JPH10219394A - 深絞り性と耐時効性の良好な冷延鋼板及び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及び冷延鋼板用の熱延鋼帯Info
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Abstract
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提案する。 【解決手段】 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
物よりなる深絞り性と耐時効性の良好な冷延鋼板。
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を、その素材である熱延鋼帯と
共に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提案することを目的とする。また、
この発明の他の目的は、上記の耐時効性と加工性を兼ね
備えた冷延鋼板用の熱延鋼帯を提案することにある。
時効性の良好な冷延鋼板は、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
的不純物よりなる深絞り性と耐時効性の良好な冷延鋼板
である。
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
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。
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℃/min)、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、0.015 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〜0.06wt%が良い。
以下とした理由は、1.0 wt%超の含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。
性の原因になるSを固定する成分として添加させるが、
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。
素であり、0.10wt%超の含有は材質を硬質化し、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。
熱脆性の原因になることから不可避的不純物として取り
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。
製鋼での脱酸剤及びAlN を析出させ、N時効を回避する
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。
時効を引き起こし材質を劣化させてしまうことから、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、0.0001〜0.0030
wt%である。
0.0001〜0.0050wt%とした理由は、連続焼鈍の冷却過程
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。
1.5×S(%) + 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TiS 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、0.001 以上でかつ
Ti(%) /〔 1.5×S(%) + 3.4×N(%) 〕≦0.8 であ
る。
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TiN 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なるものであって、か
つ、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(1)
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。
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。Ar
3 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。
ブを表4に示す製造条件、すなわち、1000〜1200℃に加
熱した後、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25mm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750 〜900 ℃、仕上板厚が
3.0 mmになるように熱延を行った。引き続き、700 ℃以
下の温度で巻取り、酸洗後、板厚0.8 mm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。
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、圧延方向に
対して0°、45°及び90°方向の平均値である。その結
果、この発明の範囲の化学組成になる冷延鋼板は、伸び
48%以上、A.I.値40MPa 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わかる。
0 mmのスラブを1000〜1200°に加熱した後、表6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6に併記する。なお、表6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。
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。また、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。
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。
を示す図である。
Claims (2)
- 【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る深絞り
性と耐時効性の良好な冷延鋼板。 - 【請求項2】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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