(57)【要約】【課題】安価で、生産性を低下させることなく製造可能な、AIが50MPa以下で耐ひずみ時効性に優れ、-0.20≦Δr≦0.20と面内異方性の小さい冷延鋼板およびその製造方法を提供する。【解決手段】質量%で、C:0.010〜0.040%、Si:0.02%以下、Mn:1.0〜2.5%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.070%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、フェライト相と低温変態相からなり、前記低温変態相の体積率が0.2%以上10%未満であるミクロ組織を有することを特徴とする、AIが50MPa以下、-0.20≦Δr≦0.20、板厚が0.5mm以下の耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量%で、C:0.010〜0.040%、Si:0.02%以下、Mn:1.0〜2.5%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.07%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、フェライト相と低温変態相からなり、前記低温変態相の体積率が0.2%以上10%未満であるミクロ組織を有することを特徴とする、AIが50MPa以下、-0.20≦Δr≦0.20、板厚が0.5mm以下の耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板。
【請求項２】
質量%で、Mn:1.8〜2.5%である請求項1に記載の耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板。
【請求項３】
さらに、質量%で、Cr:1%以下、Mo:1%以下、B:0.01%以下の中から選ばれた少なくとも1種の元素が含有される請求項1あるいは2に記載の耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板。
【請求項４】
質量%で、C:0.010〜0.040%、Si:0.02%以下、Mn:1.0〜2.5%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.07%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼片を、直接あるいは再加熱後、Ar3変態点以上の圧延終了温度で熱間圧延し、540〜730℃の巻取温度で巻取り熱延板とし、次いで前記熱延板を、酸洗後、圧下率80〜88%で冷間圧延して冷延板とし、前記冷延板を700〜850℃の焼鈍温度で連続焼鈍することを特徴とする耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板の製造方法。
【請求項５】
質量%で、Mn:1.8〜2.5%である鋼片を用いる請求項4に記載の耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板の製造方法。
【請求項６】
さらに、質量%で、Cr:1%以下、Mo:1%以下、B:0.01%以下の中から選ばれた少なくとも1種の元素が含有される鋼片を用いる請求項4あるいは5に記載の耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乾電池缶用として好適な板厚0.5mm以下の冷延鋼板、特に耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷延鋼板を乾電池缶に加工する方法としては、深絞り加工およびしごき加工を適宜組み合わせた方法が用いられる。例えば、絞りカップに加工後、しごき加工を施すDI加工、絞りカップに加工後、引張りと曲げ曲げ戻し加工し、さらに必要に応じしごき加工を施すストレッチドロー加工、何段階かの絞り加工を施した後、しごき加工を施す多段絞り加工などの方法を挙げられる。
【０００３】
乾電池缶の加工においては、加工後の缶円周方向の缶高さが不揃いにならないようにする、すなわち耳の発生を抑制することが要求される。この耳の高さは冷延鋼板のr値(ランクフォード値)の面内異方性Δrとよい相関があり、Δrが0に近づくと、耳の高さは低くなることが一般的に知られている。したがって、耳の発生を抑制するためには、Δrを0にすることが望ましいが、一般的には、-0.20≦Δr≦0.20であれば耳の発生は認められない。
【０００４】
また、乾電池缶用冷延鋼板には、深絞り加工の際にストレッチャー・ストレインと呼ばれるしわの発生に起因する缶形状の劣化を防止するために、耐ひずみ時効性に優れていることが求められる。実用的には、ひずみ時効性指数AIが50MPa以下であることが必要である。
【０００５】
耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい乾電池缶用冷延鋼板として、例えば特許文献1には、質量%で、C:0.015〜0.06%、Si:0.03%以下、Mn:0.1〜0.6%、P:0.02%以下、S:0.04%以下、Cr:0.03〜0.10%、Al:0.03〜0.12%、N:0.0030%以下、B:5ppm≦B-(11/14)N≦30ppm、残部Feおよび不可避的不純物からなり、表面平均粗さRaが0.02〜0.2μmの異方性に優れた乾電池缶用Niめっき鋼板が開示されている。この鋼板の製造には、耐ひずみ時効性の改善のために、箱焼鈍により固溶Cの析出処理が行われる。
【０００６】
また、特許文献2には、質量%で、C:0.15%以下、Si:0.10%以下、Mn:3.00%以下、Al:0.150%以下、P:0.100%以下、S:0.010%以下、N:0.0100%以下、残部Feおよび不可避的不純物からなり、フェライト相と、マルテンサイト相またはベイナイト相の低温変態相との複合組織を有し、引張強度が390MPa以上、伸びが15%以上、焼付け硬化性が49MPa以上で、しかも面内異方性の小さい缶用高強度良加工性冷延鋼板が開示されている。この鋼板の製造には、層状組織を改善したり、面内異方性を小さくするために、2回冷間圧延-2回焼鈍法が採用されている。
【０００７】
さらに、特許文献3には、C:0.04〜0.60%、Si:0.80〜3.0%以下、Mn:0.3〜3.0%、P:0.06%以下、S:0.06%以下、Al:0.1%以下、N:0.0010〜0.0150%以下、残部Feおよび不可避的不純物よりなる乾電池缶用鋼板が開示されている。この鋼板は、小型乾電池の容量を増大するために缶壁を薄くしても乾電池缶の強度を確保できるようにした450MPa以上の引張強度を有する高強度鋼板である。
【特許文献１】特開2002-88446号公報
【特許文献２】特開平4-337049号公報
【特許文献３】特開2006-137988号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献1に記載の乾電池缶用Niめっき鋼板では、N量とB量を厳密に制御する必要があり、BNとなるために必要なB量が足りない場合、余剰のNは微細なAlNとなり、これは耳の発生を誘起するという問題がある。また、箱焼鈍が必要であるため、特性が不均一になったり、生産性が著しく低下するなどの問題がある。特許文献2に記載の缶用高強度良加工性冷延鋼板では、AIには言及されておらず、優れた耐ひずみ時効性が得られるかどうかわからないが、2回冷間圧延-2回焼鈍法で製造する必要があり、著しい製造コストの増加や生産性の低下を招くという問題がある。特許文献3に記載の乾電池缶用鋼板では、優れた耐ひずみ時効性が得られず、また、必ずしも-0.20≦Δr≦0.20と面内異方性が小さくはないといった問題がある。
【０００９】
本発明は、安価で、生産性を低下させることなく製造可能で、AIが50MPa以下で耐ひずみ時効性に優れ、-0.20≦Δr≦0.20と面内異方性が小さい冷延鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らが、1回の連続焼鈍で、耐ひずみ時効性に優れ、Δrが小さい鋼板について種々検討した結果、通常の低炭素鋼を用い、冷間圧延時の圧下率を80〜88%とし、かつフェライト相と低温変態相からなる複合組織とすることにより、AIが50MPa以下で耐ひずみ時効性に優れ、-0.20≦Δr≦0.20と面内異方性が小さい冷延鋼板を製造できることを見出した。
【００１１】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、質量%で、C:0.010〜0.040%、Si:0.02%以下、Mn:1.0〜2.5%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.07%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、フェライト相と低温変態相からなり、前記低温変態相の体積率が0.2%以上10%未満であるミクロ組織を有することを特徴とする、AIが50MPa以下、-0.20≦Δr≦0.20、板厚が0.5mm以下の耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板を提供する。
【００１２】
本発明の鋼板では、質量%で、Mn:1.8〜2.5%であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の鋼板では、さらに、質量%で、Cr:1%以下、Mo:1%以下、B:0.01%以下の中から選ばれた少なくとも1種の元素が含有されることが好ましい。
【００１４】
本発明の鋼板は、例えば、質量%で、C:0.010〜0.040%、Si:0.02%以下、Mn:1.0〜2.5%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.07%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼片を、直接あるいは再加熱後、Ar3変態点以上の圧延終了温度(仕上圧延出側温度)で熱間圧延し、540〜730℃の巻取温度で巻取り熱延板とし、次いで前記熱延板を、酸洗後、圧下率80〜88%で冷間圧延して冷延板とし、前記冷延板を700〜850℃の焼鈍温度で連続焼鈍する方法により製造できる。
【００１５】
本発明の製造方法では、質量%で、Mn:1.8〜2.5%である鋼片を用いることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の製造方法では、さらに、質量%で、Cr:1%以下、Mo:1%以下、B:0.01%以下の中から選ばれた少なくとも1種の元素が含有される鋼片を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、AIが50MPa以下、-0.20≦Δr≦0.20、板厚が0.5mm以下の耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板を、1回の連続焼鈍で製造できるようになった。その結果、製造コスト増や生産性の低下を招くことはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明である耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい冷延鋼板の詳細を説明する。なお、以下の成分含有量の単位である「%」は、特に断らない限り「質量%」を表す。
【００１９】
1)成分
C:DI加工や深絞り加工において、強度に大きな影響をおよぼす元素であり、また、本願においてポイントである低温変態相を得るために重要である。C量が0.010％未満では低温変態相が得られず、また必要な強度も得られない。一方、C量が0.040％を超えると炭化物の増大により加工性が低下し、また耐ひずみ時効性も劣化する。また、炭化物の増大により硬質化して冷間加工性が劣化し、本願の製造方法である圧下率80~88%で冷間圧延を行うには、冷間圧延時の圧延負荷(圧延荷重)が大きくなりずぎて冷間圧延性を阻害するとともに形状不良や表面特性劣化の問題を引き起こす。このため，C量は0.040%以下とする。なお、より好ましくは0.030%以下とする。
【００２０】
Si:Siは不純物元素であり、Si量が0.02%を超えると硬質化やめっき性の劣化を招く。このため、Si量は0.02％以下に制限する。
【００２１】
Mn:一般に、Mnは鋼中のSをMnSとして析出させ、鋼片の熱間割れを防止するのに有効な元素である。また、本願においては、Cと同様に低温変態相を得る上で重要な元素であり、一回の冷間圧延および連続焼鈍で低温変態相を安定して形成させるためは、Mn量を1.0%以上とする必要がある。一方、Mn量が2.5%を超えると鋼片コストの著しい増大を招くだけでなく、加工性を低下させる。したがって、Mn量は1.0〜2.5%とする。なお、近年、乾電池容量を大きくするため、乾電池缶の缶壁を薄肉化することが試みられているが、そのために400MPa以上の引張強度TSを有する高強度鋼板が求められている。特許文献3には、こうした要請をほぼ満足する電池缶用鋼板が提案されているが、Siの固溶強化を利用する特許文献3の鋼板では、降伏強度YSが400MPa以上となる場合があり、深絞り加工時の負荷を過度に大きくし、生産性を低下させたり、金型を劣化させるという問題を引き起こす。本発明者らが検討したところ、本発明においても、TSが400MPa以上の場合は、YSを255MPa以下とすればこうした問題は確実に起こらなくなり、それにはMn量を1.8〜2.5%とすることが好ましいことがわかった。
【００２２】
P:Pは不純物元素であり、P量が0.02%を超えると加工性を低下させるため、P量の上限は0.02%に制限する。
【００２３】
S:Sは不純物元素であり、S量が0.015%を超えると熱間圧延中に赤熱脆性を引き起こすため、S量の上限は0.015%に制限するが、少ないほど好ましい。
【００２４】
N:Nは不純物元素であり、N量が0.004%を超えると鋼片の連続鋳造中にAlNが析出して熱間脆性に起因する鋼片割れを誘発すため、N量の上限は0.004%に制限する。
【００２５】
Al:Alは鋼の脱酸に必要な元素であるため、Al量を0.020%以上とする必要がある。一方、Al量が0.07%を超えると介在物が増加して表面欠陥が発生しやすくなるため、Al量の上限は0.07%とする。
【００２６】
残部は、Feおよび不可避的不純物であるが、さらに、Cr:1%以下、Mo:1%以下、B:0.01%以下の中から選ばれた少なくとも1種の元素が含有されることが、以下の理由により好ましい。
【００２７】
Cr、Mo、B: Cr、MoおよびBは鋼の焼入れ性を向上させ、安定して低温変態相を形成させるのに有効な元素である。しかし、CrとMoの量がそれぞれ1%を超えると、またB量が0.01%を超えると、鋼の強度を上昇させて加工性を低下させるため、CrとMoの量はそれぞれ1%以下、好ましくは0.8%以下とし、B量は0.01%以下、好ましくは0.008%以下とする。なお、安定して低温変態相を形成するためには、CrとMo量はそれぞれ0.005%以上とすることが好ましく、0.01%以上とすることがより好ましい。また、同様な理由で、B量は0.0002%以上とすることが好ましい。
【００２８】
2)ミクロ組織
AIが50MPa以下となるような優れた耐ひずみ時効性を得るには、フェライト相と低温変態相からなるミクロ組織とし、かつ低温変態相の体積率を0.2%以上とする必要がある。低温変態相の存在が耐ひずみ時効性を改善する理由は、必ずしも明確でないが、低温変態相にCを濃化させることでフェライト相中の固溶Cが低減したためと推察される。なお、十分な加工性を得るため、低温変態相の体積率は10%未満とする必要がある。より好ましくは、5%以下である。
【００２９】
低温変態相は、主としてマルテンサイト相であるが、それ以外にパーライト相、ベイナイト相、残留オーステナイト相、炭化物などが含有されてもよい。なお、これらのマルテンサイト以外の相は、耐ひずみ時効性を改善のために、低温変態相中に占める体積率を40%以下とすることが好ましい。
【００３０】
3)製造方法
本発明の冷延鋼板は、上記の組成を有する鋼片を、例えば連続鋳造法により製造後、直接あるいは再加熱後、Ar3変態点以上の圧延終了温度で熱間圧延し、540〜730℃の巻取温度で巻取り熱延板とし、次いで前記熱延板を、酸洗後、圧下率80〜88%で冷間圧延して冷延板とし、前記冷延板を700〜850℃の焼鈍温度で連続焼鈍する方法により製造できる。
【００３１】
鋳片を再加熱する場合の加熱温度は1050〜1300℃の範囲が望ましい。これは、1050℃未満の加熱温度では、熱間圧延の圧延終了温度をAr3変態点以上とすることが困難になりやすく、1300℃を超える加熱温度では、鋳片表面に生成する酸化物量が多くなり、表面欠陥が発生しやすくなるためである。
【００３２】
熱間圧延の圧延終了温度をAr3変態点以上とする理由は、圧延後の結晶粒径を均一にし、かつ熱延板段階での異方性を小さくするためである。なお、Ar3変態点は、従来公知の方法で求めればよく、例えばフォーマスタ試験装置により試験片を加熱後、冷却中の熱膨張率の変化を観察することにより求めることができる。
【００３３】
熱間圧延終了後の巻取温度は、鋼板の形状、幅方向の材質均一性を確保し、また、固溶NをAlNなどとして固定し析出させるため、通常の条件である540℃以上とすればよいが、730℃を超えると脱スケール性が劣悪となり、また結晶粒径が粗大化して面内異方性を安定して小さくできなくなるので、730℃以下とする必要がある。
【００３４】
こうして製造された熱延板は、表面に形成されたスケールを除去するために常法により酸洗後、-0.20≦Δr≦0.20とするために、80〜88%の圧下率で冷間圧延する必要がある。圧下率が80%未満あるいは88%を超えると面内異方性が大きくなり、-0.20≦Δr≦0.20とすることが困難となる。なお、冷延板の板厚は、乾電池缶として多用される0.5mm以下とする必要があり、薄肉化の要求に応えるため0.4mm未満とすることが好ましい。
【００３５】
こうして製造された冷延板は、引き続き700〜850℃の焼鈍温度で連続焼鈍される。焼鈍温度の下限を700℃としたのは、これより低い温度では完全に再結晶させることができないためである。また、上限を850℃としたのは、これより高い温度では結晶粒が粗大になり、加工時に肌荒れが発生しやすくなるためである。また、焼鈍を連続焼鈍で行うのは、生産性に優れ、低温変態相形成のための冷却速度が確保できるためである。焼鈍の均熱時間は、特に規定する必要はないが、材料特性の安定性を確保する上で30秒程度以上とし、長時間焼鈍してもコストアップとなるだけなので180秒以下とすることが好ましい。それ以外の連続焼鈍条件としては、上記のように焼鈍温度を規定する以外は、特に規定する必要はなく、通常の連続焼鈍ラインにて焼鈍すればよい。また、焼鈍後は、鋼板形状や表面粗さを整えることを目的として調質圧延を行うことが好ましく、調質圧延の伸長率は通常の範囲である0.3〜2.0%の範囲とすることが望ましい。
【００３６】
焼鈍後の鋼板には、必要に応じて、Niめっき、Snめっき、Crめっきあるいはそれらの合金めっきを施してもよい。また、めっき後に300〜800℃程度の温度範囲で拡散焼鈍を施して拡散合金めっきにしてもよい。さらに、焼鈍後の鋼板やめっき後の鋼板には、各種表面処理や樹脂被覆等を施すこともできる。
【実施例１】
【００３７】
表１に示す成分組成の鋼No.1〜4を溶製し、連続鋳造法で鋼片とした。これらの鋼片を1250℃に加熱後、これらの鋼のAr3変態点以上である900℃の圧延終了温度で熱間圧延し、700℃の巻取温度で巻取って熱延板とした。こうして作製した熱延板を、酸洗後、表2に示す圧下率で冷間圧延し板厚を0.38mmとした。次いで、連続焼鈍ラインで焼鈍温度750℃、均熱時間45秒で再結晶焼鈍を行った後、0.5%の伸長率で調質圧延を施して鋼板No.A〜Hの試料を作製した。なお、鋼板No.Hは、冷間圧延の圧下率80%(本発明の下限)でも冷間圧延負荷(荷重)が大きすぎて圧延困難であったため、圧下率65%で一次冷間圧延後焼鈍温度800℃、均熱時間30秒で焼鈍し、圧下率70%で二次圧延を行って最終の再結晶焼鈍を行った。そして、得られた試料について、次の方法でΔr、AI、YS、TS、ミクロ組織の調査を行った。
【００３８】
Δr：得られた鋼板試料から圧延方向に対して0°、45°、90°方向にJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241にしたがって0°、45°、90°方向のr値であるr0、r45、r90を測定し、Δr=(r0+r90-2r45)/2を求めた。
【００３９】
AI：得られた鋼板試料から圧延方向に対して0°方向にJIS5号引張試験片を採取し、7.5%の引張歪を入れて可動転位を導入した後、100℃×1時間の恒温処理を施し、以下の式でAIを算出した。
AI=(恒温処理後の下降伏荷重−歪導入後の荷重)/(歪導入前の試験片平行部の断面積)
YS、TS：得られた鋼板試料から圧延方向に対して0°方向にJIS5号引張試験片を採取し、引張速度10mm/minで引張試験を行い、降伏強度YSと引張強度TSを求めた。
【００４０】
ミクロ組織：得られた鋼板試料の板厚断面のミクロ組織を、走査電子顕微鏡(SEM)により観察し、低温変態相の種類、体積率を測定した。
【００４１】
結果を表2に示す。本発明である鋼板No.A、B、D、Eは、いずれも±0.20以下のΔr、50MPa以下のAIを示し、耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい鋼板であることがわかる。また、本発明である鋼板No.A、B、D、Eは、そのMn量がいずれも1.8%以上であるが、255MPa以下のYS、400MPa以上のTSを有しており、成形性に優れた高強度鋼板であることがわかる。なお、本発明の鋼板のミクロ組織は、表2に示す低温変態相以外は、フェライト相であった。
【００４２】
【表１】
2007211337.tif 000002
【００４３】
【表２】
2007211337.tif 000003
【実施例２】
【００４４】
表3に示す成分組成の鋼No.4〜9を溶製し、連続鋳造法で鋼片とし、実施例1と同様な条件で熱延板とし、酸洗後、圧下率84%で冷間圧延し板厚0.38mmとした。次いで、実施例1と同様な条件で再結晶焼鈍、調質圧延して鋼板No.I〜Nの試料を作製した。そして、得られた試料について、実施例1と同様な調査を行った。
【００４５】
結果を表4に示す。本発明である鋼板No.I〜Nは、いずれも±0.20以下のΔr、50MPa以下のAIを示し、耐ひずみ時効性に優れ、面内異方性の小さい鋼板であることがわかる。また、本発明である鋼板のうち、Mn量が1.8%以上の鋼板No.4〜7は、255MPa以下のYS、400MPa以上のTSを有しており、成形性に優れた高強度鋼板であることがわかる。一方、Mn量が1.6%の鋼板No.M、Nでは、400MPa未満のTSしか得られない。なお、本発明の鋼板のミクロ組織は、表4に示す低温変態相以外は、フェライト相であった。
【００４６】
【表３】
2007211337.tif 000004
【００４７】
【表４】
2007211337.tif 000005