JP3917361B2

JP3917361B2 - コイル内材質の均一性および加工性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3917361B2
Application number: JP2000348944A
Authority: JP
Inventors: 学嘉村; 良信大宮
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: JP2002155315A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は引張強さが４４０〜７８０ＭＰａ程度の高強度を有し、コイル内材質のばらつきが小さく、加工性に優れる高強度熱延鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の骨格部材として衝突時のエネルギーを吸収する役割を担うメンバーなどの構造部材用鋼板は、最近、安全性向上の観点から、また環境問題対策として燃費向上を目的とする車体軽量化の観点から急速に強度の高い鋼板に置換されつつある。一方、高強度化は加工性の劣化を招き、部品のプレス加工そのものを困難にする。このため、強度と加工性を両立させた鋼板が強く望まれている。このような要求に対して、例えば特開平１−２７２７２０号公報、特開平６−３１１２３６号公報などに記載されているように、残留オーステナイトの加工誘起変態を活用することにより優れた伸びを有する高強度鋼板が開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の残留オーステナイトを含む高強度熱延鋼板の製造方法は、熱延工程での冷却過程において、非常に狭小な温度範囲に制御する必要があるものが多く、コイル全長を管理温度範囲内に制御することは極めて困難である。このため、コイル内の一部あるいは大部分で温度外れによる伸び特性の劣化を招くことがあった。
【０００４】
また、熱延工程のみで残留オーステナイトを含む組織を得る場合、鋼板巻き取りが完了してからも引き続いて組織変態を進行させる必要があるため、コイル内の長手方向、幅方向で冷却不均一に起因する材質ばらつきが生じる可能性が高かった。
【０００５】
この種の鋼板は、自動車の骨格部材であるメンバーなどに用いられ、そのほとんどがプレス加工により成形されるために、プレス加工割れの発生を防止するため、コイル内の長手方向、幅方向で高い伸び特性を安定して得ることが重要である。しかし、上記の通り、従来の残留オーステナイトを含む高強度熱延鋼板は、コイル全長、全幅で安定した特性が得られないという問題があった。
【０００６】
一方、このようなコイル内材質ばらつきを解決する技術として、熱間圧延後、フェライト＋オーステナイト２相温度域まで再加熱する方法が特開平５−２７１７６４号公報に提案されている。
【０００７】
しかし、この方法では２相温度域からの冷却速度が２０℃／ｓ以上と速いため鋼板の冷却をミスト冷却やロール冷却に頼らざるを得ない。このため、これらの手法によると、かえってコイルの長手方向、幅方向、板厚方向に冷却ムラに起因する材質ばらつきが生じやすく、前記コイル内材質の均一性が安定して実現されるには至っていない。
【０００８】
本発明は、かかる問題に鑑みなされてもので、コイル全長手方向および幅方向において材質均一性の高い高強度熱延鋼板を安定して製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の高強度熱延鋼板の製造方法は、化学成分がmass％で、
Ｃ：０．０７〜０．１５％、
Ｓｉ：０．８〜２．０％、
Ｍｎ：１．２〜３．０％
を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延した後、６００℃以下の温度で巻き取り、次いで７５０〜９００℃の温度範囲に再加熱し、その温度で６０秒以上保持した後、３〜１０℃／ｓの冷却速度で３７０〜４５０℃の温度域まで冷却し、その温度で９０秒以上保持した後室温まで冷却して、フェライトおよびベイナイトが共存した相を主相とし、面積率で３〜１０％の残留オーステナイトを含み、前記３相以外の相が面積率で３％以下の組織を形成する方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の製造方法において用いる鋼の化学成分についてその限定理由を説明する。単位は、mass％である。
Ｃ：０．０７〜０．１５％
Ｃは鋼の強度を向上させるとともに、残留オーステナイト相を生成させるために最も重要な元素である。引張強さ４４０ＭＰａ以上、体積分率で３％以上の残留オーステナイトを得るためには、０．０７％以上が必要であり、下限を０．０７％とする。一方、０．１５％を超えて添加すると、フェライト以外の硬質な第２相の体積率が高くなり、延性が劣化するため、上限を０．１５％、好ましくは０．１３％とする。
【００１１】
Ｓｉ：０．８〜２．０％
Ｓｉはフェライトに固溶し、フェライト＋オーステナイト共存温度域からの冷却過程において、炭化物の析出を抑制しながらオーステナイトヘＣ元素を濃縮させる作用を有し、これによって効果的に残留オーステナイトを得ることが出来る。そのためには少なくとも０．８％の添加を必要とし、下限を０．８％、好ましくは１．０％とする。しかし２．０％を超えて過剰に添加してもフェライトを強化しすぎ、鋼板自体の延性低下を招くので、上限を２．０％、好ましくは１．８％とする。
【００１２】
Ｍｎ：１．２〜３．０％
Ｍｎは鋼を強化するとともにオーステナイトを安定化する元素であり、Ｓｉと同様に炭化物の析出を抑制しながらオーステナイトの残留に貢献する。所期の残留オーステナイト量を得るためには１．２％以上の添加が必要であり、これを下限とする。本発明では２相温度域からの冷却速度を比較的遅い３〜１０℃／ｓとするため、その冷却速度で炭化物の析出を抑制しながら目的の組織を得るためには、Ｍｎ量は１．４％以上とすることが好ましい。一方、３．０％を超えると溶製が困難となるため、上限を３．０％、好ましくは２．６％とする。
【００１３】
本発明にかかる鋼の化学成分は、前記成分のほか残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるが、上記各元素の作用、効果を妨げない範囲で適宜の元素を添加することができる。例えば、脱酸のためにＡｌを０．０１％以上０．１０％以下添加することができる。
【００１４】
次に、本発明の製造条件について説明する。
前記鋼は、溶製されてスラブとされた後、熱間圧延される。前記熱間圧延は、常法によって行えばよく、特に限定されない。通常、スラブ加熱温度を１０００〜１２００℃程度とし、熱間仕上温度をＡr₃点以上とすればよい。ただし、熱延後の鋼板は６００℃以下の温度で巻き取られることが必要である。これはＣやＭｎなどの元素を濃縮させたベイナイトなどの相を、引き続いて行われる再加熱処理の前にあらかじめ生成させておくことにより、製品段階で高い伸び特性を得るために十分な量の残留オーステナイトを得やすくするためである。６００℃を超えると炭化物が析出し、Ｃ元素が消費されるためにオーステナイトへのＣの濃縮が不十分となる。また、上記したように、本発明では残留オーステナイトを得るために比較的多量の元素を添加する必要があるが、このような鋼を高温で巻き取る場合、粒界酸化を招く恐れがある。これらの理由により、巻き取り温度の上限を６００℃、好ましくは５６０℃に設定する。
【００１５】
巻き取り後、必要に応じて酸洗処理を行い、次いで、図１に示すように、７５０〜９００℃の温度範囲Ｔ１に加熱する再加熱処理を行う。前記温度範囲Ｔ１は、フェライト＋オーステナイトの共存温度域であり、７５０℃未満では十分なオーステナイト量が得られず、また９００℃を超えると十分な量のフェライトが得られないようになる。このため、下限を７５０℃、好ましくは７７０℃とし、上限を９００℃とする。もっとも、熱延後に得られるベイナイトなどの元素を濃縮した相を、濃縮度合いの高い状態のまま維持するためには、８３０℃以下とすることが望ましい。また、十分オーステナイト化を促進させるためには、少なくともＴ１温度領域における保持時間ｔ１を６０ｓ以上、好ましくは９０ｓ以上保持することが望ましい。
【００１６】
再加熱処理の後、１０℃／ｓ以下の冷却速度ＣＲで、後述する３７０〜４５０℃の保持温度Ｔ２まで冷却する。この冷却は、軟質なフェライト相を十分析出させ、また未変態オーステナイト中のＣ濃度を高め、製品段階で残留オーステナイトを適正量（面積率で３〜１０％）得るために重要な工程である。冷却速度ＣＲが１０℃／ｓを超える場合、フェライト変態が十分に行われず、高い伸び特性が得られないため、上限を１０℃／ｓとする。また、実操業で可能な冷却速度として下限を３℃／ｓとする。なお、前記冷却速度は、例えば炉中で冷却（放冷、ガス冷却（エアー冷却）、ガスジェット冷却（強制エアー冷却）を含む。）することによって容易に実現可能であり、さらにこの際、ロール冷却を併用してもよい。
【００１７】
前記冷却後、ベイナイト変態を進行させ、更に未変態オーステナイト中のＣ濃度を高めるため、保持温度Ｔ２を３７０〜４５０℃とし、保持時間ｔ２を９０ｓ以上として保持する。保持温度が３７０℃未満では、伸び特性が劣化する。一方、４５０℃を超えると炭化物の析出が認められ、Ｃが消費されるために未変態オーステナイトヘのＣ濃縮が不十分となる可能性が高くなり、適正な残留オーステナイト量が得られないようになる。このため、保持温度Ｔ２の下限を３７０℃、好ましくは３９０℃とし、その上限を４５０℃、好ましくは４３０℃とする。また、保持時間ｔ２は９０ｓ未満ではベイナイト変態が十分進行せず、適正な残留オーステナイト量が得られなないようになるため、最低保持時間を９０ｓ、好ましくは１２０ｓとする。
【００１８】
ペイナイト変態促進のためのＴ２温度に保持後の冷却は、室温まで適当な冷却速度にて冷却、例えば空冷すればよく、特に冷却速度は限定されない。また、冷却後、必要に応じて調質圧延を施してもよい。
【００１９】
以上の製造条件により、フェライト＋ベイナイトが共存した相を主相とし、残留オーステナイトが面積率で３〜１０％、前記３相以外の相が面積率で３％以下の熱延鋼板を得ることができる。前記残留オーステナイト相は、加工誘起変態効果を利用して高い伸び特性を得るためには少なくとも３％は必要である。一方、１０％を超えると、その効果は飽和するため、１０％以下であればよい。なお、前記３相のほか、微量のパーライト、マルテンサイトが生成する場合があるが、前記３相以外の相は、面積率で３％以下、好ましくは１％以下であれば実用上問題はない。
【００２０】
以下、本発明を実施例によって説明するが、本発明は下記の実施例によって限定的に解釈されるものではない。
【００２１】
【実施例】
表１に示す化学成分の鋼を溶製し、スラブとした。このスラブを１１３０℃に加熱し、仕上げ温度８７０〜９３０℃で２．０ｍｍ厚まで熱間圧延し、６０℃／ｓの平均冷却速度で冷却した後、表２に示す巻き取り温度（ＣＴ）で巻き取った。酸洗後、同表および図１に示す加熱冷却理条件で、連続焼鈍ラインにより所定の熱処理を行った。すなわち、まずＴ１に加熱し、Ｔ１にて約９０ｓ（ｔ１）保持した後、保持温度Ｔ２まで冷却速度ＣＲにて冷却し、Ｔ２温度にてｔ２秒間保持後、室温まで空冷し、その後約０．５％の調質圧延を施した。
【００２２】
熱延コイルのミドル（中央）部の幅方向中央部より、ＪＩＳ５号引張試験片および組織観察試験片を採取し、引張試験およびＸ線による残留オーステナイト量の測定を行った。その結果を表２に示す。また、発明例については、組織を顕微鏡観察したところ、残留オーステナイト以外の相はほぼフェライト、ベイナイトであり、他の相は面積率で１％以下であった。
【００２３】
さらに、コイルの長さ方向の材質のばらつきを調べるため、コイル長手方向に沿ってトップ部（コイル先端部）、ミドル部、ボトム部（コイル後端部）、トップ部とミドル部の中間、ミドル部とボトム部の中間の５位置（幅方向中央部）から試験片を採取し、伸びを調べた。また、ミドル部において、幅方向に沿って両エッジ部、センター部、両エッジ部の各々とセンターの中間の５位置から試験片を採取し、伸びを調べた。そして、測定した最大伸びと最小伸びの差（ΔＬ：長さ方向における伸び差、ΔＷ：幅方向における伸び差）によってコイル内材質の均質性を評価した。ΔＬ，ΔＷの値を表２に併せて示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
表２より、本発明例では、熱延鋼板の長手方向、幅方向ともＥｌ（伸び）のばらつきが２％以内と小さく、５９０ＭＰａを超える強度を有するにもかかわらず、３５％以上の高いＥｌが得られている。また、残留オーステナイト量も５〜８％の適正量が得られていることが分かる。これに対し、比較例ではΔＬ、ΔＷの少なくとも一方が３％以上で均質性に劣り、Ｅｌも３２％以下に止まっている。比較例の中には、ばらつきが２％以下に止まっているもの（No. ４，１３，１７，２１，２２，２３）があるが、やはり伸びの劣化が著しい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、コイル内の材質のばらつきが小さく、材質均一性に優れ、また加工性にも優れた高強度熱延鋼板を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱延後の加熱冷却線図を示す。

Claims

化学成分がmass％で、
Ｃ：０．０７〜０．１５％、
Ｓｉ：０．８〜２．０％、
Ｍｎ：１．２〜３．０％
を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延した後、６００℃以下の温度で巻き取り、次いで７５０〜９００℃の温度範囲に再加熱し、その温度で６０秒以上保持した後、３〜１０℃／ｓの冷却速度で３７０〜４５０℃の温度域まで冷却し、その温度で９０秒以上保持した後室温まで冷却して、フェライトおよびベイナイトが共存した相を主相とし、面積率で３〜１０％の残留オーステナイトを含み、前記３相以外の相が面積率で３％以下の組織を形成する、高強度熱延鋼板の製造方法。
さらに、Ａｌを０．０１〜０．１０ mass ％含む、請求項１に記載した高強度熱延鋼板の製造方法。