JP3175063B2

JP3175063B2 - 常温非時効深絞り用フェライト単相冷延鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP3175063B2
Application number: JP24530692A
Authority: JP
Inventors: 浩作潮田; 直樹吉永; 義一松村; 治秋末; 邦夫西村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 2001-06-11
Anticipated expiration: 2016-06-11
Also published as: JPH0693376A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、常温非時効深絞り用フ
ェライト単相冷延鋼板およびその製造方法に関する。本
発明が係わる冷延鋼板とは、自動車、家庭電気製品、建
物などのプレス成形をして使用されるものである。そし
て、表面処理をしない狭義の冷延鋼板と、防錆のため
に、例えばＺｎメッキや合金化Ｚｎメッキなどの表面処
理を施した冷延鋼板の両方を含む。本発明による鋼板
は、強度と加工性を兼ね備えた鋼板であるので、使用に
当っては今までの鋼板より板厚を減少できること、すな
わち軽量化が可能となる。したがって、地球環境保全に
寄与できるものと期待される。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼の真空脱ガス処理の最近の進歩によ
り、極低炭素鋼の溶製が容易になった現在、良好な加工
性を有する極低炭素鋼板の需要は益々増加しつつある。
このような極低炭素鋼板は、一般的にＴｉおよびＮｂの
うち少なくとも１種を含有することはよく知られてい
る。すなわち、ＴｉおよびＮｂは、鋼中の侵入型固溶元
素（Ｃ、Ｎ）と強い引力の相互作用を持ち、炭窒化物を
容易に形成する。したがって、侵入型固溶元素の存在し
ない鋼（ＩＦ鋼：ＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌＦｒｅｅ
Ｓｔｅｅｌ）が得られる。ＩＦ鋼は、歪時効や加工性
を劣化させる原因となる侵入型固溶元素を含まないの
で、非時効で極めて良好な加工性を有する特徴がある。
さらに、ＴｉやＮｂの添加は粗大化しやすい極低炭素鋼
の熱間圧延板の結晶粒径を細粒化し、冷延焼鈍板の深絞
り性を改善する重要な役割も持つ。しかし、ＴｉやＮｂ
を添加した極低炭素鋼は次のような問題を有する。第一
に製造コストが高くつく点である。すなわち、極低炭素
化のための真空処理コストに加え、高価なＴｉやＮｂの
添加を必要とする点である。第二に製品板に固溶ＣやＮ
が残存しないので、二次加工脆化が発生したり塗装焼き
付け硬化が消失したりする。第三にＴｉやＮｂは強い酸
化物形成元素であり、これらの酸化物が表面品質を劣化
させたりする。

【０００３】ＩＦ鋼のこのような問題を解決する目的
で、従来から多くの研究開発が行われてきた。例えば、
特開昭６０−１９７８４６号公報および特開昭６３−７
２８３０号公報では、ＴｉやＮｂを添加しない極低炭素
鋼板およびその製造方法が開示されており、基本的には
Ｃ量が０．００１０〜０．００８０％の鋼を連続焼鈍す
るに際し、高温焼鈍を用いていったん一部のαをγに変
態させ、冷却速度を制御してγからの低温変態生成物を
生成し、これとαとの混合組織にすることにより、上記
課題を解決している。しかし、極低炭素鋼の（α＋γ）
二相域は極めて狭く、精度よく温度制御することは困難
であり、また高温焼鈍に付随する種々の問題、例えば高
温通板性が不良、板形状が悪い、エネルギー消費量が多
いなどの問題が発生する。したがって、本発明の鋼板は
α単相の組織から成るものとする。また、特開昭５９−
８０７２７号公報、特開昭６０−１０３１２９号公報、
特開平１−１８４２５１号公報などにおいては、Ｔｉや
Ｎｂなどの高価な元素を添加せず、Ｃ量が０．００１５
％以下の領域を含む冷延鋼板およびその製造方法が開示
されている。しかし、これらの場合には、本発明の１つ
の特徴であるＢが添加されていない。全Ｃ量が０．００
１５％以下となると、たとえＴｉやＮｂが添加されてい
なくとも、結晶粒界に存在するＣが極度に減少し、二次
加工脆化が発生する。さらに、特開昭５８−１４１３３
５号公報においては、Ｃ量が０．００１５％以下の領域
を含み、かつＢを０．０００５〜０．００２０％添加し
ている。しかし、Ｃ量が０．００１５％以下の領域とな
ると、一般的に熱間圧延板の結晶粒径が粗大となり、冷
延焼鈍板のｒ値が確保できない。したがって、添加元素
あるいは熱間圧延方法に何らかの対策が必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから明らか
なように、本発明者らはもちろんのこと当業界において
も、ＴｉやＮｂなどの高価な添加元素を使用しない極低
炭素鋼を用いて、耐二次加工脆化特性を有し、塗装焼き
付け硬化性能も付与した常温非時効絞り用冷延鋼板およ
びその製造方法を確立することが、長年求められてき
た。

【０００５】

【課題を解決するための手段】ＴｉやＮｂなどの高価な
炭窒化物形成元素を使用せずして常温非時効特性を達成
する一つの手段として、全Ｃ量を一定量以下に制御した
極低炭素Ａｌキルドを用いる方法を見出した。すなわ
ち、本発明鋼を用いれば、製品板においてＮはＡｌを添
加することによりＡｌＮとして固定され得るので、歪時
効の原因となるのはＣである。本発明者らが鋭意研究開
発を行った結果、全Ｃ量が１５ｐｐｍ以下となると、た
とえ調質圧延率が０．５％と通常より低圧延率でも、安
定的に常温で非時効となることが判明した。また、既に
述べたように本発明においては、α単相の組織からなる
鋼板を前提としている。

【０００６】次に耐二次加工脆化特性について述べる。
二次加工脆化の問題は、全Ｃ量が上述のように１５ｐｐ
ｍ以下となると発生しやすくなることが判明した。これ
は、粒界を強化するＣの量が著しく減少したためと考え
られる。さらに、後述するように深絞り性を改善した
り、強度を上昇させるためにＰを添加すると、この問題
はさらに厳しくなる。この問題を解決する手段として、
本発明のようにＴｉやＮｂなどの元素を添加しない極低
炭素鋼においてもＢ添加が有効であることが、初めて判
明した。

【０００７】第三にＴｉやＮｂなどの元素を添加しない
極低炭素鋼板の深絞り性を改善する方策について述べ
る。一般に、ＴｉやＮｂを添加しない鋼において、全Ｃ
量を低減すると熱間圧延板の結晶粒径は大きくなり、特
に全Ｃ量が１５ｐｐｍ以下の領域となると著しく大きく
なり、時には板厚方向に延びた極めて粗大な柱状晶とな
る。しかし、深絞り性に好ましい板面｛１１１｝方位粒
は、初期結晶粒界から優先的に核生成するので、極低炭
素化してもｒ値はむしろ低下する。そこで、ＴｉやＮｂ
など高価な元素を添加せずとも熱間圧延板の結晶粒径を
細粒化する方策について検討を加えた結果、１）Ｐ添加
が効果的であり、０．０１％以上の添加が好ましい、
２）Ｂと共存するとこの効果がさらに顕著となる、３）
さらに好ましくは、熱間圧延終了後１．０秒以内に５０
℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却すると、さらに細粒化
することが判明した。上記１）については理由がかなら
ずしも明確でないが、Ｐを添加するとａ）γ粒が細粒化
する、ｂ）変態したαの粒成長が抑制される、ことなど
が原因となったものと推察する。一方、Ｂの添加は変態
の速度を抑制するので変態後のα粒径が小さくなるもの
と考えられる。また、熱間圧延仕上げ後の急冷は、粒成
長の抑制やγ／α比の増加などにより細粒化に有効であ
ったものと思われる。

【０００８】本発明は、このような思想と新知見に基づ
いて構築されたものであり、その要旨とするところは、
以下のとおりである。（１）重量％で、Ｃ：０．０００１〜０．００１５％、
Ｓｉ：１．２％以下、Ｍｎ：０．０３〜３．０％、Ｐ：
０．０１〜０．１５％、Ｓ：０．００１０〜０．０２０
％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．０００１〜
０．００８０％、Ｂ：０．０００１〜０．００３０％を
含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる耐二次加
工脆化特性に優れ、塗装焼き付け硬化特性を有する常温
非時効深絞り用フェライト単相冷延鋼板。（２）前項１記載の化学成分よりなるスラブを（Ａｒ₃
−１００）℃以上の温度で熱間圧延の仕上げを行い、６
００℃から７５０℃の温度で巻取り、６０％以上の圧延
率で冷間圧延を行い、６００〜９００℃で連続焼鈍を行
うことを特徴とする常温非時効深絞り用フェライト単相
冷延鋼板の製造方法。

【０００９】

【作用】ここに本発明において鋼組成および製造条件を
上述のように限定する理由についてさらに説明する。１）Ｃ：Ｃは製品の材質特性を決定する極めて重要な元
素である。Ｃ量が０．００１５％超となると、もはや常
温非時効でなくなるので、上限を０．００１５％とす
る。一方、Ｃ量が０．０００１％未満となると、二次加
工脆化が発生する。また、製鋼技術上極めて到達困難な
領域であり、コストも著しく上昇する。したがって、下
限は０．０００１％とする。

【００１０】２）Ｓｉ：Ｓｉは安価に強度を上昇させる
元素であるが、１．２％超となると化成処理性の低下や
メッキ性の低下などの問題が生じるので、その上限を
１．２％とする。３）Ｍｎ：ＭｎはＳｉと同様に強度を上昇させるのに有
効な元素である。また、Ｔｉなどを添加しない本発明鋼
ではＭｎがＳを固定するので、Ｍｎは熱間圧延時の割れ
を防止する役割をもつ。低Ｍｎ化は従来からｒ値の向上
に好ましいと言われているが、Ｍｎ量が０．０３％未満
では熱間圧延時に割れが生じる。したがって、Ｍｎ量の
下限を０．０３％とする。一方、ＭｎはＰと共存すると
極低炭素鋼の熱間圧延板の結晶粒径を細粒化するという
新知見を得た。これは、両元素が熱力学的にはＡｒ₃温
度に対して相殺する方向に働き、かつ両元素ともγから
αへの変態を速度論的には遅らせるためと思われる。し
たがって、Ｍｎ量を著しく増加させると一般的にはｒ値
が激しく劣化するが、本発明のようにＰ量が０．０１％
以上の極低炭素鋼では３．０％まで添加してもそれほど
劣化しないという有益な知見も得た。以上の理由から、
Ｍｎ量の上限は３．０％とする。

【００１１】４）Ｐ：ＰもＳｉ、Ｍｎと同様に強度を上
昇させる元素として知られており、その添加量は狙いと
する強度レベルに応じて変化する。さらに、ＴｉやＮｂ
を添加しない極低炭素鋼の熱間圧延板の結晶粒径は一般
的に粗粒化するが、０．０１％以上のＰの添加により、
顕著に細粒化するという新知見を得た。したがって、Ｐ
量の下限値を０．０１％とする。しかし、添加量が０．
１５％超となると、冷間圧延性の劣化、二次加工脆化な
どが発生するので、Ｐ量の上限値を０．１５％とする。
また、上記３）に記述したように、Ｐの細粒化効果はＭ
ｎと共存するとさらに顕著となる。

【００１２】５）Ｓ：Ｓ量は低いほうが好ましいが、
０．００１０％未満になると製造コストが上昇するの
で、これを下限値とする。一方、０．０２０％超になる
とＭｎＳが数多く析出して加工性が劣化するので、これ
を上限値とする。６）Ａｌ：Ａｌは脱酸調整に使用するが、０．００５％
未満では安定して脱酸することが困難となる。一方、
０．１％超になるとコスト上昇を招く。したがって、こ
れらの値を下限値および上限値とする。

【００１３】７）Ｎ：Ｎは低い方が好ましい。しかし、
０．０００１％未満にするには著しいコスト上昇を招く
ので、これを下限値にする。一方、０．００８０％超に
なると、もはやＡｌでＮを固定することが困難となり、
歪時効の原因となる固溶Ｎが残存したり、ＡｌＮの分率
が増加したりして加工性が劣化する。したがって、０．
００８０％をＮ量の上限値とする。

【００１４】８）Ｂ：Ｂは結晶粒界に偏析し、二次加工
脆化の防止に有効である。その効果は、０．０００１〜
０．００３０％の添加で十分である。０．０００１％未
満では効果は不十分であり、０．００３０％超になると
添加コストの上昇やスラブ割れの原因となる。次に、製
造条件の限定理由を述べる。

【００１５】９）熱間圧延の仕上温度：製品板の加工性
（ｒ値）を確保するために、（Ａｒ ₃−１００）℃以上
の温度で仕上げる。また、仕上げ後、１秒以内に５０℃
／ｓｅｃ以上の冷却速度で急冷すると熱間圧延板の結晶
粒径が細粒化するので、このような条件が好ましい。１０）巻取温度：７５０℃超となると、酸洗性が劣化し
たりコイルの長手方向で材質が不均一となるので、これ
を上限値とする。一方、６００℃未満となると熱間圧延
板でのＡｌＮの析出が不十分となるので、製品板の加工
性が劣化する。したがって、これを下限値とする。

【００１６】１１）冷間圧延：通常の条件でよく、製品
板のｒ値を確保する目的から、圧下率は６０％以上とす
る。１２）焼鈍：焼鈍温度が６００〜９００℃の連続焼鈍と
する。焼鈍温度が６００℃未満では再結晶は不十分であ
り、製品板の加工性が問題となる。焼鈍温度の上昇とと
もに加工性は向上するが、９００℃超では高温すぎて板
破断や板の平坦度が悪化する。

【００１７】かくして、本発明は新思想と新知見に基づ
いて構築されたものであり、本発明によれば、ＴｉやＮ
ｂなどの高価な元素を添加せずとも、常温非時効で塗装
焼き付け硬化性を有し、耐二次加工脆化特性にすぐれた
深絞り用冷延鋼板が得られる。

【００１８】

【実施例】

実施例１表１に示す組成を有する鋼を実験室的に真空溶製した。
すなわち、鋼Ａ（Ａ−１〜Ａ−５）と鋼Ｂ（Ｂ−１〜Ｂ
−５）のグループは、Ｃ量が０．０００３％から０．０
０３０％まで５水準変化している。ここで、Ｐ量が、鋼
Ａは０．０１５％であり、鋼Ｂは０．０５０％である。
一方、鋼Ｃ（Ｃ−１〜Ｃ−６）と鋼Ｄ（Ｄ−１〜Ｄ−
６）のグループは、Ｐ量が０．０００２％から０．０４
％まで６水準変化している。ここで、鋼ＣはＣ量が０．
０００５％であり、鋼ＤはＣ量が０．００１２％であ
る。このような化学組成を持つインゴットを、スラブ加
熱温度１１５０℃、仕上温度９１０℃、巻取温度７１０
℃で熱間圧延し、４．０ｍｍ厚の鋼板とした。酸洗後８
０％の圧下率の冷間圧延を施し、０．８ｍｍの冷延板と
し、次いで加熱速度１５℃／ｓｅｃ、均熱７８０℃×５
０ｓｅｃ、冷却速度２０℃／ｓｅｃの連続焼鈍をした。
さらに、０．８％の圧下率の調質圧延をし、引張試験に
供した。引張試験方法は、ＪＩＳ２２４１記載の方法に
従った。塗装焼き付け硬化性（ＢＨ性）は、２％引張予
歪ののち１７０℃−２０ｍｉｎの焼き付け相当処理を行
い、再度引張試験をした時の降伏点の上昇量である。

【００１９】図１から明らかなように、ＴｉやＮｂなど
を添加せずとも全Ｃ量が０．００１５％以下になると、
１００℃−１ｈｒ後の降伏点伸び（ＹＰ−Ｅｌ）が０．
２％以下となり常温非時効の目標を達成する。また、全
Ｃ量が０．０００１％以上になると、ＴｉやＮｂを添加
した極低炭素鋼ではなかなか困難なＢＨ性を付与するこ
とが可能となる。一方、図２から明らかなように、Ｐ添
加量を０．０１％以上とすると、ＴｉやＮｂを添加しな
い極低炭素鋼の欠点である低いｒ値、特にｒ₄₅が著しく
改善され、深絞り用鋼板として十分なレベルとなる。

【００２０】実施例２実施例１の知見をベースに、表２に示す化学組成を有す
る鋼を実機規模で溶製、鋳造し、続いて熱間圧延（加熱
温度：１２００℃、仕上温度：９３０℃、巻取温度：７
１０℃）、冷間圧延（圧下率：８０％）、連続焼鈍（７
８０℃−４０ｓｅｃの保定と４００℃−２ｍｉｎの過時
効処理から成る）、調質圧延（０．８％）に供した。引
張試験は、実施例１と同様の方法に従った。また、二次
加工性は、焼鈍板を円盤に打ち抜き、絞り比１．６でカ
ップに絞り、種々の温度に変化させた材料を円錐台状の
工具の上に伏せて、高さ１ｍから３００ｋｇの重りを落
として衝撃を加え、破壊した場合の延性−脆性遷移温度
によって評価し、−２０℃以下の値を良好とした。表３
から明らかなように、本発明に従えば、ＴｉやＮｂなど
高価な元素が添加されていない鋼を用いて、強度レベル
が３０ｋｇｆ／ｍｍ ²から４５ｋｇｆ／ｍｍ²級までの
常温非時効深絞り用冷延鋼板が得られ、ＢＨ性能も同時
に兼ね備えることが可能である。また、微量Ｂの添加に
より耐二次加工脆化特性が著しく改善されることがわか
る。ここで、鋼３−１、３−２は、ＰとＭｎの同時添加
により高強度化したものであるが、高Ｍｎであるにもか
かわらず良好なｒ、ｒ₄₅となる。これはＰとＭｎの同時
添加は、熱間圧延板の細粒化にも有効であるためと考え
られる。

【００２１】実施例３表２の鋼１−１、２−１を用いて、熱間圧延終了後の冷
却条件について実機設備を用いて検討を加えた。表４に
熱間圧延条件と、製品板のｒおよびｒ₄₅との関係を示
す。ここで、熱間圧延条件として、仕上げ後の冷却条
件、特に急冷開始までの時間および冷却速度を検討し
た。また、冷間圧延は圧下率が８０％であり、板厚は
０．８ｍｍである。７８０℃−４０ｓｅｃの連続焼鈍、
および０．８％の圧下率の調質圧延に供した。表４から
明らかなように、通常の条件でも深絞り用鋼板としての
ｒおよびｒ₄₅を満たすが、好ましくは熱間圧延終了後で
きるだけ速やかに急冷すると、ｒ特にｒ₄₅が著しく改善
される。これは、熱間圧延板の結晶粒径が熱間圧延直後
急冷により細粒化するためと考えられる。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればＴ
ｉやＮｂなどの高価な元素を添加せずとも、常温非時効
で深絞り性に優れた冷延鋼板が得られ、耐二次加工脆化
特性と塗装焼き付け硬化性も付与できる。また、本発明
は、電気メッキおよび溶融メッキなどを施す表面処理鋼
板、およびその製造にも適用が可能である。このよう
に、本発明は従来技術と比較して安価にかつ安定的に優
れた性能を有する鋼板の製造を可能とするばかりでな
く、高価な元素の地球資源を確保したり、あるいは本発
明による高強度鋼板の利用により地球環境保全にも寄与
するものと考えられ、その効果は著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＢＨ量およびＹＰ−Ｅｌ（１００℃−１ｈｒ時
効後）とＣ量との関係を示す図である。

【図２】ｒおよびｒ₄₅とＰ量との関係を示す図である。

フロントページの続き (72)発明者秋末治千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者西村邦夫福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (56)参考文献特開昭63−4024（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−48636（ＪＰ，Ａ) 特開平１−184251（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−141335（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−103129（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−203721（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 301 C21D 8/04 C21D 9/48 C22C 38/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０００１〜０．００
１５％、Ｓｉ：１．２％以下、Ｍｎ：０．０３〜３．０
％、Ｐ：０．０１〜０．１５％、Ｓ：０．００１０〜
０．０２０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．
０００１〜０．００８０％、Ｂ：０．０００１〜０．０
０３０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からな
る耐二次加工脆化特性に優れ、塗装焼き付け硬化特性を
有する常温非時効深絞り用フェライト単相冷延鋼板。
【請求項２】請求項１記載の化学成分よりなるスラブ
を（Ａｒ₃−１００）℃以上の温度で熱間圧延の仕上げ
を行い、６００℃から７５０℃の温度で巻取り、６０％
以上の圧延率で冷間圧延を行い、６００〜９００℃で連
続焼鈍を行うことを特徴とする常温非時効深絞り用フェ
ライト単相冷延鋼板の製造方法。