JP2003003237A - 面内異方性が小さい連続鋳造ほうろう用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

面内異方性が小さい連続鋳造ほうろう用鋼板およびその製造方法

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JP2003003237A
JP2003003237A JP2001185909A JP2001185909A JP2003003237A JP 2003003237 A JP2003003237 A JP 2003003237A JP 2001185909 A JP2001185909 A JP 2001185909A JP 2001185909 A JP2001185909 A JP 2001185909A JP 2003003237 A JP2003003237 A JP 2003003237A
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Hidekuni Murakami
英邦 村上
Masayoshi Suehiro
正芳 末廣
Shiro Sayanagi
志郎 佐柳
Satoru Nishimura
哲 西村
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工性、耐泡・黒点性およびほうろう密着性
の優れた連続鋳造ほうろう用鋼板およびその製造方法。 【解決手段】 質量%で、C :0.001〜0.00
25%、Mn:0.05〜0.4%、Si:0.015
%以下、Al:0.003〜0.01%、N :0.0
015〜0.0045%、O :0.005〜0.04
5%、P :0.015%以下、S :0.025%以
下、Cu:0.015〜0.045%、Nb:0.00
5〜0.055%、V :0.005〜0.05%を含
有し、さらに不可避的または必要に応じAs、Ti、
B、Ni、Se、Cr、Ta、W、Mo、Snの1種以
上を合計で0.02%以下とし、残部がFeおよび不可
避的不純物からなる面内異方性が小さく、ほうろう密着
性、耐泡・黒点性および耐つまとび性の優れた連続鋳造
ほうろう用鋼板およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はほうろう特性(耐泡
・黒点性、密着性、耐つまとび性)が優れ、面内異方性
が小さいほうろう用鋼板およびその製造方法に関し、特
に連続鋳造によって得ることを特徴とするものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ほうろう用鋼板は、キャップド鋼
またはリムド鋼を造塊し、分塊、熱延、冷延の後にオー
プンコイル焼鈍法によって脱炭し、さらに脱窒焼鈍し、
炭素や窒素を数10ppm以下に減少させることによっ
て製造されてきた。しかし、このようにして製造された
ほうろう用鋼板は造塊、分塊法によって製造する点や脱
炭脱窒焼鈍が必要なことや、製造コストが高いという欠
点があった。
【0003】そこでこれらの欠点を克服すべく、連続鋳
造法によるほうろう用鋼板製造技術が開発された。今日
のほうろう用鋼板は、製造コストの低減をはかるべく、
この連続鋳造法によって製造されるのが通常である。そ
の1例として、例えば特開平07−166295号公報
に高酸素鋼を連続鋳造してほうろう用鋼板を得る技術が
開示されている。しかしこの技術によるほうろう用鋼板
は、ほうろう特性が劣り、複雑な形状の深絞り加工製品
には適用できない。
【0004】そこで、本発明者らは鋭意研究を重ねた結
果、つまとび性、深絞り性に優れたほうろう用鋼板につ
いて特願平11−198678号で出願した。しかしな
がら、この技術による鋼板は、材質の面内異方性、特に
r値の面内異方性が十分に小さくなっていないため、加
工形状に大きな異方性を有する用途、例えば浴槽などの
角筒成形を行う場合に成形性が不足する場合があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述したほう
ろう用鋼板の問題点を克服し、形状に異方性を有する加
工を行った場合にも十分な成形性を示し、非時効性の一
回かけほうろう耐泡・黒点性、密着性、耐つまとび性が
優れた連続鋳造ほうろう用鋼板およびその製造法を提供
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来の鋼板、
鋼板製造法の欠点を克服するためほうろう用鋼板の加工
性およびほうろう特性について、下記のような主要元素
についての化学組成、製造条件、さらに通常の工業プロ
セスにおいて鋼中に不可避的に含有されると考えられる
微量元素の影響について種々の検討を重ねた結果、
(1)〜(8)の項目を知見して得られたものである。
【0007】化学組成: C :0.0005〜0.0055% Mn:0.05〜0.5% O :0.001〜0.07% Nb:0.000〜0.06% V :0.000〜0.07% Cu:0.08%以下 Si:0.12%以下 P :0.005%〜0.025% S :0.035%以下 Al:0.0002〜0.015% N :0.0005〜0.0065% 製造条件: 加熱温度:1250〜1050℃ 仕上温度:750〜950℃ 巻取温度:500〜800℃ 冷間圧延率:50〜90% 焼鈍:650〜850℃×1〜300分 ほうろう性:酸洗、Ni処理を行った後、膜厚:100
μmの一回かけほうろう処理を行い、つまとび性、泡・
黒点性表面欠陥、密着性を調査した。 (1) 深絞り性はC量が低いほど、酸素量が低いほど
良好になる。 (2) 深絞り性はC:0.0025%以下で、Nbを
0.005%以上添加すれば、高いr値が得られる。 (3) 時効性はC:0.0025%以下、V:0.0
05%以上、Nb:0.005%以上添加の条件を満足
すれば、焼鈍条件によらず小さく抑えられる。 (4) つまとび性と良い相関のある水素透過時間は酸
素、Mn、V、Nb量に影響され、これらの元素は添加
量が多いほど水素透過時間が長くなる。 (5) 水素透過時間と深絞り性は一方を向上させると
もう一方が劣化する関係にあるが、上記のようにMn、
Nb、V、Oを制御した鋼でも特にAl量を特定の範囲
内に制御することで両特性とも特に良好となる。 (6) 通常の工業的な鉄鋼製造プロセスにおいて不可
避的に含有されると考えられる微量元素については含有
量の合計について本発明の効果を阻害しない上限の含有
量が存在する。 (7) Nb、Vを適度に含有した場合、r値の面内異
方性はC≧0.001%かつN≧0.0015%で顕著
に小さくなる。 (8) Nb、Vを適度に含有した場合、r値の面内異
方性はO≦0.045%で顕著に小さくなる。
【0008】本発明は以上の事実に基づき完成したもの
で、その発明の要旨は以下の通りである。
【0009】質量%で、C :0.001〜0.002
5%、Mn:0.05〜0.4%、Si:0.015%
以下、Al:0.003〜0.01%、N :0.00
15〜0.0045%、O :0.005〜0.045
%、P :0.015%以下、S :0.025%以
下、Cu:0.015〜0.045%、Nb:0.00
5〜0.055%、好ましくは0.04〜0.055
%、V :0.005〜0.055%、好ましくは0.
03〜0.055%を含有し、さらに不可避的または必
要に応じAs、Ti、B、Ni、Se、Cr、Ta、
W、Mo、Snの1種以上を合計で0.02%以下含有
し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、製造条
件としては仕上温度800℃以上、巻取温度600〜8
00℃で熱間圧延し、冷延率60%以上で冷間圧延した
のち、再結晶温度以上の温度で焼鈍することを特徴とす
るものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明について詳述する。
【0011】まず、鋼組成について詳述する。
【0012】Cは従来から低いほど加工性が良好となる
ことが知られているが、本発明では、時効を抑制し、か
つ高いr値を得るために0.0025%以下にする必要
がある。しかし、面内異方性の観点からはCの低減は好
ましくなく、0.001%以上にする必要がある。好ま
しい範囲は0.0012〜0.0022%である。
【0013】NはCと同様に侵入型固溶元素であり、
0.0045%を超えると、Nb、Vを添加しても加工
性が劣化すると共に非時効性鋼板の製造が出来なくな
る。この理由から、Nの上限を0.0045%に特定し
た。一方、過度に低減すると面内異方性が大きくなり本
発明が目的とする異方性が大きな形状の加工への用途に
適さなくなるため下限を0.0015%とする。
【0014】上で述べたCおよびNはNb、Vとの関連
で面内異方性に及ぼす影響に特異性が見られる。これは
本発明鋼のように通常の加工用鋼板に比し大量のOを含
む鋼板ではNb、Vは鋼板中で主として酸化物を形成
し、わずかなNb、Vが炭化物や窒化物などを形成して
いるが、この炭・窒化物を形成するためのNb、V量が
少ないために微細な炭・窒化物を形成し結晶粒成長や圧
延・再結晶における方位選択性に影響を及ぼすものと考
えられる。この様子を図2に示すが、一般の加工用鋼板
に比べ、多量の酸素およびNb、Vを含有する本発明鋼
ではC、Nが面内異方性に及ぼす影響が非常に狭い範囲
に限定されていることがわかる。
【0015】Siはほうろう特性を阻害するので、0.
015%以下にする必要がある。好ましい範囲は良好な
ほうろう特性を得る点から0.005%以下である。
【0016】Mnは酸素、Al、V、Nb添加量と関連
してほうろう特性に影響する重要な成分である。同時に
熱間圧延時にSに起因する熱間脆性を防止する元素で、
酸素を含む本発明では0.05%以上が必要である。一
方、Mn量が高くなるとほうろう密着性が悪くなり、泡
や黒点が発生しやすくなるためMn量の上限を0.4%
に特定した。なお、好ましくはMnの上限は、0.17
%である。
【0017】酸素はつまとび性、加工性に直接に影響す
ると同時に、Al、Mn、Nb、V量と関連してほうろ
う密着性、耐泡・黒点性に影響する。これらの効果を発
揮するには含有量は高いことが好ましいが実用的には
0.005%で十分である。一方、酸素量が高くなると
酸素が高いことにより直接に加工性を劣化させると共
に、Nb、V添加効率を低め間接的に加工性、時効性を
悪くする。さらに酸素は面内異方性に影響を及ぼし低す
ぎても高すぎても面内異方性を大きくする。これはA
l、Mn、Nb、V、Feなどとの酸化物の量やサイズ
が特に冷延、再結晶における結晶回転および再結晶方位
に影響を及ぼすためと考えられる。面内異方性を小さく
するための酸素量はつまとび性をはじめとしたほうろう
特性を最適にする酸素量よりは低い範囲にある。この理
由は明確ではないが酸素量が過度に多いと酸化物が粗大
に生成することと関連しており、熱延時の結晶粒の成長
を容易にし熱延板組織が粗大になることが一因と思われ
る。Nb、V含有鋼において含有O量がつまとび性と面
内異方性に及ぼす影響を図1に示す。図中のT値はつま
とび性の指標となる水素透過時間を示し、高いほど耐つ
まとび性が良好である。本発明においてはこれらを総合
的に勘案して本発明における酸素量を0.005〜0.
045%に限定する。
【0018】Pは含有量が0.015%超だとほうろう
前処理時の酸洗速度を速め、泡・黒点の原因となるスマ
ットを増加させる。したがって、本発明ではP含有量を
0.015%以下に特定した。P量を0.015%以下
とすることで、泡・黒点の大幅な改善が実現できる。そ
のメカニズムは、定かではないが以下のように推定して
いる。Pは粒界偏析を生じやすい元素であり、FeP化
合物を生成する。このFeP化合物は酸洗時にスマット
等を生成させるため、泡・黒点を発生させやすい。その
ため、P量を0.015%以下に制御して、FeP化合
物の生成を抑制することが必要である。P量が0.01
5%超となると粒界のP濃度が増加してFeP化合物が
生成しやすくなる。そうするとFeP化合物によって、
酸洗時に粒界とマトリックスの電位の差により局部電池
が発生し、局所的に酸洗速度が速まる。その過程でスマ
ットが著しく発生する。これらの酸洗時のスマット発生
を抑制するためには、粒界偏析Pを押さえてFeP化合
物の発生を極力少なくすることが極めて重要である。
【0019】Sはほうろう前処理の酸洗時にスマット量
を増やし、泡・黒点を発生しやすくするので、0.02
5%以下とする必要がある。
【0020】Vは本発明の重要な構成要件の一つであ
る。VはNを固定し、Nによる深絞り性の劣化、時効に
よる伸び低下によるプレス加工性の低下を防止する。ま
た、添加したVの一部は鋼中酸素と結合して酸化物とな
り、つまとび防止に有効な働きをすると同時に、つまと
び発生を抑えるのに必要な酸素量を低くし、間接的な加
工性の向上効果も有する。この効果は、0.005%以
上のNbを含有すれば得ることができるが、効果を顕著
にし著しく良好な特性を得るには0.03%以上とする
ことが好ましい。一方、V添加量が多くなるとほうろう
密着性、耐泡・黒点性が劣化するので、上限を0.05
5%に特定した。
【0021】Nbも本発明の重要な元素である。Nbは
Cを固定し、深絞り性を向上せしめると共に、非時効化
する。また、添加したNbは鋼中酸素と結合し酸化物を
形成し、つまとび防止に有効な働きをする。この効果
は、0.005%以上のNbを含有すれば得ることがで
きるが、効果を顕著にし著しく良好な特性を得るには
0.04%以上とすることが好ましい。しかし、添加量
が高すぎると密着性、耐泡・黒点性が劣化するので上限
を0.055%に特定した。
【0022】Alは、脱酸元素であり、ほうろう特性と
してのつまとび性を良好にするためには、鋼中の酸素を
適正量鋼材中に酸化物として存在させることが望ましい
が、加工性の観点からは過剰の酸化物として存在すると
加工性を劣化させる。本発明鋼では酸化物の形態を制御
し、つまとび性と加工性の両立をはかるため酸素量のみ
ならずMn、Nb、V量、そしてAl量の制御が重要で
ある。
【0023】Nb、Vを含有する鋼における加工性(r
値)と耐つまとび性に及ぼすAl含有量の影響を図3に
示す。両特性を共に最良の状態にするにはAlを0.0
030〜0.01%とすることが極めて望ましく、これ
により鋼中酸化物の形態が好ましく制御され非常に良好
な耐つまとび性と非常に良好な加工性の両立が可能とな
る。
【0024】Cuはほうろう前処理時の酸洗速度を抑制
する働きがあることが良く知られている。本発明ではC
uの働きを引き出すため0.015%は必要である。本
発明はNb、Vを添加し、固溶C、Nが極めて少ないの
で酸洗抑制作用が強すぎると低酸洗時間域での密着性が
低下するため、上限を0.045%に特定した。
【0025】その他のスクラップ原料等から混入する不
可避的成分、あるいは必要に応じて添加する強化成分等
は、材質特性、ほうろう特性に悪影響を及ぼすので低く
することが望ましいが、As、Ti、B、Ni、Se、
Cr、Ta、W、Mo、Snについては1種以上の合計
で0.02%以下であれば特に本発明の効果を阻害する
ものではない。言い換えれば、上記の範囲内であれば本
発明で想定しているメリット以外の製造上または品質上
のメリットを期待して積極的に添加することも可能であ
る。
【0026】次に、製造方法について開示した請求項4
の発明について説明する。本発明にかかる鋼スラブは連
続鋳造で製造されるが、インゴット−分塊圧延法で製造
しても本発明の特徴は損なわない。引き続いて熱間圧延
されるが、加熱温度によって本発明の特徴は影響されな
いので、加熱温度は通常行われている1050℃〜12
50℃の範囲で実施している。熱延仕上り温度は800
℃以上であれば、何度でも良いが、熱延操業性からAr
3点温度以上であることが望ましい。巻取温度も良好な
加工性を得たいときは熱延終了後直ちに50℃以上の冷
却を行うと良い。
【0027】冷間圧延は深絞り性および面内異方性の良
好な鋼板を得るために60%以上を必要とする。特に高
い絞り性および小さな面内異方性を必要とする場合は、
75%以上とすることが好ましい。
【0028】焼鈍は箱焼鈍でも連続焼鈍でも本発明の特
徴は変わらなく、再結晶温度以上の温度であれば本発明
の特徴を発揮する。特に本発明の特徴である面内異方性
が小さく、ほうろう特性が良好という特徴を顕現させる
には連続焼鈍が好ましい。箱焼鈍では650〜750℃
で、連続焼鈍では700〜800℃で主に実施すること
ができる。
【0029】以上、説明した様に本発明の化学組成から
なる鋼板、および発明による製造条件で製造した鋼板
は、連続鋳造法による鋳片によるものであっても従来の
ほうろう用鋼板以上に面内異方性が小さく、直接一回か
け、二回掛けを問わずほうろう焼成時の、泡、黒点欠陥
が発生しにくく、優れたほうろう密着性を有するほうろ
う用鋼板である。面内異方性が小さいことから、形状に
大きな異方性を有するバスタブ用途で加工性の向上効果
が顕著であるが、形状的には異方性が小さいケトル、鍋
等でも、加工性が向上し、絞り成形時の耳(イヤリン
グ)発生が小さいため鋼板歩留まりも向上する。
【0030】
【実施例】表1に示した種々の化学組成からなる連続鋳
造スラブを表2に示す製造条件で熱間圧延、冷間圧延、
焼鈍を行った。引き続き1.0%の調質圧延を行った
後、機械的特性、成形性およびほうろう特性を調査し
た。
【0031】機械特性は、焼鈍後、1.0%の調質圧延
後の鋼板から圧延方向の引張となるようにJIS5号試
験片に加工し、引張り試験、時効指数を調査し、r値に
ついては、圧延方向、圧延45°方向および圧延直角方
向の特性を求め rave.=(r0+2*r45+r90)/4 △r=(r0−2*r45+r90)/2 により特性を示した。ここでr0は圧延方向、r45は圧
延45°方向、r90は圧延直角方向の特性であり、r
ave.は一般に深絞り性、△rは面内異方性の指標として
用いられている値である。
【0032】時効指数は引張試験において10%の予歪
を付与した材料についての100℃×60分の時効前後
の耐力の差で示した。
【0033】成形性は辺を圧延方向および圧延直角方向
とした一辺280mmの正方形ブランクより100mm
の角筒を絞り加工する際の成形高さで評価した。
【0034】ほうろう特性は表4に示した工程で評価し
た。ほうろう特性の内、泡・黒点の表面特性は酸洗時間
を20分と長い条件を選び、その評価は次の通り表示し
た。 ◎:発生なし、○:少し発生、×:発生多い
【0035】また、ほうろう密着性は酸洗時間が3分と
短い条件で評価した。ほうろう密着性は通常行われてい
るP.E.I.密着試験方法(ASTM C313−5
9)では密着性に差が出ないため、2kgの球頭の重り
を1m高さから落下させ、変形部のほうろう剥離状態を
169本の触診針で計測し、未剥離部分の面積率で評価
した。
【0036】耐つまとび性は3枚の鋼板を酸洗時間3
分、Ni浸漬なしの前処理を施し、直接一回かけ用釉薬
を施釉、乾燥を行い、露点50℃で850℃の焼成炉に
3分間装入して焼成した後、160℃の恒温槽中に10
時間入れるつまとび促進試験を行い、目視でつまとび発
生状況を判定しつぎのとおり表示した。 ◎:発生なし、○:少し発生、×:発生多い
【0037】表3の結果から明らかなように、本発明の
鋼板はr値、Elが良好でこれらの面内異方性も小さ
く、角筒成形性および耐時効性も良好で、ほうろう特性
も優れたほうろう用鋼板である。一方、比較例で示した
鋼板は、材質特性もしくはほうろう特性のいずれか一
方、または双方の特性が劣っている。すなわち、化学組
成および化学組成間の密接な関係が本発明範囲をはずれ
ると材質、ほうろう特性の優れた鋼板が得られない。
【0038】
【表1】
【0039】
【表2】
【0040】
【表3】
【0041】
【表4】
【0042】
【発明の効果】本発明のほうろう用鋼板は、従来使用さ
れているプレス成形性の良好なTi添加鋼と同等、また
はそれ以上の深絞り性を有すると共にこれを上回る小さ
な面内異方性を有し、さらにほうろう用鋼板として必要
な耐泡・黒点性、ほうろう密着性、表面特性のすべてを
満たしている。特にTi添加鋼で問題であった泡・黒点
欠陥を克服し、連続鋳造法によって製造しても脱炭キャ
ップド鋼以上の表面性状が得られ、鋳片の製造コストが
大幅に低下すると共に、従来加工性が高いTi添加鋼で
も十分な成形性が得られない場合があった形状に大きな
異方性を有するバスタブなどの用途で、特に従来鋼を凌
駕する加工性を示す。また、従来の連続鋳造で製造され
ている高酸素鋼のように脱炭または脱炭脱窒焼鈍でな
く、連続焼鈍、または箱焼鈍を行ってもプレス成形性、
耐時効性の優れた鋼板が製造できるので、焼鈍に要する
コストの低減も大きく、工業的意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】Nb、V含有鋼において含有O量がつまとび性
と面内異方性に及ぼす影響を示す図である。
【図2】Cが面内異方性に及ぼす影響を示す図である。
【図3】Nb−V鋼のつまとび性と加工性に及ぼすAl
の影響を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 38/54 C22C 38/54 (72)発明者 佐柳 志郎 北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 西村 哲 北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内 Fターム(参考) 4K037 EA01 EA02 EA04 EA11 EA13 EA15 EA17 EA18 EA19 EA20 EA22 EA23 EA25 EA27 EA29 EA31 EA32 EA33 EB01 EB02 EC01 FA02 FA03 FC03 FC04 FC05 FC07 FD04 FE02 FE03 FE05 FH01 FH03 HA04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%で、C :0.001〜0.00
    25%、Mn:0.05〜0.4%、Si:0.015
    %以下、Al:0.003〜0.01%、N :0.0
    015〜0.0045%、O :0.005〜0.04
    5%、P :0.015%以下、S :0.025%以
    下、Cu:0.015〜0.045%、Nb:0.00
    5〜0.055%、V :0.005〜0.055%を
    含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなること
    を特徴とする面内異方性が小さい連続鋳造ほうろう用鋼
    板。
  2. 【請求項2】 質量%で、C :0.001〜0.00
    25%、Mn:0.05〜0.4%、Si:0.015
    %以下、Al:0.003〜0.01%、N :0.0
    015〜0.0045%、O :0.005〜0.04
    5%、P :0.015%以下、S :0.025%以
    下、Cu:0.015〜0.045%、Nb:0.04
    〜0.055%、V :0.03〜0.055%を含有
    し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特
    徴とする面内異方性が小さい連続鋳造ほうろう用鋼板。
  3. 【請求項3】 さらに、As、Ti、B、Ni、Se、
    Cr、Ta、W、Mo、Snの1種以上を合計で0.0
    2%以下含有することを特徴とする請求項1または請求
    項2記載の面内異方性が小さい連続鋳造ほうろう用鋼
    板。
  4. 【請求項4】 鋼成分が請求項1〜3の内のいずれかで
    ある連続鋳造鋳片を、仕上温度800℃以上、巻取温度
    600〜800℃で熱間圧延し、冷延率65%以上で冷
    間圧延したのち、再結晶温度以上の温度で焼鈍すること
    を特徴とする面内異方性が小さい連続鋳造ほうろう用鋼
    板の製造方法。
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