(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．３５％以下、
Ｍｎ：０．６０〜１．００％、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．００６％以下
Ｃｕ：０．３０％以下、
Ｎｉ：０．２５％以下、
Ｃｒ：０．９０〜１．５０％、
Ｍｏ：０．１０〜０．５０％、
酸可溶性Ａｌ：０．０５％以下、
Ｃａ：０．００３％以上、
Ｃａ／Ｓ：０．６０〜１．７０、
残部が実質的にＦｅからなり、金属組織がフェライトとパ−ライトの均質な混合組織からなるプレス成形性と表面性状に優れた構造用熱延鋼板。
【請求項２】
重量％で、
Ｃ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．３５％以下、
Ｍｎ：０．６０〜１．００％、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．００６％以下
Ｃｕ：０．３０％以下、
Ｎｉ：０．２５％以下、
Ｃｒ：０．９０〜１．５０％、
Ｍｏ：０．１０〜０．５０％、
酸可溶性Ａｌ：０．０５％以下、
Ｃａ：０．００３％以上、
Ｃａ／Ｓ：０．６０〜１．７０、
残部が実質的にＦｅからなる鋼スラブを、
１１５０〜１３００℃に加熱後、全圧下率５０％以上、最終圧下率１０％以上の熱間圧延を施し、仕上温度をＡｒ３  変態点〜Ａｒ３  ＋５０℃、巻取温度を４００〜６００℃、熱延仕上げから巻取りまでの平均冷却速度を３０〜６０℃／秒とするプレス成形性と表面性状に優れた構造用熱延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス成形性と表面性状に優れた引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ２  以上の構造用熱延鋼板とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用や産業機械用のギヤー部品、チェーン部品、フレーム部品等の素材として使用される鋼材は、ＪＩＳＧ４０５１に規定される機械構造用炭素鋼やＪＩＳＧ４１０２〜４１０６に規定されるＳＣＲ４２０，ＳＣＭ４２０等の構造用合金鋼が使用されている。これらの鋼材は、所定の形状に打ち抜かれたり、あるいはプレス成形された後、浸炭焼き入れ・焼戻し等の熱処理によって材質を改善し、一部はショットピーニング等を施して塗装後製品化される。これらの鋼材には成形加工前は軟質で加工性に優れ、熱処理後においては強度、耐衝撃性、耐摩耗性等に優れていることが要求される。
【０００３】
一方、機械構造用炭素鋼やＳＣＲ４２０，ＳＣＭ４２０等の構造用合金鋼を熱間圧延ままの高強度レベルで使用する場合、焼鈍等の軟化処理を施すことで加工性を改善していた。さらに、構造用合金鋼は、製造過程の熱間圧延中に生成した酸化スケールに起因したスケール疵による鋼板や製品の表面品質劣化、厚く生成した酸化スケールの過大な剥離による生産歩留の低下などが問題となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これまで熱延ままでは比較的軽度な成形加工部品に限られていた高強度の構造用熱延鋼板のプレス成形性を向上させ、プレス成形加工の際に懸念されていた成形加工中に発生する割れやクラックに起因した生産性の低下を改善するとともに、構造用鋼板のスケール疵を防止し表面性状を改善することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の目的を達成するために重量％で、Ｃ：０．１０〜０．５０％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．６０〜１．００％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、Ｃｒ：０．９０〜１．５０％、Ｍｏ：０．１０〜０．５０％、酸可溶性Ａｌ：０．０５％以下、Ｃａ：０．００３％以上、Ｃａ／Ｓ：０．６０〜１．７０、残部が実質的にＦｅからなり、金属組織がフェライトとパ−ライトの均質な混合組織からなる構造用熱延鋼板を提供する。この熱延鋼板は、鋼スラブを１１５０〜１３００℃に加熱後、全圧下率５０％以上、最終圧下率１０％以上の熱間圧延を施し、仕上温度をＡｒ３  変態点〜Ａｒ３  ＋５０℃、巻取温度を４００〜６００℃、熱延仕上げから巻取りまでの平均冷却速度を３０〜６０℃／秒に制御して製造され通常の方法で調質圧延及び酸洗が施される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明では、Ｃａ，Ｃａ／Ｓを規制して鋼板中の介在物の形態制御し、熱間圧延条件の制御により板厚中央部に縞状（バンド）組織のないフェライトとパーライトの均質な混合組織によってプレス成形性や靱性を向上させている。また、鋼材の製造過程で問題となる熱延中に発生するスケール疵を防止し、鋼板の表面性状を向上させるためにＣｕとＮｉ添加量を規制してスケール肌を改善している。
【０００７】
以下、本発明における構造用熱延鋼板の成分と含有量の限定理由について説明する。
Ｃ：０．１０〜０．５０％
Ｃは鋼の性質を決定する上で重要な元素であり、添加量とともに強度・硬度が増大し          耐摩耗性等が向上するが、加工性・靱性等が低下するので上限を０．５０％とし、下限は強度の面から０．１０％とした。
Ｓｉ：０．３５％以下
Ｓｉは脱酸剤と焼入れ促進元素として添加するが、厳しい加工を要求される鋼材においては、０．３５％を超えて含有させると鋼は硬質となり脆化を惹起する恐れがあり、また、多量のＳｉ添加は鋼板表面のスケール肌等に悪影響を及ぼすため、Ｓｉ含有量の上限を０．３５％以下とした。
【０００８】
Ｍｎ：０．６０〜１．００％
Ｍｎの添加量とともに強度は増加するが、プレス加工性の劣化原因となるＭｎ系介在物の増加と縞状（バンド）組織の顕在化のため材質の異方性が強くなる。    高強度化とプレス加工性の面からＭｎ含有量は０．６０〜１．００％とした。
Ｐ：０．０３％以下
ＰやＳは鋼材の靭性を低下させるだけでなく、鋼の結晶粒界に偏析して粒界脆化を惹起させるため極力低い方が好ましいが０．０３％までは許容できる。
Ｓ：０．００６％以下
Ｓ含有量はＰと同様に低いほど好ましいが、０．００６％以下であれば硫化物系介在物は少なくなり加工性は改善される。
【０００９】
Ｃｕ：０．３０％以下
Ｃｕの添加とともに熱延中に生成する酸化スケールと鋼板表面の境界に濃化してスケール剥離性が向上する。しかし、０．２０％以上添加すると溶融金属脆化により鋼板表面に微細なクラックが発生しやすくなる。このようなことから、    望ましいＣｕの添加範囲は０．１０〜０．１５％である。
Ｎｉ：０．２５％以下
Ｃｕを０．２０％以上添加する場合に問題となる溶融金属脆化により、鋼板表面に発生する微細なクラックを抑制するためＣｕとほぼ同量の添加を必要とする。しかし、Ｃｕの添加が０．２０％未満のときには溶融金属脆化は問題ないためＮｉを添加する必要はない。
【００１０】
Ｃｒ：０．９０〜１．５０％
Ｃｒは鋼の焼入れ特性の向上と機械的性質を改善する添加元素であるが、Ｃｒ添加量を増加することによって強度、靱性等が向上するが１．５０％を超えると耐力は逆に低下するためＣｒ含有量を０．９０〜１．５０％とした。
Ｍｏ：０．１０〜０．５０％
Ｃｒ添加鋼、Ｃｒ−Ｎｉ含有鋼などにＭｏを複合添加するとさらに機械的性質が改善され、焼入れ性や焼戻し軟化抵抗を増加する。Ｍｏ添加量が多くなるとより機械的性質は向上するが製造コストが高価となるのでＭｏの添加量を０．１０〜０．５０％とした。
【００１１】
酸可溶性Ａｌ：０．０５％以下
Ａｌは脱酸、窒素の固定、結晶粒度調整のために添加する。本発明ではオーステナイト結晶粒の成長を抑制することにより成形時の加工性を向上させるために酸可溶性Ａｌ含有量を０．０５％以下とした。
【００１２】
Ｃａ：０．００３％以上
Ｃａは脱酸、脱硫に効果を発揮する元素であり、脱酸された鋼の硫化物系非金属介在物の形態と分布を調整し加工性を改善する。この効果を得るためには０．    ００３％以上の添加量を必要とする。
Ｃａ／Ｓ：０．６０〜１．７０
Ｃａ／Ｓと硫化物系介在物の関係を示した図１より、Ｃａ／Ｓの比が０．６０以上であれば、硫化物系の介在物が少ない鋼材が得られるので加工性は良好となる。衝撃値による異方性とＣａ／Ｓとの関係を示した図２より、Ｃａ／Ｓの比が０．６０以上であれば衝撃値による異方性の値が０．５以上となり異方性の小さい靱性の高い鋼材が得られる。しかし、Ｃａ／Ｓが１．７０を超えると酸化物系の複合介在物が増加していき加工性が劣化するので上限を１．７０とした。
【００１３】
前記成分の鋼を転炉で溶製した後、脱ガスを経て連続鋳造にて鋳片とし、加熱炉へ装入後熱間圧延により帯鋼を得る。強度レベルの高い構造用熱延鋼板の製造においては、熱間圧延条件と仕上圧延後の冷却を制御して良好な加工性を有する高強度の鋼材が得られる。
【００１４】
加熱温度  １１５０〜１３００℃    ：
１１５０℃以下では粗圧延時のスラブ割れやスケール剥離性の低下による表面品質低下が問題となる。１３００℃以上では高温脆性、スケールの多量剥離による品質低下やスケールロスによる歩留低下等が問題となる。
全圧下率５０％以上，最終圧下率１０％以上  ：
全圧下率を５０％以上，最終圧下率を１０％以上として炭化物を分散させた組織を得ることでプレス加工性や靱性を改善する。全圧下率が５０％及び最終圧下率が１０％に満たないと均一な炭化物の分散した組織が得られにくい。また、    熱延の圧下率が小さいと再結晶が遅延しフェライトとパーライトの縞状（バン    ド）組織となりやすいため加工性、靱性等の改善は期待できない。
【００１５】
仕上温度    Ａｒ３  変態点〜Ａｒ３  ＋５０℃：
仕上圧延をＡｒ３  変態点〜Ａｒ３  ＋５０℃の低温温度域で終了することで微細なフェライト結晶粒が得られ強度や靱性等の機械的性質が向上する。仕上温度がＡｒ３  変態点に達しないと変形抵抗が増大し、熱間圧延工程での通板性に支障を来す。また、オーステナイトとフェライトの２相域圧延となるため加工フェライトが生成し易くなるため、圧延後の鋼板表層には粗大化した結晶粒が生成し加工性が劣化する。他方、仕上温度がＡｒ３  ＋５０℃を超えると、熱延組織が粗大化し加工性が劣化すると共に圧延後の冷却過程での冷却歪みが増大して鋼板の形状が劣化する。また、冷却ムラが発生し易くなるため機械的性質のコイル内の安定性が損なわれる。
【００１６】
巻取温度４００〜６００℃で熱延仕上〜巻取までの平均冷却速度３０〜６０℃／秒：
熱延後の鋼帯は、加工性や靱性に影響を及ぼす縞状（バンド）組織の生成を防止し微細なフェライトとパーライトの整粒組織を得るために４００〜６００℃の温度域で巻取られる。４００℃未満では、強度上昇が著しくなり加工性が損なわれ、逆に６００℃を超える巻取温度では４９０Ｎ／ｍｍ２  以上の強度が得られない。一方、巻取までの平均冷却速度も前記所望組織を得るために必要であり、３０℃／秒未満では所望組織は得られず縞状（バンド）組織の割合が増加し、４９０Ｎ／ｍｍ２  以上の強度と良好な加工性を得ることができない。平均冷却速度が大きくなると鋼板は硬質となり、良好な加工性が得られなくなるため上限を６０℃／秒とした。
【００１７】
【実施例】
表１に示した成分をもつ１〜５の鋼を溶製したスラブを粗圧延で厚さ３０ｍｍとした後、板厚４．５ｍｍの熱延鋼板を製造した。いずれの鋼種も仕上温度を８５０℃とし、巻取温度を５００〜６００℃、平均冷却速度を３０〜５０℃／秒とした。熱延板からサンプルを切り出して硬度測定、引張り試験、孔拡げ試験を行った。また、鋼板の表面性状は目視観察により鋼板のスケール疵の状況を判断した。引張試験は、ＪＩＳ５号試験片を用い、平行部の標点間距離を５０ｍｍとして行った。孔拡げ試験は、１５０ｍｍ角の鋼板の中央部にクリアランス１０％にて１０ｍｍ（ｄｏ）の穴を打抜いた後、その穴部について、球頭のポンチにて押し上げる方法で行い、穴周辺に亀裂が発生した時点での穴径（ｄ）を測定して、次式で定義される穴拡げ率（λ）を求めた。
λ＝（ｄ−ｄｏ）／ｄｏ×１００
表２に示すとおり、本発明例１〜３は引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ２  以上の強度を有し、かつ比較例に比べて、ランクフォード値、孔拡げ率が向上して加工性が優れており、鋼板表面のスケール疵も軽微で表面性状が優れていることがわかる。また、本発明例４は、Ｃｕを添加した本発明例１〜３に比べスケール疵の程度は大きいがランクフォード値、孔拡げ率が向上して加工性が優れていることがわかる。比較例５はＳ添加量が本発明範囲より多く、Ｃａ添加による介在物制御を行っていないためランクフォード値や穴拡げ率が低く、スケール疵の程度も大きくなっていた。
【００１８】
【表１】
0003578435.tif 000002
【００１９】
【表２】
0003578435.tif 000003
【００２０】
表３には表１に示した材料の曲げと突き曲げ試験にて加工性の評価を行った結果である。比較例５は密着あるいは０．５ｔＲ，１．０ｔＲ曲げのいずれの試験でも割れが発生しているに対し、  Ｃａ，Ｃａ／Ｓを規制して鋼板中の介在物の形態制御した本発明例１〜４は、いずれの曲げ試験条件においても割れが発生しておらず加工性に優れていることがわかる。
【００２１】
【表３】
0003578435.tif 000004
【００２２】
【発明の効果】
本発明では、Ｃａ，Ｃａ／Ｓを規制して鋼板中の介在物の形態制御し、熱間圧延条件の制御により板厚中央部に縞状（バンド）組織のないフェライトとパーライトの均質な混合組織を得てプレス成形性や靱性を得ることができる。また、鋼板の表面性状を向上させるためにＣｕとＮｉ添加量を規制して酸化スケール剥離性を改善しているので製造過程で問題となるスケール疵が防止できる。
これまで熱延ままでは比較的軽度な成形加工部品に限られていた構造用熱延鋼板のプレス成形加工性を向上させた高強度で高靱性の材料が提供できるので、成形加工中に発生する割れやクラックに起因した生産性の低下を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ｃａ／Ｓ）と硫化物系介在物量との関係を示す図である。
【図２】（Ｃａ／Ｓ）と衝撃異方性との関係を示す図である。
【図１】
0003578435.tif 000005
【図２】
0003578435.tif 000006