JP2560168B2 - 低温での塗装焼付硬化性に優れた冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプレス成形性と１５０℃
以下の低温における塗装焼付硬化性に優れ、かつ常温時
効性にも優れた冷延鋼板の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般
に、冷延鋼板等の加工用素材は、加工時には加工し易い
ように軟質の素材が要求され、加工後の製品としては強
度の高い素材が要求される。例えば、自動車外板を考え
た場合、複雑な形状のプレス加工が容易に行えるよう
に、また、加工後の寸法精度がスプリングバックやひず
み等によって悪くならないように低降伏応力鋼板を用い
るのが一般的である。しかしながら、このような低降伏
応力鋼板を用いたドア、フード等の大型部品は、加工硬
化が期待できないため、外力に対し極めて変形し易いと
いう問題を生じていた。

【０００３】このような問題に対して、塗装焼付硬化性
を有する低炭素Ａlキルド冷延鋼板を用いるのが一般的
となっている。この低炭素Ａlキルド冷延鋼板は、一般
に非時効性で、プレス成形性も良好であるが、塗装焼付
硬化量が従来の低炭素リムド鋼板を用いた場合に比べて
多くない。したがって、低炭素Ａlキルド冷延鋼板にお
いてリムド鋼板並みの焼付硬化量が得られるならば、自
動車の軽量化に対するメリットは非常に大きい。このよ
うな性質を有する冷延鋼板に関して、従来から種々提案
されている。

【０００４】ところで、焼付硬化量は、ほぼ焼鈍後残存
する固溶炭素量に依存する。連続焼鈍は、加熱−均熱後
急速冷却されるため、低炭素Ａlキルド冷延鋼板のよう
に強力な炭窒化物形成元素(例えば、Ｔi)が含まれてい
ない鋼では、箱焼鈍材に比べ、最終製品に固溶炭素を多
く残存させ易く、焼付硬化性を得る上では有利である
が、耐常温時効性が劣るという致命的な欠点がある。こ
のため、製造直後では箱焼鈍材と同等な材質レベルを有
していても、数ヶ月後のプレス時には、時効による材質
劣化及び降伏点伸びの回復が生じ、割れやストレッチャ
ーストレイン等のプレス上のトラブルを生じる場合が多
い。これは常温時効指数で評価され、一般的に３kgf／m
m²以下にする必要がある。

【０００５】時効性に関しては、従来から多くの検討が
精力的になされてきた。連続焼鈍のように時間的制約の
下で非時効化効果を上げるには、原理的には再結晶焼鈍
の後、固溶炭素の多い状態から１０００℃／s以上の冷
却速度で急冷し、ついで焼戻せば良いわけであるが、こ
の場合、焼入ひずみなど各種欠陥の導入・凍結、場合に
よっては急冷組織を形成し、これらはフェライト粒内に
析出した炭化物の影響も重畳して、極度の硬質化、ひい
ては加工性の大幅の劣化を招くことになる。一方、再結
晶後ガス、若しくはこれと水の混気を用いて１〜３００
℃／s程度の比較的遅い冷却速度で冷却し、４００℃程
度の過時効を行えば鋼板は軟質化するが、時効性は上例
よりかなり劣るものとなる。これを避けるため、過時効
温度を低くすると、過時効処理に要する時間が長引き、
生産能率低下及びコストアップを招く。更に、上記のよ
うに非時効化を図ることは最終製品段階での固溶炭素量
を減少させることであるから、必然的に焼付硬化性を劣
化させることになる。

【０００６】また、常温時効性改善の観点から、過冷却
タイプの過時効処理の方法については、特開昭５１−２
０７１５号、特開昭６０−２５８４２８号、特公昭６０
−４４３７７号、特公平２−９３０２３号において提案
されているが、これらはいずれも非時効性を得ることを
主なる目的にしており、塗装焼付硬化性、まして低温で
の塗装焼付硬化性については全く考慮されていない。

【０００７】焼付硬化性はプレス成形後、塗料を焼付け
するときの加熱過程で析出する鉄炭化物により析出硬化
する性質であるが、プレス成形時のひずみ量としては２
％、また、加熱条件としては、ほぼ１７０℃×２０分に
相当すると考えられている。しかしながら、近年、省エ
ネルギーの観点から、低温で焼付け可能な塗料の開発が
進められてきており、これに伴い低温の塗装焼付けでも
従来と同等の硬化量が得られる鋼板が求められるように
なっている。

【０００８】しかし、焼付硬化性は、前述のように、鉄
炭化物の析出硬化であり、プレス成形時のひずみが高々
数％で析出の核となる転位密度が低いこともあり、焼付
温度を低下すると鉄炭化物の核生成速度及び成長速度が
低下するため、その硬化量は急激に低下する。

【０００９】以上のように、一般の低炭素Ａlキルド冷
延鋼板の場合、低温で塗装焼付硬化性を有する鋼板が存
在しなかったのが実情である。

【００１０】本発明は、かゝる状況に対処するためにな
されたものであって、その目的は、高価な合金元素を添
加することなしに、１５０℃以下の塗装焼付処理におい
て３kgf／mm²以上の焼付硬化性を有する低炭素Ａlキル
ド冷延鋼板を製造し得る方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】一般的に、常温時効指数
が３kgf／mm²以下であるような鋼板においては、焼付硬
化性は温度の低下と共に急減し、１５０℃以下では常温
時効指数値より小さいのが普通である。その傾向は連続
焼鈍時のヒートパターンが、再結晶焼鈍後、徐冷乃至急
冷により過時効処理温度に至った後、その温度に保持す
るか、１℃／s程度の徐冷する恒温保持タイプの過時効
処理において著しく、更に鋼の組成においてＳi量が０.
３％以上、またＰ量が０.０３％以上である場合に顕著
である。このような成分と連続焼鈍条件が組合わされる
と低温での焼付硬化性は望むべくもない。この理由につ
いて、本発明者らは解明を進めてきた結果、焼付硬化性
の場合には、予ひずみが高々２％であるため(焼付硬化
性を発現する要因である)、鉄炭化物の析出サイトとし
ての転位密度が低く、析出が核生成律則となること、更
に、特に恒温タイプの過時効処理では、その時に生成す
るセメンタイトの分布状態が後の塗装焼付過程で析出す
る鉄炭化物の核となり得にくいものであること、及びＳ
iやＰ量を増加すると鉄炭化物の核生成速度が著しく遅
滞するためであることを突き止めた。

【００１２】そこで、本発明者らは、低温での塗装焼付
硬化性に優れた冷延鋼板を得るため、鋼の化学組成及び
連続焼鈍条件について鋭意検討した結果、低温での塗装
焼付時に鉄炭化物の析出速度を促進するためには、過時
効処理過程で生成するセメンタイトをフェライト粒の内
部に微細に均一に分散させると共に、析出を抑制する元
素を極力低減することが有効であるこという結論に達し
た。セメンタイトをフェライト粒内部に微細に均一に分
散させると、プレス成形時に導入される高々２％程度の
塑性歪みによる転位でも均一に分散させることができる
ため、塗装焼付時の鉄炭化物の析出が促進されると共
に、その析出物を硬化に有効に作用することが可能とな
る。

【００１３】これらを実現するためには、連続焼鈍時の
過時効処理条件を過冷却タイプとし、かつ、鋼の組成に
おいてＳｉ量を０．３％以下、かつＰ量を０．０２０％
以下に規制する必要がある。すなわち、通常、連続焼鈍
時の過時効処理条件を恒温タイプとすると、粗大なセメ
ンタイトが粒界に析出生成するのに対して、一旦過冷却
−再加熱するような過時効処理を施すと、セメンタイト
がフェライト粒内部に微細に均一に析出するようにな
り、更にその傾向はＳｉ及びＰ量を低減するほど著しい
ことが判った。更に、Ｓｉ及びＰ量も低減することは、
低温での塗装焼付過程における鉄炭化物の析出促進にも
極めて有効であることが判った。

【００１４】以上述べたように、この鋼板は本質的に
は、過冷却タイプ過時効処理を施すため、固溶炭素量が
極めて少ないにも拘わらず、過時効処理過程で析出する
セメンタイトがフェライト粒内部に微細に均一に分散す
るので、プレス成形時に導入される高々２％程度の塑性
歪みによる転位が均一に分散するようになる。そのた
め、塗装焼付時の鉄炭化物の析出が促進されると共に、
その析出物が硬化に有効に作用するため、ドアやフード
などの成形変形量に相当する２％の塑性歪みを与えた後
の１５０℃以下における塗装焼付時に３kgf／mm²以上の
硬化量を得ることができる。すなわち、加工時には加工
し易く、加工後の製品としては低温での塗装焼付後でも
強度が高いという理想的な鋼板が得られるのである。

【００１５】以上の知見に基づいて、更に詳細に実験研
究を重ね、ここに本発明を完成したものである。

【００１６】すなわち、本発明は、Ｃ：０．００１〜
０．０３％、Ｓｉ：０．３％以下、Ｍｎ：０．０５〜
１．０％、Ｐ：０．０２０％以下、酸可溶性Ａｌ：０．
０１〜０．１％及びＮ：０．００５％以下を含有し、あ
るいは更にＴｉ：０．０１〜０．１％及びＮｂ：０．０
１〜０．０５％の１種又は２種を含有し、残部がＦｅ及
び不可避的不純物からなる鋼をＡｒ_３変態点以上で熱間
圧延を行い、６００〜７００℃で巻取り、続いて冷間圧
延−連続焼鈍を行うに当り、焼鈍時の均熱を再結晶温度
以上、８５０℃以下で３０秒〜３分保持とし、次いで、
徐冷による一次冷却後、平均冷却速度５０℃／ｓ以上で
１００〜３００℃まで二次冷却し、その温度に３０秒以
内保持した後、３７０℃を超え４５０℃以下まで５℃／
ｓ以上の速度で再加熱し、次いで、再加熱温度から最も
低い温度で２００℃までを１℃／ｓ以下の速度で冷却す
ることにより過時効処理することを特徴とする１５０℃
以下の低温での塗装焼付硬化性に優れた冷延鋼板の製造
方法を要旨とするものである。

【００１７】次に本発明における化学成分の限定理由に
ついて説明する。

【００１８】Ｃ：Ｃ量は０.００１〜０.０３％であれ
ば、プレス成形時にストレッチャーストレインを発生せ
ず、更に塗装焼付時に３kgf／mm²以上の硬化量を得るこ
とができる。０.００１％未満では連続焼鈍後に炭素を
充分に固溶させることができず、塗装焼付硬化性が発揮
できない。また、Ｃ量が０.０３％を超えるとその効果
が飽和するばかりか、良好な深絞り性を確保することが
できない。

【００１９】Ｓi：Ｓiは加工性を劣化させることなく必
要な強化を確保するためには有効な元素であるが、０.
３％を超えるＳi量では本発明の効果を得ることができ
ない。すなわち、Ｓiは本発明を構成する重要な元素で
あり、０.３％を超えると過時効処理時にセメンタイト
をフェライト粒内部に微細に均一に析出させて、プレス
成形時に導入される転位を均一・分散させることができ
ず、また低温での塗装焼付過程における鉄炭化物の析出
促進の効果を得ることができない。

【００２０】Ｍn：Ｍnは鋼の熱間脆性を防止するために
０.０５％以上必要であるが、多量のＭn添加はプレス加
工性、とりわけ深絞り性の劣化を招くので、その上限は
１.０％とする。

【００２１】Ｐ： Ｐは、Ｓｉと同様、本発明を構成する重要な元素であ
り、０．０３％を超えると過時効処理時にセメンタイト
をフェライト粒内部に微細に均一に析出させて、プレス
成形時に導入される転位を均一・分散させることができ
ず、また低温での塗装焼付過程における鉄炭化物の析出
促進の効果を得ることができないようになるため、本発
明では前記Ｐの析出抑制作用を十分に排除し、１５０℃
以下の低温での塗装焼付時においても３ｋｇｆ／ｍｍ ^２
以上の大きな硬化量が確実に得られるように、Ｐ含有量
の上限を０．０２０％とする。

【００２２】酸可溶性Ａl：酸可溶性Ａlは、鋼中のＮを
固定し、Ｎによる過大な常温時効を防止し、固溶炭素の
みによる焼付硬化性を得る上で重要である。そのために
は、０.０１％以上が必要である。しかし、０.１％以上
含有させても、Ｎを固定する量を超えることになり、Ｎ
を固定した残りは加工性を劣化させるため、酸可溶Ａl
の量は０.０１〜０.１％の範囲とする。

【００２３】Ｎ：Ｎはその量が多いほど材質が劣化す
る。すなわち、熱延後、高温での巻取処理により析出す
るＡlＮの粗大化を図ったとしても、焼鈍時に高い結晶
粒成長性を得るには不十分なサイズであるため、Ｎ量の
増加に伴うＡlＮ析出量の増大は材質を劣化させる。こ
のような観点から、Ｎ量は０.００５％以下とする。

【００２４】Ｔi、Ｎb：Ｔi、Ｎbは、塗装焼付硬化に寄
与する数ppm以外の固溶炭素を炭化物として固定して、
ｒ値で代表される深絞り性を向上するのに有効な元素で
あるので、必要に応じて添加することができる。添加す
る場合、前記効果を得るために、Ｔi量は０.０１〜０.
１％、Ｎb量は０.０１〜０.０５％とし、それらの１種
又は２種を添加する。

【００２５】次に本発明の製造条件について説明する。

【００２６】上記化学成分を有する低炭素Ａlキルド鋼
は、常法により得た鋼塊に熱間圧延を行い、巻取った
後、冷間圧延を行うが、熱間圧延は、Ａr₃変態点以上の
温度で行い、６００〜７００℃で巻取る必要がある。熱
間圧延温度をＡr₃変態点以上とするのは、冷延−再結晶
焼鈍後の集合組織形成に悪影響を与える熱延鋼板の表層
での粗大粒の発生や加工組織を生じさせないためであ
り、巻取温度を６００〜７００℃とするのは、低温にお
ける塗装焼付硬化性や良好なプレス成形性を得るために
必要な炭化物の析出形態や、ＡlＮの析出を生じさせる
ためである。６００℃未満ではこれらの効果が得られな
いし、７００℃を超えると、高温巻取に起因する作業阻
害やコストアップを招き、好ましくない。

【００２７】冷間圧延後、連続焼鈍を施すが、以下の条
件で行う必要がある。

【００２８】すなわち、連続焼鈍において、焼鈍時の均
熱を再結晶温度以上、８５０℃以下で３０秒〜３分保持
とし、次いで、徐冷による一次冷却後、平均冷却速度５
０℃／ｓ以上で１００〜３００℃まで過冷却（二次急
冷）し、その温度に３０秒以内保持した後、３７０℃を
超え４５０℃以下まで５℃／ｓ以上の速度で再加熱し、
次いで、再加熱温度から最も低い温度で２００℃までを
１℃／ｓ以下の速度で冷却することにしたのは、過時効
処理過程で析出するセメンタイトをフェライト粒内部に
微細に均一に分散するためである。

【００２９】これらの条件のうち、焼鈍時の均熱を再結
晶温度以上、８５０℃以下で３０秒〜３分保持するの
は、良好なプレス成形性を発揮しうる再結晶組織を得る
ためであり、８５０℃超では均熱中のオーステナイト量
が増し、このオーステナイトが再びフェライトに変態す
る時に集合組織がランダムとなり、ｒ値を低下させる。
また、均熱時間の上限は通常の連続焼鈍で採られている
３分程度とした。

【００３０】また、均熱後の徐冷(一次冷却)→急冷(二
次冷却)の組合せによる急冷の平均冷却速度を５０℃／s
以上としたのは、過冷却過程でのセメンタイト核生成を
短時間に起こなわしめるためのフェライト相に対する固
溶炭素の過飽和度を高めるためで、これより徐冷では充
分な過飽和度を得ることができないためである。更に、
過冷却温度が１００℃未満ではセメンタイトの核生成エ
ネルギーが小さく、充分なセメンタイト分散状態を得る
ことができないし、３００℃を超えると粒界での析出が
主になるため、過冷却温度は１００〜３００℃の範囲と
する。また、その温度で３０秒より長い時間保持しても
セメンタイトの核生成速度が飽和するので、保持時間は
３０秒以内とする。

【００３１】更に、再加熱温度が３７０℃以下ではＣの
拡散エネルギーが小さく、過冷却過程で生成したセメン
タイトを核とする拡散律速による析出が遅延するし、逆
に、４５０℃を超えるとフェライト相中の固溶限が高
く、過時効処理後でも固溶炭素量が多く残存するため常
温時効指数が高くなる。このような観点から、再加熱温
度は３７０℃を超え４５０℃以下の範囲とする。再加熱
速度を５℃／ｓ以上とするのは、再加熱途中に、過冷却
で得られたセメンタイトの析出分散状態を再固溶させな
いためである。

【００３２】また、再加熱温度に等温保持するような過
時効処理では固溶炭素をセメンタイトとして充分に析出
させるのに長時間を要するので、再加熱温度から最も低
い温度で２００℃までを１℃／秒以下の速度で冷却す
る。

【００３３】本発明により得られる冷延鋼板は、溶融亜
鉛メッキ鋼板や合金化メッキ鋼板等の表面処理鋼板にも
容易に適用できることは云うまでもない。

【００３４】次に本発明の実施例を示す。

【００３５】

【実施例】

【表１】 に示す化学成分を有する鋼の連続鋳造スラブを製造し、
これらの鋼塊を加熱温度１２３０℃、仕上温度９００℃
で熱間圧延し、仕上がり後、６００〜６３０℃の温度範
囲で巻取り、熱延鋼帯とした。更に、約７３％の圧下率
で鋼帯を０.８mm厚に冷間圧延し、これらについて、表
１に示した条件で連続焼鈍(均熱後の一次冷却は徐冷)を
施した。得られた鋼板の特性を

【表２】 に示す。

【００３６】表２より明らかなように、本発明例により
得られた鋼板は、３kgf／mm²以上の高い低温(１３０℃)
塗装焼付硬化量が得られているばかりでなく、降伏応力
などの引張特性や常温時効性も良好である。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
特にＳｉ含有量を０．３％以下、Ｐ含有量を０．０２０
％以下とし、再結晶焼鈍後に所定の過冷却過程を経て過
時効処理時の再加熱温度を３７０℃を超え４５０℃以下
としたので、過時効処理時にセメンタイトをフェライト
粒内部に微細に均一に析出させることができ、これによ
りプレス成形時に導入される軽微な塑性歪による転位を
フェライト粒内に均一に分散させることができるように
なり、この分散した転位が塗装焼付過程で析出硬化作用
を奏する鉄炭化物の析出サイトとなり、該鉄炭化物の析
出が促進され、１５０℃以下の低温塗装焼付処理におい
ても３ｋｇｆ／ｍｍ ^２ 以上の優れた焼付硬化性を有する
冷延鋼板を得ることができる。しかも、かかる焼付硬化
性の向上効果は製品中の固溶炭素量に基づくものでない
ため、固溶炭素量の低減による耐常温時効性を損なわ
ず、優れた低温焼付硬化性と耐常温時効性とを兼備した
プレス成形用冷延鋼板が得られる。更に、本発明によれ
ば、高価な合金元素を添加する必要がないため、経済的
である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．００
   １〜０．０３％、Ｓｉ：０．３％以下、Ｍｎ：０．０５
   〜１．０％、Ｐ：０．０２０％以下、酸可溶性Ａｌ：
   ０．０１〜０．１％及びＮ：０．００５％以下を含有
   し、あるいは更にＴｉ：０．０１〜０．１％及びＮｂ：
   ０．０１〜０．０５％の１種又は２種を含有し、残部が
   Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼をＡｒ_３変態点以上
   で熱間圧延を行い、６００〜７００℃で巻取り、続いて
   冷間圧延−連続焼鈍を行うに当り、焼鈍時の均熱を再結
   晶温度以上、８５０℃以下で３０秒〜３分保持とし、次
   いで、徐冷による一次冷却後、平均冷却速度５０℃／ｓ
   以上で１００〜３００℃まで二次冷却し、その温度に３
   ０秒以内保持した後、３７０℃を超え４５０℃以下まで
   ５℃／ｓ以上の速度で再加熱し、次いで、再加熱温度か
   ら最も低い温度で２００℃までを１℃／ｓ以下の速度で
   冷却することにより過時効処理することを特徴とする１
   ５０℃以下の低温での塗装焼付硬化性に優れた冷延鋼板
   の製造方法。