JP3720926B2 - 耐デント性と２次加工性に優れた非時効性深絞り用冷延鋼板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐デント性と２次加工性に優れた非時効性深絞り用冷延鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＴｉやＮｂを極低炭素鋼に添加し、固溶Ｃ，Ｎを炭窒化物の形で固定したＩＦ鋼板（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ａｔｏｍ ｆｒｅｅ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ）は優れた深絞り性を有する冷延鋼板として広く使用されている。しかし、この鋼板は軟質であるため耐面歪み性は優れているが耐デント性が劣り、自動車外板等に適用した場合、成形後外力を加えると形状が容易に崩れる欠点がある。
一方耐デント性を向上させるには降伏点を高めることが有効であることが知られているが、この場合プレス成形性が悪化する。
【０００３】
耐デント性ならびに耐面歪み性を有する鋼板の製造法として表層をハイテン化した複層鋼板による製造方法が開示された（特願平２−２６６４０９号、特願平２−３２０１２２号、特願平２−３２０１２３号）。また同様に表面近傍のみをハイテン化する方法として浸炭処理あるいは窒化処理がよく知られており、浸炭、窒化処理により表層近傍で強度の高い鋼板ならびにその製造方法が開示されている（特開平３−２４３７５７号公報）。また張り出し性及び耐デント性ならびに耐面歪み性を有する鋼板として板表面から板厚の１０％までの平均硬度を１８００＞ＨＶ＞１２００ＭＰａとした鋼板（特願平６−２０４００６号）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの技術は成形加工上重要な特性の１つである２次加工性については全く言及していない。窒化による表層強化のために２次加工性は低下するが、その２次加工性を改善する技術として板表面から板厚の１０％までの平均硬度をビッカース硬度で１８０≦ＨＶ≦３００とし、さらに表面から板厚の３％までの平均硬度がビッカース硬度１８０以下とした鋼板（特願平７−３０８０１１号）がある。しかし、この鋼板は表層近傍の硬度が十分上げられないため、耐デント性が不足する場合があった。
本発明は、耐デント性と２次加工性に優れた非時効性深絞り用冷延鋼板を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は耐デント性に優れ、かつ２次加工性、時効性および深絞り性が優れた冷延鋼板について検討を重ね、窒化による表層強化により低下した２次加工性が、表層のＣ濃度に強く影響されることを突き止めた。また、時効性は表層部におけるＴｉ，Ｎｂ炭窒化物の析出により抑制されることを突き止め、鋼の成分と表層の硬度を最適化することにより上記の特性を同時に満足する冷延鋼板を得られることを見いだした。以上の理由は未だ明確ではないが以下のように考えられる。表層部でＴｉ，Ｎｂ炭窒化物の析出が起こると強度が上昇するとともに、炭窒化物の化学量論的組成以上のＣ，Ｎが化学的に固定されて歪み時効に対して影響を及ぼさなくなる。Ｔｉ，Ｎｂ原子を中心としてＣ，Ｎがクラスタリングしている可能性も考えられる。この際、固溶Ｃは若干残存して粒界に偏析して粒界強度を上昇させるために２次加工性を改善する。よって、２次加工性の劣化無く表層硬度を上昇できる。すなわち、表層部を硬化させ、内層部に加工性の優れた鋼板を用いて耐デント性と深絞り性を同時に満足し、鋼の成分を規定することにより２次加工性と非時効性を同時に満足することができることを明らかにした。
【０００６】
本発明の要旨とするところは、表面から板厚の５％以上、３５％以下までの表層の平均組成が重量比で、
Ｃ：板厚の中心部の平均Ｃ量より０．００１％以上、０．１％以下だけ高い量、Ｎ：板厚の中心部の平均Ｎ量より０．００１％以上、０．１％以下だけ高い量、必要に応じてＢ：０．０００２％以上、０．００５％以下を含み、
Ｔｉ／４８，Ｎｂ／９３の一方あるいは双方の和が０．０００３以上、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であり、さらに（表層の平均硬度）−（板厚中心の硬度）なる値がビッカース硬さで２０以上であること、そして表層の板厚５％内側から板厚中心までの平均組成が、
Ｃ：０．００５％以下、
Ｎ：０．０１％以下、
必要に応じてＢ：０．０００２％以上、０．００５％以下を含み、
Ｔｉ，Ｎｂの一方あるいは双方をＣ／１２＋Ｎ／１４＋Ｓ／３２＜１．２（Ｔｉ／４８＋Ｎｂ／９３）なる条件を満足するように含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする、耐デント性と２次加工性に優れた非時効性深絞り用冷延鋼板にある。
【０００７】
以下に、本発明について詳細に説明する。
本発明の成分の限定理由は次の通りである。
表面の板厚５％内側から板厚中心までの平均組成で、ＴｉおよびＮｂのいずれか一方または双方を１．２（Ｔｉ／４８＋Ｎｂ／９３）＞Ｃ／１２＋Ｎ／１４＋Ｓ／３２なる関係を満足するように限定したのは、鋼中のＣおよびＮを析出物の形で固定し、固溶のＣ，Ｎを冷延時にほとんど存在させずにスムースな結晶回転を可能にすることにより、その後の再結晶焼鈍で製品の深絞り性を良好ならしめるに有利な方位である（１１１）＜１１２＞，（５５４）＜２２５＞などの集積度の高い集合組織を有する鋼板を得るためである。
【０００８】
一方、表面から板厚の５％以上、３５％以下において、（表層の平均硬度）−（板厚中心の硬度）なる値がビッカース硬さで２０以上であることに制限したのは、この値が２０以下であると十分な耐デント性が得られないためである。
表層硬化層の厚さを５％以上、３５％以下と制限したのは、５％以下であると表層硬化による耐デント性向上の効果がなくなるためである。また、表層硬化層が３５％以上となると延性等の加工性を担っている内層部が少なくなり、加工性が劣化するためである。
表面から板厚の５％以上、３５％以下までの表層の平均組成で、Ｔｉ／４８，Ｎｂ／９３の一方あるいは双方の和が０．０００３以上と限定したのは、Ｔｉ／４８，Ｎｂ／９３の一方あるいは双方の和が０．０００３以下だと、窒化物の形成が十分起こらず、（表層の平均硬度）−（板厚中心の硬度）なる値がビッカース硬さで２０以上にならないためである。
【０００９】
表面から板厚の５％以上、３５％以下までの表層の平均組成でＮ量の下限を板厚中心部の平均Ｎ量より０．００１％以上としたのは、これ以下のＮ量の差では窒化による表層の硬化代が小さく、（表層の平均硬度）−（板厚中心の硬度）なる値がビッカース硬さで２０以上にならないことより、十分な耐デント性が得られないためである。また、上限を板厚中心部の平均Ｎ量より０．１％超と限定したのは、これ以上のＮの添加は加工性の劣化をもたらすからである。
一方、Ｃ量の下限を板厚中心部の平均Ｎ量より０．００１％以上としたのは、これ以下のＣ量の差では浸炭窒化による２次加工性の改善効果が無いためである。また、上限を板厚中心部の平均Ｃ量より０．１％超と限定したのは、これ以上のＣの添加は加工性の劣化をもたらすからである。
【００１０】
表層の板厚５％内側から板厚中心までの平均Ｎ量を０．０１％以下としたのは、これ以上の添加は加工性の劣化をもたらすからである。
一方、Ｃ：０．００５％以下としたのはこれらの量を超えて、Ｃを添加すると製品の加工性を損なうのみならず、１．２（Ｔｉ／４８＋Ｎｂ／９３）＞Ｃ／１２＋Ｎ／１４＋Ｓ／３２の条件式を満たすに必要なＴｉあるいはＮｂの量が多くなり、不必要に製造コストが高くなるためである。
また、Ｂの添加は２次加工性を更に高めるので、必要に応じ０．０００２％以上のＢを添加することは効果的であるが、０．００５０％以上になると加工性の劣化が著しくなるので、上限は０．００５０％とする。
【００１１】
また、上記で規定した以外の元素は原則添加されないことが望ましいことが、通常不可避的に存在する元素として、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ａｌ，Ｏ等が挙げられる。Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐについては、加工性の観点から上限をＳｉ：０．３％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．１％以下とするのが望ましい。Ａｌは溶鋼での確実な脱酸を可能とするために少なくとも０．００５％の添加が望ましいが、過度の添加は加工性を劣化するので上限を０．２％とするのが望ましい。Ｏは０．０１％程度まで許容できる。
【００１２】
本発明鋼の特徴としては以上であるが、その製造方法としては製造コストが低い連続焼鈍における浸炭窒化が望ましい。浸炭窒化条件としては浸炭窒化温度、浸炭窒化時間、鋼表面における炭素ポテンシャル・窒素ポテンシャル等の多くの影響因子が関わるが、基本的には本発明の範囲を満足する硬度分布を与えられた成分系で実現すれば、耐デント性、２次加工性、非時効性、深絞り性に優れた鋼板が製造できる。
【００１３】
【実施例】
表１に示した成分組成を有する材料を用いて様々な機械試験をした結果を表２に示す。実験番号１〜６、８〜１４は、連続鋳造スラブを１２００℃で加熱し、約９３０℃で仕上げ圧延した４ｍｍ厚の熱延板を８２．５％冷延し、連続焼鈍の前半で８００℃で３０秒の再結晶焼鈍をし、その後連続焼鈍炉中で様々な条件で浸炭窒化を行ったものである。浸炭窒化条件は、炉温６００℃以上８００℃以下、時間は１分以内、雰囲気はアンモニア、一酸化炭素、窒素および水素の混合雰囲気中とした。実験番号７は、連続鋳造スラブを１１００℃で加熱し、Ａｒ₃ 以下の約７９０℃で良潤滑条件で仕上げ圧延した４ｍｍ厚の熱延板を、冷延以下を上記と同工程で製造したものである。
【００１４】
耐デント性の指標としては図１に示す実験装置により鋼板に負荷を与えた後、残った凹み量が５０μｍになった時の荷重をもって表した。耐デント性は７０Ｎ以上をもって良好とする。表層硬度は荷重１０ｇのビッカース硬度により評価した。深絞り性については限界絞り比（ＬＤＲ）で評価し、２．２以上を良好とした。２次加工性については、ブランク径８６ｍｍの円盤をしわ押さえ力１トンで押さえ、径４０ｍｍの円筒ポンチで深絞り加工を行いカップを成形した。その後０℃以下に冷却し、テーパー（角度３７°）付きポンチにカップをのせ、１ｍの高さから５ｋｇの重錘を落下させた。その際脆性割れを生じなかった最低の温度をもって２次加工性の指標とした。２次加工性は脆性割れを生じなかった最低の温度が−３０℃以下をもって良好とする。
【００１５】
実験番号２から６までは同じ材料を浸炭窒化条件を変えて表層部の浸炭量・窒化量を変化させたものである。また実験番号１は同材料の無処理材である。本発明鋼の範囲内である実験番号２、３、５、６は耐デント性、深絞り性、２次加工性の全てにおいて優れた特性を示し、実験番号１の比較材に比べて著しい耐デント性と２次加工性の向上が達成されていることが分かる。実験番号４は２次加工性が改善されていない。これは浸炭量が少ないために、表層強化による２次加工性の低下を改善できなかったと考えられる。
【００１６】
実験番号７は、熱延条件を変化させたものであるが、本発明鋼の範囲内であり、耐デント性、深絞り性、２次加工性の全てにおいて優れた特性を示した。
実験番号８〜１６は添加元素を変化させたものである。本発明鋼の範囲内である実験番号９、１０、１１、１２は耐デント性、深絞り性、２次加工性の全てにおいて優れた特性を示した。実験番号８、１３、１４はＣ／１２＋Ｎ／１４＋Ｓ／３２＜１．２（Ｔｉ／４８＋Ｎｂ／９３）なる条件を満足しておらず、深絞り性が低かった。実験番号１５、１６ではＴｉ・Ｎｂ添加量が少なく、表層の硬化が十分起こらず、耐デント性の向上か得られなかった。これは窒化時に十分な量のＴｉ，Ｎｂ炭窒化物が析出しなかったためと考えられる。
これらの実施例のうち、実験番号３、６は焼鈍、窒化、脱窒後、連続して４５０℃の溶融亜鉛の入ったポットに通板した後、約５５０℃で約２０秒間の加熱をして亜鉛メッキ層の合金化を行った材料である。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、自動車用外板のような耐デント性、２次加工性、非時効性、深絞り性が要求される冷延鋼板を低コストで供給でき、工業的に価値の高い発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】耐デント性の測定の実験方法の概要を示した説明図である。

Claims (2)

1. 表面から板厚の５％以上、３５％以下までの表層の平均組成が重量比で、
   Ｃ：板厚の中心部の平均Ｃ量より０．００１％以上、０．１％以下だけ高い量、
   Ｎ：板厚の中心部の平均Ｎ量より０．００１％以上、０．１％以下だけ高い量、
   Ｔｉ／４８，Ｎｂ／９３の一方あるいは双方の和が０．０００３以上、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であり、さらに（表層の平均硬度）−（板厚中心の硬度）なる値がビッカース硬さで２０以上であること、そして表層の板厚５％内側から板厚中心までの平均組成が、
   Ｃ：０．００５％以下、
   Ｎ：０．０１％以下で、
   Ｔｉ，Ｎｂの一方あるいは双方をＣ／１２＋Ｎ／１４＋Ｓ／３２＜１．２（Ｔｉ／４８＋Ｎｂ／９３）なる条件を満足するように含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする、耐デント性と２次加工性に優れた非時効性深絞り用冷延鋼板。
2. 表面から板厚の５％以上、３５％以下までの表層の平均組成が重量比で、
   Ｃ：板厚の中心部の平均Ｃ量より０．００１％以上、０．１％以下だけ高い量、
   Ｎ：板厚の中心部の平均Ｎ量より０．００１％以上、０．１％以下だけ高い量、
   Ｂ：０．０００２％以上、０．００５％以下、
   Ｔｉ／４８，Ｎｂ／９３の一方あるいは双方の和が０．０００３以上、残部Ｆ ｅおよび不可避的不純物であり、さらに（表層の平均硬度）−（板厚中心の硬度）なる値がビッカース硬さで２０以上であること、そして表層の板厚５％内側から板厚中心までの平均組成が、
   Ｃ：０．００５％以下、
   Ｎ：０．０１％以下、
   Ｂ：０．０００２％以上、０．００５％以下で、
   Ｔｉ，Ｎｂの一方あるいは双方をＣ／１２＋Ｎ／１４＋Ｓ／３２＜１．２（Ｔｉ／４８＋Ｎｂ／９３）なる条件を満足するように含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする、耐デント性と２次加工性に優れた非時効性深絞り用冷延鋼板。

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