JP6213098B2 - 疲労特性に優れた高強度熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
C:0.03〜0.09%、
Si:0.01〜2.20%、
Mn:0.30〜2.20%
P:0.100%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.005〜0.050%、
N:0.0100%以下、
を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物の組成からなり、鋼板の表裏面から全板厚の少なくとも10%に相当する厚みの領域のミクロ組織がフェライトとベイナイトの複合組織、またはベイナイト単相組織からなり、板厚中心部の全板厚の少なくとも50%に相当する厚みの領域のミクロ組織がフェライトとパーライトの複合組織からなり、前記表裏面から全板厚の少なくとも10%に相当する厚みの領域の硬さが前記板厚中心部の全板厚の少なくとも50%に相当する厚みの領域の平均硬さの1.10倍以上であることを特徴とする疲労特性に優れた高強度熱延鋼板である。
Nb:0.050%以下、
Ti:0.30%以下、
V:0.10%以下、
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下、
Cr:1.0%以下、
B:0.0050%以下、
Ca:0.0030%以下、
REM:0.0200%以下、
のうち1種または2種以上を含有することを特徴とする発明1に記載の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板である。
式(1)で示される範囲内として鋼板の表面及び裏面から冷却を行い、その後鋼板全板厚の平均の温度を600℃以下として巻取りを行うことを特徴とする疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
85×板厚(mm)+800
≦α(J/m2secK)≦85×板厚(mm)+1850 ・・・(1)
0.005×板厚(mm)+0.0037
≦W(m3/sec/m2)≦0.005×板厚(mm)+0.07 ・・・(2)
熱伝達係数α=Q/(Tw−Ta)・・・(3)
ここで、Q:単位面積当たりの熱移動量(W)、Tw:鋼板の表面温度(K)、Ta:冷却水の温度(K)、ただしTw>Taとする。
85×板厚(t:mm)+800
≦α(J/m2secK)≦85×板厚(t:mm)+1850 ・・・(1)
0.005×板厚(t:mm)+0.0037
≦W(m3/sec/m2)≦0.005×板厚(t:mm)+0.07・・・(2)
Cが高すぎると、フェライト変態が遅延し板厚中心部においてベイナイトが生成しやすくなり、板厚中心部の硬さが増加する。そのため、急冷却時にも表裏層と板厚中心の硬さ比を大きくすることができなくなる。また、鋼板の伸びが低下する。これらの観点からCの上限は0.09%とする。Cが低すぎるとフェライト変態が速くなり、急冷却を行っても鋼板表裏層をフェライトとベイナイトの複合組織またはベイナイト単相組織にはできなくなる。そこで、Cの下限は0.03%とする。また、上記の観点から、Cは0.03〜0.09%としたが、0.05〜0.08%であることが好ましい。
Siは、鋼の強化に寄与し、所定の強度を得るために0.01%以上含有する必要がある。しかし、2.20%超とした場合、変態点が過度に高温となるため、本発明に必要な圧延温度の確保が困難となるためその上限は2.20%、好ましくは2.0%、より好ましくは1.40%である。上記の観点から、Siは0.01〜2.20%としたが、0.01〜1.40%であることが好ましい。
Mnは、固溶強化元素として強度上昇に有効である。所望の強度を得るためには0.30%以上必要であるが、0.80%以上とすることが望ましい。一方、2.20%超添加するとスラブ割れを生ずるため、2.20%以下とする。また、Mnはオーステナイトフォーマーでありフェライト変態を遅延させる。従って、Mnが過多にあると板厚中心部においてベイナイトが生成しやすくなり、表裏層と板厚中心部の硬さ比を大きくすることができなくなる。この観点からもMnの上限は2.20%、好ましくは1.60%である。上記の観点から、Mnは0.30〜2.20%としたが、0.80〜1.60%であることが好ましい。
Pは、不可避的に含有される不純物元素であり低いほど望ましく、0.100%超含有すると加工性や溶接性に悪影響を及ぼすと共に疲労特性も低下させるので、0.100%以下とするが、好ましくは0.020%以下である。
Sは、Pと同様に不可避的に含有される不純物元素であり低いほど望ましく、多すぎるとMnS等の粗大な介在物となって成形性を劣化させるので、0.010%以下とする必要があるが、Sの上限値は好ましくは0.003%である。
A1は、溶鋼の脱酸に必要な元素である。その効果を得るには0.005%以上、好ましくは0.010%以上含有させることが望ましい。しかし、過多に添加すると、変態点を極度に上昇させ、本発明に必要な圧延温度の確保が困難となるためその上限値は0.050%、好ましくは0.030%とする。以上の観点から、Alは、0.005〜0.050%としたが、0.010〜0.030%とすることが望ましい。
Nは、成分調整段階で溶鋼に混入する不可避的不純物であり低いほど望ましい。過多にあると、鋼材の時効を促進し加工性を劣化させる可能性があるので0.0100%以下とする。好ましくは、0.0040%以下である。
次いで、必要に応じて選択的に添加させることができる成分(元素)について説明する。これらの成分はいずれも鋼板の強度を増加するに寄与する成分である。上記基本成分に加えて、必要に応じて、強度を得る為に以下の元素の内一種類以上を添加してもよい。
Nbは析出強化により強度を増加させる元素である。強度を得る為に、必要に応じてNbを添加してもよい。十分な強度増加の効果を得るためには、0.005%以上の添加をすることが望ましい。しかし過多にあるとその効果は飽和する一方で、コストを増加させる要因となるので、上限値を0.050%とする。
Tiは析出強化により強度を増加させる元素である。強度を得る為に、必要に応じてTiを添加してもよい。十分な強度増加の効果を得るためには、0.005%以上の添加をすることが望ましい。しかし過多にあるとその効果は飽和する一方で、コストを増加させる要因となるので、上限値を0.300%とする。
Vは析出強化により強度を増加させる元素である。強度を得る為に、必要に応じてVを添加してもよい。十分な強度増加の効果を得るためには、0.01%以上の添加をすることが望ましい。しかし過多にあるとその効果は飽和する一方で、コストを増加させる要因となるので、上限値を0.10%とする。
Cuは固溶強化により強度を増加させる元素である。強度を得る為に、必要に応じてCuを添加してもよい。十分な強度増加の効果を得るためには、0.10%以上の添加をすることが望ましい。しかし過多にあるとその効果は飽和する一方で、コストを増加させる要因となるので、上限値を1.0%とする。
Niは固溶強化により強度を増加させる元素である。強度を得る為に、必要に応じてNiを添加してもよい。十分な強度増加の効果を得るためには、0.10%以上の添加をすることが望ましい。しかし過多にあるとその効果は飽和する一方で、コストを増加させる要因となるので、上限値を1.0%とする。
Crは固溶強化により強度を増加させる元素である。強度を得る為に、必要に応じてCrを添加してもよい。十分な強度増加の効果を得るためには、0.10%以上の添加をすることが望ましい。しかし過多にあるとその効果は飽和する一方で、コストを増加させる要因となるので、上限値を1.0%とする。
Bは焼き入れ強化により強度を増加させる元素である。強度を得る為に、必要に応じてBを添加してもよい。十分な強度増加の効果を得るためには、0.0001%以上の添加をすることが望ましい。しかし過多にあるとその効果は飽和する一方で、コストを増加させる要因となるので、上限値を0.0050%とする。
硫化物の形態制御を行い、強度を増加し、加工性を改善するために、Caを添加してもよい。形態制御のため必要な効果を得る為には0.0005%以上を添加することが望ましい。一方、過多にあると効果が飽和し、かつコスト増加要因となるので、それを防ぐ観点から上限値をCa:0.0030%とする。
REMもCaと同様に硫化物の形態制御を行い、強度を増加し、加工性を改善するために、REM(希土類元素)を添加してもよい。形態制御のため必要な効果を得る為には0.0005%以上を添加することが望ましい。一方、過多にあると効果が飽和し、かつコスト増加要因となるので、それを防ぐ観点から上限値をREM:0.0200%とする。
加熱温度は、粗圧延、仕上げ圧延からなる連続熱間圧延工程により熱延鋼板を得るために必要とされる温度が好ましい。この温度は常法では、仕上げ圧延の温度を所定以上とする観点から1150℃以上である。加熱温度が高すぎると加熱中に生じる酸化層に起因した表面疵が生じる。また、過度に加熱温度を上げることは、生産コストの観点からも好ましくない。この観点から加熱温度の上限は1300℃が望ましい。
仕上げ圧延温度は、Ar3温度+50℃以上とする必要がある。これは圧延温度がそれより低い場合、パーライト変態が鋼板表裏層において促進され、ランアウトテーブルでの熱伝達係数の増加による表裏層硬さの増加効果が得られないためである。そのような効果を安定して得るためには好ましくは、仕上げ圧延温度はAr3+80℃以上とする。尚、Ar3変態温度は以下の式(4)で求めるものとする。
仕上げ圧延温度が過度に高いと、圧延前の鋼板に付着する酸化層の厚みが増加し、それが圧延時に噛みこまれ、鋼板に疵を残す。この観点から、仕上げ圧延温度の上限は概ね1100℃とする。
Ar3=868−396×C+25×Si−68×Mn−36×Ni−21×Cu−25×Cr+30×Mo ・・・(4)
ここで、各成分元素は鋼中に含有されている質量%である。
所定の硬さ比を得る為に必要な、仕上げ圧延終了温度から680℃までの間の平均の鋼板表裏層の熱伝達係数αの範囲は板厚に依存し、その許容範囲は下記式(1)で表わされる。
85×板厚(t:mm)+800
≦α(J/m2secK)≦85×板厚(t:mm)+1850 ・・・(1)
しかし、硬さ比を最大とする観点から、熱伝達係数αは下記式(1−2)式を満たすことが望ましい。
85×板厚(t:mm)+1200
≦α(J/m2secK)≦85×板厚(t:mm)+1700 ・・(1−2)
ここで、必要な熱伝達係数α(J/m2secK)に下限(式1の左辺)が存在するのは、それが小さすぎると鋼板表裏層でパーライトが生成し、そこで所定の組織(フェライトとベイナイトの複合組織またはベイナイト単相組織)とならないためである。一方、それに上限(式1の右辺)が存在するのは、それが大きすぎると板厚中心部においてもベイナイトが生成し、表裏層と板厚中心部が共にベイナイトを多量に含む組織となり、両者の硬さの差が小さくなるためである。
そのような冷却条件を満たす急冷却の温度域を680℃以上としたのは、急冷却に伴って生じる硬さ比を増加させるミクロ組織の変化は、680℃以上の温度域の冷却速度の変化により生じるためである。
所定の硬さ比を得る為に必要な、680℃以上の冷却における水量密度W(m3/sec/m2)の範囲は板厚に依存し、その許容範囲は下記式(2)で表わされる。
0.005×板厚(mm)+0.0037
≦W(m3/sec/m2)≦0.005×板厚(t:mm)+0.07 ・・・(2)
しかし、硬さ比を最大とする観点からは、680℃以上の冷却における水量密度W(m3/sec/m2)の範囲は下記式(2−2)を満たすことが望ましい。
0.005×板厚(t:mm)+0.03≦W(m3/sec/m2)
≦0.005×板厚(t:mm)+0.06 ・・・(2−2)
ここで、必要な水量密度W(m3/sec/m2)に下限(式2の左辺)が存在するのは、それが小さすぎると熱伝達係数が低下し、それにより鋼板表裏層でパーライトが生成し、そこで所定の組織(フェライトとベイナイトの複合組織またはベイナイト単相組織)とならないためである。一方、それに上限(式2の右辺)が存在するのは、それが大きすぎると板厚中心部においてもベイナイトが生成し、表裏層と板厚中心部が共にベイナイトを多量に含む組織となり、両者の硬さの差が小さくなるためである。
巻取り温度は600℃以下とする。これは、巻取り温度が600℃を超える場合、十分な熱伝達係数αを得ても十分な表裏層硬度の増加効果が得られないためである。これは、巻き取り温度が600℃を超える場合、鋼板表裏層においても、巻き取り後に生成するベイナイトが軟質となり、所定の硬さ比が得られないためである。表裏層の硬度を増加させる観点からは、巻き取り温度は560℃以下とすることが好ましい。
L 圧延方向
W 板幅方向
Claims (4)
- 質量%で
C:0.03〜0.09%、
Si:0.01〜2.20%、
Mn:0.30〜2.20%、
P:0.100%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.005〜0.050%、
N:0.0100%以下、
を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物の組成からなり、鋼板の表裏面から板厚の少なくとも10%に相当する厚みの領域のミクロ組織がフェライトとベイナイトの複合組織、またはベイナイト単相組織からなり、板厚中心部の板厚の少なくとも50%に相当する厚みの領域のミクロ組織がフェライトとパーライトの複合組織からなり、前記表裏面から板厚の少なくとも10%に相当する厚みの領域の硬さが前記板厚中心部の板厚の少なくとも50%に相当する厚みの領域の平均硬さの1.10倍以上であることを特徴とする疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。 - 質量%で、さらに、
Nb:0.050%以下、
Ti:0.30%以下、
V:0.10%以下、
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下、
Cr:1.0%以下、
B:0.0050%以下、
Ca:0.0030%以下、
REM:0.0200%以下
のうち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に記載の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板。 - 請求項1または請求項2に記載の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法であって、
請求項1または請求項2の組成を有する鋳片を1150℃以上に加熱し、粗圧延した後、Ar3温度+50(℃)以上の温度にて仕上げ圧延を行い、その後、仕上げ圧延終了温度から680℃までの間の平均の熱伝達係数αを下記式(1)で示される範囲内として鋼板の表面及び裏面から冷却を行い、その後鋼板全厚の平均の温度を600℃以下として巻取りを行うことを特徴とする疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
85×板厚(mm)+850
≦α(J/m2secK)≦85×板厚(mm)+1850 ・・・(1) - 請求項1または請求項2に記載の疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法であって、
請求項1または請求項2の組成を有する鋳片を1150℃以上に加熱し、粗圧延した後、Ar3温度+50(℃)以上の温度にて仕上げ圧延を行い、その後、仕上げ圧延終了温度から680℃までの間の冷却での平均の水量密度Wを下記式(2)で示される範囲内として鋼板の表面及び裏面から冷却を行い、その後鋼板全厚の平均の温度を600℃以下として巻取りを行うことを特徴とする疲労特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
0.005×板厚(mm)+0.0037
≦W(m3/sec/m2)≦0.005×板厚(mm)+0.07 ・・・(2)
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