JP3026388B2 - 時効硬化型熱延鋼板の製造方法 - Google Patents
時効硬化型熱延鋼板の製造方法Info
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- JP3026388B2 JP3026388B2 JP4109346A JP10934692A JP3026388B2 JP 3026388 B2 JP3026388 B2 JP 3026388B2 JP 4109346 A JP4109346 A JP 4109346A JP 10934692 A JP10934692 A JP 10934692A JP 3026388 B2 JP3026388 B2 JP 3026388B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強度が低く伸びが大き
く成形性に優れ、熱処理によって大幅な強度上昇が可能
な時効硬化型熱延鋼板の製造方法に関し、自動車のビー
ム類、ホィール、その他主要構造部材に適用できる。
く成形性に優れ、熱処理によって大幅な強度上昇が可能
な時効硬化型熱延鋼板の製造方法に関し、自動車のビー
ム類、ホィール、その他主要構造部材に適用できる。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
自動車の燃費向上のために高強度鋼板に対する要求が高
まっている。しかし、鋼板の強度が高くなると加工性が
低下するため、高強度鋼板の使用に際しては、加工性の
確保が問題となる。
自動車の燃費向上のために高強度鋼板に対する要求が高
まっている。しかし、鋼板の強度が高くなると加工性が
低下するため、高強度鋼板の使用に際しては、加工性の
確保が問題となる。
【0003】このような要求を満たすものとして、Cu
を添加した時効硬化型高強度熱延鋼板が実用化されてい
る。これは、1%程度のCuを添加し、熱延板の状態で
はCuを固溶状態としておいて低強度で加工性の良い状
態としたものであり、加工後の熱処理によって時効硬化
させ、使用時には強度を確保する。このCu添加鋼にお
いては、時効硬化によって約20kgf/mm2程度の強度上
昇が得られ、時効後の強度としては80kgf/mm2程度の
ものが使われている。これに対して、更に強度アップの
要求に対応する場合、熱間脆性のために添加量が制限さ
れるため、Cu添加鋼においては約20kgf/mm2を大幅
に上回る強度アップは望めない。
を添加した時効硬化型高強度熱延鋼板が実用化されてい
る。これは、1%程度のCuを添加し、熱延板の状態で
はCuを固溶状態としておいて低強度で加工性の良い状
態としたものであり、加工後の熱処理によって時効硬化
させ、使用時には強度を確保する。このCu添加鋼にお
いては、時効硬化によって約20kgf/mm2程度の強度上
昇が得られ、時効後の強度としては80kgf/mm2程度の
ものが使われている。これに対して、更に強度アップの
要求に対応する場合、熱間脆性のために添加量が制限さ
れるため、Cu添加鋼においては約20kgf/mm2を大幅
に上回る強度アップは望めない。
【0004】一方、CuとNi、Alを複合添加すること
によって大幅な時効硬化が望めることは既に知られてお
り、CuとNi、Alの添加量と強度の関係についても調
べられている(例えば、「Iron and Steel」1972
年10月、p.502−514)。しかしながら、このよ
うな検討は主に強度を追求することを主目的としている
ために、時効前の加工性については殆ど検討されていな
い。熱延鋼板の場合には熱延板での加工性を確保するこ
とが必須であり、特にハイテンにおいては伸び特性が重
要である。この点、従来報告されている複合添加材は、
炭素量が多く、マトリックスがフェライト・パーライト
若しくはベイナイト、マルテンサイト組織であり、時効
前の加工性は良好ではなかった。
によって大幅な時効硬化が望めることは既に知られてお
り、CuとNi、Alの添加量と強度の関係についても調
べられている(例えば、「Iron and Steel」1972
年10月、p.502−514)。しかしながら、このよ
うな検討は主に強度を追求することを主目的としている
ために、時効前の加工性については殆ど検討されていな
い。熱延鋼板の場合には熱延板での加工性を確保するこ
とが必須であり、特にハイテンにおいては伸び特性が重
要である。この点、従来報告されている複合添加材は、
炭素量が多く、マトリックスがフェライト・パーライト
若しくはベイナイト、マルテンサイト組織であり、時効
前の加工性は良好ではなかった。
【0004】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し
て、熱延板での強度が50kgf/mm2以下と低いと同時に
伸びが30%以上と大きく、なおかつ、時効によって2
5kgf/mm2以上の大幅な強度増加が得られる時効硬化型
熱延鋼板を製造する方法を提供することを目的とするも
のである。
て、熱延板での強度が50kgf/mm2以下と低いと同時に
伸びが30%以上と大きく、なおかつ、時効によって2
5kgf/mm2以上の大幅な強度増加が得られる時効硬化型
熱延鋼板を製造する方法を提供することを目的とするも
のである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、かゝる目的
を達成するために極低炭素鋼に着目し、極低炭素鋼にC
u、Ni、Alの添加を行ったところ、極低炭素化とCu、
Ni、Al複合添加の組合わせ技術だけでは本発明の目的
は達成できないことがわかった。
を達成するために極低炭素鋼に着目し、極低炭素鋼にC
u、Ni、Alの添加を行ったところ、極低炭素化とCu、
Ni、Al複合添加の組合わせ技術だけでは本発明の目的
は達成できないことがわかった。
【0006】そこで、更に鋭意検討を進めた結果、C、
Ni等の添加量と熱間圧延後の冷却条件及び巻取条件を
制御することによって、熱延板の組織を軟質なポリゴナ
ルフェライト単相として良好な加工性(低強度、高伸び)
を確保できることを見い出し、ここに本発明をなすに至
ったのである。
Ni等の添加量と熱間圧延後の冷却条件及び巻取条件を
制御することによって、熱延板の組織を軟質なポリゴナ
ルフェライト単相として良好な加工性(低強度、高伸び)
を確保できることを見い出し、ここに本発明をなすに至
ったのである。
【0007】すなわち、本発明は、C:0.006%以
下、Si:0.75%以下、Mn:1%以下、P:0.1%以
下、S:0.02%以下、Al:0.5〜1.5%、Ni:2〜
4%、Cu:0.5〜2%を含有し、残部がFe及び不可避
的不純物からなる鋼を、熱間圧延後、圧延仕上げ温度か
ら600℃までを50℃/s以下の速度で冷却し、45
0℃以下の温度で巻き取ることを特徴とする時効硬化型
熱間圧延鋼板の製造方法を要旨とするものである。
下、Si:0.75%以下、Mn:1%以下、P:0.1%以
下、S:0.02%以下、Al:0.5〜1.5%、Ni:2〜
4%、Cu:0.5〜2%を含有し、残部がFe及び不可避
的不純物からなる鋼を、熱間圧延後、圧延仕上げ温度か
ら600℃までを50℃/s以下の速度で冷却し、45
0℃以下の温度で巻き取ることを特徴とする時効硬化型
熱間圧延鋼板の製造方法を要旨とするものである。
【0008】以下に本発明を更に詳細に説明する。
【0009】
【作用】まず、本発明における極低炭素鋼の化学成分の
限定理由について説明する。
限定理由について説明する。
【0010】C:Cはパーライトの析出量を定め、なお
かつ過冷組織の出来易さに影響を与えるため、できる限
り少ないことが望ましい。特にNi添加鋼においてはマ
ッシブ組織とならないようにする必要があり、そのため
に、C量は0.006%以下とする必要がある。
かつ過冷組織の出来易さに影響を与えるため、できる限
り少ないことが望ましい。特にNi添加鋼においてはマ
ッシブ組織とならないようにする必要があり、そのため
に、C量は0.006%以下とする必要がある。
【0011】Si:Siは脱酸剤として必要な元素である
が、多量に添加すると素材の硬度を高くし、加工性の低
下を招き、また酸洗性を劣化させるので、Si量は0.7
5%を上限値とする。
が、多量に添加すると素材の硬度を高くし、加工性の低
下を招き、また酸洗性を劣化させるので、Si量は0.7
5%を上限値とする。
【0012】Mn:MnはSの固定に必要な元素である。
しかし、Mnを1%より多く添加すると素材の焼入性を
向上させ、素材の軟質化を妨げる。したがって、Mn量
は1%を上限値とする。
しかし、Mnを1%より多く添加すると素材の焼入性を
向上させ、素材の軟質化を妨げる。したがって、Mn量
は1%を上限値とする。
【0013】P:Pは粒界脆化を起こす元素であるの
で、0.1%を上限とする。
で、0.1%を上限とする。
【0014】S:SはMnSとなって介在物密度を増加
させ加工性を損なう。したがって、材料の加工性を確保
するために、上限を0.02%とする。
させ加工性を損なう。したがって、材料の加工性を確保
するために、上限を0.02%とする。
【0015】Al、Ni、Cu:Al、Ni、Cuは本発明の
本質に係わる元素であり、複合硬化を起こさせ、なおか
つ素材の加工性を確保するために、以下のとおり添加量
を規制するものである。
本質に係わる元素であり、複合硬化を起こさせ、なおか
つ素材の加工性を確保するために、以下のとおり添加量
を規制するものである。
【0016】Alは硬化に必須の元素であり、そのため
には0.5%以上の添加が必要である。しかし、1.5%
より多く添加すると介在物密度が増加して加工性を損な
い、また鋳造時のノズル閉塞を起こすために生産性が悪
化し、コスト増となるので、Al量は0.5〜1.5%の
範囲とする。
には0.5%以上の添加が必要である。しかし、1.5%
より多く添加すると介在物密度が増加して加工性を損な
い、また鋳造時のノズル閉塞を起こすために生産性が悪
化し、コスト増となるので、Al量は0.5〜1.5%の
範囲とする。
【0017】Niも、また硬化に必須の元素であり、そ
のためには2%以上の添加が必要である。しかし、4%
より多く添加すると素材の焼入性が向上し、素材の加工
性が劣化してしまうので、Ni量は2〜4%の範囲とす
る。
のためには2%以上の添加が必要である。しかし、4%
より多く添加すると素材の焼入性が向上し、素材の加工
性が劣化してしまうので、Ni量は2〜4%の範囲とす
る。
【0018】Cuはそれ自体硬化能を有するが、この効
果以上に複合硬化に寄与し、硬化時間の短縮に効果があ
る。そのためには0.5%以上の添加が必要であるが、
2%より多量に添加しても効果が変わらないだけでな
く、かえって熱間脆性を生じて熱延スラブに割れを生じ
る。そこで、複合効果を十分に発揮し、熱間脆性を起こ
さない範囲として、Cu量は0.5〜2%の範囲とする。
果以上に複合硬化に寄与し、硬化時間の短縮に効果があ
る。そのためには0.5%以上の添加が必要であるが、
2%より多量に添加しても効果が変わらないだけでな
く、かえって熱間脆性を生じて熱延スラブに割れを生じ
る。そこで、複合効果を十分に発揮し、熱間脆性を起こ
さない範囲として、Cu量は0.5〜2%の範囲とする。
【0019】なお、不純物元素は通常の含有量範囲であ
れば特に問題はない。
れば特に問題はない。
【0020】次に、本発明における製造条件の限定の理
由について述べる。
由について述べる。
【0021】上記化学成分を有する極低炭素鋼は常法に
より溶製、鋳造し、熱間圧延を行うが、熱間圧延条件は
以下のように規制する必要がある。なお、熱間圧延仕上
げ温度は920℃以上として、オーステナイト域で圧延
を終了するのが好ましい。
より溶製、鋳造し、熱間圧延を行うが、熱間圧延条件は
以下のように規制する必要がある。なお、熱間圧延仕上
げ温度は920℃以上として、オーステナイト域で圧延
を終了するのが好ましい。
【0022】この材料は、炭化物や窒化物が少ないので
フェライト粒が粗大となり易く、また徐冷すると粗大析
出物が旧オーステナイト粒界に析出するために圧延方向
に延びた伸長粒になり易い。したがって、ポリゴナルフ
ェライトとするために圧延温度から急冷する必要があ
る。すなわち、圧延温度から600℃までを5℃/s以
上の速度で冷却すると結晶粒の粗大化が防止できる。一
方、あまり急冷すると過冷されて転移密度の高い組織と
なってしまい、目的とする加工性が得られない。過冷組
織を防ぐためには冷却速度、炭素量、Ni量のバランス
を制御する必要があり、上記の組成範囲(C:0.006
%以下、Ni:2〜4%)では圧延温度から600℃まで
を50℃/s以下の冷却速度で冷却することが好まし
い。
フェライト粒が粗大となり易く、また徐冷すると粗大析
出物が旧オーステナイト粒界に析出するために圧延方向
に延びた伸長粒になり易い。したがって、ポリゴナルフ
ェライトとするために圧延温度から急冷する必要があ
る。すなわち、圧延温度から600℃までを5℃/s以
上の速度で冷却すると結晶粒の粗大化が防止できる。一
方、あまり急冷すると過冷されて転移密度の高い組織と
なってしまい、目的とする加工性が得られない。過冷組
織を防ぐためには冷却速度、炭素量、Ni量のバランス
を制御する必要があり、上記の組成範囲(C:0.006
%以下、Ni:2〜4%)では圧延温度から600℃まで
を50℃/s以下の冷却速度で冷却することが好まし
い。
【0023】また、巻取温度は析出を起こさない温度と
する必要があるが、上記組成範囲の場合には、450℃
以下で巻取ることによって析出を防ぐことができる。
する必要があるが、上記組成範囲の場合には、450℃
以下で巻取ることによって析出を防ぐことができる。
【0024】なお、本発明では圧延温度から600℃ま
での冷却速度の下限を規定していない。これは巻取温度
を450℃以下と限定しているために、5℃/s以下の
冷却速度とすることは非現実的であり、特に限定する必
要がないからである。
での冷却速度の下限を規定していない。これは巻取温度
を450℃以下と限定しているために、5℃/s以下の
冷却速度とすることは非現実的であり、特に限定する必
要がないからである。
【0025】かくして、本発明によれば、強度が低く伸
びが大きく、時効によって大幅な強度上昇が可能な熱延
鋼板が容易に製造できる。
びが大きく、時効によって大幅な強度上昇が可能な熱延
鋼板が容易に製造できる。
【0026】次に本発明の実施例を示す。
【0027】
【実施例1】C:0.002%、Si:0.06%以下、M
n:0.88%、P:0.006%、S:0.005%、Cu:
1.0%、Al:1.0%、Ni:1〜6%を含有し、残部が
Fe及び不純物からなる組成の鋼を仕上げ温度950℃
で熱間圧延し、600℃までを30℃/sで冷却し、3
00℃で巻取処理(1時間保持後室温まで炉冷)を施し
た。この材料から引張試験片を採取し、圧延方向に引張
試験を行った。また、この材料を550℃で3時間時効
後空冷した試料でも同様に引張試験を行った。これらの
結果を図1に示す。同図は横軸にNi量を、縦軸に引張
特性を示した。
n:0.88%、P:0.006%、S:0.005%、Cu:
1.0%、Al:1.0%、Ni:1〜6%を含有し、残部が
Fe及び不純物からなる組成の鋼を仕上げ温度950℃
で熱間圧延し、600℃までを30℃/sで冷却し、3
00℃で巻取処理(1時間保持後室温まで炉冷)を施し
た。この材料から引張試験片を採取し、圧延方向に引張
試験を行った。また、この材料を550℃で3時間時効
後空冷した試料でも同様に引張試験を行った。これらの
結果を図1に示す。同図は横軸にNi量を、縦軸に引張
特性を示した。
【0028】図1から明らかなように、時効前の強度
(TS)はNiが4%まで50kgf/mm2以下であるが、そ
れ以上のNi量では急激に強度が上昇している。また、
伸びをみても、4%Niまでは良好な値を示している
が、それ以上では大幅に劣化している。また、時効によ
る強度上昇量は、Niが2%以上で大きな値を示してい
るが、それ以下では従来のCu添加鋼並みの強度上昇し
かみられない。したがって、Ni量は2〜4%の範囲と
することが必要であることがわかる。
(TS)はNiが4%まで50kgf/mm2以下であるが、そ
れ以上のNi量では急激に強度が上昇している。また、
伸びをみても、4%Niまでは良好な値を示している
が、それ以上では大幅に劣化している。また、時効によ
る強度上昇量は、Niが2%以上で大きな値を示してい
るが、それ以下では従来のCu添加鋼並みの強度上昇し
かみられない。したがって、Ni量は2〜4%の範囲と
することが必要であることがわかる。
【0029】また、製造条件の影響を明らかにするため
に、上記成分組成でNiを3%とした材料を用いて、熱
延仕上げ温度から600℃までの冷却条件を5〜200
℃/sに変化させて影響を調べた。その結果は図2に示
すように、時効前の加工性の指標である伸びを確保する
ためには50℃/s以下の冷却速度とすることが必要で
あることがわかる。
に、上記成分組成でNiを3%とした材料を用いて、熱
延仕上げ温度から600℃までの冷却条件を5〜200
℃/sに変化させて影響を調べた。その結果は図2に示
すように、時効前の加工性の指標である伸びを確保する
ためには50℃/s以下の冷却速度とすることが必要で
あることがわかる。
【0030】次に巻取温度の影響を調べるために、上記
組成でNiを3%とした材料を用い、巻取処理温度を3
00〜700℃に変化させてその影響を調べた。その結
果を図3に示す。同図からわかるように、時効前に強度
が低く伸びの大きな状態を得るためには、巻取温度は4
50℃以下とする必要があることがわかる。
組成でNiを3%とした材料を用い、巻取処理温度を3
00〜700℃に変化させてその影響を調べた。その結
果を図3に示す。同図からわかるように、時効前に強度
が低く伸びの大きな状態を得るためには、巻取温度は4
50℃以下とする必要があることがわかる。
【0031】
【実施例2】C:0.0021%、Si:0.06%、Mn:
0.85%、P:0.006%、S:0.0049%、Cu:
0.99%、Al:0.024〜1.52%、Ni:3.0%、
残部がFe及び不純物からなる組成の鋼を仕上げ温度9
50℃で熱間圧延し、600℃までを30℃/sで冷却
し、300℃で巻取処理(1時間保持後室温まで炉冷)を
施した。この材料から引張試験片を採取し、圧延方向に
引張試験を行った。また、この材料を550℃で3時間
時効後空冷した試料でも同様に引張試験を行った。これ
らの結果を図4に示する。同図は横軸にAl量を、縦軸
に引張特性を示した。図4から明らかなように、時効前
の強度はAl量に依存しないが、時効後の強度は明らか
に依存しており、大幅な強度上昇を得るには0.5%以
上のAlが必要であることがわかる。
0.85%、P:0.006%、S:0.0049%、Cu:
0.99%、Al:0.024〜1.52%、Ni:3.0%、
残部がFe及び不純物からなる組成の鋼を仕上げ温度9
50℃で熱間圧延し、600℃までを30℃/sで冷却
し、300℃で巻取処理(1時間保持後室温まで炉冷)を
施した。この材料から引張試験片を採取し、圧延方向に
引張試験を行った。また、この材料を550℃で3時間
時効後空冷した試料でも同様に引張試験を行った。これ
らの結果を図4に示する。同図は横軸にAl量を、縦軸
に引張特性を示した。図4から明らかなように、時効前
の強度はAl量に依存しないが、時効後の強度は明らか
に依存しており、大幅な強度上昇を得るには0.5%以
上のAlが必要であることがわかる。
【0032】
【実施例3】C:0.002%、Si:0.06%、Mn:0.
85%、P:0.005%、S:0.0051%、Cu:0.
1〜2.0%、Al:1.0%、Ni:3.0%、残部がFe及
び不純物からなる組成の鋼を仕上げ温度950℃で熱間
圧延し、600℃までを30℃/sで冷却し、300℃
で巻取処理(1時間保持後室温まで炉冷)を施した。この
材料から引張試験片を採取し、圧延方向に引張試験を行
った。また、この材料を550℃で3時間時効後空冷し
た試料でも同様に引張試験を行った。これらの結果を図
5に示す。同図は横軸にCu量を、縦軸に引張特性を示
した。図5から明らかなように、時効前の強度はCu量
に依存しないが、時効後の強度は明らかに依存してお
り、大幅な強度上昇を得るには0.5%以上のCuが必要
であることがわかる。
85%、P:0.005%、S:0.0051%、Cu:0.
1〜2.0%、Al:1.0%、Ni:3.0%、残部がFe及
び不純物からなる組成の鋼を仕上げ温度950℃で熱間
圧延し、600℃までを30℃/sで冷却し、300℃
で巻取処理(1時間保持後室温まで炉冷)を施した。この
材料から引張試験片を採取し、圧延方向に引張試験を行
った。また、この材料を550℃で3時間時効後空冷し
た試料でも同様に引張試験を行った。これらの結果を図
5に示す。同図は横軸にCu量を、縦軸に引張特性を示
した。図5から明らかなように、時効前の強度はCu量
に依存しないが、時効後の強度は明らかに依存してお
り、大幅な強度上昇を得るには0.5%以上のCuが必要
であることがわかる。
【0033】
【実施例4】
【表1】 に示す化学成分を有する鋼を溶製し、鋳造して得られた
鋼塊について仕上げ温度950℃で熱間圧延を行い、6
00までを30℃/sで冷却し、300℃で巻取処理
(1時間保持後室温まで炉冷)を施した。この材料から引
張試験片を採取し、圧延方向に引張試験を行った。同表
中に熱延板の引張特性を示すように、本発明例はいずれ
も強度が低く伸びが大きい。一方、比較例No.3は炭素
量が多いために強度が高くなり伸びが低下してしまって
いる。また、比較例No.4はMnが多いために同様に強
度が高くなり伸びが低下している。
鋼塊について仕上げ温度950℃で熱間圧延を行い、6
00までを30℃/sで冷却し、300℃で巻取処理
(1時間保持後室温まで炉冷)を施した。この材料から引
張試験片を採取し、圧延方向に引張試験を行った。同表
中に熱延板の引張特性を示すように、本発明例はいずれ
も強度が低く伸びが大きい。一方、比較例No.3は炭素
量が多いために強度が高くなり伸びが低下してしまって
いる。また、比較例No.4はMnが多いために同様に強
度が高くなり伸びが低下している。
【0034】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
強度が低く伸びが大きいので成形性に優れ、かつ熱処理
によって大幅に硬化する高張力鋼板が容易に得られるの
で、特に自動車のビーム類、ホィール、その他主要構造
部材に使用した場合、車体重量の大幅な軽減に寄与し、
その産業上の意義、利益は大きい。
強度が低く伸びが大きいので成形性に優れ、かつ熱処理
によって大幅に硬化する高張力鋼板が容易に得られるの
で、特に自動車のビーム類、ホィール、その他主要構造
部材に使用した場合、車体重量の大幅な軽減に寄与し、
その産業上の意義、利益は大きい。
【図1】熱延板の強度、伸び及び時効後強度とNi量と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図2】熱延板の強度、伸び及び時効後強度と熱延後の
冷却速度との関係を示す図である。
冷却速度との関係を示す図である。
【図3】熱延板の強度、伸び及び時効後強度と巻取温度
との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
【図4】熱延板の強度、伸び及び時効後強度とAl量と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図5】熱延板の強度、伸び及び時効後強度とCu量と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/02 C22C 38/00 - 38/58 JICSTファイル(JOIS)
Claims (1)
- 【請求項1】 重量%で(以下、同じ)、C:0.006%
以下、Si:0.75%以下、Mn:1%以下、P:0.1%
以下、S:0.02%以下、Al:0.5〜1.5%、Ni:2
〜4%、Cu:0.5〜2%を含有し、残部がFe及び不可
避的不純物からなる鋼を、熱間圧延後、圧延仕上げ温度
から600℃までを50℃/s以下の速度で冷却し、4
50℃以下の温度で巻き取ることを特徴とする時効硬化
型熱間圧延鋼板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4109346A JP3026388B2 (ja) | 1992-04-02 | 1992-04-02 | 時効硬化型熱延鋼板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4109346A JP3026388B2 (ja) | 1992-04-02 | 1992-04-02 | 時効硬化型熱延鋼板の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0665635A JPH0665635A (ja) | 1994-03-08 |
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