JP2006009124A - 耐二次加工割れ性に優れた深絞り用冷延鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 C:0.0005〜0.0070質量%,Si:0.01〜1.5質量%,Mn:0.05〜2.5質量%,S:0.001〜0.010質量%,N:0.007質量%以下,P:0.002〜0.1質量%を含み、さらにTi:0.005〜0.2質量%及びNb:0.005〜0.2質量%の1種又は2種を含み、必要に応じてさらに、V,Zrの1種又は2種を合計で0.005〜0.1質量%、Cu,Ni,Cr,Moの1種又は2種上を合計で0.02〜3.0質量%、あるいはB:0.00002〜0.0003質量%を含み、残部が実質的にFeの組成を有する冷延鋼板であって、面内全方向に沿って測定したランクフォード値rの平均値rmean値を1.4以上に、かつ|Δr値|を0.3以下にしたもの。
【選択図】 なし
Description
このようなTi添加極低炭素鋼は、極めて軟質で延性に富むとともに、非時効性も備えている。さらに深絞り性に有利な集合組織の発達を阻害する固溶CやNが存在しないため、高いランクフォード値rが得られ、深絞り性に優れた冷延鋼板を容易に得ることができる。
このように、Ti添加極低炭素鋼板は、低炭素鋼では得ることのできない優れた深絞り加工性を示すことから、自動車ボディー用をはじめとして広く使用されている。
例えば、耐二次加工割れ性を向上させるためにBを添加し、フェライト粒界にBを偏析させることで粒界強度を高めること、かつ、フェライト粒を一定以上に微細化することで粒界破壊に対する抵抗を付与すること等が報告されている。
また、特許文献1では、Ti,Nb,Bを添加した極低炭素鋼を製造する際、熱延条件を制御することにより、熱延板集合組織の集積を抑制して冷延焼鈍後のランクフォード値rの異方性を低減し、結果的に二次加工性を向上させることが提案されている。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、高価なBを添加することなく、あるいは極微量の添加であっても二次加工割れの発生を抑制することができる冷延鋼板を提供することを目的とする。
また、耐二次加工割れ性に優れた深絞り用冷延鋼板は、上記のような成分組成を有する鋳片に、加熱温度:1000〜1250℃,仕上げ温度:Ar3点−20〜920℃,巻取り温度:500〜730℃なる条件で熱間圧延を施した後、得られた熱延鋼板に、60〜92%の圧下率で冷間圧延とその後の再結晶温度以下の焼鈍を施すことにより製造される。
高価なBの過剰添加を行わなくとも、高いr値を保持したまま、優れた耐二次加工割れ性を得ることができるので、本発明の産業上の利用価値は大きい。
その結果、Δr値と耐二次加工割れ性に顕著な関係があり、Δr値の絶対値(本明細書中では「|Δr値|」と記す。)をある一定の値以下にすれば、Bを無添加又は極微量添加であっても優れた耐二次加工割れ性が得られるという、従来にない知見を得たものである。
ところで、r値の面内異方性の低減の効果については、既に従来より材料歩留まりを改善する観点からは種々論じられている事柄ではある。しかし、本発明者等は、「耐二次加工割れ性向上」の観点から、r値の面内異方性であるΔr値に制限を加えることで、二次加工割れの発生を抑制できるという知見を新たに見出したものである。
まず、本発明鋼の成分組成及びr値とその面内異方性について、整理して説明する。なお、各元素の含有量を示す「%」は、特に示さない限り「質量%」を意味する。
C:0.0005〜0.0070%
Cは、高いrmean値を得るには極力少なくすることが好ましい。しかし、実用上、本発明の効果を損なわない範囲として0.0005〜0.0070%とした。
Siは、伸びの低下が比較的小さいままで強度を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るには、0.01%以上の添加が必要である。一方、1.5%を超えて多量に添加すると鋼の靭性が低下し、耐二次加工割れ性も大きく低下する。またコストの上昇を招くことになる。したがって、その上限は1.5%とする。
Mn:0.05〜2.5%
Mnは、鋼板の高強度化に有効な元素である。その効果を得るためには0.05%以上の添加が必要である。実用上、本発明の効果を損なわない範囲としてその上限は2.5%とした。
Sは、結晶粒界に偏析しやすく、粒界脆化によって熱間加工性を低下させる作用を呈する。S起因の悪影響を抑制するためは、極力少なくすることが好ましい。実用上、本発明の効果を損なわない範囲として0.001〜0.010%とした。
N:0.007%以下
Nは、Nは加工性に有害な元素であり、極力少なくすることが好ましい。そのため、実用上、本発明の効果を損なわない範囲として、0.007%を上限とした。
Pは、粒界に偏析して粒界を脆化させる有害な成分である。本発明においても極力少なくする必要がある。しかし、0.1%までは許容される。実用上、本発明の効果を損なわない範囲として0.002〜0.1%とした。
Al:0.01〜0.1%
Alは、酸素との親和力が強いため脱酸のために必要な元素である。脱酸を効果的に行うためには0.01%以上の添加が必要である。しかし、0.1%を超えて過剰に添加してもその効果が飽和するとともにコストの上昇を招く。したがって、その上限は0.1%とした。
Tiは、鋼中のC,S,Nを析出物として固定して固溶C,S,Nを無くし、深絞り性を改善するのに有効な元素である。その効果を得るためには0.005%以上の添加が必要である。しかし、0.2%を超えて過剰に添加しても、その効果が飽和するばかりでなく、却って靭性の低下を招くことになる。
Nb:0.005〜0.2%
Nbは、本発明において重要な元素である。Nbも、C,Nを析出物として固定する元素として知られているが、Nbの添加は、ランクフォード値の平均値rmean値を大きくするとともに、|Δr値|を小さくすることが可能である。この効果を発揮させるためには0.005%以上の添加が必要である。しかし、0.2%を超えて過剰に含有させるとその効果が飽和するばかりでなく、却って靭性の低下を招くことになる。
これらの限定理由は次の通りである。
V,Zr
VやZrは鋼の強度を向上させるのに有効な元素である。この効果を得るためには、1種又は2種を合計して0.005%以上添加する必要がある。しかし、0.1%を超えて添加すると却って延性の低下が大きくなるとともにコストの上昇に繋がることになる。
Cu,Ni,Cr,Moは、高強度化だけでなく、耐食性を向上させるのにも有効な元素である。これらの効果を得るためには、1種又は2種以上を合計して0.02%以上添加する必要がある。しかし、3.0%を超えて添加すると却って延性の低下を招くとともにコストの上昇に繋がることになる。
B
Bは、Cと同様に、粒界に偏析して粒界強度を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るためには、0.00002%以上の添加が必要である。しかし、0.0003%を超えて添加してもその効果は飽和するばかりでなく、却って延性の低下を招くことになる。
r mean 値≧1.4,|Δr値|≦0.3
このrmean値と|Δr値|を所定の範囲に規定することにより、本発明で規定した成分組成の鋼において、良好な深絞り性と耐二次加工割れ性を同時に確保することができる。深絞り成形時の製品形状の均一性を確保し、割れの発生を抑制するためには、ランクフォード値の平均値rmean値は大きく、1.4以上にする必要がある。また、二次加工割れを防ぐには、面内異方性の指標であるΔr値の絶対値|Δr値|は極力小さくすることが好ましい。|Δr値|が小さくなると耐二次加工割れ性が良好となる理由は必ずしも明らかではないが、深絞り加工時のフランジ部の縮み変形が均一化され、不均一なひずみが残存されなくなることに起因すると考えられる。このような効果は|Δr値|が0.3以下のときに現れる。
なお、圧延方向に対して0°方向,45°方向及び90°方向のランクフォード値をそれぞれr0,r45及びr90としたとき、rmean値は(r0+2r45+r90)/4で表され、Δr値は(r0−2r45+r90)/2で表される。
加熱温度:1000〜1250℃
熱間圧延するときの鋼片の加熱温度が低すぎると、具体的には1000℃に満たないと、圧延時の荷重が増大して圧延機に負荷が掛かってしまう。このため1000℃以上とする。しかし、1250℃を超えると、熱延板中にTiC等が微細に析出するようになり、その結果、rmean値の低下を招くことになる。
熱間圧延の際の仕上げ温度は、熱延鋼板でのフェライト組織を決定する上で重要である。Ar3変態点−20℃を下回ったり、920℃を超えたりすると、混粒組織となったり、粒径が粗大化したりして、rmean値の低下や|Δr値|の増大を招くことになる。特に、920℃を超えると、熱延板の粒径が粗くなって、焼鈍時深絞り性に有効な集合組織の発達が不十分となるために不適である。
巻取り温度が500℃未満では、フェライト中でのTiC等に析出・粗大化が十分ではなく、結果としてrmean値が低下する。一方、730℃を超えると、フェライト粒が粗大化し、その結果、rmean値が低下するとともに、|Δr値|が大きくなる。
冷延率:60〜92%
冷延率が60%未満では深絞り性の向上に好ましい集合組織が発達せず、高いrmean値は得られない。そのため、冷延率の下限は60%とした。一方、92%を超える圧延率で圧延しても、rmean値の上昇には効果がなくなるばかりでなく、圧延機に対する負荷が過大となる。このため、冷延率の上限は92%とした。
連続焼鈍における焼鈍温度は、深絞り用冷延鋼板として加工性を確保するために、再結晶温度以上とする。
以下に、本発明を、実施例をもって詳細に説明する。
表1に示す化学成分の鋼を溶製し、熱間鍛造してスラブとした後、1180℃に加熱して熱間圧延し、Ar3点−20〜920℃の仕上げ温度で2.5〜5.5mmの板厚に仕上げた。仕上げた後、500〜730℃でコイル巻取り相当の処理を施し、室温に冷却した。得られた熱延鋼板を酸洗デスケールした後、圧延率55〜90%の冷延を行い、板厚0.6mmの冷延鋼板を得た。得られた冷延鋼板に850℃×80秒の焼鈍を施した。
各焼鈍板より、圧延方向に対して0°方向,45°方向及び90°方向にJIS5号試験片を切り出して引張試験を行った。r値以外の特性については、0°方向(圧延方向)のみで評価した。
r値は伸び15%で評価し、圧延方向に対して0°方向,45°方向及び90°方向のr値を測定し、前記の関係式でrmean値及び|Δr値|を算出した。
その結果を、表2に示す。
まず、焼鈍板から、65mmのブランクを打抜いた後、ダイス肩R3.0mmφ、ポンチ径33mmφの条件にて深絞り成形機を用いて、底面がφ30mmの円筒状カップに深絞り成形した。カップ成形後のカップ縁の状態の影響を除くため、30mmの一定高さになるように砥石にてカップ先端を切断した後、#600のエメリー紙で仕上げた。得られたカップ試験片を耐二次加工割れ性の試験に供した。
この試験では、2mの高さから質量6.3kgの重錘4を、パイプ5をガイドにして落下させている。試験機下部に、冷媒槽2中で所定温度に保持したカップ試験片1をおき、その上部に頂角60度の円錐ポンチ3をセットした後、このポンチ3上に重錘4を落下・衝突させることで、カップ試験片1に衝撃荷重を加えている。重錘の落下・衝突により拡管方向への衝撃歪を加えて、カップ側壁部に脆性割れが発生するか否かを調査した。
冷媒には、メタノール又はイソペンタンにドライアイス又は液体窒素を加えたものを用いた。試験片とポンチは、冷媒中に約10分間浸漬して均熱化を図った。試験の温度については、10℃の間隔で設定し、同温度で3個の試験片について行い、3個とも割れない最低温度を臨界温度として求めた。その結果を表2に併せて示す。なお、臨界温度が−40℃以下のものを良好と評価した。
これに対して、比較鋼のNo.8〜12では、C,Si,Mn,Pが本発明範囲を外れているために、所定の条件で熱延,冷延を施しても、rmean値と|Δr値|のいずれかが請求項に規定した数値から外れるか、もしくは耐二次加工割れ性に劣るものしか得られていない。なお、耐二次加工割れ性に有害なPやSiを過剰に含むNo.8,10の鋼では、耐二次加工割れ性が劣っている。
表3に示す化学成分の鋼を溶製し、連続鋳造ラインにて鋳造して得たスラブを、1150℃まで加熱して条件を種々に変えた熱間圧延を施した。酸洗でデスケールした後、板厚0.6mmに冷延し、連続焼鈍、又は溶融めっきを施して冷延鋼板又は溶融めっき鋼板を製造した。各鋼板の製造条件を表4に示す。
得られた冷延鋼板及び溶融めっき鋼板より、実施例1と同じ試験片を採取し、引張試験と耐二次加工割れ性試験を行った。その結果を、表4に示す。
これに対して、本発明範囲外の条件で製造された場合、rmean値と|Δr値|のいずれか、もしくは双方が規定の範囲内に入らず、深絞りを行うに十分な材質が得られないか、あるいは二次加工割れ限界温度が−30℃よりも高くなって、耐二次加工割れ性に劣っている。
Claims (5)
- C:0.0005〜0.0070質量%,Si:0.01〜1.5質量%,Mn:0.05〜2.5質量%,S:0.001〜0.010質量%,N:0.007質量%以下,P:0.002〜0.1質量%,Al:0.01〜0.1質量%を含み、さらにTi:0.005〜0.2質量%及びNb:0.005〜0.2質量%の1種又は2種を含み、残部が実質的にFeの組成をもち、面内全方向に沿って測定したランクフォード値rの平均値rmean値が1.4以上で、しかも|Δr値|が0.3以下であることを特徴とする耐二次加工割れ性に優れた深絞り用冷延鋼板。
- さらに、V,Zrの1種又は2種を合計で0.005〜0.1質量%含むものである請求項1に記載の耐二次加工割れ性に優れた深絞り用冷延鋼板。
- さらに、Cu,Ni,Cr,Moの1種又は2種上を合計で0.02〜3.0質量%含むものである請求項1又は2に記載の耐二次加工割れ性に優れた深絞り用冷延鋼板。
- さらに、B:0.00002〜0.0003質量%を含むものである請求項1〜3のいずれか1に記載の耐二次加工割れ性に優れた深絞り用冷延鋼板。
- 請求項1〜4のいずれか1に記載の成分組成を有する鋳片に、加熱温度:1000〜1250℃,仕上げ温度:Ar3点−20〜920℃,巻取り温度:500〜730℃なる条件で熱間圧延を施した後、得られた熱延鋼板に、60〜92%の圧下率で冷間圧延とその後の再結晶温度以下の焼鈍を施すことを特徴とする耐二次加工割れ性に優れた深絞り用冷延鋼板の製造方法。
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JP2004191261A JP2006009124A (ja) | 2004-06-29 | 2004-06-29 | 耐二次加工割れ性に優れた深絞り用冷延鋼板及びその製造方法 |
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