JP2644580B2 - 深紋り性の優れた冷延軟鋼板の製造方法 - Google Patents

深紋り性の優れた冷延軟鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、冷延鋼板の深絞り性を改善する技術に関す
るものである。
(従来の技術及び解決しようとする課題) 冷延鋼板は、自動車、電気機器をはじめとし、多方面
の用途に使用されている。その所定形状への成形では、
深絞り成形が多く用いられているが、より複雑な形状へ
の成形或いは加工工程簡略化の観点から、鋼板の深絞り
性改善の要望が強い。
深絞り性改善には、Tiの添加が有効なことが知られて
おり、近年の製鋼真空脱ガス技術の発展と相俟って極低
C−Ti系鋼板が実用に供されている。具体的には、特公
昭38−19818号、特公昭42−12348号、特公昭44−18066
号、特公昭46−002738号などの既に失権した特許技術が
現在広く使われている。更に種々の新しい技術が報告さ
れており、また、それによる鋼板が実用に供されてい
る。しかし、部品メーカー側の材料品質に対する要求は
あくところがなく、深絞り性の一層優れた鋼板が望まれ
ている。
一方、材料メーカー側においては、製造プロセスの連
続化、工期短縮などの見地から、かゝる鋼板の熱延コイ
ル巻取温度の低減が大きな課題となっている。すなわ
ち、極低C−Ti系冷延鋼板の深絞り性を高く維持するた
めには、冷延に先立つ熱延コイルの状態で鋼中のCをTi
で十分固定しておく必要があり、従来、650℃以上でコ
イル巻取がなされているが、工期短縮などの目的から低
温巻取した場合、CとTiとの反応が十分起きず、深絞り
性が著しく低下する弊害があった。このため、低温巻取
が可能な深絞り用冷延鋼板の製造技術が強く求められて
いるのが現状である。
本発明は、以上の背景のもとでなされたものであっ
て、低温巻取によっても、深絞り性の優れた冷延軟鋼板
を得ることができる方法を提供することを目的とするも
のである。
(課題を解決するための手段) 前記目的を達成するため、本発明者は、鋭意研究を重
ねた結果、従来全く検討なされていなかったランアウト
テーブル上での鋼中CとTiとの析出反応に関する知見を
得て、特に熱延仕上圧延後の冷却条件を制御することに
よって、従来温度で巻取って製造する冷延鋼板の値
を一層向上でき、また、深絞り用冷延鋼板の熱延コイ
ル低温巻取も可能にする技術を確立し、ここに本発明を
なしたものである。
すなわち、本発明に係る深絞り性の優れた冷延軟鋼板
の製造方法は、C:0.001〜0.008%、Mn:0.05〜0.30%、
S≦0.015%、N≦0.005%を含有し、更にTiを0.02〜0.
1%の範囲で、かつ、次式 Ti/C≧4.0 但し、Ti=Ti(TiasTiS+TiasTiN) を満足する範囲で含有し、残部がFe及び不可避的不純物
よりなる鋼の熱間圧延に際し、仕上温度がAr3点以上の
圧延を行い、仕上圧延後、15℃/s以上の平均冷却速度で
冷却した後、790〜730℃の温度範囲を6秒以上かけて冷
却することを特徴とするものである。
以下に本発明を更に詳述する。
(作用) 本発明の技術ポイントは、極低C−Ti系鋼を圧延した
後のランアウトテーブル上での冷却過程で、冷延鋼板と
しての深絞り性が十分確保できるTiCの析出反応を起こ
させようとする点にある。
かゝる知見を得るに至った基礎実験の結果を以下に説
明する。
従来、極低C−Ti系鋼の熱間圧延後のTiC析出挙動は
調査されたことがなく、冷延鋼板に高い値を付与する
ための鋼板の熱間圧延後の冷却がどうあるべきかは不明
であった。これは、鋼のC量が通常0.008%以下という
極めて低濃度であるため、析出物の量が少量となり、通
常の分析精度では析出挙動の追跡が困難であったためで
ある。
本発明者は、熱間圧延後のTiC析出挙動を鋼中の固溶
C量の変化で捉え、更にそれを鋼のひずみ時効による降
伏点上昇量の変化で推定することとした。これによって
種々の興味ある知見が得られた。
まず、化学量論的に鋼中のCを十分固定し得る量のTi
を添加した極低C−Ti系鋼(C:0.0030%、Si:0.01%、M
n:0.22%、P:0.017%、S:0.005%、Al:0.27%、N:0.002
5%)を実験室で真空溶解し、粗圧延、熱間圧延によっ
て、20mm厚の熱処理用素材を製造した。これより丸棒試
験片を採取し、種々の熱間圧延加工のシミュレーション
に供した。熱処理後の試験片は、常温で更に5%の引張
ひずみを付与した後、170℃×10分の促進時効処理を施
して破断に至る引張試験に供した。最終の引張試験時の
降伏応力と5%ひずみ付与時の応力との差ΔYP(kgf/mm
2)を鋼中に固溶するCに起因するひずみ時効の量とし
た。すなわち、ΔYPが大きいほど熱間加工後の試片に固
溶しているC量が多いことを意味しており、TiとCとの
析出反応が遅れていることを示す。一般にΔYP1kgf/mm2
の変化が固溶C量2〜5ppmの変化に相当するとされてい
る。
実験では、まず、フェライト中でのTiC析出C曲線を
調査した。すなわち、熱処理用試片を1200℃で5min間加
熱した後、60℃/sで930℃まで冷却し、その温度で30%
加工した後、10℃/sで680〜820℃の間の温度まで冷却し
て恒温保持した。一定時間保持した後、60℃/sで常温ま
で急冷することによって、鋼中Cの状態を凍結し、その
固溶C量をΔYPで推定した。この調査結果を第1図に示
す。
第1図において、オーステナイト域(930℃)での加
工後10℃/sで冷却した鋼は、820℃まで冷却する過程で
γ→α変態が完了しているので、恒温保持の段階ではす
べてフェライト域となっている。フェライト中のTiC析
出は比較的短時間に始まる。50%析出のC曲線のノーズ
は770℃付近にあり、それより高温側及び低温側では析
出が遅延することになる。本実験条件下では、770℃で
保持した場合、約4s後に初期のC量の50%が析出する。
この結果は、実際の熱間圧延において、仕上圧延後のラ
ンアウトテーブルでの冷却過程で、冷却条件を制御する
ことによって、従来の製品の生産性を著しく阻害せず
に、極低C−Ti素鋼のTiC析出反応を起こすことができ
ることを示唆するものであり、極めて新規な知見であ
る。但し、本発明においては、図1に示す様に、730〜7
90℃で初期のC量の50%以上を析出させるという観点か
ら、その保持時間を6s以上と定めた。即ち、この時間が
6s未満になると、TiCの析出がほとんど生じないか、或
は析出しても730〜790℃の徐冷温度領域において初期の
C量の50%以上を析出させることが困難になる。
次に、TiC析出反応は、恒温保持に至る冷却速度によ
っても影響を受けるとの考えから、加工後の冷却速度の
影響を調査した。鋼のC量の50%が析出する温度と時間
の関係を第2図に示す。第2図において、冷却速度が10
℃/sの場合と60℃/sの場合を比較すると、TiCの析出は
高冷却速度で、より促進され、両者の間に約10倍の析出
速度の差が認められる。
これらの実験結果より判断すると、実際の熱間圧延ラ
インでは、仕上圧延後、鋼板を中間保持温度領域まで急
冷した後、一定時間の徐冷却を施すことによって、TiC
析出を促進させることができる。ランアウトテーブル上
で十分なTiC析出を図ることができれば、その後のコイ
ル巻取は従来のような高温にする必要はなくなり、冷却
ヤードでのコイル冷却のための長い時間が鋼板の製造工
期から省略されることになり、製造工程の連続化に大き
く寄与する。
また、本知見は、従来の高温巻取の場合にも活用され
る。すなわち、高温巻取の弊害は、巻取後の徐冷で十分
なTiC析出反応が期待できないコイル先後端部の低温或
いは急冷部分を次工程で切捨てることによる製品歩留り
の低下であるが、コイル巻取以前に十分なTiC析出が図
れていれば切捨ての必要もなく、コイル全長にわたって
安定した品質とすることができる。
ΔYPと鋼中固溶C量との関係については、従来より幾
つか報告があり、厳密に定量化して対応づけるのは困難
である。本実験の別の調査では、熱延板の状態で固溶C
量が低減している鋼は、冷延後連続焼鈍した鋼板の値
が明らかに向上していた。本発明では、ランアウトテー
ブル上での冷却過程でΔYPが1kgf/mm2以下になる条件を
発明範囲として規定しており(第3図参照)、1kgf/mm2
のΔYPが認められる固溶C量を7ppmとした。前述のΔYP
1kgf/mm2の変化に対応する固溶C量の変化(2〜5ppm)
と異なるのは、鋼中に固溶Cが2〜3ppm存在していて
も、それが粒界などに比較的安定して存在しているため
か、ΔYPとしては現われないためである。すなわち、鋼
中固溶Cが7ppm前後になってΔYPの絶対値が1kgf/mm2
なる。この点、従来の冷却方法ではコイルを低温で巻取
った場合、3kgf/mm2以上のΔYPに相当する固溶Cが残存
することになり、これにより製造した冷延鋼板の値は
極めて低い。
本発明は、以上の実験結果に基づいてなされたもので
あり、以下に各条件の限定理由を示す。
まず、本発明における化学成分の限定理由を説明す
る。
C: C量が少ないほど冷延鋼板の深絞り性が向上するが、
本発明の効果を顕著に発揮させるためには0.001%以上
が必要である。しかし、伸びを高く保ち、降伏点を低く
保って材料の成形性を高く維持するためには、上限を0.
008%に止める。
Mn: Mnは鋼の熱間脆性軽減の観点から0.05%以上が必要で
ある。しかし、多くなりすぎると鋼の強度が上昇し、伸
びの劣化が大きくなるため、0.30%を上限とする。
S: Sは少ないほど好ましい。SはTiと結合する温度が高
いため、鋼中TiはCと結合する前にTiSとなる。S量が
多い場合、Cと結合するTiの量は減少する。これを考慮
した多量のTi添加はコスト上昇をもたらすので、S量は
0.015%以下とする。
N: Nは少ないほど好ましい。その理由はSの場合と同じ
であり、N量は0.005%以下とする。
Ti: Tiは本発明の基本元素であり、その量はCと並んで極
めて重要である。すなわち、Ti量が少なすぎると鋼中C
を十分固定できず、深絞り性が劣化するので、0.02%は
必要である。一方、過度のTi量はコスト上昇が大きくな
るほか、鋼の再結晶温度を上昇させて焼鈍の操業性を阻
害するため、0.1%以下とする。
但し、Ti量が少ない場合でもCと結合するための十分
な量のTiを確保する必要がある。したがって、Ti/C≧
4.0を満足する必要がある。なお、Tiは、Ti=(全T
i量)−(TiS及びTiNとして計算されるTi量)で定義さ
れる量(wt%)である。
なお、本発明は、更に以下の元素を含んでもその主旨
が損なわれることはない。Si、Cr、Mo、Ni、Cuはそれぞ
れ0.1%以下、Vは0.05%以下、Bは0.001%以下、Nbは
0.04%以下、Pは0.02%以下である。
次に本発明の製造条件について説明する。
上記化学成分を有する鋼の鋳造及び熱間圧延での仕上
圧延以前の工程は、特にその条件を規定する必要はな
い。
しかし、熱間圧延の仕上温度はAr3点以上とする。Ar3
点より低い温度で仕上圧延すると、板厚方向の集合組織
が不均一になって高い値が確保できない。
仕上圧延後、15℃/s以上の冷却速度で急冷するのは、
その後の一定温度範囲での徐冷で十分なTiC析出反応を
起こさせるためである。冷却速度の上限は特に規定しな
いが、通常の冷却設備では100℃/s以下が望ましい。
仕上圧延後急冷された鋼板は790〜730℃間で徐冷する
必要がある。かゝる温度範囲を6秒以上かけて冷却した
鋼板は、ΔYP≦1kgf/mm2、すなわち、鋼中固溶C量≦7p
pmとし得る。冷却時間の上限は特に規定しないが、生産
性の点から30秒以下が望ましい。この温度範囲を徐冷し
た後の冷却は特に規定しない。低温まで急冷しても、70
0℃前後の温度でコイル巻取りしてもよい。それぞれの
利点は前述したとおりである。
なお、酸洗、冷間圧延及び再結晶焼鈍は常法に従えば
よい。高値を確保するためには、冷間圧延の圧下率は
70%以上が望ましい。再結晶焼鈍は、箱焼鈍の場合には
650℃以上とするのがよく、連続焼鈍の場合には750℃以
上として実施するのが望ましい。連続焼鈍は溶融亜鉛め
っきラインで実施しても良い。
以下に本発明の実施例を示す。
(実施例) 第1表に示す種々の化学成分の鋼を実験室にて溶解
し、皮削り、鍛造の後、熱間粗圧延を実施して30mm厚の
熱間圧延用スラブとした。
スラブは1200℃に加熱した後、仕上温度を910℃とし
て3.2mm厚に圧延した。
仕上圧延後の冷却は2種類の条件で行った。すなわ
ち、仕上圧延約20℃/sの冷却速度でシャワー冷却して、
680℃及び300℃でコイル巻取りしたものと、前述のシャ
ワー冷却の途中で徐冷を加えたものである。後者では、
約790〜730℃の間を約10秒かけて冷却した後、再度シャ
ワー冷却(約20℃/s)によって冷却し、680℃及び300℃
でコイル巻取りした。
得られたそれぞれの鋼板は、酸洗、冷間圧延(圧下率
75%)を経て800℃×60sの連続焼鈍をシミュレートした
ソルトバス熱処理を施した。その後、1%のスキンパス
を実施し、JIS5号引張試験片及び短冊型試験片を採取し
て材質を調査した。
なお、仕上圧延後の冷却過程でのTi炭化物析出に及ぼ
す徐冷の影響を調査する目的で、2種類の条件で700℃
まで冷却した材料を直ちに水焼入れ(WQ)して、ΔYP量
を測定した。
供試材の特性を第1表に併記する。
同表より、本発明鋼はいずれも高い値を示し、優れ
た伸び(El)を示していることがわかる。
比較鋼No.1は従来法によってランアウトテーブル上の
鋼板を連続的に冷却して比較的高い温度(680℃)でコ
イル巻取りした例であるが、本発明に従い冷却過程で徐
冷を付与することにより、より高い値鋼板を得られる
ことが、比較鋼No.1をそれぞれ本発明鋼のNo.3及びNo.1
4と比較すれば明らかである。
また、比較鋼No.2は、比較鋼No.1と同様の条件で冷却
した後、低い温度(300℃)でコイル巻取りした例であ
り、値は1.5と低い。
これに対して、本発明に従い冷却過程で徐冷を付与す
ることによって700℃付近で多量のCを析出物として固
定すると、極めて優れた値が得られることは、比較鋼
No.2をそれぞれ本発明鋼のNo.4、No.6、No.8、No.10〜N
o.13及びNo.15と比較すれば明らかである。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、化学成分の調
整と共に、特に熱延仕上圧延後の冷却条件を制御するの
で、低温巻取でも、深絞り性の優れた冷延軟鋼板を得る
ことができる。しかも、従来法のように高温で巻取って
も値を一層向上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はTi炭化物析出のC曲線を示す図、 第2図は析出速度に及ぼすγ域加工後の冷却速度の影響
を示す図、 第3図はΔYPと値との関係を示す図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で(以下、同じ)、C:0.001〜0.008
    %、Mn:0.05〜0.30%、S≦0.015%、N≦0.005%を含
    有し、更にTiを0.02〜0.1%の範囲で、かつ、次式 Ti/C≧4.0 但し、Ti=Ti−(TiasTiS+TiasTiN) を満足する範囲で含有し、残部がFe及び不可避的不純物
    よりなる鋼の熱間圧延に際し、仕上温度がAr3点以上の
    圧延を行い、仕上圧延後、15℃/s以上の平均冷却速度で
    冷却した後、790〜730℃の温度範囲を6秒以上かけて冷
    却することを特徴とする深絞り性の優れた冷延軟鋼板の
    製造方法。
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