JP2848148B2 - 疲労特性及び深絞り性に優れた鋼板 - Google Patents

疲労特性及び深絞り性に優れた鋼板

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、優れた深絞り成形性と
疲労特性とを兼備えた冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板並
びに合金化溶融亜鉛めっき鋼板などの鋼板に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、薄鋼板に高い成形性を付与す
る手法としては、極低炭素鋼にTi,Nb等の炭・窒化
物形成元素を添加してC,Nを析出固定したIF(In
terstitial Free)鋼が知られている。
このようなIF鋼を前提とした成形性に優れた冷延鋼板
及び溶融亜鉛めっき鋼板に関する技術が、例えば特開平
2−34722号、特開平1−225727号に開示さ
れている。近年、自動車車体の形状が複雑化してきてい
るため、IF鋼のように非常に優れた加工性を有してい
る鋼板でなければ加工できない部品が急増しており、I
F鋼が自動車用鋼板の素材として広く用いられている。
【0003】一方、疲労強度を必要とし、かつ深絞り成
形を受けるような部品には、従来から低炭素アルミキル
ド鋼が使用されているが、低炭素アルミキルド鋼の成形
性はIF鋼のそれには及ばない。こうした背景から、疲
労特性および深絞り成形性ともに優れた鋼板が要望され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のIF鋼では、特
開平1−225727号や特開平2−34722号など
のように、高r値を達成するための手段としてC,Nを
十分析出固定するにたるTi,Nbを含有させること、
およびAc3 変態点を越えない範囲で高温焼鈍すること
を行っている。確かに、これらの方法によれば、高r値
を得ることはできる。しかし、これらの技術は、専ら高
r値を達成するためのものにすぎず、疲労特性の改善を
意図したものではない。
【0005】この発明は、かかる事情に鑑みてなされた
ものであって、優れた深絞り成形性を有し、かつ低炭素
アルミキルド鋼板に匹敵する疲労特性を有する鋼板を提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る疲労特性及
び深絞り性に優れた鋼板は、重量%で、C:0.005
0%以下、Si:0.3%以下、Mn:0.10〜0.
5%、P:0.03%以下、S:0.015%以下、s
ol.Al:0.10%以下、N:0.0040%以下
を含有し、さらにTi及びNbの少なくとも一方を−1
≦(12Ti* )/(48C)+(12Nb)/(93
C)≦2(ただし、Ti* =Ti−48/14N−48
/32S)を満たすように含み、残部がFeおよび不可
避不純物よりなり、かつ、フェライト粒径が10μm以
下であることを特徴とする。この場合に、さらに0.0
001〜0.0020%のBを含有することが好まし
い。
【0007】さらに、表面に溶融亜鉛めっき層を被成し
てもよい。この場合は、溶融亜鉛めっき層中のFe含有
量が5〜15%であることが望ましい。また、このよう
な亜鉛めっき層の表面に、さらにFe含有量が50%以
上のFe−Zn合金めっき層を被成してもよい。
【0008】
【作用】本発明者らは、かかる目的を達成するために研
究を進めてきた結果、軟質薄鋼板の疲労強度は材料の降
伏強度が高いほど高くなるという知見を得た。したがっ
て、IF鋼を用いて、高r値を確保した上で、この降伏
強度を上昇させることができれば、深絞り性とともに疲
労特性にも優れた鋼板を製造することができるはずであ
る。一般に、深絞り性を損なうことなく、降伏強度を上
昇させるには、焼鈍後における結晶粒の粒径を小さくす
ることが有効である。本発明者らは、鋭意研究の結果、
IF鋼の深絞り性を損なうことなく降伏強度を上昇させ
る上限のフェライト粒径が10μmであるということを
新たに見い出した。次に、本発明の鋼成分を上記のよう
に限定する理由について述べる。 C: Cは高r値を達成するためには低い方がよいが、
実用上本発明の効果を損なわない範囲として、その上限
を0.0050%とした。
【0009】Si: Siは強化元素として、鋼板の降
伏強度および引張強度の上昇に寄与して、疲労強度の向
上に有効な元素であるが、0.2%を越えて含有する
と、鋼板のr値が劣化するばかりか、溶融亜鉛めっきの
密着性を著しく悪化させるため、その上限を0.2%と
した。
【0010】Mn: MnもSiと同様に、鋼板の強度
上昇に対して寄与するが、0.10%未満ではその効果
がほとんどなく、0.50%を越えて添加すると、鋼板
のAc3 変態点を低下させ、最適焼鈍温度範囲が狭くな
るばかりか、鋼板のr値を劣化させるため、0.10〜
0.50%の範囲とした。
【0011】P: Pは、最も安価に鋼を強化できる
が、0.03%を越えて含有すると、溶融亜鉛めっきの
合金化反応を極端に遅らせ、合金化ムラ等の欠陥の原因
となるばかりか、鋼板のr値を劣化させるため、上限を
0.03%とした。
【0012】S: Sは鋼板の延性を劣化させるため、
できる限り低減したほうが望ましい。しかし、実用上本
発明の効果を損なわない範囲として、その上限を0.0
15%とした。 sol.Al: Alは脱酸のために必要であるが、あ
まり多量に添加するとコストの上昇を招くため、その上
限を0.10%とした。 N: Nは高r値を得るためには、少ないほうが望まし
い。そのため、0.0040%以下とした。
【0013】Ti,Nb: TiおよびNbは鋼中の
C,Nを固定し、r値を向上させるために添加される。
r値を上昇させるためにはTi,Nbは多いほどよい
が、これらを過剰に添加すると、鋼中のC,Nのすべて
が固定されてしまい、TiCおよびNbC等の析出物が
粗大化して粒成長性が増大し、結晶粒の粗大化により強
度低下を招く。このため、式{(12Ti* )/(48
C)+(12Nb)/(93C)}の上限を2とした。
一方、Ti,Nbの添加量が少なくなりすぎると、固溶
C,Nが鋼中に多量に残存し、高r値が得られないばか
りか、常温非時効性が保てなくなるため、式{(12T
* )/(48C)+(12Nb)/(93C)}の下
限を−1とした。なお、Ti,Nbは実質的に同様の効
果を有するので、これらのうちの少なくとも一方を含め
ばよいこととした。
【0014】B: Bはさらに高い疲労強度が必要とさ
れる場合に、フェライト粒を微細化する目的で添加され
る。すなわち、0.0001%未満ではその効果がな
く、0.0020%を越えて添加するとr値を劣化させ
るため、0.0001〜0.0020%の範囲とした。 次に、本発明においてフェライト粒径の上限を10μm
以下に限定した理由について説明する。
【0015】表1に示す成分の鋼を溶製し、1250℃
に加熱した後に、これを熱間圧延し、板厚4.0mmの
鋼帯を作製した。熱間圧延後の巻取温度は600℃であ
る。得られた熱延鋼帯を、酸洗した後に冷間圧延し、板
厚を0.8mmとした。その後、連続溶融亜鉛めっきラ
インにて650〜850℃の温度範囲で連続焼鈍した後
に、これに溶融亜鉛めっきを施し、450〜550℃の
温度範囲で合金化処理を行った。さらに、溶融亜鉛めっ
き鋼帯に0.5〜1.5%の調質圧延を施し、これを製
品とした。得られた製品鋼板より引張試験片および軸引
張疲労試験片を採取して試験に供した。疲労試験は、部
分片振り条件で行ない繰り返し速度は20Hzで行なっ
た。以降、本発明における引張疲労試験は前記条件下で
行なった。また、製品鋼板のフェライト粒径の測定も行
った。
【0016】図1は、横軸に鋼板の降伏強度をとり、縦
軸に鋼板の疲労限をとって、両者の関係について調べた
結果を示すプロット図である。図から明らかなように、
両者はほぼ比例関係にあり、軟質薄鋼板の疲労限はその
降伏強度によって一義的に決まる。つまり、降伏強度の
高い材料ほど疲労限は高くなることが判明した。
【0017】図2は、横軸に鋼板のフェライト粒径をと
り、縦軸に鋼板の疲労限およびr値をとって、それぞれ
の関係について調べた結果を示すプロット図である。こ
こで、r値としては、圧延方向に対して0°,45°,
90°から採取した試験片で求めた値、r0 ,r45,r
90を用いて下記の数式で示される平均r値を採用した。
なお、図中にて、丸は平均r値の結果をプロットしたも
のであり、三角は疲労限の結果をプロットしたものであ
る。
【0018】
【数1】 なお、図1及び図2に示した鋼板の化学成分を表1に示
す。
【0019】
【表1】
【0020】図2から明らかなように、疲労限を高い水
準に保ちながら高r値をも維持するためには、フェライ
ト粒径は10μm以下でなければならないことが判明し
た。このように、本発明の鋼板は、疲労特性及び深絞り
性に優れており、しかも安価に、安定に製造することが
できる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例について、さらに詳細
に説明する。 (実施例1)
【0022】表2に示す成分の鋼を溶製し、1250℃
に加熱した後に、これを熱間圧延して板厚を4.0mm
とし、620℃でコイルに巻き取った。得られた熱延鋼
帯を酸洗した後、冷間圧延して板厚を0.8mmとし
た。その後、連続焼鈍ラインにて790℃の条件で連続
焼鈍を行い、0.5%の調質圧延を行って製品とした。
得られた製品より引張試験片および軸引張疲労試験片を
採取して試験に供した。また、同時にフェライト粒径も
測定した。その結果を図3に示す。
【0023】
【表2】
【0024】図3は、横軸にTi,Nbの含有量を規定
する数式に各成分数値を入れて得られる指数をとり、縦
軸にそれぞれ平均r値,フェライト粒径,疲労限をとっ
て、これらの関係について調べた結果を示すプロット図
である。図中にて、丸は平均r値を、三角はフェライト
粒径を、四角は疲労限をそれぞれ示す。図から明らかな
ように、式{(12Ti* )/(48C)+(12N
b)/(93C)}がマイナス1未満では高い疲労限が
得られるが、平均r値の低下が著しい。一方、式{(1
2Ti* )/(48C)+(12Nb)/(93C)}
がプラス2を越える範囲では高い平均r値は得られる
が、フェライト粒径が10μmを越えてしまい、疲労限
が低下することが判明した。 (実施例2)
【0025】表3および表4に示す成分の鋼を、115
0〜1280℃の温度に加熱した後に、熱間圧延して板
厚を4.0mmとし、500〜650℃の温度でコイル
に巻き取った。次いで、鋼帯を酸洗し、これを0.8m
mまで冷間圧延した。得られた冷延鋼帯を、大きく三つ
の群にわけて加工し、それぞれの製品を得た。第1の群
は、冷延鋼帯を700〜850℃の条件で連続焼鈍し、
0.5%の調質圧延を施して製品とした。
【0026】第2の群は、連続焼鈍の工程を連続溶融亜
鉛めっきラインにて行い、450〜550℃の温度で合
金化処理を施した後、0.5%の調質圧延を施して製品
とした。第3の群は、得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼
板の表面に、さらにFe−Znめっきを施して製品とし
た。
【0027】これらの三つの群の鋼板から引張試験片お
よび軸引張疲労試験片をそれぞれ採取して、試験に供し
た。なお、溶融亜鉛めっきの付着量は60/60g/m
2 とした。さらに、溶融亜鉛めっきを施したものについ
ては、耐パウダリング性を調べるために、ドロービード
試験を行った。なお、片面当たりの剥離量5g/m2
上を不良とした。
【0028】これらの結果を表5および表6に示す。表
から明らかなように、本発明鋼1〜30においては、い
ずれも疲労強度が高く、しかも平均r値も高い材質が得
られた。これに対して、比較鋼31及び41ではTi,
Nb量が過剰に添加されているため、粒成長性が良く、
平均r値は高いが、疲労限が低い。また、比較鋼33及
び40では逆にTi,Nb量が不足するため、疲労限は
高いが、平均r値の低下が著しい。また、比較鋼32で
はBが多いため、疲労限は高いが、平均r値が低下す
る。また、比較鋼38ではTi及びNbが全く添加され
ていないため平均r値の低下が著しい。さらに、比較鋼
34及び36ではそれぞれC及びMnの含有量が過剰で
あるため、平均r値が低下する。さらに、比較鋼35及
び37ではそれぞれSi及びMnの添加量が過剰なた
め、平均r値が低下するばかりでなく、めっきの密着性
も低下する。また、比較鋼39ではNが過剰なため、平
均r値が低下する。
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】
【表5】
【0032】
【表6】
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、深絞り成形性に優れ、
かつ疲労特性にも優れた冷延鋼板および溶融亜鉛めっき
鋼板の製造が初めて可能となるものであり、その工業的
価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】横軸に鋼板の降伏強度をとり、縦軸に鋼板の疲
労限をとって、両者の関係について調べた結果を示すプ
ロット図。
【図2】横軸に鋼板のフェライト粒径をとり、縦軸に鋼
板の疲労限およびr値をとって、それぞれの関係につい
て調べた結果を示すプロット図。
【図3】横軸にTi,Nbの含有量を規定する数式に各
成分数値を入れて得られる指数をとり、縦軸にそれぞれ
平均r値,フェライト粒径,疲労限をとって、これらの
関係について調べた結果を示すプロット図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉武 明英 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 8/04 C21D 9/48 C23C 2/06

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.0050%以下、S
    i:0.3%以下、Mn:0.10〜0.5%、P:
    0.03%以下、S:0.015%以下、sol.A
    l:0.10%以下、N:0.0040%以下を含有
    し、さらにTi及びNbの少なくとも一方を−1≦(1
    2Ti* )/(48C)+(12Nb)/(93C)≦
    2(ただし、Ti* =Ti−48/14N−48/32
    S)を満たすように含み、残部がFeおよび不可避不純
    物よりなり、かつ、フェライト粒径が10μm以下であ
    ることを特徴とする疲労特性及び深絞り性に優れた鋼
    板。
  2. 【請求項2】 さらに、0.0001〜0.0020%
    のBを含有することを特徴とする請求項1記載の疲労特
    性及び深絞り性に優れた鋼板。
  3. 【請求項3】 さらに、表面に亜鉛めっき層が形成され
    ていることを特徴とする請求項1または2の何れかに記
    載の疲労特性及び深絞り性に優れた鋼板。
  4. 【請求項4】 亜鉛めっき層中のFe含有量が5〜15
    %であることを特徴とする請求項3記載の疲労特性及び
    深絞り性に優れた鋼板。
  5. 【請求項5】 さらに、亜鉛めっき層の上に、Fe含有
    量が50%以上のFe−Zn合金めっき層が形成されて
    いることを特徴とする請求項4記載の疲労特性及び深絞
    り性に優れた鋼板。
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KR100284526B1 (ko) * 1996-02-22 2001-03-15 고지마 마타오 합금화 용융아연 도금강판과 그 제조방법
JP3355970B2 (ja) * 1996-12-10 2002-12-09 日本鋼管株式会社 打ち抜き性に優れる冷延鋼板の製造方法

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