(57)【要約】【課題】冷間圧延時の圧延負荷の小さい、冷間圧延用素材としての熱延鋼板について提供する。【解決手段】Ｃ：0.010〜0.040％、Si：0.05％以下、Mn： 0.10〜0.35％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.015％以下、Al：0.01〜0.10％およびＮ：0.0050％以下を含み、残部がFeおよび不可避不純物の成分組成を有し、フェライトの平均粒径が13μm超、かつフェライト粒径の自然対数を取った値の標準偏差が0.4以上である組織を有するものとする。【選択図】図２
2015137422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.010〜0.040％、
Si：0.05％以下、
Mn：0.10〜0.35％、
Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.015％以下、
Al：0.01〜0.10％および
Ｎ：0.0050％以下
を含み、残部がFeおよび不可避不純物の成分組成を有し、フェライトの平均粒径が13μm超、かつフェライト粒径の自然対数を取った値の標準偏差が0.4以上である組織を有することを特徴とする熱延鋼板。
【請求項２】
前記成分組成は、さらに質量％で、
Ｂ：0.0005〜0.0030％
を含有する請求項１に記載の熱延鋼板。
【請求項３】
前記成分組成は、さらに質量％で、
Cr：0.01〜0.10％および
Cu：0.01〜0.10％
のいずれか１種あるいは２種を含有する請求項１または２に記載の熱延鋼板。
【請求項４】
前記成分組成は、さらに質量％で、
Sb：0.005〜0.050％
含有する請求項１、２または３に記載の熱延鋼板。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延するに際し、仕上圧延の入側温度を900℃以上および出側温度を850℃以上、仕上圧延の最終スタンド前段のスタンドの圧下率を15％以上、最終スタンドの圧下率を30％未満とし、該仕上圧延後の鋼板に0.5s以上2.0s以下の空冷を施すとともに、該仕上圧延後に巻取るまでの平均冷却速度を10〜50℃/sとし、550〜700℃にて巻取ることを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋根材などの建材の分野で用いられる薄物の冷延鋼板または、それに表面処理を施した冷延鋼板の製造において、安定した冷間圧延を可能とする、熱延鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な人口の増加や経済の発展にともない、建材の需要が増加している。とくに、発展途上国などでは建物の外壁や屋根などに、板厚0.3mm以下の冷延鋼板、あるいはそれにめっきや塗装などを施した表面処理冷延鋼板が使用されている。このような使途の鋼板は、コストの低減に向けた鋼板の薄肉化が望まれている。しかしながら、このような建材用鋼板が使用される地域では、大規模な製造拠点が少ないことから、圧延能力の小さい冷間圧延機によって圧延される場合が多い。その場合、冷間圧延時に大きな荷重を確保できずに鋼板を薄肉化することが難しいため、冷間圧延時の負荷の小さい熱延鋼板に対するニーズが非常に高くなっている。
【０００３】
従来、極薄用の軟質鋼板として、例えば特許文献１には、Ｃ：0.01％以上 0.10％以下を含む鋼をAr3以下の温度で熱間圧延して500〜750℃でコイルに巻取り、その後冷間圧延する、幅方向に渡る硬さ分布が小さくなる鋼板に関する技術が開示されている。また、特許文献２には、Ｃ：0.016〜0.07％、Ti：0.005〜0.03％を含む鋼をAr3変態点〜(Ar3変態点＋49℃)、最終パスでの圧下率：20％以上とする熱間圧延を施した後、0.4秒以内に10℃/秒以上の冷却速度で700℃以下まで冷却し、450〜650℃の巻取温度でコイル状に巻取ることにより、平均結晶粒径が13μm以下および時効指数AIが10MPa以下である、冷間圧延素材用の熱延鋼板に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2008−274407号公報
【特許文献２】特開2013−119653号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、熱間圧延時にAr3 を下回ると圧延荷重が上昇することから、仕上げスタンド間で変態が起こる場合、通板トラブルの原因となってしまう。また、圧延温度を下げてAr3を下回ってから仕上げ圧延を開始するには、仕上げ圧延機の入り側で温度低下を待つか、そもそもスラブの加熱温度を低くするための専用の加熱サイクルを組む必要があり、圧延のコストが著しく高くなってしまうことも問題であった。
【０００６】
また、特許文献２に記載の技術は、冷間圧延時の負荷を低減する１つの手法であるが、一般に仕上げ圧延の出側直近には温度計や厚み計などがあって出側直近に冷却帯を設けることが困難であることから、仕上げ圧延後0.4s以内に冷却を開始するために仕上げ圧延機出側から離れた冷却帯まで超高速で圧延する必要があり、実操業上の制約をともなうものであった。
【０００７】
本発明は、以上の問題を解決すべくなされたものであり、冷間圧延時の圧延負荷の小さい、冷間圧延用素材としての熱延鋼板およびその製造方法について提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、冷間圧延後の冷延鋼板の諸特性とその素材として用いた熱延鋼板の組織との相関を鋭意調査、そして検討した結果、所定の成分組成および組織を有する素材であれば、冷間圧延時の圧延負荷の小さい熱延鋼板を安定して製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
１．質量％で、
Ｃ：0.010〜0.040％、
Si：0.05％以下、
Mn：0.10〜0.35％、
Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.015％以下、
Al：0.01〜0.10％および
Ｎ：0.0050％以下
を含み、残部がFeおよび不可避不純物の成分組成を有し、フェライトの平均粒径が13μm超、かつフェライト粒径の自然対数を取った値の標準偏差が0.4以上である組織を有することを特徴とする熱延鋼板。
【００１０】
２．前記成分組成は、さらに質量％で、
Ｂ：0.0005〜0.0030％
を含有する前記１に記載の熱延鋼板。
【００１１】
３．前記成分組成は、さらに質量％で、
Cr：0.01〜0.10％および
Cu：0.01〜0.10％
のいずれか１種あるいは２種を含有する前記１または２に記載の熱延鋼板。
【００１２】
４．前記成分組成は、さらに質量％で、
Sb：0.005〜0.050％
含有する前記１、２または３に記載の熱延鋼板。
ここで、本発明が対象とする鋼板としては、スケールのついた熱延ままの鋼板および、熱延後に酸洗を行った酸洗鋼板を含む。
【００１３】
５．前記１から４のいずれかに記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延するに際し、仕上圧延の入側温度を900℃以上および出側温度を850℃以上、仕上圧延の最終スタンド前段のスタンドの圧下率を15％以上、最終スタンドの圧下率を30％未満とし、該仕上圧延後の鋼板に0.5s以上2.0s以下の空冷を施すとともに、該仕上圧延後に巻取るまでの平均冷却速度を10〜50℃/sとし、550〜700℃にて巻取ることを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
【００１４】
なお、本発明によって特に冷間圧延時の荷重を低下できるメカニズムは、必ずしも明らかではないが、次のように考えられる。すなわち、冷間圧延時に導入される転位は粒界近傍に蓄積されることによって圧延時の変形抵抗が上昇することから、結晶粒径を大きくして転位の蓄積を抑制するとともに、粒径の分布を大きくすると、より大きな結晶粒界近傍に転位の蓄積を集中させることができ、トータルの転位蓄積量を減らすことで圧延時の変形抵抗を大幅に低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、圧延能力の低い圧延ミルでも薄板に圧延することが可能であり、屋根材などの建材分野で用いられる薄物の冷延鋼板または表面処理冷延鋼板の冷間圧延素材として好適の熱延鋼板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】フェライト粒径の自然対数をとったときの標準偏差におよぼす空冷時間の関係を示す図である。
【図２】冷延後YPにおよぼす標準偏差の影響を示す図である。
【図３】冷延後YPにおよぼす平均粒径の影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の熱延鋼板について、詳しく説明する。
まず、成分組成における各成分の含有量の限定理由について述べる。なお、成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。
Ｃ：0.010〜0.040％
Ｃは、その含有量が少ないと、変態点が上昇して熱間仕上圧延の途中で変態が生じる結果、変形抵抗が大きく上昇して設定圧下率での圧延が不可能になることから、通板上のトラブルが引き起こされ、またＣ量を下げるためのコストも要することから、Ｃ量は0.010％以上とする必要があり、好ましくは0.015％以上とする。一方、Ｃ量が多すぎると、結晶粒が小さくなるとともに、セメンタイトの増加により硬質化することになる。したがって、Ｃ量は0.040％以下とする必要があり、好ましくは0.035％以下、より好ましくは0.030％以下、さらに好ましくは0.025％以下である。
【００１８】
Si：0.05％以下
Siは、多量に添加すると、固溶強化により鋼板を硬質化させるとともに、変態点を上昇して通板上のトラブルを引き起こすことになる。したがって、Siは0.05％以下とする必要があり、好ましくは0.03％以下、より好ましくは0.02％以下、さらに好ましくは0.01％以下である。なお、Siは無添加でも材質上問題はないが、0.001％未満に抑制するには、多くのコストを要することから、0.001％以上の含有は許容される。
【００１９】
Mn：0.10〜0.35％
Mnは、多量に添加すると、固溶強化により鋼板を硬質化させるとともに、変態を抑制してフェライト粒径を小さくしてしまう。したがって、Mnは0.35％以下とする必要があり、好ましくは0.30％以下、より好ましくは0.25％以下である。一方、Mn量が低いと、熱間圧延時にＳに起因した赤熱脆性による割れを生じることから、Mn量は0.10％以上とする必要がある。
【００２０】
Ｐ：0.03％以下
Ｐは、固溶強化により鋼を硬質化させるとともに、変態点を上昇させてしまう。そのため、Ｐは0.03％以下とする必要があり、好ましくは0.02％以下である。なお、Ｐは無添加でも材質上問題はないが、0.005％未満に抑制するには、多くのコストを要することから、0.005％以上の含有は許容される。
【００２１】
Ｓ：0.015％以下
Ｓは、熱間での延性を著しく低下させて熱間割れを誘発し、表面性状を著しく劣化させる。したがって、Ｓ量は0.015％以下とする必要があり、好ましくは0.010％以下である。なお、Ｓは無添加でも材質上問題はないが、0.001％未満に抑制するには、多くのコストを要することから、0.001％以上の含有は許容される。
【００２２】
Al：0.01〜0.10％
Alは、Ｎを窒化物として固定することで鋼板の硬質化を抑制する。また、脱酸元素としても添加され、その際に形成されたアルミ酸化物はスラグとして除去されるが、残留Alが少ないと、脱酸が不十分となることから、Alは0.01％以上で添加する必要がある。一方、多量のAlは、変態点を上昇させるだけでなく、鋼中アルミ酸化物の増加を招いて割れを誘発することから、0.10％以下とする必要があり、好ましくは0.06％以下、より好ましくは0.04％以下である。
【００２３】
Ｎ：0.0050％以下
Ｎは、多量に含有すると、熱間圧延中にスラブ割れをともない、表面疵が発生する恐れがある。また、窒化物としての析出量が増えるとフェライト粒が細粒化してしまう。そのため、Ｎは0.0050％以下とする必要があり、好ましくは0.0035％以下である。なお、Ｎは無添加でも材質上問題はないが、0.001％未満に抑制するには、多くのコストを要することから、0.001％以上の含有は許容される。
【００２４】
以上を基本成分とし、残部はFeおよび不可避不純物である。なお、本発明の作用および効果を損なわない限り、不可避的不純物をはじめ、他の微量元素を含有するものが本発明の範囲に含まれる。
【００２５】
さらに軟質化のために、つぎの元素を添加することができる。
Ｂ：0.0005〜0.0030％
Ｂは、熱間圧延においてオーステナイトで粒界に偏析し粒界のエネルギーを下げるため、冷却時にオーステナイト粒界からフェライト変態が起こるに際し、フェライトの核発生サイト数を減らす作用を有する。そのため、フェライト粒径が大きくなり、軟質化に寄与することになる。このような効果を得るためには、Ｂを0.0005％以上で添加することが好ましく、より好ましくは0.0010％以上である。一方、多量のＢを添加すると、熱間圧延においてオーステナイトの再結晶を抑制し、転位が蓄積することで逆に変態後のフェライト粒径が大きくなってしまう。そのため、Ｂを添加する場合には0.0030％以下とすることが好ましく、より好ましくは0.0025％以下である。
【００２６】
CrおよびCuのいずれか１種あるいは２種をそれぞれ0.01〜0.10％
CrおよびCuは、フェライトの変態を促進し、フェライト粒の粗大化に寄与する。このような効果を得るため、CrおよびCuのいずれか１種あるいは２種をそれぞれ0.01％以上添加することが好ましい。一方、多量の添加は硬質化につながることから、CrおよびCuを添加する場合には0.10％以下とすることが好ましく、より好ましくは0.05％以下である。
【００２７】
Sb：0.005〜0.050％
Sbは、熱間圧延時の加熱炉においてスラブ表面に偏析しスラブが窒化するのを防止することにより、Ｎによる硬質化を抑制することができる。このような効果を得るためには、Sbを0.005％以上で添加することが好ましい。一方、多量にSbを添加すると、製造コストが上昇することからSbを添加する場合は0.050％以下とすることが好ましい。
【００２８】
なお、Ti、Nb、ＶおよびMoは、炭窒化物を形成して鋼板を硬質化させることから、それぞれ0.005％未満に抑制することが好ましい。その他、Ni、Sn、Mg、Co、As、Pb、ZnおよびＯなどの不純物やCaおよびREMは、合計で0.1％以下であれば、含まれていても特に問題はない。
【００２９】
次に、本発明の熱延板の組織について説明する。
本発明の熱延板は、実質的にフェライト単相であり、析出物として炭化物や窒化物（炭窒化物を含む）を含有する。
フェライトの平均粒径：13μm超
フェライトの平均粒径が小さいと、後述の図３に示すとおり、鋼板が硬質化して冷間圧延時の荷重が大きくなるため、フェライトの平均粒径は13μm超とする必要があり、好ましくは15μm以上、より好ましくは18μm以上である。一方、平均粒径の上限はとくに設けないが、粒径が大きくなると小さい粒が消失しより大きな粒が粒成長するため、粒径分布が小さくなってしまう。したがって平均粒径は50μm以下とすることが好ましい。
【００３０】
フェライト粒径の自然対数を取った値の標準偏差：0.40以上
フェライト粒径の分布が小さいと、冷間圧延時に結晶粒界近傍に転位が蓄積する際に、均一に転位が蓄積されてしまい、トータルの転位蓄積量が多くなって変形抵抗が大きくなる。したがって、フェライト粒径の分布をフェライト粒の自然対数を取った値の標準偏差としてみたとき、後述の図２に示すとおり、該標準偏差を0.40以上とすることによって冷間圧延における負荷を軽減できる。該標準偏差は、好ましくは0.50以上、より好ましくは0.60以上である。なお、標準偏差の上限は特に規定する必要はないが、1.0程度までで十分である。
【００３１】
次に、上記した熱延板の製造条件について説明する。
上記した成分組成を有する鋼素材、例えばスラブを熱間圧延に供して製造するが、その際、熱間圧延の仕上圧延を次の条件にて行う必要がある。
【００３２】
［仕上圧延の入側温度（FET）：900℃以上］
仕上圧延の入側温度が低くなると、仕上げ圧延時にオーステナイトの粒成長が抑制されるため、オーステナイトが細粒化することでフェライトも細粒化してしまう。そのため入側温度は900℃以上とする必要があり、好ましくは950℃以上である。なお、入側温度の上限はとくに規定しないが、入側温度を高めるには加熱温度を高くする必要があり、その場合コストが上昇するだけでなく、スケール性欠陥も増加することから、1100℃以下とすることが好ましい。
【００３３】
［仕上圧延の最終スタンド前段のスタンドの圧下率：15％以上］
仕上圧延の最終前段スタンドの圧下率を大きくし、最終スタンド入側では再結晶させて最終スタンド出側での歪を粒界近傍に集中させ、オーステナイト粒内からのフェライト変態を抑制することによって、フェライト粒径を大きくすることができる。そのため、最終前段スタンドの圧下率は15％以上とする必要があり、好ましくは20％以上である。
【００３４】
［最終スタンドの圧下率：30％未満］
最終スタンドの圧下率を大きくすると、オーステナイト粒径が小さくなり、その後のフェライト変態でフェライト粒径が小さくなってしまう。そのため最終スタンドの圧下率は30％未満とする必要があり、好ましくは20％未満である。
【００３５】
［仕上圧延の出側温度（FDT）：850℃以上］
仕上圧延の出側温度が小さくなると仕上げ圧延中に板厚全体に渡ってフェライト変態が起ってしまい、通板が不安定になってしまう。ここで、板厚方向の温度は表面が低くなるが、表層近傍のみのフェライト変態であればさほど通板には影響しない。したがって仕上圧延の出側温度は850℃以上とする必要があり、好ましくは870℃以上である。
【００３６】
［仕上圧延後の鋼板に対する空冷時間：0.5s以上2.0s以下］
仕上圧延の最終スタンド出側では、粒径の分布を小さくせずにフェライト変態を進行させるために、鋼板に空冷を施す。最終スタンド出側からの空冷時間が短いと、フェライトが細粒化するとともに粒径分布も小さくなってしまう。そのため、空冷時間は0.5ｓ以上とする必要がある。一方、空冷時間が長いとフェライト変態が進行し均一なフェライト粒となってしまうため粒径分布を大きくすることが困難となってしまう。そのため、空冷時間は2.0ｓ以下とする必要があり、好ましくは1.5ｓ以下である。
【００３７】
［仕上圧延後に巻取るまでの平均冷却速度：10〜50℃/s］
最終スタンド出側から巻取るまでの平均冷却速度が大きくなると、フェライト粒が細粒化するとともに粒径分布を大きくすることが困難となってしまう。そのため、平均冷却速度は50℃/ｓ以下とする必要がある。一方、平均冷却速度が小さくなるとフェライトの粒成長が高温で進行し、粒径分布を大きくすることが困難となってしまう。そのため、平均冷速度は10℃/s以上とする必要があり、好ましくは20℃/ｓ以上である。
【００３８】
［巻取り温度（CT）：550〜700℃］
巻取り温度が高くなりすぎると、フェライトが粒成長し粒径分布を大きくすることが困難となってしまう。また、巻取り温度が高いとスケール生成が促進され鋼板歩留まりが低下するだけでなく、酸洗時のスケール残りに起因した表面欠陥などが発生しやすくなってしまう。そのため、巻取り温度は700℃以下とする必要があり、好ましくは670℃以下、さらに好ましくは650℃以下である。一方、巻取り温度が低いとフェライト粒が細粒化し、鋼板が硬質化してしまう。そのため、巻取り温度は550℃以上とする必要があり、好ましくは600℃以上である。
【００３９】
なお、上記の熱延鋼板を製造するに当たり、鋼の溶製は、通常の転炉法および電炉法等を、適宜適用することができる。溶製された鋼は、スラブに鋳造後そのまま、あるいは、温片や冷片のスラブを再加熱し、熱間圧延に供する。熱間圧延で加熱する場合には、1100〜1250℃程度で加熱すればよい。巻取り後の鋼板は酸洗し、塗油を行ってもよい。
【実施例】
【００４０】
表１に示す成分組成に溶製した鋼を用いて、表２に示す各条件に従って熱間圧延を施し、熱延鋼板を種々の板厚の下に製造した。表２中、仕上圧延の最終前段スタンドの圧下率はR6、最終スタンドの圧下率はR7、最終スタンド出側からの空冷時間はtA、最終スタンド出側から巻取りまでの平均冷却速度はCRとしている。かくして得られた熱延鋼板について、組織および引張特性を調査した。引張試験はJIS５号試験片を用いてJIS  Ｚ2241に準拠して行った。また、フェライト粒径は、切断法により次のとおりに求めた。すわなち、圧延方向断面をナイタールエッチ後、光学顕微鏡写真を用いて100倍で撮影し、1000×1000μmの領域を、圧延方向および板厚方向に20本ずつ等間隔に線をひき、圧延方向の平均粒径：dL、板厚方向の平均粒径：dNを求め、2dL・dN／（dL+dN）を平均粒径とした。さらに、標準偏差は、圧延方向および板厚方向すべての個々の粒径の自然対数の値から求めた。
【００４１】
次に、得られた熱延鋼板を酸洗後に冷間圧延に供し、表２に示す条件にて作製した、冷延板について、上記と同様に引張特性を調査した。
以上の評価結果を、表３に示す。なお、供試体No.32〜35は、冷間圧延後の板厚が0.30および0.40mmとした事例であり、板厚が0.12mm以下の場合と比較して冷延後のYPは低い水準となる。
【００４２】
【表１】
2015137422.tif 000003
【００４３】
【表２】
2015137422.tif 000004
【００４４】
【表３】
2015137422.tif 000005
【００４５】
また、上記した実施条件の下に、仕上圧延の最終スタンド出側からの空冷時間の条件以外は全て本発明の要件を満足する供試体について、フェライト粒径の自然対数をとったときの標準偏差と空冷時間との関係を調査した結果について、図１に示す。図１から、空冷時間を0.5〜2.0sとすることで標準偏差を0.40以上とすることができる。
【００４６】
上記した実施例における、板厚2.0mmから0.12mmまで冷間圧延した供試体No.1〜29のうちフェライト平均粒径が14から19μｍのものについて、平均のフェライト粒径が13μm以上の供試体の冷延後の降伏点YPと標準偏差との関係を整理した結果について、図２に示す。図２から、標準偏差を0.40以上とすることによって、冷延後のYPは830MPa以下となり、冷間圧延時の負荷が低減されていることがわかる。
【００４７】
同様に、板厚2.0mmから0.12mmまで冷間圧延した供試体No.1〜29について、標準偏差が0.40以上の供試体の冷延後YPとフェライト平均粒径との関係を整理した結果について、図３に示す。図３から、平均粒径を13μm以上とすることにより、冷延後YPは830MPa以下となり、冷間圧延時の負荷が低減されていることがわかる。
【図１】
2015137422.tif 000006
【図２】
2015137422.tif 000007
【図３】
2015137422.tif 000008