JP2008056997A - 高強度冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】引張強度が４４０ＭＰａ以上の高強度を有しながら、伸び特性および化成処理性が共に優れる高強度冷延鋼板とその製造方法を提案する。
【解決手段】Ｃ：０．１５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．６０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０３０ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０１〜０．０７ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０１５０ｍａｓｓ％以下を含有する鋼スラブを、仕上圧延を８８０〜９６０℃の温度で終了する熱間圧延を行って、５４０〜６６０℃の温度で巻き取り、次いで、冷間圧延して板厚０．８ｍｍ以上の冷延板とし、その後、好ましくは３〜８ｖｏｌ％Ｈ_２＋残部Ｎ_２ガス、露点−４０℃以下の雰囲気下で、７２０〜８２０℃の温度で連続焼鈍することにより高強度冷延鋼板を得る。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車車体に用いられる高強度冷延鋼板に関し、特に、加工性のみならず化成処理性にも優れる高強度冷延鋼板とその製造方法に関するものである。

自動車車体に用いられる冷延鋼板には、一般に、伸び特性等の加工性に優れることが要求される。一方、近年になって、自動車車体には、燃費向上の観点から軽量化が、また、安全性確保の観点から高強度化が要求されており、それに伴って、自動車車体に用いられる板厚が０．８ｍｍ以上程度の冷延鋼板は、４４０ＭＰａクラス以上の高強度冷延鋼板への切替えが進められている。

高強度冷延鋼板には、プレス成形の際に、優れた加工性を示すことが要求されていることは言うまでもなく、用途によっては、形状凍結性を確保する観点等から、低降伏比であることも求められる。

斯かる高強度冷延鋼板は、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ等の強化元素を含有させた低炭素Ａｌキルド鋼を、通常の熱間圧延を施した後に冷間圧延し、引き続き再結晶焼鈍を施すことにより製造するのが一般的である。しかし、引張強度（ＴＳ）が４４０ＭＰａクラス以上の高強度を得るためには、上記強化成分を多量に含有させなければならず、そのため、延性の低下を招いていた。

さらに、自動車車体に用いられる鋼板には、車体の耐久性を確保する観点から、塗装後の耐食性にも優れることが強く求められており、そのためには、焼付塗装の下地処理としての化成処理性に優れることが必要である。しかしながら、上記Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ等の強化元素を含有させると、焼鈍時等において、これらの成分が鋼板表面に濃化して、化成処理性の劣化を引き起こすという問題がある。

そこで、高強度でも加工性や化成処理性に優れる高強度冷延鋼板が提案されている。
例えば、特許文献１には、Ｃ：０．０３〜１ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．２〜３ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．１〜１ｍａｓｓ％、Ｓｉ／Ｍｎ≦０．４の成分組成を満たす熱延鋼板の酸洗条件および連続焼鈍時の露点を制御し、鋼板の表面に、Ｓｉ／Ｍｎ≧０．５のＭｎ−Ｓｉ複合酸化物を１０個／１００μｍ^２以上存在させると共に、Ｓｉを主体とする酸化物の被覆率を１０％以下とすることにより化成処理性を高めた、塗膜密着性と加工性に優れる、引張強度が３９０ＭＰａ以上の高強度冷延鋼板が開示されている。さらに、特許文献１には、Ｃ：０．０３〜１ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．２〜３ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．１〜１ｍａｓｓ％の成分組成を満たす熱延鋼板の巻取り温度を５００℃以下とすると共に、熱間圧延後の酸洗条件、連続焼鈍時の露点、焼入れ開始温度を制御することにより、鋼板表面に、幅３μｍ以下、深さ５μｍ以上のクラックが存在しない高強度冷延鋼板についても開示されている。
特開２００５−２９０４４０号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、Ｓｉ，Ｍｎを多量に添加することを許容しているため、所望の鋼板表面を得るためには、酸洗条件および連続焼鈍条件等を厳密に制御する必要があり、製造条件によっては、化成処理性が必ずしも十分ではない。また、鋼中のＳｉ，Ｍｎは、鋼板表面に濃化し易く、これらの酸化物が連続焼鈍炉内のロール表面に付着堆積し、通板する鋼板表面に凹状の押し疵を発生させる、いわゆるピックアップという不具合を引きこし易いという問題もある。

そこで、本発明の目的は、板厚が０．８ｍｍ以上であって、引張強度が４４０ＭＰａ以上の高強度を有しながら、伸び特性および化成処理性が共に優れる高強度冷延鋼板とその製造方法を提案することにある。

発明者らは、高強度化のために多量のＳｉ，Ｍｎを添加することなく、加工性（伸び特性）と化成処理性が共に優れる引張強度が４４０ＭＰａクラスの高強度冷延鋼板を開発するべく鋭意検討を重ねた。その結果、従来の考え方とは発想と逆転し、素材成分として、Ｃの含有量を、加工性や溶接性を損ねない範囲の上限まで高めて、Ｍｎ等の他成分の含有量を適正範囲に規制すると共に、熱延、冷延および連続焼鈍条件を適正範囲に制御すれば、特別な強化元素を添加せずとも、加工性、形状凍結性および化成処理性のいずれにも優れる引張強度が４４０ＭＰａクラスの高強度冷延鋼板を得ることができることを見出し、本発明を開発した。

すなわち、本発明は、Ｃ：０．１５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．６０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０３０ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０１〜０．０７ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０１５０ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、板厚が０．８ｍｍ以上、引張強さが４４０ＭＰａ以上、伸びが３０％以上、降伏比が７０％未満であることを特徴とする高強度冷延鋼板である。

また、本発明は、Ｃ：０．１５〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．６０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０３０ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０１〜０．０７ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０１５０ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、仕上圧延を８８０〜９６０℃の温度で終了する熱間圧延を行って、５４０〜６６０℃の温度で巻き取り、次いで、冷間圧延して板厚０．８ｍｍ以上の冷延板とし、その後、７２０〜８２０℃の温度で連続焼鈍することを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法を提案する。

本発明における上記連続焼鈍は、３〜８ｖｏｌ％Ｈ_２＋残部Ｎ_２ガス、露点−４０℃以下の雰囲気下で行うことが好ましい。

本発明によれば、特別な成分を多量に添加することなく、板厚が０．８ｍｍ以上で、引張強度が４４０ＭＰａクラスの高強度を有すると共に、加工性と化成処理性が共に優れる高強度冷延鋼板を安価に提供することができる。したがって、本発明の高強度冷延鋼板は、自動車車体の素材として好適に用いることができる。

本発明の高強度冷延鋼板の成分組成を上記範囲に限定する理由について説明する。
Ｃ：０．１５〜０．２０ｍａｓｓ％
Ｃは、鋼板の強度に最も大きく影響する元素であり、所望の引張強さ（≧４４０ＭＰａ）を得るためには、０．１５ｍａｓｓ％以上添加する必要がある。しかし、０．２０ｍａｓｓ％を超えると、強度が高くなり過ぎて加工性が低下すると共に、溶接性も低下するようになるので、上限は０．２０ｍａｓｓ％とする。なお、加工性と強度のバランスの観点からは、０．１６〜０．１９ｍａｓｓ％の範囲であることが好ましい。

Ｓｉ：０．１０ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、脱酸元素であると共に、鋼を強化する元素である。しかし、鋼板の表面に濃化し、化成処理性を劣化させる成分でもあるので、本発明では０．１０ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは、０．０５ｍａｓｓ％未満である。

Ｍｎ：０．６０〜０．８０ｍａｓｓ％
Ｍｎは、Ｓによる熱間脆性を防止する効果がある他、鋼を高強度化する元素であるので、０．６０ｍａｓｓ％以上添加する。しかし、過剰の添加は、延性および化成処理性に悪影響を与えるので、上限は、０．８０ｍａｓｓ％とする。好ましくは、０．６５〜０．７５ｍａｓｓ％の範囲である。

Ｐ：０．０４０ｍａｓｓ％以下
Ｐは、鋼中に不可避的に混入する不純物であり、鋼板組織の微細化し、高強度化に有効な元素でもある。しかし、加工性や溶接性の点からは、低いほど好ましく、本発明では０．０４０ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは、０．０２５ｍａｓｓ％以下である。

Ｓ：０．０３０ｍａｓｓ％以下
Ｓは、鋼中に不可避的に混入する不純物であり、熱間脆性を引き起こしたり、耐食性を劣化させたりする成分である。また、少なければ少ない程、加工性が向上するので、極力、低減することが好ましい。しかし、含有量が０．０３０ｍａｓｓ％以下であれば、加工性にさほど影響を及ぼさないので、０．０３０ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは、０．０１５ｍａｓｓ％以下である。

Ａｌ：０．０１〜０．０７ｍａｓｓ％
Ａｌは、強力な脱酸剤として、また、ＮをＡｌＮとして固定するために添加する、これらの効果を得るためには、０．０１ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。しかし、０．０７ｍａｓｓ％を超えて添加すると、脱酸生成物により表面性状が劣化するので、Ａｌの含有量は０．０１〜０．０７ｍａｓｓ％の範囲とする。好ましくは、０.０１５〜０.０６５ｍａｓｓ％である。

Ｎ：０．０１５０ｍａｓｓ％以下
Ｎは、少なければ少ない程、深絞り性および時効性が向上するので、極力、低減することが好ましい。しかし、含有量が０．０１５０ｍａｓｓ％以下であれば、さほど悪影響を及ぼさないので、０．０１５０ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは、０．０１００ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．００６０ｍａｓｓ％以下である。

本発明の高強度冷延鋼板は、上記必須成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。ただし、要求される特性に応じて、Ｃｕ：０.０１〜０.１０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０.０１〜０.１０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０.０１〜０.１０ｍａｓｓ％の範囲で添加しても、本発明の効果に悪影響を及ぼすものではない。

次に、本発明の高強度冷延鋼板の製造方法について説明する。
本発明に適合する上記成分組成を有する鋼を転炉や電気炉等の公知の方法で溶製後、好ましくは連続鋳造法で鋼スラブとした後、熱間圧延に供する。熱間圧延するに当たり、上記鋼スラブの加熱には、連続鋳造後、Ａｒ_３変態点以下に降温することなくただちに熱間圧延する直接圧延法や、連続鋳造後、降温途中で加熱炉に装入して保温あるいは軽度の再加熱を行ってから熱間圧延する温片装入法、あるいは鋼スラブをいったん室温付近まで冷却してから加熱炉で再加熱する冷片装入法のいずれの方法を適用してもよい。なお、再加熱する場合の加熱温度は、後述する熱延温度が確保される限り、特に制限されない。

仕上圧延終了温度ＦＤＴ：８８０〜９６０℃
上記連続鋳造ままあるいは加熱炉で所定の温度に再加熱された鋼スラブは、粗圧延、仕上圧延からなる熱間圧延により熱延鋼板とされる。この際、熱間仕上圧延の終了温度（ＦＤＴ）は、８８０℃以上とする必要がある。ＦＤＴが８８０℃未満となると、結晶粒が粗大化して所望の強度が確保できなくなったり、加工性に好ましくない集合組織が形成されたりするからである。一方、ＦＤＴの上限温度は、スケール疵の発生を防止の観点から、９６０℃以下とする。好ましくは、８９０〜９５０℃、より好ましくは、９００〜９４０℃の範囲である。

巻取温度：５４０〜６６０℃
熱間圧延後の熱延鋼板は、冷却し、巻き取ってコイルとする。この際の巻取温度（ＣＴ）は、冷延焼鈍後の材質、特に、延性を確保する観点から、５４０℃以上とする必要がある。また、ＣＴを５４０℃以上とすることにより、冷間圧延時の圧延負荷の増大を抑制することができる。一方、巻取温度が高過ぎると、コイル長手方向（圧延方向）の材質変動を生じたり、脱スケール性を阻害したりするようになるので、６６０℃以下とする。

なお、熱間圧延後の鋼板は、酸洗して脱スケールし、冷間圧延して所定の製品板厚とするが、形状改善、脱スケール性の改善を目的として、それらの工程の前に、形状矯正ラインあるいは調質圧延機を通してもよい。なお、冷間圧延条件については、特に規定する必要はないが、加工性向上の観点からは、圧下率を６０％以上とするのが好ましい。

焼鈍温度：７２０〜８２０℃
冷間圧延した鋼板の焼鈍方法には、冷間圧延後、コイル状に巻き取った鋼板を、巻き戻しながら連続的に加熱、冷却する連続焼鈍方法と、コイル状に巻き取った鋼板を、コイル状態のまま加熱炉で焼鈍を行うバッチ焼鈍（箱焼鈍）方法とがあるが、バッチ焼鈍方法は、焼鈍時間が数十時間と長く、鋼板中のＭｎやＳｉ等の強化元素が鋼板表面に濃化するため、化成処理性が劣化しやすい。従って、本発明では、連続焼鈍法で焼鈍することとする。連続焼鈍温度が７２０℃未満では、再結晶が不十分となるため、優れた加工性（延性）を得ることができない。一方、焼鈍温度が８２０℃を超えると、結晶粒が粗大化して鋼板組織が不均一となり、強度の低下や、機械的特性のバラツキを引き起こすため、好ましくない。よって、焼鈍温度は７２０〜８２０℃の範囲とする。なお、鋼板の加工性を安定して確保するためには、焼鈍温度は７２０〜８００℃の範囲とすることが好ましい。

焼鈍雰囲気：３〜８ｖｏｌ％Ｈ_２＋残部Ｎ_２ガス、露点−４０℃以下
なお、上記連続焼鈍において、化成処理性をさらに向上し、浴温や濃度が低下するなど、化成処理浴条件が化成処理に不利な下限条件近くになっても良好な化成処理性を確保するためには、連続焼鈍炉内の焼鈍雰囲気を３〜８ｖｏｌ％Ｈ_２＋残部Ｎ_２ガスとし、露点−４０℃以下に制御することが好ましい。Ｈ_２ガス濃度が３ｖｏｌ％未満および露点−４０℃超えでは還元不足となるため、焼鈍雰囲気を上記好ましい範囲とした場合に比べて化成処理性が低下する傾向にある。一方、Ｈ_２ガス濃度が８ｖｏｌ％超えでは、化成処理性の向上効果が飽和し、焼鈍コストの上昇を招くだけであるからである。

連続焼鈍後の鋼板は、表面粗さの調整、形状矯正および機械的特性の改善のために、通常行われている２％以下、好ましくは０.６〜１％程度の調質圧延を施しても良い。
なお、本発明により得られた高強度冷延鋼板は、その後、電気亜鉛めっき等の表面処理を施して、加工用の高強度表面処理鋼板とすることもできる。

上記製造方法で得られる本発明の高強度冷延鋼板の特性について説明する。
ＴＳ：４４０ＭＰａ以上
本発明の高強度冷延鋼板は、引張強さが４４０ＭＰａ以上である。なお、上限については、特に規定しないが、加工性を確保する観点からは、５００ＭＰａ未満であることが好ましい。

Ｅｌ：３０％以上
板厚が０．８ｍｍ以上である本発明の鋼板は、加工性を確保する観点から、伸び（全伸び）Ｅｌが３０％以上であることが必要である。好ましくは、３３％以上である。

ＹＲ：７０％未満
また、本発明の鋼板は、高強度ではあると共に、降伏比ＹＲ（＝（降伏応力ＹＳ／引張強さ）×１００（％））が７０％未満であることを特徴とする。その結果、本発明の高強度冷延鋼板は、高強度であるにも拘わらず、スプリングバックが小さく、形状凍結性に優れるという特徴を有する。

化成処理性
本発明の鋼板は、基本成分として、Ｃと少量のＭｎ以外には、特に強化元素を含有する必要がない。つまり、本発明の鋼板は、化成処理性を阻害するような成分は、基本的に含まないので、高強度であるにも拘わらず、優れた化成処理性を有する。

表１に示した成分組成を有する鋼を転炉で溶製し、連続鋳造して鋼スラブとした後、この鋼スラブを表２に示した各種条件で、熱間圧延し、酸洗し、その後、圧下率が６０％で冷間圧延し、連続焼鈍し、次いで、０.８％の調質圧延を施して板厚が０．８ｍｍから１.４ｍｍの冷延鋼板を得、下記の引張試験および化成処理性の評価試験に供した。
＜引張試験＞
各冷延鋼板から、圧延直角方向（Ｃ方向）に平行に、ＪＩＳ５号試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準じて引張試験を行い、降伏応力ＹＳ、引張強度ＴＳおよび伸びＥｌを測定した。
＜化成処理試験＞
上記各冷延鋼板から採取した供試材を脱脂、水洗した後、日本ペイント社製のりん酸亜鉛系の化成処理液ＳＤ２８００を用いて、標準条件（浴温：４３±１℃、全酸度：２３±３ポイント、遊離酸度：０．８±０．１ポイント、トーナー値：２．８〜３．５ポイント）と、浴温および濃度を下げた化成処理に対して不利な下限条件（浴温：４１℃、全酸度：２３ポイント、遊離酸度：０．８ポイント、トーナー値：２．７ポイント）に調整した２種類の化成処理浴を建浴し、１２０秒間、浸漬処理してりん酸塩被膜を生成させる化成処理試験を行い、得られた鋼板の表面について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて、１０００倍で５視野を観察し、りん酸塩被膜のスケ（りん酸塩被膜未生成部）発生の有無の調査を行った。なお、化成処理性は、スケがないものを良（○）、部分的にスケが認められるものをやや良（△）、スケが観察部の５０％以上を占めるものを不良（×）と評価した。

上記試験結果を表２中に併記して示した。表２から、本発明の高張力鋼板は、ＴＳが４４０ＭＰａ以上であるにも拘わらず、いずれもＥｌが３０％以上かつＹＲが７０％未満の特性を示しており、加工性および形状凍結性に優れると共に、化成処理性にも優れていることがわかる。特に、連続焼鈍を、３〜８ｖｏｌ％Ｈ_２＋残部Ｎ_２ガス、露点−４０℃以下の雰囲気下で行った場合には、化成処理浴が下限条件でもスケが認められず、化成処理性が非常に優れていることがわかる。

本発明の技術は、上記説明範囲に限定されるものではなく、表面処理鋼板、中でも、溶融亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）にも適用することができる。

Claims (3)

1. Ｃ：０．１５〜０．２０ｍａｓｓ％、
   Ｓｉ：０．１０ｍａｓｓ％以下、
   Ｍｎ：０．６０〜０．８０ｍａｓｓ％、
   Ｐ：０．０４０ｍａｓｓ％以下、
   Ｓ：０．０３０ｍａｓｓ％以下、
   Ａｌ：０．０１〜０．０７ｍａｓｓ％、
   Ｎ：０．０１５０ｍａｓｓ％以下を含有し、
   残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、板厚が０．８ｍｍ以上、引張強さが４４０ＭＰａ以上、伸びが３０％以上、降伏比が７０％未満であることを特徴とする高強度冷延鋼板。
2. Ｃ：０．１５〜０．２０ｍａｓｓ％、
   Ｓｉ：０．１０ｍａｓｓ％以下、
   Ｍｎ：０．６０〜０．８０ｍａｓｓ％、
   Ｐ：０．０４０ｍａｓｓ％以下、
   Ｓ：０．０３０ｍａｓｓ％以下、
   Ａｌ：０．０１〜０．０７ｍａｓｓ％、
   Ｎ：０．０１５０ｍａｓｓ％以下を含有し、
   残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、仕上圧延を８８０〜９６０℃の温度で終了する熱間圧延を行って、５４０〜６６０℃の温度で巻き取り、次いで、冷間圧延して板厚０．８ｍｍ以上の冷延板とし、その後、７２０〜８２０℃の温度で連続焼鈍することを特徴とする高強度冷延鋼板の製造方法。
3. 上記連続焼鈍は、３〜８ｖｏｌ％Ｈ_２＋残部Ｎ_２ガス、露点−４０℃以下の雰囲気下で行うことを特徴とする請求項２に記載の高強度冷延鋼板の製造方法。