JP2816592B2 - 焼付硬化性の優れた深絞り用冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

焼付硬化性の優れた深絞り用冷延鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 近年、自動車業界では排気ガスとして大気中に排出さ
れるCO2を大幅に削減するため、車体軽量化がますます
推進される状況にあり、パネル用鋼板とくに外板用鋼板
は板厚の薄手化が進められている。しかしながら、板厚
の減少はプレス成形後の形状変化をきたす恐れがある。
そのためパネル用鋼板としてはプレス成形後の形状を維
持しかつ、耐デント性が要求される。本発明はこうした
要求に応えるため、上記特性が必要とされる部位に使用
して好適な、プレス成形後の塗装焼付により強度を高め
る特性、すなわち焼付硬化性に優れかつ、車体デザイン
の多用化にも対応できうる優れた深絞り性をも兼ね備え
た冷延鋼板の製造方法に関するものである。
(従来の技術) 自動車パネル用冷延鋼板は、車体軽量化の観点から高
強度化が進んでいる。こうした動きの中で、鋼板そのも
のの強度を上げるばかりでなく、優れた成形性を兼ね備
えたまま、成形時は軟質でありながらプレス成形後の塗
装焼付により鋼板を高強度化する、焼付硬化型の冷延鋼
板の開発が進められている。成形性とともに優れた焼付
硬化性を兼ね備えた冷延鋼板の製造方法としては、これ
までに、(1)特開昭57−192225号公報及び(2)特開
昭62−83426公報に開示されている技術がある。
(1)ではTi,V,Nbの複合添加により炭化物の析出量
増加を招き、硬質化が懸念される。また、実際にはC量
が多いため焼付硬化量が高い反面、AIがせいぜい3kgf/m
m2で完全に非時効とは言えない。さらに、r値も1.8程
度で加工性としても十分とはいえない。一方、(2)で
はV,Tiを添加して固溶Cを極力減らすとともに、VC及び
VNを析出させることにより焼鈍後の再結晶集合組織を制
御することで深絞り性を高めたものである。しかしなが
ら、焼鈍後の冷却速度を規制したものではなく、積極的
に焼鈍後の冷却速度を規制し、高い深絞り性を確保しな
がら4kgf/mm2以上の焼付硬化性を付与する本発明とは目
的が異なる。
(発明が解決しようとする課題) このように極低炭素鋼を用い、成形性と焼付硬化性に
優れた冷延鋼板を製造する方法はすでに開示されている
が、現状自動車業界の要求を満足するには、成形性及び
焼付硬化性ともにいまだ十分とは言えない。したがっ
て、さらに優れた成形性と焼付硬化性を有する、具体的
には2.2以上のr値と4kgf/mm2以上の焼付硬化性を有す
る冷延鋼板の製造方法を確立することが、本発明の目的
である。
(課題を解決するための手段) 本発明者らは、上記実情に鑑み鋭意検討した結果、極
低炭素鋼にV及びTiを複合添加した再結晶焼鈍後の冷却
速度を制限することで、深絞り性及び焼付硬化性に優れ
た冷延鋼板の製造方法を見いだしたのである。
第1図に本発明の確立に至った実験結果を示す。本実
験ではC及びN量を0.002wt%とし、V及びTi量を種々
の水準変化させた鋼を真空溶解で溶製した。それらの鋼
についてAr3点以上の仕上温度で熱延後600℃で巻取っ
た。これを酸洗・冷却後、850℃で再結晶焼鈍してから8
0℃/sで室温まで冷却してから1%の調質圧延を行な
い、焼付硬化量(2%の予歪を与えて170℃で20分の保
定を行なったときの熱処理前後での降伏点応力の上昇
量)を調査した。すなわち、VとTiの添加量により焼付
硬化量が変化することを見いだしたのである。こうした
現象が生じる原因については明確ではないが、VC及びTi
Cの析出が関与しているものと考えられる。つまり、TiC
に比べて固溶限の広いVCを利用することで再結晶焼鈍後
にも固溶Cを残存させ、焼付硬化性を付与することがで
きる。本発明はVとTiを複合添加した極低炭素鋼におい
て、それらの添加量と再結晶焼鈍後の冷却速度を適切に
とることで焼付硬化性を付与するものである。
つまり、本発明は次のように構成したものである。
C:0.003wt%以下、Si:1.5wt%以下、Mn:0.01〜2.0wt
%、P:0.15wt%以下、S:0.01wt%以下、Al:0.01〜0.1wt
%、N:0.005wt%以下、Ti:〔N(wt%)〕×(48/14)
〜0.02wt%を含むほか、V:(〔C(wt%)〕−〔T
1 (wt%)〕×(12/48))×(51/12)〜0.1wt%を含
有し、残部はFe及び不可避的不純物元素からなる鋼を連
続鋳造にてスラブとした後、再加熱あるいは鋳造後直ち
にAr3点以上の温度で仕上熱延を終了して600℃以上の温
度で巻取、酸洗後通常の方法で冷間圧延を行ない、連続
焼鈍にて800℃以上850℃以下の温度域で1秒以上の再結
晶焼鈍を施した後、70℃/s以上の冷却速度で冷却し、さ
らに調質圧延を行なうことを特徴とする焼付硬化性の優
れた深絞り用冷延鋼板の製造方法、 〔T1 〕=total〔Ti〕−〔Ti as TiN〕 である。
まず、本発明における化学成分の限定理由について述
べる。
Cは、本発明における焼付硬化性の付与に対して重要
な役割を果たす元素である。常温における成形性、すな
わち低YP、高El及び高r値を確保しかつ、非時効とする
にはその添加量は低いほうが良い。そのため上限を0.00
3wt%とする。
Siは、鋼を高強度化する場合に添加されるが、過度の
添加は鋼を硬質化させるとともに溶接性を劣化させる。
また、鋼の表面性状を良好とするためにはその添加量は
少ない方が良く、上限を1.5wt%とする。
Mnも鋼の高強度化に有効に寄与するが、過度の添加は
鋼を硬質化させるため2.0wt%を上限として添加する。
なお、Mn量が少ない場合は熱間割れを招くため、下限を
0.01wt%とする。
Pは、Si、Mnに比べ固溶強化能の大きな元素であると
ともに、添加による延性及び深絞り性の劣化が少ない元
素であるために、成形性を確保しつつ強度を上昇させる
のに重要な元素である。本発明においても高強度化を目
的とする場合には添加されるが、過度の添加は鋼の硬質
化につながり、成形性を劣化させるばかりでなくPの粒
界偏析による二次加工性の劣化を招くため、上限を0.15
wt%とする。
Sは過剰に添加されると熱間割れを招くため0.01wt%
以下とするが、脱硫コストの上昇などの問題から0.003w
t%以上が好ましい。
Alは、鋼の脱硫のために必要であり、Tiの歩留を向上
させるため0.01wt%以上必要である。一方、過剰の添加
はコストアップとなるとともに鋼中に介在物を残すこと
になるため、上限は0.1wt%とする。
Nは、熱延段階までにTiで固定されるため、多量のTi
Nが形成されると加工性の劣化を招くため、上限を0.005
wt%とする。好ましくは0.003wt%以下がよい。
Tiは通常C,N及びSを固定するために添加されるが、
本発明ではVを複合添加するとともに、S量を低く規制
するのでNを完全に固定できる量が下限となる。すなわ
ち、〔Nwt%〕×(48/14)以上とする。一方、Ti量が増
えると焼付硬化性が減少し、0.02wt%を超えると焼付硬
化性が失われるため、上限を0.02wt%とする。
Vは、本発明において最も重要な役割を果たす元素で
ある。すなわち、固溶限の広いVCの析出を利用すること
で、最結晶焼鈍中に再溶解させるとともに焼鈍後にも十
分な焼付硬化性が得られる程度の固溶C量を残存させる
ことができる。こうしたVCの特性を効率よく発揮するに
は、TiやSで固定されたC以外のCをすべて固定できる
ぐらいの添加量が必要となる。少ないと固溶Cを過剰に
残すことになり、時効性を劣化させる原因となる。した
がって{(〔Cwt%〕−〔T1 (wt%)〕×(12/48))
×(51/12)}以上とする。また、過剰に添加しても効
果は飽和するため上限を0.1wt%とする。
なお、本発明ではとくに規定しないが、Nb,Mo,Cr,Wあ
るいはCa,Zr,Ce等の希土類元素を添加してもさしつかえ
ない。
次に、本発明に従う製造方法について説明する。上述
した化学成分を有する鋼は通常の連続鋳造にてスラブと
して得られるが、薄スラブ連鋳法にて製造されたもので
もかまわない。さらに、Ar3点以上の仕上温度で熱間圧
延を行ない、600℃以上の温度域で巻取るが、これより
低い温度で巻取る熱延板段階でCの析出が不十分とな
り、冷延・焼鈍後のr値の劣化を招く。しかし、酸洗性
を考慮し800℃以下が好ましい。続いて通常の酸洗及び
冷間圧延によって冷延板とする。
再結晶焼鈍は、延性及び深絞り性を確保するため再結
晶や粒成長を十分行なわせると同時に、焼付硬化性を付
与するためVCを再溶解させる目的で800℃以上の温度域
で1秒以上保持するものとする。850℃を超える温度で
は変態に伴う集合組織の劣化によるr値の低下や結晶粒
の粗大化による肌荒れの原因となるため好ましくない。
再結晶焼鈍後の冷却は焼付硬化性を付与するための固
溶Cを十分に残す程度の冷却速度が必要である。すなわ
ち、70℃/s以下の冷却速度では焼鈍中に再固溶したCが
再析出し、4kgf/mm2以上の焼付硬化性が得られない。な
お、冷却は途中で中断し200〜400℃の温度域で過時効処
理を施しても本質的な差はない。
(実施例) 実施例1 C:0.0021wt%,Si:0.20wt%,Mn:0.15wt%,P:0.011wt
%,S:0.007wt%,Al:0.028wt%,N:0.0015wt%,Ti:0.011w
t%,V:0.010wt%、残部Fe及び不可避的不純物からなる
鋼を転炉出鋼し、連続鋳造でスラブにした。熱延は1100
℃で加熱後仕上温度を930℃とし、600℃で巻取った。酸
洗後80%の圧下率で冷間圧延を施し、第1表に示すよう
な条件で再結晶焼鈍及び冷却後、1%の調質圧延を行な
った。その後材質評価としてJIS Z 2201,5号試験片に加
工し、同2241記載の試験方法にしたがって引張試験を行
なった。焼付硬化量(BH)については、2%の予歪を与
えて170℃で20分の保定を行なったときの処理前後での
降伏点応力の上昇量で表した。また、時効性については
100℃で60分の保定後引張試験を行ない、降伏点伸びの
程度で評価した。第2表に結果をまとめて示す。
再結晶焼鈍及び冷却条件が本発明の範囲に従ったNo.
2,3及び4は2.2以上のr値と4kgf/mm2以上のBHを有し、
しかも時効性についても問題のない材質が得られる。N
o.1は再結晶させるための温度が低く、若干硬質気味で
あると同時にVCの再溶解が少ないためBHがほとんどな
い。再結晶焼鈍後の冷却速度が低くはずれたNo.5及び6
は、冷却中にVCが析出して固溶Cの残存量が不足するた
め、2kgf/mm2程度のBHしか得られていない。No.7は再結
晶焼鈍の温度が高くはずれたため、結晶粒が粗大化する
とともに集合組織が劣化し、引張試験後に肌荒れが生
じ、r値が低い。
実施例2 第3表に示した化学成分の鋼を転炉出鋼し、連続鋳造
でスラブとした後、通常の熱延及び冷延を施し、再結晶
焼鈍及び冷却条件は本発明の範囲で一定とした。すなわ
ち、熱延は1150℃で加熱した後、910℃で仕上げ圧延を
終了した。酸洗後80%の冷間圧延を施し、再結晶焼鈍は
850℃で60sとし、100℃/sで300℃まで冷却しその温度で
5分の保定後室温に冷却した。続いて1%の調質圧延を
行なってから、実施例1と同じ方法で材質評価を行なっ
た。第4表に結果をまとめて示す。
本発明の範囲に従ったA,B,C,D及びE鋼のNo.2,3,5,7
及び8は2.2以上のr値と4kgf/mm2以上のBHを有し、し
かも時効性についても問題のない材質が得られる。No.
1,4及び6は本発明に従った成分の鋼であるが、巻取温
度がいずれも600℃未満と低いため熱延板で固溶Cが残
存し、冷延・焼鈍後のr値が低い。C及びN量が本発明
の範囲から高くはずれたF鋼(No.9)では冷延・焼鈍後
のr値が十分に高くない。G鋼はTi量が本発明の範囲か
ら高くはずれたため、BHがほとんどない。また、H鋼は
逆にTi量が低すぎてNを十分に固定できず、冷延・焼鈍
後の時効性が劣る。I鋼はVが添加されていないため、
VCの析出がなくBHが全く得られない。
(発明の効果) 本発明は、自動車のパネル用鋼板とくに外板用鋼板と
して使用される鋼板に対し、優れた深絞り性を維持しな
がら成形後の塗装焼付により強度を高めることができる
冷延鋼板の製造方法を明らかにしたものである。この発
明によりプレス成形後の鋼板の高強度化が可能となると
同時に、鋼板の薄手化が実現され車体の軽量化が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、Ti及びVの本発明範囲を示す説明図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−246327(JP,A) 特開 昭61−276931(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21D 9/46 - 9/48 C21D 8/02 - 8/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.003wt%以下、Si:1.5wt%以下、Mn:0.
    01〜2.0wt%、P:0.15wt%以下、S:0.01wt%以下、Al:0.
    01〜0.1wt%、N:0.005wt%以下、Ti:〔N(wt%)〕×
    (48/14)〜0.02wt%を含むほか、V:{〔C(wt%)−
    [Ti(wt%)〕×(12/48)}×(51/12)〜0.1wt%
    を含有し、残部はFe及び不可避的不純物元素からなる鋼
    を連続鋳造にてスラブとした後、再加熱あるいは鋳造後
    直ちにAr3点以上の温度で仕上熱延を終了して600℃以上
    の温度で巻取、酸洗後通常の方法で冷間圧延を行ない、
    連続焼鈍にて800℃以上850℃以下の温度域で1秒以上の
    再結晶焼鈍を施した後、70℃/s以上の冷却速度で冷却
    し、さらに調質圧延を行なうことを特徴とする焼付硬化
    性の優れた深絞り用冷延鋼板の製造方法。
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