JP2953323B2 - 低炭素冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続焼鈍による低炭素
冷延鋼板の製造方法に関し、特に耐時効性に優れた軟質
冷延鋼板を非常に短い過時効処理によって製造する方法
を提供しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、連続焼鈍材において歪時効を防
ぐためには連続焼鈍のような短時間の過時効処理で固溶
炭素を十分に析出させる必要があるが、そのためには固
溶炭素の析出サイトとなる炭化物を粒内に微細分散さ
せ、析出に必要な拡散距離を短くすることが有効である
ことが知られている。一方、粒内炭化物密度の増加は材
料の硬質化を招くことから、耐時効性に優れた軟質冷延
鋼板の製造には粒内炭化物密度の適正化に努力が傾けら
れている。

【０００３】ところで、時効性の改善方法については近
年、連続焼鈍過程における冷却および過時効処理の適正
化により固溶炭素を低減させ時効性を抑制する発明が数
多く成されている。

【０００４】結晶粒内炭化物の析出は核生成と成長段階
とに分けられることから、それぞれの段階について適正
化を行った例として、特開昭60−165321号公報、特公昭
63−49726 号公報、特開昭61−276935号公報、特開平２
−93025 号公報、特開平４−327 号公報、特開平５−59
445 号公報に示されるように、焼鈍後急冷してからの粒
内炭化物の核生成を促進するために過時効温度より低い
温度まで一旦冷却し、核生成を促進させ、その後再加熱
して過時効処理を行い炭化物の成長を促進させる製造方
法が提案されている。

【０００５】しかし、これらの手法は時効性改善には有
効であるものの急冷後の再加熱には特別な設備が必要と
なり、またエネルギーコストの増加につながるという欠
点を有する。さらに、これらの実施例では過時効処理に
2.5 分以上10分以下という長い時間を要している。

【０００６】短時間の過時効処理による遅時効化を提案
する例としては、特開昭58−48632号公報があり、それ
には再結晶焼鈍に続いて水焼入れを行い、その後30秒以
上の過時効処理を施すことにより耐時効性に優れた軟質
鋼板を得る製造方法が示されている。しかし、この場合
には常温付近から再加熱するため著しいエネルギーコス
ト増加を招く。

【０００７】また、再加熱を伴わずに短時間の過時効処
理により遅時効化を図る製造方法が特開昭58−52429 号
公報に示されている。しかし、この公報の実施例の第１
表のＥの試料特性は100 ℃×60分の人工促進時効後の降
伏点伸び (YP−El) が1.0 ％であり、耐ストレッチャー
ストレインという観点から0.3 ％以下とする必要がある
ので充分な耐時効性が得られているとはいえない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来法の問題点に鑑み、1.5 分以上の非常に短い過
時効処理により耐時効性に優れた軟質冷延鋼板の製造方
法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、連続焼鈍
による耐時効性に優れた軟質冷延鋼板の製造方法に関し
て種々の検討を行ったところ、成分の適正化を行うこと
により比較的低温域から著しい粒成長が生じることを見
い出し、これにより粒界近傍の炭化物無析出帯の体積を
低減させ、非常に短い時間の過時効処理を施すだけで遅
時効化の実現を可能にすることを知り、本発明を完成し
た。

【００１０】本発明の要旨とするところは、重量％で、
Ｃ：0.010 〜0.025 ％、Mn：0.05〜0.25％、Ｓ：0.003
〜0.020 ％、sol.Al：0.01〜0.10％、Ｎ：0.0030％以
下、Ｂ：0.0003〜0.0030％ 残部鉄および不可避的不純物から成る鋼組成を有する鋼
を、通常の熱間圧延−酸洗−冷間圧延を行い、続いて連
続焼鈍において820 ℃以上880 ℃以下で20秒以上60秒以
下の再結晶焼鈍することにより結晶粒寸法がJIS G 0552
で定義される結晶粒度番号で6.5 以上8.0 以下とし、65
0 〜740 ℃まで７℃/s以下の冷却速度で徐冷し、325 〜
375 ℃まで80〜250 ℃/sの冷却速度で冷却した後、その
冷却終点温度から保定を含む0.5 ℃/s以下の冷却速度
で、好ましくは1.5 分以上3.0 分以下の過時効処理を行
うことを特徴とする耐時効性に優れた軟質の低炭素冷延
鋼板の製造方法である。

【００１１】

【作用】本発明のＣ、Mn、Ｓ、sol.Al、Ｎ、Ｂの各成分
について数値限定した理由について述べる。

【００１２】Ｃ:Ｃの下限は時効性の観点から制限され
る。すなわち、少なすぎる場合には過時効析出にあたっ
て焼鈍後の冷却速度を大きくしてもＣの過飽和度が増加
しないため粒内炭化物の析出駆動力が得られないので0.
010 ％を下限とする。また、上限は粒成長性の観点から
制限され、0.025 ％超とすると焼鈍過程において粒成長
性が阻害されるため、820 ℃以上の高温焼鈍を行っても
結晶粒度番号を8.0 以下にすることは困難となる。好ま
しくは、0.012 〜0.020 である。

【００１３】Mn、Ｓ:MnおよびＳは粒内炭化物の析出核
として重要であることから、Mnを0.05％以上、Ｓを0.00
3 ％以上とする。また、Mnが多い場合には材料の硬質化
を招くことから0.25％以下とし、Ｓは熱間脆性の観点か
ら0.020 ％以下とする。好ましくは、Mnは0.08〜0.15
％、Ｓは0.005 〜0.010 ％である。

【００１４】Al:AlはAlN 形成を促進させるために必要
であることから下限を0.01％とする。また、多すぎると
材料の硬質化を招くので上限を0.10％とする。好ましく
は、0.015 〜0.04％である。

【００１５】Ｎ:Ｎは加工性の面から少ない方が好まし
いが、製鋼コストの上昇を防ぐために上限を0.0030％と
する。好ましくは、0.0010〜0.0020％である。

【００１６】Ｂ：Ｂは本発明の主要構成因子であり、Al
より窒化物形成能が高くBNを形成し焼鈍前の残留固体Ｎ
を低減させることにより焼鈍後の粒成長性を向上させ
る。したがって、この効果を得るために下限を0.0003％
とする。しかし過剰なＢは固溶Ｂとなり逆に焼鈍時の粒
成長を阻害するので上限を0.0030％とする。好ましく
は、0.0005〜0.0020％である。

【００１７】次に、本発明の連続焼鈍条件の限定理由を
述べる。 再結晶焼鈍:連続焼鈍の急冷過程において、粒界近傍の
固溶Ｃは粒界への拡散・炭化物析出に伴い減少してしま
う。このことより粒界近傍では十分な過飽和度が達成さ
れずに炭化物無析出帯が生じる。この炭化物無析出帯に
おける固溶Ｃは析出サイトまでの距離が長くなるため、
長時間の過時効処理を要するようになる。

【００１８】したがって、例えば1.5 分程度の過時効処
理により遅時効化を実現すべく炭化物無析出帯の体積を
減少させるため、820 ℃以上880 ℃以下で20秒以上60秒
以下の再結晶焼鈍を行い結晶粒度番号 (JIS G 0552) を
6.5以上8.0 以下として結晶粒界面積を減少させる。

【００１９】焼鈍温度の上限を880 ℃にしたのはこれを
超えて高くした場合には結晶方位のランダム化により特
性劣化を招くためである。また焼鈍処理設備の長大化お
よびエネルギーコストの増加を防ぐために焼鈍時間の上
限を60秒とした。結晶粒は大きい方が望ましいが、粗粒
化による肌荒れを防ぐために結晶粒度番号で6.5 以上と
する。

【００２０】一次冷却処理:再結晶処理の終了後は650
〜740 ℃まで７℃/S以下の冷却速度で徐冷するが、これ
はＣの固溶量を高め、次に続く急冷、過時効における粒
内炭化物析出に必要とされるＣの過飽和度を確保するた
めに行うもので、フェライト中へのＣの固溶限の関係か
ら急冷開始温度が650 ℃より低い場合あるいは740 ℃よ
り高い場合には十分な固溶Ｃの過飽和度が得られないた
め、より長時間の過時効処理を要する。したがって、好
ましくは、この急冷開始温度を650 〜740 ℃とする。

【００２１】二次冷却処理:次に、急速冷却を行なっ
て、粒内炭化物析出を可能にする過飽和速度を達成させ
るが、冷却速度が80℃/sより小さい場合には粒内炭化物
密度が低下するため長い過時効処理時間を要するように
なる。また、250 ℃/sより大きくなると粒内炭化物が微
細に分散するため降伏強度を増加させ、延性を低下させ
る。したがって冷却速度は80〜250 ℃/sとする。好まし
くは、冷却速度は100 〜180 ℃/Sである。

【００２２】過時効処理:二次冷却処理の冷却終点温度
および過時効温度は粒内炭化物の分布と成長を決定す
る。冷却終点温度が375 ℃より高い場合には固溶Ｃの拡
散は十分に確保できるが固溶Ｃの溶解度が大きいため固
溶Ｃの低減が十分に行われない。また325 ℃より低い場
合には固溶Ｃの拡散が不十分となり固溶Ｃが大量に残留
してしまう。これより急冷終点温度は325 〜375 ℃とす
る。

【００２３】過時効過程における冷却速度が0.5 ℃/sよ
り大きい場合には固溶Ｃの析出サイトまでの拡散が不十
分となり時効性が劣化するので0.5 ℃/s以下の傾斜過時
効または等温時効を適用する。すなわち、本発明におい
て過時効処理は保定処理も包含する内容である。

【００２４】本発明の場合、過時効処理に要する時間
は、1.5 分以上3.0 分以下であれば十分である。換言す
れば、本発明によれば1.5 〜3.0 分という短時間の過時
効処理でも優れた耐時効性が実現されるということであ
る。もちろんそれ以上の時間をかけて過時効処理を行っ
てもよいが、経済的観点からは不必要であろう。

【００２５】ここに、上述のような本発明における連続
焼鈍条件の限定理由について実験例に基づいてさらに補
足すると次の通りである。

【００２６】図１は、本発明で規定する範囲内の鋼につ
いての降伏点伸びと焼付硬化性との一般的関係を示すグ
ラフである。時効性は、人工促進時効後の降伏点伸びや
焼付硬化性でもって評価される。すなわち、100 ℃×60
分の人工促進時効後の降伏点伸び (YP−El) や、２％予
歪後に170 ℃×20分の人工促進時効を行い、この時効前
後における降伏強度の上昇分で定義される焼付硬化性
(以下BHと称する) で評価され、耐ストレッチャースト
レインの観点から時効後でYP−Elを0.3 ％以下にする必
要がある。この観点から図１の結果からは、遅時効とみ
なすには、BHで35N/mm² 以下とすることが必要であるこ
とがわかる。

【００２７】次に、焼鈍温度と結晶粒度番号とのBHの関
係を調べるために後述する表１に示す化学成分の鋼ｃと
鋼ｇについて粒成長性と時効性を調査した。焼鈍均熱時
間を30秒とし、700 ℃まで４℃/sで徐冷し、100 ℃/sで
急冷した後、350 ℃で1.5 分の過時効処理を行った。

【００２８】結果は図２に示すが、これより、鋼ｃのよ
うに成分が上記範囲にある場合には800 ℃付近から著し
い粒成長が生じ、820 ℃以上という比較的低温域で結晶
粒度番号8.0 以下を実現し、BHで35N/mm² 以下とするこ
とが可能であることがわかる。また、鋼ｇはＢ以外は上
記成分範囲にあるが、著しい粒成長は確認されず、結晶
粒度番号8.0 以下とするには880 ℃超の高温焼鈍を施す
必要があり実質上困難である。

【００２９】さらに、適切な過時効処理時間を求めるた
めに、同じく表１の鋼ｃについて焼鈍温度830 ℃で、均
熱時間を30秒とし、700 ℃まで４℃/sで徐冷し、350 ℃
まで100 ℃/sで急冷し、過時効処理温度を350 ℃とする
連続焼鈍を行った。

【００３０】結果を図３に示すが、これからも分かるよ
うに、1.5 分未満の過時効処理では、BHは35N/mm² より
大きくなっており時効性の改善が不十分であり、1.5 分
以上の過時効時間を要することがわかる。また３分より
長く過時効処理を行っても時効性改善の効果は小さく、
過時効処理設備の長大化やエネルギーコストの増加を防
ぐために過時効処理時間の上限を３分とした。次に、以
上のような本発明の作用効果について実施例をもってさ
らに具体的に説明する。

【００３１】

【実施例】

(実施例１)表１に示す化学成分を有する鋼を溶製し、連
続鋳造法によってスラブを製造した後、熱間圧延で870
〜920 ℃で仕上圧延を行い板厚を3.5 mmとし、鋼ａ〜ｈ
については630 ℃、鋼ｉについては720 ℃でコイルに巻
取った。その後酸洗し、0.8 mmまで冷間圧延を行い、連
続焼鈍を行った。

【００３２】連続焼鈍条件は焼鈍温度830 ℃で、均熱時
間を30秒とし、700 ℃まで４℃/sで徐冷し、350 ℃まで
100 ℃/sで急冷し、350 ℃で1.5 分間の過時効処理を行
った。その後1.2 ％の伸び率でスキンパス圧延を行っ
た。試験として結晶粒度番号とBH値を求めた。この結果
を表２に示す。

【００３３】鋼ｅおよび鋼ｆは、Ｃ以外は本発明の成分
域内にあるが、鋼ｅの場合にはＣが低いことによる粒内
炭化物の析出が不十分となり、鋼ｆの場合にはＣが若干
高いために粒成長が不十分となり、共に時効性が劣化し
ている。

【００３４】鋼ｇおよび鋼ｈは、Ｂ以外は本発明の成分
域内にあるが、鋼ｇの場合にはＢの添加がなされていな
いため粒成長不足となり、鋼ｈの場合にはＢ添加量が多
すぎるため粒成長が阻害され時効性が劣る。鋼ｉではＣ
が多く、さらにＢの添加がなされていないため粒成長が
悪く時効性も悪い。

【００３５】鋼ａ〜ｄの成分は本発明域内にあり、十分
な粒成長により1.5 分の過時効処理でBH35N/mm² 以下と
なっており十分に時効性が改善されている。

【００３６】(実施例２)表１に示す鋼ｃを実施例１と同
様の製造条件により得られた冷延鋼板を用いて時効性に
及ぼす連続焼鈍条件影響を調査した。各焼鈍条件とその
特性を表３に示す。試験方法については実施例１と同様
である。

【００３７】熱処理条件１では焼鈍温度が低いために粒
成長が不足し、時効性の劣化が認められる。熱処理条件
２〜５では、冷却終点温度および過時効処理温度が適正
温度から外れているため時効性が悪い。熱処理条件６で
は、過時効処理時間が短すぎるため時効性の改善が不十
分である。

【００３８】熱処理条件７〜９は本発明焼鈍条件であ
り、十分な粒成長により1.5 分以上の非常に短い過時効
処理によりBH35N/mm² 以下となっており遅時効化が実現
されている。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【発明の効果】本発明は、鋼組成の調整と連続焼鈍熱サ
イクルの適正化により、短時間の過時効処理により耐時
効性に優れた軟質冷延鋼板を製造することを可能とし、
再加熱等に必要な装置の増設やコストの増加を防ぎ生産
性を向上させる等の効果を有する優れた発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】BHと時効処理後のYP−ELの関係を示すグラフで
ある。

【図２】各成分の鋼について結晶粒度番号とBHに及ぼす
焼鈍温度の影響を示すグラフである。

【図３】BHに及ぼす過時効処理時間の影響を示すグラフ
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21D 8/00 - 9/48 C22C 38/00 - 38/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：0.010 〜0.025 ％、Mn：0.05〜0.25％、Ｓ：0.003
   〜0.020 ％、 sol.Al：0.01〜0.10％、Ｎ：0.0030％以下、Ｂ：0.0003
   〜0.0030％ 残部鉄および不可避的不純物から成る鋼組成を有する鋼
   を、通常の熱間圧延−酸洗−冷間圧延を行い、続いて連
   続焼鈍において820 ℃以上880 ℃以下で20秒以上60秒以
   下の再結晶焼鈍することにより結晶粒寸法をJIS G 0552
   で定義される結晶粒度番号で6.5 以上8.0 以下とし、次
   いで650 〜740 ℃まで７℃/s以下の冷却速度で徐冷し、
   さらに325 〜375 ℃まで80〜250 ℃/sの冷却速度で冷却
   した後、その冷却終点温度から保定を含む0.5 ℃/s以下
   の冷却速度で過時効処理を行うことを特徴とする耐時効
   性に優れた軟質の低炭素冷延鋼板の製造方法。