(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、燐（Ｐ）：０．０４０％ 以下、銅（Ｃｕ）：０．０４％以上０．４０％未満および錫（Ｓｎ）：０．０１５〜０．０４０％を含有し、かつ、Ｃｕ＋１０×Ｓｎ≦０．４０％ 、Ｐ＋Ｓｎ≦０．０６０％の組成を有する鋼を溶製した後、連続鋳造によってスラブを鋳造し、次いで前記連続鋳造によって製造されたスラブを再加熱圧延法あるいは直接圧延法により、Ａｒ3 変態点以上の仕上温度で熱間圧延を行ない、このようにして得られた鋼帯を４００〜５５０℃での温度範囲内で巻取ることを特徴とする遷移温度が−７０℃以下である耐二次加工性および表面品質に優れた、Ｂを含有しないプレス成形用熱延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、鉄源として鉄スクラップを使用した耐二次加工性および表面品質に優れたプレス成形用熱延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】
近年、廃棄された食缶および自動車などの市中屑と呼ばれる低品位の鉄スクラップの量が増加し、製鉄業においては環境問題対策上、鉄源としてこのような鉄スクラップを使用する必要性が高まりつつある。しかしながら、鉄スクラップ中に含有されるＣｕ、Ｓｎ、Ｍｏ、ＮｉおよびＣｒなどの所謂トランプエレメントは、Ｆｅより酸化され難いため、現在の製鉄プロセスにおいては殆ど除去されず鋼中に残存し、鋼材の製造性や材質、更には表面品質特性に悪影響を及ぼすことが指摘されている（例えば、特開平４−１６２９４３号公報、特開平４−３７１５２８号公報および特開平６−１９８３０４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、従来技術においては、耐食性、強度および表面特性の改善を目的として意識的にＣｕ、ＣｒおよびＮｉ等の元素を有用な元素として添加する場合を除けば、トランプエレメントは一般には鋼中には含有されておらず、鉄スクラップの使用には種々の制約を伴っていた。
【０００４】
更に、Ｃｕ、Ｓｎなどのトランプエレメントが多く含有すると、鋼材の表面品質が劣化するだけでなく、Ｓｎを多く含有する場合やＰとＳｎとを複合で多く含有する場合は、その鋼を用いて製造した熱延鋼板において、深絞りを主体としたプレス成形後押し広げや口絞りなどの二次加工を施すと、二次加工割れと呼ばれる粒界脆性破壊を生じ易くなるということが懸念される。
【０００５】
一方において、上述した環境問題対策上から、食缶および自動車などから発生する、トランプエレメントを含有した鉄スクラップを製鋼原料として熱延鋼板を製造することが要請されているが、この場合、二次加工性および表面品質が劣化しないようにすることが重要な課題となっている。
【０００６】
この発明の目的は、鉄スクラップを原料として、例えば、１０％以上の割合で配合して溶製し、鋼成分中にＣｕ、ＳｎおよびＰを多く含有した鋼を用いた場合でも、耐二次加工性および表面品質に優れたプレス成形用熱延鋼板及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決したものであり、その要旨は以下のとおりである。
１）重量％で、燐（Ｐ）：０．０４０％ 以下、銅（Ｃｕ）：０．０４％以上０．４０％未満および錫（Ｓｎ）：０．０１５〜０．０４０％を含有し、かつ、Ｃｕ＋１０×Ｓｎ≦０．４０％ 、Ｐ＋Ｓｎ≦０．０６０％の組成を有する鋼を溶製した後、連続鋳造によってスラブを鋳造し、次いで前記連続鋳造によって製造されたスラブを再加熱圧延法あるいは直接圧延法により、Ａｒ3 変態点以上の仕上温度で熱間圧延を行ない、このようにして得られた鋼帯を４００〜５５０℃での温度範囲内で巻取ることを特徴とする遷移温度が−７０℃以下である耐二次加工性および表面品質に優れた、Ｂを含有しないプレス成形用熱延鋼板の製造方法。
【００１１】
【作用】
この発明の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述べる。
（１）Ｐ：
ＰはＳｎと共に二次加工性を劣化させる元素であり、その含有量が０．０４０％超では、鋼板のプレス成形後に二次加工割れと呼ばれる粒界脆性破壊を生じさせる。その原因は結晶粒界に偏析し、粒界強度を低下させることにある。従って、Ｐの含有量は０．０４０％以下に限定した。また、Ｓｎと共存する場合は著しく二次加工性を劣化させ、Ｐの含有量が０．０４０％以下であっても、Ｐ＋Ｓｎが０．０６０％を超えると脆性破壊性が生じ易くなるので、以下に述べるＢを添加しない場合、Ｐ＋Ｓｎは０．０６０％以下に限定される。
【００１２】
（２）Ｃｕ：
Ｃｕはトランプエレメントとして含有される元素であるが、鉄源として鉄スクラップを使用しない場合でも、最大０．０４％のＣｕが含有されることがあることから、Ｃｕ含有量の下限値は０．０４％と限定される。また、Ｃｕはその含有量が多いとＣｕ疵と呼ばれる表面疵が発生し、表面品質が劣化しやすくなる。鋼を鋳造後高温のスラブを一旦室温又は８００℃以下に冷却し、それを１０００℃以上に再加熱後に粗圧延と熱間圧延を行うプロセス（再加熱圧延法）では、Ｃｕを含有したスラブを長時間酸化雰囲気で加熱すると、Ｃｕは酸化されないためにスケール直下に濃化して、Ｃｕ富化相が形成される。そして、このＣｕ富化相の融点は比較的低いため、通常のスラブ加熱温度である１０５０℃以上ではＣｕ富化相は融液となり、これがオーステナイト粒界に浸透して熱間圧延時に表面割れ、即ち、Ｃｕ疵を発生させ、表面品質を劣化させる。したがって、本発明は、上記機構によりＣｕ疵が発生するのを防止するために、Ｃｕの含有量が０．４０％未満とした。
【００１３】
Ｃｕに加うるに、Ｓｎも含有される鋼板においては、Ｃｕ富化相にＳｎが濃化しそのＣｕ富化相の融点が低下するため、Ｃｕを含有しＳｎを含有しない鋼板よりもＣｕ疵が発生し易くなり、大幅に表面品質が劣化する。図１に示すようにＣｕ＋１０Ｓｎの値が０．４％超では、鋼板表面にＣｕ疵が発生する。
【００１４】
従って、Ｃｕ含有量は０．４％未満であって、しかも、ＣｕとＳｎの含有量の間に、Ｃｕ＋１０Ｓｎ≦０．４％の関係が満たされるようにＣｕの含有量を限定した。
【００１５】
一方、スラブを冷却なしに直接熱間圧延するプロセスでは、スラブの再加熱工程が省略されるため、スラブ表面の酸化の程度が非常に軽度であり、当然、上記範囲のＣｕとＳｎの含有量であれば表面疵が全く問題とならない。
【００１６】
（３）Ｓｎ：
Ｓｎは、トランプエレメントとして含有される元素であり、鉄源として鉄スクラップを使用すれば必然的に含有されるが、０．０１５％未満では通常の熱延条件で良好な耐二次加工性が得られる。ところが、Ｓｎ含有量が０．０１５％以上となると、Ｓｎは結晶粒界に偏析して粒界を脆化させ、耐二次加工性を劣化させることから、本発明の熱延条件との組合せが必要となる。一方、Ｓｎ含有量が０．０４０％を越えると、本発明の熱延条件との組合せでも良好な耐二次加工性を確保できなくなる。このため、本発明におけるＳｎ含有量の範囲は０．０１５〜０．０４０％に限定される。
【００１７】
更に、Ｐと共存すると耐二次加工性を著しく劣化させ、Ｐ＋Ｓｎは０．０６０％超では良好な耐二次加工性が得られないことから、Ｐ＋Ｓｎは０．０６０％以下に限定される。
【００１８】
加うるに、Ｃｕが含有される鋼板においては、上述した現象と同様、Ｃｕ富化相にＳｎが濃化しそのＣｕ富化相の融点が低下するため、Ｓｎを含有しＣｕを含有しない鋼板よりもＣｕ疵が発生し易くなり、大幅に表面品質が劣化する。
【００１９】
従って、Ｓｎの含有量は０．０４０％以下に限定し、しかも、ＣｕとＳｎの含有量の間に、Ｃｕ＋１０Ｓｎ≦０．４０％の関係が満たされるようにＳｎの含有量を限定した。このＣｕとＳｎの含有量の範囲であれば、上記理由により、再加熱熱延法、直接熱延法のいずれにおいても表面疵のない良好な表面品質が得られる。
【００２０】
（４）Ｂ：
Ｂは結晶粒界に偏析し粒界強度を向上させ、耐二次加工性の向上効果を有する。この結果、熱延条件（巻取温度）をＢを添加しない場合に比べて緩和することができる。この効果を十分発揮させるために、Ｂの含有量は０．０００３％以上を必要とする。しかし、過剰の添加は熱間変形抵抗を増加させ圧延しにくくなるので、０．００５０％以下に限定される。
【００２１】
鋼の成分調整は、鉄スクラップとともに冷銑や還元鉄等を鉄源とすることにより行う。鉄スクラップの配合割合は、本発明の目的を考慮して、トータルの鉄源の１０％以上用いるのが好ましい。鉄スクラップの組成に依存するが、通常４０〜１００％添加することにより、鋼を目的の化学組成とすることができる。
【００２２】
上記の鉄源を転炉法、電気炉法、その他の製法により溶解、精錬した後、連続鋳造によってスラブを鋳造する。スラブは厚さ２００ｍｍ程度の通常の方法以外に厚さ５０ｍｍ程度の薄スラブを用いてもよい。
【００２３】
次に、この発明の鋼板の製造方法の限定理由について述べる。
まず、連続鋳造によって製造したスラブは、再加熱圧延法または直接圧延法のいずれも適用できる。この理由は、Ｃｕ含有量が０．０４％以上０．４０％未満、さらにＣｕ＋１０Ｓｎ≦０．４０％と低いので、いずれの方法によってもＣｕ疵の発生を阻止し、良好な表面品質が得られるためである。
【００２４】
熱間圧延の仕上温度については、仕上温度がＡｒ３  変態点未満の温度では、鋼板のフェライト粒に歪みが加わり、混粒組織となり延性が劣化し、プレス成形性が低下することから、仕上温度はＡｒ３  変態点以上が必要となる。好適には、８００℃〜９００℃である。
【００２５】
巻取温度については、Ｂを含有しない場合、４００〜５５０℃とする。５５０℃を越えると、結晶粒が粗大化して、ＰやＳｎが結晶粒界に偏析して、遷移温度が高くなり、耐二次加工性が劣化する。４００℃未満では、鋼帯の形状が悪くなるという問題が生じる。
【００２６】
他方、Ｂを含有する場合、ＰやＳｎが結晶粒界に偏析してもＢが結晶粒界に同時に偏析して、結晶粒界の結合強度を高める。このため、巻取温度はＢを含有しない場合に比べて、高めに設定することが可能となる。ただし、７００℃を越えた温度で巻取ると、結晶粒が粗大化し、伸び特性が著しく劣化する。このため、巻取温度は７００℃以下とする。好適には、５５０℃〜７００℃である。
【００２７】
このようにして得られた熱延鋼板は耐二次加工性に優れている。そこで、この発明での熱延鋼板の耐二次加工性の評価方法を述べる。まず、試験材を１１０ｍｍφのブランクに加工後、５０ｍｍφ−１０ｍｍＲの円筒ポンチでカップに絞る。そして、４０ｍｍの高さで耳を切り落とした後、種々の温度に保持しながら円錐コーンを用いて押し拡げ試験を行い、脆性割れの有無を調査する。これをもとに、破壊が延性割れから脆性割れに移る温度すなわち遷移温度により耐二次加工性を評価する。すなわち、遷移温度が低いほど耐二次加工性が優れていると判断できる。なお、実用的な観点からは、この試験条件では遷移温度が−７０℃以下であればプレス成形用鋼板として問題が生じることはないことが経験的に分かっている。従って、本発明において、優れた耐二次加工性とは、上記評価方法において測定した場合の遷移温度が−７０℃以下のものをいう。
【００２８】
なお、深絞り加工などのプレス成形に供する素材として、一般にＣ含有量は０．２０％以下の低炭素鋼が対象となる。
上記の成分限定及び熱延温度の巻取温度は、以下の実験等に基づいて見出されたものである。
【００２９】
すなわち、表１に示した化学成分組成を有する鋼Ｔ１（Ｂを含まず、またＰ，Ｓｎの含有量が本発明より少ない）およびＴ２（Ｂを含まず、またＰ，Ｓｎの含有量が本発明の範囲）、Ｔ３（Ｂを含み、Ｐ，Ｓｎの含有量が本発明の範囲）を電気炉で溶製した後、連続鋳造で板厚２００ｍｍのスラブに鋳造した。次に、そのスラブを１２００℃に再加熱し、次いで粗圧延および８７０℃前後での仕上圧延を経て、図２の横軸に示す各種温度で巻き取り、熱延鋼板を製造した。このようにして得られた厚さ３．２ｍｍの熱延鋼板に対して、１％の調質圧延を施した鋼板から試験材を採取し、１１０ｍｍφのブランクに加工後、５０ｍｍφ−１０ｍｍＲの円筒ポンチでカップに絞った。そして、４０ｍｍの高さで耳を切り落とした後、種々の温度に保持しながら円錐コーンを用いて押し拡げ試験を行い、脆性割れの有無を調査した。これをもとに、延性割れから脆性割れに移る温度すなわち遷移温度により耐二次加工性を評価した。すなわち、遷移温度が低いほど耐二次加工性が優れていると判断できる。
【００３０】
図２は、上記試験で得られた巻取温度と遷移温度との関係を示すグラフである。同図から明らかなように、Ｔ１は７００℃以下であれば、どの巻取温度でも−７０℃以下の遷移温度を示すが、Ｔ２では−７０℃以下の遷移温度を得るには、４００〜５５０℃の範囲に巻取温度を制御することが必要となる。
【００３１】
一方、Ｂを含有する鋼Ｔ３については、巻取温度が７００℃以下の広い温度範囲で−７０℃以下の遷移温度を示している。
上記において、Ｔ１が７００℃以下であれば、どの巻取温度でも良好な耐二次加工性を示すのは、ＰおよびＳｎの含有量が十分に低く、結晶粒界へのＰおよびＳｎの偏析量が少ないことによる。一方、ＰおよびＳｎの含有量がやや多く、本発明の範囲にあるＴ２が、４００〜５５０℃の巻取温度範囲で遷移温度が低く、耐二次加工性が良好なのは、その温度範囲で巻取ることにより、結晶粒界へのＰやＳｎの偏析が抑制されることによると考えられる。
【００３２】
また、上記において、Ｔ３の巻取温度が７００℃以下の通常の温度範囲でも良好な耐二次加工性が得られるのは、ＰやＳｎが結晶粒界に偏析しても、Ｂが結晶粒界に同時に偏析して結晶粒界の結合強度を高めるためと考えられる。
【００３３】
Ｔ２においては、巻取温度が４００〜５５０℃の温度範囲内において優れた耐二次加工性が得られ、これに対し、Ｔ３においては、巻取温度が７００℃以下の温度範囲内であればどの温度でも優れた耐二次加工性が得られた。
【００３４】
従って、ＰやＳｎの含有量がやや多くなると、熱間圧延における熱延鋼板の巻取温度は、Ｂを含有しない鋼の場合は４００〜５５０℃とし、Ｂを含有する鋼の場合は操業のし易い通常の巻取温度である、７００℃以下の温度範囲内とすべきである。
【００３５】
なお、７００℃以上で巻取ると耐二次加工性が劣化するのは、結晶粒が粗大化し、伸び特性が低下しプレス成形性自体が劣化するためである。
なお、深絞り加工などのプレス成形に供する素材として、一般にＣ含有量は０．２０％以下の低炭素鋼が対象となる。
【００３６】
【実施例】
次に、この発明の実施例を比較例と対比しながら説明する。
平均的にＣｕ：０．４％、Ｓｎ：０．０４％を含有する低品位の鉄スクラップを冷銑や還元鉄などに加えて鉄源とした。ここで、鉄スクラップは、トータルの鉄源の１０％以上の配合割合として目的の化学組成の鋼を得るようにした。表２に示すように各種組成の鋼（この発明の範囲内の化学成分組成を有する本発明例Ｎｏ．１〜８および、比較例Ｎｏ．１〜４、並びに、発明の範囲外の化学成分組成を有する比較例Ｎｏ．５〜７）を電気炉にて溶製し、次いで連続鋳造法によって厚さ２００ｍｍのスラブを鋳造した。次いで、このようにして得られた高温のスラブを、６００℃に冷却した後、１２００℃に再加熱し、次いで粗圧延およびＡｒ３  変態点以上の仕上温度で熱間圧延を行った。この場合、表３に示したように、本発明例Ｎｏ．１〜８のスラブに対してはこの発明の範囲内の巻取温度条件で、また、比較例Ｎｏ．１〜４のスラブに対しては発明の範囲外の巻取温度条件、比較例Ｎｏ．５〜７のスラブに対しては発明の範囲内の巻取温度条件で行ない、板厚３．２ｍｍの熱延鋼帯を調製し、このようにして得られた熱延鋼帯に対して１％の調質圧延を施すことによって熱延鋼板を製造した。
【００３７】
上記のようにして製造された熱延鋼板から試験材を採取し、引張試験片（ＪＩＳ５号試験片）により、強度、伸び測定試験および前述の条件で耐二次加工性を評価した。また、熱延鋼板の表面品質試験を行なった。その結果を表３に併記した。
【００３８】
耐二次加工性の評価は遷移温度が−７０℃以下を良好（○印）、−７０℃超を不良（×印）とし、表面品質の試験については、熱延鋼板の表面疵発生の有無を検査し、発生無しを○印で、発生有りを×印で評価した。
【００３９】
表２および表３から下記事項が明らかとなった。
比較例Ｎｏ．１〜４では、熱延鋼帯の巻取温度が、この発明の範囲外の高い温度であったため、いずれの鋼板も、遷移温度が−７０℃よりも高温であり、耐二次加工性が劣っていた。
【００４０】
比較例Ｎｏ．５はＳｎが、また、比較例Ｎｏ．６はＰ＋Ｓｎが発明の範囲外に過多であったため、巻取温度が発明の範囲内であったが、耐二次加工性が劣っていた。比較例Ｎｏ．７はＣｕ＋１０×Ｓｎがこの発明の範囲外に過多であったため、熱延鋼板に表面疵が発生し、表面品質が劣化した。
【００４１】
本発明例Ｎｏ．７および８は、Ｂを添加した鋼であり、Ｂの無添加鋼である比較例Ｎｏ．１〜５と比較して、同様に高温で巻取っているにもかかわらず、耐二次加工性が良好でありＢを添加した効果が明らかである。
【００４２】
これに対して、鋼の化学成分組成および製造条件がこの発明の範囲内である本発明例Ｎｏ．１〜８はいずれも、耐二次加工性および鋼板表面品質について優れた熱延鋼板が得られた。
【００４３】
以上のように、鋼の化学成分組成および製造条件が１つでもこの発明の範囲外である熱延鋼板は、耐二次加工性および表面品質において劣化したのに対し、すべての条件がこの発明の範囲内である熱延鋼板は、耐二次加工性および表面品質のいずれにおいても優れており、プレス成形用鋼板として十分な性能を有していた。
【００４４】
上記実施例における鉄スクラップの使用割合はトータルの鉄源に対して１０％以上の場合であるが、発明の範囲内の化学組成が得られるのであれば、鉄スクラップをどのような割合で使用してもよいことは、勿論である。
【００４５】
【表１】
0003558745.tif 000002
【００４６】
【表２】
0003558745.tif 000003
【００４７】
【表３】
0003558745.tif 000004
【００４８】
【発明の効果】
この発明は、化学組成、製造条件を限定することにより、トランプエレメントを含有した鋼を用いた場合でも、耐二次加工性に優れ、かつ表面品質に優れた熱延鋼板の製造方法を提供することができ、工業上有益な効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】再加熱圧延法における表面疵の発生におよぼすＣｕとＳｎの影響を示す図。
【図２】コイル巻取温度と遷移温度との関係を示す図。
【図１】
0003558745.tif 000005
【図２】
0003558745.tif 000006