JP3732424B2

JP3732424B2 - 高耐候性、高加工性の熱延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3732424B2
Application number: JP2001225014A
Authority: JP
Inventors: ヨーンジョービュン; ウーチョイシェオル; グワンリーヒー; チャンチョイセオク; チューンヤンヒー
Original assignee: ポーハンアイアンアンドスティールカンパニー，リミテッド
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: CN1125187C; CN1345984A; JP2002105596A; KR20020025571A; KR100371960B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高耐候性、高加工性の熱延鋼板の製造方法に関するものであり、より詳細には海洋気候によく耐えられることだけでなく、多様な加工が可能であり、建築物、海洋構造物、鉄道の車両およびコンテナ等の用途で使用しやすい60 kgf/mm2引張り強度を有する高耐候性、高加工性の熱延鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コンテナ或いは鉄道の車両等のような製品は、軽量化及び耐久性などの特性を満足させるために、ステンレス或いはアルミなどで製作して使用されているのが現状である。
【０００３】
特に、海洋気候に耐えられる製品を製作するためには、必須的に耐候性鋼が使用されており、現在にも耐候性熱延鋼板が広く使用されているのが現状である。
【０００４】
しかしながら、従来の実施例による耐候性熱延鋼板は、50 kgf/mm2引張り強度を有しているので、製品自体の重量によって製品の大きさは制限されていた。例えば、一般的に使われている高耐候性圧延鋼は、KS D3542(記号SPA-H)及びJIS G3125(記号SPA-H)があるが、これらの引張り強度は50 kgf/mm2級であるため、目的とする強度が得られない。
【０００５】
さらに、この製品らは製作のための多様な加工、例えば、曲がり性、溶接性、延伸性等が要求されるので、耐候性と共に高加工性を満足させるような高張力鋼を提供することが、容易ではなかった。
【０００６】
最近、耐候性と高強度を追求する熱延鋼板に関する研究が進められており、これに関連する特許がいくつか出願されている。これらをより詳しく調べて見れば、次のようである。
【０００７】
まず、日本国特開平7−207408号(以下、'第1特許文献'という。)には重量％で、Ｃ：0.008％以下、Si：0.5〜2.5％、Mn：0.1〜3.5％、Ｐ：0.03％〜0.20％、Ｓ：0.01％以下、Cu：0.05〜2.0％、Ｎ：0.008以下、Sol- Al：0.005〜0.1％、Cr：0.05〜6.1％、Ni：0.05〜2.0％、Mo：0.05〜3.0％、B：0.0003〜0.002％を含有した鋼を1100〜1300℃で加熱し、800〜950℃温度の範囲で熱間圧延する熱延鋼板の製造方法が開示されている。
【０００８】
一方、日本国特開平11−21622号(以下、'第2特許文献'という。)には重量％で、Ｃ：0.15％以下、Si：0.7％以下、Mn：0.2〜1.5％、Ｐ：0.03％〜0.15％、Ｓ：0.02％以下、Cu：0.4％以下、Sol- Al：0.01〜0.1％、Cr：0.1％以下、Ni：0.4〜4.0％、Mo：0.1〜1.5％を含有した鋼を1050〜1300℃で加熱し、950℃以上の温度で40％以上の圧下率で熱間圧延を行ない、900℃〜750℃温度の範囲で圧延仕上げ後、空冷する熱延鋼板の製造方法が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第1特許文献に開示されている熱延鋼板の化学成分において、主な作用をする炭素の含有量はわずか0.008％以下である。
【００１０】
従って、このような熱延鋼板は、炭素の含有量が相対的に低く、鋼板の加工性が向上される反面、鋼板の強度が低下するために大体50 kgf/mm2引張り強度を有する。更に、前記第1特許文献の熱延鋼板製造方法は、極低炭素鋼に多量のCr、Mo、Ni、Cu等が添加されている鋼を製造するために、特別な製鋼工程を使用しなければならないので、熱延鋼板の製造費用が相対的に増加し、経済性の面から劣るという問題点があった。
【００１１】
このような第2特許文献に開示されている熱延鋼板は、その化学成分において、主な作用をする燐の含有量が0.03〜0.15％なので、多量の燐の添加は海水雰囲気での耐食性を向上させる効果はあるが、中心偏析及び微小偏析等の原因を与え、鋼板の加工性が急激に落ちるような問題点がある。さらに、このような熱延鋼板は50 kgf/mm2引張り強度を有する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のような従来の問題点を解決するために案出されたものであり、耐候性と加工性が要求される建築物、海洋構造物、鉄道の車両およびコンテナ等の製作に適する60 kgf/mm2引張り強度を有する高耐候性、高加工性の熱延鋼板の製造方法を提供することにその目的がある。
【００１３】
本発明のまた他の目的は、耐食性向上のためにCr、Ni、Cuを添加し、かつ加工性向上のためにＰの含有量を厳格に規制するなど、合金成分及び製造条件を最適化して高強度で加工性が優秀だけでなく、耐候性が良好な60 kgf/mm2引張り強度を有する熱延鋼板の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
前記の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、耐候性及び加工性の良好な60 kgf/mm2引張り強度を有する熱延鋼板は、重量％で、Ｃ：0.05〜0.10％、Mn：1.20〜1.70％、Si：0.30〜0.60％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.01％以下、Al：0.01〜0.07％、Cu：0.20〜0.50％、Cr：0.8〜1.5％、Nb：0.04〜0.08％、Ni：0.10〜0.40％、残部Feおよびその他の不可避な不純物を含有していることを特徴とする。また、本発明の望ましい実施例によれば、60 kgf/mm2引張り強度を有する高耐候性、高加工性の熱延鋼板は、重量％で、0.015〜0.040％のTiまたは0.0005〜0.005％のCaをさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の実施例によれば、重量％で、Ｃ：0.05〜0.10％、Mn：1.20〜1.70％、Si：0.30〜0.60％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.01％以下、Al：0.01〜0.07％、Cu：0.20〜0.50％、Cr：0.8〜1.5％、Nb：0.04〜0.08％、Ni：0.10〜0.40％、残部Feおよびその他の不可避な不純物を含有している鋼を、耐候性及び加工性の良好な60 kgf/mm2引張り強度を有する熱延鋼板として製造する方法において、前記の鋼をスラブに製造した後、前記スラブを加熱炉で1120℃〜1250℃の温度の範囲で加熱する加熱段階と、前記加熱されたスラブを820℃〜900℃の圧延仕上げ温度の範囲で熱間圧延する圧延段階と、熱間圧延された鋼板を540℃〜620℃温度の範囲で巻取る巻取段階からなることを特徴とする。
【００１６】
以下、本発明の望ましい実施例について説明する。
【００１７】
まず、本発明の一実施例による熱延鋼板は、重量％で、Ｃ：0.05〜0.10％、Mn：1.20〜1.70％、Si：0.30〜0.60％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.01％以下、Al：0.01〜0.07％、Cu：0.20〜0.50％、Cr：0.8〜1.5％、Nb：0.04〜0.08％、Ni：0.10〜0.40％を含有しているので、各成分の数値限定の理由を説明すると次のようである。Ｃ：炭素(Ｃ)は熱延鋼板の強度を得るのに基本的に必要な元素で、その添加量が増えるほど引張り強度及び降伏強度は増加する。しかし、炭素の添加量が過度になると素材の加工性は低下する。
【００１８】
従って、炭素の添加量においては、その上限を0.10％で限定した。そして、炭素の添加量が0.05％以下になると、フェライトの炭素がすべて固溶するために一緒に添加されるNb、Ti等と、反応して素材の強度を増加させる析出強化効果がない。そのため、炭素添加量の下限値を0.05％とする。
【００１９】
Si：シリコン(Si)は一般的に溶鋼を脱酸させるために添加され、付加的に固溶強化効果をもたらす。更に、シリコンは高温で鋼の表層にFeとともにFe2SiO4の緻密な酸化物を形成し、耐食性を向上させる作用をもする。
【００２０】
従って、シリコンは鋼板の耐候性を向上させるために0.3％以上添加される。
【００２１】
一方、シリコンの添加量が増加すると、シリコンは鋼板の溶接性を低下させるので、鋼板の溶接性に及ぼす影響を最小化するために、シリコン添加量の上限を0.6％までに限定した。
【００２２】
Mn：マンガン(Mn)は鋼に添加され固溶強化効果をもたらす。つまり、マンガンは鋼板の強度を高め、かつ熱間加工性を向上させるために1.2％以上添加する。一方、マンガンは鋼中の黄(S)と反応し、MnSを形成する。そしてMnSは鋼板の軟性及び加工度を阻害する。
【００２３】
従って、これを防ぐためにマンガン添加量の上限を1.7％までに制限する。
【００２４】
P：燐(P)は鋼の耐食性を向上させる作用をするために、たくさん添加すればするほど耐食性の側面からは望ましいが、鋼の鋳造の際には中心偏析を一番よく起こす元素であるため、溶接性および靱性が低下する原因となる。
【００２５】
従って、燐の添加量は鋼の耐食性を向上させるために0.03％以下に制限した。
【００２６】
S：硫黄(S)も微小ながら耐食性の向上に効果がある元素として知られているが、前述のように鋼中のマンガンと結合して、MnSという非金属介在物を形成し、鋼板の軟性及び加工度を低下させる。つまり、非金属介在物は結晶粒界に網状で晶出して腐食開始点を提供し、さらに屈曲加工の際に鋼板の破壊強度及び引っ張り性を下落させるので、硫黄の添加量を0.01％以下に制限する。
【００２７】
Al：アルミ(Al)は、溶鋼を脱酸させるために必要であり、鋼板の耐食性向上にも効果を示す元素である。しかし、アルミの添加量が過度になれば鋼中介在物の量が増加し、鋼板の加工性が低下される恐れがあるため、アルミの添加量を0.01〜0.07％以下に制限する。
【００２８】
Nb、Ti：これらの元素等は鋼中に少量添加され、炭素及び窒素と結合した後、鋼中に析出して素材の強度を大きく増加させる作用をする。
【００２９】
従って、これらの元素等の添加量は通常の高張力低合金鋼の添加範囲に制限する。すなわち、ニオブ(Nb)の添加量は0.04〜0.08％に制限し、チタン(Ti)の添加量は0.015〜0.04％に制限する。
【００３０】
Cu：銅(Cu)は腐食雰囲気で安定的な錆び層を形成するので、鋼板の耐腐食性を向上させるために添加する。つまり、銅は通常の腐食雰囲気では普通0.1％以上添加されるが、海洋気候のような雰囲気では安定な耐腐食層を形成するために、0.2％以上添加する。一方、銅の添加量が過度になれば熱延鋼板の表面状態を荒くするので、その添加量は0.5％に制限する。
【００３１】
Cr：クロム(Cr)は銅と同様に安定的な錆び層を形成するので、海水雰囲気における耐食性を大きく向上させるために、その添加量は0.8〜1.5％に制限する。
【００３２】
Ni：ニッケル(Ni)は一般的に銅添加鋼の鋳造の際に発生する鋳造亀裂を防止するために添加され、通常的に銅添加量の半分以上添加される。
【００３３】
従って、本発明による熱延鋼板においてニッケルの添加量は0.1〜0.4％程度に制限する。
【００３４】
Ca：カルシウム(Ca)はMnSのような非金属介在物が鋼中に形成され、鋼板の軟性及び加工性が悪化されるのを防ぐために添加される。そして、カルシウムの添加によって鋼板の耐食性が向上される効果も示す。
【００３５】
従って、カルシウム添加の効果を得るためには、最低0.0005％以上は鋼中に添加されなければならない。しかし、カルシウムの添加量が過度になれば鋼中で酸化物系非金属介在物の量が増えてしまい、鋼板の衝撃引性を低下させるようになる。そのため、これを防ぐためにはカルシウム添加量の上限を0.005％以下に限定する。
【００３６】
前述のような組成範囲の元素を含有している熱延鋼板は、下記説明のように60 kgf/mm2引張り強度を有し、またその腐食性の程度が相対的に低いので、海洋気候に耐えられるだけでなく、加工性が良好なので高耐候性及び高加工性の製品製作に使用可能である。
【００３７】
以下、本発明の実施例による熱延鋼板の製造方法について説明する。
【００３８】
まず、重量％で、Ｃ：0.05〜0.10％、Mn：1.20〜1.70％、Si：0.30〜0.60％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.01％以下、Al：0.01〜0.07％、Cu：0.20〜0.50％、Cr：0.8〜1.5％、Nb：0.04〜0.08％、Ni：0.10〜0.40％、残部Feおよびその他の不可避な不純物を含有している鋼を、連続鋳造工程等によりスラブで製作する。
【００３９】
前記スラブを熱間圧延するために前記スラブを加熱炉で1120℃〜1250℃で再加熱し、圧延仕上げ温度を820℃〜900℃程度にして熱間圧延を実施する。
【００４０】
その後、熱延鋼板を少なくとも20℃/sec以上の冷却速度で水冷却した後、540〜620℃温度で巻取る。
【００４１】
この際、前記スラブの再加熱温度が1120℃より低ければ鋳造時に形成された凝固組織の破壊が不充分になるため、中心偏析がよく発達し、これによって最終的に形成された結晶粒の混粒のため、鋼板の加工性及び衝撃引性が顕著に低下する。従って、スラブの再加熱温度の下限値を1120℃に設定する。
【００４２】
一方、前記スラブの再加熱温度が1250℃より高ければ、酸化によるスケール形成が促進されスラブの厚さの減少量が相対的に増加し、再加熱時の結晶粒の粗大化によって鋼板の衝撃引性が低下され、かつ加熱元単位の上昇のため、熱延鋼板の製造費用が上がるので、これを防ぐために前記スラブの再加熱温度の上限値を1250℃に設定する。
【００４３】
圧延仕上げ温度が900℃を超えれば、熱間圧延後オーステナイト粒度(grainsize)が大きくなり、変態前の結晶粒径が大きくなって変態後の結晶粒微細化が十分でなくなる。
【００４４】
従って、結晶粒の粗大化による鋼板の衝撃靭性及び強度の低下が現れるので、これを防ぐために圧延仕上げ温度の上限値を900℃に設定する。
【００４５】
そして、圧延仕上げ温度が820℃以下になると、オーステナイト/フェライト変態の２相領域で熱間圧延を仕上げるようになり、また結晶粒の粗大化および混粒現象が発生して衝撃引性及び加工性の低下をもたらすので、これを防ぐために圧延仕上げ温度の下限値を820℃に設定する。
【００４６】
熱延鋼板の冷却速度が20℃/sec以下になると、フェライト結晶粒の成長が促進され相対的に粗大な結晶粒の形成により、鋼板の衝撃引性及び強度が低下されるので、これを防ぐために鋼板の冷却速度を20℃/sec以上にする。
【００４７】
そして、巻取り温度を540℃以下に維持すると、フェライトの組織が多角形フェライト(polygonal ferrite)から針状フェライト(acicular ferrite)に変化するようになる。その結果、多量のベイナイト組織が含まれた微細組織が形成され、溶接性及び衝撃引性を含めた加工性が多少阻害される。従って、このような低温巻取りを回避するために巻取り温度の下限値を540℃に設定する。
【００４８】
一方、熱延鋼板を620℃以上の温度で巻取ると、結晶粒の成長及び析出物の粗大化により鋼板の強度が下落するので、これを防ぐために巻取り温度の上限値を620℃に設定する。
【００４９】
また、本発明の望ましい実施例によれば、前述のように鋼中に形成されるMnS介在物によって鋼板の強度が低下するのを防ぐために、前述した組成の鋼を製造するときにカルシウム(Ca)を添加する。つまり、カルシウムの添加によりクラックに敏感なMnＳ介在物をCaS系の介在物に置換する。そして、鋼板の強度を増加させるために、チタン(Ti)を0.015〜0.040％添加する。
<実施例>表１には本発明の実施例にしたがって製造された発明鋼と比較鋼及び従来鋼の化学成分が示されている。
【００５０】
ここで、従来鋼は従来の実施例にしたがって製造された高耐候性圧延鋼を意味し、通常的にSPA−Ｈと称する。そして、比較鋼は発明鋼を開発するために試験生産された圧延鋼を意味する。
【表１】

上記の表１に示されたように、従来鋼A、B及びCには中低炭素鋼成分系の耐食性を向上させるために、P、Cr、Cuが相対的に多く添加されている。
【００５１】
しかし、発明鋼と比較鋼A、B及びCには、加工性を向上させるために、Pの添加量を相対的に少なく添加した反面、耐食性を向上させるためにCr成分を多く添加した。一方、発明鋼と比較鋼BにはCaを添加した。
【００５２】
さらに、鋼板の強度を向上させるために、発明鋼と比較鋼CにはNb、Tiを添加した。
【００５３】
上記の表１に示された成分を含有する鋼を連続鋳造工程のスラブで製造した。そして、スラブを加熱炉で1120〜1250℃温度の範囲で3時間以上再加熱した後、最終厚さ4.5〜6.0mmに熱間圧延し、熱延鋼板を製造した。このとき、圧延仕上げ温度は820〜900℃に設定した。前記熱延鋼板を巻取る際に温度を560〜620℃に維持した。
【００５４】
このように製造された鋼板の引張り強度及び加工性等を下記の表２に示した。
【表２】

上記の表２に示されたように、発明鋼と比較鋼A、B及びCの引張り強度は、従来鋼A、B及びCの引張り強度に比べて相対的に大きい値、すなわち、60 kgf/mm2以上を示していることが分かる。そして、降伏強度及び衝撃引性においても発明鋼と比較鋼A、B及びCは、従来鋼A、B及びCに比べて相対的に良好な値を示していることが分かる。
【００５５】
一方、下記の表３には上記の表１に示された、鋼等の耐候性を評価した結果が示されている。ここで、従来鋼は現在コンテナ鋼として使用されているSPA−Hと一般炭素鋼のSS400を試験した結果である。
【表３】

試験試片はペイントで覆われ、一面のみを露出させており、露出面積は105cm2であった。
【００５６】
試験はおよそ30日の間実施され、試験後70〜80℃くらいの17％(NH4)2HC6H5O7 溶液で表面に形成された錆びを除去した後、重さの減量を測定して腐食程度を腐食の深さに換算した。
【００５７】
発明鋼と比較鋼A、B及びCの腐食深さは、従来鋼のSPA−Hとほぼ同一であるかまたは良好であり、一般鋼のSS400よりはおよそ2倍くらいの低い腐食の深さを示した。
【００５８】
特に、発明鋼と比較鋼A、B及びCの場合、耐候性の向上に大きな影響を及ぼす元素であるPの含量は、鋼板の脆性及び溶接性を考慮して従来鋼のSPA−Hの0.10％水準より低く維持した反面、耐食性向上のためにCrの含量を従来鋼のSPA−Hよりおよそ2倍くらい増加させた結果、塩分の充分な海岸雰囲気でも耐候性に大きな差を示さなかったことが分かる。
【００５９】
一方添付された図面において、図1及び図2は本発明によるコイルの底部、中間部、上部から得られた熱延鋼板の機械的な性質の変化を示したグラフであり、図３及び図４は発明鋼、比較鋼、従来鋼の平均引張り強度及び平均降伏強度を示したグラフである。
【００６０】
図1及び図2を参照すれば、発明鋼の引張り強度は60 kgf/mm2以上の目標値を殆ど満足している。また、図３及び図４を参照すれば、発明鋼の引張り強度及び降伏強度は比較鋼のみならず、従来鋼に比べても相対的に高く示されたことが分かる。
【００６１】
【発明の効果】
前述のように本発明によれば、建築物、海洋構造物、鉄道の車両およびコンテナ等の耐食性が要求され、かつ軽量化を目的とする製品に適した60 kgf/mm2引張り強度を有する熱延鋼板を提供することにより、従来の実施例による熱延鋼板に比べて優れた耐食性と多様な加工性を有する製品の製作が可能であり、同時に製品の軽量化および長寿化に寄与する効果を有する。
【００６２】
以上、前述の内容は本発明の望ましい実施例を単に例示したものであり、本発明の属する分野の当業者は、添付された特許請求の範囲に記載された本発明の思想ならびに要旨から離れず、本発明に対する修正及び変更を加えられることを認識すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱延鋼板と従来の実施例による熱延鋼板の機械的性質の変化を示したグラフである。
【図２】本発明による熱延鋼板と従来の実施例による熱延鋼板の機械的性質の変化を示したグラフである。
【図３】は、発明鋼と従来鋼の平均引張り強度を示したグラフである。
【図４】は、発明鋼と従来鋼の平均降伏強度を示したグラフである。

Claims

重量％で、Ｃ：0.05〜0.10％、Mn：1.20〜1.70％、Si：0.30〜0.60％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.01％以下、Al：0.01〜0.07％、Cu：0.20〜0.50％、Cr：0.8〜1.5％、Nb：0.04〜0.08％、Ni：0.10〜0.40％、残部Feおよびその他の不可避な不純物を含有している鋼を、高耐候性及び高加工性熱延鋼板として製造する方法において、前記鋼をスラブに製造する段階と；前記スラブを加熱炉で1120℃〜1250℃で加熱する加熱段階と；加熱されたスラブを820℃〜900℃の圧延仕上げ温度の範囲で熱間圧延する圧延段階と；熱間圧延された鋼板を540℃〜620℃温度の範囲で巻取る巻取り段階からなることを特徴とする高耐候性及び高加工性熱延鋼板の製造方法。
前記鋼には重量％で、0.015〜0.040％のTiがさらに含有されていることを特徴とする請求項１記載の高耐候性及び高加工性熱延鋼板の製造方法。
前記鋼には重量％で、0.0005〜0.005％のCaがさらに含有されていることを特徴とする請求項１または２記載の高耐候性及び高加工性熱延鋼板の製造方法。