JPH0813029A - 疲労特性に優れたプレス成形用冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、自動車用燃料タンク等深絞り性と
耐疲労特性に優れ、めっき原板用途に好適なプレス成形
用冷延鋼板の製造方法を提供する。 【構成】 Ｃ，Ｍｎ，Ｐ，Ａｌ，Ｎ，Ｔｉの他に、表層
成分１ａ，１ｂとしてＢ：０．０００７〜０．００２０
％を、また内層成分２としてＢ≦０．０００３％を含有
し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の３層構造からなり、
表層の全厚みに対する比率が片側で３〜２５％である鋼
片を熱延し、引き続き酸洗して圧下率７５〜９０％で冷
間圧延し、７５０〜８５０℃で５分以下の焼鈍を施す冷
延鋼板の製造方法である。 【効果】 深絞り性と耐疲労特性の両方の特性を具備
し、例えばこれを自動車用燃料タンク等に適用すれば、
十分にその特性を発揮し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用冷延鋼板，特
に燃料タンク用表面処理鋼板としてのめっき原板用途に
好適な極低炭素冷延鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用鋼板として使用される冷延鋼板
には高い深絞り性が要求されるが、中でも燃料タンク用
表面処理鋼板には、さらに厳しい深絞り性が要求され
る。特に最近は、自動車ボディーデザインの複雑化とと
もに燃料タンクのプレス形状も複雑化している。

【０００３】さらに４輪駆動車が一般乗用車に使用され
るに至って、鞍型の燃料タンクも採用され、より複雑な
形状へのプレス加工が行われるようになっている。そこ
でプレス成形性を高めるため、鋼成分を極限まで純鉄ま
で近づけようとする努力が行われている。例えば、特開
昭６０−９８３０号公報にはＣを極低Ｃとし、成分と焼
鈍条件を特定した深絞り用冷延鋼板の製造技術が開示さ
れている。

【０００４】燃料タンク材料用冷延鋼板に求められる特
性の１つとして、疲労特性が挙げられる。燃料タンクは
上下別々にプレスされた鋼板を、シーム溶接により接合
するため燃料タンク全体に歪が残る。また揮発性の燃料
を入れるため、温度変化により燃料タンク内側からの応
力が変化する。さらにエンジンを始動したときに燃料が
吸われるため、燃料タンク内部に負圧がかかる。

【０００５】このように複雑な形状にプレスされ、ある
部位で板厚減少を起こし、その部位に以上に述べた応力
が集中するときは、疲労破壊を起こすことがある。その
ため燃料タンクの設計においては、疲労特性も念頭にお
いて板厚，デザインなどが決定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に疲労特性は、鋼
板の強度すなわち抗張力（ＴＳ）や降伏点（ＹＰ）に比
例することが知られている。抗張力を増やせば疲労強度
は上昇するが、これは深絞り性を低下させることにつな
がる。

【０００７】また、プレス加工時の深絞り性や形状凍結
性の観点からは、材質を軟化させて伸び（Ｅｌ）を向上
させ、ＹＰを低くすること、そしてＴｉやＮｂなどによ
り集合組織の改善による、ランクフォード値（ｒ値）を
向上させることが図られてきた。

【０００８】しかしこのことは、疲労強度を低下させる
ことになる。すなわち、疲労強度と深絞り性は相反する
特性であり、一方を改善すると、必ず一方の性能が低下
する関係にあるわけである。そこでこの両者を克服した
冷延鋼板が強く求められている。

【０００９】本発明は、上記相反する両方の特性を具備
する疲労特性に優れたプレス成形用冷延鋼板の製造方法
を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
相反する特性を冷延鋼板の外層と内層に分離して付与す
るものであり、すなわち疲労破壊は、応力の最も大きい
外層に亀裂を生じ、これが内部に伝播することにより起
こることから、外層の機械的強度を向上させて疲労特性
を改善することが有効と考えられる。

【００１１】この外層の機械強度を向上させる目的に、
ボロン（Ｂ）の表層富化を図る。極限まで格子間侵入原
子をゼロに近づけた極低炭素冷延鋼板は、粒界が清浄で
あり、疲労破壊において、最表層の粒界が割れてこれが
内部に伝播する。そこでＢにより粒界を強化する。深絞
り性は、内層に使用された極低炭素鋼により確保され
る。

【００１２】このように相反する疲労強度と深絞り性と
いう特性を、内層外層の各層に分離して持たせることに
より、これまで非常に困難とされていた疲労強度に優れ
たプレス成形用冷延鋼板を製造できるようになった。

【００１３】本発明によるプレス成形用冷延鋼板の断面
構造の一例を図１に示す。図１において、１ａ，１ｂは
表層を形成するＢ添加極低炭素鋼、２は内層を形成する
極低炭素鋼である。この鋼板の製造方法の要旨は次の通
りである。

【００１４】本発明は、表層成分が、Ｃ≦０．００２
％，Ｍｎ：≦０．２０％，Ｐ≦０．００８％，Ａｌ：
０．００５〜０．０５％，Ｎ≦０．０４０％，Ｔｉ：Ｔ
ｉ／（Ｃ＋Ｎ）＝５〜２０を満たしかつ０．０２〜０．
０７％，Ｂ：０．０００７〜０．００２０％を含有し、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、内層成分が、Ｃ
≦０．００２％，Ｍｎ：≦０．２０％，Ｐ≦０．００８
％，Ａｌ：０．００５〜０．０５％，Ｎ≦０．０４０
％，Ｔｉ：Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）＝５〜２０を満たしかつ
０．０２〜０．０７％，Ｂ≦０．０００３％を含有し、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、表層の全厚みに
対する比率が片側で３〜２５％である鋼片を熱延し、引
き続き酸洗して圧下率７５〜９０％で冷間圧延し、７５
０〜８５０℃で５分以下の焼鈍を施すことを特徴とする
疲労特性に優れたプレス成形用冷延鋼板の製造方法であ
る。

【００１５】

【作用】以下本発明を詳細に説明する。先ず鋼成分を規
定した理由を記す。

【００１６】Ｃは上限を０．００２％以下（２０ｐｐ
ｍ）とする。深絞り性と鋼中のＣ量は良い相関がある
が、良好な深絞り性を得るためにＣ量は低い方がより好
ましく、その量を０．００２％以下とする。また０．０
０２％超の場合は、粒界がＣにより強化されるので、表
層のＢを富化させるという本発明の特徴が失われる。

【００１７】Ｎは０．００４％以下（４０ｐｐｍ以下）
に特定する。ＮはＣと同様にＦｅの格子間に侵入し、Ｅ
ｌなどの機械特性を低下させることから、Ｎ量を極力低
下させＴｉによりＴｉＮの形で固定する必要がある。

【００１８】Ｐは０．００８％以下とする。ＰはＥｌを
低下させ再結晶温度も上昇させるため、その上限を０．
００８％とする。

【００１９】Ｍｎも鋼の機械強度の硬化に使用される元
素であることから、その量は低く抑えることが必要であ
り、また再結晶温度も上昇させることから、０．２％以
下に規定する。

【００２０】ＡｌはＴｉの歩留りを良好とするため、少
なくとも０．００５％が必要である。一方０．０５％を
越えると、製造コストも上昇するのでその上限を０．０
５％とする。

【００２１】Ｔｉは０．０２％以上０．０７％以下に特
定する。ＴｉはＣやＮの固定に必要な量以上に加えられ
ても集合組織への影響は小さく、ランクフォード値（ｒ
値）の低下は招かないことが知られている。しかしＥｌ
には若干ながら影響を与えるとともに、製造コストも高
くなることから、Ｔｉ添加量の上限値は０．０７％以上
とする。Ｔｉ添加量の下限値を０．０２％としたのは、
０．０２％以下ではｒ値の低下が著しく、深絞り性が悪
化することによる。

【００２２】更にＴｉ／（Ｃ＋Ｎ）＝５〜２０とする。
ここでＴｉ，Ｃ，Ｎは重量％で計算しているが、化学量
論的にＣやＮを固定するに必要なＴｉは、ＣやＮの含有
量に対して１．８５倍が必要である。しかしＴｉは、Ｃ
やＮ以外の元素とも親和性が強く、例えばＳなども固定
し再結晶時の集合組織を改善する。そこでＴｉ／（Ｃ＋
Ｎ）の下限値を５とした。Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）の上限値を
２０としたのは集合組織への影響がほとんど無くなるこ
とに加え、製造コストが高くなり、Ｅｌにも影響が現れ
てくることによる。

【００２３】Ｂは内層と外層の含有量を別々に規定す
る。ＢはＴｉにより固定されないことから、鋼板の材質
制御が容易に行える。ＢはＣやＮと同様にＦｅの格子間
に侵入し、鋼板の材質を低下させることから、深絞り性
の観点からは含まれない方がよい。そこで、内層となる
鋼には積極的にＢを添加しない方が好ましく、その量は
０．０００３％以下に規定する。

【００２４】Ｂはプレス加工後、あるいは時効により粒
界に析出し粒界強度を向上させる。そのため、疲労強度
が向上するのみでなく極寒地で発生する耐２次加工割れ
性（プレス加工後に極低温で衝撃を受けると割れを発生
することをいう）も向上させることから、プレス加工性
に影響を与えない範囲で添加される。

【００２５】疲労破壊は通常最も応力の高い最表層の亀
裂が内部に伝播することに起こるため、最表層の機械的
強度の向上のため、上層（表層）のみＢを添加する。そ
の量は上限を０．００３％（３０ｐｐｍ）とする。この
量を越えると鋼板全体の機械的特性が劣化して深絞り性
が低下するためである。また下限値を０．０００７％と
する。この量を下回れば疲労強度の改善が見込まれない
からである。

【００２６】前記した、図１の本発明によるプレス成形
用冷延鋼板の断面構造を参照し、この構造でクラッド率
は３〜２５％とする。ここでクラッド率は、全板厚に対
する一方の面１ａまたは１ｂ（上層）の厚みに１００を
乗じたものとする。

【００２７】下限を３％としたのは、これ以下では疲労
特性の改善効果が小さいことに加え、Ｂは原子半径の小
さい元素のため拡散により内層部分２に逸散することに
よる。上限を２５％としたのは、これを越えると全体の
板厚に対する上層１ａ，１ｂの比率が５０％を越えて、
鋼板全体の機械的特性が劣化し、深絞り性が低下するた
めである。

【００２８】上記鋼成分を有する鋼は、従来の通常の方
法で溶製され、さらに真空脱ガス処理により所定のＣ量
まで脱炭される。本発明は、前記図１に示すような３層
構造からなる複層鋼板の製造方法を開示するものである
が、このような不均一成分を有する複層鋼板の製造方法
については特に限定しないが、製法の代表例としては下
記のものがある。

【００２９】（イ）鋳ぐるみ法、（ロ）２本イマージョ
ンノズル法、（ハ）熱延圧着、（ニ）爆着、（ホ）ワイ
ヤー添加法。

【００３０】これらのうち、鋼の溶製後鋳造段階で複層
化を行うことが工業的に適しており、特に連続鋳造で製
造することが最も経済的である。そのようなことから本
発明による鋼板を製造するには、ワイヤー添加法が望ま
しい。

【００３１】ワイヤーを使用する場合は鉄製の中空ワイ
ヤーを使用する。この内部にＢの粉末，チップあるいは
フェロボロンを詰め、連続鋳造の際にこのワイヤーを溶
鋼中に挿入する。

【００３２】このワイヤー添加法は、例えば特開昭６３
−１０８９４７号公報に開示されているように、上層と
なるＢ添加極低炭素鋼のＢ量と、そのクラッド率はワイ
ヤー挿入速度，鋳造引き抜き速度，ターンディッシュの
周辺に設けられた電磁ブレーキの位置とその磁力などに
より調整される。

【００３３】すなわち、磁場により鋳造中の鋳片の外周
に一定方向の流れが生ずる。ワイヤーにより添加された
Ｂは、この流れに沿って鋳片の外層に均一に分散するこ
とになる。

【００３４】このように連続鋳造で製造されたスラブ
は、通常の深絞り用冷延鋼板と同様の工程で製造され
る。すなわちスラブ加熱され、熱間圧延が行われた後に
スケールの酸洗が行われる。引き続き行われる冷間圧延
においては、その圧下率を７５％〜９０％とする。７５
％未満では深絞り性が低く、９０％超では面内異方性が
高くなり過ぎる。

【００３５】冷延されたコイルは、連続焼鈍法により再
結晶が行われる。焼鈍条件は７５０℃〜８５０℃の温度
範囲で５分以下とする。８５０℃超では、結晶粒が異常
成長しプレス加工時にオレンジピールと呼ばれる肌あれ
が生ずる。また７５０℃未満では再結晶が不十分であ
り、深絞り性が十分に得ることはできない。焼鈍後、必
要に応じて調質圧延されても構わない。

【００３６】

【実施例】表１に鋼の化学成分と、表２にその鋼板への
製造条件ならびに各種特性の評価結果を示す。本発明品
は全てワイヤー添加法によりスラブを作成し、１２００
℃にスラブ加熱を行った後に熱間圧延を行い、仕上げ温
度９００℃，巻取り温度６００℃で熱延板とした。この
熱延板を酸洗したのち、冷間圧延，焼鈍処理を施して
０．８ｍｍの冷延鋼板を作成し、各種の評価試験を行っ
た。

【００３７】 機械試験， 板厚０．５ｍｍの冷延鋼板をＪＩＳ５号試片に加工し、
ＹＰ，ＴＳ，Ｅｌ，ｒ値を測定した。

【００３８】 成形加工性の評価， 直径５０ｍｍの平頭ポンチを用い、しわ押さえ圧７００
ｋｇ，潤滑剤として市販の防錆油を用いて円筒深絞り加
工を行った。供試材の板厚は０．８ｍｍの一定とし、ブ
ランクサイズを１００ｍｍから１２０ｍｍに５ｍｍづつ
変化させて限界絞り比（ＬＤＲ）を求めた。ここでＬＤ
Ｒは下記数１のように定義される。

【００３９】

【数１】 ＬＤＲ＝ブランク直径（ｍｍ）／ポンチ直径（ｍｍ）

【００４０】また深絞り加工後の表面状態（肌あれの程
度）を観察し、５段階（◎，○，△，×，××）で評価
を行った。

【００４１】 疲労試験， ＪＩＳ−Ｚ−２２７５に準拠する１号疲労試験片（板厚
０．８ｍｍ）を作成し、疲労試験に供した。試験はシェ
ンクの両振り曲げ試験機を用い、繰り返し速度は１８０
０回／分である。疲労強度は繰り返し１００万回まで破
壊のなかった強度とした。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】図２に実施例から得られた深絞り性（ＬＤ
Ｒ）と疲労限の関係を示した。なお従来例は、断面方向
で均一な組成を持つ従来の冷延鋼板製造方法により得ら
れた鋼板の特性値である。

【００４５】従来材ではプレス成形性の向上とともに疲
労特性が低下している。これに反して本発明において
は、疲労特性を損なうことなくプレス性も確保され、す
なわち本発明により、疲労耐久性を損なうことなく深絞
り性にも優れ、双方の特性を具備した冷延鋼板の製造が
可能となる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の製造方法に
よる鋼板は、深絞り性は内層に使用された極低炭素鋼に
より確保し、外層を形成する極低炭素冷延鋼板には、機
械強度を向上させる目的でボロン富化を図ることによ
り、相反する疲労強度と深絞り性という特性を、内層，
外層の各層に分離して持たせることにより、これまで非
常に困難とされていた疲労強度に優れたプレス成形用冷
延鋼板を製造できることが可能となり、例えばこれを高
い深絞り性と、さらに繰り返し応力に対する耐疲労性な
どが要求される自動車用燃料タンク等に適用すれば、十
分にその特性を発揮し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプレス成形用冷延鋼板の構造の一
例を示す断面図である。

【図２】従来例と本発明例の深絞り性と疲労限の関係を
示す図面である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 表層を形成するＢ添加極低炭素鋼 ２ 内層を形成する極低炭素鋼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表層成分が、Ｃ≦０．００２％，Ｍｎ：
   ≦０．２０％，Ｐ≦０．００８％，Ａｌ：０．００５〜
   ０．０５％，Ｎ≦０．０４０％，Ｔｉ：Ｔｉ／（Ｃ＋
   Ｎ）＝５〜２０を満たしかつ０．０２〜０．０７％，
   Ｂ：０．０００７〜０．００２０％を含有し、残部Ｆｅ
   及び不可避的不純物からなり、内層成分が、Ｃ≦０．０
   ０２％，Ｍｎ：≦０．２０％，Ｐ≦０．００８％，Ａ
   ｌ：０．００５〜０．０５％，Ｎ≦０．０４０％，Ｔ
   ｉ：Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）＝５〜２０を満たしかつ０．０２
   〜０．０７％，Ｂ≦０．０００３％を含有し、残部Ｆｅ
   及び不可避的不純物からなり、表層の全厚みに対する比
   率が片側で３〜２５％である鋼片を熱延し、引き続き酸
   洗して圧下率７５〜９０％で冷間圧延し、７５０〜８５
   ０℃で５分以下の焼鈍を施すことを特徴とする疲労特性
   に優れたプレス成形用冷延鋼板の製造方法。