JP2007162082A

JP2007162082A - 耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2007162082A
Application number: JP2005361137A
Authority: JP
Inventors: Nobuko Mineji; 暢子峰地; Hideko Yasuhara; 英子安原; Reiko Sugihara; 玲子杉原; Tadashi Inoue; 正井上
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: JP4715496B2

Abstract

【課題】Nb添加型のIF鋼を用い、Bなど添加元素を必要とせずに、r値の面内異方性を改善し、耐ひずみ時効性に優れる乾電池缶用鋼板として好適な冷延鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】質量%で、C:0.0030%以下、Si:0.02%以下、Mn:0.15〜0.25%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.070%、Nb:1.0≦Nb/C(原子当量比)≦5.0を満たす量(%)を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼片を、熱間圧延してひずみ時効指数AIが9.8MPa以上の熱延板とし、次いで該熱延板を圧下率65〜88%で冷間圧延を施して冷延板とした後、該冷延板を700〜820℃で連続焼鈍する方法。
【選択図】図1

Description

本発明は、特に乾電池缶用として好適な、耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板の製造方法に関する。

冷延鋼板を乾電池缶に加工する方法としては、深絞り加工およびしごき加工を適宜組み合わせた方法が用いられる。例えば、絞りカップに加工後、しごき加工を施すDI加工、絞りカップに加工後、引張りと曲げ曲げ戻し加工し、さらに必要に応じしごき加工を施すストレッチドロー加工、何段階かの絞り加工を施した後、しごき加工を施す多段絞り加工などの方法を挙げられる。

乾電池缶の加工においては、加工後の缶円周方向の缶高さが不揃いにならないようにする、すなわち耳の発生を抑制することが要求される。耳の高さは乾電池缶用鋼板のr値(ランクフォード値)の面内異方性Δrと良い相関があり、Δrが0に近づくと、耳の高さは低くなることが一般的に知られている。したがって、耳の発生を抑制するためには、乾電池缶用鋼板のΔrを0にすることが望ましいが、一般的には、-0.10≦Δr≦0.10であれば耳の発生は認められない。

また、乾電池缶用鋼板には、深絞り加工の際にストレッチャー・ストレインと呼ばれるしわの発生に起因する缶形状の劣化を防止するために、耐ひずみ時効性に優れている、すなわちひずみ時効指数AIが4.9MPa以下であることが求められている。さらに、乾電池缶用鋼板には、加工時の肌荒れを抑制するために、結晶粒径が微細であることも求められる。また、その製法に際しては、冷間圧延時の圧下率は、高過ぎると設備にかかる負荷が大きく、製造効率が低下するため90%未満とすることが望まれている。一方、圧下率が低過ぎると生産性が低下するため、60%を超える圧下率が望まれている。

こうした乾電池缶用鋼板としては、従来から深絞り加工に適したIF鋼(Interstitial free steel)が実用化されている。例えば、特許文献1には、質量%で、C:0.001〜0.003%、Si:0.03%以下、Mn:0.1〜0.6%、P:0.02%以下、S:0.04%以下、Cr:0.03〜0.10%、Al:0.012〜0.12%、N:0.0035%以下、B:5ppm≦B-(11/14)N≦40ppm、Nb:0.6≦Nb/C(原子当量比)≦1.2、残部Feおよび不可避的不純物からなり、表面平均粗さRaが0.02〜0.2μmの異方性に優れたNb添加型のIF鋼の乾電池缶用Niめっき鋼板が開示されている。
特開2002-212673号公報

しかしながら、特許文献1に記載の乾電池缶用鋼板は、面内異方性改善のためにB添加を必須とするものであり、合金コスト増を招くばかりか、鋼板の再結晶温度を上昇させるので高い焼鈍温度が必要となってエネルギーコスト増を招く。また、特許文献1に記載の乾電池缶用鋼板では、Nb添加量がCの原子当量と比較して少ないため、固溶Cが残存しやすく、焼鈍板の耐ひずみ時効性が劣る、すなわちAI≦4.9MPaが安定して得られず、缶形状の劣化が現れる場合がある。

本発明は、Nb添加型のIF鋼を用い、Bなど添加元素を必要とせずに、r値の面内異方性を改善し、耐ひずみ時効性に優れる乾電池缶用鋼板として好適な冷延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らが、Nb添加型のIF鋼を用い、Bなど添加元素を必要とせずに、耐ひずみ時効性に優れ、Δrが小さい鋼板について種々検討した結果、原子当量比Nb/Cが適当な範囲になるようにNbを添加し、熱間圧延後の熱延板に固溶Cや固溶Nを残存させ、具体的には熱間圧延後の冷却条件をコントロールして熱延板のひずみ時効指数AIを9.8MPa以上とし、この熱延板を所定の圧下率で冷間圧延後、所定の温度で連続焼鈍することにより、AIが4.9MPa以下で耐ひずみ時効性に優れ、-0.10≦Δr≦0.10と面内異方性が小さい鋼板を製造できることを見出した。

本発明は、このような知見に基づきなされたもので、質量%で、C:0.0030%以下、Si:0.02%以下、Mn:0.15〜0.25%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.070%、Nb:1.0≦Nb/C(原子当量比)≦5.0を満たす量(%)を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼片を、熱間圧延してひずみ時効指数AIが9.8MPa以上の熱延板とし、次いで該熱延板を圧下率65〜88%で冷間圧延を施して冷延板とした後、該冷延板を700〜820℃の焼鈍温度で連続焼鈍することを特徴とする耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板の製造方法を提供する。

例えば、質量%で、C:0.0030%以下、Si:0.02%以下、Mn:0.15〜0.25%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.070%、Nb:1.0≦Nb/C(原子当量比)≦5.0を満たす量(%)を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼片を、Ar₃変態点以上の圧延終了温度(仕上圧延出側温度)で熱間圧延し、該熱間圧延後2秒以内に冷却を開始し、かつ100℃/秒以上の平均冷却速度で250℃以上の温度幅にわたって冷却してひずみ時効指数AIが9.8MPa以上の熱延板とし、次いで該熱延板を圧下率65〜88%で冷間圧延を施して冷延板とした後、該冷延板を700〜820℃の焼鈍温度で連続焼鈍する製造方法である。

本発明により、Nb添加型のIF鋼を用い、Bなど添加元素を必要とせずに、AIが4.9MPa以下で耐ひずみ時効性に優れ、-0.10≦Δr≦0.10で面内異方性の小さい乾電池缶用鋼板を製造できるようになった。

以下に、本発明である耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい乾電池缶用鋼板の製造方法の詳細を説明する。

1)成分(以下の「%」は、「質量%」を表す。)
C:C量は、少なくするほど軟質で伸び性がよく、プレス加工性に有利である。かつ固溶Cは炭化物として析出させると、歪時効硬化を起こさず、深絞り性を改善する。C量が0.0030%を超えるとNb添加により炭化物として全量を析出させることが困難になり、固溶Cによる硬質化や伸びの劣化が現れる。したがって、C量は0.0030％以下とする。

Si:Si量が0.02%を超えると硬質化やめっき性の劣化を招く。したがって、Si量は0.02％以下とする。

Mn:MnはSによる熱間圧延中の赤熱脆性を防止するのに有効な元素であるため、Mn量は0.15%以上とする必要がある。一方、Mn量が0.25%を超えると硬質化して加工性を劣化させるため、Mn量の上限は0.25%とする。

P:P量が0.02%を超えると加工性を低下させるため、P量の上限は0.02%とする。

S:S量が0.015%を超えると熱間圧延中に赤熱脆性を引き起こすため、S量の上限は0.015%とするが、少ないほど好ましい。

N:N量が0.004%を超えると鋼片の連続鋳造中にAlNが析出して熱間脆性に起因する鋼片割れを誘発すため、N量の上限は0.004%とする。

Al:Alは鋼の脱酸に必要な元素であるため、Al量を0.020%以上とする必要がある。一方、Al量が0.070%を超えると介在物が増加して表面欠陥が発生しやすくなるため、Al量の上限は0.070%とする。

Nb:Nbは鋼中の固溶CをNbCとして析出させて、固溶Cによる深絞り性の劣化を抑制する。このような観点から、Nbは、原子当量比Nb/Cが1.0以上となるような量添加する必要がある。また、未析出の固溶Cが残留すると、焼鈍板のAI≦4.9MPaが安定して得られにくいので、NbCの析出を安定化させるために、Nb/Cが1.2以上となるようにNbを添加することが望ましく、Nb/Cが1.4以上となるようにNbを添加することがより望ましい。しかし、Nbを過度に添加すると再結晶温度の上昇が現れるため、Nbは、原子当量比Nb/Cが5.0以下となるような量添加する必要がある。

残部は、Feおよび不可避的不純物である。

2)製造条件
上述したように、本発明の特徴の一つは、上記のように成分が調整された鋼片を熱間圧延し、熱延板に固溶Cや固溶Nを残存させてひずみ時効指数AIを9.8MPa以上、好ましくは29.4MPa以上とすることにより、冷間圧延、焼鈍後の面内異方性Δrを-0.10≦Δr≦0.10と小さくすることにある。熱延板のAIを9.8MPa以上とすることにより焼鈍後のΔrが小さくなる理由は不明であるが、Nb析出物を形成しなかった固溶CおよびNが熱延板の集合組織に影響を及ぼすためと推定される。

AIが9.8MPa以上の熱延板を作製するには、上記の成分組成を有する鋼を溶製して、連続鋳造により鋳片とし、圧延後の結晶粒径を均一にするためAr₃変態点以上の圧延終了温度で熱間圧延し、熱間圧延終了後、NbCの析出を極力防止して固溶Cを残留させるために2秒以内に冷却を開始し、かつ100℃/秒以上の平均冷却速度で250℃以上の温度幅にわたって冷却することが好ましい。

連続鋳造後の鋳片は、直接あるいは若干加熱してから圧延してもよいし、いったん冷却後再加熱して圧延することもできる。再加熱する場合の加熱温度は1050〜1300℃の範囲が望ましい。これは、1050℃未満の加熱温度では、熱間圧延の圧延終了温度をAr₃変態点以上とすることが困難になりやすく、1300℃を超える加熱温度では、鋳片表面に生成する酸化物量が多くなり、表面欠陥が発生しやすくなるためである。また、熱間圧延の圧延終了温度の基準となるAr₃変態点は、従来公知の方法で求めればよく、例えばフォーマスタ試験装置により試験片を加熱後、冷却中の熱膨張率の変化を観察することにより求めることができる。なお、熱間圧延終了後の冷却開始までの時間は、1.5秒以内が好ましく、より好ましくは1.0秒以内である。平均冷却速度は、100℃/秒以上であれば、特に上限を規定する必要はなく、例えば水冷などにより急速冷却を施してもよい。急冷する温度幅は、400℃以上が好ましく、より好ましくは500℃以上である。また、急冷後は、特に規定する必要はなく、コイルに巻き取るなどすればよい。

こうして作製されたAIが9.8MPa以上の熱延板は、表面に形成されたスケールを除去するために酸洗後、65〜88%の圧下率で冷間圧延され、冷延板とされる。このとき、酸洗は常法で行えばよい。また、圧下率は、前述のように、製造上の観点から60%超え90%未満であることが望ましいとされているが、本発明のように、AIが9.8MPa以上の熱延板を使用することにより圧下率が65〜88%で、面内異方性が小さい鋼板が得られる。圧下率が65%未満や88%を超えるとΔrが増大し、-0.10≦Δr≦0.10の小さい面内異方性が得られない。

冷延板は、引き続き700〜820℃の焼鈍温度で連続焼鈍される。焼鈍温度の下限を700℃としたのは、これより低い温度では完全に再結晶させることができないためである。また、上限を820℃としたのは、これより高い温度では結晶粒が粗大になり、加工時に肌荒れが発生しやすくなるためである。また、焼鈍を連続焼鈍で行うのは、高効率の製造が可能であるためである。なお、焼鈍の均熱時間は、特に規定する必要はないが、材料特性の安定性を確保する上で30秒程度以上とし、長時間焼鈍してもコストアップとなるだけなので180秒以下とすることが好ましい。それ以外の連続焼鈍条件としては、上記のように焼鈍温度を規定する以外は、特に規定する必要はなく、通常の連続焼鈍ラインにて焼鈍すればよい。また、焼鈍後は、鋼板形状や表面粗さを整えることを目的として調質圧延を行うことが好ましく、調質圧延の伸長率は通常の範囲である0.3〜2.0%の範囲とすることが望ましい。

焼鈍後の鋼板には、必要に応じて、Niめっき、Snめっき、Crめっきあるいはそれらの合金めっきを施してもよい。

表１に示す成分組成の鋼を溶製し、連続鋳造法で鋼片とした。この鋼片を1250℃に加熱後、この鋼のAr₃変態点以上である900℃の圧延終了温度で熱間圧延し、表2に示す冷却条件No.1およびNo.2で冷却して熱延板を作製した。ここで、冷却条件No.1は本発明範囲内であり、熱延板のAIも33.3MPaで本発明範囲内にある。一方、冷却条件No.2は本発明範囲外であり、熱延板のAIも4.9MPaで本発明範囲外にある。こうして作製した熱延板を、酸洗後、表3に示す圧下率で冷間圧延し、連続焼鈍ラインで焼鈍温度750℃、均熱時間45秒で再結晶焼鈍を行った後、0.5%の伸長率で調質圧延を施して鋼板No.1〜6の試料を作製した。そして、得られた試料について、次の方法でΔr、AI、結晶粒径の調査を行った。

Δr：得られた鋼板の試料から圧延方向に対して0°、45°、90°方向にJIS13号B引張試験片を採取し、JIS Z 2241にしたがって0°、45°、90°方向のr値であるr₀、r_45、r₉₀を測定し、Δr=(r₀+r₉₀-2r₄₅)/2を求め、Δrが±0.10以下であれば、面内異方性が小さく、本発明の目的を達成しているとした。

AI：得られた鋼板の試料から圧延方向に対して0°方向にJIS13号B引張試験片を採取し、8.0%の引張歪を入れて可動転位を導入した後、100℃×1時間の恒温処理を施し、以下の式でAIを算出し、AIが4.9MPa以下であれば、耐ひずみ時効性に優れ、本発明の目的を達成しているとした。
AI=(恒温処理後の降伏荷重−恒温処理前の降伏荷重)/(歪導入前の試験片平行部の断面積)
結晶粒径：得られた鋼板の試料のフェライト組織の平均結晶粒径をJIS G 0552に記載の切断法に準じて測定した。乾電池缶に加工しても肌荒れが生じないために、結晶粒径は12.0μm以下であることが好ましい。

結果を表3に示す。また、冷間圧延時の圧下率とΔrの関係を図1に示す。本発明である鋼板No.1、2は、いずれも±0.10以下のΔr、4.9MPa以下のAIを示し、耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい鋼板であることがわかる。また、結晶粒径も12.0μm以下であり、乾電池缶に加工しても肌荒れが問題になることもない。なお、図1に示したように、本発明範囲内の熱延板を用いることにより、冷間圧延時の圧下率65〜88%でΔrを±0.10以下にできることがわかる。

冷間圧延時の圧下率とΔrの関係を示す図である。

Claims

質量%で、C:0.0030%以下、Si:0.02%以下、Mn:0.15〜0.25%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.070%、1.0≦Nb/C(原子当量比)≦5.0を満たすNb量(%)を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼片を、熱間圧延してひずみ時効指数AIが9.8MPa以上の熱延板とし、次いで該熱延板を圧下率65〜88%で冷間圧延を施して冷延板とした後、該冷延板を700〜820℃で連続焼鈍することを特徴とする耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板の製造方法。
質量%で、C:0.0030%以下、Si:0.02%以下、Mn:0.15〜0.25%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.070%、1.0≦Nb/C(原子当量比)≦5.0を満たすNb量(%)を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼片を、Ar₃変態点以上の圧延終了温度で熱間圧延し、該熱間圧延後2秒以内に冷却を開始し、かつ100℃/秒以上の平均冷却速度で250℃以上の温度幅にわたって冷却してひずみ時効指数AIが9.8MPa以上の熱延板とし、次いで該熱延板を圧下率65〜88%で冷間圧延を施して冷延板とした後、該冷延板を700〜820℃で連続焼鈍することを特徴とする耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板の製造方法。