JP3257334B2 - 耐縦割れ性および真円度に優れた深絞り用熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に、コンプレッサー
カバーなど深絞り性が要求される部位へ適用される軟質
熱延鋼板の製造方法に係り、深絞り加工時に真円度が小
さく、また絞り加工後に部材に衝撃が加えられても脆性
的な破壊をしない、すなわち耐縦割れ性に優れた深絞り
用熱延鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭61-295324 号公報には、極低炭素
鋼にＴｉあるいはＮｂを添加し、固溶Ｃ、ＮをＴｉある
いはＮｂの炭窒化物として固定することにより延性を高
める深絞り用熱延鋼板の製造方法が開示されている。こ
の方法では、フェライト粒界に存在できるＣ、Ｎまでも
が析出物として固定されるため、粒界強度が低下し耐縦
割れ性が劣化する。

【０００３】このような粒界強度の低下にともなう耐縦
割れ性の劣化を防止するため、特開平2-209424号公報で
は、極低炭素鋼にＢを添加する方法が開示されている。
Ｂはフェライト粒界に存在して粒界強度を高めるので耐
縦割れ性の向上には有効であるが、極低炭素鋼はＮｂ、
Ｔｉなどソリュートドラッグ(solute drag) 効果を発揮
する元素がないため、熱延段階でのオーステナイトの再
結晶および粒成長が良好であるだけでなく、仕上げ圧延
後のランナウト冷却時でのフェライト粒成長性も良好な
ため、熱延終了後のフェライト粒径が著しく大きくなり
やすい。耐縦割れ性は鋼板の低温靭性と密接な関係があ
り、鋼板の粒径が大きいと靭性が低下し、これにともな
い耐縦割れ性も劣化する。従って、この方法ではＢ添加
による粒界強化と極低炭素鋼に起因するフェライト粒径
増大効果により耐縦割れ性は相殺されてしまう。

【０００４】これらの方法に対して、特開昭64-73052号
公報では極低炭素鋼にＴｉおよびＢを添加するととも
に、熱延工程における仕上げ温度および巻取り温度を制
限することにより延性の向上と共に耐縦割れ性の改善を
図ろうとする方法が開示されている。しかしながら、こ
の方法における熱延条件は仕上げ温度範囲が狭く、実操
業が困難であり、仕上げ温度および巻き取り温度の狙い
が難しい熱延コイル長手方向の両端においては材料特性
の確保ができなくなり歩留りが低下し、大量生産の観点
からは極めて困難な方法である。

【０００５】また、コンプレッサーチャンバー材のよう
な円筒深絞り成形品用途では、真円度が成形後の製品の
重要な形状因子であるが、従来方法ではこの因子に着目
して添加する元素や圧延条件を考慮したものはない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決すべくなされたものであり、深絞り性および耐
縦割れ性に優れた熱延鋼板の製造において歩留りの高い
安定した製造方法を提供し、また、コンプレッサーチャ
ンバー材のような円筒深絞り成形品用途に対してその成
形後の製品の重要な形状因子である真円度を良好にする
耐縦割れ性および真円度に優れた深絞り用熱延鋼板の製
造方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の耐縦割れ性に優
れた深絞り用熱延鋼板の製造方法は、重量％で、 Ｃ ：０．００４０％を越えて０．００８０％以下 Ｍｎ：０．２％以下 Ｓｉ：０．０５％以下 Ｐ ：０．００９％未満 ８Ｐ＋Ｓｉ≦０．０８％ Ｓ ：０．００５％以下 Ａｌ：０．０１％以上０．０４％以下 Ｎ ：０．００３０％以下 Ｔｉ：｛(48/14) Ｎ(%) ＋(48/32) Ｓ(%) ｝以上，｛(4
8/14) Ｎ(%) ＋(48/32) Ｓ(%) ＋48/12 Ｃ(%) 以下｝ Ｂ ：０．００１％以上０．００５％以下 を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼
に、仕上げ温度８８０℃〜９５０℃の熱間圧延を施した
後、６８０℃以下の温度域で巻取ることを特徴とする耐
縦割れ性および真円度に優れた深絞り用熱延鋼板の製造
方法である。

【０００８】

【作用】以下に、本発明の耐縦割れ性に優れた深絞り用
熱延鋼板の製造方法について詳細に説明する。まず、添
加元素の添加理由及び添加範囲を限定した理由について
述べる。

【０００９】Ｃ：０．００４０％を越えて０．００８０
％以下 Ｃ量が０．００８０％を越えると、鋼の延性が劣化する
とともに降伏強度および引張り強度が増大し、深絞り性
を劣化させるだけでなく円筒深絞り後の真円度が低下す
る。Ｃは鋼のγ−α変態点、すなわちＡｒ3 点を低下さ
せる効果がある。しかし、Ｃ量が０．００４０％以下の
場合、Ａｒ3 点が上昇してしまい、コイル全長にわたる
γ域での仕上げ圧延が困難となるため、実操業における
歩留り向上の観点から好ましくない。

【００１０】Ｓｉ：０．０５％以下 Ｓｉを添加すると鋼の強度が上昇し真円度の低下につな
がるだけでなく、鋼の低温靭性を低下させてしまい、こ
れにより耐縦割れ性が劣化するため、上限を０．０５％
とする。

【００１１】Ｍｎ：０．２％以下 Ｍｎはオーステナイト安定化元素であり、熱延仕上げ温
度の確保のためには有用な元素であるが、０．２％を越
える添加は鋼の強度を上昇させてしまい、真円度の低下
につながる。このため、上限を０．２％とする。

【００１２】Ｐ：０．００９％未満 ＰもＳｉと全く同様の理由により上限を０．００９％と
する。 ８Ｐ＋Ｓｉ≦０．０８ Ｐ：０．００９％未満，Ｓｉ：０．０５％以下の場合で
も、８Ｐ＋Ｓｉ＞０．０８のときは真円度が劣化する領
域が存在する。８Ｐ＋Ｓｉ≦０．０８とすることによ
り、真円度が劣化しない。すなわち、円筒深絞り成形後
の真円度と鋼板の機械的性質の関係については未だ詳細
には明かとなっていないが，深絞り変形後の弾性回復挙
動、いわゆるスプリングバックが重要な因子と考えられ
る。従ってこのような変形後の弾性回復挙動は鋼板の降
伏強度および加工硬化挙動に依存するものと考えられ
る。

【００１３】本発明者は少量の添加により鋼の強度を著
しく高めるＰおよびＳｉ量の真円度に及ぼす影響につい
て検討した。図４は横軸にＳｉ重量％、縦軸にＰ重量％
をとり、Ｓｉ重量％とＰ重量％が真円度（μｍ）に及ぼ
す影響を表記したもので、丸数字は真円度を示す。その
結果、図４に示すように、Ｐ：０．００９％未満，Ｓ
ｉ：０．０５％以下に限定した領域内においても真円度
が劣化する領域が存在し、このような真円度に及ぼすＰ
およびＳｉ添加量の複合効果を考慮するとＰ，Ｓｉの単
独添加範囲に加え，８Ｐ＋Ｓｉ≦０．０８としなければ
ならないことがわかる。

【００１４】Ｓ：０．００５％以下 Ｓは固溶Ｓとして熱延段階に存在すると熱間延性を低下
させ、圧延上好ましくない。本発明において、ＳはＴｉ
を添加することにより硫化物として析出させ熱間延性の
改善を図っているが、Ｓ量が増加するとＴｉ添加量も増
加してしまい経済的に不利になるため上限を０．００５
％とする。

【００１５】Ｎ：０．００３０％以下 Ｎは固溶Ｎとして鋼に存在すると、鋼板の延性が低下す
るだけでなく強度も上昇するため好ましくない。本発明
鋼においてはＴｉを添加し熱延工程においてＴｉＮとし
て固定する。しかし、Ｓと同様にＮ量が増加するとＴｉ
添加量も増加してしまい経済的に不利になるため上限を
０．００３０％とする。

【００１６】Ａｌ：０．０１％以上０．０４％以下 Ａｌは鋼中のＯを固定し、製鋼段階におけるＴｉの鋼中
歩留りを高めるため最低０．０１％が必要である。しか
し、０．０４％を越えて鋼中に存在すると、固溶により
鋼の強度が上昇し延性が低下するため上限を０．０４％
とする。

【００１７】Ｔｉ：｛(48/14) Ｎ(%) ＋(48/32) Ｓ(%)
｝以上，｛(48/14) Ｎ(%) ＋(48/32) Ｓ(%) ＋48/12
Ｃ(%) 以下｝ Ｔｉは、鋼中の固溶Ｎ、Ｓ、およびＣの一部を析出物と
して固定し、鋼板の加工性の向上を図るために添加す
る。下限値未満では、鋼中のＮおよびＳを固定するため
に必要なＴｉ量；｛（４８／１４）Ｎ（％）＋（４８／
３２）Ｓ（％）｝を確保できない。また、鋼中に残留し
た固溶Ｃは耐縦割れ性を良好にするが、Ｔｉを上限値を
越えて添加すると鋼中に残留するＣがＴｉＣとして固定
され、耐縦割れ性を劣化させてしまう。

【００１８】Ｂ：０．００１％以上０．００５％以下 Ｂは本発明において、鋼板の耐縦割れ性を改善するだけ
でなく、熱延段階での製造安定性を向上させる効果を発
揮する。本発明の成分範囲内のＴｉ、Ｎ量においては、
Ｂは析出物を形成することなく熱延後のフェライト粒界
に偏析する傾向にあり、この粒界に偏析したＢは粒界強
度を高めることにより深絞り成形後の耐縦割れ性を改善
する。また、Ｂは製造の熱延段階のオーステナイト域で
の圧延時においては、フェライト域での効果と同様に粒
界に偏析するだけでなく、圧延により加工されたオース
テナイトの下部組織にも偏析する傾向にある。下部組織
に偏析したＢは、ソリュートドラッグ(Solute drag) 効
果により加工オーステナイト中の転位の再配列を延滞さ
せ、これにともない再結晶反応を遅らせる。このような
再結晶の延滞効果は、その後に起こる粒成長の開始時間
を長時間側にずらすため、連続圧延により熱延を行う場
合、各圧延スタンド通過時間が限定されておりオーステ
ナイトの細粒化を促進する。また、オーステナイト域で
圧延が終了した後の鋼板の冷却段階において、γ−α変
態が起こる。このγ−α変態時において、Ｂはオーステ
ナイト粒界に偏析することにより、フェライト粒の優先
核発生サイトであるオーステナイト粒界からのフェライ
トの核発生を延滞させ、結果的にＡｒ３点を低下させる
効果がある。

【００１９】この場合、Ｂ量が０．００１％未満では、
鋼板のフェライト粒界への偏析が不十分であり、Ｂによ
る細粒化効果も小さいため、熱延板の耐縦割れ性が改善
されない。一方、Ｂ量が０．００５％を越えると、熱延
段階における変形抵抗が増大し、圧延性が劣化するだけ
でなく、Ｂによる固溶強化により降伏強度が増大してし
まい真円度が低下してしまう。

【００２０】熱間圧延の仕上げ温度：８８０℃〜９５０
℃ この熱延仕上げ温度範囲は、本発明の成分範囲の鋼にお
いて、良好な耐縦割れ性を確保できかつ良好な加工後の
真円度を確保できる温度範囲を示し、この温度範囲を外
れると良好な耐縦割れ性又は良好な加工後の真円度を確
保できない。また、本発明の成分範囲外の鋼において
は、良好な耐縦割れ性及び良好な加工後の真円度を確保
できる温度範囲は狭くなり又は存在しない。

【００２１】すなわち、鋼を熱延により製造するにあた
り、圧延終了温度（仕上げ温度）は鋼板のフェライト組
織を決定する重要な因子である。一般的に、オーステナ
イト域で仕上げ圧延を終了する場合、熱延仕上げ温度が
高いと、γ−α変態開始温度（Ａｒ3 点）までに圧延に
より加工されたオーステナイト粒から再結晶オーステナ
イトが生成されるだけでなく、引続き粒成長が進行し、
変態開始前のオーテナスト粒径が大きくなる。このた
め、これに伴い変態後のフェライト粒径も大きくなり、
耐縦割れ性も低下する。一方、熱延仕上げ温度がフェラ
イト域の場合、加工フェライトはオーステナイトより回
復反応が優先的に進行するため、再結晶時の核生成頻度
が低下し、再結晶後の粒径はオーステナイト域仕上げの
場合に比べ、著しく大きくなり、同様に耐縦割れ性が劣
化してしまう。

【００２２】そこで、本発明者は、耐縦割れ性におよぼ
す熱延仕上げ温度の影響について表１に示すような供試
鋼を用いて熱延を行い検討した。表１中、Ａ鋼，Ｂ鋼，
Ｃ鋼は比較鋼でアンダーラインは発明の範囲外の組成を
示す。Ｄ鋼，Ｅ鋼，Ｆ鋼は本発明鋼である。図１は横軸
に熱延仕上げ温度を、縦軸に縦割れ発生の上限温度及び
降伏点（ＹＰ）をとり、表１に示す各供試鋼に関して耐
縦割れ性及び降伏点におよぼす熱延仕上げ温度の影響を
表記したものである。なお、熱延仕上げ板厚は３．２ｍ
ｍ、仕上げ圧延後の巻取り温度は５５０〜６８０℃の範
囲であった。図１に示すように、本発明の鋼成分範囲よ
り低いＣ量、Ｂ量の鋼Ａ、ＢおよびＣにおいては、縦割
れ発生の上限温度の仕上げ温度感受性が強く、耐縦割れ
性が良好と判断される縦割れ発生の上限温度−８０℃以
下とするためには、鋼Ａ、Ｂでは不可能である。また、
鋼Ｃにおいても、縦割れ発生の上限温度−８０℃以下と
なる仕上げ温度領域は８９０℃〜９２０℃と狭い。一
方、本発明の鋼成分範囲の鋼ＤおよびＥでは、８８０℃
から９５０℃と広い熱延仕上げ温度範囲で縦割れ発生の
上限温度を、−８０℃から−１１５℃の良好な耐縦割れ
性を安定して得られる。一方、Ｃ量およびＢ量が本発明
範囲を越えた鋼Ｆにおいては、熱延段階において、さら
に細粒化され耐縦割れ性がより広い仕上げ温度範囲で確
保されるものの、図１に示すように、細粒化にともない
降伏強度の上昇が著しくなり、これにともない加工後の
真円度が低下してしまう。

【００２３】本発明においては熱延コイルの長手方向で
の安定した耐縦割れ性の確保を主目的としており、コイ
ル長手方向全長にわたる良好な耐縦割れ性を確保するた
めには良好な耐縦割れ性を得られる熱延仕上げ温度を広
範囲にできる鋼成分の適性化が重要となる。前述したよ
うに、本発明の成分範囲では熱延仕上げ温度が８８０℃
から９５０℃の広範囲で良好な耐縦割れ性を確保でき
る。

【００２４】ここで、表２に示す比較鋼Ｇおよび本発明
鋼Ｆを熱延し、板厚３．２ｍｍに仕上げ熱延コイルにお
ける耐縦割れ性の長手方向変化について調査した。この
時の仕上げ温度は両鋼とも８８０℃から９５０℃の仕上
げ温度の範囲に、また巻取り温度は５５０℃から６８０
℃の範囲となっていた。長手方向の各位置においては、
巾方向に両エッヂから中央部まで５箇所で１１０ｍｍφ
のブランクを採取し、５０ｍｍφのポンチで円筒深絞り
カップ成形を施し、端部の耳取り加工をした後、各試験
温度で落重試験によりカップの割れ発生の有無により縦
割れ発生温度を評価した。

【００２５】図２は鋼Ｆおよび鋼Ｇの熱延コイルにおけ
る縦割れ発生温度のコイル長手方向変化を示す。各長手
方向位置における縦割れ発生温度は、その位置における
巾方向各位置での値および最大値、最小値で示す。比較
鋼である鋼Ｆでは、圧延長手中央部では縦割れ発生温度
は−８０℃以下と良好な耐縦割れ性を示すが、熱延コイ
ルの両端部においては縦割れ発生温度が−８０℃より高
く、約１２００ｍ長さのコイル両端で約２５０ｍの不良
部が発生しており、成品の歩留りが著しく低い。これに
対し、本発明鋼は、同じ熱延温度条件下において熱延コ
イル両端部での縦割れ発生温度の上昇が認められるもの
の、−８０℃以下の良好なレベルにあり、比較鋼Ｆに比
べその上昇量も小さく、コイル全長にわたり良好な耐縦
割れ性を確保することができることがわかる。

【００２６】巻取り温度：６８０℃以下 仕上げ圧延終了後は、ランナウトテーブル上で常法によ
り冷却を行い、６８０℃以下に巻取る。巻取り温度の上
限値を６８０℃と規定した理由は以下の通りである。仕
上げ圧延後、コイラーに巻取るまでに、細粒化したオー
ステナイトよりフェライト変態が起こり、変態終了後で
はフェライト粒成長が起こる。ここで、巻取り温度が６
８０℃以上になるとフェライト粒成長が大きくなり、巻
取り冷却後の最終フェライト粒径が著しく大きくなって
しまう。このため、熱延仕上げ段階でのオーステナイト
細粒化効果によるフェライト粒微細化が相殺されてしま
い、耐縦割れ性が劣化してしまう。また、巻取り温度が
６８０℃以上では巻取り冷却段階でスケール生成量が増
大してしまい、酸洗性が劣化してしまい鋼板の表面性状
が劣化する。

【００２７】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。表３に示
す化学成分の鋼（１〜６は本発明鋼、７〜１６は比較
鋼）を溶製した後、１１５０℃から１２８０℃の温度範
囲に加熱し、厚さ３５ｍｍまで粗圧延した後、表４に示
す熱延温度条件で７パスの連続圧延を行った。仕上げ板
厚は３．２ｍｍである。これらの熱延板を酸洗によりス
ケールを除去した後、ＪＩＳ５号試験片に加工後引張り
試験により機械的特性値を測定した。また、鋼板の耐縦
割れ性および真円度も以下の方法により評価した。耐縦
割れ性は、熱延板より１１０ｍｍφのブランクを採取
し、５０ｍｍφのポンチで円筒深絞りカップ成形を施
し、端部の耳取り加工をした後、各試験温度で落重試験
によりカップの割れ発生の有無により縦割れ発生温度を
用いて評価した。一方、真円度は、熱延板より絞り比
５．２となるブランクを採取し、ポンチ径２２０ｍｍで
多段深絞り加工を施した後、図３（ａ），（ｂ）に模式
的に示すように、円筒成形品の各深さ位置において円周
方向に４箇所での直径を測定し、その直径の最大値と最
小値の差を求め真円度として評価した。表３から、本発
明鋼はいずれも縦割れ発生温度が低く、また直径の最大
値と最小値の差が小さく、耐縦割れ性および真円度がい
ずれも良好であることがわかる。これに対し巻取り温度
が本発明の範囲外であるＮｏ．１＊のものは縦割れ発生
温度が−７０℃と高く、比較鋼であるＮｏ．７＊〜Ｎ
ｏ．１１＊、Ｎｏ．１３＊〜Ｎｏ．１６＊の鋼では仕上
げ温度、巻取り温度が本発明の範囲内であるにもかかわ
らず真円度が低く、Ｎｏ．１０＊，Ｎｏ．１２＊，Ｎ
ｏ．１６＊の鋼は、仕上げ温度、巻取り温度が本発明の
範囲内であるにもかかわらず縦割れ発生温度が高いこと
がわかる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鋼板の化学成分を上記のように限定すると共に、熱延温
度条件を規定することにより、耐縦割れ性及び真円度に
ともに優れた深絞り用熱延鋼板を安定して製造すること
ができる。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】熱延仕上げ温度と降伏強度および縦割れ発生の
上限温度の関係を示す図。

【図２】縦割れ発生温度の熱延コイル長手方向における
変化を示す図。

【図３】円筒深絞り成形後の真円度を評価する位置を示
し、（ａ）は深絞り成形品と輪切り後の模式図、（ｂ）
は輪切り面の内径測定位置を示す図。

【図４】円筒深絞り成形後の真円度に及ぼすＳｉ，Ｐ添
加量の影響を示した図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大村 雅紀 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 (72)発明者 小田 冨佐雄 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.⁷，ＤＢ名) C21D 8/00 - 8/10 C21D 9/46 - 9/48 C22C 38/00 - 38/60

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．００４０％を越えて０．００８０％以下 Ｍｎ：０．２％以下 Ｓｉ：０．０５％以下 Ｐ ：０．００９％未満 ８Ｐ＋Ｓｉ≦０．０８％ Ｓ ：０．００５％以下 Ａｌ：０．０１％以上０．０４％以下 Ｎ ：０．００３０％以下 Ｔｉ：｛(48/14) Ｎ(%) ＋(48/32) Ｓ(%) ｝以上，｛(4
   8/14) Ｎ(%) ＋(48/32) Ｓ(%) ＋48/12 Ｃ(%) 以下｝ Ｂ ：０．００１％以上０．００５％以下 を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼
   に、仕上げ温度８８０℃〜９５０℃の熱間圧延を施した
   後、６８０℃以下の温度域で巻取ることを特徴とする耐
   縦割れ性および真円度に優れた深絞り用熱延鋼板の製造
   方法。