JPWO2019203251A1 - 熱延鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は上記の課題に鑑みてなされた発明であり、高強度かつ靱性に優れ、鋼板形状にも優れた熱延鋼板を提供することを課題とする。
[1] 質量%で、
C:0.10%以上、0.50%以下、
Si:0.10%以上、3.00%以下、
Mn:0.5%以上、3.0%以下、
P:0.10%以下、
S:0.0100%以下、
Al:1.00%以下、
N:0.010%以下、
Ti:0%以上、0.20%以下、
Nb:0%以上、0.100%以下、
Ca:0%以上、0.0060%以下、
Mo:0%以上、0.50%以下、
Cr:0%以上、1.00%以下を含有し、
残部がFeおよび不純物であり、
組織の旧オーステナイトの平均粒径が0.1μm以上3.0μm以下であり、
板幅中央部の板厚と、板幅端部から板幅方向に沿って板幅中央部に向かって10mm離間した箇所の板厚との差である板クラウン量が80μm以下であることを特徴とする熱延鋼板。
[2] 質量%で、
Ti:0.02%以上、0.20%以下、
Nb:0.010%以上、0.100%以下、
Ca:0.0005%以上、0.0060%以下、
Mo:0.02%以上、0.50%以下、
Cr:0.02%以上、1.00%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]に記載の熱延鋼板。
Cは鋼板の強度を向上させるために重要な元素である。目的の強度を得るためには、C含有量の下限を0.10%以上とする必要がある。C含有量の下限は好ましくは0.25%以上である。しかしながら、C含有量が0.50%超であると鋼板の靭性が劣化する。そのため、C含有量の上限は0.50%以下とする。
Siは鋼板の強度を向上させる効果を有する元素である。この効果を得るため、Si含有量の下限を0.10%以上とする。Si含有量の下限は、好ましくは0.50%以上である。一方、Si含有量が3.00%超であると、鋼板の靭性が劣化する。そのため、Si含有量の上限を3.00%以下とする。Si含有量の上限は、好ましくは2.50%以下である。
Mnは焼入れ性の向上及び固溶強化によって鋼板の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るため、Mn含有量の下限を0.5%以上とする。Mn含有量の下限は、好ましくは1.0%以上である。一方、Mn含有量が3.0%超になると靭性の等方性に有害なMnSが生成する。そのため、Mn含有量の上限を3.0%以下とする。Mn含有量の上限は、好ましくは2.0%以下である。
Pは不純物であり、P含有量は低いほど望ましい。すなわち、P含有量が0.100%超になると加工性や溶接性の低下が著しくなる上、疲労特性も低下する。そのためP含有量の上限を、0.100%以下に制限する。P含有量の上限は、好ましくは0.050%以下である。
Sは不純物であり、S含有量は低いほど望ましい。S含有量が、0.010%を超えると靭性の等方性に有害なMnS等の介在物を生成が顕著になる。そのため、S含有量の上限を、0.010%以下に制限する。特に厳しい低温靭性が要求される場合には、S含有量の上限を0.006%以下とすることが好ましい。
Alは製鋼プロセスで脱酸するために必要な元素である。しかしながら、Al含有量が1.00%を超えると、クラスタ状に析出したアルミナが生成し、靭性が劣化する。そのため、Al含有量の上限を1.00%以下とする。Al含有量の上限は、好ましくは0.50%以下である。
Nは不純物である。N含有量が0.010%超であると、高温にて粗大なTi窒化物が形成され、鋼板の靭性が劣化する。したがって、N含有量の上限を0.010%以下とする。N含有量の上限は、好ましくは0.006%以下である。
Tiは、オーステナイトの再結晶と粒成長を抑制するために効果的な元素である。Tiを0.02%以上含有することで再結晶と粒成長の抑制効果を得ることができる。Ti含有量の下限は、好ましくは0.08%以上である。一方、Ti含有量が0.20%超であると、TiNを起因とした介在物が生成し、鋼板の靭性が劣化する。そのため、Tiの含有量の上限を0.20%以下とする。Ti含有量の上限は、好ましくは0.16%以下である。
Nbは、オーステナイトの再結晶と粒成長を抑制するために効果的な元素である。この効果を得る場合、Nb含有量の下限を0.010%以上とすることが好ましい。一方、Nb含有量が0.100%超ではその効果は飽和する。そのため、Nbを含有させる場合でも、Nb含有量の上限を0.100%以下とする。Nb含有量のより好ましい上限は0.060%以下である。
Caは、溶鋼の脱酸時に微細な酸化物を多数分散させ、鋼板の組織を微細化する効果を有する元素である。また、Caは、鋼中のSを球形のCaSとして固定し、MnSなどの延伸介在物の生成を抑制して靭性の異方性を向上させる元素である。これらの効果を得る場合、Ca含有量の下限を0.0005%以上とすることが好ましい。一方、Ca含有量が0.0060%を超えてもその効果は飽和する。そのため、Caを含有させる場合でも、Caの含有量の上限を0.0060%以下とする。Ca含有量のより好ましい上限は0.0040%以下である。
Moは、フェライトの析出強化に有効な元素である。この効果を得る場合、Mo含有量を0.02%以上とすることが好ましい。Mo含有量のより好ましい下限は、0.10%以上である。一方、Mo含有量が過剰になるとスラブの割れ感受性が高まりスラブの取り扱いが困難になる。そのため、Moを含有させる場合でも、Mo含有量の上限を0.50%以下とする。Mo含有量のより好ましい上限は0.30%以下である。
Crは鋼板の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果を得る場合、Cr含有量の下限を0.02%以上とすることが好ましい。Cr含有量の下限は、より好ましくは0.10%以上である。一方、Cr含有量が過剰になると延性が低下する。そのため、Crを含有させる場合でも、Cr含有量の上限を1.00%以下とする。Cr含有量のより好ましい上限は0.80%以下である。
本実施形態に係る熱延鋼板は、旧オーステナイトが細かく再結晶した組織を有する。熱延鋼板の靭性は、旧オーステナイトの平均結晶粒径に大きく依存することから、変態した組織、つまり鋼板組織については問わない。一般的には靭性を向上させるためには単相が好ましく、例えば高強度鋼ではマルテンサイト単相にするとよいが、本実施形態はマルテンサイト単相に限定されない。なお、本実施形態において、熱延鋼板は、ベイナイトを有していてもよい。また、本実施形態において、熱延鋼板に含有されるベイナイトの平均粒径は1.0μm以下でもよい。
旧オーステナイトの平均粒径が0.1μm未満では、熱延鋼板の加工硬化特性が失われるため、熱間圧延後に鋼板をコイルにした際や、コイルをほどく際に割れが発生しやすくなる。一方、旧オーステナイトの平均粒径が3.0μmを超えると、高強度化した鋼板では低温靭性が劣位となる。旧オーステナイトの平均粒径の好ましい範囲は0.5μm以上、2.0μm以下である。
熱延鋼板の板幅をWとしたとき、熱延鋼板の幅方向で片端から1/4W(幅)又は3/4W(幅)において、圧延方向に平行かつ板面に対して垂直な断面が観察面となるように試料を採取し、断面を鏡面研磨した後、ピクリン酸で腐食を行って旧オーステナイト結晶粒の粒界を現出させる。その後、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、鋼板表面から板厚の1/4深さ位置で、鋼板の圧延方向400μm×厚さ方向400μmの領域を観察する。
得られた画像を画像解析装置を用いて解析することにより、旧オーステナイトの平均粒径を求める。なお、旧オーステナイトの平均粒径は、円相当径として求める。
本実施形態に係る熱延鋼板は、形状に優れる。つまり、前述したように従来の方法では形状が劣化する細粒鋼板の場合でも、熱間圧延後の板クラウン量が小さい。熱間圧延によって小さな板クラウン量になるようにすることで、熱延鋼板としての優位性だけでなく、これをさらに加工した冷延鋼板、熱処理鋼板においても形状と靱性に優れた鋼板となる。
熱間圧延後の熱延鋼板の板幅中央部の板厚と、板幅端部から板幅方向に沿って板幅中央部に向かって10mm離間した箇所の板厚との差である板クラウン量が80μm超では、鋼板の板幅方向の板厚差が大きく、熱延鋼板を素材とした場合のプレス成型時の接触不良や、面圧のずれが大きく、成型性が劣位となる。大型部品や高加工性が必要な場合は60μm以下であることが好ましい。板クラウン量は、板幅中央部の板厚を10箇所測定して得た平均値と、板幅端部から板幅方向に沿って板幅中央部に向かって10mm離間した箇所の板厚を任意に10箇所測定して得た平均値との差とする。
本実施形態に係る熱延鋼板の板幅は特に限定されないが、800〜1200mmであることが好ましい。
本実施形態に係る熱延鋼板の板厚は特に限定されないが、1.0〜4.0mmであることが好ましい。
(a)上記の成分組成を有するスラブを、1100℃以上、1350℃未満に加熱する加熱工程。
(b)加熱工程後のスラブを、仕上げ圧延する工程であって、最終スタンドにおける鋼板侵入温度を850℃以上、1050℃以下とし、鋼板と圧延ロールとの接触時間を0.005秒以上、0.020秒以下で圧延する工程。
(c)仕上圧延終了後0.8秒未満で冷却を開始し、仕上圧延終了温度から750℃までの平均冷却速度を100℃/秒以上にする冷却工程。
(d)冷却工程後、巻取りを行う巻取り工程。
(e)(a)〜(d)で製造した熱延鋼板を酸洗、冷延する工程。
(f)(a)〜(d)で製造した熱延鋼板を酸洗、冷延、焼鈍後、調質圧延を行う工程。
(g)(a)〜(d)で製造した熱延鋼板を酸洗、冷延、焼鈍、めっき後、調質圧延を行う工程。
(h)前記(a)〜(d)で製造した熱延鋼板を酸洗し、めっき後、調質圧延を行う工程。
以下、各工程について説明する。
熱間圧延の前に、スラブに対して加熱を行う。連続鋳造等によって得られた本実施形態に係る熱延鋼板と同じ化学組成を有するスラブを加熱する際、加熱前の温度は限定しない。鋳造から熱延に直結する設備のように、1000℃から加熱してもよく、スラブを切り出して室温から加熱してもよい。加熱の温度が、1100℃未満では、スラブの均質化が不十分となる。この場合、結果として得られる鋼板の強度や加工性が低下する。一方で、加熱温度が1350℃以上になると、初期のオーステナイト粒径が大きくなることで、最終的に得られる鋼板において、組織が混粒になりやすくなる。また、製造コストの上昇や、生産性の低下にもつながる。そのため、加熱温度は、1100℃以上、1350℃未満が望ましい。
圧延工程は粗圧延工程と仕上圧延工程を行うが、粗圧延工程については特に制限はない。
一方、仕上圧延工程では、最終スタンドにおける鋼板の侵入温度と、鋼板とロールの接触時間とを制御することが重要である。最終スタンドにおける鋼板侵入温度は、オーステナイトの再結晶を確保するために必要であり、また、鋼板と圧延ロールとの接触時間は抜熱による温度低下と加工時間とをバランスするために必要である。本実施形態では、最終スタンドにおける鋼板の侵入温度と最終スタンドの圧延ロールと鋼板との接触時間を制御することで再結晶を促進し、圧延負荷を抑制することができる。
仕上圧延終了後は、仕上圧延によって作り込んだ再結晶オーステナイト組織を微細に保つため、仕上圧延の最終スタンド通過後、0.8秒未満で冷却を開始する。すなわち、仕上圧延の最終スタンド通過時から冷却開始時までの所要時間を0.8秒未満とする。冷却は、仕上圧延の終了温度から750℃までの平均冷却速度を100℃/s以上の条件で冷却する。平均冷却速度が100℃/s未満では、冷却中にもオーステナイトの粒成長が起こり、旧オーステナイト粒の平均粒径が粗大化する。750℃未満の冷却速度は、旧オーステナイト粒の平均粒径への影響が小さいため、目的の熱延組織を得るための冷却速度を自由に選択できる。
熱延のまま製品となる熱延鋼板は、引張強度980MPa以上を確保するため、550℃未満で巻取ることが好ましい。
熱延鋼板は次に、表面のスケールを除去するために、酸洗処理を施されたのち、狙いの鋼板厚みを得るために冷延工程を施してもよい。酸洗処理の条件は特に限定されない。本実施形態では、冷延工程の条件は特に限定する必要がないが、通常は冷間圧延時の圧下率が30%以上、80%以下であれば加工性、板厚精度において特に問題はない。冷間圧延時の圧下率が80%を超えると鋼板の板幅端部の割れや、加工硬化による強度上昇で操業が困難となる。
冷延後の冷延鋼板には、焼鈍工程を施してもよい。焼鈍の最高温度が900℃を超えると熱延で作りこんだオーステナイト粒径が粗大化するため、焼鈍の最高加熱温度を900℃以下にすることが好ましい。一方、最高加熱温度が500℃未満では、再結晶による圧延組織の作りこみに多大な時間を有し、生産性の観点から好ましくない。焼鈍後は形状矯正や表面粗さ調整を目的とした調質圧延工程をさらに施してもよい。調質圧延工程は、圧延加工組織を残さないため、圧下率は1.0%以下とすることが好ましい。
熱延鋼板または冷延鋼板は、表面の耐食性向上のために、電気めっき、溶融めっき、合金化溶融めっき等の処理を施してもよい。めっき処理工程において、熱を付与する場合は、900℃以下であることが好ましい。900℃を超えると熱延工程で形成したオーステナイト粒径が粗大化する。めっき後は形状矯正や粗度調整を目的とした調質圧延工程をさらに施してもよい。調質圧延工程は、圧延加工組織を残さないため、圧下率は1.0%以下とすることが好ましい。
延性脆性遷移温度の測定は、JISZ2242:2005で規定する2.5mmサブサイズのVノッチ試験片で、C方向ノッチのシャルピー衝撃試験を行い、脆性破面率が50%となる温度を延性脆性遷移温度とした。また、鋼板の最終板厚が2.5mm未満の鋼板については全厚で測定した。延性脆性遷移温度が−50℃以下であれば合格とした。
板クラウン量については、鋼板の板幅中央部の板厚と、板幅端部から板幅方向に沿って板幅中央部に向かって10mm離間した箇所の板厚との差を算出した。具体的には、板クラウン量は、板幅中央部の任意の10箇所を測定して求めた板幅中央部の板厚の平均値と、板幅端部から板幅方向に沿って板幅中央部に向かって10mm離間した箇所を任意に10箇所測定して求めた板厚の平均値との差から求めた。
試験番号15では、接触時間が長く、ロール接触による抜熱が大きくなり、鋼板幅方向の温度差が大きく、幅方向の変形抵抗差が大きくなるために板クラウン量が80μmを超えている。
試験番号17では、接触時間が短く、熱延加工中に再結晶する時間がないため、旧オーステナイト粒径が粗大で、靱性が劣位である。
試験番号24では、侵入温度が低く、再結晶に必要な温度を確保できず、旧オーステナイト粒が粗大で、かつ圧延負荷が高いために、板クラウン量が大きい。そのため、靱性と板クラウン量が劣位である。
試験番号28は最終スタンド通過後冷却開始までの時間が0.8秒以上となっており、旧オーステナイト粒が成長したために平均粒径が粗大で、靭性が劣位である。
試験番号32は冷却速度が100℃/秒未満となっており、再結晶後に粒成長したため、旧オーステナイト粒が粗大化し、靱性が劣位である。
試験番号33は鋼中の炭素量が少なく、引張強度が劣位である。
試験番号36では侵入温度が高く、旧オーステナイトの再結晶粒が粗大化し、靱性が劣位である。
試験番号38では、接触時間が短く、熱延加工中に再結晶する時間がないため、旧オーステナイト粒径が粗大で、靱性が劣位である。
試験番号39は冷却速度が100℃/秒未満となっており、再結晶後に粒成長したため、旧オーステナイト粒が粗大化し、靱性が劣位である。
試験番号40は、加熱温度が低いことに加え、圧延ロールと鋼板との接触時間が短く、熱延加工中に再結晶する時間がないため、旧オーステナイト粒が成長し、靭性が劣位である。また、試験番号40のベイナイトの平均粒径は、1.3μmであった。
試験番号41は、接触時間が長く、ロール接触による抜熱が大きくなり、鋼板幅方向の温度差が大きく、幅方向の変形抵抗差が大きくなるために板クラウン量が80μmを超えている。
Claims (2)
- 質量%で、
C:0.10%以上、0.50%以下、
Si:0.10%以上、3.00%以下、
Mn:0.5%以上、3.0%以下、
P:0.100%以下、
S:0.010%以下、
Al:1.00%以下、
N:0.010%以下、
Ti:0%以上、0.20%以下、
Nb:0%以上、0.100%以下、
Ca:0%以上、0.0060%以下、
Mo:0%以上、0.50%以下、
Cr:0%以上、1.00%以下を含有し、
残部がFeおよび不純物であり、
組織の旧オーステナイトの平均粒径が0.1μm以上3.0μm以下であり、
板幅中央部の板厚と、板幅端部から板幅方向に沿って板幅中央部に向かって10mm離間した箇所の板厚との差である板クラウン量が80μm以下であることを特徴とする熱延鋼板。 - 質量%で、
Ti:0.02%以上、0.20%以下、
Nb:0.010%以上、0.100%以下、
Ca:0.0005%以上、0.0060%以下、
Mo:0.02%以上、0.50%以下、
Cr:0.02%以上、1.00%以下
の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の熱延鋼板。
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