JPH03274231A - 薄帯鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は鋼板の製造方法に関し、詳しくは、熱間圧延工
程を省略もしくは簡略化して、連続鋳造鋳片から直接に
、強度−延性バランス等の従来の熱延鋼板で必要とされ
る機械的性質の優れた鋼板を製造する方法に関するもの
である。

（従来の技術） 近年、連続鋳造機の著しい開発により、鋳片の薄手化が
図られ、従来の熱延工程の省略、簡略化が進みつつある
。またこのような薄手化は熱延工程に於けるコスト低減
の観点から注目されている。

しかしながら、最終板厚に近い鋳片からの製造工程では
、従来の熱延工程のような大きな圧下量が取れないため
、一般にはフェライト組織が粗大化し、十分な機械的性
質を満足し得ないことが問題点として指摘されている。

ちなみに従来工程に於ける熱延圧下率は最低８０％と言
われている（橋本嘉男二鉄と鋼７２　（１９８Ｂ）　、
　９．２２８８）。

上記の組織の粗大化の原因は、オーステナイトからフェ
ライトに変態する際、オーステナイト組織が粗大なまま
で、その粒界面積が少なく、また変形帯などの欠陥が少
ないため、フェライトの核生成サイトが少ないことによ
る。

このような問題点に対し、近年、酸化物などをフェライ
トの変態核としてオーステナイトの粒内からも積極的に
変態を行わせる粒内フェライトの活用が厚板鋼板を中心
に検討されている（例えば特開昭８１−２１３３２２号
公報）。

但し、この方法はその核となる酸化物や析出物を均一分
散させるなどの組織制御の点から成分管理や溶解条件が
難しく、またオーステナイト粒界から生成するフェライ
トサイドプレートやベイナイトなどが変態時に競合する
ため均一な組織になりにくい。また粒内フェライト組織
そのものが極めて針状のライラドマンシュテラテンフェ
ライトになり易く、靭性に対しては極めて有効なものの
、延性や疲労特性などの機械的性質に対してはあまりそ
の効果はない。またこの技術の最大の問題点はオーステ
ナイト時の圧下によって上記の組織の不均一化が助長さ
れることにあり、局部的な現象が重要な延性などには極
めて不利である。

一方、薄鋳片に於ける組織の粗大化に対する、別のアプ
ローチとしては特開昭８１−９９８３０号や特開昭６３
−６ ラインでの再熱処理法が挙げられる。但しこれらはプレ
ス成形性に優れた深絞り用冷延鋼板を前提としており、
いわば冷延素材を得るための熱延代替プロセスとして検
討されたもの方ある。

そのため、再熱処理によるフェライトからオーステナイ
トへの逆変態の効果も鋳造組織に特有の（１００）集合
組織をいかにランダム化するかに焦点が絞られており、
熱延終了時相当における、鋼板の機械的性質については
何も言及されていない。

（発明が解決しようとする課題） 熱間圧延工程を省略もしくは簡略化して、連続鋳造鋳片
から直接に、強度−延性バランス等の従来の熱延鋼板で
必要とされる機械的性質の優れた鋼板を製造する方法を
確立することが、本発明の目的である。

（課題を解決するための手段） 強度−延性バランスや疲労特性などの優れた機械的性質
を有する熱延鋼板に共通して見られる金属組織学的特徴
は、組織が微細であり、均一であり、そして一つ一つの
結晶粒がポリゴナルであることである。すなわち薄鋳片
から出発するような簡略プロセスにおいても、最終的に
オーステナイトから変態した組織が微細なボリゴナルフ
エライト主体となれば必要とする機械的性質を満たすこ
ととなる。

本発明者らは、上記の実情に鑑み鋭意検討した結果、従
来技術として検討されている粒内フェライト変態のみに
よっては完全なボリゴナルフェライト組織のみを生成さ
せることが不可能であるとの結論に達した。

また逆変態を付加するプロセスにおいても、その繰り返
し熱処理による細粒化効果は前組織の影響を強く受は継
ぎ、特に前組織が通常の凝固組織のような粗大なフェラ
イト組織では、わずか−回の逆変態によりオーステナイ
ト化させ再度二次冷却によりフェライト変態させても、
その粒径の変化はそれほどないことを確認した。

この後者の現象については特開昭８３−１１５８５４号
公報においても確認されており、発明者らは繰り返し熱
処理を２回以上することが必要としている。

しかしながら、本発明者らはこのような種々の問題点を
回避して、わずか−回の逆変態を付加するのみで微細な
ボソゴナルフエライト組織を得るプロセスを種々の実験
により見いだしたのである。

その基本となる原理は、第１図に示すような熱履歴でフ
ェライトからオーステナイトへの逆変態を行う際、その
初期フェライト組織を粒内フェライト組織にすることに
ある。

すなわち本発明は、成分及び初期フェライト変態の際の
一次冷却条件を制御することで、凝固からの粗大なオー
ステナイト組織を粒内フェライトにより一旦微細組織と
しておき、その後、逆変態を行わせることにより、微細
なオーステナイト組織を形成せしめるところにその特徴
があり、この結果、本発明によれば最終的な二次冷却に
より得られるフェライト組織が微細となり、なおかつ組
織が不均一化、ボリゴナル化する。

このメカニズムの詳細はまだ不明であるが、粒内フェラ
イト組織がオーステナイト変態の際の極めて多数のオー
ステナイトの核生成サイトを有していること、また粒内
フェライトの方位が各校で異なるため、逆変態の際、各
々のフェライト粒界から核生成したオーステナイト粒も
また方位が異なり、オーステナイト化終了時においても
微細粒を保つためと考えられる。

また本発明によれば、逆変態を付加することにより、従
来の粒内フェライト組織で問題となっていた組織の不均
一化を解消することができるため、この不均一化を軽減
するため製造上限定されていた、従来の成分条件、圧下
条件などの緩和を図ることができる。

つまり、本発明はｃ　：　ｏ、ｏｉ〜０．２％、Ｓ　ｉ
：３．口％以下、Ｍ　ｎ　：　０、５〜３、０％、ｐ　
：　ｏ、ｉｏ％以下、Ｓ：ｏ、ｏｏａ〜０．０５％、Ａ
４７：０．０１〜０．１％を含み、残部鉄及び不可避的
不純物よりなる溶鋼を連続鋳造にて鋳造後、Ａｅ３変態
点以上のオーステナイト域で無加工もしくは全圧下量で
８０％以下の一次加工を施した後、Ａ　ｅ　ａ変態点か
ら平均冷速５℃／ｓ以上で６００℃もしくは（１）式を
満たす温度Ｔｌの内どちらか高い方の温度以下まで一次
冷却し、粒内フェライト組織を形成せしめ、変態が完全
に完了した後再びＡ　ｅ　ａ変態点以上まで加熱しオー
ステナイト単相組織とし、再度二次冷却することで得ら
れる、異方性が少なくなおかつ微細なボリゴナルフエラ
イト組織よりなる、強度−延性バランス、靭性、疲労特
性、穴広げ性が優れた薄帯鋼板の製造方法である。

Ｔ　１−Ａ　ｅ　　−２０００Ｘ　Ｃ（ｖｔ％）（１）
又通常の成分としてＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｉ。

Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂの内、１種または２種以上を１．０％以
下含有する鋼を用いることができる。

まず、本発明における化学成分の限定理由について述べ
る。

Ｃはオーステナイトからフェライトへの変態において、
その組織形態を決定する最も重要な元素であり、本発明
のように初期の変態組織としてウイッドマンシ二テツテ
ンフエライトを安定に得るためには、その下限を０．０
１％とする。またその上限としては溶接性を劣化させる
ことのないよう０．２％とする。

Ｓｌは鋼の強度−延性バランスを劣化させずに高強度化
するために添加すると共に、変態点を上げてフェライト
の析出を促進させる働きを持つ。

しかし過度の添加は延性及び表面性状の劣化をきたすた
め、その上限を３．０％とする。

ＭｎはＣと同様、鋼の高強度化を目的に添加される元素
であると共に、粒内フェライト組織形成のために必要不
可欠な元素である。すなわちこれは後述するＳと鋼中で
ＭｎＳを形成し、ＡρＳ１やＭｎなどの鋼中の酸化物構
成元素より形成される酸化物上に優先的に析出すること
により、有効なフェライトの析出核となり、粒内フェラ
イト変態を促進させる。このため添加量の下限はこの効
果が明瞭に現れる０、５％とし、また上限については製
鋼工程における組成制御のコストが低く抑えられ、また
加工性を劣化させることのないように３．０％とする。

Ｐも鋼を高強度化するために添加する元素であるが、過
度の添加は延性及び溶接性を劣化させるため、その上限
を０．１０％とする。

ＳはＭｎと同様、本発明において重要な役割を果たすＭ
ｎＳの構成元素である。しかし過度の添加は熱間割れの
原因となるため、その上限を０．０５％とし、また下限
については脱硫コストの上昇などの問題から０．００３
％とする。

／ｌは鋼の脱酸のために必要であり、本発明においては
その下限を０，０１％とする。一方、過剰の添加はコス
トの上昇を招（と共に、鋼中に介在物として残留し割れ
などの原因となることからその上限は０．１％とする。

Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂは鋼の強度を高
めるなどの目的で添加される。特にＴｉ。

Ｖなどは粒内フェライト変態促進元素としても高い効果
がある。このため本発明においては、これらの元素の内
１種または２種以上を１．０％以下の範囲で添加しても
よい。

次に製造方法について述べる。

本発明においては、以上述べたような成分の鋼を連続鋳
造後、鋳造ままもしくはＡ　ｅ　３変態点以上の温度に
おいて全圧下量で８０％以下の一次加工を施した後、最
初のフェライト変態を行う。ここで加工量に上限を設け
たのは、これ以上の圧下を行うことは従来の熱延工程と
冶金組織学的にも、また設備コスト及び製造コストの上
でも何ら差異がなくなるためである。一方、鋳片の表面
性状を整えるなどの目的で行われる軽圧下は、すべてこ
の圧下量に含まれる。

次に本発明で最も重要な一次冷却条件は、Ａ　ｅ　ａ変
態点から平均冷速５℃／ｓ以上で６００℃もしくは（１
）式を満たす温度ＴＩの内どちらか高い方の温度以下ま
で冷却しなければならない。なぜならば上記のＡ　ｅ　
ｓから６００℃もしくはＴｌまでの温度範囲は通常の熱
延工程におけるフェライト変態開始温度、すなわちオー
ステナイト粒界や変形帯などからのいわゆる粒界フェラ
イトと呼ばれる組織の成形温度にあたり、本発明のよう
に最初の変態において粒内フェライト組織とする場合、
これらの粒界からのフェライト生成は組織の粗大化、お
よび不均一化を招くからである。

また通常、粒内フェライトの生成温度はＴｌ近傍であり
、ここまでの急冷はフェライト変態の駆動力を増大させ
る効果を持つ。ただしこの温度が６００℃を超える場合
はベイナイト組織の生成か起こるため、６００℃以下ま
でのオーステナイト域からの直接の急冷は好ましくない
。

さて、本発明法によればこれらの限定温度まで冷却後、
その温度近傍で数分間保持するか、さらに低温まで冷却
することによって容易に粒内フェライト変態を完了させ
ることができる。なお特に限定はしないがオーステナイ
ト域で加工を行った場合、無加工状態と比較して粒界フ
ェライトが生成し易くなるため、ここでの冷却速度はよ
り高めが望ましい。

つづいて本発明ではこの状態から再度加熱しオーステナ
イト化するが、その際初期の粒内フェライト組織への変
態は完全に終了していなければならない。これはオース
テナイト化の初期に残留のオーステナイト組織があると
、新たなオーステナイトの核生成が行われにくくなるた
めである。

また同等の理由により、オーステナイト化する際にも完
全に粒内フェライト組織が消滅するまで加熱することが
望ましい。ただし限定はしないが、オーステナイト化終
了時にできるだけ微細組織とするためには、その昇温速
度は大きく、また加熱終了温度やその温度での保定等も
できるだけ低くまた短くすることが望ましい。

このような工程で得られた微細なオーステナイト組織は
、従来の圧延による再結晶を繰り返した結果得られる組
織と基本的な差異はない。すなわちこの時点でオーステ
ナイトの粒界面積は従来工程材とほとんど変わりはなく
なっている。よって本発明においてもこのオーステナイ
ト化終了後、再度二次加工として圧延を施し、再結晶に
よりさらなる微細化をしたり転位や変形帯を導入して、
続く二次冷却時のフェライト変態のサイトを増大させる
ことも可能である。

またこの二次冷却条件も特に従来熱延工程と異なるもの
ではない。すなわちここでの冷却条件および巻取り条件
を適宜選ぶことにより、本発明の成分条件内で、微細な
ボリゴナルフエライト組織のみとすることはもちろん、
フェライトとベイナイトやマルテンサイトやパーライト
などとの混合組織を従来工程同様作り分けることが可能
となり、各種の機械的性質を満足する鋼板の製造が可能
となる。

（実　施　例） 実施例　１ 重量％で、ｃ　：　ｏ、ｔｏ、Ｓ　１：０．５０、Ｍｎ
：１．４２、Ｐ　：０．００Ｂ、Ｓ　：０．０１１．　
Ａｉ）　：０．０３４、残部Ｆｅ及び不可避的不純物か
らなる鋼を転炉出鋼し、連続鋳造にて３〜５０ｍｍの薄
鋳片とした。なおこの成分から推定されるＡ　ｅ　ａ温
度は８３９℃、また（１）式から討算されるＴｌ温度は
６３９℃である。

続いて第１図に示すような熱履歴で、第１表に示すよう
な圧下・冷却及び加熱を行い、鋳片の板厚を３ｍｍとし
た。熱履歴の内、−次加工温度は１０００℃、オーステ
ナイト化のための昇温速度は５℃／　ｓ　ｓ二次加工は
行わず、二次冷却条件は９００〜６００℃を７℃／Ｓと
し、ｅｏｏ℃で巻取った。

また最初の冷却停止温度Ｔｃ及び加熱終了温度Ｔｈでそ
れぞれ２■ｉｎの保定を行った。

鋼板は酸洗後、以下の機械試験を行った。　ｌ〉ＪＩＳ
　Ｚ　２２０１．５号試験片に加工し、同２２４１記載
の試験方法に従って引張試験に供し、降伏強度・引張強
度・全伸びを測定した。２）　ＪＩＳ　Ｚ　２２０２，
４号試験片（２，５Ｂ）に加工し、同２２４２記載の試
験方法に従ってシャルピー衝撃試験に供し、破面遷移温
度を測定した。８）　ＪＩＳ　Ｚ　２２７５．１号試験
片に加工し、記載の試験方法に従って疲労試験に供し、
両振り引張時の疲労強度を測定した。４）伸びフランジ
性の評価として初期穴径１０ｍｍでの打ち抜き穴広げ試
験に供し、クラックが板厚を貫通した時点での平均穴径
を初期穴径で除した値、いわゆる穴広げ比を測定した。

第２表に光学顕微鏡組織観察結果およびこれらの機械試
験の結果を示す。

本発明条件のｋｌ、４．６では組織が微細で均一なボリ
ゴナルフエライトよりなっているため、強度−延性バラ
ンスは１０００以上と高く、また靭性もｖＴｒｓで一５
０℃以下、疲労特性も疲労限で０．５以上、穴広げ特性
も穴広げ比で２．０以上といった、この成分系を用いて
従来熱延工程で製造される鋼板の最高レベルの特性が得
られている。

一方、弘２は一次冷却時の冷速か遅かったため、均一な
粒内フェライト組織が得られず、これがその後の再加熱
−二次冷却によっても解消されなかったために、強度−
延性バランス、及び穴広げ比が劣っている。

またＮ（Ｌ７は圧下量が８０％を超えたため、−次冷却
時の組織が粒内フェライト主体と言うよりむしろ粒界フ
ェライト主体となってしまっており、中途半端な初期組
織からオーステナイト比が進行した結果、オーステナイ
トも粗粒となり、最終組織も微細にならなかったものと
思われる。このため特に靭性、疲労特性の点で劣ってい
る。

さらにＮ（Ｌ３，５．８は一次冷却及び加熱時にその下
限、上限温度が本発明条件から外れていたため、それぞ
れフェライト変態が終了していなかったり、オーステナ
イト単相組織まで至らず、組織が不均一化している。特
に胤５では再熱の効果が全く組織に反映されておらず、
この材料の特性値は粒内フェライト組織そのものの持つ
特性と一致している。すなわち強度、靭性などは優れて
いるものの、伸び、穴広げ特性は劣っている。

実施例　２ 第３表に示した化学成分の鋼を転炉出鋼し、連続鋳造に
て６ｍｍの薄鋳帯に鋳造後、オーステナイト域の１００
０℃で一次加工として５０％の圧下を加えて３闘の鋳片
とした。続いて一次冷却として９５０〜５００℃までを
１５℃／Ｓで冷却し、５００℃で３Ｓｉｎ保定後、１０
℃／Ｓで１０００℃まで加熱し、ただちに２０℃／Ｓで
６００℃までの二次冷却を施し、その温度で巻取った。

その後、実施例１と同じ方法にて組織観察及び機械試験
を行った。

第４表にその結果を示す。

本発明条件の成分であるＮ１１１、　３．５．６、７は
組織が微細で均一なボリゴナルフエライトよりなってい
るため、強度−延性バランスは１６００以上と高く、ま
た靭性もｖＴｒｓで一５０℃以下、疲労特性も疲労限で
０．５以上、穴広げ特性も穴広げ比で２．０以上といっ
た、それぞれの成分系を用いて従来熱延工程で製造され
る鋼板の最高レベルの特性が得られている。

一方、ｋ２，８はそれぞれＭｎ及びＳ量が本発明条件か
ら外れているために、−次冷却前に粒内フェライト変態
の核となるＭｎＳなどの析出が十分行われず、その結果
逆変態の前の初期組織が不均一になって、最終組織にま
でその不均一性が持ちきたされている。このため特に伸
び、穴広げ特性が劣っている。

またＮＯ，４はＣ量が低く本発明条件から外れているた
めやはり初期変態組織として粒内フェライト組織となら
ず、その結果最終組織も粗大となって疲労限などが劣っ
ている。

（発明の効果） 本発明によれば、鋳片を連続鋳造後そのまま、もしくは
軽圧下を施すのみの熱延簡略もしくは省略プロセスにお
いても、従来熱延工程と同様の均一かつ微細なポリゴナ
゛ルフエライト組織とすることが可能であり、その結果
、従来の熱延鋼板か有する強度−延性バランス、靭性、
疲労特性、穴広げ性などの種々の機械的性質の優れた薄
帯鋼板の製造が可能となる。

またこのような製鋼−圧延段階での新プロセスにおいて
も従来量等の鋼種の作り分けができることから、飛躍的
な生産性の向上と設備コストの低減が可能となる。

さらに本発明により製造した鋼板は、しばしば通常の熱
延材において圧延により生じる、バンド状の不均一組織
が全く見られないため、完全に等方的な組織として、異
方性が問題となるような用途、例えば曲げ加工やプレス
成形性に対しても極めて優れた材料と言える。

また本発明は主として熱延鋼板相当の板厚材に対して適
用されるものであるが、本発明の基本的冶金現象を用い
れば厚み５ｏ關程度の薄鋳片から３０ｗ程度の厚板材を
製造するような工程に対しても、その適用範囲は広げる
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鋳造後の熱履歴を表した図表である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比で、 Ｃ：０．０１〜０．２％、 Ｓｉ：３．０％以下、 Ｍｎ：０．５〜３．０％、 Ｐ：０．１０％以下、 Ｓ：０．００３〜０．０５％、 Ａｌ：０．０１〜０．１％ 残部鉄及び不可避的不純物よりなる溶鋼を連続鋳造にて
   鋳造後、Ａｅ＿３変態点以上のオーステナイト域で無加
   工もしくは全圧下量で８０％以下の一次加工を施した後
   、Ａｅ＿３変態点から平均冷速５℃／ｓ以上で６００℃
   もしくは（１）式を満たす温度Ｔｌの内どちらか高い方
   の温度以下まで一次冷却し、粒内フェライト組織を形成
   せしめ、変態が完全に完了した後再びＡｅ＿３変態点以
   上まで加熱しオーステナイト単相組織とし、再度二次冷
   却することで得られる、異方性が少なくなおかつ微細な
   ポリゴナルフェライト組織よりなることを特徴とする薄
   帯鋼板の製造方法。 Ｔｌ＝Ａｅ＿３−２０００×Ｃ（ｗｔ％）（１）２、通
   常の成分としてＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ
   の内１種または２種以上を１．０％以下含有する鋼を用
   いる特許請求の範囲第１項記載の薄帯鋼板の製造方法。