JP5717631B2 - プレス成形性に優れた冷延鋼板の製造方法及び冷延鋼板 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形性に優れた冷延鋼板の製造方法及びその製造方法により製造された冷延鋼板に関する。

携帯電話やノートパソコン等に用いられる液晶のフレーム部品や、自動車エンジン用ガスケット部品等は、冷間プレスで成形されることが多いため、使用される薄板の冷延鋼板はプレス成形性が求められている。
また、ノートパソコンや携帯電話、デジタルカメラに代表される電子部品や自動車エンジン用ガスケットなどの部品においては、軽量化や小型化の要求もあり、これらの部品を軽量化、小型化するためには、鋼板を薄くする必要があり、さらに、同じ強度ではプレス部品としての強度を確保できないため、薄ゲージかつ高強度を有する高強度鋼板を提供する必要がある。
このような技術的背景から、自動車のバンパーやドアの補強部材としての用途向けに、マルテンサイト又はベイナイト組織を有する、引張強度１１８０ＭＰａ以上の超高強度鋼板が提案されている（特許文献１参照）。
また、特許文献２には、連続焼鈍において鋼板を再結晶温度以上に加熱し、均熱後焼鈍、２次冷延を施した、ばね性に優れたガスケット材用冷延鋼板が提案されている。

特許第３２５４１０６号公報 特開平９−１９４９３５号公報

しかし、特許文献１や特許文献２に記載のような高強度鋼板は、高強度化を図ったために延性が低下し、プレス成形時に割れが発生し、プレス成形性に劣っているという問題点がある。
また、高強度熱延鋼板の冷延時において、薄ゲージ化するためには、冷間圧延時の負荷が増大し、作業性の低下と歩留りロスの増加のため生産性が阻害されるという問題点もある。
本発明は、上記課題を解決するため、冷間圧延時の負荷が少なく、しかもプレス成形性に優れた高強度の冷延鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の冷延鋼板の製造方法は、質量％で、
Ｃ：０．１０〜０．３０、
Ｍｎ；０．２以上、
Ｎｉ；０．０１以上、
Ｍｎ＋Ｎｉ：０．５〜２．５、
Ｃｒ：１．２〜９．０、
Ｓｉ；２．０以下、
Ｃｕ；０．５以下、
Ｔｉ；０．３０以下、
残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
引張強度が１０００ＭＰａ以下である熱間圧延鋼板を、酸洗後、合計で６０％以上の圧延率の冷間圧延を行って冷延鋼板とし、
最終の連続焼鈍処理を、均熱温度を７５０℃以上とし、冷却速度を３℃／ｓ〜１００℃／ｓとし、
引張強度が１２８０ＭＰａ以上、破断伸びが３％以上、厚み０．０５〜０．６０ｍｍであることを特徴とする。
（２）本発明の冷延鋼板の製造方法は、前記（１）において、前記熱間圧延鋼板の厚みが１．２〜３．０ｍｍであることを特徴とする。
（３）本発明の冷延鋼板は、質量％で、
Ｃ：０．１０〜０．３０、
Ｍｎ；０．２以上、
Ｎｉ；０．０１以上、
Ｍｎ＋Ｎｉ：０．５〜２．５、
Ｃｒ：１．２〜９．０、
Ｓｉ；２．０以下、
Ｃｕ；０．５以下、
Ｔｉ；０．３０以下、
残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
引張強度が１０００ＭＰａ以下である熱間圧延鋼板を、
酸洗後、合計で６０％以上の圧延率の冷間圧延を行って冷延鋼板とし、
最終の連続焼鈍処理を、均熱温度を７５０℃以上とし、冷却速度を３℃／ｓ〜１００℃／ｓとし、
引張強度が１２８０ＭＰａ以上、破断伸びが３％以上、厚み０．０５〜０．６０ｍｍであることを特徴とする。
（４）本発明の冷延鋼板は、前記（３）において、前記熱間圧延鋼板の厚みが１．２〜３．０ｍｍであることを特徴とする。

本発明によれば、冷間圧延時の負荷を軽減し、高強度かつ延性を確保したプレス成形に優れた冷延鋼板を提供することができる。
また、本発明の冷延鋼板の製造方法によれば、自動車のガソリンエンジンのガスケット、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラの液晶フレームやフレーム部品等に用いる素材として求められる厚さ：０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍ、引張強度：１２８０ＭＰａ以上、破断伸び：３％以上を有する、強度と加工性を同時に備えた冷延鋼板を提供できる。

＜熱間圧延鋼板の成分＞
熱間圧延鋼板の成分は、質量％で、下記の範囲とする。
Ｃ；０．１０〜０．３０、Ｍｎ；０．２以上、Ｎｉ；０．０１以上、Ｍｎ＋Ｎｉ；０．５〜２．５、Ｃｒ；１．２〜９．０、残部；Ｆｅ及び不可避的元素である。
Ｃは、鋼板中にマルテンサイト等低温変態組織を生成させ、高い引張強度を得るに重要な元素である。
少ないと、必要な引張強度が得られないため下限を０．１０とする。一方で多すぎると、熱延及び冷延時の圧延負荷を増大させ、形状劣化等、生産性を阻害するため、上限を０．３０とする。より好ましいＣ範囲は、０．１５〜０．２５である。

本発明において、Ｍｎ及びＮｉは、共に焼き入れ性を高め、連続焼鈍時に低温変態組織を生成させる元素であり、連続焼鈍後の冷延鋼板に高い引張強度を付与する。両成分の合計量が少なすぎると連続焼鈍後に強度が得られないので、下限を０．５とする。一方多すぎると効果が飽和し、また偏析等によって加工性が低下するので、上限を２．５とする。
なお、ＭｎとＮｉのそれぞれの範囲については、Ｍｎは不純物であるＳによる赤熱防止するため０．２０以上含有させることが必要であり、Ｎｉは熱処理後の靭性を確保するため０．０１以上の添加が必要である。Ｎｉは高価であるため、Ｍｎで調整するほうがコスト的には有利である。

Ｃｒもまた焼き入れ性を高める元素であり，連続焼鈍時に低温変態組織を生成させ高い引張強度が得られる。少ないと連続焼鈍後に引張強度が得られないため、下限を１．２とする。多すぎると効果が飽和し，また無駄なコストアップを引き起こすので，上限を９．０とする。より好ましくは２．０〜５．５である。

Ｓｉは、冷延鋼板を高強度化するのに有効な元素であり、その目的を達成するためには多い程良いが、２．０％を超えると冷間圧延の負荷の増大、形状の劣化を招くため上限値を２．０％とする。

Ｐは、結晶粒微細化成分、冷延鋼板の強度を高めることから一定の割合で添加することが望ましいが、一方で結晶粒界に偏析し、脆化を引き起こすため、０．０６％以下とする。

Ｓは、熱延中において赤熱脆性を生じる不純物成分であり、極力少ないことが望ましいが、原料等からの混入を完全に防止することができず、工程中の脱硫も限界があることからある程度の残留もやむをえない。少量の残留Ｓによる赤熱脆性はＭｎにより軽減できるため、Ｓ成分の上限値は０．０６％とする。

Ｃｕは、固溶強化もしくは析出強化によって強度を向上させるため一定量を添加することができるが、一方で熱間圧延時の脆化を引き起こすおそれがある。よって、上限を０．５％とする。

Ａｌは、製鋼に際し脱酸剤として鋼浴中に添加され、固溶Ｎと反応してＡｌＮとして析出し結晶粒の細粒化に寄与する。一方で、０．１０％を超える添加はＮの固定が著しくなり、Ｎの固溶強化が低減するので、０．１０％以下とする。

Ｔｉは、結晶粒の微細化、粒成長抑制、耐食性向上などの効果を有するが、過多に添加しても効果は飽和するので、０．３０％以下とする。

Ｎは、Ｃ，Ｍｎと同様に冷延鋼板に高い強度を与え耐力強化のために必要な成分であるが、０．００２％より少なくすることは製鋼上の困難を生じ、一方で、０．０１５％を超える添加は製鋼時に添加するフェロ窒化物の歩留の低下が著しく、安定性に欠けるとともに、プレス成形時の異方性を著しく劣化させる。
さらに連続鋳造片の表面に割れが生じ、鋳造欠陥となるため、本発明ではＮ成分範囲を０．０１５％以下とすることが望ましい。

＜製造工程＞
以下、本発明の冷延鋼板の製造方法について述べる。
＜製鋼＞
転炉もしくは電気炉で溶解し、上記成分範囲に成分調整してスラブ片とする。
＜熱間圧延＞
成分調整済みのスラブ片を、熱間圧延にて板厚１．２〜３．０ｍｍとする。板厚が薄いと熱間圧延時の負荷増大を引き起こすため下限を１．２とする。また板厚が厚いとその後の冷間圧延時に負荷の増大を引き起こすため上限を３．０とする。
熱間圧延工程においては、上記成分範囲のスラブ片を加熱温度を１１００℃以上とし、巻取り温度を６００℃以上で行う。スラブ片の加熱温度が１１００℃未満では、Ｎの積極的分解固溶が不足すること、熱延負荷が高くなることから好ましくない。
また、巻取り温度は６００℃〜８００℃とする。巻取り温度が低いと熱延鋼板が高強度化を引き起こすので，冷延時に好ましくないため，巻取り温度の下限を６００℃とする。
一方、巻取り温度が８００℃を超えると、熱延時にスケール生成が促進され酸洗での脱スケール時に負荷の増大を引き起こすため、上限を８００℃とする。
上記のような条件で製造された熱延鋼板は、引張強度１０００ＭＰa以下とすることができる。引張強度が１０００ＭＰaを超えると、冷間圧延時の圧延負荷の増大のため好ましくないからである。

＜酸洗＞
熱間圧延時に生成した表面のスケールを常法に従って酸浴中で除去した後、冷間圧延し、連続焼鈍する。
＜冷間圧延＞
冷間圧延は、１回もしくは数回に分けて合計６０％以上の圧延率で，所定の製品厚み０．０５〜０．６ｍｍまで圧延を行う。この厚みが０．０５ｍｍよりも薄くなると、剛性が小さくなり、自動車のガソリンエンジンのガスケット、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラの液晶フレームやフレーム部品等の製品に用いたときに、形状が変形しやすくなり製品の製造ができなくなる場合があるからである。
また、この厚みが０．６ｍｍよりも厚くなると、自動車のガソリンエンジンのガスケット、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラの液晶フレームやフレーム部品等の製品に用いたときに、設計値よりも重量が大きくなったり、小型化が実現できない場合があるからである。

冷間圧延における合計圧延率の上限は特に規定するものではないが、９８％とする。
また、冷間圧延後に、５００℃以上の連続焼鈍もしくは５００℃以上のバッチ焼鈍を行うことによって、加工硬化した圧延板を軟質化させ、再度冷間圧延を行うことが可能である。
冷間圧延の方法や冷間圧延回数は、特に指定するものではないが、目的とする板厚に応じて適宜選択することができる。

＜連続焼鈍＞
連続焼鈍は、冷間圧延時における板の歪みを除去するものであるが、この連続焼鈍は、複数回の冷間圧延を行う場合は、その都度行うことができる。
なお、本発明において、最終の連続焼鈍は、均熱温度７５０℃以上で１ｓ以上１００ｓ以下の均熱保持をする。均熱温度が７５０℃未満では、Ａｅ３変態温度を超えないため十分な引張強度を得ることができない。
また、均熱温度が１０００℃を超えても特に利点が無く、工業的にも無駄であるため，上限を１０００℃とする。
この最終連続焼鈍は、加熱により一部又は全部をオーステナイト化させ、その後の冷却によって、これらをマルテンサイト等に変態させるものである。
本発明においては、このマルテンサイトの量と合金元素の量とによって、所定の強度を得ることができる。

上記均熱温度７５０℃以上で１ｓ以上１００ｓ以下の均熱保持後に，冷却速度３℃／ｓから１００℃／ｓで冷却を行う。この冷却によって、板のオーステナイト組織を、マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイト等の組織とするのである。上記冷却速度が３℃／ｓ未満では、マルテンサイト等の低温変態組織の生成が不十分となり必要な強度が得られない。また、冷却速度が１００℃／ｓを超えると、必要な強度は得られるものの鋼板の形状が悪くなるため，プレス用途などに適さない。

本発明において、連続焼鈍後の冷却速度は、形状確保のために、一般的な水等を用いた焼入れに比べると格段に遅い冷却速度で冷却して低温変態組織を生成させ高強度鋼板を得ることにある。
一般的な焼入れ元素として効果的なオーステナイト安定化元素であるＭｎやＮｉは、上記の冷却速度で必要な強度を得る為には相当量添加する必要あるが、相当量の添加は熱間圧延後に高い強度をもたらし、冷間圧延時負荷を増大させ、生産性を阻害するため、生産コストの増加を引き起こす。
よって、本発明では、Ｍｎ及びＮｉ添加量を比較的少なくし、フェライト安定元素であるＣｒを複合添加することによって、熱間圧延後には比較的軟質で、冷間圧延後の連続焼鈍において高強度鋼板を製造することを可能とし、製造負荷を格段に減らすことができる。

また、最終の連続焼鈍後の冷却後に、必要に応じて６００℃以下の焼戻し処理をすることも可能であるが，本発明は比較的低い冷却速度で焼き入れ組織とするため，冷却時には焼戻し処理と同等な効果も得られ，焼戻し工程の省略が可能である。焼戻し工程を省略できることによって大幅に製造負荷削減に貢献できる。

上記の連続焼鈍によって、本発明の製造方法によって得られる冷延鋼板の引張強度を１２８０ＭＰａ以上とすることができる。このような強度を有することにより、冷延鋼板を自動車のガソリンエンジンのガスケットとして使用する場合、ガス漏れを起こすことがない。
また、軽量化のため板厚を薄くして、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラの液晶フレームやフレーム部品に適用した場合において、特にモバイル用途で使用した場合においても、部品としての剛性を確保することができる。

また、本発明における製造方法によって、冷延鋼板の破断伸びを３％以上とすることができる。延性を示す破断伸びの値は、自動車エンジン用ガスケットや電子部品などの用途としてプレス成形する場合において重要である。破断伸びが３％未満であると、軽度の張り出し加工や、９０°折り曲げ等の加工部に割れが発生しやすくなる。

上記の製造方法によって製造された鋼板は、体積率で６０％以上の、マルテンサイト，焼戻しマルテンサイト，ベイナイト組織等の組織を有し，薄鋼板においても１２８０ＭＰａ以上の高い引張強度を有しかつ延性を確保した鋼板を製造することができる。

＜調質圧延等＞
このようにして得られた鋼板は必要に応じて，表面粗度調節のための調質圧延や、防錆のためのＺｎ，Ｎｉ等の電気めっき及び化成処理を行うことができる。

＜プレス成形＞
本発明の製造方法によって得られた鋼板は、プレス成形用の素材として適用できるが、一般の冷延鋼板とは大幅に強度域が違うため，スプリングバック等に配慮する必要がある。

本発明の冷延鋼板を、実施例及び比較例にてさらに詳細に説明するため、表１に示す試料１〜１８に示す成分のスラブ片を用意した。試料１〜１１，１７，１８は本発明の成分範囲に入るスラブ片であるが、試料１２〜１６は本発明の成分範囲外のスラブ片である。
熱間圧延工程において、試料１〜１８に示す成分に調整されたスラブ片を１２３０℃に加熱して、表２に示す巻取り温度で板厚２．０ｍｍの熱延鋼板を製造した。この熱延鋼板の特性を表２に示す。
次に、この熱延鋼板を酸洗した後、０．５ｍｍまで冷間圧延し、その後、連続焼鈍工程において、均熱温度９００℃として２０ｓ均熱保持後、冷却速度２０℃／ｓで冷却して冷延鋼板とした。この冷延鋼板の特性を表２に示す。
表２から分かるように、実施例１〜１５は、熱延鋼板の引張強度は１０００ＭＰａ以下であり、その後の冷間圧延において目標とする０．５ｍｍまで薄くすることができるとともに、冷延鋼板の引張強度を１２８０ＭＰａ以上、破断伸びを３％以上とすることができた。
なお、実施例３、４については均熱後の冷却速度を、それぞれ３℃／ｓ、１００℃／ｓとして変化させたが、それぞれ、１３２０ＭＰａ、１４０５ＭＰａの引張強度、破断伸び６．２％、６．０％を有する冷延鋼板を得ることができた。

比較例１は、実施例１と同一成分である試料１から製造したものであるが、巻取り温度を４８０℃と低くしたため熱延鋼板の引張強度は１１０８ＭＰａと高くなり、硬いためにその後の冷間圧延において目標とする０．５ｍｍまで薄くすることができず、圧延の荷重と圧延回数を増大させると割れが生じたため冷間圧延を中止した。
比較例２の熱延鋼板は、実施例２〜４と同一成分である試料２から製造したものであるが、巻取り温度を５００℃と低くしたため熱延鋼板の引張強度は１２１６ＭＰａと高くなり、硬いためにその後の冷間圧延において目標とする０．５ｍｍまで薄くすることができず、圧延の荷重と圧延回数を増大させると割れが生じたため冷間圧延を中止した。
比較例３、４は、Ｃが０．１０以下であり、比較例５は、Ｃｒが１．２％以下であり、比較例７は、Ｍｎ及びＮｉが少なくＭｎ+Ｎｉが０．５％以下のため、それぞれ、冷延鋼板の引張強度が１２８０ＭＰａ以下となり、ガスケットやフレーム部品として用いた場合に強度が足りず適用不可であった。
比較例６は、Ｍｎ＋Ｎｉの合計含有量が３．４と多いため、熱延鋼板の引張強度が高くなり、その後の冷間圧延において目的とする厚さである０．５ｍｍにまで圧延することができなかった。具体的には、圧延しても硬いために薄くならないか、圧延の荷重と圧延回数を増大させると割れが生じて生産ができなかった。

本発明によれば、冷間圧延時の負荷を軽減し、高強度かつ延性を確保したプレス成形に優れた冷延鋼板を提供することができ、自動車のガソリンエンジンのガスケット、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラの液晶フレームやフレーム部品等に用いる素材として求められる厚さ：０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍ、引張強度：１２８０ＭＰａ以上、破断伸び：３％以上を有する、強度と加工性を同時に備えた冷延鋼板を提供でき、産業上の利用可能性が極めて高い。

Claims (4)

1. 質量％で、
   Ｃ：０．１０〜０．３０、
   Ｍｎ；０．２以上、
   Ｎｉ；０．０１以上、
   Ｍｎ＋Ｎｉ：０．５〜２．５、
   Ｃｒ：１．２〜９．０、
   Ｓｉ；２．０以下、
   Ｃｕ；０．５以下、
   Ｔｉ；０．３０以下、
   残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
   引張強度が１０００ＭＰａ以下である熱間圧延鋼板を、
   酸洗後、
   合計で６０％以上の圧延率の冷間圧延を行って冷延鋼板とし、
   最終の連続焼鈍処理を、
   均熱温度を７５０℃以上とし、冷却速度を３℃／ｓ〜１００℃／ｓとし、
   引張強度が１２８０ＭＰａ以上、破断伸びが３％以上、厚み０．０５〜０．６０ｍｍとすることを特徴とする冷延鋼板の製造方法。
2. 前記熱間圧延鋼板の厚みが１．２〜３．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の冷延鋼板の製造方法。
3. 質量％で、
   Ｃ：０．１０〜０．３０、
   Ｍｎ；０．２以上、
   Ｎｉ；０．０１以上、
   Ｍｎ＋Ｎｉ：０．５〜２．５、
   Ｃｒ：１．２〜９．０、
   Ｓｉ；２．０以下、
   Ｃｕ；０．５以下、
   Ｔｉ；０．３０以下、
   残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
   引張強度が１０００ＭＰａ以下である熱間圧延鋼板を、
   酸洗後、
   合計で６０％以上の圧延率の冷間圧延を行って冷延鋼板とし、
   最終の連続焼鈍処理を、
   均熱温度を７５０℃以上とし、冷却速度を３℃／ｓ〜１００℃／ｓとし、
   引張強度が１２８０ＭＰａ以上、破断伸びが３％以上、厚み０．０５〜０．６０ｍｍであることを特徴とする冷延鋼板。
4. 前記熱間圧延鋼板の厚みが１．２〜３．０ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の冷延鋼板。