(57)【要約】【課題】機械的性質が均一な高強度熱延鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】C：0.01〜0.16％、Si：1.0％以下、Mn：0.1〜1.9％、P：0.05％以下、S：0.01％以下、Al：0.01〜0.1％、Nb：0.015〜0.060％、N：0.006％以下を含有する鋼を、Ar3以上の仕上圧延終了温度で熱間圧延を行い、、熱間圧延終了後2秒以内に200℃/s以上の冷却速度で600〜750℃まで冷却し、5〜50℃/秒の冷却速度で2次冷却し、550〜650℃の温度で巻取る。上記鋼に、Ti：0.1％以下、V：0.05％以下、Cr：1％以下、Mo：0.3％以下、Cu：0.3％以下、Ni：0.3％以下、B：0.003％以下の1種または2種以上を含有することができる。さらに、550〜650℃の温度で巻取る際に、巻取温度のコイル全長の温度差を30℃以下、全幅の温度差を20℃以下とすることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：0.01〜0.16％、Ｓｉ：1.0％以下、Ｍｎ：0.1〜1.9％、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.01％以下、Ａｌ：0.01〜0.1％、Ｎｂ：0.015〜0.060％、Ｎ：0.006％以下を含有する鋼を、
Ａｒ3以上の仕上圧延終了温度で熱間圧延を行い、
次いで、熱間圧延終了後2秒以内に200℃/s以上の冷却速度で600〜750℃まで冷却し、次いで、5〜50℃/秒の冷却速度で2次冷却し、550〜650℃の温度で巻取る
ことを特徴とする機械的性質が均一な高強度熱延鋼板の製造方法。
【請求項２】
請求項1に記載の鋼に、さらに、質量％で、Ｔｉ：0.1％以下、Ｖ：0.05％以下、Ｃｒ：1％以下、Ｍｏ：0.3％以下、Ｃｕ：0.3％以下、Ｎｉ：0.3％以下、Ｂ：0.003％以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の機械的性質が均一な高強度熱延鋼板の製造方法。
【請求項３】
550〜650℃の温度で巻取る際に、巻取温度のコイル全長の温度差を30℃以下、全幅の温度差を20℃以下とすることを特徴とする請求項1または2に記載の機械的性質が均一な高強度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、自動車、家電製品、および産業機械に用いられる強度レベル340ＭＰａ級以上の高強度熱延鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱延鋼板は、自動車、家電製品、産業機械等に広く使用されている。特に近年、自動車の分野においては、軽量化のニーズが強く、強度レベルが340ＭＰａ級以上の高強度鋼板の使用比率が高くなる傾向にある。しかし、高強度鋼板は軟鋼板に比べ機械特性が製造条件に敏感であり、強度をはじめとする機械的性質が不均一になるという問題がある。鋼板の機械的性質が不均一になると、プレス成形加工時の寸法精度が悪化し、製品の歩留り低下の原因となるため、より機械的性質が均一な高強度鋼板の製造方法が望まれている。
鋼板の主要な強化法の一つに析出強化がある。析出強化は、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖなどの炭化物生成元素を鋼中に微量に添加することによって、これらの微小炭化物が転位の進行に対する障害となり、低コストで高強度化を実現するものである。炭化物生成元素の中でも特にＮｂは強度向上の効果が顕著であることが知られている。
そして、析出強化による鋼板の強化量は、熱延後の冷却過程でフェライト中に析出する炭化物のサイズ、および析出する量によって決定されるため、鋼成分や冷却条件が鋼板の強化量すなわち強度に極めて敏感に影響を与えることになる。例えば、ラミナ−冷却のような従来の冷却方法では、冷却条件の差が析出状態に大きく影響を与えていた。一方、工業的には温度制御の精度には限界があるため、機械的性質の均一な高強度熱延鋼板を得ることが困難であった。
これに対し、従来は、熱延鋼板の機械的性質を均一化する方法として、例えば、特許文献1には、熱延後の急速冷却を用いて熱延コイル内の材質ばらつきを低減する方法が開示されている。
【特許文献１】特開2002−69534号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献1に記載の方法は、材質均一化の手段としてフェライト結晶粒やパーライト等の組織の微細化を用いたものであるため、本発明が目的とする析出強化型高強度鋼板の材質ばらつき抑制方法に適用することはできない。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので機械的性質が均一な高強度熱延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、析出強化型熱延鋼板の機械的性質を均一にするべく析出メカニズムについて鋭意検討を行った。その結果、強度の主因子である析出物の生成を熱延直後の超急冷により安定化させることによって、強度の冷却条件依存性を小さくし、操業条件変動に起因した強度ばらつきを抑制できることが明らかとなった。つまり、オーステナイト域でＮｂＣを過飽和な状態に保ち、その後Ａｒ3直上の温度から200℃／ｓ以上で急速冷却を行うことによって過飽和度を高め、さらにその後550℃〜650℃の温度範囲内で巻取ることが有効であることを見出した。
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【０００６】
［1］質量％で、Ｃ：0.01〜0.16％、Ｓｉ：1.0％以下、Ｍｎ：0.1〜1.9％、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.01％以下、Ａｌ：0.01〜0.1％、Ｎｂ：0.015〜0.060％、Ｎ：0.006％以下を含有する鋼を、Ａｒ3以上の仕上圧延終了温度で熱間圧延を行い、次いで、熱間圧延終了後2秒以内に200℃/s以上の冷却速度で600〜750℃まで冷却し、次いで、5〜50℃/秒の冷却速度で2次冷却し、550〜650℃の温度で巻取ることを特徴とする機械的性質が均一な高強度熱延鋼板の製造方法。
【０００７】
［2］前記［1］の鋼に、さらに、質量％で、Ｔｉ：0.1％以下、Ｖ：0.05％以下、Ｃｒ：1％以下、Ｍｏ：0.3％以下、Ｃｕ：0.3％以下、Ｎｉ：0.3％以下、Ｂ：0.003％以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする機械的性質が均一な高強度熱延鋼板の製造方法。
【０００８】
［3］前記［1］または［2］において、550〜650℃の温度で巻取る際に、巻取温度のコイル全長の温度差を30℃以下、全幅の温度差を20℃以下とすることを特徴とする機械的性質が均一な高強度熱延鋼板の製造方法。
【０００９】
なお、本発明において、高強度熱延鋼板とは、引張強度（以下TSと称す）340MPa以上、望ましくはTS590MPa以上の熱延鋼板である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、機械的性質が均一な高強度鋼板の製造方法を提供することができる。そして、本発明により製造される高強度鋼板は機械的性質の均一性に優れるため、プレス成形などにより、寸法精度の高い部品が容易に製造できる。さらに、製品の歩留り向上に寄与し、資源の有効活用および製造効率の向上による省エネルギー化につながるものであるため、社会の発展に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、下記に示す成分に規定し、さらに熱延条件を規定、具体的には、Ａｒ3以上の仕上圧延終了温度で熱間圧延を行い、次いで、熱間圧延終了後2秒以内に200℃/s以上の冷却速度で600〜750℃まで冷却し、次いで、5〜50℃/sの冷却速度で2次冷却し、550〜650℃の温度で巻取ることを特徴とする。これは本発明において最も重要な要件であり、上記特徴から機械的性質が均一な高強度熱延鋼板を得ることが可能となる。
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明における鋼の化学成分の限定理由は以下の通りである。
Ｃ：0.01〜0.16％
Ｃは鋼板の強度を確保するため添加する。0.01％未満の場合、Ｎｂ炭化物が十分に生成できず、本発明で対象とする340ＭＰａ以上の強度が得られない。一方、0.16％を超えると加工性の劣化が著しくなる。以上より、0.01％以上0.16％以下とする。また、Ａｒ3を下げて、変態挙動の安定化と低温でのＮｂＣ析出の安定化によって、機械的性質をより均一化するためには、0.05％以上とすることが好ましい。また、スポット溶接を行う場合は、良好な溶接性を得るために0.1％以下とすることが好ましい。
Ｓｉ：1.0％以下
Ｓｉは固溶強化元素であり、必要に応じて添加される。しかしながら、1.0％を超えると表面性状が劣化するため、1.0％以下とする。また、化成処理を行う場合は、鋼板表層のＳｉ酸化物による化成性の劣化を防止するため0.5％以下とすることが好ましい。
Ｍｎ：0.1〜1.9％
Ｍｎは鋼板の靭性を改善し、固溶強化により強度を向上させる。そのためには、0.1％以上必要である。しかし、1.9％を超えると加工性の劣化が顕著となる。以上より、0.1％以上1.9％以下とする。また、Ａｒ3を下げて、変態挙動の安定化と低温でのＮｂＣ析出の安定化によって、機械的性質をより均一化するためには、0.65％以上とすることが好ましい。さらに、1.6％を超えると、強度に及ぼす熱延後の冷却条件の影響が大きくなり、材質ばらつきが発生する場合があるので1.6％以下とすることが好ましい。
Ｐ：0.05％以下
Ｐは固溶強化により鋼板の強度を向上させるため、必要に応じて添加する。しかし、0.05％を超えると溶接部の接合強度を低下させるため、0.05％以下とする。
Ｓ：0.01％以下
Ｓは不純物として鋼中に微量に含まれる。しかし、0.01％超えでは溶接性と加工性を著しく劣化させるため、0.01％以下とする。
Ａｌ：0.01〜0.1％
Ａｌは脱酸、およびＮをＡｌＮとして析出させるために添加される。しかし、0.01％未満では脱酸、ＡｌＮ析出の効果が十分でない。一方、0.1％超えではＡｌ添加の効果が飽和し不経済となる。以上より、0.01％以上0.1％以下とする。
Ｎｂ：0.015〜0.060％
Ｎｂは析出強化により鋼板の強度を向上させるための必須元素であり、0.015％以上添加する。しかし、0.060％を超えでは、炭化物が粗大化し析出強化能を低下させる。以上より、0.015％以上0.060％以下とする。
Ｎ：0.006％以下
Ｎは不純物として鋼中に微量に含まれるが、0.006％を超えるとＡｌやＮｂと結合して窒化物を生成し、加工性を劣化させため、0.006％以下とする。
尚、本発明の鋼板は、上記の成分で目的とする効果が得られるが、所望の特性に応じて以下の元素を添加することができる。例えば、強度調整のため、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂを必要に応じて1種または2種以上で添加することができる。その場合、それぞれの添加量が0.1％、0.05％、1％、0.3％、0.3％、0.3％、0.003％を超えると、延性などの機械的特性が劣化するので、添加する場合は、Ｔｉは0.1％以下、Ｖは0.05％以下、Ｃｒは1％以下、Ｍｏは0.3％以下、Ｃｕは0.3％以下、Ｎｉは0.3％以下、Ｂは0.003％以下とする。
【００１３】
次に製造方法について説明する。
【００１４】
本発明の高強度熱延鋼板は、上記化学成分範囲に調整されたスラブを鋳造後、直接または加熱して、Ａｒ3以上の仕上圧延終了温度で熱間圧延を行い、次いで、熱間圧延終了後2秒以内に200℃/s以上の冷却速度で600〜750℃まで冷却し、次いで、5〜50℃/s以上の冷却速度で2次冷却し、550〜650℃の温度で巻取ることにより得られる。
【００１５】
（1）仕上圧延終了温度をＡｒ3以上とする熱間圧延工程。
仕上圧延機での圧延終了温度をＡｒ3以上とし、変態後のフェライトおよびパーライトを微細化し、必要な強度が得られるようにする。Ａｒ3未満、すなわちフェライト、オーステナイト2相域で熱間圧延すると等軸フェライトの生成が妨げられ、その後の冷却過程において、フェライト中への炭化物の析出が不安定となり、機械的性質の不均一につながる。
【００１６】
（2）熱間圧延終了後、2秒以内に200℃/秒以上の冷却速度で600〜750℃まで1次冷却する工程。
熱間圧延後の1次冷却は、変態後のフェライトおよびパーライトを微細化し、優れた加工性と高い強度を得るため、仕上圧延後、2秒以内に開始する。開始時間が2秒を超えると、オーステナイト粒界にフェライトが不均一に生成してその後のフェライト中への炭化物の析出が不安定となり、機械的性質の不均一につながる。より優れた均一性を得るためには、仕上圧延後1秒以内の冷却開始が望ましい。
1次冷却速度が200℃／s未満では、冷却中におけるフェライトのオーステナイト粒界上への不均一析出が抑制できず、また、析出する炭化物のサイズや量のばらつきを生じ、機械的性質の不均一の原因となる。よって冷却速度は200℃／s以上とする。さらに、本発明の効果をさらに向上させるためには、冷却速度は300℃／ｓ以上が好ましい。
1次冷却終了温度は、600℃〜750℃とする。1次冷却終了温度が750℃を超えると、過飽和度増加によるＮｂ炭化物の均一析出に対する効果が不十分となり、強度が不安定となる。一方、600℃未満では温度が低すぎるため、適正な巻取温度が確保できなくなり、高い強度が得られない。
なお、上記1次冷却は、冷却される鋼板表面に水蒸気雰囲気がない核沸騰状態で実施されることが好ましく、そのための冷却装置としては複数の噴射ノズルを有し、2000Ｌ／ｍ2・ｍｉｎ以上の水量、0.2ＭＰa以上の水圧で冷却する設備を用いることが望ましい。
【００１７】
（3）1次冷却後、次いで、冷却速度5〜50℃／sで2次冷却する工程。
【００１８】
1次冷却後、冷却速度5〜50℃／ｓで2次冷却を行う。2次冷却速度が50℃／ｓを超える、または5℃／ｓ未満では巻取温度の安定制御が困難となり、材質変動を招く。
【００１９】
（4）2次冷却後、550℃〜650℃で巻取る工程。
巻取前後の炭化物析出温度を安定させ、炭化物を均一微細に析出させるために、巻取温度は550℃〜650℃とする。巻取温度が550℃未満では温度が低すぎるため炭化物の析出量を十分に得ることができず、十分な強度が得られない。また、650℃を超えるとフェライト粒径の粗大化とともに、ＮｂＣの粗大析出が起こり、十分な強度が得られなくなる。
【００２０】
なお、本発明の熱間圧延は連続鋳造後そのまま行ってもよいし、再加熱後実施してもよい。再加熱する場合は、加熱温度を1200℃以上、加熱時間を120分以上とすることにより、Ｎｂを十分にオーステナイト中に固溶させ、熱間圧延後のフェライト中への炭化物析出量を安定化できるので好ましい。また、仕上圧延終了温度を安定化させるために、粗圧延終了温度を950℃以上とすることが好ましい。さらに、コイル長手方向の巻取温度を均一化するために、圧延速度の加速度は1.5ｍｐｍ／ｓ以内とすることが好ましい。
【００２１】
また、より均一な材質を得るために、巻取温度のコイル全長の温度差を30℃以下、全幅の温度差を20℃以下とすることが好ましい。巻取温度のコイル全長の温度差を30℃以下、全幅の温度差を20℃以下とすることにより、コイル内の温度差に起因する析出強化量の差を少なくすることができ、コイル内でより均一な材質が得られる。
【００２２】
また、形状矯正、材質調整のためスキンパスを実施してもよい。その場合はスキンパスによる圧延伸びを0.3％〜2％とすることが望ましい。
【実施例１】
【００２３】
表1に示す化学成分、組成を有するスラブを連続鋳造後、表2に示す製造条件で板厚3.0ｍｍの熱延鋼板を製造した。この時、熱延後の冷却は、50ｍｍ間隔で鋼板の上下に配置されたノズルを用い、水圧0.3ＭＰaで水量3000Ｌ／ｍ2・ｍｉｎで行った。
【００２４】
【表１】
2005226081.tif 000002
【００２５】
【表２】
2005226081.tif 000003
【００２６】
得られた結果を表3に示す。なお、機械的特性はＪＩＳ5号引張試験片を各コイルとも長手方向にＴｏｐ5ｍ、1／4、中央、3／4、Ｂｏｔｔｏｍ5ｍの板幅中央部から5本採取し、ＪＩＳＺ2241に準拠して試験した。また、機械的特性の表中ＴＳ、Ｅｌはコイル長手方向中央部の値、ΔＴＳ、ΔＥｌは長手方向5本採取した試験値の最大値と最小値の差である。
【００２７】
【表３】
2005226081.tif 000004
【００２８】
表3より本発明法により製造された鋼板はいずれもΔＴＳ≦30ＭＰa、ΔＥｌ≦3％と小さく、機械的性質の均一性に優れていることがわかる。また、巻取りを行う際の巻取温度のコイル全長の温度差が30℃以下の本発明例Ｂ〜Ｅは、本発明例Ａに比べΔＴＳ、ΔＥｌいずれも低く、より均一な材質が得られていることがわかる。
【００２９】
これに対し、符号Ｆは仕上温度がＡｒ3を下回っているため等軸フェライトが十分に得られず、炭化物の析出が不均一となり材質変動が大きくなっている。符号Ｇは、冷却開始時間が長いためフェライト生成が均一にならず、炭化物の析出が不均一となり材質変動が大きくなっている。符号Ｈは冷却速度が低いためコイル内で冷却が不均一になり、その結果炭化物の析出が均一とならず材質変動が大きくなっている。符号Ｉは巻取温度が高いため炭化物の粗大析出が起こり、材質変動が大きくなっている。符号Ｊは巻取温度が低いため一部ベイナイト組織を生成し、材質変動が大きくなっている。