JP3793253B2 - 加工性に優れた熱延鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工性に優れた熱延鋼板を低コストで製造する方法に関わり、その用途は、自動車、家電、建材、容器等である。また、これを冷間圧延用の素材として用いることも可能である。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動者用鋼板に代表される加工用鋼板の分野においては、素材費削減の観点から、従来より用いられてきた冷延鋼板に代わって、薄手熱延鋼板の需要が増加しつつする。しかしながら、このような薄手熱延鋼板においては、圧延時の冷却が著しく速く進行するため、仕上げ温度がAr3 変態点(以下、Ar3 点)を大きく下回ることが多く、伸びの劣化、材質特性の異方性、操業の不安定性等の問題の原因となっていた。
【0003】
このような問題を改善すべく、Ar3 点を低下させる目的でBを添加した熱延鋼板が開発されている。特開昭63−76822号公報は、その代表的な技術で、極低炭素鋼あるいは、低炭素鋼に0.0015〜0.0045%のBを添加し、仕上げ温度をAr3 点以上とすることにより、優れた加工性を有する熱延鋼板を得るものである。
【0004】
また、特開昭63−216925号公報、特開昭63−143224号公報、特開昭63−143225号公報には、Bの効果を助長する技術として、TiやNbを添加する方法や熱延加熱温度を限定する方法についての開示がある。さらに、特開平2−104614号公報には、B添加鋼における材質の異方性を改善するために、仕上げ圧延の最終スタンドでの圧下率を規定する技術が開示されている。
【0005】
このようにBはAr3 点を低下させるため、熱延の仕上げ温度をAr3 点以上とすることにより、板厚方向に均一な組織を得ることが可能となる。しかしながら、Bの効果は、熱間圧延の最終仕上げ条件のみならず、圧延途中の製造条件によって大きく変化することが新たに明らかとなった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の薄手熱延鋼板においては、板厚が薄いために冷却が速く進行し、熱延仕上げ温度がAr3 点を大きく下回り、加工性の劣化を招いたり、操業を不安定にする要因となっていた。
本発明の目的は、BによるAr3 点の低下量を従来よりも大きくさせることにより、加工性に優れた薄手熱延鋼板を安定して得るための製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明による加工性に優れた熱延鋼板の製造方法は以下の通りである。
(1)質量%で、C=0.01〜0.15%、Mn=0.03〜2.0%、Si≦0.5%、Al=0.003〜0.2%、P≦0.10%、S≦0.02%、N≦0.007%、B=0.0015超〜0.01%を満たす範囲で含有し、残部は鉄および不可避的不純物よりなるスラブの熱間圧延に際し、X段からなる仕上げ熱延機の(X−4)段目および (X−3)段目の圧延を、840℃以上940℃未満の温度範囲で、かつそこでの圧下率で合計で60%以上とし、(X−2)と(X−1)段目の圧下率を合計で45%以下とし、最終仕上げ圧延温度を(Ar3 点−20℃)以上、かつ、750〜820℃とし、板厚を0.8〜1.4mmとすることを特徴とする加工性に優れた熱延鋼板の製造方法。
【0008】
(2)さらに質量%で、Ti=0.003〜0.05%、Nb=0.003〜0.05%のうち1種または2種を含有することを特徴とする上記(1)記載の加工性に優れた熱延鋼板の製造方法。
(3)粗圧延した粗バーをコイル状に巻取った後、巻戻し、巻終わり端より連続的に仕上げ熱延を行うことを特徴とする上記(1)または(2)記載の加工性に優れた熱延鋼板の製造方法。
【0009】
(4)粗圧延した粗バーをコイル状に巻取った後、巻戻し、その巻終わり端と先行する粗バーの末端とを接合し、連続的に仕上げ熱延を行うことを特徴とする上記(1)または(2)記載の加工性に優れた熱延鋼板の製造方法。
【0010】
本発明における熱延鋼板の製造方法は、C量,B量、さらに仕上げ熱延中の圧下配分を限定することにより、Ar3 点を効率的に低下させることにより加工性に優れた熱延鋼板を製造するものである。以下に本発明における限定理由を述べる。
【0011】
まず化学成分の限定理由について述べる。
Cは、本発明において最も重要な元素の1つである。Cは、単独またはBとの複合添加によって、Ar3 点を低下させる効果を有する。したがって、0.01%以上添加する。0.01%未満の添加では、Ar3 点を低下させる効果が顕著でなく、また、脱炭コストの上昇を招く。一方、Cが0.15%を超えると加工性や時効性の劣化を招くので、これを上限とする。Ar3 点を低下させ、優れた加工性を確保するために好ましいCの範囲は、0.02超〜0.08%未満である。
【0012】
Siは、その量の増加にともなって降伏強度が上昇し、伸びが低下し、Ar3 点を上昇させ、表面スケール起因の疵を誘発し、さらにメッキ性を損なうので0.5%以下とする。さらに優れた表面性状を確保し、Ar3 点を高くせず、優れた延性を得るための好ましい範囲は0.05%以下である。
【0013】
Mnは、Ar3 点を低下させるのに有効な元素であるので、積極的に添加してもよい。ただし、2.0%を超えると合金コストが著しく上昇し、伸びやメッキ性の劣化を招くのでこれを上限とする。また、0.03%未満では、固溶Sに基づく熱間脆化を誘発し、また製鋼コストを上昇させるので、これを下限とする。特にAr3 点を著しく低下させたり、強度を高める必要がない場合には、0.10超〜0.70%未満が好ましい範囲である。
【0014】
Pは、偏析の激しい元素であるため、0.10%超では熱間割れの原因となり、2次加工性も著しく阻害される。さらに、Ar3 点も上昇してしまう。また、溶融亜鉛メッキの合金化速度が著しく遅滞化されるため0.10%以下とする。したがって、特に強度を上昇させる必要のない場合には、0.03%以下が適正な範囲である。
【0015】
Sは、その添加量を0.02%以下とする。S量が0.02%超では、熱間割れが生じ易くなる。優れた延性を確保し、また、MnがAr3 点を低下させる効果を助長するためのSの好ましい範囲は0.010%以下である。
【0016】
Alは、少なくとも0.003%を添加する。Alが0.003%未満では、NがAlN以外にBNを形成してしまい、Bの効果が低下する。しかし、0.2%を超えるとコストアップとなるばかりか介在物の増加を招き、加工性を劣化させる。Bの効果をさらに顕著にするための好ましい範囲は0.01〜0.1%である。
【0017】
Nは、その増加とともにAl等の窒化物形成元素を増量しなければならずコスト高となるし、BNとして析出するB量が増加し、Ar3 点を低下させるのに有効な固溶B量が減ってしまうので少ないほど望ましい。したがって、0.007%以下とする。Bの低Ar3 化効果を助長するためには、Nは0.0025%未満とするのが好ましい。
【0018】
Bは、本発明において最も重要な元素の1つである。Bは、Cとの複合添加によって、Ar3 点を顕著に低下させる効果を有する。したがって、0.0015%超添加する。0.0015%以下の添加では、Ar3 点を低下させる効果が顕著でなく、Ar3 点を830℃以下とすることが困難となる。一方、Bが0.01%を超えると加工性の劣化を招くので、これを上限とする。Ar3 点を充分に低減させ、優れた加工性を確保するために好ましいBの範囲は、0.0020超〜0.0050%未満である。
【0019】
さらに、BとCは、B(%)×C(%)が、4×10-5以上となるように添加することが望ましい。すなわち、BやCは、いずれもAr3 点を低下させる元素であるが、両者が複合添加されてより顕著な効果を発現するからである。B(%)×C(%)>8×10-4がさらに好ましい範囲である。
【0020】
Ti,Nbは、0.003〜0.05%の範囲で添加してもよい。Ti,Nbはそれ自身がAr3 点を低下させる効果を有する他、Nを化合物として固定する効果を有し、BNとして析出するB量を減少させることを通じてAr3 点を低下させる。0.003%未満の添加では、Ar3 点を低下させる効果が充分ではなく、0.05%超添加しても大きな効果はなく、微細析出物が増加し、加工性を劣化させたり、コストアップを招くのでこれを上限とする。Bの低Ar3 化効果を発現させ、優れた加工性を得るためには0.005超〜0.025%未満がより好ましい範囲である。
さらに、Ar3 点を低下させる元素である、Cr,Ni,Cu,V,Mo,Zr,Wを1種類以上合計で1%以下添加してもよい。
【0021】
上記成分を得るための原料は特に限定しないが、鉄鉱石を原料として、高炉転炉法により成分を調製する方法以外にスクラップを原料としてもよいし、これを電気炉で溶製してもよい。スクラップを原料の全部または一部として使用する際には、Cu,Cr,Ni,Sn,Sb,Zn,Pb,Mo等のトランプエレメントを含有してもよい。
【0022】
次に製造プロセスに関する限定理由を述べる。
熱間圧延に供するスラブは、特に限定するものではない。すなわち、鋳型鋳造鋳塊、連続鋳造スラブや薄スラブキャスターで製造したものなどであればよい。また、鋳造後に直ちに熱間圧延を行う、連続鋳造−直接圧延(CC−DR)のようなプロセスにも適合する。
【0023】
熱間圧延における加熱温度は、1000〜1350℃の範囲で、仕上げ熱延温度をAr3 点以上とするために必要な温度とすればよい。固溶Bを確保する観点で、加熱温度は1200℃超とすることが好ましい。
【0024】
熱間圧延の粗圧延終了後には、一度巻取ってもよい。このときの巻取り条件は特に限定するものではないが、曲率半径が2.0m以下、1100℃以下950℃以上の温度で0.5秒以上保持するのがよい。これによってAlN、さらにはTi,Nbを添加する際にはTiN,NbN等が析出、粗大化するため、BNの形成が抑制され、かつ材質も良好になる。
【0025】
巻取り後は、加熱炉内で積極的に加熱してもよいし、ボックス内で加熱を行わずに保温してもよいし、単に大気中で巻取ってもよい。加熱炉や保温ボックスを用いる際には雰囲気をアルゴンガス、窒素ガス、水素ガス等あるいはこれらの混合ガス等の不活性雰囲気とすることも、優れた表面特性や板厚精度を確保する観点で好ましい。このように粗バーを巻取った場合には、再度巻戻し、巻戻し端より仕上げ圧延機に装入する。
【0026】
粗バーの巻取り、巻戻し後には、その先端部と先行する粗バーの後端部とを接合して、連続的に仕上げ熱延を行ってもよい。これによって、端部材質の劣化によって生ずる歩留まりの低下を防止することができる。さらに、本発明の特徴である仕上げ中段の大圧下、後段の軽圧下という条件のときには、特に連続熱延を行うことで板厚精度や操業安定性が向上する。粗バーの接合方法は特に限定されるものではないが、レーザー溶接、アーク溶接、フラッシュバット溶接、圧接等で行うのが好ましい。
【0027】
熱間圧延における仕上げ圧延の条件は、本発明において特に重要である。まず、X段(通常、Xは6または7)からなる仕上げ圧延において、(X−4)および(X−3)段目を840℃以上940℃未満の温度域にて圧下率を合計で60%以上とし、(X−2)と(X−1)段目の圧下率を合計で45%以下とすることが必要である。
【0028】
ここで合計の圧下率R(%)とは、(X−4)段手前の板厚t1(mm)、(X−3)段直後の板厚t2(mm)とすると、R(%)=(t1−t2)/t1×100または、(X−4)段目の圧下率r1(%)、(X−3)段目の圧下率r2(%)としたとき、R(%)={1−(1−r1/100)(1−r2/100)}×100と定義される。
【0029】
(X−4)および(X−3)段での圧下率を大きくすることによりγの再結晶を促進させ、かつ結晶粒成長を促すことにより、変態の核生成サイトである結晶粒界面積が減じ、同時に結晶粒界のB濃度が高くなることでAr3 点が顕著に低下すると思われる。圧下率が合計で60%未満ではこの効果が顕著ではない。
【0030】
さらに、(X−4)段と(X−3)段の合計圧下率が一定の場合には、前段側、すなわち、(X−4)段での圧下を高くする方がよい。これは前段側すなわち所定の範囲内でより高温側で大圧下する方が再結晶、粒成長の促進に有利であるためと思われる。(X−4)段目の加工は45%以上とすることが望ましい。また、(X−4)と(X−3)段の圧延は840℃以上940℃未満の温度域で行う。
【0031】
この温度が840℃未満では、γの再結晶、粒成長が進行し難く、Ar3 点が充分に低下せず、仕上げ圧延途中でAr3 点を大きく下回ってしまうため、優れた材質が確保できず、また、操業も不安定となる。一方、(X−4)と(X−3)段の温度が940℃以上となると、動的回復により再結晶、粒成長が起こり難くなる。γの再結晶、粒成長を促進するためには、860℃以上930℃未満がさらに好ましい範囲である。
【0032】
仕上げ後段では温度が低いため、大圧下しても再結晶、粒成長が充分に進まなかったり、再結晶しても結晶粒径が著しく微細となりむしろAr3 点が高くなってしまう。したがって、(X−2)段および(X−1)段の合計の圧下率を45%以下の軽圧下とするのがよい。このような仕上げ後段の軽圧下は、仕上げ中段で形成された再結晶組織の粒成長を促す作用を有する他に、操業の安定性にも効果がある。仕上げ中段で形成された組織の微細化を抑制するためには35%以下とするのがより効果的である。
【0033】
仕上げ熱延中の880℃以下での冷却速度は、30℃/s超とするのが好ましい。30℃/s以下では、たとえC量とB量が適当であっても、Ar3 点が充分に低下せず、圧延中にAr3 点を下回ったり、製品板の結晶粒径が著しく微細になったりすることがある。Ar3 点をより効果的に低下させるためには、冷却速度を40℃/s以上とすることが好ましい。冷却速度の上限は操業の安定性や鋼板の加工性の観点から100℃/s程度までとするのがよい。
【0034】
最終仕上げ圧延温度は、(Ar3 点−20℃)以上とする。(Ar3 点−20℃)未満では、表層に粗大粒が形成されて材質が劣化したり、加工時に肌荒れが生じたり、また、操業が不安定になったりする。また、材質(伸び、r値等)の異方性も大きくなる。これらの観点で、Ar3 点以上とするのがさらに望ましい。
【0035】
仕上げ熱延後の冷却速度は、特に限定するものではないが、材質上は、なるべく徐冷するのがよい。これは、冷却速度が速すぎると、粒成長が起き難く、著しく微細な結晶粒になったり、一部だけが粒成長して混粒組織となったりして、鋼板の加工性が劣悪なものとなる。
【0036】
熱延後の巻取り温度も特に限定するものではない。しかし、時効性を確保するためには250℃以上で巻取り、また、粒成長を促し、より優れた加工性を確保するためには550℃以上で巻取るのがよい。さらに、優れた深絞り性の必要な冷延鋼板用の素材として用いる場合には、650℃以上で巻取ることが好ましい。
【0037】
調質圧延は目的に応じて行う。すなわち、形状矯正や表面粗度の調整、さらには時効性の確保の観点から圧下率0.5%以上の調質圧延を施すことが好ましい。なお、調質圧延は、仕上げ熱延後にインラインで行ってもよいし、巻取り後や酸洗後にオフラインで行ってもよい。巻取り後には酸洗してもよい。
【0038】
本発明による熱延鋼板は、巻取り後や酸洗後あるいは調質圧延後にそのまま製品としてもよいし、これに種々の表面処理を施してもよい。さらに、この熱延鋼板を冷延素材として用いても構わない。例えば、缶用の冷延素材として用いれば、異方性の小さい(耳高さの低い)冷延板を製造することができる。
本発明における熱延鋼板は、延性、張出し成形性、穴拡げ性等の加工性に優れ、かつ常温非時効性をも兼ね備えている。
【0039】
【実施例】
(実施例1)
0.05%C−0.25%Mn−0.0025%Bを主成分とする鋼における7段からなる仕上げ熱延を行う際に3段目および4段目相当の加工の合計の圧下率とAr3 点との関係について検討した結果が図2である。仕上げ相当の加工熱処理は、図1に示す条件で実験室的に行った。
【0040】
すなわち、1250℃で加熱した後、970〜840℃の温度でパス間時間を5〜0.5sとする6段の加工を行った。加工を6段としたのは、7段の仕上げ圧延を行う際に7段目入り側でAr3 点を大きく下回らないことが重要であるので、6段加工後のAr3 点を調査するためである。
【0041】
なお、3段目および4段目の合計の圧下率(R(%)とする)とは、3段目手前の板厚t1(mm)、4段直後の板厚t2(mm)とすると、R(%)=(t1−t2)/t1×100または、(X−4)段目の圧下率r1(%)、(X−3)段目の圧下率r2(%)としたとき、R(%)={1−(1−r1/100)(1−r2/100)}×100で定義される。図2より明らかなとおり、このRが60%以上となるとAr3 点の低下に顕著な効果があることが明らかとなった。
【0042】
(実施例2)
表1に示す化学成分を有する極低炭素鋼および低炭素鋼を真空溶解にて溶製し、熱間圧延を施した。熱間圧延条件は、加熱温度1210℃、7段からなる仕上げ熱延における3段目と4段目の圧下率を合計で75%、なお、3段目と4段目の圧延は、850〜940℃の間で行った。5段目、6段目の圧下率を合計で30%とした。
【0043】
仕上げ熱延中の880℃以下での平均冷却速度は約38℃/s、仕上げ圧延後から巻取りまでの平均冷却速度は約16℃/s、巻取り相当処理温度は640℃である。なお、板厚は0.8〜1.4mmとし、仕上げ最終圧延温度は750〜820℃とした。
【0044】
巻取り後、酸洗し、圧下率1.0%の調質圧延を施し、引張試験に供した。ここで、引張試験は、JIS5号試験片を用いて行った。Ar3 点の測定は1〜6段目の仕上げ圧延と同等の加工熱処理を施して、変態による膨張量を測定することにより行った。
【0045】
表2から明らかなように、本発明の成分を有する鋼を適切な条件で熱延した場合には、優れた材質を得られることが分かる。これに対して、比較例では、Ar3 点が充分に低下しないため、仕上げ温度がAr3 点を大きく下回り、材質が劣悪なものになった。
【0046】
【表1】
【0047】
【表2】
【0048】
(実施例3)
表3に示した鋼を実機にて出鋼し、加熱温度1210℃、巻取り温度600℃とする実機熱間圧延を施した。7段からなる仕上げ圧延における各段入り側の温度および圧下率を種々変化させた。
【0049】
このとき仕上げ圧延中880℃以下での平均冷却速度は約35℃/s、仕上げ圧延後、巻取りまでの平均冷却速度は約15℃/sとした。巻取り後、酸洗し、圧下率0.8%の調質圧延を施し、引張試験に供した。ここで、引張試験は、JIS5号試験片を用いて行った。
【0050】
表4から明らかなように、本発明の熱延条件、すなわち、中段での大圧下、後段で軽圧下することにより、優れた材質を得られることが分かる。これに対して、比較例では、仕上げ温度を確保することができず、したがって材質が著しく劣化した。
【0051】
【表3】
【0052】
【表4】
【0053】
【表5】
【0054】
【表6】
【0055】
【表7】
【0056】
(実施例4)
実施例3の表3に示した成分を有するスラブを実験室熱間圧延に供した。加熱温度1260℃とし、粗圧延終了後、1050℃に到達と同時に曲率1mの曲げ加工を行い、1050℃の保熱炉に装入し、90秒間保持し、炉より取り出した後曲げ戻し、6段の仕上げ熱延を行った。2段目は、入り側温度920℃、圧延率50%、3段目は温度910℃、圧下率40%、4段および5段の合計の圧下率は32%とした。
【0057】
また、仕上げ圧延では、粗バーの末端部を先行材および後続材に接合して連続的に仕上げる熱延も行った。また、比較として粗圧延後に曲げ、保熱炉での保持、巻戻しを行わず、かつ先行材、後続材との接合も行わない単独での熱延も行った。仕上げ熱延中の880℃以下での冷却速度は41〜45℃とした。
【0058】
仕上げ温度は種々変化させ、仕上げ後の平均冷却速度は、約12℃/s(放冷)とした。調質圧延の圧下率は、1.2%とし、板厚は1.2mmとした。巻取り温度は、580℃とした。
【0059】
なお、仕上げを連続的に行った際の仕上げ最先端および最末端部相当位置(表5)とは、先行材、後続材との接合を行って仕上げた熱延鋼板の長手方向において、接合を行わずに圧延したときの最先端、最末端に相当する位置のことである。すなわち、接合部に近い位置に相当する。ただし、接合時の熱影響部からは離れた場所の材質を評価した。
【0060】
表5から明らかなように、粗圧延と仕上げ圧延の間に所定の条件内で曲げ加工と保持を行うことで、材質がさらに向上することが分かる。さらに、連続的に仕上げ熱延を施すとより一層、長手方向に均一でかつ優れた延性が得られることが分かる。
【0061】
【表8】
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、Ar3 点を効果的に低下させることによって、加工性に優れた熱延鋼板を低コストで安定して得ることができ、冷延鋼板の代替として使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】仕上げ3,4段の合計圧下率がAr3 点に及ぼす影響を検討するための加工熱処理履歴を表す。
【図2】仕上げ3,4段の合計圧下率とAr3 点との関係の図表を表す。
Claims (4)
- 質量で、
C =0.01〜0.15%、
Mn=0.03〜2.0%、
Si≦0.5%、
Al=0.003〜0.2%、
P ≦0.10%、
S ≦0.02%、
N ≦0.007%、
B =0.0015超〜0.01%を満たす範囲で含有し、
残部は鉄および不可避的不純物よりなるスラブの熱間圧延に際し、X段からなる仕上げ熱延機の(X−4)段目および(X−3)段目の圧延を、840℃以上940℃未満の温度範囲で、かつそこでの圧下率で合計で60%以上とし、(X−2)と(X−1)段目の圧下率を合計で45%以下とし、最終仕上げ圧延温度を(Ar3 点−20℃)以上、かつ、750〜820℃とし、板厚を0.8〜1.4mmとすることを特徴とする加工性に優れた熱延鋼板の製造方法。 - さらに質量%で、Ti=0.003〜0.05%、Nb=0.003〜0.05%のうち1種または2種を含有することを特徴とする請求項1記載の加工性に優れた熱延鋼板の製造方法。
- 粗圧延した粗バーをコイル状に巻取った後、巻戻し、巻終わり端より連続的に仕上げ熱延を行うことを特徴とする請求項1または2記載の加工性に優れた熱延鋼板の製造方法。
- 粗圧延した粗バーをコイル状に巻取った後、巻戻し、その巻終わり端と先行する粗バーの末端とを接合し、連続的に仕上げ熱延を行うことを特徴とする請求項1または2記載の加工性に優れた熱延鋼板の製造方法。
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