JP7031479B2 - 鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の製造方法に関する。

近年、自動車部品の軽量化のニーズに対応するため、部品の部位ごとに、鋼板の板厚や強度等の特性を最適化する技術が開発されている。

鋼板を最適化するための代表的な方法の一つとして、強度の異なる鋼板を溶接によって接合して一体化するテーラードウエルドブランク（あるいは、テーラードブランク）がある（例えば、非特許文献１）。テーラードウエルドブランクでは、溶接での接合が前提となるため、一般的に鋼板の製造コストが高くなる。また、例えば自動車向けのハット形状の部品あるいは鋼管の角部等の稜線部分のように、部品の特定部分のみを高強度化して強度や吸収エネルギーを向上させることを意図した部品の素材には、テーラードウエルドブランクは適用が困難である。

一方、溶接を使用しない技術としては、強度が必要な部分の板厚を厚くするなどして、鋼板の特定部分の強度を高める方法もある。しかし、板厚により鋼板の強度分布を設けると、鋼板に段差が形成される。このため、部品の使用条件によっては、段差に応力が集中したり、防錆目的で鋼板にメッキを行う際に、メッキ厚みの不均一が生じたりする場合がある。

このような問題に対して、例えば特許文献１、２には、連続熱間圧延における仕上圧延後にランナウトテーブルで鋼板を水冷する際に、鋼板の板幅方向の冷却速度を変化させることにより、板幅方向に引張強さ、降伏強度、延び、深絞り性等の機械的性質が異なる鋼板を製造する技術が開示されている。

特開平１１－１９２５０１号公報 特開平１１－１９２５０２号公報

宮崎康信、外３名、「新日鐵技法」、"テーラードブランク材の溶接と成形"、２００３年３月、第３７８号 中村、「硬さ試験から求まる材料情報」、塑性と加工、日本塑性加工学会、２００３年７月、第４４巻、第５１０号

しかし、上記特許文献１、２に記載したように、鋼板の板幅方向の冷却速度を変化させて鋼板に板幅方向の強度差を設けることは、ランナウトテーブルで鋼板を部分的に水冷する必要があり、水冷制御が難しい。また、板幅方向に短いピッチで冷却速度に差を付与することは困難であり、テーラードウエルドブランクと同様、自動車向けのハット形状の部品あるいは鋼管の角部等の稜線部分のように、部品の特定部分のみを高強度化して強度や吸収エネルギーを向上させることを意図した部品の素材には適用が難しい。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、板厚分布が略同一であり、かつ、板幅方向に異なる強度を有する鋼板を製造することが可能な、新規かつ改良された鋼板の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、鋼板に対して胴長方向に径差を有する孔型ワークロールを用いて孔型圧延を行い、前記鋼板の板幅方向に板厚分布を付与する板厚分布付与工程と、前記板厚分布付与工程の後に行われ、前記鋼板を焼鈍し、前記鋼板を再結晶させて均一材質とする焼鈍工程と、前記焼鈍工程の後に行われ、前記鋼板に対して胴長方向に同径であるフラットワークロールを用いて冷間圧延を行い、前記鋼板の板厚を板幅方向に同一に形成する冷間圧延工程と、を含む、鋼板の製造方法が提供される。

前記板厚分布付与工程により板厚分布が付与された前記鋼板は、薄肉部と、厚肉部と、前記薄肉部及び前記厚肉部を連続させる傾斜部とを有し、前記冷間圧延にて強度が付与される第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域と、を有し、前記第１の領域は、当該第１の領域の前記板幅方向の中心線に対して対称な形状であって、２個の前記厚肉部と、３個の前記薄肉部とを有し、前記薄肉部の厚みをｔ１、前記厚肉部の厚みをｔ２、前記第１の領域における板幅方向の板厚分布を積分平均した値を第１の平均板厚、前記第１の平均板厚以下の板厚である領域の板幅方向の幅をＷ１、前記第１の平均板厚よりも板厚が厚い領域の板幅方向の幅をＷ２としたとき、板幅方向断面において、前記薄肉部と、当該薄肉部の両端から延びる前記傾斜部の前記第１の平均板厚以下である部分とにより規定される形状は、等脚台形であり、板幅方向断面において、前記厚肉部と、当該厚肉部の両端から延びる前記傾斜部の前記第１の平均板厚以上である部分とにより規定される形状は、等脚台形であり、前記薄肉部の厚みｔ１、及び前記第１の平均板厚以下の板厚である領域の板幅方向の幅Ｗ１は、Ｗ１／ｔ１＜１５を満たし、前記厚肉部の厚みｔ２、及び前記第１の平均板厚よりも板厚が厚い領域の板幅方向の幅Ｗ２は、Ｗ２／ｔ２＜１５を満たし、前記第１の平均板厚は、前記第２の領域における平均板厚と同一である。

前記第１の領域の前記傾斜部の水平方向に対する角度は、４５°以下であってもよい。

上記構成により、鋼板に厚肉部及び薄肉部を有する差厚部と、板厚が一定である一定板厚部とを設け、該鋼板が焼鈍されることにより該鋼板が有するひずみを除去でき、さらに、冷間圧延を行うことで差厚部の領域内で厚肉部から薄肉部にメタルフローが生じることにより、板厚が一定の鋼板を製造できる。さらに、冷間圧延により、差厚部にはひずみが付与されており加工硬化が生じるため、板厚分布が略同一であり、かつ板幅方向に強度の異なる鋼板を製造できる。

以上説明したように本発明によれば、板厚分布が略同一であり、かつ、板幅方向に異なる強度を有する鋼板を製造できる。

本発明の一実施形態に係る鋼板の製造方法の手順の一例を示す図である。 厚肉部と薄肉部を有する鋼板の模式図である。 薄肉部の平坦度不良と、薄肉部厚ｔ_ｍ及び薄肉部幅Ｗ_ｍと、の関係を示すグラフ図である。 薄肉部の平坦度不良と、薄肉部厚ｔ_ｍ及び薄肉部幅Ｗ_ｍと、の関係を示すグラフ図である。 本実施形態に係る鋼板を示す断面図である。 比較例にかかる鋼板を示す断面図である。 本実施形態に係る鋼板及び比較例に係る鋼板の板幅方向の位置に対するビッカース硬度を示した図である。 本実施形態に係る鋼板及び比較例に係る鋼板の板幅方向の位置に対する変形抵抗を示した図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（１．本発明の技術概要）
図１を参照して、本発明の技術概要を説明する。本発明は、板厚分布が略同一であり、かつ、板幅方向に異なる強度を有する鋼板の製造に関する技術である。該鋼板は、図１に示される板厚分布付与工程、焼鈍工程、冷間圧延工程により製造される。図１は、板厚分布が略同一であり、強度の異なる鋼板を製造するための製造工程を示した図である。まず、板厚分布付与工程では、鋼板に対して胴長方向に径差を有する孔型ワークロールを用いて孔型圧延を行い、鋼板に厚肉部と、薄肉部と、厚肉部及び薄肉部を連続させる傾斜部とを形成して板厚分布の付与を行う。板厚分布付与工程では、例えば、タンデム圧延機１００が使用される。タンデム圧延機１００は、複数スタンドからなる熱間圧延を行う圧延機であり、例えば、図示では一部スタンドを省略するが、６スタンドを有したタンデム圧延機１００である。タンデム圧延機１００の各スタンドは、例えば４重圧延機であり、それぞれ一対のワークロール１０１ａ、１０２ａとワークロールを支持する一対のバックアップロール１０１ｂ、１０２ｂとを備える。板厚分布を付与する際にはタンデム圧延機１００の最終スタンドに、鋼板に対して板厚分布を付与する胴長方向に径差を有した孔型ワークロールが用いられる。孔型ワークロールは上ワークロールロール１０１ａまたは下ワークロール１０２ａのうち少なくともいずれか一方に用いられればよい。最終スタンドの孔型ワークロールにより、板厚分布が付与された鋼板Ｓは、ロール１３０上を通過し、巻取装置１４０にて巻き取られる。

板厚分布付与工程の後、鋼板は焼鈍される。焼鈍工程では、鋼板を焼鈍し、鋼板を再結晶させて略均一材質とする。焼鈍工程では、板厚分布付与工程にて巻き取られた鋼板Ｓに熱を加えることで、鋼板材料を再結晶させて鋼板Ｓの材質を均一材質とする。この焼鈍工程により、板厚分布付与工程において付与されて偏在したひずみが除去されて均一材質となる。ひずみが除去された鋼板は、次工程である冷間圧延工程において、任意のひずみが与えられることで、目的の強度を有する鋼板となる。焼鈍温度及び時間は、板厚分布付与工程において導入された転位の回復もしくは再結晶が生じる温度及び時間にて行われればよい。具体的には、９５０℃付近で加熱を行うことで、鋼板を均一材質としてもよい。焼鈍工程では、図１に示すようなバッチ焼鈍を行わずとも、板厚分布付与工程におけるランナウトテーブル上、つまり孔型のワークロール１０１ａ、１０２ａとロール１３０との間で、例えばタンデム圧延機１００出側の仕上温度８７０℃、通板速度４００ｍ／ｍｉｎ、巻取装置１４０による巻取温度６５０℃の条件で、その後に冷却を行うことで焼鈍による再結晶と同様の均一材質化効果が得られる。

鋼板は上記焼鈍が行われた後、酸洗される。酸洗工程は、鋼板表面に生成した酸化スケールを除去する工程である。塩酸などを含む酸洗液に鋼板を浸漬することで、酸化スケールを溶解除去する。

酸洗工程を経た鋼板は、さらに冷間圧延される。冷間圧延工程では、鋼板に対して胴長方向に同径であるフラットワークロールを用いて冷間圧延を行い、鋼板の板厚を板幅方向に略同一に形成する。冷間圧延工程においては、板厚分布付与工程において板厚分布が付与された鋼板の厚肉部を圧延し、厚肉部から薄肉部への板幅方向のメタルフローを促して、薄肉部にメタルを充満させて、厚肉部及び薄肉部を有する差厚部領域の板厚と差厚部領域以外の一定板厚を有する板厚一定部領域の板厚とを略同一にする。

冷間圧延工程では、厚肉部を圧下でき、差厚部領域の板厚と板厚一定部領域の板厚を略同一にできれば、圧延装置の種類は限られず、例えば、スキンパス（調質圧延）ミルを想定した１スタンドのリバース圧延機２００を使用してもよい。リバース圧延機２００は、例えば４重圧延機であり、それぞれ一対のワークロール２０１ａ、２０２ａとワークロールを支持する一対のバックアップロール２０１ｂ、２０２ｂとを備える。一対のワークロール２０１ａ、２０２ａには胴長方向に同径のフラットワークロールが用いられる。リバース圧延機２００では、ワークロール２０１ａ、２０２ａを挟んで、一対のロール２３０が備えられ、鋼板はロール２３０を通過し、巻取装置２４０にて鋼板の一部が巻き取られながら、繰り返し、フラットワークロールにより冷間圧延が行われる。

以上の工程を経ることにより、板厚分布が略同一であり、かつ、板幅方向に異なる強度を有する鋼板を製造することができる。

（２．本発明に想到した背景）
本発明者らは、板厚分布が略同一であり、かつ、板幅方向に異なる強度を有する鋼板を製造するため、以下の検討を行った。

まず、本願発明者は、板幅方向に板厚分布を有する差厚（縦縞）鋼板の圧延における平坦不良発生の限界について、ＦＥＭによる３次元圧延解析により検証した。胴長方向に複数の径差のある孔型ロールを用いて板幅方向の差厚鋼板を圧延製造すると、図２Ａに示すような厚肉部及び薄肉部を有した差厚鋼板が製造される。差厚鋼板Ｓの厚肉部は、板厚ｔ_Ｍ、板幅Ｗ_Ｍで形成され、薄肉部は板厚ｔ_ｍ、板幅Ｗ_ｍで形成されている。この様な差厚鋼板では、薄肉部にて大きな圧縮応力が生じ、孔型圧延後のロールバイト出側では薄肉部に座屈変形が生じている。薄肉部の座屈変形による平坦不良は、鋼板に波打ちとなって現れる。

この鋼板Ｓにおける波打ち、つまり平坦不良を防止するために、平坦不良が発生しない差厚鋼板の条件を検討した。ここで、図２Ｂおよび図２Ｃに、差厚鋼板の薄肉部厚ｔ_ｍと薄肉部幅Ｗ_ｍとの関係を示す。図２Ｂ及び図２Ｃでは、横軸に薄肉部幅Ｗｍを取り、縦軸に薄肉部厚ｔ_ｍを取っている。白のプロットは平坦度不良が発生しなかった鋼板を示しており、グレーのプロットは平坦度不良が発生した鋼板を示している。なお、図２Ｂは、板厚比ｔ_Ｍ／ｔ_ｍ＝２．０の鋼板に関するデータであり、図２Ｃは、板厚比ｔ_Ｍ／ｔ_ｍ＝１．６２５の鋼板に関するデータである。これらの鋼板では、厚肉部の板幅Ｗ_Ｍ及び薄肉部の板幅Ｗ_ｍが同一の幅長さでであって、厚肉部及び薄肉部が板幅方向に規則的に並んでいる鋼板を仮定した。

図２Ｂ及び図２Ｃに示す直線Ｔは、平坦度不良の発生有無を示す境界である。当該直線Ｔの傾き（すなわち、Ｗ_ｍ／ｔ_ｍ）は約１５であった。また、図２Ｃについても、図２Ｂと同様の結果が得られた。

このように、厚肉部と薄肉部が板幅方向に所定のピッチで規則的に並んだ差厚部を有する鋼板においては、Ｗ_ｍ／ｔ_ｍ≧約１５の場合に、平坦度不良が顕在化し得るという知見を得た。つまり、鋼板に平坦度不良を発生させないためには、薄肉部の板幅Ｗ_ｍ及び薄肉部の板厚ｔ_ｍがＷ_ｍ／ｔ_ｍ＜約１５を満たせばよいこととなる。例えば、この条件を用いると、薄肉部の板厚ｔ_ｍが２ｍｍであれば、鋼板Ｓに平坦不良を発生させずに圧延可能な薄肉部の幅Ｗ_ｍは３０ｍｍ程度であるということとなり、差厚部を有する鋼板の製造の自由度は小さいことが分かる。

この知見を更に進めると、鋼板の板幅方向の一部の領域に厚肉部と薄肉部からなる差厚部を有し、差厚部以外の領域に一定板厚で形成される一定板厚部領域を有する鋼板を孔型ワークロールによって圧延する場合に、差厚部領域を上記の条件にて形成し、かつ差厚部領域と一定板厚部領域との平均板厚（平均圧下率）を略同一とすれば、平坦不良が発生しないとの知見を得た。

この知見により、差厚部領域の薄肉部の板幅Ｗ_ｍ及び薄肉部の板厚ｔ_ｍがＷ_ｍ／ｔ_ｍ＜約１５を満たせば、厚肉部及び薄肉部が連続して形成される差厚部領域と一定板厚部領域とを有する鋼板を板幅方向に任意の位置に配置して広く得られる可能性が示唆された。しかし、差厚部領域と一定板厚部領域との平均板厚（平均圧下率）を略同一とする際に、さらにひずみが付与されるため平坦度不良を引き起こし得る。よって、板厚分布工程により、連続して厚肉化が可能な幅には制約があるため、差厚部領域の薄肉部の板幅Ｗ_ｍ及び薄肉部の板厚ｔ_ｍがＷ_ｍ／ｔ_ｍ＜約１５を満たすだけでは、平坦度不良がなく、板厚分布が略同一の鋼板を得ることは困難であった。したがって、必要部分に厚肉部を位置させ、かつ、幅を自在に配置することは困難であった。

そこで、本願発明者はこの知見を進め、図１に示したような、一旦差厚鋼板を製造した後、熱処理によってひずみを除去して均一な材質とした後、冷間圧延して板厚を略同一する鋼板の製造方法の着想を得た。この製造方法においては、幅方向に強度差を付与するにあたって、差厚鋼板の冷間圧延における圧下ひずみの差によって生じる加工硬化等の特性変化を利用できる。

（３．冷間圧延による加工硬化）
図３を参照して、薄肉部及び厚肉部が設けられた差厚部を有する鋼板が冷間圧延により加工硬化するメカニズムを詳しく説明する。図３では、鋼板Ｓに一定板厚部領域Ｂと差厚部領域Ａが設けられている。一定板厚部領域Ｂは一定板厚ｔ０ｂを有しており、差厚部領域Ａでは、薄肉部及び厚肉部が設けられ、薄肉部板厚ｔ１及び厚肉部板厚ｔ２を有している。差厚部領域Ａにおける薄肉部板厚ｔ１と、厚肉部板厚ｔ２と、薄肉部及び厚肉部を連続させる傾斜部の板厚とを平均化した平均板厚は平均板厚ｔ０ａと示されている。差厚部領域Ａにて平均板厚ｔ０ａ以下の板厚である領域の板幅をＷ１とし、平均板厚ｔ０ａよりも厚い板厚である領域の板幅をＷ２として示している。厚肉部の板幅方向の中点から、隣り合う厚肉部の板幅方向の中点までの距離を厚肉部のピッチＰと示している。

図３に示す断面を有する鋼板Ｓの差厚部領域Ａをフラットワークロールで平均厚ｔ０ｂと略同一の板厚ｔ０ａに圧延する場合においては、図２Ｂ及び図２Ｃに示す鋼板とほぼ同等の鋼板変形が予想される。図２Ｂ及び図２Ｃに示す鋼板と同様に図３に示す本発明の鋼板では、Ｗ／ｔがある閾値より小さい場合には、厚肉部が板厚方向に圧下されることで、板厚ひずみが付与される。鋼板材料では、フラットワークロールでは圧延されない薄肉部において材料の拘束により圧延方向に材料が延伸することが困難であり、板厚ひずみは幅方向ひずみとして、フラットワークロールと接していない厚肉部に隣接する薄肉部の幅方向にメタルフローを生じ、流入したメタルによって薄肉部では増肉が生じる。

メタルフローは、薄肉部の幅Ｗ１及び厚肉部のピッチＰが小さいほど板幅方向に容易に生じやすい。この際に厚肉部では圧縮（負）の板厚方向塑性歪ε^ｐｙ_(厚肉)、引張(正)の幅方向塑性ひずみε^ｐｚ_(厚肉)が生じる。一方、薄肉部では厚肉部からのメタルの流入により圧縮（負）方向の幅方向塑性ひずみε^ｐｚ_(薄肉)と引張(正)方向の板厚方向塑性ひずみε^ｐｙ_(薄肉)とが生じる。圧延方向の塑性ひずみが無視できると仮定すれば、－ε^ｐｙ_(厚肉)≒ε^ｐｚ_(厚肉)、ε^ｐｚ_(厚肉)≒－ε^ｐｚ_(薄肉)、－ε^ｐｚ_(薄肉)＝ε^ｐｙ_(薄肉)のひずみの収支関係が成り立つ。相当塑性ひずみは、せん断ひずみを無視すると、下記式（１）で表される。

上記の式（１）より符号の影響はキャンセルされるため、厚肉部と薄肉部に生じる相当塑性ひずみはほぼ等価と見做すことができる。

ここで、材料の応力－ひずみ関係式から、例えばＳｗｉｆｔ型の式で、加工硬化量σは下記式（２）にて表される。

上記の式（２）より、差厚部領域Ａではほぼ同程度の加工硬化による材料強度の増加が生じる。

なお、比較として図４に示すような、鋼板Ｓに一定板厚部Ｂと厚肉部のみを有する差圧部領域Ａとが設けられた断面を有する鋼板を孔型圧延により製造し、その後胴長方向に同径を有したフラットワークロールで圧延する場合を考えたとき、本発明の効果を得ようとするといくつかの問題が生じる。まず、孔型圧延により差厚部を有する鋼板を圧延する際に、差厚部領域Ａで示される厚肉部と一定板厚部領域Ｂで示される薄肉部が平坦不良を起こさない条件で孔型圧延をすると、厚肉化及び薄肉化が可能な板幅は、板幅と板厚の比（Ｗ２／ｔ２、Ｗ０／ｔ０）によって制約を受ける。また、仮に板幅と板厚の比が大きい場合の板厚分布を有する鋼板を圧延できたと仮定しても、続く鋼板の焼鈍及び再結晶後の冷間圧延において、差厚部領域Ａで示される厚肉部を、一定板厚部領域Ｂで示される薄肉部の板厚まで圧下する場合に、メタルフローによって厚肉部から薄肉部へ幅方向のメタル流入が困難である。これにより、厚肉部のメタル材料は圧延方向に延伸せざるを得ず、鋼板には平坦不良が発生する。

よって本発明では、強度を高めたい差厚部領域Ａに厚肉部と薄肉部とを比較的短い間隔で設けることによって、板幅方向の厚肉部から薄肉部へのメタルフローを起こりやすくして、圧延方向の長手方向への延伸を抑制し平坦不良を抑制する。また、差厚部領域Ａの厚肉部及び薄肉部の設けられる数は限られない。これにより、差厚部領域Ａの領域内でひずみの収支を完結させることで、従来よりも差厚部領域Ａの寸法制約が小さく、差厚部領域Ａの範囲を板幅方向に任意に広げたり、任意の位置に配置したりすることができる。

（４．板厚分布付与工程において付与する板厚分布）
（４－１．板厚分布の概要）
図３を参照して本発明にかかる鋼板の板厚分布を説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る鋼板の一例を示す図である。鋼板Ｓは、板厚分布付与工程である孔型ワークロールを用いた孔型圧延により、鋼板Ｓに複数の薄肉部及び厚肉部を有する差厚部が設けられている。薄肉部は板厚ｔ１、板幅Ｗ１を有し、厚肉部は板厚ｔ２、板幅Ｗ２を有する。薄肉部、厚肉部及び薄肉部と厚肉部を連続させる傾斜部が形成された差厚部領域Ａと、一定の板厚を有する一定板厚部領域Ｂとが設けられた鋼板Ｓは、その後に焼鈍されて再結晶されることにより、略均一材質となる。その後、鋼板Ｓは、胴長方向に同径のワークロールであるフラットワークロールを用いて冷間圧延によって圧延される。この冷間圧延により、差厚部領域Ａと一定板厚部領域Ｂとの板厚が略同一となることで、板厚分布が略同一であり、かつ、板幅方向に異なる強度を有する鋼板Ｓを製造できる。

さらに詳しくは、図３を参照すると、板厚分布付与工程にて、板幅Ｗ１、Ｗ２／板厚ｔ１、ｔ２が、Ｗ１／ｔ１＜１５及びＷ２／ｔ２＜１５を満たす鋼板を製造し、鋼板を焼鈍し、鋼板を再結晶させて略均一材質とした後に、鋼板の差厚部領域Ａの平均板厚ｔ０ａと一定板厚部領域Ｂの板厚の平均板厚ｔ０ｂ（平均圧下率）を冷間圧延により略同一とすることで、鋼板の平坦不良を防止した上で、差厚部領域Ａに加工硬化を生じさせ、板厚分布が略同一であり、かつ、板幅方向に異なる強度を有する鋼板の製造ができる。

鋼板Ｓへの強度の付与は、上記の冷間圧延により行われる。冷間圧延では、厚肉部が圧延されて薄肉部に向かってメタルフローが生じて、ひずみが付与されることで加工硬化が生じる。この加工硬化は、鋼板Ｓの差厚部領域Ａで生じ、鋼板Ｓの強度を高める効果がある。一方、一定板厚部領域Ｂでは、鋼板Ｓの強度が高まらないため、鋼板Ｓの差厚部領域Ａ及び一定板厚部領域Ｂにて異なる強度の鋼板を製造できる。

（４－２．付与する板厚分布の決定方法）
以下では、差厚部領域Ａの形状寸法の決定方法を説明する。まず、予め対象とする鋼板と同一の材質を有する鋼板を用いて、焼鈍後の応力－ひずみ関係式を引張試験等で取得しておく。具体的な焼鈍後の応力－ひずみ関係式の一例として、例えば、相当塑性ひずみε^p _eqと変形抵抗σの関係により下記式（３）に表すように近似できる。

次いで、相当塑性ひずみが存在しない状態の初期降伏応力（例えば、４００ＭＰａ）と目標となる強度である目標強度とに基づいて相当塑性ひずみ量ε^p _eqを算出する。

さらに、ここで上記式（１）にて、ε^pz＝－ε^py、ε^px＝０が成り立つと仮定して、相当塑性ひずみ量ε^p _eqと、付与する必要板厚ひずみε^py_(厚肉)は下記式（４）で表される。

ここで、付与する必要板厚ひずみε^py_(厚肉)は、最終的な製品鋼板の板厚ｔ０ｂ及び厚肉部の板厚ｔ２との関係より、真ひずみ（対数ひずみ）の定義式から下記式（５）にて表すことができる。

薄肉部及び厚肉部を有する差厚部にて、薄肉部の板幅Ｗ１と厚肉部の板幅Ｗ２とが等しいと仮定すると、図３の鋼板断面では平均板厚ｔ０ｂに対する厚肉領域の断面積と薄肉領域の断面積の比はｎ：ｎ＋１の関係で近似できる。なお、ここでｎは差厚部に設けられる厚肉部の数である。すなわち、平均板厚がｔ０ｂとなるためには、厚肉部及び薄肉部の板厚ｔ２とｔ１の関係は、（ｔ２－ｔ０ｂ）×ｎ＝（ｔ０ｂ－ｔ１）×（ｎ＋１）と近似することができ、薄肉部の板厚ｔ１は、下記式（６）により求められる。

以上より、最終的な製品鋼板の板厚ｔ０ｂと目標強度より、薄肉部板厚ｔ１及び厚肉部板厚ｔ２を決定することができる。なお、厚肉部の数、傾斜部の水平方向に対する角度θ、及び強度を付与する差厚部領域Ａの板幅方向の距離ａを任意で決定して、差厚部領域Ａの平均板厚ｔ０ａ以下の板厚である領域の板幅方向の幅Ｗ１と平均板厚ｔ０ａよりも板厚が厚い領域の板幅方向の幅Ｗ２がそれぞれＷ１／ｔ１＜１５及びＷ２／ｔ２＜１５を満たすように板厚分布付与工程において、付与する板厚分布を決定する。

なお、以上のように、付与する板厚分布を決定してもよいが、より確実に薄肉部へメタルを充満させるために、差厚部領域Ａの平均板厚ｔ０ａが、一定板厚部領域Ｂの平均板厚ｔ０ｂに対して、１５％以上の板厚となるように板厚分布を決定してもよい。また、差厚部領域Ａの平均板厚ｔ０ａを一定板厚部領域Ｂの平均板厚ｔ０ｂに対して、厚くするほど差厚部領域Ａ及び一定板厚部領域Ｂの伸びひずみ差が上昇し、波打ちが発生する確率が上昇する。そのため、差厚部領域Ａの平均板厚ｔ０ａは、一定板厚部領域Ｂの平均板厚ｔ０ｂに対して、１５％以上２０％以下とすることが好ましい。

また、鋼板に対する疵などの品質不良の観点から、傾斜部の水平方向に対する角度θは、４５°以下とするのが好ましい。傾斜部の水平方向に対する角度θが４５°よりも大きい場合には、鋼板にヘゲ疵が発生し得る。さらにまた、傾斜部の水平方向に対する角度θの下限値は、厚肉部と薄肉部の幅および板厚差の幾何学的な条件によって、自ずと求められるため、傾斜部の水平方向に対する角度θは、５．７°より大きく４５°以下とするのがより好ましい。

以下、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、本発明にかかる鋼板を製造し、鋼板の強度を板幅方向に示した結果を説明する。実施例１の鋼板は後述する表１の条件にて板厚分布を付与して、鋼板を焼鈍した後、フラットワークロールを用いた冷間圧延にて板幅方向に略同一の板厚とした鋼板である。グラフ中では、比較対象として冷延母材の強度結果も示している。冷延母材は、実施例１が冷間圧延を実施される前の鋼板である。

なお、実施例１に示す鋼板は、上述した板厚分布付与工程において付与する板厚分布の決定方法に基づいて、目標強度を８００ＭＰａとして板厚分布を決定した。これにより、実施例１の板厚分布は、厚肉部の数は２つとし、傾斜部の水平方向に対する角度θは４５°として、平均板厚ｔ０ｂが２．０ｍｍ、ｔ２が２．６ｍｍ、ｔ１が１．６ｍｍである。さらに、差厚部領域Ａの板幅方向の長さは５０ｍｍとして、Ｗ１は９．８４ｍｍ、Ｗ２は１０．２４ｍｍ、Ｗ１／ｔ１が６．１５、Ｗ２／ｔ２が３．９４の鋼板とした。

まず、板厚分布付与工程では、熱間圧延にて、最終スタンドにワークロール径が６００ｍｍである孔型ワークロールを有する熱間圧延仕上げタンデム圧延機にて鋼板に圧延を行った。熱間圧延仕上げタンデム圧延機による熱間圧延における圧延温度は８７０℃であった。鋼板は、熱間圧延仕上げタンデム圧延機で孔型圧延が行われた後、巻取装置によりコイル状に巻き取られた。巻き取られたコイルは、冷却後にバッチ焼鈍炉にて雰囲気温度９５０℃で加熱及び保持を行い、十分に鋼板材料を再結晶させたのち空冷を行った。

孔型圧延及び焼鈍後の鋼板を酸洗したのち、冷間圧延を行った。ここでは、長手方向の伸びを抑制して幅方向のメタルフローを促進するため、ワークロール径が５６０ｍｍの大径のワークロールを用いたリバース式圧延機を用いて、多パス圧延を行い、差厚部領域Ａの平均板厚ｔ０ａが一定板厚部領域Ｂの平均板厚ｔ０ｂの２．０ｍｍとなるまで潤滑油を供給せずに冷間圧延を行った。

まず、図５Ａでは、実施例１の条件にて孔型圧延を行い、焼鈍及び冷間圧延後の鋼板断面の板幅中心位置を基準とした鋼板のビッカース硬度測定結果を示している。差厚部領域Ａにて比較例に対して実施例１の鋼板のビッカース硬度が上昇していることが分かる。これより、実施例１では材料の硬化が確認されており、差厚部領域Ａにて強度が上昇したといえる。

一般的に、ビッカース硬度ＨＶと変形抵抗σには相関があり、例えば、ビッカース硬度ＨＶと変形抵抗σ（ｋｇ／ｍｍ^２）とは下記式（７）の関係（詳しくは、非特許文献１を参照）で表される。

式（７）により、ビッカース硬度の値を変形抵抗に換算できる。図５Ｂは図５Ａで示したビッカース硬度の結果を変形抵抗σの値に変換して示したグラフである。図５Ｂでは、実施例１の差厚部領域Ａの領域内で７７０～８３０ＭＰａの強度を示しており、目標とした強度８００ＭＰａが得られていることが確認できた。

また、本発明における差厚部領域Ａの板厚分布の寸法影響について調査した。表１に記載の実施例１、２及び比較例１、２で用いた鋼板は、図５Ａ及び図５Ｂに示した鋼板と同様の製造工程を経たと仮定した鋼板とした。かかる調査結果を表１に示す。表１では、実施例１、２、比較例１として、図３に示す板厚分布を有する鋼板について、Ｗ１／ｔ１及びＷ２／ｔ２の条件を変えて鋼板の平坦不良の発生の有無を評価した。比較例２としては、図４に示した板厚分布を有する鋼板について同様の検討を行った。なお、本検討では、３次元ＦＥＭ（ＦＥＭ：Finite Element Method）による計算モデルを用いて板厚分布付与後の鋼板をフラットワークロールで冷間圧延する条件のシミュレーションを行い、平坦不良の発生の有無を評価した。

なお、シミュレーションにおいて、変形抵抗式は式（６）、摩擦係数μは０．２、フラットワークロール径Ｄｗは５６０ｍｍで仮定した。また、板厚ｔ０は２．０ｍｍ、板厚ｔ１は１．６ｍｍ、ｔ２は２．６ｍｍ及び傾斜部の水平方向に対する角度は４５°とした。

表１に示すように、実施例１と実施例２とでは、Ｗ１／ｔ１及びＷ２／ｔ２とも、その値は１５未満であり、平坦不良は見られなかった。また、差厚部領域Ａの平均強度（変形抵抗）もほぼ目標の値となった。一方で、比較例１では、薄肉部に相当する領域に波打ちである平坦不良が発生した。この時のＷ１／ｔ１は１８．６５、Ｗ２／ｔ２は１１．６３であり、平坦不良が発生しない板幅と板厚の比率条件とされるＷ１／ｔ１及びＷ２／ｔ２＜１５の範囲外であった。さらに、比較例２では、図４に示されるような鋼板断面に関して平坦不良の有無の確認を行った。比較例２では、差厚部領域Ａに厚肉部及び薄肉部を有するような板厚分布を付与せず厚肉部の板厚ｔ２＝２．６ｍｍ、厚肉部の板幅Ｗ２＝５０ｍｍとした。このとき、Ｗ２／ｔ２は１９．２３であった。比較例２では、比較例１よりも、大きな波打ちの平坦不良が発生した。

本結果は厚肉部の個数を２個に限定したことによるＷ１／ｔ１、Ｗ２／ｔ２の増大の影響を示すものである。仮に孔型ワークロールの形状を変更して鋼板に形成される厚肉部の個数を増やし、Ｗ１／ｔ１、Ｗ２／ｔ２を一定とすれば、差厚部領域Ａの幅にはほぼ制約がなく、任意の領域にて鋼板に強度を付与することができる。また、厚肉部と薄肉部との配置や幅に関しても、上記値に限定されず、Ｗ１／ｔ１＜１５、Ｗ２／ｔ２＜１５の条件を満たす範囲で変更しても、本発明の効果が得られる。

また、Ｗ１／ｔ１＜１５、Ｗ２／ｔ２＜１５の条件を満たす範囲で、傾斜部の水平方向に対する角度θを変化させて鋼板の製造を行い、鋼板表面を観察した。鋼板表面観察の結果、傾斜部の水平方向に対する角度θが４５°よりも大きい角度で、鋼板にヘゲ疵の発生が観察された。

よって、疵などの品質不良防止の点から、傾斜部の水平方向に対する角度θは４５°以下とするのが好ましい。一方で、傾斜部の水平方向に対する角度の下限値は、図３に示す差厚部領域Ａの薄肉部および厚肉部の一定板厚の部分が無くなり、板厚変化部が交互に連結された状態の場合に、厚肉部と薄肉部の幅および板厚差の幾何学的な条件によって、自ずと求められる。図３の板厚分布では、傾斜部の水平方向に対する角度θの最小値θ_ｍｉｎは、以下の式（８）で表すことができる。

例えば、上記表１に示した実施例１において、式（８）の条件を当てはめるとθ_ｍｉｎは５．７°となる。これより、傾斜部の水平方向に対する角度θは、５．７°より大きく４５°以下とするのが好ましい。

なお、本実施例では、鋼板の片面側にのみ薄肉部および厚肉部を付与する条件を例示したが、係る例に限定されない。鋼板の上下面に凹凸を対称または非対称に付与しても同様の効果が得られる。また、厚肉部と薄肉部とを連続させる傾斜部も直線に限定されるものではなく、例えば、傾斜部と厚肉部及び薄肉部とが交わるコーナー部に曲率Ｒを付与する等を実施すれば、ヘゲ疵などの発生抑制に対して一層の効果が得られる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ タンデム圧延機
１０１ａ 上ワークロールロール
１０１ａ ワークロール
１０１ｂ バックアップロール
１０２ａ ワークロール
１０２ａ 下ワークロール
１０２ｂ バックアップロール
１３０ ロール
１４０ 巻取装置
２００ リバース圧延機
２０１ａ ワークロール
２０１ｂ バックアップロール
２０２ａ ワークロール
２０２ｂ バックアップロール
２３０ ロール
２４０ 巻取装置
Ｗ１ 差厚部領域における平均板厚以下の板厚である領域の板幅方向の幅
ｔ１ 薄肉部の板厚
Ｗ２ 差厚部領域における平均板厚よりも板厚が厚い領域の板幅方向の幅
ｔ２ 厚肉部の板厚

Claims (2)

1. 鋼板に対して胴長方向に径差を有する孔型ワークロールを用いて孔型圧延を行い、前記鋼板の板幅方向に板厚分布を付与する板厚分布付与工程と、
   前記板厚分布付与工程の後に行われ、前記鋼板を焼鈍し、前記鋼板を再結晶させて均一材質とする焼鈍工程と、
   前記焼鈍工程の後に行われ、前記鋼板に対して胴長方向に同径であるフラットワークロールを用いて冷間圧延を行い、前記鋼板の板厚を板幅方向に同一に形成する冷間圧延工程と、を含み、
   前記板厚分布付与工程により板厚分布が付与された前記鋼板は、
   薄肉部と、厚肉部と、前記薄肉部及び前記厚肉部を連続させる傾斜部とを有し、前記冷間圧延にて強度が付与される第１の領域と、
   前記第１の領域を除く第２の領域と、
   を有し、
   前記第１の領域は、
   当該第１の領域の前記板幅方向の中心線に対して対称な形状であって、
   ２個の前記厚肉部と、３個の前記薄肉部とを有し、
   前記薄肉部の板厚をｔ１、前記厚肉部の板厚をｔ２、前記第１の領域における板幅方向の板厚分布を積分平均した値を第１の平均板厚、前記第１の平均板厚以下の板厚である領域の板幅方向の幅をＷ１、前記第１の平均板厚よりも板厚が厚い領域の板幅方向の幅をＷ２としたとき、
   板幅方向断面において、前記薄肉部と、当該薄肉部の両端から延びる前記傾斜部の前記第１の平均板厚以下である部分とにより規定される形状は、等脚台形であり、
   板幅方向断面において、前記厚肉部と、当該厚肉部の両端から延びる前記傾斜部の前記第１の平均板厚以上である部分とにより規定される形状は、等脚台形であり、
   前記薄肉部の板厚ｔ１、及び前記第１の平均板厚以下の板厚である領域の板幅方向の幅Ｗ１は、Ｗ１／ｔ１＜１５を満たし、
   前記厚肉部の板厚ｔ２、及び前記第１の平均板厚よりも板厚が厚い領域の板幅方向の幅Ｗ２は、Ｗ２／ｔ２＜１５を満たし、
   前記第１の平均板厚は、前記第２の領域における平均板厚と同一である、鋼板の製造方法。
2. 前記第１の領域の前記傾斜部の水平方向に対する角度は、４５°以下である、請求項１に記載の鋼板の製造方法。
   

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