JP2778386B2 - 耐ブリスター性に優れた冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐ブリスター性に優れ
た冷延鋼板に関するものであり、例えば自動車や家庭電
気製品などに用いられる極低炭素鋼の安価で、かつ良好
な成形性を有する冷延鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、製鋼における脱ガス技術の進歩に
より、鋼中の炭素および窒素をそれぞれ約３０ｐｐｍ程
度まで低減した極低炭素鋼が比較的安価にかつ大量に製
造されるようになった。そこで、特公昭４４−１８０６
号公報、特公昭５４−１２４５号公報、特開昭５９−６
７３１９号公報等が開示する様に、上記極低炭素鋼に炭
窒化物形成元素であるＴｉやＮｂを添加したいわゆるＩ
Ｆ鋼が、深絞り性の高い冷延鋼板として広く用いられる
ようになっている。

【０００３】しかし、このようなＩＦ鋼は、一般的な低
炭素Ａｌキルド鋼に比較して、最終熱処理後にブリスタ
ーと呼ばれる欠陥、即ち鋼板表面に幅１ｍｍ、長さ１０
ｍｍ前後のふくれが生じる場合がある。このブリスター
はプレス成形などの加工により、口を開いてしまうため
に、表面欠陥となる。通常は、材料メーカーにおける検
査段階で発見されるので出荷されない。よってユーザー
側で大きな問題として扱われる頻度は少ない。

【０００４】このため、ＩＦ鋼のブリスターに関して
は、文献および特許公報などでもほとんど公開されるに
至っていない。しかし、材料メーカーにとっては大きな
歩留まり低下を招き、他方ユーザーにおける成形加工時
に、より大きな口を開いてしまうことがあり、解決しな
ければならない重要な課題である。この問題に関して発
明者らは、まず鋼中のＯ含有量、鋼板の板厚に応じたＴ
ｉＳ及びＴｉＮの含有量並びに有効なＴｉ含有量の影響
を明らかにすることができた。

【０００５】そこで、更にそのＴｉ、ＳおよびＮの含有
量についての制限を拡大するために、ブリスターの生じ
る鋼板表面に着目し、その表面にＣおよびＮの含有量を
濃化させることにより、耐ブリスター特性を大幅に向上
させることができた。尚、鋼板表層のＣまたはＮ含有量
いずれか一方を連続焼鈍の雰囲気を制御することにより
濃化させ、焼き付け硬化性や耐かじり性の向上を目的と
する技術があり、例えば特開平３−２０２４４３号公
報、特開平３−２５３５４３，特開平４−６２４６、及
び特開平３−２４３７５７に開示されているが、これら
の技術はいずれもブリスターを防止する技術ではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のとおり本発明の
課題は、ＩＦ鋼の成分を有する冷延鋼板の耐ブリスター
性を向上し、耐ブリスター性に優れたＩＦ鋼の冷延鋼板
の成分組成及びその製造方法である。なお、ここで言う
冷延鋼板とはそのままユーザーでプレス加工等に使用さ
れるものの他、前述の冷延鋼板に表面処理を行う原板と
しての冷延鋼板、及び表面処理鋼板も含むのである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、以下の成分組成を有する冷延
鋼板及びその製造方法に関するものである。 (1) 下記の成分組成（組成はｗｔ％である）を有する耐
ブリスター性に優れた冷延鋼板である。 （ａ）Mn:2% 以下、 Si:1 % 以下、
P:0.1%以下、S:0.025%以下、 sol.Al:0.02 〜0.
06% 、 O:0.003%以下を含有し、更に、Ti:0.005〜0.
12 %、 Nb:0.003 〜0.03% 及びV:0.005 〜0.05%の一種
又は二種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物か
らなる成分組成の鋼板であって、（ｂ）前記鋼板の表層
部0.12mm以内の平均Ｃ含有量およびＮ含有量がそれぞれ
0.004%以上及び0.004%以上であって、かつ前記鋼板の中
心部の平均のＣ含有量及びＮ含有量がそれぞれ0.003%以
下及び0.003%以下である。

【０００８】(2) 上記(1) 記載の成分を含有し、さら
に、Ｂ：0.0003〜0.0015% ，Cu:0.005〜0.5%、Ni:0.005
〜0.3%、Cr:0.01 〜0.5%、およびMo:0.01 〜0.3%の一種
又は二種以上を含有する請求項１記載の耐ブリスター性
に優れた冷延鋼板。

【０００９】(3) 下記の工程（成分組成はｗｔ％であ
る）を備えた耐ブリスター性に優れた冷延鋼板の製造方
法。 （ａ）C:0.003%以下、 N:0.003%以下、 Mn:
0.2% 以下、Si:1% 以下、 P:0.1%以下、
S:0.025%以下、sol.Al:0.02 〜0.06% 、
O:0.003%以下、更に、Ti:0.005〜0.12 %、 Nb:0.0
03 〜0.03% 及びV:0.005 〜0.05%の一種又は二種以上を
含有する冷延鋼板を用意し、（ｂ）前記冷延鋼板の表層
部0.12mm以内の平均のＣ及びＮの含有量を、それぞれ0.
004%以上に、その中心部の平均のＣ及びＮの含有量をそ
れぞれ 0.003%以下になるよう浸炭窒化雰囲気ガス中で
連続焼鈍し、浸炭窒化する。

【００１０】(4) 下記の工程（成分組成はｗｔ％であ
る）を備えた耐ブリスター性に優れた冷延鋼板の製造方
法。 （ａ）C:0.003%以下、 N:0.003%以下、
Mn:0.2% 以下、Si:1% 以下、 P:0.1%以
下、 S:0.025%以下、sol.Al:0.02 〜0.06% 、
O:0.003%以下、Ti:0.005〜0.12 %、 Nb:0.003 〜0.03%
及びV:0.005 〜0.05% の一種又は二種以上を含有し、更
に、Ｂ：0.0003〜0.0015% ， Cu:0.005 〜0.5%、 Ni:
0.005〜0.3%、Cr:0.01 〜0.5%、 Mo:0.01 〜0.3% の
一種又は二種以上を含有する冷延鋼板を用意し、（ｂ）
前記冷延鋼板の表層部0.12mm以内の平均のＣ及びＮの含
有量を、それぞれ0.004%以上とし、その中心部の平均の
Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ 0.003% 以下になるよう浸
炭窒化雰囲気ガス中で連続焼鈍し、浸炭窒化する。

【００１１】

【作用】ＩＦ鋼のブリスター欠陥の発生機構は不明な点
が多く、従ってその解決手段は確立されていない。そこ
で、本発明者らの検討により明らかとなったブリスター
欠陥の知見について以下に述べる。ブリスター欠陥は冷
延鋼板表層下０．１ｍｍ前後の箇所に存在するＡｌ₂ Ｏ
₃ 介在物を起点とした鋼板面と平行な割れに起因した表
面のふくれである。このような、Ａｌ₂ Ｏ₃ が介在物が
クラスター状に存在する場合には、ＩＦ鋼でなくてもブ
リスター欠陥は発生する。

【００１２】しかし、ＩＦ鋼の冷延鋼板の素材となるス
ラブを鋳造する際、溶鋼が大気酸化を受け、そのために
発生するＡｌ₂ Ｏ₃ は、数ミクロンもしくはサブミクロ
ンの大きさでも、飛島状に存在する場合は、ブリスター
欠陥が生じる。これは、ＩＦ鋼の場合、粒界を強化する
役目を担う固溶炭素量が不足しているために、容易に粒
界割れを起こすことが原因となるからである。

【００１３】次に、なぜＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物が存在すると
ブリスター欠陥が生じるのかについては、ガス分析によ
り、水素ガスによるものであることを知見した。即ち、
Ａｌ ₂ Ｏ₃ 介在物とマトリクス界面の熱膨張などによる
ひずみや、冷間圧延に生じた鋼板内部の剥離による微細
な空隙などに、最終熱処理の後期、または、その後に原
子状水素が拡散濃化し、さらにガス化して体積膨張を起
こし、粒界割れを引き起こすものと推定される。また、
冷延鋼板自体を高強度化した場合は割れが発生しても降
伏しにくくなるため、表面のふくれにはいたらず、ブリ
スターの発生頻度が結果的に減少する。

【００１４】以上の発明者の知見から、極低炭素鋼のブ
リスター発生を防止するためには、 発生起点であるＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物を減らすこと、 水素の拡散を抑制すること、 割れの伝播経路である粒界を強化すること、およ
び、 バルクの高強度化を図ること、 が有効であるとの結論を得た。の水素拡散を抑制する
ためには、板厚に応じてＴｉＮおよびＴｉＳを必要量確
保する必要があるが、そのためには所定量以上のＴｉ、
ＮおよびＳ含有量が必要となる。しかし、鋼種によって
はＴｉ、ＮおよびＳ含有量について制限される場合があ
るので、その適用は制限される。そこで、本発明では、
、およびの観点から、ブリスター発生に対する抑
制方法を開示する。

【００１５】すなわち、まずブリスターの起点となるＡ
ｌ₂ Ｏ₃ 介在物の量を低減し、すなわち鋼中のＯ含有量
を低く抑えることが必須の条件である。次に、粒界強度
を高め、割れの発生や伝播を抑制することが重要であ
る。ブリスターの原因となる内部割れが、鋼板表層下
０．１ｍｍ前後に集中することから、その近傍のＣ含有
量を濃化することが良い。さらに、表層部にＮの含有量
を濃化させ、強度を上昇することにより、たとえ内部割
れが生じても、表面のふくれにいたることを防ぐことが
可能となる。また、ＣとＮのそれぞれの含有量を同時に
濃化させる方法の利点は、固溶Ｔｉなどの炭窒化物形成
元素があっても、ＮによりＴｉなどを固定でき、粒界強
化に有効な固溶Ｃを容易に確保することができる。

【００１６】以上のように、耐ブリスター性の向上に
は、Ｏ含有量を低く抑え、鋼板表層のＣおよびＮ含有量
を同時に濃化させることが必須の条件である。なお、Ｃ
およびＮの濃化領域は、ブリスターの原因となる内部割
れが鋼板表層下０．１ｍｍ前後に集中することから、表
層部０．１２ｍｍで十分である。逆に、内部まで濃化さ
せると成形性の低下が無視できなくなるばかりでなく、
焼鈍時間も長時間となり、生産性を損ねることになる。

【００１７】以下にその本発明の鋼の成分組成について
述べる。 Ｃ：鋼板表面の表層部０．１２ｍｍまでの平均含有量は
０．００４％以上、板厚中心部では０．００３％以下と
する。Ｃはその含有量が少ないほど成形性には有利であ
る。しかし、一方では粒界を強化するため、耐ブリスタ
ーの点では必須の添加元素である。そこで上記の通りと
する。

【００１８】Ｎ：鋼板表面部表層から０．１２ｍｍまで
の平均含有量は０．００４％以上、鋼板中心部の平均含
有量は０．００３％以下に限定する。Ｎはその含有量が
少ないほど成形性に有利である。一方、その含有量が高
い場合には、固溶強化および窒化物の形成による析出強
化により、降伏強度が上昇し、表層下割れに起因した表
面のふくれを抑制し、ブリスター発生を低減する効果が
あるためである。よって上記範囲とする。

【００１９】Ｍｎ：２％以下とする。Ｍｎは脱酸元素と
しての役割と割れの起点となるＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物の低減
に有効であると同時に、固溶強化能があり、必要に応じ
て添加する。しかし、過剰の添加は成形性の低下を招く
ため、上記範囲とする。

【００２０】Ｓｉ：１％以下とする。Ｓｉは脱酸元素と
しての役割と割れの起点となるＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物の低減
に有効であると同時に、固溶強化能があり、必要に応じ
て添加する。しかし、過剰の添加は成形性の低下を招く
ため、上記範囲とする。

【００２１】Ｐ：０．１％以下とする。Ｐは固溶強化能
を有するものの、粒界脆化元素であるため、上記範囲と
する。

【００２２】ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２〜０．０６％に限
定する。Ａｌは脱酸のために添加する必要がある。ただ
し、多量に添加するとブリスター防止という観点から望
ましくないので上記の範囲とする。

【００２３】Ｏ：０．００３％以下とする。Ｏ（酸素）
は後述する図１から明らかなとおり、０．００３％を超
えた場合に、ブリスターの発生が顕著となる。この理由
は、Ｏの含有量が増加することとブリスターの原因とな
るＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物の増加が対応しているからである。
したがって、上記範囲とする。

【００２４】Ｓ：０．０２５％以下とする。Ｓは多すぎ
ると、ブリスター発生を促進するのみならず、熱間圧延
時の割れを引き起こすので、少ない方が望ましく、上記
範囲とする。

【００２５】Ｔｉ，ＮｂおよびＶ：Ｔｉは０．００５〜
０．１２％、Ｎｂは０．００３〜０．０３％、および、
Ｖは０．００５〜０．０５％の範囲とする。これらの元
素はいずれもＣを固定し、成形性を向上させるものの、
逆に粒界の強度を低下させ、ブリスター発生を助長す
る。従って、その添加量を上記範囲に限定する。

【００２６】以上を、本発明の基本組成とするが、請求
項 2の発明は、さらにブリスター発生を抑制するため
に，上記基本組成に更にＢを０．０００３〜０．００１
５％添加する。Ｂは粒界を強化する元素であり、０．０
００３％以上添加すれば、ブリスター発生の抑制に対し
て、その効果が得られる。しかしながら、過剰に添加し
てもその効果が飽和するだけでなく、成形性の低下を招
くことになるので、上記範囲とする。

【００２７】請求項２の発明は、更に強度を向上させる
ために，請求項１及び２の成分組成にＣｕを０．００５
〜０．５％、Ｎｉを０．００５〜０．３％、Ｃｒを０．
０１〜０．５％およびＭｏを０．０１〜０．３％の１種
または２種以上添加したものである。これらの元素は、
材料強度を上昇する効果があり、従ってブリスター発生
を抑制する。しかし、過剰に添加すると鋼板の成形性の
低下を招く。したがって、それぞれの上限及び下限は上
記の範囲とする。また、硫化物の形態を制御をするとき
は、Ｃａ、ＲＥＭなどの元素を０．１％以下を添加して
も本発明の効果は損なわれないので、必要に応じて添加
することができる。

【００２８】次に、請求項３及び４に記載した本発明の
製造方法について説明する。冷延鋼板の表層部にＣおよ
びＮを濃化させる方法は、基本的には、箱焼鈍でもかま
わないが、冷延鋼板の連続焼鈍、あるいは連続溶融亜鉛
めっき装置における連続焼鈍での雰囲気制御により実施
することが生産性の観点から有利である。雰囲気ガスの
例としては、Ｎ₂ ガスを主成分とし、Ｈ₂ が２〜２０vo
l ％のガスに加えて、浸炭のため 0.2〜1.5vol％のＣＯ
ガスあるいは１〜５vol ％のＣＨ₃ ガスおよび窒化のた
め１〜８vol ％程度のＮＨ₃ ガスなどを微量に混合すれ
ばよい。なお、表層および中心のＣおよびＮ含有量を制
御するため、上記ガス以外のガス、例えばＣＯ₂ 、ＣＨ
₄ ガスなどを混合させた浸炭窒化ガスの使用、あるい
は、ガス濃度の制御も可能である。なお、成形性の観点
からは再結晶後の均熱及び冷却時における雰囲気を制御
することが望ましい。焼鈍は、加熱温度７００〜９００
℃、保持時間３０〜６００秒が基本的条件として挙げら
れる。

【００２９】なお、本発明の効果は、連続焼鈍した冷延
鋼板のみならず、溶融亜鉛めっき、電気亜鉛めっき、さ
らには有機被覆される表面処理鋼板においても得られ
る。従って本発明の製造方法は上記各種鋼板の製造にお
いても利用できるものである。

【００３０】

【実施例】表１に本発明鋼及び比較鋼の成分組成、ブリ
スターの発生状況を示す。基本的製造条件は、連続鋳造
から製造したスラブを直送して熱間圧延し、または室温
まで冷却した鋳片を１１２０〜１３００℃に再加熱して
熱間圧延しライナウトテーブル上で冷却し、これを巻き
取り、２．８〜４．５ｍｍ厚の熱延鋼板を得た。なお、
平均的な仕上げ温度は８７０〜９３０℃で、巻き取り温
度は４８０〜６４０℃である。この熱延板を、酸洗後冷
間圧延を行ない０．８〜１．８ｍｍの冷延鋼板を得た。

【００３１】この冷延鋼板に対して、ブリスターの発生
を加速するために、ｐＨが３．５〜３．８、ＮａＣｌ５
％、酢酸０．５％、Ｈ₂ Ｓ飽和溶液に４時間浸漬して水
素チャージを行った後で、Ｈ₂ ３％、Ｎ₂ ９７％の雰囲
気下で８２０℃の連続焼鈍を行った。この時、比較鋼の
一部を除いて、均熱帯でＣＯ ０．２５〜１．０％およ
びＮＨ₃ ３〜５％のいずれか、あるいは、双方をＮ₂ と
置換することにより雰囲気を変化させた。この連続焼鈍
した鋼板について、０．５％の調質圧延後に、ブリスタ
ーの発生状況を調査した。

【００３２】ブリスターの発生状況のパラメーターとし
ては、１ｍ² 当たりのブリスター発生個数で評価した。
なお、本法によるブリスターの発生率は実生産ラインに
おける焼鈍コイルのブリスター発生率と強い相関がある
ことを確認済みである。また、成形性の指標として、Ｊ
ＩＳ５号試験片により、平均ランクフォード値( ｒ値)
を求めて表１に記載した。

【００３３】また、溶融亜鉛めっき材については、８２
０℃で連続焼鈍し、４６０℃まで冷却した段階で、片面
あたり５５ｇ／ｍ² の溶融亜鉛めっきをし、引き続き５
００℃で合金化焼鈍を行った。１．０％の調質圧延後、
さらに片面あたり３ｇ／ｍ²の８０％Ｆｅ−Ｚｎ合金の
上層亜鉛めっきを施した。電気亜鉛めっき鋼板について
は、連続焼鈍し続いて調質圧延後、片面あたり３０ｇ／
ｍ² の８８％Ｚｎ−Ｎｉ合金電気めっきを行った。電気
亜鉛めっきを有機被覆した鋼板については、さらに電気
亜鉛めっきの上にクロメート層５０ｇ／ｍ² 、および樹
脂層１μｍの複合被覆を行った。

【００３４】表１から明らかなとおり、本発明鋼のブリ
スター発生率は所定の浸炭窒化を行なっていない比較鋼
（鋼18〜32 )のブリスター発生率と比べて格段に改善さ
れていることがわかる。

【００３５】図１にブリスターの発生率をＯ（酸素）含
有量で整理した結果を示す。比較鋼のうち、窒化のみの
焼鈍を行った鋼１８〜２１、浸炭のみの焼鈍を行った鋼
２２〜２５のブリスターによる発生率は、不活性雰囲気
焼鈍を行ない浸炭窒化を行なわない鋼２６〜２９に比較
すれば１／２〜１／３程度であるが、依然として１８個
／ｍ² 以上と高レベルである。ブリスターの起点となる
Ａｌ₂ Ｏ₃ 介在物量と相関のあるＯ含有量が多い鋼３０
〜３２は浸炭窒化を行っても、ブリスターの発生率が１
８個／ｍ₂ 以上と高い。Ｏ含有量を低減したうえで、浸
炭窒化焼鈍を実施した本発明鋼は、発生率が１０個／ｍ
² 以下となっている。なお、鋼３３〜３５は内部まで浸
炭あるいは窒化してしまっているので、同じ板厚で比較
するとｒ値が低く、成形性に劣る。以上のように本発明
の効果は明らかである。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の鋼は、ブ
リスター発生が極めて少なく、自動車や家電材料に用い
られる優れた冷延鋼板である。またさらに本発明の製造
方法によって製造された冷延鋼板は耐ブリスター性に優
れた冷延鋼板である。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼中の酸素含有量とブリスター発生率の相関関
係を示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 1/74 C21D 9/46 C23C 8/32

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の成分組成（組成はｗｔ％である）
   を有する耐ブリスター性に優れた冷延鋼板。 （ａ）Mn:2% 以下、 Si:1 % 以下、
   P:0.1%以下、 S:0.025%以下、 sol.Al:0.02 〜0.06% 、 O:0.
   003%以下 を含有し、更に、Ti:0.005〜0.12 %、 Nb:0.
   003 〜0.03% 及びV:0.005 〜0.05%の一種又は二種以上
   を含有し、 残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成の冷延鋼
   板であって、（ｂ）前記冷延鋼板の表層部0.12mm以内の
   平均のＣ含有量およびＮ含有量がそれぞれ0.004%以上で
   あって、かつ前記鋼板の中心部の平均のＣ含有量及びＮ
   含有量がそれぞれ0.003%以下である。
2. 【請求項２】 前記成分組成を含有し、さらに、Ｂ：0.
   0003〜0.0015% ，Cu:0.005〜0.5%、Ni:0.005〜0.3%、C
   r:0.01 〜0.5%、およびMo:0.01 〜0.3%の一種又は二種
   以上を含有する請求項１記載の耐ブリスター性に優れた
   冷延鋼板。
3. 【請求項３】 下記の工程（成分組成はｗｔ％である）
   を備えた耐ブリスター性に優れた冷延鋼板の製造方法。 （ａ）C:0.003%以下、 N:0.003%以下、 Mn:2 %
   以下、 Si:1% 以下、 P:0.1%以下、 S:0.025%以
   下、 sol.Al:0.02 〜0.06% 、 O:0.003%以
   下、 更に、Ti:0.005〜0.12 %、 Nb:0.003 〜0.03% 及びV:0.
   005 〜0.05%の一種又は二種以上を含有する冷延鋼板を
   用意し、（ｂ）前記冷延鋼板の表層部0.12mm以内の平均
   のＣ及びＮの含有量を、それぞれ0.004%以上に、その中
   心部の平均のＣ及びＮの含有量をそれぞれ0.003%以下に
   なるよう浸炭窒化雰囲気ガス中で連続焼鈍し、浸炭窒化
   する。
4. 【請求項４】 下記の工程（成分組成はｗｔ％である）
   を備えた耐ブリスター性に優れた冷延鋼板の製造方法。 （ａ）C:0.003%以下、 N:0.003%以下、
   Mn:2 %以下、 Si:1% 以下、 P:0.1%以下、 S:0.02
   5%以下、 sol.Al:0.02 〜0.06% 、 O: 0.003% 以下、 Ti:0.005〜0.12 %、 Nb:0.003 〜0.03% 及びV:0.005 〜
   0.05% の一種又は二種以上を含有し、 更に、Ｂ：0.0003〜0.0015% ， Cu:0.005 〜0.5%、 N
   i:0.005〜0.3%、 Cr:0.01 〜0.5%、 Mo:0.01 〜0.3% の一種又は二種以
   上を含有する冷延鋼板を用意し、（ｂ）前記冷延鋼板の
   表層部0.12mm以内の平均のＣ及びＮの含有量を、それぞ
   れ0.004%以上に、その中心部の平均のＣ及びＮの含有量
   をそれぞれ0.003%以下になるよう浸炭窒化雰囲気ガス中
   で連続焼鈍し、浸炭窒化する。