JPH032329A - 連続焼鈍による非時効・高焼付硬化・プレス加工用高強度冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

連続焼鈍による非時効・高焼付硬化・プレス加工用高強度冷延鋼板の製造方法

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JPH032329A
JPH032329A JP13666789A JP13666789A JPH032329A JP H032329 A JPH032329 A JP H032329A JP 13666789 A JP13666789 A JP 13666789A JP 13666789 A JP13666789 A JP 13666789A JP H032329 A JPH032329 A JP H032329A
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浩作 潮田
Osamu Akisue
秋末 治
Naoki Yoshinaga
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、製鋼での真空脱ガスによる脱炭や、高価なN
b、 Tiなどの元素を使用しないで、非時効で高焼付
硬化性(以下、Btl(Bake Hardenabi
lity)と略称する)を有し、かつプレス加工性に優
れたリン添加高強度冷延鋼板を連続焼鈍にて製造する方
法に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、自動車の軽量化や耐プント性向上のために、引張
強度が従来の31C/−前後の軟質冷延鋼板から35〜
40kgf/−級の高強度冷延鋼板が用いられるように
なってきた。
この際、鋼板として具備すべき重要な特性には、強度の
みならず、良好なプレス加工性(低降伏強度、高1値、
高E/)とBH性を維持しつつ耐歪時効特性を有するこ
とである。
さて、従来の自動車外板用高強度鋼板の製造方法には、
i)リン添加Mキルド鋼板を箱焼鈍によって製造する方
法、1i)TiやNbを含有する極低炭素鋼板にリンを
添加した鋼を素材として連続焼鈍法にて製造する方法が
ある。しかし、上記i)の鋼板は、歪時効による材質劣
化はなくプレス成形性も良好であるが、BH性に乏しい
欠点と箱焼鈍に起因する欠点を有する。また、ii)は
製造コストが高価になり、かつ非時効であるもののBH
性が付与され難い欠点を有する。
本発明は、このような課題を解決し、自動車用材料とし
て好ましい特性を存する高強度冷延鋼板の製造方法を提
供するものである。
リン添加Mキルド鋼を素材にして、連続焼鈍にて高強度
冷延鋼板を製造する方法に関して、従来から多くの試み
がある。特開昭60−190525号公報記載の発明は
、35〜45kgf/−級のリン添加高強度鋼板の製造
方法に関するもので、非時効に必須となる過時効中の固
溶Cの低減を、特にリンを含有する銅板ではセメンタイ
トの析出がリンによって阻害されやすい観点に立ち再結
晶焼鈍後ある温度(T)まで急冷し、続いてその温度で
10〜60秒間保定し、結晶粒内に存在するMnS上に
セメンタイトを核生成させその後再加熱とそれに続く徐
冷の過程(過時効処理)でセメンタイトを成長させるこ
とにより達成している。
しかし、本発明者らが詳細に検討した結果、i)セメン
タイトを結晶粒内に核生成させるために急冷終点温度(
T)で保定する効果はあるもののその効果は10秒未満
の保定で充分であり、また1i)10秒以上の保定は工
業的には長すぎるため実際の連続焼鈍ラインには容易に
適用し難(、設備が大型になる、ということが判明した
。また、上記公開公報の実施例において使用している鋼
は、実際にはMnを0.13〜0.33%、Mを0.0
33〜0.046%含有している。しかし、本発明者ら
の検討結果によれば、上記Mn、 N量の範囲において
は、製品は硬質気味となり、また深絞り性の指標である
F値も低いことが判明した。特公昭60−46165号
公報記載の発明も、連続焼鈍における冷却方法と過時効
条件を制御することによりBH性を付与しつつ耐歪時効
性を有する35〜45kgf/−級の高強度冷延鋼板の
製造方法に係わるものである。しかし、本発明者らが詳
細に検討した結果、上記発明は次の2つの基本的な問題
を有する。すなわち、i)上記発明に従って製造される
鋼板はCを0.045〜0.150%含有するため強度
のわりには、降伏強度が高く、伸びが低く、また7値も
低い。したがって、プレス成形性に劣る。1i)一方、
プレス成形性が本発明が対象とするような更に優れたレ
ベルの鋼板においては、clを0.02%以下まで低減
する必要がある。しかし、このような低Cの領域におい
ては、上記公報に記載されているような過時効処理(過
冷却と再加熱処理がない過時効)では、必要な過時効時
間が長くかかり過ぎ現実的でなくなり、到底耐歪時効特
性を付与し得ない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、従来技術のこのような欠点を克服し低炭素M
キルド鋼を素材にして、高焼付硬化能を有しつつ、非時
効で、プレス成形性に優れた高強度冷延鋼板を製造する
方法を提供することを目的とするものである。即ち、本
発明により、35〜40kgf/mj級の強度を保ちつ
つ焼付硬化性として3 kgf/■i以上を有し、耐歪
時効性として、スキンバス後100℃X1時間の人工時
効をしても降伏点伸びが0.2%以下となる高強度冷延
鋼板が得られる。また、プレス成形性として、降伏点強
度YPが22kgf/−以下、伸びJが40%以上、v
値が1.6以上のプレス加工用高強度冷延鋼板が得られ
る。このような、従来にない優れた特性の高強度冷延鋼
板の製造が、本発明によれば連続焼鈍によって可能とな
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の要旨とするところは、重量%でC:0.01〜
0.02%、Si:0.5%以下、Mn : 0.03
〜0.13%、P : 0.025〜0.10%、S 
: 0.015%以下、A7 : 0.04〜0,10
%、N : 0.0025%以下、残部は不可避不純物
以外ばFeから成る低炭素Mキルド鋼スラブを、次式を
満たす温度(ST)950℃≦ST≦7 Mn量 S 
+ 1050℃に均熱して、仕上げ温度がAr3温度以
上で熱間圧延し、630 ”C以上で巻き取り、続いて
冷延・連続焼鈍を行うにあたり、焼鈍・均熱を750〜
880℃、30秒〜2分とし、その後650 ’C以上
の温度から、50℃/ s以上の冷却速度で200〜3
00℃の範囲の温度(Tt)まで象、冷し、T。
で0〜10秒間保定したのち、ひき続き300〜370
℃の間の温度(T8)まで10″C/ s以上で再加熱
し、次いで250〜300℃の間の温度(’r、 )ま
で冷却することにより、30秒以上の過時効処理を行う
ことを特徴とする連続焼鈍による非時効・高焼付硬化・
プレス加工用高強度冷延鋼板の製造方法にある。
以下、本発明の詳細な説明する。
連続焼鈍のように、短時間の焼鈍においても製品板の加
工性と耐歪時効性を確保するためには、新知見に立脚し
た以下の基本的な考え方に従う必要がある。即ち、優れ
た加工性は、i)充分な粒成長と、ii)深絞り性に好
ましいtill)再結晶集合組織の形成によって達成さ
れ、そのためには、Pが0.025〜0.10%添加さ
れた鋼の場合には、最適な(C,Mn) 、  (Aj
、 N)量の組み合わせと、熱延の低温加熱が必須とな
る。一方、B)(性を付与しつつ耐歪時効性を達成する
ためには、比較的短時間の過時効処理の後に固溶Cを2
〜6pp+aの狭い範囲に制御することが必須であり、
これは、セメンタイトの結晶粒内での核生成・成長の速
度論に立脚した最適なヒートサイクルによって達成がは
じめて可能となる。
本発明について、さらに詳細に説明する。
化学成分を限定する理由は次の通りである。
Cは、o、oi%以上、0.02%以下でなければなら
ない。Cが0.02%超となると、製品が硬質化し、ま
たf値も劣化する。これは、Cが0.02%超の鋼では
、i)セメンタイトの体積分率が高くなり硬質化し、ま
たf値も劣化する。ii)さらに、Cが0.02%超と
なると、たとえMn量が0.13%以下となっても、深
絞り性を阻害するMn−C複合体が多量に焼鈍中に存在
するため、(IIN集合組織が発達せず、細粒となるた
めf値も劣化し、硬質化する。一方、0.01%未満の
Cは、耐歪時効性を劣化させるので好ましくない。
Siは、鋼板の強度を向上させるが、反面表面性状を劣
化させることから、外装パネル用には、その上限値を0
.5%とする。
Mnは、熱間脆化対策きして0.03%を下限とする。
また、0.13%超となると、たとえCが0.02%以
下であってもMn−C複合体の濃度が高くなり、f値が
劣化し、また硬質化する。さらに、0.13%以下の低
Mnの場合には、過時効時に粒内のセメンタイトの核と
して重要なMnSの数が0.13%超の材料と比較し、
著しく増加するので、低Mn化は過時効時に結晶粒内の
セメンタイトの核生成を促進するので非時効化にもきわ
めて有利である。
Pは、35〜40kgf/−の強度を確保するために、
0.025〜0.10%が必須である。0.025%未
満のP量では、本発明鋼のように他の元素が少量にコン
トロールされた高純度鋼では、強度を35kgf/−縁
板上に保つことが困難となる。また、o、io%超のP
lとなると、強度が40kgf/−をかなり超え、かつ
溶接性や二次加工性、表面処理性も劣化するので好まし
くない。
Sは、低Mn鋼の熱間脆化対策を防止する点から上限を
0.015%とする。
M量、M量のバランスも加工性の確保の点からきわめて
重要である。すなわち1.lVNは粒成長性を阻害する
ので、全N量を減らすことにより析出するjllJNの
量を少なくするか、冷延前にできるだけ粗大化し無害化
しておくことが好ましい。Nlが0.0025%超では
、7VNの量が多くなり過ぎ、焼鈍板の結晶粒径が細か
くなり硬質化する。また、M量が0.04%未満では、
冷延前にAZNを充分析出させ固定・無害化することが
困難となり硬質化を来す、一方、ulがO,l 0%を
超えると、熱延加熱時にAZNは充分析出粗大化するが
、コスト上昇を招く。
以上の化学成分範囲に調整された溶鋼をスラブとなし、
熱間圧延−巻き取り一冷間圧延一連続焼鈍−調質圧延の
工程を経て製品となす。熱間圧延条件は、本発明におい
てきわめて重要である。まず、スラブを次式で定めた温
度(ST)に均熱したのち熱間圧延する。
950℃≦ST≦7 Mn/ S + 1050℃(1
)圧延仕上げ温度はAr3点以上とし、熱延板の巻き取
りは630℃以上とする。
スラブ加熱温度を上記のように限定する理由は以下の通
りである。本発明鋼は、高強度冷延鋼板の加工性(低Y
P、高7値)を向上させる目的で従来鋼と比較して、低
Mnの鋼となっている。このような場合に問題となるの
が、熱延板端部に発生する耳割れである。本発明者らが
詳細に検討した結果、上記(1)式で示される低温のス
ラブ加熱が耳割れ防止にきわめて有効であることがはじ
めて判明した。したがって、スラブ加熱温度の上限は、
(1)式で示されている如くに制御する必要があり、そ
れを超えると耳割れが発生する。一方、下限は熱間圧延
ミルに依存するが、仕上げ温度をArs点以上に確保で
きる最低の温度であり、本発明では950 ’Cとする
。耳割れ発生限界が(1)式のように決定された理由は
次のように考える。すなわち、高温加熱するとMnSの
溶解度積が小さくなるためMnはSを充分固定すること
が不可能となり、その結果Mnによって固定されないS
がオーステナイト粒界に偏析し、局所的にS濃度が著し
く高くなり、Fe (Sが多量に固溶した溶鋼)→ 7Fe+Fe5(S)  (2) なる共晶反応が988℃で生じ、その温度より高温では
γ粒界に液膜が形成され液膜脆化に基づく欠陥が生じる
また、(1)式で示されるような低温スラブ加熱ならば
、本発明鋼のような高Mを含有する鋼の場合には、AZ
Nが低温加熱中にMnSを核にして析出するという新知
見も得た。そして、このような複合析出物は、従来から
考えられている単独に析出するIVNより充分サイズが
大きいため、焼鈍時に粒成長を阻害しない。したがって
、焼鈍板の加工性を向上させる効果も同時に有する。
巻き取り温度は、630℃未満となると、i)熱延板で
のAZN析出・粗大化が不十分となり、かつ、ij)熱
延板でのセメンタイトが微細分散するので、焼鈍板の1
値が低下し、さらに硬質化もする。したがって、巻き取
り温度は、630℃以上でなければならない。
連続焼鈍の条件は、このような新しい成分系の鋼板に、
プレス成形性を具備しつつBH性を付与し、かつ耐歪時
効性とするために、きわめて重要となる。連続焼鈍の焼
鈍・均熱条件は、750〜880℃130秒〜2分であ
る。上記条件より低温すぎたり短時間すぎたりすると充
分鋼板が焼鈍されないので、加工性が劣化する。一方、
880℃超の高温焼鈍は、焼鈍中にオーステナイト分率
が高くなりすぎ?値が劣化し、また工業的にも通板性や
コストの面で問題となるので好ましくない。
また、均熱時間が2分超となると通板速度が著しく低下
し、生産性がきわめて悪くなる問題が生じる。また、上
記焼鈍から50℃/s以上の冷却速度で急冷を開始する
温度は、過飽和の固溶Cを確保するために650℃以上
が必要となる。なぜならば、650℃未満の温度から象
、冷を開始しても過飽和固溶Cが確保できず耐歪時効性
に劣るからである。冷却速度が50℃/S以上必要とな
る理由も同様である。これらの条件により、Cの過飽和
度が充分維持され結晶粒内に充分の密度のセメンタイト
が析出し得る。
急冷の終点温度およびその温度での保定は、粒内セメン
タイトの密度、そして結果的には固溶C量を決定する重
要な因子であり、本発明の特徴でもあるので検討結果を
用いて詳細に説明する。
第1表に示す本発明の標準的試料を用いて、耐歪時効性
とBH性におよぼす急冷終点温度での保定時間の影響を
調査した。標準的な連続焼鈍ヒートサイクルと得られた
特性値を第1図に示す。
耐歪時効性は、1.5%調質圧延した材料を100”C
X 60分の人工歪時効に供したのち引張試験を実施し
て降伏点伸びで評価した。そして、降伏点伸びが0.2
%以下であれば耐歪時効性が確保されることが軟質冷延
綱板において良く知られている。
このことは、35〜40kgf/−高強度冷延鋼板にお
いても同様であることを別途明らかにしている。
さて、第1図から明らかなように、耐歪時効性を確保し
、BH性を付与するためには、勺、冷終点温度(TE)
での保定の効果は著しいが、保定時間(tえ)が0〜1
0秒あれば充分である。このような保定の効果は、結晶
粒内にセメンタイトを核生成させる役割を有する。また
、この効果は、数秒の保定で飽和し、それ以上保定して
もそれほど効果的でない。また工業的にも、10秒超の
保定をとることは炉の設備が大きくなり設備費が増大し
たり、またラインスピードが低下して生産性が劣るので
好ましくない。したがって、保定時間は0〜10秒とす
る。
保定後、鋼板は再加熱されるが、再加熱速度が10 ’
C/ s未満では、炉の設備が大きくなり過ぎ、工業的
には成立し難い。
次に再加熱温度(Tつ)であるが、T、Iが300℃未
満であれば、折角結晶粒内にセメンタイトの核が形成さ
れても、Cの拡散が充分でないためセメンタイトが成長
できない。また、370℃超になるとCの拡散は充分速
(なりセメンタイトは成長できるが、再加熱温度幅が大
きくなり過ぎ、製造コスト、設備コストが増大する欠点
を有する。
したがって、上限を370℃とする。
次いで、過時効の終点温度(Tr)であるが、T、が2
50℃未満となると過時効時間が短い場合には、残存固
溶Cが多くなり過ぎ耐歪時効性でなくなる。一方、過時
効時間が充分長い場合には、固?VCが減少しすぎて、
BH性が付与できなくなる。また、TFが300℃超と
なると残存固溶Cが多過ぎ、耐歪時効性でなくなる。ま
た、過時効時間が30秒未満では、本発明のような小規
模の過冷却と再加熱、さらに傾斜過時効の技術をもって
しても耐歪時効性が得られない。
〔実施例1〕 第2表に示す化学成分を有する鋼を転炉にて出鋼し、連
続鋳造にてスラブとした後、1150〜1100℃に加
熱し、仕上げ温度が880〜920℃1板厚が4.0 
mmとなるように熱延を行い、続いてランアウトテーブ
ル上での平均冷却速度が20’C/ sとなる冷却を行
い、その後700〜720℃で巻き取った。酸洗後0.
8 mmまで冷延を行い、続いて実験室的に連続焼鈍を
実施した。
連続焼鈍条件は、焼鈍温度:800℃、均熱:50s、
最初の徐冷速度ニア00℃まで7℃/s、急冷速度=1
50〜300℃まで100℃/S、適冷条件=150〜
300″Cで4秒保定、再加熱速度;80℃/ s、傾
斜条件=(再加熱温度(TI)=350℃1傾斜終了温
度(Tr)=270℃、時間=150秒直線的な傾斜)
、TFからは水冷、とした。その後1%のUR質圧延を
加えて、試験に供した。
引張試験は、JIS Z 2201. 5号試験片を用
い、同Z 2241記載の方法に従って行った。1値は
、15%引張ひすみで求めた面内平均である。時効性に
関しては、まず100℃X60分の人工時効後のvp−
aを測定した。BH性は、2%の引張子ひずみ後、17
0″CX20分の塗装焼付相当の熱処理を加え再引張試
験をし、熱処理後の降伏点強度から熱処理前の変形応力
を引いた値である。
試験結果を第2表に示す。本発明鋼は、鋼B。
E、H,Iであり、耐歪時効で高い焼付硬化能を有しプ
レス成形性に優れた35〜40kgf/−の高強度冷延
鋼板である。一方、鋼A、には、clが低すぎるため本
発明のような過時効処理をもってしても耐歪時効性に劣
る。さらにtMKはAllが低すぎNlが多すぎるため
、f値が劣り、またN時効も生じる。鋼C,Jは、Mn
1fiが高すぎるため、f値が低く、かつYPが高い。
さらに、綱Jは鋼によりCiが高いためF(Ii!かさ
らに劣化している。
@Dは、Allが低いため、若干Y値に劣る。綱Fは、
C量が高すぎるため、硬質化している。!1i4Gは、
Nlが多すぎるため、硬質化しかつ?値も劣る。
〔実施例2〕 第3表に示す化学組成を有する鋼を転炉にて出鋼し、連
続鋳造にてスラブとした後、1060℃に加熱し仕上げ
温度が895℃1板厚が4.0 Iinとなる熱延を行
い、続いてランアウトテーブル上で平均冷却速度が20
″C/ sの冷却を行い、その後700℃で巻き取った
。酸洗後0.7Mまで冷却を行い、続いて実験室的に第
2図に示す連続焼鈍を実施した。その後、1%の調質圧
延を加えて、試験に供した。
引張試験は、JIS Z 2201. 5号試験片を用
い、同Z 2241記載の方法に従って行った。本実施
例においては、特に冷却速度(βl)と冷却終点温度(
’r、 )が、耐歪時効特性とB H性におよぼす影響
について示す。ここで、耐歪時効特性に関しては、調質
圧延材に100℃X60分の人工促進時効を施してから
YP−E/を測定することにより評価した。一方、BH
性の評価方法は、実施例1と同様であり、2%の引張子
ひずみ後、170℃X20分塗装焼付相当の熱処理を加
えて再び引張試験をし、熱処理後の降伏点強度から熱処
理前の変形応力を引いた値である。試験結果を第3図、
第4図に示す。第3図から明らかなように、過時効時間
を工業的に問題の生じない150秒に限定すると、終点
温度が250℃の場合には、耐歪時効特性(YP−4J
≦0.2%)を達成するためには、βが50″C/s以
上の急冷となる必要がある。さらに、β、が50℃/ 
s以上でもBHは3kgf/mシ以上付与される。次に
、T、の影響を第4図に示す。
これは、β、が100℃/sの場合である。第4図から
明らかなように、yp−a≦0.2%でかつBH≧3k
gf/1シを満足するためには、T、は200℃以上か
つ300 ’C以下とする必要がある。また、T1が2
00℃未満となると、粒内の炭化物数が多くなりすぎ、
降伏強度も22kgf/−以上となり硬質化する。一方
、T、が300℃超となると、非時効でな(なる。
〔実施例3〕 真空溶解した重量%で、C: 0.016%、Si:0
.01%、Mn: 0.02〜0.25%、P : 0
.07%、S : 0.007%、/V:Q。066%
、N : 0.002%の成分からなるMn/Sが3〜
36の範囲で変化したリン添加低酸素Mキルド相当鋼を
、1050〜1250℃の範囲で1時間均熱したのち、
熱間圧延を行い、室温まで空冷した。仕上げ温度は91
0℃以上であり、最終板厚は4゜Ommである。熱延板
の端部に発生した耳割れ状況を詳細に調査した。第5図
には、耳割れが熱延加熱温度、Mn/S比によっていか
に影響されるかを示す。図から明らかなように、熱延加
熱温度(ST)が、 ST≦7Mn/S+ 1050℃ を満たせば、Mnが低下しても耳割れを回避できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、製鋼に負担をかけず経済的に非時効・
高焼付硬化能を有するプレス加工用の高強度冷延鋼板を
連続焼鈍を用いて製造することができる。その結果、連
続焼鈍の長所、たとえば材質の均一性、高生産性、省力
・省エネルギー、短納期などを享受でき、経済的効果は
極めて大きい。
また、本発明における連続焼鈍は、冷延鋼板のみならず
、溶融ZnメツキやNメツキなど種々の表面処理鋼板を
製造するプロセスにもその効果が発揮されるものである
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は、急冷終点温度における保定の影吉をし
らべるために用いた連続焼鈍サイクルであり、同図働)
は、そのBHおよびyp−aにおよぼす効果を示す図で
ある。第2図は、冷却速度(β1)および急冷終点温度
(T t )の影響をしらべるために用いた連続焼鈍サ
イクルであり、第3図、第4図は各々β1およびTEの
BHおよびYP−E/におよぼす効果を示す図である。 第5図は、熱延板の耳割れ発生状況とMn/S比および
熱延加熱温度との関係を示す図である。 第1図 (Q) (b) 侭定時間 <LE’) (Sec> 第4図 E ℃ 第2図 BI!r間 β。 ’c/sec M/L/δ 比

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 重量%でC:0.01〜0.02%、Si:0.5%以
    下、Mn:0.03〜0.13%、P:0.025〜0
    .10%、S:0.015%以下、N:0.04〜0.
    10%、N:0.0025%以下、残部は不可避不純物
    以外はFeから成る低炭素Alキルド鋼スラブを、次式
    を満たす温度(ST) 950℃≦ST≦7Mn/S+1050℃ に均熱して、仕上げ温度がAr_3温度以上で熱間圧延
    し、630℃以上で巻き取り、続いて冷延・連続焼鈍を
    行うにあたり、焼鈍・均熱を750〜880℃、30秒
    〜2分とし、その後650℃以上の温度から、50℃/
    s以上の冷却速度で200〜300℃の範囲の温度(T
    _E)まで急冷し、T_Eで0〜10秒間保定したのち
    、ひき続き300〜370℃の間の温度(T_R)まで
    10℃/s以上で再加熱し、次いで250〜300℃の
    間の温度(T_F)まで冷却することにより、30秒以
    上の過時効処理を行うことを特徴とする連続焼鈍による
    非時効・高焼付硬化・プレス加工用高強度冷延鋼板の製
    造方法。
JP1136667A 1989-05-30 1989-05-30 連続焼鈍による非時効・高焼付硬化・プレス加工用高強度冷延鋼板の製造方法 Expired - Lifetime JPH0756050B2 (ja)

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