JPS63145745A - 強度、延性、靭性及び疲労特性に優れた熱延高張力鋼板の製造方法 - 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、強度、延性、靭性及び疲労特性に優れた熱延
高張力鋼板と、その製造方法に関するものである。

（従来の技術とその問題点） 従来、高張度の熱延鋼板を製造するに際しては、Ｎｂ５
Ｔｉ等の析出強化型元素を添加し、Ｎｂ、　Ｔｉの微細
な析出物による強化を図っている。しかしながら、Ｎｂ
、　Ｔｉを添加すると、鋼の靭性が大きく低下するので
好ましくない。このため、高強度で且つ高い靭性を要求
される場合においては、特公昭５７−４９６０６号公報
に記載されているように、Ｃｒ、　Ｎｉ、ＭＯ等を添加
し、鋼の強度と靭性を確保しているが、Ｎｌ５Ｍ０等が
高価であるために製造コスト面で問題がある。

本発明の目的は、製造コスト上問題となるＣｒ。

Ｎｉ、Ｍｏの添加を避けて、微量のＮｂを添加した鋼の
組成成分、スラブ加熱温度、熱間仕上圧延温度、熱間圧
延後の冷却速度および巻取温度を適正な範囲に制御する
ことで、強度、延性、靭性、更に加えて疲労特性に優れ
た熱延高張力鋼板とその製造方法を提供することにある
。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、重量％で Ｃ：０．０１〜０．２０％、 Ｓｉ：　１．００％以下 ！、！ｎ：２゜００％以下、 Ａｌ：０．１０％以下、 Ｎ　：　０．００７０％以下、 Ｎｂ　：　０．００５０〜０．１５％、を余み、残余は
不可避不純物を除き実質的にＦｅの組成からなり、フェ
ライトの平均粒径が２〜３μｍの微細フェライトが面積
率で７０％以上、ベイナイトとマルテンサイトを含む組
織の面積率が２０％以下で、残部の面積率が平均粒径１
０μｍ以下のフェライトの混合組織からなる強度、延性
、靭性及び疲労特性に優れた熱延高張力゛鋼板と、Ｃ：
０．０１〜０．２０％、 Ｓｉ：１．００％以下、 Ｍｎ：２．００％以下、 Ｎ　：　０．００７０％以下 Ａｌ：Ｑ、ＩＱ％以下、 Ｎｂ　：　０．００５〜０．１５％、 に加えて、Ｔｉ　：　０．００５〜０．０５０％、Ｖ：
０．０１〜０゜２００％のうち一種又は二種を含み、残
余は不可避不純物を除き実質的にＦｅの組成からなり、
フェライトの平均粒径が２〜３μｍの微細フェライトが
面積率で７０％以上、ベイナイトとマルテンサイトを含
む組織の面積率が２０％以下で、残部の面積率が平均粒
径１０μｍ以下の混合組織からなる強度、延性、靭性及
び疲労特性に優れた熱延高張力鋼板、及び、 Ｃ：０．０１〜０．２０％、 Ｓｉ：１．００％以下、 Ｍｎ：２．００％以下、 Ａｌ：０．１０％以下、 Ｎ：０．００７０％以下、 Ｎｂ　：　０．００５〜０．１５％を含み、残余は不可
避不純物からなる鋼塊又はスラブを下記式で決まる温度
Ｔｃ以下に加熱し、８５０〜Ａｒ３５０℃の温度範囲で
熱間圧延後、冷却速度３０℃／秒以上で冷却した後、４
５０℃〜１５０℃の温度範囲で巻取ることを特徴とする
強度、延性、靭性及び疲労特性に優れた熱延高張力鋼板
の製造方法、 Ｎｌｌ≦０．０１５％の場合、 Ｔｃ　＝　８５０　＋　１３９０００　Ｘ　〔Ｎｂ重量
％〕×〔Ｃ重量％＋１２／１４　Ｎ重量％〕Ｎｂ　＞０
．０１５％の場合、 Ｔｃ　＝　９６１　＋　５１０００　Ｘ　（Ｎｂ重量％
〕×〔Ｃ重量％＋１２／１４　Ｎ重量％〕とすることに
より、前述した問題点を解決した。

また、 Ｃ：０．０１〜０．２０％、 Ｓｉ：１．００％以下、 １へｌ：０．１０％以下、 Ｎ　：　０．００７０％以下、 Ｎｂ　：　０．００５〜０゜１５％に加えて、Ｔ１　二
〇、　００５　〜０．０５０　　％、　Ｖ：０．０１〜
０．２００　　％のうち一種又は二種を含み、残余は不
可避不純物を除き実質的にＦｅの組成からなる鋼塊又は
スラブの場合も、下記式で決まる温度Ｔｃ以下に加熱し
、８５０〜Ａｒ、、　　５０℃の温度範囲で熱間圧延後
、冷却速度３０℃／秒以上で冷却した後、４５０℃〜１
５０℃の温度範囲で巻取ることにより強度、延性、靭性
及び疲労特性に浸れた熱延鋼板を製造することができる
。なお、式はＮｂＳ２．０１５％の場合、Ｔｃ　＝　８
５０　＋　１３９０００　Ｘ　ＣＮｂ重量％〕Ｘ　（Ｃ
重量％＋１２／１４　Ｎ重量％〕Ｎｂ　＞０．０１５％
の場合、 Ｔｃ　＝　９６１　＋　５１０００　Ｘ　ＣＮｂ重量％
〕×〔Ｃ重量％＋１２／１４　Ｎ重量％〕とする。

（作　用） 以下に本発明の成分、製造条件の限定理由について述べ
る。

Ｃ：Ｃは多いほど強度を向上するうえで有効であるが、
０．２０重量％を超えると熱間圧延後の組織中に占める
パーライトの面積率が増加して靭性が劣化する。更に、
熱間圧延中、或いは熱間圧延後の冷却中にＮｂの炭窒化
物（Ｎｂ（ＣＮ）　）の析出物が生じ易く、巻取り前の
固溶Ｎｂを所定量確保することが困難となるので、上限
は０．０８重量％とする。また、熱間圧延後のフェライ
ト組織が粗大になることと、Ａｒ３点が高くなり比較的
低い熱間圧延温度を確保てきなくなるので、その含有量
の下限は、０．０１重量％とする。

Ｓ＋：　Ｓｉは、冷却中のポリゴナルフエライトの生成
を促進し、さらにそれを固溶強化するため、延性の大き
な劣化を伴わずに高強度化できることで望ましい元素で
ある。しかし、１．００重量％を越えて添加されると溶
接が困難になることや、表面性状の劣化強化効果の飽和
などの問題となるので上限を１．００重１％とした。

！、Ｉｎ：　！、Ｉｎは、引張強さを確保すると共に熱
間加工性を確保するうえで重要な元素であり、熱間圧延
時における低融点のＦｅＳの形成を防止する元素である
。しかし、その添加量が２．０重量％を超えると、スラ
ブの中心偏析部に異常硬化組織が生じ易く、また溶接時
の割れの原因となるので、その添加量を２．０重量％以
下とする。

ＡＩ　ＡＩは、鋼を脱酸するために添加するが、その添
加量が０．１０重量％を超えると、置換型固溶原子状態
にあるＡＩが溶接時に酸素と結びついてペネトレーター
と呼ばれる介在物となり易く、更に鋼（反の表面Ｉ生状
を劣化させる原因となるので、ＡＩの添加量の上限は０
．１０重量％とする。

Ｎ：　Ｎの含有量が０．００７０重量％を超えると、熱
間圧延後に低温で巻取った場合に固溶状態でＮが残在す
るようになり、靭性が劣化するので、その含有量は０．
００７０重量％以下とする。

Ｓ：　Ｓは、特にＭｎが多量に添加されている場合には
、靭性に有害な介在物を形成して靭性が劣化するので、
その含有量は０．０１００重量％以下とする。

Ｎｂ：　Ｎｂは、スラブ加熱時のオーステナイトの細粒
化を促進する作用があるが、そ含有量が０．００５重量
％未満であるとスラブ加熱時のオーステナイトの細粒化
効果が得られない。また、その含有量が増加するにつれ
てオーステナイトの細粒化は進むが、０．１５０重量％
を超えると飽和するので、０、００５〜０．１５重量％
の範囲とする。

Ｔ１及びＶは、靭性の大きな劣化をともなわずに高強度
化を進める元素である。

Ｔｉ：　Ｔｉは、スラブ加熱時のオーステナイト粒を細
粒化する作用があるので、０．００５　重ｉ％以上添Ｊ
ｔｏする必要があるが、０．０５０重量％を超えて添加
すると鋼板表面性状を劣化させるので、０．００５〜０
、０５０重量％の範囲とする。

■：　■は、０．０１重量％以上添加することで、強度
と延性を向上させるが、０．２０重量％を超えて添加し
ても効果が飽和するので、０．０１〜０．２０重量％の
範囲とする。

次いで、スラブ加熱温度範囲、熱間圧延温度、熱間圧延
後から巻取りまでの冷却速度及び巻取温度についての限
定理由について述べる。

スラブの加熱温度は概して低くすることで、加熱時の初
期オーステナイト粒径が小さくなり、最終的なオーステ
ナイト粒径を小さくできると共に、スラブ加熱時に溶は
残ったＮｂ（Ｃ，Ｎ）のような炭窒化物粒子がオーステ
ナイトの細粒化にも寄与する。本発明においては、スラ
ブ加熱時において既に析出物として存在しているＮｂは
強化元素として利用できないために、添加したＣ、Ｎ、
ＮｂＯ量に応じて最適なスラブ加熱温度が決められる。

即ち、Ｎｂの含有量が０．０１５重量％以下の場合のス
ラブ加熱温度の上限ＴＣ（ｔ）　ｉよ、Ｔｃ　＝　８５
０　＋　１３９０００　Ｘ　ＣＮｂ　〕×［：Ｃ＋１２
／１４　Ｎ］　　　　　・・・（１）Ｎｂの含有量が０
．０１５重量％を超えるとスラブ加熱温度の上限Ｔｃ　
（ｔ）　　は、 Ｔｃ　＝　９６１　＋　５１０００　Ｘ　（Ｎｂ　］Ｘ
　（Ｃ＋１２／１４　Ｎ〕　　　　　・・・（２）とな
る。本発明者等は、０．０８％Ｃ−１，２１％ｕｎ　−
０，０４％ＡＩ−０，００４％Ｎ−０，０３５％Ｎｂ鋼
について、スラブ加熱温度を変化させ、熱間仕上圧延温
度を一定とし、巻取温度を３００℃として、引張強さ、
靭性等について調査した結果を第１図に示す。同図から
も判るように、（２）式で決まるＴｃ、即ちＴｏ＝１１
０９℃より低いスラブ加熱温度にすることで、引張強さ
及び降伏点は多少減少するが、靭性を示すｖＴｒｓは顕
著に低下しており、靭性が改善されていることが確認で
きた。更に本発明においては、１１２０℃以下のスラブ
再加熱温度にすれば充分な靭性が得られる。また、スラ
ブ加熱温度の下限は、熱間仕上圧延温度が確保できる温
度とすることで、スラブ加熱時に固溶するＴｈ（Ｃ，Ｎ
）が減少し、靭性に有害な最終の熱延鋼板中に析出する
微細なＮｂ　（Ｃ，Ｎ）による析出強化を減少させるこ
とができる。

次に、熱間圧延温度は、オーステナイトの細粒化のため
には比較的低温であることが望ましい。

熱間圧延温度が８５０℃を超えると、オーステナイトの
微細化が充分に達成できず、最終の熱延鋼板の組織を微
細化できない。一方、熱間仕上圧延温度の下限を八ｒ３
５０℃とした理由は、熱間仕上圧延をオーステナイトと
フェライトの２相領域で行った場合、ある範囲までは靭
性を損わずに高強度化できるが、その範囲を超えると著
しい靭性の劣化が生じ、その温度がＡｒ３５０℃である
ので、熱間仕上圧延温度は８５０℃〜Ａｒａ　−５０℃
とする。

次に、熱間仕上圧延後より巻取りまでの冷却速度は、冷
却中にＮｂ（Ｃ，Ｎ）が析出することを抑えると共に固
溶Ｎｂのオーステナイト安定化効果を利用して第２相を
ベイナイト、マルテンサイトとし強度を増し、更に超微
細粒を含む母相のフェライトを細粒化するためには、３
０℃／秒以上の冷却速度にしなければならない。

また、巻取り温度は、微細に析出するＮｂ（Ｃ，Ｎ）に
よる析出強化を抑えて、母相のフェライトを細粒化する
と共に第２相をベイナイト、マルテンサイト等の変態相
とすることで強度を増すためには、４５０℃が上限であ
る。一方、巻取り温度が１５０℃未満であると、固溶Ｃ
，Ｎが多く残留して、靭性の面で極めて有害であるので
、その温度を１５０℃以上とした。

上述の工程で製造される鋼は、フェライト粒径が２〜３
μｍの超微細のフェライトが面積率で７０％以上、ベイ
ナイト・マルテンサイトを含む組織の面積率が２０％以
下、残部の面積率が平均粒径１０μｍ以下のフェライト
からなるＴｌｌ　Ｈａとなる。上記フェライト粒径、２
〜３μｍの超微細フェライトは面積率で７０％以上ない
と、靭性および疲労特性が向上しないので、粒径２〜３
μｍの超微細フェライトの面積率は７０％以上である必
要がある。このフェライトの性状は、比較的低温で熱間
圧延した場合に生じる、謂ゆるサブグレインと呼ばれる
ものでなく、等釉粒て、比較的［目対方位差の大きいフ
ェライトである必要がある。また、ベイナイト、マルテ
ンサイトの低温変態相の面積率が２０％を超えると、強
度は向上するが靭性の面で問題が生じて好ましくないの
で、ベイナイト、マルテンサイトを含む組織の面積率は
２０％以下とする。更に、残部の面積率中のフェライト
の平均粒径が１０μｍ以上となると、高靭性、良好な疲
労特性という優れた特性が失われるので、残部の面積率
中のフェライトは平均粒径１０μｍ以下のフェライトで
ある。

本発明の鋼が高靭性で優れた疲労特性を示す理由は明確
でないが、極めて微細なフェライトの粒界が脆性亀裂或
いは疲労亀裂の伝播に対して大きな抵抗となるためと推
定される。

また、本発明の鋼は、高強度、高靭性、高延性の特性が
要求される用途に適用可能であり、例えば−膜構造用、
バイブ累材用、自動車部品用等に適用可能である。

（実施例） 実施例１ 第１表に示す組成の鋼を転炉で溶製して、連鋳スラブに
した。次に、各スラブを第２表に示す製造条件、即ちス
ラブ加熱温度（ＳＲＴ）、熱間仕上圧延温度（ＦＤＴ）
　、冷却速度（ＣＲ）及び巻取温度（ＣＴ）で、仕上板
厚４．５ｍｍ、６．Ｏｍｍにして、降伏点（ＹＰ）、引
張強さくＴＳ）、伸び（Ｅ　Ｎ　）　、衝撃値ｖＴｒｓ
について調査した結果を第２表に示す。なお、衝撃値ｖ
Ｔｒｓは、板厚は元厚のままで２＋ｎｍＶノツチを機械
加工して、衝撃試験により求めた。

また、本発明で規定する製造条件を満足する鋼の組織は
、平均粒径２〜３μｍの超微細フェライト粒の面積率が
７０％以上、面積率が２０％以下のベイナイト及びマル
テンサイトであり、残部の面積率は平均粒径１０μｍ以
下のフェライト粒であった。

本発明法による鋼板はｖＴｒｓで示す靭性が良好であり
、引張強さ、伸びも低下していない。

実施例２ Ｃ：０．０８重量％、Ｓｉ：０．２０重量％、！、Ｉｎ
　：　１．３０重量９６、Ｎｂ　：　０．０３０重量％
、Ａｌ　：　０．０４０重１％、Ｎ：　０．００４０重
量％の鋼を転炉で溶製し、連鋳スラブとした後、第３表
で示す製造条件で熱延鋼板とし、疲労強度（なお、σ＋
Ｉは１０５りり返し変形時の疲れ強さである）を調査し
た結果も同表中に示す。

同表からも判るように、本発明の製造条件を満足する鋼
は、引張強さ、伸びが低下せずに、疲労特性が良（なっ
ていることが判る。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、コスト面で問題と
なるＣｒ、　Ｎｉ、　Ｍｏ等の添加を避けられ、強度、
延性を損なわないで、靭性、疲労特性の優れた熱延高張
力鋼板が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、０，０８％Ｃ−１，２１％Ｍｎ−０，０４％
Ａｌ−０、００４０％Ｎ−０，’０３５Ｎｂ鋼の引張特
性、衝撃特性、伸びに及ぼすスラブ加熱温度の影響を示
す図である。 第１図 再加！！温度（０Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０１〜０．２０重量％、 Ｓｉ：１．００重量％以下、 Ｍｎ：２．００重量％以下、 Ａｌ：０．１０重量％以下、 Ｎ：０．００７０重量％以下、 Ｎｂ：０．００５０〜０．１５重量％、 を含み、残余は不可避不純物を除き実質的にＦｅの組成
   からなり、フェライトの平均粒径が２〜３μｍの微細フ
   ェライトが面積率で７０％以上、ベイナイトとマルテン
   サイトを含む組織の面積率が２０％以下で、残部の面積
   率が平均粒径１０μｍ以下のフェライトの混合組織から
   なる強度、延性、靭性及び疲労特性に優れた熱延高張力
   鋼板。 ２、Ｃ：０．０１〜０．２０重量％、 Ｓｉ：１．００重量％以下、 Ｍｎ：２．００重量％以下、 Ａｌ：０．１０重量％以下、 Ｎ：０．００７０重量％以下、 Ｎｂ：０．００５〜０．１５重量％、 に加えて、 Ｔｉ：０．００５〜０．０５０重量％、 Ｖ：０．０１〜０．２００重量％のうち、一種又は二種
   を含み、残余は不可避不純物を除き実質的にＦｅの組成
   からなり、フェライトの平均粒径が２〜３μｍの微細フ
   ェライトが面積率で７０％以上、ベイナイトとマルテン
   サイトを含む組織の面積率が２０％以下で、残部の面積
   率が平均粒径１０μｍ以下のフェライトの混合組織から
   なる強度、延性、靭性及び疲労特性に優れた熱延高張力
   鋼板。 ３、Ｃ：０．０１〜０．２０重量％、 Ｓｉ：１．００重量％以下、 Ｍｎ：２．００重量％以下、 Ａｌ：０．１０重量％以下、 Ｎ：０．００７０重量％以下、 Ｎｂ：０．００５〜０．１５重量％を含む鋼塊又はスラ
   ブを下記式で決まるＴｃ以下に加熱し、８５０〜Ａｒ＿
   ３−５０℃の温度範囲で熱間圧延後、冷却速度３０℃／
   秒以上で冷却した後、４５０℃〜１５０℃の温度範囲で
   巻取ることを特徴とする強度、延性、靭性及び疲労特性
   に優れた熱延高張力鋼板の製造方法。 Ｎｂ≦０．０１５重量％の場合、 Ｔｃ＝８５０＋１３９０００×〔Ｎｂ重量％〕×〔Ｃ重
   量％＋（１２／１４）Ｎ重量％〕 Ｎｂ＞０．０１５重量％の場合、 Ｔｃ＝９６１＋５１０００×〔Ｎｂ重量％〕×〔Ｃ重量
   ％＋（１２／１４）Ｎ重量％〕