JP4835346B2

JP4835346B2 - 鋼板およびその製造方法

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Publication number: JP4835346B2
Application number: JP2006253614A
Authority: JP
Inventors: 耕一郎藤田; 英之木村; 正井上
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP2007277699A

Description

本発明は、カラーテレビなどに用いられるブラウン管の内部に設置されるマスクやインナーシールドをサポートするフレームなどに用いられる鋼板やモーターのケースやヨーク用の鋼板などに好適な、特に、プレス成形性と磁気特性に優れた鋼板およびその製造方法に関する。

多種多様な電子機器の普及にともなって、電磁環境問題の重要性が広く認識されるようになってきており、良好な磁界環境の要求を満たすための様々な検討が行われている。このような要求に対し、電気製品や自動車、また建築などの用途に磁気シールド用材料を用いることが有用である。従来の磁気シールド用材料には、パーマロイやアモルファスといった非常に高価な磁性材料を用いる場合が多く、コストの観点からその使用には限界がある。一方で、比較的安価な磁気シールド用材料として純鉄が挙げられるが、厚鋼板として用いられる場合の検討がほとんどであり、電気製品や自動車、また建築といった分野において薄鋼板として用いられる場合の検討例は少ない。

純鉄系の磁気シールド用の薄鋼板として、例えば、特許文献1には、質量%で、C:0.005%以下、Si:0.02%以下、Mn:0.05〜0.40%、sol.Al:0.010〜0.030%、N:0.0010〜0.0050%、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を、820〜880℃の仕上温度で熱間圧延した後、600〜700℃で巻取るブラウン管マスクフレーム用熱延鋼板の製造方法が開示されている。また、特許文献2には、質量%で、C:0.010%以下、Si:0.03%以下、Mn:0.05〜1.0%、P:0.200%以下、S:0.020%以下、sol.Al:0.015%以下、N:0.005%以下、残部Feおよび不可避的不純物からなり、板厚が0.8〜2.5mm、フェライト粒径が10〜80μmであるブラウン管マスクフレーム用熱延鋼板が開示されている。いずれも、上記のように成分調整された鋼をオーステナイトとフェライトの二相域で熱間圧延を終了させて熱延鋼板の粒径を粗大化することによって、磁気特性の向上が図られている。

さらに、特許文献3には、質量%で、C:0.01%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.1〜1.0%、P:0.2%以下、S:0.02%以下、sol.Al:0.002〜0.015%、N:0.005%以下、残部Feおよび不可避的不純物からなるスラブを、950〜1200℃に加熱後、910℃以上の仕上温度で熱間圧延し、冷間圧延して板厚0.5〜2.5mmとし、750〜900℃で連続焼鈍し、再結晶温度から450℃まで1〜40℃/secで冷却し、0.6%以下の伸びを与えるブラウン管マスクフレーム用冷延鋼板の製造方法が開示されている。また、特許文献4には、質量%で、C:0.005%以下、Si:0.1%以下、Mn:0.1〜1.0%、P:0.1%以下、S:0.017%以下、sol.Al:0.001〜0.015%、N:0.004%以下、B:0.0005〜0.005%、Ti:0.01%以下、Nb:0.01%以下、Cu:0.005〜0.2%、Sn:0.001〜0.1%、Ni:0.005〜0.02%、Cr:0.004〜0.1%、Mo:0.1%以下、Al₂O₃/(Al₂O₃+CaO+MnO+SiO₂)比率≧0.1、残部Feおよび不可避的不純物からなり、平均結晶粒径が15〜70μmで、調質圧延に相当する歪が0.1〜1.0%であり、板厚が0.5〜1.5mmのブラウン管マスクフレーム用冷延鋼板の製造方法が開示されている。
特開平03-53023号公報特開平02-250942号公報特開平05-78742号公報特開平11-50207号公報

しかしながら、特許文献1や2に記載の熱延鋼板では、オーステナイトとフェライトの二相域で熱間圧延を終了させているため、プレス成形性、特に深絞り性に劣る。

また、特許文献3に記載の冷延鋼板では、磁壁の移動を妨げる析出物、内部応力、結晶粒界を極力減らし、また熱延板の結晶粒径を粗大にすることによって最終製品の(100)結晶面への集積を高めて磁気特性の向上を図っているが、(100)結晶面の集積が高いために優れた深絞り性が得られず、また、十分な磁気特性も得られない。特許文献4に記載の冷延鋼板では、磁壁の移動を妨げるB、Ti、Nb、V、Cr、Moなどの窒化物や炭化物が存在するためと思われるが、十分な磁気特性が得られない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、r値が1.6以上でプレス成形性に優れ、保磁力が70A/m以下で磁気特性にも優れた鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、プレス成形性と磁気特性に優れた鋼板について鋭意研究を重ねた結果、以下のことを見出した。
1)熱間圧延後の冷却速度を制御して組織の細粒化を図ることにより、冷間圧延・焼鈍後の鋼板面に平行な(222)結晶面のX線回折強度を結晶方位の標準ランダム試料の(222)結晶面のX線回折強度の8倍以上とすると、深絞り性の指標であるr値が1.6以上となり、優れたプレス成形性が得られる。
2)sol.Al量を制御することにより焼鈍時の粒成長性を高め、平均結晶粒径を40μm以上とすると、磁気シールド性の指標である保磁力が70A/m以下となり、優れた磁気特性が得られる。

本発明は、このような知見に基づきなされたもので、質量%で、C:0.005%以下、Si:0.1%以下、Mn:0.1〜0.5%、P:0.1%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.004%以下、N:0.005%以下、O:0.02%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつ平均結晶粒径が40μm以上、鋼板面に平行な(222)結晶面のX線回折強度が標準ランダム試料の(222)結晶面のX線回折強度の8倍以上であることを特徴とする鋼板を提供する。

本発明の鋼板は、例えば、上記の成分を有する鋼スラブを、1000〜1180℃に加熱後、910℃以上の仕上温度で熱間圧延し、700℃までの平均冷却速度を30℃/sec以上として700℃以下に冷却し、650℃以下の温度で巻取り、酸洗後、60%以上の圧下率で冷間圧延を行い、800℃以上の焼鈍温度で焼鈍する方法により製造できる。

本発明により、1.6以上の高r値と70A/m以下の低保磁力を兼ね備えたプレス成形性と磁気特性に優れた鋼板を提供できるようになった。本発明の鋼板は、そのままであるいはプレス成形して磁気シールド部材に適用できるが、カラーテレビなどのブラウン管のマスクやインナーシールドをサポートするフレームのようなプレス成形後に600℃前後で黒化処理される部材や、プレス成形後に750℃以上で磁性焼鈍される良好な磁気特性の要求される部材、例えばモーターのケースやヨークなど、にも好適である。

以下、本発明について、具体的に説明する。

1)成分(以下の「%」は「質量%」を表す。)
C:C量が0.005%超えると、炭化物が形成され、磁気特性が劣化する。それゆえ、C量の上限を0.005%、好ましくは0.004%とする。

Si:Siは固溶強化元素であり、また脱酸元素でもあるため、これらの効果を有効に活用する上では、Si量を0.01%以上とすることが好ましい。一方、Si量が0.1%を超えると、鋼板の表面性状が劣化すので、Si量の上限を0.1%とする。また、ブラウン管のサポートフレームなどのように、黒化処理性が必要な場合は、黒化処理膜の密着性の観点から、Si量の上限を0.03%とすることが好ましい。

Mn:Mnは硫化物を形成して熱間脆性を改善する元素であるため、Mn量は0.1%以上とする。一方、多量に添加しても上記の効果が飽和するだけであるので、コストアップの観点から、Mn量の上限を0.5%とする。

P:Pは固溶強化元素であり、その効果を有効に活用する上では、P量を0.005%以上とすることが好ましい。一方、P量が0.1%を超えると、粒界に偏析して粒成長性を阻害するため、P量の上限を0.1%とする。

S:S量が0.01%を超えると、硫化物が形成され、また粒成長性を劣化させるため、磁気特性が劣化する。それゆえ、S量の上限を0.01%とする。

sol.Al:sol.Al量が0.004%を超えると、微細な窒化物が形成され、粒成長性が著しく阻害されて、磁気特性が劣化する。それゆえ、sol.Al量の上限を0.004%、好ましくは0.002%とする。

N:N量が0.005%を超えると、析出物が形成され、粒成長性が阻害され、磁気特性が劣化する。それゆえ、N量の上限を0.005%、好ましくは0.003%とするが、少ないほどより好ましい。

O:O量が0.02%を超えると、介在物が生成され、プレス成形性や磁気特性が劣化する。それゆえ、O量の上限を0.02%とする。ただし、O量が0.003%未満だと、固溶Alや固溶Siの増加を招くため、O量の下限を0.003%とすることが好ましい。

残部は、Feおよび不可避的不純物である。

2)結晶粒径
ブラウン管の内部に設置されるマスクやインナーシールドをサポートするフレームに用いられる鋼板は、磁気シールド性の指標である保磁力が70A/m以下であることが好ましいが、それには平均結晶粒径を40μm以上とする必要がある。

なお、平均結晶粒径は、JIS G 0552(1998)の切断法により求めた。

3)(111)結晶面の集積度
鋼板のプレス成形性、特に深絞り性を向上させるには、鋼板面に平行に(111)結晶面の集積を高める必要のあることはよく知られている。ブラウン管の内部に設置されるマスクやインナーシールドをサポートするフレームなどを成形するには、深絞り性の指標であるr値が1.6以上であることが好ましいが、それには上記のように(111)結晶面の集積度を高める必要があり、本発明の鋼板においては、鋼板面に平行な(222)結晶面のX線回折強度を標準ランダム試料の(222)結晶面のX線回折強度の8倍以上、好ましくは10倍以上とする必要がある。

なお、(111)結晶面の集積度は、鋼板より25mm×25mmの試験片を切り出し、機械的に減厚後化学研磨にて仕上げて板厚の1/4を減厚し、この板厚の1/4位置での鋼板面に平行な(222)結晶面のX線回折強度を測定し、結晶方位がランダムに集積した標準ランダム試料の(222)結晶面のX線回折強度との比で評価した。

また、本発明の鋼板は、マスクなどの他の部材を支えるブラウン管サポートフレームなどの構造材として用いられる場合は、剛性が必要とされるため、板厚を0.30mm超えとすることが好ましい。より好ましくは0.5mm以上である。

4)製造方法
本発明の鋼板は、例えば、上記の成分を有する鋼スラブを、1000〜1180℃に加熱後、910℃以上の仕上温度で熱間圧延し、700℃までの平均冷却速度を30℃/sec以上として700℃以下に冷却し、650℃以下の温度で巻取り、酸洗後、60%以上の圧下率で冷間圧延を行い、800℃以上の焼鈍温度で焼鈍する方法により製造される。

熱間圧延に先立ち鋼スラブは、1000〜1180℃に加熱されるが、これは、加熱温度が1000℃未満だと、910℃以上の仕上温度の確保が困難であり、1180℃を超えると、MnSなどが固溶し、熱間圧延時やその後の巻取り時に微細に再析出し、焼鈍時の粒成長性を阻害するためである。

熱間圧延は、910℃以上の仕上温度で行う必要があるが、これは、仕上温度が910℃未満だと、成分によってはオーステナイト単相域で圧延を終了することができず、オーステナイトとフェライトのニ相域で圧延を終了することになり、熱間圧延後の組織が粗粒となって焼鈍後の(111)結晶面への集積が著しく低下するためである。

熱間圧延後は、組織の細粒化を図り、その後の焼鈍時に(111)結晶面への集積を高めるため、粒成長しやすい700℃までの温度域を急冷し、具体的には少なくとも700℃までの平均冷却速度を30℃/sec以上、好ましくは50℃/sec以上として700℃以下に冷却する必要がある。

図1は、表1に示した成分組成の鋼スラブを用い、熱間圧延の仕上温度を910℃以上と910℃未満に変えた場合について、熱間圧延後の700℃までの平均冷却速度と焼鈍後のr値との関係を調査した結果である。図より、仕上温度を910℃以上とし、冷却速度を30℃/sec以上にすれば、1.6以上の高r値が得られることがわかる。

また、巻取温度は、650℃を超えると熱間圧延後の組織が粗粒となって焼鈍後の(111)結晶面への集積が著しく低下するため、650℃以下とする必要がある。

熱間圧延後の鋼板は、通常の方法で酸洗され、(111)結晶面への集積を高めるために、60%以上の圧下率で冷間圧延する必要がある。より好ましくは70%以上である。

冷間圧延後の鋼板は、(111)結晶面への集積を高めて(222)結晶面のX線回折強度を結晶方位のランダムな試料の(222)結晶面のX線回折強度の8倍以上とするとともに、平均結晶粒径を40μm以上するため、800℃以上の焼鈍温度で焼鈍する必要がある。なお、焼鈍はバッチ焼鈍法で行っても、連続焼鈍法で行っても、本発明の目的は達成できるが、生産性を考慮すると連続焼鈍法が好ましい。

焼鈍後には、ハンドリング性の向上や形状矯正のために調質圧延を行うことができる。調質圧延の伸長率は、磁気特性を劣化させないように、1.5%以下、できる限り低くすることが好ましい。また、鋼板の表面には、耐食性を向上させるために、亜鉛、クロム、ニッケルといった元素を鍍金したり、化成処理などを行うことができる。

表1に示す本発明範囲内の成分を有する鋼スラブAを、1100℃に加熱後、表2に示す条件で熱間圧延を行い640℃まで冷却して巻取って(巻取温度640℃)、板厚3.3mmの熱延板とした。なお、表2に示す冷却速度は仕上温度から700℃までの平均冷却速度である。この熱延板を、酸洗後、64%の圧下率で冷間圧延し、850℃で2minの焼鈍を行い、鋼板No.1〜7の冷延鋼板を製造した。そして、上記の方法で熱間圧延後と焼鈍後の平均結晶粒径および(111)結晶面の集積度を、また、下記の方法でr値と保磁力を測定した。

(i)r値
圧延方向、圧延方向に対して45°方向、および圧延方向に対して90°方向から採取したJIS Z 2201に規定の5号試験片を用いて、JIS Z 2254に規定の方法に準拠して、引張り歪量(付加ひずみ量)15%で圧延方向、圧延方向に対して45°方向、および圧延方向のr値、すなわちrL、rD、rCを測定し、平均のr値=(rL+2rD+rC)/4を算出し、r値とした。

(ii)保磁力
内径33mm、外径45mmのリング形状試験片を採取し、最大励磁磁界796(A/m)で磁気測定を行い、保磁力を測定した。

結果を表2に示す。本発明例である鋼板No.2〜4は、1.6以上のr値と70A/m以下の保磁力を有し、プレス成形性と磁気特性に優れた鋼板であることがわかる。

表3に示す成分を有する鋼スラブB〜Fを、1100℃に加熱後、仕上温度920℃で熱間圧延後、仕上温度から700℃までの平均冷却速度を90℃/secとして640℃まで冷却して巻取って(巻取温度640℃)、板厚3.3mmの熱延板とした。この熱延板を、酸洗後、表4に示す圧下率で冷間圧延し、820℃で3minの焼鈍を行い、鋼板No.8〜15の冷延鋼板を製造した。そして、実施例1と同様に、焼鈍後の平均結晶粒径、(111)結晶面の集積度、r値、保磁力を測定した。

結果を表4に示す。本発明例である鋼板No.9〜11は、1.6以上のr値と70A/m以下の保磁力を有し、プレス成形性と磁気特性に優れた鋼板であることがわかる。

実施例2で製造した本発明例である鋼板No.9と比較例である鋼板No.12から、径60、65、70mmのブランクを打ち抜き、φ33mmの平底パンチでカップ絞り成形を行い、850℃で2時間の磁性焼鈍を行った。このとき、比較例である鋼板No.12では径70mmのブランクをカップ成形できなかった。そして、カップ成形できた試料に対して、カップの開口端より10mm入った側壁部より、内径33mm、高さ5mmのリングを切り出し、実施例1と同様な方法で保磁力を測定した。

結果を表5に示す。本発明例である鋼板No.9を用いた場合は、いずれの絞り比でも問題なくカップ成形でき、磁性焼鈍後に70A/m以下の保磁力が得られ、比較例に比べて低い保磁力となり、磁気特性に優れていることがわかる。本発明鋼板を用いた場合、特に絞り比2.12の強加工であっても70A/m以下の良好な特性を示す。一方、比較例である鋼板No.12を用いた場合、絞り比が小さくても70A/mを超えた保磁力しか得られない。

熱間圧延後の冷却速度と焼鈍後のr値との関係を示す図である。

Claims

質量%で、C:0.005%以下、Si:0.1%以下、Mn:0.1〜0.5%、P:0.1%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.004%以下、N:0.005%以下、O:0.02%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつ平均結晶粒径が40μm以上、鋼板面に平行な(222)結晶面のX線回折強度が標準ランダム試料の(222)結晶面のX線回折強度の8倍以上であることを特徴とする鋼板。
請求項1に記載の成分を有する鋼スラブを、1000〜1180℃に加熱後、910℃以上の仕上温度で熱間圧延し、700℃までの平均冷却速度を30℃/sec以上として700℃以下に冷却し、650℃以下の温度で巻取り、酸洗後、60%以上の圧下率で冷間圧延を行い、800℃以上の焼鈍温度で焼鈍することを特徴とする鋼板の製造方法。