JP4772926B2 - 極薄鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
具体的には、本発明は、下記(a)〜(C)の特徴を有する。
(a)Cの含有量は低くしつつNの含有量を極度に低減せず、C量以上とする。
Nは、(b)、(c)に示すTi、Nb、Alと結合させ窒化物を形成させることで常温強度の確保、高温強度の確保、再結晶温度適正化に効果を発揮する。
また、冷延時に存在する固溶Nは、冷延加工歪の蓄積を高め、焼鈍時の再結晶を促進する。さらに溶接時の結晶組織変化を制御し焼入れ性を適度に付与することで、溶接部の強度、加工性を付与する。また、溶接評価試験(ハインテスト)において、溶接線部の強度を高めることで溶接線部での破断を抑止し、正常な試験を可能とする。
(b)Ti、Nbは少なくとも1種を必須元素として特定の範囲に限定して添加する。これらの元素を窒化物、炭化物として形成させ、常温強度の確保、高温強度の確保、再結晶温度適正化に効果を発揮させるとともに、固溶C、固溶Nによる時効を抑制し耐時効性を高める。
(c)Alを多量に添加する。これと(a)の結果、多量のAlNを形成させ、常温強度の確保、高温強度の確保、再結晶温度適正化に効果を発揮させるとともに、固溶Nによる時効を抑制し耐時効性を高める。
(1)質量%で、
C:0.0004〜0.0108%、
N:0.0032〜0.0749%、
Si:0.0001〜1.99%、
Mn:0.006〜1.99%、
S:0.0001〜0.089%、
P:0.001〜0.069%、
Al:0.070〜1.99%、を含有し、
さらに、TiとNbのうち1種または2種を、
Ti:0.0005〜0.0804%、
Nb:0.0051〜0.0894%、
Ti+Nb:0.0101〜0.1394%、の範囲で含有し、
さらに、N−C≧0.0020%、C+N≧0.0054%、Al/N>10、(Ti+Nb)/Al≦0.8、(Ti/48+Nb/93)×12/C≧0.5、0.31<(Ti/48+Nb/93)/(C/12+N/14)≦2.0の関係を満たし、残部鉄および不可避的不純物からなり、かつ、板厚:0.4mm以下であることを特徴とする極薄鋼板。
(2)結晶粒の平均直径が30μm以下であることを特徴とする(1)に記載の極薄鋼板。
(3)210℃で30分の時効後の降伏点伸びが4.0%以下であることを特徴とする(1)または(2)に記載の極薄鋼板。
(4)表面硬度HR30T:51〜71、降伏応力:200〜400MPa、引張強度:320〜450MPa、全伸び:15〜45%であることを特徴とする(1)または(2)に記載の極薄鋼板。
(5)表面硬度HR30T:51〜71、降伏応力:200〜400MPa、引張強度:320〜450MPa、全伸び:15〜45%であることを特徴とする(3)に記載の極薄鋼板。
(7)前記冷間圧延後の焼鈍が連続焼鈍で行なわれ、その際の焼鈍温度を641〜789℃とすることを特徴とする(6)に記載の極薄鋼板の製造方法。
(8)前記焼鈍後に再冷延を乾式圧延で行い、その圧下率を5%以下とすることを特徴とする(6)または(7)に記載の極薄鋼板の製造方法。
また、板厚が0.40mmを超えるような厚手の材料は本発明が対象としている鋼板とは異なり、さらに高い伸び、高いr値が求められるため、一般的に800℃を超えるような高温で焼鈍されることが多く、このような高温においては本発明の効果も小さくなってしまうこともある。すなわち、本発明の効果は従来の厚手の材料を対象とした技術からは生み出されないものであると同時に、厚手材の製造技術への適用も意味がないものである。このため、対象材の板厚を0.40mm以下に限定する。好ましくは0.30mm以下、さらに好ましくは0.20mm以下、さらに好ましくは0.15mm以下、さらに好ましくは0.12mm以下、さらに好ましくは0.10mm以下である。
これに加え、高温強度確保や再結晶温度低温化、溶接時熱影響部の組織粗大化抑制による溶接部加工性の観点からは、さらに高くすることが有利となる。
好ましくは0.0021%以上、さらに好ましくは0.0026%以上、さらに好ましくは0.0031%以上、さらに好ましくは0.0036%以上である。C量が高くなると時効性の観点で、Ti、Nb添加量を多くする必要が生ずる。
本発明ではNは多くの部分が何らかの窒化物を形成しているので、あまりに多量に含有すると加工性が劣化する場合があるため、上限を0.0749%とする。また、窒化物形成元素の含有量との兼ね合いはあるが、耐時効性を顕著に劣化させる場合があるため、N量としては0.0549%以下にとどめることが好ましい。さらに好ましくは0.0299%以下、さらに好ましくは0.0199%以下、さらに好ましくは0.0149%以下、さらに好ましくは0.0129%以下、さらに好ましくは0.0109%以下、さらに好ましくは0.0099%以下、さらに好ましくは0.0089%以下である。一方で、低すぎると窒化物量が不十分となり、高温強度や製品強度、溶接時熱影響部の組織粗大化抑制による溶接部加工性を確保するための本発明の効果を発揮できず、真空脱ガス処理コストを増すだけである。
このため下限を0.0032%とする。必要とする製品強度を確保できなくなることや本発明の特徴である高温強度の確保が困難となることを考えると、好ましくは0.0042%以上、さらに好ましくは0.0047%以上、さらに好ましくは0.0052%以上、さらに好ましくは0.0057%以上、さらに好ましくは0.0062%以上、さらに好ましくは0.0072%以上、さらに好ましくは0.0082%以上である。
一方で、製品強度の確保および焼鈍工程での高温強度の確保のために積極的に添加することも可能であり、好ましくは0.0006%以上、さらに好ましくは0.0011%以上、さらに好ましくは0.0016%以上、さらに好ましくは0.0021%以上、さらに好ましくは0.0041%以上、さらに好ましくは0.0061%以上、さらに好ましくは0.0081%以上、さらに好ましくは0.011%以上である。
一方で、製品強度確保および焼鈍工程での高温強度確保のために積極的に添加することも可能で、好ましくは0.006%以上、さらに好ましくは0.011%以上、さらに好ましくは0.016%以上、さらに好ましくは0.021%以上、さらに好ましくは0.041%以上、さらに好ましくは0.061%以上、さらに好ましくは0.081%以上、さらに好ましくは0.11%以上である。
一方で、窒素時効(Nによる時効)の抑制および焼鈍工程での高温強度の確保の観点からは積極的に添加することが効果的で、好ましくは0.076%以上、さらに好ましくは0.081%以上、さらに好ましくは0.086%以上、さらに好ましくは0.096%以上、さらに好ましくは0.106%以上、さらに好ましくは0.116%以上、さらに好ましくは0.126%以上、さらに好ましくは0.146%以上、さらに好ましくは0.166%以上、さらに好ましくは0.186%以上である。
目処として0.010%以上の十分な量のNbが添加され、または目処として0.11%以上の十分な量のAlが添加されていれば、さらに好ましくは0.0114%以下とすることもできる。一方で、炭素時効と窒素時効の抑制および焼鈍工程での高温強度の確保の観点からは積極的に添加することが効果的で、好ましくは0.0042%以上、さらに好ましくは0.0052%以上、さらに好ましくは0.0062%以上、さらに好ましくは0.0072%以上、さらに好ましくは0.0082%以上、さらに好ましくは0.0092%以上、さらに好ましくは0.0102%以上である。
一方で、炭素時効と窒素時効の抑制および焼鈍工程での高温強度の確保の観点からは積極的に添加することが効果的で、好ましくは0.0062%以上、さらに好ましくは0.0072%以上、さらに好ましくは0.0082%以上、さらに好ましくは0.0092%以上、さらに好ましくは0.0102%以上、さらに好ましくは0.0112%以上、さらに好ましくは0.0122%以上、さらに好ましくは0.0136%以上、さらに好ましくは0.0156%以上である。
一方で、C、N、Al量にもよるが、過剰な添加は固溶Ti、固溶Nbを多量に残存させ、本発明鋼の有用な特徴を損なう。このため、上限を0.1394%とする。好ましくは0.1194%以下、さらに好ましくは0.0994%以下、さらに好ましくは0.0794%以下、さらに好ましくは0.0594%以下、さらに好ましくは0.0494%以下、さらに好ましくは0.0444%以下、さらに好ましくは0.0394%以下、さらに好ましくは0.0344%以下である。
しかし本発明では、以下の点でCとNの制御の方向性が大きく異なる。Cは工業的脱ガス工程で低減することが比較的易しいので、この低減を主とする。
一方、Nは大気中に多量に存在し大気から溶鋼中に侵入するため工業的脱ガス工程での低減が困難な元素であるため、これは鋼中に含有させ積極的に活用する。
また、耐時効性の観点から固溶Cを鋼中で析出物として固定するには、Ti、Nbなどの特殊元素、特にNbに頼らざるを得ない面があり、添加コストや微細析出物形成、固溶Ti、固溶Nbの不可避的残存による再結晶温度の上昇など悪影響も大きい。
一方、Nは、鋼中での固定にAlを活用することが出来、添加コストの点で有利となるばかりでなく、AlNは工業的プロセスの中で比較的容易に粗大化させることが出来、固溶Alによる再結晶温度の上昇も小さく、工業的な悪影響を小さく抑えることが可能である。このようにして形成される各種の析出物も、冷間加工での歪の蓄積や、結晶粒径制御なども通じて、再結晶温度や高温強度の好ましい制御に寄与する。これらの観点から、C、N、Al、Ti、Nbについては本発明では特定の範囲に制御することが必須となる。
上限は前述のCとNの限定のため0.0745%となるが、極低Cで高Nとする製法の特殊性から製造効率が低下するため、0.0590%以下とすることが好ましい。また、Nが多い場合には、Al量にもよるが、粗大なAlNを形成し、これが鋼板表面に露出すると表面性状を劣化させたり、鋼板内部に形成したものが加工時の割れ起点になることもある。このため、さらに好ましくは0.0490%以下、さらに好ましくは0.0390%以下、さらに好ましくは0.0290%以下である。
製造効率の管理が厳しく求められる場合は、0.0240%以下が好ましく、さらに好ましくは0.0190%以下、さらに好ましくは0.0140%以下、さらに好ましくは0.0120%以下、さらに好ましくは0.0100%以下、さらに好ましくは0.0090%以下とする。
従って、〔C+N〕の制御は本発明の好ましい特徴を確保するのに重要である。好ましくは0.0061%以上、さらに好ましくは0.0068%以上、さらに好ましくは0.0075%以上、さらに好ましくは0.0082%以上、さらに好ましくは0.0092%以上、さらに好ましくは0.0102%以上、さらに好ましくは0.0112%以上、さらに好ましくは0.0122%以上、さらに好ましくは0.0132%以上である。一方、多すぎると、加工性や耐時効性が劣化する。上限は前述のCとNの限定により0.0857%である。好ましくは0.0800%以下であり、さらに好ましくは0.0600%以下、さらに好ましくは0.0400%以下、さらに好ましくは0.0300%以下、さらに好ましくは0.0250%以下、さらに好ましくは0.0200%以下、さらに好ましくは0.0150%以下である。
前述のAlとNの限定のため、上限は781となるが、Al量が過剰に多くなると添加コストが上昇する他、前述のように含有N量によっては粗大AlNが形成し、鋼板表面性状や加工性を劣化させる原因にもなる。また、Nが少なくAlだけが過剰で固溶Alが多量に残存すると製造工程での吸窒が起きやすく、鋼中に侵入したNが微細AlNを形成し、コイル内の材質変動を大きくする。さらには溶接時にAlNの溶解が起き難くなり、材料の焼入れ性が低下するため、溶接部が軟質化しハインテストの正常な実施に支障を生じる。N量にも依存するため一概には言えないが、〔Al/N〕の上限はこれらの点に注意して制御する必要がある。好ましくは70.0以下、さらに好ましくは60.0以下、さらに好ましくは50.0以下、さらに好ましくは40.0以下、さらに好ましくは30.0以下である。
Alが少なく、Ti、Nbが多いと、含有N量にもよるが、Nが微細なTi、Nbの窒化物として多量に析出したり、固溶Ti、固溶Nbが多くなり、再結晶温度を不用意に上昇させてしまうこともある。また、Ti、Nbの炭化物や窒化物が過度に安定化してしまうと、溶接時の熱で溶解せず、焼入れ性を確保する固溶Cや固溶Nが少なくなり、溶接部の破断によるハインテストの不具合が生じることもある。なお、TiおよびNbは必須の元素であるため、〔(Ti+Nb)/Al〕の値はゼロになることはなく、上記の各元素の限定により下限値は0.005となるが、Ti、Nbの効果を得つつ、過剰Alの影響を抑制するには、0.04以上とすることが好ましく、さらに好ましくは0.06以上、さらに好ましくは0.08以上、さらに好ましくは0.10以上、さらに好ましくは0.12以上、さらに好ましくは0.14以上、さらに好ましくは0.16以上、さらに好ましくは0.18以上、さらに好ましくは0.20以上、さらに好ましくは0.22以上、さらに好ましくは0.26以上、さらに好ましくは0.31以上、さらに好ましくは0.36以上である。Alが少ないうえに、Ti、Nbも不足すると、C、Nの固定が不十分となり耐時効性が劣化したり、焼鈍時や溶接時の結晶粒粗大化抑止効果が小さくなり、所望の焼鈍通板性が発現しないことや、溶接部の加工性が劣化することもある。
これはこれ以上の硬質材であれば本発明を適用せずとも、通常の低炭素系の材料または再冷延材での製造が工業的に確立されているからである。さらに好ましくは69以下、さらに好ましくは67以下、さらに好ましくは65以下である。
これは湿式圧延では一般的に圧下率が低い領域の制御が困難で5%超の圧延を余儀なくされるため材料が硬質化してしまうが、このような硬質な材料は本発明によらなくとも従来技術でも製造が可能だからである。圧下率はさらに好ましくは3%以下、さらに好ましくは2.5%以下、さらに好ましくは1.9%以下、さらに好ましくは1.4%以下である。圧下率が高いほど硬質で耐時効性が向上することは言うまでもない。
容器用に使用する場合、絞り、しごき、引き伸ばし、溶接などにより成形される各種容器に使用できる。容器製造工程における、フランジ成形、縮径成形、拡缶成形、エンボス成形、巻締め成形の他、蓋材にもとめられるスコア加工、張り出し成形など、加工性が向上する。
容器用鋼板での材質グレードで重要な値である硬さはロックウェルスーパーフィシャル硬度HR30Tで測定した。
Claims (8)
- 質量%で、
C:0.0004〜0.0108%、
N:0.0032〜0.0749%、
Si:0.0001〜1.99%、
Mn:0.006〜1.99%、
S:0.0001〜0.089%、
P:0.001〜0.069%、
Al:0.070〜1.99%、を含有し、
さらに、TiとNbのうち1種または2種を、
Ti:0.0005〜0.0804%、
Nb:0.0051〜0.0894%、
Ti+Nb:0.0101〜0.1394%、の範囲で含有し、
さらに、N−C≧0.0020%、C+N≧0.0054%、Al/N>10、(Ti+Nb)/Al≦0.8、(Ti/48+Nb/93)×12/C≧0.5、0.31<(Ti/48+Nb/93)/(C/12+N/14)≦2.0の関係を満たし、残部鉄および不可避的不純物からなり、かつ、板厚:0.4mm以下であることを特徴とする極薄鋼板。 - 結晶粒の平均直径が30μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の極薄鋼板。
- 210℃で30分の時効後の降伏点伸びが4.0%以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の極薄鋼板。
- 表面硬度HR30T:51〜71、降伏応力:200〜400MPa、引張強度:320〜450MPa、全伸び:15〜45%であることを特徴とする請求項1または2に記載の極薄鋼板。
- 表面硬度HR30T:51〜71、降伏応力:200〜400MPa、引張強度:320〜450MPa、全伸び:15〜45%であることを特徴とする請求項3に記載の極薄鋼板。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の極薄鋼板の製造方法であって、請求項1に記載の組成を有する鋼片又は鋳片を加熱して熱間圧延した後、冷間圧延を冷延率80〜99%で行い、再結晶率が100%となる焼鈍をすることを特徴とする極薄鋼板の製造方法。
- 前記冷間圧延後の焼鈍が連続焼鈍で行なわれ、その際の焼鈍温度を641〜789℃とすることを特徴とする請求項6に記載の極薄鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍後に再冷延を乾式圧延で行い、その圧下率を5%以下とすることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の極薄鋼板の製造方法。
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