JPH06271978A - 非時効性深絞り用薄鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、常温非時効性深絞り用薄鋼板およ
びその製造方法を提供する。 【構成】 ＴｉやＮｂなどの高価な炭窒化物形成元素を
添加しない単純な極低炭素鋼をベースに上記目的を達成
するには、Ｃ量を０．０００１〜０．００１５％に制御
して非時効化し、かつＣｒ量、Ｐ量、Ｂ量の最適化およ
び熱間圧延の制御により深絞り性を確保する。また、塗
装焼付硬化性と、良好な耐二次加工脆化性も有する。 【効果】 従来のＴｉやＮｂを添加した極低炭素鋼と比
較して、（１）製造コストが廉価、（２）軟化焼鈍温度
が低い、（３）表面品位が良好、などの利点があり、ま
た、地球資源の確保にも寄与する効果をもつ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非時効性深絞り用薄鋼
板とその製造方法に関する。本発明が係わる薄鋼板と
は、自動車部品、家庭電気製品、建物などのプレス加工
用途を対象とするもので、冷延鋼板と、防錆のために例
えばＺｎめっきや合金化Ｚｎめっきなどを施した表面処
理鋼板の両方を含む。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼の真空脱ガス処理の最近の進歩によ
り、極低炭素鋼の溶製が容易になった現在、良好な加工
性を有する極低炭素鋼板の需要は益々増加しつつある。
従来の極低炭素鋼板としては、鋼中の侵入型固溶元素
（Ｃ，Ｎ）と強い引力の相互作用を持ち、炭窒化物を容
易に形成するＴｉおよびＮｂのうち少なくとも１種を含
有させることはよく知られている。侵入型固溶元素の存
在しない鋼（ＩＦ鋼：Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｆｒ
ｅｅ Ｓｔｅｅｌ）は、歪時効や加工性を劣化させる原
因となる侵入型固溶元素を含まないので、非時効で極め
て良好な加工性を有する特徴がある。さらに、ＴｉやＮ
ｂの添加は粗大化しやすい極低炭素鋼の熱間圧延板の結
晶粒径を細粒化し、冷延焼鈍板の深絞り性を改善するの
に重要な役割も持つ。しかし、ＴｉやＮｂを添加した極
低炭素鋼は次のような問題点を有する。第一に、極低炭
素化のための真空処理コストに加え、高価なＴｉやＮｂ
の添加を必要とするために製造コストが高くつく点であ
る。第二に、ＴｉやＮｂを添加すると再結晶温度が高く
なるので、高温焼鈍が必須となり、通板時のヒートバッ
クルや板破断の発生、エネルギー消費量が多い、などの
問題がある。第三に固溶のＣが存在しないために結晶粒
界の強度が低下し、二次加工時に脆性割れを起こすとい
う問題がある。特に、Ｐを多く含む高強度鋼板において
はこの問題が顕在化する。第四に、酸化物形成傾向の強
いＴｉやＮｂが添加された極低炭素鋼においては、酸化
物系介在物に起因するキズが発生しやすいという問題が
ある。

【０００３】ＩＦ鋼のこのような問題を解決する目的
で、従来から多くの研究開発が行われてきた。例えば、
特開昭５９−８０７２７号公報、特開昭６０−１０３１
２９号公報、特開平１−１８４２５１号公報などには、
上記の問題を引き起こすＴｉやＮｂなどの元素を添加せ
ず、Ｃ量が０．００１５％以下の領域を含む冷延鋼板お
よびその製造方法が開示されている。しかし、Ｃ量が
０．００１５％以下の領域となると、熱間圧延板の結晶
粒径が粗大となり、時には板厚方向に長く伸びた極めて
粗大な柱状晶となることがある。このような粗大結晶粒
を持つ熱間圧延板を冷間圧延・焼鈍の素材に用いると製
品板のｒ値は極低炭素鋼にもかかわらずむしろ劣化す
る。特に圧延方向から４５度のｒ値が低下する。そし
て、異方性が大きくなるために二次加工脆化も顕在化す
る。この新たな問題に対して、特開昭５９−９３８３４
号公報においては、Ｃ量が０．００２０％以下の極低炭
素鋼を対象に（Ｎｉ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）の添加と熱間圧延の
圧下スケジュールを適正化することにより熱間圧延板結
晶粒径の粗大化を防止し、ｒ値の面内異方性を改善する
方法を開示している。また、特開平１−１８８６２８号
公報、特開平１−１８８６２９号公報に、Ｃ量が０．０
０１０〜０．００３０％の極低炭素鋼を対象に熱間圧延
後の冷却制御により製品板のｒ値を改善する方法が開示
されている。これらの改善技術によって熱間圧延板結晶
粒径の粗大化を防止する効果はそれなりに発揮される。
しかしながら、これらの技術を適用しても熱間圧延板の
結晶粒径を常に安定して得る点でやや難点がある。ま
た、ＴｉやＮｂを含有しない極低炭素鋼にＣｒを添加す
る考えは、上述した特開昭５９−９３８３４号公報以外
にも、特開昭６０−５０１５２号公報、特開昭６０−１
８４６６９号公報、特開昭６０−１９７８４６号公報、
特開昭６２−１８４５号公報、特開昭６３−７２８３０
号公報において開示されている。しかし、これらは必ず
しも熱間圧延板の結晶粒径の粗大化を防止するために添
加されているわけではなく、開示された条件だけでは、
結晶粒の細粒化は効果的に達成されない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ｔｉ
やＮｂなどの高価な炭窒化物形成元素を添加しない単純
な極低炭素鋼板において、安定した熱間圧延板結晶粒径
の細粒化を達成し、非時効性の深絞り用薄鋼板およびそ
の製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用】本発明者ら
は、単純な極低炭素鋼において、熱間圧延板の結晶粒径
を細粒化する方策について検討を加えた結果、１）Ｃ
ｒ、ＰおよびＢの添加が効果的であり、特にＣｒ＋２０
Ｐ≧０．２％でその効果が著しいこと、２）Ｃ量が０．
００１５％以下のこのような鋼においては、熱間圧延終
了後０．５秒以内に５０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷
却すると、さらに細粒化することを見出した。

【０００６】本発明は、このような新知見に基づいて構
成されたものであり、その要旨は以下のとおりである。 （１） 重量％で、Ｃ：０．０００１〜０．００１５
％、Ｓｉ：１．２％以下、Ｍｎ：０．０１〜３％、Ｐ：
０．０１〜０．１５％、Ｃｒ：０．１〜３％、かつＣｒ
＋２０Ｐ≧０．２％、Ｓ：０．００１０〜０．０２０
％、Ａｌ：０．００５〜０．１５％、Ｎ：０．０００１
〜０．００８０％、Ｂ：０．０００１〜０．００２０％
を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるフェ
ライト単相整粒組織を有する非時効性深絞り用薄鋼板。

【０００７】（２） 前項１に記載の化学成分よりなる
スラブを熱間圧延において（Ａｒ₃変態温度−１００
℃）以上で仕上げ、その直後０．５秒以内に５０℃／ｓ
ｅｃ以上の冷却速度で７５０℃以下まで急冷し、６００
〜７５０℃で巻取り、７０％以上の圧延率で冷間圧延を
行い、その後に６００〜９００℃で連続焼鈍することを
特徴とするフェライト単相整粒組織を有する非時効性深
絞り用薄鋼板の製造方法。

【０００８】以下、本発明について詳細に説明する。 Ｃ：Ｃは、製品の材質特性を決定する極めて重要な元素
である。Ｃ量が上限の０．００１５％超となると、もは
や常温で非時効性を確保できなくなるので、上限を０．
００１５％とする。一方、Ｃ量が０．０００１％未満と
なると、二次加工脆化が発生する。また、製鋼技術上極
めて到達困難な領域であり、コストも著しく上昇する。
したがって、下限は０．０００１％とする。好ましく
は、０．０００５〜０．００１０％の範囲がよい。

【０００９】Ｓｉ：Ｓｉは安価に強度を上昇させる元素
であり、強化に用いる際には、０．０５％以上添加する
とよい。しかし、１．２％超となると化成処理性の低下
や、めっき性の低下などの問題が生じるので、Ｓｉの上
限を１．２％とする。通常は、０．０５％以下でよい。 Ｍｎ：Ｍｎは強度を上昇させるのに有効な元素であり、
また熱間圧延時の割れを防止する役割も持つ。割れ防止
のためには、０．０１％以上が必要である。一方、Ｍｎ
量が３％超となるとｒ値が低下する。

【００１０】Ｃｒ、Ｐ、Ｂ：Ｃｒ、Ｐ、Ｂは本発明にお
いて最も重要な構成要素である。すなわち、本発明のよ
うにＣ量が０．００１５％以下の超極低炭素鋼の熱間圧
延板結晶粒径を細粒化して目的を達成するためには、Ｃ
ｒ≧０．１％、Ｐ≧０．０１０％、かつＣｒ＋２０Ｐ≧
０．２％、Ｂ：０．０００１〜０．００２０％の範囲に
添加することが必須である。また、Ｃｒ、Ｐは、Ｓｉ、
Ｍｎと同様に強度を上昇させるのに有効な元素である。
Ｃｒの添加量が３％超となるとｒ値が低下し、さらに化
成処理性やめっき性を劣化するので、その上限は３％と
する。また、Ｐの添加量が０．１５％超になると、冷間
圧延性や二次加工性を劣化させるので、その上限を０．
１５％とする。Ｂは、０．０００１％以上の添加で細粒
化の効果があるが、０．００２０％超となると逆にｒ値
が低下したり、スラブ割れを引き起こしたりするので、
その上限は０．００２０％とする。通常は、Ｃｒ：０．
２〜１．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｂ：０．０００２
〜０．００１０％でよい。これらの作用効果はまだ不明
であるが、これらの元素の添加はγ域での再結晶を抑制
し、かつγ→α変態温度を低下させることにより変態の
核生成頻度を増加させたり、変態α粒の成長を抑制した
りして、細粒化を達成するものと推察される。

【００１１】Ｓ：Ｓ量は、０．００１０％未満になると
製造コストが上昇するので、０．００１０％を下限値と
する。一方、０．０２０％超になるとＭｎＳが数多く析
出して加工性が劣化するので、０．０２０％を上限値と
する。しかしながら、Ｓは熱間圧延板の結晶粒の粗大化
防止の役割も有するので、好ましくは０．００７％以上
で０．０１５％以下とする。

【００１２】Ａｌ：Ａｌは脱酸調整およびＮの固定のた
めに使用するが、０．００５％未満では安定してこれら
の作用効果を得ることが困難となる。一方、０．１５％
超になるとコスト上昇を招く。したがって、０．００５
〜０．１５％とする。有効にＮの固定化をはかるために
は、０．０４〜０．１２％が好ましい。 Ｎ：Ｎは低い方が好ましい。しかし、０．０００１％未
満にするには著しいコスト上昇を招くので、０．０００
１％を下限値にする。一方、０．００８０％超になる
と、もはやＡｌでＮを固定することが困難となり、歪時
効の原因となる固溶Ｎが残存したり、ＡｌＮの分率が増
加したりして加工性が劣化する。したがって、０．００
８０％をＮ量の上限値とする。通常は、０．００３０％
以下が好ましい。

【００１３】次に、製造条件の限定理由を述べる。 熱間圧延：熱間圧延の条件は、本発明で極めて重要な構
成要件である。まず、仕上温度は、製品板の深絞り性を
確保するために、極低炭素鋼の場合には、（Ａｒ₃ 変態
温度−１００℃）以上であればよい。次に、熱間圧延板
の結晶粒径を細粒化するために、熱間圧延終了後、０．
５秒以内に５０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で７５０℃以
下まで急冷する。急冷開始の時間が、熱間圧延仕上げ
後、０．５秒超となるとオーステナイト粒径が極めて大
きくなり、変態後のフェライト粒径が粗大となるため、
０．５秒以下とする。また、冷却速度が、５０℃／ｓｅ
ｃ未満となると、オーステナイト粒の成長、γ→α変態
時の細粒化効果の減少、変態後のフェライト粒の成長、
等の理由によりフェライト粒径を微細化することが不可
能となるため、冷却速度の下限を５０℃／ｓｅｃとす
る。さらに、熱間圧延したコイルは、６００℃から７５
０℃以下の温度で巻取る。巻取温度が７５０℃超となる
と、フェライト粒が粗大に成長し、また酸洗性が劣化し
たり、コイルの長手方向で材質が不均一となるので、７
５０℃を上限値とする。一方、６００℃未満となると熱
間圧延板でのＡｌＮの析出が不十分となり、製品板の加
工性が劣化するので、６００℃を下限値とする。

【００１４】冷間圧延：冷間圧延は通常の条件でよく、
製品板のｒ値を確保する目的から、圧下率は７０％以上
とする。深絞り性、特に面内異方性を低減する点から
は、８０〜９５％が好ましい。 連続焼鈍：再結晶焼鈍のための焼鈍温度は６００〜９０
０℃とする。焼鈍温度が６００℃未満では再結晶は不十
分であり、製品板の加工性が問題となる。焼鈍温度の上
昇とともに加工性は向上するが、９００℃超では高温す
ぎて板破断や板の平坦度が悪化すると共に、ｒ値が著し
く低下するので９００℃を上限とする。なお、本発明は
冷延鋼板および連続溶融亜鉛めっき鋼板に係わるもので
あるから、連続焼鈍は連続溶融亜鉛めっきラインによる
焼鈍を含む。

【００１５】かくして、本発明は新思想と新知見に基づ
いて構築されたものであり、本発明によればＴｉやＮｂ
などの高価な元素を添加せずとも、非時効性で深絞り性
に優れた薄鋼板が得られる。

【００１６】

【実施例】

実施例１ 表１に示す組成を有する鋼を実験室的に真空溶製した。
鋼Ａでは、Ｃ量を０．０００４％から０．００３０％ま
で変化させた。一方、鋼Ｂでは、Ｃｒ量を０．０１％か
ら１．５０％、Ｐ量を０．００５％から０．１２０％の
範囲で変化させた。得られた鋼片を、次の条件で熱間圧
延した。すなわち、スラブ加熱温度１１５０℃、仕上温
度９１０℃で仕上圧延後、０．２秒以内に８０℃／ｓｅ
ｃの冷却速度で冷却し、７１０℃で巻取った。板厚は、
４．０ｍｍである。酸洗後、８０％の圧下率の冷間圧延
を施し、０．８ｍｍの冷延板とし、次いで加熱速度１５
℃／ｓｅｃ、均熱８００℃×５０秒、冷却速度２０℃／
ｓｅｃの連続焼鈍をした。さらに、０．８％の圧下率の
調質圧延をし、引張試験に供した。引張試験方法は、Ｊ
ＩＳ２２４１記載の方法に従った。歪時効特性は、１０
０℃−１時間の人工時効後の降伏点伸び（ＹＰ−Ｅｌ）
で評価し、０．２％以下であれば非時効とした。また、
塗装焼付硬化特性（ＢＨ性）は、２％の引張予歪の後、
１７０℃−２０分の塗装焼付相当の処理を行い、再度引
張試験をした時の降伏点の上昇量である。二次加工性
は、調質圧延した鋼板から直径１１０ｍｍのブランクを
打抜き、次いで直径５０ｍｍのポンチでカップ成形し、
これに種々の温度で頂角５３度の円錐ポンチで最大２０
ｍｍ押し込み、破壊した場合の延性−脆性遷移温度によ
って評価し、−５０℃以下の値を良好とした。

【００１７】表２から明らかなように、ＴｉやＮｂなど
を添加せずとも、全Ｃ量が０．００１５％以下になると
１００℃−１時間後の降伏点伸び（ＹＰ−Ｅｌ）が０．
２％以下となり、常温で非時効の目標を達成する。ま
た、同表から明らかなように、Ｃ量が０．０００６〜
０．００１３％の超極低炭素鋼に、Ｃｒ≧０．１％、Ｐ
≧０．０１％、Ｃｒ＋２０Ｐ≧０．２％を規定し、熱間
圧延後に冷却制御を施すことにより、ｒ値、特にｒ₄₅が
著しく改善され、深絞り用鋼板として十分なレベルとな
る。したがって、本発明によれば、ＴｉやＮｂなどの高
価な元素を添加せずとも、常温非時効性で深絞り性に優
れた冷延鋼板が得られる。また、表２から明らかなよう
に本発明鋼は塗装焼付硬化特性、および良好な耐二次加
工性を示す。

【００１８】実施例２ 実施例１の知見をベースに、表３に示す化学組成を有す
る鋼を実機規模で溶製、鋳造し、続いて熱間圧延（加熱
温度：１２００℃、仕上温度：９３０℃、仕上後の冷
却：熱間圧延仕上後０．３秒後に１００℃／ｓｅｃで７
４０℃まで冷却、巻取温度：７１０℃）、冷間圧延（圧
下率：８４％）、連続溶融亜鉛めっき（最高加熱温度：
８２０℃、溶融亜鉛めっき：４６０℃（浴中Ａｌ濃度
０．１１％）、合金化処理：５２０℃×２０秒）、調質
圧延（０．８％）に供した。引張試験方法は実施例１と
同様である。また、めっき特性として、めっき密着性の
評価およびめっき皮膜中のＦｅ濃度を測定した。ここ
で、めっき密着性は、１８０°密着曲げを行い、亜鉛皮
膜の剥離状況を曲げ加工部に粘着テープを接着した後、
これをはがしてテープに付着した剥離めっき量から判定
した。評価は下記の５段階とした。

【００１９】１…剥離大、２…剥離中、３…剥離小、４
…剥離微、５…剥離皆無 また、めっき層中のＦｅ濃度は、Ｘ線回折によって求め
た。また、二次加工性の評価方法も、実施例１と全く同
様である。表４から明らかなように、本発明鋼は、溶融
亜鉛めっき性に優れた常温非時効性深絞り用合金化溶融
亜鉛めっき鋼板であり、また塗装焼付硬化特性および耐
良好な耐二次加工脆化性も示す。

【００２０】実施例３ 実施例２において、合金化処理のない連続溶融亜鉛めっ
きを実施した。試料は、実施例２の鋼３であり、連続溶
融亜鉛めっき条件は、最高加熱温度が７８０℃、溶融亜
鉛めっき温度は４６０℃である。調質圧延（０．８％）
の後、実施例２と全く同様の評価を行った。特性値は表
５に示すとおりであり、本発明によれば、常温非時効性
の深絞り用溶融亜鉛めっき鋼板が製造できる。

【００２１】実施例４ 表３の鋼２、３を用いて、熱間圧延終了後の冷却条件に
ついて実機設備を用いて検討を加えた。表６に熱間圧延
条件と、製品板のｒおよびｒ₄₅との関係を示す。ここ
で、熱間圧延条件として、仕上げ後の冷却条件、特に急
冷開始までの時間および冷却速度を検討した。また、冷
間圧延は圧下率が８４％であり、板厚は０．８ｍｍであ
る。７８０℃−４０秒の連続焼鈍、および０．８％の圧
下率の調質圧延に供した。表６から明らかなように、本
発明の鋼成分において熱間圧延終了後、０．５秒以内に
５０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で７５０℃以下の温度ま
で冷却することが、ｒ値特にｒ₄₅の改善に重要である。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】

【表５】

【００２７】

【表６】

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればＴ
ｉやＮｂなどの高価な元素を添加せずとも、非時効性で
塗装焼付硬化特性を有する深絞り性に優れた薄鋼板が得
られ、かつ耐二次加工脆化特性も満足する。また、本発
明は、電気めっきなどを施す表面処理鋼板、およびその
製造にも適用が可能である。このように、本発明は、従
来技術と比較して安価にかつ安定的に優れた性能を有す
る鋼板の製造を可能とするばかりでなく、高価な元素の
地球資源を確保したり、あるいは本発明による高強度鋼
板の利用により地球環境保全にも寄与するものと考えら
れ、その効果は著しい。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０００１〜０．００
   １５％、Ｓｉ：１．２％以下、Ｍｎ：０．０１〜３％、
   Ｐ：０．０１〜０．１５％、Ｃｒ：０．１〜３％、かつ
   Ｃｒ＋２０Ｐ≧０．２％、Ｓ：０．００１０〜０．０２
   ０％、Ａｌ：０．００５〜０．１５％、Ｎ：０．０００
   １〜０．００８０％、Ｂ：０．０００１〜０．００２０
   ％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるフ
   ェライト単相整粒組織を有する非時効性深絞り用薄鋼
   板。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の化学成分よりなるスラ
   ブを熱間圧延において（Ａｒ₃ 変態温度−１００℃）以
   上で仕上げ、その直後０．５秒以内に５０℃／ｓｅｃ以
   上の冷却速度で７５０℃以下まで急冷し、６００〜７５
   ０℃で巻取り、７０％以上の圧延率で冷間圧延を行い、
   その後に６００〜９００℃で連続焼鈍することを特徴と
   するフェライト単相整粒組織を有する非時効性深絞り用
   薄鋼板の製造方法。