JP7159356B2 - ９８０ＭＰａ以上の冷間圧延または亜鉛めっき二相鋼板の製造方法 - Google Patents

９８０ＭＰａ以上の冷間圧延または亜鉛めっき二相鋼板の製造方法 Download PDF

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Description

技術分野
本発明は、超高強度鋼板の製造方法に関するものであり、特に、９８０ＭＰａ以上の冷間圧延または亜鉛めっき二相鋼板の製造方法に関するものである。
背景技術
変態強化を主とする冷間圧延または亜鉛めっき二相超高強度鋼（９８０ＭＰａ以上）は、合金元素の含有量が高く、焼入れ性が高いため、中間熱間圧延工程後の材料の組織的特性は、熱間圧延と巻取り後の温度変化過程の違いに非常に敏感である。従来の熱間圧延工程では、例えば炉内温度、最終圧延温度、巻取り温度などの巻取り前の温度だけに対し精密な温度調整が行われており、巻取り後の温度変化に対する精密な制御は行われていなかった。
コイルの冷却過程で生じる異なる部分の冷却速度-組織-特性のムラは、超高強度鋼ホットコイルの冷間圧延製造性に大きな悪影響を及ぼす可能性があり、スタック冷却中にコイルの異なる部分における冷却プロセスの違いがこのような悪影響の根本的な原因となる。
９８０ＭＰａ以上の冷間圧延超高強度二相鋼を例にすると：熱間圧延と巻取り後、ベイナイト領域が広く、マルテンサイトの臨界冷却速度が高く、巻取り後に冷却速度の速い領域はベイナイト、あるいはマルテンサイト相転移領域に入る；その他の冷却速度の遅い領域はパーライトを主体とするため、巻取り後の組織や強度にムラが生じ、冷間圧延後の板厚変動が激しく、冷間圧延後のエッジクラックが発生するなどの製造上の問題をもたらす。
発明の概要
本発明の目的は、９８０ＭＰａ以上の冷間圧延または亜鉛めっき二相鋼板の製造方法であって、熱間圧延と巻取り後に、熱源がある、もしくは熱源がない保温工程を設計することにより、冷間圧延後のエッジクラックや、冷間圧延後の板厚変動が激しいといった製造上の問題点を解決し、良好な冷間圧延製造性を得ることができる冷間圧延または亜鉛めっき二相鋼板の製造方法を提供することにある。
本発明の目的を達成するために、９８０ＭＰａ以上の冷間圧延二相鋼板の製造方法が提供され、ただし、スラブは熱間圧延、巻取り、梱包、オンライン保温を経てから冷間圧延に直送され、連続焼鈍して冷間圧延二相鋼板が得られる；ただし、巻取り温度は４５０℃以上とする；前記オンライン保温とは、各熱間圧延コイルを、アンコイル後の３０分以内に独立した密閉の保温カバーで覆い、冷間圧延に移送することを意味する；ただし、熱間圧延コイルは、保温カバー内での保温温度は４５０℃以上とし、保温時間は２０時間未満とする。
さらに、熱間圧延鋼板の冷間圧延後のエッジクラックを除去し、冷間圧延後の板厚変動を低減する方法が提供され、前記方法は、熱間圧延コイルを、アンコイル後の３０分以内に独立した密閉の保温カバーで覆い、冷間圧延に移送するステップを含み、ただし、熱間圧延コイルの保温カバー内での保温温度は、巻取り温度とベイナイト相転移温度との間にある。
前記巻取り温度は、好ましくは、４５０℃とベイナイト相転移温度との間に制御される。
前記熱延コイルの各々は、好ましくは、アンコイル後の１０分以内に独立した密閉の保温カバーで覆う。
熱間圧延コイルが保温カバー内での保温温度を５５０℃以上にする必要がある場合には、好ましくは、加熱装置を利用して、保温カバー内に対して加熱し、保温する。
さらに、前記保温カバー内には、電気加熱装置と温度センサーが設けられる。
前記保温カバーは好ましくは複合構造体であり、高強度鋼板からなる外側保護層、保温材料からなる中間層、および耐熱ステンレス板からなる内側層を含む。
前記保温カバーは好ましくは複合構造体であり、内側から外側への順に、内部放射層、電熱線層、中間メッシュカバー、中間保温層、外側保護層を含む。
前記保温カバー内には、好ましくは、コイルの表面および端面に対し、温度センサーがそれぞれ設けられている。
さらに、前記方法は、連続焼鈍後に亜鉛めっきを施し、亜鉛めっき二相鋼板を得るステップを含む。
図１はＤＰ-１、ＤＰ-２、ＤＰ-３の３種類の鋼種が５００℃、５５０℃、６００℃において異なる時間で保温した後の機械的特性の変化傾向を示す図である。 図２はＤＰ-１、ＤＰ-２、ＤＰ-３の３種類の鋼種が５００℃、５５０℃、６００℃において異なる時間で保温した後の機械的特性の変化傾向を示す図である。 図３はＤＰ-１、ＤＰ-２、ＤＰ-３の３種類の鋼種が５００℃、５５０℃、６００℃において異なる時間で保温した後の機械的特性の変化傾向を示す図である。 図４は保温工程における分解軟化と析出強化の効果を模式的に示す図である。 図５はＤＰ－１を８時間保温－析出物観察の図である。 図６はＤＰ－２を８時間保温－析出物観察の図である。 図７はＤＰ－３を８時間保温－析出物観察の図である。 図８は本発明の実施形態の保温装置の構造を示す模式図である。 図９は本発明の実施形態の保温カバーの側壁の断面図である。
発明を実施するための形態
本発明は、熱間圧延と巻取り後に、熱源がある、もしくは熱源がない保温工程により、冷間圧延後のエッジクラックや、冷間圧延後の板厚変動が激しいといった製造上の問題点を解決し、良好な冷間圧延製造性を得ることを目的とする。そのために、本発明では、巻取り温度を４５０℃以上とし、熱間圧延コイルの保温カバー内での保温温度を４５０℃以上とし、保温時間を２０時間以内、例えば１～２０時間とする。複数の実施形態では、本発明の製造方法において、スラブは熱間圧延、巻取り、梱包、オンライン保温を経てから、冷間圧延に直送＋連続焼鈍または冷間圧延＋連続焼鈍＋亜鉛めっきが施され、冷間圧延または亜鉛めっき二相鋼板が得られる；ただし、巻取り温度は４５０℃以上とする；前記オンライン保温とは、各熱間圧延コイルを、アンコイル後の３０分以内に独立した密閉の保温カバーで覆い、冷間圧延に移送することを意味する；熱間圧延コイルは、保温カバー内での保温温度は４５０℃以上とし、保温時間は２０時間未満とする。
本発明の方法は、特に、引張強さ≧９８０ＭＰａの冷間圧延二相鋼板の製造に好適である。引張強さ≧９８０ＭＰａの冷間圧延二相鋼板の組成には特に制限がないが、複数の実施形態においては、このような鋼板は通常、重量パーセントで、０．０５～０．２％、好ましくは０．０８～０．１７％のＣ；０．１～１．０％、好ましくは０．２～０．９％のＳｉ；１．８～３．０％、好ましくは２．１～２．７％のＭｎ；０．０１～０．０６％、好ましくは０．０１～０．０４％のＡｌ；０．０１～０．０８％、好ましくは０．０１～０．０５％のＴｉ；を含み、残部はＦｅと不可避的不純物である。このような鋼板は、任意的に、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂのうちの任意の一つまたは任意の複数を含有してもよい。含有する場合、Ｂの含有量は０．０００５～０．００４％であってもよく、好ましくは０．００１～０．００３％である；Ｃｒの含有量は０．１０～０．８０％であってもよく、好ましくは０．２０～０．６０％である；Ｍｏの含有量は０．０５～０．４０％であってもよく、好ましくは０．１５～０．３０％である；Ｎｂの含有量は０．０１～０．０６％であってもよく、好ましくは０．０２～０．０５％である。複数の実施形態においては、このような鋼板は、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＮｂのうちの少なくとも二つを含有する。
本発明において、保温温度の設計は、この組成系のＣＣＴ曲線を参照する必要があり、すなわち、各相転移が起こり始める温度および時間を参照する必要がある。Ｃ ０．１２％、Ｓｉ ０．２５％、Ｍｎ ２．５％、Ｃｒ ０．６％、Ｂ ０．００２５％、Ａｌ ０．０３％、Ｎｂ ０．０２５％、Ｔｉ ０．０２５％を主成分とする９８０ＭＰａ以上の冷間圧延超高強度二相鋼を例にすると、そのＣＣＴ曲線から、この組成系は熱間圧延後それぞれ異なる冷却速度で冷却し、それぞれ軟質相領域（フェライト相領域、パーライト相領域）および硬質相領域（ベイナイト相領域、マルテンサイト相領域）に入ることがわかる。この二相鋼のベイナイト相転移温度（５３０℃）以上の温度で巻取りと保温を行えば、コイル全体の初期マトリックス組織に差異があり、すなわち、４００℃以下に急冷した部分の組織はベイナイト＋マルテンサイトであり、中心部が５３０℃以上で長時間保温した部分の組織はパーライトとフェライトである。マトリックスの組織差は、保温することで完全に解消することは難しく、機械的特性の違いが継承され続ける。
したがって、この冷間圧延超高強度二相鋼では、コイル全体の初期マトリックス組織差を解消し、完全にベイナイト＋マルテンサイトにするように、巻取り温度および保温温度を５３０℃以下に設計する必要がある。
したがって、本発明における巻取り温度はベイナイト相転移温度以下とする。しかし、あまりにも低い巻取り温度は、マトリックス組織の強度をさらに増加させ、その結果、その後の軟化に必要とされる保温時間が長くなる。したがって、本発明における巻取り温度は４５０℃以上とする。保温温度は、巻取り温度とベイナイト相転移温度の間に設定される。
本発明において、保温時間は、組成系の異なる冷間圧延超高強度二相鋼の実験室試験より求めることができる。例えば、組成系の異なる冷間圧延二相鋼の鋼種に対し、熱間圧延鋼板の実験室保温試験を行い、保温後の実験試料板の力学的特性の変化を測ることができる。通常、選択された保温温度において、保温期間は、保温期間が終了した後のコイルの最大引張強さが１０００ＭＰａ以下となるように十分に延ばすことが好適である。
本発明はＤＰ-１、ＤＰ-２、ＤＰ-３の３鋼種を例として説明する。この３鋼種の組成系を表１に示す。
Figure 0007159356000001
ＤＰ-１、ＤＰ-２、ＤＰ-３の３種類の鋼種がそれぞれ５００℃、５５０℃、６００℃において異なる時間で保温され、その機械的特性の変化傾向が図１～図３に示される。
保温効果の違いの理由については、保温の時に、マトリックス組織において硬質相（マルテンサイト、ベイナイト）の分解軟化とＮｂ、ＴｉのＣ、Ｎ化物による析出強化との競争が発生したからだと考えられる。同じ保温条件下でも、異なる合金組成系は異なる分解軟化と析出強化の効果を示し、鋼種の保温効果は二つのメカニズムの組み合わせによって決められる。図４に示される。
ＤＰ-１、ＤＰ-２、ＤＰ-３組織中の硬質相はいずれも保温過程で分解し、組織の強度がいずれも低下する傾向を示す。また、合金元素の添加および割合はまた組織に焼戻し抵抗性の相違をもたらせるため、同じ組織で、同じ保温温度および時間であっても、軟化の効果が異なる。
一方、組成中に合金元素を添加することにより、焼戻しの過程でＮｂとＴｉのＣとＮ化合物が析出するが、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒの添加量や割合がＮｂとＴｉのＣとＮ化合物のサイズに影響を与え、強化効果の違いに繋がる。
ＤＰ-１、ＤＰ-２、ＤＰ-３を５５０℃で８時間保温したときの走査写真を図５-７に示す。２００００倍走査写真からみれば、ＤＰ－３組織中のＮｂとＴｉのＣとＮ化合物は、ナノメートル級と極めて小さなサイズであるため、ＤＰ－１やＤＰ－２よりもはるかに大きな強化効果が実現できる。
以上を考えると、硬質相の分解軟化と析出強化の相加効果により、同一条件で保温、焼戻しを行った後のＤＰ－３は、ＤＰ－１、ＤＰ－２のよりも強度が高いことがわかる。
したがって、実験室の結果に基づいて、３種類の鋼種の合理的な保温時間（合理的に設計された保温温度の下で）を下記の表２に示す。
Figure 0007159356000002
本発明における保温カバーは、熱を外部に逃がさないようにし、コイル内部の熱を利用してコイル表面の温度を上昇させ、コイル全体の温度を均一にすることで、コイルに対して熱処理を行うことを目的としている。本発明は、当技術分野でよく知られている保温カバー装置を用いて実施することができる。保温カバー装置は、図８および図９に例示されるように、以下のものを含む：
コイルトレイ１；
前記コイルトレイ１の上に設けられるコイル支持フォーム２；
前記コイル支持フォーム２の外側に覆設し、内部キャビティ体積が少なくとも一つのコイル１００＋コイル支持フォーム２の体積よりも大きく、下端が移動可能に前記コイルトレイ１に接続される、保温カバー３。
保温カバー装置はさらに、以下のものを含んでもよい：
前記保温カバー３の内側の側壁に配置される電気加熱装置４；
前記保温カバー３の中に配置される温度センサー５；および
情報収集制御モジュール６；
上記情報収集制御モジュール６には、電気加熱装置４と温度センサー５が電気的に接続されている。
電気加熱装置４は、電熱線であってもよい。温度センサー５は、熱電対であってもよい。好ましくは、本発明で使用する保温カバーは、熱間圧延コイルの残温を利用して徐冷を実現することだけでなく、一部の特殊鋼を二次加熱処理して二次焼戻しを実現し、コイルの特性を向上させ、結晶粒の微細化を図ることもできる。
保温カバー３内には、好ましく、コイル１００の表面および端面に対し、温度センサーがそれぞれ設けられている。
図９に示す通り、本発明における保温カバー３は複合構造体であり、内側から外側への順に、内部放射層３１、電熱線層３２、中間メッシュカバー３３、中間保温層３４、外側保護層３５を含み、複合構造体である保温カバー３はアンカー釘３６で固定されている。
加熱装置を配置するかどうかについては、必要とされる保温温度と時間によって判断する必要があり、例えば、保温温度が５５０℃を超え、且つ加熱や保温するための熱源が長時間で存在しない場合、保温が進むにつれて保温カバー内の温度の不均一度が上がり、コイル強度の均一性の促進を害する。そのため、熱間圧延コイルが保温カバー内での保温温度を５５０℃以上にする必要がある場合には、加熱装置を利用して、保温カバー内に対して加熱し、保温する。
通常、保温カバーで覆われた熱間圧延コイルは、コイル搬送チェーンや移動台車を用いて冷間圧延に移動させることができる。
本発明の方法では、熱間圧延後のコイルを保温カバーに入れ、熱を外部に逃がさないように保温し、コイル内部の熱を利用してコイル表面の温度を上昇させ、コイル全体の温度を均一にすることで、コイルに対して、環境に優しく、省エネ、便利で効率的な熱処理を行うという目的を果たす。
熱間圧延と巻取り後の異なる冷却速度下での相転移温度と相転移時間に基づき保温温度を合理的に設計すれば、コイル全体の初期マトリックス組織差が小さくなる。
異なる組成系は、特定の保温温度と保温時間での軟化効果が異なるため、実験室実験の性能結果が保温時間の設計への合理的な根拠となる。
実験室での保温実験の結果によれば、熱間圧延コイルの引張強さは１０００ＭＰａ以下とすれば、冷間圧延製造性を確保でき、冷間圧延後のエッジクラックや、冷間圧延後の板厚変動が激しいといった欠陥を回避することができる。
本発明は、従来の技術と比較して、保温温度と保温時間を合理的に設計することにより、冷間圧延製造性が高い、引張強さが９８０ＭＰａ以上の冷間圧延または亜鉛めっき二相鋼板を得ることができ、その中間工程で保温後の熱間圧延コイルの引張強さが１０００ＭＰａ未満であり、冷間圧延製造性が良好で、冷間圧延後のエッジクラックや、冷間圧延後の板厚変動が激しいといった欠陥を回避することができる。
発明を実施するための形態
表３の組成に従い、実施例および比較例の９８０ＭＰａ級以上の冷間圧延二相鋼板を作製し、スラブは熱間圧延、巻取り、梱包、オンライン保温を経てから、冷間圧延に直送＋連続焼鈍し、冷間圧延二相鋼板を得た。
巻取り温度を表４に示す。各熱間圧延コイルは、アンコイル後の３０分以内に独立した密閉の保温カバーで覆い、コイル搬送チェーンや移動台車を用いて冷間圧延に移送した。熱間圧延コイルの保温カバー内での保温温度と保温時間を表４に示す。熱間圧延コイルが保温カバー内での保温温度を５５０℃以上にする必要がある場合には、加熱装置を利用して、保温カバー内に対して加熱し、保温した。
Figure 0007159356000003
Figure 0007159356000004
Figure 0007159356000005
表４および表５で示す通り、実施例１、２、４、５は保温温度を合理的に設計し、コイル全体の初期マトリックス組織の差異を解消したため、完全にベイナイト＋マルテンサイトであり、冷間圧延製造性が良好であった。比較例７と８では、保温温度が高く、コイル全体の初期マトリックス組織に差が生じ、４００℃以下に急冷される部分の組織はバイナイト＋マルテンサイトである一方、中心部が５５０℃以上で長時間保温した部分の組織はパールライトとフェライトであるため、冷間圧延製造性が低下し、冷間圧延後に激しいエッジクラックや板厚変動が発生した。実施例３、６のように、熱間圧延コイルの引張強さを１０００ＭＰａ以下とすれば、冷間圧延製造性を確保でき、冷間圧延後のエッジクラックや、冷間圧延後の板厚変動が激しいといった欠陥を回避することができた。比較例９では、引張強さを全長にわたって１０００ＭＰａ以下に均一に減少させることができないため、冷間圧延後の板厚変動が激しかった。

Claims (19)

  1. スラブが熱間圧延、巻取り、梱包、オンライン保温を経てから冷間圧延に直送され、連続焼鈍して冷間圧延二相鋼板が得られる；ただし、巻取り温度は４５０℃以上とする；前記オンライン保温とは、各熱間圧延コイルを、アンコイル後の３０分以内に独立した密閉の保温カバーで覆い、冷間圧延に移送することを意味する；ただし、熱間圧延コイルは、保温カバー中での保温温度は４５０℃以上とし、保温時間は２０時間未満とすることを特徴とする、９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する冷間圧延二相鋼板の製造方法。
  2. 前記巻取り温度は、４５０℃とベイナイト相転移温度との間に制御されることを特徴とする、請求項１に記載の９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する冷間圧延二相鋼板の製造方法。
  3. 前記熱間圧延コイルの各々を、アンコイル後の１０分以内に独立した密閉の保温カバーで覆うことを特徴とする、請求項１に記載の９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する冷間圧延二相鋼板の製造方法。
  4. 加熱装置を利用して、前記保温カバー内における前記熱間圧延コイルの保温温度を５５０℃以上に保温するために前記保温カバー内に対して加熱することを特徴とする、請求項１もしくは３に記載の９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する冷間圧延二相鋼板の製造方法。
  5. 前記保温カバー内には、電気加熱装置と温度センサーが設けられることを特徴とする、請求項１もしくは３に記載の９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する冷間圧延二相鋼板の製造方法。
  6. 前記保温カバー内には、電気加熱装置と温度センサーが設けられることを特徴とする、請求項４に記載の９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する冷間圧延二相鋼板の製造方法。
  7. 前記保温カバー内には、コイルの表面および端面に対し、温度センサーがそれぞれ設けられていることを特徴とする、請求項１、３、４もしくは５に記載の９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する冷間圧延二相鋼板の製造方法。
  8. 前記保温カバーは複合構造体であり、高強度鋼板からなる外側保護層、保温材料からなる中間層、および耐熱ステンレス板からなる内側層を含むことを特徴とする、請求項１、３、４、５もしくは６に記載の９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する冷間圧延二相鋼板の製造方法。
  9. 前記保温カバーは複合構造体であり、内側から外側への順に、内部放射層、電熱線層、中間メッシュカバー、中間保温層、外側保護層を含むことを特徴とする、請求項１、３、４、５もしくは６に記載の９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する冷間圧延二相鋼板の製造方法。
  10. 前記冷間圧延二相鋼板は、０．０５～０．２％のＣ、０．１～１．０％のＳｉ、１．８～３．０％のＭｎ、０．０１～０．０６％のＡｌ、０．０１～０．０８％のＴｉ、任意的に、０．０００５～０．００４％のＢ、０．１０～０．８０％のＣｒ、０．０５～０．４０％のＭｏ、０．０１～０．０６％のＮｂのうちの少なくとも一つ、もしくは少なくとも二つを含み、残部はＦｅと不可避的不純物であることを特徴とする、請求項１に記載の９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する冷間圧延二相鋼板の製造方法。
  11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法を用いて冷間圧延二相鋼板を製造した後、該冷間圧延二相鋼板に亜鉛めっきを施すステップを含むことを特徴とする、９８０ＭＰａ以上の引張強さを有する冷間圧延亜鉛めっき二相鋼板の製造方法。
  12. 熱間圧延コイルを、アンコイル後の３０分以内に独立した密閉の保温カバーで覆い、冷間圧延に移送するステップを含む；ただし、熱間圧延コイルの保温カバー内での保温温度は、巻取り温度と鋼板のベイナイト相転移温度との間にある、冷間圧延後の板厚変動を低減する方法。
  13. 加熱装置を利用して、前記保温カバー内における前記熱間圧延コイルの保温温度を５５０℃以上に保温するために前記保温カバー内に対して加熱することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
  14. 巻取り温度は４５０℃とベイナイト相転移温度との間に設けられることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
  15. 前記保温カバー内には、電気加熱装置と温度センサーが設けられる、請求項１２に記載の方法。
  16. 前記保温カバーは複合構造体であり、高強度鋼板からなる外側保護層、保温材料からなる中間層、および耐熱ステンレス板からなる内側層を含む、請求項１２に記載の方法。
  17. 前記熱間圧延コイルのそれぞれは、アンコイル後の１０分以内に独立した密閉の保温カバーで覆われる、請求項１２に記載の方法。
  18. 前記コイルの表面および端面に対し、前記温度センサーがそれぞれ設けられている、請求項１５に記載の方法。
  19. 前記保温カバーは、内側から外側への順に、内部放射層、電熱線層、中間メッシュカバー、中間保温層、および外側保護層を含む、請求項１６に記載の方法。
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