IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 新日鐵住金株式会社の特許一覧

<>
  • 特許-熱延鋼板およびその製造方法 図1
  • 特許-熱延鋼板およびその製造方法 図2
  • 特許-熱延鋼板およびその製造方法 図3
  • 特許-熱延鋼板およびその製造方法 図4
< >
(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】
(24)【登録日】2023-06-27
(45)【発行日】2023-07-05
(54)【発明の名称】熱延鋼板およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
   C22C 38/00 20060101AFI20230628BHJP
   C22C 38/60 20060101ALI20230628BHJP
   C21D 9/46 20060101ALI20230628BHJP
【FI】
C22C38/00 301W
C22C38/60
C21D9/46 T
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2019150347
(22)【出願日】2019-08-20
(65)【公開番号】P2021031701
(43)【公開日】2021-03-01
【審査請求日】2022-04-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100187702
【弁理士】
【氏名又は名称】福地 律生
(74)【代理人】
【識別番号】100162204
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 学
(74)【代理人】
【識別番号】100195213
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 健治
(72)【発明者】
【氏名】大塚 貴之
(72)【発明者】
【氏名】明石 透
【審査官】鈴木 葉子
(56)【参考文献】
【文献】特公平08-023048(JP,B2)
【文献】特開平04-056732(JP,A)
【文献】特開2006-233309(JP,A)
【文献】特開2005-307339(JP,A)
【文献】特開2004-339606(JP,A)
【文献】特開2002-317226(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C22C 38/00ー38/60
C21D 8/02, 9/46
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で、
C:0.01~0.15%、
Si:0.01~2.0%、
Mn:0.01~3.0%
を含有し、
P:0.05%以下、
S:0.05%以下、
N:0.05%以下、
Al:0.05%以下
に制限され、残部がFeおよび不可避的不純物で構成される化学成分を有し、
ミクロ組織が、面積率で、50%以上のフェライト相および10%以上のパーライト組織を含み、フェライト相の平均粒径が30μm以下であり、
かつ、微細格子マーカー法で求めたフェライト相中の局所歪の絶対値の平均が0.050以上であることを特徴とする熱延鋼板。
【請求項2】
鋼板が、更に加えて、質量%で、
Ti:0.1%以下、
Nb:0.1%以下、
B:0.01%以下、
Cr:1.5%以下、
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下
のうちの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に記載の熱延鋼板。
【請求項3】
鋼板が、更に加えて、質量%で、
Mo:0.01~1.0%、
W:0.01~0.5%、
V:0.01~0.5%
のうちの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または2に記載の熱延鋼板。
【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載の熱延鋼板を製造する方法であって、請求項1~3のいずれか1項に記載の化学成分を有する鋼を鋳造した後、直接、あるいは1300℃以下に再加熱して熱間圧延し、該熱間圧延において、Ar点以上で完了する累積圧下率50%以上の仕上げ圧延を行い、熱間圧延後、第1段階の冷却として、2.5~25℃/秒の平均冷却速度で600~720℃まで冷却し、その後、第2段階の冷却として、15℃/s以下で、(フェライト・パーライト変態が完了する時点)~(フェライト・パーライト変態が完了する時点から100s経過後の時点)の間のいずれかの時点まで冷却し、更に、第3段階の冷却として、その後、鋼板の温度が300℃になるまでの平均冷却速度を50℃/秒以上として300℃以下まで冷却して巻き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、熱延鋼板およびその製造方法に関し、より詳しくは熱延コイルの巻き戻し時に発生する腰折れを抑制した熱延鋼板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
様々な用途に用いられる熱延鋼板は、熱間圧延、冷却後にコイル状に巻き取られて熱延コイルとして製造されることが一般的である。
熱延コイルは、酸洗や剪断(切り板への加工)、スリットなど、用途に応じた次工程に供される。その際、コイルを巻き戻す工程を必ず経るが、鋼板の蛇行やバタつきを抑えて通板するためにプレシャーロールと呼ばれるロールをコイルに押し当てつつ巻き戻すことが広く行われている(特許文献1の図4参照)。
【0003】
巻き戻される鋼板はプレシャーロールによって曲げ変形を受けるので、加えられる変形量によっては腰折れと呼ばれる外観の変化が発生する(特許文献1の図5参照)。
腰折れは、プレス成型時に生じることのあるストレッチャー・ストレインや、板状試験片の引張試験時に生じることのあるリューダース帯と同様の塑性変形の形態であり、降伏伸びを示す鋼板では回避することは容易ではないことが知られている。
腰折れは、特に意匠性が重要な用途においては許容されない不良の一形態であるから、その発生を抑制すべく幾つかの提案が為されている。
【0004】
それらは二つに大別される。一つは、コイルの巻き戻しに用いるプレシャーロールの直径などの設備的要件や、鋼板に加える変形量などの操業要件を制御することで腰折れを回避するものであり、もう一つは、鋼板の化学成分や製造方法を限定して降伏伸びを示さない鋼板とすることで腰折れを回避するものである。
【0005】
前者の例として、特許文献1には、プレシャーロールの直径と鋼板板厚から導出される、鋼板表面に加えられる曲げ歪を所定の範囲にすることで腰折れの発生を防止する技術が開示されている。また、特許文献2には、プレシャーロールの直径と鋼板に付与する張力を制御することで腰折れを防止する技術が開示されている。
【0006】
一方、後者の例として、特許文献3には、AlとNの濃度を所定の範囲内にするとともに、固溶Nを低減するように熱延後の巻取り温度を制御することで腰折れの発生を防止する技術が開示されている。また、特許文献4には、所定の化学成分を有する鋼の熱延、冷却、および巻取り条件を制御することで、固溶状態のC、およびNを実質的になくすことで腰折れの発生を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開2000-218319号公報
【文献】特開平7-112209号公報
【文献】特開平6-299291号公報
【文献】特開平4-56732号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
これらの技術は一定の技術水準を有し、産業上も有益であると言えるが、腰折れの発生を抑制する上で依然として改善の余地がある。
特許文献1には、腰折れ発生抑制条件を予測し、それに応じてプレシャーロールの押し込み量を決定するプロセスが示されているが、腰折れの確実な回避のためには上記の押し込み量を大きめに設定する傾向が生じ、適切な量よりも過剰であった分は、結果的に、巻き戻し後の鋼板の延性の低下に繋がるという問題点がある。
【0009】
特許文献2の技術は、プレシャーロールを使った操業(巻き戻し)に先立って、その条件出しのために、プレシャーロールを使用しない操業を行って腰折れのピッチ(発生間隔)を測定することが必要なものであり、そのために少なくとも一コイル、またはその一部が条件出しのために用いられて製品化出来ず、歩留まりの低下に繋がることがある。
【0010】
特許文献3は、Alを用いてNを固定(scavenging)することで降伏伸びを抑制することを主たる技術とするものであるが、腰折れに対する(固溶)Cについての検討は必ずしも十分には為されていない。
【0011】
特許文献4の技術は、Bを添加することでNのみならずCも固定して腰折れの発生を抑制するものであるが、Bは、延性の低下や焼き入れ性の上昇など、他の特性にも影響するため、その添加量は制約を受ける場合がある。
【0012】
このように、従来技術には、化学成分の制約を受けず、かつ鋼板の材質劣化や、製造歩留まりの低下を伴わない腰折れ抑制技術は見当たらないのが現状である。
本発明はこうした現状に鑑み、汎用的に製造されている多くの鋼板(多様な化学成分)に適用可能で、かつ汎用的な巻き戻し設備で適用出来、更に製造歩留まりにも影響しない鋼板とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明者らは、固溶Cや固溶Nを析出物として固定したり、低減したりする方法では適用出来る鋼板、鋼種に制約があること、その一方で、プレシャーロールなどの設備の新設、変更や、それらの操業技術に関する方法では実行出来る事業者が限定されることから、これまでとは全く異なる技術的アプローチを試みた。特に熱間圧延後巻取りまでの冷却過程において汎用的な設備で実行可能な手段がないか検討した。
【0014】
その結果、熱間圧延終了から巻取りまでの冷却過程において、フェライト・パーライト変態を完了させ、その後所定の時間内に再び冷却を行って、所定の冷却速度で所定の温度以下まで冷却し巻き取ることで、固溶のCやNが存在していても鋼板の降伏伸びを抑制出来、それによって巻き戻し時に腰折れを起こさない鋼板が得られることを見出した。
これに基づいて完成させた本発明は、次の通りである。
【0015】
(1)質量%で、
C:0.01~0.15%、
Si:0.01~2.0%、
Mn:0.01~3.0%
を含有し、
P:0.05%以下、
S:0.05%以下、
N:0.05%以下、
Al:0.05%以下
に制限され、残部がFeおよび不可避的不純物で構成される化学成分を有し、
ミクロ組織が、面積率50%以上のフェライト相、および同10%以上のパーライト組織を含み、
フェライト相の平均粒径が30μm以下であり、
かつ、微細格子マーカー法で求めたフェライト相中の局所歪の絶対値の平均が0.050以上であること
を特徴とする熱延鋼板。
【0016】
(2)上記鋼板が、更に加えて、質量%で、
Ti:0.1%以下、
Nb:0.1%以下、
B:0.01%以下、
Cr:1.5%以下、
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下
のうちの1種または2種以上を含有することを特徴とする上記(1)に記載の熱延鋼板。
【0017】
(3)上記鋼板が、更に加えて、質量%で、
Mo:0.01~1.0%、
W:0.01~0.5%、
V:0.01~0.5%
のうちの1種または2種以上を含有することを特徴とする上記(1)または(2)に記載の熱延鋼板。
【0018】
(4)上記(1)~(3)のいずれかに記載の熱延鋼板を製造する方法であって、(1)~(3)のいずれか1項に記載の化学成分を有する鋼を鋳造した後、直接、あるいは1300℃以下に再加熱して熱間圧延し、該熱間圧延において、Ar点以上で完了する累積圧下率50%以上の仕上げ圧延を行い、熱間圧延後、第1段階の冷却として、2.5~25℃/秒の平均冷却速度で600~720℃まで冷却し、その後、第2段階の冷却として、15℃/s以下で、(フェライト・パーライト変態が完了する時点)~(フェライト・パーライト変態が完了する時点から100s経過後の時点)の間のいずれかの時点まで冷却し、更に、第3段階の冷却として、その後、鋼板の温度が300℃になるまでの平均冷却速度を50℃/秒以上として300℃以下まで冷却して巻き取ることを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【0019】
本発明の鋼板は巻き戻し時に腰折れが発生しないので、外観が重要視されるような用途にも問題なく用いることが出来る。また、そのための特別な設備や操業技術を必要としないため、特段の製造コストの増加や歩留まりの低下を伴わない。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1】本発明の鋼板の降伏挙動を説明する模式図である。
図2】微細格子マーカーを説明する模式図である。
図3】熱処理後の格子マーカーを示す模式図である。
図4】実施例で得られた歪の平均と降伏伸びの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明について詳しく説明する。
まず鋼板の化学成分について説明する。なお、含有量の%は質量%である。
<C:0.01~0.15%>
Cは、得ようとする鋼板の強度(引張強さ)に応じて含有させる必要がある。0.01~0.15%とすることで概ね340~780MPa程度の引張強さを示す鋼板が得られる。
また本発明では、固溶Cが存在していても腰折れの発生には全く影響しないので上記の濃度の範囲で自由に設計できる。勿論TiやNbなどと炭化物を形成していても何ら問題はない。
【0022】
<Si:0.01~2.0%>
Siは、フェライト相(以後F相と記す)を強化する効果を有するので鋼板の強度設計に有用な元素である。但し過剰に含有させると酸洗性や化成処理などの表面処理性に悪影響を及ぼす。そのため上限は2.0%とする。一方、0.01%未満に低減することは製鋼工程に過大な負荷となるので下限を0.01%とする。
【0023】
<Mn:0.01~3.0%>
Mnも鋼板の強度を高める目的で用いることが出来る。その効果は0.01%以上の添加で明瞭となる。一方、3.0%を超えて含有させると、凝固偏析に起因して剪断時の端面(切断面)割れが誘発されるなど、機械的性質を劣化させる恐れがあるので3.0%を上限とする。
【0024】
<P:0.05%以下>
Pは不純物であり、熱間加工性に悪影響を及ぼすため0.05%以下に制限されなくてはならない。一方、下限は特に設けないが、必要以上に低減することは製鋼工程に多大な負荷を掛けるので0.001%を目安とすればよい。
【0025】
<S:0.05%以下>
Sは不純物であり、熱間加工性や、延性、靭性などの機械的性質に悪影響を及ぼすため0.05%以下に制限されなくてはならない。一方、下限は特に設けないが、必要以上に低減することは製鋼工程に多大な負荷を掛けるので0.0001%を目安とすればよい。
【0026】
<N:0.05%以下>
Nは、TiやBと窒化物を形成してそれらの元素の添加目的を減じてしまうので出来るだけ低減することが望ましいが0.05%以下であれば許容される。また本発明では、固溶Nが存在していても腰折れの発生には全く影響しない。一方、必要以上に低減することは製鋼工程に多大な負荷を掛けるので0.0010%を目安とすればよい。
【0027】
<Al:0.05%以下>
Alは、脱酸元素として用いるが、その酸化物が表面品位に影響を及ぼす他、酸化被膜が表面処理特性にも影響するので0.05%以下にする必要がある。一方、製鋼工程に多大な負荷を掛けるので0.01%を下限の目安とすればよい。
【0028】
本発明の鋼板では、以上の、C、Si、Mnを含有し、P、S、N、Alの含有が制限された化学成分を基本とするが、さらに、以下に示す、Ti、Nb、B、Cr、Cu、Niの1種または2種以上を、さらにはMo、W、Vの1種または2種以上を必要に応じて含有できる。
【0029】
<Ti:0.1%以下>
Tiは、Nと結合することで、Bと結合するNを減らしてBの焼き入れ性への寄与を減じるのを抑制する。この目的のためには0.01%以上を添加することが望ましい。一方、過剰な添加は延性の低下をもたらす恐れがあるので0.1%を上限とする。
【0030】
<Nb:0.1%以下>
Nbは、Tiと同様にNと結合して、NがBの焼き入れ性への寄与を減じるのを抑制するのでBを含有させてその焼き入れ性を高強度化に活用する場合には0.01%以上を目安として添加することが望ましい。一方、0.1%を超えて添加してもその効果は飽和するので0.1%を上限とする。
【0031】
<B:0.01%以下>
Bは、0.0001%以上添加することで焼き入れ性を高める効果を発するので必要に応じて添加出来る。一方、過剰な添加は熱間加工性の劣化と延性の低下につながるので0.01%を上限とする。
【0032】
<Cr:1.5%以下>
Crは焼き入れ性を有する元素であるから適宜活用出来る。その効果を得るためには0.01%以上含有させることが好ましい。しかし、1.5%を超えて添加してもその効果は飽和し、製造コストを高めるだけであるから1.5%を上限とする。
【0033】
<Cu:1.0%以下>
Cuは、強度を高める作用を有するので必要に応じて添加出来る。その効果を得るためには0.01%以上含有させることが好ましい。しかし、1.0%を超えると、熱間圧延鋼板の表面品位を損ねるので、1.0%を上限とする。
【0034】
<Ni:1.0%以下>
Niは、焼入れ性を高める元素であるから必要に応じて添加出来る。その効果を得るためには0.01%以上含有させることが好ましい。一方、高価な元素であるから、添加効果が飽和する1.0%を上限とする。また、Niは、Cuによる熱間圧延鋼板の表面品位の低下を抑制する効果があるので、Cuと同時に含有させることが望ましい。
【0035】
<Mo:0.01~1.0%>
<W:0.01~0.5%>
<V:0.01~0.5%>
これらの元素は、いずれも、焼入れ性を高める元素である。添加効果を得るため、いずれも、0.01%以上を添加する。一方、これらの元素は高価であるので、添加効果が飽和するところを上限とする。Moは1.0%を上限とし、WとVは0.5%を上限とする。
【0036】
<残部>
なお、本発明において上記以外の成分(残部)はFeとなるが、スクラップなどの溶解原料や耐火物などから混入する不可避的不純物は許容される。
【0037】
次に本発明の鋼板のミクロ組織について説明する。
<ミクロ組織構成>
本発明の鋼板は面積率50%以上のフェライト相(以下F相と記す)、および同10%以上のパーライト組織(以降P組織と記す)からなり、F相の平均粒径は30μm以下とする。
本発明の鋼板の腰折れ発生抑制効果は、熱延後の冷却(温度低下)過程で生じるフェライト・パーライト変態時に、P組織に隣接するF相粒内に生成した歪を、フェライト・パーライト変態完了後、極短時間の内に開始した急速な冷却によって室温を含む300℃以下まで解放させることなく残存させることで発現させるものであるから、主相であるF相の中にP組織が分布したミクロ組織構成とする必要がある。
F相の面積率が50%未満、またはP組織の面積率が10%未満では腰折れの発生を抑制する前記の機構が十分に機能しない。そこでミクロ組織の構成を面積率50%以上のF相、および同10%以上のP組織と規定した。
【0038】
F相の粒径も重要である。F相の平均粒径が30μmを上回っていると、P組織に隣接するF相粒内に生成した歪(の絶対値)が腰折れの抑制に有効な大きさに達せず腰折れの発生が抑制出来ない。そこでF相の平均粒径を30μm以下と規定した。平均粒径の下限は特に限定しないが、一般的には1μmである。
本発明の鋼板を構成するその他のミクロ組織としては、面積率20%以下のベイナイト組織(以降B組織と記す)、同10%以下のマルテンサイト相、および同5%以下の残留オーステナイト相が許容される。
各々の面積率は、圧延方向と平行な断面を研磨し、ナイタール液で腐食した後、板厚の1/4位置を観察して決定する。
【0039】
<微細格子マーカー法で求めたフェライト相中の局所歪の絶対値の平均が0.050以上>
本発明の鋼板は、後述するように、オーステナイト相で圧延を完了し、2.5~25℃/sの平均冷却速度で600~720℃まで冷却してフェライト・パーライト変態させる。この際、P組織に隣接するF相の結晶粒は圧縮、または引張の外力を受け、結晶粒内には圧縮、または引張の歪が生成する。そして、上記変態完了後、極短時間(0.5~100s)内に50℃/s以上の平均冷却速度で室温を含む300℃以下まで冷却することで、該歪を解放させることなく残存させることが出来る。
【0040】
本発明では、このようにF相の結晶粒内にフェライト・パーライト変態に伴って発生し、残存(存在)する歪をそれぞれの結晶粒における局所歪と定義する。
局所歪は、圧縮、あるいは引張の何れの外力によってもたらされたかに関わらず、鋼板が変形を受ける際に、転位の移動を容易にする。その結果、鋼板の降伏荷重は局所歪が無い場合に比べて低下し、腰折れ発生が抑制ざれる。
このことを図1を用いて説明する。
【0041】
図1の実線は、降伏伸びを示す鋼板の応力歪曲線を模式的に示したものである。熱延鋼板の巻き戻し工程でプレシャーロールによって鋼板が曲げられる際、鋼板の最表面が受ける荷重(外力)が上降伏点を上回ると腰折れが発生するとされている。これに対して本発明の鋼板では、同図の点線のように、(上記の局所歪による降伏荷重の低下が無い場合に存在すると想定される)上降伏点よりも低い荷重で降伏が開始するため降伏伸びの発生がなく、それによって腰折れ発生が抑制されるものと考えられる。
【0042】
局所歪はF相の結晶粒毎に異なり、隣接するP組織の大きさや同組織との結晶方位関係、両相の生成温度などによって決定される。そして、その絶対値が大きいほど降伏荷重を引き下げる効果も大きくなる。
本発明者らは、現実的な範囲で出来るだけ多くのP組織に隣接するF相について局所歪を測定し、それらの絶対値を平均した値と腰折れ発生の有無を調べたところ、同値が0.050以上の場合に、腰折れの発生が抑制出来ることが明らかとなった。また、その場合に、引張試験を行ったところ、その応力歪曲線が図1の点線のように連続降伏を示すことも確認できた。本発明の微細格子マーカー法で求めたF相中の局所歪の絶対値の平均が0.050以上とする限定は、これらの実験結果に基づいて行ったものである。
【0043】
このように、F相内の局所歪は、微細格子マーカー法によって決定するが、その手順を以下に説明する。
まず、鋼板表面に格子マーカーを次のようにして形成する。
局所歪を測定する鋼板を採取して表面を化学研磨し、更にナイタール液で腐食させてミクロ組織を現出させる。次いで、ポジ型フォトレジスト(感光材料)を塗布する。フォトレジストとしては、例えば日本ゼオン(株)製ZEP520Aなどを用いることが出来る。鋼板上に成膜したフォトレジストに電子線を走査し、正方格子状に感光(露光)させる。格子の幅は100nm、格子の幅の中央同士の間隔は500nmを狙い値とした(図2参照)。格子は500μm×500μmの領域に作製した。
電子線を照射したフォトレジストを現像処理し、感光させた部分、すなわち格子の辺にあたる部分を除去した。現像には日本ゼオン(株)製のZED-N50などを用いることが出来る。
【0044】
次に、現像処理した表面に金を蒸着する。金は、現像して除去された部分(格子の辺)では鋼板表面に直接蒸着され、一方、感光せず、除去されていない部分ではレジスト上に蒸着される。その後、有機溶媒にてフォトレジストを溶解させるとレジスト上の金はレジストと一緒に除去されるので鋼板表面に直接蒸着された金のみが残り、鋼板表面に金の格子(マーカー)が形成される。
【0045】
次に、格子マーカーを形成した鋼板を300℃に2時間保持する。こうすることで局所歪が解放され、その状況は格子の変形として表面から観察できる。なお、以下の測定を容易にするため、この熱処理は非酸化性雰囲気(例えばArガス雰囲気)で行うことが望ましい。
次に、熱処理後の鋼板について、P組織に隣接しているF相の結晶粒内に格子点が4点全てある格子(結晶粒界を跨いでいない格子)をSEMで観察し、各々の格子について格子点間の距離(辺の長さ)L1~L4を測定する(図3参照)。そして、それらと500nmとの差の絶対値の最大値ΔLmax(単位nm)を500nmで除した値ΔLmax/500を、その格子の部分に、上記の300℃に2時間保持する熱処理を行う前に存在していた歪と定義する。
このようにして少なくとも500(個)の格子について歪を求め、その平均値を計算してF相中の局所歪の絶対値とした。
【0046】
一方で、圧延後の冷却条件を変化させた実験を行い、F相中の局所歪の絶対値の平均が異なる鋼板(熱延コイル)を複数作製した。そしてそれらの降伏伸びを測定したところ、F相中の局所歪の絶対値の平均が0.050以上の場合に0(%)となり、また熱延コイルを巻き戻す際に腰折れが発生しないことを知見した。本発明でF相中の局所歪の絶対値の平均が0.050以上としたのはこのためである。
【0047】
最後に本発明の鋼板の製造方法について説明する。
上記の条件を満たす化学成分を有する鋳片を製造する。生産性の観点から連続鋳造で製造することが望ましい。
鋳造後直接、あるいは1300℃以下に再加熱後、熱間圧延を行う。熱間圧延では、Ar点以上で完了する仕上げ圧延を行う。再加熱温度が1300℃を上回ると酸化による歩留まりの低下が看過出来なくなる。一方、再加熱温度の下限は、Ar点以上で仕上げ圧延が完了出来ればどのような温度でも良く、圧延設備の仕様に応じて設定できる。
仕上げ圧延をAr点以上で完了させるのは、冷却後のミクロ組織をF相とP組織とからなる構成にするためである。仕上げ圧延の累積圧下率を50%以上とするのは、フェライトの平均粒径を30μm以下とするためである。本発明において 、累積圧下率とは、複数パスの圧延を行う場合、一回毎の公称圧下率(圧下量/入側板厚)を全てのパスについて合計した値である。
【0048】
熱間圧延後、第1段階の冷却として、2.5~25℃/秒の平均冷却速度で600~720℃まで冷却する。2.5~25℃/秒の平均冷却速度とする理由は、2.5℃/秒未満では、F相の結晶粒径が30μm超と大きくなり、F相中の局所歪の絶対値の平均を0.050以上に出来ない場合が生じるからであり、25℃/秒超ではベイナイトやマルテンサイトが生成しやすくなり、面積率50%以上のF相と同10%以上のP組織からなるミクロ組織構成が得られない場合が生じるためである。また、この平均冷却速度で冷却する温度を600~720℃とするのは、B組織の生成を抑制するためである。
【0049】
その後に、第2段階の冷却として、15℃/秒以下の冷却速度で、(フェライト・パーライト変態が完了する時点)~(フェライト・パーライト変態が完了する時点から100s経過後の時点)の間のいずれかの時点まで冷却(空冷)して、フェライト・パーライト変態を完了させる。冷却速度を15℃/秒以下とする理由は、15℃/秒超ではフェライト・パーライト変態が早期に終了してしまい、ベイナイトやマルテンサイトが生成するためである。
ここで、フェライト・パーライト変態が完了する時点とは、オーステナイト相が5%以下になった時点を言うものとする。フェライト・パーライト変態の完了する温度、及び、冷却が開始後の経過時間は、成分に応じて予め実験的に得られたCCT曲線に、600~720℃までの冷却における温度推移及びその後の温度推移をあてはめることで求めることが出来る。
【0050】
その後、変態完了から100秒以内の間に第3段階の冷却を開始し、冷却開始から鋼板の温度が300℃になるまでの平均冷却速度を50℃/秒以上として、室温を含む300℃以下まで冷却して巻き取ることによりF相に歪を残存させる。
変態完了から100秒以内の間に第3段階の冷却を開始するのは、変態完了後の空冷時間が100秒超となるとF相中に導入された歪の解放が進み、空冷後に50℃/秒以上の平均冷却速度で300℃以下まで冷却しても目的とする鋼板が得られないためである。また、空冷後の冷却速度と巻取り温度は、ともにF相中に導入された歪の解放を抑制するために重要であり、冷却速度が50℃/秒未満の場合や、冷却終了温度が300℃超の場合にはF相中に導入された歪の解放を抑制することが出来ない。冷却速度の上限はF相中に導入された歪の解放を抑制する目的からは特に設けなくともよいが、余りに速いと設備的な負荷が大きいので100℃/秒を上限とすればよい。
【0051】
なお、上記実験的に得られたCCT曲線を成分毎にデータベース化しておくことにより、実プロセス製造ラインにおける加工・温度履歴から、ランナウトテーブルにおける冷却水密度を予め決定し、目的の組織分率を得ることが可能になる。
【0052】
以上の条件を満たすことにより、上記の条件を満たす鋼板が得られる。
【実施例
【0053】
本発明について実施例を示して説明する。
<実施例1>
まず、表1に記載の化学成分(単位は質量%、残部はFe、および不可避不純物である)を有する鋼片を作製した。この鋼片を950℃に加熱後、1~60℃/秒の間の数水準の冷却速度で冷却を行い、それぞれの冷却速度において、冷却中の種々の温度において試験片を急冷してオーステナイト相の比率を求め、その結果を基に各成分の鋼片のCCT曲線を求めた。
【0054】
次に、表1に記載の化学成分を有する鋼片を別途作製し、表2に記載の条件で板厚2.0~4.6mmの熱延鋼板からなる熱延コイルとした。熱間圧延では、鋳片の加熱温度をSRT、圧延終了温度をFT、仕上げ圧延の累積圧下率を150%の条件とした。圧延後、最初の冷却速度をCR1として変態完了温度MTまで冷却し(第1段階)、その後の空冷時間をtACとして、冷却速度をCR2で空冷し(第2段階)、その後、冷却速度をCR3として冷却終点温度(巻取り温度)CTまで冷却した(第3段階)。
表2のFTはすべて各鋼のAr点以上である。また、条件2-1、2-3、2-7、2-9、2-12、2-16、および2-18は、圧延終了後、5℃/秒でCTまで冷却し、そのまま巻き取ったものである(従ってCTとMTは同温度である)。
【0055】
さらに、仕上げ圧延における累積圧下率の影響を調査するため、鋼gを条件2-19で累積圧下率50%と40%で圧延する試験も行った。
【0056】
得られた鋼板の圧延方向と平行な断面を研磨、ナイタール腐食して板厚の1/4位置のミクロ組織構成とF相の平均粒径を調べた。平均粒径の測定はJIS G0551- 2013の切断法に準拠し、F相のみについて結晶粒数を計数して計算した。また、化学研磨後ナイタール腐食した鋼板に格子マーカーを作製し、歪を解放する熱処理を行い、P組織に隣接するF相内の歪を計測し、絶対値の平均を求めた。
さらに、得られた鋼板からJIS5号型引張試験片を作製した。引張方向を圧延方向と直交する向きに採取した。採取は腰折れを示していない部分(腰折れと腰折れの間)から行った。引張試験を行って降伏伸びと降伏強度を求めた。上降伏点が認められたものについては上降伏点を、または上降伏点が認められなかったものについては0.2%耐力を以って降伏強度とした。
また、製造した熱延コイルを酸洗設備にて巻き戻しつつ酸洗に供した。コイルの直径は約1800mm、プレシャーロールの直径は280mm、鋼板(ストリップ)への付与張力は1.2kgf/mmとした。酸洗設備出側で腰折れの有無を目視で観察した。なお酸洗条件は塩酸濃度(質量%)10%、温度85℃とした。
【0057】
【表1】
【0058】
【表2】
【0059】
結果を表3に示す。同表では、F相中の局所歪の絶対値の平均を「歪の平均」と表記した。
鋼aを条件2-1で圧延した鋼板(No.1)は、ミクロ組織の構成は本発明の範囲内にあるものの、歪の平均が0であり、降伏伸びと腰折れを示した。
これに対して、鋼aを条件2-2で圧延した鋼板(No.2)は、ミクロ組織構成、歪の平均ともに本発明の範囲内にあるので降伏伸び、腰折れの何れも示さなかった。
【0060】
鋼bを条件2-3で圧延した鋼板(No.3)は、ミクロ組織の構成は本発明の範囲内にあるものの、歪の平均が0であり、降伏伸びと腰折れを示した。
鋼bを条件2-4で圧延した鋼板(No.4)は、最初の冷却の終点温度であるMTが730℃であるため、本発明の範囲から外れ、歪の平均値が低下し、腰折れを示した。
これに対して、鋼bを条件2-5、および2-6で圧延した鋼板(No.5、および6)は、ミクロ組織構成、歪の平均ともに本発明の範囲内にあるので降伏伸び、腰折れの何れも示さなかった。
【0061】
鋼cを条件2-7で圧延した鋼板(No.7)は、ミクロ組織の構成は本発明の範囲内にあるものの、歪の平均が0であり、降伏伸びと腰折れを示した。
これに対して、鋼cを条件2-8で圧延した鋼板(No.8)は、ミクロ組織構成、歪の平均ともに本発明の範囲内にあるので降伏伸び、腰折れの何れも示さなかった。
【0062】
鋼dを条件2-9で圧延した鋼板(No.9)は、ミクロ組織の構成は本発明の範囲内にあるものの、歪の平均が0であり、降伏伸びと腰折れを示した。
これに対して、鋼dを条件2-10で圧延した鋼板(No.10)は、ミクロ組織構成、歪の平均ともに本発明の範囲内にあるので降伏伸び、腰折れの何れも示さなかった。
【0063】
鋼dを条件2-11で圧延した鋼板(No.11)は、ミクロ組織の構成は本発明の範囲内にあるものの、歪の平均が本発明の範囲外であるため降伏伸びと腰折れを示した。また、鋼eを条件2-14で圧延した鋼板(No.14)は、ミクロ組織の構成が本発明の範囲外であるため、降伏伸びと腰折れを示した。
鋼eを条件2-12および2-13で圧延した鋼板(No.12および13)は、ミクロ組織の構成は本発明の範囲内にあるものの、歪の平均が本発明の範囲外であり、降伏伸びと腰折れを示した。
これに対して、鋼eを条件2-15で圧延した鋼板(No.15)は、ミクロ組織構成、歪の平均ともに本発明の範囲内にあるので降伏伸び、腰折れの何れも示さなかった。
【0064】
鋼fを条件2-16で圧延した鋼板(No.16)は、ミクロ組織の構成は本発明の範囲内にあるものの、歪の平均が0であり、降伏伸びと腰折れを示した。
これに対して、鋼fを条件2-17で圧延した鋼板(No.17)は、ミクロ組織構成、歪の平均ともに本発明の範囲内にあるので降伏伸び、腰折れの何れも示さなかった。
【0065】
鋼gを条件2-18で圧延した鋼板(No.18)は、ミクロ組織の構成は本発明の範囲内にあるものの、歪の平均が0であり、降伏伸びと腰折れを示した。
これに対して、鋼gを条件2-19で圧延した鋼板(No.19)は、ミクロ組織構成、歪の平均ともに本発明の範囲内にあるので降伏伸び、腰折れの何れも示さなかった。
鋼gを条件2-20で圧延した鋼板(No.20)は、ミクロ組織構成、歪の平均ともに本発明の範囲外にあるので、降伏伸びと腰折れを示した。
【0066】
さらに、鋼gを条件2-19で累積圧下率50%で圧延した鋼板は、フェライト相の平均結晶粒径が30μmとなり、降伏伸びと腰折れを示さなかった。一方、鋼gを条件2-19で累積圧下率を40%で圧延した鋼板は、フェライト相の平均結晶粒径が35μmとなり、降伏伸びと腰折れを示した。
このことから、腰折れ抑制の条件として、仕上げ圧延時の累積圧下は50%以上とすることが必要であることが明らかである。
【0067】
鋼b、d、およびeについて、この実施例で得られた歪の平均と降伏伸びの関係を図4にグラフで示す。降伏伸びが0%の鋼板は腰折れを示さなかった。このことから腰折れを抑制可能な条件として歪の平均が0.050以上であることが明瞭である。
【0068】
【表3】
【0069】
<実施例2>
質量%にてC:0.02%、Si:0.01%、Mn:0.2%、P:0.007%、S:0.001%、N:0.003%、およびAl:0.03%を含有し、残部はFe、および不可避的不純物からなる鋳片を作製し、熱間圧延して、4.2mmの熱延鋼板からなる熱延コイルを得た。
熱間圧延の条件は、SRT:1250℃、FT:900℃、MT:720℃、CR2:10℃/秒、tAC:2.5秒、CR3:50℃/秒、およびCT:90℃を共通とし、CR1を1、2、2.5、5℃/秒とした。また、仕上げ圧延は累積圧下率150%で圧下した。
得られた鋼板(熱延コイル)を実施例1と同様に評価した。すなわち、ミクロ組織構成、F相の平均粒径、歪の平均、降伏伸び、降伏強度、および腰折れの有無について調べた。その結果を表4に示す。
【0070】
鋼板のミクロ組織は、75~79%のF相と21~25%のP組織で構成され、CR1の影響は認められなかったが、F相の平均粒径はCR1の影響を強く受けた。CR1が2.5℃/s以上では、F相の平均粒径は30μm以下となり、歪の平均は0.050以上となり、降伏伸びは0%、腰折れの発生は認められなかった。
これに対して、CR1が2.5℃/s未満では、F相の平均粒径が30μmを上回り、歪の平均は0.050未満となり、降伏伸びが発生し、腰折れの発生も認められた。
この結果から、CR1を2.5℃/s以上とすること、およびF相の平均粒径を30μm以下とすることが腰折れの発生の抑制に必要なことが明瞭に示された。
【0071】
【表4】
【符号の説明】
【0072】
L1~L4:微細格子マーカーの格子点間の距離である。
図1
図2
図3
図4