JP4299511B2 - 打ち抜き性に優れた熱延鋼板 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は340MPaを超える引張強度を持ち、ブランキング加工、シャーリング加工を施される部品に用いる打ち抜き性に優れた熱延鋼板に関するものであり、これを酸洗した酸洗鋼板や、各種表面処理を施した鋼板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車用を初めとした鋼板を使用した部品の多くは、ブランキング加工、シャーリング加工などを施される場合が多いが、形状精度や切断面の品質に対する要求が年々高まっている。通常の剪断加工においては、切断面は一般的に、ダレ−剪断面−破断面−かえりという様相を示すが、剪断面は平滑で精度的に良好な部分である。この剪断面を増加させる方法としては、クリアランスを小さくすることが挙げられるが、クリアランスを小さくすると2次剪断と呼ばれる不良が発生する。
【0003】
2次剪断の発生は、1次剪断面(2次剪断面と区別するために通常の剪断面について以後このように表現する。) 形成中にポンチとダイスから発生したクラックが、クリアランスが小さいために工具下の圧縮応力領域まで進展してそこで停留するために、材料の分離が生じずに再度剪断面が形成されるという現象である。この2次剪断が生じると、切断面に凹凸が生じて、部品の組み合わせ・溶接などに支障を生じる。また、2次剪断の発生は切断部近傍の応力状態に影響を受けるために、2次剪断が発生した場合の金型調整にて微妙なクリアランス調整が必要となり、コスト・納期の点で不利となる。
【0004】
以上のように2次剪断を抑制することは重要であるが、2次剪断の制御に関する知見は成形条件としてはクリアランス、材質面では軟質化ということのみで系統的検討はなされていない。また、打ち抜き性ということに関しては、特開平3−47922号公報、特開平8−295927号公報などに熱延工程とその後に焼鈍や冷延工程を行うことによる打ち抜き性の改善に関する技術が開示され、特開昭55−73845号公報や特開平3−18403号公報などに合金添加元素を制限することにより打ち抜き性を改善する技術が開示されているが、2次剪断を抑制する技術は開示されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、切断面精度向上のためにクリアランスを小さくした場合の2次剪断発生を抑制しうる、打ち抜き性の優れた熱延鋼板を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
2次剪断を解決する手段を検討するために詳細検討したところ、1次剪断面の長さが大きいと2次剪断面発生量が減少することが明らかになった。これは1次剪断面の長さが大きいと、パンチ、ダイスでのクラック発生位置がお互いに近くなるために、クラックが会合しやすくなるためと考えられる。そこで、1次剪断長さを長くするための冶金的因子を詳細検討した結果、鋼中のC,Si,Sの量を制御することにより2次剪断を抑制できることを明らかにした。
【0007】
その機構としては以下のことが考えられる。C,Sの量は炭化物や介在物の量を決定している。1次剪断の長さは1次剪断面の形成中のクラックの発生を抑制することが重要であり、それには炭化物や介在物の量を減少させるためにC,S量を少なくする方が良いと考えられる。また、Siの添加は炭化物を分散析出させる効果があり、Si量が多いほどクラックの発生が抑制されて1次剪断長さが長くなることが考えられる。
【0008】
また、これらの鋼では強化のためにMnを添加しているが、Mnが多く添加される場合にはMn偏析が層状に生じて、板厚方向に強度のばらつきが生じることがある。さらにMnの偏析は炭化物形成にも影響を及ぼし、その場合、パーライトが層状に分布するバンド組織を呈することがある。このMn偏析の2次剪断発生に及ぼす影響を検討したところ、Mn濃度にばらつきが大きい場合には上記のC,Si,Sを制御して1次剪断を長くしたとしても2次剪断が部分的に残存して切断面の品質が良好とならないが、Mn濃度のばらつきを制限することにより、仮にバンド組織が生じた場合でも2次剪断が抑制できることを明らかにした。この理由としては、Mn偏析のばらつきが小さい場合には、板厚方向の強度ばらつきが小さくなり、クラック発生が均一となるためであると推察された。
【0009】
以上のように、鋼中のC,Si,Sの量を制御することと、Mn濃度ばらっきを制限することにより2次剪断を抑制できる。また、このような思想は断面全体を剪断面とするべく行われるファインブランキング加工にも通じ、良好なファインブランキング性を示すものと考えられる。
【0010】
本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
(1)質量%で、
C :0.05〜0.12%、 Si:0.05〜0.3%、
Mn:0.3〜0.7%、 S :0.01%以下、
P :0.1%以下、 Al:0.005〜0.1%、
N :0.01%以下、 Ni:0.01〜2%、
Cu:0.01〜2%、 Cr:0.01〜2%
を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、鋼板中のMn濃度の標準偏差が全Mn濃度の20%以下であり、パンチ径20mmφで打ち抜く際に、クリアランスが板厚の10%で2次剪断が出現しなくなることを特徴とする打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
【0011】
(2)鋼成分が、更に質量%で、B:0.0005〜0.01%を含有することを特徴とする上記(1)に記載の打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
【0012】
(3)鋼成分が、更に質量%で、Ti,Nb,V,Moの1種又は2種以上を0.005〜0.5%含有することを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の成分の限定理由としては以下の通りである。
Cは炭化物量を決定する元素であり、2次剪断の抑制のためには低い方が望ましい。しかし、低炭素化は製鋼コストの上昇を招き、また炭素自体は安価な強化元素であるために340MPa以上の引張強度を得るためには適量の添加が必要となる。本発明では強度確保の観点で下限を0.05%とし、2次剪断抑制の観点から上限を0.12%以下と制限する。上限に関しては上述の如く低い方が有利であり、0.1%以下とするとさらに2次剪断が抑制される。
【0015】
Siは炭化物を微細分散させる効果があり、2次剪断抑制効果がある。その効果が発揮されるための下限を0.05%とした。一方、多量の添加は表面のスケール発生に影響し、鋼板表面粗度を不均一にする方向であり、酸洗性も劣化させるため、0.3%以下の添加が望ましい。
【0016】
Mnは固溶強化により引張強度を確保するために必要であり、下限を0.3%とした。Mnの添加量により必要な強度が得られるように適当に決めれば良い。一方、Mnの強度上昇の効果は添加量を増加させると飽和するうえ、Mn添加量が大きくなると偏析によりMn濃度ばらつきが生じやすくなり、それらを後述のレベルに低下させるための手段が必要となるため、0.7%以下の添加が望ましい。
【0017】
Sは主な介在物であるMnSに影響を与える元素である。2次剪断の抑制のためには低い方が望ましく、上限を0.01%以下とする。下限については特に限定されるものではないが、脱硫コストの観点からは0.001%程度までとするのが望ましい。
【0018】
基本的には上記の元素を制御すれば2次剪断が抑制され、打ち抜き性に優れた熱延鋼板を実現できるが、場合によっては以下の元素を添加しても良い。
Bは熱延でのスラブ加熱中もしくは粗圧延中にBNとして析出するために材質の捲取温度依存性が小さくなる効果がある。しかし、過度の添加は延性を低下させるため、Bを添加する場合は0.0005%〜0.01%とすることが望ましい。
【0019】
Ti,Nb,V,Moの1種または2種以上を0.005%〜0.5%添加することができる。この種の元素を添加することにより、炭化物、窒化物による析出強化が期待できるが、過度に添加すると延性が低下するために、上記の範囲に添加するのが望ましい。
【0020】
Ni,Cu,Crをそれぞれ0.01〜2%添加する。これらの微量添加はスケール疵を減少させる効果があるものの、過度の添加は延性の低下と合金コスト増を招くために、上記の範囲に添加するのが望ましい。
【0021】
以上の元素のほかに、通常に存在する元素としてはP,Al,Nがある。
Pは強度向上に効果のある元素であるが、溶接性を低下させる元素である。添加する場合は、0.1%以下に抑えるのが望ましい。
【0022】
Alは脱酸元素として添加するが、少量であると脱酸効果が低く介在物量が増加し、過度の添加は延性が低下する。そこで特には規定しないものの、0.005%〜0.1%の範囲にあることが望ましい。
【0023】
Nは過度に含まれると加工性を低下させ、時効性も低下させる元素であり、0.01%以下が望ましい。
【0024】
また、Ca,REMは硫化物系介在物が球状化して穴拡げ性を向上させるので、それぞれCa:0.0005%〜0.01%、REM:0.005%〜0.1%添加しても良い。
【0025】
その他、不可避的に含有される微量な不純物については、特に規制する必要は無く、それらの元素が添加されていても本発明の効果に対して影響を及ぼさない。
【0026】
また、Mn偏析のMn濃度ばらつきについては、Mn濃度の標準偏差が全Mn濃度の20%以下としたが、標準偏差が全Mn濃度の20%を超えると板厚方向の強度ばらつきが大きくなり、かつバンド組織も多量に出現して、2次剪断が残存しやすくなるためである。標準偏差が全Mn濃度の20%以下であれば、板厚方向の強度ばらつきも少なく、またバンド組織が出現する場合でも軽微であるために2次剪断発生が抑制されて、打ち抜き性の優れた熱延鋼板を実現できる。Mn濃度は電子線マイクロアナライザーを用い、板厚断面を研磨した試料を板厚方向に線分析することにより濃度分布を測定する方法が推奨される。測定条件を調整してノイズをできるだけ除去して測定する必要がある。
【0027】
以上の熱延鋼板を実現する製造方法としては、特に限定されるものではなく、Mn偏析に関して本発明の範囲を満たすようにすれば、2次剪断発生が抑制されて、打ち抜き性の優れた熱延鋼板を得ることができる。製造コストの点からは連続鋳造にて製造したスラブを、ホットチャージまたは一旦冷却した後に1000℃以上、1400℃以下に再加熱して、仕上げ圧延温度800℃〜900℃、捲取温度700℃以下で熱延するような工程が推奨される。生産量が少ない場合には薄スラブ連続鋳造からの直接熱延も可能である。
【0028】
Mn添加量を多くすると、Mn偏析が顕著となる。これらを緩和して本発明の範囲とする方法としては、鋳造中の冷却制御、電磁攪拌、溶鋼温度制御、鋳造時の軽圧下などが考えられるが、これらについては鋳造機の個々に対して条件を最適化し、コストや状況を含めて適当な方法を選択すればよい。
【0029】
なお、本発明鋼は、電磁攪拌条件を工夫することで得ることができる。すなわち電磁攪拌の加速度を高くするため、流速を20cm/s以下として0.5s(秒)で電流を立ち上げ、3秒通電し、0.5秒で立ち下げて1秒通電しないというサイクルを連続して行うというものである。これにより凝固シェル前面と溶鋼に剪断力を発生させてデンドライトを分断し、等軸晶化することによりMnの偏析を低減できる。さらに、内部の身凝固部の温度を保持したまま、凝固の直前で中心固相率が0.7%まで軽圧下を行い、さらなるMn偏析の抑制を図ることができる。
【0030】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
表1,2に示す化学成分のスラブを表1,2に併せて示す条件にて熱延した。表2の鋼は表1に示す鋼をべースにいくつかの元素を添加したものである。スラブ厚さは250mm、熱延鋼板の板厚は4.0mmとした。熱延板のうち、実験番号1、3、6、7、12、19、24、45〜48、53は、酸洗ラインにて表面のスケールを除去した酸洗鋼板とした。製造した鋼板の引張強度は、JIS5号試験片により圧延方向と平行方向で測定し、引張強度が340MPa以上であれば凡例○、以下であれば凡例×として表1,2に示した。
【0031】
Mn濃度分布は鋼板の任意の部位から断面研磨した試料を作成し、電子線マイクロアナライザーによる板厚方向の線分析にて測定し、統計処理により標準偏差を求めた。打抜き試験は汎用の打抜き工具で行った。パンチ径は20mmφでダイス径を変更することによりクリアランスを変更した。2次剪断の発生は目視で行い、クリアランスが板厚の10%で2次剪断が出現しなくなる場合を凡例◎、クリアランスが板厚の11.3%で2次剪断が出現しなくなる場合を凡例○、クリアランスが板厚の11.3%でも2次剪断が発生する場合を凡例×として表1,2に合わせて示した。
なお、Mn偏析を抑制する手段として、前述の高加速度電磁攪拌と軽圧下を実験番号27,29,32,34を除いた全ての実験において行った。
【0032】
実験番号1、3、6、7、12、13、18、19、24は鋼中のC,Si量を変化させた実験である。実験番号1,7,13,19はC量が制限より少なく、引張強度が340MPa以上とならなかった。実験番号6,12,18,24はC量が制限より多く、2次剪断が解消しなかった。
【0033】
実験番号25、27、29、30、32、34はMn量とMn偏析の影響を検討したもので、連続鋳造の冷却により偏析を制御したものである。実験番号25,30はMn量が制限以下であるため引張強度が340MPa以上とならなかった。実験番号27,29,32,34はMn濃度の標準偏差の全Mn濃度に対する割合が制限以上であったために2次剪断が解消しなかった。
【0035】
実験番号45〜48、53は本発明鋼であり、2次剪断が抑制されて優れた打ち抜き性を示すことが分かる。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
【発明の効果】
本発明により、ブランキング加工、シャーリング加工が施される部品に使用される熱延鋼板の打ち抜き性が良好となり、部品の形状精度が向上するため、産業上の寄与は大きい。
Claims (3)
- 質量%で、
C :0.05〜0.12%、
Si:0.05〜0.3%、
Mn:0.3〜0.7%、
S :0.01%以下、
P :0.1%以下、
Al:0.005〜0.1%、
N :0.01%以下、
Ni:0.01〜2%、
Cu:0.01〜2%、
Cr:0.01〜2%
を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、鋼板中のMn濃度の標準偏差が全Mn濃度の20%以下であり、パンチ径20mmφで打ち抜く際に、クリアランスが板厚の10%で2次剪断が出現しなくなることを特徴とする打ち抜き性に優れた熱延鋼板。 - 鋼成分が、更に質量%で、B:0.0005〜0.01%を含有することを特徴とする請求項1に記載の打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
- 鋼成分が、更に質量%で、Ti,Nb,V,Moの1種又は2種以上を0.005〜0.5%含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の打ち抜き性に優れた熱延鋼板。
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