JPS58123823A - 極細粒高強度熱延鋼板の製造方法 - 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】 本発明は熱延ままで極微細なフェライト結晶組織を有す
る延性の優れた細粒組織鋼板の製造方法に関するもので
ある。

ここで言う細粒組織は微細フェライト相より成シ、所望
の機械的性質によってはフェライト相以外に他の微細な
組織、例えば／４−ライト、マルテンサイト、残留オー
ステナイト等のうち一つ１７’ｔは二つ以上を有して屯
良いし、カーバイドやナイトライド等の析出物を有して
も良い・ 従来、高張力熱延鋼販社建造物、産業機械、圧力容器勢
に使用されてきたが、その使用板厚は−わゆる厚板の範
聯のものが多かった拳とζろが近年自動車産業にお−て
懲費低減を目的に車体重量の軽減化が強く指向され、薄
板の高張力鋼板が要望される様に表りた。自動車材料と
しての熱延高張力鋼板はメンバー等の強度部材であれば
加工性はそれほど必要としないが、ホイールディスク等
の場合は外板と同様にプレス加工性が要求される。

これに対し従来広く使用されてきた析出強化型熱延高張
力鋼板はその強化機構から高い延性や加工性は望めない
。この様な要請から開発された材料に二相鋼（以下ＤＰ
鋼と言う）がある＠　Ｄ　Ｐ　１１４は高抗張力かつ低
降袂応力を有し降伏点伸びが無くしかも全伸びが大きい
という特徴を持ち、加工用高張力薄板として理想的な特
性を示す。ところがＤＰ鋼は８１　、　Ｍａ　ａ　Ｃｒ
　ｅ　Ｎｏ等の合金成分を多量に添加せねばならず、そ
の上オンライン製品は精度の高い冷却制御が必要である
し、オフライン製品は再加熱熱処理が必要である為に製
造コストが高く、広く使用されるに至っていない。

次に高強度鋼板を得る方法について考察する。

鋼材の高強変化は固溶体強化、結晶粒の微細化、硬い組
織（−ルチンサイト、ベイナイト等）による強化、析出
強化、転位による強化（加工硬化等）その他によって達
成される。これらは要求される製品の厚みや材質によっ
て使い分けられているが、殆んどの強化法は強廖が高く
な、ればなる１延性や靭性が低下するので製品の使用目
的に沿って慎重３ｏ□ゎ、。、あい。　１ 最近注目されている強化法に二相域で圧延しフェライト
相中に下部組織を形成させる方法がある。

この方法は成分の増量や合金元素の添加を必要としない
ので低コスト高張力鋼の製造法として有用であるが、延
・靭性を損なうので製造条件、特に二相域での圧延比下
車に制限があると考えられる。

少量の硬い第二相の存在を特徴とするＤＰｆ１４ＩＩｉ
強廖−延性バランス（伸びの抗張力に対する比）が著し
く優れているが、その欠点は前述した通りである。

結晶粒の微細化は強度と共に靭性をも高くする唯一の方
法として知られており、薄板の強度−延性バランスを良
好にするので特に熱延ままで使用される鉄鋼材料の材質
向上を計る際には殆んどの場合に先ず考直されねばなら
ない重要な技術である。しかも二相域圧延法と同様、成
分による強化法ではないから成分コストを低く抑えられ
るので、もし従来にない細粒が得られれば高材質で低コ
ストな高強度鋼板を製造できる。従来技術による実・・
１：・ 生産においては最も細かいフェライト粒径として３〜４
ｓが得られているが、これ以下の粒径を得る事は非常に
困難でめった。ここでは平均フェライト粒径として４μ
以下の結晶組織を極細粒と呼ぶ事にする。

次に従来の細粒化法について述べる。

変態後のフェライト粒径の微細化のために従来考えられ
てきた方法社以下の過多である。

（１）変態前のオーステナイト粒径の゛微細化。

オーステナイト／フェライト変態時に変態核は主にオー
ステナイト結晶粒界上に生成する。従ってオーステナイ
ト粒径を微細化して粒界面積を大きくする事祉変態核の
密度を上昇させ変態後のフェライト粒径を小さくする・
オーステナイト粒径を小さくするＫＦｉ再結晶温度斌に
おいて加ニー再結晶を繰り返す事が一般に行なわれる。

この時静的再結晶が起るならば粒径は圧下率に反比例し
、動的再結晶が起るならは粒径は歪速度が大なる程また
温度が低い程小さくなる。

（２）変態前のオーステナイ）Ｋ歪を残存させる。

オーステナイトの未再結晶温度域で加工すると加工歪の
一部は解放されずに蓄積し、変形帯と呼ばれる歪の高い
部分が結晶粒内にでき、フェライト変態の核生成場所と
なる。加工量が十分に大きく変形帯密度が大ならば変態
後のフェライト粒径は小さくなる。制御圧延と言われる
技術がこの方法であり、従来技術では最も小さいフェラ
イト粒が得られるもので工業的に３〜４μの結晶を得る
事が可能である。

（３）変態時の冷却速度を大きくする。

オーステナイト／フェライト変態時に冷却速度を大きく
すると過冷却度が大きくなるために変園核の生成数が多
くな）、さらに早く低温になる為に粒成長屯抑制されフ
ェライト粒径は小さくなる・上記（１）〜（３）の方法
は良く知られている細粒化法であるが、これらによって
得られるフェライト粒径には限度がある。すなわち従来
法（１）のオーステナイトを細粒化する方法では静的再
結晶の場合でも動的再結晶の場合でも寮生産上得られる
オーステナイト粒径は５μ橿度が限界でありその状態か
ら急速冷却を行なってもオーステナイト粒／フェライト
粒変換比はオーステナイト粒径が小さくなる程１に近付
くので得られるフェライト粒径は変１前のオーステナイ
ト粒径に近いものしか得られ、士い。　、 従来法（２）の未再結晶オーステナイ）Ｋ変形帯を導入
するいわゆる制御圧延法では未再結晶域の圧下率を十分
大きく与えさえすればかな夛の細粒フェライトが得られ
るが、実生産上では３μ程度が、巣卑である。しかもこ
の方法には未再結晶温度域を拡げるためＫ　Ｎｂ等Ｏ合
金元素を添加した夛、圧延温度を下げる為の圧延中の温
度待ちが生産性を低下させたり、強力な圧延機を必要と
した）という数々の欠点がある。

従来法（３）においては、冷却速度は大きい程好ましい
が、大き過ぎるとかえってフェライト変態が抑制されて
マルテンサイト等の焼入組織が生成してしまうので自ず
から限度がある。

以上の様に従来の細粒化法には限界があ夛、実生産にお
いて３μ以下のフェライト粒を得るのは非常に困難で製
造コストは高いも６になる。

本発明者らは熱延鋼板の成分系、圧延・冷却グロセスに
ついて研究した結果、前述したような従来の細粒化法と
全く異なった原理を発見し、従来法では到底得る事ので
きない細粒組織からなる新しい高強度熱延鋼板の製造法
を開発したのである。

すなわち本発明は通常の炭素鋼成分、を基本とする成分
の鋼ＫＭ鋼のＡｒ５点近傍で実質的にオーステナイ）Ｍ
よりなる温度域において合計圧下率８０チ以上の圧延を
行ない、圧延によ〕変態を起させることによ）微細なフ
ェライト結晶粒を生成せしめることを特徴とする細粒熱
延鋼板の製造方法を提供するものである。

以下本発明について詳細に説明する。

本発明による鋼板の成分としては特殊合金成分を特に必
要としない普通炭素鋼成分で良く、いわゆる仕上圧延段
階までの工程は通常の工程で良い。

すなわち通常に溶製された溶鋼は連続鋳造によってスラ
ブにされても良いし、造塊−分塊工程によってスラブに
されても１良い、スラブは高温の塘壕１１１１１ 圧延工程に持ち来たされても良いし、一旦冷却したもの
を再加熱しても良い。スラブの加熱・圧延条件としては
スラブが本発明の圧延工程直前にそＣ）オーステナイト
粒径が小さい程良くなるものが一般的に望ましいと言え
るが、本発明の圧延工程以前の条件は通常のもので良い
ので制限は設けない０本発明の特徴は鋏鋼を通常のＡｒ
５変態点（オーステナイト域で圧延を終了した鋼板が冷
却途中でフェライト変態を開始する温度を指し、以下単
にＡｒ５点と言う）直上（Ａｙｓ　＋　１００℃）以下
の温度において合計圧下率８０−以上の圧延を開始し、
Ａｒ３点直下（Ａｒｓ　　３０℃）以上の温度において
圧延を終了させる事にある。圧延後は空冷ままで４良い
が、より細粒を得るには冷却速度２０℃／　１６６以上
の範囲で冷却し６００℃以下の温度に至らしめる。

次に本発明による細粒化の原理について述べる。

従来の細粒化法は前述した通りであるが、本発明による
方法はそれらのいずれとも異なる画期的：なものである
。オーステナイトから変態した後の４繊であるフェライ
トを細粒化するには変態核を多数発生させる事と変態後
のフェライト結晶粒成腿を抑制する事が必要である事は
当然であるが、従来法では実生産技術上発生させられる
変態核密度に前述の様に限界があり念。

本発明による細粒化法は圧延によりオーステナイト相に
加わる歪によ〕フェライト変態を誘起あるいは促進させ
ると言う原理に基く。従って圧延は鋼の成分によって熱
力学的に定まる平衡変態点（Ａ・５）以下であってかつ
通常のオーステナイト相が冷却途中で変態を開始する温
Ｉｆ　（Ａｒｓ）以上の温度より開始され％　Ａｒ５点
よシあま）低くはない温度で終了する。通常の変態にお
いては変態が開始・進行するための駆動力は過冷却であ
るから変ＩＩ！開始温度Ａｒ　５は鋼板の板厚や冷却速
度によって便化する。この様な変態ではフェライト粒の
数は便態前のオーステナイト相の粒界面積や変態核とな
り得る高歪を持った点の密度等によって決まり、特に細
粒化対策がとられてはいない場合のフェライト粒径は８
〜ｌＯμ程度が普通である。加工歪もまた変態の開始・
進行の駆動力とスリ、この事は加工歪が残留するオース
テナイトのＡｒ３点は残留しない場合よりも上昇する事
によってよく知られている。ところが、圧延の様な加工
がオーステナ（）Ｋ対して与えられた瞬間にあるいは非
常に短い時間の後にフェライト変態が起る様な条件下に
シ・いて、変態したフェライト粒が非常に微細である事
は従来知られていなかりた新事実で１３１、本発明は加
工歪を変態の駆動力として徹底的に利用するという新規
なものであゐ＊　Ａｒ３点直上で加工金堂けたオーステ
ナイトの粒界に微細なフェライト粒が加工後直ちＫｔた
は短い時間後に析出し、さらに加工歪が加えられるとフ
ェライト粒と未変態オーステナイトの界面に新しいフェ
ライト粒を式析出するという過程を繰り返し、加工歪力
！十分大きければ圧延終了時に全面が新しいフェライト
粒°Ｃ覆われると考えられる。

第１図は０．１５０−０．４８８１−０．９８Ｍａ鋼（
Ａｒ３　ニア７５℃）を８００℃〜７７０℃の間で９０
−のカロ工を１・９スで与えた後水冷し元鋼材の金属顕
微鏡□ 写真図で平均粒径３Ｊが得られておυ、　Ｎｂ−で得ら
れる最も細かい粒径に匹敵する。第２図は第１図と同様
の加工を６ノ譬スで与えた鋼材の組織を示す金属顕微鏡
写真図であるが、粒径は同様で整粒になっている。整粒
になっている理由は初期／譬スで生じたフェライト粒は
後期・々スで加工を受けるものの粒径が小さい良めに再
結晶を起し緒条的に後期ノ中スで生じたフェライト粒と
同様な大きさと形に揃うからと考えられる。この様に圧
延は１／ぐスで行なわれても多パスで行なわれても効果
は同様に得られる。圧延終了温度が低下してＡｒｔに近
くなると過冷却を駆動力とする変態が起夛大きなフェラ
イト粒が生成してしまう。当然ながら圧延開始温度がＡ
ｒ４点以下の時も過冷却によって大きなフェライト粒が
生成し、大きなフェライト粒は圧延によって再結晶せず
に伸長した加工フェライトとして残る事が多い、１＋圧
延温度が高過ぎ加工によって変態が起る温度（Ａｒｅａ
と書かれる事がある）以上で圧延される場合は加工歪は
オーステナイトの再結晶に消費されるか、おるいは変形
帯として残っても極細粒を得るには役立たない。

圧延終了後の冷却は第４ａＫ示す如く粒成長を抑えるた
めＫは大きい程良いが、圧下率が８５−より小さくて未
変態オーステナイトが残る場合にはマルテンサイト等の
焼入れ組織が生ずるので所望の材質によっては上限に注
意する必要がおる。

一方この事を利用してよ〕高強ｔ”＆鋼板を設計する事
も可能でこの場合の組織は極細粒ＤＰ鋼となり、焼入れ
第二相の体積率による強度レベルとか降伏比尋の材質設
計は従来のＤＰｆＩＩ４＃造の考え方が応用できる。第
３図は合計圧下率が７０−の時の鋼材（８５０℃−７０
１１−１）臂ス加工＋水冷材）の組織を示す金属顕微鏡
写真であるが未変態で残るオーステナイトの量が多く延
・靭性の点では不利である。

以下本発明、における各条件の限定理由について説明す
る。

本発明による鋼の強化法は細粒化を基本にしているので
固溶強化を目的とした〕第二相組織を生成させるための
成分は重要ではない。成分の重要性はＡｒ５点を決める
ところＫある＊　Ａｒ５点は低い櫨細粒を得る事は容易
になるが、冷却能力が十分であればＡｒ５点は高くても
差支えない、１＋固溶強化や析出強化は重要でないとは
言え、細粒強化以上の強度を必要とする時や強度を精！
！ＦＫＩＩＩＴｈする時ｉｃ＃１Ａｒ４点を決める以外
の目的で添加量が選択される拳さらに強度以外の材質が
要求される時は普通鋼の主成分であるＣ　＋　８１　ｅ
　Ｍｒｓ以外ＫＣｒ　ａＮｌ　、　Ｃｕ　ｅ　Ｂｌｏ　
＊　Ｎｂ　＊　Ｖ　、　ＴＩ等が場合に応じて添加され
ても一向に差支えない０以上の理由により本発明では成
分に関しては成分の種類屯添加量も特に限定するもので
はないが、本発明の主旨からオーステナイト／フェライ
ト変態をする鋼成分であるべき事は当然である。

圧延温度域は圧延によジオ−ステナイト／フェライト変
態が誘起または促進され、加工後短時間で７エライトが
生成する様な温度である必要が６る。前述した様に温度
が高過ぎると加工後直ちＫはフェライトが生成しないの
で適当な温度域はＡｒ　　直上付近になる。原理に即し
て言えば圧延はＡｒ５以上の温度で終了すべきであるが
、Ａｒ３よシわずかに下がった温度になっても過冷度が
小さいために過冷却によりて生ずるフェライト粒は急速
には犬きくならず加工により生ずる微細フェライトが隙
間を埋めるので結果として微細整粒フェライトが得られ
支障はない。すなわち圧延温度域はｒ　Ａｒｓ点近傍で
オーステナイト域を主体とする温度域」でアシ、多くの
場合Ａｒ３　＋　１００℃〜Ａ　ｒ　５−３０℃となる
。Ａｒ、　−３０℃以下に温度が低下すると過冷却によ
シ大きな５μ以上のフェライトが生じもはや極細粒とは
言えない組織になる。

圧延温度域における圧下率は合計８５−以下であると全
断面を加工により誘起または促進されたフェライトでお
おうことができず一部５μ以上の大きなフェライトの存
在する混粒になるので下限は８５−が望ましいが、８０
〜８５チの間であれば従来法による以上の効果があるの
で８０−に限定した。圧延は１ノ臂スでも良いし、／々
ス間待時間極端に長くなければ２ノ臂ス以上でも良い。

圧延後の粒成長を抑制するためには大なる冷却速度で冷
却する事が望ましい、圧梁率が十分に大きいときや圧延
仕上温度が適正な温度域内で低温−のときは、材料厚み
が通常考えられる製品板厚である５ｍ厚以下の場合の空
冷で５μ以下の細粒が得られるので特に限定する必要は
ないが、圧下率が下限に近いときや、製品厚みが厚い場
合、また仕上温度の高い場合は冷却が必要であり、その
下限は第４図に示すように２０℃／ｓｅｅとなる。冷却
速度の上限を限定する理由は無いが、冷速か大きくて、
少しでも未習態オーステナイトが残存する場合はその部
分が硬い第二相となり、細粒二相組織鋼が得られる事は
既に述べ次。

本発明の方法に従えば鋼成分中Ｋ　Ｎｂ　轡の細粒化を
目的とした特殊合金成分を特に含有させなくとも圧延後
の蜜態組織をフェライトを主要な組織とする平均結晶粒
径４．５μ以下（粒度番号１２．５番以上）の細粒とす
ることができ、すべての圧延・冷却条件が理想的〈満た
されれば平均結晶粒径を１．５μ以下（粒度番号１５．
５番以上）Ｋすることも可能でｂる。また目、：′１的
に応じた所望の材質を得るために圧延・冷却条件の調整
によシフニライト相以外のノ青−ライト、ベイナイト、
マルテンサイト等の第二相の比率を調整して細粒強化以
外の強化機構を併用する事も可能である。これＫよ〕単
一成分で４０〜８０１７／がの強度レベルの鋼を延性・
靭性・加工性等を高く保つ次まま作り分ける私ができる
。

実施例１ 表１に示す成分の鋼に種々の圧延冷却を与えた結果を表
２に示す。

表１．供試鋼成分 圧延は薄板の連続熱延によって行なった。表２に示すＡ
−にの条件により製造した鋼板について＜Ｍ　ｊ１’　
−ｍ性バランスを図示するとｗｉ５図の如くであり、本
発明による細粒鋼の優秀性を示す。さらにマルテンサイ
トやベイナイト等の焼入れ組織によらずに８０に１Ｆ／
ａ鵞級の強饗レベルまで実現可能である事も分り、従来
の脂造法と本発明による製造法によって単一成分で４０
〜８０す／ｍ＊の強度を持つ熱延板を作り分ける事がで
き、しかも延性の優れた高強度鋼板が得られる事が分る
。表２の条件Ｃでは圧延終了時に未！態オーステナイト
がわずかに残存し、冷却中にマルテンサイトに替態した
ために強度延性ノ曽うンス社焼入組織を含まないものよ
〕やや劣化するがそれでも従来材よりははるかに良い。

第１図は０．１５　Ｃ−０，４８８１−０，９８Ｍｍの
組成を持つ鋼に８００℃で９０９１の加工を１パスで与
え、加工後水冷した時の組織を示す金属顕微鏡写真、１
！２図は０．１５０−０．４８８１−０．９８Ｍｍ０組
ｇを持ツ鋼に８００℃で９０％の加工を６／ヤスで与え
、加工後水冷した時の組織を示す金属顕微鏡写真、第３
図は０．１５Ｃ−０，４８８１＝０．９８Ｍｍの組成を
持つ鋼に８５０℃で７０％の加工を１ノ臂スで与え、加
工後水冷した時の組織を示す金属顕微鏡写真、Ｉ！４図
は加工終了後の冷却速度とフェライト粒径の関係図（０
，０９０−０，４８８１−０，９７Ｍｍ　、圧延開始二
８５０℃、圧下率：９０％）、第５図は同一成分の鋼を
本発明の製造法と本発明範囲外の製造法により圧延した
時の強度延性バランス図（○印：本発明範囲内、×印：
本発明範囲外）である。

′：′） 第１図 ／θμ 緑、４，７．９．１４ 第２図 第β図 竿４回 （８２７−とに２θτン ＴＳ＜ｖ、り 手続補正書（自発） 昭和５８年２月２５日 特許庁長官若　杉　和　夫　殿 ■、　事件の表示 昭和５６年特許願第１９９８５４号 ２、　発明の名称 極細粒高強度熱延鋼板の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 代表者　武　　１）　　　。

４、代理人〒１００ ６、補正の対象　　　　　１ 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、　補正の内容 （１）　　明細書８頁末行〜９頁１行「条件としてはス
ラブが本発明の圧延工程直前にそのオーステナイト粒径
が小さい程良く」を「条件としては本発明の圧延工程直
前にオーステナイト粒径が小さく」に補正する。

（２）　　同９頁５行「冷却途中」を「徐冷途中」に補
正する。

（３）同１３真下から２行「を得ることは容易」を削除
する。

（４）同１５頁１１行「フェライトでおおうことがテキ
ス」の次に「未変態のオーステナイトの加工後の変態に
よって生じた」を挿入する。

（５）同１５頁１６行「極端ｋ」を削除する。

（６）同１５頁１６行と１７行の間に下記を挿入する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）通常の炭素鋼成分を基本とする成分の鋼に、該鋼
   のＡ　ｒ　３変態点近傍で実質的にオーステナイト域よ
   ）なる温変域において合計圧下率８〇−以上の圧延を行
   ない、圧延により変態を起させることにより微細なフェ
   ライト結晶粒を生成せしめる仁とを特徴とする極＃着高
   強度熱延鋼板の製造方法。
2. （２）　　Ａｒｓ変態点近傍の温度域を１７１　＋　１
   ００℃〜Ａｒ　５−３０℃とする第１項記載の方法。
3. （３）　　圧延終了後直ちに２０Ｃ／ｓｓ［株］以上の
   冷却速・ｉで６００℃以下の温ｌに至らしめる事を特徴
   とする第１項記載の５方法。
4. （４）圧延終了後直冷する第１項記載の方法。 ＋５３　　Ａ勺点近傍の圧延を合計圧下率８５−以上で
   行なう＠ｌｆｊ記載の方法。