JP2876966B2

JP2876966B2 - 低温焼付硬化性に優れた冷延鋼板

Info

Publication number: JP2876966B2
Application number: JP34609093A
Authority: JP
Inventors: 健英小池; 青史津山; 佳弘細谷; 智良大北
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1999-03-31
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: JPH07179993A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、低い塗装焼付温度で
の焼付硬化性に優れた、例えば自動車の車体外板などに
好適な冷延鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題が注目されており、
自動車に関しては、有害な排気ガスの量を低減すること
が重要な課題となっている。有害な排気ガスの量を低減
するための対策の一つとして、自動車の外板パネル等の
強度を高めることによって、外板パネル等を薄肉化し
て、車体の軽量化を図り燃費の向上を進めることが行わ
れている。しかしながら、外板パネルにへこみが生じる
と外観が著しく損なわれるので、外板パネルを薄肉化す
る際には、外板パネルのへこみが生じないように留意す
る必要がある。鋼板のへこみにくさを表す性質に耐デン
ト性がある。耐デント性は鋼板の厚みの二乗に比例し、
そして、鋼板の降伏点に比例する。外板パネルを薄肉化
した後においても優れた耐デント性を効果的に維持する
ためには、プレス成形後の焼付塗装工程において降伏点
が上昇する性質（以下、「焼付硬化性」という）を鋼板
が具備することが特に必要である。

【０００３】上述した観点から、鋼板の焼付硬化性を向
上させる研究が従来から行われている。最近特に、優れ
た加工性を有する極低炭素鋼に炭窒化物形成元素を添加
して、鋼板の焼付硬化性を向上する技術の開発が進めら
れている。このような鋼板として、例えば、特公昭63-4
899 号公報には、硫黄(S) および窒素(N) の含有量を低
減した極低炭素鋼にチタン(Ti)を添加した鋼板を高温で
焼鈍し、そして、速い冷却速度で冷却することによっ
て、鋼中の固溶炭素(C) を残存させて、鋼板の焼付硬化
性を向上させる方法（以下、先行技術１という）が開示
されている。

【０００４】鋼の焼付硬化性は、プレス成形後の焼付塗
装時に、鋼中に固溶させたＣおよびＮのひずみ時効によ
って鋼の降伏強度が高くなる現象である。従って、従
来、鋼中の固溶Ｃ量または固溶Ｎ量を増加することによ
ってのみ、鋼板の焼付硬化性を向上させることが可能で
あると考えられていた。

【０００５】更に、特公昭60-47328号公報には、鋼中に
ボロン(B) を添加すると、鋼が先行技術と同程度のＣを
含有する鋼板においても、鋼板の焼付硬化性が向上する
こと（以下、先行技術２という）が開示されている。

【０００６】更に、特開平４-136123 号公報には、鋼中
にボロンを添加し、そして、冷却速度を特定の範囲内に
規定することによって、焼付硬化性に優れた鋼板を製造
する方法（以下、先行技術３という）が開示されてい
る。

【０００７】一方、塗装焼付温度は、通常約 170℃であ
るが、省エネルギーの観点から、塗装焼付温度を前記温
度よりも低くすることが要求されている。従って、低い
塗装焼付温度での焼付硬化性（以下、「低温焼付硬化
性」という）に優れた鋼板の開発が重要になってきてい
る。低温焼付硬化性を向上させる技術として、例えば、
特開平３-211228 号公報には、鋼中にボロンを添加する
ことによって、鋼板の低温焼付硬化性を向上すること
（以下、先行技術４という）が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】先行技術１において
は、鋼中の固溶炭素量が多いので、焼付硬化性は高くな
っているが、同時に、常温における材質の時効劣化が著
しくなっているという問題がある。先行技術２から４に
おいては、依然として、鋼板の低温焼付硬化性において
劣っているという問題がある。即ち、例えば、先行技術
４においては、120℃における鋼板の低温焼付硬化性
は、約 3 kgf/mm²（29MPa)と低い。更に、先行技術４に
おいては、170 ℃のおける鋼板の低温焼付硬化性と、そ
して、120 ℃における鋼板の低温焼付硬化性との間の焼
付硬化性の差は、約 1.5 Kgf/mm²（15MPa)と大きく、塗
装焼付温度を低くすることによって、焼付硬化性が低下
している。先行技術２および３に関しても先行技術４と
同様のことがいえる。

【０００９】このようなことから、材質が劣化すること
なく、低温焼付硬化性に優れた冷延鋼板の開発が要求さ
れているが、かかる鋼板はまだ提案されていない。

【００１０】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、材質が劣化することなく、低温焼付硬化性に
優れた冷延鋼板を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】優れた低温焼付硬化性を
得るためには、100 ℃における鋼板の低温焼付硬化性が
35MPa 以上で、且つ、170 ℃における鋼板の低温焼付硬
化性との間の焼付硬化性の差が 5 MPa以下であることが
必要である。そのためには、冷延鋼板の低温焼付硬化性
を向上するための重要な元素である酸素およびボロンの
含有量を適性化することが必須不可欠の条件である。

【００１２】本発明者等は、以上の観点から、材質が劣
化することなく、低温焼付硬化性に優れた冷延鋼板を開
発すべく鋭意研究を重ねた。その結果、鋼中に、0.0003
〜0.0015wt.%の範囲内のボロンと、0.0005〜0.003 wt.%
の範囲内の酸素を含有させると共に、更に、ボロン量と
酸素量がB ≧ 0.5×O − 0.0005 の関係を満たすとき、
低温焼付硬化性に優れた冷延鋼板が得られることがわか
った。

【００１３】この発明は、上述した知見に基づいてなさ
れたものであって、この発明の、低温焼付硬化性に優れ
た冷延鋼板は、下記からなっている。炭素(C) ： 0.001〜0.005 wt.%、シリコン(Si)： 0.3 wt.% 以下、マンガン(Mn)： 0.1 〜2 wt.%、燐(P) ： 0.1 wt.% 以下、硫黄(S) ： 0.015wt.%以下、可溶性アルミニウム(Sol.Al)：0.005 〜0.1 wt.%、窒素(N) ： 0.004wt.%以下、チタン(Ti) ： (48/14)N から(48/14)N＋(48/32)S＋16
C 、ボロン(B) ： 0.0003 〜0.0015wt.%、酸素(O) ： 0.0005 〜0.003 wt.%、但し、B ≧ 0.5×O − 0.0005 、残り：鉄(Fe)および不可避的不純物。

【００１４】

【作用】この発明の冷延鋼板の化学成分組成を、上述し
た範囲内に限定した理由について、以下に述べる。 (1) 炭素(C) ：炭素は、焼付硬化性を高める機能を有し
ている。しかしながら、炭素含有量が0.001 wt.%未満の
ときは、焼付硬化性を高める機能が得られない。一方、
炭素含有量が 0.005wt.%を超えて多いときは、炭化物が
増加して延性が低下する。従って、炭素含有量は、 0.0
01〜0.005 wt.%の範囲内に限定すべきである。

【００１５】(2) シリコン(Si)：シリコンは、固溶強化
元素であり、鋼板の強度を高める機能を有している。従
って、鋼板の強度を高める必要があるときに添加する。
しかしながら、シリコン含有量が0.3wt.% を超えて多い
ときは、熱延中に強固な酸化層が形成されて、表面性状
が劣化する。従って、シリコン含有量は、0.3wt.% 以下
に限定すべきである。

【００１６】(3) マンガン(Mn)：マンガンは、固溶強化
元素であり、鋼板の強度を高める機能を有している。マ
ンガン含有量が0.1wt.% 未満のときは、熱間脆性が生じ
る。一方、マンガン含有量が 2 wt.% を超えて多いとき
は、延性が低下して、成形性が劣化する。従って、マン
ガン含有量は、0.1 〜2 wt.%の範囲内に限定すべきであ
る。

【００１７】(4) 燐(P) ：燐は、シリコン、マンガンと
同様に、鋼板の強度を高める機能を有している。従っ
て、必要により、燐を含有させる。しかしながら、燐含
有量が 0.1wt.%を超えて多いときは、鋼板の延性が低下
して成形性が劣化すると共に、成形時に二次加工脆性を
引き起こすおそれがある。。従って、燐含有量は0.1wt.
% 以下に限定すべきである。

【００１８】(5) 硫黄(S) ：硫黄は、鋼中でTiS 、Ti₄C
₂S₂、MnS 等の硫化物を形成する。特に、Ti₄C₂S₂が鋼
中に形成されると、焼付硬化性に必要な固溶Ｃが減少す
る。更に、硫黄含有量が 0.015wt.%を超えて多いとき
は、硫化物が増加して成形性が劣化する。従って、硫黄
含有量は、0.015wt.% 以下に限定すべきである。

【００１９】(6) 可溶性アルミニウム（Sol.Al）：アル
ミニウムは、鋼の脱酸のために必要な元素である。しか
しながら、可溶性アルミニウムの含有量が 0.1wt.%を超
えて多いときは、鋼中の介在物が多量になり延性が低下
して成形性が劣化する。従って、可溶性アルミニウムの
含有量は、0.005 〜0.1 wt.%の範囲内に限定すべきであ
る。

【００２０】(7) 窒素(N) ：固溶窒素は、固溶炭素と同
様に、焼付硬化性を高める機能を有している。窒素は、
常温においては、炭素よりも拡散速度が速く、材質の常
温時効劣化が顕著である。従って、Tiを含有させて、窒
素をTiN として固定する必要がある。窒素含有量が 0.0
04 wt.% を超えて多いときは、TiN として固定するため
のTi含有量が多くなると共に、鋼の延性を劣化させる。
従って、窒素含有量は 0.004 wt.% 以下に限定すべきで
ある。

【００２１】(8) チタン(Ti)：チタンは窒素をTiN とし
て固定すると共に、硫黄および炭素を適度に固定して材
質を向上させる機能を有している。チタンによって窒素
をTiN として固定する理由は、窒素の固定によって、窒
素による時効を抑制するとともに、窒素をTiNとして固
定して、BNの形成を極力抑制することにある。即ち、低
温焼付硬化性を向上するために重要なボロンを固溶状態
で維持するために、チタンで窒素を固定することが必要
である。

【００２２】チタンによって窒素を固定するためには、
化学量論的に当量以上のチタン、即ち、(48/14)N 以上
のチタンの含有が必要である。しかしながら、チタン含
有量が (48/14)N ＋(48/32)S＋16C を超えて多いとき
は、高温焼鈍しても、Ti系炭化物の溶解が困難になり炭
素が鋼中に再固溶する量が少なくなって優れた焼付硬化
性を得ることができない。従って、チタン含有量は、(4
8/14)Nから(48/14)N＋(48/32)S＋16C の範囲内に限定す
べきである。

【００２３】(8) ボロン(B) ：ボロンは、低温焼付硬化
性を高める機能を有する重要な元素である。ボロンが低
温焼付硬化性を高める理由は、固溶ボロンが粒界に偏析
することによって、低温焼付硬化性の向上に寄与しない
粒界に偏析する炭素を減少させるためであると推定され
る。しかしながら、ボロン含有量が 0.0003 wt.%未満の
ときは、粒界に偏析するボロン量が少なくなって、粒界
に炭素が偏析することを抑制できない。一方、ボロン含
有量が0.0015wt.%を超えて多いときは、上述した効果が
飽和状態に達するだけでなく、延性等が低下して材質が
劣化する。従って、ボロン含有量は、 0.0003 〜0.0015
wt.%の範囲内に限定すべきである。

【００２４】(9) 酸素(O) ：酸素は、ボロンと共に、低
温焼付硬化性を高める機能を有する重要な元素である。
酸素は、鋼中に酸化物として存在し、そして、後述の図
１に示すように、酸素含有量が多過ぎてもまた少な過ぎ
ても、低温焼付硬化性が低下する。酸素含有量が多過ぎ
るときは、酸化物が結晶格子をひずませ、そして、生じ
た結晶格子のひずみによって、低温における固溶炭素の
拡散が抑制される。または、酸化物の表面に炭素が吸着
されて、低温焼付硬化性を高めるために寄与する固溶炭
素が減少すると考えられる。即ち、酸素含有量が0.003
wt.%を超えて多いときは、低温焼付硬化性の低下が顕著
になる。

【００２５】一方、酸素含有量が極端に少ないときに
は、酸化物が微細化して数が増加し、酸化物の表面積が
多くなって炭素の吸着量が増加し、低温焼付硬化性が低
下する。即ち、酸素含有量が0.0005 wt.% 未満のとき
は、低温焼付硬化性が低下する。従って、酸素含有量
は、0.0005〜0.003 wt.%の範囲内に限定すべきである。

【００２６】上述したように、特定した量の酸素および
ボロンを含有させることによって、優れた低温焼付硬化
性を得ることができる。しかしながら、酸素およびボロ
ンのうちの何れか一方が特定した量を満たさないときに
は、優れた低温焼付硬化性を得ることはできない。ま
た、酸素含有量が比較的多い範囲においては、酸素含有
量が多くなるに伴って、低温焼付硬化性が低下するの
で、ボロン含有量を高めて、低温焼付硬化性の向上に有
効な固溶炭素を増加する必要がある。従って、後述の図
２に示すように、酸素含有量が 0.0015 〜0.003 wt.%の
範囲内においては、ボロン含有量は、 B≧ 0.5×O −0.
0005を満たす必要がある。

【００２７】なお、この発明の冷延鋼板は、表面処理鋼
板を含み、優れた表面処理性を有しており、各種の表面
処理を施して使用することに適している。即ち、溶融金
属めっき（亜鉛、アルミ、亜鉛−アルミ合金）、合金化
溶融亜鉛めっき、電気亜鉛めっき、電気亜鉛合金めっ
き、有機複合めっき、および、錫めっき等の処理を単独
に、または、適宜複合して表面処理しても、優れた低温
焼付硬化性を損なうことはない。

【００２８】

【実施例】次に、この発明を、実施例により比較例と対
比しながら説明する。実施例１表１に示す化学成分を有する鋼Ａおよび鋼Ｂをベ−スと
する、酸素の含有量が異なる鋼に連続鋳造、熱間圧延、
酸洗、冷間圧延および連続焼鈍ラインにおける焼鈍を施
して冷延鋼板を調製した。これ等の冷延鋼板について、
170 ℃および100 ℃の焼付温度における 2 % BH を測定
した。その結果を図１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】2 % BH はJIS 5 号試験片を用いて、JIS G
3135 付属書にしたがって測定した。 170℃の焼付温度
における 2 % BH と 100℃の焼付温度における 2 % BH
との間の差をΔBHと定義する。

【００３１】図１から明らかなように、鋼Ａおよび鋼Ｂ
ともに、酸素含有量が0.003 wt.%を超えて多くなると、
100℃の焼付温度における 2 % BH が急激に低下し、そ
して、酸素含有量が0.003 wt.%以下のときは、 100℃の
焼付温度における 2 % BH は高くなり、且つ、ΔBHが 5
MPa 以下になる。一方、鋼Ａおよび鋼Ｂともに、酸素含
有量が0.0005wt.%未満のときは、 100℃の焼付温度にお
ける 2 % BH が急激に低下する。従って、優れた低温焼
付硬化性を得るためには、鋼種に関係なく、酸素含有量
を、0.0005〜0.003 wt.%の範囲内に制御する必要があ
る。

【００３２】実施例２図２は、表２に示す範囲内の化学成分を有する鋼を連続
鋳造によってスラブとし、次いで熱間圧延、酸洗、冷間
圧延後、連続溶融亜鉛めっきラインにおいて連続焼鈍お
よび合金化溶融亜鉛めっきし、そして、 170℃の焼付温
度における 2 %BH が40〜45 MPaの範囲内になるように
調製された溶融亜鉛めっき鋼板のΔBHを、ボロン含有量
および酸素含有量のマトリックス上にプロットした結果
を示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】なお、 2 % BH は実施例１と同様の方法に
よって測定した。図２から明らかなように、ボロン含有
量を0.0003 wt.% 以上に、そして、酸素含有量を0.0005
〜0.003 wt.%の範囲内に制御した場合のみ、170 ℃の焼
付温度における 2 % BH に匹敵する 100℃の焼付温度に
おける 2 % BH を得ることができる。

【００３５】即ち、酸素含有量が0.003 wt.%を超えて多
いとき、ΔBHは 5MPa より大きくなり、そして、酸素含
有量が0.0005 wt.% 未満のとき、ΔBHは 5MPa より大き
くなる。一方、ボロン含有量が0.0003未満のとき、ΔBH
は 5MPa を超えて大きくなり、優れた低温焼付硬化性を
得ることができない。更に、図２から明らかなように、
酸素含有量が0.0015〜0.003 wt.%の範囲内では、酸素含
有量の増加に伴いボロン含有量を増加しなければ、優れ
た低温焼付硬化性を確保することができず、ボロン含有
量を、 0.5×O −0.0005によって計算される値以上にす
る必要がある。

【００３６】実施例３表３に示す化学成分を有する鋼を使用して、冷延鋼板お
よび表面処理鋼板を調製した。これ等の鋼板の焼鈍温
度、 170℃および 100℃の焼付温度における 2 %BH お
よび引張り特性を表４に示す。

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】表４から明らかなように、この発明の範囲
内の鋼板No.1〜13においては、100℃の焼付温度におけ
る 2 % BH および 170℃の焼付温度における 2 % BH の
差が５MPa 以下と小さく、低温焼付硬化性に優れてお
り、そして、表面処理鋼板としても、低温焼付硬化性が
損なわれていない。

【００４０】これに対して、この発明の範囲外の比較鋼
板 No.14においては、Ti含有量がこの発明の範囲を外れ
て多いために、 170℃の焼付温度における 2 % BH が低
い。この発明の範囲外の比較鋼板 No.15においては、Ti
含有量がこの発明の範囲を外れて少ないために、固溶ボ
ロン量が少なくなり、 100℃の焼付温度における 2 %BH
が低い。比較鋼板 No.16およびNo.23 においては、酸
素含有量がこの発明の範囲を外れて少なく、そして、比
較鋼板 No.18においては、酸素含有量がこの発明の範囲
を外れて多いために、十分な低温焼付硬化性が得られな
かった。

【００４１】比較鋼板 No.17およびNo.22 においては、
ボロン含有量がこの発明の範囲を外れて少ないために、
低温焼付硬化性が低かった。比較鋼板 No.19において
は、酸素含有量およびボロン含有量の両方がこの発明の
範囲外であるために、低温焼付硬化性が低かった。比較
鋼板 No.20、21および24においては、ボロン含有量が
0.5×O −0.0005によって計算される値より小さいため
に、低温焼付硬化性が低かった。上述したところから、
この発明の範囲外の化学成分を有する鋼板においては、
十分な低温焼付硬化性が得られないことが明らかであ
る。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
材質が劣化することなく、低温焼付硬化性に優れた冷延
鋼板が得られ、工業上優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】170℃および 100℃の焼付温度における 2 % BH
と、酸素含有量との間の関係を示すグラフである。

【図２】鋼板のΔBHを、ボロン含有量および酸素含有量
のマトリックス上にプロットした図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大北智良東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開昭56−93825（ＪＰ，Ａ) 特開平３−257125（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 38/00 301 C22C 38/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素(C) ： 0.001〜0.005 wt.%、シリコン(Si)： 0.3 wt.% 以下、マンガン(Mn)： 0.1 〜2 wt.%、燐(P) ： 0.1 wt.% 以下、硫黄(S) ： 0.015wt.%以下、可溶性アルミニウム(Sol.Al)：0.005 〜0.1 wt.%、窒素(N) ： 0.004wt.%以下、チタン(Ti) ： (48/14)N から(48/14)N＋(48/32)S＋16
C 、ボロン(B) ： 0.0003 〜0.0015wt.%、酸素(O) ： 0.0005 〜0.003 wt.%、但し、B ≧ 0.5×O − 0.0005 、残り：鉄(Fe)および不可避的不純物、からなることを特徴とする、低温焼付硬化性に優れた冷
延鋼板。