JPH025803B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、製鋼での真空脱ガスによる脱炭や、
Ti，Nbなどの元素を使わないで、非時効性の冷
延鋼板を、連続焼鈍、それも短時間の過時効処理
にて製造する方法に関するものである。 （従来の技術） 軟質冷延鋼板は、その良加工性のために、自動
車用を中心として厳しい成形加工を経て、最終製
品とされる鋼板として使用されている。ところ
が、この加工性は経時劣化する場合があり、この
経時劣化を時効性と称している。軟質冷延鋼板の
うちでも、特に厳しい成形を受ける用途に使われ
るものは、この時効性はあつてはならない。 この時効性は、鋼中に侵入型に固溶したＣ，Ｎ
が最終工程の調質圧延で、導入された可動転位を
固着するために生ずるもので、降伏点の上昇、破
断伸びの低下、降伏点伸びの発生といつた劣化を
生ずるからである。 この時効性の原因であるＣ，Ｎのうち、Ｎは微
量故にアルミニウムキルド鋼とすることで、窒化
アルミニウムの形で固定したり、またはＢ添加に
より、窒化ほう素として固定することができるの
で、Ｎによる時効は回避できる。 一方、固溶Ｃは、低温でのセメンタイト固溶限
が極めて小さいので、箱焼鈍のように時間をかけ
て冷却すれば、ほとんど残留しない。しかし連続
焼鈍では、短時間で冷却するために固溶Ｃが残留
し、そのため大きなＣ時効が生ずる。この固溶Ｃ
を低減するため、一般に連続焼鈍後急冷して過冷
度を高め、その後過時効と呼ばれるセメンタイト
析出処理を施す。 このセメンタイト析出処理は、核生成段階と成
長段階とからなり、しかも実用鋼の場合、不純物
が多く含まれているので、核生成も不純物等をサ
イトとした不均一核生成が生じていると考えられ
る。焼鈍後の冷却速度を極めて大きくとれば、結
晶粒内に微細なセメンタイトが生成することは多
く報告されている。 例えば、鉄と鋼、第62年（1976）第６号624〜
643ページに記載の論文中のphoto.1.(C)には、
2000℃／ｓで700℃から水冷し、次いで過時効処
理を行つた鋼板に、微細な炭化物が認められる由
が報告されている。炭化物密度が大きければ、そ
の成長のために要する拡散距離が少なくなり、固
溶炭素の低減が速やかに進行するが、一方この微
細炭化物による析出硬化や分散硬化により、鋼自
身が硬質、低延性となる。 従つて、この粒内炭化物密度は、ある適当な範
囲にコントロールする必要があるが、上記報告で
はそのことに考慮を払つていない。また、2000
℃／ｓという急冷では焼入歪のため鋼板形状がく
ずれるという欠点があり、さらに、このような急
冷では水冷が必然となり、そのため水温まで冷却
の後、過時効温度まで昇温しなければならないと
いう熱エネルギー上のロスや、水冷のための表面
酸化の問題が残る。 結晶粒内微細セメンタイトの析出コントロール
に関し、その核生成段階を認識し、これを考慮し
たものとして、特開昭51−20715号公報と、特開
昭55−44584号公報記載の提案がある。セメンタ
イト核生成処理として、前者は焼鈍後20℃／ｓ以
上の冷却速度で急冷して、200〜350℃の温度範囲
に10秒以上保持する。また後者は、250〜400℃の
温度にすくなくとも600℃以下の温度範囲を、35
℃／ｓ以上の冷却速度で冷却し、その温度で10秒
以下保持する。 しかしながらこれだけの条件では、核生成コン
トロールとしては不十分で、特に本発明の目指す
非時効性鋼板を得ることは困難である。時効性は
時効指数（AI）または100℃、60分の促進時効で
の降伏点伸び（YP−El）で示されることが多い
が、非時効性となすためには、少なくともAIで
３Kgｆ／mm²以下、かつYP−Elで0.4％以下、好ま
しくはAIで２Kgｆ／mm²以下かつYP−Elで０でな
ければならない。 これに対して特開昭51−20715号公報では、そ
の実施例によると、Alは一番小さくてAlキルド
鋼の場合で3.8Kgｆ／mm²であり、また特開昭55−
44584号公報においても、同じくAlキルド鋼の場
合で、YP−Elが下がつてもせいぜい0.5％であ
る。これらは、上述のセメンタイト核生成コント
ロールの不十分さを裏付けている。 このような状況下で本発明者らは先に、特願昭
59−19343号にて、連続焼鈍中に硫化マンガン
（MnS）を主とした不純物上へのセメンタイト核
生成を促進し、適度な結晶粒内セメンタイト粒数
が得られるように、成分および連続焼鈍後の冷
却・過時効条件を限定することによつて、実質箱
焼鈍により製造したものと同程度の軟質、非時効
性冷延鋼板を、連続焼鈍にて製造する方法を提案
した。 しかしながらこの発明の場合、核生成に要する
時間や、時には再加熱に要する時間が加わり、全
体の過時効時間は、特願昭59−19343号発明でも
３分以下というものは実現していない。 近年、薄鋼板の連続焼鈍はますます高速化して
おり、500mpm程度のものも現われている。こう
したなかで、例えば５分の過時効を必要とするな
らば、ストリツプ長で2500mにあたる過時効炉が
必要となるわけで、過時効時間の減少は大きな課
題となつていた。 （発明が解決しようする問題点） 本発明は、特願昭59−19343号発明の欠点を克
服して、その特徴であるセメンタイトの核生成を
徹底的に生かす成長の最適化を果すことで、全過
時効時間が３分以内の連続焼鈍にて軟質、非時効
性冷延鋼板を製造する方法を提供することを目的
とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは下記のとおりであ
る。 C0.01〜0.05％、Mn0.05〜0.25％、S0.003〜
0.015％、Al0.005〜0.10％、N0.0050％以下、必
要に応じて、B0.0005〜0.0040％を含有し、残部
Feおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延
し、650℃以上の温度で巻取り、その後冷間圧延
し、次いで連続焼鈍を行うに当たり、700〜850℃
の温度で再結晶焼鈍後、650℃以上の温度から
1000℃／Ｓ以下の冷却速度（ｖ）で急冷し、続い
て温度Ｔ（℃）で保持時間t₁（秒）として10〜30秒
保定してセメンタイトの核生成を行わせ、その際
前記温度Ｔ（℃）を200℃以上でかつ−70×（log
ｖ／1000）²＋340と−70×（logｖ／1000）²＋250の間
（但 しｖは前記の冷却速度）の温度とすることによ
り、４×10⁴〜２×10⁶個／mm²のセメンタイト核を
生ぜしめ、次いで下記(1)〜(3)式を満足する温度
T₁まで３℃／Ｓ以上でt₂（秒）時間にて再加熱し、
次いで同じく下記式を満足する温度T₂まで直線
状に（180−t₁―t₂）（秒）〜（150−t₁−t₂）（秒）
で冷却することを特徴とする連続焼鈍による非時
効性冷延鋼板の製造方法。 T₁≦450℃、200℃≦T₂≦330℃ …(1) T₁≧T₂ …(2) T₁≧−0.45T₂＋455℃ …(3) 好ましくは、 350℃≦T₁≦400℃ −T₂＋620℃≦T₁≦−1.7T₂＋860℃ 中でも、結晶粒内に微細な炭化物を核生成させ
たあと、特定のT₁温度まで小規模に再加熱し、
続いて特定のT₂温度まで徐冷し、このT₁，T₂に
特定の関係を持たせた場合に限り、本発明の効果
である全過時効時間３分以内で、AI3Kgｆ／mm²以
内の実質非時効性冷延鋼板が製造できるところに
特徴がある。 鋼中炭素の拡散は高温ほど大きく、平衡値まで
減少するのに短時間ですむが、一方、高温ほど平
衡状態での固溶炭素量が高い。従つて、一般論と
してこれをつなぐ傾斜過時効方式が考えられる。
例えば特公昭55−34852号公報の第３図、第４図
（破線のヒートパターン）、第６図、第７図がそう
である。しかし、これらは上述の一般論を出るも
のではなく、従つて到達すべき非時効化レベル
も、本発明において目標としている箱焼鈍並とい
うレベルからははるかに遠いものである。 本発明は、炭素析出としてフエライト結晶粒界
析出と結晶粒内の不均一核生成、成長析出を競合
させて短時間で炭素析出を完了させ、非時効化を
計るものである。いずれも炭化物の成長に関する
ものであるが、両者の成長は境界条件を異にする
ためその速度は異なる。従つて、両速度過程を結
び、最短時間で炭素析出を完了するT₁，T₂温度
およびその関係は、単純なる傾斜過時効で得られ
るものではない。 本発明者らは、このような考察と多数の実験に
基づき、ついに第１図で示す条件により３分以内
で非時効化できることを究明した。 第２図には、本発明において重要なT₁，T₂の
条件に関して、その数値を限定するに到つた実験
結果を示す。また、第３図は本発明の連続焼鈍熱
サイクルを模式的に示したものである。用いた鋼
は、C0.018〜0.025％、Mn0.11〜0.18％、S0.008
〜0.011％、Al0.018〜0.027％、N0.0011〜0.0016
％を含有し、之を1050〜1100℃に加熱後、Ar₃変
態点以上で熱間圧延を終了し、700℃±20℃で巻
取つた。続いて、80％の冷延率で0.8mm厚の冷延
板とした後、次に示すような条件で連続焼鈍を施
し、0.8％の調質圧延後、時効指数（AI）を測定
した。 連続焼鈍条件：昇温速度10℃／Ｓ、保定820℃
×１分±10秒、保定温度→700℃まで５℃／Ｓ、
700℃→270℃まで150℃／Ｓ、270℃で25秒保定、
270℃→T₁温度まで５℃／Ｓ、T₁温度からT₂温
度まで｛150−25−（T₁−270）÷５｝秒で冷却、
T₂温度から室温まで30℃／Ｓで冷却。 すなわち、核生成を含め総計2.5分の過時効を
行つた。 なお、AIは、10％予歪を与えた後、100℃×60
分の時効を行い、この時効前後での降伏点強度の
上昇代で表わす。 これらの条件は、当然本発明構成要件の範囲に
含まれるものである。第２図より明らかに本発明
の下限時間である２分過時効でAI＝３Kgｆ／mm²
以下となる領域が存在する。この結果より範囲と
して求めたものが第１図の範囲（ア）である。こ
れでもつてこの範囲を本発明の限定範囲とする。 もとより、この領域は、その他の条件が変化す
れば若干変わり得る。こうした意味から、より安
定性を求めるには、より低AIとなる第１図範囲
（イ）が好ましい。なお、領域（ア）においてT₁
の上限温度は450℃とする。これを越えると再加
熱に要する熱エネルギーおよび時間が大きくな
り、経済的でない。より経済性を求めるなら400
℃未満とすることが望ましい。 また、温度T₁からT₂までは一様に冷却するこ
とが好ましいが、多少のずれ、例えばけん垂線状
の冷却をとることはさしつかえない。さらに、ま
たT₁温度は350℃以上とすることが好ましい。け
だし、本発明では低温の核生成で粒内セメンタイ
トを発生させるからである。このセメンタイトは
析出強化して鋼の延性を害する可能性がある。本
発明に従い350℃以上に加熱すると、このセメン
タイトは地との整合性を失ない延性を回復するが
350℃未満では、この回復は不十分である。 さて、これまで述べてきたように、本発明の
T₁，T₂に関する条件は、その前段の高温からの
急冷とその冷却速度に応じた粒内セメンタイトの
核生成が前提となる。まず、急冷開始温度は650
℃以上、好ましくは700〜730℃とする必要があ
る。急冷の目的は炭素の過飽和度を高めるため
で、650℃未満からの急冷では炭素の過飽和の程
度は小さい。この意味から、焼鈍温度が炭素の平
衡固溶度の最も大きい723℃より高い場合に、こ
の温度まで１〜５℃／Ｓで徐冷することが好まし
い。 次に、この温度から1000℃／Ｓ以下の冷却速度
ｖ（℃／Ｓ）で、−70×（logｖ／1000）²＋340から−7
0 ×（logｖ／1000）²＋250の間の温度域に急冷し、この 温度域で10〜30秒保定する。ｖが1000℃／Ｓ超と
なると焼入れのため転位密度が高まり、鋼の延性
を損ねる。また、鋼板形状を保つことも難しい。
ｖが小さくなるほど、核生成のための保定温度域
は低温となるが、この上限値を超えると十分な粒
内セメンタイトの核生成が生じない。また、下限
値未満でも拡散が小さいため十分な核生成が生じ
ない。なお、この温度Ｔは200℃以上でなければ
ならない。けだし200℃未満では整合度の大きい
セメンタイトやε炭化物が生成して、やはり鋼の
延性を損ねるからである。核生成のための保定時
間は10〜30秒を必要とする。10秒未満では核生成
が十分でなく、30秒の上限値で飽和傾向にあり、
長すぎる保定は過時効時間の総計を３分以下とす
るための障害となる。 しかして核生成温度からT₁までは３℃／Ｓ以
上の速度で昇温する必要がある。３℃／Ｓ未満で
は時間が長くなり、本発明の目的を達成し難い。
なお上限は現在の工業レベルから50℃／Ｓ程度と
考えられる。 鋼の成分および熱延条件が本発明の範囲内で、
このような核生成条件が整つたなら、これで４×
10⁴〜２×10⁶個／mm²のセメンタイト核を生ぜしめ
ることができ、前述のようなT₁，T₂条件で目的
が達成される。 なお、ｖは極端に一様冷却でない場合を除き、
平均冷却速度でよい。 鋼の化学成分には次のような限定が必要であ
る。Ｃは0.01〜0.05％と、低炭素鋼としては比較
的低目にする必要がある。本発明は、第２図から
も明らかなように、粒内セメンタイトを利用して
非時効化を計るものであるが、この粒内炭化物
は、Elを劣化させる傾向にあるため、全体の延性
を補う意味で、Ｃの上限を低くしてある。この意
味で、Ｃの上限を0.03％とし、かつＰを0.01％未
満とすることは好ましい条件である。Ｃの下限
は、急冷開始前のＣの過飽和度を高めるために決
められる。より安定して粒内セメンタイトを得る
には、Ｃは0.015％以上とすることが好ましい。 MnおよびＳは、MnSがセメンタイトの不均一
核生成サイトの主要なものとなるため極めて重要
である。それぞれの下限値0.05％および0.003％
は、MnSの量を確保するために必要であり、そ
れぞれ上限を0.25％および0.015％とするのは、
MnSの溶解度が限られ、これ以上では過度な
MnSの分散状態を得ることができないためであ
る。 本発明は、炭素時効を最小化するところにその
特徴があり、そのため同じく大きな時効劣化を生
じさせる窒素については、その処置が必要であ
る。そのためにAlを0.005％以上添加し、かつＮ
を0.0050％以下として、ＮをAlNとして固定する
必要がある。Ｎは低ければ低いほど望ましく、
0.0020％以下とすることが最も好ましい。また、
もつと強固にＮを安定な窒化物として固定する場
合には、Ｂを0.0005〜0.0040％添加する。 熱間圧延条件においては巻取条件が重要であ
る。これは通常のAlN析出処理とともに、本発
明ではMnS分散処理も関与していると推定され、
そのために650℃以上の高温とする必要がある。
その他の熱間圧延条件としては、通常とられてい
る条件でよいが、加熱温度については、熱延組織
の粗大化を防ぐために、1000〜1150℃の低温とす
ることが好ましい。冷間圧延は通常行なわれてい
るように、60〜90％の圧下率でよいが、安定して
高ランクフオード値（値）を得るためには、75
％以上の高圧下が望ましい。 次に連続焼鈍では700〜850℃の再結晶焼鈍を行
う。700℃未満では再結晶が不十分で、かつまた
炭化物の溶解が不十分となり、この後いくら急冷
しても炭素の過飽和度が高まらない。また、850
℃を超えると、オーステナイト量が増し、集合組
織がランダム化し値が下がり、また結晶粒が粗
大化する。なお、炭化物の溶解を十分とするため
に、焼鈍温度からこの溶解度の最も大きい720℃
付近まで、５℃／Ｓ以下に徐冷することが好まし
いのは前述の通りである。焼鈍時間は通常行なわ
れているように、20秒〜３分でよい。 なお製鋼法としては連続鋳造法、インゴツト法
の何れでもよい。また、連続焼鈍における急冷手
段としても、ガスジエツト冷却、気水冷却、金属
接触冷却、温水中冷却、水冷却、塩浴浸漬等手段
は問わない。 実施例 １ 0.018％Ｃ−0.12％Mn−0.006％Ｓ−0.005％Ｐ
−0.043％Al−0.0015％Ｎを含有する鋼を、転炉
にて溶製し、連続鋳造にてスラブとした。このス
ラブを1080℃に加熱後、熱間圧延した。熱延条件
としては仕上終了温度880℃、巻取温度700℃〜
720℃（一部600℃）とした。 このコイルを80％冷間圧延して、0.8mm厚とし
た後連続焼鈍を行つた。連続焼鈍条件および１％
調質圧延後の機械試験値を第１表に示す。 No.１，２，５，９および10の鋼は、本発明に従
つた鋼であり、いずれも全過時効時間が３分以内
で、時効後の降伏点強度が18Kgｆ／mm²以下、伸び
45％以上、YP−El≦0.2、AI≦３Kgｆ／mm²とい
う、箱焼鈍並の特性が得られている。これに対
し、上記以外の鋼は、アンダーラインを施した項
目において本発明構成要件と異なつており、従つ
て全過時効時間が３分以内という制限下では、十
分な特性、特に耐時効性（YP−ElとAI）が得ら
れていない。

【表】

【表】 実施例 ２ 第２表に示す成分を有する鋼を溶製し、加熱温
度1050℃、仕上圧延終了温度880〜895℃、巻取温
度700〜730℃で熱間圧延した後、冷延率80％で
0.8mm厚の冷延板とした。続いて800℃、１分の再
結晶焼鈍を行つた後、700℃まで３℃／ｓで冷却
し、この温度から270℃まで一様に250℃／ｓで冷
却し、20秒保定した。引続き、５秒で370℃まで
昇温した後、140秒で270℃まで一様に冷却し、そ
の後水冷した後、1.0％の調質圧延を行い、機械
試験値を求めた。結果を第２表に示す。 本発明に従つた鋼種Ａ，Ｂでは全過時効時間
165秒で十分な軟質非時効特性を示すが、Mn，
Ｓの条件が異なる鋼種Ｄ，Ｅでは、セメンタイト
核生成サイトが不十分で、大きな時効性を示す。
また、炭素の少ない鋼種Ｃでは、連続焼鈍の急冷
時に、炭素の過飽和度が足りず、やはり大きな時
効劣化を示す。また、炭素量の高い鋼種Ｆでは、
時効性は良いものの軟質・高延性とは言えない。

【表】 ＊ 第１表と同条件
（発明の効果） 本発明によれば、以上の実施例から明らかなよ
うに、製鋼に負担をかけず経済的にかつ、真の意
味での短時間の連続焼鈍で軟質非時効性冷延鋼板
を製造することができる。 これにより、従来高級の非時効性鋼板は箱焼鈍
で、低級鋼は連続焼鈍と作り別けられ、連続焼鈍
により高級鋼を製造するには、高価なIF鋼を用
いて作つていたものが、高価なIF鋼を用いるこ
となしにコンパクトな連続焼鈍で製造可能となつ
た。その結果、連続焼鈍の良い点、すなわち高生
産性、均一な品質、省エネルギー、省力、短期納
期、高強度鋼板が製造しやすいなどの点を享受で
き、IF鋼を用いないことと相俟つて、経済的効
果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は温度T₁およびT₂での本発明範囲を示
す図、第２図はT₁およびT₂を変化させたときに
得られた時効指数の値を示す図、第３図は本発明
の連続焼鈍熱サイクルの模式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ C0.01〜0.05％、Mn0.05〜0.25％、S0.003〜
   0.015％、Al0.005〜0.10％、N0.0050％以下、必
   要に応じて、B0.0005〜0.0040％を含有し、残部
   Feおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延
   し、650℃以上の温度で巻取り、その後冷間圧延
   し、次いで連続焼鈍を行うに当たり、700〜850℃
   の温度で再結晶焼鈍後、650℃以上の温度から
   1000℃／ｓ以下の冷却速度（ｖ）で急冷し、続い
   て温度Ｔ（℃）で保持時間t₁（秒）として10〜30秒
   保定してセメンタイトの核生成を行わせ、その際
   前記温度Ｔ（℃）を200℃以上でかつ−70×（log
   ｖ／1000）²＋340と−70×（logｖ／1000）²＋250の間
   （但 しｖは前記の冷却速度）の温度とすることによ
   り、４×10⁴〜２×10⁶個／mm²のセメンタイト核を
   生ぜしめ、次いで下記(1)〜(3)式を満足する温度
   T₁まで３℃／ｓ以上でt₂（秒）時間にて再加熱し、
   次いで同じく下記式を満足する温度T₂まで直線
   状に（180−t₁−t₂）（秒）〜（150−t₁−t₂）（秒）
   で冷却することを特徴とする連続焼鈍による非時
   効性冷延鋼板の製造方法。 T₁≦450℃、200℃≦T₂≦330℃ …(1) T₁≧T₂ …(2) T₁≧−0.45T₂＋455℃ …(3)