(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量割合にて、Ｃ：0.008％以下、Ｍｎ：0.05〜0.9％、Ｓｉとsol.Ａｌの合計量：0.3〜2.0％およびＴｉ：0.005〜0.20％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼に、Ａｒ3点〜550℃（フェライトとオーステナイトの２相域を除く）の温度域における合計圧下率が80%以上の圧延を施すことを特徴とする圧延直角方向のヤング率が高い熱延鋼板の製造方法。
【請求項２】
重量割合にて、Ｃ：0.008％以下、Ｍｎ：0.05〜0.9％、Ｓｉとsol.Ａｌの合計量：0.3〜2.0％、Ｔｉ：0.005〜0.20％、並びに、Ｎｂ：0.20％以下、Ｚｒ：0.20％以下、Ｖ：0.50％以下、Ｍｏ：1.0％以下、Ｃｒ：2.0％以下およびＢ：0.0050％以下から選ばれる１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼に、Ａｒ3点〜550℃（フェライトとオーステナイトの２相域を除く）の温度域における合計圧下率が80%以上の圧延を施すことを特徴とする圧延直角方向のヤング率が高い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、自動車、家電製品、建設用機械、鋼構造物などに使用される鋼板において、とくに圧延方向に直角の板幅方向のヤング率が高い熱延鋼板を得る製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に使用される鋼板において、燃費向上や省エネルギーの観点から、高強度化して板厚を薄くすることによる軽量化が進められてきた。この強度上昇は、その薄くした鋼板を用いた部品に応力が加わった時の、塑性変形や破壊に関して有効な対策である。ところが、例えば、パネル部品などで板厚をうすくすると、面に垂直な応力が加わった時のたわみの量は大きくなってくるため、強度向上による鋼板の板厚低減には限度があった。
【０００３】
この面形状部品のたわみに対する抵抗力、すなわち張り剛性（Ｇ）は、鋼板の引張り強度とは無関係であって、下記の式(1)に示されるように鋼板の面に平行な方向の縦弾性係数、またはヤング率（Ｅ）と、板厚（ｔ）の３乗との積で決る。
【０００４】
Ｇ＝Ｅ×ｔ3・・・・・・・・・・(1)
鋼のヤング率は、通常、どんな鋼であってもほぼ一定で、約 210000Ｎ／mm2である。したがってパネル部品の張り剛性を維持するためには、板厚を薄くするわけにはいかない。これに対し、もし鋼板のヤング率を高めることができれば、その板厚をさらに薄くできる。
【０００５】
このように、ほぼ一定と考えられてきた鋼のヤング率を少しでも高めようとする製造方法が、鋼板において検討されている。たとえば、特公昭62−4448号公報には、Ｃ含有量を0.03％以下とした鋼により、Ａｒ3温度以下での累積圧下率を10〜60％として圧延し、450〜720℃にて巻取る製造方法の発明が提示されている。これは、鋼板全面のヤング率を高くするのではなく、圧延方向に対して垂直の幅方向のヤング率だけを高める方法である。この圧延方向に垂直な方向だけ高くなる理由として、上記公報では112<110>方位が発達するためと説明している。またこの製造方法の変形抵抗が増加するＡｒ3温度以下での圧延に対し、特開平5-247530号公報では、Ｍｎを高くしＮｂを添加した鋼にて仕上げ圧延開始温度を950℃以下、仕上げ圧延終了温度を［（Ａｒ3−50）〜（Ａｒ3＋100）］℃として、変態点以下の圧延加工度を低減する製造方法が開示されている。
【０００６】
多くの金属は、その単結晶でヤング率を調べると<111>結晶軸方向が最高で、<100>結晶軸方向が最低の値を示す。鉄の場合も、<111>軸方向が284200Ｎ／mm2で最高値を示し、<100>結晶軸方向が最小値の132300Ｎ／mm2である。通常、一般の製造方法による鋼板は微細な金属結晶からできており、その上、板の面に平行な方向で見ると、その各結晶の軸方向がランダム化しているのでほぼ一定の平均化されたヤング率を示す。これに対して、もし各結晶の<111>軸が板面と平行であるような優先方位の集合組織を有する鋼板にすることができれば、ヤング率の高い鋼板になる可能性がある。
【０００７】
しかしながら、フラットロールを用いてコイルを圧延する通常の鋼板の熱間や冷間の圧延方法においては、<111>軸が板面と平行となる集合組織を形成させることは容易でなく、唯一の可能性のある集合組織としては112<110>方位がある。この方位を発達させることができれば、圧延方向に垂直である幅方向に対して<111>軸が平行に向いた結晶粒が多くなり、幅方向だけでもヤング率が向上できると考えられる。上記公報の発明の方法は、この方位を発達させようとしたものである。
【０００８】
鋼板の幅方向だけでも安定してヤング率を高くすることができれば、所要部品の長軸方向が素材鋼板の幅方向になるようにして用いることにより、その剛性を高めることができる。さらに、パネル形状ばかりでなく、断面形状が溝形やハット形になる自動車の足回りなどの構造用部品を成形する場合、部品の長さ方向を板幅方向に選べば、より一層の剛性向上が実現できる。
【０００９】
ヤング率としては、理想的には前記の鉄の単結晶の284200Ｎ／mm2にかなり近いところまで高められ得るであろうが、現状の鋼板ではまだ平均の約210000Ｎ／mm2から若干向上した程度であり、実際の部品の製造において鋼板をさらに薄くできるまでには至っていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
自動車などにおいて総重量の低減に、使用鋼板を高強度化してその板厚を薄くしようとする場合、通常、鋼のヤング率はほぼ一定なので、張り剛性を維持するために板厚低減には限度がある。本発明はこの限度を拡張しようとする目的で、板の幅方向だけではあるが、鋼板のヤング率を大きく向上させる製造方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
鋼のヤング率を向上させる金属学的要因はいくつか考えられる。例えば、素地の弾性を低下させる溶質原子周辺の内部歪みを少なくするために、溶質原子、すなわち添加元素や不純物元素をできるだけ少なくするとか、同様な理由で加工歪みを少なくするために、焼鈍ままないしはその状態に近づけるとか、あるいは転位が動くと弾性率が下るので、微細析出物を増やし転位の動きを妨害することなどである。しかしながら、これらのヤング率向上の効果は小さく、強度を要求され、かつ冷間加工したままで使用されることの多い部品では、それらの効果を活用するのは困難である。そうなるとたとえ板面内の一方向であるとしても、やはり圧延での集合組織制御によって、ヤング率を向上させることが最も実現の可能性が高い。
【００１２】
本発明者らはこのような観点から、熱間圧延による高ヤング率鋼板の製造を目的とし、種々の成分の鋼を用いて集合組織を変えることを狙いとする熱間圧延方法の検討をおこなった。その結果、フェライト（α）相の高温域での圧延加工は板幅方向のヤング率（Ｅc）を高くするのに必須ではあるが、さらにＣ量を低く、Ｓｉ量またはＡｌ量を高くし、その上で圧下率を高くすることにより、そのレベルの向上が顕著になることを知って、本製造方法の発明に至ったのである。
【００１３】
本発明方法の要旨は、下記（１）及び（２）の熱延鋼板の製造方法にある。
（１）重量割合にて、Ｃ：0.008％以下、Ｍｎ：0.05〜0.9％、Ｓｉとsol.Ａｌの合計量：0.3〜2.0％およびＴｉ：0.005〜0.20％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼に、Ａｒ3点〜550℃（フェライトとオーステナイトの２相域を除く）の温度域における合計圧下率が80%以上の圧延を施すことを特徴とする圧延直角方向のヤング率が高い熱延鋼板の製造方法。
（２）重量割合にて、Ｃ：0.008％以下、Ｍｎ：0.05〜0.9％、Ｓｉとsol.Ａｌの合計量：0.3〜2.0％、Ｔｉ：0.005〜0.20％、並びに、Ｎｂ：0.20％以下、Ｚｒ：0.20％以下、Ｖ：0.50％以下、Ｍｏ：1.0％以下、Ｃｒ：2.0％以下およびＢ：0.0050％以下から選ばれる１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼に、Ａｒ3点〜550℃（フェライトとオーステナイトの２相域を除く）の温度域における合計圧下率が80%以上の圧延を施すことを特徴とする圧延直角方向のヤング率が高い熱延鋼板の製造方法。
【００１４】
なお、このような比較的低温の変形抵抗の大きい温度域にて、大きな圧下の熱間圧延をおこなうので、必要に応じ、潤滑剤を用いたり、圧延途中の再加熱、すなわちスタンド間での通電、電磁誘導、ガスバーナーによる加熱、またはその他の方法を適用してもよい。得られた鋼板は、通常の調質圧延や酸洗等の処理工程にて熱延鋼板としての製品とするが、さらに溶融亜鉛メッキ処理、合金化溶融亜鉛メッキ処理、電気メッキ処理、有機被覆コーティング等をおこなってもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（Ａ）化学組成について
(1)Ｃ
本発明においては、フェライト域で80%以上の圧延加工を行う必要がある。Ｃ含有量を低減すればＡｒ3点が高くなり、Ａｒ3点以下の圧延を高温度でおこなうことができ、高圧下率の圧延が容易になる。このようにＥcを高める目的に対してはＣの含有はなくてもよい。一方、鋼板の引張強さを高めるにはＣ含有量は多い方がよいが、その量が0.008％を超えると、Ａｒ3点が大きく低下してくるので、変形抵抗の大きい低温度域で強圧下圧延を行わなければならず、圧延ミルの能力の観点から好ましくない。従って、Ｃ量を0.008％以下に限定した。
【００１６】
(2)Ｍｎ
ＭｎはＳによる熱間脆性防止や、鋼の強化あるいは靭性の向上のため含有させる。しかし、鋼のγ→α変態を遅らせるので、熱間圧延工程でＡｒ3点以下の圧下率を大きくしようとする本発明の場合には、多く含むと加工温度域が狭くなって不利になる。そこで、少なくとも0.05％以上含有させるが、上限は0.9％とする。
【００１７】
(3)ＳｉとＡｌ
ＳｉおよびＡｌは、どちらも健全な鋳片を得るための鋼の脱酸に用いられる元素であるが、これらの元素を通常使用されるより多く含有させ、Ａｒ3点以下の温度域での圧下率を大きくすれば、Ｅcを大きく向上させることができる。その効果がもたらされる理由は十分明らかではないが、一つにはＡｒ3点を高くするのでＡｒ3点以下での圧下率を大きくできることと、さらには圧延による集合組織が変ることによっていると考えられる。
【００１８】
このような効果を得るためには、ＳｉとＡｌ（酸可溶Ａｌまたはsol.Ａｌ）の合計の含有量が0.3％以上でなければならない。しかし2.0％を超えて含有させても効果が飽和するばかりでなく、鋼板の表面疵が増加したり、化成処理性を劣化させたりする害が顕在化してくる。そこで、ＳｉとＡｌの合計の含有量を0.3〜2.0％に限定する。
【００１９】
(4)Ｔｉ
Ｔｉは、強度向上の効果があり、靭性の向上効果もあるので、0.005〜0.20％含有させる。
(5)Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、ＣｒおよびＢ
Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、ＣｒおよびＢは、本発明方法の目的であるＥc の向上に対しては直接関係せず、添加しなくてもよいが、いずれも強度向上の効果があり、元素によっては靭性の向上効果もあるので、必要に応じ含有させる。含有させる場合、Ｎｂ：0.20％以下、Ｚｒ：0.20％以下、Ｖ：0.50％以下、Ｍｏ：1.0％以下、Ｃｒ：2.0％以下、およびＢ：0.0050％以下とする。上限を規制するのは、これらの限界を超えて含有させると、必要以上の硬度上昇や靭性劣化をきたすためである。また含有させる場合、添加の効果を発現するには、Ｂを除き、いずれの元素も0.005％以上が望ましい。Ｂの場合、望ましいのは0.0003％以上である。
【００２０】
(6)不可避的不純物
鋼に混入してくる不可避的不純物元素の代表的なものは、Ｐ、Ｓ、Ｎ等であるが、これら不純物元素は鋼の靭性や加工性を劣化させるので、少なければ少ないほどよい。これら例示した３元素についていえば、目立った悪影響をおよぼさない限界として望ましいのは、それぞれＰは0.03％以下、Ｓは0.02％以下、Ｎは0.01％以下である。
【００２１】
（Ｂ）製造条件について
上記の鋼を用いた、Ｅcの顕著な改善には、550℃以上のα域温度での大きな圧下率の圧延加工が重要である。後述の実施例１に、Ａｒ3点〜550℃のα域にて圧下率を種々変えた場合の製品鋼板のＥcを測定した結果が、図１として示してある。これによればα域での合計圧下率が増加するにつれてＥCが向上していることがわかる。
【００２２】
従来の熱延鋼板のＥcに対し10％以上確実に超えるレベルを目標値とすれば、上述の本発明で定める組成の鋼を用い、Ａｒ3点〜550℃のα域における圧下率を80%以上とする必要がある。なお、このようなα域の圧延は、板厚方向の組織の均一化のため、あるいは温度が低くなって変形抵抗が増した鋼の圧延を容易にするために、圧延潤滑油を用いるのが好ましい。
【００２３】
このように、ＳｉおよびＡｌの合計含有量の大きい鋼を用い、550℃以上のα域での圧延率を高くすることにより熱延鋼板のＥcが向上する理由は、ＳｉおよびＡｌの存在により、α相の高温域での結晶変形のすべり系が変化し、Ｅc向上に好ましい圧延集合組織が発達したためと考えられる。
【００２４】
【実施例】
〔実施例１〕表１に示す鋼ＡおよびＴのスラブを用い熱間圧延をおこなう際に、Ａｒ3点〜550℃における圧下率を10〜97％の範囲で変え、巻取り温度を580℃狙いとして3mm厚の鋼板に仕上げた。この圧延の際、途中で所定の温度を維持できなくなる場合が生じたので、ワークロールを電極としスタンド間で鋼板に直接通電することによって加熱している。また、Ａｒ3点以下での圧延には潤滑油を使用した。
【００２５】
これらの鋼板から、長さ方向が圧延方向に直角の、幅10mm、長さ120mmの試験片を切出し、横振動法により常温でのヤング率を測定した。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
図１に、Ａｒ3点〜550℃の範囲内における合計圧下率に対する、得られた鋼板のＥcの値の測定結果を示す。この図からわかるように、鋼Ａおよび鋼Ｔは、いずれも圧下率増加と共にＥcが大きくなっている。そして、化学組成が本発明で定める範囲内の鋼Ａでは、合計圧下率が80％を超えるあたりから目標のＥcを有する鋼板が得られることがわかる。しかし、本発明範囲外の鋼Ｔでは、圧下率を大きくしても目標値には到達しない。
【００２８】
〔実施例２〕表１に示す化学組成のＢからＶまでの鋼の厚さ200mmのスラブを用い、熱間圧延して3mm厚の熱延鋼板とした。その圧延の際のＡｒ3点〜550℃の温度範囲における合計の圧下率および巻取り温度は表２に示すように選んだ。温度降下によりこの温度範囲の圧延ができなくなる場合、あるいは、この温度範囲であっても変形抵抗の増加により圧延が困難になる場合は、ワークロールを電極としてスタンド間で鋼板に直接通電することにより加熱した。得られた鋼板について、圧延方向に平行に取った試験片による引張り試験、および実施例１と同じく圧延方向に直角に取った試験片によるヤング率の測定をおこなった。
【００２９】
結果を表２に合せて示すが、試験番号2〜3、5〜8、11〜12及び15〜17の、化学組成および熱間圧延条件を本発明で定める範囲にして製造された鋼板は、いずれもすぐれた圧延直角方向のヤング率を示している。これに対し、試験番号18は化学組成は本発明範囲内であるが、熱間圧延の条件が本発明で規定する範囲外であり、そして、試験番号19から22は化学組成が本発明範囲外で、いずれも圧延直角方向のヤング率は一般の熱延鋼板の域をでていない。
【００３０】
【表２】
0003578234.tif 000003
【００３１】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、圧延に対して直角方向のヤング率が従来のものよりもはるかにすぐれた熱延鋼板を、安定して製造することができる。このような熱延鋼板は、とくに自動車、家電製品、建設用機械、鋼構造物等に適用すれば、その剛性を維持したまま板厚低減が可能となり、軽量化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱間圧延のＡｒ3点未満〜550℃の温度範囲での合計圧下率と、熱延鋼板の圧延に対し直角方向のヤング率（Ｅc）との関係を示す図である。
【図１】
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