JPS61276935A - 連続焼鈍による非時効性冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

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。

Ｔｉ　、　Ｎｂ外どの元素を使わないで、非時効性の冷
延鋼板を、連続焼鈍、それも短時間の過時効処理にて製
造する方法に関するものである。

（従来の技術） 軟質冷延鋼板は、その良加工性のために、自動車用を中
心として厳しい成形加工を経て、最終製品とされる鋼板
として使用されている。ところが。

この加工性は経時劣化する場合があり、との経時劣化を
時効性と称している。軟質冷延鋼板のうちでも、特に厳
しい成形を受ける用途に使われるものは、この時効性は
あってはなら彦い。

この時効性は、鋼中に侵入型に固溶したＣ、Ｎが最終工
程の調質圧延で、導入された可動転位を固着するために
生ずるもので、降伏点の上昇、破断伸びの低下、降伏点
伸びの発生といった劣化を生ずるからである。

この時効性の原因であるＣ、Ｎのうち、Ｎは微量故にア
ルミニウムキルド鋼とすることで、窒化アルミニウムの
形で固定したり、またはＢ添加により、窒化はう素とし
て固定することができるので、Ｎによる時効は回避でき
る。

一方、固溶Ｃは、低温でのセメンタイト固溶限が極めて
小さいので１箱焼鈍のように時間をかけて冷却すれば、
はとんど残留しかい。しかし連続焼鈍では、短時間で冷
却するために固溶Ｃが残留し、そのため大きなＣ時効が
生ずる。この固溶Ｃを低減するため、一般に連続焼鈍後
急冷して過冷度を高め、その後過時効と呼ばれるセメン
タイト析出処理を施す。

このセメンタイト析出処理は、核生成段階と成長段階と
からなす、シかも実用鋼の場合、不純物が多く含まれて
いるので、核生成も不純物等をサイトとした不均一核生
成が生じていると考えられる。焼鈍後の冷却速度を極め
て犬きくとれば、結晶粒内に微細なセメンタイトが生成
することは多く報告されている。

例えば、鉄と鋼、第６２年（１９７６）第６号６２４〜
６４３ページに記載の論文中のｐｈｏｔ０．１゜（Ｃ）
には、２０００℃／Ｓで７００℃から水冷し１次いで過
時効処理を行った鋼板に、微細な炭化物が認められる由
が報告されている。炭化物密度が大きければ、その成長
のために要する拡散距離が少々くなり、固溶炭素の低減
が速やかに進行するが、一方この微細炭化物による析出
硬化や分散硬化により、鋼自身が硬質、低延性と々る。

従って、この粒内炭化物密度は、ある適当な範囲にコン
トロールする必要があるが、上記報告ではそのことに考
慮を払っていない。また、２０００Ｃ／ｓという急冷で
は焼入歪のため鋼板形状がくずれるという欠点があり、
さらに、このような急冷では水冷が必然となり、そのた
め水温まで冷却の後、過時効温度まで昇温しなければな
らないという熱エネルギー上のロスや、水冷のだめの表
面酸化の問題が残る。

結晶粒内微細セメンタイトの析出コントロールに関し、
その核生成段階を認識し、これを考慮したものとして、
特開昭５１−２０７１５号公報と、特開昭５５−４４５
８４号公報記載の提案がある。セメンタイト核生成処理
として、前者は焼鈍後２０℃／易以上の冷却速度で急冷
して、２００〜３５０ｃの温度範囲に１０秒以上保持す
る。また後者は。

２５０〜４００℃の温度にすぐ彦くとも６００℃以下の
温度範囲を、３５℃／Ｓ以上の冷却速度で冷却し、その
温度で１０秒以下保持する。

しかしながらこれだけの条件では、核生成コントロール
としては不十分で、特に本発明の目指す非時効性鋼板を
得ることは困難である。時効性は時効指数（ＡＩ　）ま
たは１００℃、６０分の促進時効での降伏点伸び（ＹＰ
−Ｅｔ）で示されることが多いが、非時効性となすため
には、少なくともＡＩで３１ｗｔ７７Ｂ、２以下、かつ
ＹＰ−Ｅｔで０．４％以下、好ましくはＡＩで２　ｋ１
７ｆ／ｍｍ２以下かつＹＰ−Ｅｌで０でなければならな
い。

これに対して特開昭５１−２０７１５号公報では、その
実施例によると、ＡＩは一番小さくてＡｔキルド鋼の場
合で３．８ｋｇｆ／７１１ｒ！Ｌ２であり、また特開昭
５５−４４５８４号公報においても、同じ＜　Ａｔキル
ド鋼の場合で、ｙｐ−Ｅｚが下がってもせいぜい０．５
％である。これらは、上述のセメンタイト核生成コント
ロールの不十分さを裏付けている。

このような状況下で本発明者らは先に、特願昭５９−１
９３４３号にて、連続焼鈍中に硫化マンガン（ＭｎＳ　
）を主とした不純物上へのセメンタイト核生成を促進し
、適度な結晶粒内セメンタイト粒数が得られるように、
成分および連続焼鈍後の冷却・過時効条件を限定するこ
とによって、実質箱焼鈍により製造したものと同程度の
軟質、非時効性冷延鋼板を、連続焼鈍にて製造する方法
を提案した。

しかしながらこの発明の場合、核生成に要する時間や、
時には再加熱に要する時間が加わり、全体の過時効時間
は、特願昭５９−１９３４３号発明でも３分以下という
ものけ実現していない。

近年、薄鋼板の連続焼鈍はますます高速化しており、５
００ｍｐｍ程度のものも現われている。こうしたなかで
、例えば５分の過時効を必要とするならば、ストリップ
長で２５００ｍにあたる過時効炉が必要となるわけで、
過時効時間の減少は大きな課題となっていた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、特願昭５９−１９３４３号発明の欠点を克服
して、その特徴であるセメンタイトの核生成を徹底的に
生かす成長の最適化を果すことで、全過時効時間が３分
以内の連続焼鈍にて軟質、非時効性冷延鋼板を製造する
方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは下記のとおりである。

Ｃ０．０，１〜０．０５％、　Ｍｎ　０．０５〜０．２
５％、Ｓ０．００３〜０．０１５　　％　、Ａｔ０．０
０５〜０．１０　％　、Ｎ０．００５（１％以下、必要
に応じて、８０．０００５〜０．００４０％を含有し、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延し
、６５０℃以上の温度で巻取り、その後冷間圧延し、次
いで連続焼鈍を行うに当たり、７００〜８５０℃の温度
で再結晶焼鈍後、６５０℃以上の温度から１０００　Ｖ
Ｓ以下の冷却速度（ｖ）で急冷し、続いて温度Ｔ　（Ｑ
で保持時間ｔ１　（秒）として１０〜３０秒保定してセ
メンタイトの核生成を行わせ、その際前記温度Ｔ　ｆｔ
Ｊを２００℃以−Ｌでかつ一’ｔ　ｏ　ｘ　（ｚｏｇｔ
−）２＋３４　ｏと一７０Ｘ（ｚｏｇｔ−）２＋２５０
の間（但しＶは前記の冷却速度）の温度とすることによ
り、４Ｘ１０　〜２Ｘ１０’個ＡｎＪ　　のセメンタイ
ト核を生ぜしめ、次いで下記（１）〜（３）式を満足す
る温度Ｔ１まで３℃／Ｓ以上で１２（秒）時間にて再加
熱し、次いで同じく下記式を満足する温度Ｔ２まで直線
状に（１８（１−ｔｌ−ｔ２）（秒）〜（１５０−ｔ、
−ｔ２）　（秒）で冷却することを特徴とする連続焼鈍
による非時効性冷延鋼板の製造方法。

１１６４５０℃、２００℃≦Ｔ２≦３３０℃　　　（１
）Ｔ、≧Ｔ２（２） Ｔ、≧−０，４５Ｔ２＋４５５℃　　　　　　　　　　
　（３）好ましくけ、 ３５０℃≦Ｔ、≦４００℃ −Ｔ２＋６２０℃≦Ｔ、≦−１，７Ｔ２＋８６０℃中で
も、結晶粒内に微細な炭化物を核生成させたあと、特定
のＴ、温度まで小規模に再加熱し、続いて特定のＴ２温
度まで徐冷し、このＴ１．　Ｔ２に特定の関係を持たせ
た場合に限り、本発明の効果である全過時効時間３分以
内で、ＡＩ３φ誉以内の実質非時効性冷延鋼板が製造で
きるところに特徴がある。

鋼中炭素の拡散は高温はど大きく、平衡値まで減少する
のに短時間ですむが、一方、高温はど平衡状態での固溶
炭素量が高い、従って、一般論としてこれをつなぐ傾斜
過時効方式が考えられる。

例えば特公昭５５−３４８５２号公報の第３図、第４図
（破線のヒートｚ？ターン）、第６図、第７図がそうで
おる。しかし、これらは上述の一般論を出るものではな
く、従って到達すべき非時効化レベルも、本発明におい
て目標としている箱焼鈍並というレベルからははるかに
遠いものである。

本発明は、炭素析出と（〜てフェライト結晶粒界析出と
結晶粒内の不均一核生成、成長析出を競合させて短時間
で炭素析出を完了させ、非時効化を計るものでおる。い
ずれも炭化物の成長に関するものであるが、両者の成長
は境界条件を異にするためその速度は異なる。従って、
両速度過程を結び、最短時間で炭素析出を完了するＴ１
．　Ｔ２温度およびその関係は、単純なる傾斜過時効で
得られるものではない。

本発明者らは、このような考察と多数の実験に基づき、
ついに第１図で示す条件により３分以内で非時効化でき
ることを究明した。

第２図には、本発明において重要なＴ、　、　Ｔ２の条
件に関して、その数値を限定するに到った実験結果を示
す。また、第３図は本発明の連続焼鈍熱サイクルを模式
的に示したものである。用いた鋼は、Ｃ０．０１８〜０
．０２５％、　Ｍｎ　０．１１〜Ｑ、１８％。

〔１０〕 ｓ０．ｏｏｓ〜０．０１１　　％　、Ａｔ０．０１８〜
０．０２７　　％　　、Ｎ０．００，１１〜０．００１
６％を含有し、之を１０５０〜１１００℃に加熱後、Ａ
ｒ５変態点以上で熱間圧延を終了し、７００℃±２０℃
で巻取った。続いて、８０％の冷延率で０．８１ｍ厚の
冷延板とした後、次に示すような条件で連続焼鈍を施し
、０．８％の調質圧延後、時効指数（ＡＩ）を測定した
。

連続焼鈍条件：昇温速度１０℃／Ｓ　、保定８２０’Ｃ
ＸＩ分±１０秒、保定温度→７００ｕまで５”Ｃ７’Ｂ
　、　７００℃→２７０℃まで１５０１？：／Ｓ　、２
７０℃で２５秒保定、２７０℃−＋Ｔ、温度まで５　Ｖ
ｓ。

Ｔ、温度からＴ２温度まで（１５０−２５−（Ｔ、−２
７０）÷５）　秒で冷却、Ｔ２温度から室温まで３０　
Ｖｓで冷却。

すなわち、核生成を含め総計２．５分の過時効を行った
。

なお、ＡＩは、１０％予歪を与えた後、１００℃×６０
分の時効を行い、この時効前後での降伏点強度の上昇代
で表わす。

これらの条件は、当然本発明構成要件の範囲に含まれる
ものである。第２図より明らかに本発明の下限時間であ
る２分過時効でＡ　Ｉ　＝　３　ｋｇｆＡｎｍ２以下と
なる領域が存在する。この結果より範囲として求めたも
のが第１図の範囲（７）である。これでもってこの範囲
を本発明の限定範囲とする。

もとより、この領域は、その他の条件が変化すれば若干
質わり得る。こうした意味から、よシ安定性を求めるに
は、より低ＡＩとなる第１図範囲（イ）が好ましい。な
お、領域（ＡにおいてＴ、の上限温度は４５０℃とする
。これを越えると再加熱に要する熱エネルギーおよび時
間が大きくなり、経済的でない。より経済性を求めるな
ら４００℃未満とすることが望ましい。

また、温度Ｔ、からＴ２までは一様に冷却することが好
ましいが、多少のずれ、例えばけん垂線状の冷却をとる
ことはさしつかえない。さらに、またＴ、温度は３５０
℃以上とすることが好ましい。

けだし、本発明では低温の核生成で粒内セメンタイトを
発生させるからである。このセメンタイトは析出強化し
て鋼の延性を害する可能性がある。

本発明に従い３５０℃以上に加熱すると、このセメンタ
イトは地との整合性を失ない延性を回復するが３５０℃
未満では、この回復は不十分である。

さて、これまで述べてきたように、本発明のＴ１Ｔ２に
関する条件は、その前段の高温からの急冷とその冷却速
度に応じた粒内セメンタイトの核生成が前提となる。ま
ず、急冷開始温度は６５０℃以上、好ましくは７００〜
７３０℃とする必要がある。急冷の目的は炭素の過飽和
度を高めるためで、６５０℃未満からの急冷では炭素の
過飽和の程度は小さい。この意味から、焼鈍温度が炭素
の平衡固溶度の最も大きい７２３℃より高い場合に、こ
の温度まで１〜５ＶＳで徐冷することか好ましい。

次に、この温度から１０００　Ｖ８以下の冷却速度ｖ（
℃ハ）で、　７０Ｘ（””１イｉ）２＋３４０から−７
０８（ｌｏｇＲ旨）２＋２５０　の間の温度域に急冷し
、この温度域で１０〜３０秒保定する。Ｖが１０００Ｖ
Ｓ超となると焼入れのため転位密度が高まり、鋼の延性
を損ねる。また、鋼板形状を保つことも難しい。マが小
さくなるほど、核生成のための保定温度域は低温となる
が、この上限値を超えると十分な粒内セメンタイトの核
生成が生じない。また、下限値未満でも拡散が小さいた
め十分な核生成が生じない。なお、この温度Ｔは２００
℃以上でなければならない。けだし２００℃未満では整
合度の大きいセメンタイトや２炭化物が生成して、やは
り鋼の延性を損ねるからである。核生成のための保定時
間は１０〜３０秒を必要とする。１０秒未満では核生成
が十分でなく、３０秒の上限値で飽和傾向にあり、長す
ぎる保定は過時効時間の総計を３分以下とするための障
害となる。

しかして核生成温度からＴ、までは３℃昨以上の速度で
昇温する必要がある。３　’Ｃ／Ｓ未満では時間が長く
なり、本発明の目的を達成し難い。なお上限は現在の工
業レベルから５０℃／Ｓ程度と考えられる。

鋼の成分および熱延条件が本発明の範囲内で、このよう
な核生成条件が整ったなら、これで４Ｘ１０’〜２Ｘ１
０’個／朋２のセメンタイト核を生せしめることができ
、前述のようなＴ、　、　’ｒ２条件で目的が達成され
る。

なお、Ｖは極端に一様冷却でない場合を除き、平均冷却
速度でよい。

鋼の化学成分には次のような限定が必要である。

Ｃは０．０１〜０．０５％と、低炭素鋼としては比較的
低目にする必要がある。本発明は、第２図からも明らか
なように、粒内セメンタイトを利用して非時効化を計る
ものであるが、この粒内炭化物は、Ｅｔを劣化させる傾
向にあるため、全体の延性を補う意味で、Ｃの上限を低
くしてｂる。この意味で、Ｃの上限を０．０３％とし、
かつＰを０．０１％未満とすることは好ましい条件であ
る。Ｃの下限は、急冷開始前のＣの過飽和度を高めるた
めに決められる。より安定して粒内セメンタイトを得る
には、Ｃは０．０１５％以上とすることが好ましい。　
　ＭｎおよびＳは、ＭｎＳがセメンタイトの不均一核生
成サイトの主要なものとなるため極めて重要である。そ
れぞれの下限値０．０５％および０゜００３％は、Ｍｎ
Ｓの量を確保するために必要であシ、それぞれ上限を０
．２５％および０．０１５％とするのは、ＭｎＳの溶解
度が限られ、これ以上では過度なＭｎＳの分散状態を得
ることができないプこめである。

本発明は、炭素時効を最小化するところにその特徴があ
り、そのため同じく大きな時効劣化を生じさせる窒素に
ついては、その処置が必要である。

そのためにＡｔを０．００５％以上添力１１シ、かつＮ
を０．００５０％以下として、ＮをＡＩＮとして固定す
る必要がある。Ｎは低ければ低いほど望１しく、０．０
０２０％以下とすることが最も好ましい。また、もっと
強固にＮを安定な窒化物として固定する場合には、Ｂを
０．０００５〜０．００４０％添加する。

熱間圧延条件においては巻取条件が重要である。

こｔけ通常のＡｔＮ析出処理とともに、本発明ではＭｎ
Ｓ分散処理も関与していると推定され、そのために６５
０℃以上の高温とする必要がある。その他の熱間圧延条
件としては、通常とられている条件でよいが、加熱温度
については、熱延組織の粗大化を防ぐために、１０００
〜１１５０℃の低温とすることが好ましい。冷間圧延は
通常行なわれているように、６０〜９０％の圧下率でよ
いが、安定して高ランクフォード値（７値）を得るため
には、７５％以上の高圧下が望ましい。

次に連続焼鈍では７００〜８５０℃の再結晶焼鈍を行う
。７００℃未満では再結晶が不十分で、かつまた炭化物
の溶解が不十分となり、この後いくら急冷しても炭素の
過飽和度が高まらない。また、８５０℃を超えると、オ
ーステナイト量が増し、集合組織がランダム化しＴ値が
下がり、また結晶粒が粗大化する。なお、炭化物の溶解
を十分とするために、焼鈍温度からこの溶解度の最も大
きい７２０℃付近まで、５℃／Ｓ以下に徐冷することか
好ましいのは前述の通りである。焼鈍時間は通常行なわ
れているように、２０秒〜３分でよい。

なお製鋼法としては連続鋳造法、インゴット法の何れで
もよい。また、連続焼鈍における急冷手段としても、ガ
スジェット冷却、気水冷却、金属接触冷却、温水中冷却
、水冷却、塩浴浸漬等手段は問わない◎ 実施例１ ０．０１８％Ｃ−０，１２％Ｍｎ−０，００６％Ｓ−０
，００５（１７〕 ％Ｐ−０．０４３％Ａｌ−０．００ｉ５％Ｎを含有する
鋼を、転炉にて溶製し、連続鋳造にてスラブとした。

このスラブを１０８０℃に加熱後、熱間圧延した。

熱延条件としては仕上終了温度８８０℃、巻取温度７０
０℃〜７２０℃（一部６００℃）とした。

このコイルを８０％冷間圧延して、０．８朋厚とした後
連続焼鈍を行った。連続焼鈍条件および１％調質圧延後
の機械試験値を第１表に示す。

洗１，２，５．９および１０の鋼は、本発明に従った鋼
でめり、いずれも全過時効時間が３分以内で、時効後の
降伏点強度が１８に９ｆ／１ｍ２以下、伸び４５％以上
、ＹＰ−Ｅ／！、≦０．２、ＡＩ≦３　ｋｇｆＡｍ２と
いう、箱焼鈍並の特性が得られている。これに対し、上
記以外の鋼は、アンダーラインを施した項目において本
発明構成要件と異なっており、従って全過時効時間が３
分以内という制限下では、十分な特性、特に耐時効性（
ＹＰ−ＥｔとＡＩ）が得られていない。

（１８〕 ｗ　　　ｅｎｘｗｖ’＋１、垣 畳　　　　　畳　　　　＊＊　　　畳　　畳　　番　　
＼ノ実施例２ 第２表に示す成分を有する鋼を溶製し、加熱温度１０５
０℃、仕上圧延終了温度８８０〜８９５℃１巻取ＩＭ度
７００〜７３０℃で熱間圧延した後。

冷延率８０係で０．８　ｍ厚の冷延板とした。続いて８
００℃、１分の再結晶焼鈍を行った後、７００℃まで３
℃／８で冷却し、この温度から２７０　′Ｃ，−２で一
様に２５０℃／ｓで冷却し、２０秒保定した。

引続き、５秒で３７０℃まで昇温（７た後、１４０秒で
２７０℃まで一様に冷却し、１の後水冷した後、１．０
ｑｂの調質圧延を行い１機械試鹸仙を求めた。結果を第
２表に示す。

本発明に従った鋼ｉＡ、Ｂでは全過時効時間１６５秒で
十分な軟質非時効特性を示すが、Ｍｎ。

Ｓの条件が異なる鋼種り、Ｅでは、セメンタイト核生成
サイトが不十分で、大きな時効性を示す。

また、炭素の少ない鋼種Ｃでは、連続焼鈍の急冷時に、
炭素の過飽和度が足りず、やはり太き々時効劣化を示す
。また、炭素１゛の高い鋼種Ｆでは。

時効性は良いものの軟質・高延性とけ肖えない。

（発明の効果） 本発明によれば、以−ヒの実施例から明らかなように、
製鋼に負担をかけず経済的にかつ、真の意味での知時間
の連続焼鈍で軟質非時効性冷廷輌板を製造することがで
きる。

とれにより、従来高級の非時効性鋼板は箱焼鈍で、低級
鋼は連続焼鈍と作り別けられ、連続焼鈍により高級鋼を
製造するには、高価なＩＦ鋼を用いで作っていたものが
、高価なＩＦ鋼を用いることなしにコンパクトな連続焼
鈍で製造可能となった。

その結果、連続焼鈍の良い点、すなわち高生産性。

均一な品質、省エネルギー、省力、短期納期、高強度鋼
板が製造しやすいなどの点を享受でき、ＩＦ鋼を用いな
いことと相俟って、経済的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は温度Ｔ　およびＴ２での本発明範囲を示す図、
第２図はＴ、およびＴ２を変化させたときに得られた時
効指数の値を示す図、第３図は本発明の連続焼鈍熱サイ
クルの模式図である。 第３図 蒔渭

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃ０．０１〜０．０５％、Ｍｎ０．０５〜０．２５％、
   Ｓ０．００３〜０．０１５％、Ａｌ０．００５〜０．１
   ０％、Ｎ０．００５０％以下、必要に応じて、Ｂ０．０
   ００５〜０．００４０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可
   避的不純物からなる鋼を熱間圧延し、６５０℃以上の温
   度で巻取り、その後冷間圧延し、次いで連続焼鈍を行う
   に当たり、７００〜８５０℃の温度で再結晶焼鈍後、６
   ５０℃以上の温度から１０００℃／ｓ以下の冷却速度（
   ｖ）で急冷し、続いて温度Ｔ（℃）で保持時間ｔ＿１（
   秒）として１０〜３０秒保定してセメンタイトの核生成
   を行わせ、その際前記温度Ｔ（℃）を２００℃以上でか
   つ−７０×［ｌｏｇ（ｖ／１０００）］＾２＋３４０と
   −７０×［ｌｏｇ（ｖ／１０００）］＾２＋２５０の間
   （但しｖは前記の冷却速度）の温度とすることにより、
   ４×１０＾４〜２×１０＾６個／ｍｍ＾２のセメンタイ
   ト核を生ぜしめ、次いで下記（１）〜（３）式を満足す
   る温度Ｔ＿１まで３℃／ｓ以上でｔ＿２（秒）時間にて
   再加熱し、次いで同じく下記式を満足する温度Ｔ＿２ま
   で直線状に（１８０−ｔ＿１−ｔ＿２）（秒）〜（１５
   ０−ｔ＿１−ｔ＿２）（秒）で冷却することを特徴とす
   る連続焼鈍による非時効性冷延鋼板の製造方法。 Ｔ＿１≦４５０℃、２００℃≦Ｔ＿２≦３３０℃（１）
   Ｔ＿１≧Ｔ＿２（２） Ｔ＿１≧−０．４５Ｔ＿２＋４５５℃（３）