JP2004052069A

JP2004052069A - 打ち抜き性に優れた熱延鋼板

Info

Publication number: JP2004052069A
Application number: JP2002213925A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kusumi; 楠見　和久; Shiro Sayanagi; 佐柳　志郎; Yasuhiro Tomita; 冨田　靖啓; Kenji Saida; 才田　健二; Masayoshi Suehiro; 末廣　正芳; Hidekuni Murakami; 村上　英邦
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-23
Also published as: JP4299511B2

Abstract

【課題】切断面精度向上のためにクリアランスの小さくした場合の２次剪断発生を抑制しうる、打ち抜き性の優れた熱延鋼板を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１２％、Ｍｎ：０．３％以上、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、必要に応じて、Ｓｉ：０．０５〜０．２％を添加し、また必要に応じて、Ｓ：０．０１％以下に制限し、鋼板中のＭｎ濃度の標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％以下であることを特徴とする打ち抜き性に優れた熱延鋼板。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３４０ＭＰａを超える引張強度を持ち、ブランキング加工、シャーリング加工を施される部品に用いる打ち抜き性に優れた熱延鋼板に関するものであり、これを酸洗した酸洗鋼板や、各種表面処理を施した鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用を初めとした鋼板を使用した部品の多くは、ブランキング加工、シャーリング加工などを施される場合が多いが、形状精度や切断面の品質に対する要求が年々高まっている。通常の剪断加工においては、切断面は一般的に、ダレ−剪断面−破断面−かえりという様相を示すが、剪断面は平滑で精度的に良好な部分である。この剪断面を増加させる方法としては、クリアランスを小さくすることが挙げられるが、クリアランスを小さくすると２次剪断と呼ばれる不良が発生する。
【０００３】
２次剪断の発生は、１次剪断面（２次剪断面と区別するために通常の剪断面について以後このように表現する。）　形成中にポンチとダイスから発生したクラックが、クリアランスが小さいために工具下の圧縮応力領域まで進展してそこで停留するために、材料の分離が生じずに再度剪断面が形成されるという現象である。この２次剪断が生じると、切断面に凹凸が生じて、部品の組み合わせ・溶接などに支障を生じる。また、２次剪断の発生は切断部近傍の応力状態に影響を受けるために、２次剪断が発生した場合の金型調整にて微妙なクリアランス調整が必要となり、コスト・納期の点で不利となる。
【０００４】
以上のように２次剪断を抑制することは重要であるが、２次剪断の制御に関する知見は成形条件としてはクリアランス、材質面では軟質化ということのみで系統的検討はなされていない。また、打ち抜き性ということに関しては、特開平３−４７９２２号公報、特開平８−２９５９２７号公報などに熱延工程とその後に焼鈍や冷延工程を行うことによる打ち抜き性の改善に関する技術が開示され、特開昭５５−７３８４５号公報や特開平３−１８４０３号公報などに合金添加元素を制限することにより打ち抜き性を改善する技術が開示されているが、２次剪断を抑制する技術は開示されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、切断面精度向上のためにクリアランスを小さくした場合の２次剪断発生を抑制しうる、打ち抜き性の優れた熱延鋼板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】
２次剪断を解決する手段を検討するために詳細検討したところ、１次剪断面の長さが大きいと２次剪断面発生量が減少することが明らかになった。これは１次剪断面の長さが大きいと、パンチ、ダイスでのクラック発生位置がお互いに近くなるために、クラックが会合しやすくなるためと考えられる。そこで、１次剪断長さを長くするための冶金的因子を詳細検討した結果、鋼中のＣ，Ｓｉ，Ｓの量を制御することにより２次剪断を抑制できることを明らかにした。
【０００７】
その機構としては以下のことが考えられる。Ｃ，Ｓの量は炭化物や介在物の量を決定している。１次剪断の長さは１次剪断面の形成中のクラックの発生を抑制することが重要であり、それには炭化物や介在物の量を減少させるためにＣ，Ｓ量を少なくする方が良いと考えられる。また、Ｓｉの添加は炭化物を分散析出させる効果があり、Ｓｉ量が多いほどクラックの発生が抑制されて１次剪断長さが長くなることが考えられる。
【０００８】
また、これらの鋼では強化のためにＭｎを添加しているが、Ｍｎが多く添加される場合にはＭｎ偏析が層状に生じて、板厚方向に強度のばらつきが生じることがある。さらにＭｎの偏析は炭化物形成にも影響を及ぼし、その場合、パーライトが層状に分布するバンド組織を呈することがある。このＭｎ偏析の２次剪断発生に及ぼす影響を検討したところ、Ｍｎ濃度にばらつきが大きい場合には上記のＣ，Ｓｉ，Ｓを制御して１次剪断を長くしたとしても２次剪断が部分的に残存して切断面の品質が良好とならないが、Ｍｎ濃度のばらつきを制限することにより、仮にバンド組織が生じた場合でも２次剪断が抑制できることを明らかにした。この理由としては、Ｍｎ偏析のばらつきが小さい場合には、板厚方向の強度ばらつきが小さくなり、クラック発生が均一となるためであると推察された。
【０００９】
以上のように、鋼中のＣ，Ｓｉ，Ｓの量を制御することと、Ｍｎ濃度ばらっきを制限することにより２次剪断を抑制できる。また、このような思想は断面全体を剪断面とするべく行われるファインブランキング加工にも通じ、良好なファインブランキング性を示すものと考えられる。
【００１０】
本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１）質量％で、
Ｃ　：０．０５〜０．１２％、　Ｍｎ：０．３％以上、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、鋼板中のＭｎ濃度の標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％以下であることを特徴とする打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
【００１１】
（２）質量％で、
Ｃ　：０．０５〜０．１２％、　Ｓｉ：０．０５〜０．２％、
Ｍｎ：０．３％以上、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、鋼板中のＭｎ濃度の標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％以下であることを特徴とする打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
【００１２】
（３）質量％で、
Ｃ　：０．０５〜０．１２％、　Ｍｎ：０．３％以上、
Ｓ　：０．０１％以下、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、鋼板中のＭｎ濃度の標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％以下であることを特徴とする打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
【００１３】
（４）質量％で、
Ｃ　：０．０５〜０．１２％、　Ｓｉ：０．０５〜０．３％、
Ｍｎ：０．３％以上、　　　　　Ｓ　：０．０１％以下、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、鋼板中のＭｎ濃度の標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％以下であることを特徴とする打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の成分の限定理由としては以下の通りである。
Ｃは炭化物量を決定する元素であり、２次剪断の抑制のためには低い方が望ましい。しかし、低炭素化は製鋼コストの上昇を招き、また炭素自体は安価な強化元素であるために３４０ＭＰａ以上の引張強度を得るためには適量の添加が必要となる。本発明では強度確保の観点で下限を０．０５％とし、２次剪断抑制の観点から上限を０．１２％以下と制限する。上限に関しては上述の如く低い方が有利であり、０．１％以下とするとさらに２次剪断が抑制される。
【００１５】
Ｓｉは炭化物を微細分散させる効果があり、２次剪断抑制効果がある。その効果が発揮されるための下限を０．０５％とした。上限については特に制限しないが、多量の添加は表面のスケール発生に影響し、鋼板表面粗度を不均一にする方向であり、酸洗性も劣化させるため、０．３％以下の添加が望ましい。
【００１６】
Ｍｎは固溶強化により引張強度を確保するために必要であり、下限を０．３％とした。Ｍｎの添加量により必要な強度が得られるように適当に決めれば良い。上限については特に制限しないが、Ｍｎの強度上昇の効果は添加量を増加させると飽和するためにこの観点からは２．０％以下までが望ましい。また、Ｍｎ添加量が大きくなると偏析によりＭｎ濃度ばらつきが生じやすくなり、それらを後述のレベルに低下させるための手段が必要となるため、０．７％以下の添加が望ましい。
【００１７】
Ｓは主な介在物であるＭｎＳに影響を与える元素である。２次剪断の抑制のためには低い方が望ましく、上限を０．０１％以下とする。下限については特に限定されるものではないが、脱硫コストの観点からは０．００１％程度までとするのが望ましい。
【００１８】
基本的には上記の元素を制御すれば２次剪断が抑制され、打ち抜き性に優れた熱延鋼板を実現できるが、場合によっては以下の元素を添加しても良い。
Ｂは熱延でのスラブ加熱中もしくは粗圧延中にＢＮとして析出するために材質の捲取温度依存性が小さくなる効果がある。しかし、過度の添加は延性を低下させるため、Ｂを添加する場合は０．０００５％〜０．０１％とすることが望ましい。
【００１９】
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏの１種または２種以上を０．００５％〜０．５％添加することができる。この種の元素を添加することにより、炭化物、窒化物による析出強化が期待できるが、過度に添加すると延性が低下するために、上記の範囲に添加するのが望ましい。
【００２０】
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒの１種または２種以上を０．０１％〜２％添加することができる。これらの微量添加はスケール疵を減少させる効果があるものの、過度の添加は延性の低下と合金コスト増を招くために、上記の範囲に添加するのが望ましい。
【００２１】
以上の元素のほかに、通常に存在する元素としてはＰ，Ａｌ，Ｎがある。
Ｐは強度向上に効果のある元素であるが、溶接性を低下させる元素である。添加する場合は、０．１％以下に抑えるのが望ましい。
【００２２】
Ａｌは脱酸元素として添加するが、少量であると脱酸効果が低く介在物量が増加し、過度の添加は延性が低下する。そこで特には規定しないものの、０．００５％〜０．１％の範囲にあることが望ましい。
【００２３】
Ｎは過度に含まれると加工性を低下させ、時効性も低下させる元素であり、０．０１％以下が望ましい。
【００２４】
また、Ｃａ，ＲＥＭは硫化物系介在物が球状化して穴拡げ性を向上させるので、それぞれＣａ：０．０００５％〜０．０１％、ＲＥＭ：０．００５％〜０．１％添加しても良い。
【００２５】
その他、不可避的に含有される微量な不純物については、特に規制する必要は無く、それらの元素が添加されていても本発明の効果に対して影響を及ぼさない。
【００２６】
また、Ｍｎ偏析のＭｎ濃度ばらつきについては、Ｍｎ濃度の標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％以下としたが、標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％を超えると板厚方向の強度ばらつきが大きくなり、かつバンド組織も多量に出現して、２次剪断が残存しやすくなるためである。標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％以下であれば、板厚方向の強度ばらつきも少なく、またバンド組織が出現する場合でも軽微であるために２次剪断発生が抑制されて、打ち抜き性の優れた熱延鋼板を実現できる。Ｍｎ濃度は電子線マイクロアナライザーを用い、板厚断面を研磨した試料を板厚方向に線分析することにより濃度分布を測定する方法が推奨される。測定条件を調整してノイズをできるだけ除去して測定する必要がある。
【００２７】
以上の熱延鋼板を実現する製造方法としては、特に限定されるものではなく、Ｍｎ偏析に関して本発明の範囲を満たすようにすれば、２次剪断発生が抑制されて、打ち抜き性の優れた熱延鋼板を得ることができる。製造コストの点からは連続鋳造にて製造したスラブを、ホットチャージまたは一旦冷却した後に１０００℃以上、１４００℃以下に再加熱して、仕上げ圧延温度８００℃〜９００℃、捲取温度７００℃以下で熱延するような工程が推奨される。生産量が少ない場合には薄スラブ連続鋳造からの直接熱延も可能である。
【００２８】
Ｍｎ添加量を多くすると、Ｍｎ偏析が顕著となる。これらを緩和して本発明の範囲とする方法としては、鋳造中の冷却制御、電磁攪拌、溶鋼温度制御、鋳造時の軽圧下などが考えられるが、これらについては鋳造機の個々に対して条件を最適化し、コストや状況を含めて適当な方法を選択すればよい。
【００２９】
なお、本発明鋼は、電磁攪拌条件を工夫することで得ることができる。すなわち電磁攪拌の加速度を高くするため、流速を２０ｃｍ／ｓ以下として０．５ｓ（秒）で電流を立ち上げ、３秒通電し、０．５秒で立ち下げて１秒通電しないというサイクルを連続して行うというものである。これにより凝固シェル前面と溶鋼に剪断力を発生させてデンドライトを分断し、等軸晶化することによりＭｎの偏析を低減できる。さらに、内部の身凝固部の温度を保持したまま、凝固の直前で中心固相率が０．７％まで軽圧下を行い、さらなるＭｎ偏析の抑制を図ることができる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
表１，２に示す化学成分のスラブを表１，２に併せて示す条件にて熱延した。表２の鋼は表１に示す鋼をべースにいくつかの元素を添加したものである。スラブ厚さは２５０ｍｍ、熱延鋼板の板厚は４．０ｍｍとした。熱延板のうち、実験番号１〜１２、１９〜２４、３７〜４１、４４〜４８、５１〜５３は、酸洗ラインにて表面のスケールを除去した酸洗鋼板とした。製造した鋼板の引張強度は、ＪＩＳ５号試験片により圧延方向と平行方向で測定し、引張強度が３４０ＭＰａ以上であれば凡例○、以下であれば凡例×として表１，２に示した。
【００３１】
Ｍｎ濃度分布は鋼板の任意の部位から断面研磨した試料を作成し、電子線マイクロアナライザーによる板厚方向の線分析にて測定し、統計処理により標準偏差を求めた。打抜き試験は汎用の打抜き工具で行った。パンチ径は２０ｍｍφでダイス径を変更することによりクリアランスを変更した。２次剪断の発生は目視で行い、クリアランスが板厚の１０％で２次剪断が出現しなくなる場合を凡例◎、クリアランスが板厚の１１．３％で２次剪断が出現しなくなる場合を凡例○、クリアランスが板厚の１１．３％でも２次剪断が発生する場合を凡例×として表１，２に合わせて示した。
なお、Ｍｎ偏析を抑制する手段として、前述の高加速度電磁攪拌と軽圧下を実験番号２７，２９，３２，３４を除いた全ての実験において行った。
【００３２】
実験番号１〜２４は鋼中のＣ，Ｓｉ量を変化させた実験である。実験番号１，７，１３，１９はＣ量が制限より少なく、引張強度が３４０ＭＰａ以上とならなかった。実験番号６，１２，１８，２４はＣ量が制限より多く、２次剪断が解消しなかった。
【００３３】
実験番号２５〜３４はＭｎ量とＭｎ偏析の影響を検討したもので、連続鋳造の冷却により偏析を制御したものである。実験番号２５，３０はＭｎ量が制限以下であるため引張強度が３４０ＭＰａ以上とならなかった。実験番号２７，２９，３２，３４はＭｎ濃度の標準偏差の全Ｍｎ濃度に対する割合が制限以上であったために２次剪断が解消しなかった。
【００３４】
実験番号３５，３６はＳ量の影響を検討したものであるが、Ｓが請求項３，４の制限外であったために、クリアランスが板厚の１０％で２次剪断が解消しなかった。しかし、クリアランスが板厚の１１．３％では２次剪断が解消した。
【００３５】
実験番号３７〜５３は他の元素の添加効果を検討したものであるが、様々な元素を添加しても本発明の範囲内であれば、２次剪断が抑制されて優れた打ち抜き性を示すことが分かる。
【００３６】
【表１】

【００３７】
【表２】

【００３８】
【発明の効果】
本発明により、ブランキング加工、シャーリング加工が施される部品に使用される熱延鋼板の打ち抜き性が良好となり、部品の形状精度が向上するため、産業上の寄与は大きい。

Claims

質量％で、
Ｃ　：０．０５〜０．１２％、
Ｍｎ：０．３％以上、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、鋼板中のＭｎ濃度の標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％以下であることを特徴とする打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
質量％で、
Ｃ　：０．０５〜０．１２％、
Ｓｉ：０．０５〜０．２％、
Ｍｎ：０．３％以上、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、鋼板中のＭｎ濃度の標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％以下であることを特徴とする打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
質量％で、
Ｃ　：０．０５〜０．１２％、
Ｍｎ：０．３％以上、
Ｓ　：０．０１％以下、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、鋼板中のＭｎ濃度の標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％以下であることを特徴とする打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
質量％で、
Ｃ　：０．０５〜０．１２％、
Ｓｉ：０．０５〜０．３％、
Ｍｎ：０．３％以上、
Ｓ　：０．０１％以下、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、鋼板中のＭｎ濃度の標準偏差が全Ｍｎ濃度の２０％以下であることを特徴とする打ち抜き性に優れた熱延鋼板。