JPH0617541B2 - 非時効性低合金熱間圧延ストリツプ形態の成形可能な鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、非時効性低合金熱間圧延ストリップ形態の成
形可能な鋼（non-ageing low-alloy hot-rolled strip-
form formable steel）に関する。この鋼は良好な機械
的性質と表面性質を有する。典型的には、このような鋼
は０．５−５．０ｍｍの範囲の厚さを有する。また本発
明は前記鋼の製造方法に関する ［従来の技術） 所定の厚さ及び所定のＣ含有率の低合金熱間圧延鋼スト
リップが公知の方法に従って得られる。この公知の方法
では、２５−３００ｍｍの厚さを持った鋳造鋼スラブを
先ず冷却し、次いで熱間圧延の前に１１００℃乃至１２
５０℃の温度に加熱しそしてこの温度で均質化させる
（homogenize）。

スラブが冷却するにつれて、鋼中に存在する窒素はアル
ミニウムと結合して窒化アルミニウムとなる。スラブが
再び加熱されるとき、温度が約１１００℃以下に保たれ
ているならば、このＮの結合は保存される。これは非時
効性の製品を与える。

鋼をより高い温度に加熱するならば、遊離窒素の鋼中へ
の固溶が次第に増大する。これは鋼が余り非時効性では
なくなることを意味する。この時効（ageing）は、特に
熱間圧延鋼ストリップの酸洗い及び再圧延の後に起こ
る。この時効は、成形可能な鋼の機械的性質に不利な効
果を及ぼす。時効硬化した（age-hardened）鋼の成形
中、フローラインが表面に発生する。これは最終製品の
表面品質が好ましくないことを意味する。

スラブが再加熱される前に十分に冷却されていないか、
又は鋳造熱（casting heat）から直接均質化炉（homoge
nizing furnaces）に送られるならば、遊離窒素は鋼中
に存在したままである。その理由は、窒化物が形成され
得ないからである。その場合には、炉の温度が低かった
としても、非時効性材料は得られない。エネルギーの節
約とストックの制限のために、鋳造したスラブを周囲の
温度に冷却しないで、より高い温度で炉内に置くこと又
は鋳造の後直接炉に送ることが次第に普通に行なわれる
ようになってきている。更に、エネルギーの節約と材料
の節約と製品の性質の理由で、炉の温度を１０００℃に
下げるように又は８５０℃にすら下げるように努力がな
されている。故に、この公知の方法では、所望のエネル
ギーの節約は、非時効性製品を製造することを意図する
場合には不可能である。

鋼中に固溶した窒素は又良好なストリップの形状及び厚
さの達成に不利な影響を及ぼすことがある。特に、エネ
ルギーを節約するために、再加熱炉の温度を低しなけれ
ばならない場合にそうである。再加熱炉の低い温度は、
低い圧延温度を意味する。これらの比較的低い圧延温度
では、固溶した窒素は熱間圧延プロセスの種々の成形工
程の間の鋼の完全な再結晶を妨害する。これは、鋼の硬
度を成形中に相当変化させることがあり、そのために上
記の欠点に導く。

固溶した窒素は又、鋼が７００℃以下の温度でコイル化
（coiling）される場合に、熱間圧延された鋼の完全な
再結晶を妨害することがある。酸化物制御及び機械的性
質の均質性の観点から７００℃以下のコイル化温度が望
ましい。機械的性質のレベルは不完全な再結晶により重
大な影響を受ける。

鋼中の他の炭素含有率と組み合わせて且つ他の効果を得
るために、鋼へのチタンの添加は知られていることに留
意されるべきである。同様に、高強度の成形可能な鋼の
製造のために、０．０３％−０．１５％Ｃを有する鋼に
０．０５％−０．３０％Ｔｉを添加することは、知られ
ている。このような場合に、Ｔｉ含有率はＮを窒化物と
して結合させるのに必要な量よりも相当高く、そのた
め、炭化チタンが強化効果を有する形態で析出する。

超低炭素鋼にチタンを添加することにより、いわゆる
“侵入型元素を含まない（Interstitial free）”深い
絞り鋼が得られる出願も知られている。この鋼は、０．
０１％Ｃ以下（特定の値は例えば０．００３％Ｃ）の炭
素含有率を有する。この超低炭素含有率は、真空下で液
体鋼を脱炭することにより得られ、これも又、実質的に
すべての固溶した窒素を消失させる。この方法のこの工
程は鋼のコスト価格を増加させる。すべての炭素に結合
するのに十分なチタンが“侵入型元素を含まない”深絞
り鋼に添加されなければならない。鋼中のチタン含有率
の実際の値は０．０３％Ｔｉ乃至０．１５％Ｔｉであ
る。

フランス特許出願第２１１５３２７号は、７５０℃での
脱炭により達成された非常に低炭素含有率（＜０．０１
％、例えば０．００４％）を有する鋼製品を述べてい
る。Ｔｉは窒化物及び炭化物を形成するために存在して
おり、これは所望の性質のために重要であると述べられ
ている。

米国特許第３７６５８７４号は、真空脱ガスされた低炭
素鋼（０．００２−０．０２０％Ｃ、好ましくは０．０
０２−０．０１％Ｃ）を同様に提唱している。この鋼に
おいてはＴｉ及びＮｂはすべてのＣを炭化物として結合
するように選ばれた量で存在している。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、安価に製造することができ、そして鋼
中に固溶した遊離窒素による前述のような不利な影響を
回避又は減少させることができる非時効性の成形可能な
鋼ストリップ製品を提供することである。

本発明はまた、真空下に脱炭される必要がなく且つ炭化
チタン又は炭化ニオブを形成していない鋼を提供するこ
とを目的とする。

［問題を解決するための手段、作用］ 本発明は、製品を製造する鋼を、溶融した鋼中に存在す
る少なくとも一部の好ましくは実質的にすべてのＮに結
合するが、炭化チタンは生成しないような十分な量のチ
タンと合金化することから成る。

即ち、本発明は、炭素含有率が０．０２重量％−０．１
０重量％の範囲にあり、窒素含有率が０．００１重量％
−０．０２重量％の範囲にあり、硫黄含有率が０．０５
重量％以下であり、厚さが０．５−５．０ｍｍ、好まし
くは０．５−１．５ｍｍ、の範囲にある鉄、炭素、窒
素、硫黄及びチタンからなる非時効性低合金熱間圧延ス
トリップ形態の成形可能な鋼において、 非酸化物として結合してなるチタン、窒素及び硫黄の含
有率が、重量％において下記の条件： Ｔｉ２．２８Ｎ Ｔｉ３．４３Ｎ＋１．５Ｓ を満足することと、 前記鋼が炭化チタンと炭化ニオブを含まないことを特徴
とする鋼を提供する。

窒素、硫黄及び非酸化物として結合したチタンについ
て、下記の条件、 Ｔｉ３．４２Ｎ、 Ｔｉ３．４３Ｎ＋１．５Ｓ が満足されるならば一層好ましい。

本発明において、炭素含有率は０．０２重量％−０．１
０重量％の範囲であり、窒素含有率は０．００１重量％
−０．０２重量％の範囲であり、そして硫黄含有率は
０．０５重量％以下である。炭素含有率が０．０２重量
％より少ない場合は鋼の特別の処理（たとえば真空下で
の脱炭）を必要とし、コスト高になる。Ｃに対する好ま
しい最小レベルは０．０３重量％である。また、炭素含
有率が０．０２重量％より少ないと、炭素は侵入型溶解
炭素（interstitial dissolved carbon）の形で鋼中に
溶解する。この炭素は炭素誘発時効（carbon-induced a
geing）を引起し、この鋼を深絞りをする間に表面に流
れ線（flow-lines）が生ずるようになる。炭素含有率を
０．０２重量％より多くすると、炭素はセメンタイトの
核上に沈積し、不都合を生じない。

炭素含量の上限は成形性によって決定される。炭素含量
が０．１重量％よりも多いと、成形性の要求を満たさな
くなり、従って本発明が目的とする成形可能な鋼ではな
くなる。

硫黄含量の上限は以下の理由で決定される。鋼に添加さ
れるチタンは窒素に対して最も親和力を有し、次いで硫
黄及び炭素の順である。本発明の目的はすべてのＮをＴ
ｉと結合し、ＴｉＣを生成しないことである。すべての
Ｎに結合するために必要な量よりもＴｉが僅かに過剰に
添加され、そしてＳが存在しないと、ＴｉＣが生成す
る。少量のＴｉＣが存在する場合はＴｉＣの粒径が大き
くなり、機械的特性、特に降伏強さの傷害になる。多量
のＴｉを添加すると多数の小粒径のＴｉＣが生じ、これ
は機械的特性に対する傷害にはならないが、大量のＴｉ
は表面特性を受け入れ難いものにする。更に、Ｔｉは高
価な金属であり、従ってその添加量は制限すべきであ
る。上述のようにＴｉをすべてＮと結合せしめ、ＴｉＣ
を生成しないようにすべきである。

溶融した鋼中のＮ量を正確に測定することは非常に困難
であるから、僅かに過剰のＴｉを添加する。ＴｉＣの生
成を防止するために少量のＳを添加すると、これはＴｉ
と結合する。ＴｉはＣに対してよりもＳに対してより大
きい親和力を有するからである。０．０５重量％以下の
Ｓ含量が充分であることが分った。

窒素は成形性に悪影響を及ぼすので、存在しないのが好
ましい。しかしながら、ＢＯＦ転炉で製鋼を行なうと、
雰囲気空気から及び製鋼に使用される酸素から約０．０
０１％程度の少量の窒素が導入される。

窒素含量の上限０．０２重量％は電気炉で製鋼を行なう
際の通常の値である。この高い値は炉の密閉の悪さ及び
酸素源として空気を使用することによって引起される。

チタンを添加する目的は、専ら鋼中に必然的に存在する
窒素に安定な形態で結合することであり、それにより上
述の問題は防止されそして十分に成形可能な熱間圧延鋼
が低コスト価格で得られる。

他の合金化元素は非時効性低合金熱間圧延成形可能スト
リップ鋼に対する要件の範囲内で存在することができ
る。すべてのこのような元素及びそれらの含有率を当業
者に特定することは必要ではないが、下記の手引きを示
す。

Ａｌは随意であり、もし存在する場合には、その好まし
い最大値は０．１重量％であり、そのより好ましい範囲
は０．００３−０．０６重量％である。

Ｍｎは随意であり、もし存在する場合には、その好まし
い最大値は１．０重量％であり、そのより好ましい範囲
は０．１−０．５重量％である。ＭｎはＴｉに結合しな
い硫黄に結合する作用を有する。

Ｎｂは存在しないのが好ましいが、こん跡量で存在して
いてもよく、０．０２重量％以下である。

Ｂは存在しないのが好ましいが、こん跡量で存在してい
てもよく、０．０１重量％以下である。

Ｚｒ及びＶは存在しないか又はこん跡量でのみ存在する
のが好ましい。

Ｐ、Ｃｒ及びＳｉは随意に存在していてもよい。もし存
在する場合、それらの最大値は夫々０．１重量％及び
１．０重量％である。

Ａｓは普通であり、避けがたい不純物は存在する。

本発明により、窒素の結合は、鋼、鋳造されたスラブ及
び圧延された鋼ストリップのその後の処理中維持され、
又時効現象は、鋼がスラブ及びストリップに加工される
方法にかかわりなくこのようにして防止される。これ
は、スラブを鋳造熱でまた熱い間に均質化炉に移送する
こと又は比較的低い温度で炉を運転すること又は７００
℃以下の温度でストリップをコイル化することを自由に
する。

鋼中の窒素を窒化物として結合させるために、重量比Ｂ
／Ｎ〜０．７７で鋼に少量のホウ素を添加することは知
られている。しかしながら、窒化ホウ素は窒化チタンよ
りもはるかに安定性が低い。窒化ホウ素は一部は熱間圧
延中にそして一部はコイル化された熱間圧延コイルの徐
冷中に、但しコイル化温度は十分に高いとの条件下に、
形成される。しかしながら、窒化チタンは鋳造プロセス
中高い温度で完全に形成される。更に加工する間、窒化
チタンは安定である。故に、本発明に従う鋼は又高い温
度でコイル化される必要はない。低いコイル化温度はス
トリップの長さにわたり良好な均質性を保存するのに及
び熱間圧延ストリップ上に酸化物スケールが成長するの
を制限するのに非常に好ましい。

０．５ｍｍ−１．５ｍｍの厚さを持った熱間圧延された
ストリップを製造することを意図する場合には、当然、
最後の圧下工程は、鋼が本質的にフェライト結晶構造を
有する温度範囲で行わなければならない。この温度範囲
での窒化ホウ素の分散は、最後の圧下工程の後鋼の完全
な再結晶を妨害する。故に、ホウ素が存在し且つチタン
が存在しない場合、良好な機械的性質を持った鋼ストリ
ップを得ることはできない。窒素が窒化チタンとなって
結合している本発明に従う鋼では、この問題は起こらな
い。

本発明は、上述の本発明の鋼ストリップを製造する方法
も提供する。この方法では、鋼について上記の組成を持
った鋳造した鋼スラブを、鍛造熱から熱的に均質化し、
次いで熱間圧延する。

鋼は最終厚さに熱間圧延してもよく、又は熱間圧延し、
次いで冷間圧延して最終厚さとすることができる。冷間
圧延に続いて、再結晶アニーリングが好ましい。チタン
分は、好ましくは鋳造の前に溶融物に加える。

鋳造した鋼スラブは、連続鋳造装置を出る際に、多量の
熱を保有しており、この熱は鋳造した鋼スラブの温度を
均質化するために有効に使用することができる。この目
的のために、鋼造した鋼スラブをいわゆるスラブ炉又は
コイル炉中に一時的に貯蔵することができる。

均質化を行なうための温度には特に制限がない。しかし
ながら、後の熱間圧延における冶金学的理由のために、
二相圧延、即ちオーステナイト（γ相）及びフェライト
（α相）の両者が同時に存在する温度における圧延、は
避けるべきである。従って、熱間圧延仕上げ温度が８０
０℃又はそれ以上の場合は均質化温度を１０００〜１２
００℃とし、熱間圧延仕上げ温度が８００℃より低い場
合は均質化温度を６００〜９００℃とするのが好まし
い。続く熱間圧延工程において２５０ｍｍ又はそれ以下
の厚さを有する鋳造した鋼スラブを０．５〜５．０ｍｍ
の厚さまで圧延することができる。

現在までに実施されている製造方法では、鋼ストリップ
は２００ｍｍ−２５０ｍｍの厚さで鋳造される。鋳造技
術の最近の開発は、３０ｍｍ−６０ｍｍの厚さを持った
スラブを鋳造することを可能とした。これらの薄いスラ
ブは、粗圧延を必要とせず、その結果として仕上げトレ
インに直接送ることができる。大体において、この開発
は、低い炉温度を可能とし、これは、エネルギーを節約
することができそして酸化の結果としての材料損失がよ
り少ないことを意味する。上記の本発明の鋼は、この新
しい製造技術に非常に適している。前記薄いスラブを半
連続的方法又は連続的方法で、鋳造の後直接に均質化炉
に送り、次いで仕上げトレインに送ることすら可能であ
る。この場合に、スラブは窒化アルミニウムが析出する
ような温度に十分な時間維持することはできない。この
ような方法では、本発明の鋼は良好な機械的性質を持っ
た非時効性鋼ストリップを得るのに高度に有効である。

脱炭していない鋼から０．５ｍｍ−１．５ｍｍの厚さと
良好な機械的性質を持ちそして必要に応じて薄い酸化物
層を持った熱間圧延ストリップを製造するのに前記の如
き方法を使用することを意図する場合には、本発明に従
う鋼によって良好な結果が得られる。事実、チタンは、
許容しうるコストで鋼に添加することができ、そして
０．５ｍｍ−１．５ｍｍの厚さをもつた完全に再結晶し
た熱間圧延ストリップを得ることができるような方法で
窒素に結合する唯一の元素であることが見出された。本
発明に従って記載された熱間圧延ストリップは、酸洗
い、冷間圧延、アニーリング及び／又は熱間圧延の後の
ガルバナイジングのような他のプロセスを行うのにも非
常に好適であることが見出された。

実施例 本発明を多数の好ましい実施例及び比較実施例を挙げる
ことにより説明するが、これは本発明を限定するもので
はない。これらの実施例の分析は下表１に示す。また、
表１に示す鋼を厚さ０．８ｍｍまで連続オーステナイト
及びフエライト熱間圧延した後の機械的特性を表２に示
す。表２に示す特性値は、一部は実験データに基づいて
おり、また一部は理論モデルに基づいている。

表１において、鋼（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明に従う低
炭素鋼である。両方の鋼は酸素製鋼転炉（oxygen steel
converter）での公知の製造方法に従って精錬される。
鋼を取鍋（ladle）においてアルミニウムで脱酸素（kil
ling）した後、鋼中に必然的に存在している窒素を結合
させるために、所定の量のチタンを鋼に添加する。

鋼（Ｃ）及び（Ｄ）は「侵入型元素を含まない」深絞り
鋼であって、酸素製鋼転炉で精錬した後真空下に脱炭さ
れ、しかる後すべての窒素と炭素に結合して窒化物と炭
化物とするのに十分な量のチタン及び／又はニオブを添
加された鋼である。これらの鋼は本発明の範囲には入ら
ない。

鋼（Ｅ）及び（Ｆ）は、電気炉で製造される低炭素鋼で
ある。このような鋼においては、窒素含有率は酸素製鋼
法により製造される鋼よりも通常高い。故に、これらの
鋼に対しては酸素製鋼法の鋼の場合よりも多くのチタン
を添加しなければならない。鋼（Ｅ）及び（Ｆ）は本発
明の範囲内に入る。何故ならば、すべての窒素を結合さ
せるのに十分なチタンが添加されているが、炭化チタン
は形成されないからである。チタンの不正確な添加及び
過剰の添加により炭化チタンが形成されるのを防止する
ために、鋼中の硫黄の含有率を増加させている（Ｆ）。

鋼（Ｇ）は、本発明の範囲内に入らない増加した強度を
持った成形可能な鋼である。この鋼の強度の増加は炭化
チタンによる析出硬化（precipitation-hardening）の
結果である。

鋼（Ｈ）は、ホウ素が添加されているがチタンは添加さ
れていない低炭素鋼である。この鋼は本発明の範囲内に
は入らない。

鋼（Ｉ）は、本発明に従って許容されるよりも多くのチ
タンが添加されている低炭素鋼である。この鋼において
は、微細な炭化チタンが形成され、これは熱間圧延中ス
トリップの再結晶を妨害する。故に、この鋼は本発明の
範囲内には入らない。

鋼（Ｊ）は、すべての窒素に結合して安定な窒化物とす
るのには少なすぎるチタンが添加されている低炭素鋼で
ある。この少ない添加のため、ここに記載するような、
十分に明白な性質の改善が実際見出された。この鋼は本
発明の範囲内に入る。

鋼（Ｋ）は、酸素製鋼法の後、真空下に脱酸素し（kil
l）、しかる後本発明に従って規定された量のチタンを
この鋼に添加した鋼である。故に、この鋼は本発明の範
囲内に入る。

表２から分るように、鋼（Ｃ）及び（Ｄ）は本発明の鋼
よりも良好な機械的特性を有しているが、これらの鋼は
真空下に脱炭された侵入型元素を含まない深絞り鋼であ
るので、本発明の鋼よりも製造費が高価である。鋼
（Ｇ）、（Ｈ）及び（Ｉ）は本発明に属しないものであ
り、本発明の鋼に比べて機械的特性が劣っている。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明により、鋼中に固溶した遊離
窒素による不利な影響を回避した非時効性の鋼ストリッ
プ製品を安価に提供することができる。

本発明によれば、鋼の加工処理中にも窒素の結合が維持
され、鋼の加工方法の如何かかわらず時効現象が防止さ
れる。このために、スラブを高温のままで均質化炉に送
ることができ、また比較的低い温度で炉を運転すること
又は７００゜以下の温度でストリップをコイル化するこ
とも可能になる。低いコイル化温度は、ストリップの長
さにわたり良好な均質性を維持するのに有効であり、ま
た熱間圧延ストリップ上に酸化物スケールが成長するの
を抑止するためにも非常に好ましい。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭素含有率が０．０２重量％−０．１０重
   量％の範囲にあり、窒素含有率が０．００１重量％−
   ０．０２重量％の範囲にあり、硫黄含有率が０．０５重
   量％以下であり、厚さが０．５−５．０ｍｍの範囲にあ
   る、鉄、炭素、窒素、硫黄及びチタンからなる非時効性
   低合金熱間圧延ストリツプ形態の成形可能な鋼におい
   て、 非酸化物として結合しているチタン、窒素及び硫黄の含
   有率が、重量％において下記の条件： Ｔｉ２．２８Ｎ Ｔｉ３．４３Ｎ＋１．５Ｓ を満足することと、 前記鋼が炭化チタンと炭化ニオブを含まないことを特徴
   とする鋼。