(57)【要約】【課題】  従来の深絞り用冷延鋼板は、高い平均ｒ値が得られるものの、ｒ値の面内異方性も同時に小さくすることは困難であった。そのため、加工度の高い深絞り加工等を行うと、カップ成形は可能であっても、加工後の寸法精度、特にカップの縦壁部の板厚精度は機械部品の仕様を満足できないことがあった。【解決手段】  深絞り用冷延鋼板を６０％以下の冷間圧延率で製造することにより、平均ｒ値は大きくならないが、ｒ値の面内異方性が小さい材料とすることができる。これをカップ成形の素材として用いると、寸法精度が極めて良好な機械部品が得られる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．００７０％、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：０．０５〜２．５％、Ｐ：０．００２〜０．１％、Ｓ：０．００１〜０．０２０％以下、Ｎ：０．００７％以下、さらにＴｉ：０．００５〜０．２％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、｜ｒL−ｒB｜≦０．１、｜ｒＣ−ｒB｜≦０．１であることを特徴とするカップ成形後の寸法精度に優れる冷延鋼板。
【請求項２】
さらに、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｖ：０．００５〜０．０５％の１種または２種、及びＣｒ：０．０５〜０．５％を含有することを特徴とする請求項１に記載のカップ成形後の寸法精度に優れる冷延鋼板。
【請求項３】
前記冷延鋼板の表面に、電気亜鉛めっきまたは電気亜鉛−ニッケル合金めっき層を有することを特徴とする請求項１または２に記載のカップ成形後の寸法精度に優れるめっき鋼板。
【請求項４】
表面粗さが、Ｒａ≧０．１５μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のカップ成形後の寸法精度に優れる冷延鋼板。
【請求項５】
表面粗さが、Ｒａ≧０．１５μｍであることを特徴とする請求項３に記載のカップ成形後の寸法精度に優れるめっき鋼板。
【請求項６】
質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．００７０％、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：０．０５〜２．５％、Ｐ：０．００２〜０．１％、Ｓ：０．００１〜０．０２０％以下、Ｎ：０．００７％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．１％以下、さらにＴｉ：０．００５〜０．２％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、加熱温度：１０００〜１２５０℃、仕上げ温度：（Ａｒ３点−２０）〜９２０℃、巻取り温度：５００〜７３０℃で熱間圧延を施し、圧下率：３０〜６０％の冷間圧延を行い、さらに６００〜９００℃で連続焼鈍を施した後、伸び率２％以下の調質圧延を行うことを特徴とする、請求項１または２または４に記載のカップ成形後の寸法精度に優れる冷延鋼板の製造方法。
【請求項７】
前記冷延鋼板の製造方法において、調質圧延に先立って電気亜鉛めっきまたは電気亜鉛−ニッケル合金めっきを施すことを特徴とする、請求項３または５に記載のカップ成形後の寸法精度に優れるめっき鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深絞り加工やしごき加工等によりカップ状に成形される機械部品の素材として好適な、成形後の部品の寸法精度に優れる冷延鋼板またはめっき鋼板と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板を素材としてカップ状に成形して製造される機械部品は、その加工方法として深絞り加工やしごき加工等が採用されることが多い。深絞り加工やしごき加工では、加工中に材料の板厚減少が起こりやすく、それによる加工割れが懸念されることから、成形性のよい材料として平均ｒ値が高いことが必要とされ、そのため素材としていわゆる深絞り用冷延鋼板が用いられる。そして、深絞り用冷延鋼板は、極低炭素鋼板または低炭素Ａｌキルド鋼板にバッチ焼鈍を施すか、極低炭素鋼にＴｉやＮｂを添加して鋼中に固溶しているＣやＮを完全に固定したいわゆるＩＦ鋼を連続焼鈍して製造する。いずれの場合も、高い平均ｒ値を得るため、焼鈍前には、通常５０％を超える高い圧延率の冷間圧延を施すことが一般的であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−９１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようにして製造された深絞り用冷延鋼板は、高い平均ｒ値が得られるものの、ｒ値の面内異方性を小さくすることは困難であった。そのため、加工度の高い深絞り加工等に供すると、カップ成形は可能であっても、加工後の寸法精度、特にカップの縦壁部の板厚精度は機械部品の仕様を満足できないことがあった。
【０００５】
高い平均ｒ値を保持したまま、面内異方性も改善する技術は、発明者らが特許文献１に開示している。しかし、この技術においても冷間圧延率を６０％以上とする必要があるため、板厚が比較的厚い鋼板であって、面内異方性を改善した素材鋼板を得ることは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、カップ成形を深絞り加工で行うに際し、深絞り加工に続いてしごき加工を含む多段の加工を行う場合には、その素材は必ずしも平均ｒ値が高い材料でなくても加工割れを起こすことなくカップ成形が可能であることを知見した。そして、この場合、冷間圧延率を６０％以下としてｒ値の面内異方性が小さい材料をカップ成形の素材として用いることにより、加工後の寸法精度を極めて良好にすることが可能であることを見出した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に従う冷延鋼板はｒ値の面内異方性が極めて小さいため、深絞り加工に続いてしごき加工を行ってカップ状に成形すると、加工後の寸法精度が非常に良好な機械部品が得られる。また、その冷延鋼板の表面に電気亜鉛めっき等のめっきを被覆してもよい。
また、本発明に従う製造方法は、製品である冷延鋼板の平均ｒ値を高くする必要がないことから、製造工程において高温巻取りや高冷間圧延率とする必要がなく、製造が容易になり、かつ製造コストの低減も図れる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明における冷延鋼板の化学成分、その効果、及び含有量を規定する理由について説明する。
【０００９】
Ｃ：０．０００５〜０．００７０％
Ｃは、深絞り性および延性を向上させるためには、少ないほどよく、また、面内異方性を小さくするためにも少ないほどよい。実用上、本発明の効果を損なわない範囲として０．０００５〜０．００７０％とした。
【００１０】
Ｓｉ：１．５％以下
Ｓｉは表面性状、加工性、めっき性に悪影響を及ぼす元素であり、Ｓｉの増加に伴ってｒ値が低下する方向にある。しかし、比較的延びの低下が小さいままで強度を増加させるのに有効な元素であるので鋼の強化元素として使用されるが、１．５％を超えると表面性状の劣化が著しくなる。したがって、その上限を１．５％以下とした。
【００１１】
Ｍｎ：０．０５〜２．５％
ＭｎはＳによる熱間脆性を防止するために有効な元素である。その効果を得るためには０．０５％以上の添加が必要である。ただし、多量に添加すると鋼板が硬化するばかりでなく加工性が劣化する。その上限を２．５％以下とした。
【００１２】
Ｐ：０．００２〜０．１％
ＰはＳｉと同様に必要とする強度に応じて添加量が調整される。しかし、加工性やめっき性に悪影響を及ぼす元素であるため、その上限を０．１％以下とした。
【００１３】
Ｓ：０．００１〜０．０２０％
Ｍｎと結合すると非金属性介在物が生成し、プレス成形時に加工割れの起点となる欠陥を発生させる有害な元素である。また、ＴｉＳを形成することからＣの固定に必要なＴｉ含有量を増大させコストの上昇を招く。よって、通常不可避的に含まれる０．０２％までは許容することとし、上限０．０２％以下にした。
【００１４】
Ｎ：０．００７％以下
Ｎは加工性に有害な元素であり極力少ない方が望ましい。そのため、０．００７％以下の範囲とした。
【００１５】
Ｔｉ：０．００５〜０．２％
Ｔｉは鋼中の固溶Ｃ、Ｓ、Ｎを析出物として固定して固溶Ｃ、Ｓ、Ｎを無くし、加工性の改善に有効な元素である。しかし、Ｔｉ含有量が０．００５％未満ではその効果に乏しく、一方０．２％を超えて添加してもその効果が飽和するとともにかえって延性の低下を招く。
【００１６】
Ｎｂ：０．００５〜０．０５％
本発明において、Ｎｂは選択元素である。
ＮｂもＴｉと同様に、鋼中の固溶Ｃ、Ｎを析出物として固定して、加工性の改善に有効な元素である。また、ＮｂとともにＮｂを複合添加すると、複合析出物を形成し、比較的粗大な析出物とすることにより加工性が改善される。この効果を発揮させるためには、０．００５％以上の添加が必要である。しかし、０．０５％を超えて添加すると、その効果が飽和するとともにかえって延性の低下を招く。
【００１７】
Ｖ：０．００５〜０．０５％
本発明において、Ｖは選択元素である。
Ｖは、鋼の強度を向上させるのに有効な元素である。しかし、０．０５％を超えて添加するとかえって延性の低下が大きくなるとともにコストの上昇を招く。
【００１８】
Ｃｒ：０．０５〜０．５％
本発明において、Ｃｒは選択元素である。
Ｃｒは、高強度化だけではなく、延性を向上させるのにも有効な元素である。しかし、この効果を発揮させるためには、０．０５％以上の添加が必要である。また、０．５％を超えて添加しても延性の低下を招くとともにコストの上昇を招く。
【００１９】
｜ｒL−ｒB｜≦０．１、｜ｒＣ−ｒB｜≦０．１
ｒ値の面内異方性を範囲に限定することにより、この｜ｒＬ−ｒＢ｜≦０．１、｜ｒＣ−ｒＢ｜≦０．１の範囲に限定することにより、深絞り加工時のフランジ部の縮み変形が均一化されることに起因して、加工後の寸法精度が良好となる。
なお、ここでｒL、ｒBおよびｒＣ  は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２５４に規定されている塑性ひずみ比であり、それぞれ次のとおりである。
ｒL  ：  試験片を板面の圧延方向に対し平行に採取し測定した塑性ひずみ比
ｒB  ：  試験片を板面の圧延方向に対し４５°方向に採取し測定した塑性ひずみ比
ｒＣ
：  試験片を板面の圧延方向に対し９０°方向に採取し測定した塑性ひずみ比
【００２０】
表面粗さ（Ｒａ）≧０．１５μｍ
プレス成形される鋼板に対しては、鋼板の表面粗さを適切に調整することが必要である。すなわち、鋼板の表面粗さが、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に規定されるＲａが０．１５μｍ未満では、プレス成形時の潤滑油の保持が不十分となり、部分的に摺動性が劣化し、プレス成形後の寸法精度が劣化したり加工割れ等の成形不良を招く。したがって、平均表面粗さＲａは０．１５μｍ以上にする必要がある。
【００２１】
めっき種：電気Ｚｎめっき、電気Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき
めっきは、耐食性を向上させるために施す。めっき条件に特に規定はなく、調質圧延前に電気めっきラインにより行う。めっき種としては、電気Ｚｎめっき、または電気Ｚｎ−Ｎｉ合金めっきが好ましい。本発明に従うめっき鋼板は、めっきを施しても下地鋼のｒ値の面内異方性が損なわれることはなく、カップ成形後の寸法精度に優れためっき鋼板が得られる。
【００２２】
また、本発明の冷延鋼板またはめっき鋼板を製造するための方法について説明する。
【００２３】
熱間圧延仕上げ温度：（Ａｒ３−２０）〜９２０℃
熱間圧延仕上げ温度は、熱延鋼板でのフェライト組織を決定する。（Ａｒ３−２０）℃以下の温度域（フェライト＋オーステナイトの２相域）で熱間圧延を行うと、鋼板に混粒組織が生じ鋼板の均一性が損なわれて、結果として冷延鋼板の機械特性の面内異方性が増加し、成形加工後の寸法精度の劣化を招くことになる。また９２０℃を超えると熱延鋼板の粒径が粗くなって、加工時に表面肌荒れ（オレンジピール）が発生する。
【００２４】
巻取り温度：５００〜７３０℃
巻取り温度が５００℃に満たない低温巻取りでは、組織が過度に微細化し、また、一部にベイナイト変態が生起し加工性を悪くする。一方、７３０℃を超えると鋼板表面のスケール生成が顕著化し脱スケール性の悪化により、表面性状が劣化する原因となる。
【００２５】
冷間圧延率：３０〜６０％
冷間圧延の目的は、所定の板厚にするとともに、圧延集合組織を発達させ、次の焼鈍工程での再結晶組織において面内異方性を最小化するように集合組織ランダムにすることにある。そのためには、３０〜６０％の冷延率で加工することが望ましい。３０％未満の冷延率では、焼鈍後の結晶粒径が粗大となり、加工時に表面肌荒れを生じる。また６０％を超えると、平均ｒ値が大きくなるとともに集合組織が発達するため、従来の深絞り用鋼板としては好ましいが、ｒ値の面内異方性を生じてしまう。そのため、｜ｒＬ−ｒＢ｜≦０．１、｜ｒＣ−ｒＢ｜≦０．１を得られない。従って、その下限を３０％、上限を６０％とした。
【００２６】
連続焼鈍：焼鈍温度６００〜９００℃
冷間圧延後は再結晶焼鈍を行う。再結晶焼鈍は、フェライトの集合組織を制御して面内異方性の小さい冷延鋼板を製造する上で不可欠な工程である。そのためには、６００〜９００℃の温度範囲で焼鈍を行い、フェライトを再結晶させるのが望ましい。再結晶温度６００℃以下では、再結晶が十分に発達せず未再結晶粒が残存し、加工性や表面性状の劣化等を招く。また９００℃以上の焼鈍温度はコストの上昇招くので好ましくない。
【００２７】
調質圧延：伸び率２％以下
調質圧延は、板形状の調整および表面粗さ調節のために行う。調質圧延の伸び率は、２％以下で行うのが望ましい。２％を超えると加工硬化によってプレス成形が低下する。
また、調質圧延に用いるワークロールは、その表面粗さが適宜異なるものを用いることにより、本発明の冷延鋼板またはめっき鋼板の表面粗度を変化させる。
【実施例１】
【００２８】
表１に示す成分の鋼を溶製した。この供試材を連続鋳造ラインで鍛造してスラブとした後、１２５０℃で加熱し、表２で示す条件で熱間圧延、冷間圧延、連続焼鈍、電気めっきを施して板厚１．２ｍｍの冷延鋼板または電気めっき鋼板を製造した。なお、表面粗さの調整は、調質圧延機のワークロールの表面粗さを適宜制御することで調整した。
【００２９】
得られた鋼板について、加工性とカップ成形後の寸法精度を調査した。
加工性の調査は次の手順で行った。  まず製造した冷延鋼板またはめっき鋼板より、試験片の長手方向がそれぞれ圧延方向に対して０°方向、９０°方向、および４５°方向となるようにＪＩＳ５号引張試験片を採取しｒ値を測定した。そのｒ値から、｜ｒL−ｒB｜と｜ｒＣ−ｒB｜を求めて評価した。表３に、その結果を示している。なお、表３では、０°方向、９０°方向、および４５°方向を、それぞれＬ方向、Ｂ方向、Ｃ方向と表記している。
【００３０】
カップの寸法精度の調査は、次のとおりである。  製造した冷延鋼板またはめっき鋼板から６５ｍｍφのブランクを打抜き、次の工程による３段の絞りしごき加工を施した。
第１段：  肩Ｒ：２．０ｍｍ、径：４０ｍｍのポンチ、クリアランス：１．２ｍｍ
第２段：  肩Ｒ：１．０ｍｍ、径：３６ｍｍのポンチ、クリアランス：１．１ｍｍ
第３段：  肩Ｒ：０．５ｍｍ、径：３３ｍｍのポンチ、クリアランス：１．０ｍｍ
この工程を経て、外径がφ３５．２ｍｍの円筒状カップに成形した。潤滑には、ＪＩＳＫ２２１４に規定するマシン油を塗布した。最終的な縦壁部の板厚は１．０ｍｍ、カップの高さは、およそ３０〜３５ｍｍとなった。
【００３１】
次に、成形したカップについて、カップ底から１５ｍｍの位置で、角度１５°刻みにカップの直径を測定し、その最大値と最小値の差を真円度とした。なお、真円度が０．０２ｍｍ以下となるものを合格と評価した。試験結果は、表３にまとめて示している。
【００３２】
この結果から明らかなように、本発明に従う冷延鋼板またはめっき鋼板は、カップ成形後の寸法精度に極めて優れている。
【００３３】
【表１】
2010235991.tif 000002
【００３４】
【表２】
2010235991.tif 000003
【００３５】
【表３】
2010235991.tif 000004