(57)【要約】【課題】高強度、高加工性の冷延鋼板を製造する。【解決手段】冷延鋼板１１を連続的に搬送しつつ焼鈍炉２で焼鈍を施す連続焼鈍方法において、前記焼鈍終了後の前記冷延鋼板１１に対し、レベラ７によって、繰り返し曲げ加工を施す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷延鋼板を連続的に搬送しつつ焼鈍炉で焼鈍を施す連続焼鈍ラインにおいて、上記焼鈍炉の出側に、前記冷延鋼板に繰り返し曲げ加工を施すレベラを設置することを特徴とする連続焼鈍ライン。
【請求項２】
冷延鋼板を連続的に搬送しつつ焼鈍炉で焼鈍を施す連続焼鈍ラインにおいて、上記焼鈍炉の出側に、前記冷延鋼板を冷却する冷却装置と、前記冷延鋼板に繰り返し曲げ加工を施すレベラを、該冷延鋼板の搬送方向に、この順に設置したことを特徴とする連続焼鈍ライン。
【請求項３】
冷延鋼板を連続的に搬送しつつ焼鈍炉で焼鈍を施す連続焼鈍方法において、前記焼鈍終了後の前記冷延鋼板に対し、レベラによって、繰り返し曲げ加工を施すことを特徴とする高強度、高加工性冷延鋼板の製造方法。
【請求項４】
冷延鋼板を連続的に搬送しつつ、焼鈍炉で焼鈍を施す連続焼鈍方法において、前記焼鈍終了後の前記冷延鋼板に対し、冷却装置によって、所望の温度まで冷却した後、レベラによって、繰り返し曲げ加工を施すことを特徴とする高強度、高加工性冷延鋼板の製造方法。
【請求項５】
前記焼鈍における昇温速度を５℃／秒以上とすることを特徴とする請求項３又は４に記載の高強度、高加工性冷延鋼板の製造方法。
【請求項６】
前記焼鈍における焼鈍温度をＡｃ３点以上Ａｃ３点＋５０℃以下とすることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の高強度、高加工性冷延鋼板の製造方法。
【請求項７】
前記繰り返し曲げ加工における加工温度をＡｒ３点以上とすることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の高強度、高加工性冷延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続焼鈍ライン、及び、自動車用鋼板、家電製品用鋼板などの用途に好適な、高強度、高加工性冷延鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、家電製品などに用いられる鋼板において、板厚精度や表面粗度に優れ、かつ、強度、伸びバランスの良好な、引張強さ４００ＭＰａ以上、強度、伸びバランス（引張強さと破断伸びの積）１６００以上の高強度、高加工性冷延鋼板が注目されている。
【０００３】
鋼板の強化手段としては、固溶強化、析出強化、変態強化、結晶粒微細化強化、加工硬化が挙げられるが、この中で加工性や溶接性の低化が最も小さいと考えられているのが、結晶粒微細化強化である。熱延鋼板の結晶粒微細化に関しては、従来、多くの研究がなされており、Ａｒ３点温度直上の未再結晶温度域で仕上圧延を終了し、直ちに加速冷却を施す制御圧延、制御冷却法が知られており、平均結晶粒径２〜５μｍ程度の微細粒鋼板が製造されるところまできている。
【０００４】
一方、冷延鋼板の場合、優れた板厚精度、表面粗度を得るために、熱間圧延後、更に冷間圧延が施されるが、冷間圧延ままでは、鋼板は加工硬化し、加工性が著しく低下した状態なため、冷間圧延を施した際は、該冷延鋼板を焼鈍し、再結晶させる必要がある。
【０００５】
冷間圧延後の鋼板に連続焼鈍を施す連続焼鈍ラインは、一般に、図４に示すような、ペイオフリール１、焼鈍炉２、冷却帯３、巻取機４により構成され、これを冷延鋼板１１が次々通過することで大量の冷延鋼板１１が効率良く焼鈍できる。しかし、この焼鈍というプロセスでは、結晶粒が粗大化するという宿命的な性質があるため、冷延鋼板製品として結晶粒の微細なものを得ることは困難である。
【０００６】
これに対し、高強度冷延鋼板の製造方法もいくつか提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、伸びフランジ性に優れた高張力冷延鋼板の製造方法が提案されている。これは、Ｎｂを０．００５〜０．０４５ｗｔ％添加した鋼を熱間圧延、冷間圧延した後、５℃／秒以上の加熱速度で加熱し、焼鈍を行う方法であり、Ｎｂを添加し、炭窒化物を形成させることにより、結晶粒の粗大化を抑制し、結晶粒の微細化を図るものである。
【０００８】
また、特許文献２では、６００℃から再結晶終了までの温度域を１００℃／秒より大きい加熱速度で焼鈍することを特徴とする、高強度冷延鋼板の製造方法が提案されている。これは、加熱途中で、冷間圧延までに冷延鋼板中に蓄積された歪の緩和を抑制し、再結晶温度で一気に再結晶核を生成させることにより、結晶粒の微細化（以下、細粒化）を図るものである。
【０００９】
【特許文献１】特許２６８８３８４号公報
【特許文献２】特開２００３−３４８２５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、上記のような冷延鋼板の結晶粒の微細化に関する技術では、以下に示すような問題があった。例えば、特許文献１に記載の方法では、Ｎｂ添加による炭窒化物形成は粒成長抑制に有効ではあるが、一方で、再結晶温度の上昇を招く。このため、焼鈍温度を高温に設定することが必要になり、十分な細粒化を図ることが困難になるとともにエネルギコストが上昇する。又、特許文献２に記載の方法は、再結晶焼鈍時の温度制御により細粒化を図っているに過ぎず、更なる改善の余地があると言える。
【００１１】
本発明は、上記のような問題を解決し、通常、結晶粒の微細化が困難な冷延鋼板においても細粒化を図ることができ、表面性状及び板厚精度に優れ、かつ、強度、伸びバランスの良好な、高強度、高加工性冷延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
なお、本発明にいう鋼板は鋼帯をも含む意味とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、冷延鋼板を連続的に搬送しつつ焼鈍炉で焼鈍を施す連続焼鈍ラインにおいて、上記焼鈍炉の出側に、前記冷延鋼板に繰り返し曲げ加工を施すレベラを設置することを特徴とする連続焼鈍ラインにより、前記課題を解決したものである。
【００１４】
又、同じく冷延鋼板を連続的に搬送しつつ焼鈍炉で焼鈍を施す連続焼鈍ラインにおいて、上記焼鈍炉の出側に、前記冷延鋼板を冷却する冷却装置、前記冷延鋼板に繰り返し曲げ加工を施すレベラを、該冷延鋼板の搬送方向に、この順に設置したことを特徴とする連続焼鈍ラインにより、前記課題を解決したものである。
【００１５】
本発明は、又、冷延鋼板を連続的に搬送しつつ焼鈍炉で焼鈍を施す連続焼鈍方法において、前記焼鈍終了後の前記冷延鋼板に対し、レベラによって、繰り返し曲げ加工を施すことを特徴とする高強度、高加工性冷延鋼板の製造方法により、前記課題を解決したものである。
【００１６】
又、同じく冷延鋼板を連続的に搬送しつつ、焼鈍炉で焼鈍を施す連続焼鈍方法において、前記焼鈍終了後の前記冷延鋼板に対し、冷却装置によって、所望の温度まで冷却した後、レベラによって、繰り返し曲げ加工を施すことを特徴とする高強度、高加工性冷延鋼板の製造方法により、前記課題を解決したものである。
【００１７】
又、前記焼鈍における昇温速度を５℃／秒以上としたものである。
【００１８】
又、前記焼鈍における焼鈍温度をＡｃ３点以上Ａｃ３点＋５０℃以下としたものである。
【００１９】
又、前記繰り返し曲げ加工における加工温度をＡｒ３点以上としたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、従来に比べ、高強度、高加工性の冷延鋼板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の連続焼鈍ラインの実施の形態について述べる。
【００２２】
本発明の連続焼鈍ライン、及び高強度冷延鋼板の製造方法は、冷延鋼板の高強度化に関する上述のような問題を解決するため、鋭意検討した結果、冷間圧延後の鋼板を焼鈍する際、Ａｃ３点以上Ａｃ３点＋５０℃以下の温度まで急速昇温し、α（フェライト）からγ（オーステナイト）に変態させた後、更に、Ａｒ３点より高い温度域で前記冷間圧延後の鋼板にレベラによる繰り返し曲げ加工を施し、γ粒内に多量の転位、変形帯などの格子欠陥を導入した後、急速冷却することにより、冷延鋼板の細粒化を効率よく図れることを知見し、完成に至ったものである。
【００２３】
転位、変形帯などの格子欠陥はγ粒界とともにα粒の核生成サイトとなるため、これらをγ粒内に数多く導入することにより、γ→α変態時に数多くのα核が生成し、微細なα粒が得られるのである。また、レベラによる繰り返し曲げ加工は、基本的に、板厚、板形状を変化させることなく、鋼板に大きな歪を付与することができるので、冷延鋼板の特徴である優れた板厚精度、表面品質を悪化させることなく、高強度化を図れるのである。
【００２４】
冷延鋼板は、通常、熱延鋼板を素材とし、これを冷間圧延した後、連続焼鈍することにより製造されるが、冷間圧延後の鋼板に連続焼鈍を施す連続焼鈍ラインは、一般に、図４に示すような、ペイオフリール１、焼鈍炉２、冷却帯３、巻取機４により構成されることは先にも述べた。ペイオフリール１から巻き戻された冷延鋼板１１は、連続的に焼鈍炉２内に搬送され、焼鈍炉２内を搬送中に冷延鋼板１１は焼鈍される。この際、焼鈍炉内の温度、ライン速度を適宜調整することにより、焼鈍温度、焼鈍時間が変更される。焼鈍後の冷延鋼板１１は、冷却帯３にて、所定の冷却パターンで冷却されたのち、巻取機４にてコイル状に巻き取られる。なお、冷却帯３の下流側には、冷却帯３の冷却能力不足を補うための水冷設備５、及び、水冷設備５で冷延鋼板１１に付着した水分を乾燥させるための乾燥設備６が設置されていることが多い。あるいは更にそれらの下流側には調質圧延機９が設置される場合もある。
【００２５】
これに対し、本発明の連続焼鈍ラインを図１に示す。本発明の連続焼鈍ラインの特徴は、焼鈍炉２と冷却帯３との間にレベラ７を配置するところにある。レベラ７は、冷間圧延、焼鈍後の冷延鋼板１１に繰り返し曲げ加工を施し、冷延鋼板１１に歪を蓄積するために設置するものであり、図２に示すように、千鳥状に配置された３本以上のワークロール７ａ、あるいは更に、ワークロール７ａをバックアップするバックアップロール７ｂを備えている。更にまた、焼鈍炉２とレベラ７との間に中間冷却帯８を配置しても良い。中間冷却帯８は、レベラ７で冷延鋼板１１に繰り返し曲げ加工を施す温度域を調整し、繰り返し曲げ加工の効果を最大限に発揮するためのものである。
【００２６】
なお、巻取機４の搬送方向上流側に調質圧延機９を設置し、連続焼鈍後、引き続き連続的に調質圧延を施すラインとしても良い。
【００２７】
次に、以下、本発明の高強度、高加工性冷延鋼板の製造方法の実施の形態について述べる。
【００２８】
転炉法あるいは電炉法により、鋼を溶製し、溶製した鋼から連続鋳造によりスラブを製造する。
【００２９】
鋼成分は、最終製品である冷延鋼板の強度、加工性を満足するために、以下に示す範囲の化学成分とすることが好ましい。
【００３０】
Ｃは、鋼の固溶強化、及び組織強化に有効な元素であり、０．０２質量％未満では、十分な強度を得ることができず、一方、０．３０質量％を越えると、延性を低化させる。このため、Ｃは、０．０２質量％以上０．３０質量％以下とするのが好ましい。
【００３１】
Ｓｉは、鋼の固溶強化に有効な元素であり、０．００１質量％未満では、十分な効果を得ることができず、一方、２．５０質量％を越えると、スケール性状が悪化し、表面品質を低下させる。このため、Ｓｉ量は、０．００１質量％以上２．５０質量％以下とするのが好ましい。
【００３２】
Ｍｎは、変態点を低下させる作用があり、その分、再結晶時の結晶生成の核となるサイトが増えるため、高強度化を図る上で有利であるが、０．５質量％未満では、十分な効果を得ることができず、一方、５．０質量％を越えると、冷延鋼板製品の延性を低化させる。このため、Ｍｎ量は、０．５質量％以上５．０質量％以下が好ましい。
【００３３】
Ｐは結晶粒界に偏析を起こし、靭性の低化を招くので、０．０３質量％以下が、Ｓは硫化物を形成して鋼の清浄度を下げ、耐疲労特性を低下させるので、０．０２質量％以下が、Ａｌは脱酸元素として通常用いられる範囲で添加して何の問題もないが、０．２質量％を超えると、冷延鋼板製品の延性が低下するので、０．２質量％以下が、Ｎは冷延鋼板製品の成形性の低下を招くので、０．０２質量％以下が、それぞれ好ましい。
【００３４】
上記成分の他は、Ｆｅ、ならびに不可避的不純物により構成されるが、冷延鋼板の高強度化のため、Ｔｉ、Ｎｂをそれぞれ、０．２質量％以下の範囲で含有しても良い。
【００３５】
熱間圧延は、熱延鋼板の結晶粒微細化を図るために、Ａｒ３点以上Ａｒ３点＋１００℃以下の温度範囲で仕上圧延を終了し、その後、６５０℃以下の温度まで急冷することが好ましい。熱延鋼板の結晶粒が小さい方が、冷延鋼板の細粒化に有効だからである。
【００３６】
冷間圧延は、一般に圧下率が高い方がより細粒化が図れるため、総圧下率５０％以上とするのが好ましい。
【００３７】
冷延鋼板の焼鈍工程は本発明の根幹をなす部分であり、以下に詳細に述べる。
【００３８】
焼鈍温度は、Ａｃ３点以上Ａｃ３点＋５０℃以下とするのが好ましい。焼鈍温度がＡｃ３点未満であると、完全にα→γ変態させることができず、一方、焼鈍温度がＡｃ３点＋５０℃を超えると、γ粒が粗大化し、どちらの場合も微細なα粒を得にくくなるため、最終的に細粒化が十分に図れないためである。
【００３９】
昇温速度は、５℃／秒以上、望ましくは２０℃／秒以下とするのが好ましい。昇温速度が５℃／秒より小さい場合、昇温過程で再結晶が進行してしまうため、再結晶α粒からγ粒に変態することになり、微細なγ粒を得にくくなるのに対し、昇温速度が大きく、特に、２０℃／秒を超えると、昇温過程での再結晶の進行が少なく、加工ままのα粒からγ粒に変態するため、十分に微細なγ粒を得ることができるためである。
【００４０】
また、焼鈍の対象となる冷延鋼板の温度がＡｃ３点以上に昇温した後は、可及的速やかに冷却を開始することが好ましい。
【００４１】
レベラによる繰り返し曲げ加工を施す温度は、Ａｒ３点以上とするのが好ましい。Ａｒ３点以上とすれば、γ粒に繰り返し曲げ加工を施し、転位などの格子欠陥をγ粒内に多量に導入することにより、γ→α変態の際の核生成サイトが増加するため、Ａｒ３点未満で繰り返し曲げ加工を施した場合に比べ、微細なα粒を得られるためである。繰り返し曲げ加工を施す温度は、低いほど転位のような格子欠陥が消失しにくくなることから、ひずみ蓄積が効率よく行われるため、Ａｒ３点温度以上の温度範囲中で、よりＡｒ３点温度に近い方が好ましい。
【００４２】
冷却速度は、５℃／秒以上、望ましくは２０℃／秒以上とするのが好ましい。冷却速度が５℃／秒より小さい場合、再結晶α粒が大きく成長し易いため、十分に細粒化を図れないためである。なお、上限は特に規定するものではないが、冷却用設備の使用が過度に大きくなるのを防止するため、２００℃／秒以下とするのが好ましい。
【００４３】
図３にレベラによる繰り返し曲げ加工を施されている冷延鋼板の状態を表す、長手方向断面の模式図を示す。レベラによる繰り返し曲げ加工で付与される、冷延鋼板表層の曲げ歪（ε）は、（１）式に示すように、ワークロール中心軸間隔（２Ｌ）、ワークロール数（Ｎ）、レベラ締め込み量（δ、上下のワークロールで冷延鋼板を挟んだ状態から上ワークロールを締め込んだ距離）、板厚（ｔ）により決まる。これより、より多くの曲げ歪を付与し、細粒化を図るには、ワークロール直径を小さく（ワークロール中心軸間隔を小さく）し、ワークロール本数を多くするほど有利であることがわかる。本発明の連続焼鈍ラインは、搬送速度が５０〜２００ｍ／分程度と小さいため、直径の小さい例えば２００ｍｍ以下のワークロールを用いることができ、効果的に細粒化を図ることができる。
【００４４】
ε＝（Ｎ−２）２ｔδ／Ｌ２          ・・・（１）
【００４５】
ここで、本発明を完成させるに至った実験室での実験について述べる。
【００４６】
０．０３質量％Ｃ−０．０２質量％Ｓｉ−１．７質量％Ｍｎ鋼を、仕上圧延機出側温度８５０℃、仕上板厚４ｍｍの条件で熱間圧延し、これを酸洗後、６パスで合計圧下率６２．５％の冷間圧延を施し、実験素材とした。上記素材を表１に示す種々の条件で加熱し、レベラで繰り返し曲げ加工を施した後、冷却した。レベラでの繰り返し曲げ加工は、ワークロール数２１本、ワークロール直径４０ｍｍ、ワークロール中心軸間隔５０ｍｍのレベラを用い、表１に示す加工温度、ロール押し込み量の条件で行った。なお、通板速度は１００ｍ／分とした。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
繰り返し曲げ加工を施す前の加熱は、誘導加熱により実施し、電流値および周波数を適宜変更することにより、昇温速度を変更した。また、繰り返し曲げ加工を施した後の冷却は、冷却水による冷却、あるいは空冷により実施し、冷却水量を適宜変更することにより、冷却速度を変更した。なお、焼鈍後、レベラによる繰り返し曲げ加工を施す際の冷延鋼板の温度は、空冷時間により調整した。
【００４９】
表１に記した各工程での冷延鋼板の温度は、各工程直後に、放射温度計により測定した温度であり、Ａｒ３点、Ａｃ３点の温度は、各々の冷却速度、昇温速度におけるＡｒ３点、Ａｃ３点温度を、別途、実験室において、測定して得た値である。
【００５０】
得られた実験材の結晶粒径および引張強さ、伸びについて、調査を行った。結晶粒径については、ＪＩＳＧ０５５２に準拠して結晶粒の平均断面積を求め、それを円形と仮定して平均結晶粒径を算出した。引張強さ、伸びについては、ＪＩＳＺ２２０１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、破断伸びをその値とした。
【００５１】
以上の実験の結果を表１に示す。
【００５２】
従来例であるＡ１は、冷延鋼板を焼鈍しレベラなどかけなかった場合の製品特性である。これに対し、本発明例であるＡ２〜Ａ１１はどれも、冷延鋼板の細粒化が図れており、引張強さが上昇しているとともに、強度、伸びバランス（強度×伸び）も向上している。又、５℃／秒以上の昇温速度でＡｃ３点以上Ａｃ３点＋５０℃以下の温度域まで加熱した後、Ａｒ３点以上の温度域でレベラによる繰り返し曲げ加工を施し、その後、５℃／秒以上の冷却速度で冷却した、本発明例の中でも好ましい条件を適用した実験材Ａ３、Ａ６、Ａ８、Ａ９、Ａ１１では、更に、冷延鋼板の細粒化が図れており、引張強さが上昇しているとともに、強度、伸びバランス（強度×伸び）も向上している。
【００５３】
一方、本発明例Ａ２は、焼鈍温度がＡｃ３点よりも低く、焼鈍時にα→γ変態が完了しておらず、レベラでの変形を施した際、γ粒に効果的にひずみを付与できなかったため、本発明例Ａ４は、焼鈍温度がＡｃ３点＋５０℃よりも高く、焼鈍中にγ粒が粗大化したため、本発明例Ａ５は、昇温速度が５℃／秒よりも小さいため、昇温中に再結晶が十分に進行してしまい、α→γ変態時に十分に微細なγ粒が生成されなかったため、本発明例Ａ７は、冷却速度が５℃／秒よりも小さく、α変態後の粒成長を抑制できなかったため、本発明例Ａ１０は、曲げ加工温度がＡｒ３点温度よりも低く、曲げ加工の際には、大部分がγ→α変態を完了しており、γ粒に効果的に歪を付与できなかったため、比較的、強度、伸びバランスの向上代が小さかったと考えられる。
【実施例】
【００５４】
本発明の効果を示す実施例について以下に示す。表２に示す種々の成分組成の鋼スラブを１２００℃に加熱した後、粗圧延（出側温度１０５０℃）、仕上圧延（出側温度８５０℃）により、板厚４ｍｍに仕上げた。
【００５５】
【表２】
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【００５６】
これを酸洗後、６パスで合計圧下率６２．５％の冷間圧延を施した後、図１に示す連続焼鈍ラインにおいて、焼鈍炉２にて、昇温速度１０℃／秒、焼鈍温度９００℃、焼鈍時間５秒の条件で焼鈍した後、中間冷却帯８にて、冷却速度３０℃／秒の条件で７８０℃まで冷却し、レベラ７にて、ワークロール数２１本、ワークロール直径４０ｍｍ、ワークロール中心軸間隔５０ｍｍ、レベラ締め込み量７ｍｍ、レベラ加工温度７８０℃の条件で繰り返し曲げ加工を施し、その後、冷却帯３にて、冷却速度３０℃／秒の条件で冷却した。
【００５７】
なお、従来例については、上記実施例と同様の焼鈍を施した後、中間冷却帯８での冷却、レベラ７での繰り返し曲げ加工を施すことなく、上記実施例と同様の冷却を行った。
【００５８】
得られた鋼板について、上記と同様にして引張試験を行い、引張強さ、伸びを測定した。結果を表３に示す。
【００５９】
【表３】
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【００６０】
本発明に好適な化学成分である、鋼種Ａ〜Ｅ、及びＨの場合、本発明の連続焼鈍ラインを用いて製造した冷延鋼板は、従来例に比べ、強度、伸びバランスを向上できていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の連続焼鈍ラインにおける設備配置図
【図２】本発明に用いるレベラの模式図
【図３】レベラによる繰り返し曲げ加工を施されている鋼板の状態を表す、鋼板長手方向断面の模式図
【図４】従来の連続焼鈍ラインにおける設備配置図
【符号の説明】
【００６２】
１…ペイオフリール
２…焼鈍炉
３…冷却帯
４…巻取機
５…水冷設備
６…乾燥設備
７…レベラ
７ａ…ワークロール
７ｂ…バックアップロール
８…中間冷却帯
９…調質圧延機
１１…冷延鋼板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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