JPH06145809A - 耐時効性と加工性に優れた冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 短時間の過時効処理でも、耐時効性と加工性
の優れた低炭素冷延鋼板を容易に製造できる方法を提供
する。 【構成】 ０.００８％≦Ｃ≦０.０５％、Ｓi≦０.２０
％、７×Ｓ≦Ｍn≦０.５％、Ｐ≦０.１０％、Ｓ≦０.０
２０％、０.０２５％≦Ａl≦０.１２０％、Ｎ≦０.００
５％、Ｏ≦０.００５０％を含み、残部が鉄及び不可避
的不純物よりなる鋼を常法により熱間圧延した後、６５
０℃以上の温度で巻取り、酸洗、冷間圧延後、再結晶温
度以上Ａc₃変態点以下で３０sec以上の均熱処理を行
い、引き続いて７６０〜５３０℃の温度範囲まで２０℃
／sec以下の冷却速度で徐冷の後、７０℃／sec以上の冷
却速度で急冷するに際し、急冷開始温度により異なる所
定の過時効処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐時効性と加工性の良好
な低炭素冷延鋼板の製造方法に関し、特にかゝる特性を
連続焼鈍によって実現することを可能とするものであ
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】加工性
と耐時効性の優れた低炭素冷延鋼板を連続焼鈍によって
製造する方法は、早くから提案されており、例えば、特
開昭４７−２６３１３号公報、特公昭５１−５３３５号
公報などに開示されている。これらは、低炭素鋼を急速
加熱した後、ほぼ常温付近まで、例えば水焼入れのよう
な非常に速い速度で冷却し、直ちに再加熱し炭化物を析
出させる過時効処理を施す方法であり、或いは直接過時
効処理温度へ、例えばガスジェットのような比較的冷却
速度は遅いものの冷却終点温度制御の容易な方法で冷却
し、過時効処理を施す方法である。

【０００３】しかし、前者の方法では、冷却速度が速い
ため、過時効処理の時間が短くて済むという利点はある
ものの、Ｃが高いと粒内に析出する多量の炭化物により
延性が劣化するという材質上の問題があり、また水焼入
れの場合では冷却時の鋼板形状に起因して通板が困難に
なるという生産上の問題がある。

【０００４】一方、後者の方法では、冷却速度が遅いた
め、炭化物は主として粒界に析出し、延性にとっては有
利であるが、耐時効性の観点から炭化物を十分に析出さ
せるには長時間の過時効処理が必要となる欠点を有して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】また、急冷終了温度を
ある範囲内に規定して再加熱後、過時効処理して耐時効
性の優れた加工用低炭素冷延鋼板を連続焼鈍によって製
造する方法は、例えば、特公平２−５８０３号公報、特
開昭６０−１６５３２１号公報、特開平２−９３０２３
号公報などに提案されている。

【０００６】しかし、これらの方法は、急冷後、炭化物
の核生成のために基本的に５〜３０sec程度の時間急冷
終了温度にて保定する必要があり、厳密な急冷終了温度
制御が可能な冷却設備と一定時間恒温で鋼板を保持でき
る炉が必要になるなど、設備コスト面で不利である。

【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点を解決し
て、低炭素冷延鋼板を連続焼鈍によって製造するに際し
て、短時間の過時効処理でも、耐時効性と加工性の優れ
た低炭素冷延鋼板を容易に製造できる方法を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明者らは、過時効処理時間が短時間で済む上述
の前者の方法のように常温付近までの急速冷却と、再加
熱後時効処理の熱サイクルを基に、耐時効性を損なうこ
となく高冷却速度に伴う鋼板形状の悪化がないような熱
サイクル、特に急冷条件について検討した結果、急冷終
了温度を急冷開始温度により決定される温度以下に規定
することによって、水焼入れほどの高冷却速度(≧１０
００℃／sec)を採用せずとも実質的に十分な耐時効性が
得られることが判明した。この方法によれば、急冷終了
温度は急冷開始温度によって決定される温度以下でよ
く、また急冷後は直ちに恒温保持することなく過時効処
理開始温度まで再加熱すればよいため、上記した設備面
での問題も生じない。かゝる知見に基づいて本発明を完
成したものである。

【０００９】すなわち、本発明は、０.００８％≦Ｃ≦
０.０５％、Ｓi≦０.２０％、７×Ｓ≦Ｍn≦０.５％、
Ｐ≦０.１０％、Ｓ≦０.０２０％、０.０２５％≦Ａl≦
０.１２０％、Ｎ≦０.００５％、Ｏ≦０.００５０％を
含み、必要に応じて更にＢ≦０.００８０％を含み、残
部が鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を常法により熱間
圧延した後、６５０℃以上の温度で巻取り、酸洗、冷間
圧延後、再結晶温度以上Ａc₃変態点以下で３０sec以上
の均熱処理を行い、引き続いて７６０〜５３０℃の温度
範囲まで２０℃／sec以下の冷却速度で徐冷の後、７０
℃／sec以上の冷却速度で急冷するに際し、 急冷開始温度が６３０℃以上の時：急冷終了温度２８
０℃以下、 急冷開始温度が６３０℃以下の時：急冷終了温度≦急
冷開始温度−３５０℃、で定まる終了温度まで急冷し、
直ちに３６０〜４３０℃に再加熱後、総過時効処理時間
９０sec以上、かつ平均冷却速度０.５〜２.０℃／sec
で、２００〜２８０℃まで冷却する過時効処理を施すこ
とを特徴とする耐時効性と加工性に優れた冷延鋼板の製
造方法を要旨としている。

【００１０】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【００１１】

【作用】

【００１２】まず、本発明における鋼の化学成分の限定
理由を説明する。

【００１３】Ｃ：Ｃは延性の向上のためには少ないほど
良く、０.０５％を上限とする。一方、０.００８％を下
回ると連続焼鈍での急冷後、十分な過飽和度が得られ
ず、その後の過時効処理で炭化物の析出が少なく耐時効
性が改善され得ないので、これを下限とする。

【００１４】Ｓi：Ｓiは、０.２０％を超えて添加する
とスケールによる表面欠陥が多くなるので、これを上限
とする。

【００１５】Ｍn：Ｍnは鋼中でＭnＳを形成し、Ｓに起
因する熱間脆性を防止するために添加する。そのために
は少なくともＳ量の７倍の量の添加が必要である(７×
Ｓ≦Ｍn)。一方、Ｍn量が０.５％を超えての過剰の添加
は結晶粒の微細化、再結晶集合組織の劣化により加工性
にとって不利となるので、これを上限とする。

【００１６】Ｐ：Ｐは強化能が高く、鋼を高強度化する
場合には有効な強化元素として添加できる。しかし、
０.１０％を超えての添加は、溶接性が劣化するので、
これを上限とする。

【００１７】Ｓ：Ｓは鋼中でＭnにより析出物として固
定され無害化されるが、添加すべきＭn量の増加がコス
トアップになるだけでなく、加工性の低下につながるの
で、Ｓ量は０.０２０％以下とする必要がある。

【００１８】Ａl：Ａlは脱酸のためだけでなく、時効性
に有害なＮを熱延板の段階でＡlＮとして析出固定する
のに必要である。そのためには少なくとも０.０２５％
の添加が必要である。一方、０.１２０％を超えての添
加は鋼中の介在物の増加により加工性の劣化を招くの
で、これを上限とする。

【００１９】Ｎ：Ｎは耐時効性を劣化させ、また結晶の
粒成長を抑制し、延性を低下させるので少ないほどよ
く、０.００５％以下とする。

【００２０】Ｏ：Ｏ(酸素)は０.００５０％以上鋼中に
存在すると介在物量が増加し、延性が低下するので、
０.００５０％以下とする必要がある。

【００２１】Ｂ：なお、本発明においては、必要に応じ
て、０.００８０％以下のＢを添加できる。Ｂは、Ａlと
同様にＮを析出物として固定しＮを無害化する作用があ
る。

【００２２】次に本発明における製造条件の限定理由に
ついて説明する。

【００２３】上記化学成分の鋼スラブは、鋳造後熱間圧
延するが、熱間圧延は基本的には常法に従えばよい。鋼
スラブは一旦常温まで冷却した後、加熱炉で加熱しても
よく、また常温まで冷却することなく加熱炉内に装入し
てもよい。更に鋳造後加熱炉で加熱せずに直接熱間圧延
を行ってもよい。加熱する場合、加熱温度は１０００〜
１３００℃の通常の加熱温度でよいが、１０００〜１１
００℃程度の低温で加熱した方が焼鈍後の深絞り性には
有利である。また、熱延仕上温度は、Ａr₃変態点を下回
ると、焼鈍後の深絞り性にとって不利な集合組織が発達
するので、Ａr₃変態点以上で仕上げることが望ましい。

【００２４】但し、巻取温度は、６５０℃以上で熱延板
の段階で鋼中のＮをＡlＮとして固定することが焼鈍後
の深絞り性にとっては好ましい。しかし、あまり高いと
酸洗性の低下を招くので７８０℃以下で巻き取るのが望
ましい。

【００２５】熱間圧延後は常法に従って酸洗、冷間圧延
を行い、焼鈍を施す。

【００２６】焼鈍は、再結晶温度以上の高温で焼鈍する
方が加工性の観点から良い。しかし、Ａc₃変態点以上の
温度に加熱されると逆に加工性が劣化するので好ましく
ない。均熱時間は３０sec以上とする必要がある。３０s
ec未満では十分な粒成長が行えず加工性が低下する。な
お、あまりにも長時間均熱を実施しても設備が巨大化す
るばかりであるため、２００sec程度を上限とするのが
望ましい。

【００２７】均熱後の冷却条件は本発明において重要で
ある。まず、急冷でＣを十分過飽和な状態にし、その後
の過時効処理で効率的に炭化物析出を図る必要がある。
そのためには、急冷開始温度を７６０〜５３０℃とし、
Ｃを極力フェライト鉄中に固溶した状態にする。Ｆe−
Ｃ平衡状態図でＡc₁点でＣはフェライト鉄中に最大０.
０２％まで固溶できるが、実際の連続焼鈍のような熱サ
イクルでは、より高温の均熱温度からの冷却が速いため
Ａc₁点より低い温度でフェライト鉄中のＣの固溶量が最
大になる。７６０℃超え、或いは５３０℃未満ではフェ
ライト鉄中のＣの固溶量が少なく、急冷後Ｃが十分過飽
和な状態にならないため、長時間の過時効処理でも炭化
物析出が十分に行われず、耐時効性が劣化する。

【００２８】また、均熱温度から急冷開始温度までの冷
却は２０℃／sec以下の冷却速度の徐冷で行うのが良
い。２０℃／sec以上の冷却速度では、急冷開始温度到
達時点でＣの過飽和度が不十分なため、過時効処理後の
耐時効性が劣化する。なお、冷却速度があまりにも遅い
とライン長が長くなり、設備コスト面で不利になるの
で、５℃／sec程度以上とするのが望ましい。

【００２９】徐冷後に急冷するが、急冷速度は速いほど
Ｃの過飽和度が増し、過時効処理時間の短縮が図れるの
で、本発明では少なくとも７０℃／sec以上の冷却速度
を必要とする。急冷速度が遅いと急冷終了温度の制御が
可能になるが、本発明では所定の温度以下に冷却しさえ
すればよく、厳密な範囲での温度制御を必要としないの
で、むしろ過時効処理時間の短縮のために高速度の冷却
とする。なお、冷却速度の上限は特には規定しないが、
延性の向上のためにも必ずしも水焼入れほどの高冷却速
度(≧１０００℃／sec)は必要とせず、７０℃／sec以上
であれば十分に効果が発揮できる。

【００３０】急冷終了温度は特に重要であって、本発明
では、急冷開始温度が６３０℃以上の時は急冷終了温
度が２８０℃以下とし、そして、急冷開始温度が６３
０℃以下の時は急冷終了温度を急冷開始温度−３５０℃
以下とする。これは以下の実験結果に基づくものであ
る。

【００３１】本発明者らは、Ｍn：０.１５％、Ｐ：０.
０１０％、Ｓ：０.００５％を基本成分として、Ｃ量を
０.００３〜０.０５２％の範囲で変化させた冷延鋼板を
用いて、連続焼鈍相当の熱処理を実施し、その中で開始
温度と終了温度を変えて急冷を行い、過時効処理後の時
効指数(ＡＩ)を測定した。連続焼鈍相当の熱処理条件
は、均熱条件：８２０℃×４５sec、急冷開始温度まで
の冷却速度：１０℃／sec、急冷速度：１００℃／sec、
過時効処理条件：４００℃から２２０℃まで２００sec
で冷却した。

【００３２】その結果の一例を図１に示す。時効指数
(ＡＩ)は急冷開始温度が６３０℃以上の時は急冷終了温
度が２８０℃以下であれば、安定してＡＩ≦３.０kgf／
mm²を達成している。一方、急冷開始温度が６３０℃以
下の時は急冷開始温度の低下に応じて急冷終了温度も低
下させないとＡＩ≦３.０kgf／mm²の達成が不可能であ
る。この急冷開始温度と急冷終了温度の関係(図中の実
線の範囲内)は、（急冷終了温度）≦（急冷開始温度−
３５０℃）で表わせる。しかし、Ｃ量があまりにも低い
場合(例、図中の再上段のＣ：０.００７％の場合)は過
時効処理前のＣの過飽和度が十分でないため、急冷条件
をどのようにとってもＡＩ≦３.０kgf／mm²の達成は不
可能である。

【００３３】急冷後は直ちに過時効処理開始温度まで再
加熱する。再加熱過程において既に炭化物は析出を開始
するので急冷後の恒温保定は必要なく、冷却帯で急冷し
た後、直ちに再加熱帯にて加熱すればよい。再加熱は、
直接加熱、間接加熱或いは誘導加熱などの任意の方式で
行えばよく、加熱速度は例えば２〜１００℃／secで実
施すればよい。

【００３４】過時効処理開始温度は３６０〜４３０℃と
する。この温度域で最も効率的に固溶Ｃの減少と炭化物
の成長が起こる。しかし、３６０℃未満では炭化物の析
出が遅く、過時効処理時間が長時間化する。一方、４３
０℃超えではその温度での平衡固溶Ｃ量が高いので、過
時効処理初期の段階での炭化物の析出が十分でなく、そ
の後の過時効過程で冷却中に３６０〜４３０℃の温度域
を通過する際に一部炭化物の析出は起こるとはいえ、効
率的ではない。また、加熱に要する熱エネルギーを考え
ると経済的ではない。

【００３５】過時効終了温度は、過時効処理開始温度よ
り低く、２００〜２８０℃に規定する。過時効処理後の
固溶Ｃ量は過時効終了温度での平衡固溶Ｃ量に近づくの
で、ＡＩ≦３kgf／mm²の達成のためには２８０℃以下と
する必要がある。一方、２００℃未満の温度域ではＣの
拡散が殆ど生じないので、これを下限とする。

【００３６】過時効処理時間は、少なくとも９０sec以
上は必要で、これより短時間ではＡＩ≦３kgf／mm²が得
られない。また、過時効処理は終了温度が開始温度より
低いが、この間は加熱することなく単調に冷却し、その
冷却速度を０.５〜２.０℃／secと規定する。なお、こ
こで言う冷却速度とは、過時効処理開始温度と終了温度
の温度差を単純に過時効処理時間で割った平均冷却速度
を表わす。冷却速度が０.５℃／sec未満では過時効処理
時間があまりにも長く、設備的にも問題が生じる。一
方、２.０℃／sec超えでは冷却が速すぎて固溶Ｃ量の減
少とそれに伴う炭化物の成長が不十分で、結果として耐
時効性の優れた鋼板が得られない。

【００３７】焼鈍後は、通常、調質圧延を実施するが、
圧下率は常法に従い０.６〜２.０％程度でよい。

【００３８】次に本発明の実施例を示す。

【００３９】

【実施例】

【００４０】表１に示す化学成分の鋼を溶製し、鋼スラ
ブとした。このスラブをスラブ加熱温度１１００℃、仕
上温度８８０〜９２０℃で３.６mm厚まで熱間圧延し、
それぞれ表２に示す条件で巻取りを実施した。次いで、
酸洗後、０.８mm厚まで冷間圧延し(冷延率７８％)、表
２に示す条件で連続焼鈍を行った。更に１.０％の伸び
率の調質圧延の後、機械的特性を調査した。その結果を
表３に示す。

【００４１】表３より明らかなように、本発明例(Ｎo.
１、Ｎo.３、Ｎo.６、Ｎo.９、Ｎo.１０)は、低ＹＰ、
高Ｅl、高ｒ値の優れた機械的特性を有し、耐時効性を
示す指標であるＡＩ値も３kgf／mm²以下と実質的に非時
効といえる良好な値を示している。

【００４２】一方、比較例Ｎo.２、Ｎo.１４では、熱延
後の巻取温度、或いは化学成分のいずれかが本発明範囲
外であるために、ＡＩ値は３kgf／mm²以下であるもの
の、ＹＰが高く、Ｅl、ｒ値が低く加工性に劣ってい
る。また、比較例Ｎo.４〜Ｎo.５、Ｎo.７〜Ｎo.８、Ｎ
o.１１〜Ｎo.１３、Ｎo.１５〜Ｎo.１６は、連続焼鈍の
熱サイクル、或いは化学成分のいずれかが本発明範囲外
であるためにＡＩ値が３kgf／mm²を超え、耐時効性にお
いて本発明例に比して劣っている。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】

【表３】

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
短時間の過時効処理でも、耐時効性と加工性の優れた低
炭素冷延鋼板が得られ、また急冷後直ちに恒温保持する
必要がないので設備コスト面での問題もなく容易に製造
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＡＩ値に及ぼす急冷開始温度と終了温度及びＣ
量の関係を示した図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で(以下、同じ)、０.００８％≦
   Ｃ≦０.０５％、Ｓi≦０.２０％、７×Ｓ≦Ｍn≦０.５
   ％、Ｐ≦０.１０％、Ｓ≦０.０２０％、０.０２５％≦
   Ａl≦０.１２０％、Ｎ≦０.００５％、Ｏ≦０.００５０
   ％を含み、残部が鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を常
   法により熱間圧延した後、６５０℃以上の温度で巻取
   り、酸洗、冷間圧延後、再結晶温度以上Ａc₃変態点以下
   で３０sec以上の均熱処理を行い、引き続いて７６０〜
   ５３０℃の温度範囲まで２０℃／sec以下の冷却速度で
   徐冷の後、７０℃／sec以上の冷却速度で急冷するに際
   し、 急冷開始温度が６３０℃以上の時：急冷終了温度２８
   ０℃以下、 急冷開始温度が６３０℃以下の時：急冷終了温度≦急
   冷開始温度−３５０℃、で定まる終了温度まで急冷し、
   直ちに３６０〜４３０℃に再加熱後、総過時効処理時間
   ９０sec以上、かつ平均冷却速度０.５〜２.０℃／sec
   で、２００〜２８０℃まで冷却する過時効処理を施すこ
   とを特徴とする耐時効性と加工性に優れた冷延鋼板の製
   造方法。
2. 【請求項２】 更にＢ≦０.００８０％を含む請求項１
   に記載の方法。