JP4670538B2 - 微細フェライト組織を有する熱延鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炭素鋼のフェライト結晶粒径を微細化する熱延鋼板の製造方法に関する。
フェライト結晶粒の微細化により強度と共に靱性が高められることは知られており、微細フェライト組織を持つ熱延鋼板の製造技術は、鉄鋼材料の材料機能発現のための重要な技術である。また特殊な元素を用いずに強度強化が図れるため、製品のリサイクル性も高く、地球環境に対する負荷も少ない。
微細フェライト組織を持つ熱延鋼板を得る手段として、大歪み加工法が従来から多く研究されている。例えば、特許文献１には、変態域で、１パスまたは累積の大圧下により炭素鋼で粒径３〜５μｍの細粒フェライト組織を有する高強度熱延鋼板が得られることが開示されている。
また、特許文献２には、６５０〜９５０℃の温度域で、圧下率４０％以上で圧下し、更に２秒以内に連続して圧下率４０％以上の圧下を加えることにより２〜３μｍ程度の細粒フェライト組織が得られることが開示されている。
これらはいずれも圧延中のフェライト変態やフェライト再結晶による結晶粒微細化機構を活用するものとされている。
特開昭５８−１２３８２３号公報
特開昭５９−２２９４１３号公報
上記公報などによる方法では、２〜３μｍ程度が細粒化の限界であった。本発明は、従来以上の結晶粒微細化、具体的には平均２μｍ未満のフェライト結晶粒径を実現するための製造方法を提供することを課題とするものである。
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
本発明は、図１の工程図に概略的に示されるように、熱間加工に適する高温状態にあり、所定の組成を有する素材鋼板を、オーステナイト単相で平均粒径が３０μｍ以下となるように圧延する第１圧延（２０）、１パスの第２圧延（３０）、その直後に行う第３圧延（４０）、及びその直後に行う冷却（５０）を含む各工程により処理して、微細フェライト組織を有する熱延鋼板を得るものである。
本発明者らは、短パス間時間で高圧下圧延が可能な多スタンド熱間試験圧延機（１０）（図２参照。詳細は後述する。）を用いて実験した結果から、微細結晶粒を得るため有効な下記の条件を見出した。これらの適切な組み合わせにより、従来の方法によるもの以上の結晶粒微細化が得られることを知見し本発明を完成するに至った。これを金属結晶組織に注目して表現すれば、
（１）最終パスたる第３圧延（４０）まではフェライト変態させず、フェライト変態前のオーステナイトは、極力微細化した上で、且つ転位密度を高める。
（２）第１圧延（２０）において、十分にオーステナイトを微細化し、再結晶させる。
（３）第２圧延（３０）においては、動的再結晶・静的再結晶が著しく早くなるような超高圧下圧延を避けつつも、十分な圧下率の圧延を行って、歪みを蓄積し、転位密度を高める。
（４）第２圧延（３０）と最終パスたる第３圧延（４０）とのパス間時間はオーステナイトの再結晶や回復を極力少なくし、歪みの蓄積効果を高めるために、従来圧延方法に比べて短いパス間時間とするとともに、温度を過冷オーステナイト域も含む比較的低い温度とする。
（５）最終パスたる第３圧延（４０）においても、十分な圧下率の圧延を行って、歪みを蓄積し、転位密度を高める。このときの出側温度を所定の範囲とする。
（６）第３圧延（４０）後は速やかに冷却（５０）して、フェライト変態を促進し、フェライト粒成長を抑制する。
ことを本質とする。
（１）最終パスたる第３圧延（４０）まではフェライト変態させず、フェライト変態前のオーステナイトは、極力微細化した上で、且つ転位密度を高める。
（２）第１圧延（２０）において、十分にオーステナイトを微細化し、再結晶させる。
（３）第２圧延（３０）においては、動的再結晶・静的再結晶が著しく早くなるような超高圧下圧延を避けつつも、十分な圧下率の圧延を行って、歪みを蓄積し、転位密度を高める。
（４）第２圧延（３０）と最終パスたる第３圧延（４０）とのパス間時間はオーステナイトの再結晶や回復を極力少なくし、歪みの蓄積効果を高めるために、従来圧延方法に比べて短いパス間時間とするとともに、温度を過冷オーステナイト域も含む比較的低い温度とする。
（５）最終パスたる第３圧延（４０）においても、十分な圧下率の圧延を行って、歪みを蓄積し、転位密度を高める。このときの出側温度を所定の範囲とする。
（６）第３圧延（４０）後は速やかに冷却（５０）して、フェライト変態を促進し、フェライト粒成長を抑制する。
ことを本質とする。
かくして本発明は、微細フェライト組織を有する熱延鋼板の製造方法であって、以下の特徴を有することにより前記課題を解決するものである。
（１）質量％でＣ：０．０４〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％を含有し残部はＦｅ及び不可避的不純物よりなる素材鋼板を圧延終了時の組織がオーステナイト単相で平均粒径が３０μｍ以下となるように圧延する第１圧延（２０）を含むＡ工程と、前記第Ａ工程に引き続き圧延機入側温度がＡｅ３変態点以上の温度域で圧下率３０〜５５％の１パス圧延を行う第２圧延（３０）を含むＢ工程と、前記第Ｂ工程の後、圧延機入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満の温度域で圧下率３５〜６０％の１パス圧延を行う第３圧延（４０）を含むＣ工程と、引き続き第３圧延後０．２ｓｅｃ以内に６００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で（Ａｅ３変態点−１３０℃）以下の温度まで冷却するＤ工程とを備え、前記第３圧延は、該第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点−３０℃）未満ならば、第２圧延後０．６ｓｅｃ以内に、入側温度が（Ａｅ３変態点−３０℃）以上（Ａｅ３変態点−５℃）未満ならば、第２圧延後０．５ｓｅｃ以内に、入側温度が（Ａｅ３変態点−５℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満ならば、第２圧延後０．３ｓｅｃ以内に行うことを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
（２）前記第一圧延（２０）は、連続する複数パスの圧延であり、かつ、該第１圧延の入側温度が８５０℃以上９００℃未満であれば総圧下率６５％以上、９００℃以上９５０℃未満であれば総圧下率７０％以上、９５０℃以上１０００℃未満であれば総圧下率７５％以上、１０００℃以上であれば総圧下率８０％以上であることを特徴とする（１）に記載の熱延鋼板の製造方法。
（３）前記第３圧延（４０）の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満となるように、第２圧延（３０）と第３圧延の間で鋼板を冷却することを特徴とする（１）または（２）に記載の熱延鋼板の製造方法。
（１）質量％でＣ：０．０４〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％を含有し残部はＦｅ及び不可避的不純物よりなる素材鋼板を圧延終了時の組織がオーステナイト単相で平均粒径が３０μｍ以下となるように圧延する第１圧延（２０）を含むＡ工程と、前記第Ａ工程に引き続き圧延機入側温度がＡｅ３変態点以上の温度域で圧下率３０〜５５％の１パス圧延を行う第２圧延（３０）を含むＢ工程と、前記第Ｂ工程の後、圧延機入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満の温度域で圧下率３５〜６０％の１パス圧延を行う第３圧延（４０）を含むＣ工程と、引き続き第３圧延後０．２ｓｅｃ以内に６００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で（Ａｅ３変態点−１３０℃）以下の温度まで冷却するＤ工程とを備え、前記第３圧延は、該第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点−３０℃）未満ならば、第２圧延後０．６ｓｅｃ以内に、入側温度が（Ａｅ３変態点−３０℃）以上（Ａｅ３変態点−５℃）未満ならば、第２圧延後０．５ｓｅｃ以内に、入側温度が（Ａｅ３変態点−５℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満ならば、第２圧延後０．３ｓｅｃ以内に行うことを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
（２）前記第一圧延（２０）は、連続する複数パスの圧延であり、かつ、該第１圧延の入側温度が８５０℃以上９００℃未満であれば総圧下率６５％以上、９００℃以上９５０℃未満であれば総圧下率７０％以上、９５０℃以上１０００℃未満であれば総圧下率７５％以上、１０００℃以上であれば総圧下率８０％以上であることを特徴とする（１）に記載の熱延鋼板の製造方法。
（３）前記第３圧延（４０）の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満となるように、第２圧延（３０）と第３圧延の間で鋼板を冷却することを特徴とする（１）または（２）に記載の熱延鋼板の製造方法。
上記Ｂ工程の第２圧延（３０）前の板表面温度は、歪み蓄積効果を高める観点から、（Ａｅ３変態点＋３０℃）未満となることが好ましく、そのために圧延前に鋼板を待機させて空冷によって温度を調整しても良いし、水冷によって温度を調整してもよい。
本発明によれば、汎用的な炭素鋼のフェライト結晶粒径を著しく微細化できる。その効果として、特殊な元素を用いずに強度強化が図れるため、製品のリサイクル性も高く、地球環境に対する負荷を軽減することができる。
以下、本発明について具体的に説明する。本発明は下記の５点により構成され、それらに制約をかけるものである。
（素材鋼板）：質量％で、Ｃ：０．０４〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物よりなる。
（Ａ工程）：圧延終了時の組織がオーステナイト単相で平均粒径が３０μｍ以下となるように圧延する第１圧延を行う。具体的方法として、連続する複数パスからなる圧延を行い、入側温度が８５０℃以上９００℃未満であれば総圧下率６５％以上、９００℃以上９５０℃未満であれば総圧下率７０％以上、９５０℃以上１０００℃未満であれば総圧下率７５％以上、１０００℃以上であれば総圧下率８０％以上の圧延を行えばよいが、これに限定されるわけではない。ここで複数パスの入側温度とは、第１圧延として総圧下率を規定するパス群の先頭パスの入側温度を指す。
（Ｂ工程）：引き続きＡｅ３変態点以上の温度域で、圧下率３０〜５５％の１パス圧延である第２圧延を行う。
（Ｃ工程）：第２圧延の後、（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満の温度域で、圧下率３５〜６０％の１パス圧延を行う第３圧延を行う。その際、第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点−３０℃）未満ならば、第２圧延後０．６ｓｅｃ以内に、入側温度が（Ａｅ３変態点−３０℃）以上（Ａｅ３変態点−５℃）未満ならば、第２圧延後０．５ｓｅｃ以内に、入側温度が（Ａｅ３変態点−５℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満ならば、第２圧延後０．３ｓｅｃ以内に第３圧延を行う。また、第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満となるように、必要に応じ、圧延前に鋼板を冷却する。
（Ｄ工程）：第３圧延の後、０．２ｓｅｃ以内に６００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で（Ａｅ３変態点−１３０℃）以下の温度まで冷却する。
（素材鋼板）：質量％で、Ｃ：０．０４〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物よりなる。
（Ａ工程）：圧延終了時の組織がオーステナイト単相で平均粒径が３０μｍ以下となるように圧延する第１圧延を行う。具体的方法として、連続する複数パスからなる圧延を行い、入側温度が８５０℃以上９００℃未満であれば総圧下率６５％以上、９００℃以上９５０℃未満であれば総圧下率７０％以上、９５０℃以上１０００℃未満であれば総圧下率７５％以上、１０００℃以上であれば総圧下率８０％以上の圧延を行えばよいが、これに限定されるわけではない。ここで複数パスの入側温度とは、第１圧延として総圧下率を規定するパス群の先頭パスの入側温度を指す。
（Ｂ工程）：引き続きＡｅ３変態点以上の温度域で、圧下率３０〜５５％の１パス圧延である第２圧延を行う。
（Ｃ工程）：第２圧延の後、（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満の温度域で、圧下率３５〜６０％の１パス圧延を行う第３圧延を行う。その際、第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点−３０℃）未満ならば、第２圧延後０．６ｓｅｃ以内に、入側温度が（Ａｅ３変態点−３０℃）以上（Ａｅ３変態点−５℃）未満ならば、第２圧延後０．５ｓｅｃ以内に、入側温度が（Ａｅ３変態点−５℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満ならば、第２圧延後０．３ｓｅｃ以内に第３圧延を行う。また、第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満となるように、必要に応じ、圧延前に鋼板を冷却する。
（Ｄ工程）：第３圧延の後、０．２ｓｅｃ以内に６００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で（Ａｅ３変態点−１３０℃）以下の温度まで冷却する。
以下、それぞれの項目について詳細に説明する。
（素材鋼板）
本発明による素材の成分としては、普通炭素鋼成分でよく、具体的には、質量％でＣ：０．０４〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物よりなる素材鋼板とされる。
本発明による素材の成分としては、普通炭素鋼成分でよく、具体的には、質量％でＣ：０．０４〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物よりなる素材鋼板とされる。
Ｃ：０．０４〜０．２０質量％
Ｃは、主に鋼の強度を確保するために必要な元素であるが、多量に含有させると鋼材の溶接性劣化、靱性の著しい低下、プレス成形時の成形性劣化を引き起こす。したがって、本発明の微細フェライト組織を有する熱延鋼板のＣ含有量は０．２０質量％を上限とする。また、Ｃ含有量が０．０４質量％未満になると結晶粒微細化効果を確保しにくくなるので、Ｃ含有量の下限は０．０４質量％とする。好ましいＣ含有量は、 ０．０７質量％〜０．１６質量％である。
Ｃは、主に鋼の強度を確保するために必要な元素であるが、多量に含有させると鋼材の溶接性劣化、靱性の著しい低下、プレス成形時の成形性劣化を引き起こす。したがって、本発明の微細フェライト組織を有する熱延鋼板のＣ含有量は０．２０質量％を上限とする。また、Ｃ含有量が０．０４質量％未満になると結晶粒微細化効果を確保しにくくなるので、Ｃ含有量の下限は０．０４質量％とする。好ましいＣ含有量は、 ０．０７質量％〜０．１６質量％である。
Ｓｉ：０．０１〜２．０質量％
Ｓｉは、製鋼時の脱酸を行うために必要であり、また鋼板の加工性を高める作用がある合金元素であるが、含有量が２.０質量％を超えると、本発明の微細フェライト組織を有する熱延鋼板としての靭性が損なわれるため、その含有量は２.０質量％を上限とする。一方、含有量が少なすぎると製鋼時の脱酸が十分に行われないので、Ｓｉ量の下限値は、０．０１質量％である。好ましいＳｉ含有量は、０．０１質量％〜１．５質量％である。
Ｓｉは、製鋼時の脱酸を行うために必要であり、また鋼板の加工性を高める作用がある合金元素であるが、含有量が２.０質量％を超えると、本発明の微細フェライト組織を有する熱延鋼板としての靭性が損なわれるため、その含有量は２.０質量％を上限とする。一方、含有量が少なすぎると製鋼時の脱酸が十分に行われないので、Ｓｉ量の下限値は、０．０１質量％である。好ましいＳｉ含有量は、０．０１質量％〜１．５質量％である。
Ｍｎ：０．５〜３．０質量％
Ｍｎは、安価な元素であり、鋼の強度を高める効果を有する元素である。またＳによる熱間脆性を防ぎ、Ａｅ３変態点を低下させる。Ｍｎの含有量が０．５質量％未満であると、かかる効果を十分に発現することができないのでＭｎ含有量の下限値は０．５質量％である。一方、Ｍｎの含有量が３．０質量％を超えるとかかる効果は飽和し、むしろ、熱延鋼板の加工性を劣化させるとともに、熱延鋼板の表面性状を悪化させるため、好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量は３．０質量％以下とする。好ましいＭｎ含有量は、０．５質量％〜２．０質量％である。
Ｍｎは、安価な元素であり、鋼の強度を高める効果を有する元素である。またＳによる熱間脆性を防ぎ、Ａｅ３変態点を低下させる。Ｍｎの含有量が０．５質量％未満であると、かかる効果を十分に発現することができないのでＭｎ含有量の下限値は０．５質量％である。一方、Ｍｎの含有量が３．０質量％を超えるとかかる効果は飽和し、むしろ、熱延鋼板の加工性を劣化させるとともに、熱延鋼板の表面性状を悪化させるため、好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量は３．０質量％以下とする。好ましいＭｎ含有量は、０．５質量％〜２．０質量％である。
素材鋼板は、鋳造材ままでもよいが、鋳造時の内部欠陥の低減やオーステナイト径の微小化のために、１回以上の熱間加工を施しておき、粒径６００μｍ以下のオーステナイト組織を得ておくことが好ましい。具体的には、連続鋳造−熱間圧延プロセスにおいては１パス以上の粗圧延を終えた状態であればよい。本発明に関わる基礎実験においては、結晶粒径が約３０μｍのフェライト組織を有する素材を、下記Ａ工程に入る前に所定温度（例えば１０００〜１２００℃）にて所定時間（例えば１〜２時間）保持し、オーステナイト粒径を３０〜６００μmとして実験を行った。
（Ａ工程）
圧延終了時の組織がオーステナイト単相で平均粒径が３０μｍ以下となるように、上記素材を圧延する第１圧延を行う。この時点でフェライト組織が混在すると、後工程の圧延で伸ばされ、最終的に加工組織のまま残ってしまうため、鋼板の機械特性上好ましくない。オーステナイト粒径が小さく単位体積当たりの粒界面積が大きいほど、後工程の第２、第３圧延において効率良く歪みが蓄積され、更にその後のフェライト変態の際に変態の核生成サイトが増して、フェライト粒の微細化に寄与するものと考えられる。
オーステナイト粒径を３０μｍ以下にするために、具体的には、連続する複数パスからなる圧延を行い、入側温度が８５０℃以上９００℃未満であれば総圧下率６５％以上、９００℃以上９５０℃未満であれば総圧下率７０％以上、９５０℃以上１０００℃未満であれば総圧下率７５％以上、１０００℃以上であれば総圧下率８０％以上の圧延を行えばよい。
本発明に関わる基礎実験において、パス数を２〜４パス、総圧下率を６０〜８０％、圧延前温度を８３０℃〜１０５０℃として、圧延終了後に圧延材を組織凍結し、オーステナイト粒径を計測した結果、上記の温度および総圧下率条件に含まれていればオーステナイト平均粒径は３０μｍ以下となることが確認できた。
オーステナイト平均粒径を３０μｍ以下にする条件は本条件に限定されるわけではないが、パス数１の圧延では１パス超大圧下圧延が必要となり圧延負荷が過大となるため、好ましくない。圧下率を限定してパス数を増やしすぎると１パスあたりの圧下率が低下しオーステナイト粒の再結晶による微細化効果を得にくくなるため、好ましくない。１パスあたりの圧下率としては２７％以上であることが好ましい。
なお、本発明では、第一圧延前の素材に圧延を施してもよいため、鋳造状態からの圧延の総パス数を限定するものではない。また、上記第１圧延の後、短時間の内にＢ工程の第２圧延を行っても差し支えないが、反対に第２圧延までが長時間になると、オーステナイト粒が成長するため好ましくない。基礎実験において全行程を連続して行う場合には、第１圧延の最終パス終了後１〜１０ｓｅｃ程度の内に第２圧延を行ったが、この範囲であれば最終的に得られたフェライト組織に大きな違いは見られなかった。
（Ｂ工程）
上記Ａ工程における第１圧延に連続して、上記圧延により得られた被圧延材に入側温度がＡｅ３変態点以上の温度域で、圧下率３０〜５５％の１パス圧延を行う（第２圧延）。圧下率がこの範囲より小さいと微細粒が得られない。その理由は明確でないが、圧下率が不十分であると圧下による歪み蓄積が不十分となるためと推察される。また、圧下率がこの範囲より大きくなると圧延負荷が過大となり、設備の巨大化、設備限界の超過、焼き付き発生等の圧延の不安定化、などの問題も生じる。
入側温度をＡｅ３変態点以上の温度域とするのは、第２圧延前の温度がＡｅ３変態点未満となると、被圧延材が過冷オーステナイト域である時間が長くなり、第３圧延に至るまでにフェライト変態してしまうためである。
上記Ａ工程における第１圧延に連続して、上記圧延により得られた被圧延材に入側温度がＡｅ３変態点以上の温度域で、圧下率３０〜５５％の１パス圧延を行う（第２圧延）。圧下率がこの範囲より小さいと微細粒が得られない。その理由は明確でないが、圧下率が不十分であると圧下による歪み蓄積が不十分となるためと推察される。また、圧下率がこの範囲より大きくなると圧延負荷が過大となり、設備の巨大化、設備限界の超過、焼き付き発生等の圧延の不安定化、などの問題も生じる。
入側温度をＡｅ３変態点以上の温度域とするのは、第２圧延前の温度がＡｅ３変態点未満となると、被圧延材が過冷オーステナイト域である時間が長くなり、第３圧延に至るまでにフェライト変態してしまうためである。
また第２圧延前の温度が高すぎると、再結晶や回復が発生し易くなり、微細粒フェライトを得にくくなるため、（Ａｅ３変態点＋３０℃）未満とすることが好ましい。
第２圧延前温度の調整は空冷・待機時間の変更で調整可能である。また温度を大きく下げる必要がある場合は水冷を行ってもよい。
（Ｃ工程）
Ｂ工程における１パス圧延（第２圧延）に連続して、第２圧延により得られた被圧延材に
＜１＞ 第３圧延前温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点−３０℃）未満ならば、第２圧延の後０．６ｓｅｃ以内に、圧下率３５〜６０％の１パス圧延である第３圧延を行う。
＜２＞ 第３圧延前温度が（Ａｅ３変態点−３０℃）以上（Ａｅ３変態点−５℃）未満ならば、第２圧延の後０．５ｓｅｃ以内に、圧下率３５〜６０％の１パス圧延である第３圧延を行う。
＜３＞ 第３圧延前温度が（Ａｅ３変態点−５℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満ならば、第２圧延の後０．３ｓｅｃ以内に、圧下率３５〜６０％の１パス圧延である第３圧延を行う。
Ｂ工程における１パス圧延（第２圧延）に連続して、第２圧延により得られた被圧延材に
＜１＞ 第３圧延前温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点−３０℃）未満ならば、第２圧延の後０．６ｓｅｃ以内に、圧下率３５〜６０％の１パス圧延である第３圧延を行う。
＜２＞ 第３圧延前温度が（Ａｅ３変態点−３０℃）以上（Ａｅ３変態点−５℃）未満ならば、第２圧延の後０．５ｓｅｃ以内に、圧下率３５〜６０％の１パス圧延である第３圧延を行う。
＜３＞ 第３圧延前温度が（Ａｅ３変態点−５℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満ならば、第２圧延の後０．３ｓｅｃ以内に、圧下率３５〜６０％の１パス圧延である第３圧延を行う。
歪みの蓄積効果を高めるには第２圧延と第３圧延の間隔、すなわちパス間時間は極力短い方が良いが、パス間時間の短縮には、圧延機群の設置空間や圧延速度の点で制約がある。
パス間時間は上記の値以上であると結晶粒微細化効果が明らかに低下する。その理由は、Ｂ工程における第２圧延とＣ工程における第３圧延との間のパス間時間が長い程、また第３圧延前温度が高い程、静的再結晶が発生してしまうため、歪みの蓄積が不十分となるためと推察する。第３圧延前温度が低い程、第２圧延〜第３圧延間の時間が長くてもよいのは、温度が低いほど再結晶が抑制されるためと推察する。また、第３圧延前温度を低くし過ぎると第３圧延前のフェライト変態が生じやすくなるため、本発明では（Ａｅ３変態点―６０℃）以上とする。本下限温度は正確にはＣ行程およびその後のＤ行程で行う冷却に要する時間との関連があると考えられる。結晶粒微細化に効果があると推定している「未再結晶域での歪みを蓄積」を効果的に行うためには、上記＜１＞、＜２＞、又は＜３＞の範囲とする必要がある。
パス間時間は上記の値以上であると結晶粒微細化効果が明らかに低下する。その理由は、Ｂ工程における第２圧延とＣ工程における第３圧延との間のパス間時間が長い程、また第３圧延前温度が高い程、静的再結晶が発生してしまうため、歪みの蓄積が不十分となるためと推察する。第３圧延前温度が低い程、第２圧延〜第３圧延間の時間が長くてもよいのは、温度が低いほど再結晶が抑制されるためと推察する。また、第３圧延前温度を低くし過ぎると第３圧延前のフェライト変態が生じやすくなるため、本発明では（Ａｅ３変態点―６０℃）以上とする。本下限温度は正確にはＣ行程およびその後のＤ行程で行う冷却に要する時間との関連があると考えられる。結晶粒微細化に効果があると推定している「未再結晶域での歪みを蓄積」を効果的に行うためには、上記＜１＞、＜２＞、又は＜３＞の範囲とする必要がある。
また、上記Ｃ工程の第３圧延前の温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満となるように制御する手段としては、第２圧延における発熱、昇温を予測し、圧延後の温度が上記温度域となるように第２圧延前の温度を調整することが考えられるが、第２圧延前温度は圧延前の変態を避けるためＡｅ３変態点以上とする制約がある。一方、第２圧延における昇温を抑制する手段として第２圧延の速度を下げてロール抜熱量を増やす方法などもあるが、第３圧延までのパス間時間を短くする必要から圧延速度低減には限界があり、圧延後温度を調整しきれないこともある。そこで、第２圧延以降第３圧延までの間で鋼板を冷却する手段が求められる。設備配置の自由度を高める観点から、短い距離で大きな温度降下量が得られる急速冷却装置の使用が望ましく、例えば１０℃の温度降下が必要であれば、長くても０．６ｓｅｃのパス間時間内で冷却するために１７℃／ｓｅｃ以上の冷却速度が必要となる。パス間での再結晶や回復を極力少なくし歪みの蓄積効果を高めるという視点から言えば、パス間冷却による温度調整は極力第２圧延後短時間の内に完了する方が良く、より大きな冷却速度を有する冷却手段を用いて第２圧延直後に冷却を完了するのが望ましい。
本発明における実施例においては、第２圧延後０．２ｓｅｃ以内から１５０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度にて冷却を実施した。
第３圧延の圧下率が３５％未満では歪みの蓄積が不足し、その後の冷却過程でのフェライト変態を促進する効果が不十分である。一方第３圧延の圧下率が６０％を超えると、加工中の再結晶・変態の発生、その後の冷却に影響を与える程の加工発熱が生じるため、結晶粒の微細化効果が薄れる。また、圧延負荷が過大となり、設備の巨大化、設備限界の超過、圧延の不安定化、などの問題も生じる。
（Ｄ工程）
上記Ｃ工程における１パス圧延（第３圧延）により得られた被圧延材を、０．２ｓｅｃ以内に６００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で、（Ａｅ３変態点−１３０℃）以下の温度域まで冷却を行う。これにより、平均粒径が２．０μｍ以下の細粒フェライト組織が６０％以上を占める熱延鋼板が得られる。上記条件での冷却を行うことによりオーステナイトの再結晶・回復が抑制され、フェライト変態が促進される。好ましくは、（Ａｅ３変態点−１３０℃）以下で、（Ａｅ３変態点−２００℃）以上の温度域まで冷却をおこなう。
なお、上記Ｄ工程において、Ｃ工程の第３圧延終了後、冷却の開始までの時間を０．１ｓｅｃ以内とすることが好ましい。さらに冷却速度を９００℃／ｓｅｃ以上とすることが望ましい。これらにより、平均粒径が１．５μｍ以下の細粒フェライト組織が５０％以上を占める熱延鋼板を得ることができる。
上記Ｃ工程における１パス圧延（第３圧延）により得られた被圧延材を、０．２ｓｅｃ以内に６００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で、（Ａｅ３変態点−１３０℃）以下の温度域まで冷却を行う。これにより、平均粒径が２．０μｍ以下の細粒フェライト組織が６０％以上を占める熱延鋼板が得られる。上記条件での冷却を行うことによりオーステナイトの再結晶・回復が抑制され、フェライト変態が促進される。好ましくは、（Ａｅ３変態点−１３０℃）以下で、（Ａｅ３変態点−２００℃）以上の温度域まで冷却をおこなう。
なお、上記Ｄ工程において、Ｃ工程の第３圧延終了後、冷却の開始までの時間を０．１ｓｅｃ以内とすることが好ましい。さらに冷却速度を９００℃／ｓｅｃ以上とすることが望ましい。これらにより、平均粒径が１．５μｍ以下の細粒フェライト組織が５０％以上を占める熱延鋼板を得ることができる。
（製造設備）
本発明の微細フェライト組織を有する熱延鋼板を製造する設備は、熱処理設備と、２スタンド以上からなるタンデム圧延設備と、該圧延設備の出側に配置された冷却装置よりなる。圧延設備の各スタンドは所定値以上の圧下率を実現することが必要であり、また第２圧延と第３圧延との間のパス間時間を長くとも０．６秒以内に収めるため、所定の圧延速度を要し、圧延機間の距離は所定値以内に設定することが必要である。また冷却装置はタンデム圧延設備の出側近傍に配置して、第三圧延後の被圧延材を直ちに冷却できるようにすることが必要である。また、第２圧延と第３圧延の間で水冷を行う場合は、水冷ヘッダーを圧延機ハウジング内、あるいはハウジング間に配置することが必要である。
本発明の微細フェライト組織を有する熱延鋼板を製造する設備は、熱処理設備と、２スタンド以上からなるタンデム圧延設備と、該圧延設備の出側に配置された冷却装置よりなる。圧延設備の各スタンドは所定値以上の圧下率を実現することが必要であり、また第２圧延と第３圧延との間のパス間時間を長くとも０．６秒以内に収めるため、所定の圧延速度を要し、圧延機間の距離は所定値以内に設定することが必要である。また冷却装置はタンデム圧延設備の出側近傍に配置して、第三圧延後の被圧延材を直ちに冷却できるようにすることが必要である。また、第２圧延と第３圧延の間で水冷を行う場合は、水冷ヘッダーを圧延機ハウジング内、あるいはハウジング間に配置することが必要である。
表１に示す成分に調整した素材を、幅１００ｍｍ、長さ７０〜２００ｍｍの切り板に切断して供試材とした。この供試材を炉内温度１０００℃の加熱炉中に１時間保持した後、熱間圧延・冷却を実施した。なお、表中に記載のとおり、本供試材のＡｅ３変態点は、８３０℃である。また、Ａｅ３変態点とは鋼がオーステナイト域である温度からフェライト変態を開始する熱的平衡温度である。
熱間圧延は図２に示すような、加熱炉１１に引き続き配置される３スタンド熱間圧延機１０を製作して使用した。第１スタンド（Ｆ１）１と第２スタンド（Ｆ２）２との間の距離は、２．１ｍ、第２スタンド（Ｆ２）２と第３スタンド（Ｆ３）３との間の距離は１．０ｍであり、パス間時間が０．６秒以下の圧延が可能である。なお、第２スタンド（Ｆ２）２と第３スタンド（Ｆ３）３との間に、スタンド間水冷ヘッダ１３を配設した。各圧延スタンドの圧下率は、４０％以上取れるようにした。加熱炉１１から各スタンド１〜３を通過した供試材４は冷却装置１２に導かれる。圧延機仕様及び圧延条件を表２に示す。
表２に示されているように、供試材４は、第１スタンド（Ｆ１）１において、７０〜８０％の総圧下率となるように４〜５パスの圧延を行なった。その後、第２スタンド（Ｆ２）２と第３スタンド（Ｆ３）３とにより、第２圧延、第３圧延をそれぞれ実施した。
熱間圧延・冷却後の各供試材の結晶粒平均粒径、及びフェライト分率を、第１〜３圧延の圧延条件、冷却条件と共に表３に示す。なお、結晶粒の平均粒径の測定は、ＡＳＴＭ切断法により行った。
第１圧延後のγ粒径は第１圧延後、試片を室温まで急冷し、組織観察によりオーステナイト粒径を計測した。
同一試番で整理しているが、工程の最後まで連続して行うものと、工程の途中で組織観察を行うなど、ひとつの試番のデータを取るために複数の試験を行った。
表３において、本発明が規定する範囲からはずれる試番１、３、５、７、９〜１７、１９、２１、および２３は、熱間圧延・冷却後の平均フェライト粒径が２．０μｍを超えるものであるか、あるいは典型的な圧延組織である層状のフェライト組織であった。
試番１７、１９、２１、および２３は第１圧延終了時点でのオーステナイト粒径が、本発明で規定する３０μｍを超えており、第２、第３圧延における歪みの蓄積が不十分、かつ、フェライト変態の核生成サイトが不十分となり、フェライトの平均粒径が２．０μｍを超えるものとなったと考えられる。
具体的には、試番１７は、第１圧延の入側温度が８５０℃以上９００℃未満であり、総圧下率が、本発明の規定する「６５％以上」に満たない６０％であったために、オーステナイト粒径が３０μｍを超えてしまったものと思われる。
試番１９は、第１圧延の入側温度が９００℃以上９５０℃未満であり、総圧下率が、本発明の規定する「７０％以上」に満たない６８％であったために、オーステナイト粒径が３０μｍを超えてしまったものと思われる。
試番２１と２３は、第１圧延の入側温度が９５０℃以上１０００℃未満であり、総圧下率が、それぞれ本発明の規定する「７５％以上」に満たない７４％と７３％であったために、オーステナイト粒径が３０μｍを超えてしまったものと思われる。
試番１０は、Ｂ工程の第２圧延における圧下率が、本発明が規定する「３０〜５５％」に満たない２０％であったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。圧下率２０％の第２圧延によっては、歪みの蓄積、転位の高密度化が十分なものではなかったものと推定される。
試番１１は、Ｂ工程の第２圧延前温度が、本発明が規定する「Ａｅ３変態点以上」、すなわち８３０℃に満たない７８０℃であったため、層状のフェライト組織となった。Ａｅ３変態点以下の過冷状態が長くなり、第３圧延前にフェライト変態が生じたためと思われる。
試番１４は、Ｃ工程の第３圧延における圧下率が、本発明が規定する「３５〜６０％」に満たない３０％であったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。圧下率３０％の第３圧延によっては、歪みの蓄積、転位の高密度化が十分なものではなかったものと推定される。
試番１は、Ｃ工程において、第３圧延の入側温度が、本発明が規定する「（Ａｅ３変態点−６０℃）以上」、すなわち７７０℃に満たない、７５０℃であったため、層状のフェライト組織となった。Ａｅ３変態点以下の過冷度が大きくなり、第３圧延前にフェライト変態が生じたためと思われる。
試番３は、第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点−３０℃）未満、具体的には７７０〜８００℃の間の７７０℃であり、第２圧延後、第３圧延までの間のパス間時間が、本発明が規定する「０．６ｓｅｃ以内」を超える０．８ｓｅｃであったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。パス間時間が本発明の規定する時間を超えたため、静的な再結晶が発生して、歪の蓄積が十分ではなかったからであると思われる。
試番５、７は、第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−３０℃）以上（Ａｅ３変態点−５℃）未満、具体的には８００〜８２５℃の範囲である、８００℃、８２０℃であり、第２圧延後、第３圧延までの間のパス間時間が、本発明が規定する「０．５ｓｅｃ以内」を超える０．７ｓｅｃ、０．６ｓｅｃであったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。パス間時間が本発明の規定する時間を超えたため、静的な再結晶が発生して、歪の蓄積が十分ではなかったからであるものと思われる。
試番９は、第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−５℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満、具体的には８２５〜８５０℃の範囲である８３０℃であり、第２圧延後、第３圧延までの間のパス間時間が、本発明が規定する「０．３ｓｅｃ以内」を超える０．６ｓｅｃであったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。パス間時間が本発明の規定する時間を超えたため、静的な再結晶が発生して、歪の蓄積が十分ではなかったからであるものと思われる。
試番１２、１３は、既存の熱間圧延設備における圧延後冷却設備を想定した試験条件であり、Ｄ工程において、Ｃ工程の第３圧延後冷却開始までの時間が、本発明が規定する「０．２ｓｅｃ以内」を超える、０．５ｓｅｃであり、かつＤ工程における冷却速度が、本発明が規定する「６００℃／ｓｅｃ以上」に満たない１００℃／ｓｅｃであったため、平均粒径が２．０μｍを大きく超えて４〜５μｍとなった。
試番１５は、Ｄ工程における冷却速度が、本発明が規定する「６００℃／ｓｅｃ以上」に満たない２５０℃／ｓｅｃであったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。この場合、冷却速度が本発明の規定する「６００℃／ｓｅｃ以上」に満たなかったため、再結晶、回復の抑制が十分ではなく、フェライト変態の促進が不十分であったためと推定される。
試番１６は、Ｄ工程における冷却停止温度が、７１０℃であり、本発明が規定する「（Ａｅ３変態点−１３０℃）以下」、すなわち本実施例ではＡｅ３変態点が８３０℃なので、「７００℃以下」を超えていた。このため、冷却によるフェライト変態促進が不十分で且つフェライト変態後の粒成長が大きいと考えられ、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。
試番１７、１９、２１、および２３は第１圧延終了時点でのオーステナイト粒径が、本発明で規定する３０μｍを超えており、第２、第３圧延における歪みの蓄積が不十分、かつ、フェライト変態の核生成サイトが不十分となり、フェライトの平均粒径が２．０μｍを超えるものとなったと考えられる。
具体的には、試番１７は、第１圧延の入側温度が８５０℃以上９００℃未満であり、総圧下率が、本発明の規定する「６５％以上」に満たない６０％であったために、オーステナイト粒径が３０μｍを超えてしまったものと思われる。
試番１９は、第１圧延の入側温度が９００℃以上９５０℃未満であり、総圧下率が、本発明の規定する「７０％以上」に満たない６８％であったために、オーステナイト粒径が３０μｍを超えてしまったものと思われる。
試番２１と２３は、第１圧延の入側温度が９５０℃以上１０００℃未満であり、総圧下率が、それぞれ本発明の規定する「７５％以上」に満たない７４％と７３％であったために、オーステナイト粒径が３０μｍを超えてしまったものと思われる。
試番１０は、Ｂ工程の第２圧延における圧下率が、本発明が規定する「３０〜５５％」に満たない２０％であったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。圧下率２０％の第２圧延によっては、歪みの蓄積、転位の高密度化が十分なものではなかったものと推定される。
試番１１は、Ｂ工程の第２圧延前温度が、本発明が規定する「Ａｅ３変態点以上」、すなわち８３０℃に満たない７８０℃であったため、層状のフェライト組織となった。Ａｅ３変態点以下の過冷状態が長くなり、第３圧延前にフェライト変態が生じたためと思われる。
試番１４は、Ｃ工程の第３圧延における圧下率が、本発明が規定する「３５〜６０％」に満たない３０％であったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。圧下率３０％の第３圧延によっては、歪みの蓄積、転位の高密度化が十分なものではなかったものと推定される。
試番１は、Ｃ工程において、第３圧延の入側温度が、本発明が規定する「（Ａｅ３変態点−６０℃）以上」、すなわち７７０℃に満たない、７５０℃であったため、層状のフェライト組織となった。Ａｅ３変態点以下の過冷度が大きくなり、第３圧延前にフェライト変態が生じたためと思われる。
試番３は、第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点−３０℃）未満、具体的には７７０〜８００℃の間の７７０℃であり、第２圧延後、第３圧延までの間のパス間時間が、本発明が規定する「０．６ｓｅｃ以内」を超える０．８ｓｅｃであったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。パス間時間が本発明の規定する時間を超えたため、静的な再結晶が発生して、歪の蓄積が十分ではなかったからであると思われる。
試番５、７は、第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−３０℃）以上（Ａｅ３変態点−５℃）未満、具体的には８００〜８２５℃の範囲である、８００℃、８２０℃であり、第２圧延後、第３圧延までの間のパス間時間が、本発明が規定する「０．５ｓｅｃ以内」を超える０．７ｓｅｃ、０．６ｓｅｃであったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。パス間時間が本発明の規定する時間を超えたため、静的な再結晶が発生して、歪の蓄積が十分ではなかったからであるものと思われる。
試番９は、第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−５℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満、具体的には８２５〜８５０℃の範囲である８３０℃であり、第２圧延後、第３圧延までの間のパス間時間が、本発明が規定する「０．３ｓｅｃ以内」を超える０．６ｓｅｃであったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。パス間時間が本発明の規定する時間を超えたため、静的な再結晶が発生して、歪の蓄積が十分ではなかったからであるものと思われる。
試番１２、１３は、既存の熱間圧延設備における圧延後冷却設備を想定した試験条件であり、Ｄ工程において、Ｃ工程の第３圧延後冷却開始までの時間が、本発明が規定する「０．２ｓｅｃ以内」を超える、０．５ｓｅｃであり、かつＤ工程における冷却速度が、本発明が規定する「６００℃／ｓｅｃ以上」に満たない１００℃／ｓｅｃであったため、平均粒径が２．０μｍを大きく超えて４〜５μｍとなった。
試番１５は、Ｄ工程における冷却速度が、本発明が規定する「６００℃／ｓｅｃ以上」に満たない２５０℃／ｓｅｃであったため、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。この場合、冷却速度が本発明の規定する「６００℃／ｓｅｃ以上」に満たなかったため、再結晶、回復の抑制が十分ではなく、フェライト変態の促進が不十分であったためと推定される。
試番１６は、Ｄ工程における冷却停止温度が、７１０℃であり、本発明が規定する「（Ａｅ３変態点−１３０℃）以下」、すなわち本実施例ではＡｅ３変態点が８３０℃なので、「７００℃以下」を超えていた。このため、冷却によるフェライト変態促進が不十分で且つフェライト変態後の粒成長が大きいと考えられ、平均粒径が２．０μｍを超えるものとなった。
本発明で規定する範囲で熱間圧延、冷却が行われた試番２、４、６、８、１８、２０、２２及び２４にあっては、製造後の平均粒径が２．０μｍ未満の層状でない細粒フェライト組織が主体となる熱延鋼板が得られた。
１ 第１スタンド（Ｆ１）
２ 第２スタンド（Ｆ２）
３ 第３スタンド（Ｆ３）
４ 供試材
１０ ３スタンド熱間圧延機
１１ 加熱炉
１２ 冷却装置
１３ スタンド間水冷ヘッダ
２０ 第１圧延
３０ 第２圧延
４０ 第３圧延
５０ 冷却
２ 第２スタンド（Ｆ２）
３ 第３スタンド（Ｆ３）
４ 供試材
１０ ３スタンド熱間圧延機
１１ 加熱炉
１２ 冷却装置
１３ スタンド間水冷ヘッダ
２０ 第１圧延
３０ 第２圧延
４０ 第３圧延
５０ 冷却
Claims (3)
- 質量％でＣ：０．０４〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％を含有し残部はＦｅ及び不可避的不純物よりなる素材鋼板を圧延終了時の組織がオーステナイト単相で平均粒径が３０μｍ以下となるように圧延する第１圧延を含むＡ工程と、前記第Ａ工程に引き続き圧延機入側温度がＡｅ３変態点以上の温度域で圧下率３０〜５５％の１パス圧延を行う第２圧延を含むＢ工程と、前記第Ｂ工程の後、圧延機入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満の温度域で圧下率３５〜６０％の１パス圧延を行う第３圧延を含むＣ工程と、引き続き第３圧延後０．２ｓｅｃ以内に６００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で（Ａｅ３変態点−１３０℃）以下の温度まで冷却するＤ工程とを備え、
前記第３圧延は、該第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点−３０℃）未満ならば、第２圧延後０．６ｓｅｃ以内に、入側温度が（Ａｅ３変態点−３０℃）以上（Ａｅ３変態点−５℃）未満ならば、第２圧延後０．５ｓｅｃ以内に、入側温度が（Ａｅ３変態点−５℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満ならば、第２圧延後０．３ｓｅｃ以内に行うことを特徴とする熱延鋼板の製造方法。 - 前記第一圧延は、連続する複数パスの圧延であり、かつ、該第１圧延の入側温度が８５０℃以上９００℃未満であれば総圧下率６５％以上、９００℃以上９５０℃未満であれば総圧下率７０％以上、９５０℃以上１０００℃未満であれば総圧下率７５％以上、１０００℃以上であれば総圧下率８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼板の製造方法。
- 前記第３圧延の入側温度が（Ａｅ３変態点−６０℃）以上（Ａｅ３変態点＋２０℃）未満となるように、前記第２圧延と第３圧延の間で鋼板を冷却することを特徴とする請求項１または２記載の熱延鋼板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005228369A JP4670538B2 (ja) | 2005-08-05 | 2005-08-05 | 微細フェライト組織を有する熱延鋼板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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