特許 6191769 熱延鋼板及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6191769

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】熱延鋼板及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20170828BHJP

   C22C 38/38 20060101ALI20170828BHJP

   C21D 9/46 20060101ALI20170828BHJP

【ＦＩ】

   C22C38/00 301W

   C22C38/38

   C21D9/46 T

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-523028(P2016-523028)

(86)(22)【出願日】2014年5月28日

(86)【国際出願番号】JP2014064150

(87)【国際公開番号】WO2015181911

(87)【国際公開日】20151203

【審査請求日】2016年10月20日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(72)【発明者】

【氏名】豊田 武

(72)【発明者】

【氏名】岡本 力

(72)【発明者】

【氏名】二井矢 亮太

(72)【発明者】

【氏名】酒井 司

(72)【発明者】

【氏名】新頭 英俊

【審査官】 鈴木 葉子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０６１３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３７５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２０４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８４７８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ３８／００−３８／６０

Ｃ２１Ｄ ８／００− ８／１０

Ｃ２１Ｄ ９／４６− ９／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学成分が、質量％で、
Ｃ ：０．０２〜０．１０％、
Ｓｉ：０．００５〜０．１％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｐ ：０．１％以下、
Ｓ ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．２〜０．８％、
Ｎ ：０．０１％以下、
Ｔｉ：０．０１〜０．１１％、
Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、
Ｃａ：０〜０．００３０％、
Ｍｏ：０〜０．５％、
Ｃｒ：０〜１．０％、
を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなり、
Ｓｉ含有量と、Ａｌ含有量との合計が、０．２０％超、０．８１％未満であり；
ミクロ組織が、面積率で、９０〜９９％のフェライトと、１〜１０％のマルテンサイトとを有し、かつベイナイトが５％以下に制限され；
前記マルテンサイトの粒径が１〜１０μｍであり；
鋼板の圧延面に平行で、かつ圧延方向に平行な｛２１１｝＜０１１＞方位のＸ線ランダム強度比が３．０以下であり；
引張強度が５９０ＭＰａ以上である；
ことを特徴とする熱延鋼板。

【請求項2】

前記化学成分が、質量％で
Ｃａ：０．０００５〜０．００３０％、
Ｍｏ：０．０２〜０．５％、
Ｃｒ：０．０２〜１．０％
のうち１種以上を含有する
ことを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼板。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の化学成分を有する鋼を連続鋳造することによってスラブを得る鋳造工程と；
前記スラブを１２００℃以上の温度域まで加熱する加熱工程と；
加熱された前記スラブに粗圧延を行う粗圧延工程と；
前記粗圧延工程後に、前記スラブを、直列に配置された複数の圧延機を有する仕上圧延機列で、最終パスの圧下率が２０％以上、仕上圧延温度が８８０〜１０００℃となるように連続仕上圧延して鋼板を得る仕上圧延工程と；
前記仕上圧延工程完了から０．０１秒〜１．０秒後に開始され、前記鋼板を、３０℃／秒以上の冷却速度で６００〜７５０℃（ただし６００℃を除く）の温度範囲まで水冷する一次冷却工程と；
前記一次冷却工程後、前記鋼板を、６００〜７５０℃の温度範囲で３〜１０秒間空冷する空冷工程と；
前記空冷工程後、前記鋼板を、３０℃／秒以上の冷却速度で２００℃以下まで水冷する二次冷却工程と；
前記二次冷却工程後に前記鋼板を巻き取る巻き取り工程と；
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の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、外観及び、伸びと穴拡げ性とのバランスに優れた、引張強度が５９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車の燃費の改善および衝突安全性の向上を目的に、高強度鋼板の適用による車体軽量化が盛んに取り組まれている。自動車の車体等に高強度鋼板を適用する場合、プレス成型性を確保することが重要となる。また、例えば自動車用ホイールディスクでは表面意匠性向上のため、Ｓｉスケール模様を極力なくすことが求められる。また、伸び加工、バーリング加工が施されるので、素材となる鋼板には、優れた外観、並びに、高い伸び及び穴拡げ性が求められる。

【0003】

特許文献１では、マルテンサイトの組織分率を３％以上１０％未満にした熱延鋼板が提案されている。特許文献１では、フェライトをＴｉとＮｂとで析出強化させて強度を向上させることで、伸びと穴拡げ性とのバランスに優れる熱延鋼板が得られることが開示されている。

【0004】

特許文献２では、化成処理性の劣化原因となるＳｉスケールの発生を防ぐためにＡｌを添加してミクロ組織中のフェライトの割合を４０％以上とした、フェライトとマルテンサイトとの複合組織を有する鋼が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】日本国特開２０１１−１８４７８８号公報

【特許文献2】日本国特開２００５−１２０４３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の技術では、フェライトの析出強化のためにＴｉやＮｂが添加される。そのため熱間圧延時に集合組織が発達してフェライトの塑性異方性が強くなる。その結果、十分な穴拡げ性が得られない。
また、特許文献１に記載の技術ではＳｉが０．５％以上添加される。そのため、熱間圧延時に生成したスケールによって、鋼板に筋模様（以下、スケール模様という）が生成するので、優れた外観が得られない。

【0007】

特許文献２に記載の技術では、鋼板にＳｉの代替としてＡｌを添加することで、外観や化成処理性を向上させている。しかしながら、Ａｌを添加するとフェライト変態開始温度が高温化されるので、粗大なフェライトとマルテンサイトとが形成される。その結果、特許文献２に記載の鋼板では、フェライトとマルテンサイトとの界面で割れが起きやすく、伸び及び穴拡げ性が十分ではなかった。

【0008】

上記のような事情を鑑み、本発明は、外観に優れるとともに、伸びと穴拡げ性とのバランスに優れる引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明において、外観に優れるとは、表面のスケール模様の生成が少ないことを示し、伸びと穴拡げ性とのバランスに優れるとは、２０％以上の伸びと１００％以上の穴拡げ率とを同時に有することを示す。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、上記課題を解決するための手段について種々検討した。
ミクロ組織がマルテンサイトを含むと、強度が向上するが、穴拡げ性の低下が懸念される。それゆえ、強度を向上させるために、マルテンサイトによる強度向上（変態強化）の代替として、ＴｉやＮｂの析出強化を利用することが考えられる。しかしながら、ＴｉやＮｂを含有させると、熱間圧延中に集合組織が形成される。
また、外観の改善ために、スケール模様生成の原因となるＳｉの代替としてＡｌを含有させると、粗大なマルテンサイトが形成され、穴拡げ性が劣化する。本発明者らは、これら２つの課題を解決させるためには、変態直前のオーステナイト組織を制御することが重要であることを新たに見出した。
具体的には、仕上圧延の最終パスにおける圧下率を２０％以上とし、かつ仕上圧延温度を８８０℃以上、１０００℃以下とすることによって、オーステナイトの再結晶を促進させることができ、これにより、集合組織の改善を図ることができることを見出した。さらに、仕上圧延終了後、０．０１秒〜１．０秒の間に鋼板の水冷を開始することで、短時間で再結晶を完了させることができ、これにより微細な再結晶オーステナイトを作りこむことができることを見出した。微細な再結晶オーステナイトからの変態では、フェライトの核生成サイトが多く、かつ素早く変態が進む。そのため、上記冷却完了後に空冷を行うことで細かいフェライトが形成され、空冷中に残留するオーステナイトも微細に残存する。その結果、変態後のマルテンサイトを微細化することが可能となる。

【0010】

本発明は上記の知見に基づいて得られた。本発明の要旨は以下の通りである。

【0011】

（１）すなわち、本発明の一態様に係る熱延鋼板は、化学成分が、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．００５〜０．１％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．２〜０．８％、Ｎ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．１１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、Ｃａ：０〜０．００３０％、Ｍｏ：０〜０．５％、Ｃｒ：０〜１．０％、を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなり、Ｓｉ含有量と、Ａｌ含有量との合計が、０．２０％超、０．８１％未満であり；ミクロ組織が、面積率で、９０〜９９％のフェライトと、１〜１０％のマルテンサイトとを有し、かつベイナイトが５％以下に制限され；前記マルテンサイトの粒径が１〜１０μｍであり；鋼板の圧延面に平行で、かつ圧延方向に平行な｛２１１｝＜０１１＞方位のＸ線ランダム強度比が３．０以下であり；引張強度が５９０ＭＰａ以上である。

【0012】

（２）上記（１）に記載の熱延鋼板では、前記化学成分が、質量％でＣａ：０．０００５〜０．００３０％、Ｍｏ：０．０２〜０．５％、Ｃｒ：０．０２〜１．０％のうち１種以上を含有してもよい。

【0013】

（３）上記（１）又は（２）に記載の熱延鋼板の製造方法は、上記（１）又は（２）に記載の化学成分を有する鋼を連続鋳造することによってスラブを得る鋳造工程と；前記スラブを１２００℃以上の温度域まで加熱する加熱工程と；加熱された前記スラブに粗圧延を行う粗圧延工程と；前記粗圧延工程後に、前記スラブを、直列に配置された複数の圧延機を有する仕上圧延機列で、最終パスの圧下率が２０％以上、仕上圧延温度が８８０〜１０００℃となるように連続仕上圧延して鋼板を得る仕上圧延工程と；前記仕上圧延工程完了から０．０１秒〜１．０秒後に開始され、前記鋼板を、３０℃／秒以上の冷却速度で６００〜７５０℃（ただし６００℃を除く）の温度範囲まで水冷する一次冷却工程と；前記一次冷却工程後、前記鋼板を、６００〜７５０℃の温度範囲で３〜１０秒間空冷する空冷工程と；前記空冷工程後、前記鋼板を、３０℃／秒以上の冷却速度で２００℃以下まで水冷する二次冷却工程と；前記二次冷却工程後に前記鋼板を巻き取る巻き取り工程と；を備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明の上記態様によれば、所定の化学成分を有し、ミクロ組織において、フェライトの組織分率が９０％以上９９％以下、かつマルテンサイトの粒径が１μｍ以上１０μｍ以下で、マルテンサイトの組織分率が１％以上１０％以下であり、圧延面に平行でかつ圧延方向に平行な｛２１１｝＜０１１＞方位のＸ線ランダム強度比が３．０以下であり、引張強度が５９０ＭＰａ以上である熱延鋼板が得られる。この熱延鋼板は、外観、及び伸びと穴拡げ性とのバランスに優れる。

【0015】

また、所定の化学成分を有するスラブを熱間圧延するに際し、仕上圧延温度を８８０℃以上、１０００℃以下とすることでオーステナイトの再結晶を促進させ、集合組織の改善を図ることができる。さらに、仕上圧下率（最終パスでの圧下率）を２０％以上とし、圧延終了後は０．０１秒以上、１．０秒以内に水冷を開始することで、短時間で再結晶を完了させて、微細な再結晶オーステナイトを作りこむことができる。微細な再結晶オーステナイトからの変態では、フェライトの核生成サイトが多く、かつ素早く変態が進む。そのため、その後に空冷を行うことで、細かいフェライトが形成される。また、空冷中に残留するオーステナイトも微細に残存するため、変態後のマルテンサイトを微細化することが可能となる。すなわち、本発明の上記態様によれば、所定のミクロ組織とＸ線ランダム強度比とを有する、外観に優れるとともに伸びと穴拡げ性とのバランスに優れる引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】Ｘ線ランダム強度比と穴拡げ率との関係を示す図である。

【図2】本実施形態に係る熱延鋼板の製造方法の一例を示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の一実施形態に係る熱延鋼板（以下、本実施形態に係る熱延鋼板と言う場合がある。）について説明する。
本実施形態に係る熱延鋼板は、引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度熱延鋼板を対象とする。このような高強度熱延鋼板において、穴拡げ性の向上を実現するためには、そのミクロ組織（金属組織）において、フェライトの組織分率（面積率）を９０％以上、マルテンサイトの組織分率（面積率）を１０％以下にすることが効果的である。各組織の組織分率及び粒径は、例えば、適切に腐食を行った鋼板の光学顕微鏡写真（視野：５００×５００μｍの視野）で得られた組織写真に対し、画像解析を行って求めることができる。このような組織を得る手段として、例えば特許文献１に示すように、０．５％以上のＳｉを含有させた鋼板に対し、熱間圧延工程のランアウトテーブル（以下、ＲＯＴという）中で空冷（中間空冷）を施し、フェライト変態を促進させる方法が考えられる。しかしながら、ＳｉはＳｉスケールを起因としたスケール模様を発生させる原因となる。そのため、Ｓｉを含有させると、鋼板使用時の外観不良が課題となる。
一方で、Ｓｉを添加しない場合にはフェライト変態を促進させるために仕上圧延温度を低温化させる必要が生じる。しかしながら、仕上圧延温度を低温化すると鋼板の集合組織の発達を招く。具体的には、圧延面に平行で、かつ圧延方向に平行な｛２１１｝＜１１０＞が発達する。このような集合組織が発達すると、塑性変形の異方性が強くなり、穴拡げ性が劣化する。
つまり、Ｓｉを添加しない鋼板で伸びと穴拡げ性とのバランスを向上させることは、従来達成できていなかった。

【0018】

本実施形態に係る熱延鋼板では、Ｓｉの代替として、Ａｌでフェライト変態を促進させる。Ａｌを所定量含有させ、フェライトを微細なオーステナイトから変態させることで、フェライトの粗大化を回避することが可能となる。
また、仕上圧延において、仕上温度を８８０〜１０００℃、最終パスの圧下率を２０％以上とし、仕上圧延終了後、０．０１〜１．０秒の間に一次冷却を開始する。この一次冷却では、３０℃／秒以上の冷却速度で６００〜７５０℃まで冷却する。一次冷却後、３〜１０秒空冷し、空冷後、３０℃／秒以上の冷却速度で２００℃以下まで二次冷却を行い、巻き取る。上述の製造方法により、フェライトの組織分率が９０〜９９％、マルテンサイトの粒径が１〜１０μｍで、マルテンサイトの組織分率が１〜１０％であり、鋼板集合組織が圧延面に平行で、圧延方向に平行な｛２１１｝＜０１１＞方位のＸ線ランダム強度比が３．０以下、引張強度が５９０ＭＰａ以上の熱延鋼板を得ることができる。この熱延鋼板は、外観、及び伸びと穴拡げ性とのバランスに優れる。

【0019】

以下に本実施形態に係る熱延鋼板について詳細に説明する。
まず、化学成分の限定理由について述べる。

【0020】

Ｃ：０．０２〜０．１０％
Ｃは鋼板の強度を向上させるために重要な元素である。この効果を得るため、Ｃ含有量の下限を０．０２％とする。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０４％である。一方で、Ｃ含有量が０．１０％を超えると靭性が劣化し、鋼板としての基本的な特性が確保できない。そのため、Ｃ含有量の上限を０．１０％とする。

【0021】

Ｓｉ：０．００５〜０．１％
Ｓｉは予備脱酸に必要な元素である。そのため、Ｓｉ含有量の下限を０．００５％とする。一方で、Ｓｉは外観不良を引き起こす原因となる元素であるため、Ｓｉ含有量の上限を０．１％とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは、０．１％未満であり、より好ましくは０．０７％以下であり、さらに好ましくは、０．０５％以下である。

【0022】

Ｍｎ：０．５〜２．０％
Ｍｎは焼入れ性向上及び固溶強化によって鋼板の強度上昇に寄与する元素である。目的の強度を得るため、Ｍｎ含有量の下限を０．５％とする。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰であると靭性の等方性に有害なＭｎＳが生成する。そのため、Ｍｎ含有量の上限を２．０％とする。

【0023】

Ｐ：０．１％以下
Ｐは不純物であり、加工性や溶接性に悪影響を及ぼすとともに、疲労特性も低下させる元素である。そのため、Ｐ含有量は低いほど望ましいが、脱燐コストの関係からその下限を０．０００５％としてもよい。Ｐ含有量が０．１％を超えると、その悪影響が顕著となるため、Ｐ含有量を０．１％以下に制限する。

【0024】

Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、靭性の等方性に有害なＭｎＳ等の介在物を生成させる。そのため、Ｓ含有量は低いほど望ましいが、脱硫コストの関係からその下限を０．０００５％としてもよい。Ｓ含有量が、０．０１％を超えるとその悪影響が顕著となるため、Ｓ含有量を０．０１％以下に制限する。特に厳しい低温靭性が要求される場合には、Ｓ含有量を０．００６％以下に制限することが好ましい。

【0025】

Ａｌ：０．２〜０．８％
Ａｌは本実施形態に係る熱延鋼板に重要な元素である。仕上圧延後のＲＯＴでの冷却中にフェライト変態を促進させるために、Ａｌ含有量の下限を０．２％とする。しかし、Ａｌ含有量が過剰になると、クラスタ状に析出したアルミナが生成され、靭性が劣化する。そのため、Ａｌ含有量の上限を０．８％とする。

【0026】

Ｎ：０．０１％以下
ＮはＳよりも高い温度域でＴｉと析出物を形成する元素である。Ｎ含有量が過剰であると、Ｓを固定するのに有効なＴｉを減少させるばかりでなく、粗大なＴｉ窒化物を形成して鋼板の靭性を劣化させる。したがってＮ含有を０．０１％以下に制限する。

【0027】

Ｔｉ：０．０１〜０．１１％
Ｔｉは析出強化により鋼板の強度を向上させる元素である。フェライトを析出強化し、優れた伸びと穴拡げ性とのバランスを得るために、Ｔｉ含有量の下限を０．０１％とする。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．１１％を超えるとＴｉＮを起因とした介在物が生成し、穴拡げ性が劣化する。そのため、Ｔｉ含有量の上限を０．１１％とする。

【0028】

０．２０％＜Ｓｉ＋Ａｌ＜０．８１％
Ｓｉ及びＡｌはどちらもフェライト変態を促進させる元素である。Ｓｉ含有量とＡｌ含有量との合計であるＳｉ＋Ａｌが０．２０％以下では中間空冷中にフェライト変態が進まず、ＲＯＴ冷却中に目的のフェライト組織分率を得ることができない。一方、Ｓｉ＋Ａｌが０．８１％以上では、フェライト変態温度が過度に高くなり、圧延中にフェライト変態が起こるため、集合組織の異方性が強くなる。Ｓｉ＋Ａｌは、好ましくは、０．２０％超、０．６０％以下である。

【0029】

本実施形態に係る熱延鋼板は、上述の化学成分を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなることを基本とする。しかしながら、製造ばらつきを低減させたり、強度をより向上させるために、Ｎｂ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｃｒから選択される一種以上を下記の範囲でさらに含有させてもよい。なお、これらの化学元素は、必ずしも鋼板中に添加する必要がないため、その下限は、０％である。

【0030】

Ｎｂ：０．０１〜０．１０％
Ｎｂは熱延鋼板の結晶粒径を小さくすること及びＮｂＣの析出強化により鋼板の強度を高めることができる。これらの効果を得る場合、Ｎｂ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｎｂ含有量が０．１０％を超えると、その効果は飽和する。そのため、Ｎｂ含有量の上限を０．１０％とする。

【0031】

Ｃａ：０．０００５〜０．００３０％
Ｃａは溶鋼中に微細な酸化物を多数分散させ、組織を微細化する効果を有する。また、Ｃａは、溶鋼中のＳを球形のＣａＳとして固定して、ＭｎＳなどの延伸介在物の生成を抑制することにより、鋼板の穴拡げ性を向上させる元素である。これらの効果を得る場合、Ｃａ含有量を０．０００５％以上にすることが好ましい。一方、Ｃａ含有量が０．００３０％を超えてもその効果は飽和するため、Ｃａ含有量の上限を０．００３０％とする。

【0032】

Ｍｏ：０．０２〜０．５％
Ｍｏはフェライトを析出強化させるのに有効な元素である。この効果を得る場合、Ｍｏ含有量を０．０２％以上にすることが望ましい。ただし、Ｍｏ含有量が過剰になると、スラブの割れ感受性が高まってスラブの取り扱いが困難になる。そのため、Ｍｏ含有量の上限を０．５％とする。

【0033】

Ｃｒ：０．０２〜１．０％
Ｃｒは鋼板の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果を得る場合、Ｃｒ含有量を０．０２％以上とすることが好ましい。ただし、Ｃｒ含有量が過剰になると、伸びが低下する。そのためＣｒ含有量の上限を１．０％とする。

【0034】

次に、本実施形態に係る熱延鋼板のミクロ組織及びＸ線ランダム強度比について説明する。

【0035】

高強度と高い伸びとを両立した鋼板として、軟質で伸びに優れたフェライト中にマルテンサイトなどの硬質組織を分散させた鋼板である複合組織鋼がある。このような複合組織鋼は、高強度でありながら高い伸びを有している。しかしながら、複合組織鋼の場合、硬質組織近傍に高いひずみが集中して、亀裂伝搬速度が速くなるので、穴拡げ性が低いという欠点がある。

【0036】

マルテンサイトの存在に起因する穴拡げ性の劣化を抑制するためには、マルテンサイトの粒径を１０μｍ以下にした上で、ミクロ組織中のマルテンサイトの組織分率（面積率）を１０％以下にすることが有効である。一方で、疲労特性や伸びと強度のバランスを確保するためには、マルテンサイトの面積率を１％以上にする必要がある。また、穴拡げ性の劣化を抑制するために、マルテンサイトの面積率を１０％以下に低下させた場合、十分な強度が得られないことが懸念される。そのため、本実施形態に係る熱延鋼板においては、伸びを確保しつつ、強度を向上させる手段として、Ｔｉによって析出強化したフェライトを面積率で９０％以上含むことを必要としている。しかしながら、析出強化を目的として、鋼板中にＴｉを含有させると、仕上圧延中のオーステナイトの再結晶が抑制されるため、仕上圧延によって強い加工集合組織が形成される。この加工組織は、変態後にも引き継がれ、変態後の鋼板において、集合組織は強い集積度を示し、穴拡げ性が劣位となる。そこで、本実施形態に係る熱延鋼板においては、上記フェライト及びマルテンサイトの面積率の最適化に加え、鋼板の集合組織の指標として、圧延面に平行で、かつ圧延方向に平行な｛２１１｝＜０１１＞方位のＸ線ランダム強度比を３．０以下としている。上記のように組織分率と集合組織とを最適な範囲とすることで、高い伸びと穴拡げ性とを両立することが可能である。
また、ベイナイトは、フェライトに対して伸びと穴拡げ性が劣位で、マルテンサイトよりも強度上昇が低くなる。従って、伸びと穴拡げ性の両立が困難になるという理由で、ベイナイトの面積率は５％以下に制限することが望ましい。本実施形態に係る熱延鋼板において、フェライト、マルテンサイト、ベイナイト以外の組織について、その面積率を規定する必要はない。

【0037】

次に本実施形態に係る熱延鋼板の製造方法について説明する。

【0038】

まず、上述した化学成分を有する鋼を連続鋳造し、連続鋳造スラブ（以下、スラブという）を得る（鋳造工程）。熱間圧延に先立って、スラブを１２００℃以上に加熱する（加熱工程）。１２００℃未満でスラブを加熱した場合、ＴｉＣがスラブ中に十分に溶解せず、フェライトの析出強化に必要なＴｉが不足する。一方、加熱温度が１３００℃以上になると、スケールの発生量や加熱炉のメンテナンス費用が増大するため、好ましくない。

【0039】

加熱したスラブに対し、粗圧延を行い（粗圧延工程）、さらに圧延機が直列に複数配置された仕上圧延機列で連続仕上圧延を行う（仕上圧延工程）。この時、仕上圧延の最終の圧下率（仕上圧延の最終パスの圧下率）は２０％以上とし、最終の仕上圧延の仕上温度ＦＴ（最終パス完了時の温度）は８８０〜１０００℃とする。オーステナイトの再結晶を高温で起こすためには最終パスの圧下率として２０％以上の圧下率が必要となる。最終パスの圧下率が２０％未満では再結晶に必要な駆動力が十分でなく、仕上圧延の最終パス完了後から冷却開始までの間に粒成長が起こる。その結果、マルテンサイトが粗大化して穴拡げ性が劣位となる。仕上圧延温度が８８０℃未満ではオーステナイトの再結晶が進行せず、鋼板の集合組織が発達し、圧延面に平行で、圧延方向に平行な｛２１１｝＜０１１＞方位のＸ線ランダム強度比が３．０超となるので、穴拡げ性が劣位となる。仕上圧延温度が１０００℃超ではオーステナイトの結晶粒径が粗大化するとともに、転位密度が急激に低下するためフェライト変態が大幅に遅延する。その結果、９０％以上のフェライトの組織分率が得られなくなる。
なお、より確実にオーステナイトを再結晶させるには、仕上圧延温度は、９００℃以上にすることが好ましい。

【0040】

仕上圧延に引き続いて、一次冷却を行う（一次冷却工程）。この一次冷却は仕上圧延完了後、０．０１〜１．０秒の間に開始する。一次冷却では水冷を行うが、圧延後にオーステナイトの再結晶を完了させるためには仕上圧延完了から一次冷却開始まで、０．０１秒以上空冷（放冷）する必要がある。確実に再結晶を完了させるため、仕上圧延完了から一次冷却開始までの時間を、好ましくは０．０２秒以上、より好ましくは０．０５秒以上にすることが好ましい。しかしながら、空冷時間が長いと再結晶したオーステナイトの結晶粒の粗大化が起き、フェライト変態が大幅に遅延され、粗大なマルテンサイトが形成される。フェライトとマルテンサイトとの界面に生じるボイドを抑制し、優れた穴拡げ性を得るためにはマルテンサイトの粒径を１０μｍ以下にすることが重要である。そのためにはオーステナイトの結晶粒粗大化を抑制しておく必要があるので、一次冷却は仕上圧延完了後１．０秒以内に開始する。

【0041】

仕上圧延後の一次冷却は３０℃／秒以上の冷却速度で冷却停止温度が６００〜７５０℃の温度範囲となるように行う。また、一次冷却完了後、この温度範囲で、３〜１０秒の中間空冷を行う（空冷工程）。微細なオーステナイトは結晶粒の成長速度が速いので、冷却速度が３０℃／秒未満では冷却中に粒成長し、組織が粗大になる。一方、一次冷却の冷却速度が速すぎると鋼板の板厚方向に温度分布が生じやすくなる。板厚方向に温度分布が存在すると、フェライト及びマルテンサイトの粒径が、鋼板中心部と表層部で変化し、材質バラつきが大きくなることが懸念される。そのため、一次冷却の冷却速度は、１００℃／秒以下とすることが好ましい。冷却停止温度、及び空冷を行う温度範囲が６００℃未満ではフェライト変態が遅延し、高いフェライト分率が得られず、伸びが劣化する。一方で、冷却停止温度、及び空冷を行う温度範囲が７５０℃超ではフェライト中にＴｉＣが粗大析出するためフェライトの析出強化が十分に得られず、引張強度５９０ＭＰａを得られない。中間空冷はフェライト変態を起こさせるため３秒以上必要となるが、１０秒超の空冷ではベイナイトの析出が進行することによって伸びと穴拡げ性が劣位となる。

【0042】

中間空冷の後は、３０℃／秒以上の冷却速度で、２００℃以下まで鋼板を冷却する二次冷却を行い（二次冷却工程）、巻き取る（巻き取り工程）。二次冷却の冷却速度が３０℃／秒未満ではベイナイト変態が進み、マルテンサイトが得られなくなる。この場合、引張強度が低下し、伸びが劣位となる。一方、二次冷却の冷却速度が速すぎると鋼板の板厚方向に温度分布が生じやすくなる。板厚方向に温度分布が存在すると、フェライト及びマルテンサイトの粒径が、鋼板中心部と表層部で変化し、材質バラつきが大きくなることが懸念される。そのため、二次冷却の冷却速度は、１００℃／秒以下とすることが好ましい。また、冷却停止温度が２００℃超ではマルテンサイトの自己焼戻し効果が発生する。自己焼戻しが起こると、引張強度が低下し、伸びが劣位となる。

【実施例】

【0043】

表１に示す成分を含有する鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造にて厚み２３０ｍｍのスラブとした。その後、スラブを１２００℃〜１２５０℃の温度に加熱し、連続熱間圧延装置によって粗圧延、仕上圧延を行い、ＲＯＴ冷却後に巻き取りを行い、熱延鋼板を製造した。表２には、用いた鋼種記号と熱間圧延条件、鋼板の板厚を示す。表２において、「ＦＴ６」は最終仕上パス完了時の温度、「冷却開始時間」は仕上圧延から一次冷却まで開始までの時間、「一次冷却」は仕上圧延を終了してから中間空冷温度までの平均冷却速度、「中間温度」は一次冷却後の中間空冷温度、「中間時間」は一次冷却後の中間空冷時間、「二次冷却」は中間空冷後から巻き取るまでの平均冷却速度、「巻取温度」は二次冷却終了後の温度である。

【0044】

【表1】

【0045】

【表2】

【0046】

【表3】

【0047】

このようにして得られた鋼板について光学顕微鏡を用いてフェライト、ベイナイト、マルテンサイトの組織分率と集合組織解析とを行った。またマルテンサイトの粒径を調査した。

【0048】

鋼板のフェライト、ベイナイトの組織分率については、ナイタール腐食後に光学顕微鏡を用いて５００×５００μｍの視野で得られた組織写真に対し、画像解析を行って面積率を求めた。マルテンサイトの組織分率及び粒径はレペラー腐食後に光学顕微鏡を用いて５００×５００μｍの視野で得られた組織写真に対し、画像解析を用いて面積率及び粒径を求めた。

【0049】

集合組織解析は、板厚方向に表面から１／４の位置である板厚１／４部において圧延面に平行で、圧延方向に平行な｛２１１｝＜０１１＞方位のＸ線ランダム強度比を評価した。ＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ）法を用いて、ピクセルの測定間隔が平均粒径の１／５以下で、結晶粒が５０００個以上測定できる領域で測定し、ＯＤＦ（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の分布からＸ線ランダム強度比を測定した。なお、Ｘ線ランダム強度比が３．０以下を合格とした。

【0050】

鋼板の引張試験については、鋼板の圧延幅方向（Ｃ方向）にＪＩＳ５号試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して、降伏強度：ＹＰ（ＭＰａ）、引張強度：ＴＳ（ＭＰａ）、伸び：ＥＬ（％）を評価した。

【0051】

穴拡げ率：λ（％）については、ＩＳＯ１６６３０で規定する方法によって評価を行った。

【0052】

鋼板外観の評価は、熱延コイルの外周１０ｍ位置で鋼板を長手方向に５００ｍｍ切断し、スケール模様の面積率を測定した。スケール模様の面積率が１０％以下だったものを「Ｇ：ＧＯＯＤ」とした。一方、スケール模様の面積率が１０％超だったものを「Ｂ：ＢＡＤ」とした。

【0053】

表３に各組織の組織分率（面積率）、マルテンサイト粒径、集合組織、材質、外観の評価結果を示す。

【0054】

表３に示すように本発明例は引張強度が５９０ＭＰａ以上で、フェライトの組織分率９０％以上、かつマルテンサイトの粒径が１０μｍ以下で、その組織分率が１％以上１０％以下であり、圧延面に平行で、圧延方向に平行な｛２１１｝＜０１１＞方位のＸ線ランダム強度比が３．０以下である。すなわち、本発明例はいずれも、外観と、伸びと穴拡げ性とのバランスに優れている。

【0055】

これに対して、Ｎｏ．２は中間空冷温度が高かったので、Ｔｉがフェライト中に粗大析出し、十分な析出強化が得られなかったために、引張強度が５９０ＭＰａ未満であった。

【0056】

Ｎｏ．５は仕上温度８８０℃未満であった、鋼板集合組織の異方性が強く、穴拡げ性が劣位であった。

【0057】

Ｎｏ．８は仕上圧延後の一次冷却開始までの時間が１．０秒超であり、オーステナイト組織の粗大化が進み、フェライト変態が大幅に遅れたことにより、伸びと穴拡げ性とが劣位であった。

【0058】

Ｎｏ．１２は中間空冷時間が３秒未満のため、フェライト変態が十分に進まなかったので、伸びと穴拡げ性とが劣位であった。

【0059】

Ｎｏ．１６は中間空冷時間が１０秒超のため、ベイナイト変態が進み、マルテンサイトの組織分率が得られなかったので、伸びと穴拡げ性とが劣位であった。

【0060】

Ｎｏ．１７は中間空冷温度が６００℃未満であったので、フェライトの組織分率が得られず、伸びと穴拡げ性とが劣位であった。

【0061】

Ｎｏ．２０は仕上温度が１０００℃超であったので、オーステナイト組織の粗大化によりフェライト変態が遅れ、伸びと穴拡げ性とが劣位であった。

【0062】

Ｎｏ．２２は巻取温度が２００℃超であったので、マルテンサイトが得られず、ベイナイトが生成した。そのため、引張強度が５９０ＭＰａ未満で、かつ伸びと穴拡げ性とが劣位であった。

【0063】

Ｎｏ．２４は最終パスの圧下率が２０％未満であったので、マルテンサイトが粗大化し、１０μｍ超になっていた。そのため穴拡げ性が劣位であった。また、オーステナイトの再結晶も十分でなかったので、鋼板集合組織の異方性が強く、穴拡げ性が劣位であった。

【0064】

Ｎｏ．２９はＡｌ含有量が０．２質量％未満であったので、フェライト変態が進まず、伸びと穴拡げ性が劣位であった。

【0065】

Ｎｏ．３０はＳｉ含有量が０．１質量％超であったので、外観にスケール模様が多数見られ、スケール模様の面積率が、全体の１０％超となった。

【0066】

Ｎｏ．３１は、仕上圧延後の一次冷却開始までの時間が０．０１秒未満であったので、再結晶が十分に進まず、集合組織が発達し、穴拡げ性が劣位であった。

【0067】

Ｎｏ．３２は、一次冷却の冷却速度が３０℃／秒未満であったので、マルテンサイト粒径が１０μｍを超え、穴拡げ性が低下した。

【0068】

Ｎｏ．３３は、二次冷却の冷却速度が３０℃／秒未満であったので、冷却中にベイナイトが５％超となった。そのため、伸びと穴拡げ性とが劣位であった。

【産業上の利用可能性】

【0069】

本発明の上記態様によれば、所定の化学成分を有し、組織の割合が、フェライトの組織分率９０％以上９９％以下、かつマルテンサイトの粒径が１μｍ以上１０μｍ以下で、その組織分率が１％以上１０％以下であり、圧延面に平行でかつ圧延方向に平行な｛２１１｝＜０１１＞方位のＸ線ランダム強度比が３．０以下であり、引張強度が５９０ＭＰａ以上である熱延鋼板が得られる。この熱延鋼板は、外観、及び伸びと穴拡げ性とのバランスに優れる。

【図1】

【図2】