JP3293424B2 - 非if鋼系非時効性極低炭素冷延鋼板の製造法 - Google Patents

非if鋼系非時効性極低炭素冷延鋼板の製造法

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    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、家電製
品、建物などの分野で用いられるプレス加工に適した冷
延鋼板およびこれに防錆の目的で亜鉛あるいは合金化亜
鉛などのめっきを電気亜鉛めっきあるいは溶融亜鉛めっ
き法で施した亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の極低炭素冷延鋼板としては、鋼中
の侵入型固溶元素(C、N)と強い結合力を持ち、炭窒
化物を容易に形成するTiおよびNbのうち少なくとも
一種を含有させた、いわゆるIF鋼(Intersti
tial Free Steel)がよく知られてい
る。この鋼は耐歪時効性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。
【0003】近年、脱ガス技術の進歩により極低炭素鋼
の溶製が容易になったため、IF鋼はプレス加工用冷延
鋼板の主力鋼種として大量に用いられるようになった。
【0004】しかし、IF鋼は次のような問題点を有す
る。第一に、高価なTiやNbを添加するため素材コス
トが高くなる。第二に、TiやNbを添加すると再結晶
温度が高くなるので高温焼鈍が必須となる。第三に、酸
化物形成傾向の強いTiが添加された鋼においては、酸
化物系介在物に起因する表面欠陥が発生しやすい。第四
に、固溶C、Nが存在しないため結晶粒界の強度が低下
し、二次加工時に脆性割れが起こる。
【0005】IF鋼のこのような問題点を解決する目的
で、例えば、特公昭58ー49622号公報や特公昭6
1ー11294号公報には、TiやNbを添加しないで
微量のBを添加した非IF鋼系極低炭素鋼が提案されて
いる。また、特開平6ー93376号公報や特開平6ー
93377号公報には、こうしたB添加の非IF鋼系極
低炭素鋼のC量に対する制約を一層厳しくすることによ
り、耐歪時効性の改善を図るとともに、Pの添加と熱延
後の冷却条件の工夫により加工性を向上させる方法が開
示されている。さらに、特開平6ー212354号公報
には、同様なB添加非IF鋼系極低炭素鋼のMnとPの
含有量を、Mn+20Pが0.3%以上となるようにコ
ントロールし、熱延仕上圧延直後の冷却速度を速めて熱
延板組織を細粒化し冷延・焼鈍後のr値の向上を図ると
ともに、熱延後高温巻取によりAlNを完全析出させて
耐歪時効性を改善する方法が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
58ー49622号公報や特公昭61ー11294号公
報に記載の方法では、技術上の検討が十分でなく、良質
な材質を安定して得ることができない。特に、耐歪時効
性の安定度が実用に耐える水準ではない。
【0007】特開平6ー93376号公報や特開平6ー
93377号公報に記載の方法では、実用に耐えるほど
には耐歪時効性が改善されない。また、熱延後の冷却条
件で、仕上圧延後の急冷を推奨しているが、これを実現
するには冷却設備の大改造が必要である。さらにこれら
特許公報に記載のB添加極低炭素冷延鋼板では、以下に
示すように、室温時効で、特徴的な非常に鋭敏な上降伏
点が現れるのを安定して防ぐことができない。これは、
実車プレス現場での作業性上、極めて好ましくない。
【0008】図1に、室温における軽い歪時効後の降伏
点挙動を示す。図で、(イ)は通常の冷延鋼板の降伏点
挙動であり、(ロ)はB添加した極低炭素冷延鋼板の降
伏点挙動である。通常の冷延鋼板では、降伏点伸び(以
後、YPElと呼ぶ。)の回復が0.3%程度の時効で
は鋭敏な上降伏点が現れない。B無添加すなわち単純な
極低炭素冷延鋼板の降伏点挙動も(イ)と同様である。
これに対し、B添加極低炭素冷延鋼板では、YPElの
回復が0.3%と非常に僅かな場合でも、鋭敏な上降伏
点が現われる。上降伏点と下降伏点の応力差は15MP
aにも及ぶ場合もあり、このような大きな上降伏点と下
降伏点の応力差が生じると、プレス成形の際の歪分布の
不均一化が助長される。そのため、YPElが0.3%
と非常に小さい場合でも、部品が大きい実車プレスでは
ストレッチャストレインが発生する。
【0009】特開平6ー212354号公報では、特開
平6ー93376号公報の場合と同様、B添加極低炭素
冷延鋼板の特異な降伏点挙動に注目していないので、耐
歪時効性の改善は十分でない。また、加工性を改善する
ための熱延仕上圧延後の急冷も、冷却設備の大改造が必
要でるので好ましくない。
【0010】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、高価なTiやNbを添加しないB添加
の非IF鋼系極低炭素鋼を用い、現状設備により優れた
耐歪時効性と加工性を有する極低炭素冷延鋼板の製造方
法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題は、重量%で、
C:0.0007〜0.0017%、Si:1.5%以
下、Mn:0.05〜2%、P:0.005〜0.15
%、S:0.001〜0.02%、Al:0.04〜
0.13%、N:0.001〜0.003%、B:0.
0005〜0.0024%、残部がFeおよび不可避的
不純物からなり、かつB/N:0.5〜0.8である成
分を有することと、熱延後の巻取温度が400〜590
℃であることと、かつ連続焼鈍での冷却過程で650℃
から50℃までの平均冷却速度が0.5〜7℃/秒であ
ることを特徴とする極低炭素冷延鋼板の製造方法により
解決される。
【0012】さらに、C:0.0007〜0.0012
%、Mn:0.05〜0.1%、P:0.005〜0.
009%、S:0.001〜0.009%にすると、耐
歪時効性が大幅に改善されるので好ましい。
【0013】以下に、本発明の製造条件の限定理由を説
明する。 C:歪時効性に大きな影響を及ぼし、0.0017%を
超えると良好な耐歪時効性を確保できない。0.000
7%未満では製鋼での製造コストが非常に高くなる。好
ましくは0.0007〜0.0012%がよい。
【0014】Si:高張力鋼板では強度を付与するため
に添加する必要があるが、1.5%を超えると加工性や
表面性状が劣化する。
【0015】Mn:赤熱脆化防止のために0.05%以
上の添加が必要である。高張力鋼板では強度を付与する
ために添加する必要があるが、2%を超えると加工性が
劣化する。0.05〜0.1%とすると耐歪時効性がさ
らに改善されるので、特に好ましい。
【0016】P:0.005%未満にするには、製鋼で
の脱Pコストが非常に高くなる。高張力鋼板では強度を
付与するため添加する必要があるが、0.15%を超え
ると加工性や溶接性が劣化する。0.005〜0.00
9%にすると耐歪時効性がさらに改善されるので、特に
好ましい。この原因は必ずしも明確ではないが、次のよ
うに考えられる。すなわち、CとPの間にはsite
competitionが起こり、粒界に偏析しやすい
Pが存在するとCの粒界偏析量が減少する。P量が減少
するとCの粒界偏析量が増加し、粒内の固溶C量が減少
するので耐歪時効性が改善される。上記したMn量の低
下による耐歪時効性の改善の原因も、同様な現象による
と推定される。
【0017】S:0.001%未満にするには、製鋼で
の脱Sコストが非常に高くなる。0.02%を超えると
加工性が劣化する。0.001〜0.009%にする
と、Mn量を0.1%以下にすることが可能になり、そ
れにより耐歪時効性がさらに改善されるので、特に好ま
しい。
【0018】Al:脱酸剤として添加されるが、本発明
では固溶NをAlNとして固定する作用もする。固溶N
は、まずBによりBNとして固定され、残った分がAl
Nとなる。0.04%未満では、BNの析出後に残る固
溶N量が少ないので焼鈍時のAlNの析出が不安定にな
り、N時効を引き起こす。0.13%を超えるとスラブ
の表面性状が劣化したり、コストアップを招く。
【0019】N:0.001%未満にするには、製鋼段
階での低N化コストが非常に高くなる。0.003%を
超えるとBNやAlNの析出量が増え、焼鈍時の結晶粒
成長が阻害される。
【0020】B:添加の目的は次の三つである。(1)
熱延板組織の細粒化、(2)耐時効性や加工性などに対
する固溶Nの悪影響の軽減、(3)溶接熱影響部の強度
の確保。0.0005%未満では、この三つの効果が得
られない。0.0024%を超えると上記N量との関係
から、BNとして析出する量より過剰にBが含有される
場合が生じ、前述したようなプレス成形上好ましくない
特異な降伏点挙動を示す。
【0021】B/N:B添加極低炭素鋼の特異な降伏点
挙動を避け、かつ上記B添加の効果を有効に引き出すた
めに極めて重要な因子である。この値が0.5未満だ
と、上記B添加の効果が得られなくなる。すなわち、熱
延板組織の細粒化が困難になりΔrが大きくなったり、
焼鈍時に多量の微細AlNが析出して延性が低下する。
さらに、焼入れ性が低下し溶接性も劣化する。
【0022】上限である0.8は特異な降伏点挙動を避
けるために設けたものである。その理由は次のように考
えられる。0.8は原子比では1:1である。BはBN
として析出するが、これ以上だとB過剰になる。過剰に
なったBは粒界に偏析する。Pの場合と同様に、BとC
のsite competitionが作用する。しか
し、これだけでは鋭敏な降伏点挙動を説明できない。次
のような現象も起こっていると考えざるをえない。変形
の起点は応力の集中部である結晶粒界である。粒界から
変形が開始される場合には、変形の起点が多数存在する
ことになるので鋭敏な上降伏点は現われない。しかし、
Bが粒界に偏析しているとなんらかの理由により粒界が
変形の起点になりにくくなる。このような状態では変形
は粒内で一斉に開始されることになるので、鋭敏な上降
伏点が現われる。
【0023】熱延後の巻取温度:400℃未満では、安
定した巻取作業ができない。590℃を超えると熱延板
結晶粒の粗大化を招く。なお、590℃以下で巻取る
と、次のようなメリットもある。すなわち、BNとして
析出する量より過剰な固溶Nは、巻取り時にはAlNと
して析出できず、焼鈍時に微細なAlNとして析出す
る。そしてこの微細なAlNが焼鈍での冷却過程におけ
る固溶Cの有効な析出サイトとしての役割を果たす。
【0024】連続焼鈍での冷却速度:本発明の骨子の一
つであり、時効性を支配する粒内の固溶C量を低減する
ために650℃から50℃までの冷却速度を十分に緩慢
にする必要がある。しかし、0.5℃/秒未満では生産
性が著しく低下する。また、7℃/秒を超えると、冷却
中に固溶Cが粒界に拡散し偏析する時間がなくなり粒内
に残るため、耐歪時効性が劣化する。この点がIF鋼と
大きく異なる点である。
【0025】
【発明の実施の形態】スラブは、連続鋳造後再加熱され
ることなく直接熱間圧延されても、加熱炉で再加熱後熱
延されてもよい。また、薄スラブの形で鋳造され、粗圧
延を経ずして直接仕上圧延されてもよい。加熱炉で再加
熱するときの加熱温度は通常の1000〜1250℃の
温度範囲でよいが、低い方が加熱時に形成される硫化物
が大きくなるため、焼鈍時の粒成長性がよいので望まし
い。
【0026】熱延の仕上温度は通常の条件であるAr3
点以上でよい。冷延率は通常の範囲である65〜95%
でよい。
【0027】焼鈍は、焼鈍専用設備(連続焼鈍ライン)
でも、溶融亜鉛めっきラインに含まれる焼鈍設備で行っ
てもよい。
【0028】焼鈍温度は通常の温度範囲である650〜
880℃でよい。調質圧延の伸張率は通常の範囲である
0.3〜2%でよい。
【0029】
【実施例】
(実施例1)表1に示す化学成分の鋼A〜Nを脱ガス装
置により溶製した。ついで以下の製造条件で冷延鋼板を
製造した。スラブ加熱温度:1200℃、熱延:仕上板
厚4mm、仕上温度870℃、巻取温度560℃、冷
延:仕上板厚0.8mm(冷延率80%)、連続焼鈍:
加熱速度約13℃/秒、均熱800℃×30秒、650
〜50℃における平均冷却速度2.5℃/秒、調質圧
延:伸張率0.5%。
【0030】そして、時効後の引張特性や点溶接強度を
調査した。引張試験はJIS2241に従って行った。
点溶接強度は引張剪断強度で評価した。時効条件は40
℃×14日の促進時効である。点溶接条件はチップ先
端:DR型6mmφ、加圧力:200kgf、通電:1
2サイクル×8KAである。
【0031】結果を表2に示す。なお、表2の鋼板A〜
Nは、それぞれ表1に示す鋼A〜Nから製造されたもの
である。
【0032】鋼板A、B、C、DはB/Nの影響をみた
ものである。B/Nが上限外れである鋼板A、Bには、
時効によるYPElの回復量は0.3%と小さいが、鋭
敏な降伏点が現われる。本発明鋼である鋼板Cには、鋭
敏な降伏点は現れない。B/Nが下限外れである鋼板D
には、時効上の問題はないが、点溶接強度が低く、また
Δrも大きく、溶接性や加工性に問題がある。
【0033】鋼板E、F、G、HはC量の影響をみたも
のである。いずれも、B/Nは本発明の範囲内であるた
め時効しても鋭敏な降伏点は現われない。しかし、YP
Elの回復量にC量の影響が現われている。C量が低い
ほどYPElが小さい。C量が上限外れの鋼板Hでは、
YPElが約1%にもなり、プレス加工時にストレッチ
ャストレインなどの問題が生じる。C量の影響は加工性
にも現われており、C量が低いほど、El、r値が向上
する。
【0034】鋼板I、JはMn、S量の低減効果をみた
ものである。C量のほぼ等しい鋼板Fと比較すると、低
Mn化、低S化によりYPElの回復量が一層小さくな
り、El、r値が向上していることがわかる。
【0035】鋼板Kは、鋼板I、Jに対し、さらにC量
を下げたものである。鋼板Lは、鋼板Kに対し、さらに
P量を下げたものである。このような対策によりさらに
優れた耐歪時効性や加工性が得られる。
【0036】鋼板M、NはSi、Mn、Pを添加して高
強度化を図ったものである。強化元素を添加しても、本
発明による特異な降伏点挙動の抑制効果は損なわれな
い。高強度化された分だけ、加工性は劣化しているもの
の、IF鋼系高強度鋼板と同等の特性が得られる。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】(実施例2)表1の鋼Lを用いて、焼鈍で
の冷却速度の影響を調べた。650℃から50℃までの
平均冷却速度以外の製造条件は実施例1と同様である。
【0040】表3に結果を示す。冷却速度の影響は主に
時効後のYPElの回復量に現われている。冷却速度が
本発明の上限外れである鋼板Lー1とLー2では、YP
Elの回復量が大きく、ストレッチャストレインなどの
問題が生じる。本発明の冷却速度である鋼板Lー3とL
ー4は実用的には非時効であると言える。特に、鋼板L
ー4はIF鋼と同様、完全非時効である。
【0041】
【表3】
【0042】(実施例3)表1の鋼Kを用いて、熱延後
の巻取温度の影響を調べた。巻取温度以外の条件は実施
例1と同様である。
【0043】表4に結果を示す。巻取温度の影響は主に
Δrに現われている。巻取温度が本発明の上限外れであ
る鋼板Kー1とKー2では、実用鋼としてはΔrが大き
く、プレス加工時に大きな耳の発生などの問題が生じ
る。本発明の巻取温度である鋼板Kー3とKー4のΔr
は通常の冷延鋼板並の値であり、このような問題を引き
起こすことはない。
【0044】
【表4】
【0045】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、高価なTiやNbを添加しないB添加の非I
F鋼系極低炭素鋼を用い、現状設備により優れた耐歪時
効性と加工性を有する極低炭素冷延鋼板を製造する方法
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】室温における比較的短時間の歪時効後の降伏点
挙動を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−346625(JP,A) 特開 平5−171285(JP,A) 特開 平6−207222(JP,A) 特開 平6−271978(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 9/46 - 9/48 C21D 8/00 - 8/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.0007〜0.00
    17%、Si:1.5%以下、Mn:0.05〜2%、
    P:0.005〜0.15%、S:0.001〜0.0
    2%、Al:0.04〜0.13%、N:0.001〜
    0.003%、B:0.0005〜0.0024%、残
    部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつB/N:
    0.5〜0.8である成分を有することと、 熱延後の巻取温度が400〜590℃であることと、 かつ連続焼鈍での冷却過程で650℃から50℃までの
    平均冷却速度が0.5〜7℃/秒であることを特徴とす
    る極低炭素冷延鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 C:0.0007〜0.0012%、M
    n:0.05〜0.1%、P:0.005〜0.009
    %、S:0.001〜0.009%であることを特徴と
    する請求項1に記載の極低炭素冷延鋼板の製造方法。
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