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
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Info
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Description
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tA 〜tB 秒 但し、tA =(急冷終点温度−250)×2.4 tB =(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tA 〜tB 秒 但し、tA =(急冷終点温度−250)×2.4 tB =(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。
ぼす急冷終点温度と過時効時間の影響を示す図である。
Claims (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tA 〜tB 秒 但し、tA =(急冷終点温度−250)×2.4 tB =(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。
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---|---|---|---|
JP16461995A JP3406735B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 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 |
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---|---|
JPH08333637A JPH08333637A (ja) | 1996-12-17 |
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