JP5176599B2 - 建材用極薄冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、極薄冷延鋼板を、用途によっては溶融めっき、電気めっき、塗装などの表面処理を施した後、例えば木製あるいは樹脂製などの基板に貼り合わせて、建物の内壁や外壁および屋根等の用途に供している。
基板との貼り合わせに際し、鋼板に耳伸びや中伸びが発生していると、基板との貼り合わせ後、基板と鋼板の間にすき間が生じやすく、外観不良や腐食等の問題が発生するため、鋼板は極力耳伸びや中伸びの発生がなく平坦であることが望まれる。
また、かような用途においては、延性やr値などの成形性よりも、むしろ板厚精度や強度、形状(平坦度)が重要視される。すなわち、極薄で、高い強度を有し、耳伸びや中伸びで評価される平坦度に優れることが必要とされる。
さらに、かかる用途に用いる場合、汎用材として安価であることも要求される。
しかしながら、上記したような建材用の用途においては、高い強度、具体的には、降伏強度YS:700 MPa以上が要求されているが、特許文献1の技術では、冷間圧延後の高強度を達成するのが困難であった。また、上記の技術では、CおよびNをともに低減する必要があることから、製造コストが高くなるという不利があった。
なお、素材としては、安価な一般軟鋼をベースとした。
さて、板厚が0.2mm以下の極薄冷延鋼板を建材用途に用いる場合、その使用に際して平坦度が損なわれないようにある程度の強度(降伏強度YS:700 MPa以上)が必要になる。
単に強度を高めるためには、C量を増大してやればよい。しかしながら、この場合には鋼板が硬くなり、圧延ままでは形状(平坦度)の劣化が避けられない。
その他、強度を高める手段としては、強圧下圧延を施すことが考えられるが、この場合も鋼板が硬化して、やはり圧延ままでは形状(平坦度)の劣化が避けられない。
しかしながら、このレベラー処理によって鋼板形状を矯正するには、冷延圧延後の鋼板の表面硬さが適正な範囲におさまっていることと、硬さのバラツキ、特に板幅方向の硬さのバラツキが少ないことが必要となる。
その結果、熱延条件、特に仕上圧延温度および巻取り温度を適正化することによって、所期した目的が有利に達成されることの知見を得た。
本発明は上記の知見に立脚するものである。
1.質量%で、C:0.01%以上 0.10%以下、Si:0.03%以下、Mn:0.005%以上 0.5%以下、P:0.01%以上 0.20%以下、S:0.03%以下、Al:0.01%以上 0.1%以下、N:0.010%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、板厚:0.2mm以下まで冷間圧延された鋼板であって、該冷間圧延後の鋼板の平均硬さ(HR30T)が68以上 83以下で、かつ板幅方向にわたる硬さ変動量が平均硬さの±2以内となる割合が鋼板全体の90%以上であることを特徴とする建材用極薄冷延鋼板。
まず、本発明において鋼板の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、各元素の含有量の単位はいずれも「質量%」であるが、以下、特に断らない限り、単に「%」で示す。
C:0.01%以上 0.10%以下
Cは、鋼に固溶して素材の強度を上昇させる効果があるが、含有量が0.10%を超えると炭化物を形成し、冷間圧延時の負荷が極めて大きくなり、板厚:0.2mm以下の冷延鋼板を得ることが難しくなる。そこで、本発明では、冷間圧延性の観点からC量の上限を0.10%とした。また、C量は、冷間圧延性の点からは低減することが望ましいが、著しい低減は鋼板の強度低下につながり、また製鋼時のC低減のためのコストを増大させ、素材を安価に提供することが難しくなる。そこで、強度確保およびコストの面からC量の下限を0.01%とした。冷間圧延性およびコスト両者の観点から好適なC量は0.02%以上 0.07%以下である。
そこで、この点について、発明者らが検討したところ、C含有量を厳密に調整することにより、レベラー加工前の鋼板を軟質化することができ、その結果、板厚が0.12mm程度の薄肉材についても、レベラー処理時における破断を有利に回避できることが見出された。
同図に示したとおり、C量の増加に伴って降伏強度は増大する。
すなわち、板厚を0.12mm程度まで薄肉化する場合には、C量を0.045%以下とすることが有利であることが見出された。
従って、板厚が0.12mm程度の薄肉材において、レベラー加工後に所望の強度(YS≧700 MPa以上)を確保するためには、C量は0.015%以上とすることが有利である。
Siは、鋼の強度を上昇させる元素として有効であるが、多量の含有は冷間圧延性のみならず、表面処理性、化成処理性、耐食性を低下させることになるので、この観点からSi量は0.03%以下に限定した。
Mnは、Sによる熱間割れを抑制する働きがあるので、この効果を得るために0.005%以上含有させる。より好ましくは0.01%以上、さらに好ましくは0.05%以上である。しかしながら、Mnの多量添加は鋼板素材を硬質化させ、冷間圧延性を低下させるだけでなく、溶接性および溶接後の溶接部成形性を低下させるので、Mnの上限は0.5%とした。なお、より良好な形状および耐食性が要求される場合には、Mn量は0.30%以下とすることが望ましい。
Pは、鋼板素材の強度を上昇させる効果があるので、0.01%以上含有させるものとした。しかしながら、多量添加は冷間圧延性を低下させる。またPは、鋼中で偏析する傾向が強く、溶接部の脆化を招く。このため、本発明では、P:0.20%を上限とした。なお、より望ましくは0.10%以下である。
Sは、鋼中で主として介在物として存在し、耐食性を低下させるため、極力低減することが望ましいが、0.03%までであれば許容できる。このため、本発明では、S量の上限は0.03%とした。なお、S量の下限は、特に限定する必要はなく、上記したように極力低減することが好ましいが、製鋼能力およびコストの点からは0.005%程度とするのが好ましい。
Alは、脱酸剤として添加され、鋼の清浄度を向上させる元素であるので、積極的に添加する。しかしながら、Al量が0.01%未満では脱酸の効果が小さく、介在物が残存して成形性を低下させる。とはいえ、0.1 %を超えると鋼板の表面清浄度が低下するので、本発明では0.01%以上 0.1%以下に限定した。なお、材質安定性の観点からは、Al:0.02%以上 0.080%以下とすることが望ましい。
Nは、鋼板に固溶し、含有量が0.010%を超えると鋼板を著しく硬質化させるため、0.010%以下とした。なお、N量の下限は、特に限定されるものではないが、製鋼能力やコストを考慮すると0.0010%程度とすることが好ましい。
ここに、不可避的不純物としては、Cu,Ni,Cr,Mo,Nb,TiおよびBなどが考えられるが、それぞれCu:0.20%以下、Ni:0.20%以下、Cr:0.20%以下、Mo:0.20%以下、Nb:0.02%以下、Ti:0.02%以下、B:0.0010%以下の範囲に制限することが望ましい。
冷間圧延後の鋼板の硬さ(硬質度)は、製品形状に大きく影響するので、本発明において硬質度は極めて重要である。本発明では、製品板厚が0.2mm以下と極薄であるため、硬質度は板表面を測定し、板表面硬さを求めるものとする。 試験方法はJIS Z 2245「ロックウエル硬さ試験方法」に準拠する。
この平均硬さ(HR30T)が68未満では、レベラー処理後にYS≧700 MPaを確保することが困難であり、製品に腰折れが発生しやすく、一方83より大きいとレベラー処理による形状矯正が困難となり、製品形状の悪化が著しくなるので、鋼板の平均硬さ(HR30T)は68以上 83以下の範囲に限定する。
板幅方向にわたる硬さ変動量が、鋼板の平均硬さ(HR30T)の±2を超えると、その後にレベラー処理を施した場合に形状が劣化するので、板幅方向にわたる硬さ変動量は平均硬さの±2以内とする必要がある。
また、上記した板幅方向にわたる硬さ変動量の規定は、必ずしも鋼板全体に対して満足させる必要はなく、少なくとも90%以上が上記の要件を満足していればよい。
冷延鋼板の先端から長手方向:200mピッチで、板幅方向:両端から5mm部およびその内側については等間隔で例えば7ヶ所(従って合計9ヶ所)を測定し、これら長手・板幅方向の測定値の平均値を平均硬さとする。また、板幅方向にわたる硬さ変動量が平均硬さの±2以内となる割合は、全測定数における平均硬さの±2以内となる測定数の割合で算出する。
また、鋼板の平均硬さおよび板幅方向にわたる硬さ変動量が平均硬さの±2以内となる割合は、冷延鋼板長手方向の硬度のばらつきが小さいことから、簡便には以下のようにして求めても良い。
すなわち、製品幅を有する任意長さの鋼板(切板)について、上記と同様の板幅方向での測定を、測定数の合計が100以上となるように長手方向に繰り返して測定し、これら測定値の平均値を平均硬さとする。また、板幅方向にわたる硬さ変動量が平均硬さの±2以内となる割合は、このようにして求めた任意長さの鋼板での全測定数における平均硬さの±2以内となる測定数で算出する。
平坦度:2mm以下
平坦度は、JIS G 3141「冷間圧延鋼板及び鋼帯」に記載の方法に準拠して求めるものとする。ここで、平坦度は、耳伸びおよび中伸びのうち、最大のひずみを示すもので評価する。
この平坦度が2mmを超えると、すなわち耳伸びあるいは中伸びが2mmを超えると、製品としての使用に支障をきたすので、平坦度は2mm以下に制限する。
降伏強度が700 MPaに満たないと、基板に貼り合わせるまでの取り扱いの際に変形しやすく、平坦度の確保が困難となるので、降伏強度は700 MPa以上に限定する。より好ましくは710 MPa以上である。
前記した好適成分組成になる溶鋼を、転炉や電気炉等の公知の炉を用いて溶製した後、連続鋳造法や造塊−分塊法、薄スラブ鋳造法等の公知の方法でスラブとし、鋼素材とする。これら公知の方法の中でも、マクロ偏析を防止する上では連続鋳造法がより好ましい。
すなわち、仕上圧延温度を700℃以上 Ar3点以下とすることにより、軟質な熱延鋼板が得られ、冷間圧延時の負荷が軽減するため、所望の板厚:0.2mm以下の冷延材を板厚精度よく得ることができる。この点、仕上温度が700℃未満では、熱延板が軟質となりすぎるために、冷間圧延時の負荷は低減されるものの、製品で腰折れが発生し、製品形状が悪くなる。また、仕上温度が700℃より低くなると熱間圧延時の負荷が大きくなる。このため熱延板の仕上温度は700℃以上とする。一方、仕上圧延温度がAr3変態点温度より高いと、熱延板が硬質となり、冷間圧延での負荷が大きくなり、冷間圧延性が低下する。なお、材質の均一性、表面性状の観点から仕上圧延温度は750℃以上 830℃以下とすることが望ましい。
なお、Ar3変態点は、次式で求めることができる。
Ar3変態点=901−325〔%C〕−92〔%Mn〕+33〔%Si〕+287〔%P〕
但し、〔 〕内は、各元素の含有量(mass%)
巻取り温度を500℃以上とすることにより、熱延終了後の結晶粒が成長、粗大化し、さらに炭化物が凝集粗大化する。これにより、軟質な熱延板を得ることができ、冷間圧延時の負荷が低くなって冷間圧延性が向上する。しかしながら、巻取り温度が750℃を超えて高すぎると、表面スケールの発生が多くなり、熱延板の表面性状ひいては冷間圧延後の表面性状が悪化するおそれがある。このため、巻取り温度は500℃以上 750℃以下とする。なお、巻取り温度の好適上限値は700℃である。
熱延板の酸洗条件は特に規定する必要はなく、表面スケールを除去できれば良い。そのためには、公知の方法、例えば、塩酸、硫酸等の酸で表面スケールを除去すればよい。
冷間圧延は、圧下率:85%以上 99%以下の条件で、板厚:0.2mm以下まで圧延する。ここに、冷間圧延における圧下率が85%未満になると、熱延板の板厚を1.3mm以下とする必要が生じ、所定の温度以上の仕上げ温度を確保するのが困難となり、圧延時の負荷が増加したり、コイル内での温度バラツキが大きくなって、所望の材質が得られなくなり、一方99%を超える圧延は実施困難なので、冷間圧下率は85〜99%の範囲に限定した。
なお、C含有量にもよるが、冷間圧延における圧下率が96%を超えると形状が悪化する場合があるので、冷間圧延における圧下率は96%未満、より好ましくは95%以下とすることが望ましい。
しかしながら、この冷間圧延ままでは、平坦度が所望の要件を満たしているとは限らない。
ここで、所望する平坦度は2mm以下である。また、所望強度は降伏強度(YS)で700 MPa以上である。
上記した平坦度および強度とするには、伸び率:0.3%以下の条件でレベラー処理を施すことが好ましい。ここに、伸び率が0.3%を超えると鋼板が硬質化し、レベラー加工中に鋼板が破断するおそれが生じる。
なお、板表面硬さは、例えば伸び率が0.3%以下の条件下では、レベラー処理後においてもほとんど変動せず、HR30Tで1〜2ポイント程度である。
なお、上記では、形状矯正処理としてレベラー処理を例示して説明したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、レベラー処理と同様の効果を有する形状矯正処理であれば、いずれもが適合する。
施される表面処理としては、脱脂、乾燥後、溶融亜鉛めっき、その後クロメート処理を施す、あるいは脱脂、乾燥、電気めっき後、カラーコーティングを施す、あるいは乾燥後、カラーコーティングを施す等の方法が挙げられる。さらには、錫めっき、ニッケルめっき等のめっきや、各種合金めっき、化成処理など、通常の冷延鋼板に適用される表面処理いずれもが適合する。
冷間圧延後、レベラー処理前の冷延鋼板の板表面硬さ(HR30T)および板幅方向にわたる硬さ変動量について調査した。結果を表3に示す。
また、表3には、前述の方法で求めた鋼板の平均硬さおよび硬さ変動量≦±2の割合(%)について調べた結果と共に、長手方向の中央で測定した板幅5mm位置および板幅中央位置の硬度についての測定結果も示す。なお、鋼板の平均硬さおよび硬さ変動量の割合は、長手方向の中央から採取した1500mm長さの鋼板(切板)についても求めたが、表3の結果と一致する結果を示した。
さらに、レベラー処理後の鋼板については、平坦度および強度(YS)を調べた。
得られた結果を表3に併記する。なお、平坦度は前述の方法で求めたものであり、試験材としては板幅:1000mm、長さ:1500mmの鋼板を用いた。また、降伏強度(YS)は引張り方向を圧延方向とするJIS 5 号試験片を用いて求めたものである。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.01%以上 0.10%以下、Si:0.03%以下、Mn:0.005%以上 0.5%以下、P:0.01%以上 0.20%以下、S:0.03%以下、Al:0.01%以上 0.1%以下、N:0.010%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、板厚:0.2mm以下まで冷間圧延された鋼板であって、該冷間圧延後の鋼板の平均硬さ(HR30T)が68以上 83以下で、かつ板幅方向にわたる硬さ変動量が平均硬さの±2以内となる割合が鋼板全体の90%以上であることを特徴とする建材用極薄冷延鋼板。
- 請求項1に記載の鋼板に形状矯正処理を施して得た極薄冷延鋼板であって、該鋼板の平坦度が2mm以下で、かつ降伏強度(YS)が700 MPa以上であることを特徴とする建材用極薄冷延鋼板。
- 質量%で、C:0.01%以上 0.10%以下、Si:0.03%以下、Mn:0.005%以上 0.5%以下、P:0.01%以上 0.20%以下、S:0.03%以下、Al:0.01%以上 0.1%以下、N:0.010%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼素材を、加熱温度:1150℃以上に加熱後、仕上圧延温度:700℃以上 Ar3点以下の条件で熱間圧延を施したのち、巻取り温度:500℃以上750℃以下でコイルに巻き取って熱延板とし、ついで該熱延板を酸洗後、冷延圧下率:85%以上 99%以下にて板厚:0.2mm以下まで冷間圧延することを特徴とする建材用極薄冷延鋼板の製造方法。
- 質量%で、C:0.01%以上 0.10%以下、Si:0.03%以下、Mn:0.005%以上 0.5%以下、P:0.01%以上 0.20%以下、S:0.03%以下、Al:0.01%以上 0.1%以下、N:0.010%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼素材を、加熱温度:1150℃以上に加熱後、仕上圧延温度:700℃以上 Ar3点以下の条件で熱間圧延を施したのち、巻取り温度:500℃以上750℃以下でコイルに巻き取って熱延板とし、ついで該熱延板を酸洗後、冷延圧下率:85%以上 99%以下にて板厚:0.2mm以下まで冷間圧延し、さらに形状矯正処理を施すことを特徴とする建材用極薄冷延鋼板の製造方法。
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