JP3896075B2 - 伸びフランジ性に優れた高強度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、伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品のうち、特に足回り系と呼ばれるフレーム類やアーム類などには高強度熱延鋼板が広く用いられている。こうした用途に用いられる鋼板に求められる特性には、高い延性とともに穴広げ試験値などで代表される伸びフランジ性の高さがある。この２つの特性は同一強度の鋼板では相反するものであり、一方の特性を大きく損ねることなく他方の特性を高めるための鋼板開発が進められている。そうした鋼板の例として、特許文献１や特許文献２をあげることが出来る。特許文献１には所定の化学成分を有し、ベイニティック・フェライトを主たるミクロ組織とすることで、引張強度が５００Ｎ／ｍｍ2 級以上で伸びフランジ性に優れた熱延鋼板を得るための技術が開示されている。一方、特許文献２には、所定の化学成分を有し、フェライト単相のミクロ組織とすることで、引張強度が６００Ｎ／ｍｍ2 級以上で伸びフランジ性に優れた熱延鋼板を得るための技術が開示されている。
【０００３】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平６−１７２９２４号公報）
（２）特許文献２（特開平７−７０６９６号公報）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らも、こうした先行技術を参考に優れた伸びフランジ性を有する鋼板とその製造方法について研究を行っていた。その過程で、上記の先行技術に基づいた鋼板は確かに優れた伸びフランジ性を示す部分もあるものの、一部に特性が劣る部位が含まれる場合のあることが明らかになった。実験室規模の小型の熱延板では顕著ではないが、商業規模の熱延コイルでは特性の持つ分布範囲が大きいことがわかった。
【０００５】
こうした問題は、鋼板使用者を取り巻く経済状況が好況である場合には不可避な特性のバラツキとして許容されるものであったが、今日においては避けて通れない問題であると認識されつつある。なぜなら、バラツキを考慮し、特性の下限値に対して十分なゆとりを持たせて来た部品設計は見直されつつあり、特性値の上限までを可能な限り活用しようとする姿勢が主流となりつつあるからである。
こうした状況下では鋼板の特性値が高いことのみでは十分ではなく、むしろ、その絶対値の高さよりもバラツキの小ささの方が重視されるようになったが、こうした点に着目した例は見当たらない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような状況に鑑み、本発明者らは、一定水準以上の伸びフランジ性を有し、かつバラツキの小さい鋼板であって、更に製造条件の変動に対する感受性も小さい鋼板を開発するべく鋭意研究を進め、これらを可能ならしめる化学成分や製造方法を明らかにして本発明を完成させた。
その要旨は以下の通りである。すなわち
（１）化学成分が、質量％にて、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００５〜２．０％、Ｔｉ：０．００５％以下、ただし０％（無添加）を含む、Ｎｂ：０．１〜０．６％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、ミクロ組織が、ポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライトおよびベーナイトのうちの１つ若しくは２つ又は全部からなる伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法であって、前記化学成分を有する鋼材を１２００℃以上に加熱し、（Ａｒ3点−５０）℃以上の温度で圧延を完了し、１０〜５０℃／秒の平均冷却速度で冷却して巻き取る工程において、巻き取り温度Ｔｃ（℃）を、０．１≦［Ｎｂ］≦０．３５においては、６１６−４１５×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］とし、０．３５＜［Ｎｂ］≦０．６においては３６８＋２９０×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］を満たす範囲にすることを特徴とする伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
ただし、［Ｎｂ］はＮｂ量（質量％）である。
【０００７】
（２）質量％で、更に、Ｃｕ：０．８〜２．０％、Ｎｉ：０．４〜１．０％を含有することを特徴とする上記（１）記載の伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
【０００８】
（３）質量％で、更に、Ｍｏ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０２５〜０．１５％のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（１）または（２）記載の伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法、である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
まず本発明を完成するに至った実験について説明する。
本発明者らは、質量％にて、Ｃ：０．０２〜０．１％、Ｓｉ：０（無添加）〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０１〜０．１％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、Ｎ：０．００３〜０．０１％、Ａｌ：０．００５〜２％を含有し残部がＦｅである鋼片を溶製し、これらを熱延して帯鋼（熱延コイル）を製造した。熱延に当たっては、圧延終了温度Ｔｆ（℃）と圧延後の冷却速度ＣR （℃／秒）および巻き取り温度Ｔｃ（℃）を変化させた。製造した帯鋼を酸洗すると共に、帯鋼の先端部、中央部、末尾部から鋼板を採取した。そしてそれら３つの部位の鋼板の各々について、幅方向の、両端部および中央部から特性評価用の試験片とミクロ組織調査試料の採取を行った。
【００１０】
試験片は、強度延性評価用の引張り試験片（ＪＩＳ５号、引張り方向を圧延方向と垂直となるように採取）と穴広げ値測定用の試験片（１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）であり、各５体を作製した。これらの試験片を用いて強度（引張り強さ）σB（ＭＰａ）、延性（伸び）δ（％）、穴広げ値λ（％）を調査した。引張り試験は、インストロン型試験機を使用してＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠した方法で行った。穴広げ値λの測定は、日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳ Ｔ１００１に準拠して行い、クリアランスは１２％とした。
【００１１】
得られた特性値を、同一部位から採取した５点、幅方向の部位３箇所、および帯鋼上の位置３箇所について整理し、特性値の分布（バラツキ）と鋼板の化学成分の関係、および熱延条件（Ｔｆ、ＣR、Ｔｃ）との関係について検討した。その結果、同一部位５点間のバラツキは化学成分や熱延条件に依らず全ての鋼板において極めて僅かであり、最大値と最小値の差は単純平均値に対して２％以内であった。このため、５点の単純平均値で評価して実用上差し支えないものと判断し、その値（単純平均値）を使って幅方向の３箇所間、および帯鋼上の３箇所間のバラツキについて検討した。その結果、バラツキの程度は化学成分や熱延条件に依存して変動し、最も大きなものでは、幅方向３箇所間で約１６％、帯鋼上の３箇所間で約２０％にも及ぶものもあった。
【００１２】
こうした結果を、まず化学成分と突き合わせて分析したところ、構成元素中のＳｉ量との間に比較的強い相関が認められ、特に０．２％以下になると急激にバラツキが減少することを見出した。
そこで次に、Ｓｉを０．０５〜０．２％とし、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ａｌの量は上記のままとした上で、ＴｉとＮｂを添加した場合についての実験を行った。Ｔｉは０（無添加）〜０．２５％、Ｎｂは０．１〜０．６％の範囲で検討した。先行技術においても述べられているように、ＴｉとＮｂはＣと炭化物を形成することによってセメンタイトの生成を抑制するので、λの向上が期待できるが、バラツキに対する影響は明らかでないので上記と同様の方法で検討を行った。その結果、Ｎｂ量はバラツキに対してほとんど影響を与えないのに対して、Ｔｉ量は強い相関を持ち、０．００５％以下にする事でバラツキを急激に小さく出来ることが明かとなった。
【００１３】
以上の結果を踏まえて、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．２％、Ｍｎ：１．５％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．００１％、Ｎｂ：０．１〜０．６％を含有する鋼片に対して更にＣｕとＮｉおよびＭｏとＶの添加の影響を検討したが、これらの元素はバラツキには影響を与えなかった。
以上の検討から化学成分としては、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．００５％以下、Ｎｂ：０．１〜０．６％を含有し、必要に応じてＣｕ：０．８〜２．０％、Ｎｉ：０．４〜１．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０２５〜０．１５％を含有し、残部がＦｅ、および、不可避不純物とすることがバラツキを最も少なくする上で有効であることが明かとなったので、この成分の鋼板に絞って、熱延条件とバラツキとの関係を検討した。圧延終了温度Ｔｆ、圧延後の冷却速度ＣR、巻き取り温度Ｔｃを変化させれば当然ミクロ組織が変化し、それに伴って強度σB、延性δ、および穴広げ値λの絶対値も変化するが、そのバラツキの程度は不明であるので調査した。
【００１４】
その結果、圧延終了温度Ｔｆと圧延後の冷却速度ＣRがバラツキに及ぼす影響は僅かであるが、巻き取り温度Ｔｃはバラツキの程度に影響を与え、特にＮｂ量の変化に応じてバラツキを小さくする上で望ましい巻き取り温度Ｔｃの範囲が特定の範囲を取ることが明かとなった。
以上述べてきた検討の詳細は実施例にて説明するが、本発明はこうした基礎実験の上に立脚し、更に鋭意研究を重ねた結果なされたものであり、所定の伸びフランジ性をバラツキ少なく示す熱延鋼板とその製造方法を提供するものである。なお、「バラツキの少ない」ことこそ、今日鋼板使用者から求められている特徴であるとの考えから、バラツキが少なく、かつ、伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板を、単に、伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板と表記した。
【００１５】
以下に本発明の限定理由を述べる。まず化学成分の限定理由について述べる。成分の標記は全て質量％である。
Ｃは、鋼板の強度を確保するために必須の元素であり、高強度鋼板を得るためには少なくとも０．０２％が必要である。しかし、過剰に含まれると、セメンタイトやマルテンサイトなど伸びフランジ性に好ましくない相の生成が避けられなくなるので０．１０％以下とする。
【００１６】
Ｓｉ量は、本発明で最も重要な条件の一つであり、バラツキの抑制のためには０．２％以下にする必要がある。０％とすることが最も好ましい。Ｓｉ量がバラツキに強く影響する理由は必ずしも明らかではないが、同元素はフェライト中のＣの固溶限を変動させ、その結果、圧延後の冷却過程で生成する可能性があるポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライト、ベーナイト、およびパーライトの中からの相の選択とその構成分率の決定に強く影響し、結果的に穴広げ値λのバラツキに関係するものと思われる。Ｓｉ量が０．２％以下の範囲では、上記のＣ固溶限の変動は極めて僅かとなると推定されるので、バラツキの抑制に有効に働くものと考えられる。
【００１７】
Ｍｎは、鋼板の高強度化に有効な元素であり、０．５％以上は含有させるべきであるが、２．５％を越えて含有させると延性が劣化するため上限を２．５％とする。
Ｐは、固溶強化元素として有効であるが、偏析による加工性の劣化が懸念されるので０．１％以下にする必要がある。
Ｓは、ＭｎＳなどの介在物を形成して伸びフランジ性を劣化させるので出来るだけ抑制すべきであるが０．０１％以下であれば許容される。
【００１８】
Ｎは、窒化物を形成して延性や伸びフランジ性を低下させる。従って出来るだけ抑制すべきであるが０．０１％以下であれば許容される。
Ａｌは、脱酸剤として使用されるもので、適切な清浄度を得るためには０．００５％は必要であるが、過剰に含有されていると延性や伸びフランジ性を劣化させるので２．０％を上限とする。
【００１９】
ＴｉおよびＮｂは、Ｃ、ＳおよびＮを析出物として固定することによって鋼板の加工性を向上させる（いわゆるｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ効果）働きをする。一方、必要以上に添加された場合には、それらは固溶Ｔｉや固溶Ｎｂとして鋼中に存在し、再結晶を温度を上昇させ熱間加工組織が残存し易くなり延性を損ねるので添加量には細心の注意が必要である。特にＴｉはＮｂに比べてＣと容易に結合する傾向が強いので僅かな濃度の揺らぎが鋼中に残存するＣ量を大きく変化させ、その結果穴広げ値λのバラツキに強く影響するものと推測される。そのため０．００５％以下に抑制する必要があり、０％（無添加）も本発明に含まれる。
【００２０】
一方、Ｎｂは、Ｔｉと比べてＣとの結合力が緩やかであることで、濃度の揺らぎによるＣ量の変動を誘発し難いものと推定される。そこで、Ｃを固定する効果が明瞭に認められる０．１％以上を添加し、加工組織の残存が特性に影響を及ぼし始める０．６％超の添加を避ける必要がある。
Ｃｕは、固溶強化元素または析出強化元素として鋼板の高強度化に利用できる。またその添加によって疲労強度を一層向上させることができる。その効果は０．８％以上を添加しないと発現せず、一方、２．０％を越えて含有されていると熱延後の鋼板表面性状を悪化させるので２．０％を上限とする。
【００２１】
Ｎｉは、上記Ｃｕによる熱延表面性状悪化を緩和する効果があり、Ｃｕの半分程度を目安に添加することが望ましい。従ってその下限は０．４％である。一方、１．０％を超えて添加してもその効果は飽和し、コストの上昇につながるだけなので、１．０％を上限とする。
ＭｏおよびＶはともに炭化物を形成して強度を高める働きをするとともに、Ｎｂと複合した炭窒化物を形成して溶接の熱影響による鋼板の軟化を抑制する効果も期待出来る。こうした効果はそれぞれ０．０５％および０．０２５％以上で発現し、一方、それぞれ０．３％および０．１５％を越えて含有されると硬質相を形成して穴広げ値λの劣化を招くので、これらを上限とする必要がある。
なお、本発明において上記以外の成分はＦｅとなるが、スクラップなどの溶解原料から混入する不可避的不純物は許容される。
【００２２】
次に、鋼板の組織について説明する。
優れた伸びフランジ性を得るには、ポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライトおよびベーナイトの中から選択した１つまたは２つ以上のミクロ組織を有する鋼板とすることが必要である。これら以外の残部組織として、パーライト、残留オーステナイト、マルテンサイトの１つ又は２つ以上は極力なくすべきであり、少なくとも面積率で３％以下にすることが望ましい。一方、ポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライトおよびベーナイトの３相のうちであれば、どのような組み合わせ（単一も含む）や構成比（面積比）でもよく、要求される強度、延性、伸びフランジ性に基づいて設計することが出来る。例えば、特に高延性を主眼とし、加えて高伸びフランジ性が要求されるような用途においては、ポリゴナル・フェライトを主相、あるいは単一相とし、析出物を活用して必要な強度を確保する方法が選択出来る。これに対して、出来るだけ構成元素を削減して低価格な鋼板であることが最も重視されるような用途においてはベーナイトを主相、あるいは単一相とする方法が選択出来る。
【００２３】
最後に加熱、圧延、冷却および巻き取りの各条件について述べる。
加熱温度は鋼中の炭窒化物を一旦固溶させるため１２００℃以上とすることが必要である。これらを固溶させておくことにより、圧延後の冷却過程で炭窒化物を微細に分散させて鋼板の高強度化が達成出来る。
一方、加熱温度が１３００℃を超えるとスラブ表面の酸化が著しくなり、特に粒界が選択的に酸化されたことに起因すると思われる楔状の表面欠陥がデスケーリング後に残り、それが圧延後の表面品位を損ねるので上限は１３００℃、好ましくは１２５０℃以下とすることが望ましい。
【００２４】
圧延終了温度Ｔｆは鋼板の組織制御上重要である。Ａｒ3点＋５０℃未満では表層部の結晶粒径が粗大となって板厚方向の材質が安定せず特性上好ましくない。一方、Ａｒ3点＋１００℃超では、圧延終了後のオーステナイト粒径が粗大になり、冷却中に生成する相の構成とその分率が不安定で操業が難しくなるのでこの温度を上限とすることが望ましい。
【００２５】
圧延後の冷却速度ＣRは１０〜５０℃／秒とする必要がある。圧延後の冷却速度ＣRをコントロールすることによってポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライト、およびベーナイトのうちから選択した１つまたは２つ以上の構成組織とその分率を持った鋼板を得ることが出来る。圧延後の冷却速度ＣRが１０℃／秒未満では伸びフランジ性に好ましくないパーライトの生成が抑制出来ず、一方５０℃／秒超では、特に帯鋼の幅方向の冷却むらに起因する材質バラツキが懸念されるので圧延後の冷却速度ＣRは上記の範囲に限定される必要がある。
【００２６】
巻き取り温度Ｔｃ（℃）の範囲は本発明の鋼板を得る上で最も重要な条件の１つである。特にＮｂ量との間に一定の関係がある場合に極めてバラツキの少ない鋼板が得られる。その関係は実施例の中で述べるように［Ｎｂ］をＮｂ量（質量％）とすると、０．１≦［Ｎｂ］≦０．３５においては、６１６−４１５×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］とし、０．３５＜［Ｎｂ］≦０．６においては３６８＋２９０×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］を満たす範囲とすることである。なぜこの関係を満足するとバラツキが小さくなるかは現在のところ明確には出来ていないが、恐らく、ＮｂＣの析出現象が何らかの形で関与しているものと推察している。上記の関係式は、後述する実施例により、Ｎｂ量別に強度σB、延性δおよび穴広げ値λの何れもバラツキが４％以内となる範囲を求めたものである。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
（実施例１）
表１に化学成分を示す鋼のスラブを表４中から選択した条件にて熱間圧延し、厚さ３．６ｍｍの帯鋼を得た。このようにして得られた帯鋼の前記の９箇所（帯鋼先端部、中央部、末尾部、各々の幅方向両端部と中央部）の強度σB、延性δおよび穴広げ値λを調べた。９箇所の特性値の最大値と最小値の差をそれらの単純平均値で除した値（Δ）も併せて求めた。結果を鋼と条件の組み合わせ毎に表５に示す。また断面組織を観察して構成する組織を調べた。組織は鏡面研磨後、ナイタール液で現出させ、表面から板厚の１／４相当内部位置を４００倍で観察し、下記の技術文献１を参考に存在する組織を同定した。その結果、認められた相は、ポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライトおよびベーナイトの３相のみであり、その他の相は認められなかった。
【００２８】
【技術文献１】
「鋼のベーナイト写真集−１」（平成４年６月２９日、（社）日本鉄鋼協会発行、例えば２１頁・Ｆｉｇ．２．９）
【００２９】
【表１】
【００３０】
（実施例２）
表２に化学成分を示す鋼のスラブを表４中から選択した条件にて熱間圧延し、厚さ３．４ｍｍの熱延板を得た。このようにして得られた帯鋼の強度σB、延性δ、穴広げ値λ、および各々のΔを上記実施例１と同様に調べた。その結果を鋼と条件の組み合わせ毎に表６に示す。また構成する相の同定も上記実施例１と同様に行ったが、ポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライトおよびベーナイトの３相以外の相は認められなかった。
表６から明らかなように、Ｓｉを０．２％以下としてもＴｉ、Ｎｂを添加するとバラツキは大きくなるが、本発明のようにＴｉを０．００５％以下とすれば、強度、延性、および穴広げ性に優れ、何れのバラツキも４％以下と小さい鋼板を得ることができた。
【００３１】
【表２】
【００３２】
（実施例３）
表３に化学成分を示す鋼のスラブを表４中から選択した条件にて熱間圧延し、厚さ３．２ｍｍの熱延板を得た。このようにして得られた帯鋼の強度σB、延性δ、穴広げ値λ、および各々のΔを上記実施例１と同様に調べた。その結果を強度σB、延性δ、および穴広げ値λのいずれのΔも４％以下であるものと、それ以外に分け、Ｎｂ量を横軸に、巻き取り温度Ｔｃ（℃）を縦軸にして図１に示す。白丸（〇）は図中にＩ、ＩＩ、およびＩＩＩで示す直線で囲まれた領域であり、３本の直線は同図より下記のように求められた。
【００３３】
すなわち、（Ｉ）：Ｔｃ＝７０３−１０３×［Ｎｂ］
（ＩＩ）：Ｔｃ＝６１６−４１５×［Ｎｂ］
（ＩＩＩ）：Ｔｃ＝３６８＋２９０×［Ｎｂ］
である。ただしＮｂ量を［Ｎｂ］と表記した。
以上より、巻き取り温度Ｔｃを、０．１≦［Ｎｂ］≦０．３５においては、６１６−４１５×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］とし、０．３５＜［Ｎｂ］≦０．６においては３６８＋２９０×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］を満たす範囲にすることによって強度、延性、および穴広げ性に優れバラツキも４％以下と小さい鋼板を得ることができることが示された。
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】
【表５】
【００３７】
【表６】
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼板の強度、延性、伸びフランジ性のバラツキをＮｂ量を横軸に、巻き取り温度を縦軸にして表したグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品のうち、特に足回り系と呼ばれるフレーム類やアーム類などには高強度熱延鋼板が広く用いられている。こうした用途に用いられる鋼板に求められる特性には、高い延性とともに穴広げ試験値などで代表される伸びフランジ性の高さがある。この２つの特性は同一強度の鋼板では相反するものであり、一方の特性を大きく損ねることなく他方の特性を高めるための鋼板開発が進められている。そうした鋼板の例として、特許文献１や特許文献２をあげることが出来る。特許文献１には所定の化学成分を有し、ベイニティック・フェライトを主たるミクロ組織とすることで、引張強度が５００Ｎ／ｍｍ2 級以上で伸びフランジ性に優れた熱延鋼板を得るための技術が開示されている。一方、特許文献２には、所定の化学成分を有し、フェライト単相のミクロ組織とすることで、引張強度が６００Ｎ／ｍｍ2 級以上で伸びフランジ性に優れた熱延鋼板を得るための技術が開示されている。
【０００３】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平６−１７２９２４号公報）
（２）特許文献２（特開平７−７０６９６号公報）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らも、こうした先行技術を参考に優れた伸びフランジ性を有する鋼板とその製造方法について研究を行っていた。その過程で、上記の先行技術に基づいた鋼板は確かに優れた伸びフランジ性を示す部分もあるものの、一部に特性が劣る部位が含まれる場合のあることが明らかになった。実験室規模の小型の熱延板では顕著ではないが、商業規模の熱延コイルでは特性の持つ分布範囲が大きいことがわかった。
【０００５】
こうした問題は、鋼板使用者を取り巻く経済状況が好況である場合には不可避な特性のバラツキとして許容されるものであったが、今日においては避けて通れない問題であると認識されつつある。なぜなら、バラツキを考慮し、特性の下限値に対して十分なゆとりを持たせて来た部品設計は見直されつつあり、特性値の上限までを可能な限り活用しようとする姿勢が主流となりつつあるからである。
こうした状況下では鋼板の特性値が高いことのみでは十分ではなく、むしろ、その絶対値の高さよりもバラツキの小ささの方が重視されるようになったが、こうした点に着目した例は見当たらない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような状況に鑑み、本発明者らは、一定水準以上の伸びフランジ性を有し、かつバラツキの小さい鋼板であって、更に製造条件の変動に対する感受性も小さい鋼板を開発するべく鋭意研究を進め、これらを可能ならしめる化学成分や製造方法を明らかにして本発明を完成させた。
その要旨は以下の通りである。すなわち
（１）化学成分が、質量％にて、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００５〜２．０％、Ｔｉ：０．００５％以下、ただし０％（無添加）を含む、Ｎｂ：０．１〜０．６％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、ミクロ組織が、ポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライトおよびベーナイトのうちの１つ若しくは２つ又は全部からなる伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法であって、前記化学成分を有する鋼材を１２００℃以上に加熱し、（Ａｒ3点−５０）℃以上の温度で圧延を完了し、１０〜５０℃／秒の平均冷却速度で冷却して巻き取る工程において、巻き取り温度Ｔｃ（℃）を、０．１≦［Ｎｂ］≦０．３５においては、６１６−４１５×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］とし、０．３５＜［Ｎｂ］≦０．６においては３６８＋２９０×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］を満たす範囲にすることを特徴とする伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
ただし、［Ｎｂ］はＮｂ量（質量％）である。
【０００７】
（２）質量％で、更に、Ｃｕ：０．８〜２．０％、Ｎｉ：０．４〜１．０％を含有することを特徴とする上記（１）記載の伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
【０００８】
（３）質量％で、更に、Ｍｏ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０２５〜０．１５％のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（１）または（２）記載の伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法、である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
まず本発明を完成するに至った実験について説明する。
本発明者らは、質量％にて、Ｃ：０．０２〜０．１％、Ｓｉ：０（無添加）〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０１〜０．１％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、Ｎ：０．００３〜０．０１％、Ａｌ：０．００５〜２％を含有し残部がＦｅである鋼片を溶製し、これらを熱延して帯鋼（熱延コイル）を製造した。熱延に当たっては、圧延終了温度Ｔｆ（℃）と圧延後の冷却速度ＣR （℃／秒）および巻き取り温度Ｔｃ（℃）を変化させた。製造した帯鋼を酸洗すると共に、帯鋼の先端部、中央部、末尾部から鋼板を採取した。そしてそれら３つの部位の鋼板の各々について、幅方向の、両端部および中央部から特性評価用の試験片とミクロ組織調査試料の採取を行った。
【００１０】
試験片は、強度延性評価用の引張り試験片（ＪＩＳ５号、引張り方向を圧延方向と垂直となるように採取）と穴広げ値測定用の試験片（１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）であり、各５体を作製した。これらの試験片を用いて強度（引張り強さ）σB（ＭＰａ）、延性（伸び）δ（％）、穴広げ値λ（％）を調査した。引張り試験は、インストロン型試験機を使用してＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠した方法で行った。穴広げ値λの測定は、日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳ Ｔ１００１に準拠して行い、クリアランスは１２％とした。
【００１１】
得られた特性値を、同一部位から採取した５点、幅方向の部位３箇所、および帯鋼上の位置３箇所について整理し、特性値の分布（バラツキ）と鋼板の化学成分の関係、および熱延条件（Ｔｆ、ＣR、Ｔｃ）との関係について検討した。その結果、同一部位５点間のバラツキは化学成分や熱延条件に依らず全ての鋼板において極めて僅かであり、最大値と最小値の差は単純平均値に対して２％以内であった。このため、５点の単純平均値で評価して実用上差し支えないものと判断し、その値（単純平均値）を使って幅方向の３箇所間、および帯鋼上の３箇所間のバラツキについて検討した。その結果、バラツキの程度は化学成分や熱延条件に依存して変動し、最も大きなものでは、幅方向３箇所間で約１６％、帯鋼上の３箇所間で約２０％にも及ぶものもあった。
【００１２】
こうした結果を、まず化学成分と突き合わせて分析したところ、構成元素中のＳｉ量との間に比較的強い相関が認められ、特に０．２％以下になると急激にバラツキが減少することを見出した。
そこで次に、Ｓｉを０．０５〜０．２％とし、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ａｌの量は上記のままとした上で、ＴｉとＮｂを添加した場合についての実験を行った。Ｔｉは０（無添加）〜０．２５％、Ｎｂは０．１〜０．６％の範囲で検討した。先行技術においても述べられているように、ＴｉとＮｂはＣと炭化物を形成することによってセメンタイトの生成を抑制するので、λの向上が期待できるが、バラツキに対する影響は明らかでないので上記と同様の方法で検討を行った。その結果、Ｎｂ量はバラツキに対してほとんど影響を与えないのに対して、Ｔｉ量は強い相関を持ち、０．００５％以下にする事でバラツキを急激に小さく出来ることが明かとなった。
【００１３】
以上の結果を踏まえて、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．２％、Ｍｎ：１．５％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．００１％、Ｎｂ：０．１〜０．６％を含有する鋼片に対して更にＣｕとＮｉおよびＭｏとＶの添加の影響を検討したが、これらの元素はバラツキには影響を与えなかった。
以上の検討から化学成分としては、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．００５％以下、Ｎｂ：０．１〜０．６％を含有し、必要に応じてＣｕ：０．８〜２．０％、Ｎｉ：０．４〜１．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０２５〜０．１５％を含有し、残部がＦｅ、および、不可避不純物とすることがバラツキを最も少なくする上で有効であることが明かとなったので、この成分の鋼板に絞って、熱延条件とバラツキとの関係を検討した。圧延終了温度Ｔｆ、圧延後の冷却速度ＣR、巻き取り温度Ｔｃを変化させれば当然ミクロ組織が変化し、それに伴って強度σB、延性δ、および穴広げ値λの絶対値も変化するが、そのバラツキの程度は不明であるので調査した。
【００１４】
その結果、圧延終了温度Ｔｆと圧延後の冷却速度ＣRがバラツキに及ぼす影響は僅かであるが、巻き取り温度Ｔｃはバラツキの程度に影響を与え、特にＮｂ量の変化に応じてバラツキを小さくする上で望ましい巻き取り温度Ｔｃの範囲が特定の範囲を取ることが明かとなった。
以上述べてきた検討の詳細は実施例にて説明するが、本発明はこうした基礎実験の上に立脚し、更に鋭意研究を重ねた結果なされたものであり、所定の伸びフランジ性をバラツキ少なく示す熱延鋼板とその製造方法を提供するものである。なお、「バラツキの少ない」ことこそ、今日鋼板使用者から求められている特徴であるとの考えから、バラツキが少なく、かつ、伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板を、単に、伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板と表記した。
【００１５】
以下に本発明の限定理由を述べる。まず化学成分の限定理由について述べる。成分の標記は全て質量％である。
Ｃは、鋼板の強度を確保するために必須の元素であり、高強度鋼板を得るためには少なくとも０．０２％が必要である。しかし、過剰に含まれると、セメンタイトやマルテンサイトなど伸びフランジ性に好ましくない相の生成が避けられなくなるので０．１０％以下とする。
【００１６】
Ｓｉ量は、本発明で最も重要な条件の一つであり、バラツキの抑制のためには０．２％以下にする必要がある。０％とすることが最も好ましい。Ｓｉ量がバラツキに強く影響する理由は必ずしも明らかではないが、同元素はフェライト中のＣの固溶限を変動させ、その結果、圧延後の冷却過程で生成する可能性があるポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライト、ベーナイト、およびパーライトの中からの相の選択とその構成分率の決定に強く影響し、結果的に穴広げ値λのバラツキに関係するものと思われる。Ｓｉ量が０．２％以下の範囲では、上記のＣ固溶限の変動は極めて僅かとなると推定されるので、バラツキの抑制に有効に働くものと考えられる。
【００１７】
Ｍｎは、鋼板の高強度化に有効な元素であり、０．５％以上は含有させるべきであるが、２．５％を越えて含有させると延性が劣化するため上限を２．５％とする。
Ｐは、固溶強化元素として有効であるが、偏析による加工性の劣化が懸念されるので０．１％以下にする必要がある。
Ｓは、ＭｎＳなどの介在物を形成して伸びフランジ性を劣化させるので出来るだけ抑制すべきであるが０．０１％以下であれば許容される。
【００１８】
Ｎは、窒化物を形成して延性や伸びフランジ性を低下させる。従って出来るだけ抑制すべきであるが０．０１％以下であれば許容される。
Ａｌは、脱酸剤として使用されるもので、適切な清浄度を得るためには０．００５％は必要であるが、過剰に含有されていると延性や伸びフランジ性を劣化させるので２．０％を上限とする。
【００１９】
ＴｉおよびＮｂは、Ｃ、ＳおよびＮを析出物として固定することによって鋼板の加工性を向上させる（いわゆるｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ効果）働きをする。一方、必要以上に添加された場合には、それらは固溶Ｔｉや固溶Ｎｂとして鋼中に存在し、再結晶を温度を上昇させ熱間加工組織が残存し易くなり延性を損ねるので添加量には細心の注意が必要である。特にＴｉはＮｂに比べてＣと容易に結合する傾向が強いので僅かな濃度の揺らぎが鋼中に残存するＣ量を大きく変化させ、その結果穴広げ値λのバラツキに強く影響するものと推測される。そのため０．００５％以下に抑制する必要があり、０％（無添加）も本発明に含まれる。
【００２０】
一方、Ｎｂは、Ｔｉと比べてＣとの結合力が緩やかであることで、濃度の揺らぎによるＣ量の変動を誘発し難いものと推定される。そこで、Ｃを固定する効果が明瞭に認められる０．１％以上を添加し、加工組織の残存が特性に影響を及ぼし始める０．６％超の添加を避ける必要がある。
Ｃｕは、固溶強化元素または析出強化元素として鋼板の高強度化に利用できる。またその添加によって疲労強度を一層向上させることができる。その効果は０．８％以上を添加しないと発現せず、一方、２．０％を越えて含有されていると熱延後の鋼板表面性状を悪化させるので２．０％を上限とする。
【００２１】
Ｎｉは、上記Ｃｕによる熱延表面性状悪化を緩和する効果があり、Ｃｕの半分程度を目安に添加することが望ましい。従ってその下限は０．４％である。一方、１．０％を超えて添加してもその効果は飽和し、コストの上昇につながるだけなので、１．０％を上限とする。
ＭｏおよびＶはともに炭化物を形成して強度を高める働きをするとともに、Ｎｂと複合した炭窒化物を形成して溶接の熱影響による鋼板の軟化を抑制する効果も期待出来る。こうした効果はそれぞれ０．０５％および０．０２５％以上で発現し、一方、それぞれ０．３％および０．１５％を越えて含有されると硬質相を形成して穴広げ値λの劣化を招くので、これらを上限とする必要がある。
なお、本発明において上記以外の成分はＦｅとなるが、スクラップなどの溶解原料から混入する不可避的不純物は許容される。
【００２２】
次に、鋼板の組織について説明する。
優れた伸びフランジ性を得るには、ポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライトおよびベーナイトの中から選択した１つまたは２つ以上のミクロ組織を有する鋼板とすることが必要である。これら以外の残部組織として、パーライト、残留オーステナイト、マルテンサイトの１つ又は２つ以上は極力なくすべきであり、少なくとも面積率で３％以下にすることが望ましい。一方、ポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライトおよびベーナイトの３相のうちであれば、どのような組み合わせ（単一も含む）や構成比（面積比）でもよく、要求される強度、延性、伸びフランジ性に基づいて設計することが出来る。例えば、特に高延性を主眼とし、加えて高伸びフランジ性が要求されるような用途においては、ポリゴナル・フェライトを主相、あるいは単一相とし、析出物を活用して必要な強度を確保する方法が選択出来る。これに対して、出来るだけ構成元素を削減して低価格な鋼板であることが最も重視されるような用途においてはベーナイトを主相、あるいは単一相とする方法が選択出来る。
【００２３】
最後に加熱、圧延、冷却および巻き取りの各条件について述べる。
加熱温度は鋼中の炭窒化物を一旦固溶させるため１２００℃以上とすることが必要である。これらを固溶させておくことにより、圧延後の冷却過程で炭窒化物を微細に分散させて鋼板の高強度化が達成出来る。
一方、加熱温度が１３００℃を超えるとスラブ表面の酸化が著しくなり、特に粒界が選択的に酸化されたことに起因すると思われる楔状の表面欠陥がデスケーリング後に残り、それが圧延後の表面品位を損ねるので上限は１３００℃、好ましくは１２５０℃以下とすることが望ましい。
【００２４】
圧延終了温度Ｔｆは鋼板の組織制御上重要である。Ａｒ3点＋５０℃未満では表層部の結晶粒径が粗大となって板厚方向の材質が安定せず特性上好ましくない。一方、Ａｒ3点＋１００℃超では、圧延終了後のオーステナイト粒径が粗大になり、冷却中に生成する相の構成とその分率が不安定で操業が難しくなるのでこの温度を上限とすることが望ましい。
【００２５】
圧延後の冷却速度ＣRは１０〜５０℃／秒とする必要がある。圧延後の冷却速度ＣRをコントロールすることによってポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライト、およびベーナイトのうちから選択した１つまたは２つ以上の構成組織とその分率を持った鋼板を得ることが出来る。圧延後の冷却速度ＣRが１０℃／秒未満では伸びフランジ性に好ましくないパーライトの生成が抑制出来ず、一方５０℃／秒超では、特に帯鋼の幅方向の冷却むらに起因する材質バラツキが懸念されるので圧延後の冷却速度ＣRは上記の範囲に限定される必要がある。
【００２６】
巻き取り温度Ｔｃ（℃）の範囲は本発明の鋼板を得る上で最も重要な条件の１つである。特にＮｂ量との間に一定の関係がある場合に極めてバラツキの少ない鋼板が得られる。その関係は実施例の中で述べるように［Ｎｂ］をＮｂ量（質量％）とすると、０．１≦［Ｎｂ］≦０．３５においては、６１６−４１５×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］とし、０．３５＜［Ｎｂ］≦０．６においては３６８＋２９０×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］を満たす範囲とすることである。なぜこの関係を満足するとバラツキが小さくなるかは現在のところ明確には出来ていないが、恐らく、ＮｂＣの析出現象が何らかの形で関与しているものと推察している。上記の関係式は、後述する実施例により、Ｎｂ量別に強度σB、延性δおよび穴広げ値λの何れもバラツキが４％以内となる範囲を求めたものである。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
（実施例１）
表１に化学成分を示す鋼のスラブを表４中から選択した条件にて熱間圧延し、厚さ３．６ｍｍの帯鋼を得た。このようにして得られた帯鋼の前記の９箇所（帯鋼先端部、中央部、末尾部、各々の幅方向両端部と中央部）の強度σB、延性δおよび穴広げ値λを調べた。９箇所の特性値の最大値と最小値の差をそれらの単純平均値で除した値（Δ）も併せて求めた。結果を鋼と条件の組み合わせ毎に表５に示す。また断面組織を観察して構成する組織を調べた。組織は鏡面研磨後、ナイタール液で現出させ、表面から板厚の１／４相当内部位置を４００倍で観察し、下記の技術文献１を参考に存在する組織を同定した。その結果、認められた相は、ポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライトおよびベーナイトの３相のみであり、その他の相は認められなかった。
【００２８】
【技術文献１】
「鋼のベーナイト写真集−１」（平成４年６月２９日、（社）日本鉄鋼協会発行、例えば２１頁・Ｆｉｇ．２．９）
【００２９】
【表１】
（実施例２）
表２に化学成分を示す鋼のスラブを表４中から選択した条件にて熱間圧延し、厚さ３．４ｍｍの熱延板を得た。このようにして得られた帯鋼の強度σB、延性δ、穴広げ値λ、および各々のΔを上記実施例１と同様に調べた。その結果を鋼と条件の組み合わせ毎に表６に示す。また構成する相の同定も上記実施例１と同様に行ったが、ポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライトおよびベーナイトの３相以外の相は認められなかった。
表６から明らかなように、Ｓｉを０．２％以下としてもＴｉ、Ｎｂを添加するとバラツキは大きくなるが、本発明のようにＴｉを０．００５％以下とすれば、強度、延性、および穴広げ性に優れ、何れのバラツキも４％以下と小さい鋼板を得ることができた。
【００３１】
【表２】
（実施例３）
表３に化学成分を示す鋼のスラブを表４中から選択した条件にて熱間圧延し、厚さ３．２ｍｍの熱延板を得た。このようにして得られた帯鋼の強度σB、延性δ、穴広げ値λ、および各々のΔを上記実施例１と同様に調べた。その結果を強度σB、延性δ、および穴広げ値λのいずれのΔも４％以下であるものと、それ以外に分け、Ｎｂ量を横軸に、巻き取り温度Ｔｃ（℃）を縦軸にして図１に示す。白丸（〇）は図中にＩ、ＩＩ、およびＩＩＩで示す直線で囲まれた領域であり、３本の直線は同図より下記のように求められた。
【００３３】
すなわち、（Ｉ）：Ｔｃ＝７０３−１０３×［Ｎｂ］
（ＩＩ）：Ｔｃ＝６１６−４１５×［Ｎｂ］
（ＩＩＩ）：Ｔｃ＝３６８＋２９０×［Ｎｂ］
である。ただしＮｂ量を［Ｎｂ］と表記した。
以上より、巻き取り温度Ｔｃを、０．１≦［Ｎｂ］≦０．３５においては、６１６−４１５×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］とし、０．３５＜［Ｎｂ］≦０．６においては３６８＋２９０×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］を満たす範囲にすることによって強度、延性、および穴広げ性に優れバラツキも４％以下と小さい鋼板を得ることができることが示された。
【００３４】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼板の強度、延性、伸びフランジ性のバラツキをＮｂ量を横軸に、巻き取り温度を縦軸にして表したグラフである。
Claims (3)
- 化学成分が、質量％にて、
Ｃ：０．０２〜０．１０％、
Ｓｉ：０．２％以下、
Ｍｎ：０．５〜２．５％、
Ｐ：０．１％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．００５〜２．０％、
Ｔｉ：０．００５％以下、ただし０％（無添加）を含む、
Ｎｂ：０．１〜０．６％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、ミクロ組織が、ポリゴナル・フェライト、ベイニティック・フェライトおよびベーナイトのうちの１つ若しくは２つ又は全部からなる伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法であって、前記化学成分を有する鋼材を１２００℃以上に加熱し、（Ａｒ3点−５０）℃以上の温度で圧延を完了し、１０〜５０℃／秒の平均冷却速度で冷却して巻き取る工程において、巻き取り温度Ｔｃ（℃）を、０．１≦［Ｎｂ］≦０．３５においては、６１６−４１５×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］とし、０．３５＜［Ｎｂ］≦０．６においては３６８＋２９０×［Ｎｂ］＜Ｔｃ＜７０３−１０３×［Ｎｂ］を満たす範囲にすることを特徴とする伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
ただし、［Ｎｂ］はＮｂ量（質量％）である。 - 質量％で、更に
Ｃｕ：０．８〜２．０％、
Ｎｉ：０．４〜１．０％
を含有することを特徴とする請求項１記載の伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。 - 質量％で、更に
Ｍｏ：０．０５〜０．３％、
Ｖ：０．０２５〜０．１５％
のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項１または２記載の伸びフランジ性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
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