(57)【要約】【課題】  成形性を損ねることなくスポット溶接性に優れた鋼板を提供する。【解決手段】  質量％にて、Ｃ：０．０００５〜０．００３％、Ｓｉ≦０．１％、Ｍｎ≦０．５％、Ｐ≦０．０５％、Ｓ≦０．０２％、Ａｌ≦０．０１％、Ｎ≦０．００５％、Ｏ（酸素）：０．００１〜０．０１％を含有し、さらに、ＬａとＣｅの１種または１２種の合計が、Ｌａ＋Ｃｅ≧Ｓ／４を満たすように含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする極低炭素鋼板。【選択図】      図２
2005248313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％にて、
Ｃ  ：０．０００５〜０．００３％、
Ｓｉ≦０．１％、
Ｍｎ≦０．５％、
Ｐ  ≦０．０５％、
Ｓ  ≦０．０２％、
Ａｌ≦０．０１％、
Ｎ  ≦０．００５％、
Ｏ（酸素）：０．００１〜０．０１％を含有し、さらに、
ＬａとＣｅの１種または２種の合計が、Ｌａ＋Ｃｅ≧Ｓ／４を満たすように含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とするスポット溶接性に優れた極低炭素鋼板。
【請求項２】
さらに、
Ｔｉ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．００２〜０．０１％、
の一方、または、双方を含有することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接性に優れた極低炭素鋼板。
【請求項３】
さらに、
Ｂ  ：０．０００５〜０．００２０％
を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のスポット溶接性に優れた極低炭素鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などの輸送機器や家電製品のように、組み立てにスポット溶接を用いる用途において優位性を発揮する成形用鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの輸送機器や家電製品には、プレス成形された部品を、スポット溶接を用いて組み立てる工程が用いられることが多い。この場合、プレス成形性と価格の点から、素材には、成形性に優れた鋼板が採用されるのが一般的である。中でも、デザインの良し悪しが市場での評価に大きな比重を占める自動車ボディなどにおいては、単純ではない形状への成形性にも適応出来る極低炭素鋼板が広く用いられている。
【０００３】
一方、そうした分野においても、部位によっては板厚を薄くすることによる軽量化や、衝突時の剛性を得る目的の達成のために、強度の高い鋼板を用いることが、同時に行われる。
【０００４】
このように、自動車を例にとっても、用いられる鋼板として、極低炭素鋼板のような軟質材から高強度鋼板まで幅広い強度の材料が並存し、かつ、組み立て工程の効率を高めるために、どの（強度の）鋼板も同じような条件で組み立てのためのスポット溶接が可能であることが強く求められている。
【０００５】
極低炭素鋼板と、高強度鋼板または低炭素鋼板を比較すると、極低炭素鋼板のスポット溶接性には問題点のあることが従来指摘されている。
【０００６】
例えば、適正強度を得るために必要な電流量が、上記の他の鋼板に比べて大きいため、電流ケーブルなどへの負荷が大きく、寿命が短くなることなどが知られている。
【０００７】
これは、極低炭素鋼板が他の鋼板に比べて軟質であることに起因する。すなわち、両者を比較すると、極低炭素鋼板では、溶接時の鋼板と溶接電極との接触面積が相対的に大きく、同じ電流量に対して電流密度が低くなる。その結果、同じ電流量で溶融させ得る体積（溶接後はナゲットと呼ばれる）が減少するので、溶接強度が低下する。そこで、これを補って適正な溶接強度（ナゲット径）を得ようとすると、大きな電流量が必要となる。
【０００８】
こうした問題点を解決するための技術が幾つか知られている。
【０００９】
例えば、特許文献１には、所定の化学成分を有し、その表層部に特定の条件を満たす炭素濃化層を具備した極低炭素鋼板が開示されている。特許文献２には、鋼成分のうち、ホウ素（Ｂ）と窒素（Ｎ）を特定の条件下に置くことで、溶接部の静的強度を確保する技術が提示されている。また、めっき鋼板に関してではあるが、特許文献３には、その表面にニッケル（Ｎｉ）の酸化物層を有することで、スポット溶接性を向上させた鋼板が提案されている。
【００１０】
こうした先行技術は、何れも高い工業的な価値を有し、一定の効果が得られるものと考えられるが、必ずしも十分とは言えないところがある。特許文献１の技術では、炭素濃化層の形成のために浸炭を行う工程が必要であり、それによる製造コストの上昇が懸念される。また、浸炭によって機械的性質が影響を受け、成形性が劣化することも考えられる。
【００１１】
特許文献２の鋼板は、ホウ素を０．００１０〜０．００３０質量％含有することを必須としたものであり、それによって損なわれる伸びなどの成形性の低下は、用途によっては無視出来ない。一方、特許文献３による提案は、ニッケル酸化物層を生成させるために、まずニッケルめっきを施し、次いで、該層を陽極酸化などの方法で酸化させるものであるから、相当の製造コスト高が予想され、適用可能な用途が限定されることが考えられる。
【００１２】
【特許文献１】特開平７−１９７１８７号公報
【特許文献２】特開平１０−８１９５号公報
【特許文献３】特開平１−１１９６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、新たな工程の追加など、製造コストの上昇要因を伴わず、かつ、極低炭素鋼板本来の優れた成形性の低下への懸念もない解決方法は見出されておらず、渇望されている。
【００１４】
本発明は、こうした状況に鑑み為されたもので、極低炭素鋼板としての優れた成形性を損なうことなく、スポット溶接性に優れた鋼板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、スポット溶接時に溶接電極が被溶接材（鋼板）に及ぼす変形の過程を詳細に調査した。目標溶接位置近傍の鋼板表面および鋼板内部に極細径の熱電対を配し、溶接条件（電流値、通電サイクル数、電極間加圧力など）を変化させた実験を精度よく行い、鋼板の（電極による）変形と形成されるナゲット径の関係などを様々な着眼点から検討した。
【００１６】
その結果、鋼板の変形量に最も影響するのは、フェライト相からオーステナイト相への変態が起こる温度の直前であり、その温度域での変形に対する抗力を高めることができれば、問題を解決出来るのではないかと言う着想に至った。
【００１７】
その手段としては、プレス成形が行われる温度、すなわち、室温での機械的性質に全く影響を与えないか、殆ど影響を与えないものでなければならないという制約から、極めて微細な酸化物などの微細物質を分散させておくことが有効ではないかと考え、該微細物質を鋼板中で形成させる方法も含めて実験を繰り返した。
【００１８】
その結果、アルミニウム（Ａｌ）量を低く抑えた上で、ランタン（Ｌａ）とセリウム（Ｃｅ）の１種または２種を含有させ、なおかつ、ＬａとＣｅの１種または２種の合計量を硫黄（Ｓ）量に対して所定の関係にすることによって、機械的性質を何ら損なうことなくスポット溶接性を改善できることを見出した。
【００１９】
さらに、実験による最適化を推し進めて完成させた本発明の要旨は、次の通りである。
【００２０】
（１）質量％にて、
Ｃ  ：０．０００５〜０．００３％、
Ｓｉ≦０．１％、
Ｍｎ≦０．５％、
Ｐ  ≦０．０５％、
Ｓ  ≦０．０２％、
Ａｌ≦０．０１％、
Ｎ  ≦０．００５％、
Ｏ（酸素）：０．００１〜０．０１％を含有し、さらに
ＬａとＣｅの１種または２種の合計が、Ｌａ＋Ｃｅ≧Ｓ／４を満たすように含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とするスポット溶接性に優れた極低炭素鋼板。
（２）さらに
Ｔｉ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．００２〜０．０１％、
の一方、または、双方を含有することを特徴とする前記（１）に記載のスポット溶接性に優れた極低炭素鋼板。
（３）さらに
Ｂ  ：０．０００５〜０．００２０％
を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載のスポット溶接性に優れた極低炭素鋼板。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によって、従来の極低炭素鋼板と成形性が同等であり、かつ、スポット溶接性にも優れた極低炭素鋼板を得ることが出来る。また、そのために新たな工程の追加なども必要としないので、製造コストに与える影響も極めて小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
鋼中に極めて微細な物質を分散させることを狙って様々な実験を行った。脱酸工程で生成される酸化物や、鋼板の熱延、巻取り工程で析出する炭窒化物などを幅広く検討した。そうした取り組みを経て本発明は完成されたものであり、以下に、その限定理由について述べる。なお、％は質量％を意味する。
【００２３】
Ｃ：０．０００５〜０．００３％
Ｃは鋼板の成形性を決定する最も重要な元素である。優れた成形性を得るには０．００３％以下とする必要があり、一方、０．０００５％未満にするには、製鋼工程に過大な負荷をかけることになるので、０．０００５％を下限とする。
【００２４】
Ｓｉ≦０．１％
Ｓｉは固溶強化元素として微量添加することが出来る。しかし、０．１％を越えて添加すると、成形性の劣化が問題となる。そこで、０．１％以下、好ましくは０．０５％以下とする。下限値は特に定めないが、０．００３％未満では、その添加効果が乏しいので、０．００３％以上とすることが好ましい。
【００２５】
Ｍｎ≦０．５％
Ｍｎは強化元素、脱酸元素として添加出来る。しかし、０．５％を越えて添加すると、延性の低下をもたらすので、０．５％以下とする。Ｍｎの下限は特に定めないが、０．０２％未満ではその添加効果が乏しいので、０．０２％以上とすることが好ましい。
【００２６】
Ｐ≦０．０５％
Ｐは不純物であり、粒界に偏析したＰは粒界脆化の原因となる。また、Ｐは二次加工割れの原因となる元素でもある。但し、０．０５％以下ならば許容できる範囲である。
【００２７】
Ｓ≦０．０２％
Ｓは不純物であり、多すぎると熱間圧延時の割れを引き起こすばかりでなく、延性の劣化を招くので極力低減させるべきであるが、０．０２％以下ならば許容範囲である。
【００２８】
Ａｌ≦０．０１％
Ａｌは脱酸元素として使用出来るが、実施例の中で述べるように、０．０１％超ではスポット溶接性の改善効果が認められないので、０．０１％以下とする。Ａｌの下限は特に定めない。脱酸元素として添加しない方法も許容される。
【００２９】
Ｎ≦０．００５％
不純物であるＮは、Ｃ同様に固溶状態で存在すると、鋼板の成形性を劣化させる元素であるので、その含有量は０．００５％以下とする。
【００３０】
Ｏ：０．００１〜０．０１％
Ｏは酸化物形成には必須の元素である。スポット溶接性の改善効果は０．００１％以上で認められ、一方、０．０１％を越えると、粗大化した酸化物に起因した表面キズの発生が避けられない。こうした理由から、Ｏの含有量は、０．００１〜０．０１％とする。
【００３１】
Ｌａ＋Ｃｅ≧Ｓ／４
ＬａとＣｅは、ともに酸化物、あるいは、それらを包含した介在物として鋼中に存在し、スポット溶接性を改善する中心的な役割を果たすものと考えられる。しかし、ＬａとＣｅの１種または２種を単に含有していればよいというのではなく、後述の実施例で示すように、Ｓとの関係において、上記の関係式を満たす場合に、その効果が顕著であることがわかった。
【００３２】
その理由は必ずしも明らかではないが、含有されているＬａやＣｅのうち、硫化物（それらを包含した介在物も含む）の形成に消費されなかったＬａとＣｅによって形成された酸化物が、スポット溶接性の改善に本質的に寄与しているのではないかと推定することが出来る。
【００３３】
ＬａおよびＣｅはミッシュメタルを原料として溶鋼中に添加することが望ましい。各々の純物質原料を用いて添加することも可能であるが、製造コストをいたずらに高めるだけであり好ましくない。こうした考え方から、ＬａおよびＣｅの１種または２種の単独での添加量は敢えて限定せず、両元素の１種または２種の合計とＳ量の関係を規定した。
【００３４】
一方、Ｌａ＋Ｃｅの量が０．０２％超となると、酸化物同士が合体粗大化することで表面キズの発生が懸念されるので、０．０２％を上限とするのが好ましい。
【００３５】
Ｔｉ：０．０１〜０．１％
ＴｉはＣ、Ｎ、およびＳと析出物を形成してそれらの元素を固定し、成形性を向上させる働きをする。その効果は、０．０１％以上の添加で認められる。一方、過剰な添加はコストの上昇に繋がるので、０．１％以下、好ましくは０．０７％以下がよい。
【００３６】
Ｎｂ：０．００２〜０．０１％
Ｎｂも、Ｔｉと同様、Ｃ、Ｎ、およびＳを析出物として固定し、成形性の向上に寄与する。その効果の発現には、少なくとも０．００２％が必要であるが、０．０１％を超えると再結晶温度の上昇が著しくなり、特に、冷延鋼板において適切な製造範囲を狭くして好ましくない。従って、上記の範囲に限定する。
【００３７】
Ｂ：０．０００５〜０．００２０％
Ｂは鋼板の二次加工割れを防止するために、必要に応じて添加する。その効果は０．０００５％未満では認められず、０．００２０％超添加しても飽和するので、０．０００５〜０．００２０％に限定する。
【００３８】
なお、本発明において上記以外の成分はＦｅであるが、スクラップなど、溶解原料から混入する不可避な不純物の含有は許容される。
【００３９】
また、以下では、冷延鋼板を用いた実施例についてのみ説明するが、本発明は、冷延鋼板に限定されるものではなく、熱延鋼板についても適用出来る。
【００４０】
優れた成形性を得るための製造方法について述べる。
【００４１】
再加熱温度：１０００〜１２００℃
スラブの再加熱温度は、圧延負荷を軽減する目的から導かれる下限値と、加熱によって結晶粒径が粗大化するのを抑制するための上限値を考慮して決定されなければならない。この温度が１０００℃未満では、圧延に要する負荷が大きくなり、圧延機の能力によっては、スラブ幅が制約を受けざるを得ない可能性が生まれる。
【００４２】
一方、１２００℃を越えると圧延開始前の粒径が粗大になり過ぎ、高いｒ値を得るのに有利な仕上げ熱延後の細粒化の達成が難しくなる。従って、スラブ加熱温度は１０００℃以上、１２００℃以下とする。
【００４３】
熱間圧延率は特に限定する必要はないが、より均一な組織を得る目的から、６０〜９５％とすることが望ましい。
【００４４】
仕上げ圧延温度：９００〜９８０℃
仕上げ圧延は、出来る限りオーステナイト域で行う必要がある。フェライトを含む温度域で圧延されると、加工組織が残留しやすく、成形性の劣化に繋がるからである。そのためには、仕上げ圧延温度は９００℃以上とする必要がある。一方、９８０℃超では、熱延板粒径が粗大化しやすい。そこで、９８０℃以下とする必要がある。
【００４５】
冷却速度：１０〜８０℃／秒
熱延後の鋼板は、結晶粒の粗大化を出来る限り抑制する目的で、速やかに冷却される必要がある。そのためには、１０℃／秒以上の冷却速度が必要である。一方、冷却速度が８０℃／秒を越えると、冷却帯内における鋼板の通板性や材質の不均一性が看過出来なくなるので、８０℃／秒以下とする。
【００４６】
巻取り温度：４００〜７００℃
圧延された鋼板は冷却帯を経て巻き取られ、この過程で最終的な組織が作られる。優れた成形性を得るには、再結晶組織（一部、回復組織も許容される）とする必要があるから、４００℃以上が必要である。一方、７００℃を越えると、熱延スケールの成長が激しくなり、その後の酸洗工程の負荷を高める。そこで、７００℃以下とする必要がある。
【００４７】
熱延鋼板として使用する場合には、形状矯正や、表面粗度の変更等を目的として、酸洗に続いてスキンパス圧延を施してもよい。
【００４８】
冷間圧延率：６０〜９５％
高いｒ値を得るには、冷間圧延後の焼鈍（熱処理）によって、特定の集合組織を発達させる必要がある。そのためには、まず、冷間圧延においても特定方位の集合組織を発達させ、かつ、必要な量の歪を蓄積させておく必要がある。この条件を満たすためには、６０〜９５％の冷間圧延率が必要である。
【００４９】
焼鈍温度：７００〜８９０℃
高い成形性を得るには、均一な再結晶組織を得る必要がある。そのためには、７００℃以上で焼鈍する必要がある。一方、該温度が８９０℃を越えると、結晶粒径が粗大になり過ぎて、成形後に肌荒れを起す原因となる。そのため、８９０℃を上限とする。
【００５０】
焼鈍後にはスキンパス圧延を施してもよい。
【実施例１】
【００５１】
以下に実施例を比較例と共に説明する。
【００５２】
表１に記載の化学成分を有する鋼ａ〜ｊを溶解鋳造した。１１５０℃に再加熱して熱間圧延し、４ｍｍの熱延鋼板を得た。圧延率は８７％、仕上げ温度は９２０〜９３０℃、巻き取り相当の熱処理として、６３０℃に１時間保持後炉冷した。次に、それらを酸洗し、冷延（冷延率８５％）と８００℃の焼鈍を施し、０．８ｍｍの冷延鋼板とした。さらに、１％のスキンパス圧延を施した。
【００５３】
得られた冷延鋼板からＪＩＳ５号試験片を採取し、機械的性質を調査した。表２に機械的性質を示す。
【００５４】
一方、適正溶接電流の評価は、次のようにして行った。
【００５５】
まず、５０×５０ｍｍの冷延鋼板を、２枚一組として複数組用意した。それらを３０°の円錐載頭型４．５ｍｍφ電極を用いて溶接した。通電時間、通電後の保持時間は、共に０．２秒（１０サイクル）、加圧力は１．９６ｋＮに固定した。その上で、電流値を変化させ、図１に例示するような電流−ナゲット径曲線を各鋼について求めた。ナゲット径は、研磨、エッチングした溶接後断面の顕微鏡観察によって決定した。
【００５６】
ナゲット径が５√ｔ（ｔは板厚、すなわち０．８ｍｍ）となる電流値を、各鋼の該曲線を使って求め、その値を適正電流値とした。
【００５７】
適正電流値を表２に併せて示す。表２から明らかなように、本発明鋼は、成形性の指標である延性とｒ値に優れ、かつ、適正電流値も、比較鋼に比べて低くなっていることがわかる。
【００５８】
【表１】
2005248313.tif 000003
【００５９】
【表２】
2005248313.tif 000004
【実施例２】
【００６０】
表３に記載の化学成分を有する鋼ｋ〜ｚを溶解鋳造した。これらから、実施例１と同じ条件で０．８ｍｍの冷延鋼板を得た。
【００６１】
ＪＩＳ５号試験片による機械的性質の評価と、実施例１と同じ方法による溶接適正電流の決定を行った。その結果、何れの鋼でも、引張り強さは２８０〜２９５ＭＰａ、伸びは５２％以上、ｒ値は２．３以上を示し、優れた成形性を有することが明らかとなったが、適正電流には、鋼間に有意差が認められた。
【００６２】
図２に、各鋼の適正電流値を、（Ｌａ＋Ｃｅ）−Ｓ／４に対して示す。図から明らかなように、本発明鋼の適正電流値は、比較鋼に比べて低電流側にあり、スポット溶接性に優れていることがわかる。
【００６３】
【表３】
2005248313.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００６４】
前述したように、本発明によれば成形性とスポット溶接性に優れた極低炭素鋼板を提供することが出来る。また、本発明によれば、極低炭素鋼板の製造コストは上昇しないので、本発明は、産業上の利用可能性が大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】適正電流値を求めるための電流−ナゲット径曲線の一例を示す図である。
【図２】各鋼の適正電流値を（Ｌａ＋Ｃｅ）−Ｓ／４に対して示す図である。
【図１】
2005248313.tif 000006
【図２】
2005248313.tif 000007