JPH04325657A - 伸びフランジ性の優れた高強度熱延鋼板及びその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工性の優れた高強度熱
延鋼板とその製造方法に係り、より詳細には、強度が４
０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、特に５０〜８０ｋｇｆ／ｍｍ２
の高強度にて伸びフランジ性等の加工性に優れる熱延鋼
板、並びにこれを低コストで製造する方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
自動車等の構造部材として用いられている熱延鋼板は、
安全性や燃費向上のために、板厚のゲージダウンと高強
度化の傾向を益々高めている。このため、低強度材と同
様に加工性の優れた高強度熱延鋼板が要求されている。

【０００３】従来より、熱延鋼板において加工性の優れ
た高強度鋼板を確保するための方法として、■鋼中にＴ
ｉ、Ｎｂ等の特殊元素を添加する方法（例、特開昭６０
−５６０２４号）、■硬質相（マルテンサイト等）を導
入する方法（例、特開昭５５−４４５５１号）、■Ｍｎ
、Ｃ量を増加する方法（例、特開昭５２−１２３９２０
号）などの技術が提案されている。

【０００４】しかし、■の方法は、コスト高になり、ま
た熱間圧延時の変形抵抗を高めるため、圧延性を損なう
という問題がある。■の方法は、硬質相の導入により、
降伏比を下げ、全伸びを改善させるのに有効な方法では
あるが、伸びフランジ性に好ましくない。また、多くの
Ｓｉ、Ｍｎ等の添加元素が必須となり、コスト高となる
。 一方、■のＭｎ、Ｃ量を増加させる方法は、高強度を得
るために最も容易な方法である。しかし、この■の方法
では、例えば、これらの元素を増すことによって高強度
は得られるものの、Ｃ、Ｍｎ量比により加工性が左右さ
れ、加工性を付与するためにはＣ量をある程度に抑えて
Ｍｎ量の増加（例、Ｍｎ≧１．５％）を図らねばならず
、したがって、どうしても伸びフランジ性のよい高強度
鋼板を安価に確保することができないという問題がある
。

【０００５】以上のように、従来の方法では、いずれも
、高強度と伸びフランジ性と経済性を同時に満足するに
は至っていないのが実情である。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点を解決し
、伸びフランジ性の優れた高強度熱延鋼板を低コストで
提供し、またその製造方法を提供することを目的とする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために、鋼中の元素、結晶組織、熱間圧延・
冷却条件の面での制御について鋭意研究を重ねた。

【０００８】その結果、低Ｍｎ、Ｃ系鋼において伸びフ
ランジ性を改善するにはＮ量を低減することが有効であ
ることを見出した。特にＮの低減が変態組織の生成に大
きな影響を及ぼすという、これまで全く知られていない
新規な知見を利用し、更に詳細に検討を加えて、ここに
本発明をなしたものである。

【０００９】すなわち、本発明は、Ｃ：０．０６〜０．
３０％、Ｓｉ：０．４０％以下、Ｍｎ：０．２０〜１．
３０％、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．００８％以下、
Ａｌ：０．０６％以下及びＮ：０．０００７〜０．００
３５％を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなる
熱延鋼板であり、その組織がフェライトと面積率６５％
以上のベイナイトとの混合組織又はベイナイト単相であ
ることを特徴とする加工性の優れた高強度熱延鋼板を要
旨とするものである。

【００１０】また、その製造方法は、上記化学成分を有
する鋼の熱間圧延において、常法にて加熱し、仕上温度
Ａｒ３点以上で熱間圧延を行い、その後、１０〜２００
℃／ｓの冷却速度で冷却し、５５０℃以下で巻取り、最
終組織としてフェライトと面積率６５％以上のベイナイ
ト組織又はベイナイト単相組織を得ることを特徴とする
ものである。

【００１１】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【作用】

【００１２】まず、本発明者等が前述の知見を得るに至
った基礎実験の結果について説明する。

【００１３】

【表１】 に示す化学成分を有する鋼を溶製し、熱間粗圧延により
３０ｍｍ厚のスラブにした後、加熱温度１２００℃、仕
上温度９００℃にて３．２ｍｍ厚に仕上げ、平均冷却速
度５〜５０℃／ｓにて冷却した後、図１に示す各種巻取
温度に３０分間保持後炉却し、実ラインでの巻取り〜冷
却過程をシミュレートした。更に、得られた熱延鋼板に
ついて、１．６ｍｍ厚に両面研削を行い、１％の調質圧
延を行った後、ＪＩＳ５号引張試験と穴拡げ試験（１０
ｍｍφ打抜穴）を行い、強度と伸びフランジ性を調査し
た。機械的性質と巻取温度の関係を図１及び図２に示す
。

【００１４】これより明らかなように、低Ｎ鋼（鋼Ａ、
●印）は、強度については高Ｎ鋼（鋼Ｂ、▲印）とほぼ
同じレベルであるのに対して、冷却速度５０℃／ｓでか
つ巻取温度３５０〜５５０℃の範囲において、穴拡がり
率（λ値）が著しく優れている。また強度−λバランス
が優れていることがわかる。

【００１５】このように、Ｍｎ１．３０％以下の低Ｎ鋼
で高λ値が得られる理由は、高Ｎ鋼に比べて、ベイナイ
ト変態が速く起り易いためであると考えられる。この理
由については、更に今後の詳細な調査を必要とするが、
鋼の加熱状態及び熱延直後のオーステナイト粒度では説
明されず、熱延段階でのＡｌＮ等の析出物の析出分散状
態が異なるためであると考えられる。また、ベイナイト
変態が起こり易いわりには、強度が殆ど変わらない理由
は、生成するベイナイト相の硬さが、低Ｍｎ系鋼では微
細フェライト相とあまり変わらないためと考えられる。

【００１６】なお、Ｎの効果については、特開昭５２−
１２３９２号、特開昭５５−４４５５１号、特開昭６０
−１２１２２５号などがあるが、これらは、Ｎ３５ｐｐ
ｍ以下でのＮの効果を確認したものではなく、また、Ｎ
に対する考え方も固溶Ｃの効果と同様であり、低Ｎ化が
ベイナイトなどの低温変態組織の生成を助長するという
考えを提示しているものでもない。例えば、前述の特開
昭５５−４４５５１号には、Ｎ量が０．０３０％以下と
規定されているものの、０．００４％以上でしか実証さ
れておらず、したがって、Ｎの及ぼす影響についても、
「Ｎによってオーステナイトが強化し、安定化し、オー
ステナイトへの歪の蓄積が熱間圧延によって増加し、圧
延直後の徐冷区間でポリゴナルフェライトの多量発生に
効果をもつことと、残りの少量の未変態オーステナイト
がパーライトあるいはベーナイトに変態するのを抑制す
ることの２つの効果が重要なもの」と説明されており、
実施例においてもポリゴナルフェライト量が７５％以上
含む組織が得られている。この理由は上述の本発明の場
合の理由とは根本的に異なるものである。

【００１７】次に本発明における化学成分の限定理由に
ついて説明する。

【００１８】Ｃ：Ｃは高加工性の確保のために限定され
る元素であり、０．３０％よりも多いと加工性、溶接性
の劣化を招く。しかし、０．０８％以下、特に０．０６
％未満ではＴＳ＞４０ｋｇｆ／ｍｍ２の高強度熱延鋼板
が低コストで得られにくい。したがって、Ｃ量は０．０
６〜０．３０％の範囲とするが、０．０８％より多くす
るのが好ましい。

【００１９】Ｓｉ：Ｓｉは全伸びを損なわずに強度増加
に有効な元素であるが、表面性状を損なうため、上限値
を０．４０％とする。

【００２０】Ｍｎ：Ｍｎは、Ｎと同様、本発明の重要な
成分である。すなわち、強度を確保することの他に、低
温変態組織（ベイナイト組織）を得るために不可欠であ
るが、中低炭素鋼のもとでは、０．２０％未満では強度
や低温変態組織が得にくくなる。一方、Ｍｎが１．０％
以上、特に１．３０％を超えると同強度グレード鋼のコ
スト的なメリットは小さくなる。したがって、Ｍｎ量は
０．２０〜１．３０％の範囲とする。

【００２１】Ｐ：Ｐは固溶強化元素であり、微量で強化
に寄与するが、余り多いと加工性、靭性を損なうので、
その上限値を０．０８％とする。

【００２２】Ｓ：Ｓは非金属介在物として析出し、鋼板
の加工性を劣化させるため、０．００８％以下に規制す
る必要があり、好ましくは０．００３％以下である。

【００２３】Ａｌ：Ａｌは主に脱酸作用により鋼の健全
性を確保するために添加されるが、多すぎると析出物が
増し、加工性を損なうため、上限値を０．０６％とする
。 なお、脱酸が充分に行なわれば０．００８〜０．０３０
％が望ましい。

【００２４】Ｎ：Ｎは本発明ではＣ、Ｍｎと同様、重要
な成分であり、前述のようにフェライト変態の抑制とベ
イナイト変態促進のために規制される。すなわち、０．
００３５％より多いとフェライト変態が促進され、目的
とする強度が得られにくくなるばかりでなく、目的とす
る材質を得るための冷却条件の制御が厳しくなり、また
、図３に示すようにλ値の低下も顕著となるので、上限
値を０．００３５％とする。しかし、０．０００７％未
満になると、ＡｌＮの減少に伴うγ粒の粗大化が原因と
考えられるλ値の低下及びλ−ＴＳバランスの低下が認
められ始めるので、下限値を０．０００７％とする。な
お、図３は、Ｃ：０．１５％、Ｓｉ：０．０６％、Ｍｎ
：０．７５％、Ｐ：０．０１８％、Ｓ：０．００６％、
Ａｌ：０．０３１％、仕上温度：８９０℃、冷却速度５
０℃／ｓ、巻取温度４５０℃の条件での場合である。

【００２５】なお、上記成分の他に、必要に応じて、更
に、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕの１種又は２種以上を適量
で添加しても、本発明の効果を何ら損なうものではない
。更にまた、Ｃａ及びＲＥＭの１種又は２種を適量で添
加することもできる。

【００２６】Ｎｂ、Ｃｒ、Ｎｉ：Ｎｂ、Ｃｒ、Ｎｉは焼
入性向上元素であり、低温変態組織の生成を促進して、
強化に寄与するが、Ｃｒ、Ｎｉは、それぞれ０．１％未
満ではその効果が小さく、またあまりに多いとマルテン
サイト等の高硬質相を生成し、加工性を損なうばかりか
、コスト増になる。したがって、Ｃｒ量とＮｉ量はそれ
ぞれ０．１〜１．０％の範囲とする。Ｎｂについては、
０．０１％未満ではその効果が小さく、またあまりに多
いと加工性を損なうため、０．０１〜０．２％の範囲と
する。

【００２７】Ｃｕ：Ｃｕは強化や耐食性に寄与する元素
であり、その効果を発揮するためには０．１％以上の添
加が必要であるが、あまり多いと効果が飽和するばかり
でなく、コスト増となるため、Ｃｕ量は０．１〜０．６
％の範囲とする。

【００２８】Ｃａ、ＲＥＭ：Ｃａ、ＲＥＭ（希土類元素
）は硫化物形態制御を通して加工性、特に伸びフランジ
性の改善に寄与する成分である。しかし、それぞれ０．
００１０％未満ではその効果を発揮できず、一方、０．
０１００％を超えてもその効果が飽和に達し、却ってコ
スト増を招き、また清浄性を劣化する。したがって、Ｃ
ａ量とＲＥＭ量はそれぞれ０．００１０〜０．０１００
％の範囲とする。なお、ＲＥＭは希土類元素の１種又は
２種以上を用いることができることは云うまでもない。

【００２９】次に、本発明法の製造条件について説明す
る。

【００３０】上記化学成分を有する鋼スラブは、常法に
よる造塊又は連続鋳造により得た後、ホットコイルにす
るが、以下のとおり、熱間圧延と冷却条件を規定するも
のである。

【００３１】スラブ加熱温度：スラブ加熱温度は特に限
定するものではないが、常法の１１００℃以上であれば
良い。また省エネルギーを図るには１０００℃以上でも
良い。

【００３２】仕上温度：熱間圧延の仕上温度は、冷却速
度、冷却停止温度の影響を小さくするため、ベイナイト
組織が生成し易いＡｒ３点以上とする。好ましくは８５
０〜９５０℃である。

【００３３】冷却速度：仕上圧延後の冷却速度について
は、ベイナイト変態の促進のため、平均冷却速度で１０
〜２００℃／ｓで良い。１０℃／ｓ未満ではフェライト
量が増え、ベイナイト量が少ないために目的とする強度
と伸びフランジ性が得られず、また２００℃／ｓを超え
るとマルテンサイト量が増え、伸びフランジ性を劣化さ
せるので好ましくない。なお、冷却パターンは等速冷却
、及び途中でステップを行うステップ冷却のいずれを用
いても良い。

【００３４】巻取温度：巻取温度は、図２からも明らか
なように、５５０℃以下の範囲とする。すなわち、５５
０℃より高い巻取温度ではフェライト量が増し、加工性
が劣化し、好ましくない。

【００３５】得られたコイルは、必要により、酸洗が施
される。また、必要により、伸び率０．５〜１．２％の
調質圧延を実施することができる。上記以外の圧延方法
として、直接圧延法（ＨＤＲ）、熱片装入圧延法（ＨＣ
Ｒ）を用いても良い。更に、本鋼は、熱延後、酸洗して
通常の溶融亜鉛めっき又は溶融亜鉛合金化めっきを施し
ても特性上何ら差し支えない。

【００３６】かくして、得られる熱延鋼板の組織の形態
は、フェライト以外の低温変態組織がベイナイトである
。その面積率は、強度と伸びフランジ性確保のため、６
５％以上が必要であり、１００％（ベイナイト単相）も
可能である。なお、この場合のベイナイトは、いわゆる
アシキュラーフェライト、ベイナイティックフェライト
、下部ベイナイト、上部ベイナイトを云い、上部ベイナ
イト中に生成する微細な島状マルテンサイトも含包され
る。

【００３７】次に本発明の実施例を示す。なお、本発明
はこの実施例のみに限定されないことは云うまでもなく
、また前述の基礎実験も実施例足り得るものである。

【実施例】

【００３８】

【表２】 に示す化学成分を有する鋼を溶製し、３０ｍｍ厚のスラ
ブとした。次いで、

【表３】 に示す熱延条件で熱延鋼板を製造した。得られた熱延鋼
板について、１．６ｍｍ厚まで機械研削した後、１％の
調質圧延を行い、引張試験（ＪＩＳ５号試験）、穴拡げ
試験（穴拡げ性）、ミクロ組織の同定等を行った。それ
らの結果を表３に併記する。

【００３９】なお、穴拡げ率は、初期穴径１０ｍｍφと
し、 ｛（初期穴径）−（試験後穴径）｝／（初期穴径）×１
００の式により求め、穴拡げ性を評価した。

【００４０】表３より、本発明例のＮｏ．１〜Ｎｏ．７
は、本発明範囲内の製造条件で得られたものであり、し
かもフェライトと６５％以上のベイナイト組織からなり
、強度、穴拡げ性に優れていることが明らかである。

【００４１】一方、比較例Ｎｏ．８〜Ｎｏ．９は、本発
明範囲外の製造条件による例で、Ｎｏ．８は巻取温度が
高く、Ｎｏ．９は冷却速度が遅いため、ベイナイト組織
が６５％以下でパーライトも含まれている。比較例Ｎｏ
．１０は、Ｎ量が多いため、ベイナイト組織が６５％以
下である。 比較例Ｎｏ．１１は巻取温度が高いため、ベイナイト組
織が６５％より少ない。これらの比較例は、いずれもλ
値が低い。

【００４２】また、比較例Ｎｏ．１２はＮ量が少ないた
め、フェライトと９０％のベイナイト組織が得られてい
るものの、λ値が低い。比較例Ｎｏ．１３はＣ量が少な
いため、強度不足である。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
引張強さ４０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、特に５０〜８０ｋｇ
ｆ／ｍｍ２の高強度熱延鋼板において、加工性、特に伸
びフランジ性の良好な鋼板を低コストで製造することが
できる。自動車の補強部材及び足回り部材やパイプ、コ
ラム等の構造用部材にも好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】各種の冷却速度（５℃／ｓ、５０℃／ｓ）にお
ける巻取温度と強度との関係を示す図である。

【図２】各種の冷却速度（５℃／ｓ、５０℃／ｓ）及び
巻取温度（３５０℃、４５０℃、５５０℃、６５０℃）
におけるＴＳ−λバランスを示す図である。

【図３】ＴＳ及びλとＮ量の関係を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０
   ６〜０．３０％、Ｓｉ：０．４０％以下、Ｍｎ：０．２
   ０〜１．３０％、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．００８
   ％以下、Ａｌ：０．０６％以下及びＮ：０．０００７〜
   ０．００３５％を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物
   からなる熱延鋼板であり、その組織がフェライトと面積
   率６５％以上のベイナイトとの混合組織又はベイナイト
   単相であることを特徴とする加工性の優れた高強度熱延
   鋼板。
2. 【請求項２】　　前記鋼が、更にＮｂ：０．０１〜０．
   ２％、Ｃｒ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜１．０
   ％、Ｃｕ：０．１〜０．６％、Ｃａ：０．００１０〜０
   ．０１００％及びＲＥＭ：０．００１０〜０．０１００
   ％のうちの１種又は２種以上を含有している請求項１に
   記載の熱延鋼板。
3. 【請求項３】　　請求項１又は２に記載の化学成分を有
   する鋼の熱間圧延において、常法にて加熱し、仕上温度
   Ａｒ３点以上で熱間圧延を行い、その後、１０〜２００
   ℃／ｓの冷却速度で冷却し、５５０℃以下で巻取り、最
   終組織としてフェライトと面積率６５％以上のベイナイ
   ト組織又はベイナイト単相組織を得ることを特徴とする
   加工性の優れた高強度熱延鋼板の製造方法。