JP3238460B2 - 深絞り用非時効冷延鋼板の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車用鋼板等の用
途に有効な深絞り性がすぐれ、かつ非時効冷延鋼板の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】深絞り性が優れ、かつ非時効冷延鋼板は
従来、低炭素アルミキルド鋼を箱焼鈍して製造されてい
た。この方法は生産性が悪く、かつコイル内での材質バ
ラツキが大きいという欠点があった。この欠点を克服す
る方法として極低炭素鋼にＴｉ，Ｎｂ等の炭窒化物形成
元素を添加したＩＦ鋼を連続焼鈍する方法が多数提案さ
れた。Ｔｉ添加鋼では特公昭５８−５７４９０号公報、
特開昭５８−４２７５２号公報等がある。これらは非時
効で深絞り性が優れた冷延鋼板が連続焼鈍で製造できる
という優れた特徴がある。しかし、Ｔｉ添加によりコス
トが高くなり、再結晶温度が高くなり、高温焼鈍が必要
なため連続焼鈍ではヒートバックルが多発し、板形状の
悪化、表面性状の劣化等の生産性を著しく阻害する問題
点がある。またＣ，Ｎを完全に析出物として固定するた
め二次加工脆性が生じ易く、またメッキした時のメッキ
密着性が悪いという短所も有する。

【０００３】一方、Ｃ，Ｎとの結合力がＴｉより弱いＮ
ｂ添加鋼の方法も多数提案されている。例えば特開昭５
６−１６９７５２号公報、特開昭５８−８１９５２号公
報もやはり深絞り性が優れ、かつ非時効冷延鋼板が連続
焼鈍で製造できる優れた特徴があるが、合金添加による
コスト上昇、Ｎｂが再結晶抑制効果が大であることに起
因する再結晶温度が上昇するという問題があり、連続焼
鈍では先述の高温焼鈍による欠点は避け得ない。

【０００４】また、冷延後メッキして使用される表面処
理鋼板とブリキ、チィンフリースチールがある。これら
に時効性があると、缶用として使用される場合、１８０
〜２１０℃の印刷焼き付け工程を経て加工されるため絞
り缶ではストレッチャーストレインが発生し商品価値を
損なうという欠点がある。また溶接缶ではフルーティン
グと呼ばれる腰折れが発生し、やはり商品価値を損な
う。この欠点を克服する方法として先述の極低炭素鋼に
Ｔｉ，Ｎｂ等の炭窒化物形成元素を添加する方法が提案
されている。例えば特開昭５８−１９７２２４号公報が
ある。この技術思想はＴｉ，Ｎｂ添加でＣ，Ｎを固定
し、非時効化、軟質化を図ることにあるが、炭窒化物が
微細に析出するため再結晶温度が高くなり、高温焼鈍が
避け得ない。このためブリキのような薄手材を連続焼鈍
すると板の形状が悪くなったり、板破断が生じたりの操
業上のトラブルが多発するという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
法の問題点を解消するものであり、鋼を極低炭素化する
ことにより深絞り性が優れ、非時効冷延鋼板を製造する
方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記したように
極低炭素化することにより、目的を達成するものであ
る。さらに詳しく述べれば、本発明は重量％でＣ＜０．
００１５％、Ｍｎ＜０．５０％、Ｐ＜０．０２０％、Ｓ
＜０．０１５％、Ａｌ＜０．１０％、Ｎ＜０．００５０
％で残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋼
を、熱間圧延するに際しＡｒ₃ 点温度以上で圧延を終了
し、熱延最終スタンドを出てから１．０秒以内に３０℃
／秒以上の強制冷却する。続いて酸洗および冷間圧延を
施し、再結晶焼鈍を行うことを特徴とする深絞り用非時
効冷延鋼板の製造方法であり、更に上記組成の鋼にＴｉ
＜０．０２０％、かつＴｉ＜４Ｎ％（以下、４Ｎ％を単
に４Ｎと略して記載する）添加することもできる。

【０００７】以下本発明を詳細に説明する。まず本発明
の重要な構成要件であるＣ，Ｔｉ量を特定することで深
絞り性が優れ、非時効鋼板が得られることを知見したラ
ボ実験について説明する。

【０００８】Ｃ量を０．０００３〜０．００４０％、Ｔ
ｉ量を０．０４０％以下で変えた極低炭素Ａｌキルド鋼
を真空溶解炉で溶製し、熱延加熱温度を１２００℃、板
厚４．０mm、仕上り温度８９０〜９２０℃、巻取り温度
が７００℃の熱間圧延を行い、引き続いて酸洗、０．８
０mmまで冷延、７７５℃×１min の再結晶焼鈍、１．０
％の調質圧延を行い、材質特性を調査した。なお熱延最
終パスから強制冷却開始までの時間は０．５秒と２．０
秒で強制冷却速度は５０℃／秒、１５℃／秒であった。
Ｃ，Ｔｉ以外の鋼組成はＳｉ：０．００６〜０．０１０
％、Ｍｎ：０．１８〜０．２０％、Ｐ：０．００６〜
０．００８％、Ｓ：０．００５〜０．００９％、Ａｌ：
０．０５５〜０．０６０％、Ｎ：０．００２３〜０．０
０２５％であった。

【０００９】図１に、強制冷却条件が熱延最終パスから
強制冷却開始までの時間は０．５秒であり、強制冷却時
間が５０℃／秒である場合のｒ値とＣおよびＴｉ量との
関係を示した。図中の線は特性の等高線である。図から
分かるようにＣ量が１５ppm以上では従来技術と同様に
Ｔｉ添加によりｒ値が高くなるが、Ｃ量が１５ppm 以下
になると、Ｔｉ添加量が４Ｎ以下、すなわち本試験では
Ｔｉ：０．０１％以下で従来と異なりｒ値が向上する。
Ｃ：０．００１５％以下、Ｔｉ：４Ｎ以下でｒ値２．４
という深絞り性の極めて優れた鋼板が製造できる。この
理由は次のように考えられる。極低炭素鋼にＴｉ等の炭
窒化物形成元素を添加する場合はＴｉ添加による固溶Ｃ
量が減少すると同時にＴｉＣ析出物が増加する２つの面
がある。この２つの要因が深絞り性に都合の良い方位へ
の冷延時の結晶回転、再結晶時の核生成・選択粒成長に
影響を及ぼす。Ｃ量が１５ppm 以上では固溶Ｃの影響が
大きいためＴｉをＮ＋Ｃ当量以上添加する必要がある。
しかし、Ｃが１５ppm 以下になると固溶Ｃの影響がほと
んど無く、析出物の悪影響のみがでるためＴｉを４Ｎ以
上添加すると深絞り性が低下するものと考えられる。

【００１０】時効指数については従来のＴｉ無添加材に
ついてＣ含有量を変化させ、冷却条件別にＣ量と時効指
数（ＡＩ）の関係で図２に示した。図からわかるように
同一Ｃ量でも冷却条件によって時効性に差がある。Ｃ量
が高くても熱延後に強制冷却開始時間を０．５秒とし、
冷却速度：５０℃／秒としたものは１５ppm のＣ量でも
時効指数が１．０kg／mm² 以下になるに対し、冷却開始
時間２．０秒、冷却速度：１５℃／秒としたものでは
Ｃ：１５ppm で時効指数が４．８kg／mm² と高く、Ｃ量
を７ppm にしても２kg／mm² の時効性を示す。

【００１１】冷却速度を５０℃／秒の一定とし、最終パ
スから強制冷却開始までの時間を０．１〜２．０秒まで
変えた試験、冷却開始時間を０．５秒とし冷却速度を１
０〜１５０℃まで変えた試験を行った。用いた鋼は図１
の実験と同じもので、冷却条件以外の熱延、冷却条件も
同一である。上記試験での焼鈍は６８０℃×３０秒で行
い、１．５％の調質圧延後に２１０℃×２０分の高温時
効後にプレスを行いストレッチャーストレインの発生の
有無を調査した。また保定時間３０秒で温度を変えた焼
鈍を行い再結晶温度を測定した。再結晶温度は顕微鏡観
察で冷延組織が無くなる温度で表した。その結果を図３
に冷却開始時間と、図４に冷却速度との関係で示した。
図からわかるように冷却開始時間を１．０秒以下にする
とＣ量が１５ppm でもストレッチャーストレインが発生
しない。しかし、冷却開始時間が２．０秒では６ppm ま
でＣ量を低めてはじめてストレッチャーストレインの発
生を抑えられる。一方、図４から冷却速度を３０℃／秒
以上にすると１５ppm のＣ量でもストレッチャーストレ
インが生じない。

【００１２】このようにＣ量以外に熱延後の冷却条件も
時効性に影響することを知見し、本発明を完成した。こ
の事実から最終スタンドをでてから１．０秒以内に３０
℃／秒以上の冷却速度を特定した。好ましい範囲は最終
スタンドをでてから０．５秒以内、冷却速度は５０℃／
秒である。図３には再結晶温度と強制冷却開始時間の関
係を併記した。この試験のＣ量範囲では再結晶温度にＣ
量が影響しなかったのでＣ量の違うものも平均値で示し
ている。再結晶温度は熱延最終パスから強制冷却開始ま
での時間が短時間になるほど低下する新知見を得た。特
に冷却開始時間が１．０の前後で再結晶温度の変化が大
きい。このことは低温で焼鈍しても再結晶が完了し、先
述の連続焼鈍時の高温焼鈍に起因する欠点を解決できる
という工業的に有益な知見である。

【００１３】この実験事実から非時効性で、深絞り性が
良好となり、かつ低温焼鈍が可能な条件として、Ｃ＜
０．００１５％、Ｔｉ＜０．０１０％、かつＴｉ＜４
Ｎ、熱延するに際し、圧延最終スタンドを出てから１．
０秒以内に３０℃／秒以上の強制冷却する条件を特定し
た。好ましい範囲は強制冷却開始までの時間を０．５秒
以内、強制冷却速度５０℃／秒である。従来法ではＣ量
を単に低下させるだけでは連続焼鈍で深絞り性を高くで
きなく、ＴｉをＣ，Ｎ，Ｓの当量以上添加する必要があ
るとされていたが、Ｃ量を１５ppm 以下にすれば、Ｔｉ
を添加しなくても、添加する場合でも０．０２０％以
下、かつ４Ｎ以下で非時効で極めて深絞り性の優れた鋼
板が製造できることを見いだした。この実験事実からＣ
量、Ｔｉ量を特定した。

【００１４】以下本発明を構成する鋼組成について説明
する。Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐは鋼板の硬質化する元素であるこ
とが良く知られている。このためこれらの元素は低い方
が好ましいが、不可避的に混入するＳに起因する熱間脆
性を回避するため、Ｍｎは０．０５％以上添加すること
が好ましい。上限は延性から０．５０％以下にする必要
がある。Ｐも延性を確保するために０．０２０％以下に
する必要がある。Ｓは熱間脆性の原因となる元素である
ことが良く知られている。このためＳ量は０．０１５％
以下に特定した。

【００１５】Ａｌは添加元素ではなく脱酸剤が残存した
もので、鋼中のＮ成分と結合して結晶粒の粗大化を抑制
して深絞り性を向上する成分であるが、多量な含有は鋼
の加工性を劣化する問題から０．１０％以下とした。Ｎ
はＡｌＮ，ＴｉＮとして析出し、再結晶温度上昇、結晶
粒成長を抑制し、深絞り性を良好とするのに害するので
低いほど好ましい。この理由からＮ＜０．００５０％を
特定した。好ましい範囲はＮ＜０．００２５％である。

【００１６】Ｔｉは先述したように従来技術のように多
量に添加する必要がなく、０．０２０％以下、Ｔｉ＜４
Ｎで良い。Ｔｉ量をＮの関係で特定した理由は先述の試
験結果で０．０１０％のＴｉ量で深絞り性が良好な鋼板
が得られたが、この範囲はＮ量の４倍に相当しており、
０．０２０％以下、かつＴｉ＜４ＮのＴｉ添加ではＴｉ
Ｎのみが析出しており、一方、過剰Ｔｉは本発明の方法
では深絞り性が劣化するためである。Ｔｉは添加しなく
ても良いが、微量のＴｉ添加により熱延巻取り温度が低
い場合でも優れた深絞り性が得られ、また再結晶温度が
低くなり、即ち低温で焼鈍しても優れた深絞り性を有す
る鋼板を製造できるという特徴がある。

【００１７】このような組成の鋼は転炉等の通常の溶解
炉−真空脱ガス処理によって溶製される。続いて、連続
鋳造されて鋼片となる。続いて熱延されるが、熱延加熱
温度によって本発明の特徴が左右されないので、何度で
もかまわない。本発明では主に１０５０〜１２５０℃の
範囲で実施している。熱延仕上げ温度はＡｒ₃ 以上にす
る必要がある。熱延仕上げ温度がＡｒ₃点以下になると
板厚制御が難しくなると共に鋼帯の形状が崩れ操業性を
悪化する。また本発明の熱延終了後の強制冷却開始時間
を早める効果がＡｒ₃ 点温度以下では無くなる。仕上げ
熱延最終パスは通常、軽圧下であるが、最終圧下率を高
くすると本発明の特徴である深絞り性を向上、非時効性
を確保する最大Ｃ量を高めることができる。この点から
熱延仕上げ最終パスを２０％以上、あるいは最終２パス
の累積圧下率を４０％以上の熱延をすることが好まし
い。熱延仕上げスタンドをでてから１．０秒以内に３０
℃／秒以上の強制冷却が必要である。好ましい範囲は熱
延仕上げ最終スタンドをでてから０．５秒以内、５０℃
／秒以上の強制冷却速度である。本発明のようにＴｉ等
の添加量が少ないか、または無い場合は鋼板の面内異方
性が大きくなる傾向にあり、面内異方性が大きいとプレ
ス成形性が劣化する。熱延後の冷却条件を熱延仕上げス
タンドを出てから１．０秒以内に３０℃／秒以上の強制
冷却すると面内異方性も小さくなると同時に再結晶温度
も低下する。巻取り温度は特に規定しなくても良いが、
Ｔｉ添加がない時は深絞り性を高めるために６５０〜７
５０℃で実施することが好ましい。Ｔｉを添加した場合
は酸洗性、コイル内の材質バラツキを少なくするために
６５０℃以下とすることが好ましい。

【００１８】このようにして製造された熱延板は脱スケ
ールして冷間圧延される。冷間圧延は通常の方法で行う
が高圧下冷延率の方が深絞り性に有利なので７０％以上
とすることが好ましい。焼鈍は連続焼鈍でも箱焼鈍でも
かまわないが、本発明の効果は連続焼鈍方法で顕著であ
る。焼鈍温度は再結晶温度以上にすることが深絞り性を
確保するために必要である。本発明の方法は従来のＩＦ
鋼のように再結晶温度が高くないので６５０〜８００℃
の範囲で焼鈍しているが、もちろん８００℃以上の高温
で焼鈍すればより優れた深絞り性、張り出し性の鋼板が
製造可能である。再結晶後の冷却は急速冷却しても、徐
冷しても良いし、過時効処理をしても、しなくても本発
明の特徴を損なわないので特に限定の必要がない。焼鈍
された鋼板は必要に応じ、調質圧延され、製品に供せら
れる。容器用等に用いられるブリキ、チィンフリースチ
ールは本発明の方法でＴ−１の軟質鋼板が製造可能であ
るので、調質圧延によりテンパー度を制御する従来技術
（特公昭５１−４１１６号公報）を応用すれば全グレー
ドのブリキが調質工程のみで造り分けられる。なお本発
明の鋼板の製造法は冷延鋼板のみならず、鉛、亜鉛、ア
ルミニウム、クロム、錫−鉛合金等のメッキ鋼板の原板
まで対象範囲とすることができる。

【００１９】

【実施例】

［実施例１］表１に記載成分の鋼を転炉溶製−真空脱ガ
ス処理によって溶製し、同表記載の条件で熱間圧延し
た。この熱延板を酸洗後に表２記載の条件で冷延、引き
続いて再結晶焼鈍、１．０％の調質圧延後材質特性を調
査し、同表に記載した。二次加工性は絞り比２．０の円
筒カップ絞り試験片を−１００℃で円錐治具で押さえ側
壁の縦割れの有無で判定し、縦割れ無しが○、縦割れ発
生材を×で表現している。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤはＴｉを添加していない鋼
の実施例である。どのコイルも共にｒ値が２．２以上の
優れた深絞り性を有しており、時効指数も零で非時効性
を示し、二次加工性も優れ、延性も５４％以上の伸びを
有し優れている。Ｆ〜Ｋは微量Ｔｉを添加した実施例で
ある。いずれもｒ値２．３以上で優れた深絞り性、時効
指数＝０の非時効性、二次加工性も良好な特性を示す。
Ｈは冷延圧下率、焼鈍温度を高めた実施例である。この
コイルはｒ値が２．８、伸びが５８％と極めて優れた加
工性を有している。ＬはＣ量が本発明範囲外の実施例で
ある。このコイルは深絞り性の指標であるｒ値が低く、
伸びも低い。また時効指数が５０Ｎ／mm² と時効性が大
きい。ＭはＴｉ量が本発明範囲外の実施例ある。このコ
イルは従来技術で優れた深絞り性を有する製造法の実施
例である。非時効であるが、本発明範囲内の実施例に比
較すると延性、深絞り性が低く、二次加工性が劣ってお
り、加えてＴｉ量が０．０４５％も添加することによる
合金コストが高い。ＮはＡｌが本発明範囲外の実施例で
あるが、伸び、ｒ値が低い。Ｏは成分的には本発明範囲
にあるが熱延後の冷却条件が本発明範囲外の実施例であ
る。ｒ値も本発明の実施例に比較して劣り、延性が低く
なり、時効性を示すようになり、本発明の目的を達成し
ない。以上実施例で詳細に説明したようにＣ，Ｔｉ量、
熱延後の冷却条件を満足することではじめて深絞り性が
優れ非時効、二次加工性が優れた鋼板が低コストで得ら
れることがわかる。

【００２３】［実施例２］表３に示す化学組成の厚さ２
００mmの連続鋳造スラブを同表に示す熱延条件で熱延し
た。引き続いて酸洗後に同表に示す条件で冷延した。続
いて表４に示す条件で焼鈍・調質圧延し、Ｓｎメッキを
行い、２１０℃×２０分の時効後に材質試験を実施し
た。その結果を表４に示した。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】

【表５】

【００２７】本発明範囲で製造されたものはストレッチ
ャーストレインが発生しなく、フルーティング評点も良
好で非時効、軟質鋼板が得られることがわかる。Ｃ−１
はＴｉ添加の実施例であるが巻取り温度が低いにもかか
わらずやはり非時効軟質鋼板が得られている。Ｉ−１は
調質圧延を２５％と高めた実施例で、この板はＤＩ成形
後にフランジ成形性を調査したが割れの発生もなく良好
に成形できた。

【００２８】一方、成分的には本発明範囲内にあるが、
熱延条件が本発明範囲外のＡ−２，Ｂ−２，Ｃ−２，Ｅ
−２は硬質であり、肌あれが発生した。これらは組織を
観察すると未再結晶部が存在していた。また成分的には
本発明範囲内で、熱延後の冷却条件が本発明範囲外のＤ
−２の肌あれの発生が無いが、ストレッチャーストレイ
ンが発生、フルーティングが不合格で、硬度も高い。製
造方法は本発明範囲内であるが成分的に本発明範囲外の
Ｋ−１はストレッチャーストレインが発生、Ｌ−１は硬
質で肌あれが発生している。Ｎ−１はＴｉが本発明範囲
外の実施例であるが、やはり軟質な鋼板が得られていな
い。以上の実施例で分かるように、成分的にも熱延条件
も本発明範囲内ではじめて低温連続焼鈍でも軟質で非時
効な鋼板が製造できる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述してきたように、本発明によれ
ば非時効性で深絞り性が優れた、しかも二次加工性が良
好な冷延鋼板および軟質かつ非時効な表面処理鋼板を連
続焼鈍で製造できる。従来技術のようにＴｉ，Ｎｂを多
量に添加しなくてもよく、しかも連続焼鈍の焼鈍温度を
低くできるので低コストで製造できることからも工業的
にも極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ｒ値に及ぼすＣ量とＴｉ量との関係を示す図。

【図２】時効指数に及ぼす熱延後の冷却条件、Ｃ量の影
響を示す図。

【図３】再結晶およびストレッチャーストレインに及ぼ
す再結晶温度およびＣ量と、強制冷却開始までの時間と
の影響を示す図。

【図４】再結晶およびストレッチャーストレインに及ぼ
す再結晶温度およびＣ量と強制冷却速度との影響を示す
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 真之 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 (72)発明者 亀田 正春 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 (72)発明者 村上 英邦 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61−276930（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−188630（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−155625（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−7455（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 9/46 - 9/48 C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ＜０．００１５％、 Ｍｎ＜０．５０％、 Ｐ ＜０．０２０％、 Ｓ ＜０．０１５％、 Ａｌ＜０．１０％、 Ｎ ＜０．００５０％、 残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋼を、
   熱間圧延するに際しＡｒ₃ 点温度以上で圧延を終了し、
   最終圧延スタンドを出てから１．０秒以内に３０℃／秒
   以上の冷却速度で強制冷却せしめ、続いて酸洗および冷
   間圧延、再結晶焼鈍を行うことを特徴とする深絞り用非
   時効冷延鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 重量％で、 Ｃ ＜０．００１５％、 Ｍｎ＜０．５０％、 Ｐ ＜０．０２０％、 Ｓ ＜０．０１５％、 Ａｌ＜０．１０％、 Ｎ ＜０．００５０％、 Ｔｉ＜０．０２０％、 かつＴｉ＜４Ｎ％、 残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋼を、
   熱間圧延するに際しＡｒ₃ 点温度以上で圧延を終了し、
   最終圧延スタンドを出てから１．０秒以内に３０℃／秒
   以上の冷却速度で強制冷却せしめ、続いて酸洗および冷
   間圧延、再結晶焼鈍を行うことを特徴とする深絞り用非
   時効冷延鋼板の製造方法。