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【発明の名称】 加工性に優れた高強度熱延鋼板の安定製造方法
【発明者】 【氏名】高橋 雄三

【氏名】林田 輝樹

【氏名】小原 昌弘
【要約】 【課題】加工性に優れた、残留オーステナイトを含む高強度熱延鋼板を安定して製造し、生産性を改善することにより安価に供給する方法を提供する。

【解決手段】質量％でＣ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ≦０．１％、Ｓ≦０．０５％、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎ≦１００ｐｐｍを含み、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋳片を熱間圧延し、Ａｒ３変態点以上〜Ａｒ３変態点＋１００℃以下で熱間圧延を終了し、次に３５０℃以上〜５５０℃以下の温度域まで１０℃／秒以上〜８０℃／秒以下の冷却速度で冷却して巻き取り、巻き取った後の該鋼板中に円相当径０．１μｍ以上のベイニティックフェライトを生成させ、かつ円相当径０．１μｍ以上の炭化物の生成を回避するように冷却を行うことを特徴とするものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ≦０．１％、Ｓ≦０．０５％、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎ≦１００ｐｐｍを含み、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋳片を加熱後、熱間圧延し、冷却する熱間圧延鋼板の製造方法において、前記鋳片をＡｒ３変態点以上〜Ａｒ３変態点＋１００℃以下で熱間圧延を終了し、次に３５０℃以上〜５５０℃以下の温度域まで１０℃／秒以上、８０℃／秒以下の冷却速度で冷却して巻き取り、巻き取った後の該鋼板中に円相当径０．１μｍ以上のベイニティックフェライトを生成させ、かつ円相当径０．１μｍ以上の炭化物の生成を回避するように冷却を行うことを特徴とする、加工性に優れた高強度熱延鋼板の安定製造方法。
【請求項２】 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ≦０．１％、Ｓ≦０．０５％、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎ≦１００ｐｐｍを含み、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋳片を加熱後、熱間圧延し、冷却する熱間圧延鋼板の製造方法において、前記鋳片をＡｒ３変態点以上〜Ａｒ３変態点＋１００℃以下で熱間圧延を終了し、次に３５０℃以上〜５５０℃以下の温度域まで１０℃／秒以上、８０℃／秒以下の冷却速度で冷却して巻き取り、０．０５℃／秒以下の冷却速度で３分より長く１５分より短い時間冷却した後、１℃／秒以上の平均冷却速度で３５０℃未満の温度域まで冷却を行うことを特徴とする加工性に優れた高強度熱延鋼板の安定製造方法。
【請求項３】 質量％で、更に、Ｎｂ≦０．０５％、Ｔｉ≦０．１％、Ｃｕ≦０．５％、Ｃｒ≦０．５％、Ｎｉ≦０．５％、Ｖ≦０．５％、Ｗ≦０．５％、Ｃｏ≦０．５％、Ｓｎ≦０．５％、Ａｓ≦０．５％、Ｍｏ≦０．５％のうち少くとも一種以上を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の加工性に優れた高強度熱延鋼板の安定製造方法。
【請求項４】 質量％で、更に、Ｃａ：０．０００５％〜０．０２％、ＲＥＭ：０．００１％〜０．２％のうち一種以上を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の加工性に優れた高強度熱延鋼板の安定製造方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加工性に優れた高強度熱延鋼板の安定製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年自動車の軽量化ニーズに対応して、自動車用鋼板としてより高強度の鋼板が用いられるようになった。その高強度化の障害となっているのは高強度化に伴う加工性の劣化であり、高強度と良好な加工性を兼ね備えた鋼板が求められている。これまで、高強度であり、かつ加工性にも優れた熱延鋼板として、例えば特開昭６３−４０１７号公報に示される、残留オーステナイトを含む熱延鋼板が提案されている。この鋼板は、鋼中に残留オーステナイトを含有させ、その変態誘起塑性により優れた加工性を得る鋼板である。上記特許に開示された技術によれば、体積率で１０％程度の残留オーステナイトを得ることができる。
【０００３】自動車用鋼板としての高強度熱延鋼板を熱延工程で製造する場合、Ａｒ３変態点以上で圧延を終了し、ランアウトテーブルで４００℃前後まで水冷し、巻き取ることにより製造する。しかし、この製造方法の難点は、巻き取り温度（ランアウトテーブルでの水冷終了温度）の変動によって材質が変動し、一定の材質を得るには、上下限の差が５０℃という比較的狭い温度の範囲で巻き取りを行う必要があることである。熱延工程では、ストリップのフロント部（先頭部）やテール部（末尾部）は、ランアウトテーブル上を走行する際波打った形状となっているため均一に冷却が行われず、冷却終了温度（巻き取り温度）を上述の狭い温度範囲に的中させることは困難である。このため、コイル長手方向両端部では巻き取り温度外れのため良好な材質が得られず、それが歩留り低下の原因となっている。
【０００４】また、自動車軽量化ニーズに対応するためには更なる加工性の改善が必要であり、従って、残留オーステナイト量をより多く（体積率で１５％以上）得る製造方法が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑み、加工性に優れた、残留オーステナイトを含む高強度熱延鋼板を安定して製造し、生産性を改善することにより安価に供給する方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を達成するためになされたものであり、その手段は以下の通りである。手段１は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ≦０．１％、Ｓ≦０．０５％、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎ≦１００ｐｐｍを含み、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋳片を加熱後、熱間圧延し、冷却する熱間圧延鋼板の製造方法において、Ａｒ３変態点以上、Ａｒ３変態点＋１００℃以下で熱間圧延を終了し、次に３５０℃以上、５５０℃以下の温度域まで１０℃／秒以上、８０℃／秒以下の冷却速度で冷却して巻き取り、巻き取った後、円相当径０．１μｍ以上のベイニティックフェライトを生成させ、かつ円相当径０．１μｍ以上の炭化物の生成を回避するよう冷却を行うことを特徴とする、加工性に優れた高強度熱延鋼板の安定製造方法である。
【０００７】手段２は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ≦０．１％、Ｓ≦０．０５％、Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｎ≦１００ｐｐｍを含み、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋳片を加熱後、熱間圧延し、冷却する熱間圧延鋼板の製造方法において、Ａｒ３変態点以上、Ａｒ３変態点＋１００℃以下で熱間圧延を終了し、次に３５０℃以上、５５０℃以下の温度域まで１０℃／秒以上、８０℃／秒以下の冷却速度で冷却して巻き取り、０．０５℃／秒以下の冷却速度で３分より長く１５分より短い時間冷却した後、１℃／秒以上の平均冷却速度で３５０℃未満の温度域まで冷却を行うことを特徴とする、加工性に優れた高強度熱延鋼板の安定製造方法である。
【０００８】手段３は、質量％で、更に、Ｎｂ≦０．０５％、Ｔｉ≦０．１％、Ｃｕ≦０．５％、Ｃｒ≦０．５％、Ｎｉ≦０．５％、Ｖ≦０．５％、Ｗ≦０．５％、Ｃｏ≦０．５％、Ｓｎ≦０．５％、Ａｓ≦０．５％、Ｍｏ≦０．５％のうち少なくとも一種以上を含むことを特徴とする前記手段１または２の手段に記載の加工性に優れた高強度熱延鋼板の安定製造方法。
【０００９】手段４は、質量％で、Ｃａ：０．０００５％〜０．０２％、ＲＥＭ：０．００１％〜０．２％のうち少なくとも一種以上を含むことを特徴とする前記手段１〜３のいずれかの手段に記載の加工性に優れた高強度熱延鋼板の安定製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】まず、本発明における成分の限定理由について説明する。Ｃは、残留オーステナイトを得るのに不可欠な元素であり、０．０５％未満では残留オーステナイトが十分得られない。また、０．４％を越えると溶接性を劣化させる。このため下限は０．０５％、上限は０．４％である。
【００１１】Ｓｉは、５５０℃以下の温度域で起きるオーステナイトからの相変態、具体的にはオーステナイトからのベイニティックフェライトと炭化物への分解を制御する上で重要な元素である。Ｓｉの添加により炭化物の生成が抑制され、変態初期ではベイニティックフェライトのみが生成するようになる。残留オーステナイトは、そのベイニティックフェライトの生成によりオーステナイト中へのＣ濃化を図り得るものである。炭化物を抑制する効果を得るためには、Ｓｉ添加量を０．５％以上とする必要があり、この観点からＳｉ量下限は０．５％とする。一方、Ｓｉ量が３．０％を越えるとその効果は飽和し、かえってスケール性状を劣化させるので上限は３．０％とする。
【００１２】Ｍｎは、オーステナイトの安定化元素としてオーステナイトの残留、およびその加工に対する安定化に寄与し、延性（加工性）を向上させる。その効果は０．５％未満では十分発揮されず、一方、３．０％以上ではその効果は飽和しかえってフェライト変態を遅延させフェライト体積率を減少させ、残留オーステナイト量の減少を招く。この理由から、下限は０．５％、上限は３．０％とする。
【００１３】Ｐは、靭性を劣化させる元素であり、特にＣ、Ｓｉを多量に含む鋼は靭性が劣化しやすい傾向にあるため、Ｐの上限は０．１％とする。Ｓは、過多にあると硫化物系の介在物が生成し、加工性が劣化するので、その上限を０．０５％とする。Ａｌは、鋼の脱酸のために必要な元素であり、０．００１％以上の添加を必要とする。しかし、過多に添加してもその効果は飽和し経済的でなくなるので上限を０．１％とする。
【００１４】Ｎは過多にあると溶接性を劣化させる。従って溶接性確保の観点から、０．０１％を上限とする。また、鋼の強度を若干調整するために以下の元素を少くとも１種以上添加してもよい。但し、過多の添加は強度を過度に増加させ加工性を劣化させるために、その上限（質量％）は下記とする。
Ｎｂ≦０．０５％Ｔｉ≦０．１％Ｃｕ≦０．５％Ｃｒ≦０．５％Ｎｉ≦０．５％Ｖ≦０．５％Ｗ≦０．５％Ｃｏ≦０．５％Ｓｎ≦０．５％Ａｓ≦０．５％Ｍｏ≦０．５％また、Ｃａ、ＲＥＭは硫化物形態を球状化して加工性を更に良好とするため、それらのうち両方、または一方を添加しても良い。その効果を発揮させるためには、それぞれ０．０００５％、０．００１％以上の添加を必要とする。しかし、過多にあると、介在物球状化の効果が飽和する一方で逆に介在物の増加を招き延性を劣化させる。このため、これらの上限をそろえぞれ０．０２％、０．２％とする。
【００１５】次に本発明の製造方法における、熱延・冷却条件について説明する。圧延終了温度がＡｒ３変態点より低いと組織が結晶粒の粗大な加工組織となり、加工性（延性）が著しく劣化する。このため、圧延終了温度の下限はＡｒ３変態点とする。一方、加工性（延性）は、結晶粒径が細かいほど良好となり、また結晶粒径は圧延終了温度が低いほど細かいので、圧延終了温度は低いほど好ましい。この観点から、圧延終了温度の上限は、Ａｒ３＋１００℃とする。
【００１６】圧延後の冷却過程においては、フェライト変態を十分促進し、未変態オーステナイト中へＣを濃化する必要がある。冷却速度が過度に大きいとフェライト変態が進まないため、その上限は８０℃／秒に規定される。一方、冷却速度が過度に遅い場合、フェライト変態の後にパーライト変態が起き、残留オーステナイトが分解されるため、延性が劣化する。この観点から冷却速度の下限は１０℃／秒に規定する。
【００１７】巻き取り条件及び巻き取り後の冷却条件が本発明の重要な要件をなしている。以下にその要件とその理由について説明する。従来の技術では、巻き取り温度が変わると、残留オーステナイト量が変わり材質も変化する、また残留オーステナイト量が十分ではない等の難点があった。本発明者らは、その課題解決のため、Ｃ：０．０１５％、Ｓｉ：１．５％、Ｍｎ：１．５％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００２％、Ａｌ：０．０１５％、Ｎ：０．００２０％を主成分とする鋼を供試鋼として、巻き取り温度、及び巻き取り後のコイルの急冷開始時間を種々変えて、組織、材質を調査した。図１にそれらの条件と残留オーステナイト量の関係を示している。ここで、圧延終了温度は８７０℃、冷却速度は４０℃／秒である。巻き取り後のコイル急冷は、コイルの水冷により行い、その際の冷却速度は１℃／秒以上である。またコイルの急冷を行わないコイル放冷時の冷却速度は、０．０５℃／秒以下である。ここでコイルの冷却速度とは、コイル側面に熱電対を設置し測定した値である。また、本鋼のＡｒ３変態温度は、実験式（Ａｒ３変態温度（℃）＝９８０−４５１×Ｃ−１２５×Ｍｎ）にて計算を行うと約７２５℃であり、従って、上述の圧延温度はＡｒ３変態点以上である。
【００１８】前述のように残留オーステナイトを含む鋼板において、市場に要求される良好な加工性を得るには体積率で１５％以上の残留オーステナイトが必要である。図１から分かるように、従来のコイル放冷の場合、巻き取り温度が３５０〜４００℃の約５０℃の狭い領域に入っている場合には体積率にして１０％程度の残留オーステナイト量が得られているが、この巻き取り温度範囲を外れると高い残留オーステナイト量は得られなくなる（残留オーステナイト体積率≦５％）。しかし、巻き取り後３分〜１５分の間にコイルの急冷を行った場合、巻き取り温度が３５０℃〜５５０℃という広い温度域でも残留オーステナイト量が得られ、なおかつ得られる残留オーステナイト量も１５％以上と従来法より遥かに多いことが分かった。
【００１９】この理由について、鋭意検討し、次のような結論を得た。Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００２％、Ａｌ：０．０１５％、Ｎ：０．００２０％の組成からなるＳｉ添加鋼の５５０℃以下でのオーステナイトからの相変態挙動（オーステナイトからのベイニティックフェライト及び炭化物の生成）の調査を行い、本成分範囲では概ね図２の恒温変態曲線図で示される挙動を示すことが分かった。ここで、図２は、供試鋼を１２００℃に保持してオーステナイト化した後、６９０℃に保持して実製品同様にフェライト体積率を８０％とし、次に図中縦軸に示される温度まで急冷し、その温度に横軸に示される時間保持して再び急冷して組織を調査した結果である。横軸の値は、縦軸に示される温度に急冷・保持し始めてからの時間（分）を示している。
【００２０】図中には、円相当径０．１μｍ以上のベイニティックフェライトが生成する条件と円相当径０．１μｍ以上のセメンタイトが生成する条件（透過型電子顕微鏡による調査結果）を示している。円相当径０．１μｍ以上のセメンタイトについては、生成量の観察も行っており、第二相部分の１００μｍ×１００μｍの視野中に１〜１００個存在する場合、「微量生成」、１０１個以上生成する場合は「多量生成」としている。
【００２１】ここで、ベイニティックフェライトとは、図３に示されるような針状の組織である。その円相当径は、図中に示すような針状の粒を一つの結晶粒と定義して求めた円相当径の値とした。また、炭化物も、同じく図３に示されるような細長い針状の形態を示すものである。その円相当径も同様に図中に示されるように針状の炭化物の粒を一つの結晶粒と定義して求めた円相当径である。
【００２２】十分な（≧１５％）残留オーステナイトが得られる条件は、図３中で、ベイニティックフェライトのみが生成している状態（図３中に記載した部分）から、炭化物を微量でも生成させることなく冷却した場合のみであり、炭化物が微量、または多量に生成した状態、または、ベイニティックフェライトが生成していない状態から直接冷却した場合は、それぞれ残留オーステナイトが分解しているかもしくは残留オーステナイト中へのＣ濃化が不十分のためマルテンサイトとなっているため十分な残留オーステナイトが得られないことが分かった。従って、十分な残留オーステナイトを得るための条件は、巻き取り後の３５０℃〜５５０℃の温度域でベイニティックフェライトが生成させることと、ベイニティックフェライトが生成した後に微量でも炭化物を生成させないような冷却を行うことである。
【００２３】巻き取り後に冷却速度が極めて遅い放冷を行った場合、巻き取り温度が高すぎると（≧４００℃）ベイニティックフェライトの生成に続いて炭化物が生成し残留オーステナイトが分解して無くなる。巻き取り温度が適正（３５０〜４００℃）でも、放冷により室温まで冷却すると微量に炭化物が生成するため、１０％程度の残留オーステナイトが得られるが十分な量は得られない。これに対し、鋼板を巻き取り後適切なタイミングで急冷した場合は、広い巻き取り温度範囲（３５０〜５５０℃）において、急冷により炭化物の生成を完全に回避することができるために、十分な残留オーステナイトが得られる。このため、巻き取り後に適切なタイミングで強制冷却を行うことにより、３５０℃〜５５０℃という従来より遥かに広い巻き取り温度範囲で、従来よりも大きな残留オーステナイト量を得ることができるのである。
【００２４】本発明は以上の知見に基づいたものであり、巻き取り条件及び巻き取り後の冷却条件は以下のように規定される。巻き取り温度の下限は３５０℃、上限は５５０℃である。下限は、残留オーステナイトを得る有効なベイニティックフェライトの生成する下限温度により規定され、上限は、ベイニティックフェライトより先に炭化物が生成し残留オーステナイトが十分得られなくなる温度の下限により規定される。
【００２５】巻き取った後、残留オーステナイトを得て加工性を良好とするためには、円相当径０．１μｍ以上のベイニティックフェライトを生成させ、かつその後に起きる円相当径０．１μｍ以上の炭化物の生成を完全に回避するような冷却条件とする必要がある。実製造ラインにおいてその条件を容易に達成するための方法について説明する。
【００２６】上述のように、巻き取った後、円相当径０．１μｍ以上ベイニティックフェライトを生成させるためには、３５０〜５５０℃間の温度域に保持しておく必要がある。巻き取り後のコイル冷却速度は概ね０．０５℃／秒以下であるが、ベイニティックフェライトを生成させるためには、この冷却条件にて３分以上保持する必要がある。一方、１５分以上保持すると円相当径０．１μｍ以上炭化物が生成し、残留オーステナイトが得られなくなる。この観点から、巻き取り後１５分以内にコイルの急冷を行う必要がある。また、コイルの強制冷却は１℃／秒以上の冷却速度とする必要がある。これより遅い場合、炭化物が生成しやすくなり良好な材質が得にくい。
【００２７】強制冷却は炭化物生成が起きなくなる十分低い温度域まで行う必要があり、この観点から３５０℃未満の温度域まで行わなければならない。
【００２８】
【実施例】表１に示す成分の鋼を、同じく表２に示す条件により熱延・冷却を行った。その結果得られた鋼板の組織、機械的性質の調査結果も同じく表２に示している。巻き取り後の冷却速度は、巻き取り後急冷を行った場合は、巻き取り直後から巻き取り後急冷を始めるまでの間の平均冷却速度であり、巻き取り後急冷を行なわなかった場合は、巻き取り温度からから３５０℃に冷えるまでの平均冷却速度である。温度測定は、コイル側面の付けた熱電対により測定した求めた。
【００２９】表２中で残留オーステナイト量は、供試鋼の１／２幅部・１／４厚部よりＸ線回折試験片を採取しＸ線回折法により求めた値である。機械的性質は、供試鋼の１／２幅部よりＣ方向にＪＩＳ５号引張試験片を採取し調査した。ベイニティックフェライト、炭化物の有無は、１／４厚部の組織を電子顕微鏡にて観察し、調査した。それらのサイズ、量は、第二相部分の任意の１００μｍ×１００μｍの視野中で観察し求めた結果である。コイルの冷却速度はコイル側面に熱電対を設置し測定した。
【００３０】Ｎｏ．１〜５は本発明に従った例であり、広い巻き取り温度範囲で高い全伸び（延性）と強度延性バランス（ＴＳ×Ｔ．Ｅｌ）が得られている。Ｎｏ．６では、巻き取り温度が高すぎるため、十分な量の残留オーステナイトが得られておらず、全伸びが小さい。Ｎｏ．７では、巻き取り温度が低すぎるため、十分な量の残留オーステナイトが得られておらず、全伸びが小さい。Ｎｏ．８では、巻き取り後急冷開始時間が短すぎるため、良好な全伸びが得られていない。Ｎｏ．９では、巻き取り後急冷開始時間が長すぎるため、良好な全伸びが得られていない。Ｎｏ．１０ではＳｉ量が低すぎるため、十分な量の残留オーステナイトが得られておらず良好な伸びが得られていない。Ｎｏ．１１は、巻き取り後冷却速度が速すぎるため、ベイニティックフェライトが生成しておらず、残留オーステナイト量が少なく全伸びが小さい。Ｎｏ．１２は、巻き取り後の急冷速度が遅すぎるため、炭化物が生成しており、残留オーステナイト量が小さく、全伸びが小さい。Ｎｏ．１３は、巻き取り後のコイル強制冷却停止温度が高すぎるため炭化物が生成しており全伸びが小さい。Ｎｏ．１４は、巻き取り後急冷を行わない従来法であり、微量に炭化物が生成しているため全伸びが小さい。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
【表３】

【００３４】
【発明の効果】本発明法によれば、加工性が優れた高強度熱延鋼板を安価に製造することができ、自動車の軽量化に及ぼす効果は大きい。
【出願人】 【識別番号】０００００６６５５
【氏名又は名称】新日本製鐵株式会社
【出願日】 平成１２年７月３１日（２０００．７．３１）
【代理人】 【識別番号】１０００７７５１７
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外２名）
【公開番号】 特開２００２−４７５１７（Ｐ２００２−４７５１７Ａ）
【公開日】 平成１４年２月１５日（２００２．２．１５）
【出願番号】 特願２０００−２３１１２０（Ｐ２０００−２３１１２０）