JP3292671B2 - 深絞り性と耐時効性の良好な冷延鋼板用の熱延鋼帯 - Google Patents
深絞り性と耐時効性の良好な冷延鋼板用の熱延鋼帯Info
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Description
の冷延鋼板の技術分野に関するものであり、良好な耐時
効性が得られる冷延鋼板の素材である熱延鋼帯を提案し
ようとするものである。
が良く、表面が美麗であり、さらに優れた加工性を有す
ることから自動車用、家電製品用、各種建材用等に幅広
く使用されている。従来、加工性の良好な冷延鋼板とし
て、軟質で延性(伸び(El.)で代表される。)及びラン
クフォード値(r値)の高い材料が、種々の成分系の調
整により、また成分系と製造方法との組み合わせによっ
て提案されてきた。その代表的なものが製鋼段階で鋼中
のC量を50ppm 以下に低減したうえでTiやNbのような炭
窒化物形成元素を添加した極低炭素冷延鋼板である。こ
のような鋼板は、いずれも降伏点(Y.S.)が200 MPa 以
下、伸び(El.)が50%以上、r値が2.0 以上のごとき優
れた特性を容易に達成し得るものである。しかも、この
ような鋼板は、時効などといった材質劣化の原因となる
固溶(C,N)を炭化物、窒化物として完全に固定して
いるため、時効劣化をほとんど起こさないのはいうまで
もない。
以下に脱ガス処理し、TiやNbを添加した極低炭素冷延鋼
板は、これらTi、Nbが高価な成分であることから、通常
の低炭素鋼(C:0.02〜0.06wt%)に比べて製造コスト
が非常に高くなる。そればかりか、これらTiやNbの添加
により再結晶温度が高くなるため、冷延後の焼鈍時の再
結晶温度は700 ℃以上が必要とされる。それ故、必要と
される材質を得るためには、再結晶温度を800 ℃以上の
高温にしなければならず、この点でも製造コストの上昇
を招いてしまう。
れた特性の鋼板を得るのみならず、製造コストの低廉化
も要請されている昨今では、このようなTiやNbについ
て、固溶(C,N)を完全に固定し得る量で大量に含有
させた素材を用いて製造していたのでは採算性が著しく
悪い。また、極低炭素鋼は、低炭素キルド鋼に比べて溶
接部強度、疲労強度や化成処理性に劣るため、低炭素キ
ルド鋼でなければ対応できない用途も数多くある。とこ
ろが、低炭素キルド鋼を素材とした場合に、極低炭素鋼
に近い加工性及び耐時効性を有する鋼板及びその製造方
法は、ほとんどないに等しいのが現状である。
プレス成形性が良好でかつ耐時効性の良好な鋼板を製造
しようとする方法としては、熱延後の巻取温度を600 ℃
以上として固溶NをAlN として固定する手段、また、冷
延後の連続焼鈍の際には再結晶終了後の冷却過程で急速
冷却を施してから300 〜500 ℃の温度域に数分間保持す
ることでセメンタイトを結晶粒内、粒界に析出させて固
溶C量を減少させる手段がある。ところが、このような
方法を採ったとしてもエージングインデックス(A.I.;
7.5 %の引張後、100 ℃で30分の時効処理の前後におけ
る引張応力差)が40MPa 以下という耐時効性の良好な鋼
板を得ることは困難であった。
優れた冷延鋼板の主流は極低炭素鋼であり、これに応じ
て近年に建設される連続焼鈍設備では、過時効処理設備
が金属学的に不要と考えられ、また、設備建設費用等の
問題もあって過時効処理設備が必ずしも常備されなくな
ってきている。このように過時効処理設備の常備されて
いない連続焼鈍設備で低炭素キルド鋼を処理した場合に
は特に、エージングインデックスで40MPa 以下という耐
時効性の良好な鋼板を得ることは困難をきわめていた。
良好な製品を得べく、研究開発が進められ、特開昭57
─126924号公報では、鋼中のC、Mnを所定範囲に
した鋼を熱延時に400 ℃以下で巻き取ることにより、熱
延板中にセメンタイトを微細に分散させ、極微細なセメ
ンタイトを固溶Cの析出核とすることで、固溶C量を減
少させるという方法が提案されている。また、特開平2
−141534号公報では、Al、Nをやや高めにした低
炭素Alキルド鋼、あるいはそれにBを添加した鋼板に、
スラブ加熱温度を含む適切な熱延条件を定めることによ
り、鋼中の固溶Nを完全にAlN 、BNとして固定し、この
AlN 、BNを析出核として固溶Cを析出させるとともに、
高圧下率の調質圧延を施す方法が提案されている。
た特開昭57−126924号公報に記載の方法では、
巻取温度が低いことから強度上昇が避けられず、また、
前掲特開平2−141534号公報に記載された方法で
は、耐時効性の良好な冷延鋼板が得られているが、高圧
下率の調質圧延が必須であり、これにより優れた加工性
(特に延性)と耐時効性との両立が困難となっていた。
術で残されていた問題を有利に解決するもので、高圧下
率の調質圧延を行わなくても、連続焼鈍設備で低炭素キ
ルド鋼を熱処理した場合でも、耐時効性と加工性とを兼
ね備えた冷延鋼板を得るために必要となる、冷延鋼板用
の熱延鋼板を提案することにある。
時効性の良好な冷延鋼板用熱延鋼帯は、 C:0.015 wt%超〜0.150 wt%、 Si:1.0 wt%以下、 Mn:0.01〜1.50wt%、 P:0.10wt%以下、 S:0.003 〜0.050 wt%、 Al:0.001 〜0.01wt%未満、 N:0.0001〜0.0050wt%、 Ti:0.001 wt%以上かつ Ti(%) /〔 1.5×S(%) + 3.4×N(%) 〕≦1.0 、 B:0.0001〜0.0050wt% を含有し、残部は鉄及び不可避的不純物よりなり、断面
の組織が、パーライト中を除くセメンタイトの形状につ
いて、下記(1) 式により求められる形状パラメータS:
1.0 〜5.0 を満足することを特徴とする深絞り性と耐時
効性の良好な冷延鋼板用の熱延鋼帯である。 記
は、低炭素キルド鋼にTi及びBを添加して、このTiによ
りTi系硫化物、TiN を結晶粒内に分散させ、これにより
固溶NやSを完全に固定するとともにこれらの析出物を
セメンタイトの析出核とし、かつ、固溶Bを残し、B炭
化物を形成させて固溶Cの減少、耐時効性の向上を図っ
たものである。
分組成を得る基となった実験について説明する。 〈実験I〉 表1に示す種々の成分組成になる厚み30mmのシートバー
を1000〜1100℃に加熱し、3パスで仕上温度800 ℃、仕
上板厚3.0 mmになるように熱延し、600 ℃で1時間の巻
取相当処理を行った後、500 ℃まで炉冷(約1℃/mi
n)、その後空冷で室温まで冷却した。酸洗後、板厚0.7
mmの冷延板とし、次いで加熱速度10℃/sで800 ℃に加熱
して20s 保持後、400 ℃まで冷却速度40℃/sで冷却し、
400 ℃での保持時間120 s 、室温までを冷却速度10℃/s
で冷却する連続焼鈍型熱処理を行った。その後、圧下率
0.8 %の調質圧延を施した。
張試験片を採取し、全伸び(El.) ととエージングインデ
ックス(A.I.)を測定した。その関係を図1に示す。この
結果、低AlでTiとBの複合添加に係るこの発明の成分系
の鋼板は、従来の成分系の鋼板に比べ、同一エージング
インデックス(A.I.)で比較しても格段に伸びが大きく、
加工性が良好であることが判明した。すなわち、TiとB
のいずれか一方又は両方が欠けても、またAl量が高い場
合にはこの発明ほどには加工性が良好で、かつ耐時効性
が良好な低炭素キルド鋼は得られないことが判明したの
である。
た理由について説明する。 〔C:0.015 wt%超〜0.15wt%〕 Cの範囲を0.015 wt%超〜0.15wt%とした理由は、0.01
5 wt%以下にC量を低減するには製鋼での脱炭処理が必
要となり、これによるコストが著しく増大するためであ
る。また、0.15wt%超では結晶粒が著しく小さくなり、
伸び(El.) の値が小さくなって加工性が劣化してしまう
ためである。好ましい範囲としては0.015 wt%超〜0.06
wt%が良い。
有は材質を硬質化させ、加工性を劣化させてしまうから
である。なお、Siを製鋼での脱酸剤として使用した場
合、脱酸を十分ならしめるためには0.001 %以上を含有
するように添加するのが好ましい。また、好ましくは、
0.001 〜0.05wt%とするのが良い。
て添加させるが、この発明ではSはTiで固定するため、
Mnは主に強化成分として添加する。その効果を引き出す
ためには0.01wt%以上の含有が必要である。一方、1.5
wt%を超える含有では結晶粒を微細化し、材質を硬質化
させて加工性を劣化させるばかりでなく、鋼コストを上
昇させてしまうため、この発明では0.01〜1.5 wt%とし
た。好ましい範囲は0.05〜0.30wt%である。
を硬質化し、加工性を劣化させるばかりでなく、耐時効
性をも劣化させてしまうことから、この発明では0.10wt
%以下とした。好ましくは、0.001 〜0.030 wt%が良
い。
物として取り扱われるが、この発明の場合、0.003 wt%
未満では微細な硫化物が形成してしまい、また、0.050
wt%超では析出物の絶対量が多くなってしまい、いずれ
も材質を劣化させてしまうことから、加工性を維持し、
かつTiS を核として固溶Cの減少を促して耐時効性を改
善させるための範囲として0.003 〜0.050 wt%の範囲と
した。好ましくは、0.005 〜0.030 wt%が良い。
を回避するため用いられるが、この発明においてはNを
固定するTiやBがN当量以上に添加されているため、主
に脱酸を十分ならしめるためにのみ添加されればよい。
かように脱酸を十分ならしめるためには0.001 wt%以上
含有するように添加する必要がある。但し、0.01wt%以
上の含有はAl2O3 のような介在物を増大させ、固溶Alが
粒成長性を阻害し、加工性を劣化させてしまう。したが
って、この発明でのAl含有量は、粒成長性を著しく向上
させて深絞り性を向上させるための範囲として0.001 〜
0.01wt%未満とした。好ましい範囲は0.003 〜0.01wt%
である。
ことから、可能な限り低減させておかなければならない
成分であるが、この発明ではセメンタイトの析出核とし
てTiN も利用するものであり、0.0001wt%未満ではその
効果が期待できず、また、0.0050wt%を超えると固溶N
の固定のためにTiを多量に添加させなければならなくな
り、溶鋼コストを上昇させてしまうことから、0.0001〜
0.0050wt%の範囲とした。好ましい範囲としては、0.00
01〜0.0030wt%である。
鈍の冷却過程で固溶BをB系析出物(Fe2B、Fe3(C,B)、
Fe23(C,B)6)とし、更にこれをFe3Cの析出核とするため
には少なくとも0.0001wt%以上のBの含有が必要である
からであり、また、0.0050wt%を超える含有は固溶Bが
材質劣化を引き起こすからである。そのため、Bの添加
量は0.0001〜0.0050wt%とした。好ましくは、0.003 〜
0.005 wt%あるいはB/Nの比が1.0 以上、より好適に
は:1.5 超〜3.0 になる比である。この範囲でBによる
セメンタイトの析出効果がより促進されるからである。
3.4×N(%) 〕≦1.0 〕 Tiは、炭窒化物、硫化物を形成する成分であり、この発
明ではN時効の原因になる固溶Nを固定し、かつセメン
タイトの析出サイト化するためには、0.001 wt%以上の
含有が必要である。また、Ti量が少ない場合にはSがMn
とMnS を形成してしまい、成形性を劣化させる。そのた
め、なるべく析出させないようにするために、Tiを所定
量添加する必要がある。この観点からはTi量はTi(%) /
〔 1.5×S(%) + 3.4×N(%) 〕≦1.0 の関係を満足さ
せる必要がある。かくしてSはTiと優先的に結合してTi
S を形成する。このTiS はMnS に比べて粒状であり、フ
ランジ性を劣化させない。更に、Ti(%) /〔 1.5×S
(%) + 3.4×N(%) 〕>1.0を超えるようなTi添加量で
は、微細なTiC が析出してしまい、著しく加工性が劣化
してしまうため、この発明ではTi量を0.001 wt%以上で
かつTi(%) /〔 1.5×S(%) + 3.4×N(%) 〕≦1.0 の
範囲とした。つまり、この発明では、Cを完全に固定す
るほど多量の添加は不要である。好ましい範囲は、0.00
1 以上でかつTi(%) /〔 1.5×S(%) + 3.4×N(%) 〕
≦0.8 である。
は、 (1) 低Alとすることで粒成長性の良い素地を形成する、 (2) NをTiでのみ完全に固定する、 (3) 更に熱延鋼帯の段階及び冷延焼鈍時の冷却過程でTi
N や固溶BをB系析出物(Fe2B、Fe3(C,B)、Fe23(C,
B)6)としてこれらをFe3Cの析出核とすることによっ
て、はじめて冷延焼鈍板において良好な深絞り性が得ら
れるものであり、上記(1) 〜(3) の要素と成分範囲のい
ずれかが欠けても優れた延性、深絞り性は得られない。
なお、その他、Nb、ZrやVなど主に炭化物を形成するよ
うな成分の添加は微細析出物を増加させ、加工性を劣化
させることから好ましくない。
としては、上述した成分組成に加えて、さらに断面の組
織が、パーライト中を除くセメンタイトの形状につい
て、後述する式により求められる形状パラメータS:1.
0 〜5.0 を満足するものである。
至った実験について説明する。 〈実験II〉 表2に示す成分組成になる厚み30mmのシートバーを1050
℃に加熱し、3パスで仕上温度 850〜770 ℃、仕上板厚
3.2 mmとなるように熱延し、600 ℃で1時間の巻取相当
処理を行った後、 550℃まで炉冷(2.0℃/min 以下) で
冷却し、その後空冷で室温まで冷却した。酸洗後、板厚
0.8 mmの冷延板とし、次いで加熱速度6℃/sで800 ℃に
加熱して30s 保持後、400 ℃まで冷却速度30℃/sで冷却
し、400℃で保持時間150 s 、引き続く室温までの冷却
を冷却速度6℃/sとする連続焼鈍型熱処理を行った。そ
の後、圧下率0.8 %の調質圧延を施した。
45°及び90°方向からJIS 5 号引張試験片を採取し、r
値の平均値及びA.I.を求めた。なお、YS, TS, Elは0°
方向のみの機械的特性を求め、又、r値の平均値は、次
式により求めた。 r値の平均値=(X0 +2X45+X90)/4 ここに、X0 :圧延方向に対して0°方向の特性値 X45:圧延方向に対して45°方向の特性値 X90:圧延方向に対して90°方向の特性値 また、熱延鋼帯のセメンタイトの形状パラメータSを、
熱延鋼帯断面を倍率1000倍のSEMで観察し、画像解析
装置にて析出物の長辺、短辺を測定することにより次式
により求めた。
Sと、冷延焼鈍板の伸び、r値、及びA.I.値との関係を
図2に示す。図2より、この発明の成分系(低Al、Tiと
Bの複合添加鋼)は、形状パラメータSが5.0 以下の範
囲で著しく向上し、またSをより小さくするためには、
FDTを低く、巻取りから 500℃までの冷却速度を遅くす
ることが有利であることが判明した。従来の成分系、す
なわち、TiとBのいずれか一方又は両方が欠けても、ま
た、Al量が高い場合には、この発明のような形状パラメ
ータSが1.0 〜5.0 のようなセメンタイトが得られず、
この発明のように深絞り性が良好で、かつ耐時効性が良
好な低炭キルド冷延鋼板が得られないことが判明した。
いては、パーライト中を除いた炭化物の形状が上記式に
よる形状パラメータSを1.0 〜5.0 の範囲とする。熱延
鋼帯の段階でS>5.0 の長尺の炭化物が析出すると、冷
延後の焼鈍時にこの板状の炭化物の回りから深絞り性の
悪影響を及ぼす(110) 方位が多く生成してしまい、加工
性を低下させてしまうからである。一方、楕円あるいは
球状の炭化物、すなわちS≦5.0 の場合には、(110) 方
位の生成が抑制され、(111) 方位の生成及び成長が促進
されて深絞り性が向上するからである。なお、1.0 を下
限としたのは、いうまでもなく長辺と短辺との比が1.0
未満になることはないからである。
製造条件については特に規制しないが、スラブの加熱温
度は1150℃以下の低温に、仕上温度はAr3 変態点以上と
するのが伸び、r値の良好な鋼板を製造するうえで好ま
しい。Ar3 変態点以下であっても、本発明成分系で、低
FDT 圧延と巻取後の冷却速度を遅くすることによっても
析出物の形態を制御でき、加工性、耐時効性の良好な鋼
板を製造することができる。
行う直送圧延や温片挿入、あるいは温間圧延や潤滑圧
延、シートバー接合による連続熱延など種々の圧延方法
を行ってもなんら問題はない。熱延後の巻取りは、加工
性の良好な鋼板を製造する上で550 〜750 ℃の温度範囲
で巻取るのが好ましい。なお、750 ℃以上の高温巻取り
はスケール生成量が増大し、酸洗性が悪化するので700
℃以下とするのが好ましい。更に、冷延条件は高圧下率
とするのが高r値材を製造する上で有利であり、40%以
上より好ましくは60%以上とするのが良い。
用するのが好ましい。すなわち、焼鈍前の洗浄設備や焼
鈍後の調質圧延設備を連続化することが可能である。そ
のため、ハンドリング費用を大幅に削減でき、かつ箱焼
鈍に比べて製造日数を大幅に削減することが可能だから
である。焼鈍温度としては再結晶温度〜900 ℃の温度範
囲で5分以下で保持するのが好ましい。再結晶温度未満
では加工歪が残る結果、高強度、低伸びの製品になって
しまい、成形加工を施すに際し割れが生じてしまうから
である。一方、900 ℃を超える温度では(111) 再結晶集
合組織がランダム化し、プレス成形を施した場合にプレ
ス割れを起こしやすくなってしまうからである。
したCを析出させるために優位な温度域(350 〜450
℃)に比較的長い時間,滞留させる必要がある。また、
このような温度域でセメンタイトを析出させるには、少
なくとも20秒以上が必要である。しかしながら、200 秒
を超える時間の場合、設備を長大にするか、もしくはラ
イン速度を著しく低下させることを要するため、避けな
ければならない。かかる滞留処理は過時効処理設備の常
備されていない連続焼鈍設備であっても、その冷却域で
容易に行うことができることから、過時効処理設備がな
くても時効性の良好な冷延鋼板を得ることができる。な
お、10℃/s以上の急速冷却を施してから、300 〜400 ℃
で数分間保持することもできる。
1000〜1200°に加熱した後、表4に示す製造条件、すな
わち、3パスの粗圧延でかつ最終パスの温度と圧下率を
種々に変化させて20mmのシートバーとし、7スタンドの
仕上圧延機で仕上温度が770 〜870 ℃、仕上板厚が2.8
mmになるように熱延を行った。引き続き、700 ℃以下の
温度で巻き取り(コイル内径、外径部のコイル幅方向両
エッヂと中央部の500 ℃まで冷却する時間を測定し、平
均冷却速度を求めた。) 、酸洗後、板厚0.7mmの冷延板
とした。その後、図3に示す過時効処理のないヒートサ
イクルの連続焼鈍炉で再結晶焼鈍を行い、圧下率0.8 %
の調質圧延を施した。
張試験片を採取し、機械的特性を調査した。その結果を
表4に併記する。なお、表4に示したr値は平均値であ
る。また、パラメータSを算出するにあたって、熱延鋼
帯の幅方向、エッジ部、中心部からランダムにサンプル
を抽出し、その断面を倍率1000倍のSEMで観察すると
ともに、画像解析装置にて析出物の長辺、短辺を測定し
た。その結果、この発明の化学組成とセメンタイト形状
を有する熱延鋼帯から出発する冷延鋼板は、伸び47%以
上、A.I.値29MPa 以下、r値 1.6以上であり、加工性及
び耐時効性の良好な鋼板であることが明らかである。
板は、耐時効性が良好であるばかりでなく、低炭素鋼を
素材としていることから、極低炭素鋼に比べて素材その
ものが安価な上に、連続焼鈍設備の通板性を損なうこと
なく製造可能であり、ライン速度を高速化しやすく大量
生産が可能であることから、更なる製造コストの低減化
ができる。なお、この発明の熱延鋼帯は、冷延鋼板用途
として使用する例にとどまらず、そのまま熱延鋼板とし
て使用しても優れた加工性を有することには変わりがな
い。
の関係を示す図である。
(S) と伸び(El.) 、r値及びA.I.値との関係を示す図
である。
ルを示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 C:0.015 wt%超〜0.150 wt%、 Si:1.0 wt%以下、 Mn:0.01〜1.50wt%、 P:0.10wt%以下、 S:0.003 〜0.050 wt%、 Al:0.001 〜0.01wt%未満、 N:0.0001〜0.0050wt%、 Ti:0.001 wt%以上かつ Ti(%) /〔 1.5×S(%) + 3.4×N(%) 〕≦1.0 、 B:0.0001〜0.0050wt% を含有し、残部は鉄及び不可避的不純物よりなり、断面
の組織が、パーライト中を除くセメンタイトの形状につ
いて、下記(1) 式により求められる形状パラメータS:
1.0 〜5.0 を満足することを特徴とする深絞り性と耐時
効性の良好な冷延鋼板用の熱延鋼帯。 記 【数1】
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