JP3873581B2 - 高加工性熱延鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱延鋼板の製造方法に関し、特に穴拡げ性などの加工性に優れたものの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェライトとベイナイトが主体の複合組織を有する高強度熱延鋼板は、伸びフランジ性−強度バランスが良好で加工性に優れていることから、自動車の軽量化など種々の構造部材や部品に適用が進められている。最近、その適用範囲の拡大に伴い、加工性をより向上させることが望まれるようになってきた。
【０００３】
高強度複合組織において伸びフランジ性−強度バランスを向上させるためには複合組織の微細化が有効とされている。複合組織鋼は、Ａｒ3変態点以上からフェライト・オーステナイト２相が共存する温度まで冷却し、その後の冷却制御によりオーステナイト相を低温変態相とするものである。
【０００４】
複合組織の微細化は、このような製造工程の限定によりなされるものであり、先行技術として、例えば、特開昭５４−６５１１８号公報、特開昭６０−１２１２２５号公報、特許第２８３１８５８号等が挙げられる。
特開昭５４−６５１１８号公報では、一次冷却の冷却速度を８０℃／秒以上としてフェライトの粒成長を抑制する技術、特開昭６０−１２１２２５号公報ではＡｒ3〜Ａｒ3＋４０℃の温度域で、４５％以上の累積圧下をおこない、フェライトを微細分散させ、マルテンサイトを微細化する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許第２８３１８５８号には穴拡げ性に有利なベイナイト主体の組織とした高強度鋼板が記載され、特公昭６２−３９２３０号公報には、仕上圧延を大圧下とし、微細組織とすることが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術は、冷却能力が小さい既存の設備を前提としたものであるため、複合組織の微細化や第２相組織の微細化に限界があり、最近の適用範囲の拡大に伴う伸びフランジ性向上の要望を必ずしも満足するものではなく、また、仕上大圧下圧延は熱延鋼板の製造条件として板形状の点で問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、局部伸び等の加工性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成するため、複合組織の微細化に及ぼす仕上圧延後の冷却の影響について鋭意検討した。その結果、仕上圧延後のランナウトでの冷却において、仕上圧延後、冷却開始までの時間を１．０秒以内とし、冷却速度を２００℃／ｓを超える高冷却速度とすることが有効なことを見出した。
【０００９】
本発明は以上の知見を基に更に検討を加えてなされたものである。すなわち本発明は、
１．質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．２５〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下，残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を連続鋳造後、粗圧延を行う工程と、
（ｂ）圧延終了温度をＡｒ3以上とする仕上圧延を行う工程と、
（ｃ）圧延終了後、１．０秒以内に、冷却開始温度と冷却終了温度との差が１００℃以上、２５０℃未満となる冷却域を２００℃／ｓ超えで冷却する工程と、（ｄ）７２０℃以下５８０℃以上の温度域を２０ｓｅｃ以下の間１０℃／ｓ以下で冷却する工程と、
（ｅ）４００℃以上、５４０℃未満で巻取りする工程とを具備したことを特徴とする、ＴＳ（ＭＰａ）×λ（％）≧７１９８４（ＭＰａ・％）である高加工性熱延鋼板の製造方法。
【００１１】
２．連続熱間仕上げ圧延機の入り側、または連続熱間仕上圧延機のスタンド間の加熱装置により、粗バーを加熱して仕上終了温度を制御することを特徴とする１記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
【００１２】
３． 鋼成分として、更に、質量％で、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒの一種又は二種以上を合計として０．０１〜０．２％含有することを特徴とする１または２記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
【００１３】
４． 鋼成分として、更に、質量％で、Ｃｒ：１％以下、Ｍｏ：１．０％以下の一種又は二種を含有することを特徴とする１乃至３の何れかに記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
【００１４】
５． 連続熱間仕上げ圧延機における最終スタンドでの圧下率を３０％未満とすることを特徴とする１乃至４の何れかに記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
成分組成、製造条件の限定について詳細に説明する。
【００１６】
1．成分組成
Ｃ
Ｃは、オーステナイトの焼入れ性を向上させ、複合組織中に適量のベイナイトを生成させるため０．０４％以上添加する。一方、０．１２％を超えると加工性及び溶接性を劣化させるため、０．０４〜０．１２％（０．０４％以上、０．１２％以下）とする。
【００１７】
Ｓｉ
Ｓｉは、固溶強化によりフェライトを強化するとともに、熱間圧延後のＡｒ3〜Ａｒ1変態点における緩冷却または放冷時にフェライトの析出を促進し、オーステナイトへのＣの濃縮を促進させるため、０．２５％以上添加する。一方、２．０％を超えると溶接性および表面性状が劣化するため、０．２５〜２．０％とする。
【００１８】
Ｍｎ
Ｍｎは、Ｃと同様未変態オーステナイトの焼入れ性を高めるため、０．５％以上添加する。一方、２．５％を超えるとその効果が飽和し、バンド状組織を形成して加工性を劣化させるので、０．５〜２．５％とする。
【００１９】
Ｓｏｌ．Ａｌ
Ａｌは脱酸材及び不可避的不純物として含有されるＮを固定して加工性を向上させるため添加する。０．１％を超えるとその効果が飽和し、清浄度を悪化させ加工性を劣化させるため、０．１％以下とする。
【００２０】
本発明鋼は基本成分組成として以上の元素を含有するが、所望する強度、加工性等の特性に応じてＴｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｍｏ、Ｃａの一種又は二種以上を添加することができる。
【００２１】
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ
強度の調整または炭窒化物形成により固溶Ｃ，Ｎを低減させ、非時効化し、深絞り性を向上させる場合、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒの一種又は二種以上を合計として０．０１〜０．２％添加する。
【００２２】
Ｃｒ，Ｍｏ
Ｃｒ，Ｍｏは、オーステナイトの焼入れ性を高め、Ｃ，Ｍｎと同様な効果を有するため、必要とする場合、添加する。高価な元素のため、多量に添加すると素材コストが上昇し、溶接性を劣化させるため、Ｃｒ：１％以下、Ｍｏ：１．０％以下とする。
Ｃａ
Ｃａは加工性を向上させる場合、０．００５％以下添加する。
【００２３】
２．製造条件
本発明鋼は、連続鋳造により鋼片を製造する。鋼片は粗圧延、仕上圧延後、直ちに冷却を行う。粗圧延の条件については特に規定せず、鋼片を再加熱後、または連続鋳造後、直接、行うことが可能である。
【００２４】
仕上圧延条件
仕上圧延の圧延終了温度はＡｒ3未満では圧延中にフェライトが生成して著しい加工組織となり伸びが大きく低下するため、Ａｒ3以上とする。また、より有効に、組織を微細化するためには連続熱間仕上圧延機の入り側またはスタンド間に設けた加熱装置、例えば誘導加熱装置により、圧延温度を精密に制御し、仕上終了温度をＡｒ3直上とすることが好ましい。また、形状調整を行う場合は、仕上圧延時の最終パスの圧下率を３０％未満とする。
【００２５】
冷却条件
冷却は仕上圧延により、導入されたオーステナイト結晶粒内の変形帯密度を維持し、オーステナイト結晶粒界のみならず結晶粒内からも多数のフェライト核生成させるため、圧延終了後、１．０秒以内に開始する。但し、冷却開始時間が０．５秒以下では圧延歪みの不均一な残量により組織が不均一になることがあるため、０．５秒超えが望ましい。冷却速度はフェライト変態開始温度を低下させ、フェライト核生成後の結晶粒成長速度を遅くするため、２００℃／ｓ超えとする。尚、冷却速度は速いほど有利であり、３００℃以上が好ましい。
【００２６】
冷却域は、結晶粒径の微細化と強度を確保するため冷却開始温度と冷却終了温度との差が１００℃以上、２２０℃未満となる温度域とする。
【００２７】
温度差が１００℃未満では、微細なフェライトの析出が少なく結晶粒が十分微細化されず、２２０℃以上では冷却後の放冷において針状フェライトが析出し、十分な強度が得られない。
【００２８】
冷却後、緩冷却を行う。緩冷却はフェライト変態を十分促進するために７２０℃以下５８０℃超えの温度域で２ｓｅｃ以上、１０℃／ｓ以下で行う。２０ｓｅｃを超えると、パーライトが析出しやすく加工性が劣化するため、２０ｓｅｃ以下とする。尚、緩冷却には放冷を含むものとする。
【００２９】
巻取温度
巻取温度は、４００℃以上、５４０℃未満とする。巻取温度が、５４０℃以上の場合、安定してベイナイト主体の組織が得られず、４００℃未満では硬質相のマルテンサイトの生成量が多くなり、伸びフランジ性が劣化する。
尚、緩冷却後、巻取りまでの冷却は特に規定しないが、パーライトの生成を抑える為、１℃／ｓ以上とすることが好ましい。
【００３０】
本発明により、板厚が２．０ｍｍ以下の薄鋼板を製造する場合、連続熱間仕上圧延機のスタンド間または仕上圧延前に粗バーの幅方向エッジ部を誘導加熱装置により、加熱することが好ましく、また本発明の効果を損なうものではない。また、本発明は、コイルボックス等を用いて保熱した粗バーを溶接して行う連続熱延プロセスに適用することも可能である。
【００３１】
【実施例】
表１に示す化学成分の鋼を溶製し、表２に示す製造方法で板厚３．２ｍｍの熱延鋼板を製造した。表３に製造した熱延鋼板の機械的性質を示す。本発明の成分組成、製造条件を満足し、本発明の実施例であるサンプルＮｏ．１，３では、比較例であるサンプルＮｏ．２，４に対し、優れた穴拡げ率−強度バランス（λ×ＴＳ）で、加工性に優れている。穴拡げ率は、スケールを除去後、直径１０ｍｍφの穴をクリアランス１２％として打ち抜きにより加工し、頂角６０°の円錐ポンチによる穴拡げを行って亀裂が板厚を貫通した時点の穴径を測定、穴径の拡大率で評価した。
【００３２】
図１に本実施例で得られた穴拡げ率−強度バランス（λ×ＴＳ）の結果を示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、特殊な成分組成によらず複合組織が微細化され、伸びフランジ性などの加工性に優れた熱延鋼板を製造することが可能で、産業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】穴拡げ率−強度バランスを示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱延鋼板の製造方法に関し、特に穴拡げ性などの加工性に優れたものの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェライトとベイナイトが主体の複合組織を有する高強度熱延鋼板は、伸びフランジ性−強度バランスが良好で加工性に優れていることから、自動車の軽量化など種々の構造部材や部品に適用が進められている。最近、その適用範囲の拡大に伴い、加工性をより向上させることが望まれるようになってきた。
【０００３】
高強度複合組織において伸びフランジ性−強度バランスを向上させるためには複合組織の微細化が有効とされている。複合組織鋼は、Ａｒ3変態点以上からフェライト・オーステナイト２相が共存する温度まで冷却し、その後の冷却制御によりオーステナイト相を低温変態相とするものである。
【０００４】
複合組織の微細化は、このような製造工程の限定によりなされるものであり、先行技術として、例えば、特開昭５４−６５１１８号公報、特開昭６０−１２１２２５号公報、特許第２８３１８５８号等が挙げられる。
特開昭５４−６５１１８号公報では、一次冷却の冷却速度を８０℃／秒以上としてフェライトの粒成長を抑制する技術、特開昭６０−１２１２２５号公報ではＡｒ3〜Ａｒ3＋４０℃の温度域で、４５％以上の累積圧下をおこない、フェライトを微細分散させ、マルテンサイトを微細化する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許第２８３１８５８号には穴拡げ性に有利なベイナイト主体の組織とした高強度鋼板が記載され、特公昭６２−３９２３０号公報には、仕上圧延を大圧下とし、微細組織とすることが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術は、冷却能力が小さい既存の設備を前提としたものであるため、複合組織の微細化や第２相組織の微細化に限界があり、最近の適用範囲の拡大に伴う伸びフランジ性向上の要望を必ずしも満足するものではなく、また、仕上大圧下圧延は熱延鋼板の製造条件として板形状の点で問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、局部伸び等の加工性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成するため、複合組織の微細化に及ぼす仕上圧延後の冷却の影響について鋭意検討した。その結果、仕上圧延後のランナウトでの冷却において、仕上圧延後、冷却開始までの時間を１．０秒以内とし、冷却速度を２００℃／ｓを超える高冷却速度とすることが有効なことを見出した。
【０００９】
本発明は以上の知見を基に更に検討を加えてなされたものである。すなわち本発明は、
１．質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．２５〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下，残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を連続鋳造後、粗圧延を行う工程と、
（ｂ）圧延終了温度をＡｒ3以上とする仕上圧延を行う工程と、
（ｃ）圧延終了後、１．０秒以内に、冷却開始温度と冷却終了温度との差が１００℃以上、２５０℃未満となる冷却域を２００℃／ｓ超えで冷却する工程と、（ｄ）７２０℃以下５８０℃以上の温度域を２０ｓｅｃ以下の間１０℃／ｓ以下で冷却する工程と、
（ｅ）４００℃以上、５４０℃未満で巻取りする工程とを具備したことを特徴とする、ＴＳ（ＭＰａ）×λ（％）≧７１９８４（ＭＰａ・％）である高加工性熱延鋼板の製造方法。
【００１１】
２．連続熱間仕上げ圧延機の入り側、または連続熱間仕上圧延機のスタンド間の加熱装置により、粗バーを加熱して仕上終了温度を制御することを特徴とする１記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
【００１２】
３． 鋼成分として、更に、質量％で、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒの一種又は二種以上を合計として０．０１〜０．２％含有することを特徴とする１または２記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
【００１３】
４． 鋼成分として、更に、質量％で、Ｃｒ：１％以下、Ｍｏ：１．０％以下の一種又は二種を含有することを特徴とする１乃至３の何れかに記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
【００１４】
５． 連続熱間仕上げ圧延機における最終スタンドでの圧下率を３０％未満とすることを特徴とする１乃至４の何れかに記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
成分組成、製造条件の限定について詳細に説明する。
【００１６】
1．成分組成
Ｃ
Ｃは、オーステナイトの焼入れ性を向上させ、複合組織中に適量のベイナイトを生成させるため０．０４％以上添加する。一方、０．１２％を超えると加工性及び溶接性を劣化させるため、０．０４〜０．１２％（０．０４％以上、０．１２％以下）とする。
【００１７】
Ｓｉ
Ｓｉは、固溶強化によりフェライトを強化するとともに、熱間圧延後のＡｒ3〜Ａｒ1変態点における緩冷却または放冷時にフェライトの析出を促進し、オーステナイトへのＣの濃縮を促進させるため、０．２５％以上添加する。一方、２．０％を超えると溶接性および表面性状が劣化するため、０．２５〜２．０％とする。
【００１８】
Ｍｎ
Ｍｎは、Ｃと同様未変態オーステナイトの焼入れ性を高めるため、０．５％以上添加する。一方、２．５％を超えるとその効果が飽和し、バンド状組織を形成して加工性を劣化させるので、０．５〜２．５％とする。
【００１９】
Ｓｏｌ．Ａｌ
Ａｌは脱酸材及び不可避的不純物として含有されるＮを固定して加工性を向上させるため添加する。０．１％を超えるとその効果が飽和し、清浄度を悪化させ加工性を劣化させるため、０．１％以下とする。
【００２０】
本発明鋼は基本成分組成として以上の元素を含有するが、所望する強度、加工性等の特性に応じてＴｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｍｏ、Ｃａの一種又は二種以上を添加することができる。
【００２１】
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ
強度の調整または炭窒化物形成により固溶Ｃ，Ｎを低減させ、非時効化し、深絞り性を向上させる場合、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒの一種又は二種以上を合計として０．０１〜０．２％添加する。
【００２２】
Ｃｒ，Ｍｏ
Ｃｒ，Ｍｏは、オーステナイトの焼入れ性を高め、Ｃ，Ｍｎと同様な効果を有するため、必要とする場合、添加する。高価な元素のため、多量に添加すると素材コストが上昇し、溶接性を劣化させるため、Ｃｒ：１％以下、Ｍｏ：１．０％以下とする。
Ｃａ
Ｃａは加工性を向上させる場合、０．００５％以下添加する。
【００２３】
２．製造条件
本発明鋼は、連続鋳造により鋼片を製造する。鋼片は粗圧延、仕上圧延後、直ちに冷却を行う。粗圧延の条件については特に規定せず、鋼片を再加熱後、または連続鋳造後、直接、行うことが可能である。
【００２４】
仕上圧延条件
仕上圧延の圧延終了温度はＡｒ3未満では圧延中にフェライトが生成して著しい加工組織となり伸びが大きく低下するため、Ａｒ3以上とする。また、より有効に、組織を微細化するためには連続熱間仕上圧延機の入り側またはスタンド間に設けた加熱装置、例えば誘導加熱装置により、圧延温度を精密に制御し、仕上終了温度をＡｒ3直上とすることが好ましい。また、形状調整を行う場合は、仕上圧延時の最終パスの圧下率を３０％未満とする。
【００２５】
冷却条件
冷却は仕上圧延により、導入されたオーステナイト結晶粒内の変形帯密度を維持し、オーステナイト結晶粒界のみならず結晶粒内からも多数のフェライト核生成させるため、圧延終了後、１．０秒以内に開始する。但し、冷却開始時間が０．５秒以下では圧延歪みの不均一な残量により組織が不均一になることがあるため、０．５秒超えが望ましい。冷却速度はフェライト変態開始温度を低下させ、フェライト核生成後の結晶粒成長速度を遅くするため、２００℃／ｓ超えとする。尚、冷却速度は速いほど有利であり、３００℃以上が好ましい。
【００２６】
冷却域は、結晶粒径の微細化と強度を確保するため冷却開始温度と冷却終了温度との差が１００℃以上、２２０℃未満となる温度域とする。
【００２７】
温度差が１００℃未満では、微細なフェライトの析出が少なく結晶粒が十分微細化されず、２２０℃以上では冷却後の放冷において針状フェライトが析出し、十分な強度が得られない。
【００２８】
冷却後、緩冷却を行う。緩冷却はフェライト変態を十分促進するために７２０℃以下５８０℃超えの温度域で２ｓｅｃ以上、１０℃／ｓ以下で行う。２０ｓｅｃを超えると、パーライトが析出しやすく加工性が劣化するため、２０ｓｅｃ以下とする。尚、緩冷却には放冷を含むものとする。
【００２９】
巻取温度
巻取温度は、４００℃以上、５４０℃未満とする。巻取温度が、５４０℃以上の場合、安定してベイナイト主体の組織が得られず、４００℃未満では硬質相のマルテンサイトの生成量が多くなり、伸びフランジ性が劣化する。
尚、緩冷却後、巻取りまでの冷却は特に規定しないが、パーライトの生成を抑える為、１℃／ｓ以上とすることが好ましい。
【００３０】
本発明により、板厚が２．０ｍｍ以下の薄鋼板を製造する場合、連続熱間仕上圧延機のスタンド間または仕上圧延前に粗バーの幅方向エッジ部を誘導加熱装置により、加熱することが好ましく、また本発明の効果を損なうものではない。また、本発明は、コイルボックス等を用いて保熱した粗バーを溶接して行う連続熱延プロセスに適用することも可能である。
【００３１】
【実施例】
表１に示す化学成分の鋼を溶製し、表２に示す製造方法で板厚３．２ｍｍの熱延鋼板を製造した。表３に製造した熱延鋼板の機械的性質を示す。本発明の成分組成、製造条件を満足し、本発明の実施例であるサンプルＮｏ．１，３では、比較例であるサンプルＮｏ．２，４に対し、優れた穴拡げ率−強度バランス（λ×ＴＳ）で、加工性に優れている。穴拡げ率は、スケールを除去後、直径１０ｍｍφの穴をクリアランス１２％として打ち抜きにより加工し、頂角６０°の円錐ポンチによる穴拡げを行って亀裂が板厚を貫通した時点の穴径を測定、穴径の拡大率で評価した。
【００３２】
図１に本実施例で得られた穴拡げ率−強度バランス（λ×ＴＳ）の結果を示す。
【００３３】
【表１】
【表２】
【表３】
【発明の効果】
本発明によれば、特殊な成分組成によらず複合組織が微細化され、伸びフランジ性などの加工性に優れた熱延鋼板を製造することが可能で、産業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】穴拡げ率−強度バランスを示す図。
Claims (5)
- 質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．２５〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下，残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を連続鋳造後、粗圧延を行う工程と、
（ｂ）圧延終了温度をＡｒ3以上とする仕上圧延を行う工程と、
（ｃ）圧延終了後、１．０秒以内に、冷却開始温度と冷却終了温度との差が１００℃以上、２５０℃未満となる冷却域を２００℃／ｓ超えで冷却する工程と、
（ｄ）７２０℃以下５８０℃以上の温度域を２０ｓｅｃ以下の間１０℃／ｓ以下で冷却する工程と、
（ｅ）４００℃以上、５４０℃未満で巻取りする工程とを具備したことを特徴とする、ＴＳ（ＭＰａ）×λ（％）≧７１９８４ ( ＭＰａ・％ ) である高加工性熱延鋼板の製造方法。 - 連続熱間仕上げ圧延機の入り側、または連続熱間仕上圧延機のスタンド間の加熱装置により、粗バーを加熱して仕上終了温度を制御することを特徴とする請求項１記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
- 鋼成分として、更に、質量％で、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒの一種又は二種以上を合計として０．０１〜０．２％含有することを特徴とする請求項１または２記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
- 鋼成分として、更に、質量％で、Ｃｒ：１％以下、Ｍｏ：１．０％以下の一種又は二種を含有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
- 連続熱間仕上げ圧延機における最終スタンドでの圧下率を３０％未満とすることを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載の高加工性熱延鋼板の製造方法。
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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