JPH01177320A - 連続焼鈍による非時効・深絞り用冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

連続焼鈍による非時効・深絞り用冷延鋼板の製造方法

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JPH01177320A
JPH01177320A JP33276087A JP33276087A JPH01177320A JP H01177320 A JPH01177320 A JP H01177320A JP 33276087 A JP33276087 A JP 33276087A JP 33276087 A JP33276087 A JP 33276087A JP H01177320 A JPH01177320 A JP H01177320A
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steel sheet
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temperature
annealing
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一夫 小山
Kunihiko Komiya
小宮 邦彦
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は製鋼でのIF鋼(Interstitial 
FreeSteel) (製鋼で炭素を極く低いレベル
である数十ppmまで低下させさらに炭素と親和力の強
いTiやNbを添加して鋼中の固溶炭素および窒素を完
全になくした鋼)によらずに、すなわち低炭素Mキルド
鋼を用い、さらに従来行なわれていた熱延高温巻取処理
を行なわずに、箱焼鈍材並みの非時効性と加工性を兼ね
備えたJTS −G3141第3種深絞り用冷延鋼板「
記号5PCE Jを連続焼鈍にて製造する方法に係わる
(従来の技術) 連続焼鈍による5PCE級の製造はもっばらIF鋼によ
っていた。このIF鋼は特公昭44−18066号公報
記載の発明を基本とし、多くの改善・改良発明がなされ
ている。しかし、IFg4は製鋼での真空脱ガス処理に
長時間を要し経済的には従来法である箱焼鈍Afキルド
鋼より劣るという状況である。
また製鋼設備に大きな制約が必要となる。IF鋼によら
ず通常のMキルド鋼で連続焼鈍5PCE級を製造するこ
とも試みられたがこの場合大きく二つの問題があった。
一つは連続焼鈍のような急速加熱短時間焼鈍では結晶粒
成長が不十分で5pcE級の加工性、具体的には1値(
ランクフォード値とも呼ばれ、〔板幅対数ひずみ〕/〔
板厚対数ひずみ〕で定義され、深絞り性を表わし結晶集
合組織に依存する)や伸び値(延性、n値やELで表わ
される)を付与させられなかった。二つ目は炭素時効問
題である。炭素は室温付近での固溶限が極めて小さく充
分時間をかけて冷却する箱焼鈍では事実上残存せず時効
の問題はない。連続焼鈍では短時間に炭素をセメンタイ
トとして析出させるため急冷・過時効処理が行なわれる
が箱焼鈍材並みの非時効とするには極めて不十分であっ
た。
これらの課題に対して近年多くの発明がなされている。
前者に対しては熱延高温巻取がある。特公昭55−14
849号公報および特公昭55−22533号公報記載
の発明のようにMキルド鋼を熱延後720℃や735℃
以上の高温(通常は600℃程度)に巻取ることで冷延
後の粒成長性を高め軟質・高7値とするものである。ま
た後者に対しては連続焼鈍の急冷・過時効処理を適正化
することで固溶炭素を低減させ時効性を抑制することを
目的として多くの発明がなされている。近年この技術は
急速に発達し、特願昭60−118457号明細書記載
の発明では時効指数で3kgf/lam”JJ、内(残
留固溶炭素量で5 ppm以内)に低減させ得るように
なった。以上のような技術を組み合わせれば5PCE級
冷延鋼板を箱焼鈍Alキルド鋼に近い成分で製造可能で
あるが、これら公知技術にはなお以下に述べる欠点を有
している。それは熱延高温巻取に伴う問題と、耐時効性
の到達レベルである。高温巻取効果が巻取後の徐冷中に
不純物が析出・粗大化し無害化しそのため象、速短時間
焼鈍でも粒成長性が改良されるものと考察されるが、熱
延コイルの端部ではこの効果が及ばずその結果コイル端
部は材質が伴わない。したがってこの部分は切り捨てる
必要があり数%〜10%の歩留り低下となっていた。さ
らに熱延コイルが高温でさらされるためスケールの生成
量が増し酸洗性が大幅に低下するという欠点もあった。
また、時効性に関しては炭素時効の問題のない箱焼鈍と
同等の非時効性とするには時効指数で2kgf/an”
以内とする必要があることが判明しこれは残留固溶炭素
量で2 ppm以内という値であり、上記技術にて到達
したレベルをさらに50%以上改善する必要がある。ま
たさらに上記非時効化技術では連続焼鈍で急冷後再加熱
を施しているがこのため再加熱に必要な設備および再加
熱エネルギーを必要としそのための経済上の問題も有す
る。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は従来技術のこのような欠点を克服し低炭素Al
キルド鋼を用い、熱延高温巻取を施さずに5PCE級の
加工性と非時効性を兼ね備えた冷延鋼板を連続焼鈍にて
製造する方法を提供するものである。すなわちこれによ
り真に箱焼鈍並みの5PCE級冷延鋼板が連続焼鈍で供
給可能にしようとするものである。具体的には加工性と
して7値=1.7(≧1.5 ) 、降伏点強度、Y 
P = 17 kgf/mm”(≦19 kgf/rn
rR” ) 、伸び、Ej2=45%(≧43%)(た
だしE2は板厚依存性があるのでこの値は0、8 am
厚相当である)、また耐時効性は時効指数で2kgf/
mm”以内の各値を満たす冷延鋼板の製造法である。
(問題点を解決するための手段) 本発明の要旨は、c : o、 o o s〜0.02
5%、Mn : 0.05〜0.15%、P≦0.01
2%、S : 0.004〜0.015%、酸可溶A1
70.05〜0.15%、N≦O,0020%を含み、
残部Fe及び不可避的不純物からなる鋼をAr+変態点
以上で熱間圧延を行ない620〜670℃で巻取り、続
いて冷延一連続焼鈍を行なうにあたり、焼鈍・均熱を7
60〜850℃140秒〜3分とし、その後650〜7
30℃まで3〜20℃/ sで冷却し、この温度域より
300〜380℃まで70〜400 ”C/ sで急冷
し、急、冷終点温度より200℃〜急冷終点温度までの
温度域で8〜20分の炭化物析出処理を行なうことを特
徴とする連続焼鈍による非時効・深絞り用冷延鋼板の製
造方法にある。
法にある。
連続焼鈍にて十分な粒成長性を付与させるには熱延板の
炭化物を十分凝集・粗大化し大部分の結晶粒界には炭化
物が存在しない状態にしておく必要がある。それととも
に再結晶焼鈍後最も有害な析出物として窒化アルミニウ
ム(A7N)があるがこれを無害化するためにやはり熱
延板の状態で十分AZNを析出・粗大化しておく必要が
ある。この2つの作用が熱延高温巻取の効果と考えられ
るが、その状況を第1図に示す。
図より冷延・連続焼鈍後のf値が主としてこの二つの要
因で律せられている様子がわかる。この図より熱延板中
での炭化物凝集はランク「3」以上、固溶窒素量は10
ppm以内好ましくは!5 ppm以内とする必要があ
ることがわかる。
なお炭化物凝集のランクは数値の大きいほどその程度が
大きい。各ランクに応じた標準的な炭化物の光学顕微鏡
写真をもとにした模式図を第4図に示す。つぎに巻取温
度が670 ”C以下という条件で、炭化物凝集、固溶
窒素低減という二つの特性値が一定値以上になる条件を
求めるため以下の実験をおこなった。
第2図は巻取温度670 ’C〜620℃で炭化物凝集
におよぼす炭素量、Mn量、P量の影響を調べた結果を
示す。(図中の記号は下記表の意味を有する)炭素量が
少ないほど炭化物は凝集するが低Mnかつ/もしくは低
Pも炭化物の凝集化の必要条件であることがわかる。こ
の図より炭化物の凝集度「3」以上を得るにはC50,
025%、MnS0.15%、P≦0.012%とする
必要がある。安定して凝集度「3J以上を得るにはC5
0,02%、MnS0.12%、かつ/またはP≦O,
OO8%とすることが好ましい。
つぎに熱延板処理の状態を表わすもう一つの要件、熱延
板固溶窒素量に対する条件について述べる。第3図は熱
延板固溶窒素量に対するへ2量の影響を調べた図である
。全窒素含有量を20ppm以下と20ppm超に層別
し、また、巻取温度を640〜655℃のグループと7
30〜750℃のグループに層別して表わした。高温巻
取、低窒素含有量はど熱延板固溶窒素量は減少する。6
50℃前後の巻取温度で熱延板固溶窒素量を10ppm
以内にするには全窒素含有量を20ppm以下とし、か
つMを0.05%以上とする必要があることがわかる。
以上C,Mn、  P、 Nの上限およびAIの下限規
定の理由と数値限定理由について述べた。さてへlキル
ド鋼による連続焼鈍冷延鋼板の製造にあたってのもう一
つの課題、耐時効性に対しては本発明においても炭素の
過時効中における時効析出を利用する。その詳細は再結
晶焼鈍後フェライト結晶粒内に比較的微細にセメンタイ
トを核発生させ析出に伴う拡散距離を短くして続く過時
効過程で固溶炭素を極力減少しようとするものである。
このため成分および連続焼鈍の再結晶焼鈍後の急冷・過
時効条件を限定している。
特に本発明では箱焼鈍並みの完全非時効を目標としてお
り、そのため比較的長く過時効時間を限定している。以
下、上記以外の要件の説明とその数値限定理由について
述べる。
Cの下限は時効性の観点から制限される。すなわち過時
効析出にあたっては析出の駆動力を増すためCの過飽和
度を増す必要があるがC含有量が少ないといくら焼鈍後
急冷を施してもCの過飽和度は増大しない。この意味で
Cはo、 o o s%以上とする必要がある。過飽和
度を安定して確保するためには0.012%以上含有さ
せることが好ましい。
Mnの下限およびSの上限はFeS生成防止の観点から
限定される。すなわちMn/Sの比が小さいとSはFe
Sとなって析出しこれが熱間脆性をもたらす。そのため
Mnは0.05%以上、Sは0.015%以下とする必
要がある。一方、Sの下限は適当なMnS lI’FA
保のため制限される。すなわちMnSは過時効時のセメ
ンタイト析出サイトとなりMnSを適度に分散させるこ
とにより、セメンタイトの核発生密度を適度に高め炭素
の拡散に要する時間を短くして非時効化を促進する。こ
のためSは0.004%以上とする。
Mは上述のように熱延巻取時にAZN析出を促進するた
め0.05%以上とする必要があるがあまり多過ぎると
鋼を硬質にし、また7値を劣化させるので0.15%以
内とする必要がある。
つぎに工程に関する要件について述べる。
熱延はAr3変態点以上で終了しなければならない。こ
れより低い温度で熱延を行なうと表層粗大粒が発生した
り加工組織が生じこれらは冷延−再結晶焼鈍後の集合組
織形成に悪影響を与える。
巻取温度は620〜670℃とする。巻取温度は本発明
では下げることができることに特徴があり、高温巻取に
起因する作業阻害やコストアップが避けられる。670
℃超では低温巻取化の効果がない。しかしながら620
℃未満では上述の炭化物凝集やAfN析出が生じ難いた
め620℃以上の温度は確保する必要がある。好ましく
は630〜660℃の範囲である。
焼鈍・均熱は760℃〜850℃140秒〜3分とする
。下限値未満では十分な粒成長が生じず硬質かつ低1値
となる。一方、850℃超では均熱中のγの量が増しこ
のTが再びフェライトに変態する時に集合組織がランダ
ムとなりf値を低下させる。また均熱時間の上限は通常
の連続焼鈍で採られている3分程度である。
つぎに急冷・過時効条件は本発明にあっては耐時効性を
確保するうえで(さらには加工性との両立のうえで)重
要な要件となる。急冷によりCの過飽和度を高め、続く
過時効前段は成分および熱延条件調整により適度に分散
させたMnSを核生成サイトとする不均一核生成により
セメンタイトの核を発生させる。過時効後半は発生した
セメンタイト核を成長させ速やかに固溶炭素を減少させ
る。
まずCの過飽和度を高めるため焼鈍温度から650〜7
30℃まで3〜20℃/ sで冷却する必要がある。こ
の温度範囲はCの固溶限が最大となる温度を中心とする
温度範囲でありこれをはずすと固溶炭素が確保できない
。同様にこの温度域まで急冷するとやはり固溶炭素量が
確保できずそのため冷却速度は20℃/ s以下とする
。下限は3℃/Sとする。金属学的にはこの冷却速度は
小さいほど良いがこれ未満にするとむやみに設備が大き
くなり現実的でない。同じく過飽和度を確保する意味で
この温度域より70℃/ s以上の冷却速度で冷却する
この速度未満ではCの過飽和度が確保できない。
一方、冷却速度は400℃/s以下とするがこれはCの
過飽和度という意味ではこの程度の冷却速度で効果は飽
和するし、かつこれ以上の冷却速度では焼入ひずみが生
じ鋼の延性を損なうためである。
つぎに急冷終了温度は300〜380℃とする。
これは上述のセメンタイト核生成と成長が同時に進行す
る温度域であるからである。300℃未満では成長が十
分ではなく逆に380℃超では核生成頻度が小さく、い
ずれも箱焼鈍付差の非時効性冷延鋼板を得ることができ
ない。過時効はこの温度より200℃−急冷終点温度に
8〜20分と言う比較的長い時間をかけて行なう、すな
わち過時効温度パターンとしては水平ないし時間ととも
に降下する傾斜形になる。これはCの拡散係数と固溶限
の温度依存性の関係から導かれるものである。
高温はど拡散は速いが固溶限も大きいので低減出来る炭
素量は大きい。したがって最初高温に保持し速やかにあ
らかたの炭素の析出・成長を計り後半は低温とし、固溶
限にみあった少量の炭素を析出させ極限まで固溶炭素を
低減させることを計る。
しかしながら200℃未満ではCの拡散は極めて小さく
固溶炭素の低減はあまり望めないので200℃を下限と
する。このような観点から過時効のパターンは直線傾斜
に限定する必要はなく二段以上の多段のパターンや下に
凸の懸垂線状のパターンを取ることはなんらさしつかえ
ない。過時効時間は箱焼鈍差の完全非時効とするには8
分は必要である。また上限は20分とする。これを超え
る時間の過時効は現状連続焼鈍炉では非現実的であるか
らである。過時効設備としては通常の上下にハースロー
ルを配した縦型炉でよい。最近出現したストリップを渦
巻き状に巻込み最後にこの渦の中心から直角ターンして
炉外に案内する方式やこれに案内用のストリップを組み
合わせた方式等過時効炉内のストリップの充填率を高め
たコンパクト方式の過時効炉は特に本発明に適している
と言える。
(例えば特開昭62−196338号公報、特願昭62
−190390号明細書記載の発明)。
本発明の鋼は通常転炉で出鋼され、場合によっては取鍋
精錬され、その後場合によっては真空脱ガスにより成分
調整されスラブとされる。スラブは冷却されて続いて加
熱炉を経て熱延されるが、スラブの温間装入や加熱炉を
経ない直送圧延でも差支えない。加熱する場合加熱温度
は1000〜1300℃が通常である。1070℃以下
に低温に加熱し熱延することが材料の軟質化という面か
らは好ましい条件である。熱延仕上げ終了温度および巻
取温度については前記のとおりであるが仕上げ終了から
巻取までのROT (Runout Table)での
冷却は平均冷却速度で20″C/s未満の徐冷の方が炭
化物凝集の点で好ましい。熱延コイルは冷却された後酸
洗され冷延されるが冷延率は通常と同じ60〜85%で
良い。ただ本発明の鋼はf値の冷延率依存性が高冷延率
側にシフトしておりこの意味からは77%以上の高冷延
圧下とすることが好ましい。
次に本発明を実施例にて説明する。
〔実施例−1〕 第1表に示す化学成分を有する鋼を転炉にて出鋼し、連
続鋳造にてスラブとした後1030〜1050℃に加熱
し仕上終了温度が860〜880℃1板厚4.0 mm
となるように熱延を行ない続いてROTで平均冷却速度
が15℃/Sとなる冷却を行なった後640〜660℃
でコイル状に巻取った。酸洗後0.8胴まで冷延を行な
い続いて連続焼鈍を行なった。連続焼鈍条件は焼鈍温度
:820℃3均熱:1m1n、最初の徐冷:5.5℃/
 sで690℃まで、急冷:120℃/sで320℃ま
で、過時効:320℃から255℃まで10m1nかけ
て直線状に(#4斜、とした。その後1,0%の伸び率
でスキンパス圧延を行なって試験に供した。引張試験は
JIS Z2201. 5号試験片を用い同Z2241
記載の方法に従って行ない降伏点強度(YP)、引張強
度(TS)および伸び(Effi)を求めた。n値は5
%−10%の荷重を読み取りn乗硬化則が成り立つとし
て計算し求めた。f値は15%ひずみの値で計算し面内
平均を取った。つぎに時効性に関してはまず100℃,
60m1n人工促進時効後の降伏点伸び(Y P−E 
f )を測定した。また時効指数(AI)および固溶炭
素量も求めた。AIは10%予ひずみ後100 ’C,
60m1nの時効を行ないこの時効前後での降伏点強度
の上昇分で示す。
また固溶炭素量は内部摩擦測定により5noekピーク
高さを求めこれに1.3を乗じて固溶炭素量とした。(
単位はppm )なお、参考までに箱焼鈍Mキルド鋼に
おける標準的な値は以下の通りである。
YP〜17 kgf/mm” 、T S〜31 kgf
/mm2、EA〜45%、f値−】、7゜また、時効性
に関しては100℃160m1n人工時効後で(YP−
EI!、)≦0.1、AI≦2kgf/mm2、固溶炭
素量≦2 ppmであれば箱焼鈍並みと言える。
試験結果を第2表に示す。この表から明らかなように本
発明に従った鋼B、D、G、JおよびKは加工性、時効
性ともに箱焼鈍付差の良好な特性を示すのに対し鋼A、
C,EおよびIでは硬質で低7値となっており、また鋼
E、 FおよびHでは時効性が大きい。
〔実施例−2〕 つぎに熱延条件および連続焼鈍条件の影響を示す実施例
を示す。第1表に示す鋼を用いて第3表に示すようにこ
れらの条件を変えて製造した。なお、表以外の製造条件
については実施例−1と同じ条件を取った。表中*を付
けた処理番号は本発明に従ったものである。それ以外の
処理の鋼については〔〕を付して表示した数値の項目に
おいて本発明とは異なる。第4表に試験結果を示す。
試験方法については実施例−1と同じである。この評価
から明らかなように本発明に従った鋼は加工性、時効性
ともに箱焼鈍法によるMキルド鋼と比べてまったく遜色
がない。一方、本発明条件からはずれた鋼は加工性ある
いは/かつ時効性の点で箱焼鈍法によるMキルド鋼に比
べ劣る。処理番号6は従来成分の連続焼鈍Mキルド鋼に
近いが、700 ”Cの高温巻取を行なっている。その
結果、時効性に関しては本発明に従っており目標値をク
リアーしているものの加工性はかなりのレベルに達して
はいるが目標値に対しては下限である。これは高温巻取
の結果生じた凝集炭化物の悪影響が炭素量が高い場合に
顕著になったためと見られる。
このように加工性、時効性を両立させることは連続焼鈍
にあっては極めて困難なことであるが本発明ではこの困
難な課題を解決していることがこの実施例からも明らか
である。
(発明の効果) 冷延鋼板は自動車、家庭電気や建材に大量に消費される
。また、単に冷延鋼板として使われるばかりでなく、こ
の後電気めっき等をされた表面処理鋼板の素材でもある
。このような冷延鋼板の製造方法として連続焼鈍は、箱
焼鈍に比べ大きな省工程・省力の焼鈍工程である。また
材料の長手方向のバラツキ、表面品位等においても数段
優れている。この連続焼鈍の大きな欠点が自動車外板等
に使われる5PCE級の高級冷延鋼板が低炭素A7キル
ド鋼で製造が困難であったということであった。
本発明によりこの欠点が取り除かれたわけであり、今後
の連続焼鈍化が大いに進むと期待される。
さらに単に冷延鋼板の製造にとどまらず、連続溶融亜鉛
めっき製造設備は焼鈍の立場からは連続焼鈍炉であるの
で本発明を適用すれば、すなわち焼鈍を無酸化炉−還元
炉とし、焼鈍後本発明に従った急冷を行ない、象、冷後
の適当な位置に亜鉛のポットを置き(この場合若干の再
加熱が必要)本発明に従った過時効を行なうことで連続
溶融亜鉛めっき鋼板においても低炭素Alキルド鋼で非
時効深絞り用亜鉛めっき鋼板が製造できる。
このように本発明の波及効果も大きく本発明の意義は極
めて高いと言える。
【図面の簡単な説明】
第1図は冷延・連続焼鈍後の7値におよぼす熱延板の炭
化物凝集度および固溶窒素量の影響を示す。第2図は熱
延後低温巻取した材料の熱延板の炭化物凝集度に対する
全炭素含有囚の影響を示す図で、MniおよびPjJで
層別して示す。第3図は熱延板中の固溶炭素量に対する
酸可溶Al量の影響を示す図で、巻取温度および含有窒
素量で層別して示す。第4図(イ)〜(ニ)は炭化物凝
集度を示す標準図で(イ)は凝集度1でセメンタイトの
形態が点列状、(ロ)は凝集度2でセメンタイトの形態
が短く細い状態、(ハ)は凝集度が3でセメンタイトの
形態が長く細い状態、(ニ)は凝集度が4でセメンタイ
トの形態が長く太い状態を夫々示す。 θ    5    の    /S    302.
S央〜延」役牛の固A4…(ρρm〕 第2図 のl    新   久υ   洋 企木紫含有量(〃屑) 1A3ζ4/ii、  (%ン 手続補正書(自発) 昭和63年2月24日

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  C:0.008〜0.025%、Mn:0.05〜0
    .15%、P≦0.012%、S:0.004〜0.0
    15%、酸可溶Al:0.05〜0.15%、N≦0.
    0020%を含み、残部Fe及び不可避的不純物からな
    る鋼をAr_3変態点以上で熱間圧延を行ない、620
    〜670℃で巻取り、続いて冷延−連続焼鈍を行なうに
    あたり、焼鈍・均熱を760〜850℃、40秒〜3分
    とし、その後650〜730℃まで3〜20℃/sで冷
    却し、この温度域より300〜380℃まで70〜40
    0℃/sで急冷し、急冷終点温度より200℃〜急冷終
    点温度までの温度域で8〜20分の炭化物析出処理を行
    なうことを特徴とする連続焼鈍による非時効・深絞り用
    冷延鋼板の製造方法。
JP33276087A 1987-12-30 1987-12-30 連続焼鈍による非時効・深絞り用冷延鋼板の製造方法 Pending JPH01177320A (ja)

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