| 【発明の名称】 |
疲労特性および延性に優れた熱延鋼板およびその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】林田 輝樹
【氏名】脇田 淳一
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| 【要約】 |
【課題】鋼の組成、結晶粒径、熱延条件等を特定の範囲にすることにより優れた延性および疲労特性を持つ熱延鋼板とその製造方法を提供する。
【解決手段】質量比にて、Ｃ：０．０００９〜０．００４５％、Ｍｎ：０．０５〜０．７％、Ｐ：０．０４〜０．０９％、Ｓ：０．００２〜０．０１％、Ｎ：０．００６％以下、Ｔｉ：（４Ｃ＋３．４Ｎ）×１．２〜０．０７５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなり、さらに鋼板表面より板厚内部に１／４厚みの位置におけるフェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする疲労特性および延性に優れた熱延鋼板。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 質量比にて、Ｃ：０．０００９〜０．００４５％、Ｍｎ：０．０５〜０．７％、Ｐ：０．０４〜０．０９％、Ｓ：０．００２〜０．０１％、Ｎ：０．００６％以下、Ｔｉ：（４Ｃ＋３．４Ｎ）×１．２〜０．０７５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなり、さらに鋼板表面より板厚内部に１／４厚みの位置におけるフェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする疲労特性および延性に優れた熱延鋼板。
【請求項２】 質量比にて、Ｃ：０．０００９〜０．００４５％、Ｍｎ：０．０５〜０．７％、Ｐ：０．０４〜０．０９％、Ｓ：０．００２〜０．０１％、Ｎ：０．００６％以下、Ｔｉ：（４Ｃ＋３．４Ｎ）×１．２〜０．０７５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋳片を熱延工程を経て熱延鋼板とするにあたり、該鋳片を９００℃以下８６０℃以上の温度で熱間圧延を終了し、圧延後の８００℃以上の温度範囲では８０℃／ｓ以上の平均冷却速度で冷却し、その後巻き取ることを特徴とする疲労特性および延性に優れた熱延鋼板の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３４０〜４８０ＭＰａの引張り強度を持つ熱延鋼板に係わるものであり、鋼板の組成、結晶粒径、鋳片の加熱温度、冷却条件などを特定の範囲にした疲労特性の優れた熱延鋼板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】疲労特性に優れた熱延鋼板の製造技術については、種々考案されており、特開平５−５１６４６号公報や、特開平５−２９５４８５号公報に示されるようにフェライトと微細なベナイトとする方法がある。しかし、これらの技術は、引張り強度が４９０ＭＰａ以上の鋼板を対象としたものであり、引張り強度が４８０ＭＰａ以下の鋼板に比べて延性は低く、降伏強度は高いため、高い加工が必要とされる部品には向いていない。自動車等に使用される部品では、４８０ＭＰａ以下の強度で、高い延性を持ち、なおかつ従来よりも高い疲労特性が必要とされるものも多い。
【０００３】４８０ＭＰａ以下の引張り強度を持つ熱延鋼板で、疲労特性に優れた熱延鋼板の製造は、特開平５−３４５９４８号公報に記載されているように、極低炭素鋼にＣｕを添加する方法がある。しかし、この方法は、高温での強化を目的として高価なＣｕを添加したものであり、熱延での割れ防止のために、さらに高価なＮｉ添加も必要となり、これら元素添加による製造コストアップが問題である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者らは、引張り強度が３４０ＭＰａ以上４８０ＭＰａ以下の鋼板について、大幅なコストアップとなる特殊な添加元素を必要としない組成範囲で、引張り強度（ＭＰａ）×延性（％）≧１５０００を保ち、さらに（疲労限度／引張り強度）≧０．５３の疲労特性を有する鋼板およびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋼の組成、熱延鋼板の結晶粒径、熱延条件などを特定の範囲とすることで良好な延性を保ち、疲労特性がきわめて良好になることを見いだした。
【０００６】その要旨は、質量比にて、Ｃ：０．０００９〜０．００４５％、Ｍｎ：０．０５〜０．７％、Ｐ：０．０４〜０．０９％、Ｓ：０．００２〜０．０１％、Ｎ：０．００６％以下、Ｔｉ：（４Ｃ＋３．４Ｎ）×１．２〜０．０７５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなり、さらに鋼板表面より板厚内部に１／４厚みの位置におけるフェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする疲労特性および延性に優れた熱延鋼板であり、これを製造するには、鋳片の熱間圧延において、９００℃以下８６０℃以上の温度で熱間圧延を終了し、圧延後の８００℃以上の温度範囲では８０℃／ｓ以上の平均冷却速度で冷却し、その後巻き取ることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明における鋼の化学成分の限定理由について説明する。
【０００８】Ｃ量は少ない方が強度−延性バランスが良好になり、０．００４５％以下でその効果は大きくなる。しかし、０．０００９％未満になると、脱炭のためのコストが高くなるため好ましくない。したがってＣ量を０．０００９％〜０．００４５％に限定した。
【０００９】Ｍｎは、固溶強化による引張り強度向上や疲労特性向上の役割をはたし、０．０５％以上は必要である。しかし、０．７％を超えると延性を低下させる。したがってＭｎは０．０５〜０．７％でなければならない。
【００１０】Ｐは、その添加量を増すことによる引張り強度向上がきわめて大きな元素で、少ないコストでの強度向上に適した元素である。３４０ＭＰａ以上の引張り強度を持たせるためには０．０４％以上の添加が有効である。しかし、含有量が０．０９％を超えると延性や引張り強度に対する疲労強度の低下が大きくなる。したがって０．０４〜０．０９％に限定した。
【００１１】Ｓは、硫化物を形成し、割れの起点になる場合があり、延性や疲労特性を低下させる。そのため、０．０１％以下が必要である。しかし、０．００２％以下では、フェライト平均粒径が大きくなり疲労強度が低下する。したがって、Ｓ量を０．００２〜０．０１％に限定した。
【００１２】Ｎは、強度に対する延性を低下させるので、低い方が好ましく、０．００６％以下でなければならない。
【００１３】Ｔｉは、鋼中のＣおよびＮと結び付いて固溶Ｃおよび固溶Ｎを低減することで、鋼板の時効劣化を防止し、延性を確保するために必要な元素である。さらに、本発明においては、熱延板の結晶粒の粗大化を防止し、疲労特性を良好にするためにも必要な元素である。ＣおよびＮと完全に結び付かせるには、（４Ｃ＋３．４Ｎ）で表される量が必要であるが、本発明鋼においてはその１．２倍以上の量すなわち、（４Ｃ＋３．４Ｎ）×１．２以上は必要であることを本発明者らは見いだした。Ｔｉがこの量よりも少ないと、ＴｉとＣ、およびＴｉとＮが結び付いた析出物の量が少なく粗大粒が発生しやすくなり、結晶粒の粗大化によって疲労も低下する。さらに、固溶Ｃや固溶Ｎによる時効が起こるため、延性が大幅に低下する。しかし、その量が、０．０７５％を超えるとその効果が飽和する。したがって、Ｔｉ量を（４Ｃ＋３．４Ｎ）×１．２〜０．０７５％に限定した。従来、Ｔｉは特殊元素とされ、多量に使用すると大幅なコストアップとなるが、本発明は、上述のように使用量を微量とし、ＣｕやＮｉなどに比べてきわめて低いコストで製造できるようにしたものである。
【００１４】前記元素以外に鋼を製造する際に脱酸のために使用されるＳｉやＡＬが鋼中に残存することはさしつかえない。ただし、延性の大幅な低下を防止するために、Ｓｉは０．２％以下、Ａｌは０．１％以下が好ましい。
【００１５】以上示した組成の熱延鋼板で、良好な疲労特性と良好な強度−ＥＬバランスを有するためにはフェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下でなければならない。
【００１６】表２は、表１に示す本発明範囲内の組成を有する鋳片を１２５０℃に加熱し、本発明範囲内である８６０〜９００℃を仕上温度とする熱延で３．０ｍｍに仕上げた後、８００℃までの温度範囲を７〜２３０℃／ｓの種々の冷却速度で冷却し、６００℃で巻き取ることで、鋼板表面より板厚内部に１／４厚みの位置におけるフェライト平均粒径を７．６〜１７μｍの範囲に作り分けた熱延鋼板のフェライト平均粒径、引張り強度、延性を示したものである。冷却において、本発明外の７〜６０℃／ｓで冷却した場合、フェライト平均粒径は、１０．５μｍ以上となり本発明外になる。また、これらの鋼板の強度−延性バランスの良否は、引張り強度（ＭＰａ）×ＥＬ（％）の値で判定し、本発明で目指す強度範囲の鋼板における良加工性の目安として１５０００以上を目標にした。表２では、いずれもその値が１５０００以上となっており、良好である。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】図１は、上記表２に示される鋼板のフェライト平均粒径と疲労限度の関係を示したものであるが、１０μｍ以下の場合に疲労限度が際だって向上していることがわかる。図２は、フェライト平均粒径と疲労限度比の関係を示したものであるが、１０μｍ以下の場合に疲労限度比が、０．５３以上となり良好であることがわかる。一方、フェライト平均粒径が１０．４μｍ以上の場合は、引張り強度に対する疲労限度の比率は０．５３未満であり、これは従来鋼板並みである。
【００２０】このように、本発明組成の鋼板のフェライト平均粒径を１０μｍ以下にすることにより、良好な強度−延性バランスを保ち、疲労限度比を上昇させることができる。その理由は、１０μｍ以下の微細粒化によって疲労き裂の発生および進展を防止することができるためと考えられる。
【００２１】なお、鋼板の引張り強度および延性は、ＪＩＳ５号引張り試験片による測定値である。疲労限度は、３０Ｒのノッチを両端面つけた試験片を繰り返し曲げによる疲労試験を行い、１０7回の繰り返し後に割れが発生しなかった最大応力を示したものである。フェライト平均粒径は、鋼板の断面をナイタールエッチングした後、光学顕微鏡で１０００倍に拡大した写真を撮影し、これをＪＩＳ Ｇ ０５５２の切断法によって１００における２５ｍｍ平方中の結晶粒の数を求め、その結晶粒がいずれも同サイズの円であるとした場合の結晶粒１個の直径を示したものである。
【００２２】また、本発明の請求項１で示した鋼板を製造するためには、熱延の仕上温度が８６０℃以上９００℃以下でなければならない。９００℃を超える仕上温度では、鋼板表面より板厚内部に１／４厚みの位置におけるフェライト粒径が１０μｍ以下を確保するのは困難になり、疲労限度比が低下する。仕上温度が８６０℃未満では、延性の大幅な低下を招く。熱延後には、少なくとも８００℃以上の温度域を８０℃／ｓ以上の平均冷却速度で冷却する必要があり、これよりも遅い冷却速度の場合は、フェライト平均粒径が１０μｍを超え、疲労限度比が低下する。
【００２３】
【実施例】以下に本発明の実施例を比較例と共に示す。
【００２４】表３に示す化学成分の鋼塊を製造し、同じく表３に示す熱延条件によって２．６ｍｍの熱延鋼板とした。得られた熱延鋼板の鋼板表面より板厚内部に１／４厚みの位置におけるフェライト平均粒径も表３に示す。
【００２５】
【表３】
【００２６】表３のＮｏ．１〜１１は鋼の組成、熱延仕上温度、８００℃以上の温度域の平均冷却速度、フェライト平均粒径ともに本発明の範囲内である。Ｎｏ．１２〜１９は、表３に下線で示される、鋼の組成、熱延仕上温度、８００℃以上の温度域の平均冷却速度、フェライト平均粒径、のいずれか一つまたは複数が本発明範囲からはずれている。
【００２７】これらの熱延鋼板の引張り強度、延性および疲労限度を前記測定方法と同様な方法で測定した。強度−延性バランスの良否を判定するために、ＴＳ（ＭＰａ）×ＥＬ（％）の値を使い、疲労強度の良否を判定するために、疲労限度／引張り強度の値（疲労限度比）を使った。
【００２８】その結果を表４に示す。表４より成分、熱延条件のいずれも本発明の範囲に入っているものは、フェライトの平均粒径も本発明範囲内であり、これらは、ＴＳ（ＭＰａ）×ＥＬ（％）の値は、１５０００以上となっており良好である。さらに、疲労限度比は、０．５３以上であり、これも良好である。
【００２９】
【表４】
【００３０】一方、組成、フェライト平均粒径などが本発明からはずれたものは、疲労限度比が０．５３以上とはなっておらず、本発明鋼よりも疲労限度比が低い。結晶粒径が本発明範囲内に入っていても組成や熱延条件の一方、または複数が本発明範囲内からはずれたものは、ＴＳ（ＭＰａ）×ＥＬ（％）の値が１５０００未満であり、疲労限度比も本発明鋼より低い。
【００３１】このように、組成、熱延条件、フェライト平均粒径のいずれも本発明範囲に入っている鋼板のみが、ＴＳ（ＭＰａ）×ＥＬ（％）の値が１５０００以上で、疲労限度比は０．５３以上で、共に良好になることがわかる。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、鋼板の組成、フェライト平均粒径などを特定の範囲とすることで、引張り強度（ＭＰａ）×延性（％）≧１５０００を保ち、さらに（疲労限度／引張り強度）≧０．５３の疲労特性を有する鋼板とすることができた。また、その鋼板を熱延工程で製造するためには、熱延における仕上温度、８００℃以上の温度域における平均冷却速度などを特定範囲とすることにより製造することができた。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６６５５
【氏名又は名称】新日本製鐵株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年５月１１日（２０００．５．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０５４４１
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 久喬 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３１６７６５（Ｐ２００１−３１６７６５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１１月１６日（２００１．１１．１６） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１３８００５（Ｐ２０００−１３８００５） |
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