JPH11100615A

JPH11100615A - 超微細粒を有する熱延鋼板及び冷延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH11100615A
Application number: JP26172297A
Authority: JP
Inventors: Hideko Yasuhara; 英子安原; Masahiko Morita; 正彦森田; Osamu Furukimi; 古君　　修; Susumu Okada; 岡田　　進
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-13
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: JP3603563B2

Abstract

(57)【要約】【課題】超微細粒を容易かつ安定して得るとともに、
延性、特にｒ値などの加工性に優れ、かつかかる機械的
性質の異方性が少ない加工用熱延鋼板や冷延鋼板を製造
する。【解決手段】Ｃ：0.01wt％以下の熱延鋼板用素材を溶
製し、直ちに又は一旦冷却して1200℃以下に加熱して熱
間圧延を施す際、動的再結晶域での圧下を４スタンド以
上の圧下パスにて行い、直ちに20℃/s以上で冷却し、Ar
₃変態点以下での圧延を少なくとも１パス行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、熱延ままで超微
細フェライト粒を有し、延性、ｒ値などの加工性に優
れ、また、これらの異方性が小さい熱延鋼板に関するも
のであり、自動車用、家電用、機械構造用、建築用等の
使途に適用して有利な鋼板を提案しようとするものあ
る。また、上記熱延鋼板を素材として、加工性に優れた
冷延鋼板を得ようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用材、構造材等に用いられる鋼材
には、強度、加工性、じん性といった機械的性質に優れ
ることが求められる。これらの機械的性質を総合的に高
める手段としては組織を微細化することが有効であるこ
とから、微細な組織をめざす製造方法が数多く模索され
てきた。また、高張力鋼板においては、近年、低コスト
と高機能特性を両立できる高張力鋼板のニーズが強く、
かつ、このニーズに適合する鋼板の開発に目標が移行し
つつあり、高張力化に伴う延性、じん性、耐久比などの
劣化を抑える目的で高張力鋼における組織の微細化も重
要な課題となっている。更には、同じく自動車用材等に
用いられる冷延鋼板において、素材とする熱延鋼板の細
粒化は、加工性、特にｒ値（ランクフォード値）の向上
に有効であるとされており、冷延母材としての熱延鋼板
の組織の細粒化も重要な課題となっている。

【０００３】組織を微細化するには、一般に、大圧下圧
延法、制御圧延法、制御冷却法などが知られている。こ
のうち、大圧下圧延による組織微細化法としては、例え
ば特開昭５８−１２３８２３号公報等に代表される提案
がある。これらの方法における微細化機構の要点は、オ
ーステナイト粒に大圧下を加えることによるγ→α歪誘
起変態を促進させることにあり、かかる方法により、あ
る程度の微細化は達成される。しかし、一パス当たりの
圧下量を40％以上にするなど、一般的なホットストリッ
プミルでは実現し難いという問題がある他、かかる実現
し難い条件になることによって、得られる最終組織の微
細化には限界があった。特にＣ：0.01wt％以下の極低炭
素鋼の場合は、粒成長が極めて速いために、結晶粒の微
細化は容易ではなかった。また、大圧下圧延によって結
晶粒は偏平となるため、機械的特性に異方性が生じた
り、セパレーションにより破壊吸収エネルギーが低下す
るという問題もあった。更に、加工性についても未だ十
分だとはいえなかった。

【０００４】一方、制御圧延法や制御冷却法に属する結
晶微細化法を適用した鋼板としては、NbもしくはTiを含
む析出強化型鋼板がある。これらの鋼板は、Nb、Tiの析
出強化作用を利用して高張力化を図るとともに、Nb、Ti
がそなえるオーステナイト粒の再結晶抑制作用を利用し
て低温仕上圧延を施したときの未再結晶変形オーステナ
イト粒からのγ→α歪誘起変態によってフェライト結晶
粒を微細化するものである。しかし、かかる微細化法を
Ｃ：0.01wt％以下の極低炭素鋼に適用しようとしても、
極低炭素鋼の場合は、生成する析出物量が少ないために
上記のような析出物を利用した結晶粒の微細化は大して
得られない。

【０００５】以上述べたように、Ｃ：0.01wt％以下の極
低炭素鋼の場合は、大圧下圧延法、制御圧延法、制御冷
却法による微細化が困難である。したがって、かかる極
低炭素鋼板の微細化のためには圧延直後に急冷すること
が最も有効であり、実際に適用が試みられている。しか
しながら、極低炭素鋼板は、粒成長が極めて速いため
に、この方法によっても、容易かつ安定して10μm 未満
の微細な結晶粒を得ることはできなかった。また、加工
性について更なる改善が求められている今日では、特に
ｒ値については、未だ十分だとはいえなかった。

【０００６】一方、極低炭素鋼のｒ値を改善する技術と
して、熱間圧延をAr₃変態点以下で終了し、母板焼鈍す
る方法が知られており、加工用熱延鋼板や、当該熱延鋼
板を冷延母板とした加工用冷延鋼板に適用が考えられて
いる。ところが、一般に熱延鋼板もしくは冷延鋼板にお
いてAr₃変態点以下で終了すると、加工用鋼板としては
好ましくない「リジング」と呼ばれる現象を生じやす
い。リジングは、薄鋼板に加工を加えた際に表面に細か
い筋状のしわを生ずる現象で、表面の美麗性を損ない、
著しい場合には加工破断や疲労破断の起点となる。リジ
ングの発生原因については未だ統一された見解はない
が、鋳造スラブもしくは粗圧延後のシートバーにおける
粗大なオーステナイト粒が関与しているという点ではほ
ぼ一致している。そのため、この粗大なオーステナイト
粒の影響を低減すべく、熱間粗圧延におけるパス間時間
を長くしたり熱延板焼鈍もしくはパス間焼鈍を施す
（「鉄と鋼 Vol.77, No.8 (1991) p.84 」、「鉄と鋼 V
ol.78, No.4(1992) p.124」、あるいは、熱間仕上げ圧
延の後段で高歪み速度で強圧下を加える（特開晶６３−
１２１６２３号公報）などの方法が開示されている。し
かし、これらにおいても、粗大なオーステナイト粒の問
題を根本的に解決するものではないため、安定してリジ
ングを解消するものではない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように極低炭
素鋼に関する従来技術においては、微細な最終フェライ
ト粒を容易かつ安定して得ることは困難であった。ま
た、加工性、特にｒ値については、更なる向上が求めら
れているところ、この要望に対し十分な特性が得られて
いるとはいえなかった。また、Ar₃変態点以下の熱間圧
延を施して加工性を向上する際にリジングの発生を十分
に抑制することも困難であった。

【０００８】この発明は、上記の問題を解決するため
に、10μm 未満の超微細粒を容易かつ安定して得るとと
もに、延性、特にｒ値などの加工性に優れ、かつかかる
機械的性質の異方性が少ない加工用熱延鋼板や冷延鋼板
を得ることのできる製造方法を提案することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、Ｃ：0.01wt
％以下の熱延鋼板用素材を溶製し、直ちに又は一旦冷却
して1200℃以下に加熱して熱間圧延を施す際、動的再結
晶域での圧下を４スタンド以上の圧下パスにて行い、直
ちに20℃/s以上で冷却し、Ar₃変態点以下での圧延を少
なくとも１パス行うことを特徴とする超微細粒を有する
熱延鋼板の製造方法である。この発明では、温間圧延を
施した後、650 〜550 ℃で巻き取ることが有利であり、
また、この発明の熱延鋼板に、圧下率50〜95％の冷間圧
延、次いで600 〜Ac ₃変態点以下での焼鈍を施して、冷
延鋼板を製造することもできる。この発明におけるフェ
ライト粒の平均粒径は、常法に従い、圧延方向断面にお
ける平均粒径とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】さて、発明者らは、上記問題を解
決すべく研究開発を重ねた結果、熱間圧延時において、
動的再結晶域において繰り返し圧下を行うことにより、
フェライトを超微細粒にすることができることを見出し
た。そして、かかる動的再結晶域での圧下は大圧下とす
る必要がなく、そのため、フェライト粒のアスペクト比
（フェライト粒の長径と短径との比。実用上は、フェラ
イト粒は圧延方向に伸びるので、圧延方向断面上の長径
と短径の比で代用される。）が1.5 未満という良好な組
織が得られるために、機械的特性の異方性も解消される
ことを併せて見出した。

【００１１】この発明により得られる極低炭素熱延鋼板
は、平均フェライト粒径がおよそ10μm 未満と結晶粒が
微細であるため、強度、じん性、延性などの機械的特性
が特に優れているばかりでなく、フェライト粒のアスペ
クト比が1.5 未満になるから、諸特性の異方性も少な
い。なお、この発明の組織は、フェライト単相又は第２
相として極少量の（体積分率で２％以下）パーライトな
いしはセメンタイトを含有する組織になる。

【００１２】また、発明者らは、熱間圧延の際に、上記
の動的再結晶域での圧下を行った後、直ちに20℃/s以上
で冷却し、Ar₃変態点以下での圧延を少なくとも１パス
行うことにより、特にｒ値で代表される加工性が向上す
ることを見出し、この発明を完成するに至ったのであ
る。また、このような熱間圧延工程により、Ar₃変態点
以下の圧延前に粗大なオーステナイト粒を細粒化してフ
ェライト変態させるため、リジングの問題も根本的に解
決されることを見い出したのである。

【００１３】以上のような特質を具備するこの発明に従
う熱延鋼板は、軟鋼板から、自動車構造用鋼板、加工用
自動車高張力用鋼板、家電用鋼板、構造用鋼板等として
て幅広い分野、用途の鋼板に適用することが可能である
（以下、この明細書で加工用鋼板とは、これらの用途を
全て包含する意味で用いる。）。

【００１４】上述した極低炭素鋼板の成分組成範囲は、
特に限定するものではないが、好適な含有量は次のとお
りである。（Ｃ：0.01wt％以下）Ｃ量が0.01wt％を超えると深絞り
性が劣化するために上限を0.01wt％とする。（Si：2.0 wt％以下）Siは、固溶強化成分として強度−
伸びバランスを改善しつつ強度上昇に有効に寄与するた
め、強度を必要とする場合は適宜含有させることができ
るが、過剰な添加は、延性や表面性状を劣化させるため
に上限を2.0 wt％とする。（Mn：3.0 wt％以下）Mnは鋼を強化する作用があり、強
度を必要とする場合は適宜含有させることができ、ま
た、有害な固溶ＳをMnS として無害化する作用を有する
が、あまりに多量の添加は鋼が硬化して延性を劣化させ
るので上限を3.0 wt％とする。

【００１５】（Ｐ：0.3 wt％以下）Ｐは、Mnと同様に鋼
を強化する作用があるため、強度を必要とする場合は適
宜含有させることができるが、Ｐは粒界に偏析し易いた
め、過剰な添加は深絞り性や脆性を劣化させる原因とな
るため、上限は0.3 wt％とする。

【００１６】以上の成分の他、必要に応じてTi、Nb、Cu
等の以下の成分を含有させることができる。Ti、Nb、
Ｖ、Moは、炭窒化物を形成して固溶Ｃ、固溶Ｎを固定し
て鋼を清浄化する作用があり、加工性の向上に有用な成
分であり、かかるの作用を発揮させるためには、0.01wt
％以上を含有されるのが好ましく、あまりに多量の添加
では、作用が飽和する他にコストアップの要因になるの
で、上限は0.3 wt％、より好ましくは0.1 wt％以下とす
る。なお、Tiは、TiO₂を形成して溶接部の結晶粒粗大化
を防止する効果もある。

【００１７】Cr、Cu、NiもMn同様に強化成分として必要
に応じて含有させることができるが、あまりに多量の添
加ではかえって強度−延性バランスを劣化させるので上
限は1.0 wt％程度とする。なお、その作用効果を十分に
発揮させるためには、0.01wt％程度は含有させるのが好
ましい。

【００１８】Ca、REM 、Ｂは、硫化物の形状制御や粒界
強度の上昇を通じて加工性を改善する効果があるため、
必要に応じて含有させることができるが、過剰な添加で
は清浄性や再結晶性に悪影響を及ぼすおそれがあるの
で、50ppm 程度以下が好ましい。なお、Ｂには、加工後
の二次加工ぜい性を軽減したり、冷延鋼板を連続焼鈍で
得る際に、時効性を低減させる効果もある。

【００１９】以上の成分組成範囲に調整した溶鋼を、連
続鋳造又は造塊−分塊圧延により圧延素材とし、この圧
延素材に熱間圧延を施すのであるが、圧延に供する際に
は、一旦冷却して1200℃以下に再加熱しても良いし、ま
た、直送圧延やホットチャージローリング（ＨＣＲ）で
も構わない。また、薄スラブ連続鋳造法のように、連続
鋳造により鋳造されたスラブを直接熱間圧延しても構わ
ない。再加熱する場合は1200℃以下の低温加熱の方が、
結晶粒が粗大化しないので有利である。直送圧延の場合
も、1200℃以下まで冷却後に圧延開始するのが圧延中の
粒成長の抑制の上で望ましい。いずれの場合も下限は仕
上圧延温度が確保できれば良く、現状では900 ℃程度で
ある。

【００２０】熱間圧延は、この発明の最も重要な点であ
る。すなわち、熱間圧延を動的再結晶域での圧下を４ス
タンド以上の圧下パスにて行うことが、この発明で所期
した超微細なフェライト粒を有する組織を得るために肝
要である。動的再結晶域での圧下を加えるには、例え
ば、仕上圧延の前段で、圧延素材の温度低下を極力防止
しながら連続する４スタンド以上で圧下を加えることが
有効である。そのためには、その最初のスタンド入側と
最後のスタンド出側の鋼板温度の温度差が60℃以下、よ
り好ましくは30℃以下にすると良い。なお、連続する４
スタンドとは、実際に圧延を行うスタンドを表し、例え
ば開放状態で圧下しないスタンドを挟んでも無論問題は
ない。動的再結晶域での圧下を行う最後のスタンド出側
の鋼板温度は、Ar₃変態点以上、具体的には、950 〜85
0 ℃が好ましい。

【００２１】以上のような仕上圧延は、通常の仕上圧延
設備においても熱延時の鋼板及び設備の冷却を極度に低
減することで実施することができるが、仕上圧延スタン
ド間に加熱手段を設置して、被圧延材又はロールを加熱
することは、仕上圧延中の鋼板の温度低下をより簡単に
防止することができる。

【００２２】図１に、かかる加熱手段の一例を示す。同
図(a) 示した例は高周波加熱装置であり、鋼板に交番磁
場を印加することにより、誘導電流を生起させて鋼板を
加熱するものである。この発明の加熱手段は、同図(a)
の高周波加熱装置に限らず、同図(b) のようなヒーター
加熱でもよく、更に、直接通電加熱ヒーターであっても
良い。

【００２３】なお、動的再結晶域における各スタンドの
圧下率は、大圧下は不要で、最高でも30％もあれば良
く、できれば20％以下のスタンドを多くとるのが（３ス
タンド以上）、異方性を小さくする上で好ましい。。な
お、圧下率の下限は、動的再結晶が生ずる範囲であれ
ば、特に限定するものではないが４％以上が好ましい。
動的再結晶域で圧延する合計圧下率は50〜75％程度が好
ましい。

【００２４】動的再結晶域での圧下を４スタンド以上で
行った後、直ちに20℃/s以上の冷却速度でAr₃変態点以
下の温度域まで冷却してから、１パス以上の圧延を行
う。この冷却は、次工程の圧下をAr₃変態点以下で行う
ために行われる。冷却速度が20℃未満では、連続する圧
延スタンドで動的再結晶域での圧下及びAr₃変態点以下
での圧下の両者を行うことが難しくなる。より好ましい
冷却速度は50℃/s以上である。かかる20℃/s以上の冷却
は、スプレー式、ミスト式などの水冷設備をスタンド間
に設けることによって容易に達成することができるし、
また、スタンドの冷却用に設けられた設備以外に特別な
冷却設備を設けなくても、連続する数スタンドで圧下を
行わずに通板させ、その間における空冷によっても達成
することができる。

【００２５】上記した冷却の後、Ar₃変態点以下での圧
延を少なくとも１パス行う。このAr ₃変態点以下での圧
延は、いわば温間圧延に相当するから、２回冷延−２回
焼鈍と同じ効果を奏する。すなわち、Ar₃変態点以下で
の圧延の鋼の集合組織は、（１１１）強度が大きくなっ
て、製品のｒ値が良好になる。したがって、この発明で
は、熱間圧延の前段で結晶粒を微細化する圧延を、後段
では集合組織を良好にする圧延を行うことで、両方の作
用の組み合わせにより加工用鋼板として特に優れた特性
が得られるのである。なお、熱間圧延時においては、潤
滑を施しつつ圧下を行っても良く、これにより、加工性
の向上や異方性の改善を図ることができる。

【００２６】Ar₃変態点以下での圧延は、成分にもよる
が、およそ800 ℃以下である。圧延温度の下限は、特に
限定するものではなく、巻取温度の関係で定めればよ
い。およそ500 ℃以上である。圧下率は、この発明の目
的を達成するために20％以上、より好ましくは30％以上
とする。圧下パス回数は、少なくとも１回を行う。上限
は特に定めないが、熱間圧延設備のスタンド数との兼ね
合いにもよる。

【００２７】上記のような熱間圧延を経た鋼板は、巻き
取ってコイルとする。巻取温度は、650 〜550 ℃の範囲
が好ましい。これは、高温巻取によって自己焼鈍させる
ことにより、更なる加工性の向上を図ることができるた
めである。なお、従来の温間圧延鋼板においては、900
℃程度の高温に保持しないと十分焼鈍（再結晶）が進行
しないが、本発明鋼においては、再結晶サイトとなる結
晶粒界が豊富にあるため、550 ℃以上で十分である。な
お、650 ℃を超えると結晶粒径のコイル内ばらつきが増
大し好ましくない。なお、熱間圧延後、直ちに冷却を行
う直近急冷を行うことは、結晶粒の粗大化が防止できる
ので、超微細粒を得るこの発明の鋼板を得るために、よ
り好ましい。

【００２８】この発明のフェライト粒径を満足する鋼板
は、熱延鋼板として種々の用途に用いられる他、冷延鋼
板用の素材としても適用することができる。結晶粒が微
細かつ均質であり、更にｒ値に優れているため、特に加
工用冷延鋼板用等として好適であり、優れたｒ値の鋼板
が得られる。

【００２９】かかる加工用冷延鋼板を製造するには、圧
下率50〜95％での冷延、600 〜Ac₃変態点での焼鈍を行
う。圧下率が50％未満では、良好な加工性が得られず、
95％を超える圧下を加えても特性が飽和する。焼鈍温度
が600 ℃に満たない場合及びAc₃点変態点を超える場合
のいずれも、良好な加工性が得られない。焼鈍後に急冷
してから過時効処理を行ってもよい。また、連続焼鈍の
みならず、コイルに巻き取って、箱焼鈍にする方法でも
良い。

【００３０】

【実施例】表１に示す各組成の鋼素材を表２に示す条件
で熱間圧延を施した。なお、動的再結晶域での圧下を行
う最後のスタンドの出側温度は860 〜880 ℃とし、動的
再結晶域における累積圧下率は60％以上70％以下とし
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】なお、例えば表２中、No. ６の例では粗圧
延を３スタンドで行ったのち、７スタンドからなる仕上
圧延設備にて、第１〜５スタンドにおいて動的再結晶で
の圧延を行い、第６スタンドは圧下を行わずに第６スタ
ンド付属の冷却設備を稼働しつつ通板されることにより
50℃/sの冷却速度で冷却し、第７スタンドでAr₃変態点
以下で圧下を行い、750 ℃で仕上げた。なお、圧下の際
は潤滑圧延を行い、熱間圧延終了後は直ちに（0.2 秒
後）冷却を開始した。かかる熱間圧延により板厚２mm
（No. １）、３mm（No. ２）及び４mm（No. ３〜10）の
熱延鋼板を得た。

【００３４】得られた熱延鋼板の機械的性質を調べた結
果を表３に示す。フェライト粒のアスペクト比は1.4 程
度、引張強度T.S.は全て40kgf/mm² 以上、ΔEl. は全て
3.5％以下であった。なお、リジング性については、リ
ジング評価指数を用いて判定し、JIS 5 号引張試験片に
加工した鋼板に15％引張歪を与え、目視により０〜５の
間で数値評価した。値が小さい方がリジングは小さく、
２以下で実用可能なレベル，１以下はほとんどリジング
なしである。

【００３５】

【表３】

【００３６】次に、上記の熱延鋼板に表４の条件にて冷
間圧延及び焼鈍を行って冷延鋼板を得た。これらの冷延
鋼板の機械的特性を表４に併記する。これらの鋼板は、
引張強度T.S.が38kgf/mm² 以上であった。

【００３７】

【表４】

【００３８】

【発明の効果】この発明の熱延鋼板の製造方法によれ
ば、超微細粒を有するとともに、ｒ値に優れる極低炭素
熱延鋼板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】仕上圧延設備における鋼板加熱手段を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ロールスタンド２圧下ロール３バックアップロール４被圧延材５高周波加熱装置６ヒーター加熱装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古君修千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者岡田進東京都千代田区内幸町２丁目２番３号川崎製鉄株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.01wt％以下の熱延鋼板用素材を溶
製し、直ちに又は一旦冷却して1200℃以下に加熱して熱
間圧延を施す際、動的再結晶域での圧下を４スタンド以
上の圧下パスにて行い、直ちに20℃/s以上で冷却し、Ar
₃変態点以下での圧延を少なくとも１パス行うことを特
徴とする超微細粒を有する熱延鋼板の製造方法。
【請求項２】温間圧延を施した後、650 〜550 ℃で巻
き取る請求項１記載の超微細粒を有する熱延鋼板の製造
方法。
【請求項３】請求項１又は２記載の熱延鋼板に、圧下
率50〜95％の冷間圧延、次いで600 〜Ac₃変態点以下で
の焼鈍を施す冷延鋼板の製造方法。