JP3418999B2 - 深絞り性及び耐2次加工ぜい性に優れた高強度冷延鋼板及びその製造方法 - Google Patents
深絞り性及び耐2次加工ぜい性に優れた高強度冷延鋼板及びその製造方法Info
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Description
どで、比較的厳しい加工が施される用途に供して好適
な、高強度鋼板及びその製造方法に関する。かかる高強
度鋼板は、例えば自動車用鋼板として、必要とする強度
を確保した上で板厚を軽減させて車体重量の軽減とそれ
に伴う燃費の軽減を図るために、また各部材の強度をよ
り向上させて信頼性・安全性の向上を図るために有用で
ある。かくして地球環境の保全やパッシブ・セーフティ
ーの向上の機運が高まる昨今において、極めて注目され
ている。
して、例えば特開昭56-139654 号公報等に記載があるよ
うに、極低炭素鋼をベースとして、加工性、時効性を改
善するために炭窒化物形成成分であるTi,Nb等を含有さ
せ、さらにP等の強化成分を、加工性を害しない範囲で
含有させて高強度化を図った鋼板が数多く提案されてい
る。しかしながら、これらの鋼板の強度は、引張強度
(T.S.)で高々40kgf/mm2であって、高強度化には限界
があった。そこでかかる鋼板をさらに高強度化すべく、
例えば特開昭59-193221 号公報には、さらにSiを含有さ
せた冷延鋼板について提案があるが、この鋼板では、Si
の多量含有に由来する別の問題、すなわち主として表面
性状の問題(例えば化成処理性の劣化、めっき性の劣
化)が避け難く、目的とする自動車用鋼板としては、到
底使用に耐え得ない。また強化成分としてPを多量に含
有させた成分系の鋼板についても、耐2次加工ぜい性が
劣化する等の問題点があった。
用等に用いられる高強度鋼板として特に引張強度が40kg
f/mm2 を超えるものを主たる開発目的とする。このよう
な高強度鋼板では、当然のことながら加工性(機械的特
性)のみならず、めっき性さらには耐2次加工ぜい性
等、その使途において要求される全ての特性を満たすこ
とが必須要件である。これらの特性には、互いに相反す
るものもあるが、他方の特性が従来の鋼板に比して劣る
ことなしに、一段と良好な特性が要求されるのである。
なかでも耐2次加工ぜい性は、加工性を向上させる場合
に劣化し勝ちであるから、その他の特性と比べても極め
て過酷な条件を満足することが要求される。
する、深絞り性及び耐2次加工ぜい性に優れた高強度冷
延鋼板及びその有利な製造方法を提案することをその目
的とする。
工性を向上させるべく、C量を0.0005〜0.0050wt%に調
整した極低炭素鋼を基本成分とし、P,Si及びMnの含
有、より好ましくはさらにMoの含有で強度を上昇させ、
耐2次加工ぜい性の確保のために、比較的多量のNi及
びBを含有し、Ti,Al含有量を従来より少なめに抑え
ることで、必要以上に鋼中に不純物相を介在させないこ
とで、さらなる加工性の向上を図るものである。
る成分鋼に対して、熱間圧延、冷間圧延及び焼鈍を、各
工程間にわたる加熱,冷却条件を含めて適正に行うもの
である。
wt%(以下単に%で示す)、Si:0.10〜1.50%、Mn:1.
00〜3.50%、Ni:0.020 〜1.000 %、Ti:0.015 〜0.10
0 %、Nb:0.003 〜0.020 %、B:0.0015〜0.0050%、
Al:0.030 %以下、P:0.040 〜0.150 %、S:0.010
%以下及びN:0.0050%以下を、上記Si,Mn,Ni及びP
の各含有量 %Si , %Mn , %Ni 及び %P が次式
物の組成になり、かつフェライト単相組織になる深絞り
性及び耐2次加工ぜい性に優れた高強度冷延鋼板(第1
発明)である。
Si:0.10〜1.50%、Mn:1.00〜3.50%、Ni:0.020 〜1.
000 %、Ti:0.015 〜0.100 %、Nb:0.003 〜0.020
%、B:0.0015〜0.0050%、Al:0.030 %以下、P:0.
040 〜0.150 %、S:0.010 %以下及びN:0.0050%以
下を、上記Si,Mn,Ni及びPの各含有量 %Si, %Mn, %Ni
及び %Pが次式
物の組成になる鋼スラブを、連続鋳造後は 300℃以下に
降温させることなく1150〜1300℃に加熱して熱間圧延を
施し、 700〜1000℃の温度範囲で仕上圧延を終了するこ
と、仕上圧延終了から3秒以内に水冷を開始し、引き続
き冷却速度30℃/s以上で冷却して 500〜680 ℃で巻取
った後、酸洗すること、次いで圧下率70%以上の冷間圧
延を施すこと、さらに 800℃以上、 850℃以下の焼鈍を
行うこと、引き続き冷却速度20℃/秒以上で 400℃以下
の温度域まで急冷することからなる深絞り性及び耐2次
加工ぜい性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法(第2発
明)である。
それぞれの成分組成に加えて、Mo:0.0150〜0.5000%を
含有するもの(第3発明、第4発明)である。
明者らは、鋼板の引張強さを45〜60kgf/mm2 にすべく、
極低炭素鋼をベースに種々の検討を重ね、その結果、固
溶Cを適正量残留させた上でNi,Bを含有させることで
耐2次加工ぜい性等の特性が改善されること、また比較
的多量のPを含有させることで、強化成分として含有さ
せるSiによる表面諸特性の劣化を最小限に抑制できるこ
とを見出した。また、Si,Mn,Ni及びPの含有量の組み
合わせを所定範囲内に制御することで従来の鋼種に比し
て極めて良好な材質が得られることも併せて見出し、こ
の発明に至ったのである。
程について限定した理由について述べる。
ことが望ましいが、0.0005%よりも少ない場合は、耐2
次加工ぜい性の劣化や溶接部(溶接熱影響部)の強度低
下をもたらし好ましくない。また工業的にも0.0005%よ
りも低減するのはコスト的に見合わない。一方C含有量
が0.0050%を超える場合は、当量のTi,Nbを含有させて
も顕著な材質(特に延性)改善効果が得られないし、製
鋼工程熱延その他の製造過程において不都合を生じるお
それが著しいので好ましくない。したがってC含有量は
0.0005〜0.0050%の範囲に限定した。
として0.10%を下限とした。Si含有量は、基本的には目
標とする引張強度のレベルに応じて調節すればよいが、
1.50%を超えて含有させた場合には、熱延母板が顕著に
硬化するために冷延性が劣化することに加えて、化成処
理性の劣化も顕著になる。さらに種々の内部欠陥も増加
する傾向にあって好ましくない。したがってSi含有量の
上限を1.50%とした。
的特性、特にr値を劣化させるが、他成分と併用し、1.
00〜3.50%の範囲でかつ後述する相関式を満足させて含
有させた場合には、材質の顕著な劣化を伴うことなく強
度の上昇を図ることができる。ここにMn含有量が1.00%
に満たないと十分な強化を図ることができず、一方3.50
%を超えると鋼板が著しく硬化する結果、冷延工程で大
きな困難をきたす。したがってMn含有量は、1.00〜3.50
%の範囲に限定した。
はなかったが、この発明においては重要な意味を持つ。
すわなちNiの含有により、耐2次加工ぜい性が改善され
るばかりでなく、Si,Mn,Pとの関係で規定する所定範
囲に含有量を制限することで、強度の上昇及び加工性の
改善が可能になるのである。この効果は、Niを0.020 %
以上含有させると顕著になり、1.000 %を超えて含有さ
せると飽和する傾向を示すことから、コストの大幅な上
昇を考量してNi含有量は0.020 〜1.000 %の範囲とし
た。
0.015 %の含有でr値の改善効果が顕著になるが、0.10
0 %を超えて含有させてもその効果は飽和することに加
えて、表面性状の劣化が顕著となる。したがってTi含有
量の下限は0.015%に、上限は0.100 %にそれぞれ限定
した。なお、上記効果がP含有鋼の場合に特に顕著であ
ることを、この発明で初めて知見したのである。
場合に比べてより高いr値を得ることができる。また、
Nbの含有により、焼鈍時の異常な粒成長を抑制する効果
があり、均一かつ微細な鋼板組織を得るために有利であ
る。しかし、Nbを0.020 %を超えて含有させた場合は、
耐2次加工ぜい性が劣化するし、r値を始めとする加工
性も劣化する傾向を示す。またNb含有量が0.003 %に満
たないとその効果が得られない。したがってNb含有量
は、0.003 〜0.020 %に限定した。
の公知文献によれば、Bの含有は鋼の2次加工ぜい性に
絶大な効果を発揮することが報告されているが、同時に
材質(主としてr値)の劣化も避けられないため、含有
量の最適な範囲としては、0.0005〜0.0010%であると言
われていた。しかし、この発明で述べるSi,Mn,Pの複
合含有鋼においては、上記の範囲のB含有量では十分な
2次加工ぜい性の改善効果が得られないことが判明した
のである。すなわち、これらの合金元素を複合添加する
と従来の知見を大きくはずれ脆性が劣化するのである。
そこでSi,Mn,Pの含有量のバランスと、含有させるB
量を種々に変化させて、機械的特性と耐2次加工ぜい性
について調査したところ、Bを0.0015%以上含有させる
ことで、実用上問題のないレベルまで耐2次加工ぜい性
を改善できることが明らかとなった。しかしこの効果は
0.0050%で飽和し、焼鈍条件によっては却って加工性の
低下を招くうれいがある。したがってB含有量は、0.00
15〜0.0050%に限定した。
機構は不明であるが、含有量を従来に比して低く、0.03
0 %以下とすることで、この発明の成分系の鋼において
は加工性の改善効果がある。Al量の軽減に従って、材質
が改善される傾向にあるが、概ね0.001 %を下回るよう
な含有量になると、介在物が増加し、それに伴って最終
的に加工性が低下する。したがって、一応の下限は0.00
1 %であるが、介在物の除去が十分であれば、実質的に
Al無含有鋼であっても特性の劣化はないものと推定され
る。
すなわち本発明の成分鋼ではPを含有させることによ
り、詳細な機構は不明であるが、強度が増加しながら、
さらに加工性(主としてr値)が顕著に向上することが
判明したのである。この効果は、0.040 %以上の含有で
顕著である。またPを0.150 %を超えて含有させた場合
には、凝固時の偏析が極めて強固になる結果、強度の増
加が飽和することに加えて、加工性の劣化も招き、さら
に2次加工ぜい性についても大幅な劣化を招いて実質
上、使用に耐えない水準にまで劣化する。したがって上
限を0.150 %とした。
る。S量を低減することにより、鋼中の析出物が減少し
て加工性が向上すること及びCを固定する有効なTi量が
向上することに寄与する。このような効果は、S含有量
を0.010 %以下とすることで得られる。
る。N量を低減することにより、材質(特に延性、r
値)の向上が期待できる。しかし0.0050%以下に低減す
ることでほぼ満足し得る効果が得られることから上限を
0.0050%とした。
の範囲で含有させる。Moは、強度を向上させるために有
効な成分であるが、その含有量が0.0150%に満たない
と、目標とする強度の上昇効果が得られない不利があ
り、一方0.5000%を超えると、熱延母板が顕著に硬質化
する結果、冷延が困難になるという不都合が生じる。し
たがってMo含有量は0.0150〜0.5000%の範囲とした。
その各含有量 %Si , %Mn , %Ni 及び %P が次式
満足する範囲で各成分を含有させることにより、その詳
細な機構は不明であるが、所要の高強度が得られ、なお
かつr値がほとんど劣化せずに、高強度で高いr値の鋼
板を製造することができる。図1に、鋼板の平均r値に
及ぼすA値の影響を調べたグラフを示す。この鋼板は、
Si量,Mn量、Ni量及びP量を変化させた種々の連鋳スラ
ブを1170〜1270℃(連続鋳造後は350 ℃以上に保持)に
加熱した後、仕上圧延温度:900 ℃の熱間圧延を施し、
仕上圧延後2秒以内に急冷開始して、冷却速度約35℃/
秒で冷却して550 ℃で巻取り、次いで圧下率73%の冷間
圧延を施して板厚0.8 mmとした後、850 ℃、約20秒の短
時間焼鈍を行い、引き続き冷却速度25℃/秒で350 ℃ま
で冷却して製造したものである。図1から明らかに、A
値を−50≦A<0の範囲に保つことで、高いr値の鋼板
を製造できることがわかる。
の冷延鋼板は、組織がフェライト単相組織である。
法における各製造条件の限定理由について述べる。 ・スラブ加熱温度:1150〜1300℃ 熱間圧延に先立つ連続鋳造スラブの加熱温度が1150℃に
満たないと、後述するような十分に高い熱延仕上温度を
確保することが困難である。ただし、この熱延温度が確
保されれば、スラブ加熱温度はより低下させることが材
質の観点から有利である。とは言うものの熱延時の負荷
も増大することから、現状の設備を前提として1150℃を
下限とする。一方スラブ加熱温度が1300℃を超えると最
終的に鋼板表面の性状が顕著に劣化する。したがって上
限を1300℃とした。またこの発明の鋼では、スラブの低
温じん性が劣化しているため、スラブ加熱炉に装入する
までの間は300 ℃以下に降温させることを避ける必要が
ある。
を良好にするためには、低くとも700 ℃が必要である。
700 ℃に満たない温度で熱延された場合は、熱延板にお
ける圧延組織の残存が顕著となり、最終的に加工性に望
ましくない集合組織が形成されるので好ましくない。一
方、仕上圧延温度が1000℃を超える場合は、圧延装置の
ロール損傷が大きくなり、実際の製造に大きな障害とな
る。さらに集合組織の観点でも不利である。したがって
熱間圧延の仕上圧延温度は、700〜1000℃の範囲とし
た。
を開始し、引き続き冷却速度30℃/s以上で、次に述べ
る500 〜680 ℃の巻取温度まで冷却する必要がある。仕
上圧延終了から3秒を超える時間を空冷した場合は、Ti
のりん化物の析出が顕著に進行し、鋼板の強度のみなら
ずr値をはじめとする加工性の劣化を招く。また、引き
続いて冷却速度30℃/s以上で急冷を続けないと、同様
にTiのりん化物の析出が顕著に進行し、さらに変態の機
構が変化するためか、最終的な材質、特にr値が劣化す
る。
って板形状の乱れを生じ、さらに熱延母板が硬質化する
こととあわせて次工程の酸洗、冷間圧延に支障を来た
す。また材質的な見地からは、TiCの析出が過度に抑制
されるためと考えられるが、材質の劣化を来す。一方巻
き取り温度が680 ℃を超えると、Tiのりん化物が形成
し、材質の劣化を招くのみならず、スケール厚みの増大
に伴う酸洗性の劣化も顕著になる。さらにSi等の表面濃
化に伴う種々の問題も顕在化してくる。したがって巻き
取り温度は、500 〜680 ℃の範囲とした。
たないと十分な深絞り性が得られない。望ましくは80%
以上である。
ナルフェライト単相)組織となり、良好な材質が得られ
る最低限の温度として 800℃が規定される。一方、徒に
高温の焼鈍を行った場合、フェライト単相組織ではT.S.
が低下し目標とする高強度が得難くなるので、許容でき
る上限として 850℃を規定した。なおこの焼鈍での均熱
時間については、特に限定するものではないが、20〜18
0 s 程度である。この均熱時間が 20s程度に満たないと
条件によっては安定して再結晶が完了しない不利があ
り、一方180s程度を超えると表面性状の劣化を招きやす
いという不都合を生じるうれいがある。
20℃/秒以上とする。。冷却速度が20℃/秒に満たない
と、耐2次加工ぜい性が劣化する。また、かかる冷却を
400 ℃以下まで急冷しない場合も、同様に耐2次加工ぜ
い性が劣化する。なおこのような急冷を行うことより、
若干のT.S.の向上が、延性やr値の劣化を伴うことなし
に図られる。
し、以下に示す条件で板厚0.7 mmの冷延鋼板を製造して
その機械的特性を調査した。成分等に付したアンダーラ
インは本発明範囲外を示す。
後は350 ℃以上に保持) 仕上圧延温度:850 〜880 ℃ 冷却条件:仕上圧延後3秒以内に急冷開始、約40℃/秒
で冷却 巻取り温度:520 ℃ 冷延圧下率:78% 焼鈍条件:840 ℃、30秒均熱 冷却条件:焼鈍温度から冷却速度25℃/秒で350 ℃まで
冷却
引張試験片を用いて、通常の試験法で評価した。また、
耐2次加工ぜい性については、絞り比2.0 で絞り抜いた
コニカルカップをフランジカットした後、種々の温度に
て5kgの重りを80cmの高さから落として衝撃荷重を与
え、ぜい性的な割れを生じる上限温度で評価した。この
温度が概ね−45℃以下であれば、通常の使用環境で問題
のないレベルと判断できる。かくして得られた結果を表
2に示す。
実施例は、比較例に比べて優れたEl. (延性)と高いr
値を有する、良加工性高張力鋼板であることがわかる。
また、耐2次加工ぜい性についても、そのぜい化温度が
−50℃以下と良好である。なお実施例の鋼板は、いずれ
もポリゴナルフェライト単相組織であった。
製造条件で実機設備による製造して板厚0.75mmの冷延鋼
板を得た。これらの鋼板に各種の試験を行い、諸特性を
調査した。かくして得られた結果を表4に併記する。
で製造した適合例が比較例よりも良好な特性を有してい
る。また、これらの鋼板について化成処理性及び電気め
っきのめっき密着性を行ったところ、従来の自動車用冷
延鋼板とほぼ同等のレベルであった。
がら、優れた深絞り性及び耐2次加工ぜい性をも兼ね備
えることにより、自動車などの使途において特に有用で
ある。
調べたグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 C:0.0005〜0.0050wt%、 Si:0.10〜1.50wt%、 Mn:1.00〜3.50wt%、 Ni:0.020 〜1.000 wt%、 Ti:0.015 〜0.100 wt%、 Nb:0.003 〜0.020 wt%、 B:0.0015〜0.0050wt%、 Al:0.030 wt%以下、 P:0.040 〜0.150 wt%、 S:0.010 wt%以下及び N:0.0050wt%以下 を、上記Si,Mn,Ni及びPの各含有量 %Si , %Mn , %Ni
及び %P が次式 【数1】 A=100 × %P +80× %Si −60×{ %Mn + %Ni } で算出するA値にて −50≦A<0 を満足する条件で含有し、残部はFeおよび不可避的不純
物の組成になり、かつフェライト単相組織になる深絞り
性及び耐2次加工ぜい性に優れた高強度冷延鋼板。 - 【請求項2】 C:0.0005〜0.0050wt%、 Si:0.10〜1.50wt%、 Mn:1.00〜3.50wt%、 Ni:0.020 〜1.000 wt%、 Ti:0.015 〜0.100 wt%、 Nb:0.003 〜0.020 wt%、 B:0.0015〜0.0050wt%、 Al:0.030 wt%以下、 P:0.040 〜0.150 wt%、 S:0.010 wt%以下及び N:0.0050wt%以下 を、上記Si,Mn,Ni及びPの各含有量 %Si, %Mn, %Ni及
び %Pが次式 【数2】 A= 100× %P+80×%Si −60×{ %Mn+%Ni } で算出するA値にて −50≦A<0 を満足する条件で含有し、残部はFeおよび不可避的不純
物の組成になる鋼スラブを、 連続鋳造後は 300℃以下に降温させることなく1150〜13
00℃に加熱して熱間圧延を施し、 700〜1000℃の温度範
囲で仕上圧延を終了すること、 仕上圧延終了から3秒以内に水冷を開始し、引き続き冷
却速度30℃/s以上で冷却して 500〜680 ℃で巻取った
後、酸洗すること、 次いで圧下率70%以上の冷間圧延を施すこと、 さらに 800℃以上、 850℃以下の焼鈍を行うこと、 引き続き冷却速度20℃/秒以上で 400℃以下の温度域ま
で急冷することからなる深絞り性及び耐2次加工ぜい性
に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。 - 【請求項3】 C:0.0005〜0.0050wt%、 Si:0.10〜1.50wt%、 Mn:1.00〜3.50wt%、 Ni:0.020 〜1.000 wt%、 Mo:0.0150〜0.5000wt%、 Ti:0.015 〜0.100 wt%、 Nb:0.003 〜0.020 wt%、 B:0.0015〜0.0050wt%、 Al:0.030 wt%以下、 P:0.040 〜0.150 wt%、 S:0.010 wt%以下及び N:0.0050wt%以下 を、上記Si,Mn,Ni及びPの各含有量 %Si , %Mn , %Ni
及び %P が次式 【数3】 A=100 × %P +80× %Si −60×{ %Mn + %Ni } で算出するA値にて −50≦A<0 を満足する条件で含有し、残部はFeおよび不可避的不純
物の組成になり、かつフェライト単相組織になる深絞り
性及び耐2次加工ぜい性に優れた高強度冷延鋼板。 - 【請求項4】 C:0.0005〜0.0050wt%、 Si:0.10〜1.50wt%、 Mn:1.00〜3.50wt%、 Ni:0.020 〜1.000 wt%、 Mo:0.0150〜0.5000wt%、 Ti:0.015 〜0.100 wt%、 Nb:0.003 〜0.020 wt%、 B:0.0015〜0.0050wt%、 Al:0.030 wt%以下、 P:0.040 〜0.150 wt%、 S:0.010 wt%以下及び N:0.0050wt%以下 を、上記Si,Mn,Ni及びPの各含有量 %Si, %Mn, %Ni及
び %Pが次式 【数4】 A= 100× %P+80×%Si −60×{ %Mn+%Ni } で算出するA値にて −50≦A<0 を満足する条件で含有し、残部はFeおよび不可避的不純
物の組成になる鋼スラブを、 連続鋳造後は 300℃以下に降温させることなく1150〜13
00℃に加熱して熱間圧延を施し、 700〜1000℃の温度範
囲で仕上圧延を終了すること、 仕上圧延終了から3秒以内に水冷を開始し、引き続き冷
却速度30℃/s以上で冷却して 500〜680 ℃で巻取った
後、酸洗すること、 次いで圧下率70%以上の冷間圧延を施すこと、 さらに 800℃以上、 850℃以下の焼鈍を行うこと、 引き続き冷却速度20℃/秒以上で 400℃以下の温度域ま
で急冷することからなる深絞り性及び耐2次加工ぜい性
に優れた高強度冷延鋼板の製造方法。
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