JP3406735B2 - 耐時効性および打ち抜き性に優れた加工用冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は耐時効性および打ち抜き
性に優れた加工用冷延鋼板を経済的に製造する方法に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】音響機器、照明機器等の家電製品には、
加工性、耐時効性に優れた冷延鋼板、または冷延原板電
気亜鉛めっき鋼板が多用されている。特に音響機器やコ
ンピュータのシャーシ用途など、種々の部品を取付ける
ために打ち抜き、プレス加工が施される鋼板には、優れ
た加工性、耐時効性とともに打ち抜き性、すなわち打ち
抜き加工時に生じるバリが小さいことが要求される。 【０００３】加工性、耐時効性及び打ち抜き性に優れた
鋼板として、従来よりバッチ焼鈍による低Ｃアルミキル
ド鋼板が存在するが、昨今の連続焼鈍化の中でその生産
性の低さが問題となっており、徐々に生産量が減少しつ
つある。 【０００４】一方、連続焼鈍による加工性、耐時効性に
優れた鋼板としては、Ｃ量を数十ｐｐｍに減じた鋼に、
Ｔｉ、Ｎｂ等の炭窒化物形成元素を添加して、固溶元素
を固定したいわゆる極低炭素ＩＦ鋼が知られている。し
かしこの極低炭素ＩＦ鋼を製造するには、脱炭のために
長時間の真空脱ガス処理が必要であり、またＴｉ、Ｎｂ
等の高価な添加元素が必要であり、ＩＦ鋼は経済的には
不利な鋼種である。また一般にＩＦ鋼は非常に軟質なた
め、シャーシ用途等の精密部品に用いる際には、打ち抜
き加工時にバリの大きさが問題となることが多い。そこ
でＩＦ鋼をベースとして、打ち抜き性を改善する技術も
種々提案されているが、非常に厳しい加工性を要求され
る場合を除いて、ＩＦ鋼の加工性は過剰品質であり、本
質的に不経済な鋼種であることに変わりはない。 【０００５】このような状況において、廉価な低Ｃアル
ミキルド鋼を連続焼鈍することにより加工性、耐時効性
を兼ね備えた鋼板を経済的に製造する技術が種々提案さ
れている。その多くは鋼板を再結晶温度以上で均熱した
後、急冷して過飽和固溶Ｃの析出核を形成させ、さらに
Ｃの拡散を促進するため、ある程度加熱して過時効を行
うという、いわゆる過冷却を含むヒートパターンを提唱
している。 【０００６】例えば、特開昭５１−２０７１５号公報に
は均熱後２００〜３５０℃に１０秒以上保持した後、３
５０−４５０℃に加熱し１０秒以上保持するという技術
が、また特開昭６０−２５８４２８号公報には均熱後２
５０〜３５０℃に冷却して再加熱後２５０〜３５０℃に
て過時効する技術が開示されている。また、急冷後の固
溶Ｃの過飽和度を高めるために、均熱後にまず６５０〜
７３０℃の温度域までを徐冷し、引き続いて急冷すると
いう技術が特開平２−９３０２３号公報に開示されてい
る。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】かかる連続焼鈍技術
は、均熱後の急冷終点温度が概ね３００℃を下回る低温
まで急冷、強冷却されるヒートパターンを有する点に特
徴があるが、このようなヒートパターンにより製造され
た鋼板は、同等の低Ｃアルミキルド鋼バッチ焼鈍材に比
較して打ち抜き性に劣る。その理由は、過時効に先立つ
急冷終点温度が低下し、過冷却状態となるに従ってセメ
ンタイトの析出サイトが増加し、粒内に微細にセメンタ
イトが分散析出するためであると考えられる。粒内に多
数のセメンタイトを析出させれば、短時間の過時効によ
り固溶Ｃ量の低減が可能となり、耐時効性の向上を図る
ことができるが、セメンタイトが粗大化したバッチ焼鈍
材よりも結果として打ち抜き性が劣る原因となるのであ
る。 【０００８】また、前記連続焼鈍ヒートパターンを実現
するためには、水冷またはミスト冷却等、高温の鋼板に
水分を接触させる冷却方法が一般的に必要となるが、こ
のためには複雑な冷却装置や酸化皮膜除去のための酸洗
設備を要し、設備コストが高くなり、経済的に不利であ
る。また、急冷終点温度の制御についても、高速で走行
する鋼板の温度を目標通りに保持することは操業上困難
であり、鋼板特性にばらつきが生じやすい。 【０００９】本発明は、かかる問題に鑑みなされたもの
で、バッチ焼鈍材に匹敵する、加工性、耐時効性および
打ち抜き性を総合的に兼備する冷延鋼板を安定的に製造
することができる方法を提供することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明の加工用冷延鋼板
の製造方法は、化学組成が重量％で、 Ｃ：0.01〜0.04％、 Si：0.04％以下、 Mn：0.1 〜0.3 ％、 Ｐ：0.02％以下、 Ｓ：0.003 〜0.015 ％、sol.Al：0.01〜0.1 ％、 Ｎ：0.005 ％以下 を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼を熱
間圧延した後、６００〜７５０℃で巻き取り、酸洗後、
圧下率６０％以上で冷間圧延した後、連続焼鈍するにあ
たって、再結晶温度〜Ａc₃点で３０秒以上均熱後、６０
０〜６４０℃までを３０℃／ｓ以下で徐冷した後、３０
０〜４００℃の間に定められる急冷終点温度までを５０
〜１５０℃／ｓで急冷し、引き続いて前記急冷終点温度
から直ちに又は再加熱して 過時効開始温度：３５０〜４００℃、 過時効終了温度：２５０〜３００℃、 過時効時間：１８０〜４２０秒でかつｔ_A 〜ｔ_B 秒 但し、ｔ_A ＝（急冷終点温度−２５０）×２．４ ｔ_B ＝（急冷終点温度−２５０）×２．４＋１８０ の条件で過時効を行うものである。 【００１１】 【作用】バッチ焼鈍材と連続焼鈍材では、ともに鋼種が
低Ｃアルミキルド鋼であっても最適なＣ，Ｎ，Ａｌ量等
が同等ではなく、さらにその再結晶粒の形態が前者の展
伸粒に対して後者が等軸粒と異なっているため、全ての
特性において連続焼鈍材がバッチ焼鈍材に比肩しうるわ
けではない。 【００１２】しかしながら、本発明のように、特定の成
分系を持つ低Ｃアルミキルド鋼を連続焼鈍する際に、均
熱後、比較的低温の急冷開始温度および比較的高温の急
冷終点温度をとること、さらにそれに引き続く過時効の
時間を急冷終点温度に応じて特定の値に設定することに
より、加工性、耐時効性および打ち抜き性をバランスよ
く兼ね備えた鋼板を経済的に安定して製造することがで
きる。 【００１３】打ち抜き性向上の詳細な機構解明は今後に
検討の余地を残すところであるが、先に述べたように、
従来の過冷却ヒートパターンによる連続焼鈍で製造され
た低Ｃアルミキルド鋼に比較して、本発明のヒートパタ
ーンによれば、セメンタイトをより粗大に析出させるこ
とができ、これにより破断時の剥離進行が容易となり、
これがバリ高さの低減すなわち打ち抜き性の向上に寄与
するものと考えられる。また、打ち抜き性の劣化を防止
するためには、過度の過時効を避け、ごく僅かの固溶Ｃ
を残留させることが有効であることも見出された。 【００１４】以下、本発明の構成及びその作用について
詳細に説明する。先ず、本発明の適用鋼の成分限定理由
について説明する。単位は全てwt％である。 【００１５】Ｃ：０．０１〜０．０４％ Ｃは加工性、耐時効性および打ち抜き性に大きな影響を
及ぼす重要な元素である。加工性向上のためには極力滅
じる方が望ましいが、炭窒化物形成元素の存在しない状
況で耐時効性を確保するためには過時効時にＣの過飽和
度を高めて析出を促進させる必要がある。また打ち抜き
性向上のためにも一定量のセメンタイトを析出させる必
要がある。かかる必要を満足するためには０．０１％以
上の含有が必要である。−方、含有量の増加に伴い、耐
時効性、打ち抜き性は向上するが、加工性が急激に悪化
する。このため、その上限を０．０４％とする。 【００１６】Ｓｉ：０．０４％以下 Ｓｉは不純物として鋼中に存在し極力滅じるのが望まし
いが、０．０４％以下であれば特に間題とならないの
で、上限を０．０４％とする。 【００１７】Ｍｎ：０．１〜０．３％ Ｍｎは、通常、Ｓによる熱間脆性の防止を主目的として
添加されるが、本発明においてはＭｎＳ析出物による耐
時効性および打ち抜き性への寄与が重要である。特にＭ
ｎＳの増加による打ち抜き性改善効果を得るためには少
なくとも０．１％の添加が必要である。一方、添加量が
過多になると加工性を劣化させるので、その上限を０．
３％とする。 【００１８】Ｐ：０．０２％以下 Ｐは含有量が多いと硬質化し、耐２次加工脆性の低下を
招くので、その上限を０．０２％とする。 【００１９】Ｓ：０．０３〜０．０１５％ Ｓは一般的には鋼の不純物であり、含有量が増加するに
つれてＭｎと硫化物を形成して、伸長した介在物が加工
性を劣化させ、またＦｅＳが熱間脆性の原因となる等の
悪影響を及ぼす。しかし本発明においては、ＭｎＳ析出
物による打ち抜き性改善の効果を現出させるために、少
なくとも０．００３％の含有量を必要とする。一方、含
有量の増加とともに上述の悪影響が大きくなるので、そ
の上限を０．０１５％とする。 【００２０】sol.Ａｌ：０．０１〜０．１％ Ａｌは溶鋼の脱酸およびＮの固定を目的に添加される
が、sol.Ａｌでその添加量が０．０１％未満ではその効
果が十分得られず、また０．１％を超えるとその効果が
飽和するとともにAl₂O₃ 介在物が増加し、加工性を劣化
させる。 【００２１】Ｎ：０．０５％以下 Ｎは鋼中に不純物として存在し、Ａｌと窒化物を形成す
る。加工性および耐時効性の観点からは固溶状態で残存
させずにＡｌＮとして析出させた方が好ましいが、Ｎを
固定するために必要なＡｌ添加量の増大が製造コストの
上昇を招くので、その上限を０．００５％とする。 【００２２】上記の化学成分を有する鋼を連続鋳造し、
得られたスラブを常法により熱間圧延する。すなわち、
前記鋼を１１００〜１３００℃程度の温度に加熱し、Ａ
r₃点以上の温度で圧延を終了する。巻取温度は延性や深
絞り性を確保するために６００℃以上にする必要がある
が、コイル両瑞部での材質劣化および酸洗性向上の観点
から７５０℃以下に止める。 【００２３】酸洗後に続いて冷間圧延を行う。打ち抜き
性の観点からは冷延条件は特に制限されないが、加工性
の観点からその圧下率を６０％以上とする。もっとも、
圧下率が９０％を超えるとｒ値（ランクフォード値）が
低下するとともに、圧延機に過剰な負荷をかけるので、
９０％以下に止めることが好ましい。 【００２４】こうして得られた冷延鋼板を連続焼鈍す
る。再結晶温度未満での焼鈍では高加工性鋼板は得られ
ず、再結晶温度以上でも短時間では結晶粒が成長しない
ので、３０秒以上の焼鈍時間を要する。またＡc₃変態点
を超える温度で焼鈍すると、結晶方位がランダム化し、
加工性が劣化するので、均熱条件は再結晶温度〜Ａc₃点
で３０秒以上とする。加工性の観点からは７００℃以上
にすることが望ましい。 【００２５】均熱後過時効に至るまでの冷却は、６００
〜６４０℃までの緩冷却とそれ以後の急冷との２段階で
行う。 【００２６】過時効時の固溶炭素の過飽和度をなるべく
高めるためには、フェライト中に炭素が最大限に固溶す
るＡ₁ 点（約７２０℃）付近から可能な限り急冷するこ
とが望ましいが、連続焼鈍ライン中において鋼板形状を
良好に保持するためには高温からの急速冷却は非常に不
利であり、できるだけ低温まで緩冷却することが望まし
い。そこで均熱温度から６４０℃以下の温度まで３０℃
／ｓ以下で徐冷する。しかし６００℃より低温になると
固溶Ｃ量の低減を招来し、過時効時にセメンタイトの析
出が促進されないので、緩冷却の終了温度すなわち急冷
開始温度を６００〜６４０℃とする。 【００２７】引き続いての急冷は冷却速度５０℃／ｓ以
上で行う必要がある。これより緩慢な冷却では冷却中に
セメンタイトが析出し、Ｃの過飽和度が減少するので、
過時効中の析出が十分に進行せず、耐時効性が悪化す
る。また鋼板の形状保持の観点からは過度の急冷を避け
るべきであり、冷却速度の上限は１５０℃／ｓ、望まし
くは１００℃／ｓとする。 【００２８】さらにこの急冷の終点温度は本発明におけ
る重要な構成要素であり、耐時効性と打ち抜き性を両立
させるためには３００〜４００℃とする必要がある。４
００℃を超える高温ではセメンタイトの析出核がほとん
ど形成されず、現実的な連続焼鈍ラインにより実現可能
な程度の過時効時間では、耐時効性鋼板が得られない。
望ましくは３５０℃以下がよい。一方、耐時効性の観点
からは急冷終点温度は低温にする程良いのであるが、打
ち抜き性の観点から低温側が制限され、３００℃以上と
する必要がある。急冷開始温度が３００℃未満であると
セメンタイトの析出間隔が減少し、結果として析出形態
が微細となるため、打ち抜き性が劣化するものと考えら
れる。 【００２９】続く過時効の条件も本発明における重要な
構成要素であり、まず過時効開始温度を３５０〜４００
℃とする。セメンタイト析出のためにはＣの拡散が必要
であり、これを促進させるためには３５０℃以上の温度
域に一時保定する必要がある。しかしあまり高温に加熱
するのは経済的に不利であり、またその効果も飽和する
ので、４００℃を超えて加熱する必要はない。尚、急冷
終点から過時効開始までの時間については特に制御する
必要はなく、等温の場合は直ちに、また加熱する場合は
設備仕様に応じた加熱速度により決定すればよい。 【００３０】そして、過時効終了温度を２５０〜３００
℃とする。２５０℃未満の低温まで冷却を行っても、連
続焼鈍の様な短時間の間には炭化物（セメンタイト）の
析出がほとんど進まず、固溶Ｃの減少に寄与しないため
である。ただしの固溶限の関係からあまり高温にすると
過剰の固溶Ｃが残存することになるので、３００℃以下
とする。過時効中の冷却速度はセメンタイト析出促進の
観点からできるだけ急冷を避けることが望ましく、好ま
しくは５℃／s 以上の冷却速度を含まないようにするの
がよい。 【００３１】過時効時間については、主として耐時効性
の観点から下限が決定され、打ち抜き性および経済的観
点から上限が決定され、下記の条件で示される範囲に設
定する必要がある。 過時効時間：１８０〜４２０秒でかつｔ_A 〜ｔ_B 秒 但し、ｔ_A ＝（急冷終点温度−２５０）×２．４ ｔ_B ＝（急冷終点温度−２５０）×２．４＋１８０ 【００３２】過時効時間が上記条件より短いときには、
セメンタイトの析出が十分進行せず、耐時効性の確保が
困難になると共に打ち抜き性も劣化する。また上記条件
を超えて長時間の過時効を行うことは過剰な耐時効性を
付与することになり経済的でない上、固溶Ｃの過度の減
少のため、やはり打ち抜き性が劣化するようになる。ま
た４２０秒を超える過時効時間を確保することは通板速
度の低下または炉長の増大を招き、経済的に不利とな
る。 【００３３】こうして得られた鋼板は可及的速やかに冷
却した後、通常、０．５〜２．０％の調質圧延が施され
て製品となる。また、本発明による冷延鋼板を原板とし
て、必要に応じて、電気亜鉛めっき等、各種めっきを施
してもよいことは勿論である。 【００３４】 【実施例】本発明の具体的実施例を比較例とともに以下
に示す。実施例等において示す材料特性はＪＩＳ５号引
張試験により測定した結果である。時効指数は８％予歪
みを付与した後、１００℃１時間の促進時効を行い、降
伏応力の増加量により評価した。また打ち抜き性はクリ
アランス約８％で３０ｍｍ径に打ち抜いた端面のバリ高
さを測定して評価した。 【００３５】実施例Ａ 表１に示す種々の成分を有する鋼Ａ〜Ｉを、スラブ加熱
温度：１１５０℃、仕上温度：８９０℃、巻取温度：６
８０℃で熱間圧延を行った。酸洗後、圧下率：８０％で
冷間圧延を行い、板厚：０．８ｍｍの冷延板とした。こ
れを連続焼鈍するに際し、加熱終了後７６０℃で８０秒
の均熱を行い、２０℃／ｓで６４０℃まで冷却し、引き
続いて８０℃／ｓで３３０℃まで冷却した。その後ｌ０
ｓで３６０℃まで加熱して過時効を開始し、３００ｓで
２８０℃まで冷却する過時効を行った。さらに、焼鈍板
に伸び率で１．０％の調質圧延を行い、機械的性質、時
効指数および打ち抜き後のバリ高さを測定した。測定結
果を同表に併せて示す。 【００３６】 【表１】【００３７】表１によると、鋼種符号Ａ〜Ｃは本発明の
適用対象となる成分を有する鋼であり、これにより製造
された実施例の冷延鋼板は良好な加工性と耐時効性とを
兼備しており、バリ高さも１８μｍ以下と小さく、打ち
抜き性も良好である。 【００３８】一方、鋼種符号Ｄ〜Ｉは比較例であり、符
号ＤはＣ量が本発明の下限をはずれた鋼であり、軟質で
はあるが加工性、耐時効性、打ち抜き性ともに劣ってい
る。また符号ＥはＣ量が本発明の上限をはずれた鋼、符
号ＧはＭｎが上限をはずれた鋼であり、ともに硬質化
し、加工性、耐時効性が劣っている。符号ＦはＭｎ量が
本発明の下限をはずれた鋼、符号ＨはＳが下限をはずれ
た鋼であり、軟質ではあるが打ち抜き性が劣っている。
一方、符号ＩはＳ量が上限をはずれた鋼であり、Ｃ量が
ほぼ同量の鋼種Ａの実施例に比して加工性が劣ってい
る。また、これらの鋼の中でＭｎ／Ｓ比の小さいＦ、Ｉ
は熱間圧延中エッジ部に割れが生じた。 【００３９】表１より、鋼成分を本発明の範囲内に規定
しなければ、所期の加工性、耐時効性及び打ち抜き性を
兼備した冷延鋼板が得られないことが分かる。 【００４０】実施例Ｂ 前記表１の本発明対象鋼Ａ、Ｂ及びＣをスラブ加熱温
度：１１５０℃、仕上温度：８９０℃、巻取温度：６８
０℃で熱間圧延を行った。酸洗後、圧下率：８０％で冷
間圧延を行し、板厚：０．８ｍｍの冷延板とした。これ
を連続焼鈍するに際し、加熱終了後、８２０℃で６０ｓ
の均熱を行った後、２０℃／ｓで６２０℃まで冷却し、
引き続き表２に示す条件で冷却、過時効を施した。さら
に、焼鈍板に伸び率で１．０％の調質圧延を行し、時効
指数および打ち抜き後のバリ高さを測定した。測定結果
を同表に示す。 【００４１】 【表２】【００４２】表２より、焼鈍ヒートサイクルが本発明条
件範囲外のものは耐時効性と打ち抜き性の両立が困難で
あることが分かる。表２の結果に基づき、時効指数（Ａ
Ｉ）と打ち抜き時のバリ高さに及ぼす急冷終点温度と過
時効時間との関係を整理した図を図１に示す。同図にお
いて、２段に表した数字のうち、上段（中抜き数字）は
ＡＩ（単位：ＭＰａ）を、下段はバリ高さ（単位：μm
）を示し、図中の枠内が本発明範囲である。 【００４３】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば特
定組成の低Ｃアルミキルド鋼を特定のヒートパターンで
連続焼鈍することにより、良好な加工性、耐時効性およ
び打ち抜き性を兼ね備えた冷延鋼板を経済的に製造する
ことができる。さらに連続焼鈍ヒートパターンも過度の
急冷を含まないため、鋼板形状の安定した操業が可能に
なると共に、急冷の際に水冷を要しないため、格別な付
帯設備が不要である。また、急冷終点温度を参考にし
て、所定時間の過時効を施せばよいことが明らかになっ
たので、厳密な冷却管理を必要とせず、冷却状況が変化
した際にも過時効時間を変更することにより、所期の冷
延鋼板を製造することができ、操業管理が非常に容易に
なる。更に、不必要に長時間の過時効を施すおそれも無
くなり、生産性の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】時効指数（ＡＩ）と打ち抜き時のバリ高さに及
ぼす急冷終点温度と過時効時間の影響を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−327（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−104431（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−104430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−124533（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−145809（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−217638（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−9366（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 9/46 - 9/48 C21D 8/00 - 8/02 C22C 38/00 - 38/60

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 化学組成が重量％で、 Ｃ：0.01〜0.04％、 Si：0.04％以下、 Mn：0.1 〜0.3 ％、 Ｐ：0.02％以下、 Ｓ：0.003 〜0.015 ％、sol.Al：0.01〜0.1 ％、 Ｎ：0.005 ％以下 を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼を熱
   間圧延した後、６００〜７５０℃で巻き取り、酸洗後、
   圧下率６０％以上で冷間圧延した後、連続焼鈍するにあ
   たって、再結晶温度〜Ａc₃点で３０秒以上均熱後、６０
   ０〜６４０℃までを３０℃／ｓ以下で徐冷した後、３０
   ０〜４００℃の間に定められる急冷終点温度までを５０
   〜１５０℃／ｓで急冷し、引き続いて前記急冷終点温度
   から直ちに又は再加熱して 過時効開始温度：３５０〜４００℃、 過時効終了温度：２５０〜３００℃、 過時効時間：１８０〜４２０秒でかつｔ_A 〜ｔ_B 秒 但し、ｔ_A ＝（急冷終点温度−２５０）×２．４ ｔ_B ＝（急冷終点温度−２５０）×２．４＋１８０ の条件で過時効を行うことを特徴とする耐時効性および
   打ち抜き性に優れた加工用冷延鋼板の製造方法。