JP2000239787A - 成形性と張り剛性に優れた極低炭素冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車用外板パネルのように比較的ゆるやか
な曲面を持ち、板厚に対して表面積が非常に大きなプレ
ス部品に外力が作用した場合の部品の剛性である張り剛
性に優れた極低炭素冷延鋼板を提供する。 【解決手段】 質量％でＣ：０．０００７〜０．０１％
含有し、板厚０．５〜０．８ｍｍ、降伏応力が１２０〜
２５０Ｎ／ｍｍ^２の冷延鋼板であって、相当歪みで２％
の予歪みを施し、１５０〜１７０℃で５〜２０分の熱処
理を施した後、再度引張試験を行った際に歪み量０．０
６％での応力歪み曲線の傾きＸとヤング率Ｙの比Ａ（＝
Ｘ／Ｙ）がＡ＞０．８を満たし、前記熱処理後の降伏応
力の上昇代が４０Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とす
る成形性と張り剛性に優れた極低炭素冷延鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に自動車構造材
として、例えば、ルーフ、フード、ドアパネル等のよう
に曲率が大きな部分を有する部品に好適な張り剛性に優
れた極低炭素冷延鋼板およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題に対する関心の高ま
りと共に自動車の燃費向上のニーズが強くなっている。
燃費向上のための有効な方策の一つとして車体重量の軽
減があり、その中でも車体を構成す極低炭素冷延鋼板の
板厚を低減することが重用視されている。

【０００３】板厚を低減する際に最も問題となるのが、
成形部品の張り剛性の低下である。張り剛性が低下する
と、成形品が外部から力を受けた際に容易にたわみを生
じてしまう。

【０００４】一般に張り剛性は式（１）に示すように板
厚とヤング率に依存する。

【０００５】Ｓ∝Ｅ・ｔ^m ・・・（１） ここでＳは張り剛性、Ｅはヤング率、ｔは板厚、ｍはパ
ネル形状に依存した乗数で１〜３の値を持つ。

【０００６】この式からも明らかなように、薄肉化によ
る張り剛性の低下を防ぐためには、鋼板のヤング率を向
上させる以外に手段はない。そこで、例えば、特開昭５
８−９９３２号公報や特開平３−３７３１号公報に開示
されているように、鋼のヤング率の異方性に着目し、成
分や圧延方法を限定することで板厚方向に対してヤング
率の高い方位の集積度を上げることが行われている。し
かし、この方法ではヤング率の向上代は小さく、かつ等
方的なヤング率の向上は期待できない。

【０００７】ところで、ヤング率は物理定数であること
から、張り剛性の評価を行う場合も一定値として取り扱
われてきた。しかし、パネルのようにプレス成形などに
よって材料に歪みが与えられた部品に再度力が加わる
と、一般に弾性域と言われる歪み量（０．１％以下）の
範囲においても、歪みの増加に伴い、応力−歪み曲線の
刻々の傾きが低下していく。この傾きのことを、以後、
瞬間ヤング率と呼ぶ。すなわち、従来完全な弾性範囲内
での変形であり、一定値のヤング率で評価できると考え
られていた張り剛性は、実際は、歪みの増加に伴う瞬間
ヤング率の低下という現象を含めた形で取り扱われるべ
きである。しかし、これまでにこのような現象に着目し
て張り剛性向上を検討した例は全くない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記課題を有利に解決し、張り剛性に優れた極低炭素冷延
鋼板およびその製造方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述のように、本発明者
らは瞬間ヤング率の低下という現象と張り剛性との相関
に着目し、歪みの増加に伴う瞬間ヤング率の低下を抑制
することで張り剛性が著しく向上するという全く新しい
知見を得た。すなわち、プレスに相当する２％予歪みを
与えた後、１５０〜１７０℃で２０分以内の熱処理を施
し、その後再度引張試験を行った際の瞬間ヤング率をＸ
（応力−歪み曲線の傾きに相当）、ヤング率をＹとした
時、歪み量０．０６％まで式（２）の関係を保つ鋼板
で、かつ熱処理前からの降伏応力の上昇代が４０Ｎ／ｍ
ｍ²以上の鋼板では張り剛性が著しく向上することを見
いだした。

【００１０】Ｘ／Ｙ＞０．８ ・・・（２）

【００１１】瞬間ヤング率の低下には、前述したように
プレス成形などによって材料中に導入された歪みが深く
関係している。すなわち、プレス成形時に可動転位が導
入されていると、マクロには弾性変形範囲内とされる歪
み域においても、徐々に局所的な降伏現象が進行し、そ
れが、瞬間ヤング率の低下の要因になっていると考えら
れる。

【００１２】そこで本発明者らは鋼中において可動転位
の動きを抑制し、瞬間ヤング率の低下を抑制する方法と
して、成形後に熱処理でＣの様な侵入型固溶元素を可動
転位の周囲に偏析させることが極めて効果的であるとい
う事実を新たに見いだした。

【００１３】また、張り剛性はヤング率の他に板厚の影
響も著しく受けることから、この瞬間ヤング率の向上に
よる張り剛性改善効果は限定された板厚範囲のみで発揮
されることも初めて見いだした。

【００１４】本発明の要旨は以下の通りである。

【００１５】（１） 質量％でＣ：０．０００７〜０．
０１％含有し、板厚０．５〜０．８ｍｍ、降伏応力が１
２０〜２５０Ｎ／ｍｍ²の極低炭素冷延鋼板であって、
相当歪みで２％の予歪みを施し、１５０〜１７０℃で５
〜２０分の熱処理を施した後、再度引張試験を行った際
に歪み量０．０６％での応力歪み曲線の傾きＸとヤング
率Ｙの比Ａ（＝Ｘ／Ｙ）がＡ＞０．８を満たし、熱処理
後の降伏応力の上昇代が４０Ｎ／ｍｍ²以上であること
を特徴とする成形性と張り剛性に優れた極低炭素冷延鋼
板。

【００１６】（２） 前記極低炭素冷延鋼板の固溶Ｃ量
と固溶Ｎ量の合計が、重量％で０．０００７〜０．００
５％であることを特徴とする、前記（１）に記載の成形
性と張り剛性に優れた極低炭素冷延鋼板。

【００１７】（３） 質量％で、Ｃ：０．０００７〜
０．０１％、Ｓｉ：≦１．０％、Ｍｎ：≦１．５％、
Ｐ：≦０．１５％、Ａｌ：０．００５〜０．２％、Ｎ：
≦０．００７％を含有し、残部Ｆｅを主成分とすること
を特徴とする前記（１）または（２）に記載の成形性と
張り剛性に優れた極低炭素冷延鋼板。

【００１８】（４） 質量％で、ＮｂまたはＴｉのいず
れか１種または２種を合計で０．０００２〜０．０７％
を含有することを特徴とする前記（３）に記載の成形性
と張り剛性に優れた冷延鋼板。

【００１９】（５） 前記極低炭素冷延鋼板がさらに、
質量％で、Ｂを０．０００２〜０．００５％含有するこ
とを特徴とする前記（３）または（４）に記載の成形性
と張り剛性に優れた極低炭素冷延鋼板。

【００２０】（６） 前記極低炭素冷延鋼板がさらに、
質量％でＣｒ：０．２〜３％、及び／又はＭｏ：０．０
１〜３％含有することを特徴とする前記（３）ないし
（５）のいずれか１項に記載の成形性と張り剛性に優れ
た極低炭素冷延鋼板。

【００２１】（７） 通常の方法で熱間圧延、冷間圧延
を施し、その後再結晶温度以上９６０℃以下の温度で再
結晶焼鈍を施すことを特徴とする前記（３）ないし
（６）のいずれか１項に記載の成形性と張り剛性に優れ
た極低炭素冷延鋼板の製造方法。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明はプレスに相当する２％の
予歪みを与えた後引張試験を行った際の瞬間ヤング率を
Ｘ（応力−歪み曲線の傾きに相当）、ヤング率をＹとし
た時、歪み量０．０６％までＸ／Ｙ＞０．８という関係
を有する鋼板に関するものである。以下にその限定理由
を述べる。

【００２３】板厚：冷延鋼板の板厚は０．５〜０．８ｍ
ｍ、好ましくは０．６〜０．８ｍｍとする。先に述べた
様に張り剛性は板厚の１〜３乗に依存するため、板厚の
影響を著しく受ける。したがって、板厚が０．５ｍｍ以
下に薄手化されると板厚の負の効果が大きくなりすぎ、
十分な焼付処理を施しても張り剛性向上の効果が得られ
なくなる。一方０．８ｍｍ超の厚手材になると板厚の正
の効果が大きいために、焼付処理による張り剛性向上効
果が見かけ上見えにくくなる。したがって、板厚は０．
５〜０．８ｍｍ、望ましくは０．６〜０．８ｍｍとす
る。

【００２４】降伏応力：プレス前の降伏応力が１２０Ｎ
／ｍｍ²未満では、張り剛性向上の効果が顕著に現れな
いことから本発明に係る冷延鋼板の降伏応力の下限は１
２０Ｎ／ｍｍ²とする。また、プレス前の降伏応力が２
５０Ｎ／ｍｍ²を超えるとプレス成形が難しくなり、形
状凍結性も低下する。したがって、プレス前の降伏応力
は２５０Ｎ／ｍｍ²以下とする。

【００２５】瞬間ヤング率と降伏応力の上昇代：まず、
張り剛性と瞬間ヤング率の関係は以下の実験によって決
定した。表１に示す化学成分および機械的性質を有する
板厚０．７５ｍｍの冷延鋼板を実機にて製造した。

【００２６】

【表１】

【００２７】これらの鋼板のＬ方向からＪＩＳ５号引張
試験片および振動法によるヤング率測定用試験片を切り
出し、残部より図１の模式図に示した型のパネルを作製
した。各々の試験片およびパネルに表２に示した種々の
熱処理を施し、まず、ヤング率測定と引張試験より瞬間
ヤング率の測定を行った。

【００２８】

【表２】

【００２９】図２にＮｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ．７、Ｎ
ｏ．８の歪み量に伴う瞬間ヤング率の変化を示す。歪み
量０のところに表示されている値が振動法によって測定
されたヤング率である。鋼種によるヤング率の違いはほ
とんど認められないが、歪み量の増加に伴い、鋼種およ
び熱処理によって瞬間ヤング率の低下の挙動が異なるこ
とがわかる。一方パネルは、周囲を拘束しパネル正面を
構成する部分の中央部を押して荷重１００Ｎでのたわみ
量を求めた。

【００３０】図３には歪み量０．０６％でのＮｏ．１〜
Ｎｏ．１０のヤング率比とたわみ量の関係を示す。これ
より、歪み量０．０６％でのヤング率比が０．８以上、
降伏応力の上昇代が４０Ｎ／ｍｍ²以上であれば高い張
り剛性が得られることがわかる。

【００３１】熱処理：熱処理条件は実際にそのパネルを
製造するラインで塗装焼付等の目的のために行われてい
る条件に準じる。したがって、熱処理条件は１５０〜１
７０℃で５〜２０分とする。もちろん、張り剛性向上の
目的で、更に高温長時間の熱処理を施して特性を評価し
ても良い。

【００３２】次に化学成分の限定理由について説明す
る。

【００３３】固溶Ｃ、Ｎ量：固溶Ｃ、Ｎ量の合計が０．
０００７％未満では可動転位を固着する能力が十分では
ない。したがって固溶Ｃ、Ｎ量の合計は０．０００７％
以上が望ましい。また、固溶Ｃ、Ｎ量の合計が０．００
５％を超えると室温で放置している間に時効硬化が進行
し、パネルを成形するのが困難になる。したがって、固
溶Ｃ、Ｎ量の上限は０．００５％とする。

【００３４】Ｃ：Ｃを０．０００７％未満にするために
は真空脱ガス処理コストが大きくなりすぎること、ま
た、Ｃ量が０．０００７％未満では本発明の効果は十分
発揮されないことから、Ｃの下限は０．０００７％とす
る。また、Ｃを０．０１％超にしても可動転位の固着能
力は飽和してしまい、加工性も劣化することから、Ｃ量
の上限は０．０１％とする。

【００３５】Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ：強度向上のために通常含
まれる成分、すなわちＳｉ、Ｍｎ、Ｐの上限をそれぞれ
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．１
５％以下とする。これはそれ以上の添加は加工性を劣化
するためである。

【００３６】また、ＳｉとＭｎは脱酸のため、それぞれ
０．０１％以上含まれていることが好ましい。

【００３７】Ｂ：Ｂの添加は二次加工性を向上させるの
で必要に応じて０．０００２％以上を添加することは効
果的であるが、０．００５％超になると加工性の劣化が
著しくなるため、上限を０．００５％とする。

【００３８】Ａｌ：Ａｌは脱酸材として用いる。また、
熱延、または焼鈍中にＡｌＮとして析出し固溶Ｎを低減
する。そのため少なくとも０．００５％の添加が望まし
い。しかし、０．２％超添加すると加工性が劣化するこ
とから上限を０．２％とする。

【００３９】Ｔｉ、Ｎｂ：極低炭素鋼の場合、固溶Ｃ，
Ｎ量をコントロールする目的でＴｉ、またはＮｂのいず
れか一つまたは両方を合計で０．０００２％以上添加し
ても良い。しかし、合計で０．０７％超添加すると再結
晶温度が上昇し材質が劣化する。したがって上限は０．
０７％とする。

【００４０】Ｎ：Ｎは０．００７％超添加すると加工性
が劣化する。したがってＮの上限は０．００７％とす
る。

【００４１】Ｃｒ：Ｃｒは強度上昇に有効な元素であ
り、かつ熱処理後の降伏応力の上昇代を高めることから
状況に応じて添加しても良い。しかし、その添加量が
０．２％未満では効果が現れないためその下限を０．２
％とする。一方、３％を超えると熱延板の酸洗性が低下
したり、製品板の化成処理性が劣化したりするので、上
限を３％とする。

【００４２】Ｍｏ：Ｍｏも強度上昇に有効な元素であ
り、かつ熱処理後の降伏応力の上昇代を高めることから
状況に応じて添加しても良い。しかし、その添加量が
０．０１％未満ではその効果が現れないためその下限を
０．０１％とする。一方３％を超えると強度が上昇しす
ぎて成形性が劣化するだけでなく、降伏応力上昇の効果
も飽和することからその上限を３％とする。

【００４３】上記成分を得るための原料は特に限定しな
いが、鉄鉱石を原料として、高炉、転炉により成分を調
整する方法以外にスクラップを原料としても良いし、こ
れを電炉で溶製しても良い。スクラップを原料の全部ま
たは一部として使用する際には、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓ
ｂ、Ｚｎ、Ｐｂ等の元素を含んでも良い。

【００４４】以上のように成分調整された鋼を常法にし
たがって冷延鋼板とする。

【００４５】熱間圧延に供するスラブは特に限定する物
ではない。すなわち、連続鋳造スラブや薄スラブキャス
ターで製造したものなどであれば良い。また、鋳造後に
直ちに熱間圧延を行う、連続鋳造−直接圧延（ＣＣ−Ｄ
Ｒ）のようなプロセスにも適合する。熱間圧延の仕上温
度はＡｒ₃点より高いことが望ましい。冷間圧延率は５
０〜９０％が望ましい。

【００４６】仕上げ圧延をα域で行うα域連続熱延プロ
セスによって得られた素材を冷間圧延、焼鈍して冷延鋼
板としても良い。

【００４７】焼鈍温度は再結晶温度以上９６０℃以下と
する。再結晶温度以下で焼鈍を行うと成形性が著しく劣
化する。９６０℃超で焼鈍を行っても成形性が向上しな
いばかりか、表面性状が劣化する、通板性の低下、製造
コストの上昇などの問題が生じる。この観点からは８５
０℃以下が更に望ましい。

【００４８】

【実施例】以下に本発明を実施例をもって詳細に述べ
る。

【００４９】（実施例１）表３に示す機械的性質と固溶
Ｃ、Ｎ量を有する板厚０．８ｍｍの冷延鋼板を実機にて
製造した。Ｌ方向からＪＩＳ５号引張り試験片およびヤ
ング率測定用試験片を切り出し、残部より図１に示した
パネルを作製した。各々の試験片およびパネルに１７０
℃で２０分の熱処理を施した後に、ヤング率測定と瞬間
ヤング率測定を行った結果から得られたヤング率比Ａ
（＝０．０６％歪みでの瞬間ヤング率／ヤング率）およ
びパネル周囲を拘束しパネル正面を構成する部分の中央
部を押した時の荷重１００Ｎでのたわみ量を表４に示
す。これより、ヤング率比が０．８以上を有し、かつ熱
処理による降伏応力の上昇代が４０Ｎ／ｍｍ²の鋼板は
いずれも高い張り剛性を示すことがわかる。また、Ｎ
ｏ．Ｍの鋼板は原板の降伏応力が高すぎるため、適切な
曲率を持ったパネルを成形することができなかった。

【００５０】

【表３】

【００５１】

【表４】

【００５２】（実施例２）表１中の鋼Ｂの冷延率を変え
ることによってに表５に示した様な種々の板厚にした。
機械的な性質は、表５中に示したようにいずれも大きな
違いはない。このような材料の張り剛性を実施例１と同
様な方法で評価した結果を表５と図４に示す。これより
板厚が０．５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲で熱処理を施すに
よってたわみ量が低下し、優れた張り剛性が得られるこ
とがわかる。

【００５３】

【表５】

【００５４】

【発明の効果】以上のように歪みの増加に伴う瞬間ヤン
グ率の低下代が低い冷延鋼板を板厚範囲を制限した上で
パネルに適用することによって張り剛性が著しく向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で張り剛性を評価するために作製したパ
ネルを示す図である。

【図２】歪みの増加に伴う瞬間ヤング率の変化を示すグ
ラフである。

【図３】ヤング率比と張り剛性との関係を表すグラフで
ある。

【図４】張り剛性に及ぼす板厚と熱処理の関係を表すグ
ラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸田 宏司 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 秋末 治 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 Ｆターム(参考） 4K037 EA01 EA02 EA04 EA11 EA15 EA17 EA18 EA19 EA23 EA27 EA31 EB02 EB03 EB08 EB09 FJ05 FJ06 FL01 HA01 JA02 JA06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％でＣ：０．０００７〜０．０１％
   含有し、板厚０．５〜０．８ｍｍ、降伏応力が１２０〜
   ２５０Ｎ／ｍｍ²の極低炭素冷延鋼板であって、相当歪
   みで２％の予歪みを施し、１５０〜１７０℃で５〜２０
   分の熱処理を施した後、再度引張試験を行った際に歪み
   量０．０６％での応力歪み曲線の傾きＸとヤング率Ｙの
   比Ａ（＝Ｘ／Ｙ）がＡ＞０．８を満たし、前記熱処理後
   の降伏応力の上昇代が４０Ｎ／ｍｍ²以上であることを
   特徴とする成形性と張り剛性に優れた極低炭素冷延鋼
   板。
2. 【請求項２】 前記極低炭素冷延鋼板の固溶Ｃ量と固溶
   Ｎ量の合計が、重量％で０．０００７〜０．００５％で
   あることを特徴とする、請求項１に記載の成形性と張り
   剛性に優れた極低炭素冷延鋼板。
3. 【請求項３】 質量％で、Ｃ：０．０００７〜０．０１
   ％、Ｓｉ：≦１．０％、Ｍｎ：≦１．５％、Ｐ：≦０．
   １５％、Ａｌ：０．００５〜０．２％、Ｎ：≦０．００
   ７％を含有し、残部Ｆｅを主成分とすることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載の成形性と張り剛性に
   優れた極低炭素冷延鋼板。
4. 【請求項４】 質量％で、ＮｂまたはＴｉのいずれか１
   種または２種を合計で０．０００２〜０．０７％を含有
   することを特徴とする請求項３に記載の成形性と張り剛
   性に優れた冷延鋼板。
5. 【請求項５】 質量％で、Ｂを０．０００２〜０．００
   ５％含有することを特徴とする請求項３または請求項４
   に記載の成形性と張り剛性に優れた極低炭素冷延鋼板。
6. 【請求項６】 質量％でＣｒ：０．２〜３％、及び／又
   はＭｏ：０．０１〜３％含有することを特徴とする請求
   項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の成形性と張
   り剛性に優れた極低炭素冷延鋼板。
7. 【請求項７】 通常の方法で熱間圧延、冷間圧延を施
   し、その後再結晶温度以上９６０℃以下で再結晶焼鈍を
   施すことを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれ
   か１項に記載の成形性と張り剛性に優れた極低炭素冷延
   鋼板の製造方法。