～８にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の各特性のテスト結果は表３に示す。
Figure 2022538838000003
表２及び表３から分かるように、比較例１～３にかかる帯鋼は、先行技術の適用により、帯鋼の両面が完全に同一で対称的に冷却されたことから、得られる焼入鋼板の力学的特性も完全に対称的かつ均一となっている。一方、本願の各実施例１～８にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、高硬度、高強度及び優れた靭性・可塑性と成形性の特性の組み合わせを同時に得るために、帯鋼の非対称な焼入冷却プロセスによって帯鋼の非対称な力学的特性分布を達成することで、板厚方向に沿って段階的な硬度／強度勾配を得ることができた。
図１～図３は、異なる実施例に適用されたさまざまな非対称な焼入冷却プロセスを概念的に示す。
ただし、図１は、ある実施形態における本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の冷却プロセスを概念的に示す。
図１に示すように、冷延帯鋼１は進行方向Ｆ１に沿って連続焼鈍に入った後、帯鋼の両面の冷却開始温度が異なり、Ｉ面は最初に冷却モジュール２のノズル噴流によって冷却され、ＩＩ面は続いて冷却ノズル噴流によって冷却されるので、帯鋼の両面に異なる冷却履歴を形成でき、異なる表面における急冷開始温度と冷却長さが異なり、これにより高速冷却終了温度も異なり、結局、異なる表面のフェライト及びマルテンサイト／ベイナイトの含有量が相違し、最終的に帯鋼の板厚方向での強度に違いが出ることに繋がる。
図１に示す非対称な冷却プロセスを適用することで、帯鋼のＩ面は、硬度が高く、フェライト含有量が少なく、マルテンサイト含有量が多く、ベイナイト含有量が少ないものとなったが、ＩＩ面は、硬度が低く、フェライト含有量が少なく、マルテンサイト含有量が少なく、ベイナイト含有量が多いものとなった。
図２は、他の実施形態における本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の冷却プロセスを概念的に示す。
図２に示すように、冷延帯鋼１が進行方向Ｆ１に沿って連続焼鈍に入った後、帯鋼の両面で冷却開始温度は同じであるが、終了温度は異なり、帯鋼のＩＩ面に対応する冷却モジュール２の冷却ノズルによる冷却は冷却工程で先に終了するが、Ｉ側に対応する冷却ノズルによる冷却は低い温度まで続けるので、帯鋼の両面に異なる冷却履歴を形成でき、結局、帯鋼のＩ面とＩＩ面の冷却終了温度に差異が出てきて、ひいてはフェライトとマルテンサイト／ベイナイトの含有量が相違し、最終的に帯鋼の板厚方向での強度に違いが出ることに繋がる。
このような非対称な冷却プロセスを適用することで、帯鋼のＩ面は、硬度が高く、マルテンサイト含有量が多いものとなったが、ＩＩ面は、硬度が低く、マルテンサイト含有量が少なく、ベイナイト含有量が多いものとなった。
図３は、更なる実施形態における本発明にかかる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の冷却プロセスを概念的に示す。
図３に示すように、冷延帯鋼１が進行方向Ｆ１に沿って連続焼鈍に入った後、帯鋼の両面で冷却開始温度は同じで、終了時間も同じであるが、帯鋼の両側に配置された冷却モジュール２の冷却ノズルの冷却能が異なるため、帯鋼のＩ面に対応するノズルによる冷却速度が速いが、ＩＩ面に対応するノズルによる冷却速度が相対的に遅い。そうすると、帯鋼の両面に異なる冷却履歴を形成でき、つまり冷却速度に差異が出てきて、これによりフェライトとマルテンサイト／ベイナイトの含有量が相違し、最終的に帯鋼の板厚方向での強度に違いが出ることに繋がる。
このような非対称な冷却プロセスを適用することで、帯鋼のＩ面は、硬度が高く、マルテンサイト含有量が多いものとなったが、ＩＩ面は、硬度が低く、フェライト含有量が少なく、マルテンサイト含有量が少なく、ベイナイト含有量が多いものとなった。
なお、冷却速度の差異は、ノズルから噴射される冷却媒体を使い分けたり、冷却媒体を噴射する速度や流量を調整したりすることで、I面とII面の冷却速度に差異を付けることにより、例えばI面に熱伝達エネルギーの高い媒体を使用したり、噴射速度を高くしたり、流量を多くしたりすることで、より速い冷却速度を実現することにより実現可能である。
また、その他の実施形態において、上記図１、図２又は図３に示す冷却プロセスを組み合わせることで、非対称な焼入冷却手段を実現することもできる。
以上から分かるように、本発明にかかる製造方法は、板厚方向で非対称な冷却技術により、変態強化型鋼において板厚方向で非対称な帯鋼強度（硬度）分布を得ることができ、一方の面では強度・硬度が高いが、他方の面では可塑性・靭性が良好であるという利点を有すると共に、板厚方向での硬度は段階的に変化することから、得られる板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、片面が高硬度で、耐摩擦、耐圧痕、且つ全体として靭性が良好だと要求する用途に好適である。
本発明の保護の範囲における従来技術部分は、本出願書類に記載の実施例に限定されるものではなく、本発明の方案と矛盾しない先行技術（先行の特許文献、先行の公開出版物、先行の公開使用などを含むが、それらに限定されない）は、全て本発明の保護の範囲に取り入れられることを説明すべきである。
また、本願における各技術特徴の組み合わせは、本願の特許請求の範囲に記載の組み合わせ、若しくは具体的な実施例に記載の組み合わせに限定されるものではなく、互いに矛盾していない限り、本願の記載の技術特徴は全て任意の形態で自由に組み合わせる若しくは結合することができる。
さらに、以上に挙げられた実施例は、本発明の具体的な実施例に過ぎないことも、注意すべきである。本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、当業者が本発明の開示内容から直接的に導き出すことができる、又は容易に想到することができる類似の変化若しくは変形はいずれも、本発明の保護範囲に含まれることは、明らかである。

Claims (20)

  1. その化学元素の質量百分率配合は：Ｃ ０．０６～０．３ｗｔ％、Ｓｉ ０．０１～２．５ｗｔ％、Ｍｎ ０．５～３ｗｔ％、Ａｌ ０．０２～０．０８ｗｔ％、残部がＦｅとその他の不可避不純物であり；且つ降伏強度≧４２０ＭＰａ、引張強度≧８００ＭＰａ、伸び≧１１％、両面の硬度差が少なくとも３０ＨＶである板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
  2. さらにＣｒ、ＭｏとＢ中の少なくとも１つを含有し、ただし、Ｃｒ含有量≦０．２％、Ｍｏ含有量≦０．２％、Ｂ含有量≦０．００３５％であることを特徴とする、請求項１に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
  3. 前記の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、Ｂ含有量≦０．０００５ｗｔ％で、且つＣｒ＋Ｍｎ＋Ｍｏ≦３．５ｗｔ％である；或いは、前記の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、Ｂ含有量範囲は０．０００５～０．００３５ｗｔ％で、且つＣｒ＋Ｍｎ＋Ｍｏ≦２．５ｗｔ％であることを特徴とする、請求項２に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
  4. さらにＶ、Ｔｉ、ＮｂとＷ中の少なくとも１つを含有し、それらの含有量はＶ＋Ｔｉ＋Ｎｂ＋Ｗ≦０．２ｗｔ％を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
  5. 化学元素の質量百分率配合は：Ｃ ０．０９～０．２ｗｔ％、Ｓｉ ０．３～１．２ｗｔ％、Ｍｎ １．５～２．５ｗｔ％、Ａｌ ０．０２～０．０８ｗｔ％、残部がＦｅとその他の不可避不純物であることを特徴とする、請求項１に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
  6. 降伏強度が４３５～９００ＭＰａで、引張強度が８２０～１２６０ＭＰａで、伸びが１１～２０％で、両面の硬度差が３５～８０ＨＶであることを特徴とする、請求項１に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
  7. 製錬、連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延及び連続焼鈍の工程を含む、板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法であって、連続焼鈍工程で焼入する際に、帯鋼の両表面に非対称な焼入冷却プロセスを実施することを特徴とする製造方法。
  8. 前記非対称な焼入冷却プロセスは、以下の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項７に記載に板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法。
    帯鋼の両表面の冷却開始温度は非対称である；
    帯鋼の両表面の冷却終了温度は非対称である；
    帯鋼の両表面の冷却速度は非対称である。
  9. 帯鋼の両表面の冷却開始温度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却開始温度の差は２０～１００℃であることを特徴とする、請求項８に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法。
  10. 帯鋼の両表面の冷却開始温度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却開始温度の差は２５～１００℃であることを特徴とする、請求項９に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法。
  11. 帯鋼の両表面の冷却終了温度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却終了温度の差は４０～２００℃であることを特徴とする、請求項８に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法。
  12. 帯鋼の両表面の冷却終了温度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却終了温度の差は５０～１８０℃であることを特徴とする、請求項１１に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法。
  13. 帯鋼の両表面の冷却速度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却速度の差は２５～２００℃／ｓであることを特徴とする、請求項８に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法。
  14. 帯鋼の両表面の冷却速度が非対称である場合、帯鋼の両表面の冷却速度の差は４０～２００℃／ｓであることを特徴とする、請求項１３に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼の製造方法。
  15. 請求項７～１４のいずれかに記載の製造方法により製造される板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
  16. 前記の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、板厚が１．０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１５に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
  17. 前記の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼は、板厚が１．４～２．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１６に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
  18. その化学元素の質量百分率配合は：Ｃ ０．０６～０．３ｗｔ％、Ｓｉ ０．０１～２．５ｗｔ％、Ｍｎ ０．５～３ｗｔ％、Ａｌ ０．０２～０．０８ｗｔ％、残部がＦｅとその他の不可避不純物であることを特徴とする、請求項１５～１７のいずれかに記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
  19. さらにＣｒ、ＭｏとＢ中の少なくとも１つを含有し、ただし、Ｂ＜０．０００５ｗｔ％の場合、Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｍｏ≦３．５ｗｔ％；Ｂ含有量の範囲が０．０００５～０．００３５ｗｔ％である場合、Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｍｏ≦２．５ｗｔ％ことを特徴とする、請求項１８に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
  20. さらにＶ、Ｔｉ、ＮｂとＷ中の少なくとも１つを含有し、それらの含有量はＶ＋Ｔｉ＋Ｎｂ＋Ｗ≦０．２ｗｔ％を満たすことを特徴とする、請求項１８または１９に記載の板厚方向で強度と硬度が可変な冷延帯鋼。
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