JP2001348644A - 成形性と張り剛性に優れた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
性に優れた低炭素冷延鋼板を提供する。 【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．０１超〜０．０５％
を含有し、板厚０．５〜０．８ｍｍ、降伏応力が１２０
〜２５０Ｎ／ｍｍ²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
処理を施した後に、再度引張試験を行った際の歪み量
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低炭素冷延鋼板の板
厚を低減することが重要視されている。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。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。 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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】

【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。

【０００６】

【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、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としたと
き、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以上の鋼板は張り剛性が著しく向上することを見い
だした。 Ｘ／Ｙ＞０．８ ・・・（２）

【０００７】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、プレス成型時に可動転位が導
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。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。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。

【０００８】本発明の要旨は以下の通りである。 （１）質量％で、Ｃ：０．０１超〜０．０５％を含有
し、板厚０．５〜０．８ｍｍ、降伏応力が１２０〜２５
０Ｎ／ｍｍ²の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
処理を施した後に、再度引張試験を行った際の歪み量
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低炭素冷延鋼板。

【０００９】（２）前記低炭素冷延鋼板の固溶Ｃ量と固
溶Ｎ量の合計が、質量％で、０．０００７〜０．００５
％であることを特徴とする前記（１）に記載の成形性と
張り剛性に優れた低炭素冷延鋼板。 （３）質量％で、Ｃ：０．０１超〜０．０５％，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（２）に記
載の成形性と張り剛性に優れた低炭素冷延鋼板。

【００１０】（４）前記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）に記載の成形性と張り剛性に優れ
た低炭素冷延鋼板。 （５）前記鋼がさらに、質量％でＣｒ：０．２〜３％、
及び／又はＭｏ：０．０１〜３％を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
性に優れた低炭素冷延鋼板。 （６）前記（３）ないし（５）のいずれか１項に記載の
成分を有する熱延鋼板を冷間圧延後、７００℃〜Ａｃ₃
点で２０秒〜１２０秒の再結晶焼鈍を施し、更に２５０
〜４００℃で１〜５分の過時効処理を施すことを特徴と
する成形性と張り剛性に優れた低炭素冷延鋼板の製造方
法にある。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、プレスに相当する２％
の予歪みを与え所定の熱処理を施した後に引張試験を行
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％での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。 板厚：冷延鋼板の板厚は０．５〜０．８ｍｍ、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。従って、板厚が０．５ｍｍ未満に薄手化される
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。従って、板厚は０．５〜０．８ｍｍ、望
ましくは０．６〜０．８ｍｍとする。

【００１２】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。従って、プレス前の降伏応力は２
５０Ｎ／ｍｍ²以下とする。 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
に示す化学成分の鋼を熱間圧延・冷間圧延後同表中に示
した条件で焼鈍し、同表中に示した固溶Ｃ，Ｎ量および
機械的性質を有する板厚０．７５ｍｍの冷延鋼板を製造
した。

【００１３】

【表１】

【００１４】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。図２にＮｏ．２，５，６，１
０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事がわ
かる。

【００１５】

【表２】

【００１６】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。図３には歪み量０．０６％でのＮｏ．１〜
１０のヤング率比Ａ（＝Ｘ／Ｙ）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。ヤング率比は
原理的に１．０を越えることはない。また、前記熱処理
時の降伏応力の上昇代の上限は特に定めることなく本発
明の効果を得ることができる。 熱処理：引張試験の前に施される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。従って、熱処理条件は１５
０〜１７０℃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。

【００１７】次に、化学成分の限定理由について説明す
る。 Ｃ：Ｃを０．０１％未満にすると連続焼鈍における過時
効時の炭化物の析出が十分進行せず、固溶Ｃ量を十分低
減することが出来なくなる。また、Ｃ量が０．０５％超
になると炭化物やパーライトの析出量が増加し、延性や
深絞り性などの加工性が劣化する。従って、Ｃ量の範囲
は０．０１％超〜０．０５％とする。 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。従っ
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０．００５％を越える
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。従って、固溶Ｃ，Ｎ量の上限
は０．００５％とする。

【００１８】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．
１５％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。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。 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。

【００１９】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。 Ｎ：Ｎは不純物であ
り、０．００７％超含有すると加工性が劣化する。従っ
て、Ｎの上限は０．００７％とする。 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
加してもよい。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。

【００２０】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。上記成分
を得るための原料はとくに限定しないが、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よいし、これを電炉で溶製して
もよい。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，Ｓｂ，Ｚｎ，Ｐｂ等の
元素を含んでもよい。

【００２１】以上のように成分調整された鋼を常法にし
たがって鋳造、熱延後、冷延鋼板とする。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
あればよい。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−ＤＲ）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５０〜９０％が望ましい。ま
た、加工性向上のため、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よい。

【００２２】焼鈍温度：焼鈍温度が７００℃未満では再
結晶が完了せず、加工性が劣化したり、再結晶を完了さ
せるのに著しく長い時間を要し、生産性を低下させてし
まう。また、Ａｃ₃ 点超で焼鈍を行うと加工性が劣化す
る。従って、焼鈍温度の範囲は７００℃〜Ａｃ₃ 点とす
る。 焼鈍時間：焼鈍時間が２０秒未満では再結晶が完了せ
ず、加工性が劣化する。また、１２０秒超焼鈍を行って
も顕著な効果は得られず、生産性が低下する。従って、
焼鈍時間は２０秒〜１２０秒とする。

【００２３】過時効温度：過時効温度が２５０℃未満で
は十分炭化物を析出させるため著しく長い時間を要し、
生産性を低下させる。また、５００℃超では炭化物の析
出が不十分になり、固溶Ｃを低減できなくなる。したが
って過時効温度は２５０℃〜５００℃とする。 過時効時間：上記過時効温度範囲で１分未満の過時効を
行っても十分な炭化物析出が得られず、また、５分超行
ってもその効果は飽和することから、過時効時間は１分
〜５分とする。

【００２４】

【実施例】以下に本発明を実施例をもって詳細に述べ
る。 （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。冷
延後、７８０℃で６０秒の再結晶焼鈍を施し、更に表３
中に示した過時効処理を施した。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。相当歪みで２
％の予歪みを施した各々の試験片及びパネルに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、鋼Ｑ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。

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】（実施例２）表１中の鋼Ｃ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。
冷延後、表１中の鋼Ｃと同じ条件で再結晶焼鈍及び過時
効処理を施した。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。

【００２８】

【表５】

【００２９】

【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鋼板の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
ることが出来る。

【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

【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

【図３】ヤング率比と張り剛性との関係を表すグラフ

【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。特許出願人

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 学 千葉県富津市新富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 EA05 EA11 EA15 EA17 EA18 EA23 EA27 FJ05 FJ06 FL01 FL02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、Ｃ：０．０１超〜０．０５％
   を含有し、板厚０．５〜０．８ｍｍ、降伏応力が１２０
   〜２５０Ｎ／ｍｍ²の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に、再度引張試験を行った際の歪
   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低炭素冷延鋼
   板。
2. 【請求項２】 前記低炭素冷延鋼板の固溶Ｃ量と固溶Ｎ
   量の合計が、質量％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
   性に優れた低炭素冷延鋼板。
3. 【請求項３】 質量％で、Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦１．
   ５％，Ｐ≦０．１５％，Ａｌ０．００５〜０．２％，Ｎ
   ≦０．００７％を含有し、残部Ｆｅを主成分とすること
   を特徴とする請求項２に記載の成形性と張り剛性に優れ
   た低炭素冷延鋼板。
4. 【請求項４】 前記鋼がさらに、質量％で、Ｂを０．０
   ００２〜０．００５％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低炭素冷延鋼板。
5. 【請求項５】 前記鋼がさらに、質量％で、Ｃｒ：０．
   ２〜３％，及び／又はＭｏ：０．０１〜３％を含有する
   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低炭素冷延鋼板。
6. 【請求項６】 請求項３ないし請求項５のいずれか１項
   に記載の成分を有する熱延鋼板を冷間圧延後、７００℃
   〜Ａｃ₃ 点で２０秒〜１２０秒の再結晶焼鈍を施し、更
   に２５０〜５００℃で１〜５分の過時効処理を施すこと
   を特徴とする成形性と張り剛性に優れた低炭素冷延鋼板
   の製造方法。