JPH06100979A - 高い張り剛性を有すると共にプレス成形性にも優れるプレス加工用薄鋼板 - Google Patents

高い張り剛性を有すると共にプレス成形性にも優れるプレス加工用薄鋼板

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い張り剛性を有すると共にプレス成形性に
も優れる薄鋼板を提供すること。 【構成】 板厚の５％に当たる位置までの少なくとも一
方の鋼板表層部の組成が、Ｃ＋Ｎ＋Ｂ＝0.007 〜1.0 wt
％で、同様に表面から板厚方向へ向けて板厚３％位置に
おける板面垂直方向の極密度比が〔｛321 ｝＋｛211
｝〕/ ｛100 ｝≧1.2 で、そして板厚方向の両表層部
の各30％を除いた中心部において、Ｃ＋Ｎ＋Ｂ＝0.010
wt％以下の組成を有する高い張り剛性を有すると共にプ
レス成形性にも優れるプレス加工用薄鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車の車体部品な
どとしてプレス成形されるような用途に適する薄鋼板に
関するもので、とくに高い張り剛性を有すると共にプレ
ス成形性にも優れるプレス加工用薄鋼板についての提案
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、プレス加工用薄鋼板というの
は、高延性（高Ｅｌ値）で高深絞り性（高ｒ値）を示す
ことが要求される。これらの特性を付与するためには、
薄鋼板製造時において、鋼の成分組成, 圧延条件あるい
は熱処理条件などを制御する方法が一般的であった。た
とえば、特開昭58−144430号公報に示されている方法
は、Ｃ，Ｓ，Ｎなどの上記特性に害をもたらす不純物元
素を極力低減する方法を提案している。また、このプレ
ス加工用薄鋼板としては、張り剛性に優れているものが
望まれるが、この特性は、同一板厚, 同一成形形状であ
れば、鋼板のヤング率が大きいほど向上することが知ら
れているが、現状は薄鋼板のヤング率を自由に制御する
ことが難しく、実用的ではない。
【０００３】一方、上述した各特性を確保するために、
従来、板厚方向で異なる特性を示すプレス加工用鋼板と
いうものも提案されており、いわゆる浸炭技術を応用す
る方法として知られている。例えば、特開昭58−39736
号公報, 特開昭59−74259 号公報, 特開昭60−149729号
公報, 特開平１−96330 号公報, 特開平３−56644 号公
報, 特開平３−199343号公報および特開平３−253543号
公報などを挙げることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
公報において開示されている従来技術は、いずれも、本
発明が解決しようとする課題と同一の課題に挑戦しよう
とするものではない。すなわち、優れたプレス成形性と
高い張り剛性の向上を同時に実現する方法に関してのも
のではない。
【０００５】本発明の目的は、上記各従来技術では解決
できない課題, すなわち、高い張り剛性を有すると共に
プレス成形性にも優れるプレス加工用薄鋼板を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上掲の目的の実現に有効
な薄鋼板として本発明は、表面から板厚方向へ向けて板
厚の５％に当たる位置までの少なくとも一方の鋼板表層
部において、Ｃ＋Ｎ＋Ｂ＝0.007 〜1.0 wt％の組成を有
し、同様に表面から板厚方向へ向けて板厚の３％に当た
る位置における板面垂直方向の極密度比が〔｛321 ｝＋
｛211 ｝〕/ ｛100 ｝≧1.2 で、かつ板厚方向の両表層
部の各30％を除いた中心部において、Ｃ＋Ｎ＋Ｂ＝0.01
0 wt％以下の組成を有することを特徴とする高い張り剛
性を有すると共にプレス成形性にも優れるプレス加工用
薄鋼板（第１発明）を提案する。
【０００７】また本発明は、上記の構成に加えて、この
薄鋼板の全板厚の平均成分組成が Ｃ：1.0 wt％以下、 Si：2.0 wt％以下、 Mn：3.0 wt％以下、 Ｐ：0.3 wt％以下、 およびＳ：0.1 wt％以下を含み、さらに Cr：0.01〜2.0 wt％、 Ni：0.01〜2.0 wt％、 Mo：0.01〜2.0 wt％、 Ｖ：0.002 〜0.2 wt％、 Ti：0.002 〜0.2 wt％、 Nb：0.002 〜0.2 wt％、 Cu：0.01〜2.0 wt％、 Zr：0.002 〜0.2 wt％、 Sb：0.001 〜0.1 wt％、 Se：0.001 〜0.1 wt％、 Ca：0.001 〜0.1 wt％およびAl：0.001 〜0.2 wt％ のいずれか１種または２種以上を含有し、残部がFeと不
可避不純物である高い張り剛性を有すると共にプレス成
形性にも優れるプレス加工用薄鋼板（第２発明）を提案
する。
【０００８】
【作用】以下に、本発明にかかる薄鋼板の各構成要件に
ついて説明する。 (1) 鋼板表面層のＣ，Ｎ，Ｂ量について； 本発明薄鋼板にあっては、この鋼板表面から、板厚方向
へ向って板厚の５％に当たる位置までの部分（以下、単
に「板厚５％表層部」と略す）の、少なくともいずれか
一方の鋼板表層部における、Ｃ，ＮおよびＢの合計量を
0.007〜1. 0wt％の範囲内とすることが必要である。
以下、このことについてさらに詳しく説明する。
【０００９】さて、発明者らは、 Si 0.01 wt％, Mn
0.20 wt％, Ｐ 0.012wt％, Ｓ 0.006wt％, Al 0.06 wt
％の極低炭素冷延鋼帯(0.7mm板厚) に、浸炭, 浸窒およ
び浸ボロンの各熱処理を行い、このときの鋼板両面にお
ける板厚５％表層部５％のＣ＋Ｎ＋Ｂ量がｒ値に与える
影響について調査した。その結果を図１に示す。なお、
この試験に当たっては、熱処理温度を制御することなど
により、鋼板の表面から板厚方向へ向けて板厚の３％に
当たる位置での、極密度比：〔｛321 ｝＋｛211 ｝〕/
｛100 ｝＝1.2 未満と、2.0 〜3.2 に変化させたときの
影響にあわせて張り剛性を調査した。この張り剛性は、
上に凸の曲率半径1000mmの試料を用いて支点間距離 300
mmとし、支点間の中心に10kgの荷重をかけたときのたわ
み量δ（mm）で評価した。
【００１０】なお、この試験に用いた鋼板のＣ，Ｎ，Ｂ
以外の成分は、全板厚の平均でSi：0.01wt％、Mn：0.20
wt％、Ｐ：0.012 wt％、Ｓ：0.006 wt％、Al：0.06wt
％、Ti：0.03wt％、Nb：0.007 wt％であり、板厚両表層
部30％を除く中心部（70％) のＣ＋Ｎ＋Ｂ合計量は、0.
0045〜0.0067％のものを用いた。
【００１１】一方、同一の鋼成分組成を有する熱延鋼帯
を出発材とし、熱延・冷延条件（温度, 圧下率, 摩擦係
数など）を変化させることにより、板厚方向３％板厚で
の〔｛321 ｝＋｛211 ｝〕/ ｛100 ｝極密度比を変化さ
せる試験を行った。このときの最終処理としては浸炭を
施し、また、板厚５％表層部のＣ量は約0.025 wt％、
（Ｃ＋Ｎ＋Ｂ）＝0.029 wt％とした。また、両側表層部
の30％づつを除く中心部部のＣ＋Ｎ＋Ｂ量は0.0057wt％
であった。
【００１２】図１, ２に示す結果から、板厚５％表層部
のＣ＋Ｎ＋Ｂ量は 0.007wt％〜1.0wt％の範囲において
効果があり、また、板厚方向へ向かって板表面から板厚
の３％に当たる位置（以下、単に「板厚３％位置」とい
う）での極密度比〔｛321 ｝＋｛211 ｝〕/ ｛100 ｝を
1.2 以上とすることにより、高ｒ値（高深絞り性）と高
い張り剛性を兼ね備える鋼板となることが判る。なお、
この板厚３％位置での極密度比については、さらに｛11
1 ｝面, ｛110｝面などとの関連についても調査した
が、上式の関係がもっとも張り剛性およびｒ値を兼備す
る特性を示すものとして最適であることも判った。
【００１３】ところで、上記板厚５％表層部における
Ｃ，ＮおよびＢ合計量の好適範囲は 0.010〜0.9 ％であ
り、また、上記板厚３％位置での極密度比〔｛321 ｝＋
｛211｝〕/ ｛100 ｝の好適範囲は、 1.5以上が好適で
ある。
【００１４】さらに、本発明の薄鋼板は、上記の条件に
加えて、板厚両表層部の各30％を除く中心部 (40％）の
Ｃ，ＮおよびＢ合計量を、 0.010％未満にする必要があ
る。もし、この量を超えて添加すると、プレス成形性や
とくに深絞り性（ｒ値）に悪い影響を与えるようになる
からである。そして、この中心部におけるＣ＋Ｎ＋Ｂ合
計量の好適範囲は、 0.007％以下である。
【００１５】上述したように、本発明の薄鋼板において
は、板厚方向の各部におけるＣ＋Ｎ＋Ｂ合計量およびあ
る特定位置での極密度比を上述したように所定の範囲に
することが有効である。この理由は、明確に解明したわ
けではないが、次のように推定している。それは、Ｃ＋
Ｎ＋Ｂ合計量ついては、表層部５％位置までの部分とそ
れ以外の中心部とでは異なった作用を示すことから区別
して考えた。とくに、板の表層部については、原子結合
のひずみ現象を利用して張り剛性の向上を図ることがで
きるので、この表層部が厚いほど剛性の観点から有利で
ある。ところが、板厚方向の中心部におけるＣ＋Ｎ＋Ｂ
合計量が増加すると、加工性( 深絞り性や張り出し性)
が著しく劣化することが判った。このことから、張り剛
性を改善する観点からは、板厚５％表層部におけるＣ＋
Ｎ＋Ｂ合計量を多くし、加工性改善の観点からは、両表
層部30％を除く中心部におけるＣ＋Ｎ＋Ｂ量は少なめ
（0.010 ％以下）とした。なお、本発明においては、板
厚方向の表層部から中心まで、Ｃ＋Ｎ＋Ｂ合計量を上記
の条件に従うことを前提として連続的に変化させてもよ
い。
【００１６】また、板厚３％位置における極密度比が限
定される理由については、板厚表層部５％位置までの集
合組織が重要である。したがって、板厚５％表層部の代
表的位置を示すものとして板厚３％位置に限定し、この
位置における極密度比を上述の範囲に特定することとし
たのである。なお、板厚３％位置を外れる領域, たとえ
ば中心部での値は特に限定されるものではない。
【００１７】次に、本発明にかかる鋼板の成分組成を限
定する理由について説明する。 Ｃ：Ｃは、板厚方向全域にわたっての平均値で 1.0wt％
を超えると延性の劣化が大きいので 1.0wt％以下とし
た。 Si：Siは、固溶強化元素として有効であるが、2.0 wt％
を超えると加工性とくに延性の劣化と二次加工脆性の劣
化が避けられないので、２wt％以下とする。 Mn：Mnは、固溶強化元素として有効であるが、3.0 wt％
を超えると加工性とくに深絞り性の劣化が大きいので、
３wt％以下とする。 Ｐ：Ｐは、固溶強化元素として有効であるが、0.3 wt％
を超えると二次加工脆性を著しく劣化させるので、0.3
wt％以下とする。 Ｓ：Ｓは、0.1 wt％を超えると耐食性が著しく劣化する
ので、 0.1wt％以下とする。 Al：Alは、脱酸に有効であるので0.001 wt％以上の添加
を必要とするが、0.2wt％を超えて含有させると表面欠
陥が多発するので、0.2 wt％以下とする。 Ti, Nb, Ｖ, Zr：これらの成分は、いずれも炭窒化物形
成元素であり、加工性とくに深絞り性向上に有効である
ので、0.002 wt％以上添加することが好ましい。しか
し、いずれの元素も0.2 wt％を超えて添加するとその効
果が飽和するだけでなく、延性の劣化が大きいので、0.
2 wt％以下とする。 Ni, Ｃu , Cr, Mo：これらの成分は、いずれも固溶強化
元素として有効であり、0.01wt％以上の添加が好ましい
が、2.0 wt％を超えると圧延性が著しく劣化するので、
2.0wt％以下とする。 Sb, Se, Ca：これらの成分はいずれも溶接性や加工性向
上に有効であるので0.001 wt％以上添加することができ
るが、0.1 wt％を超えると浸炭処理などの表層処理を劣
化させるので、0.1 wt％以下とする。
【００１８】次に、本発明薄鋼板を製造する方法につい
て説明する。鋼板の表層部と中心部との成分が異なる鋼
板を製造する方法としては、鋳込みクラッド法や接着法
などの適用が可能であるが、本発明ではこれらのいずれ
の方法も実施可能であり、とくに限定されるものではな
い。例えば、予めＣ＋Ｎ＋Ｂ合計量を0.01wt％未満とし
た素材を準備し、これを焼鈍工程などにおいて浸Ｃ，浸
Ｎ，浸Ｂ処理する方法は好適である。とくに、加工性を
向上するためには、焼鈍, 均熱処理後、浸Ｃなどの上記
処理を連続的に行う方法が生産性等の観点から有利であ
る。
【００１９】また、板厚３％位置での極密度比〔｛321
｝＋｛211 ｝〕/ ｛100 ｝のコントロール, すなわ
ち、この値を 1.2以上とする方法としては、熱間圧延に
おいてＡr3±70℃の温度範囲で合計圧下率50％以上、摩
擦係数0.25以下で圧延する方法などが好適である。ま
た、冷延鋼板については、熱延板を冷間圧延する際に、
最終圧延パスで７％以上の圧下率, 摩擦係数0.12以下で
圧延することが有効である。
【００２０】
【実施例】この実施例は、まずＣ, Ｎ, Ｂ以外の成分組
成を調整した鋼片を準備し、この鋼片を熱間圧延する一
方、一部については、さらに冷間圧延を施して試験板と
した。この試験板の板厚方向の平均Ｃ, Ｎ, Ｂ量は、そ
れぞれ最終製品の両側表層30％部を除く成分( 中心部)
にほぼ近い値のものである。なお、上記熱間圧延は、仕
上圧延の最終3 スタンドにおいてＡr3±45℃の範囲で全
圧下率：55〜65％, 摩擦係数：0.23〜0.12の範囲の条件
で行った。この熱間圧延後の巻取温度は635 〜546 ℃と
した。また、冷延鋼板については、ひき続き、酸洗後冷
間圧延タンデムミルによって、最終圧延パスにて圧下
率：14〜33％,摩擦係数：0.08〜0.11となる条件で圧延
した。これら熱延鋼帯および冷延鋼板について、Ｃの場
合、ＣＯガスを含む雰囲気にて、またＮの場合は NH3ガ
スを含む雰囲気にて、それぞれ表層に浸Ｃ・浸Ｎを行っ
た。冷延鋼板の場合は、 780〜860 ℃の均熱再結晶処理
後、別のゾーンにて浸Ｃ, 浸Ｎ処理した。熱延鋼帯の場
合は、再結晶処理は不要である。なお、浸Ｃ,浸Ｎ処理
の温度は 730〜900 ℃の範囲で、処理時間は20秒〜180
秒とした。浸Ｂについては、炭化けい素を 800〜1000℃
に加熱したゾーンを通過させることによって実施した。
また、溶融亜鉛めっき処理する場合は、焼鈍ゾーンを有
するラインにて加熱処理し、連続して溶融めっき−合金
処理(490〜520 ℃) した。このようにして得られた鋼板
の表層部５％の位置のＣ＋Ｎ＋Ｂ合計量, 両側表層部各
30％を除く中心部（40％) のＣ＋Ｎ＋Ｂ合計量および全
板厚平均成分濃度および材料特性を表１〜表４に示す。
なお、表面から板厚３％位置の極密度比は、Ｘ線法によ
り、機械的特性（ＹＳなど）はＪＩＳ５号試験片より測
定した値である。また、鋼板Ａ３，Ａ９，Ｂ８は、片側
表層のみに硬質相を有するものである。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】表２, 表４に示す結果に明らかなとおり、
本発明例（Ａ１〜Ａ11) では、いずれも高ｒ値（高深絞
り性）を有し、かつ低δ（高張り剛性）であることがわ
かる。
【００２６】また、出発素材を熱延鋼板および冷延鋼板
とし、Zn−Ni電気めっき, 溶融Znめっきなどの表面処理
を施した鋼板（Ａ２，Ａ３，Ａ５，Ａ６，Ａ８）は、上
記プレス加工性および張り剛性に何ら害を及ぼすことが
なく、両特性を兼備する表面処理鋼板を製造できること
が判った。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鋼
板の表層部の化学成分および集合組織を適正化すること
により、優れたプレス成形性と高い張り剛性を兼ね備え
る鋼板を製造することができる。なお、この鋼板は、Zn
めっきなどの表面処理鋼板としても応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】張り剛性および深絞り性におよぼす表層部Ｃ＋
Ｎ＋Ｂ量および極密度比〔｛321 ｝＋｛211 ｝〕/ ｛10
0 ｝の影響を示すグラフである。
【図２】板厚方向表面から３％位置での極密度比〔｛32
1 ｝＋｛211 ｝〕／｛100 ｝と張り剛性（δ）および深
絞り性（バーｒ値）の関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 浩一 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 森田 正彦 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 中川 二彦 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面から板厚方向へ向けて板厚の５％に
    当たる位置までの少なくとも一方の鋼板表層部におい
    て、Ｃ＋Ｎ＋Ｂ＝0.007 〜1.0 wt％の組成を有し、同様
    に表面から板厚方向へ向けて板厚の３％に当たる位置に
    おける板面垂直方向の極密度比が〔｛321 ｝＋｛211
    ｝〕/ ｛100 ｝≧1.2 で、かつ板厚方向の両表層部の
    各30％を除いた中心部において、Ｃ＋Ｎ＋Ｂ＝0.010 wt
    ％以下の組成を有することを特徴とする高い張り剛性を
    有すると共にプレス成形性にも優れるプレス加工用薄鋼
    板。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の薄鋼板において、全板
    厚の平均成分組成が Ｃ：1.0 wt％以下、 Si：2.0 wt％以下、 Mn：3.0 wt％以下、 Ｐ：0.3 wt％以下、 およびＳ：0.1 wt％以下を含み、さらに Cr：0.01〜2.0 wt％、 Ni：0.01〜2.0 wt％、 Mo：0.01〜2.0 wt％、 Ｖ：0.002 〜0.2 wt％、 Ti：0.002 〜0.2 wt％、 Nb：0.002 〜0.2 wt％、 Cu：0.01〜2.0 wt％、 Zr：0.002 〜0.2 wt％、 Sb：0.001 〜0.1 wt％、 Se：0.001 〜0.1 wt％、 Ca：0.001 〜0.1 wt％およびAl：0.001 〜0.2 wt％ のいずれか１種または２種以上を含有し、残部がFeと不
    可避不純物である高い張り剛性を有すると共にプレス成
    形性にも優れるプレス加工用薄鋼板。
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