(57)【要約】【課題】熱間圧延後の薄鋼板を平均フェライト粒径２μｍ以下に微細化し、高強度の薄鋼板を得る。【解決手段】熱間圧延による薄鋼板の製造に際し、該熱間圧延に先立って、ロールバイト入側における鋼板の組織を、９００℃以下のオーステナイトに調整し、しかる後、鋼板とロールとの接触時間が０．０５秒以上０．３秒以下、圧下率が４０％以上６０％以下の熱間圧延を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延による薄鋼板の製造に際し、
該熱間圧延に先立って、ロールバイト入側における鋼板の組織を、９００℃以下のオーステナイトに調整し、
しかる後、鋼板とロールとの接触時間が０．０５秒以上０．３秒以下、圧下率が４０％以上６０％以下の熱間圧延を行うこと、
を特徴とする熱間圧延による薄鋼板の製造方法。
【請求項２】
鋼板の搬送方向に、ペイオフリール、加熱装置、圧延機、コイラを、この順に並べるよう構成したことを特徴とする熱間圧延設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用鋼板、家電製品用鋼板等の用途に好適な薄鋼板の製造方法およびそれに用いて好適な熱間圧延設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、家電等に用いられる薄鋼板には、近年、軽量化を目的として、更に薄物化することが要求されているが、薄物化した分、高強度化することも求められている。
【０００３】
従来、鋼材の高強度化の方法としては、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ等の固溶元素を添加することによる固溶強化、マルテンサイト等の第二相を用いる組織強化、Ｔｉ、Ｖ等の炭窒化物の析出を利用する析出強化、結晶粒の微細化による強化等が知られている。
【０００４】
中でも、結晶粒の微細化による強化は、低温靭性も向上できること、他の強化方法に比べ、強度と延性の両立に優れること、更には、高価な元素の添加を必要としないこと等から、鋼材の高強度化の方法として、最も期待されている。
【０００５】
結晶粒の微細化による鋼材の高強度化に関しては、今までの研究から、フェライト粒径を５μｍ程度まで微細化しても、強度向上の効果は小さく、フェライト粒径を２μｍ以下に微細化すると、強度向上の効果が大きくなることがわかってきている。
【０００６】
結晶粒の微細化を図った高強度鋼板の代表的な製造方法として、特許文献１、特許文献２等による方法がある。
【０００７】
特許文献１には、Ｔｉ−Ｎｂ添加鋼に７００℃程度の温度で１パスあたり９０％程度の圧下率の圧延を施すことにより、粒径０．６μｍのフェライト粒を得ることができる技術が記載されている。
【０００８】
一方、特許文献２には、圧延荷重を低減し、また、良好な形状の鋼板を得るため、仕上圧延機のワークロールを、小径ワークロールとし、更にはまた、軸長方向への移動が可能な、軸長方向に外径が連続的に変化するＣＶＣワークロールとする技術が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０４１１５号公報
【特許文献２】特開２００２−２７３５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載のような技術では、圧延荷重が著しく大きくなるため、一般的な圧延機では実現困難という問題があった。また、ロールのたわみや扁平も非常に大きく、圧延後に良好な形状の鋼板を得ることができないという問題もあった。
【００１１】
また、特許文献２に記載のような技術では、低温圧延、強圧下圧延により、さらなる高強度化を図ったその実施例、すなわち、仕上圧延機出側温度を７５０℃程度、仕上圧延機後段３パスの圧下率を４２、４５、４０％として鋼板を製造したような実施例の場合でも、得られるフェライト粒は粒径３．５〜４μｍ程度にしかならず、十分な強度向上の効果を得ることができないという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、熱間圧延後の薄鋼板を平均フェライト粒径２μｍ以下に微細化でき、高強度の薄鋼板を得られる方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、熱間圧延による薄鋼板の製造に際し、該熱間圧延に先立って、ロールバイト入側における鋼板の組織を、９００℃以下のオーステナイトに調整し、しかる後、鋼板とロールとの接触時間が０．０５秒以上０．３秒以下、圧下率が４０％以上６０％以下の熱間圧延を行うことにより、前記課題を解決したものである。
【００１４】
本発明は、又、鋼板の搬送方向に、ペイオフリール、加熱装置、圧延機、コイラを、この順に並べるよう構成したことを特徴とする熱間圧延設備を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱間圧延後の薄鋼板を平均フェライト粒径２μｍ以下にでき、高強度の熱延薄鋼板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明における結晶粒微細化の金属学的なメカニズムについてまず説明する。
【００１７】
特許文献１に記載の方法は、７００℃前後というＡｒ３点直上から直下にかけての温度域のオーステナイト組織に、圧延により大きな歪を与えることにより、オーステナイト組織をフェライト組織に動的変態させ、更に、フェライト組織を動的再結晶させることにより、微細なフェライト粒を得ようとするものである。また、加工（熱間圧延）後の粒成長抑制のため、Ｔｉ、Ｎｂのうちの少なくとも一方を添加するものである。
【００１８】
特許文献２に記載の方法は、８００℃前後の未再結晶域のオーステナイト組織に、圧延により大きな歪を与えることにより、オーステナイト粒内に転位等の格子欠陥を多量に導入し、オーステナイト組織からフェライト組織に変態する際の核生成サイトを増やし、フェライト変態を促進することで、微細なフェライト粒を得ようとするものである。
【００１９】
これらに対し、本発明は、熱間圧延による薄鋼板の製造に際し、以下の条件、
（１）熱間圧延に先立って、ロールバイト入側の鋼板組織を、オーステナイトとする。
（２）熱間圧延に先立って、ロールバイト入側の鋼板温度を、９００℃以下とする。
（３）鋼板とロールとの接触時間を０．０５秒以上０．３秒以下とする。
（４）鋼板の圧下率を、４０％以上６０％以下とする。
にて熱間圧延を行うことで、微細なフェライト粒を得ようとするものである。
【００２０】
ここに、ロールバイトとは、鋼板と、熱間圧延を行う圧延機のロールと、が接触している部分のことを指す。
【００２１】
即ち、本発明は、特に圧延中の鋼板とロールとの接触時間を、０．０５秒以上０．３秒以下と、一般的な熱間圧延に比べて長くし、ロールと鋼板の接触により鋼板が急冷される作用を積極的に利用して、ロールバイト内でオーステナイト組織をフェライト組織に動的変態させるとともに、変態後のフェライト組織をも継続して急冷することにより、フェライト粒径２μｍ以下の微細なフェライト粒を得ようとするものである。
【００２２】
本発明によれば、鋼板とロールとの接触時間を一般的な熱間圧延に比べて長くすることで、従来の、例えば特許文献１に記載の技術に比べて小さい圧延荷重で、かつ、Ｔｉ、Ｎｂ等の高価な元素を添加することなく、微細なフェライト粒を得ることができる。
【００２３】
本発明により、微細なフェライト粒を得ることができる金属学的なメカニズムを、発明者らは、以下のように推定している。
【００２４】
動的変態とは、Ａｅ３点以下の温度でオーステナイト組織に歪を与える加工（熱間圧延）を施した場合に、歪の持つエネルギーによりオーステナイトからフェライトへの変態が誘発され、加工（熱間圧延）中にフェライトが生じる現象であり、微細なフェライト粒を得られることが知られている。
【００２５】
従来、動的変態を十分に進行させるためには、圧下率７０％以上という高い圧下率の圧延により、鋼板側に大きな歪エネルギーを導入する必要があると考えられていた。圧下率７０％以上という高い圧下率の圧延の場合、加工発熱による鋼板の温度上昇が大きい一方で、一般的な熱間圧延の条件では、鋼板とロールの接触時間は０．００１〜０．０１秒程度と短いため、ロールとの接触による鋼板の温度低下は小さく、ロールバイト出側では、鋼板の温度は低くても７００℃程度までしか下がらない、というのがこれまでの常識であった。
【００２６】
これに対し、本発明では、圧延中の鋼板とロールとの接触時間を０．０５秒以上０．３秒以下として、鋼板とロールとの接触により鋼板が冷却される作用を積極的に利用するため、ロールバイト出側での鋼板の温度は４５０〜６５０℃まで下げることができる。このため、圧下率４０％程度という、従来に比べ、低い圧下率の圧延を行ったとしても動的変態が起こる。これは、圧延中の鋼板とロールとの接触時間を従来に比べて長くしたことで、ロール側への抜熱が促進されるので、鋼板が実際に加工を受けている温度を、従来の特許文献１や特許文献２に記載の技術を適用した場合に比べ、低くできるから、転位等の格子欠陥が蓄積しやすく、小さい圧下率でも動的変態が起こるようになるもの、と推定している。
【００２７】
更に言えば、本発明の場合、従来に比べ、フェライト変態開始温度が低いため、より多くのフェライト変態の核が生成され、得られるフェライト粒もより微細になるものと推定している。また、本発明では、ロールバイト出側での鋼板の温度が高くても６５０℃と比較的低温になるため、生成したフェライト粒は成長し難くなり、このため、より微細なフェライト粒を得ることができるもの、とも推定している。
【００２８】
諸条件を限定した理由を以下に示す。本発明においては、動的変態を用いて結晶粒の微細化を図るため、熱間圧延開始前の鋼板組織を、オーステナイトとする必要がある。オーステナイトとする必要があるとは、オーステナイト単相とする必要があるという意味である。これは、本発明が、オーステナイトからフェライトへの動的変態を利用して結晶粒の微細化を図ろうとしている趣旨からして当然と言える。圧延開始前の鋼板組織がフェライトの場合、動的変態は起こらない。
【００２９】
熱間圧延に先立って、９５０℃以上に鋼板を加熱することにより、鋼板組織をオーステナイトとすることができる。
【００３０】
なお、ロールバイト入側の鋼板温度を９００℃以下に限定した理由は、９００℃を超えると、高温のため応力緩和が起こって、鋼板側に歪エネルギーが蓄積し難くなり、動的変態を誘発し難くなるからである。
【００３１】
鋼板とロールとの接触時間を０．０５秒以上０．３秒以下に限定した理由は、以下に述べる通りである。
【００３２】
鋼板とロールとの接触時間が０．０５秒より短かいと、ロールとの接触による鋼板の温度低下が十分でなく、先述のような小さな圧下率では動的変態を誘発し難くなる。
【００３３】
一方、鋼板のロールとの接触時間が０．３秒を超えると、鋼板の温度低下が顕著になり、圧延途中の比較的早い段階でベイナイト変態やマルテンサイト変態が起こり、フェライトへの変態が十分に起こらなくなり、微細なフェライト粒を十分に得難くなる。
【００３４】
ここで、鋼板とロールとの接触時間とは、鋼板の任意の板厚方向断面が、ロールバイト、即ち鋼板とロールとが接触している部分を通過するのに要する時間であり、言い換えれば、鋼板とロールとが接触している時間である。
【００３５】
圧下率を４０％以上６０％以下に限定した理由は、圧下率が４０％より低いと、鋼板側に導入される歪エネルギーが十分でないため、動的変態を誘発し難くなるからであり、また、圧下率が６０％を超えると、圧延荷重の増大を招くからである。結晶粒微細化の観点からは、圧下率が６０％を超えても、何ら問題はない。
【００３６】
次に、本発明の方法にて製造する薄鋼板の好ましい化学成分について述べる。以下に述べる各元素を除いた残部は、不可避的に混入する不純物以外は実質的にＦｅとする。
【００３７】
Ｃは、鋼の強化に必要な元素であり、０．０３質量％以上含有することが好ましく、また、０．５質量％を超える含有は、鋼板の加工性や溶接性の低化を招くことから、Ｃは０．０３質量％以上０．５質量％以下の範囲で含有するのが好ましい。
【００３８】
Ｓｉは、脱酸元素として、鋼の溶製に必要な元素であり、０．０１質量％以上含有することが好ましく、また、１．０質量％を超える含有は、鋼板の表面性状の悪化を招くことから、Ｓｉは０．０１質量％以上１．０質量％以下の範囲で含有するのが好ましい。
【００３９】
Ｍｎは、鋼の焼入れ性向上に必要な元素であり、０．１質量％以上含有することが好ましく、また、５．０質量％を超える含有は、鋼板の加工性の低化を招くことから、Ｍｎは０．１質量％以上５．０質量％以下の範囲で含有するのが好ましい。
【００４０】
更に、ＴｉやＮｂは炭窒化物を形成し、フェライト粒の粒成長抑制による結晶粒微細化強化や析出強化に有効であるため、いずれも、０．２質量％以下の範囲で含有させても良い。０．２質量％を超えて含有させても、その効果が飽和するとともに、鋼板の加工性の低化を招く。
【００４１】
他に、Ｐは結晶粒界に偏析を起こし、鋼板の靭性の低化を招くので、０．０３質量％以下に調整するのが好ましい。
【００４２】
Ｓは硫化物を形成して鋼の清浄度を下げ、耐疲労特性や伸びを低下させるので、０．０２質量％以下に調整するのが好ましい。
【００４３】
Ａｌは脱酸作用があるため、添加して何の問題もないが、０．２質量％を超えると、鋼板の延性が低下するので、添加するとしても、０．２質量％以下の範囲に抑えるのが好ましい。Ｎは成形性の低下を招くので、０．０２質量％以下の範囲に抑えるのが好ましい。
【００４４】
以上が好ましい化学成分範囲であるが、他にＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ等の成分を一種又は二種以上含有させても良い。
【００４５】
次に、本発明の熱間圧延による薄鋼板の製造方法を適用するのに好ましい設備について、以下に述べる。
【００４６】
例えば、図１に示すような、鋼板の搬送方向に、ペイオフリール１、加熱装置２、圧延機３、コイラ４を、この順に並べるよう構成した熱間圧延設備により、本発明の熱間圧延による薄鋼板の製造方法のようにして、薄鋼板を製造することができる。
【００４７】
圧延機３は、ワークロール３１の他に、ワークロール３１の撓みを補強するバックアップロール３２、ワークロール３１を冷却し、ロールの熱膨張を抑制するためのロール冷却装置３３を備えていることが好ましい。
【００４８】
なお、本発明の熱間圧延による薄鋼板の製造方法は、上記のような熱間圧延設備に限らず、鋼板の搬送方向に、加熱炉（装置）、粗圧延機列、仕上圧延機列、冷却帯、コイラを、この順に並べるよう構成した一般的な熱間圧延設備に適用してももちろん良い。
【実施例】
【００４９】
本発明の効果を示す実施例を示す。実験素材として、一般的な熱間圧延により得られた、０．１５質量％Ｃ−０．１質量％Ｓｉ−０．７５質量％Ｍｎ鋼、厚さ３ｍｍの試験片を用いた。この試験片を、９５０℃で５分間均熱後、空冷することにより、表１に示すロールバイト入側温度とした後、表１に示す圧延条件で圧延し、空冷した。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
得られた試験片について、平均結晶粒径（平均フェライト粒径）および引張強度の調査を行った。平均結晶粒径については、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５２に準拠して、１００倍で観察した顕微鏡視野での、２５ｍｍ×２５ｍｍの領域における、結晶粒の平均断面積を求め、それを円形と仮定する、という前提のもとで、４／πを掛け算して平方根をとることで算出した。引張強度については、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１に準拠して５号試験片を切り出して引張試験を行い、引張強さをその値とした。
【００５２】
得られた結果を表１に併せて示す。本発明例であるＮｏ．１、３、５、６、９では、平均結晶粒径２μｍ以下を得ることができ、高い引張強度を示している。これに対し、比較例であるＮｏ．２は鋼板のロールとの接触時間が０．０４秒と短いため、比較例であるＮｏ．７は圧下率が３０％と小さいため、また、比較例であるＮｏ．１０はロールバイト入側温度が９４０℃と高いため、いずれも十分に動的変態が進行せず、結晶粒を十分に微細化できていない。比較例であるＮｏ．４は鋼板のロールとの接触時間が０．４０秒と長いため、圧延中にベイナイト変態が起こり、ベイナイトと扁平フェライトの混合組織となった。比較例であるＮｏ．１１はロールバイト入側温度が６００℃と低いため、圧延開始時の鋼板組織が既に一部フェライトとなってしまっていたためと推定されるが、扁平なフェライト粒が得られた。組織がベイナイトや扁平なフェライトとなった場合、加工性が低化するため、自動車用、家電製品用等の用途には適さない。
【００５３】
なお、表１中には示していないが、圧延荷重は、従来例であるＮｏ．８では単位幅当り３０ｋＮ／ｍｍであったのに対し、本発明例であるＮｏ．１では単位幅当り２０ｋＮ  ／ｍｍと大幅に軽減できた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の熱間圧延設備の一つの実施の形態を示した図
【符号の説明】
【００５５】
１…ペイオフリール
２…加熱装置
３…圧延機
４…コイラ
３１…ワークロール
３２…バックアップロール
３３…ロール冷却装置
【図１】
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