JP3231174B2 - 絞り性の良好な熱延高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents

絞り性の良好な熱延高強度鋼板およびその製造方法

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JP3231174B2 JP04282294A JP4282294A JP3231174B2 JP 3231174 B2 JP3231174 B2 JP 3231174B2 JP 04282294 A JP04282294 A JP 04282294A JP 4282294 A JP4282294 A JP 4282294A JP 3231174 B2 JP3231174 B2 JP 3231174B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、絞り性に優れ、強度が
高い熱延鋼板およびその製造方法に関するもので、自動
車用あるいは産業機械用材料として加工性とともに強度
を有する冷延鋼板に替わる安価な熱延鋼板を提供するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、絞り用鋼板としては冷延鋼板が用
いられてきたが、板厚の厚い材料が必要な場合や、コス
ト低減・生産性向上を狙う場合には、熱延鋼板の使用が
検討されてきた。一般的に熱延鋼板は冷延鋼板と比べる
と深絞り性に劣っておりこれを補うために延性(伸び)
の向上が図られている。たとえば、特開平2−1457
48号公報では、低炭素鋼板をフェライト再結晶温度域
での圧延を50%以上含む熱間圧延を行うことで、強度
35kgf/mm2 以上で40%以上の高延性鋼板が得られる
ことを示している。しかし、この方法では製造された熱
延鋼板の絞り性が不十分で、また鋼板表面状態も冷延鋼
板と異なるため冷延鋼板の代替として使用するには範囲
が限られていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決するため、鋼板強度の上昇とともに深絞り性に
優れた熱延鋼板、さらに冷延鋼板に匹敵する表面性状
を有する熱延鋼板、およびその製造方法を提供するもの
である。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、重量%
で0.003≦C≦0.04%、Si≦0.03%、
1.5≦Mn≦3.0%、P≦0.1%、S≦0.01
%、N≦0.005%、0.03≦Ti≦0.2%、か
つ48(C/12+N/14)≦Tiを満足し、その他
不可避的元素を含む鋼片を950〜1100℃で加熱し
た後、900〜950℃で粗圧延を終了した後、600
〜800℃の間を各パス15〜30%で摩擦係数μ≦
0.15となるように潤滑を施しながら圧延を行った
後、自己焼鈍または加熱処理によって650〜750℃
とした後に巻き取り、酸洗した後にスキンパスによって
1〜3%で圧下して巻き取ることによって表面粗度Ra
≦2μmで、組織はフェライト単相で結晶粒径≦20μ
mである熱延高強度鋼板を得ることができる。また、粗
圧延と仕上圧延の間で900℃以上で5分以上の温度保
持を行うことにより延性の向上も実現できる。
【0005】
【作用】鋼板の用途は、成形される部品によって使い分
けられる。一般的には、成形加工の程度が大きい場合に
は、加工性、すなわち伸びや絞り性が必要になるが、そ
の替わりに強度は低下してくる。また、高い強度を有す
る場合には、加工性が低下する。従来の加工用熱延鋼板
の製造では、鉄の純度を高めることで加工性を向上させ
る方法が多く、これをγ域やα域で圧延することで極軟
熱延鋼板が得られてきた。しかし、鉄本来の特性はある
程度の耐強度が必要である。したがって、強度が上昇し
てかつ、加工性を保った熱延鋼板ができればその用途が
拡大されてくる。
【0006】本発明者らは、これを目的として検討を重
ねた。その狙いは、強度アップ(TS≧35kgf/m
m2 )、絞り性の向上(r平均値≧1.2)、表面
性状の向上(Ra≦2μm)である。まず、熱延鋼板で
は特性値が低い、の絞り性の向上については、α域で
の潤滑圧延で向上させることを検討した。従来、極低炭
素鋼においてこの方法で高r平均値が得られている。こ
れは、極表層に絞り性を劣化させる{110}面が生成
するが、潤滑圧延によってこの層は消滅し中心部と同じ
{111}面が生成して、絞り性を向上させるためであ
る。しかし、高強度側では加工性が劣化するため十分な
検討がなされていない。そこで、この方法をベースとし
て検討を行った。また延性については粗圧延と仕上圧延
の間で適当な温度範囲で保持することにより向上するこ
とが判明した。
【0007】つぎに、の強度の上昇は、固溶Cをなく
すためにTiを添加してできる析出物による強化と、固
溶強化を検討した。この結果、PおよびMnで強化した
場合は、α域潤滑圧延によって得られる絞り性を損なわ
ずに強度上昇が可能であることが判明した。この場合の
組織は、フェライト単相かつ20μm以下の細粒であ
り、加工性に適した鋼板となった。粒径については、図
4に示すように20μmを超えた場合は、部品に成形後
に肌荒れが発生し、商品価値が低下する。このため、鋼
板の結晶粒径は20μm以下に抑える必要がある。
【0008】また、の表面性状は酸洗直後にスキンパ
スをかけることで、冷延鋼板並の2μm以下の粗度が得
られ、外観上も変わらない表面性状が得られることが判
明した。通常、酸洗した後のコイルをスキンパスして
も、このような表面性状は得られず、酸洗ラインの中で
スキンパスをかけることが重要である。この理由は明ら
かではないが、鋼板が酸洗されて新生面が表面に出て、
ただちに圧下するため表面酸化や汚れがない状態で圧下
することが影響していると考えられる。
【0009】このような作用をもとにして決定された、
発明範囲の限定条件を以下に詳細に説明する。Cは、絞
り性向上のためには極力低下させたい元素であるが、強
度確保のためには必要な元素である。強度への寄与は、
Tiとの間で形成される析出物による。下限を0.00
3%にしたのは、これより低いとMn,Pの添加による
固溶強化によっても35kgf/mm2 以上の強度が確保でき
なくなるためである。また、上限を0.04%にしたの
は、これ以上では、固溶Cをなくすために添加するTi
量が増加してコスト高となること、またTiCの粗大化
のため、析出物強化代が停滞してしまうためである。
【0010】Nは、絞り性向上のために極力低下させた
い元素であり、上限を0.005%とした。Ti量は、
固溶C,Nを消滅させるためにはC,N量によりほぼ決
まり、48(C/12+N/14)≦Tiを満たせば良
い。その下限値0.03%は、析出強化分として最低限
必要量であり、また上限値0.2%以上は、コスト高か
つこれ以上の強度への効き代は期待できない。Siは強
化元素として使えるが、他方、SiスケールやMn−S
i系介在物起因となり有害である。本発明では延性への
影響がなく有害介在物を生成しない条件としてSi≦
0.03%とした。
【0011】Sも有害介在物を形成し易い元素であり、
延性への悪影響を防ぐために、S≦0.01%に規制し
た。Mnは本発明では、図1,2に示すように、絞り性
を損なわずに強度アップが可能な有効な強化元素であり
積極的に活用する。35kgf/mm2 以上を得るためには、
Pや析出物の併用でも1.5%以上は必要である。しか
し、3.0%以上では、図2で明らかなように伸びの低
下が著しくまたコスト高になる。Pも絞り性を損なわず
に強度上昇が可能である。しかし、多量の添加は、靭性
劣化、溶接性への悪影響があるため、この影響を避ける
ために上限を0.1%に規制した。
【0012】熱間圧延に際しては、再加熱スラブを用い
るか、直送圧延材を用いるかは重要でない。また、連続
鋳造する際に薄手CCを使用しても良い。C,Nを析出
物として固着するために950〜1100℃で加熱する
ことが有効である。析出させるための時間として15分
以上は必要である。また、加熱後の粗圧延では、γ低温
域で圧延しておくことが必要で、これは、γの結晶粒を
細粒とし変態後のα域も細粒化するためα域圧延後に再
結晶する絞り性に有効な結晶方位{111}面を多く出
させるのに効果がある。したがってAr3 直上の900
〜950℃で粗圧延を終了させる。
【0013】その後仕上圧延を行うわけであるが、粗圧
延終了後すぐに仕上圧延を行っても良いが、粗圧延後9
00℃以上で5分以上保持することにより、延性の向上
も実現される。この温度保持はいわゆるコイルボックス
を用いることにより容易に達成される。仕上圧延はα域
で開始する必要があるが、このためには、生産効率を考
慮して、粗−仕上間で鋼板を冷却しても良い。仕上開始
をα域で行うのは、通常のタンデムの連続熱間圧延の
途中でγからαに変態すると、変形抵抗が大幅に変わる
ために圧延操業が不安定になり、トラブルの原因になり
易いためこれを防止することと、最初からα域圧延で
開始することで、α域の蓄積歪を増やして、フェライト
の再結晶を起こし易くするためである。また余り低すぎ
るとロール負荷が大きくなりすぎるため規制が必要とな
る。このために仕上圧延温度は、600〜800℃で行
う。
【0014】絞り性の向上のために、仕上圧延はロール
に油濃度の高い溶液を吹き付けたり、ロール表面への塗
油等の方法によって潤滑圧延を行う必要がある。この時
の摩擦係数がμ≦0.15であれば、潤滑効果は十分で
表層の剪断層を除くことができる。しかし、摩擦係数が
低い場合は、噛み込みスリップ等のトラブルが生じるの
と、低摩擦係数での圧延を保つために、各圧延機での圧
下率は15〜30%で行う必要がある。
【0015】α域圧延後の鋼板の組織は加工組織になっ
ている。このために、加工αを再結晶させる必要があ
る。したがって巻き取った状態で650〜800℃の再
結晶温度以上にしてやれば良い。これは、仕上−巻き取
り間の加熱や、近接コイラーを利用した自己焼鈍法や、
コイルボックスによる再加熱を行う方法がある。
【0016】つぎに、熱延で生成したスケールを酸洗ラ
インで剥離した後、そのままスキンパス圧下を行い巻き
取る。この工程は、冷延鋼板に匹敵する表面状態にする
ために重要である。この時の圧下率は、1%以上でロー
ル表面が転写され、図3で示すように冷延鋼板に匹敵す
る表面粗度状態が得られる。しかし、3%超では、伸び
の劣化が顕著になるため1〜3%の範囲内に規制した。
以上の製造により、表面粗度Ra≦2μmで、組織はフ
ェライト単相で結晶粒径≦20μmである35kgf/mm2
以上の熱延高強度鋼板を得ることができる。
【0017】
【実施例】成分の影響を知るために、表1に示す成分の
鋼材を用いて、表2に示す条件で圧延を行った。潤滑圧
延油として、キュードル5149を用い、水と混合して
圧延ロール表面に噴射した。圧延終了後巻き取り処理を
行って、その後酸洗−スキンパスを行った後、サンプル
を採取し、材質調査を行った。調査は、表面粗度、引張
試験(JIS5号)、結晶粒径測定を行った。その結果
を、表2に示す。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】
【表4】
【0022】
【表5】
【0023】サンプルNo.1,2,3,4,5はとも
に、熱延以降の条件は、本発明範囲に入っている。しか
し、Mn量が少ないD材を用いたNo.4のサンプルは強
度が低く、35kgf/mm2 に届かなかった。また結晶粒径
も大きく20μmを超えた。
【0024】表3は、本発明の成分範囲である鋼種A,
Cを用いて熱延条件を調べた結果である。サンプルNo.
1,2は、粗圧延温度が外れたため、仕上前の細粒フェ
ライトが得られず、製品板の結晶粒径が大きくなり、ま
たr平均値が低下した。No.3は、仕上開始温度が高す
ぎたため、フェライトに付加された歪量が少なく、再結
晶が起こりにくかったため、粗大な回復粒となり、強
度、伸び、r平均値とも悪かった。
【0025】No.4は、仕上圧下率設定が高く、潤滑圧
延で噛み込まず圧延できなかった。No.7は、酸洗後再
度巻き取って、スキンパスを行った例であるが、粗度が
やや粗く、冷延並の表面性状が得られなかった。また、
No.8は、スキンパス圧下率を高くとった場合、No.1
0は低すぎた場合であるが、高すぎると伸びの低下が著
しく、低すぎると粗度が粗かった。No.12は、巻き取
り時の温度が低かった場合、No.14は、潤滑が不十分
であった場合であるが、再結晶が不十分、或いは表層の
集合組織改善が不十分で、r平均値が低かった。
【0026】No.15は粗圧延と仕上圧延間で950℃
で8分保持したものであるがr平均値と延性の向上が同
時に達成されている。No.16は薄手連続鋳造により鋳
片を製造し、DR工程(鋳片温度を900℃以下に低下
させない)を経て圧延したものであり、粗圧延と仕上圧
延の間で950℃で5分の保持をしたものである。これ
もNo.15と同様にr平均値と延性の向上が同時に達成
されている。その他本発明条件で製造した材料No.6,
9,11,13も、良好な材質特性が得られた。
【0027】
【発明の効果】本発明は、成分条件、圧延条件を規制す
ることにより、冷延鋼板に匹敵する絞り性が高く、強度
が高い熱延鋼板を得ることができるようになり、経済的
効果が非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】Mn量がr平均値に及ぼす影響を示した図表。
【図2】TS,Elに及ぼすMn量の影響を示した図
表。
【図3】表面粗度に及ぼすスキンパス圧下率の影響を示
した図表。
【図4】結晶粒径と肌荒れ発生の関係を示した図表。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 8/00 - 8/04 C21D 9/46 - 9/48

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 0.003≦C≦0.04%、 Si≦0.03%、 1.5≦Mn≦3.0%、 P ≦0.1%、 S ≦0.01%、 N ≦0.005%、 0.03≦Ti≦0.2%、 かつ 48(C/12+N/14)≦Ti を満足し、その他不可避的元素を含み、表面粗度がRa
    ≦2μmで、その組織がフェライト単相かつ、結晶粒径
    ≦20μmであることを特徴とする熱延高強度鋼板。
  2. 【請求項2】 重量%で、 0.003≦C≦0.04%、 Si≦0.03%、 1.5≦Mn≦3.0%、 P ≦0.1%、 S ≦0.01%、 N ≦0.005%、 0.03≦Ti≦0.2%、 かつ 48(C/12+N/14)≦Ti を満足し、その他不可避的元素を含む鋼片を950〜1
    100℃で加熱した後、900〜950℃で粗圧延を終
    了した後、600〜800℃の間を各パス15〜30%
    で摩擦係数μ≦0.15となるように潤滑を施しながら
    圧延を行った後、自己焼鈍または加熱処理によって65
    0〜750℃とした後に巻き取り、酸洗に引き続いてス
    キンパスによって1〜3%で圧下して巻き取ることを特
    徴とする熱延高強度鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 重量%で、 0.003≦C≦0.04%、 Si≦0.03%、 1.5≦Mn≦3.0%、 P ≦0.1%、 S ≦0.01%、 N ≦0.005%、 0.03≦Ti≦0.2%、 かつ 48(C/12+N/14)≦Ti を満足し、その他不可避的元素を含む鋼片を950〜1
    100℃で加熱した後、900〜950℃で粗圧延を終
    了した後、900℃以上で5分以上保持した後、600
    〜800℃の間を各パス15〜30%で摩擦係数μ≦
    0.15となるように潤滑を施しながら圧延を行った
    後、自己焼鈍または加熱処理によって650〜750℃
    とした後に巻き取り、酸洗に引き続いてスキンパスによ
    って1〜3%で圧下して巻き取ることを特徴とする請求
    項2に記載の熱延高強度鋼板の製造方法。
  4. 【請求項4】 重量%で、 0.003≦C≦0.04%、 Si≦0.03%、 1.5≦Mn≦3.0%、 P ≦0.1%、 S ≦0.01%、 N ≦0.005%、 0.03≦Ti≦0.2%、 かつ 48(C/12+N/14)≦Ti を満足し、その他不可避的元素を含む鋼片を薄手連続鋳
    造し、該鋼片を900℃以下に温度を低下させることな
    く900〜950℃で粗圧延を終了した後、900℃以
    上で5分以上保持した後、600〜800℃の間を各パ
    ス15〜30%で摩擦係数μ≦0.15となるように潤
    滑を施しながら圧延を行った後、自己焼鈍または加熱処
    理によって650〜750℃とした後に巻き取り、酸洗
    に引き続いてスキンパスによって1〜3%で圧下して巻
    き取ることを特徴とする請求項2に記載の熱延高強度鋼
    板の製造方法。
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