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技術 エッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 池原祐哉金子真次郎川崎由康
出願日 2012年7月31日 (8年5ヶ月経過) 出願番号 2012-169109
公開日 2014年2月13日 (6年10ヶ月経過) 公開番号 2014-028375
状態 特許登録済
技術分野 金属圧延一般 圧延の制御
主要キーワード 圧延線 ゲージ変動 幅エッジ 荷重差 偏析層 エッジ割れ パーライト面積率 線荷重
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年2月13日)のものです。
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課題

優れたエッジ品質(エッジ亀裂なし)とゲージ均一性を有する高強度鋼板を安定して製造することができる、エッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法を提供する。

解決手段

所定の成分組成を有する鋼スラブを仕上圧延終了温度がAr3点以上で熱間圧延し、熱間圧延後2s以内に冷却を開始し、50℃/s以上の平均冷却速度で600℃以下まで冷却を行い、400〜550℃の温度で巻取り圧下率40%以上の冷間圧延を行うこととし、冷間圧延では各圧延スタンド張力を21.0kgf/cm2以上かつ最終圧延スタンドを除く各圧延スタンド間の圧延線荷重差を0.25tonf/mm以下にすることを特徴とするエッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法。

概要

背景

近年、衝突時における乗員の安全性確保や車体軽量化による燃費改善を目的として、TSが780MPa以上で、板厚の薄い高強度鋼板自動車構造部材への適用が積極的に進められている(例えば、特許文献1参照)。特に、最近では、980MPa級、1180MPa級のTSを有する極めて強度の高い高強度鋼板の適用も検討されている。

概要

優れたエッジ品質(エッジ亀裂なし)とゲージ均一性を有する高強度鋼板を安定して製造することができる、エッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法を提供する。所定の成分組成を有する鋼スラブを仕上圧延終了温度がAr3点以上で熱間圧延し、熱間圧延後2s以内に冷却を開始し、50℃/s以上の平均冷却速度で600℃以下まで冷却を行い、400〜550℃の温度で巻取り圧下率40%以上の冷間圧延を行うこととし、冷間圧延では各圧延スタンド張力を21.0kgf/cm2以上かつ最終圧延スタンドを除く各圧延スタンド間の圧延線荷重差を0.25tonf/mm以下にすることを特徴とするエッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法。なし

目的

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、優れたエッジ品質(エッジ亀裂なし)とゲージ均一性を有する高強度鋼板を安定して製造することができる、エッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

質量%で、C:0.05〜0.2%、Si:0.5〜2.5%、Mn:1.5〜3.0%、P:0.001〜0.05%、S:0.0001〜0.01%、Al:0.001〜0.1%、N:0.0005〜0.01%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼スラブを仕上圧延終了温度がAr3点以上で熱間圧延し、熱間圧延後2s以内に冷却を開始し、50℃/s以上の平均冷却速度で600℃以下まで冷却を行い、400〜550℃の温度で巻取り圧下率40%以上の冷間圧延を行うこととし、冷間圧延では各圧延スタンド張力を21.0kgf/cm2以上かつ最終圧延スタンドを除く各圧延スタンド間の圧延線荷重差を0.25tonf/mm以下にすることを特徴とするエッジ品質ゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法。

請求項2

鋼スラブは、さらに、質量%で、Cr:0.01〜1.5%を含有することを特徴とする請求項1に記載のエッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法。

請求項3

鋼スラブは、さらに、質量%で、Mo:0.01〜1.0%、Ni:0.01〜2.0%、Cu:0.01〜2.0%の少なくとも1種の元素を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のエッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、自動車構造部材に好適な高強度鋼板、特に780MPa以上の引張強度TSを有し、かつ、エッジ品質ゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法に関する。

背景技術

0002

近年、衝突時における乗員の安全性確保や車体軽量化による燃費改善を目的として、TSが780MPa以上で、板厚の薄い高強度鋼板の自動車構造部材への適用が積極的に進められている(例えば、特許文献1参照)。特に、最近では、980MPa級、1180MPa級のTSを有する極めて強度の高い高強度鋼板の適用も検討されている。

先行技術

0003

特開2010−209392号公報

発明が解決しようとする課題

0004

鋼板高強度化を図ると、冷間圧延時にエッジ亀裂やゲージ変動が生じやすくなる。特許文献1に記載の高強度鋼板においては、冷間圧延時にエッジ亀裂やゲージ変動については考慮されていない。

0005

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、優れたエッジ品質(エッジ亀裂なし)とゲージ均一性を有する高強度鋼板を安定して製造することができる、エッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0006

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討を行った。

0007

鋼板の熱間圧延においては、鋼板のエッジ(幅端部)の冷却速度が幅センター(幅中央部)の冷却速度に比べて速くなり、熱間圧延後の鋼板(熱延鋼板)のエッジの硬度(強度)が幅センターの硬度(強度)に比べて大きくなり、特に高強度鋼板の場合、その硬度差強度差)自体がかなり大きくなることから、その後の冷間圧延において、エッジが幅センターに比べて延伸し難くなり、エッジ亀裂が生じやすくなることがわかった。また、鋼板の長手方向にも同様の現象が生じて、高強度鋼板の場合、熱間圧延後の鋼板(熱延鋼板)の先後端部と長手方向中央部の硬度差(強度差)自体がかなり大きくなることから、その後の冷間圧延において、先後端部が長手方向中央部に比べて延伸し難くなり、長手方向でのゲージ変動(板厚変動)が生じやすくなることがわかった。

0008

そこで、上記のような高強度鋼板に生じるエッジ亀裂やゲージ変動(板厚変動)を抑制するためには、熱間圧延後の鋼板(冷間圧延前の鋼板)において、幅方向および長手方向の硬度差(強度差)を小さくすることが必要であり、特に幅方向については、幅センター強度TScと幅エッジ強度TSeとの強度差(硬度差)ΔTSを以下のようにすればよいことを見出した。

0009

ΔTS<200MPa (好ましくは<150MPa)

0010

そして、そのために、熱間圧延後の鋼板のミクロ組織ベイナイト主体組織として、幅方向および長手方向の硬度差(強度差)を緩和することを着想した。具体的には、ベイナイト面積率が90%以上、フェライト面積率が5%以下、パーライト面積率が5%以下にすることにより、前記強度差を小さくすることができることがわかった。

0011

また、エッジ品質を良好にするには、冷間圧延条件として各圧延スタンド張力最終圧延スタンドを除く各圧延スタンド間の圧延線荷重差を適正化する必要があることがわかった。

0012

このようにして、本発明者らは、鋼の成分組成と熱間圧延・冷間圧延の条件を適正化することによって、エッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板を安定して製造することができることを見出して、本発明をなした。

0013

すなわち、本発明は以下のような特徴を有している。

0014

[1]質量%で、C:0.05〜0.2%、Si:0.5〜2.5%、Mn:1.5〜3.0%、P:0.001〜0.05%、S:0.0001〜0.01%、Al:0.001〜0.1%、N:0.0005〜0.01%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼スラブを仕上圧延終了温度がAr3点以上で熱間圧延し、熱間圧延後2s以内に冷却を開始し、50℃/s以上の平均冷却速度で600℃以下まで冷却を行い、400〜550℃の温度で巻取り圧下率40%以上の冷間圧延を行うこととし、冷間圧延では各圧延スタンド間張力を21.0kgf/cm2以上かつ最終圧延スタンドを除く各圧延スタンド間の圧延線荷重差を0.25tonf/mm以下にすることを特徴とするエッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法。

0015

[2]鋼スラブは、さらに、質量%で、Cr:0.01〜1.5%を含有することを特徴とする前記[1]に記載のエッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法。

0016

[3]鋼スラブは、さらに、質量%で、Mo:0.01〜1.0%、Ni:0.01〜2.0%、Cu:0.01〜2.0%の少なくとも1種の元素を含有することを特徴とする前記[1]または[2]に記載のエッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板の製造方法。

発明の効果

0017

本発明においては、優れたエッジ品質とゲージ均一性を有する高強度鋼板を安定して製造することができる。

0018

以下に、本発明の詳細を説明する。なお、成分元素含有量を表す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。

0019

(1)成分組成
C:0.05〜0.2%
Cは、鋼を強化するに当り重要な元素であり、高い固溶強化能を有すると共に、硬度を調整する為に不可欠な元素である。C量が0.05%未満では、十分な強度が得られない。一方、C量が0.2%を超えると、溶接性劣化すると共に、偏析層の形成により成形性の低下を招く。従って、C量は0.05〜0.2%とする。

0020

Si:0.5〜2.5%
Siは、固溶強化して十分な強度を得るには、0.5%以上にする必要がある。また、熱延鋼板の組織をベイナイト主体の組織とするため、Si量を0.5%以上にする必要がある。一方、Si量が2.5%を超えると、溶接性が劣化する。従って、Si量は0.5〜2.5%とする。

0021

Mn:1.5〜3.0%
Mnは、鋼の熱間脆化の防止ならびに固溶強化、組織強化による強度確保のために有効である。また、焼入れ性を向上させ、冷間圧延前の鋼板組織ベイナイト単相化することに有効である。ただし、これらの効果を得るためには、Mn量を1.5%以上にする必要がある。一方、Mn量が3.0%を超えると、鋼板組織をベイナイト単相化することができず、ゲージ変動が発生する。従って、Mn量は1.5〜3.0%とする。

0022

P:0.001〜0.05%
Pは、固溶強化の作用を有し、所望の強度に応じて添加できる元素である。こうした効果を得るためにはP量は0.001%以上にする必要がある。一方、P量が0.05%を超えると、溶接性の劣化を招く。従って、P量は0.001〜0.05%とする。

0023

S:0.0001〜0.01%
Sは、粒界偏析して熱間加工時に鋼を脆化させると共に、硫化物として存在して局部変形能を低下させる。そのため、その量は0.01%以下、好ましくは0.003%以下、より好ましくは0.001%以下とする必要がある。しかし、生産技術上の制約から、S量は0.0001%以上にする必要がある。従って、S量は0.0001〜0.01%、好ましくは0.0001〜0.003%、より好ましくは0.0001〜0.001%とする。

0024

Al:0.001〜0.1%
Alは、脱酸剤として作用し、鋼の清浄度に有効な元素であり、脱酸工程で0.001%以上添加することが必要である。一方、Al量が0.1%を超えると、表面性状の劣化を招く。従って、Al量は0.001〜0.1%とする。

0025

N:0.0005〜0.01%
Nは、鋼の耐時効性を劣化させる元素である。特に、N量が0.01%を超えると、耐時効性の劣化が顕著となる。その量は少ないほど好ましいが、生産技術上の制約から、N量は0.0005%以上にする必要がある。従って、N量は0.0005〜0.01%とする。

0026

残部はFeおよび不可避的不純物であるが、以下の理由で、Cr:0.01〜1.5%や、Mo:0.01〜1.0%、Ni:0.01〜2.0%、Cu:0.01〜2.0%から選ばれる少なくとも1種の元素が、単独で、あるいは組み合わせて含有されることが好ましい。

0027

Cr:0.01〜1.5%
Crは、組織強化により、鋼板の高強度化に寄与するため、適宜添加することができる。こうした効果を得るには、Cr量を0.01%以上にする必要がある。一方、Cr量が1.5%を超えると、第2相の割合が大きくなりすぎたり、Cr炭化物が過剰に生成するなどして、延性の低下を招く。したがって、Cr量は0.01〜1.5%とする。

0028

Mo:0.01〜1.0%、Ni:0.01〜2.0%、Cu:0.01〜2.0%の少なくとも1種
Mo、Ni、Cuは、固溶強化元素としての役割のみならず、焼鈍時の冷却過程において、オーステナイト相を安定化し、複合組織化により、鋼板の高強度化に寄与するため、適宜添加することができる。こうした効果を得るには、Mo量Ni量、Cu量は、それぞれ0.01%以上にする必要がある。一方、Mo量が1.0%、Ni量が2.0%、Cu量が2.0%を超えると、成形性が劣化する。したがって、Mo量は0.01〜1.0%、Ni量は0.01〜2.0%、Cu量は0.01〜2.0%とする。

0029

(2)製造条件
(2.1)熱間圧延
仕上圧延終了温度:Ar3点以上
熱間圧延後の鋼板のミクロ組織をベイナイト主体の組織とするため、仕上圧延オーステナイト単相で終了する必要がある。このため、仕上圧延の終了温度をAr3点以上とする。

0030

熱間圧延後の冷却条件:2s以内に50℃/s以上の平均冷却速度で600℃以下まで冷却
熱間圧延後の冷却を開始するまでに2秒を超える時間が経過すると、ランナウトテーブル上でフェライト相が不均一に生成しやすく、本発明で好適なベイナイト相主体とした均一な熱延鋼板のミクロ組織が得られない。また、平均冷却速度が50℃/sを下回る場合や600℃以下まで冷却しない場合も同様な問題が起こる。

0031

熱間圧延後の巻取温度:400〜550℃
巻取温度を400〜550℃とすることで、本発明で好適なベイナイト相を主体とした熱延鋼板のミクロ組織とすることができる。

0032

そして、上記の成分組成と製造条件(熱間圧延)によって、熱間圧延後の鋼板(冷間圧延前の鋼板)のミクロ組織をベイナイト主体の組織にして、ベイナイト面積率が90%以上、フェライト面積率が5%以下、パーライト面積率が5%以下にすることができる。

0033

なお、ベイナイトフェライトパーライト以外に、マルテンサイト焼戻しマルテンサイトセメンタイト等の炭化物が生成する場合があるが、上記のベイナイト、フェライト、パーライトの割合が満足されていれば、本発明の目的を達成することができる。

0034

(2.2)冷間圧延
冷間圧延時の圧下率:40%以上
圧下率が40%に満たない場合には、引き続いて焼鈍を行った際に、オーステナイト相への逆変態の核となる粒界や転位単位体積あたりの総数が減少し、最終製品での好ましいミクロ組織を得ることが困難になる。

0035

冷間圧延時の各圧延スタンド間張力:21.0kgf/cm2以上
冷間圧延時の各圧延スタンド間張力を21.0kgf/cm2以上にすることによって、幅方向および長手方向における延伸量の差が抑制され、エッジ亀裂の発生を抑制することができる。なお、上限については、過張力による破断防止の観点から、23.0kgf/cm2以下とすることが好ましい。各圧延スタンド間張力は、各圧延スタンドの圧下率などの圧延条件により、制御することができる。

0036

冷間圧延時の最終圧延スタンドを除く各圧延スタンド間の圧延線荷重差:0.25tonf/mm以下
冷間圧延時の最終圧延スタンドを除く各圧延スタンド間の圧延線荷重差を0.25tonf/mm以下にすることによって、各圧延スタンド間で急激な圧下変動がない冷間圧延を行うことができる。各圧延スタンド間の圧延線荷重差は、各圧延スタンドの圧下率などの圧延条件により、制御することができる。また、最終圧延スタンドを除く理由は、エッジ割れ亀裂やゲージ変動の発生は、最終圧延スタンドの前段側圧延スタンド圧延荷重差が問題となるからである。

0037

上記のようにして、本発明においては、成分組成と製造条件(熱間圧延、冷間圧延)を適正化することによって、幅方向の引張強度の変動が軽減されるとともに、エッジ亀裂の発生がなく、板厚変動(ゲージ変動)も大幅に低減された高強度鋼板を製造することができる。

0038

本発明の実施例として、980MPa級の高強度鋼板の製造を行った。

0039

表1に示す成分組成の鋼No.A〜Gを転炉により溶製し、連続鋳造法スラブとし、表2に示す熱延条件で熱間圧延した後、表2に示す冷延条件で冷間圧延を行った。

0040

熱間圧延は、仕上圧延終了後、2s以内に冷却を開始し、表2に示す平均冷却速度で600℃まで冷却したのち、巻き取った。冷間圧延の圧下率は40%とした。表1中のAr3(℃)は下記式にて算出した。

0041

Ar3(℃)=868−396×[C]+25×[Si]−68×[Mn]−21×[Cu]−36×[Ni]−25×[Cr]−30×[Mo]
ここで、[M]は鋼中の元素Mの含有量(質量%)を表す。

0042

また、表2中、スタンド間線荷重差は、#1〜#4圧延スタンドの圧延線荷重差の最大値を示す。

0043

0044

0045

そして、得られた熱延鋼板に対して、フェライトとパーライトとベイナイトの面積率は、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面研磨後、3%ナイタールで腐食し、板厚1/4位置(鋼板表面から深さ方向で板厚の1/4に相当する位置)について、SEM走査型電子顕微鏡)を用いて2000倍の倍率で10視野観察し、得られた組織画像を用いて、Media Cybernetics社のImage−Proを用いて各組織(フェライト、パーライト、ベイナイト)の面積率を10視野分算出し、それらの値を平均して求めた。上記の組織画像において、フェライトは灰色の組織、パーライトはフェライトとセメンタイト(白色)の層状の組織、ベイナイトはフェライトより若干白い組織を呈している。

0046

また、引張試験は、引張方向が鋼板の圧延方向に沿うようにサンプルを採取したJIS5号試験片を用いて、JIS Z2241(1998年)に準拠して行い、TS(引張強度)を測定した。引張試験のサンプルは幅センター位置およびエッジから20mm位置から採取を行った。エッジ位置TS−幅センターTSをΔTSとした。

0047

さらに、上記にて得られた冷間圧延後の鋼板に対して、エッジ亀裂については、作業者コイル長手方向において両エッジ部を目視にて確認を行った。また、板厚計X線)にて幅センター部の板厚をコイル全長測定し、冷間圧延目標板厚との偏差から、最大ゲージ変動量を算出した。

0048

結果を表3に表す。

0049

0050

本発明例における冷間圧延後の鋼板は、いずれもエッジ亀裂がなく、最大ゲージ変動量も50μm以下であり、エッジ品質とゲージ均一性に優れた高強度鋼板であることがわかる。また、焼鈍後において、本発明例の鋼板はいずれもTSが989〜1009MPaであり、980MPa級の高強度鋼板が得られている。

実施例

0051

これによって、本発明の有効性が確認された。

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