JP3546963B2

JP3546963B2 - 加工性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3546963B2
Application number: JP08642093A
Authority: JP
Inventors: 昭史平松; 誠秋月; 利郎山田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JPH06299236A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車用足廻り部品等として使用され、延性及び伸びフランジ性に優れ、４４０Ｎ／ｍｍ^２を超える引張り強さを呈する高強度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。
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、従来のようなベーナイト，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することなく、材質安定性に優れ、延性，伸びフランジ性等の加工性が良好で、引張り強さ４４０Ｎ／ｍｍ^２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。
【０００５】
【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：０．３〜０．８重量％，Ｍｎ：１．０〜２．０重量％及びＮｂ：０．０１〜０．０３重量％を含み、残部が実質的にＦｅからなる鋼スラブであって、Ｐ及びＳがそれぞれＰ：０．０２重量％以下及びＳ：０．００５重量％以下に規制され、且つ６００℃までの平均冷却速度をＣ_Ｖ（℃／秒）とし、巻取り温度（℃）をＣ_Ｔとするとき、３２×Ｃ％＋２．１×Ｍｎ％−０．９×Ｓｉ％＋１１５／Ｃ_Ｖ＋Ｃ_Ｔ／１９５≦９．５が満足する組成に調整された鋼スラブを素材とし、温度範囲１０００〜８５０℃の仕上げ圧延温度で熱間圧延した後、６００℃までは４０℃／秒以上，６００℃以下は３０℃／秒以下の平均冷却速度で冷却し、温度範囲４００〜５５０℃で巻き取ることを特徴とする。使用する鋼スラブは、更にＴｉ：０．０１〜０．０５重量％を含むこともできる。
【０００６】
【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。
【０００７】
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鋼組成との関連で制御することによって形成される。
また、Ｘ値（＝３２×Ｃ％＋２．１×Ｍｎ％−０．９×Ｓｉ％＋１１５／Ｃ_Ｖ＋Ｃ_Ｔ／１９５）は、孔広げ率λとの関係で図１に示すように、９．５以下に維持することによって孔広げ性を向上させる。これは、Ｘ≦９．５とするとき、板厚中心部におけるパーライトバンドの生成が抑制されることに由来する。
【０００８】
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／ｍｍ^２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、０．０２〜０．０８重量％の範囲にＣ含有量を定めた。
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、０．８重量％を超えるＳｉ含有量では、熱延板の表面性状が劣化する。したがって、本発明においては、０．３〜０．８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。
【０００９】
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。
【００１０】
Ｐ：固溶強化元素であり、強度の向上に有効に寄与する。しかし、鋼スラブ内で中心偏析を助長し、バンドストラクチャーを形成するため、伸びフランジ性を低下させる。したがって、本発明においては、Ｐ含有量の上限を０．０２重量％に規定した。
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。
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
熱延条件及び熱延後の冷却条件は、パーライトバンドを抑制するために素材の組成との関連で制御される。すなわち、６００℃までの平均冷却速度をＣ_Ｖ（℃／秒），巻取り温度をＣ_Ｔ（℃）とするとき、Ｘ＝３２×Ｃ％＋２．１×Ｍｎ％−０．９×Ｓｉ％＋１１５／Ｃ_Ｖ＋Ｃ_Ｔ／１９５で定義されるＸ値を９．５以下にする。Ｘ値は、本発明者等による多数の実験結果から得られたパーライトバンド抑制指標である。Ｘ≦９．５のとき、パーライトバンドが効果的に抑制され、得られた鋼板の良好な穴広げ性が確保される。
【００１４】
【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グループの鋼は、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グループの鋼は、本発明で規定した範囲を外れる鋼である。
【表１】

【００１５】
各種鋼を表２に示す熱延条件下で、板厚３ｍｍの熱延板に熱間圧延した。
熱延板から試験片を切り出し、ＪＩＳ５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ｄ_０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％［＝（ｄ_１ −ｄ_０）／ｄ_０ ×１００］を測定する孔広げ試験により、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】

【００１６】
試験結果を示す表２から明らかなように、Ｂグループの比較例は、材料強度，延性，孔広げ性の何れかが劣っていた。この傾向は、成分的には本発明で規定する要件を満足するものの、Ｘ値が９．５を超える条件下で熱延した試験番号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λが９８％及び１０２％と低い値を示している。
これに対し、Ａグループの試験片に本発明に従った条件下の熱延を施したとき、優れた延性及び伸びフランジ性が示されている。しかも、引張り強さが最低でも５１６Ｎ／ｍｍ^２となり、十分な強度をもった材料が得られている。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。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、鋼成分に関連付け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、４４０Ｎ／ｍｍ^２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。
【図面の簡単な説明】
【図１】孔広げ率λに及ぼすＸ値の影響を表したグラフ

Claims

Ｃ：０．０２〜０．０８重量％，Ｓｉ：０．３〜０．８重量％，Ｍｎ：１．０〜２．０重量％及びＮｂ：０．０１〜０．０３重量％を含み、残部が実質的にＦｅからなる鋼スラブであって、Ｐ及びＳがそれぞれＰ：０．０２重量％以下及びＳ：０．００５重量％以下に規制され、且つ６００℃までの平均冷却速度をＣ_Ｖ（℃／秒）とし、巻取り温度（℃）をＣ_Ｔとするとき、３２×Ｃ％＋２．１×Ｍｎ％−０．９×Ｓｉ％＋１１５／Ｃ_Ｖ＋Ｃ_Ｔ／１９５≦９．５が満足する組成に調整された鋼スラブを素材とし、温度範囲１０００〜８５０℃の仕上げ圧延温度で熱間圧延した後、６００℃までは４０℃／秒以上，６００℃以下は３０℃／秒以下の平均冷却速度で冷却し、温度範囲４００〜５５０℃で巻き取ることを特徴とする加工性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
請求項１記載の鋼スラブとして更にＴｉ：０．０１〜０．０５重量％を含むものを使用する加工性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。