JPH0676619B2

JPH0676619B2 - 高強度鋼板の製造方法及びその加工品の熱処理方法

Info

Publication number: JPH0676619B2
Application number: JP20868788A
Authority: JP
Inventors: 茂樹野村; 和俊国重
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-08-23
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1994-09-28
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: JPH0257634A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、自動車用或いは産業機器用の高強度部材に好
適な鋼板、具体的には、成形加工に供するまでは比較的
低強度で加工しやすく、加工後適当な加熱処理によって
高強度化する靭性に優れた加工用高強度鋼板の製造方法
との加工品の熱処理方法に関するものである。

（従来の技術）連続熱間圧延によって製造されるいわゆる熱延鋼板は、
比較的安価な構造材料として、前記の自動車をはじめと
する各種の産業機器に広く使用されている。そして、そ
の用途にはプレス加工で成形される部材が多く、従っ
て、熱延鋼板には優れた加工性が要求されることが多
い。一方、構造部材としては高強度であることも要求さ
れるが、高強度と優れた加工性とを両立させることは、
通常困難である。

そこで、加工以前の素材の段階では低強度で加工性が良
く、加工の後に適当な熱処理によって高強度化する材料
が種々開発されてきた。冷延鋼板においては、加工する
前は軟質で加工が容易であり、加工後の焼付塗装時に硬
化して降伏強さが上昇する鋼板、いわゆる焼付け硬化型
高強度鋼板がすでに実用化されている。最近では焼付け
硬化型の熱延鋼板についての検討も進められており、こ
れに関する特許も出願されている。

例えば、特公昭62−180021号公報には、焼付け硬化型高
強度熱延鋼板を製造する方法として、Ｎを多く含んだ特
定化学成分の鋼を、熱間圧延後急冷する方法が開示され
ている。この方法は、固溶Ｎの歪時効を利用して焼付け
硬化性を得るものであるが、本願の発明者らの実験結果
によれば、この方法で得られる焼付け硬化型高強度熱延
鋼板は、焼付け後の降伏強さは大幅に上昇するものの、
引張り強さの上昇は僅かであった。その理由は、固溶Ｎ
による転位の固着を主な強化機構とし、析出物による強
化にまで到っていないためであると考えられる。

引張り強さの上昇が小さいと、疲労特性の向上が小さ
い。疲労特性は引張り強さとの間に強い相関があり、引
張り強さが大きくなるほど疲労特性は増大することが報
告されている（平川ら；住友金属Vol.33（1981） No.4
P.121）。

従って、引張り強さの上昇が小さいと、これらの鋼板の
主用途である自動車用および産業機器用の高強度部材で
要求される疲労特性の向上効果が小さく、実用的な価値
が乏しくなる。

（発明が解決しようとする課題）本発明の課題は、加工する前は軟質であり、加工後に比
較的低い温度で再加熱することにより疲労特性の改善に
有効な引張り強さが大幅に上昇する良好な靭性を具備し
た加工用高強度鋼板の製造方法と、その鋼板を素材とす
る加工品の最適な熱処理方法とを提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、TiおよびＶの一方又は両方を含む特定の
化学組成の鋼片を、連続熱間圧延して鋼板に加工するに
際して、連続熱間圧延条件を調整すれば上記課題が達成
されることを見出した。即ち、熱間圧延の仕上げ温度を高温とし、且つ巻き取り温度
を低くしてTiおよびＶの析出を抑制してやれば、固溶Ti
および固溶Ｖの多い鋼板が得られる。この鋼板は加工す
る前は軟質で、加工後の比較的低い温度により固溶Tiお
よび固溶Ｖが析出して高強度化する。

更に、仕上げ圧延の最終パスを大圧下率とし、圧延
後、直ちに鋼板を急冷してやれば微細なフェライト組織
となって靭性が向上する。

本発明は、このような知見を基になされたものであっ
て、その要旨は下記の（ｉ）および（ii）にある。

（ｉ）重量％で、C:0.005〜0.060％、Si:1.20％以下、M
n:1.5％以下、TiおよびＶの一方又は両方を総量で0.02
〜0.20％を含み、不純物としてのＰが0.035％以下であ
る鋼片を、1100℃以上の温度に加熱した後、仕上圧延の
最終パス圧下率を30％以上、仕上圧延温度を920℃以上
とする連続熱間圧延を施し、圧延終了後３秒以内に冷却
を開始し、20℃／秒以上の冷却速度で700℃以下の温度
まで急冷した後、500℃以下の温度で巻き取ることを特
徴とする高強度鋼板の製造方法。

（ii）特許請求の範囲第１項記載の方法で製造された高
強度鋼板を所定形状に加工成形後、300℃以上、800℃以
下の温度で１分以上加熱することを特徴とする加工品の
熱処理方法。

（作用）以下、本発明の構成要件とその作用について詳細に説明
する。

まず、本願第１発明の高強度鋼板の製造方法における鋼
片の化学組成および製造条件を前記のように限定した理
由を作用効果とともに説明する。

C: Ｃは加工後の再加熱時にTiおよびＶと結合してTiC又は
／およびVCとして析出し、引張り強さを向上させる重要
な元素である。Ｃの含有量が0.005％より少ないと所期
の析出硬化が期待できない。一方、0.060％を超えると
加工、加工後の再加熱処理前の組織が硬化して、加工性
に劣るとともに再加熱時には寧ろこの硬化部分が大きく
軟化する。このために、たとえTiC又は／およびVC等が
析出しても全体として引張り強さの上昇が小さい。かか
る理由からＣの含有量を0.005〜0.060％とする。好まし
くは0.015〜0.040％である。

Si: Siは固溶硬化を通して強度と延性を向上させる好ましい
元素である。しかし、必要以上に添加すると溶接性が劣
化するので、1.20％以下の含有量とする。

Mn: MnもSiと同様に固溶硬化により強度と延性を向上させる
好ましい元素である。しかし、必要以上に多いと無拡散
変態を主体とする硬質なマルテンサイトやベイナイト等
の低温変態組織の生成を促し、Ｃの含有量が多すぎる場
合と同じ問題が生じるので、1.5％以下の含有量とす
る。好ましくは1.0％以下である。

TiおよびV: TiおよびＶは、本発明において最も重要な元素であり、
その含有量は１種又は２種総量で0.02〜0.20％とする。

TiおよびＶは加工後の再加熱時にＣと結合し、TiC、Ｖ
（Ｃ、Ｎ）として析出硬化するが、その含有量が総量で
0.02％より少ないと、固溶するTiおよびＶの量も少ない
ので所期の析出硬化が得られない。一方、総量で0.20％
より多いと低温変態強化により鋼板を硬化させ、Ｃおよ
びMnの含有量が多すぎる場合と同じ問題が発生する。

本願第１発明における素材の鋼片は、少なくとも上記範
囲の元素を含有しているものであればよい。更に、必要
に応じて0.10％以下のNb、0.0100％以下のCa、0.0030％
以下のＢの内から１種又は２種以上を含有する鋼片であ
ってもよい。

Nbは、補助的に析出硬化を促進させる効果があり、Caは
加工性を改善する効果があり、Ｂは耐たて割れ性を向上
させる効果がある。

なお、不純物としてのＰは可及的に少ない方がよい。特
に本発明の方法で製造された鋼板は再加熱時に焼戻し脆
性が生じ易いので、0.035％以下に抑えるのがよい。よ
り好ましくは0.010％以下にすることである。

本願第１発明は、このような化学組成からなる鋼片を、
下記の（ａ）〜（ｃ）に述べる条件で熱間圧延を行い、
圧延後の鋼板を急冷却して巻き取ることを特徴とする。

（ａ）連続熱間圧延：本発明方法の熱間圧延は、所定板厚の熱延鋼板を得るこ
とと同時に、鋼中のTi或いはＶをできるかぎり固溶さ
せ、且つ固溶したTi或いはＶが炭窒化物として析出する
のを抑制することを目的とする。さらには高温仕上げに
よって靭性の劣化を防止することを目的とする。

そのためには、1100℃以上の温度に加熱された前記化学
組成からなる鋼片を圧延に供する必要がある。一旦、11
00℃より低い温度に冷却された鋼片は、この温度以上に
再加熱しなければならない。しかし、連続鋳造又は分解
圧延工程から直送されて1100℃以上の温度を保持してい
る鋼片であれば、そのままいわゆる直接圧延を行うこと
ができる。加熱温度が1100℃より低いとTiおよびＶの固
溶量が少なくて、加工後の再加熱時における引張り強さ
の上昇量が小さい。

熱間圧延は、仕上圧延の最終パス圧下率を30％以上、仕
上圧延温度を920℃以上とする連続熱間圧延とする必要
がある。

仕上げ温度が920℃より低いと固溶Ti或いは固溶Ｖが炭
窒化物として析出し、その結果、加工後の再加熱時にお
ける引張り強さの上昇量が小さくなる。好ましい仕上圧
延温度は950℃以上である。一方、仕上圧延の最終パス
圧下率が30％未満では、オーステナイト粒の微細化効果
が不十分のために靭性が劣化する。好ましい最終パス圧
下率は40％以上である。

ｂ）圧延後の冷却：冷却条件は圧延後のオーステナイト粒の成長を抑制して
粗大化するのを防止するとともに、変態後に生成するフ
ェライト粒を細粒化して靭性を向上させるように設定す
る。

そのためには、圧延後の鋼板を圧延終了後少なくとも３
秒以内に冷却を開始し、20℃／秒以上の冷却速度で700
℃以下まで急冷する必要がある。

冷却開始時間が圧延終了後から３秒を超えるとオーステ
ナイト粒が成長するのを抑制することができず、また、
冷却速度が20℃／秒より遅い場合、或いは冷却終了温度
が700℃より高い場合、いずれも変態後に生成するフェ
ライト粒が粗大化して靭性が低下する。好ましい冷却開
始時間は圧延終了から２秒以内である。

なお、この冷却速度は大きい程好ましいので上限は特に
限定する必要がない。工業的に実施することができる冷
却の上限速度は100℃／秒程度である。

ｃ）巻き取り：巻き取りの条件は、成形加工後、再加熱時に引張り強さ
の上昇をもたらすのに必要な固溶Ti量および固溶Ｖ量を
十分に確保するように定める。

そのためには、冷却後の鋼板を500℃以下の温度で巻き
取る必要がある。500℃を超える巻き取り温度では、固
溶Tiおよび固溶Ｖが析出して、加工後の再加熱時に引張
り強さの上昇が少ない。

以上、（ａ）〜（ｃ）の条件で製造された鋼板は、加工
に供する状態ではTiおよびＶが多く固溶しているから軟
質で加工がしやすく、加工後の再加熱によって固溶Tiお
よび固溶ＶがTiC又は／およびVCとして析出して硬化す
るので引張り強さが大きく上昇する。

引張り強さを大きく上昇させるには、前記再加熱は本願
第２発明の熱処理条件で行うのがよい。即ち、上記方法
で製造された高強度鋼板を所定形状に加工成形した後、
300℃以上、800℃以下の温度で１分以上、望ましくは５
分以上加熱するのである。

加熱温度が300℃未満では固溶Tiおよび固溶Ｖの析出が
起こらず、また、加熱時間が１分未満ではこれらの析出
が十分に得られず、その結果、引張り強さが全く上昇し
ないか上昇が少ない。また、800℃を超える加熱温度で
は加工品に熱歪みが生じる。

この再加熱は、加工品の用途に応じて局部的或いは全体
的に加熱することができる。また、その加熱手段は特に
制約されない。例えば、全体的に加熱する場合には高周
波誘導加熱、局部的に加熱する場合はガスバーナを使用
することができる。

本発明者らの知見によれば、加工品は望ましくは５％以
上の加工を加えたものがよい。加工により析出サイトが
導入され、より効果的に短時間に引張り強さが上昇す
る。

次に、実施例により本発明を更に説明する。

（実施例）第１表に示す化学組成の鋼を実験用50kg真空溶解炉で溶
製し、熱間鍛造するか又は鋳型で60mm厚さのスラブを製
造し、第２表に示す条件で熱間圧延して冷却し、次いで
巻き取って板厚2mmの熱延鋼板を製造した。

なお、熱間鍛造で製造したスラブは、鍛造後、第２表に
示した温度に再加熱を施し、一方、鋳型から鋳抜いたス
ラブは1200℃に保って熱片のまま直接圧延に供した。

得られた各熱延鋼板から試験片を採取して、熱延ままの
引張り強さ（Ti）と延び（El）および試験片に８％の予
歪を与えた後、同表に示す再加熱温度と再加熱時間で熱
処理を施した後の引張り強さの上昇量（ΔTS）とシャル
ピー特性（vTrs）とを測定した。これらの結果を第２表
に示す第３表より明らかなように、本発明方法で得られたNo.1
〜No.9の鋼板は、熱間圧延のままでは引張り強さが比較
的低くて伸びが大きい。即ち、軟質で加工性がよいにも
かかわらず、予歪を与えた後加熱することによって７〜
17kgf/mm²の引張り強さの上昇（ΔTS）が得られてい
る。また、−40℃以下のvTrsが得られている。

これに対して、圧延、冷却、巻取りおよび再加熱条件が
本発明で規定する範囲を外れる条件で得られたものは、
No.10、No.11およびNo.16のように十分な固溶Tiおよび
／又は固溶Ｖが得られないために引張り強さの上昇が小
さいか、No.12、No.13およびNo.14のようにフェライト
粒が粗大化して靭性に劣る。また、No.15のように十分
な固溶Tiおよび／又は固溶Ｖが得られず、さらにフェラ
イト粒も粗大化して引張り強さの上昇が小さいうえに靭
性も悪いか、No.17およびNo.18のように十分な固溶Tiお
よび／又は固溶Ｖの析出が起こらないために引張り強さ
の上昇が小さいか、いずれかの特性に劣る。

また、本発明で規定する範囲より外れた化学組成の鋼片
を使用したものは、製造条件が本発明の条件を満足して
いてもNo.19およびNo.24のように固溶Tiおよび／又は固
溶Ｖの析出が起こらずに引張り強さの上昇が小さいか、
No.20、No.22およびNo.25のように熱延のままで変態強
化による引張り強さの上昇が大きいため、加工後の再加
熱時に変態強化の減少と、固溶Tiおよび／又は固溶Ｖの
析出強化の寄与が打ち消しあって、結果として引張り強
さの上昇が小さい。No.21は、ΔTSの上昇量は大きいがS
iが多すぎることから炭酸ガスアーク溶接試験の結果、
アーク溶接不良が発生し、No.23は、Ｐが高いために靭
性が悪い。

（発明の効果）以上説明した如く、本発明方法によれば加工前は軟質で
加工性に優れ、加工後比較的低い温度の加熱で引張り強
さが大きく上昇する靭性に優れた鋼板を製造することが
できる。

また、加工後の加熱は、従来の焼入れ強化型高強度鋼板
で採用されている焼入れ温度と比較して低い温度で十分
であり、且つその後の冷却も速くする必要がないので、
加工品には歪みが殆ど生じない。従って、本発明方法に
よって得られる上記の鋼板は、自動車用や各種の産業機
器用の高強度部材に最適である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、C:0.005〜0.060％、Si:1.20％
以下、Mn:1.5％以下、TiおよびＶの一方又は両方を総量
で0.02〜0.20％を含み、不純物としてのＰが0.035％以
下である鋼片を、1100℃以上の温度に加熱した後、仕上
圧延の最終パス圧下率を30％以上、仕上圧延温度を920
℃以上とする連続熱間圧延を施し、圧延終了後３秒以内
に冷却を開始し、20℃／秒以上の冷却速度で700℃以下
の温度まで急冷した後、500℃以下の温度で巻き取るこ
とを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の方法で製造さ
れた高強度鋼板を所定形状に加工成形後、300℃以上、8
00℃以下の温度で１分以上加熱することを特徴とする加
工品の熱処理方法。