JP3043519B2 - 高強度熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

高強度熱延鋼板の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は近年の電縫管,建材、車
両等の高強度化に好適な靱性の優れた高強度熱延鋼板の
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】強度と靱性の優れた熱延鋼板として近年
Nbを添加して制御圧延・制御冷却を組み合わせる非調
質鋼板が著しく進歩しており、その鋼板の製造法として
例えば特公昭49−14609号公報,特公昭58−7
32号公報がある。特公昭49−14609号公報はN
b添加炭素鋼を用いスラブの加熱温度をNb炭窒化物の
溶体化温度以上の1230℃以上にし、その後スラブを
冷却して1100℃で圧延する制御圧延を行い、結晶粒
を微細化した高靱性鋼を製造する方法である。この方法
では通常厚み200〜300mmのスラブをガスまたは
重油を燃焼する加熱炉を用いて中心部までNb炭窒化物
の溶体化温度以上に加熱するため高温で長時間の加熱が
行われる。そのため、加熱後のスラブのオーステナイト
結晶粒径は著しく大きくなり、引き続いて行われる制御
圧延により鋼板のフェライト結晶粒を微細化している。
しかし、この方法では結晶粒微細化に限界があり、従っ
て、靱性改善にも限界がある。
【0003】特公昭58−732号公報はNb添加炭素
鋼を用いスラブの加熱温度をNb炭窒化物の溶体化温度
以上にし、1000〜1150℃の温度範囲で熱間圧延
し、オーステナイト粒を再結晶により細粒にした後、さ
らに900℃以下で圧延する方法である。この方法は、
特公昭49−14609号公報に比べて粗圧延によりオ
ーステナイト粒を細かくする優れた方法であるが、粗圧
延時にNbが加工誘起析出することによる強度向上への
寄与が減少される欠点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Nbを添加
した非調質高強度熱延鋼板の結晶粒を微細化する新しい
製造方法を提供することを目的とし、この方法により強
度と靱性の優れた電縫管用,建材用,車両用等の熱延鋼
板を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは次のとおりである。 C:0.05〜0.20%,Si:≦0.60%,M
n:0.20〜2.50%,Al:0.004〜0.1
0%,Nb:0.01〜0.10%,N:0.002〜
0.008%,残部Feおよび不可避不純物からなる連
続鋳造スラブを加熱するに際して、少なくとも1100
℃からNb(C,N)の溶体化温度以上1400℃以下
の加熱温度までの温度領域を毎時150℃以上の昇温速
度で加熱し、加熱温度での保定時間を5分以上30分以
内とし、その後熱間圧延することを特徴とする高強度熱
延鋼板の製造方法。
【0006】以下、本発明の詳細について説明する。強
度と靱性の優れたNbを添加した非調質高強度熱延鋼板
を製造するためには、微量のNbを析出硬化元素として
利用して、且つ加熱・熱延・冷却の工程をとる熱間圧延
工程で結晶粒の微細化を行うことが必要である。通常、
目的の成分に調整された鋼は連続鋳造されAr3 変態点
以下に冷却されるが、鋳片の厚みが200〜300mm
あるためその冷却速度は遅い。そのため鋳片にはNb
(C,N)の0.05ミクロン以上の大きな析出物が析
出している。熱間圧延による結晶粒の微細化に効果的な
析出物は溶体化していて加工時に加工誘起析出するもの
であると言われている。まだ、強度向上に寄与するNb
も整合析出している極めて微細なNb(C,N)である
と言われている。従って、鋳片に析出しているNb
(C,N)が熱間圧延前の加熱段階で溶体化している必
要がある。
【0007】溶体化のための加熱温度は、以下に示す析
出物の溶解度積と温度(T:°K)との関係の温度T°
K以上必要である。 log10〔%Nb〕・〔%C+%0.86N〕 =2.26−6,770/T・・・(1) しかし、この温度で加熱したスラブのオーステナイト結
晶粒は粗大化しているため、鋼板のフェライト結晶粒微
細化のためその後の熱延・冷却工程で種々の工夫がされ
る。すなわち、熱延工程では低温で大圧下圧延を行う等
の種々の工夫がなされている。冷却工程では変態域での
冷却速度を速くするなどの工夫がなされている。
【0008】ところで、熱延・冷却工程での工夫だけで
なく、加熱工程を工夫して熱間圧延前のオーステナイト
結晶粒を細かくできれば熱延後の鋼板のフェライト結晶
粒を更に細かくでき、靱性改善に極めて有効である。本
発明者等は、種々の実験の結果、少なくとも1100℃
からNb(C,N)の溶体化温度以上1400℃以下の
加熱温度までの温度領域を毎時150℃以上の昇温速度
で加熱し、加熱温度での保定時間を5分以上30分以下
と限定することによってオーステナイト結晶粒の粗大化
を防止しつつ析出物を溶体化させ得ることを新たに知見
したものである。
【0009】図1は0.15%C−0.30%Si−
1.20%Mn−0.040%Nb−0.020%Al
−0.0040%N鋼の250mmスラブを加熱条件を
変えて加熱し、その温度に15分保持後、圧延を開始
し、仕上げ入り側板厚40mm、熱延仕上げ温度800
℃で板厚6mmに熱延後、圧延後の冷却速度15℃/s
ec、巻取り温度580℃で熱間圧延した鋼板の引張強
さを示す。このときのスラブを加熱条件はスラブ断面平
均の加熱温度と加熱昇温速度を変えて実験を行った。こ
れによると、引張強さは加熱温度が1100℃から12
50℃まで高くなるにつれて高くなり、1250℃以上
では殆ど変化がない。また、加熱昇温速度の影響は各加
熱温度とも殆どみられない。即ち、この鋼のNb(C,
N)の計算溶体化温度が1240℃であることから、N
b(C,N)が溶体化している1250℃以上で引張強
さは殆ど変わらないことを示しており、Nb(C,N)
の溶体化に加熱昇温速度の影響は殆どないことを示して
いる。
【0010】図2は図1と同じ条件で熱延した鋼板のシ
ャルピー試験破面遷移温度(vTrs)に及ぼす加熱温
度および加熱昇温速度の影響を示す。これによると、加
熱昇温速度を70℃/hrの場合、加熱温度が高くなる
につれて破面遷移温度は高くなり(靱性が劣化する)、
1250℃以上で引張強さが同じであるにもかかわら
ず、破面遷移温度は急激に高くなっている。これは、1
250℃以上の加熱でNb(C,N)が溶体化後、オー
ステナイト結晶粒が急激に大きくなり、圧延後も鋼板の
フェライト結晶粒が大きく、従って破面遷移温度が高く
なっている。一方、加熱昇温速度を150℃/hr以上
の場合、加熱温度1250℃までは加熱温度が高くなる
につれて破面遷移温度は高くなるが、加熱温度1250
℃から1350℃までは殆ど変わらない。これは、加熱
温度1250℃までの鋼板は引張強さが高くなるにつれ
て破面遷移温度は高くなったものであり、それより高い
温度では引張強さは変わらず、しかも急速加熱のため結
晶粒も大きくならず、従ってこの条件で加熱した鋼板の
破面遷移温度も高くならない。
【0011】図3は鋼板の破面遷移温度に及ぼす加熱昇
温速度の影響を示す。これは加熱昇温速度が150℃/
hr未満では破面遷移温度も高くならないことを示す。
これらのことは、加熱昇温速度を150℃/hr以上に
することは引張強さが高く、しかも破面遷移温度が低い
(靱性が良好な)鋼板を製造する有効な方法であること
を示している。
【0012】本発明における上記鋼成分の限定理由は次
の如くである。 C:Cは高い引張り強さを得るために最も効果的な元素
であって、この目的のために少なくとも0.05%の添
加が必要である。しかし、Cの増加と共に加工性、靱性
および溶接性が低下するので、その上限を0.20%と
限定した。 Si:Siは強化元素として有用であるが、鋼を経済的
に製造するために0.60%を上限として添加すること
とした。 Mn:Mnも強度の向上には効果的な元素であって、こ
の目的のために少なくとも0.20%の添加が必要であ
る。しかし、2.50%を越すと溶鋼製造上困難になる
ので上限を2.50%とした。
【0013】Al:Alは脱酸上0.004%以上必要
であるが、0.10%を越すと結晶粒の粗大化を来たし
強度を劣化させるので0.10%以下に限定した。 Nb:Nbは少量の添加によってCおよびNと結合して
Nb(C,N)を形成し鋼を強化するので少なくとも
0.01%を必要とする。しかし、過剰に添加してもそ
の強度向上効果は飽和するのでその上限を0.10%と
し、0.01〜0.10%の範囲に限定した。 N:Nは現状では鋼中に不可避的に含まれており、Nb
が添加されているとNb(C,N)を形成し鋼を強化す
るが、そのために特に添加する必要はない。製鋼上のN
を0.002%未満にするのは困難なので下限を0.0
02%とした。また、Nが0.008%を越えて含まれ
ると鋼板の低温靱性が低下するので、上限を0.008
%とした。
【0014】次に加熱条件の限定理由は次の如くであ
る。鋼板の靱性を改善するためには鋼板の結晶粒を細か
くすることが必要であり、加熱時のスラブのオーステナ
イト結晶粒を細かくすることにより、鋼板のフェライト
結晶粒も細かくできる。スラブのオーステナイト結晶粒
径は、保持される温度と時間および結晶粒の成長をとめ
る析出物の有無に影響される。したがって、加熱時の昇
温速度は保持される温度と時間に影響し、昇温速度15
0℃/hr未満では加熱後スラブのオーステナイト結晶
粒が大きくなり、その結果、鋼板のフェライト結晶粒も
大きくなり靱性が劣化する。そのため、昇温速度150
℃/hr以上に限定した。また、昇温速度150℃/h
r以上にする加熱温度範囲を1100℃以上と限定した
のはそれ以下の温度では、昇温速度が低くても結晶粒の
成長が比較的少ないためである。
【0015】加熱温度をNb(C,N)の溶体化温度以
上としたのは、スラブの鋳造時の徐冷により析出した粗
大なNb(C,N)を溶体化して熱延後の冷却時に微細
析出させ鋼板の強度を得るためであり、上限を1400
℃としたのは、それを超える温度では表面スケールの溶
融がおこり鋼板の表面性状を劣化させるためである。加
熱温度での保定時間を5分以上30分以下としたのは、
5分未満ではNb(C,N)の溶体化が不十分であり、
30分超では保定時間中にオーステナイト結晶粒が大き
くなってしまうためである。なお、本発明におけるスラ
ブの加熱昇温速度を150℃/hr以上に速くする加熱
方法には、誘導加熱を使う方法、直接通電による方法等
あるが、とくに限定するものではない。また、1100
℃までの温度域は燃料加熱による炉加熱を行い、それよ
り高い温度のみを誘導加熱または直接通電による方法を
利用しても良い。また、鋼板の製造方法として、ホット
ストリップミルで製造しても、仕上げ圧延もリバース圧
延が行われる厚板圧延機を用いるいずれの方法でも良
い。
【0016】
【実施例】表1に示される化学成分を持った鋼を転炉で
溶製し、連続鋳造により厚み250mmの鋳片とした。
化学成分についてみると、A,B鋼はNb添加鋼で本発
明の成分条件を満足するものである。表2にスラブの加
熱条件とホットストリップミルで熱延した鋼板の材質試
験結果を示す。加熱方法としては、加熱法I:1100
℃までガス加熱で1100℃以上を誘導加熱で150℃
/hrの昇温速度を行う方法、加熱法II:室温から目的
の温度まで誘導加熱で150℃/hrの昇温速度を行う
方法、加熱法 III:室温から目的の温度までガス加熱で
1100℃以上では70℃/hrの昇温速度を行う方法
の3つを比較した。熱延条件は熱延仕上げ温度を850
℃とし、巻取り温度をNb添加鋼は580℃とし、同一
鋼種では熱延条件が同じで加熱条件だけ違うようにし
た。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】これによると、鋼板A−1,A−2,A−
3,A−4,A−5,A−6は鋼種Aを用いた本発明の
製造条件を満足するものである。しかし、鋼板A−7は
鋼種Aを用いているが加熱時の保持時間が短く、Nb
(C,N)の溶体化が不十分で目的の強度を得ていな
い。鋼板A−8は鋼種Aを用いているが昇温速度が70
℃/hrと遅く、鋼板A−1に比べてvTrsが高い比
較例である。鋼板A−9は鋼種Aを用いているが昇温速
度が150℃/hrの昇温速度で加熱したが、加熱温度
での保定時間が鋼板A−1に比べて40分と長く、従っ
てvTrsが高い比較例である。鋼板B−1は鋼種Bを
用いた本発明の製造条件を満足するものである。しか
し、鋼板B−2は昇温速度が70℃/hrと遅く、鋼板
B−1に比べてvTrsが高い比較例である。
【0020】
【発明の効果】以上説明したような、本発明によるとき
は同じ鋼種および同一熱延条件でも強度および靱性の優
れた熱延鋼板の製造が可能になり工業的にその効果は大
きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】0.15%C−0.30%Si−1.20%M
n−0.040%Nb−0.020%Al−0.004
0%N鋼を用いた鋼板の引張強さに及ぼす加熱温度およ
び加熱昇温速度の影響を示した図、
【図2】シャルピー試験破面遷移温度(vTrs)に及
ぼす加熱温度および加熱昇温速度の影響を示した図、
【図3】シャルピー試験破面遷移温度(vTrs)に及
ぼす加熱昇温速度の影響を示した図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C22C 38/12 C22C 38/12 (56)参考文献 特開 平10−46258(JP,A) 特開 平6−271932(JP,A) 特開 昭57−79116(JP,A) 特公 平7−35540(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/02 - 8/04 C21D 9/46 - 9/48 C21D 6/00,9/00 C22C 38/00 - 38/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C :0.05〜0.20% Si:≦0.60% Mn:0.20〜2.50% Al:0.004〜0.10% Nb:0.01〜0.10% N :0.002〜0.008% 残部Feおよび不可避不純物からなる連続鋳造スラブを
    加熱するに際して、少なくとも1100℃からNb
    (C,N)の溶体化温度以上1400℃以下の加熱温度
    までの温度領域を毎時150℃以上の昇温速度で加熱
    し、加熱温度での保定時間を5分以上30分以内とし、
    その後熱間圧延することを特徴とする高強度熱延鋼板の
    製造方法。
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