JP3358136B2 - 極低炭素細粒熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

極低炭素細粒熱延鋼板およびその製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、打ち抜き不良、トリム
不良を起こさない極低炭素熱延鋼板およびその製造法に
関する。同時に、極低炭素鋼の適用範囲拡大にともな
い、スラブの滞留を減少させ大量生産によるコストダウ
ンを狙うものである。
【0002】
【従来の技術】従来、極低炭素鋼板は通常冷延鋼板を自
動車の外板等、プレス成形性が必要な部品に用いられて
おり、適用先が限定されている。このため、数百トン単
位で鋼材を大量生産する製鉄業では、注文量以上のスラ
ブや、介在物量が多い鋳造初期及び末期のスラブの滞留
が生じる。この滞留スラブを熱延鋼板のまま、様々な用
途先に適用することが困難とされている。
【0003】すなわち、熱延鋼板を最終製品として使用
する場合、少なくとも引張強度で32kgf/mm2 以上の低
炭素鋼板が使用されている。極低炭素鋼板を使用する場
合は鋼板が柔らかいため、ブランク時の打ち抜き不良、
トリム不良等の発生が問題となり、その適用が規制され
ている。これは、ブランク時の打ち抜きや、シヤーによ
る切断によって切断端面にかえりや、だれが生じ易くな
り寸法精度や安全面に問題を引き起こすためである。
【0004】これらの問題は、工具とのクリアランスに
よる影響が大きいが、極低炭素鋼板の場合は鋼板の母材
自体が軟質であるため、低炭素鋼と比較すると発生頻度
が著しく高く、低炭素鋼板では発生しないクリアランス
であってもかえりやだれを生じてしまう。
【0005】この原因は、表面の強度に起因しており、
従って表層を強化させる必要がある。この強化の方法と
して、結晶粒径を細粒化する方法がある。例えば、特開
昭59−229413号公報では連続熱間圧延終段の大
圧下、熱延直後2秒以内に20℃/Sの高冷速を施す方
法が示されている。また、特開昭60−243226号
公報では圧下直後0.5秒以内に高冷却能力で冷却し細
粒鋼を製造する方法を提示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
では、熱延鋼板の平均結晶粒径は細粒化できるが、問題
となる極表層部の結晶粒径をさらに細粒にすることがで
きないために、かえりやだれを減少させることはできな
かった。本発明は、このような技術の現状にかんがみ、
ブランク時の打ち抜き不良、トリム不良が発生しない極
低炭素細粒熱延鋼板およびその製造方法を提供するもの
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明は、重量%として、C :0.0005〜0.
01%, Mn:0.05〜0.30%,Si:0.
03%以下, P :0.03%以下,S
:0.03%以下, N :40ppm 以
下,あるいはさらに、必要に応じてTi,Nbの一方も
しくはその両方であって、その合計が0.1%以下を含
有する極低炭素鋼で、表層から板厚中心までのフェライ
トの平均結晶粒径が20μm以下、表層から表層100
μmまでのフェライトの平均結晶粒径が10μm以下で
あり、かつ表面粗度Raが1.0μm以下であることを
特徴とする細粒熱延鋼板であり、このような熱延鋼板の
製造方法として、連続仕上げ圧延開始温度が950〜1
050℃とし、最終仕上げ温度をAr3 変態点以上に保
ちながら、連続仕上げ圧延の最終前スタンドと最終スタ
ンドの間、及び最終圧延終了直後から30℃/S以上で
冷却を行い、550℃以下で巻き取った後、酸洗を行い
続いて1〜5%のスキンパス圧下を加えることを特徴と
するものである。
【0008】
【作用】以下に、本発明の内容を詳細に説明する。本発
明者らは、極低炭素熱延鋼板の打ち抜きや剪断時に発生
するだれやかえりを防止する鋼板の可能性について詳細
な検討を行った。図1に鋼板の剪断加工断面の模式図を
示す。だれは、工具刃の切り込みの際に材料の板面が引
張曲げを受けて生じる。鋼板強度が高いと起こりにくい
が、極低炭素鋼板ではベース強度が低くこの発生を防ぐ
のは根本的に難しい。本発明者らの検討によれば、加工
性を確保しながらベース強度を極力あげてやり、これに
加えて、引張曲げ力を最も受け易い極表層部の強化と、
変形の起点となり易い表層部の粗度を極力小さくするこ
とで、極低炭素鋼でもだれを防止できることが判明し
た。
【0009】また、かえりは、打ち抜きや剪断を開始し
て早い時期に、破断亀裂が生じると大きくなる。この防
止策のためにも、亀裂の起点となる箇所を極力減らし、
破断亀裂が生じ難くなるように鋼板内の組織強度を高め
ておく必要がある。極低炭素鋼板では、この点も難しい
が、極細粒フェライト組織として鋼板内の強度上昇を図
り、さらに固溶Cによる粒界強化、微細析出物による析
出強化により、低炭素鋼なみのかえりまで抑えられるこ
とが判明した。
【0010】以下に本発明における鋼の成分組成につい
て説明する。 C:0.0005〜0.01wt% Cが0.0005%以下の鋼材は製造コストが高く経済
性を損ね、実用鋼としては不向きであるばかりでなく、
Cを固溶強化元素や析出物による析出強化として活用で
きなくなる。また、0.01%以上では鋼材の強度が高
く、だれやかえりの問題がなく本発明の範囲外である。
【0011】Mn:0.05〜0.30wt% Mnが0.05%以下では製鋼工程において脱Mnコス
トが高くなり、同時にSによる熱間脆性の抑制力が低下
する。このため、下限を0.05%とする。上限を0.
3%以上にするのは、これ以上では鋼材強度が上昇し
て、だれやかえりりの問題がなく本発明の範囲外となる
ためである。
【0012】Si:0.03wt%以下 Siの多用は、成形性の劣化、Siスケールの発生、介
在物の増加などを招くため上限を0.03%とした。 P:0.03wt%以下 Pの多用は、粒界の脆化をおこすため、上限を0.03
%とした。
【0013】S:0.03wt%以下 Sを多用すると、熱間脆性、成形性の低下を引き起こす
ため上限を0.03%とした。 N:40ppm 以下 Nは、固溶状態では常温時効の原因となる。このため、
多すぎるとNを窒化物として固定するために、Al,T
i等が多量必要となり、経済性を損ねるため、上限を4
0ppm とする。
【0014】本発明においては、上記成分を主成分とす
るが、必要に応じて、Ti+Nbを0.1%以下添加し
てもよい。Ti,NbはC,Nの固着元素として極低炭
素鋼で活用されている。固着されて微細析出物ができる
と、母材の強化として活用できるが、多用するとコスト
高を招き経済性を損なうため、合計量の上限を0.1%
とした。
【0015】以上の成分である極低炭素鋼板は従来の製
造方法では、熱延鋼板の平均結晶粒径が30μm以上で
あり、だれやかえりの発生が多い。しかし、図2に示す
ように表層から板厚中心までのフェライトの平均結晶粒
径が20μm以下、表層から表層100μmまでのフェ
ライトの平均結晶粒径が10μm以下であり、かつ表面
粗度Raを1.0μm以下にすることによって、鋼材の
降伏強度、表層部の強化、変形や破断亀裂の起点の防止
が可能となりだれ、かえりが防止できるようになった。
【0016】次にその製造方法について詳細に説明す
る。熱延鋼板のフェライト結晶粒を細粒にする方法とし
て、 添加元素や析出物を利用する方法、 加熱温度、圧延温度、圧下率を規制する方法、 冷却速度、圧延後冷却までの開始時間を制御する方法 が考えられる。本発明においては、打ち抜き、剪断時
の、だれやかえりが問題となる母材強度が低い極低炭素
熱延鋼板を対象としており、上述した成分範囲外の添加
元素は適用しない。したがっての方法は制限があり、
Ti,Nbを適量活用する程度である。また、の方
法では、設備能力上の制約があるが、その範囲内の効率
よい組み合わせで平均結晶粒径の細粒化に加え、表層部
をさらに細粒にする方法を見いだす必要がある。
【0017】本発明者らは、検討を重ねた結果、連続圧
延の最終段前後での冷却法によりこの問題を解決できる
ことを発見した。すなわち、本発明において、仕上げ圧
延の開始温度は950〜1050℃の範囲に規制してい
る。仕上げ温度は低いほど、γ粒径の成長を抑えること
ができるが、板厚が薄くなると仕上げ終了温度が低下し
やすく、Ar3 変態点以下で圧延してしまうおそれがあ
る。変態点以下で圧延した材料は、異方性が大きくなる
とともに加工劣化の問題が発生するため開始温度は95
0〜1050℃に、仕上げ最終温度はAr3 変態点以上
に、温度範囲を規制している。
【0018】次に、最終段前後の冷却を同時に30℃/
S以上で行う必要がある。図3に冷却方法による細粒化
効果の模式図を示す。最終段圧延前後冷却、すなわち最
終前スタンドと最終スタンドの間から、および最終スタ
ンド直後からの冷却により、平均結晶粒径とともに表層
から表層+100μmまでの深さ範囲で結晶粒径をさら
に細粒化することができる。このメカニズムは明らかで
はないが、最終段前の冷却ではγ粒の成長が抑制され、
最終段直後の冷却ではフェライト粒の粒成長の抑制とと
もに、γ/αの変態ゾーンを急冷することによるフェラ
イト核生成の増加に起因することが考えられる。とくに
極表層は、最終段圧下の歪の影響と、冷却速度の影響を
同時に受けるために、極細粒になると考えられる。冷却
速度については、30℃/S以下では、細粒効果が薄れ
るため、この冷却速度を下限とした。
【0019】また、この後の巻取り温度については、5
50℃以上では対象が極低炭素鋼板であるため、粒成長
をおこし易く最終製品のフェライトの細粒化ができなく
なる。また、Ti,Nbを利用して析出強化を狙う場合
も、析出物が粗大化して強化に寄与できなくなること、
また固溶Cを活用して粒界を強化する狙いも、これ以上
の高温巻取りでは、固溶Cの維持が難しくなるため、巻
取り温度の上限を550℃以下に規制した。
【0020】その後、酸洗に引き続いて1〜5%のスキ
ンパス圧下を加えるのは、表面粗度Raを1.0μm以
下にするためである。スキンパス圧下率が1%未満では
表面粗度を1μm以下にできない。また、5%を超える
と材質、とくに伸びの劣化が著しく、加工用としての適
用が難しくなり、極低炭素鋼板の適用範囲が狭まってし
まうためである。
【0021】また、通常の1スラブごとの圧延では、と
くに薄手材の圧延の場合、仕上げを終了し巻取り開始ま
での鋼板長さに急速冷却を行うと、水圧に負けて鋼板の
通板が困難になる場合があり、トラブルの原因となる。
このためコイルのフロント部は十分な冷却制御ができて
おらず歩留まり低下の一因となっていた。したがって仕
上げ圧延前に粗圧延後のバー材を先行する粗バーに接続
し、仕上げ圧延から巻取りまでを完全連続で行えば、極
薄材圧延時のトラブルを回避できると同時に、最終仕上
げ圧延の直前直後の急冷が、ほぼ全長にわたって可能に
なるため本発明においての適用は、非常に有効な手段で
ある。
【0022】
【実施例】次に、実施例によって本発明の効果を説明す
る。表1に使用した各材料の成分を示す。いずれも、打
ち抜き、剪断時にかえり、だれが発生し易い材料であ
る。このA〜Gの7鋼種を用いて表2に示す条件で製造
した。7鋼種とも、本発明の特性を充たす材料、すなわ
ち伸びは45%以上を確保しながら、平均結晶粒径は2
0μm以下、表層の結晶粒径は10μm以下で表面粗度
1.0μm以下である材料は、だれ、かえりの発生はな
かった。このような材料は本発明の条件範囲で製造でき
る。
【0023】次に、CおよびEの材料については、製造
条件を変えてその効果を調べた。8,9,10,16,
18は、通常の圧延ラインで本発明条件範囲内で製造し
たもので、いずれも伸びを確保しながら、細粒で表面粗
度の小さい鋼板が得られ、だれやかえりの発生は認めら
れなかった。また、17は、完全連続圧延ラインを使っ
た例であるが、発明条件範囲内であり、これもだれやか
えりの発生はなかった。
【0024】これに対し、11,20は仕上げ開始温度
が低すぎて、仕上げ温度が変態点をきってしまったため
に粗大粒が発生し、伸び低下とともにだれやかえりが発
生した。また、12,13,21の場合は最終圧延前ま
たは最終圧延後の冷却速度が低いために、結晶粒径を細
粒にできずだれ、かえりの発生を防止できなかった。1
3では、さらにスキンパス圧下率が小さいために表面粗
度の制御が効かず、これもだれやかえりの発生の原因と
なった。また、14,19では、巻取り温度が高かった
ために、粒成長をおこし細粒が得られずだれ、かえりが
発生した。また、15はスキンパス圧下率が高すぎて、
伸びが低下してしまった例である。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
【発明の効果】本発明は、以上のように製造条件、とく
に最終段前後の圧延・冷却条件〜スキンパス圧下条件を
規制することにより、表層がとくに細かく、表面粗度が
小さい細粒熱延鋼板をだれ、かえりのない鋼板として提
供可能としたものであり、極低炭素鋼の適用範囲が拡大
し、スラブの滞留を減少させ大量生産によるコストダウ
ンが可能となり、経済的効果が非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋼板の剪断加工時の断面の模式図。
【図2】だれ、かえりが発生しない条件を示した図。
【図3】冷却方法による細粒化効果を示した図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−166292(JP,A) 特開 平7−41903(JP,A) 特開 平5−302146(JP,A) 特開 平4−66621(JP,A) 特開 平2−301540(JP,A) 特開 平3−177538(JP,A) 特開 平4−191349(JP,A) 特許3064747(JP,B2) 特公 平6−78568(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.0005〜0.01%,Mn:0.05〜
    0.30%,Si:0.03%以下,P :0.03%
    以下,S :0.03%以下,N :40ppm 以下を満
    たし、表層から板厚中心までのフェライトの平均結晶粒
    径が20μm以下、表層から表層100μmまでのフェ
    ライトの平均結晶粒径が10μm以下であり、かつ表面
    粗度Raが1.0μm以下であることを特徴とする細粒
    熱延鋼板。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の鋼であって、Tiおよび
    Nbの1方もしくは、その両方を、その合計が0.1%
    以下含有することを特徴ととする細粒熱延鋼板。
  3. 【請求項3】 連続仕上げ圧延開始温度が950〜10
    50℃とし、最終仕上げ温度をAr3 変態点以上に保ち
    ながら、連続仕上げ圧延の最終前スタンドと最終スタン
    ドの間、及び最終圧延終了直後から30℃/S以上で冷
    却を行い、550℃以下で巻き取った後、酸洗を行い続
    いて1〜5%のスキンパス圧下を加えることを特徴とす
    る請求項1あるいは2に記載の細粒熱延鋼板の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 仕上げ圧延開始前に、粗バーを接合し、
    連続的に仕上げ圧延から巻取りを行うことを特徴とする
    請求項3に記載の細粒熱延鋼板の製造方法。
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