JPWO2016158861A1 - 鋼板 - Google Patents

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Abstract

鋼板には、地鉄と、地鉄の表面の厚さが10.0μm以下のスケールと、地鉄とスケールとの間のサブスケールと、が含まれる。サブスケールにおいて、Cr濃度の平均値が1.50質量%〜5.00質量%であり、かつ圧延方向の長さが50μmの範囲内に、1μm離れて隣り合う2つの測定領域間でのCr濃度の比が0.90以下又は1.11以上の部分が1以上ある。Ti含有量(質量%)を[Ti]、N含有量(質量%)を[N]としたときに式「Tieff=[Ti]−48/14[N]」で表されるパラメータTieffに対する、粒径が100nm以上1μm以下の炭化物又は炭窒化物に含まれるTiの量の割合が30%以下である。

Description

本発明は、トラックのフレーム等の比較的長尺の構造用部材に好適な高強度鋼板に関する。
燃費の向上による排出ガスの削減を目的に、自動車、鉄道車両等の輸送機械の軽量化が望まれている。輸送機械の軽量化には、輸送機械の部材に薄い鋼板を用いることが有効であるが、薄い鋼板を用いつつ所望の強度を確保するためには、鋼板自体が高い強度を有することが望まれる。
輸送機械の部材、例えばトラックのサイドフレームには、コスト等の観点から、熱間圧延中に生成したスケール(黒皮)が残存する鋼板が用いられることがある。ただし、従来のスケールが残存した鋼板では、レベラー設備の通板等の精整の際や、ユーザにより行われる曲げ、プレス等の加工の際に、スケールが剥離することがある。スケールの剥離が生じると、スケールが付着したロールや金型の手入れが必要になる。また、手入れ後にスケールが残存している場合には、その後に処理した鋼板にスケールが押し込まれて当該鋼板に凹み模様が生じることがある。従って、スケールを残存させた鋼板には、スケールが地鉄から剥離しにくい優れたスケール密着性が要求される。
スケール密着性の向上を目的とした鋼板が公知となっているが、従来の鋼板では、良好な機械的特性及び優れたスケール密着性を両立することができない。
特開2014−31537号公報 特開2012−162778号公報 特許第5459028号公報 特開2004−244680号公報 特開2000−87185号公報 特開平7−34137号公報 特開2014−51683号公報 特開平7−118792号公報 特開2014−118592号公報
神戸製鋼技報/Vol.56No.32(Dec.2006)P22
本発明は、良好な機械的特性及び優れたスケール密着性を両立することができる鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。この結果、スケール密着性の向上にスケール及びサブスケールの形態が多大な影響を及ぼしていることが明らかになった。また、スケール及びサブスケールの形態には特に熱間圧延の条件が影響していることも明らかになった。
本願発明者は、このような知見に基づいて更に鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
(1)
地鉄と、
前記地鉄の表面の厚さが10.0μm以下のスケールと、
前記地鉄と前記スケールとの間のサブスケールと、
を有し、
前記地鉄は、
質量%で、
C :0.05%〜0.20%、
Si:0.01%〜1.50%、
Mn:1.50%〜2.50%、
P :0.05%以下、
S :0.03%以下、
Al:0.005%〜0.10%、
N :0.008%以下、
Cr:0.30%〜1.00%、
Ti:0.06%〜0.20%、
Nb:0.00%〜0.10%、
V :0.00%〜0.20%、
B :0.0000%〜0.0050%、
Cu:0.00%〜0.50%、
Ni:0.00%〜0.50%、
Mo:0.00%〜0.50%、
W :0.00%〜0.50%、
Ca:0.0000%〜0.0050%、
Mg:0.0000%〜0.0050%、
REM:0.000%〜0.010%、かつ
残部:Fe及び不純物、
で表される化学組成を有し、
前記サブスケールにおいて、
Cr濃度の平均値が1.50質量%〜5.00質量%であり、かつ
圧延方向の長さが50μmの範囲内に、1μm離れて隣り合う2つの測定領域間でのCr濃度の比が0.90以下又は1.11以上の部分が1以上あり、
Ti含有量(質量%)を[Ti]、N含有量(質量%)を[N]としたときに下記の式1で表されるパラメータTieffに対する、粒径が100nm以上1μm以下の炭化物又は炭窒化物に含まれるTiの量の割合が30%以下であることを特徴とする鋼板。
Tieff=[Ti]−48/14[N] (式1)
(2)
前記化学組成において、
Nb:0.001%〜0.10%、
V :0.001%〜0.20%、
B :0.0001%〜0.0050%、
Cu:0.01%〜0.50%、
Ni:0.01%〜0.50%、
Mo:0.01%〜0.50%、若しくは
W :0.01%〜0.50%、
又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする(1)に記載の鋼板。
(3)
前記化学組成において、
Ca:0.0005%〜0.0050%、
Mg:0.0005%〜0.0050%、若しくは
REM:0.0005%〜0.010%、
又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする(1)又は(2)に記載の鋼板。
本発明によれば、スケール及びサブスケールの形態が適切であるため、良好な機械的特性及び優れたスケール密着性を両立することができる。
図1は、Cr濃度のマッピング結果の一例を示す図である。 図2は、スケールの形態とスケール密着性との関係を示す図である。
本発明者らは、スケールの厚さ及びサブスケールの形態がスケール密着性に及ぼす影響について検討した。
スケールの厚さの測定では、圧延方向及び厚さ方向に平行な面を観察面とする試料を種々の鋼板から採取し、観察面を鏡面研磨し、光学顕微鏡を用いた観察を1000倍で行った。そして、10視野以上で得られたスケールの厚さの平均値を当該鋼板のスケールの厚さとした。
サブスケールの形態の分析では、圧延方向及び厚さ方向に平行な面を観察面とする試料を種々の鋼板から採取し、観察面を鏡面研磨し、電子線マイクロアナライザ(electron probe micro analyzer:EPMA)を用いてサブスケールのCr濃度(質量%)を分析した。具体的には、圧延方向の長さが50μm以上で、スケール及び地鉄を含む領域におけるCr濃度のマッピングを、加速電圧を15.0kV、照射電流を50nA、1点当たりの測定時間を20m秒として行った。このマッピングでは、測定点間の間隔を、圧延方向及び厚さ方向のいずれについても0.1μmとした。
図1に、マッピングの結果の一例を示す。この例に用いた試料の地鉄のCr含有量は3.9質量%であり、圧延方向の長さが60μmで、スケール及び地鉄を含む領域を分析対象とした。図1にて、Cr濃度が特に高い部分がサブスケールであり、その下が地鉄、その上がスケールである。図1から明らかなように、サブスケールのCr濃度は地鉄のそれよりも高い。
本発明者らは、Cr濃度のマッピング結果について、次のような分析を行った。この分析では、圧延方向に連続して並ぶ10測定点からなる測定領域を設定した。測定点の間隔が0.1μmであるため、測定領域の圧延方向の寸法は1μmである。また、Cr濃度のマッピングの対象領域の圧延方向の長さが50μm以上であるため、測定領域は50以上である。そして、測定領域毎にCr濃度の平均値及び最大値Cmaxを求め、50以上の測定領域間の最大値Cmaxの平均値Aveを算出し、平均値AveをサブスケールにおけるCr濃度の平均値とした。
更に、50以上の測定領域について、隣り合う2測定領域間での、一方の最大値Cmaxに対する他方の最大値Cmaxの濃度比RCrを求めた。すなわち、他方の最大値Cmaxを一方の最大値Cmaxで除して得られる商を求めた。このとき、どちらの最大値Cmaxを分子にするかは任意とした。例えば、2測定領域の最大値Cmaxが3.90%及び3.30%の場合、濃度比RCrは1.18又は0.85であり、2測定領域の最大値Cmaxが1.70%及び1.62%の場合、濃度比RCrは1.05又は0.95である。また、2測定領域の最大値Cmaxが等しい場合、濃度比RCrは1.00であり、サブスケール内のCr濃度の最大値Cmaxが均一であれば、どの測定領域においても濃度比RCrは1.00である。このように、濃度比RCrは、サブスケール内のCr濃度の最大値Cmaxのばらつきを反映しており、濃度比RCrが1.00に近いほど、サブスケール内のCr濃度の最大値Cmaxのばらつきが小さい。
スケール密着性は、トラックのサイドフレームのプレス加工を想定し、長手方向が鋼板の幅方向と平行になるよう短冊試験片を採取し、JIS Z2248に記載のVブロック法にて評価した。試験片の大きさは、幅(圧延方向)30mm、長さ(幅方向)200mmとした。また、曲げ角度は90度とし、内側半径は板厚の2倍とした。
曲げ後、曲げ外側の幅中央部に、試験片の長手方向に沿って幅18mmのセロハンテープを貼付して剥がし、鋼板とVブロックとが接触しなかった範囲においてセロハンテープに付着したスケールの面積率を算出した。
そして、セロハンテープに付着したスケールの面積率、すなわち、鋼板から剥離したスケールの面積率が10%以下のものを良好と判定し、10%超のものを不良と判定した。本発明者らは、この試験において鋼板から剥離したスケールの面積率が10%以下であれば、実用加工上での剥離は実質的に発生しないことを確認している。
スケールの厚さとスケール密着性との関係を整理したところ、スケールの厚さが10.0μm超では、スケールのCr濃度に拘わらず、良好なスケール密着性が得られなかった。一方、スケールの厚さが10.0μm以下であれば、サブスケールの形態に応じて良好なスケール密着性が得られる場合や得られない場合があった。
そこで、本発明者らは、スケールの厚さが10.0μm以下の鋼板について、Cr濃度の平均値Ave、及び濃度比RCrのうちで1.00から最も乖離した値Rdとスケール密着性との関係を整理した。この結果を図2に示す。図2の横軸はCr濃度の平均値Aveを示し、縦軸は濃度比RCrのうちで1.00から最も乖離した値Rdを示す。
図2に示すように、Cr濃度の平均値Aveが1.50質量%未満又は5.00質量%超の試料では、スケール密着性が不良であった。また、Cr濃度の平均値Aveが1.50質量%〜5.00質量%であっても、濃度比RCrのうちで1.00から最も乖離した値Rdが0.90超かつ1.11未満の試料では、スケール密着性が不良であった。
以上のことから、サブスケールにおいて、Cr濃度の平均値Aveが1.50質量%〜5.00質量%であり、かつ圧延方向の長さが50μmの範囲内に、1μm離れて隣り合う2つの測定領域間での濃度比RCrが0.90以下又は1.11以上の部分が1以上あることが、優れたスケール密着性を得るために重要であることが明らかになった。
また、トラックのサイドフレームへの適用に好適な機械的特性として、圧延方向の降伏強度が700MPa以上800MPa未満であること、降伏比が85%以上であることが挙げられるところ、これらの実現には、粒径が100nm未満のTiを含む炭化物及びTiを含む炭窒化物による析出強化が極めて有効である。以下、Tiを含む炭化物及びTiを含む炭窒化物を総称してTi炭化物ということがある。
以下、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の実施形態に係る鋼板及びその製造に用いる鋼の化学組成について説明する。詳細は後述するが、本発明の実施形態に係る鋼板は、鋼の鋳造、スラブ加熱、熱間圧延、第1の冷却、巻き取り及び第2の冷却を経て製造される。従って、鋼板及び鋼の化学組成は、鋼板の特性のみならず、これらの処理を考慮したものである。以下の説明において、鋼板及び鋼に含まれる各元素の含有量の単位である「%」は、特に断りがない限り「質量%」を意味する。本実施形態に係る鋼板及びその製造に用いる鋼は、質量%で、C:0.05%〜0.20%、Si:0.01%〜1.50%、Mn:1.50%〜2.50%、P:0.05%以下、S:0.03%以下、Al:0.005%〜0.10%、N:0.008%以下、Cr:0.30%〜1.00%、Ti:0.06%〜0.20%、Nb:0.00%〜0.10%、V:0.00%〜0.20%、B:0.0000%〜0.0050%、Cu:0.00%〜0.50%、Ni:0.00%〜0.50%、Mo:0.00%〜0.50%、W:0.00%〜0.50%、Ca:0.0000%〜0.0050%、Mg:0.0000%〜0.0050%、REM:0.000%〜0.010%、かつ残部:Fe及び不純物、で表される化学組成を有している。不純物としては、鉱石やスクラップ等の原材料に含まれるもの、製造工程において含まれるもの、が例示される。Sn及びAsが不純物の例として挙げられる。
(C:0.05%〜0.20%)
Cは、強度の向上に寄与する。C含有量が0.05%未満では、十分な強度、例えば圧延方向で700MPa以上の降伏強度若しくは85%以上の降伏比又はこれらの両方が得られない。従って、C含有量は0.05%以上とし、好ましくは0.08%以上とする。一方、C含有量が0.20%超では、強度が過剰となって延性が低下したり、溶接性及び靭性が低下したりする。従って、C含有量は0.20%以下とし、好ましくは0.15%以下とし、より好ましくは0.14%以下とする。
(Si:0.01%〜1.50%)
Siは、強度の向上に寄与したり、脱酸材として作用したりする。Siはアーク溶接の際に溶接部の形状の改善にも寄与する。Si含有量が0.01%未満では、これら効果が十分に得られない。従って、Si含有量は0.01%以上とし、好ましくは0.02%以上とする。一方、Si含有量が1.50%超では、鋼板の表面にSiスケールが多量に発生して表面性状が低下したり、靱性が低下したりする。従って、Si含有量は1.50%以下とし、好ましくは1.20%以下とする。Si含有量が1.50%以下であれば、本実施形態においては、スケール密着性へのSiの影響は無視できる。
(Mn:1.50%〜2.50%)
Mnは、組織強化を通じて強度の向上に寄与する。Mn含有量が1.50%未満では、これら効果が十分に得られない。例えば圧延方向で700MPa以上の降伏強度若しくは85%以上の降伏比又はこれらの両方が得られない。従って、Mn含有量は1.50%以上とし、好ましくは1.60%以上とする。一方、Mn含有量が2.50%超では、強度が過剰となって延性が低下したり、溶接性及び靭性が低下したりする。従って、Mn含有量は2.50%以下とし、好ましくは2.40%以下とし、より好ましくは2.30%以下とする。
(P:0.05%以下)
Pは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Pは、延性及び靱性を阻害するため、P含有量は低ければ低いほどよい。特に、P含有量が0.05%超で、延性及び靱性の低下が著しい。従って、P含有量は0.05%以下とし、好ましくは0.04%以下とし、より好ましくは0.03%以下とする。P含有量の低減にはコストがかかり、0.0005%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、P含有量は0.0005%以上としてもよく、コストの観点から0.0010%以上としてもよい。
(S:0.03%以下)
Sは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Sは、MnSを生成して、延性、溶接性及び靱性を阻害するため、S含有量は低ければ低いほどよい。特に、S含有量が0.03%超で、延性、溶接性及び靱性の低下が著しい。従って、S含有量は0.03%以下とし、好ましくは0.01%以下とし、より好ましくは0.007%以下とする。S含有量の低減にはコストがかかり、0.0005%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、S含有量は0.0005%以上としてもよく、コストの観点から0.0010%以上としてもよく、コストの観点から0.0010%以上としてもよい。
(Al:0.005%〜0.10%)
Alは、脱酸材として作用する。Al含有量が0.005%未満では、この効果が十分に得られない。従って、Al含有量は0.005%以上とし、好ましくは0.015%以上とする。一方、Al含有量が0.10%超では、靱性及び溶接性が低下する。従って、Al含有量は0.10%以下とし、好ましくは0.08%以下とする。
(N:0.008%以下)
Nは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Nは、TiNを形成してTiを消費し、析出強化に好適な微細なTi炭化物の生成を阻害するため、N含有量は低ければ低いほどよい。特に、N含有量が0.008%超で、析出強化能の低下が著しい。従って、N含有量は0.008%以下とし、好ましくは0.007%以下とする。N含有量の低減にはコストがかかり、0.0005%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、N含有量は0.0005%以上としてもよく、コストの観点から0.0010%以上としてもよく、コストの観点から0.0010%以上としてもよい。
(Cr:0.30%〜1.00%)
Crは、強度の向上に寄与したり、サブスケールの形成を通じてスケール密着性を高めたりする。Cr含有量が0.30%未満では、これら効果が十分に得られない。従って、Cr含有量は0.30%以上とし、好ましくは0.25%以上とする。一方、Cr含有量が1.00%超では、サブスケールに含まれるCrが過剰となってスケール密着性が低下する。従って、Cr含有量は1.00%以下とし、好ましくは0.80%以下とする。
(Ti:0.06%〜0.20%)
Tiは、再結晶を抑制し、結晶粒の粗大化を抑制することで、降伏強度の向上に寄与したり、Ti炭化物として析出して析出強化を通じた降伏強度及び降伏比の向上に寄与したりする。Ti含有量が0.06%未満では、これら効果が十分に得られない。従って、Ti含有量は0.06%以上とし、好ましくは0.07%以上とする。一方、Ti含有量が0.20%超では、靱性、溶接性及び延性が低下したり、スラブ加熱中にTi炭化物が溶体化しきれず、析出強化に有効なTiの量が不足して降伏強度及び降伏比が低下したりする。従って、Ti含有量は0.20%以下とし、好ましくは0.16%以下とする。
Nb、V、B、Cu、Ni、Mo、W、Ca、Mg及びREMは、必須元素ではなく、鋼板及び鋼に所定量を限度に適宜含有されていてもよい任意元素である。
(Nb:0.00%〜0.10%、V:0.00%〜0.20%)
Nb及びVは、炭窒化物として析出して強度の向上に寄与したり、結晶粒の粗大化の抑制に寄与したりする。結晶粒の粗大化の抑制は、降伏強度の向上及び靱性の向上に寄与する。従って、Nb若しくはV又はこれらの両方が含有されていてもよい。これら効果を十分に得るために、Nb含有量は好ましくは0.001%以上とし、より好ましくは0.010%以上とし、V含有量は好ましくは0.001%以上とし、より好ましくは0.010%以上とする。一方、Nb含有量が0.10%超では、靱性及び延性が低下したり、スラブ加熱中にNb炭窒化物が溶体化しきれず、強度の確保に有効な固溶Cが不足して降伏強度及び降伏比が低下したりする。従って、Nb含有量は0.10%以下とし、好ましくは0.08%以下とする。V含有量が0.20%超では、靱性及び延性が低下する。従って、V含有量は0.20%以下とし、好ましくは0.16%以下とする。
(B:0.0000%〜0.0050%)
Bは、組織強化を通じて強度の向上に寄与する。従って、Bが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、B含有量は好ましくは0.0001%以上とし、より好ましくは0.0005%以上とする。一方、B含有量が0.0050%超では、靱性が低下したり、強度の向上効果が飽和したりする。従って、B含有量は0.0050%以下とし、好ましくは0.0030%以下とする。
(Cu:0.00%〜0.50%)
Cuは、強度の向上に寄与する。従って、Cuが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、Cu含有量は好ましくは0.01%以上とし、より好ましくは0.03%以上とする。一方、Cu含有量が0.50%超では、靱性及び溶接性が低下したり、スラブの高温割れの懸念が高くなったりする。従って、Cu含有量は0.50%以下とし、好ましくは0.30%以下とする。
(Ni:0.00%〜0.50%)
Niは、強度の向上に寄与したり、靱性の向上及びスラブの高温割れの抑制に寄与したりする。従って、Niが含有されていてもよい。これら効果を十分に得るために、Ni含有量は好ましくは0.01%以上とし、より好ましくは0.03%以上とする。一方、Ni含有量が0.50%超では、徒にコストが上昇する。従って、Ni含有量は0.50%以下とし、好ましくは0.30%以下とする。
(Mo:0.00%〜0.50%、W:0.00%〜0.50%)
Mo及びWは、強度の向上に寄与する。従って、Mo若しくはW又はこれらの両方が含有されていてもよい。これら効果を十分に得るために、Mo含有量は好ましくは0.01%以上とし、より好ましくは0.03%以上とし、W含有量は好ましくは0.01%以上とし、より好ましくは0.03%以上とする。一方、Mo含有量が0.50%超では、徒にコストが上昇する。従って、Mo含有量は0.50%以下とし、好ましくは0.35%以下とする。W含有量が0.50%超では、徒にコストが上昇する。従って、W含有量は0.50%以下とし、好ましくは0.35%以下とする。
以上のことから、Nb、V、B、Cu、Ni、Mo及びWについては、「Nb:0.001%〜0.10%」、「V:0.001%〜0.20%」、「B:0.0001%〜0.0050%」、「Cu:0.01%〜0.50%」、「Ni:0.01%〜0.50%」、「Mo:0.01%〜0.50%」、若しくは「W:0.01%〜0.50%」、又はこれらの任意の組み合わせが満たされることが好ましい。
(Ca:0.0000%〜0.0050%、Mg:0.0000%〜0.0050%、REM:0.000%〜0.010%)
Ca、Mg及びREMは、非金属介在物を球状化して、靱性の向上及び延性の低下の抑制に寄与する。従って、Ca、Mg若しくはREM又はこれらの任意の組み合わせが含有されていてもよい。これら効果を十分に得るために、Ca含有量は好ましくは0.0005%以上とし、より好ましくは0.0010%以上とし、Mg含有量は好ましくは0.0005%以上とし、より好ましくは0.0010%以上とし、REM含有量は好ましくは0.0005%以上とし、より好ましくは0.0010%以上とする。一方、Ca含有量が0.0050%超では、介在物の粗大化及び介在物の数の増加が顕著になり、靱性が低下する。従って、Ca含有量は0.0050%以下とし、好ましくは0.0035%以下とする。Mg含有量が0.0050%超では、介在物の粗大化及び介在物の数の増加が顕著になり、靱性が低下する。従って、Mg含有量は0.0050%以下とし、好ましくは0.0035%以下とする。REM含有量が0.010%超では、介在物の粗大化及び介在物の数の増加が顕著になり、靱性が低下する。従って、REM含有量は0.010%以下とし、好ましくは0.007%以下とする。
以上のことから、Ca、Mg及びREMについては、「Ca:0.0005%〜0.0050%」、「Mg:0.0005%〜0.0050%」、若しくは「REM:0.0005%〜0.010%」、又はこれらの任意の組み合わせが満たされることが好ましい。
REM(希土類金属)はSc、Y及びランタノイドの合計17種類の元素を指し、「REM含有量」はこれら17種類の元素の合計の含有量を意味する。ランタノイドは、工業的には、例えばミッシュメタルの形で添加される。
次に、本発明の実施形態に係る鋼板中のTiの形態について説明する。本発明の実施形態に係る鋼板では、Ti含有量(質量%)を[Ti]、N含有量(質量%)を[N]としたときに下記の式1で表されるパラメータTieff(有効Ti量)に対する、粒径が100nm以上1μm以下のTi炭化物に含まれるTiの量(質量%)の割合RTiが30%以下である。
Tieff=[Ti]−48/14[N] (式1)
Ti炭化物は、析出強化を通じて降伏応力及び降伏比の向上に寄与するが、有効Ti量に対する、粒径が100nm以上、特に100μm以上1μm以下のTi炭化物に含まれるTiの量は、巻き取り時の微細なTi炭化物の形成に大きく影響する。割合RTiが30%超では、粗大なTi炭化物によるTiの消費が過多となり、巻き取り時の微細なTi炭化物の形成に対する駆動力が低下することにより、圧延方向において十分な降伏強度及び降伏比が得られない。従って、割合RTiは30%以下とする。
なお、析出Tiは精度の高い測定が可能であれば方法は問わない。例えば、透過電子顕微鏡により少なくとも50個の析出物が観察されるまで、ランダムに観察を行い、個々の析出物のサイズと全視野サイズから、析出物のサイズ分布を導出し、エネルギ分散型X分析(energy dispersive X-ray spectroscopy:EDS)により析出物中のTi濃度を求めることで算出することで求めることができる。
次に、本発明の実施形態に係る鋼板におけるスケール及びサブスケールの形態について説明する。本発明の実施形態に係る鋼板では、スケールの厚さが10.0μm以下であり、サブスケールにおいて、Cr濃度の平均値Aveが1.50質量%〜5.00質量%であり、かつ圧延方向の長さが50μmの範囲内に、1μm離れて隣り合う2つの測定領域間での濃度比RCrが0.90以下又は1.11以上の部分が1以上ある。
(スケールの厚さ:10.0μm以下)
スケールが厚いほど、鋼板の加工中にスケールに発生する歪みが大きくなり、スケールにき裂が入り、剥離しやすい。そして、上記の実験からも明らかなように、スケールの厚さが10.0μm超では、良好なスケール密着性が得られない。従って、スケールの厚さは10.0μm以下とし、好ましくは8.0μm以下とする。
(サブスケールにおけるCr濃度の平均値Ave:1.50質量%〜5.00質量%)
上記の実験の結果から明らかなように、サブスケールにおけるCr濃度の平均値Aveが1.50質量%未満又は5.00質量%超では、十分なスケール密着性が得られない。従って、平均値Aveは1.50質量%〜5.00質量%とする。平均値Aveが1.50質量%未満の場合に十分なスケール密着性が得られない理由として、サブスケールの生成が不十分で、サブスケールと地鉄との密着性が不足していることが考えられる。Cr濃度の平均値Aveが5.00質量%超の場合に十分なスケール密着性が得られない理由として、サブスケールとスケールとの密着力が低下していることが考えられる。
(濃度比RCrが0.90以下又は1.11以上の部分:1以上)
上記の実験の結果から明らかなように、濃度比RCrのうちで1.00から最も乖離した値Rdが0.90超かつ1.11未満の場合、十分なスケール密着性が得られない。従って、圧延方向の長さが50μmの範囲内に、1μm離れて隣り合う2つの測定領域間での濃度比RCrが0.90以下又は1.11以上の部分が1以上あることとする。このことは、サブスケール中に、Cr濃度の変動が大きい領域が存在することを意味する。スケールに地鉄との整合性のよいマグネタイトが含まれているが、Cr濃度が過度に均一である場合、マグネタイトと地鉄との接触が阻害され、良好なスケール密着性が得られないと考えられる。その一方で、Cr濃度の変動が大きい領域が存在すると、この領域を介してマグネタイトと地鉄との接触が確保され、優れたスケール密着性が得られると考えられる。
本実施形態によれば、例えば、圧延方向で700MPa以上800MPa未満の降伏強度、圧延方向で85%以上の降伏比が得られる。本実施形態は、高い降伏強度が要求されるトラックのサイドフレームのような長尺の構造用部材に適しており、部材の板厚の薄肉化による車両重量の軽減に寄与することができる。なお、降伏強度が800MPa以上では、プレス加工に要する負荷が過大となるおそれがある。このため、好ましくは降伏強度は800MPa未満である。また、降伏比が85%未満では、降伏応力に対して引張強度が高すぎるため、加工が困難になる懸念がある。このため、降伏比は好ましくは85%以上であり、より好ましくは90%以上である。
降伏強度及び降伏比は、室温でのJIS Z2241に従った引張試験により測定することができる。試験片には、圧延方向を長手方向とするJIS5号引張試験片を使用する。降伏点がある場合は上降伏点の強度を降伏強度とし、降伏点がない場合は0.2%耐力を降伏強度とする。降伏比は、降伏強度を引張強度で除して得られる商である。
次に、本発明の実施形態に係る鋼板の製造方法について説明する。本発明の実施形態に係る鋼板の製造方法では、上記の化学組成を有する鋼の鋳造、スラブ加熱、熱間圧延、第1の冷却、巻き取り及び第2の冷却をこの順で行う。
(鋳造)
上記化学組成を有する溶鋼を常法により鋳造してスラブを製造する。スラブとして、鋼塊を鍛造又は圧延したものを用いてもよいが、スラブは連続鋳造により製造することが好ましい。薄スラブキャスターなどで製造したスラブを用いてもよい。
(スラブ加熱)
スラブの製造後には、スラブを一旦冷却し、又はそのまま1150℃以上1250℃未満の温度に加熱する。この温度(スラブ加熱温度)が1150℃未満では、スラブ中のTiを含む析出物が十分に溶体化せず、後にTi炭化物が十分に析出せず、十分な強度が得られなくなる。従って、スラブ加熱温度は1150℃以上とし、好ましくは1160℃以上とする。一方、スラブ加熱温度が1250℃以上では、結晶粒が粗大になって降伏応力が低下したり、加熱炉内で生成する1次スケールの生成量が増加して歩留まりが低下したり、燃料コストが増大したりする。従って、スラブ加熱温度は1250℃未満とし、好ましくは1245℃以下とする。
(熱間圧延)
スラブ加熱の後、スラブのデスケーリングを行い、粗圧延を行う。粗圧延により粗バーが得られる。粗圧延の条件は特に限定されない。粗圧延の後、タンデム圧延機を用いて粗バーの仕上げ圧延を行うことにより、熱延鋼板を得る。粗圧延と仕上げ圧延との間に、高圧水等を用いたデスケーリングを行うことで、粗バーの表面に生成したスケールを除去することが好ましい。仕上げ圧延の入側では、粗バーの表面温度を1050℃未満とする。また、仕上げ圧延の出側温度が920℃以上では、スケールの厚さが10.0μm超となり、スケール密着性が低下する。従って、出側温度は920℃未満とする。
出側温度が低いほど、鋼板の結晶粒が微細になり、優れた降伏強度及び靱性が得られる。このため、鋼板の特性の観点からは、出側温度は低ければ低いほどよい。その一方で、出側温度が低いほど、粗バーの変形抵抗が高くなって圧延荷重が増加し、仕上げ圧延を進められなくなったり、厚さの制御が困難になったりする。このため、圧延機の能力及び厚さ制御の精度に応じて出側温度の下限を設定することが好ましい。圧延機にもよるが、出側温度が800℃未満の場合に仕上げ圧延の進行が妨げられやすい。このため、出側温度は好ましくは800℃以上とする。
(第1の冷却)
仕上げ圧延の完了から3秒以内にランナウトテーブルで熱延鋼板の冷却を開始し、この冷却では、冷却を開始した温度(冷却開始温度)から750℃までの間を30℃/秒超の平均冷却速度で降温する。冷却開始温度から750℃までの間の平均冷却速度が30℃/秒以下では、隣り合う2測定領域間での濃度比RCrのうちで最も1.00から乖離した値Rdが0.90超かつ1.11未満となり、サブスケール中のCr濃度が均一化して、スケール密着性が低下したり、オーステナイト相中に粗大なTi炭化物が生成して、強度が低下したりする。従って、冷却開始温度から750℃までの間の平均冷却速度は30℃/秒超とする。また、仕上げ圧延の完了から冷却開始までの時間が長くなるほど、オーステナイト相が再結晶しやすく、この再結晶に伴って粗大なTi炭化物が形成され、微細なTi炭化物の生成に有効なTiの量が低下する。また、この時間が長くなるほど、サブスケール中のCr濃度の均一化が進行する。そして、このような傾向は、この時間が3秒超で顕著である。従って、仕上げ圧延の完了から冷却開始までの時間は3秒以内とする。
(巻き取り)
750℃までの冷却の後には、ランナウトテーブルの後端で熱延鋼板を巻き取る。巻き取りの際の熱延鋼板の温度(巻取温度)が650℃以上では、サブスケールにおけるCr濃度の平均値Aveが過剰となり、十分なスケール密着性が得られない。従って、巻取温度は650℃未満とし、好ましくは600℃以下とする。一方、巻取温度が500℃以下では、サブスケールにおけるCr濃度の平均値Aveが過少となって十分なスケール密着性が得られなかったり、Ti炭化物が不足して十分な降伏強度及び降伏比を得ることが困難になったりする。従って、巻取温度は500℃超とし、好ましくは550℃以上とする。
(第2の冷却)
熱延鋼板の巻き取り後には、熱延鋼板を室温まで冷却する。この際の冷却方法及び冷却速度は限定されない。生産コストの観点からは、大気中での放冷が好ましい。
このようにして、本発明の実施形態に係る鋼板を製造することができる。
この鋼板は、例えば、通常の条件でレベラーに通板して、平板に成形し、所定の長さに切断し、例えば、トラックのサイドフレーム用として出荷することができる。コイルのままで出荷してもよい。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
次に、本発明の実施例について説明する。実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
表1に示す化学組成を有する鋼を溶製し、連続鋳造によりスラブを製造し、表2に示す条件でスラブ加熱、熱間圧延、第1の冷却及び巻き取りを行った。巻き取り後には、第2の冷却として室温まで放冷した。表1に示す化学組成の残部はFe及び不純物である。表1中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。表2中の「出側温度」は仕上げ圧延の出側温度であり、「経過時間」は仕上げ圧延の完了から第1の冷却の開始までの経過時間であり、「平均冷却速度」は第1の冷却を開始した温度から750℃までの平均冷却速度であり、「板厚」は巻き取り後の鋼板の厚さである。
次いで、鋼板から観察用の試料を採取し、有効Ti量に対する、粒径が100nm以上1μm以下のTi炭化物に含まれるTiの量の割合RTi、スケールの厚さ、並びにサブスケールにおける、Cr濃度の平均値Ave、及び濃度比RCrのうちで1.00から最も乖離した値Rdを測定した。この結果を表3に示す。表3中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。
また、鋼板から引張試験用の試験片を採取し、引張試験により降伏強度及び降伏比を測定した。更に、スケール密着性の評価用の短冊試験片を採取し、上記の方法によりスケール密着性の評価を行った。これらの結果も表3に示す。表3中の下線は、その数値が望ましい範囲から外れていることを示す。ここでいう望ましい範囲とは、降伏強度が700MPa以上800MPa未満、降伏比が85%以上、スケール密着性が良好(○)である。
表3に示すように、本発明範囲内にある試料No.1、No.3、No.5、No.7、No.9、No.11、No.14、No.15、No.17、No.19、No.21、No.23、No.25、No.27、及びNo.29では、良好な機械的特性及び優れたスケール密着性を得ることができた。
一方、試料No.2、No.4、No.12、No.26では、割合RTiが高すぎ、値Rdが1.00に近すぎたため、降伏強度及び降伏比が低く、スケール密着性が不良であった。試料No.6では、割合RTiが高すぎ、スケールが厚すぎ、平均値Aveが大きすぎたため、降伏比が低く、スケール密着性が不良であった。試料No.8では、割合RTiが高すぎ、スケールが厚すぎ、平均値Aveが小さすぎたため、降伏強度及び降伏比が低く、スケール密着性が不良であった。試料No.10では、割合RTiが高すぎ、スケールが厚すぎ、平均値Aveが大きすぎ、値Rdが1.00に近すぎたため、降伏強度及び降伏比が低く、スケール密着性が不良であった。試料No.13、No.22では、割合RTiが高すぎ、平均値Aveが小さすぎたため、降伏強度及び降伏比が低く、スケール密着性が不良であった。試料No.16では、割合RTiが高すぎ、スケールが厚すぎ、平均値Aveが大きすぎたため、降伏強度及び降伏比が低く、スケール密着性が不良であった。試料No.18では、割合RTiが高すぎ、スケールが厚すぎ、平均値Aveが小さすぎたため、降伏比が低く、スケール密着性が不良であった。試料No.20では、割合RTiが高すぎ、平均値Aveが大きすぎたため、降伏強度及び降伏比が低く、スケール密着性が不良であった。試料No.24では、平均値Aveが大きすぎたため、スケール密着性が不良であった。試料No.28では、スケールが厚すぎたため、スケール密着性が不良であった。試料No.30では、割合RTiが高すぎたため、降伏強度及び降伏比が低く、スケール密着性が不良であった。
試料No.31では、N含有量が高すぎ、割合RTiが高すぎたため、降伏強度及び降伏比が低かった。試料No.32では、C含有量が低すぎ、割合RTiが高すぎたため、降伏強度が低かった。試料No.33では、Ti含有量が高すぎ、割合RTiが高すぎたため、降伏強度及び降伏比が低かった。試料No.34では、Nb含有量が高すぎ、割合RTiが高すぎたため、降伏強度が低かった。試料No.35では、C含有量が高すぎたため、降伏強度が高かった。試料No.36では、Ti含有量が低すぎ、割合RTiが高すぎたため、降伏比が低かった。試料No.37では、Cr含有量が高すぎ、平均値Aveが大きすぎたため、スケール密着性が不良であった。試料No.38では、Mn含有量が低すぎ、割合RTiが高すぎたため、降伏強度が低かった。試料No.39では、Cr含有量が低すぎ、平均値Aveが小さすぎたため、スケール密着性が不良であった。試料No.40では、Mn含有量が高すぎたため、降伏強度が高すぎた。
製造条件に着目すると、試料No.2では、出側温度が低すぎたため、圧延荷重が大きく、板厚の均一性が低かった。また、経過時間が長すぎ、平均冷却速度が低すぎた。試料No.4では、スラブ加熱温度が低すぎ、平均冷却速度が低すぎた。試料No.6では、出側温度が高すぎ、巻取温度が高すぎた。試料No.8では、出側温度が高すぎ、巻取温度が低すぎた。試料No.10では、スラブ加熱温度が高すぎたため、歩留りが低く、燃料コストが高かった。また、出側温度が高すぎ、平均冷却速度が低すぎ、巻取温度が高すぎた。試料No.12では、経過時間が長すぎた。試料No.13では、巻取温度が低すぎた。試料No.16では、スラブ加熱温度が低すぎ、出側温度が高すぎ、巻取温度が高すぎた。試料No.18では、スラブ加熱温度が高すぎたため、歩留りが低く、燃料コストが高かった。また、出側温度が高すぎ、巻取温度が低すぎた。試料No.20では、スラブ加熱温度が低すぎ、巻取温度が高すぎた。試料No.22では、スラブ加熱温度が低すぎ、巻取温度が低すぎた。試料No.24では、巻取温度が高すぎた。試料No.26では、スラブ加熱温度が高すぎたため、歩留りが低く、燃料コストが高かった。また、出側温度が高すぎ、経過時間が長すぎ、平均冷却速度が低すぎた。試料No.28では、出側温度が高すぎた。試料No.30では、スラブ加熱温度が低すぎ、出側温度が低すぎた。
なお、試料No.1〜No.30について酸洗性の評価を行ったところ、スケール密着性が優れている試料No.1、No.3、No.5、No.7、No.9、No.11、No.14、No.15、No.17、No.19、No.21、No.23、No.25、No.27、及びNo.29では、酸洗性が低く、その他の試料では、酸洗性が高かった。すなわち、スケール密着性が優れている試料では、酸洗によってスケールが除去されにくく、スケール密着性が低い試料では、酸洗によってスケールが除去されやすかった。この評価では、鋼板を、温度が80℃、濃度が10質量%の塩酸に30秒間浸漬し、水洗し、乾燥した後、鋼板に粘着テープを貼り付けた。そして、粘着テープを鋼板から剥がし、粘着テープに付着物があるか否かを目視により確認した。付着物があることは、塩酸への浸漬後にもスケールが残存していたこと、つまり酸洗性が低いことを示し、付着物がないことは、塩酸への浸漬によりスケールが除去されたこと、つまり酸洗性が高いことを示す。
本発明は、例えば、自動車、鉄道車両等の輸送機械の部材に好適な鋼板に関連する産業に利用することができる。
神戸製鋼技報/Vol.56No.3(Dec.2006)P22
(S:0.03%以下)
Sは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Sは、MnSを生成して、延性、溶接性及び靱性を阻害するため、S含有量は低ければ低いほどよい。特に、S含有量が0.03%超で、延性、溶接性及び靱性の低下が著しい。従って、S含有量は0.03%以下とし、好ましくは0.01%以下とし、より好ましくは0.007%以下とする。S含有量の低減にはコストがかかり、0.0005%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、S含有量は0.0005%以上としてもよく、コストの観点から0.0010%以上としてもよい。
(N:0.008%以下)
Nは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Nは、TiNを形成してTiを消費し、析出強化に好適な微細なTi炭化物の生成を阻害するため、N含有量は低ければ低いほどよい。特に、N含有量が0.008%超で、析出強化能の低下が著しい。従って、N含有量は0.008%以下とし、好ましくは0.007%以下とする。N含有量の低減にはコストがかかり、0.0005%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、N含有量は0.0005%以上としてもよく、コストの観点から0.0010%以上としてもよい。

Claims (3)

  1. 地鉄と、
    前記地鉄の表面の厚さが10.0μm以下のスケールと、
    前記地鉄と前記スケールとの間のサブスケールと、
    を有し、
    前記地鉄は、
    質量%で、
    C :0.05%〜0.20%、
    Si:0.01%〜1.50%、
    Mn:1.50%〜2.50%、
    P :0.05%以下、
    S :0.03%以下、
    Al:0.005%〜0.10%、
    N :0.008%以下、
    Cr:0.30%〜1.00%、
    Ti:0.06%〜0.20%、
    Nb:0.00%〜0.10%、
    V :0.00%〜0.20%、
    B :0.0000%〜0.0050%、
    Cu:0.00%〜0.50%、
    Ni:0.00%〜0.50%、
    Mo:0.00%〜0.50%、
    W :0.00%〜0.50%、
    Ca:0.0000%〜0.0050%、
    Mg:0.0000%〜0.0050%、
    REM:0.000%〜0.010%、かつ
    残部:Fe及び不純物、
    で表される化学組成を有し、
    前記サブスケールにおいて、
    Cr濃度の平均値が1.50質量%〜5.00質量%であり、かつ
    圧延方向の長さが50μmの範囲内に、1μm離れて隣り合う2つの測定領域間でのCr濃度の比が0.90以下又は1.11以上の部分が1以上あり、
    Ti含有量(質量%)を[Ti]、N含有量(質量%)を[N]としたときに下記の式1で表されるパラメータTieffに対する、粒径が100nm以上1μm以下の炭化物又は炭窒化物に含まれるTiの量の割合が30%以下であることを特徴とする鋼板。
    Tieff=[Ti]−48/14[N] (式1)
  2. 前記化学組成において、
    Nb:0.001%〜0.10%、
    V :0.001%〜0.20%、
    B :0.0001%〜0.0050%、
    Cu:0.01%〜0.50%、
    Ni:0.01%〜0.50%、
    Mo:0.01%〜0.50%、若しくは
    W :0.01%〜0.50%、
    又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする請求項1に記載の鋼板。
  3. 前記化学組成において、
    Ca:0.0005%〜0.0050%、
    Mg:0.0005%〜0.0050%、若しくは
    REM:0.0005%〜0.010%、
    又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼板。
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