JP5407552B2

JP5407552B2 - 成形性に優れた熱延鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP5407552B2
Application number: JP2009125465A
Authority: JP
Inventors: 耕一郎藤田; 和浩花澤; 康幸高田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: KR20120022969A; KR101369098B1; JP2010270383A; SG194424A1; CN102449178B; MY153088A; WO2010137598A1; CN102449178A

Description

本発明は、自動車、家電製品等の素材に適用される熱延鋼板に係り、プレス成形等に適した加工性を具え、且つ、耐時効性、面内異方性にも優れた熱延鋼板に関する。

自動車や電気製品などに使用される熱延鋼板には高い成形性が要求され、特にコンプレッサーカバーに代表される深絞り用途に用いられる熱延鋼板では、軟質化および高延性化が精力的に進められている。また、昨今の生産拠点のグローバル化に伴い製品の輸送時間・保管時間が長時間化するにつれ、材質の安定性、特に耐時効性も重要視されつつある。

耐時効性に優れる深絞り用熱延鋼板に関し、C、Mn等の強化元素の上限を限定して軟質高延性を確保し、Bを0.001％以上添加して鋼中のNを固定することにより耐時効性を高める技術が特許文献１に提案されている。しかしながら、係る技術では、熱延鋼板のB添加量が0.001%以上と高いため、絞り加工の面内異方性を示す指数である│Δr│（r値の異方差）が高くなるという問題が生じる。

Bを添加した熱延鋼板に見られる上記問題に対し、B添加量を規定してAr₃点＋20℃以上の高温で仕上げ圧延を行うことにより│Δr│を改善する技術が特許文献２に提案されている。また、Bを添加した熱延鋼板ではないがP含有量を規定した熱延鋼板に関し、熱延鋼板の│Δr│を改善するためにAr₃点以上で仕上げ圧延を行う技術が特許文献３に提案されている。

しかしながら、非特許文献１に開示されているように、Bを添加した熱延鋼板は粗粒になりやすく、また熱延条件に対する依存性が大きい。そのため、特許文献２および特許文献３に提案されるように単に高温で仕上げ圧延を行うと、過度に粗粒化し、プレス成形後の表面に肌荒れが生じる。また、特許文献３に提案された熱延鋼板はBを添加しないが、極低P（0.005%以下）とすることによって粒成長性が高まるため、特許文献２に提案された熱延鋼板と同様、過度の粗粒化に伴う肌荒れ発生が問題となる。

一方、特許文献４には、過度の粒成長を抑制する目的で熱延鋼板にTiやNbを添加する技術が開示されている。しかしながら、Ti、Nbは再結晶抑制効果および粒成長抑制効果が著しく強い。そのため、TiやNbを添加した熱延鋼板の│Δr│を改善し、且つ、適度な結晶粒径を確保する上では、高温域に長時間保持することを要する。また、特許文献４に開示された技術ではBが添加されていないため、低C域における時効の発生を免れ得ず、耐時効性に劣るという問題も生じる。

特開昭５２−１２５４１１号公報特開平２−２０９４２３号公報特開平２−２０９４２４号公報特開平２−３０７１３号公報

伊藤庸、外3名、「プレス加工用熱延鋼板KFNについて」、川崎製鉄技報、川崎製鉄株式会社、1973年、Vol.5 No.2、Pg.224-234

上記のとおり、深絞り用熱延鋼板に関し、│Δr│を改善する技術はいくつか開示されているものの、これらの技術では付随的に肌荒れの発生や耐時効性の劣化等の問題を生じるため、改善の余地があった。本発明はかかる事情に鑑みなされたものであり、成形性および耐時効性に優れるのはいうまでもなく、過度の粗粒化を生じさせずに│Δr│を改善した軟質熱延鋼板を、その有利な製造方法と共に提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、B添加アルミキルド鋼の再結晶挙動、並びに、粒成長挙動について鋭意研究を重ねた。その結果、鋼の成分組成、仕上げ圧延温度および圧延率、並びに、仕上げ圧延後の冷却条件等を制御することにより、特に成分的にはPを比較的多量に添加し、また、工程的には熱間圧延終了後、短時間の放冷処理を実施することにより、耐時効性と軟質高延性を具えた熱延鋼板において、肌荒れ等の原因となる過度の粗粒化を招来することなく│Δr│を低減し得るという新たな知見を得た。

本発明は、上記知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
（１）質量%で、
C：0.03%以上0.07%以下、
Si：0.1%以下、
Mn：0.05%以上0.5%以下、
P：0.01%以上0.03%以下、
S：0.03%以下、
sol.Al：0.02%以上0.1%以下、
N：0.005%以下、
Nb＋Ti：0.005%未満および
B：0.0003%以上0.0020%以下
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、平均結晶粒径が12μm以上25μm以下で、かつ、│Δr│≦0.25、AI≦20MPaであることを特徴とする、熱延鋼板。

（２）質量%で、
C：0.03%以上0.07%以下、
Si：0.1%以下、
Mn：0.05%以上0.5%以下、
P：0.01%以上0.03%以下、
S：0.03%以下、
sol.Al：0.02%以上0.1%以下、
N：0.005%以下、
Nb＋Ti：0.005%未満および
B：0.0003%以上0.0020%以下
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼片に、熱間圧延の最終パスを圧延温度：Ar₃点＋50℃以上かつ圧延率：15%以上の条件で行い、該熱間圧延終了後、0.5秒以上10秒以下の時間放冷した後、20℃/s以上の冷却速度で700℃以下まで冷却し、590℃以上700℃以下で巻き取ることで、平均結晶粒径が12μm以上25μm以下で、かつ、│Δr│≦0.25、AI≦20MPaとすることを特徴とする、熱延鋼板の製造方法。

本発明によると、熱延鋼板に関し、十分な耐時効性と軟質高延性を付与し、且つ、プレス加工に適した結晶粒径を維持しつつ面内異方性を低減することができる。したがって、本発明の熱延鋼板によると、コンプレッサーカバー等、従来の熱延鋼板では成形困難とされていた高加工を要する製品であっても、成形時に肌荒れ等による品質劣化を招来することなく製造することが可能となる。

以下に本発明の成分組成および製造条件の限定理由について説明する。なお、鋼板中の元素の含有量の単位は何れも「質量%」であるが、以下、特に断らない限り、単に「%」で示す。
（1）成分組成範囲
C：0.03%以上0.07%以下
C含有量が多いと炭化物を多量に生成し、熱延鋼板の伸びを低下させ成形性を阻害することから、その含有量を0.07%以下とする。一方、極端な低C化は製造コストの増加を招くため、その下限を0.03%とする。

Si：0.1%以下
Siは、過剰に含有すると強度が高まり成形性を劣化させることから、その含有量は0.1%以下とする。

Mn：0.05%以上0.5%以下
Mnは、SをMnSとして固定し、熱間延性を向上させる作用があることから、その含有量は0.05%以上とする必要がある。一方、過剰な添加は鋼の硬質化をもたらすとともに、成形性を劣化させることから、含有量の上限を0.5%とする。

P：0.01%以上0.03%以下
Pは、本発明において特徴的な元素である。すなわち、P含有量が少ないと粒成長が高まり、粗粒化による肌荒れを招来するおそれが増大する。そこで本発明では少なくとも0.01%のPを含有させるものとした。とはいえ、Ｐは固溶強化元素であり、過剰に含有させると鋼の硬質化をもたらすため上限を0.03%とする。

S：0.03%以下
Sは、熱間延性や成形性を阻害する元素であり、その含有量は低いほうが望ましい。また、熱間延性や成形性を改善する目的でSはMnSとして固定されるが、MnS量が過剰になると伸びの低下を招くため、Sの含有量の上限は0.03%とする。

sol.Al：0.02%以上0.1%以下
Alは、脱酸剤として有用なだけでなく、Bで固定されないNをAlNとして固定し、耐時効性を高める作用を有するため、sol.Alの含有量としては0.02%以上が必要である。一方、過度の添加は製造コストの上昇を招くため、その上限を0.1%とする。

N：0.005%以下
Nは、熱延鋼板の時効の原因となる元素であり、その含有量は少ないほど好ましいが、過度の低減は著しいコスト上昇を招く。本発明においては、BおよびAlを添加してNを固定するため、N含有量が0.005%以下であれば、その弊害が無視できることから上限を0.005%とする。

Nb＋Ti：0.005%未満
Nb、Tiは、強力な再結晶抑制元素であるため、これらの元素を過度に含有すると│Δr│の低減化が困難になる。また、これらの元素は強力な粒成長抑制元素でもあるため、過度に含有すると熱延鋼板の結晶粒が細粒となり、伸びの低下を招く。この点、Nb+Ti量は少ない程好ましいが、NbとTiの含有量が合わせて0.005%未満であれば、上記弊害が無視できることからNb＋Tiの上限を0.005%未満とする。

B：0.0003%以上0.0020%以下
Bは、Nを固定して耐時効性を向上させる元素である。また、結晶粒を適度に粗粒化する作用を有し、結晶粒微細化に起因する伸びの低下を抑制する効果を奏することから、Bの含有量としては0.0003%以上を必要とする。一方、過度に添加すると│Δr│が大きくなるため、その上限を0.0020%とする。
なお、上記した成分以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。不純物としては、例えばCu：0.02%以下、Ni：0.02%以下程度が許容される。

（2）平均結晶粒径
平均結晶粒径は、12μm以上25μm以下とすることが必要である。12μm未満では降伏強度が高くなって成形が困難になり、25μmを超えるとプレス成形時に肌荒れが生じるためである。なお、より好ましくは12μm 以上23μm以下である。

（3）│Δr│≦0.25
下記(1)式で示される平均r値の異方差│Δr│が0.25を超えると、絞り成形時の歩留まりが低下するため、0.25以下とする必要がある。
記
│Δr│＝｜（r₀＋ｒ₉₀−2r₄₅）/ 2｜・・・ (1)
なお、平均r値は0.80以上とすることが、成形荷重低減の点で好ましい。また、本発明の鋼板は熱延鋼板であり、平均r値は概ね1.0以下である。

（4）AI≦20MPa
エイジングインデックスAIが20MPaを超えると、輸送途中やコイル保管期間中に材質が変動し、プレス成形条件の適正化を図ることが必要となるため、製品コストの上昇を招く。これに対し、AIが20MPa以下であれば、材質変動が問題とならない範囲であるため、AIは20MPa以下、より好ましくは10MPa以下とする。

（5）製造工程
上記の成分組成範囲に調整した鋼を溶製、鋳造して得られた鋼片に、鋳造直後または再加熱した後、熱間圧延の最終パスを圧延温度：Ar₃点＋50℃以上かつ圧延率：15%以上の条件で行い、該熱間圧延終了後、0.5秒以上10秒以下の時間放冷した後、20℃/s以上の冷却速度で700℃以下まで冷却し、590℃以上700℃以下で巻き取る。なお、上記再加熱温度は特に規定する必要はないが、仕上げ圧延温度を確保できる条件で再加熱する必要があり、一般には1050〜1300℃である。

本発明のようにBを添加した熱延鋼板において、プレス加工に適した結晶粒径を維持しつつ面内異方性を低減するためには、仕上げ圧延温度および圧延率、仕上げ圧延後の冷却条件、並びに、巻き取り温度の最適化を図ることが重要である。

本発明者らは、上記の如き組成を有するB含有熱延鋼板の│Δr│と熱間圧延の最終パスの圧延温度との相関について調査した。なお、ここで熱間圧延の最終パスとは、熱間圧延の仕上げ圧延における最終パス、すなわち最終圧下スタンドを意味し、圧延温度（仕上げ圧延温度とも言う）は該圧下スタンドの出側温度である。その結果、最終パスの圧延温度がAr₃ 点から高温化にするにつれて熱延鋼板の│Δr│は減少し、Ar₃ 点＋50℃以上となると│Δr│はほぼ一定の値を示すことが判明した。その理由は定かではないが、最終パスの圧延温度がAr₃ 点近傍である場合、前記(1)式におけるr₄₅値はr₀値およびr₉₀値に対して大きな値を示すところ、最終パスの圧延温度が高温化するにつれてr₀値およびr₉₀値が上昇する一方、r₄₅値は低下する結果、前記(1)式における│Δr│が低下し、この｜Δr｜の低減効果はAr₃ 点＋50℃で飽和することが推測される。

そこで、本発明においては、│Δr│の低減化を図るべく、最終パスを圧延温度：Ar₃ 点＋50℃以上とする高温で仕上げ圧延を行う。ただし、仕上げ圧延温度は、950℃以下とすることが、スケール層低減の点で好ましい。また、本発明においては、仕上げ圧延後に所定時間放冷する。仕上げ圧延により形成されたオーステナイト加工組織をオーステナイト域で再結晶させて集合組織をランダム化し、│Δr│の低減化を図るためである。ここで、仕上げ圧延後の放冷が0.5秒未満であると、オーステナイト加工組織の再結晶化が十分でないため、本発明においては、上記放冷時間を0.5秒以上とする。

上記のとおり、高温で仕上げ圧延を行い、その後長時間放冷すれば、│Δr│は小さくなるものの、B添加鋼の特徴である過度の粗粒形成を招き、プレス成形品の肌荒れを招来する。かかる問題を解決するために、最終パス圧延率（最終パスにおける圧下率）を15%以上、より好ましくは20%以上で行って再結晶核数を増やし、さらに仕上げ圧延後の放冷時間を10秒以下、好ましくは5秒未満としてオーステナイト粒の粒成長を抑制することにより、フェライト変態後の結晶粒の大きさを適正範囲に調整するものとした。
なお、上記圧延率は、25%未満とすることが、鋼板形状を良好にする点で好ましい。

所定の保持（放冷）時間が経過した後、20℃/sec以上の冷却速度で700℃以下まで冷却し、590℃以上700℃以下で巻き取る。冷却中の粒成長を抑制するためには冷却速度を20℃/sec以上とする必要がある。また、巻き取り温度が700℃を超えると、巻き取り中に生成するスケールによって表面性状が劣化し、590℃未満では、AIが20MPa越えとなって輸送中や保管中の材質変動を招来する。そのため、巻き取り温度は590℃以上700℃以下とする。好ましくは625℃以上である。なお、上記冷却速度の上限としては、大きな製造コストアップを伴わないという観点からは、概ね500℃/s程度である。

本発明による熱延鋼板は酸洗材でも黒皮ままでもその性能に変わりはない。また、酸洗後もしくは酸洗を省略した黒皮ままで溶融亜鉛めっきを行ってもなんら問題はない。調質圧延の条件についての制限はないが、圧延率が過度に高いと伸びの低下が激しくなるため、調質圧延の伸長率を2%以下とすることが好ましい。

また、本発明が対象とする熱延鋼板は、降伏応力：250MPa以下程度、板厚：2mm以上6mm以下程度の、深絞り用途に好適に使用される軟質熱延鋼板である。

（実施例１）
表1に示す成分を有する鋼を溶製し、φ8mm、高さ12mmの加工フォーマスタ試験片を切り出し、1200℃に加熱後、10℃/秒の冷却速度で950℃まで冷却し、950℃で30%の歪みで圧縮した後、10℃/秒の冷却速度で200℃まで冷却した。冷却時の熱膨張曲線からAr₃点を測定したところ、823℃であった。この鋼を1200℃に加熱後、表2に示す条件で熱間圧延を行い、板厚3.2mmの熱延鋼板とした。

得られた熱延鋼板を酸洗後、伸長率1%の調質圧延を施し、機械特性評価、組織観察を行った。機械特性は、JIS Z 2201(1998)の5号試験片を、圧延方向（RD）に採取し、JIS Z 2241(1998)に準拠した引張試験を行った。

r値は、圧延方向（RD）、圧延直角方向（TD）、圧延45°方向（DD）にJIS Z 2201(1998)の5号試験片を採取し、15%歪みを付与して測定した。また、前記(1)式に従い、｜Δr｜を求めた。

AIは、圧延方向（RD）にJIS Z 2201(1998)の5号試験片を採取し、予歪み7.5％付与後、100℃で30分の熱処理を行い、熱処理前の応力（7.5%予歪付与時の応力）と熱処理後の降伏応力との差で評価した。

また、圧延方向断面組織を板厚1/4位置で、ナイタール腐食し、JIS G 0552(1998)に記載の切断法に準拠して平均結晶粒径を測定した。結果を表2に併せて示す。

本発明例の条件B、C、G、Hによると、降伏応力YPが220MPa以下、破断伸びElが48%以上と軟質高延性であり、さらに、AIが20MPa以下、│Δr│が0.25以下と、十分な耐時効性を有し、且つ異方性の小さい熱延鋼板が得られる。また、本発明例の条件B、C、G、Hにより製造された熱延鋼板の平均結晶粒径は12〜25μmの範囲を満足しており、従ってプレス成形時における肌荒れのおそれもない。さらに、本発明例である条件B、C、Hは、巻き取り温度が625℃以上であるため、得られる熱延鋼板のAIは10MPa以下であり、特に耐時効性に優れていることがわかる。

一方、放冷時間の短い条件Aや、仕上げ圧延最終パスの圧延温度が低い条件E、K、仕上げ圧延最終パスの圧延率が小さい条件Iでは、オーステナイト域での再結晶が十分には進まないため、これらの条件により製造された熱延鋼板の異方性は高く、│Δr│が0.25を越えてしまう。また、放冷時間の長い条件D、冷却速度の遅い条件Jにより製造された熱延鋼板では、結晶粒が粗大になってしまう。また、巻き取り温度が590℃未満である条件Fにより製造された熱延鋼板は、AIが20MPaを越える。

（実施例２）
表3に示す成分を有する鋼を溶製し、実施例1と同様の方法によりAr₃点を測定した。次いで、これらの鋼を1200℃に加熱後、熱間圧延における仕上げ圧延の最終パスを、圧延率22%、温度875℃で行い、仕上げ圧延後4.2秒放冷した後、25℃/秒の冷却速度で630℃まで冷却し、そのまま巻き取った。

得られた熱延板から、実施例1と同様の方法により、機械特性、r値、AI、平均結晶粒径を測定した。結果を表3に併せて示す。

本発明の成分組成を満足する鋼番3,4によると、降伏応力YPが220MPa以下、破断伸びElが48%以上と軟質高延性であり、さらに、AIが20MPa以下、│Δr│が0.25以下と、十分な耐時効性を有し且つ異方性の小さい熱延鋼板が得られる。また、鋼番3の熱延鋼板は、平均結晶粒径が20μm以下であるため、肌荒れの懸念がより少ない。

一方、C量の多い鋼番2では、熱延鋼板の平均結晶粒が細粒でかつ降伏強度が高くなってしまう。P量の少ない鋼番5は、熱延鋼板の平均結晶粒が粗大になってしまう。Nb、Ti量の多い鋼番6、並びにB量の多い鋼番8では、オーステナイト域での再結晶が十分には進まないため、熱延鋼板の異方性が高く、│Δr│が0.25を超えてしまう。また、B量の少ない鋼番7では、熱延鋼板のAIが20MPaを超えてしまう。

本発明に従い、Bを添加した加工用熱延鋼板に、Pを0.01〜0.03%の範囲で添加し、さらに圧延率：15%以上で最終パス後、0.5〜10秒間の放冷処理を設けることにより、耐時効性と軟質高延性を具え、且つ、過度の粗粒化を生じさせずに│Δr│を改善した熱延鋼板を得ることができる。

Claims

質量%で、
C：0.03%以上0.07%以下、
Si：0.1%以下、
Mn：0.05%以上0.5%以下、
P：0.01%以上0.03%以下、
S：0.03%以下、
sol.Al：0.02%以上0.1%以下、
N：0.005%以下、
Nb＋Ti：0.005%未満および
B：0.0003%以上0.0020%以下
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、平均結晶粒径が12μm以上25μm以下で、かつ、│Δr│≦0.25、AI≦20MPaであることを特徴とする、熱延鋼板。
質量%で、
C：0.03%以上0.07%以下、
Si：0.1%以下、
Mn：0.05%以上0.5%以下、
P：0.01%以上0.03%以下、
S：0.03%以下、
sol.Al：0.02%以上0.1%以下、
N：0.005%以下、
Nb＋Ti：0.005%未満および
B：0.0003%以上0.0020%以下
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼片に、熱間圧延の最終パスを圧延温度：Ar₃点＋50℃以上かつ圧延率：15%以上の条件で行い、該熱間圧延終了後、0.5秒以上10秒以下の時間放冷した後、20℃/s以上の冷却速度で700℃以下まで冷却し、590℃以上700℃以下で巻き取ることで、平均結晶粒径が12μm以上25μm以下で、かつ、│Δr│≦0.25、AI≦20MPaとすることを特徴とする、熱延鋼板の製造方法。