JP5377832B2 - Hot-rolled steel sheet and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-strength hot-rolled steel plate having both of high strength and high toughness, which can realize a high tensile strength exceeding 580 MPa without rolling a plate with a high reduction rate at a low-temperature region, has toughnesses, particularly, large upper shelf energy among them, and is superior in fracture toughness as well. <P>SOLUTION: The hot-rolled steel plate contains ferrite as the main phase, which has an average grain size of less than 1.00 &mu;m in a position of 100 &mu;m deep from the surface of the steel plate, and contains dislocations of 7&times;10<SP>12</SP>/m<SP>2</SP>or less by mean density in the above position. Alternatively or furthermore, the hot-rolled steel plate contains the crystal grains of ferrite surrounded by high angle grain boundaries or clusters of the crystal grains, which have an average aspect ratio of 2.0 or less in the above position. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、熱延鋼板およびその製造方法に関し、詳しくは、自動車や産業機械などに用いられる高強度部材用の素材として好適な熱延鋼板およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a hot-rolled steel sheet and a method for manufacturing the same, and more particularly to a hot-rolled steel sheet suitable as a material for a high-strength member used in automobiles, industrial machines, and the like, and a method for manufacturing the same.

鉄鋼材料の結晶粒を細かくすることにより強度が上昇することはHall−Petchの法則として古くから知られている。   It has long been known as the Hall-Petch law that the strength is increased by making the crystal grains of the steel material finer.

合金元素の添加によらずに鉄鋼材料の強度を高めるには、結晶粒の微細化が最も優れた手段と考えられる。これは、合金元素の低減や省略、さらにはリサイクル性の向上が期待できるからである。   In order to increase the strength of a steel material without adding an alloying element, it is considered that the refinement of crystal grains is the most excellent means. This is because reduction or omission of alloy elements and improvement in recyclability can be expected.

なお、析出強化、転位強化や変態強化など、他の強化手段では、必然的に靱性の低下を伴うが、結晶粒微細化強化の場合には、強化とともに靱性を向上させる効果が期待できるため、結晶粒の微細な高張力鋼やその製造方法が数多く提案されている。   It should be noted that other strengthening means such as precipitation strengthening, dislocation strengthening and transformation strengthening inevitably involve a decrease in toughness, but in the case of crystal grain refinement strengthening, an effect of improving toughness as well as strengthening can be expected. Many high-tensile steels with fine crystal grains and methods for producing the same have been proposed.

従来の細粒化手段としては、例えば、特許文献1〜3などに代表される大圧下圧延法が挙げられる。   As conventional fine graining means, for example, a large reduction rolling method represented by Patent Documents 1 to 3 and the like can be mentioned.

すなわち、特許文献1に、Ar3変態点近傍のオーステナイト域よりなる温度域において合計圧下率80%以上の圧延を行い、圧延によりフェライト変態を誘起させることにより微細なフェライト組織を生成させることを特徴とする「極細粒熱延鋼板の製造方法」が開示されている。この特許文献1で提案された技術によると、通常の炭素鋼を基本とする成分の鋼である単純組成鋼で、平均粒径5μm未満の細粒組織が実現している。 That is, Patent Document 1 is characterized in that rolling is performed at a total rolling reduction of 80% or more in a temperature range composed of an austenite region near the Ar 3 transformation point, and a fine ferrite structure is generated by inducing ferrite transformation by rolling. “A method for producing an ultrafine-grain hot-rolled steel sheet” is disclosed. According to the technique proposed in Patent Document 1, a fine-grained structure with an average particle diameter of less than 5 μm is realized with simple composition steel, which is a steel having a component based on ordinary carbon steel.

また、特許文献2に、「フェライト+マルテンサイト」または「フェライト+ベイナイト」の複相鋼について、フェライト粒の平均結晶粒径を3μm以下にすることにより低温靱性の向上を達成した技術が開示されている。この特許文献2で提案された技術は、フェライト粒の細粒化を、フェライト域圧延によるフェライトの回復、再結晶現象を利用して行なうため、最終圧延を750〜600℃という低温域で、大きな累積歪を与えて行うものであり、シャルピー衝撃試験での50%破面遷移温度(vTrs)が−110〜−147℃である鋼材が得られている。   Patent Document 2 discloses a technique that achieves an improvement in low-temperature toughness by reducing the average crystal grain size of ferrite grains to 3 μm or less for a dual-phase steel of “ferrite + martensite” or “ferrite + bainite”. ing. In the technique proposed in Patent Document 2, since the ferrite grains are refined by utilizing the recovery and recrystallization phenomenon of ferrite by rolling the ferrite region, the final rolling is large in a low temperature region of 750 to 600 ° C. A steel material having a 50% fracture surface transition temperature (vTrs) in the Charpy impact test of −110 to −147 ° C. is obtained by applying cumulative strain.

さらに、特許文献3に、最終圧延を550℃〜Ac1点の温度域で、総歪量を1〜10の範囲で行なうという、低温の過冷オーステナイト域で大圧下を加えることにより低温靱性の向上を達成した技術が開示されている。この特許文献3で提案された技術によると、粒径1.4μm以下のフェライト粒からなる細粒組織が実現し、上記vTrsが−196℃を下回る低温靱性を有する鋼材が得られている。 Further, in Patent Document 3, the final rolling is performed in the temperature range of 550 ° C. to Ac 1 point and the total strain is in the range of 1 to 10, and by applying a large reduction in the low-temperature supercooled austenite region, Techniques that have achieved improvements are disclosed. According to the technique proposed in Patent Document 3, a fine grain structure composed of ferrite grains having a grain size of 1.4 μm or less is realized, and a steel material having a low temperature toughness in which the above vTrs is less than −196 ° C. is obtained.

上記特許文献1〜3で提案された技術における微細化機構は、低温で過冷オーステナイト粒(以下、オーステナイトを「γ」ともいう。)またはフェライト粒(以下、フェライトを「α」ともいう。)に大圧下を加えることにより、γ→α歪誘起変態またはαの再結晶を促進させることを要点とするものである。   The refinement mechanism in the techniques proposed in Patent Documents 1 to 3 described above is a supercooled austenite grain (hereinafter, austenite is also referred to as “γ”) or ferrite grain (hereinafter, ferrite is also referred to as “α”) at a low temperature. The main point is to promote the γ → α strain-induced transformation or the recrystallization of α by applying a large pressure to.

しかしながら、低温域で大圧下を加えることは、一般的な圧延ミルでは実現し難いという製造上の制約がある。   However, there is a manufacturing restriction that applying a large reduction in a low temperature range is difficult to achieve with a general rolling mill.

さらに、低温域で大圧下を加えることにより作製した細粒材料では、例えば、非特許文献1に記載されているように、結晶粒の細粒化によりvTrsは低温側に移動するものの、上部棚エネルギーが低下するという問題が生じる。   Furthermore, in a fine-grained material produced by applying a large pressure in a low-temperature region, for example, as described in Non-Patent Document 1, although vTrs moves to the low-temperature side due to the refinement of crystal grains, The problem is that energy is reduced.

すなわち、非特許文献1には、粒径が3μm以下になると、セパレーションの発現により上部棚エネルギーが低下することが示されており、扁平粒の生成や特異な集合組織、具体的には、板面に発達した{100}および{111}集合組織が、セパレーション発現の助長要因であることが示されている。なお、上部棚エネルギーが低い材料は、延性破壊域においても破壊靱性が保障されないため、構造材料としての適用範囲が制限されてしまう。   That is, Non-Patent Document 1 shows that when the particle size is 3 μm or less, the upper shelf energy is reduced due to the development of separation, and the generation of flat particles, a specific texture, specifically, the plate It has been shown that {100} and {111} textures developed in the plane are factors that promote separation. In addition, since the material with low upper shelf energy does not ensure fracture toughness even in a ductile fracture region, the range of application as a structural material is limited.

特許文献4に、Nb、Ti、Vなどの析出物生成元素を含有する鋼に、所定のγ→α変態、α→γ逆変態を繰り返すことにより、シャルピー試験でセパレーションが発生せず、上部棚エネルギーが低下しない1.2〜3.1μmの粒径の細粒組織を有する鋼の製造方法が開示されている。しかしながら、この特許文献4で提案された技術によって細粒組織を得るためには、NbやTiなど、いわゆる「マイクロアロイ」の添加が必須である。   Patent Document 4 discloses that steel containing a precipitate-generating element such as Nb, Ti, V, and the like undergoes predetermined γ → α transformation and α → γ reverse transformation, so that separation does not occur in the Charpy test, and the upper shelf A method for producing a steel having a fine-grained structure with a particle size of 1.2 to 3.1 μm in which energy does not decrease is disclosed. However, in order to obtain a fine grain structure by the technique proposed in Patent Document 4, it is essential to add so-called “microalloy” such as Nb and Ti.

特開昭58−123823号公報JP 58-123823 A 特開平10−168542号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-168542 特開2001−234242号公報JP 2001-234242 A 特開2002−332521号公報JP 2002-332521 A 粟飯原周二:「結晶粒超微細粒化鋼の諸特性と応用」、第177・178回西山記念技術講座 結晶粒超微細化技術の進歩−鉄鋼の新しい可能性を開く Advanced Technology−、(2002)、p.161、社団法人日本鉄鋼協会Shuji Kajihara: “Characteristics and applications of ultrafine grained steel”, 177 and 178th Nishiyama Memorial Technology Course Advancement of ultrafine grain technology-opening up new possibilities in steel Advanced Technology, (2002) , P. 161, Japan Steel Association

上記のように従来の結晶粒細粒化技術は、低温大圧下圧延のような一般の圧延ミルでは実現が難しいプロセスによるものや、NbやTiの炭窒化物といったピンニング粒子の析出を必要とするものである。こうした従来の細粒化手法を採れば、いずれの場合にも、強度の上昇やシャルピー衝撃試験での50%破面遷移温度(以下、「vTrs」という。)の低温化は可能である。しかしながら、上部棚エネルギーの向上には寄与しないので、破壊靱性に優れた細粒材料を提供することは不可能であった。   As described above, the conventional crystal grain refining technique requires the precipitation of pinning particles such as Nb and Ti carbonitride by a process that is difficult to realize with a general rolling mill such as low temperature and large rolling reduction. Is. By adopting such a conventional grain refinement method, in any case, it is possible to increase the strength or lower the 50% fracture surface transition temperature (hereinafter referred to as “vTrs”) in the Charpy impact test. However, since it does not contribute to the improvement of the upper shelf energy, it has been impossible to provide a fine-grained material excellent in fracture toughness.

そこで、本発明の目的は、低温域での大圧下圧延を行わずに結晶粒を微細化し、引張強度が580MPaを超える高強度化を実現できるとともに、靱性、なかでも上部棚エネルギーが大きく破壊靱性にも優れた、高強度と高靱性を兼ね備えた高強度熱延鋼板およびその製造方法を提供することである。   Therefore, the object of the present invention is to refine the crystal grains without carrying out large rolling in a low temperature region, and to achieve high strength exceeding the tensile strength of 580 MPa, and toughness, in particular, the upper shelf energy is large and fracture toughness is large. The present invention also provides a high-strength hot-rolled steel sheet having both high strength and high toughness and a method for producing the same.

本発明の別の目的は、マイクロアロイを含まない単純組成である、いわゆる「C−Mn鋼」を用いて、低温域での大圧下圧延を行わずに結晶粒を微細化し、引張強度が580MPaを超える高強度化を実現できるとともに、靱性、なかでも上部棚エネルギーが大きく破壊靱性にも優れた、高強度と高靱性を兼ね備えた高強度熱延鋼板およびその製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to use a so-called “C-Mn steel”, which has a simple composition not containing microalloys, to refine crystal grains without carrying out large rolling in a low temperature region, and to have a tensile strength of 580 MPa. It is possible to provide a high-strength hot-rolled steel sheet having both high strength and high toughness, and a method for producing the same, which can realize higher strength exceeding the above, and has high toughness, in particular, high upper shelf energy and excellent fracture toughness.

本発明の要旨は、下記(1)〜(3)に示す熱延鋼板および(4)に示す熱延鋼板の製造方法にある。
The gist of the present invention resides in the hot-rolled steel sheet shown in the following (1) to (3) and the method for producing the hot-rolled steel sheet shown in (4) .

(1)質量%で、
C:0.1〜0.2%、
Mn:0.5〜1.0%、
Si:0.3%以下、および
sol.Al:0.05%以下、
を含み、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、70%以上の割合を占めるフェライトを主相とする組織を有する熱延鋼板であって、鋼板表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径が1.00μm未満であり、前記位置におけるフェライト中の平均転位密度が7×1012/m2以下であることを特徴とする高強度部材用熱延鋼板。
(1) In mass%,
C: 0.1-0.2%
Mn: 0.5 to 1.0%
Si: 0.3% or less, and
sol. Al: 0.05% or less,
Is a hot-rolled steel sheet having a structure in which the balance is Fe and impurities, and the main phase is ferrite occupying a ratio of 70% or more, and the ferrite at a depth of 100 μm from the steel sheet surface. A hot-rolled steel sheet for high-strength members, having an average particle size of less than 1.00 μm and an average dislocation density in the ferrite at the position of 7 × 10 12 / m 2 or less.

(2)質量%で、
C:0.1〜0.2%、
Mn:0.5〜1.0%、
Si:0.3%以下、および
sol.Al:0.05%以下、
を含み、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、70%以上の割合を占めるフェライトを主相とする組織を有する熱延鋼板であって、鋼板表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径が1.00μm未満であり、前記位置における大傾角粒界で囲まれたフェライトの結晶粒および結晶粒の集合体の平均アスペクト比が2.0以下であることを特徴とする高強度部材用熱延鋼板。
(2) In mass%,
C: 0.1-0.2%
Mn: 0.5 to 1.0%
Si: 0.3% or less, and
sol. Al: 0.05% or less,
Is a hot-rolled steel sheet having a structure in which the balance is Fe and impurities, and the main phase is ferrite occupying a ratio of 70% or more, and the ferrite at a depth of 100 μm from the steel sheet surface. High strength , characterized in that the average grain size is less than 1.00 μm, and the average aspect ratio of ferrite grains and aggregates of grains surrounded by a large-angle grain boundary at the above position is 2.0 or less Hot rolled steel sheet for parts .

(3)質量%で、
C:0.1〜0.2%、
Mn:0.5〜1.0%、
Si:0.3%以下、および
sol.Al:0.05%以下、
を含み、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、70%以上の割合を占めるフェライトを主相とする組織を有する熱延鋼板であって、鋼板表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径が1.00μm未満であり、前記位置におけるフェライト中の平均転位密度が7×1012/m2以下で、かつ、前記位置における大傾角粒界で囲まれたフェライトの結晶粒および結晶粒の集合体の平均アスペクト比が2.0以下であることを特徴とする高強度部材用熱延鋼板。
(3) In mass%,
C: 0.1-0.2%
Mn: 0.5 to 1.0%
Si: 0.3% or less, and
sol. Al: 0.05% or less,
Is a hot-rolled steel sheet having a structure in which the balance is Fe and impurities, and the main phase is ferrite occupying a ratio of 70% or more, and the ferrite at a depth of 100 μm from the steel sheet surface. Ferrite crystal grains and crystals having an average grain size of less than 1.00 μm, an average dislocation density in the ferrite at the position of 7 × 10 12 / m 2 or less, and surrounded by a large tilt grain boundary at the position A hot-rolled steel sheet for high-strength members, wherein the average aspect ratio of the aggregate of grains is 2.0 or less.

(4)質量%で、
C:0.1〜0.2%、
Mn:0.5〜1.0%、
Si:0.3%以下、および
sol.Al:0.05%以下、
を含み、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有する鋼塊または鋼片に、Ae3変態点±50℃の温度範囲で圧延を完了する熱間圧延を施した後、前記圧延の完了後0.3秒以内に冷却を開始して600℃/s以上の平均冷却速度で700〜550℃の温度域まで冷却を行い、前記温度域で保持してフェライト変態させることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の高強度部材用熱延鋼板の製造方法。
(4) In mass%,
C: 0.1-0.2%
Mn: 0.5 to 1.0%
Si: 0.3% or less, and sol. Al: 0.05% or less,
The steel ingot or steel slab having a chemical composition consisting of Fe and impurities in the balance is subjected to hot rolling to complete rolling at a temperature range of Ae3 transformation point ± 50 ° C. The cooling is started within 3 seconds, is cooled to a temperature range of 700 to 550 ° C. at an average cooling rate of 600 ° C./s or more, and held in the temperature range to transform the ferrite (1) The manufacturing method of the hot-rolled steel sheet for high strength members in any one of-(3) .

なお、主相とは、組織に占める割合が70%以上である相を指す。組織に占める主相の割合は100%であっても構わない。   The main phase refers to a phase that accounts for 70% or more of the structure. The proportion of the main phase in the organization may be 100%.

また、フェライトの粒径は、圧延方向に平行な断面における粒径とし、大傾角粒界とは、粒界間の方位差が15°以上である粒界と定義する。   The grain size of ferrite is the grain size in a cross section parallel to the rolling direction, and the large tilt grain boundary is defined as a grain boundary having an orientation difference of 15 ° or more between grain boundaries.

結晶粒の集合体とは、いわゆる「コロニー」を指し、結晶粒および結晶粒の集合体のアスペクト比とは、圧延方向に平行な断面におけるそれぞれの長径と短径の比、つまり「長径/短径」を指す。また、結晶粒および結晶粒の集合体の平均アスペクト比とは、結晶粒および結晶粒の集合体について求めたアスペクト比の和を、結晶粒および結晶粒の集合体を合わせた総数で除した値と定義する。   The aggregate of crystal grains refers to a so-called “colony”, and the aspect ratio of the crystal grains and the aggregate of crystal grains is the ratio of the major axis to the minor axis in a section parallel to the rolling direction, that is, “major axis / short axis”. "Diameter". The average aspect ratio of crystal grains and aggregates of crystal grains is a value obtained by dividing the sum of the aspect ratios obtained for crystal grains and aggregates of crystal grains by the total number of crystal grains and aggregates of crystal grains. It is defined as

また、温度および冷却速度は、対象となる熱延鋼板の表面における温度と冷却速度を指す。   Moreover, temperature and a cooling rate point out the temperature and cooling rate in the surface of the hot-rolled steel plate used as object.

以下、上記(1)〜(4)に示す熱延鋼板に係る発明および(5)に示す熱延鋼板の製造方法に係る発明を、それぞれ、「本発明(1)」〜「本発明(5)」という。また、総称して「本発明」ということがある。   Hereinafter, the invention relating to the hot-rolled steel sheet shown in the above (1) to (4) and the invention relating to the method for producing a hot-rolled steel sheet shown in (5) are referred to as “present invention (1)” to “present invention (5), respectively. ) ". Also, it may be collectively referred to as “the present invention”.

本発明の熱延鋼板は、引張強度が580MPaを超える高強度を有するとともに、靱性、なかでも上部棚エネルギーが大きく破壊靱性にも優れているので、自動車や産業機械などに用いる高強度部材に適用して、その安全性を一段と高めることが可能になるなど、産業上、極めて有用である。さらに、鋼の合金元素を極力低減しつつ、高強度化と高靱化を両立できることから、経済性およびリサイクル性の観点でも多大なメリットを有する。この熱延鋼板は、本発明の方法によって製造することができる。   The hot-rolled steel sheet of the present invention has high strength exceeding tensile strength of 580 MPa, and has high toughness, especially high shelf energy and excellent fracture toughness, so it is applicable to high-strength members used in automobiles and industrial machinery. Thus, it is extremely useful industrially because it is possible to further increase its safety. Furthermore, since it is possible to achieve both high strength and high toughness while reducing the alloying elements of steel as much as possible, it has a great merit from the viewpoint of economy and recyclability. This hot-rolled steel sheet can be manufactured by the method of the present invention.

以下、本発明の要件である組織、化学組成および製造条件を前記のごとく限定した理由について、その作用とともに詳しく説明する。   Hereinafter, the reason why the structure, chemical composition, and production conditions, which are the requirements of the present invention, are limited as described above will be described in detail together with the operation thereof.

(A)組織:
(A−1)フェライト粒径:
本発明に係る熱延鋼板は、フェライトを主相とするものである。このため、その強度と靱性はフェライトの粒径に支配される。そして、鋼板表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径が1.00μm以上になると、所望の580MPa以上の高強度が得られなくなる。しかも、vTrsが高温側に移動して靱性も低下してしまう。
(A) Organization:
(A-1) Ferrite particle size:
The hot rolled steel sheet according to the present invention has ferrite as a main phase. For this reason, the strength and toughness are governed by the grain size of the ferrite. And if the average particle diameter of the ferrite in the depth position of 100 micrometers from the steel plate surface becomes 1.00 micrometers or more, desired high intensity | strength of 580 MPa or more will no longer be obtained. Moreover, the vTrs moves to the high temperature side and the toughness also decreases.

上記のことから、本発明(1)〜本発明(3)においては、鋼板表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径を1.00μm未満と規定した。   From the above, in the present invention (1) to the present invention (3), the average grain size of ferrite at a depth position of 100 μm from the steel sheet surface is defined as less than 1.00 μm.

前記位置におけるフェライトの平均粒径の下限は、延性確保の観点から0.50μmであることが望ましい。   The lower limit of the average particle diameter of the ferrite at the position is preferably 0.50 μm from the viewpoint of ensuring ductility.

なお、既に述べたように、主相とは、組織に占める割合が70%以上である相を指す。また、フェライトの粒径は、圧延方向に平行な断面における粒径を指す。   As described above, the main phase refers to a phase whose proportion in the structure is 70% or more. Moreover, the particle diameter of a ferrite points out the particle diameter in the cross section parallel to a rolling direction.

(A−2)フェライト中の転位密度:
フェライト中に転位を多く含む場合には、靱性は低下してしまう。
(A-2) Dislocation density in ferrite:
If the ferrite contains many dislocations, the toughness will decrease.

フェライト中の転位密度が増加する要因としては、
〔1〕フェライト域またはフェライトとオーステナイトの2相域での圧延加工、
〔2〕低温の過冷オーステナイト域で圧延加工が加えられることによるγ→α歪誘起変態の発生、
の2点が挙げられる。
As a factor that increases the dislocation density in ferrite,
[1] Rolling in a ferrite region or a two-phase region of ferrite and austenite,
[2] Occurrence of γ → α strain-induced transformation due to rolling applied in the low-temperature supercooled austenite region,
There are two points.

これに対して、本発明者らの詳細な検討によって、高温のオーステナイト域で圧延し、その後、冷却時に静的変態により形成されたフェライト粒における転位密度は極めて低く、しかも、そのような転位密度の極めて低いフェライトからなる組織は、靱性の向上、なかでも、シャルピー衝撃試験による上部棚エネルギーの向上に寄与することが初めて明らかになった。   On the other hand, according to the detailed study by the present inventors, the dislocation density in the ferrite grains formed by static transformation at the time of cooling after rolling in a high temperature austenite region is extremely low, and such dislocation density It has been revealed for the first time that a structure composed of extremely low ferrite contributes to the improvement of toughness, especially the upper shelf energy by the Charpy impact test.

すなわち、鋼板表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径が1.00μm未満であっても、そのフェライト中の平均転位密度が7×1012/m2を超える場合の上部棚エネルギーは、同一の化学組成からなる、例えば、前記位置でのフェライトの平均粒径が5μm以上の粗粒鋼と同程度かそれ以下であって、細粒組織のメリットが得られない。 That is, even when the average grain size of ferrite at a depth position of 100 μm from the steel sheet surface is less than 1.00 μm, the upper shelf energy when the average dislocation density in the ferrite exceeds 7 × 10 12 / m 2 is For example, the ferrite having the same chemical composition has an average grain diameter of the same or lower than that of coarse-grained steel having a diameter of 5 μm or more, and the merit of the fine-grained structure cannot be obtained.

しかしながら、前記位置での平均粒径1.00μm未満のフェライト中の平均転位密度が7×1012/m2以下の場合には、上部棚エネルギーが増大して靱性、なかでも破壊靱性が向上する。 However, when the average dislocation density in the ferrite having an average grain size of less than 1.00 μm at the above position is 7 × 10 12 / m 2 or less, the upper shelf energy is increased and the toughness, especially the fracture toughness is improved. .

したがって、本発明(1)および本発明(3)においては、前記位置における平均粒径1.00μm未満のフェライト中の平均転位密度を7×1012/m2以下と規定した。 Therefore, in the present invention (1) and the present invention (3), the average dislocation density in the ferrite having an average particle size of less than 1.00 μm at the position is defined as 7 × 10 12 / m 2 or less.

前記平均粒径1.00μm未満のフェライト中の平均転位密度の下限は、低ければ低いほど好ましいので特に規定する必要はないが、焼鈍後の鉄鋼材料の転位密度が通常1×1010/m2前後であることから、1×1010/m2とすることが望ましい。 The lower limit of the average dislocation density in the ferrite having an average particle size of less than 1.00 μm is preferably as low as possible, so it is not necessary to specify the lower limit, but the dislocation density of the steel material after annealing is usually 1 × 10 10 / m 2. Since it is around, it is desirable to set it as 1 × 10 10 / m 2 .

(A−3)フェライトの形態と粒界の性状:
等方的なフェライト粒からなる組織においては上部棚エネルギーが高い値を示すのに対し、扁平なフェライト粒を含む組織においては上部棚エネルギーが低下する。
(A-3) Ferrite morphology and grain boundary properties:
In the structure made of isotropic ferrite grains, the upper shelf energy shows a high value, whereas in the structure containing flat ferrite grains, the upper shelf energy is lowered.

そこで、本発明者らは上記の上部棚エネルギーを支配する要因について詳細な検討を行った。   Therefore, the present inventors conducted a detailed study on the factors that govern the upper shelf energy.

その結果、上部棚エネルギーを支配する組織の単位が、大傾角粒界、つまり、粒界間の方位差が15°以上の粒界で囲まれたフェライトの結晶粒および結晶粒の集合体(以下、単に「コロニー」ともいう。)であること、すなわち、大傾角粒界に囲まれたフェライトの結晶粒およびコロニーは衝撃試験による最小破面単位になること、一方、粒界間の方位差が15°未満である小傾角粒界に囲まれたフェライトは衝撃亀裂に対する障害にならないことが初めて明らかになった。   As a result, the unit of the structure that dominates the upper shelf energy is a large tilt grain boundary, that is, a ferrite crystal grain and an aggregate of crystal grains surrounded by a grain boundary having an orientation difference between grain boundaries of 15 ° or more (hereinafter referred to as a grain boundary). Simply called “colony”), that is, ferrite grains and colonies surrounded by large-angle grain boundaries become the smallest fracture surface unit by impact test, while the orientation difference between grain boundaries is It became clear for the first time that ferrite surrounded by small-angle grain boundaries of less than 15 ° would not be an obstacle to impact cracking.

そして、鋼板表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径が1.00μm未満であっても、前記位置における大傾角粒界で囲まれたフェライトの結晶粒およびコロニーの平均アスペクト比が2.0を超える場合の上部棚エネルギーは、同一の化学組成からなる、例えば、前記位置でのフェライトの平均粒径が5μm以上の粗粒鋼と同程度かそれ以下であって、細粒組織のメリットが得られない。   Even if the average grain size of ferrite at a depth of 100 μm from the steel sheet surface is less than 1.00 μm, the average aspect ratio of ferrite crystal grains and colonies surrounded by the large-angle grain boundaries at the above positions is 2. When the upper shelf energy exceeds 0, the upper shelf energy is of the same chemical composition, for example, the average grain size of ferrite at the above position is about the same as or less than that of coarse-grained steel of 5 μm or more. Cannot be obtained.

しかしながら、前記位置でのフェライトの平均粒径が1.00μm未満であって、しかも、前記位置における大傾角粒界で囲まれたフェライトの結晶粒およびコロニーの平均アスペクト比が2.0以下の場合には、上部棚エネルギーが増大して靱性、なかでも破壊靱性が向上する。   However, when the average grain size of ferrite at the position is less than 1.00 μm and the average aspect ratio of the ferrite crystal grains and colonies surrounded by the large tilt grain boundary at the position is 2.0 or less In this case, the upper shelf energy is increased and the toughness, especially the fracture toughness is improved.

したがって、本発明(2)および本発明(3)においては、前記位置における大傾角粒界で囲まれた結晶粒およびコロニーの平均アスペクト比を2.0以下と規定した。   Therefore, in the present invention (2) and the present invention (3), the average aspect ratio of the crystal grains and colonies surrounded by the large-angle grain boundaries at the above positions is defined as 2.0 or less.

前記位置における大傾角粒界で囲まれたフェライトの結晶粒およびコロニーの平均アスペクト比の下限は、特に規定する必要はないので、完全な等軸形状である1とする。   The lower limit of the average aspect ratio of the ferrite crystal grains and colonies surrounded by the high-inclination grain boundary at the above position does not need to be specified, and is assumed to be 1 which is a perfect equiaxed shape.

(B)化学組成:
従来、化学組成面からの細粒化は、TiやNbなどのいわゆる「マイクロアロイ」を添加することによって、TiやNbなどの炭窒化物を析出させ、これらのピンニング作用を利用する方法が採用されてきた。しかしながら、TiやNbの炭窒化物に代表される微細な析出物は靱性を劣化させる。
(B) Chemical composition:
Conventionally, fine graining from the viewpoint of chemical composition has been achieved by adding so-called “microalloys” such as Ti and Nb to precipitate carbonitrides such as Ti and Nb and utilizing these pinning effects. It has been. However, fine precipitates typified by Ti and Nb carbonitrides deteriorate toughness.

このため、本発明に係る熱延鋼板は、単純組成のいわゆる「C−Mn鋼」を素材とするものである。   For this reason, the hot-rolled steel sheet according to the present invention is made of so-called “C-Mn steel” having a simple composition.

以下、化学組成の限定理由について説明する。なお、化学成分の含有量の「%」は「質量%」を意味する。   Hereinafter, the reason for limiting the chemical composition will be described. In addition, “%” of the content of the chemical component means “mass%”.

C:0.1〜0.2%
Cは、鋼の強度を効果的に上げるとともに、オーステナイト/フェライト変態を支配する重要な元素である。さらに、Ae3変態点を低下させ結晶粒の微細化に寄与する。しかしながら、その含有量が0.1%未満では、目的とするフェライト粒径および強度が得られない。一方、Cの含有量が0.2%を超えると、過剰なセメンタイトやパーライトが形成され、靱性の低下をきたす。したがって、Cの含有量を、0.1〜0.2%とした。なお、C含有量の望ましい範囲は0.13〜0.17%である。
C: 0.1-0.2%
C is an important element that effectively increases the strength of the steel and controls the austenite / ferrite transformation. Further, the Ae 3 transformation point is lowered, contributing to the refinement of crystal grains. However, if the content is less than 0.1%, the intended ferrite particle size and strength cannot be obtained. On the other hand, when the C content exceeds 0.2%, excessive cementite and pearlite are formed, resulting in a decrease in toughness. Therefore, the content of C is set to 0.1 to 0.2%. In addition, the desirable range of C content is 0.13 to 0.17%.

Mn:0.5〜1.0%
Mnは、Ae3変態点を低下させ、結晶粒の微細化に寄与する。さらに、フェライト中に固溶したMnは鋼の強度を上げる作用を有する。しかしながら、Mnの含有量が0.5%未満では、目的とするフェライト粒径および強度が得られない。一方、Mnの含有量が1.0%を超えると、フェライト主体の組織を得難くなって、靱性が低下する。したがって、Mnの含有量を、0.5〜1.0%とした。
Mn: 0.5 to 1.0%
Mn lowers the Ae 3 transformation point and contributes to refinement of crystal grains. Further, Mn dissolved in ferrite has the effect of increasing the strength of the steel. However, if the Mn content is less than 0.5%, the desired ferrite particle size and strength cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.0%, it becomes difficult to obtain a structure mainly composed of ferrite, and the toughness is lowered. Therefore, the Mn content is set to 0.5 to 1.0%.

Si:0.3%以下
Siは、鋼中に不純物として含有されることがある元素であり、過剰に含有すれば靱性に悪影響を及ぼすばかりかAe3変態点を上昇させるので粗粒化につながり、特に、その含有量が0.3%を超えると、靱性の低下とAe3変態点の上昇に伴う粗粒化が著しくなる。したがって、Siの含有量を0.3%以下とした。なお、Siには、脱酸作用や固溶強化元素として強度を高める作用があるので、鋼の清浄度の向上や強度向上を目的として必要に応じて添加することができる。前記の効果を得たい場合には、Siの含有量は0.1〜0.3%とすることが望ましい。
Si: 0.3% or less Si is an element that may be contained as an impurity in steel, and if contained excessively, it not only adversely affects toughness but also raises the Ae 3 transformation point, leading to coarsening. In particular, when the content exceeds 0.3%, coarsening accompanying a decrease in toughness and an increase in the Ae 3 transformation point becomes significant. Therefore, the Si content is set to 0.3% or less. Si has a deoxidizing effect and an effect of increasing the strength as a solid solution strengthening element, so that it can be added as needed for the purpose of improving the cleanliness and strength of the steel. In order to obtain the above effect, the Si content is preferably 0.1 to 0.3%.

sol.Al:0.05%以下
Alも、鋼中に不純物として含有されることがある元素であり、過剰に含有すれば酸化物などの介在物を形成して靱性の低下を招き、特に、その含有量がsol.Al(酸可溶Al)で0.05%を超えると、靱性の低下が著しくなる。したがって、Alのsol.Alでの含有量を0.05%以下とした。なお、Alには脱酸作用があるので、必要に応じて添加することができる。前記の効果を確実に得たい場合には、Alのsol.Alでの含有量は0.005〜0.05%とすることが望ましい。
sol. Al: 0.05% or less Al is an element that may be contained as an impurity in the steel, and if contained excessively, inclusions such as oxides are formed, resulting in a decrease in toughness. The amount is sol. If it exceeds 0.05% with Al (acid-soluble Al), the toughness will be significantly reduced. Therefore, Al sol. The content of Al was set to 0.05% or less. In addition, since Al has a deoxidation action, it can be added as necessary. When it is desired to reliably obtain the above-mentioned effect, the sol. The content of Al is desirably 0.005 to 0.05%.

上記の理由から、本発明(4)に係る熱延鋼板の化学組成は、C、Mn、Siおよびsol.Alを上述した範囲で含有し、残部はFeおよび不純物からなることとした。   For the above reasons, the chemical composition of the hot rolled steel sheet according to the present invention (4) is C, Mn, Si and sol. Al is contained in the above-described range, and the balance is made of Fe and impurities.

また、本発明(5)に係る熱延鋼板の製造方法においては、上記の量のC、Mn、Siおよびsol.Alを含有し、残部はFeおよび不純物からなる鋼塊または鋼片を用いることとした。   In the method for producing a hot-rolled steel sheet according to the present invention (5), the above amounts of C, Mn, Si and sol. A steel ingot or steel slab comprising Al and Fe and impurities as the balance was used.

(C)製造方法:
本発明(4)に係る熱延鋼板は、前記(B)項に記載の化学組成を有する鋼塊または鋼片に、「Ae3変態点±50℃の温度範囲で圧延を完了する熱間圧延を施した後、前記圧延の完了後0.3秒以内に冷却を開始して600℃/s以上の平均冷却速度で700〜550℃の温度域まで冷却を行い、前記温度域でフェライト変態させる」ことを特徴とする前記本発明(5)によって、製造することができる。
(C) Manufacturing method:
The hot-rolled steel sheet according to the present invention (4) is a hot-rolling that completes rolling in a temperature range of Ae 3 transformation point ± 50 ° C. on a steel ingot or steel slab having the chemical composition described in the above-mentioned item (B). Then, cooling is started within 0.3 seconds after the completion of the rolling, cooling is performed to a temperature range of 700 to 550 ° C. at an average cooling rate of 600 ° C./s or more, and ferrite is transformed in the temperature range. It can be produced by the present invention (5) characterized by the above.

先ず、熱間圧延に際して、圧延完了温度が「Ae3変態点+50℃」を超える場合には、細粒組織が得られない。一方、圧延完了温度が「Ae3変態点−50℃」を下回る場合には、圧延中にフェライト変態した粒がさらに圧延されることにより不均一な組織となってしまう。したがって、熱間圧延は、Ae3変態点±50℃の温度範囲で圧延を完了することと規定した。 First, in hot rolling, when the rolling completion temperature exceeds “Ae 3 transformation point + 50 ° C.”, a fine grain structure cannot be obtained. On the other hand, when the rolling completion temperature is lower than “Ae 3 transformation point−50 ° C.”, the grains transformed by ferrite during rolling are further rolled to form a non-uniform structure. Therefore, it was defined that the hot rolling is completed in the temperature range of Ae 3 transformation point ± 50 ° C.

次に、少なくとも鋼板表面から100μmの深さ位置において、平均粒径が1.00μm未満のフェライトを得るためには、加工オーステナイトからフェライト変態させる必要があるが、上述の熱間圧延完了後、冷却開始までの時間が0.3秒を超えると、オーステナイトが回復・再結晶を開始してしまう。   Next, in order to obtain a ferrite having an average grain size of less than 1.00 μm at least at a depth position of 100 μm from the steel sheet surface, it is necessary to transform the ferrite from the processed austenite. If the time until the start exceeds 0.3 seconds, the austenite starts to recover and recrystallize.

そして、回復・再結晶したオーステナイトを母相とするフェライトは、平均粒径が1.00μm未満の微細なものにはなることはない。したがって、前記圧延の完了後0.3秒以内に冷却を開始することと規定した。   And the ferrite which uses the recovered and recrystallized austenite as a matrix does not become a fine one having an average particle diameter of less than 1.00 μm. Therefore, it was defined that the cooling was started within 0.3 seconds after the completion of the rolling.

なお、平均冷却速度が600℃/s未満では、冷却中にオーステナイトの回復が生じて、平均粒径が1.00μm未満の微細なフェライトが得られない。したがって、上記圧延の完了後0.3秒以内に冷却を開始する場合における平均冷却速度を600℃/s以上とした。   When the average cooling rate is less than 600 ° C./s, austenite recovery occurs during cooling, and fine ferrite having an average particle size of less than 1.00 μm cannot be obtained. Therefore, the average cooling rate when cooling is started within 0.3 seconds after completion of the rolling is set to 600 ° C./s or more.

前記平均冷却速度の上限は、冷却設備の制約から2000℃/sである。   The upper limit of the average cooling rate is 2000 ° C./s due to the limitation of cooling equipment.

さらに、フェライト変態させるために、上記600℃/s以上の平均冷却速度での冷却は700〜550℃の温度範囲で停止させるものとする。すなわち、前記冷却の停止温度が550℃未満の場合にはフェライトを主相とする組織が得られない。一方、前記冷却の停止温度が700℃を超えると、フェライト粒が成長して、平均粒径が1.00μm未満の細粒組織が得られない。したがって、600℃/s以上の平均冷却速度で700〜550℃の温度域まで冷却を行い、前記温度域でフェライト変態させることと規定した。なお、600℃/s以上の平均冷却速度で650〜600℃の温度域まで冷却を行い、前記温度域でフェライト変態させることが望ましい。   Furthermore, in order to transform the ferrite, the cooling at the average cooling rate of 600 ° C./s or higher is stopped in the temperature range of 700 to 550 ° C. That is, when the cooling stop temperature is lower than 550 ° C., a structure having ferrite as a main phase cannot be obtained. On the other hand, when the cooling stop temperature exceeds 700 ° C., ferrite grains grow and a fine grain structure having an average grain size of less than 1.00 μm cannot be obtained. Therefore, it is defined that cooling is performed to a temperature range of 700 to 550 ° C. at an average cooling rate of 600 ° C./s or more, and ferrite transformation is performed in the temperature range. In addition, it is desirable to cool to a temperature range of 650 to 600 ° C. at an average cooling rate of 600 ° C./s or more, and to transform the ferrite in the temperature range.

上述のフェライト変態を生じさせた後の冷却は、特に規定するものではなく、例えば、大気中放冷、強制空冷、ミスト冷却や水冷などから適宜選択して決定すればよい。   The cooling after causing the ferrite transformation described above is not particularly specified, and may be determined by appropriately selecting from, for example, air cooling, forced air cooling, mist cooling or water cooling.

なお、既に述べたように、温度および冷却速度は、対象となる熱延鋼板の表面における温度と冷却速度を指す。   In addition, as already stated, temperature and a cooling rate point out the temperature and cooling rate in the surface of the hot-rolled steel plate used as object.

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

表1に示す化学組成を有する鋼Aおよび鋼Bからなる厚さ35mm、幅100〜200mm、長さ50〜100mmのスラブを、炉内雰囲気温度が1000℃の加熱炉中で1時間保持した後、3パスの粗圧延を経て3パスの仕上圧延を施し、厚さ1.2〜2.1mmの鋼板を製造した。表1には、2つの鋼のAe3変態点を併せて示した。 After holding a slab having a thickness of 35 mm, a width of 100 to 200 mm, and a length of 50 to 100 mm made of steel A and steel B having the chemical composition shown in Table 1 for 1 hour in a heating furnace having a furnace atmosphere temperature of 1000 ° C After 3 passes of rough rolling, 3 passes of finish rolling were performed to produce a steel sheet having a thickness of 1.2 to 2.1 mm. Table 1 also shows the Ae 3 transformation points of the two steels.

なお、表1中の鋼Aは、化学組成が本発明(4)及び本発明(5)で規定する範囲内にある鋼である。一方、鋼Bは、NbとTiを含有する析出強化鋼であり、化学組成が本発明(4)及び本発明(5)で規定する条件から外れた鋼である。   Steel A in Table 1 is a steel whose chemical composition is within the range defined by the present invention (4) and the present invention (5). On the other hand, steel B is a precipitation strengthened steel containing Nb and Ti, and is a steel whose chemical composition deviates from the conditions defined in the present invention (4) and the present invention (5).

表2に、鋼板を製造した熱間圧延条件および熱間圧延完了後の冷却条件の詳細を示す。なお、表2に示した冷却停止後は、大気中での放冷とした。   Table 2 shows the details of the hot rolling conditions for manufacturing the steel sheet and the cooling conditions after completion of the hot rolling. In addition, after cooling stop shown in Table 2, it was set as the air cooling in air | atmosphere.

Figure 0005377832
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Figure 0005377832
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上記のようにして得た各鋼板の組織的特徴を次のようにして調査した。   The structural characteristics of each steel plate obtained as described above were investigated as follows.

すなわち、各鋼板の圧延方向に平行な断面について、表面から100μmの深さ位置、表面から板厚1/4の深さ位置および板厚中心部の各部位を走査型電子顕微鏡(以下、「SEM」という。)を用いて倍率を3000倍として観察撮影を行い、得られたSEM像からいわゆる「切片法」によってフェライトの粒径を算出し、これから平均粒径を求めた。   That is, with respect to a cross section parallel to the rolling direction of each steel plate, a scanning electron microscope (hereinafter referred to as “SEM”) was used to measure each position of a depth position of 100 μm from the surface, a depth position of ¼ thickness from the surface, and a central portion of the thickness. And the magnification was set to 3000 times, and the ferrite grain size was calculated from the obtained SEM image by the so-called “slice method”, and the average grain size was determined from this.

また、鋼板の圧延方向に平行な断面について、表面から100μmの深さ位置から薄膜試料を採取し、透過型電子顕微鏡(以下、「TEM」という。)を用いて倍率を40000倍として明視野の観察撮影を行い、得られたTEM像から任意の直線と転位線との交切点の数(N)を測定し、次に示す式によってフェライト中の転位密度(ρ)を算出し、これから平均転位密度を求めた。   Further, with respect to a cross section parallel to the rolling direction of the steel sheet, a thin film sample was taken from a depth position of 100 μm from the surface, and a bright field was observed using a transmission electron microscope (hereinafter referred to as “TEM”) at a magnification of 40000 times. Observe and photograph, measure the number of intersections (N) between an arbitrary straight line and dislocation lines from the obtained TEM image, calculate the dislocation density (ρ) in ferrite by the following formula, and calculate the average The dislocation density was determined.

ρ=2N/Lt。
ただし、L:任意の直線の長さ、
t:膜厚。
ρ = 2N / Lt.
Where L: length of an arbitrary straight line,
t: film thickness.

なお、フェライト中に転位コントラストが認められない場合、その平均転位密度は、1×1012/m2未満と判定した。 When no dislocation contrast was observed in the ferrite, the average dislocation density was determined to be less than 1 × 10 12 / m 2 .

また、高分解能電界放出型走査顕微鏡(FE−SEM)を用いて、鋼板の圧延方向に平行な断面について、表面から100μmの深さ位置をEBSP(Electron Back Scattering Pattern)法を用いて結晶方位解析し、大傾角粒界の比率を求めた。なお既に述べたように、大傾角粒界とは、粒界間の方位差が15°以上である粒界を指す。   Further, using a high-resolution field emission scanning microscope (FE-SEM), a crystal orientation analysis is performed using an EBSP (Electron Back Scattering Pattern) method at a depth position of 100 μm from the surface of a cross section parallel to the rolling direction of the steel sheet. Then, the ratio of the large tilt grain boundary was obtained. As already described, the large-angle grain boundary refers to a grain boundary having an orientation difference between grain boundaries of 15 ° or more.

さらに、各鋼板の圧延方向に平行な断面について、表面から100μmの深さ位置における大傾角粒界で囲まれたフェライトの結晶粒および結晶粒の集合体の長径と短径を測定して、アスペクト比、つまり「長径/短径」を算出し、これから平均アスペクト比を求めた。なお、既に述べたように、結晶粒および結晶粒の集合体の平均アスペクト比とは、結晶粒および結晶粒の集合体について求めたアスペクト比の和を、結晶粒および結晶粒の集合体を合わせた総数で除した値をいう。   Further, for the cross section parallel to the rolling direction of each steel sheet, the major axis and minor axis of ferrite grains and aggregates of crystal grains surrounded by a large-angle grain boundary at a depth of 100 μm from the surface were measured, and the aspect ratio was measured. The ratio, that is, “major axis / minor axis” was calculated, and the average aspect ratio was determined therefrom. As already mentioned, the average aspect ratio of crystal grains and crystal grain aggregates is the sum of the aspect ratios obtained for crystal grains and crystal grain aggregates, together with the crystal grains and crystal grain aggregates. The value divided by the total number.

表3に、上記のようにして調査した鋼板の組織的特徴をまとめて示す。なお、表面から板厚1/4の深さ位置は、表3においては「1/4tの深さ位置」と表記した。また、表3において「−」で示したものは調査しなかったことを意味する。   Table 3 summarizes the structural characteristics of the steel sheets investigated as described above. In addition, in Table 3, the depth position of the plate thickness ¼ from the surface is expressed as “1/4 t depth position”. Moreover, what was shown by "-" in Table 3 means not having investigated.

Figure 0005377832
Figure 0005377832

各鋼板の機械的性質は次のようにして調査した。   The mechanical properties of each steel plate were investigated as follows.

すなわち、上記のようにして得た各鋼板から圧延方向に平行に、JIS Z 2201(1998)に記載の5号試験片を採取し、室温大気中で、0.17mm/秒の引張速度で引張試験を行ない、下降伏応力(LYS)、引張強度(TS)、一様伸び(UEL)および全伸び(EL)を測定した。   That is, the No. 5 test piece described in JIS Z 2201 (1998) was collected from each steel plate obtained as described above in parallel with the rolling direction, and was pulled at a tensile rate of 0.17 mm / sec in the room temperature atmosphere. Tests were performed and the yield strength (LYS), tensile strength (TS), uniform elongation (UEL) and total elongation (EL) were measured.

また、各鋼板について、圧延方向に垂直に2mmVノッチ加工を施した後、板厚に応じて5〜9枚を1セットとして積層の総厚み、すなわち試験片の幅が10mmになるように積層する鋼板の1枚を研削して調整し、これを1セットとしてボルトで固定してシャルピー衝撃試験用の試験片を作製し、シャルピー衝撃試験に供した。そして、50%破面遷移温度(vTrs)、−100℃での吸収エネルギー(vE-100)、0℃での吸収エネルギー(vE0)および20℃での吸収エネルギー(vE20)を測定した。 In addition, each steel plate is subjected to 2 mm V notch processing perpendicular to the rolling direction, and then 5 to 9 sheets are set as a set according to the plate thickness so that the total thickness of the stack, that is, the width of the test piece is 10 mm. One steel plate was ground and adjusted, and this was fixed as a set with a bolt to prepare a specimen for Charpy impact test, which was subjected to the Charpy impact test. Then, 50% fracture surface transition temperature (vTrs), absorption energy at −100 ° C. (vE −100 ), absorption energy at 0 ° C. (vE 0 ), and absorption energy at 20 ° C. (vE 20 ) were measured.

表4に、上記の各試験結果をまとめて示す。   Table 4 summarizes the above test results.

Figure 0005377832
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表4から、本発明例の試験番号1〜4の鋼板の場合、表3に示すように、表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径は0.84〜0.95μmといずれも極めて微細で、しかも、前記位置におけるフェライト中の平均転位密度が7×1012/m2以下の規定または/および前記位置における大傾角粒界で囲まれたフェライトの結晶粒および結晶粒の集合体の平均アスペクト比が2.0以下の規定を満たすものであるため、マイクロアロイを含まない単純組成のいわゆる「C−Mn鋼」であっても、LYSは588MPaを超え、また、TSも598MPaを超える高強度が得られており、TSが580MPaを超えるという高強度化の目標が達成されていることが明らかである。 From Table 4, in the case of the steel plates of test numbers 1 to 4 of the present invention example, as shown in Table 3, the average particle diameter of ferrite at a depth of 100 μm from the surface is 0.84 to 0.95 μm, both extremely Fine, and the average dislocation density in the ferrite at the position is not more than 7 × 10 12 / m 2 or / and the ferrite grains and aggregates of grains surrounded by the high-angle grain boundaries at the positions Since the average aspect ratio satisfies the rule of 2.0 or less, even in a so-called “C-Mn steel” having a simple composition not containing microalloys, LYS exceeds 588 MPa and TS also exceeds 598 MPa. It is clear that high strength has been obtained and the goal of increasing strength is achieved, in which TS exceeds 580 MPa.

また、上記試験番号1〜4の鋼板のシャルピー衝撃試験によるvTrsはいずれも−196℃を下回っており、極めて良好な低温靱性を有していることも明らかである。   Moreover, vTrs by the Charpy impact test of the steel plates of the test numbers 1 to 4 are all below -196 ° C, and it is clear that the steel has extremely good low temperature toughness.

さらに、上記試験番号1〜4の鋼板は、上述のように、フェライト中の平均転位密度が低いので、または、フェライト粒界のうち90%を超えるものが大傾角粒界であって、大傾角粒界で囲まれた結晶粒およびコロニーの平均アスペクト比が2.0以下という等方的な形態を有しているので、同じ鋼Aを用いたフェライト粒径が粗大な試験番号6および試験番号7の鋼板に比べて上部棚エネルギーが大きく、例えば室温のような高い温度での破壊靱性が良好になる。   Further, as described above, the steel plates having the test numbers 1 to 4 have a low average dislocation density in the ferrite, or more than 90% of the ferrite grain boundaries are large tilt grain boundaries, and have a large tilt angle. Since the average aspect ratio of the crystal grains and colonies surrounded by the grain boundaries is 2.0 or less, the test number 6 and the test number in which the ferrite grain size using the same steel A is coarse are used. The upper shelf energy is larger than that of the steel plate No. 7, and the fracture toughness at a high temperature such as room temperature is improved.

これに対して比較例の試験番号5の鋼板の場合、表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径は0.75μmと極めて微細である。したがって、引張特性およびシャルピー衝撃試験によるvTrsは良好である。しかしながら、前記位置におけるフェライト中の平均転位密度が7×1012/m2以下という規定および前記位置における大傾角粒界で囲まれたフェライトの結晶粒および結晶粒の集合体の平均アスペクト比が2.0以下という規定のいずれをも満たさないものである。このため、シャルピー衝撃試験における上部棚エネルギーは同じ鋼Aを用いたフェライト粒径が粗大な試験番号6および試験番号7の鋼板のそれよりも低くなっており、破壊靱性の観点で劣るものであることがわかる。 On the other hand, in the case of the steel plate of test number 5 of the comparative example, the average particle diameter of ferrite at a depth position of 100 μm from the surface is very fine as 0.75 μm. Therefore, the tensile properties and vTrs according to the Charpy impact test are good. However, the average dislocation density in the ferrite at the position is 7 × 10 12 / m 2 or less, and the average aspect ratio of the ferrite grains and the aggregate of the grains surrounded by the large-angle grain boundary at the position is 2 It does not satisfy any of the regulations of 0.0 or less. For this reason, the upper shelf energy in the Charpy impact test is lower than that of the steel plates of Test No. 6 and Test No. 7 having a coarse ferrite grain size using the same steel A, and is inferior in terms of fracture toughness. I understand that.

また、試験番号6および試験番号7の鋼板の場合、表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径はそれぞれ、4.8μmおよび5.2μmと粗大である。このため、TSはそれぞれ、481.6MPaおよび464.8MPaであって、TSが580MPaを超えるという高強度化の目標が達成されていない。加えて、シャルピー衝撃特性も特許文献1などで提案された従来の鋼板と同程度のものでしかない。   Moreover, in the case of the steel plates of test number 6 and test number 7, the average particle diameters of ferrite at a depth position of 100 μm from the surface are as coarse as 4.8 μm and 5.2 μm, respectively. For this reason, TS is 481.6MPa and 464.8MPa, respectively, and the target of high strength that TS exceeds 580MPa is not achieved. In addition, the Charpy impact characteristics are only comparable to those of conventional steel plates proposed in Patent Document 1 and the like.

試験番号8の鋼板の場合、鋼BがNbとTiを含有する析出強化鋼であることに加えて、表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径が0.82μmであるので、析出強化と細粒化との相乗効果により高い強度が得られている。しかしながら、表面から100μmの深さ位置におけるフェライト中の平均転位密度が7×1012/m2以下という規定および前記位置における大傾角粒界で囲まれたフェライトの結晶粒および結晶粒の集合体の平均アスペクト比が2.0以下という規定のいずれをも満たさないものである。このため、シャルピー衝撃試験における上部棚エネルギーは48Jと低く、破壊靱性の観点で劣るものである。 In the case of the steel plate of test number 8, in addition to steel B being a precipitation strengthened steel containing Nb and Ti, the average grain size of ferrite at a depth of 100 μm from the surface is 0.82 μm. High strength is obtained by the synergistic effect of the pulverization and refinement. However, the average dislocation density in ferrite at a depth of 100 μm from the surface is 7 × 10 12 / m 2 or less, and the ferrite grains and aggregates of grains surrounded by the large-angle grain boundaries at the positions It does not satisfy any of the regulations that the average aspect ratio is 2.0 or less. For this reason, the upper shelf energy in the Charpy impact test is as low as 48 J, which is inferior in terms of fracture toughness.

本発明の熱延鋼板は、引張強度が580MPaを超える高強度を有するとともに、靱性、なかでも上部棚エネルギーが大きく破壊靱性にも優れているので、自動車や産業機械などに用いる高強度部材に適用して、その安全性を一段と高めることが可能になるなど、産業上、極めて有用である。さらに、鋼の合金元素を極力低減しつつ、高強度化と高靱化を両立できることから、経済性およびリサイクル性の観点でも多大なメリットを有する。この熱延鋼板は、本発明の方法によって製造することができる。   The hot-rolled steel sheet of the present invention has high strength exceeding tensile strength of 580 MPa, and has high toughness, especially high shelf energy and excellent fracture toughness, so it is applicable to high-strength members used in automobiles and industrial machinery. Thus, it is extremely useful industrially because it is possible to further increase its safety. Furthermore, since it is possible to achieve both high strength and high toughness while reducing the alloying elements of steel as much as possible, it has a great merit from the viewpoint of economy and recyclability. This hot-rolled steel sheet can be manufactured by the method of the present invention.

Claims (4)

質量%で、
C:0.1〜0.2%、
Mn:0.5〜1.0%、
Si:0.3%以下、および
sol.Al:0.05%以下、
を含み、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、70%以上の割合を占めるフェライトを主相とする組織を有する熱延鋼板であって、鋼板表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径が1.00μm未満であり、前記位置におけるフェライト中の平均転位密度が7×1012/m2以下であることを特徴とする高強度部材用熱延鋼板。
% By mass
C: 0.1-0.2%
Mn: 0.5 to 1.0%
Si: 0.3% or less, and
sol. Al: 0.05% or less,
Is a hot-rolled steel sheet having a structure in which the balance is Fe and impurities, and the main phase is ferrite occupying a ratio of 70% or more, and the ferrite at a depth of 100 μm from the steel sheet surface. A hot-rolled steel sheet for high-strength members, having an average particle size of less than 1.00 μm and an average dislocation density in the ferrite at the position of 7 × 10 12 / m 2 or less.
質量%で、
C:0.1〜0.2%、
Mn:0.5〜1.0%、
Si:0.3%以下、および
sol.Al:0.05%以下、
を含み、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、70%以上の割合を占めるフェライトを主相とする組織を有する熱延鋼板であって、鋼板表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径が1.00μm未満であり、前記位置における大傾角粒界で囲まれたフェライトの結晶粒および結晶粒の集合体の平均アスペクト比が2.0以下であることを特徴とする高強度部材用熱延鋼板。
% By mass
C: 0.1-0.2%
Mn: 0.5 to 1.0%
Si: 0.3% or less, and
sol. Al: 0.05% or less,
Is a hot-rolled steel sheet having a structure in which the balance is Fe and impurities, and the main phase is ferrite occupying a ratio of 70% or more, and the ferrite at a depth of 100 μm from the steel sheet surface. High strength , characterized in that the average grain size is less than 1.00 μm, and the average aspect ratio of ferrite grains and aggregates of grains surrounded by a large-angle grain boundary at the above position is 2.0 or less Hot rolled steel sheet for parts .
質量%で、
C:0.1〜0.2%、
Mn:0.5〜1.0%、
Si:0.3%以下、および
sol.Al:0.05%以下、
を含み、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、70%以上の割合を占めるフェライトを主相とする組織を有する熱延鋼板であって、鋼板表面から100μmの深さ位置におけるフェライトの平均粒径が1.00μm未満であり、前記位置におけるフェライト中の平均転位密度が7×1012/m2以下で、かつ、前記位置における大傾角粒界で囲まれたフェライトの結晶粒および結晶粒の集合体の平均アスペクト比が2.0以下であることを特徴とする高強度部材用熱延鋼板。
% By mass
C: 0.1-0.2%
Mn: 0.5 to 1.0%
Si: 0.3% or less, and
sol. Al: 0.05% or less,
Is a hot-rolled steel sheet having a structure in which the balance is Fe and impurities, and the main phase is ferrite occupying a ratio of 70% or more, and the ferrite at a depth of 100 μm from the steel sheet surface. Ferrite crystal grains and crystals having an average grain size of less than 1.00 μm, an average dislocation density in the ferrite at the position of 7 × 10 12 / m 2 or less, and surrounded by a large tilt grain boundary at the position A hot-rolled steel sheet for high-strength members, wherein the average aspect ratio of the aggregate of grains is 2.0 or less.
質量%で、
C:0.1〜0.2%、
Mn:0.5〜1.0%、
Si:0.3%以下、および
sol.Al:0.05%以下、
を含み、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有する鋼塊または鋼片に、Ae3変態点±50℃の温度範囲で圧延を完了する熱間圧延を施した後、前記圧延の完了後0.3秒以内に冷却を開始して600℃/s以上の平均冷却速度で700〜550℃の温度域まで冷却を行い、前記温度域で保持してフェライト変態させることを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の高強度部材用熱延鋼板の製造方法。
% By mass
C: 0.1-0.2%
Mn: 0.5 to 1.0%
Si: 0.3% or less, and sol. Al: 0.05% or less,
A steel ingot or steel slab having a chemical composition comprising Fe and impurities in the balance, and hot rolling to complete rolling at a temperature range of Ae 3 transformation point ± 50 ° C. starting cooling within .3 seconds at 600 ° C. / s or more average cooling rate to a temperature range of seven hundred to five hundred and fifty ° C. performs cooling, claim 1 and held at said temperature range, characterized in that to ferrite transformation To 3. The method for producing a hot-rolled steel sheet for high-strength members according to any one of items 1 to 3 .
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