JP3338502B2 - 加工性及び表面性状に優れた高強度熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

加工性及び表面性状に優れた高強度熱延鋼板の製造方法

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JP3338502B2 JP07179893A JP7179893A JP3338502B2 JP 3338502 B2 JP3338502 B2 JP 3338502B2 JP 07179893 A JP07179893 A JP 07179893A JP 7179893 A JP7179893 A JP 7179893A JP 3338502 B2 JP3338502 B2 JP 3338502B2
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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、440N/mm2 を超
える引張り強さをもち、延性及び伸びフランジ性が要求
される自動車足廻り部品等の部品として好適な熱延鋼板
を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、燃費の向上を図るために車体を軽
量化する研究・開発が行われており、鉄鋼材料に関して
も従来からの製品と同等のプレス成形性をもち且つ優れ
た強度を呈する材料が要求されている。この要求に応え
る材料として、フェライト+マルテンサイト組織をもつ
デュアルフェイス鋼板や残留オーステナイトを利用した
高強度鋼板が提案されている。デュアルフェイス鋼板と
しては、たとえば特公昭57−42127号公報,特公
昭61−10009号公報,特公昭61−11291号
公報,特開昭57−143433号公報等で紹介されて
いる。残留オーステナイトを利用した高強度鋼板につい
ても、多くの研究が報告されており、強度−延性バラン
スの優れた鋼材を得る方法が種々提案されている(特開
昭62−196336号公報,特開昭63−4017号
公報,特開平1−79345号公報等参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のデュアルフェイ
ス鋼板では、低温変態相のマルテンサイトを利用してい
ることから、溶接を行ったときに熱影響部の軟質化が避
けられない。また、軟質のフェライトと硬質のマルテン
サイトが混在した組織となっているため、伸びフランジ
加工すると、相界面に応力が集中して割れの起点とな
り、加工された製品に亀裂・破断等の欠陥が発生し易
い。すなわち、デュアルフェイス鋼板は伸びフランジ性
が劣る材料であり、目的形状をもった製品を高い歩留り
で製造できない現状にある。
【0004】他方、残留オーステナイトを利用した高強
度鋼板で所望の残留オーステナイトを得るためには、圧
延後の冷却条件,巻取り温度等の厳格な制御が必要とさ
れる。そのため、鋼板製造工程が面倒なものとなり、熱
間圧延ラインでの製造安定性や材質安定性等において多
くの問題が未解決のままである。しかも、デュアルフェ
イス鋼板及び残留オーステナイトを利用した高強度鋼板
の何れにおいても、比較的多量のSiを含有している。
そのため、表面肌の劣化が避けられず、足廻り部品等の
製品としての外観が悪く、商品価値を低下させる。
【0005】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、合金設計及び熱延条件の管理によ
って、微細なフェライトマトリックスにパーライト又は
セメンタイトが微細に分散した組織を作り込み、延性,
伸びフランジ性等の加工性及び表面性状に優れ、引張り
強さ440N/mm2 以上の高強度熱延鋼板を安定して
製造することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の高強度熱延鋼板
製造方法は、その目的を達成するため、C:0.02〜
0.08重量%,Si:0.3〜1.5重量%,Mn:
1.0〜2.0重量%,P:0.02〜0.10重量
%,Nb:0.01〜0.03重量%,S:0.005
重量%以下を含み、残部が実質的にFeからなる鋼鋳片
に仕上げ圧延温度1000〜850℃の熱間圧延を施し
た後、600℃までは40℃/秒以上で、600℃以下
は30℃/秒以下の平均冷却速度で冷却し、400〜5
50℃の温度範囲で巻き取ることを特徴とする。鋼鋳片
は、必要に応じTi:0.01〜0.05重量%を含む
こともできる。
【0007】
【作用】本発明においては、ベーナイトやマルテンサイ
ト等の低温変態相や残留オーステナイトを利用せず、微
細なフェライト+微細に分散したパーライト又はセメン
タイト組織にすることを狙った合金設計及び製造条件を
採用している。なお、本発明でいうフェライトとは、ポ
リゴナルフェライトやアシキュラーフェライトを含む。
本発明に従って製造された熱延鋼板は、微細なフェライ
トマトリックスにパーライト又はセメンタイトが微細に
分散した組織をもっており、熱延条件の厳格な制御を必
要とすることなく安定して製造される。この組織におい
ては、ベーナイトやマルテンサイトに比べて比較的軟質
なパーライトを微細に分散させることによって伸びフラ
ンジ性を向上させている。
【0008】微細なフェライトマトリックスにパーライ
ト又はセメンタイトが微細に分散した組織は、マトリッ
クスに粒径の小さいフェライトを分散させ、その結果フ
ェライト変態後に生じるパーライト又はセメンタイトを
微細で且つ分散させた組織である。なかでも、パーライ
トは、バンド状に連続的に生成することなく分散状態に
あるので、良好な伸びフランジ性を呈する鋼材が得られ
る。このような組織は、合金の成分設計、特に微細フェ
ライトの生成に有効なNbの含有量を規定し、且つ熱延
後の冷却及び巻取りを所定温度条件の下で行うことによ
って形成される。また、所定量のPを添加することによ
り、表面肌も良好なものとなる。
【0009】以下、本発明で規定した合金成分及び製造
条件について説明する。 C: 強度を確保するための有効な合金元素であり、引
張り強さ440N/mm2 以上の目標強度を得る上で
0.02重量%以上が必要である。しかし、0.08重
量%を超える多量のCを含有すると、鋼材の成形性が著
しく劣化する。したがって、本発明においては、0.0
2〜0.08重量%の範囲にC含有量を定めた。
【0010】Si: 固溶強化によって強度を向上させ
ると共に、延性,伸びフランジ性を向上させる合金元素
である。Siによる性質改善は、含有量が0.3重量%
以上で顕著になる。しかし、1.5重量%を超えるSi
含有量では、熱延板の表面性状が著しく劣化する。した
がって、本発明においては、0.3〜1.5重量%の範
囲にSi含有量を設定した。 Mn: 固溶強化によって鋼の強度を向上させる合金元
素であり、1.0重量%以上の添加が必要とされる。し
かし、2.0重量%を超えて多量のMnを含くませる
と、スラブ内で中心偏析が助長され、バンドストラクチ
ャーが形成される。その結果、板材の伸びフランジ性が
劣化する。また、溶接性も低下する。したがって、本発
明においては、1.0〜2.0重量%の範囲にMn含有
量を設定した。
【0011】P: 固溶強化元素であり、強度の向上に
有効に寄与する。また、Siによる弊害も、Pの複合添
加によって抑制できる。すなわち、0.3重量%を超え
るSiが含有される鋼においては、熱間圧延時にデスケ
ール性を低下させるファイアライトが生成し、表面肌が
劣化し易い。このようなSiを含む鋼に0.02重量%
以上のPを添加するとき、その原因は明確でないもの
の、Siに起因した悪影響が解消される。しかし、多量
のPを添加すると、靭性の劣化や中心偏析等が助長され
る。たとえば、P含有量が0.10重量%を超えると、
スラブにおける中心偏析が助長され、バンド状のパーラ
イトが鋼板の板厚方向中心部に生じ易くなる。バンド状
のパーライトは、割れ発生の起点となり、結果として伸
びフランジ性が劣化する。したがって、本発明において
は、0.02〜0.10重量%の範囲にP含有量を設定
した。
【0012】Nb: 析出強化元素として働き、強度の
向上に有効な合金元素である。また、圧延中においてオ
ーステナイトの再結晶を抑制し、フェライト粒を微細化
すると共に、延性,伸びフランジ性の向上に有効なポリ
ゴナルフェライトの生成を容易にする。これらの効果を
確保するためには、0.01重量%以上のNb含有が必
要である。しかし、0.03重量%を超える多量のNb
が含有されると、析出強化に起因して強度が過度に上昇
し、延性が著しく低下する。したがって、本発明におい
ては、0.01〜0.03重量%の範囲にNb含有量を
定めた。 S: MnSを形成し、伸びフランジ性を著しく劣化さ
せる有害元素である。そのため、本発明においてはS含
有量を0.005重量%以下,好ましくは0.003重
量%以下に規制した。
【0013】Ti: 本発明の鋼材において、必要に応
じて添加される合金元素である。Tiは、Sと化合して
TiSを形成し、伸びフランジ性を劣化させるMnSの
生成を抑制する。この点で、0.01重量%以上のTi
添加は、伸びフランジ性の向上に極めて有効である。し
かしながら、Ti添加による性質改善は0.05重量%
で飽和し、それ以上含有させても逆に鋼製造時における
経済性を損なう。したがって、Tiを含有させるとき、
その含有量を0.01〜0.05重量%の範囲に定め
る。
【0014】仕上げ圧延温度: 熱間圧延は、仕上げ圧
延温度が1000〜850℃の温度範囲となるように行
われる。1000℃を超える仕上げ圧延温度では、熱延
中にオーステナイトの再結晶が進行し、冷却後に安定し
てフェライトが得難くなる。その結果、得られた熱延板
の延性が劣化する。逆に、850℃を下回る仕上げ圧延
温度では、本発明のようにNbを含有する鋼の場合、未
再結晶状態で圧延が行われるために変形抵抗が増大し、
通板性が著しく劣化する。また、板厚精度の悪化や電力
原単位の増大も引き起こす。したがって、熱間圧延の仕
上げ圧延温度を、1000〜850℃の温度範囲に設定
した。
【0015】冷却速度: 仕上げ圧延後の冷却は、目標
とする微細なフェライト+パーライト又はセメンタイト
の組織を熱延板に作り込む上で重要な製造条件である。
仕上げ圧延後から600℃までの温度領域では、フェラ
イト及びパーライトの変態を抑制しながら、伸びフラン
ジ性に有害なパーライトを微細化し分散させる。そのた
め、この温度領域は、40℃/秒以上の冷却速度で冷却
することが必要となる。他方、600℃以下の温度領域
においては、ベーナイト変態を抑制しながら微細なフェ
ライトを生成させる上で、冷却速度を30℃/秒以下に
することが必要である。
【0016】巻取り温度: 本発明者等は、多数の実験
から、粗大なパーライトの生成を抑制する条件下でフェ
ライトを十分に微細化するために、熱延板の巻取り温度
を550℃以下にすることが必要であることを見い出し
た。しかし、400℃を下回る巻取り温度では、ベーナ
イトが生成し易くなり、延性の劣化を引き起こす。そこ
で、本発明においては、550〜400℃の巻取り温度
を採用した。
【0017】
【実施例】成分を表1に示す各種鋼を溶製した。表1に
おけるA系列の鋼は、本発明で規定した成分に関する要
件を満足する鋼である。他方、B系列の鋼は、本発明で
規定した範囲を外れる鋼である。
【表1】
【0018】各種鋼を表2に示す熱延条件下で、板厚3
mmの熱延板に熱間圧延した。熱延板から試験片を切り
出し、JIS 5号引張り試験機で強度試験を行った。
また、試験片に直径10mmの初期孔径d0 で打抜き孔
を穿設し、頂角60度の円錐ポンチで打抜き孔を孔径d
1 に押し広げ、試験片に亀裂や破断が生じない限界孔広
げ率λ%[=(d1 −d0 )/d0 ×100]を測定す
る孔広げ試験によって、伸びフランジ性を調査した。調
査結果を、製造条件と併せて表2に示す。
【表2】
【0019】試験結果を示す表2から明らかなように、
試験番号15〜17の比較例は、材料強度,延性,孔広
げ性,表面肌の何れかが劣っていた。この傾向は、成分
的に本発明で規定する要件を満足する試験番号13及び
14の試験片においてもみられた。特に、試験番号13
及び14の試験片では、孔広げ率が97%及び67%と
低い値を示している。これに対し、成分及び製造条件の
両者共に本発明で規定する要件を満足する試験番号1〜
12の試験片では、優れた延性,伸びフランジ性及び表
面肌が示されている。このように合金設計及び製造条件
を特定条件下で組み合わせるとき、優れた特性をもつ高
強度熱延鋼板が安定して得られることが判った。
【0020】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、合金設計に併せて熱延条件を特定することにより、
微細なフェライト+パーライト又はセメンタイトの組織
をもつ熱延板を安定して製造している。この熱延板は、
延性及び伸びフランジ性に優れていると共に、良好な表
面肌を呈し、440N/mm2 以上の引張り強さをもっ
ている。そのため、軽量化を図った自動車用部品を始め
として、種々の分野で軽量高強度材料として使用され
る。また、優れた外観をもっていることから、高級感の
ある製品として取り扱われる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 肥後 裕一 東京都千代田区丸の内三丁目4番1号 日新製鋼株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−264139(JP,A) 特開 平4−88125(JP,A) 特開 平4−2717(JP,A) 特開 平1−312032(JP,A) 特開 昭63−24014(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/02 - 8/04 C21D 9/46 - 9/48 C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.02〜0.08重量%,Si:
    0.3〜1.5重量%,Mn:1.0〜2.0重量%,
    P:0.02〜0.10重量%,Nb:0.01〜0.
    03重量%,S:0.005重量%以下を含み、残部が
    実質的にFeからなる鋼鋳片に仕上げ圧延温度1000
    〜850℃の熱間圧延を施した後、600℃までは40
    ℃/秒以上で、600℃以下は30℃/秒以下の平均冷
    却速度で冷却し、400〜550℃の温度範囲で巻き取
    ることを特徴とする加工性及び表面性状に優れた高強度
    熱延鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 C:0.02〜0.08重量%,Si:
    0.3〜1.5重量%,Mn:1.0〜2.0重量%,
    P:0.02〜0.10重量%,Nb:0.01〜0.
    03重量%,S:0.005重量%以下,Ti:0.0
    1〜0.05重量%を含み、残部が実質的にFeからな
    る鋼鋳片に仕上げ圧延温度1000〜850℃の熱間圧
    延を施した後、600℃までは40℃/秒以上で、60
    0℃以下は30℃/秒以下の平均冷却速度で冷却し、4
    00〜550℃の温度範囲で巻き取ることを特徴とする
    加工性及び表面性状に優れた高強度熱延鋼板の製造方
    法。
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