JP5045176B2 - ｒ値の面内異方性に優れた熱間圧延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、絞り加工用に好適なｒ値の面内異方性の小さい熱間圧延鋼板及びその鋼板を安定して製造する方法に関する。

近年、自動車用鋼板等を始めとする加工用鋼板の使用分野において、素材のコストダウンを狙いとした「冷間圧延鋼板から熱間圧延鋼板への代替施策」が促進され、より一層加工性に優れた熱間圧延鋼板が強く要望されるようになってきた。鋼板を円筒状に絞り加工した場合に、鋼板のｒ値の面内異方性が大きいとイヤリングが大きくなり、材料歩留まりの低下を引き起こしたり、ブランク材の形状変更を余儀なくされたりするなどの問題があるため、絞り加工用途の鋼板には、ｒ値の面内異方性の小さいことが要求される。

このような絞り加工用途の熱間圧延鋼板の製造に際しては、板厚が薄いことによる圧延中の鋼板温度の低下や、鋼板の軟質化のためのＣ、Ｍｎの添加量の低減に起因する鋼板のＡｒ_３点の上昇によって、熱間圧延の仕上温度をＡｒ_３点以上に確保することが困難となり、仕上温度がＡｒ_３点を下回ると、フェライトに加工が加わることにより混粒組織が生成し、ｒ値の面内異方性が著しく大きくなるという問題があった。

混粒組織の生成を抑制するために、スラブ加熱温度または粗圧延後の粗バー再加熱温度を高めることにより、仕上圧延入側の鋼板温度を高め、仕上温度をＡｒ_３点以上に確保することが一般に行われている。しかし、Ａｒ_３点は正確には熱間加工時のオーステナイト粒径の変化や加工歪の変化などに依存する動的なものであり実測することが困難であることから、一般には鋼組成等をパラメータとする経験式によって管理される。このため、実際のＡｒ_３点（以下、動的Ａｒ_３点という）が鋼組成等から計算されるＡｒ_３点よりも高くなった場合には、仕上温度が鋼組成等から計算されるＡｒ_３点以上であっても混粒組織が生成する。また、鋼組成等から計算されるＡｒ_３点に対する動的Ａｒ_３点の変動を考慮して、仕上圧延入側の鋼板温度を高くしすぎてしまうと、仕上前段のロールの摩耗に起因してスケール疵が発生したり、あるいは過剰な加熱に起因してエネルギー原単位の悪化や生産性の低下が生じたりする。

Ａｒ_３点の上昇に対処するため、ＢのＡｒ_３点を下げる効果を活用し、０．０６％以下のＣを含む鋼にＢを添加する技術が開示されており（例えば特許文献１）、８３０℃程度の仕上温度でも混粒組織の生成を抑制することが実現されている。しかし、Ｂ添加鋼を絞り用途に適用した場合には、混粒組織の生成は抑制されるものの、本来の目的であるｒ値の面内異方性は小さくなるどころか逆に大きくなり、結果として円筒絞り時の耳高さが従来の熱間圧延鋼板より大きくなってしまう。このため、絞り加工時の材料歩留の低下を引き起こしたり、ブランク材の形状変更を余儀なくされたりするなどの問題が発生していた。
特開昭６２−１３９８４９号公報

この発明が解決しようとする課題は、絞り加工用途に好適なｒ値の面内異方性の小さい熱間圧延鋼板及びその鋼板を安定して製造する方法を提供することである。

本発明者らは、混粒組織の生成が抑制されたｒ値の面内異方性の小さい熱間圧延鋼板の製造方法について鋭意実験を重ねた結果、混粒組織の生成を抑制するためには、仕上熱間圧延の仕上中間温度、つまり通常６〜７の圧延スタンドを備えるタンデム式の仕上熱間圧延設備を用いて行われる仕上熱間圧延工程において、最終圧延スタンドから３つ前の圧延スタンドの出側温度を平衡変態温度Ａｅ_３点以上とすることが重要であり、仕上中間温度をＡｅ_３点以上とすることにより、それ以降の圧延スタンドでＡｅ_３点を下回ったとしても仕上熱間圧延中に動的Ａｒ_３点を下回ることはなく、混粒組織の生成を抑制することが可能であるということを新たに見いだした。この製造方法を適用することにより、混粒組織の生成が抑制され、ｒ値の面内異方性の小さい絞り加工用途に好適な熱間圧延鋼板を製造することが可能となった。

ここに、本発明において仕上熱間圧延の「仕上中間温度」の限定は、仕上圧延時に鋼板が動的Ａｒ_３点を下回ることがないことを確実にするためであり、換言すれば、そのときの圧延スタンドは、その圧延スタンドの出側温度をＡｅ_３点以上とすることによりそのような効果がえられる圧延スタンドということができる。

上記の課題を解決する手段としての本発明の構成は下記のとおりである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．１０〜０．６０％、Ｐ：０．０１０％以上０．０３％以下、Ｓ：０．０２０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１０％およびＮ：０．００５０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼組成を有するとともに、鋼板の表面から板厚１／４深さ位置までの表層部におけるフェライトの最大結晶粒径と板厚１／４深さ位置から板厚中心までの中心部におけるフェライトの最大結晶粒径との差が１０μｍ以内である鋼組織を有するとともに、Δｒ（ｒ値の面内異方性の指標）の絶対値が０．２５以下である機械特性を有することを特徴とする熱間圧延鋼板。

（２）質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．１０〜０．６０％、Ｐ：０．０１０％以上０．０３％以下、Ｓ：０．０２０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１０％およびＮ：０．００５０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼塊または鋼片を１１００℃以上とした後に粗熱間圧延を施して粗バーとなし、前記粗バーに、６または７の圧延スタンドを備えるタンデム式の仕上熱間圧延設備を用いて行われる仕上熱間圧延における最終圧延スタンドから３つ前の圧延スタンドの出側温度である仕上中間温度をＡｅ_３点〜Ａｅ_３点＋４０℃とする仕上熱間圧延を施し、仕上熱間圧延終了後１０〜８０℃／ｓで平均冷却速度で５００〜６８０℃の温度域まで冷却して巻取ることを特徴とする上記（１）項に記載された熱間圧延鋼板の製造方法。

本発明によれば、仕上熱間圧延中に鋼板の温度が動的Ａｒ_３点を下回ることはなく、混粒組織の生成を抑制することが可能である。このため、絞り加工用途に好適なｒ値の面内異方性の小さい熱間圧延鋼板を安定して供給することができる。

鋼組成の限定理由について説明する。本明細書において鋼組成を示す「％」は「質量％」である。
Ｃ：Ｃは安価でかつＡｒ_３点を下げる元素であるので、熱間圧延温度の低温化を可能にしてスケール起因の諸問題を抑制する作用を有する。前記作用による効果を得るためにＣ含有量を０．０１％以上とする。一方、延性の観点からはＣ含有量は低い方が好ましく、Ｃ含有量が０．１０％を超える場合には強度が高くなり加工性が著しく劣化する。このため、Ｃ含有量を０．１０％以下と定めた。好ましくは、０．０３〜０．０８％である。

Ｓｉ、Ｐ：これらの元素は固溶強化元素であり、強度を高めて加工性を劣化させる。またＡｒ_３点を上昇させる作用を有するので、混粒組織の生成を抑制するために熱間圧延温度をより高温化する必要が生じ、スケール起因の諸問題を誘発する。したがって、Ｓｉ含有量を０．１０％以下、好ましくは、０．０５％以下である。Ｐの含有量を０．０３％以下とする。

Ｍｎ：Ｍｎの含有量が０．６０％を超えると、強度が高くなって加工性が劣化し、絞り加工用途には適さなくなる。したがって、Ｍｎ含有量を０．６０％以下とする。一方、Ｍｎは、ＭｎＳとしてＳを固定し熱間脆性を防止する作用を有する。また、Ｃと同様にＡｒ_３点を下げる元素でもある。それらの作用による効果を得るには０．１０％未満では不十分である。したがってＭｎの含有量を０．１０％以上とする。

Ａｌ：Ａｌは脱酸作用のほかにＡｌＮとして鋼中のＮと結合することにより耐常温時効性を改善する作用を有する。これらの作用による効果を確実に得るためにはＡｌの含有量を０．００４％以上とする。一方、多量に含有させても前記効果は飽和して製造コストの増加を招く。したがってＡｌ含有量を０．１０％以下とする。好ましくは、０．００４〜０．０５０％である。

Ｓ：Ｓは熱間脆性を招く不純物であり、これを防ぐためにＭｎと結合させたとしても、形成される非金属介在物は加工性を劣化させる。そのためＳ含有量を０．０２０％以下とする。Ｓ含有量は低い方が好ましく下限は特に限定する必要はないが、過剰に低減すると製造コストの増加を招くのでＳ含有量を０．０００５％以上とすることが好ましい。

Ｎ：Ｎは不純物であり固溶状態では常温時効により延性を劣化させ、またＡｌＮとして析出させてもフェライト地の強化やフェライト細粒化を生じさせ延性を劣化させる。そのためＮ含有量は低い方が好ましく、０．００５０％以下とする。

次に本発明の製造条件について説明する。
熱間圧延に供する鋼塊または鋼片の温度を１１００℃以上とする。これは不純物を固溶させることにより偏析に起因する加工性の劣化を防ぐためである。鋼塊または鋼片は、１１００℃未満の温度に低下したものを１１００℃以上の温度に加熱してから熱間圧延に供してもよく、連続鋳造後の高温状態にある鋼塊や分塊圧延後の高温状態にある鋼片を１１００℃未満の温度に低下させることなしに直接熱間圧延に供してもよい。なお、熱間圧延に供する鋼塊または鋼片の温度の上限は特に規定する必要はないが、過度に高温であるとスケール疵が発生するので１３５０℃以下とすることが好ましい。鋼塊または鋼片に粗熱間圧延を施して粗バーとなした後に、仕上熱間圧延を実施する。

ここで、仕上熱間圧延中の温度の制御をより確実に行うために、仕上熱間圧延前の粗バーを再加熱してもよい。
本発明においては、仕上熱間圧延における仕上中間温度が重要である。仕上中間温度をＡｅ_３点以上とすることにより、仕上熱間圧延温度が動的Ａｒ_３点を下回ることなく、混粒組織の生成が抑制される。仕上中間温度がＡｅ_３点＋４０℃を超える場合には仕上熱間圧延機の前段の圧延ロールの摩耗に起因して、スケール疵が発生したり、あるいは過剰加熱に起因してエネルギー原単位の悪化や生産性の低下が生じたりする。このため、仕上中間温度をＡｅ_３点＋４０℃以下と定めた。ここで、板幅エッジ部では特に冷えやすいため、エッジヒータによって冷えすぎを防止する（エッジ加熱する）ことは、板幅方向の特性劣化を防止するのに有効である。

熱間圧延の仕上温度は仕上中間温度が上述の範囲内にあるかぎり、動的Ａｒ_３点より低いことはなく、その限りにおいて特に制限はない。しかし、仕上中間温度と同様に、余り高い温度であると、スケール生成による問題が生じるから、動的Ａｒ_３点＋４０℃以下、動的Ａｒ_３点以上である。

仕上熱間圧延後、１０〜８０℃／ｓの平均冷却速度で５００〜６８０℃まで冷却して巻き取る。仕上熱間圧延後の平均冷却速度が１０℃／ｓ未満では生産性が低下し、８０℃／ｓを超えている場合には硬質第二相が生成して加工性が劣化する場合がある。好ましい冷却速度は、４０〜１０℃／ｓである。巻取温度は６８０℃を超えると巻取り後の放冷中におけるスケール生成量が多くなって酸洗性が劣化したり、コイルそのものが軟化して腰折れなどの形状欠陥が生じたりする。また５００℃未満ではベイナイトが生成し加工性が劣化する。したがって巻取温度は５００〜６８０℃とする。

このような製造方法により得られる熱間圧延鋼板は、仕上熱間圧延工程において動的Ａｒ_３点以下となることがないので、粗大な混粒組織が生成することはないため、鋼板の表面から板厚１／４深さ位置までの表層部におけるフェライトの最大結晶粒径と板厚１／４深さ位置から板厚中心までの中心部におけるフェライトの最大結晶粒径との差が１０μｍ以内である鋼組織を有するとともに、Δｒの絶対値が０．２５以下である機械特性を有する。なお、ここでいう鋼組織は、エッジ部のような特異部位を除くものであり、例えば板幅１／２位置におけるものである。

表１に示す鋼組成の鋼を溶製後、連続鋳造により板厚：２６０ｍｍ、板幅：１５００ｍｍのスラブを製造した。このスラブを１２４０℃で均熱し、表２に示す条件で熱間圧延、冷却を実施した後、速やかに巻取って板厚２．３ｍｍの熱間圧延鋼板とした。ここで、粗熱間圧延後の粗バーの板厚は３５ｍｍとし、仕上熱間圧延は７つの圧延スタンドからなるタンデム式の仕上熱間圧延設備を用いて行い、第４圧延スタンド出側の温度を仕上中間温度として種々の条件とした。

得られた熱間圧延鋼板の板幅１／２位置より組織観察用サンプルを採取し、圧延方向断面の組織観察により表層部と中心部のフェライトの最大粒径差を求めた。また、圧延方向（Ｌ）、圧延方向から４５°方向（Ｑ）、圧延方向から直角方向（Ｃ）にＪＩＳ５号引張試験片を採取し、機械的性質を調べた。ｒ値の面内異方性の指標であるΔｒは、Δｒ＝（ｒ_L＋ｒ_C―２ｒ_Q）／２により算出した。なお、ｒ_Lは圧延方向でのｒ値、ｒ_Cは圧延方向から直角方向でのｒ値、ｒ_Qは圧延方向から４５°方向でのｒ値である。さらに、直径１００ｍｍの円盤を採取し、絞り比２．０のカップ成形を実施し、成形後のカップの壁高さ測定により下記（１）式で表されるイヤリング率を求めた。

イヤリング率＝（最大壁高さ−最小壁高さ）／（平均壁高さ）・・・（１）
それらの結果を表３に示す。

本発明法で製造した試験番号１〜６は、表層部と中心部のフェライトの最大粒径差が１０μｍ以内で、Δｒの絶対値が０．２５以下、イヤリング率は５．０％以下であり、絞り加工用途に好適な特性を満足した熱間圧延鋼板となった。仕上中間温度が平衡変態温度Ａｅ_３点を下回った試験番号７〜１２は表層部と中心部のフェライトの最大粒径の差が１０μｍを上回り、ｒ値の面内異方性が大きく性能が劣ったものとなった。

以上に説明した如く、この発明によれば、絞り加工用途に好適なｒ値の面内異方性の小さい熱間圧延鋼板を安定して供給することができ、産業上有用な効果がもたらされる。

Claims (2)

1. 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．１０〜０．６０％、Ｐ：０．０１０％以上０．０３％以下、Ｓ：０．０２０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１０％およびＮ：０．００５０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼組成を有するとともに、鋼板の表面から板厚１／４深さ位置までの表層部におけるフェライトの最大結晶粒径と板厚１／４深さ位置から板厚中心までの中心部におけるフェライトの最大結晶粒径との差が１０μｍ以内である鋼組織を有するとともに、Δｒの絶対値が０．２５以下である機械特性を有することを特徴とする熱間圧延鋼板。
2. 質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．１０〜０．６０％、Ｐ：０．０１０％以上０．０３％以下、Ｓ：０．０２０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００４〜０．１０％およびＮ：０．００５０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼塊または鋼片を１１００℃以上とした後に粗熱間圧延を施して粗バーとなし、前記粗バーに、６または７の圧延スタンドを備えるタンデム式の仕上熱間圧延設備を用いて行われる仕上熱間圧延における最終圧延スタンドから３つ前の圧延スタンドの出側温度である仕上中間温度をＡｅ_３点〜Ａｅ_３点＋４０℃とする仕上熱間圧延を施し、仕上熱間圧延終了後１０〜８０℃／ｓで平均冷却速度で５００〜６８０℃の温度域まで冷却して巻取ることを特徴とする請求項１に記載された熱間圧延鋼板の製造方法。