JP4904887B2

JP4904887B2 - Ｎｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法

Info

Publication number: JP4904887B2
Application number: JP2006094382A
Authority: JP
Inventors: 崇山内
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007270181A

Description

本発明は、Ｎｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法に係わり、詳しくは、Ｎｂを含有する極低炭素鋼を素材に合金化溶融亜鉛めっきを施すに際し、該素材の焼付け硬化性を従来より向上させた合金化溶融亜鉛めっき鋼板とする技術に関する。

近年、自動車の車体には、成形時には低強度で加工性に優れ、塗装焼付け処理後に大きな強度上昇を示す特性（以下、焼付け硬化性という）を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板が多用されている。この焼付け硬化性は、ＪＩＳ規格：Ｇ３１３５にあるように、ＢＨ量（ＢａｋｅＨａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙの略）で評価され、その値が大きいほど「焼付け硬化性」が大きい。また、ＢＨ量は、試験片を後述の塗料焼付け相当処理後に引張試験をして得た降伏応力から予歪み付与時の応力を差し引いた値である。そして、従来は、鋼板の化学成分である炭素（記号：Ｃ）濃度及び炭素と結合して炭化物を生成するＮｂ濃度を変化させることで、ＢＨ量を調整していた。つまり、より大きいＢＨ量を得るために、鋼中の炭素濃度に対するＮｂ濃度の比率を小さく保ち（例えばＮｂ／Ｃの原子比を１未満とする）、鋼中で炭化物を生成しない炭素（所謂「フリー炭素」）を鋼中に多く残存させるといった技術である（例えば、非特許文献１参照）。
鉄と鋼、ｖｏｌ．８９（２００２）Ｎｏ．１１，ｐａｇｅ１０９〜１１１

上記した従来のＢＨ量を調整する方法は、工業的にも簡単に実施できるが、極低炭素鋼（Ｃ＜１００ｐｐｍ）を対象とすると、炭素濃度のばらつきが大きいので、Ｎｂ量を一定量添加しても前記Ｎｂ／Ｃ原子比のばらつきが大きく、必然的にＢＨ量も大きくばらつくという問題があった。また、当該方法で、より大きいＢＨ量を得るには、鋼中の炭素濃度に対するＮｂ濃度の比率を小さく保ち（例えば、Ｎｂ／Ｃの原子比：０．７〜０．８）、鋼中のフリー炭素の濃農を高く保つ必要がある。そのため、溶鋼の精錬段階では、該溶鋼中の炭素濃度、Ｎｂ濃度をできるだけ狭い範囲に収まるように調整するが、その溶鋼の鋳造段階で、モールドパウダー等からの炭素供給による炭素ピックアップ、又はその後の熱間圧延段階の直前にスラブを再加熱時した際の浸炭等の影響によって、圧延後の鋼板中炭素濃度が変動し、その結果として、該鋼板のＮｂ／Ｃ原子比が０．６〜１．０と大きくばらつき、ＢＨ量の変動幅も大きくなってしまう。

なお、鋼板のＮｂ／Ｃ原子比は、その値が小さければ小さいほど、鋼板中でＮｂＣとして存在しないフリーな炭素濃度が高いことから、より大きいＢＨ量が得られるのである。

しかしながら、鋼板のＮｂ／Ｃ原子比が０．７未満となると、該鋼板をプレス加工した際にフリーの炭素が著しく多い部位が局部的に延びて、「ストレッチャー・ストレイン」と称される「しわ状の表面欠陥」の発生頻度が高くなるという別の問題が生じる。その為、対策として、上記従来の技術では、溶鋼の鋳造段階及び鋳片の熱間圧延段階での炭素濃度ピックアップを配慮し、溶鋼の取鍋精錬時に、Ｎｂ／Ｃ原子比の下限値を０．９程度に制限しなければならず、その結果、鋼板のＢＨ量をあまり増大できないという問題もあった。

本発明は、かかる事情に鑑み、Ｎｂ／Ｃ原子比の如何にかかわらず、従来よりＢＨ量を大きくできるＮｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、加熱帯及び冷却帯からなる竪型焼鈍炉、並びにめっき槽を備えた連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインに、熱間圧延を経た化学組成がＣ≦０．００１５質量％、Ｓｉ≦０．１０質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．１００質量％、Ｐ：０．０２０〜０．１００質量％、Ｓ≦０．０１５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．０２０質量％を含有し残部鉄および不可避的不純物からなる極低炭素鋼帯を通板し、溶融亜鉛めっきを施すに際し、前記鋼帯のＮｂ／Ｃ原子比を０．７以上にすると共に、該鋼帯の冷却帯出側での温度を５５０℃以下にして、前記冷却帯内で該鋼帯が７００〜５５０℃の範囲にある時の冷却速度を４０℃／秒超えにすることを特徴とするＮｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法である。この場合、前記鋼帯のＮｂ／Ｃ原子比を０．７〜１．０とするのが好ましい。

また、本発明は、加熱帯及び冷却帯からなる竪型焼鈍炉、並びにめっき槽を備えた連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインに、熱間圧延を経た化学組成がＣ≦０．００１５質量％、Ｓｉ≦０．１０質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．１００質量％、Ｐ：０．０２０〜０．１００質量％、Ｓ≦０．０１５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．０２０質量％を含有し残部鉄および不可避的不純物からなる極低炭素鋼帯を通板し、溶融亜鉛めっきを施すに際し、
前記鋼帯のＮｂ／Ｃ原子比を０．７未満にすると共に、該鋼帯の冷却帯出側の温度を６５０〜６８０℃とすることを特徴とするＮｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法である。

さらに、上記の本発明では、前記鋼帯のめっき槽への浸入時温度を４５０〜４８０℃に保持するように、前記冷却帯の通過後に該鋼板を保温するのが好ましく、また、前記溶融亜鉛めっき鋼板をさらに加熱して合金化するのが一層良い。

本発明によれば、極低炭素鋼板を素材に３４０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板のＢＨ量を従来の平均２４ＭＰａから３５ＭＰａまで増大することが可能となる。また、ＢＨ量のばらつき（１σで評価）を従来の６ＭＰａから３ＭＰａまで減少させることが可能となる。さらに、鋼板中のＮｂ濃度に対して炭素濃度が高く、Ｎｂ／Ｃ原子比が０．７未満となった場合に散発していたストレッチャー・ストレイン欠陥の発生を抑止することもできた。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

まず、発明者は、Ｎｂ／Ｃ濃度及びフリー炭素濃度の他にも、鋼材中のＮｂＣ生成量に影響する因子があると考えた。そして、図３に示すような加熱帯５及び冷却帯６からなる竪型焼鈍炉、並びにめっき槽８を備えた連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインで溶融亜鉛めっき鋼板を連続的に製造する全工程を見直し、素材である鋼帯１（以下、単に鋼板１という）を溶融亜鉛浴のめっき槽８へ浸入させる前の焼鈍段階での加熱帯５出側の温度及び加熱帯５から冷却帯６出側までの該鋼帯１の冷却速度に着眼した。一般的に、ＮｂＣが析出する温度領域は５５０〜７００℃とされているからである。

そして、発明者は、この溶融亜鉛めっきする前の鋼板１の加熱帯５（例えば、ラジアント・チューブによる間接加熱方式で平均８５０℃に加熱する）から溶融亜鉛浴のめっき槽８に浸入させる前に冷却帯６（例えば、空冷方式で冷却する）で４５０〜４８０℃まで冷却する過程において、鋼板１が前記ＮｂＣの析出温度領域（５５０〜７００℃で、以下、ＮｂＣ析出温度領域という）を通過する時間を極力短くすることについて検討した。

その結果、具体的には、加熱帯から抜き出た鋼板を冷却帯にて冷却するに際し、図１のステップ２に示すように、該冷却帯出側での鋼帯の温度を従来の６３０℃から５５０℃にして、鋼板１の冷却速度を増大させたのである（なお、図１の破線は、従来法の結果であり、ステップ２は比較のために行った一例である）。これにより、鋼板がＮｂＣ析出温度領域を通過する際の冷却速度は、従来の３５〜４０℃／秒から４０℃／秒超え、好ましくは５０℃／秒以上に増大し、ＮｂＣ析出温度領域の通過時間は、従来の１１秒から５〜８秒にまで短縮することができ、且つ鋼板１の平均ＢＨ量は、平均値で従来の２４ＭＰａから３５ＭＰａへと増大することが可能となった。

そこで、発明者は、引き続き詳細に検討を重ね、前記冷却帯出側での鋼板１の温度を５５０℃以下にすること、該鋼板１が７００〜５５０℃の範囲にある時の前記鋼板１の冷却速度を５０℃／秒以上にすることを満たせば、時効硬化で目的が達成できると確信し、これらを要件に本発明を完成させたのである。

なお、冷却帯の雰囲気温度を５５０℃以下とした理由は、５５０℃未満でＮｂＣが析出しないことで、鋼板中にフリーのＣ（所謂「フリーＣ」）が多く残存するためである。また、鋼板１が７００〜５５０℃の範囲にある時の前記鋼板の冷却速度を４０℃／秒超えとしたのは、４０℃／秒以下ではＮｂＣ析出温度域を通過する時間が長くなるので、ＮｂＣが多く析出することで、フリーＣが減少し、ＢＨ量が低下するためである。

この場合、冷却帯出側での鋼板１の温度は、めっき槽８へ浸入前の鋼板温度の下限値によって制限されるが、十分なＢＨ量を得る為には、冷却帯出側での鋼板温度を５００℃以下にまで低下させ、その後の通過領域で鋼板の温度を一定に保ち、溶融めっき前の鋼板温度を目標とする４５０〜４８０℃に保つべく、保温機能を有るヒーターを設けても良い。

次に、発明者は、上記したように、鋼板１の冷却速度を増加させて、該鋼板１が７００〜５５０℃の範囲にある時間を５〜８秒に短縮すれば、鋼板のＢＨ量を調整できるので、鋼板の化学組成に応じて冷却速度を増減するか、必要に応じて加熱炉の温度を増減れば、鋼板のＢＨ量を調整できると考えた。そして、鋼板のＮｂ／Ｃ原子比が０．７未満の範囲の場合には、冷却帯の雰囲気温度を６００℃±３０℃程度に保つと、フリー炭素の濃度の増大による「ストレッチャー・ストレイン」欠陥の発生が防止できることを見出し、このことも本発明に加えることにした。また、鋼板のＮｂ／Ｃ原子比を０．７〜１．０とした場合には、前記した発明の効果が一層大きくなった。さらに、鋼板のＮｂ／Ｃ原子比を１．０超えにした場合には、冷却帯出側の鋼板温度を低下するに加えて、加熱帯出側での鋼板温度を現状の８５０℃から８５５〜８８０℃まで増大させることも考えた。８５５〜８８０℃としたのは、８５５℃に昇温すると、鋼中のＮｂＣ溶解量が増加を開始するからであり、８８０℃超えではその効果が飽和し、それ以上の昇温が無駄になるからである。加えて、本発明では、めっき後の鋼板をさらに加熱して、めっき層の亜鉛を鉄と合金化するのが好ましい。

図３に示したような加熱帯５及び冷却帯６、並びにめっき槽８からなる竪型焼鈍炉を備えた連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造ライン（合金化炉は図示せず）で、サイズが板厚：０．６〜１．０ｍｍｔ、板幅：６００〜２０００ｍｍの合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。素材は、熱間圧延を経た化学組成がＣ≦０．００５０質量％、Ｓｉ≦０．１０質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．１００質量％、Ｐ：０．０２０〜０．１００質量％、Ｓ≦０．０１５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．０２０質量％の極低炭素鋼板である。その際、操業は、本発明に係るＮｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法（４通り）と従来の調整方法を適用した場合の５通りで行った。なお、めっき及び合金化の条件は、通常の操業条件通りとした。操業結果を表１に示す。

本発明の適用では、冷却帯の雰囲気温度をラジアント・チューブで間接冷却して、鋼板１の冷却帯６出側での温度を５４０〜５５０℃にし、従来法の適用では、６４０〜６５０℃とした。また、加熱帯５出側での鋼板１の温度は、本発明では、８６０〜８７０℃に、従来法では８３０〜８５０℃とした。

その結果、本発明の適用では、表１の実施例１に示したように、鋼板１の冷却速度が３７〜３８℃／秒から５６〜５８℃／秒に増加した。これら操業の成績は、得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板のＢＨ量及びその標準偏差で評価した。つまり、図２に示すように、従来法では、平均で２４ＭＰａであったＢＨ量が、本発明の適用で３５ＭＰａに向上していた。また、ＢＨ量の標準偏差も、従来法の６ＭＰａより３ＭＰａに低減し、ＢＨ量のばらつきも低減していた。

表１には、実施例１の操業条件及びＮｂ／Ｃ原子比の異なる材料で行った結果（実施例２）、及びＮｂ／Ｃ原子比が１．３の場合で加熱帯温度を８６０〜８７０℃に増大した時の結果（参考例）を示す。また、逆にＮｂ／Ｃ原子比が０．７未満となった場合に、冷却帯温度を従来よりも高く（６７０〜６８０℃）した時の結果も示す（実施例３）。

これらの結果より、Ｎｂ／Ｃ原子比が０．９であり、冷却帯温度を５５０℃未満とした時のＢＨ量が最も高い。また、Ｎｂ／Ｃ原子比が１．０を超える場合は、加熱帯温度を従来よりも高く、逆にＮｂ／Ｃ原子比が０．７未満の場合は、冷却帯温度を増大させることで、ＢＨ量を工程法（従来）より高くすることが可能となる。

なお、ＢＨ量の測定は、塗料焼付け相当処理後の引張試験（ＪＩＳＧ３１３５）で測定した降伏応力から予歪み付与時の応力を差し引いて求めた。また、塗料焼付け相当処理は、鋼板から得た試験片をオイル・バスに１７０℃×２０ｍｉｎの条件で浸漬することである。

焼鈍炉内における鋼板のヒートパターンを、本発明に係るＮｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法と従来の調整方法を適用した場合で比較した図である。製造した合金化溶融亜鉛めっき鋼板のＢＨ量の頻度分布を示す図であり、（ａ）は従来法により製造した場合を、（ｂ）は本発明により製造した場合である。連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインを説明する図である。

符号の説明

１コイル状の鋼帯（鋼板）
２溶接機
３台車
４フラックス処理装置
５加熱帯
６冷却帯
７スナウト
８めっき槽

Claims

加熱帯及び冷却帯からなる竪型焼鈍炉、並びにめっき槽を備えた連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインに、熱間圧延を経た化学組成がＣ≦０．００１５質量％、Ｓｉ≦０．１０質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．１００質量％、Ｐ：０．０２０〜０．１００質量％、Ｓ≦０．０１５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．０２０質量％を含有し残部鉄および不可避的不純物からなる極低炭素鋼帯を通板し、溶融亜鉛めっきを施すに際し、
前記鋼帯のＮｂ／Ｃ原子比を０．７以上にすると共に、該鋼帯の冷却帯出側での温度を５５０℃以下にして、前記冷却帯内で該鋼帯が７００〜５５０℃の範囲にある時の冷却速度を４０℃／秒超えにすることを特徴とするＮｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法。
前記鋼帯のＮｂ／Ｃ原子比を０．７〜１．０とすることを特徴とする請求項１記載のＮｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法。
加熱帯及び冷却帯からなる竪型焼鈍炉、並びにめっき槽を備えた連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインに、熱間圧延を経た化学組成がＣ≦０．００１５質量％、Ｓｉ≦０．１０質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．１００質量％、Ｐ：０．０２０〜０．１００質量％、Ｓ≦０．０１５質量％、Ｎｂ：０．００５〜０．０２０質量％を含有し残部鉄および不可避的不純物からなる極低炭素鋼帯を通板し、溶融亜鉛めっきを施すに際し、
前記鋼帯のＮｂ／Ｃ原子比を０．７未満にすると共に、該鋼帯の冷却帯出側の温度を６５０〜６８０℃とすることを特徴とするＮｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法。
前記鋼帯のめっき槽への浸入時温度を４５０〜４８０℃に保持するように、前記冷却帯の通過後に該鋼板を保温することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＮｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法。
前記溶融亜鉛めっき鋼板をさらに加熱して合金化することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＮｂを含有する極低炭素鋼の焼付け硬化性調整方法。