JP4639468B2 - 薄物熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄物熱延鋼板の製造方法に関し、とくに従来は熱延での製造が困難ということで冷延鋼板が適用されていた、板厚が１．８ｍｍ以下で、板厚／板幅の比が０．００１５以下の薄物広幅材について、冷延鋼板の代替としての使用を可能ならしめようとするものである。本発明の熱延鋼板は、用途的には、主としてロールフォーミングによってパイプに成形されるような比較的軽加工の用途に供して好適なものであるが、多少用途は限定されるものの、自動車用途にも適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄物の鋼板は、種々の用途で使用されていて、その需要も多い。例えば、家具、建材および水道管類などである。
これらの部材は、材質的には特に厳しいものではないが、構造部材的な意味合いを持つ部品として使用されるため、比較的高強度のものとして概ね430 MPa 以上の引張強度（ＴＳ）が要求されていて、必要強度レベルに応じて、Cu，Ni，Cr，Mo，Nb，Ti，ＶおよびＢ等を適量含有させたＣ−Mn鋼が用いられている。
【０００３】
従来、熱延鋼板では、厚みが1.8 mmを超えるものがほとんどであり、しかも板厚が1.8 mm程度のものでは板幅が900 mm以下の狭幅のものしか精度よく製造できなかったため、このような分野では冷延鋼板が広く用いられてきた。しかしながら、冷延鋼板では、熱間圧延後、製造プロセスとして、酸洗、冷間圧延、焼鈍というプロセスが不可避であるため、製品価格の増加が避けられなかった。
従って、このような冷延鋼板に代わる熱延鋼板、具体的には板厚が1.8 mm以下で、板厚／板幅の比が0.0015以下といった薄物広幅の熱延鋼板の開発が望まれていた。
【０００４】
冷延鋼板に代替できる熱延鋼板を製造するためには、高精度な断面形状・寸法制御技術および鋼板の長手方向および幅方向に均一な材質を付与する材質制御技術が不可欠である。
近年の熱間圧延技術において、形状・寸法制御は、ペアクロスミルを採用することにより高精度の制御を実施できるようになってきている。また、材質の均一性についても圧延時の鋼板温度制御技術のレベルアップで、ある程度は対処可能となっている。さらに、形状・寸法制御および鋼板温度制御を、被圧延材の先端から尾端まで安定して実施するために、例えば特開平 9−296252号公報に記載されているような、仕上げ圧延機の入側で先行するシートバーと後行するシートバーとを接合し、連続的に仕上げ圧延することにより、先端および尾端についても鋼板に張力を付与した状態で安定して圧延できる技術が開発されている。
これらの技術により、熱延鋼板においても、形状・寸法制御および材質制御を高精度で実施できるようになりつつある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＣ−Mn鋼で、板厚が1.8 mm以下、板厚／板幅の比が0.0015以下の薄物広幅のものを熱間圧延しようとすると、圧延時における圧延負荷の増大を招く。そのため、かかる圧延負荷が圧延機の能力を超えてしまうような場合には、製造不可能である。また、圧延機の能力範囲内で圧延できるにしても、圧延荷重が大きい場合には、上記した形状・寸法制御における制御出力が大きくなることから、形状・寸法精度が良好なものを製造することが困難となる。さらに、このような場合、ロールの表面が荒れ、これが熱延鋼板に転写されて、製品の表面性状を悪化させる。
また、上記した鋼板温度制御においては、仕上げ圧延機とその下流の巻取機との間（一般にホットランテーブルと称する）での鋼板冷却が重要であるが、形状が平坦でない鋼板を冷却すると、冷却速度の均一化が達成できず、結果として材質の均一性が悪化してしまう。
【０００６】
圧延荷重の低減を図るには、ワークロールの小径化が考えられるが、この場合には、ロール原単位の増大およびそれに伴うコストアップ等が新たに問題となる。
また、鋼の純度を上げることによって、熱間変形抵抗を低下させ、圧延荷重を低減させることが考えられるが、過度に鋼の純度を上げると必要な強度レベル（引張強度ＴＳで430 MPa 以上）が得られなくなるので、熱間圧延時の変形抵抗を低下させる手法にも限界があった。
以上の理由のために、板厚が1.8 mm以下、板厚／板幅の比が0.0015以下で、しかも引張強度ＴＳが 430 MPa以上である熱延鋼板を、冷延鋼板と代替可能なレベルの形状・寸法精度で製造することは困難であった。
このようなことから、要求材質のレベルそのものはさほど高くはないにもかかわらず、薄物で広幅の熱延鋼板を、工業的に安価に、しかも安定して製造し得る技術は現在までのところ開発されていない。
【０００７】
本発明の目的は、上記の実情に鑑み、板厚：１．８ｍｍ以下かつ板厚／板幅の比：０．００１５以下で、引張強度ＴＳ：４３０ＭＰａ以上という、比較的強度レベルが高い薄物広幅の熱延鋼板の製造方法を提供することにある。これにより、現在冷延鋼板が使われている広い用途において、熱延鋼板への代替を可能とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、上記の問題を解決すべく、成分組成および製造条件を種々に変更して鋼板を製造し、多くの材質評価試験を行った。
その結果、従来、このような加工性が要求される分野では積極的に利用されることのなかった窒素を強化元素として活用し、熱間変形抵抗を低減することで、薄物広幅の熱延鋼板の製造が可能となり、また圧延後の製品としての十分な加工性と強度を兼ね備えた薄物広幅熱延鋼板を有利に製造し得る、との知見を得た。
換言すると、Ｎを添加することによって、鋼板の熱間変形抵抗を増加させることなしに、製品の室温における強度を効果的に向上させ得ることが見出されたのである。
【０００９】
また、熱間圧延して一旦コイルに巻き取ったあと、軽圧下（調質圧延およびレベラーによる圧下）を行えば、その加工硬化作用によって、上記のＮ添加による強度上昇の効果をさらに高め、目標とする強度レベルを容易に得ることができるとの知見も得た。
さらに、Ｎ添加材にこのような軽圧下を施すと、室温程度の比較的低い温度で保持しても時効硬化現象が生じ、鋼板の強度レベルの向上に寄与すること、また製品の塗装焼付時における硬化量が従来のＣ−Ｍｎ鋼に比べて大きくなり、塗装焼付後の強度レベルの増加が一層容易に達成できることがわかり、Ｎ添加材が最終的な製品の強度を維持する上でも有利であることが併せて究明された。
【００１１】
本発明は、上記の知見に立脚するものであり、その要旨とするところは次のとおりである。
（１）質量％でＣ：０．１０％以下、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．１５０％以下、Ｎ：０．００５０〜０．０２０％を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、１０００℃以上に加熱したのち、仕上げ圧延機出側温度：８００℃以上の条件下で熱間圧延し、６５０℃以下の温度で巻取り、その後、調質圧延およびレベラーで伸び率：２．５〜１５％の範囲で軽圧下して、最終板厚：１．８ｍｍ以下、板厚／板幅の比：０．００１５以下で、引張強度ＴＳ：４３０ＭＰａ以上の鋼板を得ることを特徴とする薄物熱延鋼板の製造方法。
【００１２】
本発明においては、不可避的不純物元素のうち
Cu, Ni, Cr, Moを合計で0.2 ％以下、
Nb, Ti, Ｖ, Ｂを合計で0.01％以下
に抑制することが好ましい。
【００１３】
また、本発明では、材質的に、25％以上の伸びと、30 MPa以上の焼付硬化性を備えることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明鋼板の製造に際し、鋼板の形状・寸法精度を向上させるためには、現在、一部で実用化されている、仕上げ圧延機の入側で先行シートバーと後行シートバーを接合して連続的に仕上げ圧延を行ういわゆる連続熱間圧延方法の適用が極めて有効である。
ここに、鋼板の形状としては、板クラウン（幅方向25mm位置と中央位置との板厚差）を30μｍ以下とすることが好ましい。
【００１５】
また、仕上げ圧延機入側で、被圧延材（シートバ−）の幅方向端部を加熱するエッジヒーターを用いて被圧延材の温度を幅方向に均一化することは、材質均一化の面で有利である。
さらに、被圧延材の長手方向端部についても温度が低下し易いので、仕上げ圧延機の入側で被圧延材の全幅にわたって加熱できる加熱装置（以下シートバーヒーターと称する）により、長手方向端部の温度低下部分について加熱して、被圧延材の長手方向温度分布を均一にすることが好ましい。また、前記のようなシートバーの接合を行った後に圧延する際に、接合装置の入側においてシートバーをコイル状に巻取る場合があるが、この場合には特に、コイルの最外巻部および最内巻部で温度が低下し易いので、かようなシートバーヒーターを用いることが好ましい。
【００１６】
また、熱間圧延終了後は、直ちに（０．２ｓ以内に）冷却することが、しかも通常よりも低い熱伝達係数で冷却することが望ましい。ここに、圧延後の冷却においては、エッジ部の過冷却を防止するために幅方向両端部に冷却水のマスキングを行なう技術も材質均一化の観点から望ましい。
さらに、本発明において時効硬化を有効に生じさせるには、軽圧下（調質圧延およびレベラーによる圧下）の後で、２５℃以上の温度で１時間以上保持することが有効である。 なお、本発明の薄物熱延鋼板は、酸洗板として用いても良いし、表面に酸化鉄の皮膜が存在する状態いわゆる黒皮ままで用いても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明において、鋼材の成分組成を前記の範囲に限定した理由について説明する。なお、各成分の含有量％は全て質量％を意味する。
Ｃ：0.10％以下
Ｃ量が0.10％を超えると、鋼中の炭化物量が増加することに起因して鋼板の延性が悪化するため成形性の観点から好ましくない。しかも、さらに重要な問題として、Ｃ量が0.10％を超えると熱間圧延の際に圧延荷重が顕著に増大する現象が確認された。とくに、γ域から一部α域を含む領域での変形抵抗の増加が顕著である。本発明で目的とする薄物の熱延鋼板の製造に当たっては、変形抵抗の増加は最も有害な現象であるので、このような弊害をもたらすような事態は極力避ける必要がある。また溶接性なども悪化する。
従って、Ｃ量は0.10％以下とするが、成形性の向上という観点からは0.08％以下とするのがさらに好適である。
【００１８】
Si：0.50％以下
Siは、室温における引張強度を増加させるには極めて有効な元素であるが、鋼の熱間変形抵抗を顕著に増大させる元素である。また、表面性状、とくに、表面の美麗性の改善という観点からは低減することが望ましい。これらの観点から、Si量は0.50％以下とした。より好ましくは0.20％以下である。
【００１９】
Mn：1.0 ％以下
Mnは、Ｓによる熱間割れを防止するのに有効な元素であり、含有するＳ量に応じて含有させる必要がある。またMnは、結晶粒を微細化する効果があり、材質を向上させる上でも有用である。
しかしながら、Mnを多量に添加すると、詳細な機構は不明であるが、鋼板の熱間変形抵抗の増加を招き好ましくない。また、溶接性および溶接部の成形性も悪化する傾向にある。以上のことから、Mnについてはその上限を1.0 ％とした。より良好な耐食性と成形性が要求される用途では0.80％以下とすることが望ましい。
【００２０】
Ｐ：0.04％以下
Ｐは、多量に含有されると、鋼を著しく硬質化させ、特に鋼板の伸びフランジ加工性を悪化させる。また、鋼中において偏析する傾向が強いため、それに起因した溶接部の脆化が生じる。
以上のことから、Ｐについては、その上限を0.04％とした。特にこれらの特性が重要視される場合には0.02％以下とすることが好ましい。
【００２１】
Ｓ：0.02％以下
Ｓは、介在物として存在し、鋼板の延性を低下させるだけでなく、耐食性を劣化させるので、極力低減することが望ましいが、含有量が0.02％以下の範囲で許容できる。特に良好な加工性が要求される用途においては0.015 ％以下とすることが望ましい。
【００２２】
Al：0.150 ％以下
Alは、鋼の脱酸元素として添加され、鋼の清浄度を向上させるのに有効に寄与するだけでなく、鋼の組織微細化のためにも有用な元素である。
本発明では、固溶状態のＮを強化元素として利用するが、適正範囲のAlを添加したアルミキルド鋼のほうが、Alを添加しない従来のリムド鋼よりも、機械的性質が優れている。一方、Al含有量が多くなると表面性状の悪化、固溶Ｎの顕著な低下につながり、必要最低限の引張強度である430 MPa を確保することが困難となる。これらの点を勘案してAl量の上限は0.150 ％とした。材質の安定性という観点からは0.005 〜0.080 ％が望ましい。
【００２３】
Ｎ：0.0050〜0.020 ％でかつ、固溶状態としてのＮが0.0030％以上
Ｎは、本発明において最も重要な添加元素である。
すなわち、適正量のＮを添加した上で、製造条件を最適化することによって、適正量の固溶Ｎを確保することができ、このＮの固溶強化効果により目標とする430 MPa 以上のＴＳを安定して得ることができる。
また、Ｎは、鋼の変態点を降下させる効果もあり、薄物で変態点を大きく割り込んだ圧延をしたくないという状況下ではその添加はより有効である。
さらに、本発明鋼の適用範囲を考えた場合には、成形後の塗装・焼き付けにより、または単なる自然時効によっても鋼板の強度が増加する傾向にあることが望ましいが、Ｎの添加によって、このような強度上昇効果（一種の歪み時効硬化と考えられる）を得ることができる。
【００２４】
Ｎの含有量としては、概ね50 ppm以上の添加によって、このような効果が安定して得られる。しかしながら、0.020 ％を超えて添加した場合には鋼板の内部欠陥または表面欠陥の発生率が高くなるだけでなく、連続鋳造時におけるスラブ割れ等の発生も顕著となるので、その上限は0.020 ％に制限した。製造工程全体を考慮した材質の安定性・歩留り向上という観点からは、0.0070〜0.017 ％の範囲がさらに好適である。なお、Ｎを添加しても、本発明の範囲であればスポット溶接、アーク溶接およびレ−ザ溶接等の溶接性に悪影響を及ぼすことはない。
【００２５】
また、鋼板の強度が十分に確保され、しかもＮによる歪み時効硬化が有効に発揮されるには、固溶状態のＮは0.0030％以上とする必要がある。
なお、ここで固溶Ｎ量は、鋼中の全Ｎ量から析出Ｎ（臭素エステルによる溶解法で求める）を差し引いた値とする。これは、析出Ｎの分析法について、種々の方法を検討した結果、上記した臭素エステルによる溶解を利用する方法が最も良好で、材質の変化と的確に対応したことに基づく。また、この分析法で得られた値が、内部摩擦法等で測定した値と整合していることも確認した。
【００２６】
さらに、鋼中に不可避的に混入してくる不純物元素のうち、特に以下に述べる元素を所定レベル以下に抑制することは有利である。
（Cu＋Ni＋Cr＋Mo）：0.2 ％以下、（Nb＋Ti＋Ｖ＋Ｂ）：0.01％以下
これらの元素が含有されると、鋼板の製品としての強度は高まるが、同時に鋼板を熱間圧延する際の変形抵抗が著しく増加する。また、化成処理性およびより広義の表面処理特性の悪化が顕著となり、さらには溶接部の硬化に由来する溶接部成形性の低下も顕著となる。それ故、これらの元素は上記の範囲に抑制することが好ましい。これらは単独でも複合して含有される場合でも同様の挙動を示すので、熱間変形抵抗に及ぼす実験式に基づいて２つのグループに分類し、各々の合計量について上限を設定した。
【００２７】
次に、本発明において、鋼板の板厚を前記の範囲に限定した理由および鋼板に必要な機械的性質について説明する。
鋼板の厚み：1.8 mm以下
本発明の効果は、鋼板が厚い場合でも発揮されるけれども、1.8 mmを超える鋼板の場合は塑性加工（圧延加工）の面で変形抵抗に関する規制がそれほど厳しくない。すなわち、Ｃ，Mnなどの元素を通常の範囲で添加しても、問題なく製造することが可能であり、本発明の寄与するところが小さい。従って、本発明では板厚は1.8 mm以下とした。形状およびクラウンの面では、板厚の減少に伴い顕著な劣化傾向があるので、板厚が1.6 mm以下、さらには1.4 mm以下となると、さらに本発明の有効性が顕著になる。
【００２８】
板厚／板幅の比：0.0015以下
薄物広幅の熱延鋼板の製造に当たっては、圧延時の負荷が問題となる。発明者は、種々の板厚と板幅の熱延鋼板を製造する際の、圧延負荷（主として、圧延ロールの単位長さ当たりの荷重）を解析した。その結果、圧延負荷は板厚／板幅の比で整理でき、この値が0.0015以下になると圧延負荷が顕著に増大することが明らかとなった。本発明の有用性が発揮されるのは、こうした圧延負荷が増大する領域であるので板厚／板幅の比を0.0015以下とする。
【００２９】
引張強さ（ＴＳ）：430 MPa 以上
引張強度は、430 MPa 以上ないと、比較的強度が高い冷延鋼板の代替を含め広範囲に適用することが難しい。これは、適用しようとする部品類が何らかの構造部材的な面を持っているためである。なお、ここで定める引張強さは、鋼板製造後25℃以上の温度で３日以上保持の自然時効を経てから測定したもので評価することとする。
【００３０】
また、本発明では、材質的に伸びおよび焼付硬化性についても、以下に述べるように、良好な特性値を得ることができる。
伸び：25％以上
鋼板の伸びは、通常のJIS ５号引張試験片で測定するものとするが、異なった試験片形状・寸法であっても通常行われているように、これらとの換算式により換算することができる。この鋼板の伸びが25％以上ないと、冷延鋼板の代替という目標を達成することが難しくなる。従って、伸びは25％以上とすることが好ましく、さらに望ましくは27％以上である。
なお、これらの材質については、鋼板の長手方向および幅方向で均一になるようにすることが好ましい。長手方向および幅方向の複数点についての引張強度および伸びの標準偏差σは、ＴＳ：430 〜600 MPa の強度レベルの場合、ＹＳで20 MPa以下、ＴＳで15 MPa以下、Ｅｌで３％以下であれば実用上問題はなく、さらに厳しい加工が要求されるときには、ＹＳで15 MPa以下、ＴＳで10 MPa以下、Ｅｌで２％以下となるようにすることが望ましい。
【００３１】
焼付硬化量：30 MPa以上
本発明においては、熱延鋼板の製造段階で軽圧下して予歪を付与しているので、焼付硬化量は、無歪み（付加歪みゼロ）の状態で170 ℃にて20分間時効したのちの降伏応力の増加量で規定する。この値が概ね30 MPa以上あると実際に部品として使われる場合に有効な強度上昇として現れ、鋼板の薄肉化を達成することができる。より望ましい硬化量は40 MPa以上である。
なお、本発明鋼では、従来の低炭素鋼とは異なり、特に加熱による加速時効処理（人工的な時効）を行わないでも、成形後に室温で放置しておくだけでも、強度の増加を期待することができ、完全な時効の概ね40％程度は最低限見込むことができる。
【００３２】
また、鋼板のクラウン（鋼板端部から25mm位置と中央部との板厚差）は30μｍ以下とすることが望ましい。というのは、冷延鋼板の代替として、その適用可能範囲を広くするためには、板厚に依存するにしても、板クラウンを概ね30μｍ以下とする必要があるからである。より望ましくは20μｍ以下である。
【００３３】
さらに、鋼板の形状が平坦でないと、種々の加工を行う際に、生産ライン上で通板トラブルを引き起こしたり、すり疵等が生じたりする。冷延鋼板に代替するための、鋼板の平坦度は10mm以下、望ましくは８mm以下の範囲とすることが好ましい。なお、平坦度はJIS G3193 の規定に従い、定盤上で測定する。
【００３４】
次に、本発明の製造方法について具体的に説明する。
スラブは、成分のマクロな偏析を防止する上で連続鋳造法で製造することが望ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法によっても製造可能である。
また、スラブを製造したのち、一旦室温まで冷却し、その後再度加熱する従来法の他、冷却しないで、温片のままで加熱炉に装入する、あるいはわずかの保熱を行ったのち、直ちに圧延する直送圧延・直接圧延などの省エネルギープロセスも問題なく適用できる。特に固溶状態のＮを有効に確保するには直送圧延は有用な技術の一つである。
【００３５】
熱延条件については以下のように規定される。
スラブ加熱温度： 1000 ℃以上
スラブ加熱温度は、初期状態として固溶状態のＮを確保するという観点から下限が規定される。上限は特に規制されないが、酸化重量の増加に伴うロスを考慮すると1280℃以下とすることが望ましい。
【００３６】
熱延時の仕上げ圧延温度： 800℃以上
仕上げ圧延温度を800 ℃以上とし、後述する熱間圧延後の冷却を実施することにより、均一で微細な熱延板組織を得ることができ、用途上、問題なく使用することができる。しかしながら、仕上げ圧延温度が800 ℃を下回ると、鋼板の組織が不均一になり、一部加工組織が残留したりして、プレス成形時に種々の不具合が発生する危険性が増大する。また、これより低い仕上げ圧延温度の場合に加工組織の残留を回避すべく高い巻取り温度を採用しても、この場合は粗大粒の発生に伴う強度の顕著な低下を生じ、また固溶Ｎの顕著な低下も生じるため、目標とする430 MPa の引張強度を得ることが難しくなる。したがって、仕上げ圧延温度は800 ℃以上とした。特に、機械的性質を向上させるためには820 ℃以上とすることが好ましい。
【００３７】
巻取り温度：650 ℃以下
巻取り温度を低下させると、強度は増加する傾向にある。本発明が目標とする430 MPa の引張強度を得るには650 ℃以下で巻き取る必要がある。下限の温度は厳しくは限定されないが、200 ℃（場合によっては300 ℃）を下回ると鋼板の形状が乱れだし、実際の使用に当たって不具合が生じる危険性が増大する。また、材質の均一性も低下する傾向にあり望ましくない。
従って、熱延巻取り温度は650 ℃以下とした。この巻取り温度の好ましい条件は、580 ℃以下であり、さらに200 ℃以上とすること、より高い材質均一性が要求される場合には300 ℃以上とすることが望ましい。
【００３８】
伸び率：２．５〜１５％の軽圧下
熱間圧延後コイルに巻き取った熱延鋼板に対して通常行われる調質圧延（スキンパス圧延）などの軽圧下は、降伏点伸びの抑制または軽減のためと、表面粗度等を調整するために行われる。しかし、本発明においては、この軽圧下は強度の向上および形状の矯正を図るために行い、調質圧延およびレベラー加工によって実施するものとする。そして酸洗工程を経て熱延鋼板を製造する場合には、この軽圧下を酸洗前に行っても、酸洗後に行っても同じ効果が得られる。
調質圧延およびレベラー加工の伸び率の合計量で表される軽圧下の伸び率を、２．５％以上とすることにより強度（ＴＳ及びＹＳ）が増加するが、１５％を超えて圧下すると延性が大きく低下してしまう。したがって、軽圧下の伸び率は２．５〜１５％の範囲で行うものとする。なお、より良好な延性が必要とされる場合には、２．５〜１０％の範囲とすることが好ましい。
【００３９】
次に、補助的に適用することが望ましい製造条件について述べる。
まず、仕上げ圧延機の入側で先行シートバーと後行シートバーとを接合して連続的に仕上げ圧延を行う連続熱間圧延方法をとることが望ましい。
このように先行シートバーと後行シートバーとを連続して圧延することにより、被圧延材の先端部および後端部のいわゆる圧延の非定常部がなくなるため、安定した熱間圧延が被圧延材の全長および全幅にわたって可能となる。そして、このような圧延は、鋼板断面の形状および寸法を改善する上でも極めて有効である。そのため、全長にわたって鋼板形状を平坦にすることが可能となり、ホットランテーブル上で圧延後の鋼板を冷却する際に、長手方向および幅方向で均一な冷却条件が得やすくなる。従って、均一な材質を得る上で有利である。
【００４０】
なお、仕上げ圧延機の入側における接合方法については、特に規制条件はなく、圧接法でも、レーザー溶接法、電子ビーム溶接法でもまたその他の接合法でもまったく同様に適用することができる。
また、連続圧延を行うことで、被圧延材の先端を安定して通板できるため、通常のバッチ圧延では通板性および噛込み性の観点から適用することが難しかった低摩擦係数での熱間圧延すなわち潤滑剤を多量に使用した熱間圧延を実施することが可能となり、圧延荷重を低減することができると同時にロールの面圧をも低減できるので、ロールの寿命延長が可能となる。
以上のことから、薄物熱延鋼板においては、先行材 (シートバー) と後行材 (シートバー) とを連続的に仕上げ圧延することが極めて有効である。
【００４１】
また、仕上げ圧延機の入側で、被圧延材の幅方向端部を加熱するエッジヒーターを用いることは、被圧延材の温度を幅方向で均一にする上で有利である。本発明においては、圧延時およびホットランテーブル上での冷却時における鋼板温度の均一性が重要であるため、特に温度が低下し易い幅方向端部を仕上げ圧延機の入側において加熱して、鋼板温度の幅方向分布を均一にすることが好ましい。この際の加熱量は、最終的な仕上げ圧延での温度差が概ね20℃以下となるような条件が推奨される。
【００４２】
被圧延材の長手方向端部についても温度が低下し易いので、仕上げ圧延機の入側でシートバーヒーターにより、長手方向端部の温度低下部分について加熱して、被圧延材の長手方向温度分布を均一にすることが好ましい。この場合の加熱量は、長手方向中央部に対して概ね＋20℃となるような条件が材質の均一化の点から推奨される。なお、上記したような接合を行った後に圧延する際に、接合装置の入側でシートバーをコイル状に巻取る場合があるが、この場合には特にコイルの最外巻部および最内巻部で温度が低下し易いので、かようなシートバーヒーターを用いることがとりわけ有利である。
上記したような、先行シートバーと後行シートバーとを接合して仕上げ圧延する連続熱間圧延方法やエッジヒーター、シートバーヒーターによるシートバー加熱を併用することにより、材質の均一性の一層の向上を図ることができる。
【００４３】
熱間圧延時の圧延荷重を低減するために、潤滑圧延を行うことは、形状の均一化、材質の均一化のうえから有効な手段である。このような潤滑圧延を行う際の摩擦係数は0.25〜0.10の範囲であることが好ましく、これに加えて前述の連続熱間圧延プロセスを適用することが熱間圧延の操業安定性のうえから望ましい。
【００４４】
熱間圧延終了後の冷却
熱延終了後、直ちに（概ね0.2 s 以内に）水冷などによる冷却速度４０℃／ｓ以上の急冷を開始し、しかも通常よりも低い熱伝達係数のいわゆる緩冷却を適用することが、平坦な形状を維持し、かつ材質の均一性を確保する上で有効である。また、仕上げ圧延終了後、0.2 s 以内に水冷を開始することが、最終製品の強度と焼付硬化性を得る上で必要である。というのは、圧延後は圧延歪により、窒化アルミの析出が促進される傾向にあるが、圧延終了後できるだけ速く冷却して高温域にある時間を短くすることによってこの現象を防止でき、有効に固溶状態のＮを確保することができるからである。また熱延板の微細化で最終製品組織の微細化も達成される。
【００４５】
軽圧下後の時効処理
前述したように、本発明においては、巻取り後に軽圧下を行い、鋼板に比較的多めの塑性歪を付与して、その後の時効で鋼板の強度（ＴＳ及びＹＳ）を増加させる。このような効果を得るには、塑性加工を与えたのち、25℃以上の温度で、１時間以上保持することが望ましい。保持の温度が高いほど時効時間は短くてよく、温度が低いほど時効時間は長くすることが必要となる。保持温度Ｔのときの必要な保持時間の下限値ｔは、下記の式を満たす値である。
log(3600/t) ＝4000(1/300-1/T)-log(T/300)
ただし、Ｔ：温度（Ｋ），ｔ：時間（ｓ）で、温度の上限は250 ℃とする。
【００４６】
【実施例】
実施例１
表１に示す成分組成を含み、残部が実質的にFeからなる鋼を転炉で溶製して製造したスラブを、表２に示す条件で熱間圧延し、板厚：1.2 mm、板幅：1000 mm（板厚／板幅＝0.0012）の熱延鋼板に仕上げた。
得られた熱延鋼板の固溶Ｎ量、引張特性および焼付硬化性（ＢＨ）等について調査した結果を表３に示す。
この際、引張特性はJIS ５号試験片を使用した。また、焼付硬化量は２％予歪みで170 ℃にて20分の標準的な時効条件とした。なお、酸洗をしない熱延鋼板でも引張特性を調査したが、酸洗を行ったものと比較した差異は認められなかった。
【００４７】
【表１】

【００４８】
【表２】

【００４９】
【表３】

【００５０】
表３から明らかなように、本発明に従い得られた熱延鋼板はいずれも、ＴＳ≧430 MPa 、Ｅｌ≧25％、ＢＨ≧30 MPaという優れた特性値を示した。また、かかる特性値は、鋼板の長手方向および幅方向でほとんど変化せず、材質および形状ともに均一であり、さらに板クラウンも30μｍ以下に制御可能であることが確認された。
これに対し、Cu，NiおよびNb，Tiを添加して鋼板の強度増加を狙ったものは、強度の増加は達成されたものの、圧延荷重が上昇し、形状が乱れるとともに、板厚が目標から外れる割合が急増した。また板クラウンも50μｍ程度に増加し、実用に供することができなかった。
【００５１】
実施例２
Ｃ：0.051 ％、Si：0.005 ％、Mn：0.55％、Ｐ：0.009 ％、Ｓ：0.005 ％、Al：0.015 ％およびＮ：0.0126％を含み、残部は実質的にFeの組成になる鋼スラブを素材とし、製造条件を表４に示すように種々に変化させて固溶Ｎ量を幅広く変化させ、最終的に板厚：1.0 mm、板幅：1000 mm （板厚／板幅＝0.0010）の熱延鋼板を製造した。
熱間圧延に際し、25mm厚に粗圧延したシートバーについて、先行材の尾端と後行材の先端とを加熱し溶融圧接する方法にて接合し、連続的にタンデム仕上げ圧延を行った。また、仕上げ圧延機入側にてエッジヒーターを用いて幅端部を加熱する場合、シートバーヒーターを用いてシートバーの先尾端の温度低下部分を加熱する場合、これらを併用する場合の実験も行った。
得られた熱延鋼板の引張特性、板クラウン、形状について調査した結果を表４に併記する。ここで、板クラウンおよび形状については、鋼板の長手方向中央位置よりサンプルを採取して測定した。板クラウンは、幅端から25mm位置と幅中央位置での板厚差を測定し、また形状については、前述した方法で測定することによって評価した。
【００５２】
【表４】

【００５３】
表４に示したとおり、本発明に従い得られた熱延鋼板はいずれも、ＴＳ≧430MPa 、Ｅｌ≧25％という優れた引張特性値を示した。また、これらの鋼板はいずれも、板クラウンは22〜28μｍの範囲であり、形状および材質均一性についても良好であった。また、エッジヒーター、シートバーヒーターを用いることにより、熱延鋼板の板厚精度、形状が改善されることが確認できた。
これに対し、製造条件が本発明の適正範囲から逸脱した比較例は、発明例に比べると、引張強度、板クラウン、形状のいずれかが劣っていた。そして、実際の使用上の特性を比較するために、1.0 mm厚の冷延焼鈍材とそれを使用して小径の電縫管を作製したが、発明例の熱延鋼板については、冷延焼鈍材と同様に全く問題なく製造することができたが、板クラウン45μｍの比較例では一部の電縫管に溶接不良が発生した。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷延鋼板の代替となり得る薄物・広幅の熱延鋼板を安定して提供することができる。
すなわち、本発明に従う熱延鋼板は、化学組成、熱延条件および軽圧下条件を適正化し、最終の製品段階において固溶Ｎを十分な量確保するとともに加工強化をはかることによって、強度を増加させ、またＮによる歪み時効硬化も利用して、十分な強度を確保することができ、またその際、Ｎの添加が他の合金元素と異なり熱間の変形抵抗を上げることもないので、通常、変形抵抗が増大する薄物広幅の熱間圧延においても十分に対応することができ、工業的に極めて重要である。また、この変形抵抗を増大させないという特性は、鋼板の形状・寸法を高い精度で保証するという観点からも極めて重要である。
さらに、本発明には、酸洗を行うことなく、表面のスケール相を利用する用途にも問題なく適用できるという利点もある。

Claims (2)

1. 質量％でＣ：０．１０％以下、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．１５０％以下、Ｎ：０．００５０〜０．０２０％を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、１０００℃以上に加熱したのち、仕上げ圧延機出側温度：８００℃以上の条件下で熱間圧延し、６５０℃以下の温度で巻取り、その後、調質圧延およびレベラーで伸び率：２．５〜１５％の範囲で軽圧下して、最終板厚：１．８ｍｍ以下、板厚／板幅の比：０．００１５以下で、引張強度ＴＳ：４３０ＭＰａ以上の鋼板を得ることを特徴とする薄物熱延鋼板の製造方法。
2. 請求項１において、不可避的不純物元素のうちＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏを合計で質量％で０．２％以下、Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｂを合計で質量％で０．０１％以下に抑制したことを特徴とする薄物熱延鋼板の製造方法。