JP3774644B2

JP3774644B2 - 加工性、時効性およびほうろう特性の優れたほうろう用鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP3774644B2
Application number: JP2001190395A
Authority: JP
Inventors: 英邦村上; 哲西村; 和久楠見; 志郎佐柳
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP2002080934A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低コストで得ることができるほうろう特性、加工特性および時効特性の優れたほうろう用鋼板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ほうろう用鋼板は、脱炭脱窒焼鈍し、含有Ｃ，Ｎを数１０ppm 以下に減少させることによって製造されてきた。しかし、このような脱炭脱窒焼鈍は生産性が低く、製造コストが高くなるという欠点があった。
【０００３】
脱炭脱窒焼鈍を回避するため、製鋼時点の脱ガスにより含有Ｃ量を数１０ppm まで低減した極低炭素鋼によるほうろう用鋼板が、特開平６−１２２９３８号公報、特許第２９５１２４１号公報などに開示されている。これらの技術においては、わずかに残存する固溶Ｃまたは固溶Ｎの悪影響を解決するため、Ｔｉ，Ｎｂなどを添加し、深絞り性、耐時効性を向上させている。
【０００４】
しかし、この方法では炭化物、窒化物に起因する泡、黒点欠陥が発生しやすくなってしまうとともに、Ｔｉ，Ｎｂなどの合金コストのため製造コストが上昇してしまうという問題があった。
【０００５】
これらの問題を解決できる鋼板としては、絞り性は多少劣るが、Ｔｉ，Ｎｂなどの添加を抑えたほうろう用鋼板および製造方法が、特開平８−２７５２２号公報、特開平９−１３７２５０号公報、特開平１０−２１２５４６号公報で開示されている。これらはＮの固定に主としてＢを用いるものである。
【０００６】
しかしながら、該公報の技術によれば、製造条件によっては固溶Ｃの低減が十分でなく、また窒化物が焼鈍中に再溶解することによるＮの増大のため時効劣化し、プレス成形性を損なうという問題があるとともに、ほうろう焼成中の窒化物分解等によるガス発生のため泡、黒点欠陥が発生しやすいという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したような従来のほうろう用鋼板の問題点を克服し、非時効性の耐泡、黒点性が優れた低コストの良加工性ほうろう用鋼板およびその製造法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の鋼板、鋼板製造法の欠点を克服するために種々の検討を重ねて得られたもので、ほうろう用鋼板の時効性およびほうろう特性について、化学組成、製造条件の影響を検討した結果得られた下記の（１）〜（５）の知見に基づくものである。
【０００９】
（１）時効性および泡と黒点の発生を抑制するには、炭化物形成元素を添加するだけでは不充分であり、含有Ｃ量の絶対値を特定量以下に低減する必要がある。（２）時効性および泡と黒点の発生は、窒化物の種類に影響され、Ａｌ窒化物よりＢ窒化物を形成させることで特性が向上する。
（３）時効性および泡と黒点の発生は、Ｂ窒化物の形態に影響され、Ｂ窒化物の量および大きさを特定範囲に制御することで特性が向上する。
（４）上記のごとく窒化物の状態を制御するには、Ｎ，Ｂ量のみならず、特にＯ量と熱延条件の制御が有効である。
（５）Ｃ，Ｐ，Ｎ，Ｂ量および窒化物の状態を適切に制御した鋼では、耐時効性および加工性を良好に保つための最適なスキンパス圧下率の範囲が広くなる。
本発明は、以上の事実に基づいており、その要旨は下記の通りである。
【００１０】
（１）質量％で、
Ｃ：０．００１８％以下、Ｓｉ：０．０２０％以下、
Ｍｎ：０．１０〜０．３０％、Ｐ：０．０１０〜０．０３５％、
Ｓ：０．０３５％以下、Ａｌ：０．０１０％以下、
Ｎ：０．０００８〜０．００５０％、
Ｂ：０．００５０％以下かつ０．６Ｎ以上、
Ｏ：０．００５〜０．０５０％
を含有し、かつ
（ＢＮとして存在するＮ）／（ＡｌＮとして存在するＮ）：１０．０以上を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用鋼板。
【００１１】
（２）質量％で、
Ｃ：０．００１８％以下、Ｓｉ：０．０２０％以下、
Ｍｎ：０．１０〜０．３０％、Ｐ：０．０１０〜０．０３５％、
Ｓ：０．０３５％以下、Ａｌ：０．０１０％以下、
Ｎ：０．０００８〜０．００５０％、
Ｂ：０．００５０％以下かつ０．６Ｎ以上、
Ｏ：０．００５〜０．０５０％
を含有し、かつ
（ＢＮとして存在するＮ）／（含有Ｎ）：０．８０以上
を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用鋼板。
【００１２】
（３）質量％で、
Ｃ：０．００１８％以下、Ｓｉ：０．０２０％以下、
Ｍｎ：０．１０〜０．３０％、Ｐ：０．０１０〜０．０３５％、
Ｓ：０．０３５％以下、Ａｌ：０．０１０％以下、
Ｎ：０．０００８〜０．００５０％、
Ｂ：０．００５０％以下かつ０．６Ｎ以上、
Ｏ：０．００５〜０．０５０％
を含有し、かつ直径０．００５μｍ以上０．５０μｍ以下のＢＮ単独またはＢＮを含む複合析出物の平均直径が０．０１０μｍ以上、または直径０．００５μｍ以上０．５０μｍ以下のＢＮ単独またはＢＮを含む複合析出物のうち直径が０．０１０μｍ以下であるものの個数の割合が１０％以下を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用鋼板。
【００１３】
（４）鋳片を、熱間圧延したのち、５％以下でスキンパス圧下することを特徴とする前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用熱延鋼板を製造する方法。
【００１４】
（５）鋳片を、熱間圧延し、冷延率６０％以上で冷間圧延したのち、再結晶温度以上の温度で焼鈍し、５％以下でスキンパス圧下することを特徴とする前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用冷延鋼板を製造する方法。
【００１５】
（６）鋳片を、スラブ加熱温度：１０００〜１１５０℃で熱間圧延することを特徴とする前記（４）または（５）に記載の加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用鋼板を製造する方法。
【００１６】
（７）鋳片を熱間圧延し、６５０〜７５０℃で巻取ることを特徴とする前記（４）ないし（６）のいずれかに記載の加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用鋼板を製造する方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳述する。
まず、鋼組成について詳述する。
Ｃは従来から低いほど加工性が良好となることが知られているが、本発明では、良好な耐時効性、加工性およびほうろう特性を得るために０．００１８％以下にする必要がある。好ましい範囲は０．００１５％以下である。下限は特に限定する必要がないが、Ｃ量を低めると製鋼コストを高めるので、実用的には０．０００５％を下限とするのが好ましい。
【００１８】
Ｓｉはほうろう特性を阻害するので、あえて添加する必要はなく、少ないほど好ましい。通常のほうろう用鋼板と同程度の０．０２０％以下、好ましくは０．０１０％以下である。
【００１９】
Ｍｎは酸素、Ｓ量と関連してほうろう特性に影響する成分である。同時に熱間圧延時にＳに起因する熱間脆性を防止する元素で、酸素を多く含む本発明では０．１０％以上が必要である。一方、Ｍｎ量が高くなるとほうろう密着性が悪くなり、泡や黒点が発生しやすくなるため、上限を０．３０％とする。
【００２０】
Ｐは含有量が少ないと結晶粒径が粗大化し時効性が大きくなり、一方含有量が０．０３５％を超えると材料を硬化させ、ブレス加工性を劣化させる他、ほうろう前処理時の酸洗速度を速め、泡・黒点の原因になるスマットを増加させる。したがって、本発明ではＰ含有量を０．０１０〜０．０３５％に特定する。
【００２１】
Ｓはほうろう前処理の酸洗時にスマット量を増やし、泡・黒点を発生しやすくするので、０．０３５％以下とする。
【００２２】
Ａｌはあまり多く含有させると鋼中Ｏを限定範囲内に制御することができなくなる。また、窒化物の制御においても、Ａｌ窒化物はほうろう焼成中の水分と反応してガスを発生し、泡欠陥の原因となりやすいため好ましくない。このため含有量を０．０１０％以下に限定する。
【００２３】
Ｎは本発明においてはＢＮの状態を制御するために重要な元素である。時効性、耐泡・黒点性の観点からは少ないほど好ましく、０．０００８％以下では本発明鋼の必要条件であるＢ添加は必要ないため、０．０００８％以上を本発明の対象とする。上限は鋼中酸素量との関係で決定されるＢ含有可能量との兼ね合いで０．００５０％以下とする。好ましくは０．００４０％以下である。
【００２４】
Ｂも本発明においてはＢＮの状態を制御するために重要な元素である。ＢＮの状態を良好に制御するにはＢ含有量は多いほど好ましいが、多量に含有させようとすると、Ｏを多く含有する本発明鋼では製鋼工程での歩留まりが低下するため、０．００５０％を上限とする。下限は含有Ｎ量の０．６０倍以上とする。
【００２５】
Ｏはつまとび性に直接に影響すると同時に、Ｍｎ量と関連してほうろう密着性、耐泡・黒点性に影響する。これらの効果を発揮するには０．００５％は必要である。一方、Ｏ量が高くなると製鋼時のＢの添加歩留まりを低下させ、良好なＢ窒化物の状態を保てなくなり、加工性、時効性、耐泡・黒点性を悪くするので、上限を０．０５０％に特定する。好ましい範囲は０．０１０〜０．０４５％である。
【００２６】
なお、良好なほうろう特性を得るために必要なＯ量はＢ量の影響を受ける。従来のほうろう用鋼板では、Ｏは０．０２％程度は必要であったが、本発明範囲でＢを含有する鋼では、より少ないＯ量でも良好なほうろう特性を示し、特に耐つまとび性が良好となる。これはＢの存在が製鋼段階での酸化物の形態に影響を及ぼすためと考えられる。このことは過剰なＢ添加では必要Ｏ量が従来鋼と同程度まで上昇してしまうことからも推測される。Ｂ量がつまとび性に対する適正Ｏ量に及ぼす影響を図１に示す。
【００２７】
本発明での重要な条件がＢ窒化物の種類と量の制御であり、（ＢＮとして存在するＮ）／（ＡｌＮとして存在するＮ）＞１０．０、または（ＢＮとして存在するＮ）／（含有Ｎ）＞０．８０とする。好ましくは（ＢＮとして存在するＮ）／（ＡｌＮとして存在するＮ）＞２０．０、または（ＢＮとして存在するＮ）／（含有Ｎ）＞０．９０である。
【００２８】
この理由は明確ではないが、Ｎを窒化物それも焼鈍過程またはほうろう焼成過程において分解しにくいと思われる安定なＢ窒化物として固定することが耐時効性および耐泡・黒点性に有効であるためと考えられる。
【００２９】
ここで、（ＢＮとして存在するＮ）および（ＡｌＮとして存在するＮ）とは、鋼板をヨウ素アルコール溶液中で溶解したときの残宰中のＢおよびＡｌを分析し、これを全量ＢＮおよびＡｌＮとしてそれぞれＮ量に換算した値である。
【００３０】
またＢＮのサイズ分布も、耐時効性および耐泡・黒点性を向上させるための重要な因子である。本発明では、ＢＮ単独およびＢＮを含む複合析出物について直径０．００５μｍ以上０．５μｍ以下のもののうち直径が０．０１０μｍ以下であるものの個数の割合を１０％以下、または直径０．００５μｍ以上０．５μｍ以下のものの平均直径を０．０１０μｍ以上と制限する。
【００３１】
この理由は明確ではないが、Ｂ窒化物は焼鈍やほうろう焼成過程などの高温状態において安定とはいえ、０．０１０μｍ未満の微細なものは不安定で分解しやすいため、耐時効性や耐泡・黒点性を劣化させるものと考えられるためである。
【００３２】
この析出物の数および直径は、鋼板からＳＰＥＥＤ法によって得られた抽出レプリカを、電子顕微鏡にて観察し、偏りがない程度の視野について析出物の直径および数を計測し得られる値である。数視野を写真撮影し、画像解析等を行なうことでもサイズ分布を求めることができる。
【００３３】
対象とするＢＮの直径を０．００５μｍ以上とした理由は、微細な析出物の定量および定性分析は最新の測定技術をもってしても完全とは言えず、大きな誤差を生じやすいためである。
また対象とするＢＮの直径を０．５０μｍ以下とした理由は、本発明鋼で多量に含まれる粗大な酸化物中にＢが含有された場合、これを計測してしまい、対象とする窒化物の計測結果に誤差を与える可能性があるためである。
【００３４】
そのため、本発明では計測誤差がより小さくなることが期待できる大きさの析出物との関連で、請求範囲を特定する。
また、特にＭｎＳと複合析出したものでは、形状が延伸したものが見られる場合があるが、形状が等方的でないものについては、長径と短径の平均をその析出物の直径とする。
【００３５】
Ｃｕはほうろう前処理時の酸洗速度を抑制し、密着性を向上させる働きがあることが良く知られており、特に１回がけほうろうでＣｕの働きを引き出すため０．０２％程度添加することは、本発明の効果を阻害するものではない。しかし、本発明は固溶Ｃ，Ｎが極めて少ないので、酸洗抑制作用が強すぎると低酸洗時間域での密着性が低下するため、添加する場合にも上限は０．０４％程度にとどめるべきである。
【００３６】
Ｔｉ，Ｎｂなどの炭窒化物形成元素は、通常、特に深絞り性を向上させるため添加されるが、本発明鋼では添加しない。ただし、鉱石やスクラップなどから不可避的に含まれる程度の量であれば大きな悪影響はない。Ｔｉ，Ｎｂ以外にもＶ，Ｍｏ，Ｗおよびその他の炭窒化物形成元素の含有は考えられるが、Ｔｉ，Ｎｂの２種の元素で代表するものとすると、この量は２元素の合計で０．０１０％以下、好ましくは０．００６％以下である。
【００３７】
次に製造方法について説明する。
本発明における析出物の状態は、本発明の成分の鋼を鋳造後、熱延、冷延、スキンパスを行うに際し、これらを組み合わせることで得られる。望ましい条件は以下の通りである。
【００３８】
鋳造はどのような方法においても本発明の効果が得られる。上述のようにＢ窒化物を制御するには、熱延時のスラブ加熱温度および巻取り温度の影響が大きく、鋼片の再加熱温度を１０００〜１１５０℃、かつまたは巻取り温度を６５０〜７５０℃とするとＢＮの析出割合および析出物サイズ分布が本発明の範囲の中でもより好ましい方向に変化する。また、連続熱延のような熱延工程途中の粗圧延後にコイル状の鋼帯を高温保持することも有効である。
冷間圧延は深絞り性の良好な鋼板を得るためには６０％以上が望ましい。特に深絞り性を必要とする場合は、７５％以上とすることが好ましい。
【００３９】
焼鈍は箱焼鈍でも連続焼鈍でも本発明の効果は変わりなく、再結晶温度以上の温度であれば本発明の効果を発揮する。特に本発明の特徴である低コスト化という観点からは連続焼鈍が好ましい。本発明鋼は短時間焼鈍でも６３０℃で再結晶が完了するという特徴を有しているので、特に高温で焼鈍する必要はない。
【００４０】
スキンパス圧延は、鋼板の形状矯正または加工時の降伏点伸び発生を抑えるため行われる。圧延加工による加工性（伸び）の劣化を回避しつつ降伏点伸びを抑えるためには、通常圧下率０．６〜２％程度の範囲のスキンパスが行われるが、本発明鋼はスキンパスなしでも降伏点伸びの発生が抑えられ、また比較的高いスキンパス率においても加工性の劣化が小さい。このため本発明鋼のスキンパス範囲を５．０％以下とする。本発明では、スキンパス圧延をしない場合もあるので、前記「５．０％以下」の表現は、「０」を含むことを意味している。
【００４１】
【実施例】
表１に示した種々の化学組成からなる連続鋳造スラブを表２に示す条件で熱間圧延、冷間圧延、焼鈍、調質圧延を行った。鋼板の窒化物の状態を表２に、機械的特性およびほうろう特性を表３に示す。
【００４２】
機械特性は、ＪＩＳ５号試験片による引張り試験による。時効指数（ＡＩ）は１０％の予歪を引張により付与し、１００℃×６０分の時効前後の応力差である。
【００４３】
ほうろう特性は、表４に示した工程で評価した。ほうろう特性のうち、泡・黒点の表面特性は酸洗時間を２０分と長い条件を選び、その目視で評価した。ほうろう密着性は酸洗時間が３分と短い条件で評価した。また、ほうろう密着性は、通常行われているＰ．Ｅ．Ｉ．密着試験方法（ＡＳＴＭＣ３１３−５９）では密着性に差が出ないため、２kgの球頭の重りを１ｍ高さから落下させ、変形部のほうろう剥離状態を１６９本の触診針で計測し、未剥離部分の面積率で評価した。
【００４４】
耐つまとび性は、３枚の鋼板を酸洗時間３分、Ｎｉ浸漬なしの前処理を施し、直接一回かけ用釉薬を施釉、乾燥を行い、露点５０℃で８５０℃の焼成炉に３分間装入して焼成した後、１６０℃の恒温槽中に１０時間入れるつまとび促進試験を行い、目視でつまとび発生状況を判定した。
【００４５】
表３の結果から明らかなように、本発明の鋼板は加工性（伸び）が良好であり、かつ耐時効性も良好で、ほうろう特性も優れたほうろう用鋼板である。
【００４６】
【表１】

【００４７】
【表２】

【００４８】
【表３】

【００４９】
【表４】

【００５０】
【発明の効果】
本発明のほうろう用鋼板は、良好な加工性を有し、さらにほうろう用鋼板として必要な耐つまとび性、ほうろう密着性、表面特性の全てを満たしている。特に、従来の高酸素鋼のように脱炭または脱炭脱窒焼鈍を用いず、またＴｉ，Ｎｂ添加鋼のように高価な元素を用いなくとも加工性、耐時効性の優れた鋼板が製造できるのでコストの低減効果も大きく、工業的意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｂ量がつまとび性と鋼中Ｏ量に及ぼす影響を示す図。

Claims

質量％で、
Ｃ：０．００１８％以下、
Ｓｉ：０．０２０％以下、
Ｍｎ：０．１０〜０．３０％、
Ｐ：０．０１０〜０．０３５％、
Ｓ：０．０３５％以下、
Ａｌ：０．０１０％以下、
Ｎ：０．０００８〜０．００５０％、
Ｂ：０．００５０％以下かつ０．６Ｎ以上、
Ｏ：０．００５〜０．０５０％
を含有し、かつ
（ＢＮとして存在するＮ）／（ＡｌＮとして存在するＮ）：１０．０以上を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用鋼板。
質量％で、
Ｃ：０．００１８％以下、
Ｓｉ：０．０２０％以下、
Ｍｎ：０．１０〜０．３０％、
Ｐ：０．０１０〜０．０３５％、
Ｓ：０．０３５％以下、
Ａｌ：０．０１０％以下、
Ｎ：０．０００８〜０．００５０％、
Ｂ：０．００５０％以下かつ０．６Ｎ以上、
Ｏ：０．００５〜０．０５０％
を含有し、かつ
（ＢＮとして存在するＮ）／（含有Ｎ）：０．８０以上
を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用鋼板。
質量％で、
Ｃ：０．００１８％以下、
Ｓｉ：０．０２０％以下、
Ｍｎ：０．１０〜０．３０％、
Ｐ：０．０１０〜０．０３５％、
Ｓ：０．０３５％以下、
Ａｌ：０．０１０％以下、
Ｎ：０．０００８〜０．００５０％、
Ｂ：０．００５０％以下かつ０．６Ｎ以上、
Ｏ：０．００５〜０．０５０％
を含有し、かつ直径０．００５μｍ以上０．５０μｍ以下のＢＮ単独またはＢＮを含む複合析出物の平均直径が０．０１０μｍ以上、または直径０．００５μｍ以上０．５０μｍ以下のＢＮ単独またはＢＮを含む複合析出物のうち直径が０．０１０μｍ以下であるものの個数の割合が１０％以下を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用鋼板。
鋳片を、熱間圧延したのち、５％以下でスキンパス圧下することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用熱延鋼板を製造する方法。
鋳片を、熱間圧延し、冷延率６０％以上で冷間圧延したのち、再結晶温度以上の温度で焼鈍し、５％以下でスキンパス圧下することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用冷延鋼板を製造する方法。
鋳片を、スラブ加熱温度：１０００〜１１５０℃で熱間圧延することを特徴とする請求項４または５に記載の加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用鋼板を製造する方法。
鋳片を熱間圧延し、６５０〜７５０℃で巻取ることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の加工性、時効性およびほうろう特性が優れたほうろう用鋼板を製造する方法。