JP3280692B2 - 深絞り用高強度冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

深絞り用高強度冷延鋼板の製造方法

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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、耐二次加工脆性に優れ
るとともに面内異方性の小さい深絞り用高強度冷延鋼
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、特に自動車用冷延鋼板としては、
燃料消費量を少なくするための車体重量軽減や乗員の安
全確保のために高強度鋼板の需要が著しく高まってい
る。このような高強度冷延鋼板は、自動車の内板はもち
ろんフード、トランク、フェンダー等の外板にも使用さ
れるためプレス加工性とともに加工後の耐低温割れ性に
も優れた特性を有していなければならない。従来より加
工性の良好な高強度冷延鋼板について多くの技術が提案
されている。これらは材質劣化の少ないPを強化成分と
し添加したものであるが、Pを添加した鋼板を箱焼鈍を
行う方法では、箱焼鈍そのものが能率面や消費エネルギ
ーなどの面で連続焼鈍に比べ、はるかに劣っており、高
水準の生産性を期待することはできない。一方、生産性
に優れる連続焼鈍法では極低C鋼に多量の強化成分を添
加する必要がある。特開昭61−104031号公報に
は基本強化成分としてMn、Pを、特開昭63−243
226号公報には基本強化成分としてSi、Mn、Pを
添加した鋼を用いる技術が開示されている。しかしなが
ら上記多量の強化成分を含むため耐二次加工脆性の劣化
は避けがたい。また特開昭61−246344号公報に
開示されているように、高強度鋼板では高い加工性と優
れた耐二次加工脆性の両方の特性を有することは困難で
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、深絞り性を
劣化することなしに、また添加元素量および製造条件等
の微細な制御を必要とせずに、材質上充分な特性、特に
面内異方性が少ないと共に、耐二次加工脆性の優れた深
絞り用高強度冷延鋼板の製造方法を提供するためになさ
れたものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の欠
点を改善するため、化学組成および製造条件について種
々検討した結果、本発明を完成させた。本発明は、重量
%で、C:0.004%以下、Si:0.2%以上1.
0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.03%以上
0.2%以下、S:0.01%以下、Al:0.05〜
0.1%、N:0.006%以下、Ti:0.01〜
0.1%、Nb:0.003〜0.03%、B:0.0
015〜0.005%、を含み、残部Feおよび不可避
的不純物からなる組成の鋼を鋼片とし、仕上温度800
〜900℃の範囲で熱間圧延し、コイル巻取温度650
℃以下で巻取り後、冷間圧延し、830℃以上、Ac3
変態温度以下の範囲で連続焼鈍した後、スキンパス圧延
を施すことを特徴とする深絞り用高強度冷延鋼板の製造
方法である。
【0005】また、本発明では、前記組成に加えて、さ
らに重量%で、Ni:0.05〜2.00%、Cr:
0.05〜2.00%、Mo:0.02〜1.00%、
Co:0.05〜1.00%、の1種または2種以上を
含むことが好ましい。
【0006】
【作用】まず、化学組成の限定理由およびその作用につ
いて説明する。 C:0.004%以下 Cは低い程材質に有利である。またCが多いと必然的に
Cを固定するために必要なTi量が増し、複合析出物の
生成量が増えるために材質の低下を招く。特にCが0.
004%を超えると材質が大幅に低下しはじめるので
0.004%以下に限定する。 Si:0.2%以上1.0%以下 SiはMnとともに鋼に適正な強度をあたえる有効な元
素であり、必要とする強度に応じて0.2%以上積極的
に添加するが、Siは脆性を助長する元素であり、また
化成処理性を阻害する元素でもあるため1.0%以下と
する。 Mn:2.0%以下 MnはSiと同様、鋼に適正な強度をあたえる有効な元
素であるが、コスト面から2.0%以下とする。 P:0.03%以上0.2%以下 Pは強度の向上に有効な元素で、高い引張り強度が要求
される場合は0.03%以上積極的に添加するが、多量
に含まれると粒界偏析量が多くなって脆化、すなわち耐
二次加工脆性の劣化をもたらすため0.2%以下とす
る。
【0007】S:0.01%以下 Sも多量に含まれると粒界脆化を発生させやすく、耐二
次加工脆性の劣化をもたらす。したがって極力低減する
ことが望ましく0.01%以下とした。 Al:0.05〜0.1% 本発明にかかる鋼はTi、Nbの共存による(Ti、N
b)Cおよび(Ti、Al)Nと推定される複合析出物
を形成することにより、C、Nを固定してその害をなく
しており、したがってAlは、析出物形成元素として有
用である。また、後述のΔr値で示される面内異方性の
低下に有利であることから0.05%以上の添加が必要
である。一方、0.1%を超えて添加してもその効果の
増大は望めず、むしろコスト的に不利となる。したがっ
てAlは0.05〜0.1%の範囲とする。 N:0.006%以下 NはCと同様に成形性、深絞り性の改善のため極力低減
することが望ましい。また、耐時効性も劣化させてしま
うので0.006%以下とした。
【0008】Ti:0.01〜0.1% N、Cの低減だけでは、箱焼鈍材と同等あるいはそれ以
上の成形性、深絞り性をえることはできず、Ti、Nb
等の炭窒化物形成元素を添加して固溶C、固溶Nを完全
に固定することによって成形性、深絞り性が良好とな
る。また、NをTiNとして析出固定することにより、
添加したBを2次加工脆性を改善する効果のある固溶B
の状態で存在させることができる。つまり、TiはN、
Cを析出固定するため、C、Nに対して原子当量以上の
添加が有効である。しかしながら、その添加量が0.0
1%に満たないとその添加効果は顕著に現れない。一
方、0.1%を超えて添加しても効果の増大は望めない
ので、Tiは0.01〜0.1%とする。 Nb:0.003〜0.03% NbはTiとの複合添加によってr値、伸びの向上に有
効であり、0.003%以上でその効果が顕著になる
が、0.03%をこえて添加すると、伸びの低下を招
く。したがってNbは0.003〜0.03%とする。 B :0.0015〜0.005% 前述したように、BはCと同様結晶粒界を強化する働き
があるとされているが、過剰のB添加はr値、伸びを低
下させる傾向が強いため材質劣化が大きく深絞り用鋼板
としては好ましくない。したがって、Bは上述した効果
が有効に発現する0.0015〜0.005%の範囲で
添加する。
【0009】 i:0.05〜2.00%、Cr:0.05〜2.0
0%、Mo:0.02〜1.00%、Co:0.05〜
1.00%の1種または2種以上 これらの元素はいずれも強度の向上に有効な元素であ
り、必要に応じ添加できる。高い引張り強度が要求され
る場合に積極的に添加するが、過剰に添加してもその効
果の増大は望めず、コストの上昇を招くだけとなる。し
たがって、添加する場合には、その上限をNi、Crに
ついては2.00%、Mo、Coについては1.00%
とする。一方、あまりにも添加量が少ないとその効果を
顕著に発揮することができないのでその下限をNi、C
rおよびCoについては0.05%、Moについては
0.02%とする。また、本発明の効果を充分に発揮す
るにはNi、Cr、CoおよびMoの1種または2種以
上を選択的に添加する。
【0010】次に、本発明の製造条件の限定理由および
その作用について説明する。 熱間圧延の仕上温度:800〜900℃ 熱間圧延の仕上温度が800℃未満では歪の残留による
r値および伸びの低下を招き、一方、900℃を超える
と結晶粒の粗大化によるr値の低下を招来する。したが
って熱間圧延の仕上温度は800〜900℃の範囲に限
定する。 巻取温度:650℃以下 従来、巻取温度はTiC析出物のサイズがより大きくな
り、高いr値、伸びが得られる高温巻取りが有用である
として、600〜800℃の巻取り温度が一般的であっ
た。他方、低めの巻取温度では、TiC、(Ti、A
l)Nの核が発生し難く、また析出速度も遅いため、析
出物の析出が完了しないので、析出固定が充分におこな
われず、結果としてr値、伸びの低下をもたらすとされ
ていた。発明者等は、巻取温度と材料特性との関係につ
いて種々実験、検討を重ねた結果、低温巻取りにおいて
も良好な耐二次加工脆性および低い面内異方性を示すと
の全く新しい知見を得ることができた。すなわち、図1
および図2に示すように、低温巻取りにおいても低い面
内異方性(Δr)および優れた耐二次加工脆性(脆性遷
移温度℃で示した)を示す深絞り用高強度冷延鋼板の製
造が可能であることを発見した。
【0011】本発明にかかる化学組成の鋼では、Al添
加によって熱間圧延の仕上げ前の高温からの(Ti、N
b)C、(Ti、Al)N等の複合析出物の析出がおこ
り、さらに低温巻取りによって析出が促進され、C、N
の析出固定が充分におこるとともに、同時に熱間圧延後
の結晶粒も微細化されたため、面内異方性(Δr)が低
くなったものと推定される。また、耐二次加工脆性が向
上したのは、このような析出物の形成がBの粒界への偏
析を促進し、またSを極力低減させ、さらには熱間圧延
低温巻き取りにより結晶粒が微細化された結果と推定さ
れる。このような実験、検討の結果、耐二次加工脆性に
優れるとともに面内異方性が小さい値を示す巻取り温度
は650℃以下に限定する。実際の操業では冷却所要時
間、冷却能力、巻取ったコイルの形状等を考慮すれば3
00℃以上が望ましい。なお、図1および図2の供試鋼
はC=0.003%、Si=0.2%、Mn=0.3
%、P=0.07%、S=0.006%、Al=0.0
6%、N=0.003%、Ti=0.03%、Nb=
0.005%、B=0.004%の本発明の範囲内の化
学組成の鋼を用い、次の製造条件で製造した。 熱間圧延の仕上温度:850℃ 巻取温度:300〜850℃ 連続焼鈍温度および時間:860℃×20s スキンパス圧延:1%
【0012】 連続焼鈍温度:830℃以上、Ac3 変態温度以下 材料の特性は熱間圧延時の条件で決定されるものと考え
られ、連続焼鈍時の焼鈍温度については従来は特に論じ
られておらず、特開昭62−205231号公報、特開
昭58−19442号公報には再結晶温度以上、Ac3
変態温度以下と記載されているが、実際は規定されてい
ないに等しい。しかしながら、発明者等が焼鈍温度に関
して詳細に実験、検討を重ねた結果、図3および図4に
示すように焼鈍温度によって面内異方性(Δr)、耐二
次加工脆性(脆性遷移温度℃)は大きな影響を受けるこ
とを見出した。これは830℃未満での焼鈍ではBの粒
界への析出が不充分であるため、耐二次加工脆性が改善
されるに至らないためであり、また、面内異方性に関し
ては、再結晶直後の方位が熱間圧延時に形成された方位
の影響を受けたため、面内異方性(Δr)の低下が認め
られなかったものと推定される。
【0013】一方、Ac3 変態温度を超えると結晶粒粗
大化による耐二次加工脆性の劣化、変態による面内異方
性(Δr)の増大がおこる。これらの結果から連続焼鈍
温度は、良好な耐二次加工脆性および低い面内異方性の
えられる830℃以上、Ac3 変態温度(約930℃)
以下の範囲に限定する。なお、図3および図4の供試鋼
はC=0.004%、Si=0.4%、Mn=0.3
%、P=0.07%、S=0.006%、Al=0.0
6%、N=0.003%、Ti=0.025%、Nb=
0.01%、B=0.0025%の本発明の化学組成の
鋼を用い、次の製造条件で製造した。 熱間圧延の仕上温度:880℃ 巻取温度:600℃ 連続焼鈍温度および時間:700〜950℃×20s スキンパス圧延:1%
【0014】
【実施例】実験用真空溶解炉を用いて、表1に示す化学
組成の鋼を溶製し、表2に示す条件で熱間圧延を行い、
厚さ3.5mmとした。熱間圧延後、表2に示す条件で
コイル巻取処理を行い、1.2mm厚まで冷間圧延し
た。次いで表2の条件で連続焼鈍を行った後、1%のス
キンパス圧延を施した。このようにしてえられた鋼板の
材質、二次加工割れ試験の結果を表2に示した。なお、
2次加工割れ試験はJIS(Z−2249)に規定され
ているコニカルカップ試験において、試験片直径=50
mmで試験片を打ち抜き後、ダイス穴直径=24.4m
m、ポンチ直径=20.64mmで円筒成形後、圧潰試
験を行った場合の脆性割れの発生する最高温度を示し
た。本発明の化学組成および製造条件を満足する供試鋼
記号A、B、C、D、F、G、HおよびIによる試験番
号1〜4、6〜9では、いずれもTS≧39.9kgf
/mm2 、伸び≧32%、r値≧1.8の優れた材質が
得られ、かつ脆性割れの発生する最高温度(脆性遷移温
度)≦−100℃、Δr≦0.22と実質的に脆性割れ
を殆ど発生せず、面内異方性も非常に小さい。これに対
して、化学組成は好適でも製造条件が本発明の発明に外
れている供試鋼記号AおよびBによる試験番号11〜1
2では、脆性割れの発生温度が高く、かつΔr≧0.7
5と面内異方性も大きい。
【0015】また、比較例の供試鋼記号Kによる試験番
号13では、高S、B無添加のため耐二次加工脆性が劣
化し、脆性遷移温度も高くなっている。また、Tiの添
加量が微量にすぎるため、固溶C、N、Sが残り、伸
び、r値を低下させる。また、比較例の供試鋼記号Lに
よる試験番号14では、Siが高すぎるため耐二次加工
脆性が劣化し、さらに低Alのために面内異方性(Δ
r)の増大、Ti無添加のための伸び、r値の低下を招
いている。また、比較例の供試鋼記号Mによる試験番号
15では、高P、高S、低Bのため、耐二次加工脆性が
劣化し、低Al、Nb無添加のため伸び、r値の低下を
招いている。これらの原因のため、製造条件が本発明の
範囲内であるにもかかわらず、脆性割れ発生最高温度
(脆性遷移温度)≧−60℃、Δr≧0.65となって
おり、良好な特性は得られていない。以上、詳述したよ
うに、本発明で限定した化学組成と製造条件とを併せて
満足する場合のみに、優れた耐二次加工脆性を有し、面
内異方性の小さい深絞り用高強度冷延鋼板を製造するこ
とができる。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【発明の効果】従来、Bを添加すると材質に悪影響をお
よぼすため、極微量の添加によってB無添加鋼よりも2
次加工脆性が改善されていた。これに対して本発明によ
ると、AlおよびBを添加し、さらに巻取り温度、連続
焼鈍温度等を限定することによって、耐二次加工脆性に
優れるとともに面内異方性の小さい深絞り用高強度冷延
鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】巻取温度(℃)と面内異方性(Δr)との関係
を示すグラフである。
【図2】巻取温度(℃)と脆性遷移温度(℃)との関係
を示すグラフである。
【図3】連続焼鈍温度(℃)と面内異方性(Δr)との
関係を示すグラフである。
【図4】連続焼鈍温度(℃)と脆性遷移温度(℃)との
関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−257124(JP,A) 特開 平2−173213(JP,A) 特開 昭63−310924(JP,A) 特開 平2−197545(JP,A) 特許2781297(JP,B2) 特公 昭59−42742(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 9/46 - 9/48 C21D 8/00 - 8/04 C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.004%以下、 Si:0.2%以上1.0%以下、 Mn:2.0%以下、 P :0.03%以上0.2%以下、 S:0.01%以下、 Al:0.05〜0.1%、 N:0.006%以下、 Ti:0.01〜0.1%、 Nb:0.003〜0.03%、 B :0.0015〜0.005%、 を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の
    鋼を鋼片とし、仕上温度800〜900℃の範囲で熱間
    圧延し、コイル巻取温度650℃以下で巻取り後、冷間
    圧延し、830℃以上、Ac3 変態温度以下の範囲で連
    続焼鈍した後、スキンパス圧延を施すことを特徴とする
    深絞り用高強度冷延鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記組成に加えて、さらに重量%で、 i:0.05〜2.00%、 Cr:0.05〜2.00%、 Mo:0.02〜1.00%、 Co:0.05〜1.00%、 の1種または2種以上を含むことを特徴とする請求項1
    記載の深絞り用高強度冷延鋼板の製造方法。
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