JPH06240356A - 加工性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ６４０Ｎ/mm²以上の引張強度と優れた延性及
び伸びフランジ性を示す熱延鋼板を安定提供できる手段
を確立する。 【構成】 Ｃ：0.03〜0.11％，Si≦1.7 ，Mn:0.8〜2.0
％，Cr:0.2〜0.9 ％，Ｐ：0.005 〜0.06％，sol.Al：0.
01〜0.10％，Ti：0.03〜0.12％，Ｎ：0.0025〜0.0120％
を含有するか、あるいは更にCa：0.0002〜0.01％，Zr：
0.01〜0.10％，希土類元素：0.002 〜0.10％のうちの１
種以上をも含むと共に残部がFe及び不可避不純物より成
る鋼片を、仕上温度880 〜960 ℃で熱間圧延し、続い
て、600 〜700 ℃にまで冷却速度20〜80℃/sで冷却する
第１段冷却と、１〜10秒間空冷する第２段冷却と、350
〜550 ℃にまで冷却速度20〜100 ℃/sで冷却する第３段
冷却とを行ってから巻取り、ベイナイトの割合が体積率
で15〜60％を占めるポリゴナルフェライトとベイナイト
の複合組織を有した高強度熱延鋼板とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車足廻り等に使
用する機械構造用鋼板として好適な、高強度と優れた加
工性とを兼備した熱延鋼板の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、連続熱間圧延によって製
造されるいわゆる“熱延鋼板”は、比較的安価な構造材
料として自動車を始めとする各種の産業機器類に広く使
用されるようになった。ただ、その用途にはプレス加工
で成形される部材が多く、従って上記熱延鋼板には“高
強度”と“良好な加工性”という両端に位置する特性を
両立していることが望まれる。

【０００３】そこで、このような“高強度”と“良好な
加工性”を兼ね備えた熱延鋼板として、例えば特開昭５
５−４４５５１号公報に開示されるＤＰ鋼（Dual Phase
鋼：フェライト＋マルテンサイトの２相組織鋼）が開発
されている。このＤＰ鋼が特徴とするのは、降伏比が低
くて延性が高いことであった。しかしながら、ＤＰ鋼は
加工性の中で重要な位置を占める“伸びフランジ性”が
低いことから自動車足廻り等への適用は困難であった。

【０００４】そのため、上記“伸びフランジ性”を改善
する試みとして、例えば特開昭５７−１４５９６５号公
報には熱延鋼板の組織を“ポリゴナルフェライトとベイ
ナイトの複合組織”とすることが提案されている。そし
て、この提案になる方法によって“ＤＰ鋼なみの延性”
と“高い伸びフランジ性”とを備えた熱延鋼板を実現す
ることができた。

【０００５】しかし、上記提案の方法によって得られる
熱延鋼板はＣ含有量が低いこともあって引張強度が実質
６４０Ｎ/mm²未満に止まるものであり、延性，伸びフラ
ンジ性といった加工性の点では満足できるものの、自動
車足廻り部材等の要求強度を十分に満たすものではなか
った。もっとも、この方法に従った場合でも、Mn量の調
整や添加元素等により６４０Ｎ/mm²以上の引張強度を有
する熱延鋼板の製造も可能ではあるが、本発明者等の試
験結果によると、このように強度を高めた熱延鋼板では
ユ−ザ−の成形性に対する現在の厳しい要求を満足する
のは困難であった。

【０００６】そして、特開昭６１−１９７３３号公報に
示されているように、Ｃの添加によって高強度化を図る
と、伸びフランジ性についてはベイナイトの生成により
性能向上が認められるが、十分な延性を確保することが
叶わなかった。

【０００７】また、特開昭５９−１５００１８号公報に
示されているように、Tiの添加で高強度化を図った場合
でも、良好な伸びフランジ性を保ちつつ、延性に必要な
十分な量のポリゴナルフェライトを得るのは困難であっ
た。

【０００８】このようなことから、本発明が目的とした
のは、自動車足廻り部材等としても十分に満足できる６
４０Ｎ/mm²以上の引張強度を有し、しかも優れた延性及
び伸びフランジ性を示すところの、強度と加工性とが高
いバランスで両立した熱延鋼板を安定提供できる手段を
確立することであった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記目的を
達成すべく、特に良好な延性と伸びフランジ性を示すと
同時に更なる強度向上の期待が持てると判断された“ポ
リゴナルフェライト・ベイナイト複合組織熱延鋼板”に
着目し、その特性に関して詳細な検討を加えたところ、
まず次のような知見が得られた。

【００１０】即ち、上記複合組織熱延鋼板は良好な延性
と伸びフランジ性を示すものの、その伸びフランジ性に
ついては熱間圧延の最終パス出側温度（仕上温度）が重
要な影響を及ぼしており、仕上温度を従来よりも高くす
ることによって伸びフランジ性が一層大幅に改善される
ことが明らかとなったのである。

【００１１】これは、熱間圧延の仕上温度を高くすると
熱延鋼板において“バンド化したベイナイト（細長いベ
イナイト）”の生成がなくなり、そのため伸びフランジ
性を害する孔拡げ時のクラック進展が抑えられるからで
ある考えられる。

【００１２】つまり、本発明者等は、伸びフランジ性を
推し量るための“孔拡げ試験”におけるクラックの伝播
状況を調査し、「孔拡げ試験時に発生するクラックはポ
リゴナルフェライトとベイナイトの界面に沿って伝播す
るので“ベイナイトのバンド化”は孔拡げ性を著しく低
下させる」という新事実を知った。しかるに、ポリゴナ
ルフェライト・ベイナイト複合組織熱延鋼板を製造する
際、従来の熱延仕上温度（８８０℃未満）ではオ−ステ
ナイトの未再結晶域での圧下量が多過ぎて未再結晶オ−
ステナイト粒のバンド化が顕著となり、その影響によっ
て熱延鋼板のベイナイトもバンド化してしまうのでクラ
ックの伝播が起きやすく、それ以上の孔拡げ性（伸びフ
ランジ性）の向上が望めなかったが、仕上温度を高くす
ることによりこの弊害が除去される訳である。

【００１３】そこで、今度は、このポリゴナルフェライ
ト・ベイナイト複合組織熱延鋼板につき、伸びフランジ
性が良好な高い仕上温度であっても６４０Ｎ/mm²以上の
引張強度と十分な延性を確保できる手立てについて研究
を重ねた。その結果、従来のＣ，Si，Mnを主体とした素
材鋼に強化元素としてTi及びCrの適量を複合添加し、更
にＮを従来よりも多量に添加することで、十分な強度と
延性が確保できることを見出した。

【００１４】即ち、高温仕上げを行うと延性に寄与する
ポリゴナルフェライトが生成しにくくなるが、適量のC
r，Ti及びＮを複合添加することで高温仕上げであって
も十分なポリゴナルフェライトが生成して強度と延性の
両立を実現できることが明らかとなったのである。

【００１５】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであり、「Ｃ：0.03〜0.11％（以降、 成分割
合を表す％は重量％とする),Si：1.7 ％以下， Mn：0.
8 〜2.0 ％， Cr：0.2 〜0.9 ％，Ｐ：0.005 〜0.06
％， sol.Al：0.01〜0.10％， Ti：0.03〜0.12％，
Ｎ：0.0025〜0.0120％を含有するか、 あるいは更にCa：
0.0002〜0.01％， Zr：0.01〜0.10％， 希土類元素：
0.002 〜0.10％のうちの１種以上をも含むと共に残部が
Fe及び不可避不純物より成る鋼片を、 仕上温度８８０〜
９６０℃で熱間圧延し、 熱間圧延終了後は、 ６００〜７
００℃にまで冷却速度２０〜８０℃/sで冷却する第１段
冷却と、 続いて１〜１０秒間空冷する第２段冷却と、 そ
の後更に３５０〜５５０℃にまで冷却速度２０〜１００
℃/sで冷却する第３段冷却とを行ってから巻取ることに
よって、 ベイナイトの割合が体積率で１５〜６０％を占
めるポリゴナルフェライトとベイナイトの複合組織を有
し、 かつ引張強度が６４０Ｎ/mm²以上である加工性に優
れた高強度熱延鋼板を安定して製造できるようにした
点」に大きな特徴を有している。

【００１６】次いで、本発明において「素材鋼の成分組
成」及び「鋼板の製造条件」を前記の如くに限定した理
由を説明する。

【００１７】

【作用】

A) 成分割合 〈Ｃ〉Ｃは、高張力鋼板として必要な強度の確保やベイ
ナイトの生成に必要な成分である。特に、鋼板に良好な
伸びフランジ性を得るためには体積率で１５％以上のベ
イナイトを生成させる必要があり、Ｃ成分を欠くことが
できない。そして、これら所望の効果を得るには0.03％
以上のＣ含有量を確保する必要がある。一方、良好な伸
びを確保するためにはベイナイト量を６０％以下にする
必要があり、そのためにはＣ含有量を0.11％以下に抑え
なければならない。従って、Ｃ含有量は0.03〜0.11％と
定めたが、好ましくは0.05〜0.09％に調整するのが良
い。

【００１８】〈Si〉Siは固溶強化元素であり、鋼板の強
度を高めるのに有効な成分であるが、その含有量が 1.7
％を超えると溶接性や表面性状を損なうようになること
から、Si含有量については上限を 1.7％と定めた。好ま
しくは 0.5〜 1.2％に調整するのが良い。

【００１９】〈Mn〉Mnは鋼板の強度を確保する作用を有
しているほか、パ−ライト変態を抑制してベイナイトを
得るために不可欠な成分であるが、その含有量が 0.8％
未満では前記作用による所望の効果が得られず、一方、
2.0 ％を超えて含有させると溶接性が劣化し、またフェ
ライトが十分に生成しないで加工性劣化を招くようにな
る。従って、Mn含有量は0.8 〜2.0 ％と定めたが、好ま
しくは 1.1〜 1.8％に調整するのが良い。なお、不可避
不純物であるＳは、Mnと結合して非金属介在物を形成す
るので出来るだけ低減すべきであり、少なくとも 0.015
％以下に抑えるのが好ましい。

【００２０】〈Cr〉Crは、Mnと同様、変態強化により鋼
板を高強度化する作用を有しているが、Mnとは異なって
オ−ステナイト粒界からのポリゴナルフェライトの生成
を抑制する作用は小さい。従って、鋼板に６４０Ｎ/mm²
以上の高強度と良好な伸びを兼備させるのに不可欠な成
分である。しかし、その含有量が 0.2％未満では鋼板に
所望の強度を確保することができず、一方、0.9 ％を超
えて含有させるとポリゴナルフェライトの生成を抑制す
るようになることから、Cr含有量は 0.2〜 0.9％と定め
た。

【００２１】〈Ｐ〉Ｐは固溶強化により鋼板の強度を向
上する作用を有しているが、その含有量が0.005 ％未満
では前記作用による所望の効果が得られず、一方、0.06
％を超えて含有されると加工性及び靱性の劣化が顕著に
なることから、Ｐ含有量は 0.005〜0.06％と定めた。

【００２２】〈sol.Al〉sol.Alは鋼の脱酸保証のために
0.01％以上確保する必要があるが、0.10％を超えて含有
させると非金属介在物が多くなって清浄性に悪影響を及
ぼす。従って、sol.Al含有量は0.01〜0.10％と定めた。

【００２３】〈Ti，及びＮ〉Tiは鋼板の強度向上のため
に添加される。また、Ｎを複合添加すると、多量のTiＮ
を形成し、オ−ステナイトが細粒化してポリゴナルフェ
ライトの生成が促進されると共に、TiＮを核としてポリ
ゴナルフェライトが生成しやすくなり、高強度と高延性
が両立するようになる。これらの効果を得るためには、
Tiを0.03％以上、そしてＮを0.0025％以上含有させる必
要がある。一方、Ti含有量が0.12％を超えると、フェラ
イト中に析出するTiＣが多くなって延性が低下する。ま
た、Ｎ含有量が0.0120％を超えると、形成されるTiＮ量
が多くなり過ぎて延性と伸びフランジ性が低下する。従
って、Ti含有量は0.03〜0.12％、Ｎ含有量は0.0025〜0.
0120％と定めた。なお、Ｎ含有量については、好ましく
は0.0060〜0.0100％、より望ましくは0.0080〜0.0100％
に調整するのが良い。

【００２４】〈Ca，Zr，及び希土類元素〉これらの成分
は、何れも介在物の形状を調整して冷間加工性を改善す
る作用を有しているので必要に応じて添加することがで
きる。しかし、その含有量がそれぞれCa：0.0002％未
満，Zr：0.01％未満，希土類元素:0.002％未満であると
前記作用による所望の効果が得られず、一方、それぞれ
Ca：0.01％，Zr：0.10％，希土類元素：0.10％を超えて
含有させると逆に介在物が多くなり過ぎて冷間加工性が
劣化するようになることから、それぞれの含有量をCa：
0.0002〜0.01％，Zr：0.01〜0.10％，希土類元素：0.00
2 〜0.10％と定めた。

【００２５】B) 製造条件 〈熱間圧延〉熱間圧延に際しては、鋳造後の鋼片をその
まま直接的に圧延しても良いし、一旦冷却した鋼片を１
１００℃以上に再加熱してから圧延しても差支えない。
しかし、不純物を完全に固溶させ、偏析するのを防止す
るために圧延に供する鋼片の温度が低くならないように
留意する必要がある。

【００２６】熱間圧延の仕上温度（最終パス出側温度）
は、前述したように、ベイナイトのバンド状組織が生成
するのを抑制するため８８０℃以上とし、またベイナイ
ト量増加による加工性劣化の防止のために９６０℃を上
回らないようにする。

【００２７】即ち、８８０℃を下回る温度域で熱間圧延
を仕上げると、展伸した未再結晶オ−ステナイト粒が多
くなり過ぎてベイナイトのバンド化が顕著となり、加工
時に発生したクラックの進展が容易となって孔拡げ性が
劣化する。しかし、仕上温度を８８０℃以上とすること
で良好な孔拡げ性を確保できるようになるが、好ましく
はほぼ完全にオ−ステナイトを再結晶させるために仕上
温度を９００℃以上とするのが良い。一方、仕上温度が
９６０℃を超えるとベイナイト生成量が多くなって延性
の低下を招く。

【００２８】なお、図１は、熱間圧延の仕上温度が熱延
鋼板の引張強度と加工性（伸び，孔拡げ率）に及ぼす影
響を示したグラフであるが、本発明で規定する成分組成
の鋼では、熱延仕上温度を８８０℃以上とすることによ
って孔拡げ率や引張強度が良好となり、仕上温度が９６
０℃までの範囲で良好な伸びが維持されることを確認で
きる。

【００２９】ここで、図１中に示した「本発明対象鋼
（Ａ）」及び「比較鋼（Ｏ）」はそれぞれ後述する“表
１”中に記載した「Ａ鋼」及び「Ｏ鋼」であり、鋼板特
性の調査は次のように実施した。即ち、５０kg真空溶解
炉で上記鋼を溶製した後、得られた鋼片を１２５０℃に
加熱してから仕上温度を変えて熱間圧延を行い、熱間圧
延後４０℃/sで６５０℃まで冷却後５秒間空冷してから
５０℃/sで４５０℃まで冷却後巻取って 2.6mm厚の熱延
鋼板を製造し、この熱延鋼板からＪＩＳ５号試験片を採
取して引張試験を行った。また、孔拡げ試験について
は、熱延鋼板にクリアランス１０％で１０φの打抜き孔
を開け、頂角６０°の円錐ポンチで孔拡げを行って板厚
貫通割れ発生時の孔拡げ率を測定し、伸びフランジ性を
評価した。

【００３０】〈熱延後の冷却〉熱延後、冷却速度２０〜
８０℃/sで６００〜７００℃までの第１段の急冷を施す
のは、パ−ライトの生成を抑制するためである。この条
件が満たされないと、パ−ライトの生成を十分に抑制す
ることができない。

【００３１】更に、第１段冷却後の第２段冷却が重要
で、バンド組織生成を抑制するために仕上温度を高めた
結果としてオ−ステナイト粒が大きくなりフェライトが
生成し難くなるため、この第２段冷却（空冷）によって
フェライトの生成を促す。この場合、空冷時間が１秒未
満ではフェライトの生成が十分でなく、一方、空冷時間
が１０秒を超えると過度のフェライト生成が生じて所望
の最終組織が得られなくなるためである。

【００３２】第２段冷却（空冷）の後、冷却速度２０〜
１００℃/sの第３段急冷を５５０℃以下まで行うのは、
過度のフェライト生成を抑制し、またパ−ライト変態を
抑制してベイナイトを得るためである。ただ、この急冷
を３５０℃を下回る温度域まで行うとマルテンサイトが
生成し、重要な加工性の一つである孔拡げ性が著しく劣
化するので注意を要する。なお、より好ましい第３段冷
却停止温度域は４００〜５００℃である。そして、冷却
終了後は速やかに巻取りを実施し、特性の安定化を図
る。

【００３３】

【実施例】まず、表１に示す化学組成の鋼を５０kg真空
溶解炉で溶製後、熱間鍛造により６０mm厚のスラブを製
造した。

【００３４】

【表１】

【００３５】次に、表２及び表３に示した条件の熱間圧
延とそれに続く冷却処理を実施した後、速やかに巻取っ
て2.6 mm厚の熱延鋼板を得た。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】そして、得られた各熱延鋼板からＪＩＳ５
号引張試験片を採取して機械的性質を調べた。また、こ
れら熱延鋼板に１０％クリアランスで１０φの孔を打ち
抜いた後、６０°円錐ポンチで板厚貫通割れが発生する
まで拡げ、その際の孔の拡がり率で伸びフランジ性を評
価した。これらの結果を表２及び表３に併せて示す。

【００３９】表２及び表３に示す結果からも明らかなよ
うに、本発明法に従って製造された鋼板（試験番号１〜
９，試験番号18〜26）は、体積率で１５〜６０％のベイ
ナイトを有したポリゴナルフェライトとベイナイトの複
合組織となっていて、「引張強度×伸び」で１８０００
以上の高強度・高延性と、「引張強度×孔拡げ率」で６
００００以上の高強度・高伸びフランジ性を示した。

【００４０】一方、熱延仕上温度の低い試験番号10は、
ベイナイトがバンド化したため得られた熱延鋼板の孔拡
げ性が低くなっている。また、熱延仕上温度が本発明で
規定する範囲を超えた試験番号11と、第２段冷却の空冷
開始温度の高い試験番号13と、空冷開始温度の低い試験
番号14と、空冷時間の短い試験番号15では、何れもベイ
ナイトの生成量が多くてポリゴナルフェライトの生成量
が少なかったため、得られた熱延鋼板は、孔拡げ性は良
好であるが伸びが低くなっている。

【００４１】第１段冷却速度の遅い試験番号12と、第３
段冷却停止温度が高い試験番号17では、パ−ライトが生
成するために得られた熱延鋼板の伸びと孔拡げ性が低下
している。そして、第３段冷却停止温度が低い試験番号
16は、マルテンサイトが生成したために得られた熱延鋼
板は伸びが良好であるが孔拡げ性が低くなっている。

【００４２】一方、本発明の規定範囲よりも高いＣ含有
量の鋼を使用した試験番号27では、得られた熱延鋼板の
孔拡げ性が低く、またベイナイトの生成量が多いため伸
びが低くなっている。

【００４３】また、Crの代わりにMn量を増加した鋼を素
材とする試験番号28では、得られた熱延鋼板はポリゴナ
ルフェライト生成量が少なくて伸びが低くなっている。
更に、Ti量あるいはＮ量が少ない鋼を用いた試験番号29
及び30や、Ti，Cr及びＮの量が共に少ない鋼を使用した
試験番号31も、同様に得られた熱延鋼板のポリゴナルフ
ェライト生成量が少ないため、伸びが低くなっている。

【００４４】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、高強度と優れた加工性（延性，伸びフランジ性）を
兼備していてホイ−ルやア−ム類といった自動車足廻り
等の部品に好適な熱延鋼板を安定供給することが可能と
なるなど、産業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱間圧延の仕上温度が熱延鋼板の引張強度と加
工性（伸び，孔拡げ率）に及ぼす影響を示したグラフで
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量割合にてＣ：0.03〜0.11％， Si：
   1.7 ％以下， Mn：0.8 〜2.0 ％，Cr：0.2 〜0.9 ％，
   Ｐ：0.005 〜0.06％， sol.Al：0.01〜0.10％，Ti：
   0.03〜0.12％， Ｎ：0.0025〜0.0120％を含み残部がFe
   及び不可避不純物より成る鋼片を、仕上温度８８０〜９
   ６０℃で熱間圧延し、熱間圧延終了後は、６００〜７０
   ０℃にまで冷却速度２０〜８０℃/sで冷却する第１段冷
   却と、続いて１〜１０秒間空冷する第２段冷却と、その
   後更に３５０〜５５０℃にまで冷却速度２０〜１００℃
   /sで冷却する第３段冷却とを行ってから巻取ることを特
   徴とする、ベイナイトの割合が体積率で１５〜６０％を
   占めるポリゴナルフェライトとベイナイトの複合組織を
   有し、かつ引張強度が６４０Ｎ/mm²以上である加工性に
   優れた高強度熱延鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 重量割合にてＣ：0.03〜0.11％， Si：
   1.7 ％以下， Mn：0.8 〜2.0 ％，Cr：0.2 〜0.9 ％，
   Ｐ：0.005 〜0.06％， sol.Al：0.01〜0.10％，Ti：
   0.03〜0.12％， Ｎ：0.0025〜0.0120％を含有すると共
   に、更にCa：0.0002〜0.01％， Zr：0.01〜0.10％，
   希土類元素：0.002 〜0.10％のうちの１種以上をも含ん
   でいて残部がFe及び不可避不純物より成る鋼片を、仕上
   温度８８０〜９６０℃で熱間圧延し、熱間圧延終了後
   は、６００〜７００℃にまで冷却速度２０〜８０℃/sで
   冷却する第１段冷却と、続いて１〜１０秒間空冷する第
   ２段冷却と、その後更に３５０〜５５０℃にまで冷却速
   度２０〜１００℃/sで冷却する第３段冷却とを行ってか
   ら巻取ることを特徴とする、ベイナイトの割合が体積率
   で１５〜６０％を占めるポリゴナルフェライトとベイナ
   イトの複合組織を有し、かつ引張強度が６４０Ｎ/mm²以
   上である加工性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法。