用作冷軋原材料的熱軋鋼板及其制造方法

用作冷軋原材料的熱軋鋼板及其制造方法
【專利摘要】本發明提供一種即使用軋制能力低的冷軋機也能夠經濟地制造薄的冷軋鋼板、表面處理冷軋鋼板的原材料熱軋鋼板及其制造方法。一種用作冷軋原材料的熱軋鋼板，其具有如下化學組成：以質量％計含有C：0.016～0.07％、Si：0.1％以下、Mn：0.05～0.5％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Sol.Al：0.02～0.1％、N：0.005％以下、B：0.0003～0.0030％、Ti：0.004％以下、Nb：0.003％以下，余量由Fe和不可避免的雜質構成，平均結晶粒徑為13μm以下，并且時效指數AI為10MPa以下。
【專利說明】用作冷軋原材料的熱軋鋼板及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及在電機、建筑材料等領域中使用的薄的冷軋鋼板(cold rolled steelsheet)或表面處理冷軋鋼板(surface treated cold rolled steel sheet)的制造中，可以用作冷軋原材料的用作冷軋原材料的熱軋鋼板(hot rolled steel sheet)及其制造方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著世界人口的增長、經濟的發展，對用于電機、建筑材料的鋼板的需求不斷增加。特別是在建筑物的外壁、屋頂等建筑材料中，使用將板厚為0.5mm以下的薄冷軋鋼板或在其之上實施了鍍覆、涂裝等的表面處理冷軋鋼板加工為波狀的材料(也稱為瓦楞板)。
[0003]為了使建筑材料低成本化，希望將這種冷軋鋼板、表面處理冷軋鋼板薄規格化，但是對于建筑材料這樣的用途而言，大多情況下通過在所需地點附近的軋制能力低的冷軋機實施冷軋，而由于冷軋時的負荷不足，存在無法薄規格化的問題。
[0004]因此，提高了對用作原材料的冷軋負荷低的軟質熱軋鋼板的要求，例如，在專利文獻I中提出了涉及將鋼中的C量極低碳化至0.010質量％以下的熱軋鋼板的技術，并且，在專利文獻2中提出了涉及將鋼中的N量減少至0.0020質量％以下的熱軋鋼板的技術。進而，在專利文獻3中提出了使鋼中的C量為0.01~0.10質量％、N量為0.010質量％以下，在700°C以上且Ar3相變點以 下的終軋溫度下進行熱軋[所謂的α (鐵素體)軋制]，得到具有粗大晶粒的熱軋鋼板的技術。
[0005]此外，作為得到軟質熱軋鋼板的方法，還已知涉及添加有T1、Nb的無間隙原子(Interstitial Free)鋼板的技術。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開平3-79726號公報
[0009]專利文獻2:日本特公昭63-30969號公報
[0010]專利文獻3:日本特開2010-77482號公報

【發明內容】

[0011]發明所要解決的問題
[0012]然而，在專利文獻1、2所記載的涉及C、N等氣體成分量低的熱軋鋼板的技術中，在制鋼時需要實施真空脫氣處理，不可避免地增加了制造成本。另外，為了使用軋制能力低的冷軋機制造板厚為0.3mm以下的薄的冷軋鋼板、表面處理冷軋鋼板，需要使作為原材料的熱軋鋼板的板厚為3mm以下，但在C、N量較低時，難以確保Ar3相變點以上的終軋溫度，容易在板厚方向上形成不均勻的顯微組織，損害了冷軋性。
[0013]在專利文獻3記載的α軋制的技術中，熱軋鋼板的強度容易受到終軋溫度、卷取溫度的影響，無法穩定地薄規格化。[0014]在添加有T1、Nb的無間隙原子鋼板中，由于添加昂貴的T1、Nb,因此成分成本提高，并且再結晶溫度上升，需要高溫退火，制造成本也上升。
[0015]本發明是為了解決這些問題而進行的，其目的在于提供一種即使用軋制能力低的冷軋機也能夠經濟地制造薄的冷軋鋼板、表面處理冷軋鋼板的原材料熱軋鋼板及其制造方法。
[0016]用于解決問題的方法
[0017]如上所述，在以往的技術中，為了降低冷軋負荷，著重進行了使作為原材料的熱軋鋼板軟質化的研究。但是，本發明人發現，即使使用軟質的熱軋鋼板，也存在冷軋負荷增大的情況，其原因在于并沒有對熱軋鋼板的強度產生較大影響的少量的固溶C、N。另外，本發明人發現，通過添加作為廉價元素的B，同時將熱軋鋼板的粒徑設定為規定范圍以下，并且減小時效指數(Al)，則即使卷取溫度不均、或為了提高生產率而對卷取后的卷材進行水冷，固溶C、N也幾乎不存在，可以穩定地對冷軋后(冷軋狀態)的鋼板進行軟質化，也就是說，可以抑制因冷軋而導致的強度上升，降低冷軋負荷。
[0018]接著，對構成本發明基礎的實驗結果進行說明。
[0019]使用以質 量％計含有C:0.002 ~0.05%、Si:0.01%, Mn:0.15%, P:0.012%,S:0.008%, Sol.Al:0.035%、N:0.003%的鋼，在加熱溫度:1250°C下加熱后，在終軋溫度(finishing temperature):92CTC下熱軋，在卷取溫度(coiling temperature):65CTC下卷取后，放冷，酸洗，然后進行延伸率:1%的表面光軋(temper rolling),得到熱軋鋼板。接著，以軋制率:78%對該熱軋鋼板進行冷軋,得到冷軋狀態的鋼板(steel sheet as coldrolled)。從所得的熱軋鋼板和冷軋狀態的鋼板上裁取以軋制方向作為長度方向的JIS5號拉伸試驗片，根據JIS Z2241進行拉伸試驗,求出拉伸強度(tensile strength) TS。對于熱軋鋼板，為了評價固溶C、N量，使用以軋制方向作為長度方向的JIS5號拉伸試驗片，通過拉伸加工賦予7.5%預應變后，進行100°C X 30分鐘的熱處理，求出由熱處理前后的強度差定義的時效指數(aging index)Al。另外,觀察熱軋鋼板的顯微組織(microstructure),通過JIS 60552(1998)中記載的切斷法求出平均結晶粒徑。
[0020]圖1中表示熱軋鋼板的平均結晶粒徑與熱軋鋼板的TS以及冷軋狀態的鋼板的TS的關系。
[0021]圖2中表示熱軋鋼板的Al與冷軋狀態的鋼板的TS的關系。
[0022]由圖1可知，熱軋鋼板的TS依賴于平均結晶粒徑，并且當C含量少至低于0.016%，平均結晶粒徑較大時，熱軋鋼板的TS降低。但是，對這些熱軋鋼板進行冷軋后的鋼板(冷軋狀態的鋼板)的TS，與上述熱軋鋼板的TS相反，通過使熱軋鋼板的平均結晶粒徑為13 μ m以下，可以得到較低值。
[0023]另外，由圖2可知，在過飽和度較低而難以析出滲碳體的C〈0.016%時，與C^0.016%時相比，熱軋鋼板的Al高，冷軋狀態的鋼板的TS高。
[0024]雖然其原因尚未明確，但推測為由于熱軋鋼板的TS是在拉伸試驗中得到的至多0.3左右應變下的TS，而冷軋狀態的鋼板的TS是1.8的高應變下的TS，因此固溶C、N在高應變區域中發揮出更大的加工硬化能力，增大了冷軋狀態的鋼板的TS。也就是說，為了降低冷軋狀態的鋼板的TS，減少這種固溶C量、N量，將熱軋鋼板的Al減小至IOMPa以下是有利的。[0025]由于根據上述結構可以判斷減少熱軋鋼板中的固溶C、N量是有效的，因此準備在以質量％計含有 C:0.03%, Si:0.01%, Mn:0.15%, P:0.012%, S:0.008%, N:0.003%的鋼中添加有與C、N等的親和力高的B、Ti的鋼，在加熱溫度:1250°C下加熱后，在終軋溫度:920°C下熱軋，在卷取溫度:550°C下卷取后，放冷，酸洗，然后進行延伸率:1%的表面光軋，得到熱軋鋼板，再以軋制率:79%對該熱軋鋼板進行冷軋，在各種退火溫度下保持30秒進行退火后，進行延伸率:I %的表面光軋，得到冷軋鋼板。從所得的冷軋鋼板上裁取以軋制方向作為長度方向的JIS5號拉伸試驗片，根據JIS Z2241進行拉伸試驗，求出拉伸強度TS。
[0026]圖3中表示基于B、Ti量的退火溫度與冷軋鋼板的TS的關系。
[0027]由圖3可知，在添加B或Ti來減少固溶C、N時，冷軋狀態的鋼板的TS降低，冷軋負荷降低。但是，對于添加有0.011%的Ti的鋼而言，TS伴隨退火溫度上升的降低向高溫側移動，可以確認再結晶溫度上升。例如，為了充分維持作為瓦楞板的成形性，優選將TS設定為 400MPa 以下，但添加 T1:0.011%的鋼與匕11 為 tr.(Β〈0.0001%,Ti<0.001% )的鋼、添加B的鋼相比，需要在大約75°C的高溫下退火，無法避免制造成本的提高。
[0028]另一方面，對于添加B的鋼而言，雖然其冷軋狀態的鋼板的TS下降，冷軋負荷降低，但顯示出了與未添加B和Ti的鋼同樣的再結晶特性。因此，為了在不使再結晶溫度上升的情況下降低冷軋狀態的鋼板的TS，添加B是有效的。需要說明的是，與C、N形成碳氮化物的Nb的情況，也和添加Ti的鋼相同，產生了再結晶溫度的上升。
[0029]本發明基于上述見解而完成，提供一種用作冷軋原材料的熱軋鋼板，其具有如下化學組成:以質量％計含有c:0.016~0.07%, S1:0.1 %以下、Mn:0.05~0.5 %、P:0.03 % 以下、S:0.03 % 以下、Sol.Al:0.02 ~0.1 %、N:0.005 % 以下、B:0.0003 ~0.0030%,T1:0.004%以下、 Nb:0.003%以下，且余量由Fe和不可避免的雜質構成，平均結晶粒徑為13 μ m以下，并且時效指數Al為IOMPa以下。
[0030]本發明的熱軋鋼板可以通過如下方法制造:對具有上述化學組成的鋼坯實施終軋溫度=Ar3相變點~(Ar3相變點+49°C )、最終道次的軋制率:20 %以上的熱軋，然后在0.4秒以內以10°C /秒以上的冷卻速度進行冷卻，直至700°C以下，并在450~650°C的卷取溫度下卷取為卷材狀。這時，優選對卷取后的卷材狀的鋼板進行水冷。
[0031]發明效果
[0032]根據本發明，即使用軋制能力低的冷軋機，也能夠經濟地制造薄的冷軋鋼板、表面處理冷軋鋼板。使用本發明的熱軋鋼板制造的冷軋鋼板、表面處理冷軋鋼板，能夠大大有助于墻體材料、屋頂材料等建筑材料的低成本化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是表示熱軋鋼板的平均結晶粒徑與熱軋鋼板的TS以及冷軋狀態的鋼板(steel sheet as cold rolled)的 TS 的關系的圖。
[0034]圖2是表示熱軋鋼板的Al與冷軋狀態的鋼板的TS的關系的圖。
[0035]圖3是表示基于B、Ti量的退火溫度與冷軋鋼板的TS的關系的圖。
【具體實施方式】
[0036]以下，詳細說明本發明。需要說明的是，以下的“％”，只要沒有特別說明則表示“質量％”。
[0037]I)化學組成
[0038]C:0.016 ~0.07%
[0039]如果C量超過0.07%，則會生成大量的滲碳體，增大冷軋負荷。另一方面，當C量低于0.016%時，由于過飽和度低，因此難以析出滲碳體，C以固溶狀態殘留，增大冷軋負荷。因此,將C量設定為0.016~0.07%。
[0040]S1:0.1% 以下
[0041]如果Si量超過0.1%，則強度上升，增大冷軋負荷。因此，將Si量設定為0.1%以下。需要說明的是，Si量的下限不需要特別規定，但由于過度的降低會導致成本上升，因此優選使其下限為0.001%。
[0042]Mn:0.05 ~0.5%
[0043]由于Mn具有以MnS的形式固定S，提高熱軋性的作用，因此其量必須為0.05%以上。但是，如果Mn量超過0.5%，則 會導致鋼的硬質化，增大冷軋負荷。因此，將Mn量設定為 0.05 ~0.5%o
[0044]P:0.03% 以下
[0045]P是固溶強化元素，如果其量超過0.03%，則會導致鋼的硬質化，增大冷軋負荷。因此，將P量設定為0.03%以下。其下限不需要特別規定，但由于過度的降低會導致成本上升，因此優選使其下限為0.001 %。
[0046]S:0.03% 以下
[0047]S是損害熱軋性的元素，如果其量超過0.03%，則會在卷材邊緣產生裂邊。因此，將S量設定為0.03%以下。其下限不需要特別規定，但由于過度的降低會導致成本上升，因此優選使其下限為0.001 %。
[0048]Sol.Al:0.02 ~0.1 %
[0049]Al具有通過形成AlN而固定B無法固定的N，從而減少固溶N，降低冷軋負荷的效果。為了得到這樣的效果，必須將Sol.Al量設定為0.02 %以上。但是，如果其量超過0.1 %，則會導致制造成本的提高。因此，將Sol.Al量設定為0.02~0.1 %。
[0050]N:0.005% 以下
[0051]N容易以固溶狀態殘留在熱軋鋼板中，增大冷軋負荷，因此必須將其量設定為0.005%以下。其下限不需要特別規定，但由于過度的降低會導致成本上升，因此優選使其下限為0.001 %，更優選使其下限為0.002%。
[0052]B:0.0003 ~0.0030%
[0053]如圖3所示，對于降低冷軋狀態的鋼板的TS、即降低冷軋負荷來說，添加B是有效的。其原因可以認為是，由于B是強力的氮化物形成元素，因此形成BN而固定N，減少了固溶N。為了得到這樣的效果，必須將B量設定為0.0003%以上。但是，如果其量超過0.0030%，則生成鐵的硼化物，增大了冷軋負荷。因此，將B量設定為0.0003~0.0030%。
[0054]T1:0.004% 以下
[0055]近來，高張力鋼、高成形性IF鋼的制造量不斷增加，而作為這些鋼所需添加元素的Ti，容易作為雜質殘留在鋼中，并且如圖3所示，有時顯著地提高了再結晶溫度。因此，必須將Ti量設定為0.004%以下。需要說明的是，Ti量越少越好，也可以為0%。[0056]Nb:0.003% 以下
[0057]和Ti同樣地，Nb也是高張力鋼、高成形性IF鋼中的必需元素，容易作為雜質殘留在鋼中，有時顯著地提高了再結晶溫度。因此，必須將Nb量設定為0.003%以下。需要說明的是，Nb量越少越好,也可以為0%。
[0058]余量為Fe和不可避免的雜質。
[0059]2)平均結晶粒徑:13 μ m以下(鐵素體晶粒)
[0060]如圖1所示，對于降低冷軋狀態的鋼板的TS來說，將熱軋鋼板的平均結晶粒徑設定為13μπι以下是有效的。其原因可以認為是，通過減小平均結晶粒徑，作為滲碳體析出位點的晶界增加，減少了固溶C。特別是在對卷取后的卷材狀鋼板進行水冷時，為了析出滲碳體，將平均結晶粒徑設定為13μπι以下是有效的。更優選為小于12μπι。
[0061]3) Al:1OMPa 以下
[0062]Al是固溶C量、固溶N量的指標，如圖2所示，為了降低冷軋狀態的鋼板的TS，有效的是使熱軋鋼板的Al為IOMPa以下,其原因可以認為是,通過使Al為IOMPa以下，固溶C量、固溶N量減少。
[0063]4)制造方法
[0064]本發明的熱軋鋼板可以通過在以下條件下對具有上述化學組成的鋼坯進行熱軋而制造。
[0065]終軋溫度:Ar3相變點~(Ar3相變點+49°C )的溫度范圍、最終道次軋制率:20%以上
[0066]當作為熱軋最終道次的輸出側溫度的終軋溫度低于Ar3相變點時，在板厚方向上容易生成不均勻的顯微組織，冷軋后容易產生板厚偏差，因此必須在Ar3相變點以上進行精車U更優選為Ar3相變點+10°C以上。需要說明的是，此處的最終道次，是指熱軋中最終軋制機架的軋制。另一方面，當終軋溫度超過(Ar3相變點+49°C )、最終道次的軋制率(也稱為軋制率)低于20%時，最終道次后在Y (奧氏體)區中通過再結晶而生成粗大的晶粒，形成在相變后也具有平均結晶粒徑超過13 μ m的組織的熱軋鋼板，作為滲碳體析出位點的晶界減少，冷軋負荷變大。更優選為Ar3相變點+25°C以下。因此，必須將終軋溫度設定為Ar3相變點~(Ar3相變點+49°C )的溫度范圍，將最終道次的軋制率設定為20%以上。
[0067]熱軋后的冷卻:0.4秒以內以10°C /秒以上的冷卻速度進行冷卻，直至700°C以下
[0068]熱軋后，即在上述熱軋的最終道次后沒有立即開始冷卻而放冷時，在放冷中晶粒生長，形成具有平均結晶粒徑超過13 μ m的組織的熱軋鋼板，作為滲碳體析出位點的晶界減少，冷軋負荷變大。另外，當冷卻速度慢至低于10°C/秒時，同樣地冷軋負荷變大。因此，在熱軋后必須立即冷卻，即在0.4秒以內以10°C/秒以上的速度進行冷卻。冷卻必須進行至晶粒生長速度快的700°C以下。另一方面，雖然冷卻速度沒有上限，但為了獲得過快的冷卻速度需要大規模的設備，成本提高，因此優選為100°C /秒以下。
[0069]卷取溫度:450~650°C
[0070]當卷取溫度超過650°C時，容易產生氧化皮缺陷。另外，如果卷取溫度低于450°C，則卷材形狀容易散亂。因此，將卷取溫度設定為450~650°C。需要說明的是，對于如本發明所述的通過添加B而固定N，并且通過使平均結晶粒徑為13 μ m以下而增加滲碳體析出位點的鋼板，即使對卷取后的卷材進行水冷，在其冷卻中C也充分析出，可以減少固溶C量，因此從提高生產率的觀點出發，優選對卷取后的卷材進行水冷。
[0071]對于熱軋之前的加熱的溫度，只要是可以確保終軋溫度的程度的溫度、通常為1050°C以上即可。
[0072]本發明的熱軋鋼板，可以是酸洗板材，也可以是帶黑皮的材料(非酸洗板材)，其特性不會改變。另外，即使進行以提高酸洗性、矯正形狀等為目的的表面光軋、整平，其特性也不會改變。
[0073]另外，為了形成冷軋鋼板或表面處理鋼板，對本發明的熱軋鋼板實施冷軋。本發明的熱軋鋼板，由于冷軋性良好，因此即使在將冷軋的軋制率提高至非常大的95%左右而制造板厚為0.5mm以下的薄冷軋鋼板時，也可以毫無問題地進行軋制。需要說明的是，薄冷軋鋼板的冷軋軋制率通常為60%以上。
[0074]另外，本發明的熱軋鋼板，其冷軋性良好，并且即使在進行再結晶退火時，也顯示出與如上所述未添加B時同樣的再結晶特性。因此，冷軋狀態的冷軋鋼板或對冷軋狀態的冷軋鋼板實施了表面處理的表面處理鋼板自不用說，也可以優選用作用于在冷軋后實施退火所制造的冷軋鋼板、對該冷軋鋼板實施表面處理所得的表面處理鋼板的冷軋原材料用熱車L鋼板。
實施例
[0075]熔煉表1所示化學組成的鋼序號I~10的鋼，制成鋼坯后，加熱至1200°C，在表2所示的熱軋條件下進行熱軋，制作板厚為1.8mm的熱軋鋼板A~P。此處，表1的Ar3相變點通過下述式求出。
[0076]Ar3 相變點(°C ) = 901 — 325 X [C] +33 X [Si] — 92 X [Mn] +287 X [P]
[0077]其中，[M]表示元素M的含量(質量％ )。
[0078]接著，將所得的熱軋鋼板酸洗后，實施延伸率為I %的表面光軋，并通過上述方法進行平均結晶粒徑和Al的測定。另外，以80%的軋制率對酸洗后的熱軋鋼板進行冷軋，制作冷軋狀態的鋼板(板厚為0.36_)，并通過上述方法測定冷軋狀態的鋼板的TS。此處，在鋼板全長上以等間隔測定30點冷軋狀態的鋼板在寬度方向中央位置的板厚，求出標準偏差。進而，從450°C起直至700°C以25°C的間隔改變溫度，在各溫度下對冷軋狀態的鋼板實施保持30秒的熱處理，進行TS的測定，求出TS = 400MPa以下的熱處理溫度，將該溫度中的最低溫度作為再結晶溫度。
[0079]將結果示于表2。
[0080]由此可知，對于作為本發明例的熱軋鋼板D、1、N、0而言，冷軋狀態的TS為725MPa以下而為軟質，可以降低冷軋負荷，并且再結晶溫度為550°C，不需要高溫退火，可以經濟地制造冷軋鋼板、表面處理冷軋鋼板。
[0081]另一方面，對于作為比較例的熱軋鋼板A、E、F、G、H而言，由于平均結晶粒徑大，滲碳體無法充分析出，因此Al變高，另外，對于熱軋鋼板B、C、K而言，由于存在固溶N，因此Al變高，冷軋狀態的TS超過725MPa而為硬質，無法降低冷軋負荷。對于T1、Nb的含量超過
0.004%的熱軋鋼板J、L、M而言，再結晶溫度為650°C以上，需要高溫退火，導致冷軋鋼板、表面處理冷軋鋼板的制造成本的增加。對于最終道次溫度為805°C而低于Ar3相變點的熱軋鋼板P而言，因熱軋板的材質偏差所產生的冷軋后鋼板的規格變化大，無法獲得所希望
【權利要求】
1.一種用作冷軋原材料的熱軋鋼板，其具有如下化學組成:以質量％計含有C:0.016 ~0.07%, Si:0.1% 以下、Mn:0.05 ~0.5%, P:0.03% 以下、S:0.03% 以下、Sol.Al:0.02 ~0.1%,N:0.005% 以下、B:0.0003 ~0.0030%, Ti:0.004% 以下、Nb:0.003%以下，余量由Fe和不可避免的雜質構成，平均結晶粒徑為13 μ m以下，并且時效指數Al為IOMPa以下。
2.一種用作冷軋原材料的熱軋鋼板的制造方法，其中，準備具有如下化學組成的鋼坯，對所述鋼坯實施使終軋溫度為Ar3相變點~(Ar3相變點+49°C )、最終道次的軋制率為20%以上的熱軋，然后，在0.4秒以內以10°C /秒以上的冷卻速度進行冷卻，直至700°C以下，并在450~650°C的卷取溫度下卷取為卷材狀， 所述鋼坯的化學組成為:以質量％計含有C:0.016~0.07%, S1:0.1 %以下、Mn:0.05 ~0.5%、P:0.03% 以下、S:0.03% 以下、Sol.Al:0.02 ~0.1%、N:0.005% 以下、B:0.0003~0.0030%, T1:0.004%以下、Nb:0.003%以下，余量由Fe和不可避免的雜質構成。
3.如權利要求2所述的用作冷軋原材料的熱軋鋼板的制造方法，其中，進一步對卷取后的卷材狀鋼板 進行水冷。
【文檔編號】C22C38/14GK103998637SQ201280060631
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月3日 優先權日:2011年12月8日
【發明者】藤田耕一郎, 高城重宏, 木津太郎 申請人:杰富意鋼鐵株式會社