JPH0639622B2 - 深絞り性と常温非時効性に優れた連続焼鈍による軟質冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、連続焼鈍による深絞り性と常温非時効性に
優れた軟質冷延鋼板の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

自動車、家庭電気製品、家具、容器などに多量に使用さ
れている冷延鋼板は用途により厳しいプレス加工を受
け、したがって優れたプレス成形性が要求される。さら
に時効されたあとのプレス加工で、表面にストレッチャ
ーストレインが皆無であること、即ち非時効性が要求さ
れる。高価なNbやTiなどを添加せず、さらに極低炭素化
のためのコスト上昇を伴なわない低炭素Al−killed鋼を
用いた連続焼鈍による深絞り性と常温非時効性に優れた
軟質冷延鋼板の製造方法は、種々試みられてきた。従来
の連続焼鈍を前提とした製造技術において、深絞り性に
優れた軟質冷延鋼板の製造法の基本とするところは、熱
間圧延終了後の高温巻き取り処理である。なぜならば、
高温巻き取りすることにより、熱延板における炭化物の
凝集粗大化と、AlによるＮの固定が達成され、冷延・焼
鈍後の材質特性が改善されるからである。

しかし、後に述べるように高温巻き取りには、それに附
随する酸洗性の低下や材質の不均一に基づく歩留低下の
問題があり低温巻き取りの開発が望まれている。特公昭
56−8891号公報にスラブ低温加熱と熱延後の低温巻き取
りの組み合わせによる軟質冷延鋼板の製造方法が開示さ
れているが、Ｃ含有量が0.04〜0.06％であり、本発明者
らが種々検討を加えた結果、この範囲のＣ量の鋼板は、
深絞り性が劣りかつ硬質化することが検証された。ま
た、特公昭55−49137号公報においては、５５０゜〜７
００℃の巻き取り温度、連続焼鈍で特に望ましくは６５
０℃以上の巻き取り温度と８５０゜〜９００℃の高温で
の連続焼鈍の組み合わせにより、優れた深絞り性と張り
出し性を有する冷延鋼板の製造方法が開示されている。
しかし、本発明者らが詳細に検討を加えた結果、上記特
許公報において提案されているAl：0.02〜0.06％の範囲
では、６７０℃以下の低温巻き取りの場合、AlＮの充分
な析出がおこらず、連続焼鈍板の材質が硬質化し、深絞
り性も低下することを確認した。また、Al量のみなら
ず、Ｎ，Ｏ量とのバランスが重要な役割を果すことも判
明した。さらに、Mn量についても上記特許公報において
提案されているMn：0.1〜0.3％のみでは良好な特性値が
得られず、Ｓ量の調整と適正なMn，Ｓ量のバランスが必
須であることが明らかになった。一方、850〜９００℃
の高温での連続焼鈍は、ｉ）通板性の悪化及び、ii）コ
スト上昇を招き、問題がある。

本発明は、低温巻き取りで、しかも通常の焼鈍温度でも
軟質で張り出し性・深絞り性に優れた鋼板の製造が、鋼
の化学成分の適正化により可能となることを、第一の特
徴とする。

他方、時効性の改善を目的に、連続焼鈍炉には固溶炭素
の析出を図る過時効炉が設置されている。しかし従来の
工業的に成立する過時効時間（数分）内には固溶炭素を
完全に析出させることは非常に困難であり固溶炭素が若
干残存する。その結果、厳しい時効条件下で材質が時効
劣化することもある。したがって、連続焼鈍設備におけ
る過時効炉では、できる限り炭素の拡散析出を速め、固
溶炭素の低減を図ることが課題となる。ここでは、MnS
を利用した粒内セメンタイトの析出を促進させることを
目的に、MnSのサイズと分布の適正化、炭素の拡散を阻
害する元素の低減化に着目した。本発明は、このような
治金的考えをベースに、化学成分の制御により常温非時
効性を達成するという、第二の特徴がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

加工性向上の観点から従来法において必須の条件とされ
てきた熱延板の高温巻き取り技術は、次の二つの根本的
な問題を有する。即ち、第一には高温巻き取りとなるた
め巻き取り後に鋼板表面の酸化スケールが厚くなり、か
つ組成的にもFe₂O₃が主体となるため酸洗性が劣悪とな
る。その結果、生産性が低下し、かつ酸洗コストも上昇
する。第二の高温巻き取りの問題点は、コイル内の材質
バラツキが大きくなることである。即ち、高温巻き取り
の場合には熱延コイルの内周部と外周部さらに幅方向端
部においては、長手方向、幅方向のミドル部分と比較し
冷却速度が著しく早く、これらの部位では高温巻き取り
の治金的役割が果たせず材質劣化し、切断除去が必須と
なり歩留低下を導く。本発明は、高温巻き取りに伴なう
このような問題点を低温巻き取りにより解決しようとす
るものである。

一方、低炭素Al・キルド鋼の連続焼鈍板は、TiやNbなど
の炭化物形成元素を使用していないので限られた時間の
過時効処理では完全に炭素が析出できず、厳しい時効条
件下では材質特性値が劣化することがある。固溶炭素を
固定するためにTiやNbの添加は、コスト上昇を招く。ま
た、過時効時間を長くとることは、設備費とランニング
コストの増大を招き、コストが上昇する。本発明は、こ
のような問題点を解決する目的で、過時効中の炭素の析
出をいかに効率的に進行させるかを鋼の化学成分的検討
を種々行なうことにより確立されたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、既に述べた問題点を解決したものであり、既
に述べた高温巻き取りの問題が回避できる６７０℃以下
の低温で巻き取っても深絞り性に優れ、かつ常温非時効
性を兼ね備えた連続焼鈍による軟質冷延鋼板の製造方法
を提供するものである。

本発明の要旨は次のとおりである。

Ｃ：0.01〜0.02％、Mn：0.05〜0.2％、Ｓ：0.015％以
下、Al：0.05〜0.10％、Ｎ：0.0040％以下、残部Feから
なる低炭素Alキルド鋼において、MnとＳ量およびAlと
Ｎ，Ｏ量を次式 のＫ_１，Ｋ_２の範囲に調整し、熱間圧延の後、５５０〜
６７０℃以下の温度で巻き取り、脱スケール−冷間圧延
−連続焼鈍することを特徴とする深絞り性と常温非時効
性に優れた連続焼鈍による軟質冷延鋼板の製造方法。

冷延鋼板の深絞り性向上のためには、原理的に焼鈍板の
再結晶集合組織を改善することが基本であり、特に板面
に｛１１１｝が集積し、｛１００｝の集積が低いことが
必須である。さらに軟質化や高延性化のためには焼鈍板
の結晶粒径を大きく成長させ、かつ残存固溶Ｃをできる
限り減少させることが好ましい。このような焼鈍板の集
合組織・結晶粒径・残存固溶Ｃの調整を、熱延後低温巻
き取りした場合にも可能ならしめることが課題となる。
焼鈍板の集合組織支配要因には数多くあるが、冷延素材
の熱延板においてｉ）炭素を凝集粗大セメンタイトの形
にし、ii）窒素はできる限り大きなAlNとして固定し、
その結果、iii）熱延板に存在する固溶Ｃ，Ｎをできる
限り減少させておくことが肝要である。上記した３つの
条件は同時に焼鈍板結晶粒の成長にも役立ち、軟質化に
寄与する。本発明では、まず熱間圧延したのち低温巻き
取りしても既に述べたような望ましい熱延板の状態が得
られるように、化学成分的な検討を加え、次のような新
知見を得た。即ち、Ｃ量が0.02％以下であれば、熱間圧
延が終了してから低温巻き取りに至るまでの冷却中にパ
ーライト変態が生ずることなく巻き取ることが可能で、
巻き取りの徐冷期間中にフェライト相から析出したセメ
ンタイトが成長凝集化し大きなセメンタイトが形成され
る。したがって、Ｃ量を0.02％以下とする必要がある。
また、Ｎ量が0.0040％以下の場合、Al量が0.05％以上、
特に好ましくは、0.06％超であれば６７０℃以下の低温
巻き取りをしてもＮはAlによりほぼ完全に固定される。
このように、低温巻き取りしても、凝集セメンタイトの
形成とＮの固定が可能となるので、再結晶集合組織の改
善や充分な粒成長が達成される。また低Mn化も同様の効
果をもつ。特に低Mn化が実用上重要なｒ_４５゜値を向上
させるという新知見も得た。

一方、時効性の改善には焼鈍板に残存する固溶Ｃ，Ｎを
極力低減することが必須である。固溶Ｎは既に述べたよ
うに、Al≧0.05％であれば低温巻き取りしてもほぼ完全
にAlNとして固定され、また若干、連続焼鈍中にもAlN析
出反応が起るので焼鈍板に残存することはなく、問題と
はならない。固溶Ｃの低減は連続焼鈍炉の過時効帯で固
溶ＣがFe₃Cとして析出することにより達成される。Fe₃C
の析出反応は、核生成−成長の過程で進行する。核生成
場所は普通不均一であり、結晶粒界や結晶粒内の転位や
MnSなどの先在析出物が核生成場所となる。過時効中の
セメンタイトの析出を効率よく進行させるためには、セ
メンタイトの核生成場所を粒内にも数多く形成し、さら
にセメンタイトの成長を速くすればよい。

商用低炭素鋼板の場合には、MnSが粒内炭化物の核生成
場所となる場合が多い。セメンタイトの核としてのMnS
（適正サイズ：0.05〜0.2μｍ）の核数を増加させるた
めにはＳが0.015％以下の場合、Mn量の低減が効果的で
あるという知見を得た。逆に、Mn量を増加させると、大
きいMnSが増え、適正サイズのMnS数が減少することにな
る。一方、核生成したセメンタイトが成長するために
は、炭素の拡散が必要となる。鋼中炭素の拡散は第三元
素により影響を受け、一般的には第３元素の添加量とと
もに拡散速度は低下する。特に、Ｃと引力の相互作用を
もつMnなどはかなり拡散を遅くする。以上の冶金的な検
討より、セメンタイトの核生成場所と成長速度を増すた
めには、低Mn化が有効である。

本発明は、低温巻き取りしても軟質で深絞り性に富み常
温非時効性に優れた冷延鋼板をかかる冶金的原理に基づ
いて製造する特徴をもつ。

〔作 用〕

以下、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、次のとおりである。

Ｃは、0.01〜0.02％でなければならない。Ｃ量が0.02％
超の鋼は、熱間圧延終了後から低温での巻き取りに至る
冷却途中で、オーステナイトからパーライトへの変態が
生じ、生成されたパーライトは均一に密に存在するの
で、熱延板でのセメンタイトの凝集粗大化が図れない。
その結果、連続焼鈍板の深絞り性が低下し、また粒径も
細かくなり硬質化するからである。Ｃが0.02％以下であ
れば、６７０℃以下の低温巻き取りでもパーライト生成
はなくフェライト相から直接セメンタイトが析出し、巻
き取り中にこれが充分凝集化するので、焼鈍板材質は軟
質で高ｒ値となる。さらに、Ｃ量が従来鋼より低く0.02
％以下で本発明の如くAl：0.05〜0.10％の場合には焼鈍
板のカーバイドが分散し、張り出し成形性も向上する。
しかし、Ｃが0.01％未満では、過時効時のセメンタイト
析出のためには炭素の過飽和量が不充分となり、セメン
タイト析出反応が充分進行せず、残存固溶Ｃが増加し、
常温非時効でなくなる。したがって、Ｃは0.01〜0.02％
が適正範囲となる。

Mnは、0.05〜0.2％、Ｓは0.015％以下で、MnとＳとの間
には ≦0.20なる関係が成立しなければならない。Mnが0.2％
超では、深絞り性、時効性ともに劣化する。これは、固
溶Mnが、第一に焼鈍板の粒成長を抑制し深絞り性に好ま
しい集合組織の発達を妨げるからである。第二に、固溶
MnはＣとの間に引力の相互作用をもつのでＣの拡散・析
出を遅らせ、結果的に焼鈍板の残存固溶Ｃが増加するた
めである。一方、0.05％未満のMnでは、熱間加工性が劣
化するので、ワレのない高品質の熱延板を製造するに
は、0.05％以上のMnが必要である。Ｓが0.015％超とな
ると熱間加工性が劣化し、かつ焼鈍板が硬質化するので
Ｓは0.015％以下でなければならない。また、Mnによる
Ｓのスカベンジング(scavenging)効果を有効とするため
には、Ｋ_１は上記範囲を満足する必要があり、適正範囲
内では焼鈍時の粒成長性がよく集合組織も改善され、軟
質で深絞り性に富む鋼板となる。しかし、Ｋ_１＜0.03で
は、固溶Ｓがｉ）熱間加工性、ii）焼鈍板の粒成長性を
阻害する。一方Ｋ_１＞0.20となると過剰固溶Mnによる粒
成長性の抑制とセメンタイト析出進行の阻害が著しくな
り、材質特性値が劣化する。さらに、Ｋ_１＞0.20では、
MnSが大きくなりすぎ、セメンタイト析出核としてのMnS
数が減少する。

Alは0.05〜0.10％、特に好ましくは、0.06％超〜0.09％
以下で、Ｎ，Ｏ量との間に、 なる関係が成立しなければならない。Alが0.10％超で
は、焼鈍時の粒成長が充分でなく、深絞り性，軟質化の
点で有害となる。一方、Alが0.05％未満では６７０℃以
下の低温巻き取りの場合AlNが充分析出せず固溶Ｎが熱
延板に残存し、焼鈍時の粒成長性や再結晶集合組織の発
達を阻害する。さらに、Ｎ時効も発生する。また、Alに
よるＮ，Ｏのスカベンジング(scavenging)効果を有効と
するためには、Ｋ_２は上記範囲を満足する必要がある。
Ｋ_２＜0.04であると、熱延板に固溶Ｎが存在し、焼鈍板
の材質特性（成形性、非時効性）が劣化する。一方Ｋ_２
＞0.09であると、過剰固溶Alの存在のため粒成長性が不
充分となり、焼鈍板の材質特性が低下する。

Ｎは、0.0040％以下とする。0.0040％超となると、析出
したAlNが微細となり粒成長を害し、また連続焼鈍後の
残存固溶Ｎも増加するので、Ｎは0.0040％以下とする。

他はFeおよび不可避的不純物元素からなる成分である。
特に、高延性，高深絞り用鋼板の製造を目的とする場合
には、Ｐを0.005％未満でＳを0.005％未満とすることが
好ましい。

本発明は、熱間圧延−巻き取り−脱スケール−冷間圧延
−連続焼鈍の工程を前提とするが、化学成分的条件と巻
き取り温度を５５０゜〜６７０℃とする以外には特別の
制約はない。巻き取り温度が６７０℃超となると既に述
べたように脱スケール性が劣悪となり、またコイルの長
手方向および幅方向の材質のバラツキが大きくなり、歩
留が低下するので巻き取り温度は６７０℃以下とする。
また、５５０℃未満の巻き取り温度では、充分なAlNの
析出が起らないので巻き取り温度は５５０℃以上とす
る。冷間圧延率は４０％未満では充分なｒ値が得られな
いので４０％以上とすることが好ましい。連続焼鈍で
は、再結晶温度以上で焼鈍するが通板性やコストの面で
問題となる著しい高温焼鈍は避ける。また、本発明にお
ける連続焼鈍は、冷延鋼板のみならず亜鉛メッキ、錫メ
ッキ、クロムメッキなど種々の製品を製造するプロセス
も含み、本発明は、各々のプロセスに対しても効果を発
揮するものである。

実施例１） 真空溶解した重量％でＣ：0.003〜0.041％、Si：0.008
％、Mn：0.15％、Ｐ：0.009％、Ｓ：0.007％、Al：0.07
％、Ｎ：0.002％、Ｃ：0.001％の低炭素Alキルド相当鋼
を１１００℃で１時間均熱ののち、3.5mm板厚まで熱間
圧延した。９００℃で仕上げたのち６２０〜７３０℃の
温度範囲で１時間保定し炉冷する巻き取り相当熱処理を
施こした。酸洗により脱スケールしたのち、冷間圧延に
より0.7mm板厚（８０％圧下率）とし、７７５℃×５０
秒の均熱とそれに引き続く３５０℃×４分の過時効処理
を施こす連続焼鈍をおこない、1.5％調質圧延ののち材
質を調査した。

第１表に試験条件と結果を示す。表から明らかなように
巻き取り温度を６７０℃以下にしてもＣ量が0.02％以下
ならば値を高いレベルに確保することが可能であり、
Ｃ：0.02％超の高温巻き取りした場合（試料No.１１，
１３）と同等かそれより優れた値を示す。時効性の指標
であるＡＩは、Ｃ＞0.01％領域（試料No.１，２）で高
くなるので、非時効化のためには、Ｃを0.01％以上とす
る必要がある。さらに、第１表に示すエリクセン値から
明らかなように本発明鋼の張り出し成形性は良好であ
る。

実施例２） 重量％でＣ：0.015％、Si：0.008％、Mn：0.02〜0.52
％、Ｐ：0.009％、Ｓ：0.006〜0.025％、Al：0.07％、
Ｎ：0.002％、Ｏ：0.001％の化学組成を有する低炭素Al
キルド相当鋼を真空溶解し、１１００℃で１時間均熱の
後、3.5mm板厚まで熱間圧延した。９００℃で仕上げた
後、６５０℃で１時間保定し炉冷する巻き取り相当処理
をおこなった。酸洗により脱スケールした後、冷間圧延
により0.7mm板厚（８０％圧下率）とし、７７５℃×５
０秒の均熱とそれに引き続く３５０℃×４分の過時効処
理を施こす連続焼鈍をおこない、1.5％調質圧延ののち
材質を調査した。

第２表に試験条件と結果を示す。表から明らかなよう
に、Mn：0.05〜0.2％、Ｓ：0.015％以下、 であれば深絞り性と常温非時効性に優れた軟質な冷延鋼
板が、巻き取り温度を６５０℃としても得られる。ま
た、Mn量の低減とともにｒ_４５゜が向上し、ＡＩが低減
する。Mnが低減すると、過時効時にセメンタイト析出場
所として働くMnSの数が増加し、炭素の拡散抑制効果が
軽減される。上記表の試料No.４（本発明）とNo.１１
（比較例）とを比較すると、試料No.４ではＡＩが2.1kg
ｆ／mm²であるのに対し、No.１１では4.2kgｆ／mm²とな
っている。また第１図に示すように、0.03≦Ｋ_１≦0.20
の範囲で焼鈍板の結晶粒の成長性が良好であり、その結
果低温巻き取りでも深絞り性の向上と軟質化が達成され
たものと考えられる。但し、試料No.８は上記Ｋ_１の範
囲を満たすが、Ｓ量が過多のため特性値が劣化した。ま
た、試料No.１，２では熱延板の幅方向端部での耳ワレ
が発生したが、その他の試料では見られなかった。

実施例３） Ｃ：0.015％、Si：0.008％、Mn：0.1％、Ｐ：0.009％、
Ｓ：0.007％、Al：0.02〜0.15％、Ｎ：0.001〜0.006
％、Ｏ：0.0001％（何れも重量％）の化学組成を有する
低炭素Al・キルド相当鋼を真空溶解し、1100℃で１時間
均熱ののち3.5mm板厚まで熱間圧延した。９００℃で仕
上げたのち、６５０℃で１時間保定し炉冷する巻き取り
相当処理をおこなった。酸洗により脱スケールしたの
ち、冷間圧延により0.7mm板厚（８０％圧下率）とし、
７７５℃×５０秒の均熱とそれに引き続く３５０℃×４
分の過時効処理を施こす連続焼鈍をおこない、1.5％調
質圧延したのち材質を調査した。

第３表に試験条件と結果を示す。表から明らかなよう
に、Al：0.05〜0.10％、Ｎ：0.004％以下、 であれば深絞り性と常温非時効性に優れた軟質冷延鋼板
が、巻き取り温度を６５０℃としても得られる。試料N
o.１，２，７においては、６５０℃巻き取りではAlNの
析出が充分でなく、上記Al，Ｎの条件が必須となる。ま
た、Alが過剰の試料No.９，１０は、時効性に関しては
問題がないが、第２図に示すように焼鈍板の粒成長性が
不充分となる。粒成長を充分に達成させるためには、Ｋ
_２を0.04以上0.09以下に調整することが必要である。し
かし、試料No.７にみるようにＫ_２を上記範囲にして
も、Ｎが過多であると粒成長が低下するので、Ｎを0.00
4％以下とすることが必須である。

〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば低炭素Al・キルド鋼の化
学組成を適正に調整することにより、従来の高温巻き取
りと比較し、より低温で巻き取っても深絞り性に優れた
軟質な冷延鋼板の製造が可能となる。その結果、高温巻
き取りに付随する酸洗性や歩留の低下を解消することが
できる。またTiやNbなどの炭化物形成元素の添加をせず
ともＣ，Mn量の適正化により常温で実質的に非時効な鋼
板の製造も可能となり、さらに極低炭素化も不要である
ので、製造コストが軽減される。このように本発明は、
きわめて経済性に富んだ冷延鋼板の製造方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、焼鈍板結晶粒径におよぼすＫ_１の効果を示す
説明図、第２図は、焼鈍板結晶粒径におよぼすＫ_２の効
果を示す説明図、第３図は時効指数ＡＩ（＝ＹＰ_Ｌ−σ
_１０％）の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ：0.01〜0.02％、Mn：0.05〜0.2％、
   Ｓ：0.015％以下、Al：0.05〜0.10％、Ｎ：0.0040％以
   下、残部Feからなる低炭素Alキルド鋼において、MnとＳ
   量およびAlとＮ，Ｏ量を次式 のＫ_１，Ｋ_２の範囲に調整し、熱間圧延の後、５５０゜
   〜６７０℃の温度範囲で巻き取り、脱スケール−冷間圧
   延−連続焼鈍することを特徴とする深絞り性と常温非時
   効性に優れた連続焼鈍による軟質冷延鋼板の製造方法。