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JP2014031538A - 熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

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JP2014031538A JP2012172044A JP2012172044A JP2014031538A JP 2014031538 A JP2014031538 A JP 2014031538A JP 2012172044 A JP2012172044 A JP 2012172044A JP 2012172044 A JP2012172044 A JP 2012172044A JP 2014031538 A JP2014031538 A JP 2014031538A
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Abstract

【課題】伸びフランジ成形に適した、穴広げ性と高い降伏比を有する安価な高強度熱延鋼板を、表面品質を損なわずに提供する。
【解決手段】質量%で、C:0.010〜0.20%、Si:0.001〜0.50%、Mn:0.001〜0.64%、sol.Al:0.001〜0.50%、Ti:0.100〜0.50%、Nb:0〜0.090%、V:0〜0.50%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、かつC、Ti、NbおよびVの含有量が下記式(1)を満足する化学組成と、面積率80%以上のポリゴナルフェライト、残部がベイニティックフェライト、ベイナイト、パーライトおよびセメンタイトの一種以上からなる鋼組織を有する。−0.030≦C*≦0.030・・・(1)。C*=C−12.01(Ti/47.88+Nb/92.91+V/50.94)・・・(2)
【選択図】図1

Description

本発明は熱延鋼板およびその製造方法に関する。より具体的には、本発明は、主として自動車用鋼板においてプレス加工等により様々な形状に成形される、特に足回り部品に好適な、穴広げ性に優れた高強度熱延鋼板に関する。
比較的安価に製造される熱延鋼板は、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。近年、地球温暖化対策に伴う二酸化炭素排出量規制の観点から、自動車の燃費向上が求められており、車体の軽量化と衝突安全性確保のために、高強度熱延鋼板の適用が拡大しつつある。
言うまでもなく、自動車用部品に供される鋼板においては、強度だけでなく、プレス成形性や溶接性等、部品成形時に要求される各種施工性が満足されなければならない。足回り部品のプレス成形に関しては、伸びフランジ成形およびバーリング成形の使用頻度が極めて高いため、同部品に供される高強度熱延鋼板には優れた穴広げ性が要求される。
また、高強度鋼板は、耐衝突特性を要求される部品や大入力時に塑性変形することを避ける必要がある部品に適用される場合があり、このような用途に供される場合には降伏比(YR)が高いことが要求される。したがって、高強度熱延鋼板にも高い降伏比が要求される場合がある。
一般に、高強度熱延鋼板においては、高い降伏比と優れた穴広げ性を両立させるため、鋼組織をフェライト、ベイニティックフェライト、ベイナイトなどの単相系組織とし、Mn,Si等の固溶強化、および/またはTi,Nb,V等の炭化物あるいはCuによる析出強化により、前記母相を均一に強化することが志向される。以下にその開発例を示す。
特許文献1には、実質的にフェライト単相からなる鋼組織に、Moを含むTi炭化物を均一微細に分散させることを特徴とした、穴広げ性に優れるとされる高強度熱延鋼板に関する技術が開示されている。しかし、Moという極めて高価な合金元素の添加を必須とするため、この技術は経済的な観点から量産に適さない。
特許文献2には、所定のMn、Si量を含有するTi添加鋼について、仕上熱延〜巻取までの冷却を適切に制御することで、鋼組織をフェライト+ベイナイトとし、さらにTiCを微細析出させることにより、伸びおよび伸びフランジ性を向上させたとされる高強度熱延鋼板に関する技術が開示されている。しかし、この特許文献では、足回り用熱延鋼板に必要な特性の一つである降伏比に関しては考慮されていない。
特許文献3には、MnおよびSi含有量を低減し、かつTiとともにBを一定量添加することによりTiCの粗大化を抑制した、穴広げ性に優れるとされる高強度熱延鋼板に関する技術が開示されている。しかし、Bはオーステナイトの再結晶を抑制する効果があり、同様の効果を有するTiと複合添加すると、熱間圧延時の圧延加重が著しく上昇し、熱延ミルへの負荷増大を招くため、操業トラブルを引き起こす場合がある。また、Bは、わずか数ppmの添加量変動により最終製品の強度が変化するため、鋼板のロバスト性を悪化させる。このような鋼は量産に適さない。
特許文献4には、多量のSi,Mn,およびTiを含有する鋼を適切な冷却条件にて冷却し、鋼組織をグラニュラーベイニティックフェライト単相組織とすることで、高い降伏比と優れた穴広げ性を有するとされる高強度熱延鋼板に関する技術が開示されている。しかし、グラニュラーベイニティックフェライト組織を得るために多量のSi,Mnを含有させる必要があるため、この技術は合金コストの増大を招く。
ところで、多量のSiを含有する鋼を加熱すると、鋼板表面を覆うFeOと地鉄との界面にFeO−Fe2SiO4共晶化合物層が形成され、通常のデスケーリングによっては完全に除去することができない島状スケールが発生し、鋼板表面性状を損なう場合がある。この点に関し、特許文献5には、デスケーリング時の鋼板温度、スラブ抽出からデスケーリングまでの時間、および水圧を制御することにより、表面品質に優れたSi含有熱延鋼板の製造方法に関する技術が開示されている。特許文献5に開示された技術は非常に優れたものであるが、大量生産時に常時これら全ての条件を満たしながら操業を行うことは必ずしも容易ではない。
特開2002−322540号公報 特開2007−009322号公報 特開2012−026032号公報 特開2004−307919号公報 特開平11−156407号公報
上記のような現状に鑑み、本発明の目的は、自動車用部品、特に足回り部品において多用される伸びフランジ成形に適した、優れた穴広げ性および高い降伏比を有する熱延鋼板およびその製造方法を、表面品質を損なわず、安価かつ容易に安定して提供することである。
本発明者らは、高い降伏比と優れた穴広げ性を達成するため、まず鋼組織をフェライト主体組織とすることを前提とした。また、表面品質の安定確保のため、高強度熱延鋼板において頻繁に用いられるSiの含有量は極力抑制することを志向した。本発明者らは比較的安価かつ微量添加で著しい析出強化を発現するTiに着目し、Ti添加高強度熱延鋼板の穴広げ性を向上させる手法について鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
Tiを添加したフェライト主体組織を有する高強度熱延鋼板の穴広げ性は、フェライト粒内に析出したTi系炭化物の形状に依存することが判明した。具体的には、母相フェライトの特定方位に沿って伸長した非等軸形状のTi系炭化物が穴広げ性に悪影響を及ぼしていることを突き止めた。また、前記Ti系炭化物の形状が等軸形状であれば、穴広げ性の劣化は抑制できることを見出した。
これに関して、非等軸形状のTi系炭化物を減少させ、等軸形状のTi系炭化物を増加させるには、仕上圧延後の高温域でフェライト変態を促進させることが有効であることを見出した。具体的には、高強度熱延鋼板において高強度化のために一定量の含有が必須と考えられていたMnを、既存鋼の含有レベルより大きく低減させ、かつ、熱間圧延後のホットランテーブル上にて少なくとも650℃以上の高温域に、Mn含有量に応じた時間以上滞在させ、フェライト変態を促進することにより、等軸形状のTi系炭化物を増加できることを見出した。
Ti系炭化物の形状が穴広げ性に影響を及ぼすメカニズムは必ずしも明らかでないが、等軸形状のTi系炭化物と比較して、非等軸形状のTi系炭化物は母相フェライトとの整合性が高く、したがってその周囲には大きな整合歪みが発生していることが推定される。この整合歪みが穴広げ加工中における亀裂の伝播を助長するため、穴広げ性の劣化因子として働いたものと推定される。
さらにMn含有量の削減は、上記効果に加え、Mnミクロ偏析の軽減に伴う鋼組織の均質化という効果も有しており、穴広げ性の上昇に極めて有効であることを知見した。上記の効果が重畳した結果、高い降伏比と穴広げ性を有する熱延鋼板を得ることに成功したのである。
上記知見に基づいてなされた本発明は、以下の通りである。
(1)質量%で、C:0.010%以上0.20%以下、Si:0.001%以上0.50%以下、Mn:0.001%以上0.64%以下、P:0.050%以下、S:0.010%以下、N:0.0070%以下、sol.Al:0.001%以上0.50%以下、Ti:0.100%以上0.50%以下、Nb:0%以上0.090%以下、V:0%以上0.50%以下、残部がFeおよび不純物からなり、かつC、Ti、NbおよびVの含有量が下記式(1)を満足する化学組成と、ポリゴナルフェライトの面積率が80%以上であり、残部がベイニティックフェライト、ベイナイト、パーライトおよびセメンタイトの一種以上からなる鋼組織と、引張強度が590MPa以上、引張強度と0.2%耐力との比である降伏比が75%以上、引張強度とJFST1001で規定される穴広げ率との積が50000MPa・%以上である機械特性と、を有することを特徴とする熱延鋼板。
−0.030≦C*≦0.030 ・・・ (1)
C*=C−12.01(Ti/47.88+Nb/92.91+V/50.94) ・・・ (2)
式(2)において、各元素記号は前記化学組成におけるその元素の含有量(質量%)を意味する。
(2)前記化学組成が、Feの一部に代えて、質量%で、Cr:0.50%以下、Ni:0.50%以下、Cu:0.50%以下、Mo:0.50%以下およびB:0.0010%以下からなる群から選択された一種または二種以上を含有する、上記(1)に記載の熱延鋼板。
(3)前記化学組成が、Feの一部に代えて、質量%で、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下およびBi:0.01%以下からなる群から選択された一種または二種以上を含有する、上記(1)または(2)に記載の熱延鋼板。
(4)鋼板の表面に溶融亜鉛めっき層を有する、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の熱延鋼板。
(5)前記溶融亜鉛めっき層が合金化溶融亜鉛めっき層である、上記(4)に記載の熱延鋼板。
(6)下記工程(A)〜(C)を備えることを特徴とする熱延鋼板の製造方法:
(A)上記(1)から(3)までのいずれかに記載の化学組成を有するスラブを1100℃以上1350℃以下とした後に、粗熱間圧延を施して粗バーとする粗熱間圧延工程;
(B)前記粗熱間圧延工程により得られた前記粗バーに、熱間圧延完了温度が830℃以上980℃以下である仕上熱間圧延を施して熱延鋼板とする仕上熱間圧延工程;および
(C)前記仕上熱間圧延工程により得られた前記熱延鋼板に、水冷設備により650℃以上830℃以下の温度域まで冷却する一次冷却を施し、引き続いて前記温度域に下記式(3)で規定されるΔt秒間以上滞留させ、しかる後に水冷設備により400℃以上650℃以下の温度域の巻取温度まで冷却する二次冷却を施して巻取る冷却工程。
Δt(秒)=10×Mn2 ・・・・・ (3)
ここで、Mnは前記鋼組成中のMn含有量(質量%)を意味する。
(7)前記冷却工程(C)の後に、前記熱延鋼板に溶融亜鉛めっき処理を施す溶融亜鉛めっき工程をさらに備える、上記(6)に記載の熱延鋼板の製造方法。
(8)前記溶融亜鉛めっき処理が合金化溶融亜鉛めっき処理である、上記(7)に記載の熱延鋼板の製造方法。
本発明により、高い降伏比、優れた穴広げ性、および良好な表面品質を有する高強度熱延鋼板を安価かつ容易に安定して製造することができる。本発明にかかる鋼板は、産業上、特に、自動車分野において広範に使用可能である。
実施例で採用した熱延鋼板の製造方法における温度プロファイルを示す。 実施例で採用した合金化溶融亜鉛めっきラインを模した温度プロファイルを示す。
以下に本発明に係る熱延鋼板の化学組成、鋼組織および機械特性、ならびにその製造方法について、より詳しく説明する。以下の説明において、鋼の化学組成を規定する「%」は全て「質量%」である。
1.化学組成
C:0.010%以上0.20%以下
Cは、鋼板の強度を高める作用を有する。C含有量が0.010%未満では590MPa以上の引張強度を確保することが困難である。したがって、C含有量は0.010%以上とする。好ましくは0.040%以上である。一方、C含有量が0.20%を超えると、穴広げ性や溶接性の劣化が著しくなる。したがって、C含有量は0.20%以下とする。好ましくは0.120%以下である。
Si:0.001%以上0.50%以下
Siは、固溶強化元素であり、鋼板の強度を高める作用を有する。しかし、Si含有量が0.50%を超えると島状スケールが発生して表面性状の劣化を招く場合がある。したがって、Si含有量は0.50%以下とする。好ましくは0.20%以下である。Siの上記作用による効果を得るためにSi含有量を0.001%以上とする。好ましくは0.01%以上であり、より好ましくは0.02%以上である。
Mn:0.001%以上0.64%以下
Mnは、熱間脆性を惹き起こすSをMnSとして固定することにより無害化する作用を有する。Mn含有量が0.001%未満ではMnの上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Mn含有量は0.001%以上とする。好ましくは0.01%以上、より好ましくは0.1%以上である。一方、Mn含有量が0.64%を超えると、フェライト変態温度の低温化により、熱間圧延後の冷却過程において650℃以上の高温域でフェライト変態を促進させることによる穴拡げ性の向上が困難となる。したがって、Mn含有量は0.64%以下とする。好ましくは0.60%以下、より好ましくは0.55%以下である。
P:0.050%以下
Pは、一般に不純物として含有される元素であるが、固溶強化元素でもあり、鋼板の強度を高める作用を有する。したがって、Pを積極的に含有させてもよい。しかし、P含有量が0.050%を超えると、溶接性および靱性の劣化が著しくなる。したがって、P含有量は0.050%以下とする。好ましくは0.020%以下である。
S:0.010%以下
Sは、一般に不純物として含有される元素であり、鋼中でMnSを形成して、伸びフランジ性を劣化させる作用を有する。S含有量が0.010%を超えると伸びフランジ性の劣化が著しくなる。したがって、S含有量は0.010%以下とする。好ましくは0.0050%以下、さらに好ましくは0.0020%以下である。
N:0.0070%以下
Nは、一般に不純物として含有される元素であり、その含有量が0.0070%を超えると鋼中に粗大な窒化物を形成して伸びフランジ性を著しく劣化させる。したがって、N含有量は0.0070%以下とする。好ましくは0.0050%以下である。
sol.Al:0.001%以上0.50%以下
Alは、鋼を脱酸することにより鋼板を健全にする作用を有する。sol.Al含有量が0.001%未満では、上記作用による効果を十分に得ることが困難である。したがって、sol.Al含有量は0.001%以上とする。一方、0.50%を超えてsol.Alを含有させても、上記作用による効果は飽和してしまい、いたずらにコスト上昇を招く。したがって、sol.Al含有量は0.50%以下とする。好ましくは0.20%以下、さらに好ましくは0.10%以下である。
Ti:0.100%以上0.50%以下
Tiは、鋼中で炭化物を形成し、フェライトを均一に析出強化する作用を有し、本発明では重要な元素である。Ti含有量が0.100%未満では上記作用による効果が十分に得られない。したがって、Ti含有量は0.100%以上とする。好ましくは0.130%以上である。一方、0.50%を超えて含有させても上記作用による効果は飽和してしまい、いたずらにコスト上昇を招く。したがって、Ti含有量は0.50%以下とする。好ましくは0.30%以下である。
以上に説明した必須元素に加えて、本発明に係る熱延鋼板の化学組成は以下に説明する任意元素をさらに含有しうる。
V:0.50%以下
Vは、Tiと同様に鋼中で炭化物を形成し、フェライトを均一に析出強化する作用を有する。また、Tiよりもオーステナイト中の溶解度積が大きく、鋼板の高強度化には有効な元素である。したがって、Tiと比較して高価ではあるものの、必要に応じて含有させることが好ましい。しかし、0.50%を超えてVを含有させても、Vの上記作用による効果は飽和してしまい、いたずらにコスト上昇を招く。したがって、V含有量は0.50%以下とする。上記作用による効果をより確実に得るには、V含有量を0.010%以上とすることが好ましい。0.070%以上とすることがさらに好ましく、0.140%以上とすることが特に好ましい。
Nb:0.090%以下
Nbは、Tiと同様に鋼中で炭化物を形成し、鋼板の高強度化に有効な元素である。したがって、Tiと比較して高価ではあるものの、必要に応じて含有させてもよい。しかし、Nb含有量が0.090%超では、鋼板の塑性異方性が増大し、穴広げ性の劣化を招く。したがって、Nb含有量は0.090%以下とする。Nbの上記作用による効果をより確実に得るには、Nb含有量を0.001%以上とすることが好ましい。
Cr:0.50%以下、Ni:0.50%以下、Cu:0.50%以下、Mo:0.50%以下およびB:0.0010%以下からなる群から選択された一種または二種以上
Cr、Ni、Cu、MoおよびBは、いずれも鋼の焼入性を上昇させ、鋼板の高強度化に有効な元素である。したがって、これらの元素の1種または2種以上を含有させてもよい。しかし、上記上限値を超えてこれらの元素を含有させると、Mnと同様に、フェライト変態温度の低温化により、熱間圧延後の冷却過程において650℃以上の高温域でフェライト変態を促進させることによる穴拡げ性の向上が困難となる。したがって、それぞれの元素の含有量は上記のとおりとする。Cr含有量は0.20%とすることが好ましく、Ni含有量は0.20%以下とすることが好ましく、Cu含有量は0.20%以下とすることが好ましく、Mo含有量は0.09%以下とすることが好ましく、B含有量は0.008%以下とすることが好ましい。なお、これらの元素の上記作用による効果をより確実に得るには、Cr:0.001%以上、Ni:0.001%以上、Cu:0.001%以上、Mo:0.001%以上およびB:0.0001%以上のいずれかを満足させることが好ましい。
Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下およびBi:0.01%以下からなる群から選択された一種または二種以上
CaおよびMgは、鋼中介在物を微細分散化することにより、Biは鋼中におけるMn、Si等の置換型合金元素のミクロ偏析を軽減することにより、いずれも鋼板の穴広げ性を高める作用を有する。したがって、これらの元素の1種または2種以上を含有させてもよい。しかし、上記上限値を超えてこれらの元素を含有させると、延性の劣化を招く。したがって、それぞれの元素の含有量は上記のとおりとする。これらの元素の上記作用による効果をより確実に得るには、Ca:0.0001%以上、Mg:0.0001%以上およびBi:0.0001%以上の何れかを満足させることが好ましい。
−0.030≦C*≦0.030
ただし、C*=C−12.01(Ti/47.88+Nb/92.91+V/50.94)
ここで、各元素記号は前記化学組成におけるその元素の含有量(質量%)を意味する。
C*は、鋼中C量からTi、Nb、Vの炭化物として存在するCを除いた鋼中非固定C量である。C*値が−0.030を下回ると、フェライト粒界におけるCが枯渇し、穴広げ性が劣化する。一方、C*値が0.030を上回ると、セメンタイトやパーライトといった第二相が増加し、穴広げ性が劣化する。したがって、C、Ti、NbおよびVの含有量は、−0.030≦C*≦0.030を満たす量とする。C*値の下限は−0.010であることが好ましく、その上限は0.020であることが好ましい。
2.鋼組織
本発明に係る熱延鋼板は、ポリゴナルフェライトの面積率が80%以上であり、残部がベイニティックフェライト、ベイナイト、パーライトおよびセメンタイトの一種以上からなる鋼組織を有する。
ポリゴナルフェライトの面積率が80%未満では、優れた穴広げ性および良好な延性を確保することが困難となる。したがって、ポリゴナルフェライトの面積率は80%以上とする。この面積率は好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上である。
一方、残部組織として、マルテンサイトや残留オーステナイトを含有すると、降伏比および穴広げ性が低下する。したがって、残部組織は、ベイニティックフェライト、ベイナイト、パーライトおよびセメンタイトの一種以上からなるものとする。
また、上記ポリゴナルフェライト粒内に析出するTi,Nb,Vの各炭化物の形状は、「等軸」であることが好ましい。ここで、炭化物の形状が「等軸」であるとは、電子線の入射方位を母相フェライトの<001>と平行として、透過型電子顕微鏡(倍率:100000倍)により炭化物を観察した際、観察された炭化物の総数に対して、短辺と長辺のアスペクト比が3未満の炭化物が70%以上を占める場合を「等軸」と称し、短辺と長辺のアスペクト比が3以上の炭化物が30%以上を占める場合を「非等軸」と称する。非等軸形状のTi,Nb,V炭化物が析出すると、母相フェライトと炭化物間の整合ひずみが増大し、穴広げ性が劣化する場合がある。
3.機械特性
本発明に係る熱延鋼板は、引張強度(TS)が590MPa以上、引張強度と0.2%耐力との比である降伏比(YR)が75%以上、引張強度とJFST1001で規定される穴広げ率との積が50000MPa・%以上である機械特性を有する。近年の自動車用高強度熱延鋼板に要求される厳しい性能を満足するには、上記のように高い引張強度、降伏比、および引張強度−穴広げ性バランスを全て具備することが必要である。TSは好ましくは650MPa以上であり、YRは好ましくは80%以上であり、TS×穴広げ率の積は好ましくは60000MPa・%以上である。
4.製造方法
本発明に係る熱延鋼板は、以下に説明する粗熱間圧延工程、仕上熱間圧延工程、冷却工程、および場合により溶融亜鉛めっき工程を経て製造することができる。
(粗熱間圧延工程)
粗熱間圧延工程においては、上記化学組成を有するスラブを1100℃以上1350℃以下とした後に、粗熱間圧延を施して粗バーとする。粗バーは高圧水デスケーリングに付すことができる。
製品の強度および穴広げ性を確保するには、Ti、Nb、V等の炭化物形成元素を固溶状態のまま熱間圧延に供することが必要である。粗熱間圧延に供するスラブの温度が1100℃未満では、粗大な炭化物が形成され、Ti、Nb、V等の炭化物形成元素を固溶状態とすることが不十分となり、製品の強度確保が困難となる。したがって、粗熱間圧延に供するスラブの温度は1100℃以上とする。一方、粗熱間圧延に供するスラブの温度が1350℃を超えると、Ti、Nb、V等の炭化物形成元素を固溶状態とする効果が飽和するだけでなく、デスケーリングにおけるスケールロスが増大するため、コスト的に不利となる。したがって、粗熱間圧延に供するスラブの温度は1350℃以下とする。
(仕上熱間圧延工程)
仕上熱間圧延工程においては、上記粗熱間圧延工程により得られた前記粗バーに、熱間圧延完了温度が830℃以上980℃以下である仕上熱間圧延を施して熱延鋼板とする
熱間圧延完了温度が830℃未満では変形抵抗が過大となって圧延が困難となる。したがって、熱間圧延完了温度は830℃以上とする。一方、熱間圧延完了温度が980℃を超えると、製品のフェライト粒径が粗大化し、製品の強度が不足する場合がある。
(冷却工程)
冷却工程においては、上記仕上熱間圧延工程により得られた上記熱延鋼板に、水冷設備により650℃以上830℃以下の温度域まで冷却する一次冷却を施し、引き続いて前記温度域に下記式(3)で規定されるΔt秒間以上滞留させ、しかる後に水冷設備により400℃以上650℃以下の温度域まで冷却する二次冷却を施して巻取る。
Δt(秒)=10×Mn2 ・・・・・ (3)
ここで、Mnは前記鋼組成中のMn含有量(質量%)を意味する。
上記一次冷却の冷却停止温度が830℃超の場合には、フェライト中に析出する炭化物が過度に粗大化し、強度が不足する場合がある。したがって、一次冷却の冷却停止温度は830℃以下とする。一方、一次冷却の冷却停止温度が650℃未満の場合には、炭化物がフェライト母相に対して整合析出することにより、穴広げ性が劣化する場合がある。したがって、一次冷却の冷却停止温度は650℃以上とする。なお、一次冷却の冷却速度については特に規定はしないが、実設備の制約上、10℃/秒以上200℃/秒未満とすることが好ましい。
一次冷却の後に、650℃以上830℃以下の温度域に滞在させる時間が上記式で規定されるΔt秒間未満の場合には、Ti、Nb、V炭化物の析出が不十分となる場合があり、降伏比あるいは穴広げ性が低下する場合がある。したがって、一次冷却の後に、650℃以上830℃以下の温度域に滞在させる時間が上記式で規定されるΔt秒間以上とする。650℃以上830℃以下の温度域に滞在させる時間の上限は特に規定する必要はないが、生産性の観点からは30秒間以下とすることが好ましい。
上記温度域の滞在中、一定温度に保持する必要はない。例えば、一次冷却停止温度が650℃よりある程度高ければ(例、680℃以上であれば)、水冷による一次冷却を停止した後、冷却を空冷に切り換えることにより、上記温度域における必要な滞在時間Δtを確保することができる。
650℃以上830℃以下の温度域に上記式で規定されるΔt秒間以上滞在させた後に、水冷設備により400℃以上650℃以下の温度域まで冷却する二次冷却を施して巻取る。
巻取温度が650℃超では巻取中にTi、Nb,V炭化物が過度に粗大化するため、強度確保が困難となる場合がある。したがって、巻取温度は650℃以下とする。一方、巻取温度が400℃未満では、コイル内の冷却が不均一となり、コイル内の特性変動が顕著となって歩留りが低下する場合がある。したがって、巻取温度は400℃以上とする。なお、二次冷却の冷却速度については特に規定はしないが、実設備の制約上、10℃/秒以上200℃/秒未満とすることが好ましい。
熱間圧延後の処理は常法に従って実施すればよい。得られた熱延鋼板の表面に生成している酸化皮膜を除去するために、酸洗を施すことが好ましい。また、酸洗前または酸洗後に、平坦矯正やスケール剥離促進のためにスキンパス圧延を施してもよい。スキンパス圧延を施す場合の伸び率は特に規定しないが、0.1%以上3.0%未満とすることが好ましい。
(溶融亜鉛めっき工程)
上記方法で製造された本発明に係る熱延鋼板は、そのまま自動車部品をはじめとする各種産業の製品に使用できるが、耐食性を付与するためにめっき鋼板としてもよい。耐食性、生産性およびコストを考慮すると、めっきは溶融亜鉛めっきとすることが好ましい。この場合、熱延鋼板は表面に溶融亜鉛めっき層を有することになる。
溶融亜鉛めっきは常法に従って実施すればよく、温度、浴組成、付着量などに特に制限はない。一般には、酸洗を施した熱延鋼板を、鋼板表層に存在する酸化物を還元するために還元雰囲気で焼鈍して、めっき浴温よりやや高い温度まで冷却した後、溶融亜鉛めっき浴に浸漬し、出側で付着量を制御することにより溶融亜鉛めっきが行われる。この焼鈍時の最高加熱温度は、めっき浴浸漬時の鋼板と溶融亜鉛との濡れ性を改善するために650℃以上とすることが好ましく、また、熱延鋼板の強度低下を抑制するために800℃以下とすることが好ましい。溶融亜鉛めっき処理後に、常法に従って合金化熱処理を実施し、めっき層を合金化溶融亜鉛めっき層(鉄−亜鉛合金層)としてもよい。
(実施例1)
表1に示す化学組成を有する鋼を実験室で溶製して鋼塊を鋳造し、図1に示す温度プロファイルに従って、表2に示す条件にて熱間圧延および冷却を施して、熱延鋼板を得た。表2におけるΔtは、図1に示す一次冷却停止後の中間空冷時間のうち、650℃以上830℃以下の温度域における滞留時間を示す。鋼板温度は放射温度計により測定した。
こうして得られた熱延鋼板に対して、塩酸酸洗により脱スケール処理した後、下記の測定を実施した。測定結果も表2に平均する。
・機械特性:圧延方向に直角方向からJIS5号引張試験片を採取し、引張試験を行って、引張強度(TS)、降伏強度(YS)、全伸び(EL)を測定した。別に、日本鉄鋼連盟規格のJFS T 1001穴拡げ試験方法に準じて穴拡げ試験を行い、穴広げ率(HER)を測定した。
・鋼組織観察:鋼板圧延方向断面をナイタール液により腐食後、光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡を用いて撮影し、得られた組織写真から、ポイントカウンティング法によって各組織の面積率を算出した。また、各熱延鋼板から薄膜試料を採取し、透過型電子顕微鏡(倍率:100000倍)を用いてフェライト粒内に析出したTi,V,Nbの1種以上を含有する炭化物を観察し、前述の定義に基づいて炭化物の形状が「等軸」と「非等軸」のいずれであるかを同定した。
Figure 2014031538
Figure 2014031538
表2に示すように、試験No.1〜3,5〜7,9〜24の本発明に従った熱延鋼板は、TS:590MPa以上、YR75%以上、TS×穴広げ率の積が50000MPa・%以上という、目的とする機械特性を有していた。
これに対し、試験No.4および8は一次冷却停止後の中間空冷時間におけるΔtが短すぎたため、TS×穴広げ率の積が目標値を下回った。試験No.25はMn量が多すぎ、試験No.26はC*が多すぎたため、TS×穴広げ率の積が目標値を下回った。試験No.27はTi量が少なすぎたため、TSが目標値を下回った。
(実施例2)
表1に示す化学組成を有する鋼のうちA〜FおよびRの7鋼種について、図1に示す温度プロファイルに従って、表3に示す熱間圧延条件にて熱間圧延および冷却を施して、熱延鋼板を得た。その後、塩酸酸洗により脱スケール処理を施し、冷間圧延を施すことなく、連続熱処理シミュレーターを用いて、図2に示す合金化溶融亜鉛めっきラインを模した温度プロファイルに従って、表3に示す溶融亜鉛めっき条件にて熱処理を施した。本実施例では、実際には溶融亜鉛めっきを施していないが、鋼板が受ける熱履歴は合金化溶融亜鉛めっきと同様であるので、その鋼組織や機械特性は合金化溶融亜鉛めっき鋼板と同じことになる。
こうして得られた鋼板について、実施例1に述べたのと同じ方法により、引張強度(TS)、降伏強度(YS)、全伸び(EL)、穴広げ率(HER)、各組織の面積率、炭化物の形状(「等軸」または「非等軸」)を調査した。結果を表3に併記する。
Figure 2014031538
表3に示すように、本発明に従った試験No.1〜6は、TS:590MPa以上、YR75%以上、TS×穴広げ率の積が50000MPa・%以上という、目的とする機械特性を有していた。これに対し、試験No.7は、Mn量が多すぎたため、TS×穴広げ率の積が目標値を下回った。

Claims (8)

  1. 質量%で、C:0.010%以上0.20%以下、Si:0.001%以上0.50%以下、Mn:0.001%以上0.64%以下、P:0.050%以下、S:0.010%以下、N:0.0070%以下、sol.Al:0.001%以上0.50%以下、Ti:0.100%以上0.50%以下、Nb:0%以上0.090%以下、V:0%以上0.50%以下、残部がFeおよび不純物からなり、かつC、Ti、NbおよびVの含有量が下記式(1)を満足する化学組成と、
    ポリゴナルフェライトの面積率が80%以上であり、残部がベイニティックフェライト、ベイナイト、パーライトおよびセメンタイトの一種以上からなる鋼組織と、
    引張強度が590MPa以上、引張強度と0.2%耐力との比である降伏比が75%以上、引張強度とJFST1001で規定される穴広げ率との積が50000MPa・%以上である機械特性と、
    を有することを特徴とする熱延鋼板。
    −0.030≦C*≦0.030 ・・・ (1)
    C*=C−12.01(Ti/47.88+Nb/92.91+V/50.94) ・・・ (2)
    式(2)において、各元素記号は前記化学組成におけるその元素の含有量(質量%)を意味する。
  2. 前記化学組成が、Feの一部に代えて、質量%で、Cr:0.50%以下、Ni:0.50%以下、Cu:0.50%以下、Mo:0.50%以下およびB:0.0010%以下からなる群から選択された一種または二種以上を含有する、請求項1に記載の熱延鋼板。
  3. 前記化学組成が、Feの一部に代えて、質量%で、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下およびBi:0.01%以下からなる群から選択された一種または二種以上を含有する、請求項1または請求項2記載の熱延鋼板。
  4. 鋼板の表面に溶融亜鉛めっき層を有する、請求項1から請求項3までのいずれかに記載の熱延鋼板。
  5. 前記溶融亜鉛めっき層が合金化溶融亜鉛めっき層である、請求項4に記載の熱延鋼板。
  6. 下記工程(A)〜(C)を備えることを特徴とする熱延鋼板の製造方法:
    (A)請求項1から請求項3までのいずれかに記載の化学組成を有するスラブを1100℃以上1350℃以下とした後に、粗熱間圧延を施して粗バーとする粗熱間圧延工程;
    (B)前記粗熱間圧延工程により得られた前記粗バーに、熱間圧延完了温度が830℃以上980℃以下である仕上熱間圧延を施して熱延鋼板とする仕上熱間圧延工程;および
    (C)前記仕上熱間圧延工程により得られた前記熱延鋼板に、水冷設備により650℃以上830℃以下の温度域まで冷却する一次冷却を施し、引き続いて前記温度域に下記式(3)で規定されるΔt秒間以上滞留させ、しかる後に水冷設備により400℃以上650℃以下の温度域まで冷却する二次冷却を施して巻取る冷却工程。
    Δt(秒)=10×Mn2 ・・・・・ (3)
    ここで、Mnは前記鋼組成中のMn含有量(質量%)を意味する。
  7. 前記冷却工程(C)の後に、前記熱延鋼板に溶融亜鉛めっき処理を施す溶融亜鉛めっき工程をさらに備える、請求項6に記載の熱延鋼板の製造方法。
  8. 前記溶融亜鉛めっき処理が合金化溶融亜鉛めっき処理である、請求項7に記載の熱延鋼板の製造方法。
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