JP2612452B2 - 高延性高強度冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

高延性高強度冷延鋼板の製造方法

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高延性高強度冷延鋼板の製造方法に関し、詳
しくは、引張強さ60kgf/mm2級以上の複合組織高延性高
強度冷延鋼板の製造方法に関する。
従来の技術 近年、例えば、自動車の軽量化要求への高まりを背景
として、加工性のすぐれた高強度冷延鋼板が使用される
に至つている。このような高強度冷延鋼板としては、既
に、析出、固溶、組織強化等の種々の手段によるものが
従来より知られているが、特に、最近においては、連続
焼鈍技術の普及に伴つて、マルテンサイトやベイナイト
のような硬い低温変態生成物による強化能を利用した複
合組織高強度冷延鋼板が広く使用されるに至つている。
このような複合組織鋼板を製造するに際して、箱焼鈍に
よる場合は、Ar1点以上の再結晶温度からの冷却速度が
襲いために、Mn等のオーステナイト安定化元素を多量に
添加する必要があり、このために鋼板の製造費用が高価
となるが、連続焼鈍による場合は、冷却速度が大きいた
めに、上記のようなオーステナイト安定化元素の添加を
省略することができ、従つて、低廉に製造することがで
きるからである。
一般に、連続焼鈍は、再結晶焼鈍後の冷却方法によつ
て、冷却速度の非常に早い水焼入れ型と、冷却速度の比
較的遅い強制空冷型と、更に、これらの中間の冷却速度
で冷却される気水冷却型又はロール冷却型とに大別され
るが、従来、引張強さ60kgf/mm2以上の高強度冷延鋼
板、特に、80kgf/mm2以上の高強度冷延鋼板の製造に
は、使用合金層の低減、従つて、製造費用の低減の見地
からは水焼入れ型が有利とされている。
しかし、最近、特開昭56−158824号公報に記載されて
いるように、ロール冷却を用いて、低降伏比の高延性高
強度の冷延鋼板を製造する方法が提案されている。この
方法は、C、Mn及びCr量を規定すると共に、これらの添
加量の間に所定の関係を有せしめた鋼をA1〜A3点に加熱
し、ロール冷却にて50℃/秒以上の速度にて300℃以下
の温度に冷却し、所定時間保持することによつて、低降
伏比の高延性高強度冷延鋼板を得ようとするものであ
る。しかし、本発明者らによれば、上記所定の化学成分
を有する鋼を用いて、同様の方法で連続焼鈍を施して
も、低降伏比で高延性高強度の冷延鋼板、例えば、引張
強さ100kgf/mm2程度の高強度冷延鋼板については、同時
に低降伏比と高延性とを有せしめることは困難であるこ
とが見出された。
そこで、本発明者らは、かかる問題を解決するために
に鋭意研究した結果、引張強さ60kgf/mm2以上の高強度
で、低降伏比であつて、且つ、引張強さ(kgf/mm2)と
伸び(%)との積が2000以上であるような高延性を得る
には、C−Mn系の鋼にSiを所定量添加すると共に、空冷
圧延後の再結晶加熱において、A1点以上に加熱した後、
C、Mn及びCr量にて規定される所定の温度まで強制空冷
し、この所定の温度から400℃以下の所定の温度まで冷
却速度50℃/秒以上にてロール冷却し、次いで、この40
0℃以下の温度にて過時効処理を施すことによつて、非
常にC濃度の高い硬いマルテンサイトと極めて軟質のフ
エライトとからなる複合組織冷延鋼板を得ることができ
ることを見出して、本発明に至つたものである。
発明が解決しようとする問題点 従つて、本発明は、引張強さ60kgf/mm2以上と複合組
織高延性高強度冷延鋼板を安定して製造し得る方法を提
供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明による高延性高強度冷延鋼板の製造方法は、重
量%で (a)C 0.05〜0.30%、 Si 1.1〜2.5%、及び Mn 0.5〜2.5%を含有し、更に、 (b)P 0.01〜0.15%、 Cr 0.05〜1.0%、及び Mo 0.05〜0.6% よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有
し、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼の熱間圧延し、
酸洗し、冷間圧延した後、再結晶加熱するに際して、加
熱温度をAc1点以上に保持して焼鈍し、次いで、Mneqを Mneq=Mn+0.31Si+2.9P+0.9Cr とし、冷却停止温度をTqとするとき、 689+22.5Mneq−53.9(Mneq≦Tq<739 +22.5Mneq−53.9(Mneq を満たす温度Tqまで冷却し、ロール冷却にて50℃/秒以
上の冷却速度にて400℃以下の温度まで冷却し、この400
℃以下の温度にて過時効処理を施すことを特徴とする。
先ず、本発明の方法において用いる鋼の化学成分の限
定理由について説明する。
Cは、鋼板の引張強さを支配する重要な元素であり、
マルテンサイト組織を得るためには、少なくとも0.05%
の添加を必要とし、強度を高める観点からは多いほどよ
いが、反面、過多に添加するときは、第2相体積率が高
くなり、延性を確保し難くなり、また、スポツト溶接性
も低下するので、その上限を0.30%とする。
Siは、鋼をその延性を劣化させないで強化すると共
に、Ac1点以上の温度での加熱後の強制空冷過程でのフ
エライトの生成及び成長を促進し、且つ、過時効処理後
のフエライト中の固溶C量を低減させ、軟質のフエライ
トを得るために必須の元素である。
そのために、本発明においては、Siは、少なくとも1.
1%を添加することが必要であるが、過多に添加すると
きは、製造費用を高めるのみならず、適正な再結晶温度
域を高温にするので、2.5%以下とする。
Mnは、オーステナイト相を安定化し、冷却過程におけ
る主としてマルテンサイトからなる低温変態生成物の生
成を容易にするために添加される。添加量が0.5%より
も少ないときは、ロール冷却開始温度が高くなるため
に、冷却用ロールを多数必要とし、設備費の増大を招い
て好ましくない。また、過多に添加するときは、オース
テナイト相への濃化によつて第2層の体積率が増加し
て、C濃縮が弱まることから、その添加量は2.5%以下
とする。
Pは、0.01%以上の添加によつて、Siと同様に鋼の強
化のために有効であるが、0.15%を越えて過多に添加す
れば、スポツト溶接性を阻害する。
Cr及びMoは、それぞれMnと同様に、オーステナイト相
を安定化し、冷却過程での低温変態生成物の生成を容易
にするのに有効である。この効果を有効に発揮させるた
めには、それぞれ0.05%の添加を必要とするが、一方、
多すぎるときは、延性の低下をもたらすと共に、これら
合金元素は高価であるので、その上限は、Crについては
1.0%、Moについては0.6%とする。
本発明の方法によれば、上記のような化学組成を有す
る鋼を造塊又は連続鋳造によりスラブとし、これを熱間
圧延する。特に、本発明の方法においては、この熱間圧
延において、Ar3点以上の温度にて仕上圧延し、600℃以
下の温度にて巻取ることが好ましい。
このようにして得られる熱間圧延板を常法に従つて酸
洗し、再結晶させるために30%以上の冷延率にて冷間圧
延を施し、次いで、再結晶加熱するに際して、その加熱
温度をAc1点以上に10秒乃至10分間保持して焼鈍し、次
いで、Mneqを Mneq=Mn+0.31Si+2.9P+0.9Cr とし、冷却停止温度をTqとするとき、 689+22.5Mneq−53.9(Mneq≦Tq<739 +22.5Mneq−53.9(Mneq を満たす温度Tqまで強制空冷した後、ロール冷却にて50
℃/秒以上の冷却速度にて400℃以下の温度まで冷却
し、この400℃以下の温度にて10秒乃至10分間過時効処
理を施す。
通常、再結晶加熱後に強制空冷やロール冷却等のよう
に、冷却速度の比較的遅い冷却方法によつて、複合組織
鋼の第2相としてマルテンサイトを得るためには、Mn等
のような焼入れ能を高める元素を多量に添加する必要が
あることが知られている。しかし、このように、Mn等の
元素を多量に添加するときは、鋼製造費用を高めるのみ
ならず、冷却過程におけるフエライトの生成及び成長が
遅れるために、オーステナイトの体積収縮が十分でなく
なり、その結果、短時間の過時効処理にて高C濃度の硬
いマルテンサイトを得ることができない。
また、Mnは、フエライト中の固相C量を減らす作用を
有するので、過時効処理前の固溶C量が減少し、かくし
て、Mn量の多い鋼は、過時効処理後のフエライト中の固
溶C量が多くなり、その延性が劣化し、高延性高強度冷
延鋼板を得ることができない。
しかしながら、本発明の方法によれば、第1図に示す
ように、A1点以上の温度に適宜時間、好ましくは10秒か
ら10分間程度保持する再結晶加熱後に、所定の条件下で
強制空冷とロール冷却とを行なつて、400℃以下に冷却
し、引続いてその温度に適宜時間、好ましくは10秒から
10分間程度保持して過時効処理するヒートサイクルにお
いて、強制空冷過程でオーステナイト相からのフエライ
トの生成及び成長を促進させるために、鋼に所定量のSi
を添加すると共に、所定の温度から400℃以下の温度ま
でロール冷却し、その温度で過時効処理を施すことによ
つて、硬いマルテンサイトと共に、固溶C量が少なく、
極めて軟質であるフエライトとからなる複合組織を有す
る冷延鋼板を得ることができるのである。
即ち、本発明の方法においては、非常にC濃度の高い
マルテンサイトと極めて軟質のフエライトを有する複合
組織冷延鋼板を得るために、A1点以上に再結晶加熱後、
前記式で規定される最適のロール冷却開始温度Tqまで強
制空冷し、次いで、ロール冷却し、400℃以下の温度に
所定時間保持する。強制空冷における冷却速度は5〜30
℃/秒が適当である。また、ロール冷却の速度は50℃/
秒以上であり、好ましくは50〜300℃/秒の範囲であ
る。
ロール冷却開始温度が前記式で規定されるTqよりも高
いときは、オーステナイト中へのCの濃縮が十分でな
く、従つて、過時効処理後の鋼板のマルテンサイト体積
率が多くなり、延性が劣化し、他方、ロール冷却開始温
度が前記式で規定されるTqよりも低いときは、第2層が
ベイナイトとなり、強度が著しく低下し、このように、
いずれの場合も、強度−延性バランスが劣化する。しか
しながら、本発明の方法に従つて、再結晶加熱後、Tqの
範囲内に強制空冷することによつて、オーステナイト中
へのCの濃化が極めて高くなり、過時効処理後の鋼板の
マルテンサイト体積率が小さくなり、強度−延性バラン
スが著しく改善されるのである。
本発明の方法においては、過時効処理の温度は、400
℃以下である。過時効処理の温度が400℃よりも高いと
きは、第2相がベイナイトとなり、強度−延性バランス
が低くなる。本発明に従つて、過時効処理温度を400℃
以下とすることによつて、第2相がマルテンサイトとな
ると共に、フエライト中の固溶Cも減少し、フエライト
が軟質となるために、強度−延性バランスにすぐれる複
合組織冷延鋼板を得ることができる。尚、このようにし
て得られる冷延鋼板のミクロ組織は、詳細な観察の結
果、若干の残留オーステナイトとベイナイトとが存在す
ることが認められる。
発明の効果 以上のように、本発明の方法によれば、熱間圧延板の
製造条件及び連続焼鈍条件を適正化することによつて、
第2相中へのCの濃縮を非常に高めて、十分に硬く、且
つ、微細に分散されたマルテンサイトを得ると共に、フ
エライト中に十分な量のCを析出させることによつて、
フエライトを柔らかくするので、安定して低降伏比であ
つて、且つ、延性のすぐれた高強度の冷延鋼板を得るこ
とができる。
特に、本発明の方法によれば、Siを所定量添加するこ
とによつて、Ac1点以上に再結晶加熱後、強制空冷過程
にてフエライトの生成及び成長を促し、且つ、ロール冷
却開始温度を前記所定のTqとすることによつて、ロール
冷却直前の鋼板のオーステナイト中へのCの濃化が極め
て高くなり、更に、過時効処理温度を400℃以下にする
ことによつて、非常に硬いマルテンサイトと極めて軟質
のフエライトからなる複合組織を得ることができるため
に、強度−延性バランスにすぐれる複合組織冷延鋼板を
得ることができる。従つて、かかる鋼板は、例えば、自
動車用に好適に用いることができる。
実施例 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は
これら実施例により何ら限定されるものではない。
実施例1 第1表に示す化学組成を有する鋼を仕上温度850〜900
℃、巻取り温度500〜600℃にて厚さ2.8mmに熱間圧延し
た後、酸洗し、厚さ0.8mmに冷間圧延した。次いで、第
2表に示すように、800〜850℃の温度範囲に90秒間加熱 保持した後、冷却速度15℃/秒にて強制空冷し、320〜7
00℃の温度から200℃/秒にてロール冷却し、250〜450
℃の範囲で過時効処理を施した。
このようにして得られた鋼板の機械的性質を第2表に
示す。
(1) Siの効果 比較鋼Aは、Si量が本発明にて規定する範囲内にな
く、0.20%であり、この鋼種について、Si量を高めて、
本発明で規定する範囲内の成分組成としたものが発明鋼
Eである。従つて、比較鋼1と発明鋼8とは、共にほぼ
同一の温度で連続焼鈍され、ロール冷却開始温度も本発
明の所定の範囲内であるが、比較鋼1は第2相(マルテ
ンサイト)の体積率が高いために、延性が低く、強度−
延性バランスが発明鋼8よりも低い。
比較鋼Bも、Si量が0.51%であつて、本発明で規定す
る範囲をはずれている。この鋼種について、Si量を高め
て、本発明で規定する範囲内の成分組成としたものが鋼
種Fである。従つて、 比較鋼2及び発明鋼10は、いずれも本発明で規定する適
正な条件にて熱処理が施されているにもかかわらず、比
較鋼2は発明鋼10に比較して、第2相マルテンサイトの
体積率が高く、強度−延性バランスが低い。
(2) ロール冷却開始温度の効果 鋼種Cについて、引張強さ×伸びとTgとの関係を第2
図に示す。
鋼種Cについて、本発明によつて規定されるロール冷
却の開始温度よりも高い場合が比較鋼3、低い場合が比
較鋼4である。発明鋼5は、本発明によつて規定される
温度からロール冷却を開始した場合である。いずれの比
較鋼も、発明鋼に比べて、それぞれ伸びが低く、また、
引張強さが低いために、強度−延性バランスに劣る。
(3) 過時効処理温度の効果 鋼種Eについて、450℃で過時効処理したものが比較
鋼7、300℃で過時効処理したものが発明鋼8である。
過時効処理温度の高い比較鋼7は、強度が低く、発明鋼
8よりも強度−延性バランスに劣る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法による水焼入れ方式の連続焼鈍に
おける熱サイクルを示す模式的なグラフ、第2図は、0.
16%C−1.50%Si−2.03%MnのTqと強度−延性バランス
との関係を示すグラフである。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で (a)C 0.05〜0.30%、 Si 1.1〜2.5%、及び Mn 0.5〜2.5%を含有し、更に、 (b)P 0.01〜0.15%、 Cr 0.05〜1.0%、及び Mo 0.05〜0.6% よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有
    し、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を熱間圧延し、酸
    洗し、冷間圧延した後、再結晶加熱するに際して、加熱
    温度をAc1点以上に保持して焼鈍し、次いで、Mneqを Mneq=Mn+0.31Si+2.9P+0.9Cr とし、冷却停止温度をTqとするとき、 689+22.5Mneq−53.9(Mneq≦Tq<739 +22.5Mneq−53.9(Mneq を満たす温度Tqまで強制空冷し、ロール冷却にて50℃/
    秒以上の冷却速度にて400℃以下の温度まで冷却し、こ
    の400℃以下の温度にて過時効処理を施すことを特徴と
    する高延性高強度冷延鋼板の製造方法。
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