JP6149451B2 - 高強度熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高強度熱延鋼板およびその製造方法に関し、特に、主として大型クレーンのブームや大型トラックフレーム等大型の構造部材として好適な剛性が高く切断後の形状が良好な高強度熱延鋼板に関するものである。

建設機械用のクレーンブームは、近年の建設対象物の高層化に伴い、より長尺化や大型化が進んでいる。そのため、ブーム自体の軽量化およびつり上げ運搬容量の拡大を図るために、素材となる鋼板に対しては薄肉化する傾向にあり、より高い降伏強度が要求されている。これまでは、高強度化のために、鋼成分中にＳｉ、Ｍｎなどの固溶強化元素や、Ｔｉ、Ｎｂ等の析出強化元素が多量に添加されてきた。例えば、特許文献１〜５は、いずれもＴｉ析出強化を活用するためにＴｉ添加量を高めているが、特許文献１〜３では、析出強化を十分に活用するために、０．１２％以上のＴｉ添加と１２５０℃以上の高温加熱とが必須となっている。

一方、剛性も構造部材には重要な特性である。しかし、剛性はヤング率と板厚に依存し、強度には依存しない事から、単純に高強度化しても薄肉化に伴う部材の剛性低下はまぬがれない。そこで、薄肉化を図るためには、高強度化と合わせて素材のヤング率を確保する必要がある。
一般的に、鋼のヤング率は２０６ＧＰａ程度と言われるが、圧延などによって鉄の結晶方位を特定の方向に揃えることにより、一方向のヤング率を高められることはよく知られている。例えば、大型クレーンのブームのような長尺部材の場合、熱延の圧延方向が部材長手方向になることから、圧延方向のヤング率を高めることで部材としての剛性を向上させることが出来る。このような、圧延方向のヤング率を高める技術としては、例えば、特許文献６、７等がある。

また、クレーン等の部材に使われる板厚の厚い鋼板はコイルではなく切断・形状矯正を行った平板の状態で出荷されるのが一般的である。このような平板から部材を製造する際には、平板を任意の方向に切断するが、その際に板内に不均一に分布していた残留応力が解放され反りなどの形状不良が起こる。そのため、クレーン等の部材に使われる板厚の厚い高強度鋼板においては、平板の状態から切断した後における形状変動を抑制することが望まれている。
形状変動の抑制策としては、例えば特許文献８に、ロールレベラーによる矯正時の曲率半径をＲ、板厚をｔ、鋼鈑のヤング率をＥ、降伏応力をＹＰとした場合、加工度（（ｔ／２Ｒ）／（ＹＰ／Ｅ））が６以上になるような条件で矯正する事によって形状を改善する技術が開示されている。

特開平７−１３８６３８号公報 特開平５−２３０５２９号公報 特開平５−２７１８６５号公報 特開２００２−９７５４５号公報 特開２００４−２５０７４４号公報 特開２００７−４６１４６号公報 特開２００８−２７４３９５号公報 特開２０００−２１２６８８号公報

しかしながら、特許文献６、７等に記載のような圧延方向のヤング率を高める技術は、極めて高い圧延方向ヤング率を達成するために、熱延時に鋼板表面に高い剪断力がかかることから、圧延機への負荷が高いという問題があった。
また、特許文献８に記載の技術では、矯正工程であるレベラーで導入される予歪みはヤング率を低下させるおそれがあることから、元の素材のヤング率２０６ＧＰａよりも低下させる場合がある。これは予歪みによって導入された可動転位によって弾性変形領域においても微小な降伏現象が起こる事に起因すると考えられる。そのため、熱延条件によって結晶方位を最適化してもヤング率を維持することは難しかった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、成分範囲と熱延条件とレベラーでの形状矯正の条件を適正化することで、高価な合金元素を多量に添加することなく安価であり、剛性に優れ、切断後の形状が良好な高強度熱延鋼板およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

ここで、一般的に、Ｎｂ，Ｔｉ添加鋼の板厚中心部で発達する｛１１２｝＜１１０＞方位を中心とした方位群は幅方向のヤング率を著しく高める効果に寄与することで知られているが、圧延方向のヤング率についても比較的高い効果を寄与する方位である。したがって、｛１１２｝＜１１０＞方位を強める事で幅方向、圧延方向共に比較的高いヤング率を得る事ができる。

本発明者らは、この｛１１２｝＜１１０＞方位を強めることに着目し、上記問題に関し、Ｎｂ、Ｔｉを含む成分系において成分範囲と仕上板厚を含めた熱延条件を最適化することによって、圧延方向および幅方向の剛性を高めた高強度熱延鋼板が得られることを知見した。即ち、圧延方向の剛性を高めるためには、ＮｂやＴｉを添加し、オーステナイト域での再結晶を抑制し、熱間圧延を行うことで熱延集合組織の主方位｛１１２｝＜１１０＞を発達させることが有効である。この方位は、圧延方向に結晶の＜０１１＞が揃うことから、２１０ＧＰａ程度のヤング率が得られると共に、板幅方向には＜１１１＞揃う事から２２０ＧＰａ超のヤング率を得ることが可能である。
一方、レベラー加工の指標である加工度を３〜１０に制御することで、平板の状態から切断した後における形状変動を抑制することができる。すなわち、前述のようなレベラー加工によるヤング率の低下が生じたとしても、矯正加工の前の熱延鋼板の状態において集合組織を制御させて圧延方向および幅方向の剛性を十分に高めておくことで、このような熱延鋼板から部材を製造する際に、鋼鈑を切断した後でも、高剛性と切断後の優れた形状性を両立することが可能となる。
つまり、本発明は、圧延方向と板幅方向のヤング率の平均値２１５ＧＰａを超える剛性が高く切断後の形状が良好な高強度熱延鋼板およびその製造方法を提供するものである。
本発明の剛性が高く切断後の形状が良好な高強度熱延鋼板およびその製造方法の要旨は、以下の通りである。

[１] 質量％で、
Ｃ：０．０３％以上、０．１５％以下、
Ｓｉ：０．０１％以上、０．６％以下、
Ｍｎ：０．５％以上、２．２％以下、
Ｐ：０．００１％以上、０．１％以下、
Ｓ：０．０００５％以上、０．０５％以下、
Ａｌ：０．０１％以上、０．２％以下、
Ｎ：０．０００１％以上、０．０１０％以下、
更に、
Ｎｂ：０．００５％以上、０．１％以下、
Ｔｉ：０．０４０％以上、０．１４％以下
のいずれか１種又は２種を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物から成る鋼組成を有し、
板厚が４〜１０ｍｍ、引張強度５９０ＭＰａ以上、圧延方向のヤング率と幅方向のヤング率がいずれも２０７ＧＰａ以上かつこれらの平均値が２１５ＧＰａ以上であり、
板厚全厚で測定した｛１１２｝＜１１０＞強度比が２．５以上、６．０以下であることを特徴とする高強度熱延鋼板。
[２] さらに、質量％で、Ｂ：０．０００３％以上、０．００５％以下を含有することを特徴とする上記［１］に記載の高強度熱延鋼板。
[３] さらに、質量％で、
Ｃｒ：０．１％以上、５．０％以下、
Ｍｏ：０．０１％以上、３．０％以下、
Ｗ：０．０１％以上、２．０％以下、
Ｃｕ：０．０４％以上、２．０％以下、
Ｎｉ：０．０２％以上、１．０％以下、
Ｖ：０．００１％以上、０．３０％以下
の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記［１］又は[２]に記載の高強度熱延鋼板。
[４] さらに、質量％で、
Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、ＲＥＭの１種または２種以上を合計で０．０００５％以上、０．０５％以下で含有することを特徴とする上記［１］〜[３]の何れかに記載の高強度熱延鋼板。
[５] 上記［１］〜[４]の何れかに記載の高強度熱延鋼板を製造する方法であって、
上記［１］〜[４]のいずれかに記載の鋼組成を有するスラブを１１５０℃以上１２５０℃以下に加熱した後、１０００℃以下でのトータル圧下率が２０％以上、８０％以下、仕上げ温度が８５０℃以上、９３０℃以下となる条件で熱間圧延を行い、得られた鋼帯を４５０〜６５０℃でコイル状に巻き取ってコイル状とし、その後コイルが１００℃以下になるまで冷却した後に、１機以上のロールレベラーを有する切断ラインに供し、鋼帯の状態もしくは切断後鋼板とした状態で、ロールレベラーによる矯正を少なくとも１回以上、式（１）を満足する条件で施すことを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法。
３．５≦（ｔ／２Ｒ）／（ＹＰ／Ｅ）≦１０ （１）
ここでｔ：板厚（ｍｍ）、Ｒ：ロールレベラー半径（ｍｍ）、ＹＰ：圧延方向の降伏強度（ＭＰａ）、Ｅ：圧延方向のヤング率（ＭＰａ）、である。

本発明の剛性が高く切断後の形状が良好な高強度熱延鋼板およびその製造方法によれば、上記構成により、圧延方向と幅方向のいずれの方向においても２０７ＧＰａ以上のヤング率を維持し、かつ平均のヤング率が２１５ＧＰａを超える剛性の高い鋼板を実現するとともに、任意の方向に切断しても反りなどの形状不良の発生を抑制できる鋼板を提供する事が可能である。つまり、レベラー加工（矯正加工）によるヤング率の低下が生じたとしても、本発明のように矯正加工の前の熱延鋼板の状態において集合組織を制御させて圧延方向および幅方向の剛性を十分に高めておくことで、鋼鈑を切断した後でも、高剛性と切断後の優れた形状性を両立することが可能となる。
従って、例えば、本発明を大型クレーンのブームをはじめとする建機の構造用部材等に適用することにより、ブーム自体の軽量化、および、つり上げ運搬容量の拡大を図ることができ、作業効率が顕著に向上するメリットを十分に享受することができることから、その社会的貢献は計り知れない。

本発明の実施形態である剛性が高く切断後の形状が良好な高強度熱延鋼板およびその製造方法について説明する図であり、φ２＝４５°断面のＯＤＦ上にフェライト相の主な方位を示した模式図（グラフ）である。

以下、本発明の実施形態である高強度熱延鋼板、および、その製造方法について説明する。なお、本実施形態は、本発明の剛性が高く切断後の形状が良好な高強度熱延鋼板およびその製造方法の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。

本発明の高強度熱延鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０３％以上、０．１５％以下、Ｓｉ：０．０１％以上、０．６％以下、Ｍｎ：０．５％以上、２．２％以下、Ｐ：０．００１％以上、０．１％以下、Ｓ：０．０００５％以上、０．０５％以下、Ａｌ：０．０１％以上、０．２％以下、Ｎ：０．０００１％以上、０．０１０％以下、更にＮｂ：０．００５％以上、０．１％以下、Ｔｉ：０．０４０％以上、０．１４％以下のいずれか１種又は２種を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物から成る鋼組成を有し、板厚が４〜１０ｍｍ、引張強度５９０ＭＰａ以上、圧延方向のヤング率と幅方向のヤング率がいずれも２０７ＧＰａ以上かつ平均値が２１５ＧＰａ以上であり、板厚全厚で測定した｛１１２｝＜１１０＞強度比が２．５以上、６．０以下である。
以下に、本発明における鋼特性および製造条件の限定理由について詳しく説明する。

［鋼組成］
本発明の高強度熱延鋼板における成分組成に関し、各元素の限定理由について以下に詳述する。なお、以下の説明においては、特に指定の無い限り、「％」は質量％を表すものとする。また、以下に示す基本成分及び選択元素の残部は、鉄及び不可避的不純物からなる。

（Ｃ：炭素） ０．０３％以上、０．１５％以下
Ｃは、安価に強度を確保出来る元素であり、本発明の必須元素である。Ｃの含有量が０.０３％未満では本発明で規定している強度が満足できない。しかし、Ｃが０．１５％を超えると強度が上がりすぎ、延性が低下すると共に、溶接性も劣化する。このため、本発明では、Ｃの含有量を０．０５％以上、０．１５％以下に規定した。なお、より安定して高い強度を確保する観点からは、Ｃの添加量を０．０５％以上とすることが望ましく、０．０７％以上とすることがより望ましい。また、強度の延性のバランスの観点からは、Ｃの添加量を０．１３％以下とすることが望ましく、０．１２％以下とすることがより望ましい。

（Ｓｉ：ケイ素） ０．０１％以上、０．６％以下
Ｓｉは強度を確保するために０．０１％以上添加する。また、溶接性の観点からは、Ｓｉを０．１％以上添加することが望ましく、更に望ましくは０．１２％以上である。しかし、Ｓｉを０．６％超添加すると表面にＳｉスケールと呼ばれる欠陥が発生し、表面品位を著しく低下させることから、０．６％を上限とする。また、この観点から、Ｓｉの添加量は、より好ましくは０．３％以下、更に好ましくは０．１５％以下である。

（Ｍｎ：マンガン） ０．５％以上、２．２％以下
Ｍｎは強度確保の観点から０．５％以上添加する。また、この観点からは、Ｍｎは１．０％以上添加することが望ましく、更に望ましくは１．３％以上である。しかし、Ｍｎ添加量が２．２％を超えると、溶接割れ感受性が劣化することから上限を２．２％以下とする。この観点からはＭｎの添加量を２．０％以下とすることが望ましく、更に望ましくは１．８％以下である。

（Ｐ：リン） ０．００１％以上、０．１％以下
Ｐは鋼板の強度を上げる元素として必要な強度レベルに応じて添加する。しかしながら、Ｐの添加量が多いと粒界へ偏析するために局部延性、溶接性、靭性を劣化させる。従って、Ｐの添加量の上限値は０．１％とする。この観点からは、Ｐは０．０５％以下とする事が望ましく、更に望ましくは０．０２％以下である。一方、０．００１％未満の添加量ではＰの劣化効果は無視できる他、０．００１％未満にするには製鋼工程でのコストの上昇を招くことから、Ｐは０．００１％を下限とする。

（Ｓ：硫黄） ０．０００５％以上、０．０５％以下
Ｓは、ＭｎＳを生成することで局部延性、溶接性、靭性を劣化させる元素であり、鋼中に存在しない方が好ましい元素であることから、上限を０．０５%とする。この観点からはＳは０．０１％以下とすることが望ましく、更に望ましくは０．００５％以下である。一方、Ｓを０．０００５％未満にするには製鋼工程でのコストの上昇を招くことから、Ｓは０．０００５％を下限とする。

（Ａｌ：アルミニウム） ０．０１％以上、０．２％以下
Ａｌは脱酸材として０．０１％以上添加する必要があり、望ましくは０．０３％以上である。一方、Ａｌを過度に添加しても、かえって鋼を脆化させるとともに、溶接性も低下させるため、０．２％を上限とする。この観点から望ましくは０．３％以下とする。

（Ｎ：窒素） ０．０００１％以上、０．０１０％以下
Ｎは、鋼中に不可避的に含まれる元素であるが、加工性を劣化させる事から、その含有量を０．０１０％以下とする。また、この観点からはＮは０．００６％以下の添加が望ましく、更に望ましくは０．００４％以下である。一方、不必要にＮを低減することは製鋼工程でのコストが増大するので、その含有量の下限は０．０００１％とする。

（Ｎｂ：ニオブ） ０．００５％以上、０．１％以下
（Ｔｉ：チタン） ０．０４０％以上、０．１４％以下
ＮｂとＴｉは、いずれも再結晶の抑制、組織の微細化、炭化物の析出を介して強度上昇、特に降伏強度の向上に寄与することから、いずれか１種または２種を添加する。
Ｎｂは０．００５％未満、Ｔｉは０．０４％未満の添加では上記の効果は十分得られない事から、それぞれ０．００５％、０．０４％を下限とする。上記効果を安定して確保するためには、ＮｂとＴｉのそれぞれ０．０１５％、０．０５０％以上添加することが望ましく、更に望ましくは、ＮｂとＴｉそれぞれ０．０２０％、０．０６０％以上である。
一方、Ｎｂの０．１０％超の添加、またはＴｉの０．１４％超の添加は靭性、溶接性、延性を著しく劣化させることからこれらの値を上限とする。この観点からはＮｂは０．０６％以下、Ｔｉは０．１％以下の添加が望ましい。更に望ましくは各々０．０３％以下、０．０８％以下である。

（Ｂ：ボロン） ０．０００３％以上、０．００５％以下
Ｂは安価な焼き入れ性向上元素であり、強度上昇に寄与する事から、必要に応じて０．０００３％以上添加する事が望ましい。この観点からは、Ｂは０．０００６％以上の添加がさらに望ましい。一方、Ｂを０．００５％以上添加しても特段の効果が得られないばかりでなく、靭性の劣化を招くことから０．００５％を上限とする事が望ましい。また、この観点からは、Ｂは０．００３％以下の添加がさらに望ましい。

また本発明では、上記元素に加えてさらに、質量％で、Ｃｒ：０．１％以上、５．０％以下、Ｍｏ：０．０１％以上、３．０％以下、Ｗ：０．０１％以上、２．０％以下、Ｃｕ：０．０４％以上、２．０％以下、Ｎｉ：０．０２％以上、１．０％以下、Ｖ：０．００１％以上、０．３０％以下の１種または２種以上を、必要に応じて含有することが好ましい。

（Ｃｒ：クロム） ０．１％以上、５．０％以下
（Ｍｏ：モリブデン） ０．０１％以上、３．０％以下
（Ｗ：タングステン） ０．０１％以上、２．０％以下
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗはいずれも焼入性を向上させると共に炭化物を形成して強度を高める効果を有する元素である。そのため、各々０．１％（Ｃｒ）、０．０１％（Ｍｏ）、０．０１％（Ｗ）以上添加することが望ましい。上記効果を安定して確保するためには、それぞれ０．３％（Ｃｒ）、０．０５％（Ｍｏ）、０．０５％（Ｗ）以上添加することが更に望ましい。
一方、各々５．０％超（Ｃｒ）、３．０％超（Ｍｏ）、２．０％超（Ｗ）の添加は、延性や溶接性を低下させるおそれがあるため、これらを上限とすることが望ましく、４％（Ｃｒ）、２．０％（Ｍｏ）、１．５％（Ｗ）以下とすることが更に望ましい。

（Ｃｕ：銅） ０．０４％以上、２．０％以下
Ｃｕは鋼板強度を上げると共に、耐食性やスケールの剥離性を向上させる元素であることから０．０４％以上添加することが望ましく、更に望ましくは０．０８％以上である。一方Ｃｕの２．０％超の添加は表面疵の原因となるため、２．０％以下添加することが望ましく、更に望ましくは１．０％以下である。

（Ｎｉ：ニッケル） ０．０２％以上、１．０％以下
Ｎｉは鋼板強度を上げると共に、靭性を向上させる元素であることから、０．０２％以上添加することが望ましく、更に望ましくは０．０４％以上である。一方、Ｎｉの１．０％超の添加は延性劣化の原因となるため、１．０％以下添加することが望ましく、更に望ましくは０．５％以下である。

（Ｖ：バナジウム） ０．００１％以上、０．３０％以下
Ｖは、炭化物を形成し強度を向上させる元素であることから、０．００１％以上添加することが望ましい。この観点からは０．０１％以上の添加がさらに望ましい。一方、０．３０％を超える添加では、靱性の低下を招くため、０．３０％以下添加することが望ましく、更に望ましくは０．１５％以下である。

さらに、本発明においては、上記元素に加えてさらに、鋼特性を改善するための元素として、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、ＲＥＭ(希土類元素)の１種または２種以上を、単独または合計で０．０００５％以上、０．０５％以下、必要に応じて含有することができる。
Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、ＲＥＭは、硫化物や酸化物の形状を制御して靭性を向上させる。この目的のためには、これらの元素の１種または２種以上を単独または合計で０．０００５％以上添加することが望ましい。しかしながら、これらの元素の過度の添加は加工性を劣化させるため、その上限を０．０５％とすることが望ましい。
また、本発明の高強度熱延鋼板は、以上の元素の他、Ｓｎ、Ａｓなどの不可避的に混入する元素を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる。

［板厚］
本発明に係る高強度熱延鋼板は、板厚が４ｍｍ〜１０ｍｍの熱延鋼板である。板厚が４ｍｍ以下になるとレベラーでの歪みの導入が難しくなり、特に、鋼鈑の強度が高強度となるほど切断後の切断後の形状確保が困難となる事から、この板厚を下限とする。この観点からは板厚を４．５ｍｍ以上とする事が望ましい。更に望ましくは５ｍｍである。
一方、板厚が１０ｍｍ以上になると、熱間圧延中の集合組織の発達が不十分になると共に、レベラーで導入される予歪み量が高くなりすぎる事から、ヤング率が著しく劣化するおそれがある。そのため、板厚の上限は１０ｍｍとする。この観点から板厚は望ましくは８ｍｍ以下、更に望ましくは６ｍｍ以下である。

［引張強度］
本発明では、鋼組成を上述した範囲に制御し、さらに、各製造条件を後述の条件とすることで、圧延方向の引張強度と幅方向の引張強度がいずれも５９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板が実現できる。このように、強度クラスを５９０ＭＰａ以上とする事で、鋼板の板厚を薄肉化して部材として用いる場合であっても、十分に高い部材強度が確保できる。なお、圧延方向（Ｌ方向）とは鋼鈑の長さ方向であり、幅方向（Ｃ方向）とは、圧延方向に直角な方向であって板幅方向を指す。

［ヤング率］
本発明の高強度熱延鋼板においては、圧延方向および幅方向それぞれのヤング率において、最小値が２０７ＧＰａ以上、平均値が２１５ＧＰａ以上と規定し、高い剛性を確保している。なお、ヤング率には複数の測定方法があるが、本発明で述べる所のヤング率は各方向から切り出した引張試験片の歪み量０．０５％以下での応力−歪み曲線の傾きから求める引張法によって算出したものを指す。

ヤング率は結晶方位によって変化することから、熱延板中の結晶方位は、下記規定を満足する必要がある。即ち、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ等を含有する鋼板では、板厚中心〜１／６厚の広い範囲において未再結晶圧延・変態集合組織が発達し、｛１１２｝＜１１０＞が強くなる。一方、板厚表層〜１／６厚には剪断層集合組織と呼ばれる異なる方位が発達する。ヤング率には板厚全厚の結晶方位が全て寄与する事から、その中における｛１１２｝＜１１０＞の強度が重要となる。すなわち、本発明に係る高強度熱延鋼板においては、全厚で測定した｛１１２｝＜１１０＞のＸ線ランダム強度比（以下、単に強度比ともいう。）は２．５以上、６．０以下とする。強度比が２．５未満では圧延方向、板幅方向共に高いヤング率を得る事ができない。この観点からは３．０以上とする事が望ましい。一方、強度比を６．０超とするためには、熱延の圧下率を著しくあげる、又はγ域の変態点直上での熱延を指向する等熱間圧延工程に著しい負荷を与える一方で、ヤング率の観点では特段の効果が得られない事からこの値を上限とする。この観点からは５．５以下とする事が望ましい。

ここで、｛１１２｝＜１１０＞の強度比はＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で熱延板の全厚を測定して得られた結晶方位データから求められるＯＤＦ（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）から求めればよい。図１に、本発明の結晶方位が表示されるφ２＝４５°断面のＯＤＦを示す。なお、図１に示すグラフは、φ２＝４５°断面のＯＤＦ上にフェライト相の主な方位を示したグラフである。｛１１２｝＜１１０＞はφ１＝０°、Φ＝３５°の点で表記されるが、試験片加工や試料のセッティングに起因する測定誤差を生じることがあるため、｛１１２｝＜１１０＞の強度比は、図中に斜線部で示された、φ１＝０〜５°，Φ＝３０〜４０°の範囲内での最大値とする。
ここで、結晶の方位は、通常、板面に垂直な方位を［ｈｋｌ］又は｛ｈｋｌ｝、圧延方向に平行な方位を（ｕｖｗ）又は＜ｕｖｗ＞で表示する。｛ｈｋｌ｝，＜ｕｖｗ＞は、等価な面の総称であり、［ｈｋｌ］，（ｕｖｗ）は、個々の結晶面を指す。即ち、本発明においては主たる組織がフェライトでありｂｃｃ構造を対象としているため、例えば、（１１１），（−１１１），（１−１１），（１１−１），（−１−１１），（−１１−１），（１−１−１），（−１−１−１）面は等価であり、区別がつかない。このような場合、これらの方位を総称して｛１１１｝と称する。

なお、ＯＤＦは、対称性の低い結晶構造の方位表示にも用いられるため、一般的にはφ１＝０〜３６０°，Φ＝０〜１８０°，φ２＝０〜３６０°で表現され、個々の方位が［ｈｋｌ］（ｕｖｗ）で表示される。しかしながら、本発明では、対称性の高いｂｃｃ結晶構造を対象としているため、Φとφ２については０〜９０°の範囲で表現される。また、φ１は、計算を行う際に変形による対称性を考慮するか否かによって、その範囲が変化するが、本発明においては、対称性を考慮してφ１＝０〜９０°で表記する。即ち、φ１＝０〜３６０°での同一方位の平均値を、０〜９０°のＯＤＦ上に表記する方式を選択する。この場合は、［ｈｋｌ］（ｕｖｗ）と｛ｈｋｌ｝＜ｕｖｗ＞は同義である。従って、例えば、図１に示したφ２＝４５°断面におけるＯＤＦの、（１１２）［１−１０］の強度比は、｛１１２｝＜１１０＞方位の強度比と同意である。

また、ＥＢＳＤ測定用試料の作製および測定は、次のようにして行う。
まず、鋼板の圧延方向断面を研磨面および測定面とする。この面をコロイダルシリカ等の研磨液を用いて研磨する。必要に応じて、電解研磨をおこなってもよい。測定範囲は板厚全厚と圧延方向に１ｍｍ以上の範囲とする。測定は５μｍ程度の間隔を設けて１万点以上行う事が望ましい。

［製造方法］
本発明に係る剛性が高く切断後の形状が良好な高強度熱延鋼板の製造方法について以下に説明する。
本発明の高強度熱延鋼板の製造方法は、上記鋼組成を有するスラブを１１５０℃以上１２５０℃以下に加熱した後、１０００℃以下でのトータル圧下率（合計圧下率）が２０％以上、８０％以下、仕上げ温度が８５０℃以上、９３０℃以下となる条件で熱間圧延を行い、得られた鋼帯を４５０〜６５０℃で巻き取ってコイル状とし、その後コイルが１００℃以下になるまで冷却した後に、１機以上のロールレベラーを有する切断ラインに供し、鋼帯の状態もしくは切断後鋼板とした状態で、ロールレベラーによる矯正を少なくとも１回以上、式（１）を満足する条件で施す方法である。
３．５≦（ｔ／２Ｒ）／（ＹＰ／Ｅ）≦１０ （１）
ここで、ｔ：板厚（ｍｍ）、Ｒ：ロールレベラー半径（ｍｍ）、ＹＰ：圧延方向の降伏強度（ＭＰａ）、Ｅ：圧延方向のヤング率（ＭＰａ）である。
以下、上記製造方法の各条件について詳細に説明する。

まず、上記鋼組成を有する鋼を常法により溶製、鋳造し、熱間圧延に供する鋼片（スラブ）を得る。この鋼片は、鋼塊を鍛造又は圧延したものでも良いが、生産性の観点から、連続鋳造により鋼片を製造することが好ましく、または、薄スラブキャスターなどで製造してもよい。あるいは、溶製した鋼を鋳造後、直ちに熱間圧延を行う連続鋳造−直接圧延（ＣＣ−ＤＲ）のようなプロセスを採用しても良い。

通常、鋼片は、鋳造後に冷却し、熱間圧延を行うために再度加熱する。この場合、本発明において、熱間圧延を行う際の鋼片の加熱温度は１１５０℃以上とする。この温度が１１５０℃未満では、ＴｉやＮｂが十分に再固溶せず、再結晶抑制効果が発揮されないことから、この温度を下限とする。一方、鋼片を１２５０℃超に加熱すると、鋼板の結晶粒径が粗大になって加工性を損なうことがあることから、この温度を上限とする。

本発明の製造方法において、１０００℃以下でのトータル圧下率（合計圧下率）は非常に重要である。１０００℃以下でのトータル圧下率が２０％未満では十分な歪みが与えられず圧延による集合組織が発達しない事から、この値を下限とする。この観点からは１０００℃以下でのトータル圧下率を３５％以上とする事が望ましい。更に望ましくは４０％以上である。一方、１０００℃以下でのトータル圧下率が８０％超となると、再結晶の駆動力が高くなりすぎるために熱間圧延中に再結晶が進行し、｛１００｝＜０１１＞方位が発達してしまい、本発明において重要な｛１１２｝＜１１０＞方位が弱くなる。したがってトータル圧下率の上限は８０％とする。この観点からは７５％以下とする事が望ましい。

熱間圧延の仕上げ温度は８５０℃以上とする。８５０℃未満で熱間圧延を終了すると、熱間圧延の荷重が高くなりすぎたり、フェライト域（α域）熱延となり他の方位への集積度が高まり｛１１２｝＜１１０＞が弱くなったりすることから、この温度を下限とする。一方、仕上げ温度が９３０℃を超えると、未再結晶域で充分な圧延を行うことが出来ず、ヤング率が向上しないことから、この温度を上限とする。

引き続き、熱間圧延によって得られた鋼帯をコイル状に巻き取り熱延コイル（以下、単にコイルともいう。）とする。巻取温度は４５０℃以上、６５０℃以下とする。６５０℃超で巻き取るとスケールの生成量が多くなり表面性状が悪化する事からこの温度を上限とする。巻取温度の下限は４５０℃とする。４５０℃未満では巻取中に十分ＴｉＣやＮｂＣの析出が起こらないことから強度が低下する。この観点からは５００℃以上とする事が望ましい。

その後、巻き取ったコイルを１００℃以下になるまで冷却した後に、コイルを、１機以上のロールレベラー、及び切断装置を有する切断ラインに供し、鋼帯の状態もしくは切断後鋼板とした状態で、当該ロールレベラーによる矯正を少なくとも１回以上、さらにその際の加工度（（ｔ／２Ｒ）／（ＹＰ／Ｅ））が式（１）を満足する条件で施す。なお、巻き取ったコイルを冷却する際の冷却方法は特に限定せず、空冷、水冷、カバー等をかけた徐冷のいずれも行う事ができる。また、鋼帯を切断する装置についても特に限定せず、任意の装置を採用することができる。
加工度が３未満では十分な形状矯正が施されない事から、切断後に反りなどの形状不良が発生するおそれがある。この観点からは加工度を３．５以上にすることが望ましい。更に望ましくは４以上である。一方、加工度が１０超となると曲げ加工によって加えられる曲げ歪みが高くなりすぎるために、ヤング率が低下するおそれがある。この観点からは加工度を９．５以下にする事が望ましい。更に望ましくは９以下である。
３．５≦（ｔ／２Ｒ）／（ＹＰ／Ｅ）≦１０ （１）
ここでｔ：板厚（ｍｍ）、Ｒ：ロールレベラー半径（ｍｍ）、ＹＰ：圧延方向の降伏強度（ＭＰａ）、Ｅ：圧延方向のヤング率（ＭＰａ）、である。

以上説明したような、本発明に係る高強度熱延鋼板およびその製造方法によれば、上記構成により、圧延方向と幅方向の剛性が高く、また任意の方向に切断した際に反りなどの形状不良が発生しにくい高強度熱延鋼板を低コストで実現することが出来る。従って、例えば、大型クレーンのブームをはじめとする建機の構造用部材等に本発明を適用することにより、ブーム自体の軽量化、および、つり上げ運搬容量の拡大を図ることができ、作業効率が顕著に向上するメリットを十分に享受することができることから、その社会的貢献は計り知れない。

以下、本発明の高強度熱延鋼板およびその製造方法の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本実施例においては、まず、下記表１に示す組成を有する鋼を溶製し、下記表２に示す条件で熱間圧延を行い、熱延鋼帯とし、巻き取ってコイル状とした後空冷で常温まで冷却した。
次に、常温まで冷却したコイルをロールレベラー２機を有する切断ラインに供し、ロールレベラーによる矯正後に３０００ｍｍ長さに切断した。ロールレベラーの直径はいずれも３７０ｍｍ（半径Ｒは１８５ｍｍ）である。また、上記式（１）に用いるヤング率はいずれも圧延方向（Ｌ方向）ヤング率が２０６ＧＰａよりも大きい場合は測定値、２０６ＧＰａ未満の場合は２０６ＧＰａとした。なお、式（１）中のヤング率Ｅの単位はＧＰａからＭＰａに換算して計算した。下記表２には得られた熱延板の特性を調査した結果も併せて示す。
なお、表２に示す製造条件や特性等の各項目は以下の通りである。
ＳＲＴ（℃）：熱間圧延を行う際の鋼片（スラブ）の加熱温度
圧下率（％）：１０００℃以下でのトータル圧下率（合計圧下率）
ＦＴ（℃）：熱間圧延終了温度（仕上げ温度）
ＣＴ（℃）：巻取温度
加工度：（板厚ｔ／２Ｒ）／（ＹＰ（Ｌ）／Ｅ（Ｌ））
Ｅ（Ｌ）（ＧＰａ）：圧延方向のヤング率
Ｅ（Ｃ）（ＧＰａ）：幅方向のヤング率
Ａｖｅ．Ｅ（ＧＰａ）：圧延方向及び幅方向のヤング率の平均値
ＹＰ（Ｌ）（ＭＰａ）：圧延方向の降伏応力（降伏強度）
ＴＳ（Ｌ）（ＭＰａ）：圧延方向の引張強度
ＹＲ（Ｌ） ：圧延方向における降伏比（ＹＰ（Ｌ）／ＴＳ（Ｌ））
ＹＰ（Ｃ）（ＭＰａ）：幅方向の降伏応力（降伏強度）
ＴＳ（Ｃ）（ＭＰａ）：幅方向の引張強度
ＹＲ（Ｃ） ：幅方向における降伏比（ＹＰ（Ｃ）／ＴＳ（Ｃ））

引張特性は、ＪＩＳ５号引張試験片を圧延方向に対して平行および直角方向から採取し引張特性を評価した。また、形状は圧延方向に条切りを行ったサンプルの曲がり（キャンバー）から評価した。また、ヤング率は、上述した引張法により測定した。
キャンバーは、曲率半径ρについて以下の基準により評価を行った。
○：５０００ｍ＜ρ
△：３５００ｍ≦ρ≦５０００ｍ
×：ρ＜５０００ｍ
また、表面性状についての評価基準は次のとおりである。
○：スケール起因の表面疵無し
△：スケール起因の表面疵発生箇所の面積率２０％以下
×：スケール起因の表面疵発生箇所の面積率２０％超
なお、キャンバー、表面性状ともに、「○」及び「△」を良好なもの、そして「×」を不良なものとして評価した。

また、板厚全厚での｛１１２｝＜１１０＞方位の強度比は以下のようにして測定した。
まず、鋼板を圧延方向断面が研磨面となるように樹脂に埋め込み、機械研磨およびバフ研磨した後、コロイダルシリカで仕上げ研磨を行った。この試験片において、板厚の全厚×２ｍｍの領域の結晶方位をＥＢＳＤで測定した。測定間隔は５μｍとした。
以下に、本実施例の結果の詳細について述べる。

表２から明らかなように、本発明で規定する化学成分を有する鋼を適正な条件で熱間圧延、巻取り後、ロールレベラーの形状矯正を加えた場合には、圧延方向と幅方向のヤング率がいずれも２０７ＧＰａ以上、かつ平均値が２１５ＧＰａ以上、かつ切断後に反りや曲がり（キャンバー）などの形状不良が発生しない鋼板を得る事が出来た。

一方、製造Ｎｏ．３３〜３５は、化学成分が本発明の規定の範囲外である鋼Ｎｏ．Ｑ〜Ｓ（表１、表２参照）を用いた比較例である。製造Ｎｏ．３３は、Ｃの添加量が適正範囲を下回っており、強度が不足している。また、製造Ｎｏ．３４はＴｉとＮｂが無添加なため、｛１１２｝＜１１０＞への集積度が低くヤング率が向上しない。また、強度も低下している。製造Ｎｏ．３５は、Ｓｉ、Ｍｎの添加量が高すぎるために、降伏強度が高くなりすぎて加工度の値が低く、レベラーでの加工が十分加えられず、切断後のキャンバーが大きくなる。

製造Ｎｏ．２，４，１２，１８，２４は、いずれも化学成分は本発明の規定を満足しているが、｛１１２｝＜１１０＞が十分発達しなかったためにヤング率が低下している。
製造Ｎｏ．２は、スラブの加熱温度、仕上温度のいずれもが高すぎるために、熱間圧延中の再結晶が過度に進み集合組織がランダム化したため、変態後の｛１１２｝＜１１０＞強度比が低下し、ヤング率が低下した。また、巻取温度が高すぎるために炭化物が粗大化してしまい、強度が低下した。
製造Ｎｏ．４は１０００℃以下での圧下率が低すぎるために十分な熱延による集合組織が発達せず、ヤング率が低下している。
一方、製造Ｎｏ．１２は１０００℃以下での圧下率が高すぎたために、熱間再結晶が過度に促進され、集合組織がランダム化したため、変態後の｛１１２｝＜１１０＞強度比が低下し、圧延方向ならびに幅方向それぞれのヤング率の平均値が低下した例である。
製造Ｎｏ．１８は仕上げ温度が高すぎるために熱間圧延中の再結晶が過度に促進されると共に、１０００℃以下での圧下率も低すぎるために集合組織がランダム化したため、変態後の｛１１２｝＜１１０＞強度比が低下し、圧延方向ならびに幅方向それぞれのヤング率の平均値が低下した例である。
製造Ｎｏ．２４は熱延の仕上げ温度が低すぎたために、変態点以下で熱延が行われた結果、異なる結晶方位が発達して結果として｛１１２｝＜１１０＞強度比が低下し、圧延方向ならびに幅方向それぞれのヤング率の平均値が低下した例である。

製造Ｎｏ．６は降伏強度が低すぎるため、そして製造Ｎｏ．２２と３２は板厚が厚すぎるために加工度が高くなりすぎ、｛１１２｝＜１１０＞方位は発達しているのにヤング率が低下した例である。
製造Ｎｏ．８は巻取温度が低すぎて強度が低下している。
また製造Ｎｏ．２８は板厚薄すぎて加工度が低すぎるために形状が劣化した例である。
以上説明した実施例の結果より、本発明により、高い剛性を有し、かつ、切断後の形状が良好な延方向の剛性に優れた高強度熱延鋼板が実現可能となることが明らかである。

本発明で示された高強度熱延鋼板は、例えば、大型クレーンのブームをはじめとする建機の構造用部材等に適用することにより、ブーム自体の軽量化、および、つり上げ運搬容量の拡大を図ることができ、作業効率が顕著に向上するメリットを十分に享受することができることから、その社会的貢献は計り知れない。

Claims (5)

1. 質量％で、
   Ｃ：０．０３％以上、０．１５％以下、
   Ｓｉ：０．０１％以上、０．６％以下、
   Ｍｎ：０．５％以上、２．２％以下、
   Ｐ：０．００１％以上、０．１％以下、
   Ｓ：０．０００５％以上、０．０５％以下、
   Ａｌ：０．０１％以上、０．２％以下、
   Ｎ：０．０００１％以上、０．０１０％以下、
   更に、
   Ｎｂ：０．００５％以上、０．１％以下、
   Ｔｉ：０．０４０％以上、０．１４％以下
   のいずれか１種又は２種を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物から成る鋼組成を有し、
   板厚が４〜１０ｍｍ、引張強度５９０ＭＰａ以上、圧延方向のヤング率と幅方向のヤング率がいずれも２０７ＧＰａ以上かつこれらの平均値が２１５ＧＰａ以上であり、
   板厚全厚で測定した｛１１２｝＜１１０＞強度比が２．５以上、６．０以下であることを特徴とする高強度熱延鋼板。
2. さらに、質量％で、Ｂ：０．０００３％以上、０．００５％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度熱延鋼板。
3. さらに、質量％で、
   Ｃｒ：０．１％以上、５．０％以下、
   Ｍｏ：０．０１％以上、３．０％以下、
   Ｗ：０．０１％以上、２．０％以下、
   Ｃｕ：０．０４％以上、２．０％以下、
   Ｎｉ：０．０２％以上、１．０％以下、
   Ｖ：０．００１％以上、０．３０％以下
   の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高強度熱延鋼板。
4. さらに、質量％で、
   Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、ＲＥＭの１種または２種以上を合計で０．０００５％以上、０．０５％以下で含有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の高強度熱延鋼板。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の高強度熱延鋼板を製造する方法であって、
   請求項１〜４のいずれかに記載の鋼組成を有するスラブを１１５０℃以上１２５０℃以下に加熱した後、１０００℃以下でのトータル圧下率が２０％以上、８０％以下、仕上げ温度が８５０℃以上、９３０℃以下となる条件で熱間圧延を行い、得られた鋼帯を４５０〜６５０℃でコイル状に巻き取ってコイル状とし、その後コイルが１００℃以下になるまで冷却した後に、１機以上のロールレベラーを有する切断ラインに供し、鋼帯の状態もしくは切断後鋼板とした状態で、ロールレベラーによる矯正を少なくとも１回以上、式（１）を満足する条件で施すことを特徴とする高強度熱延鋼板の製造方法。
   ３．５≦（ｔ／２Ｒ）／（ＹＰ／Ｅ）≦１０ （１）
   ここでｔ：板厚（ｍｍ）、Ｒ：ロールレベラー半径（ｍｍ）、ＹＰ：圧延方向の降伏強度（ＭＰａ）、Ｅ：圧延方向のヤング率（ＭＰａ）、である。

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