(57)【要約】【課題】面内剛性に優れた冷延鋼板を提供する。【解決手段】鋼板両面の表面において、板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度がランダム強度比で2.5以上である。そして、このような集合組織を有する鋼板は歪蓄積が多くなるため、歪量が5%以下の歪を一軸方向に付与した場合に鋼板表面に高さ10〜500μmの凸状部が形成されることになる。その結果、面内剛性が向上し、例えば、自動車の外板パネルの場合に、加工後の鋼板にこのような凸状部が形成されると、成形後外力を加えたときに形状が容易に崩れない。このような集合組織分布とするには、固溶Tiが関与しており、Ti：0.01〜0.1%、かつ、Ti*=（Ti%）−3.4×（N%）−1.5×（S%）−4×（C%）とする時に、Ti*＞0.007を満たす範囲で含有することが好ましい。ただし、（Ti%）、（N%）、(S%)、(C%)は、それぞれTi、N、S、Cの含有量（質量%）を示す。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量%で、C：0.0005〜0.01%、Si：0.2%以下、Mn：0.3%以下、P：0.03%以下、S：0.003〜0.03%、Ti：0.01〜0.1%、Al：0.01〜0.05%、N： 0.005%以下を含み、かつ、Ti*=（Ti%）−3.4×（N%）−1.5×（S%）−4×（C%）とする時に、Ti*＞0.007を満たす範囲で含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、鋼板両面の表面において、板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度がランダム強度比で2.5以上であり、かつ、相当歪量5%以下の歪を加えるときに、鋼板表面に高さ10μm以上500μm以下の凸状部を有することを特徴とする冷延鋼板。
ただし、（Ti%）、（N%）、(S%)、(C%)は、それぞれTi、N、S、Cの含有量（質量%）を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用鋼板、家電用鋼板、および建築用部材などに使用される、面内剛性に優れた冷延鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用などに使用される鋼板においては、車体軽量化や衝突安全性の観点から部材板厚の低減と鋼の高強度化が進められている。特に、ドア・フードなどのパネル部材には、鋼板の高強度化とともに優れた成形性と成形後の面内剛性（くぼみ難さ）が求められている。また、建築用部材、家電用鋼板でも、加工性に優れるとともに、軽量化、工法の簡略化の観点から、薄肉の素材が一定の面内剛性を有することが求められている。
【０００３】
これに対して、特許文献１には、自動車外板用鋼板として、プレス成形時には低降伏強度で、その後の焼付け塗装工程後には高い降伏強度を有する、加工性に優れる塗装焼付け硬化型冷延鋼板を製造する技術が開示されている。特許文献１は、鋼板を900℃近い高温で焼鈍したときに形成される鋼中の固溶Cの歪時効現象を利用したものである。
【０００４】
一方、特許文献２には、建築用途として、一定の面内剛性を備えるとともに、建築の際の施工が簡単で、建築目的に応じて任意のサイズに簡単に変更可能な建築ユニットが開示されている。特許文献２の技術は、厚さ１mm程度の鋼板を折り曲げて、１方向に複数の凸状の条を形成させた波型の薄板である。このような、凸条をもうけることにより、面方向からの荷重および凸条の形成方向からの荷重に対して高い耐強度を補償することができ、建築の床材として使用することができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、プレス成形後に、熱処理（一般的には、170℃で20分程度）が必要不可欠である。自動車用部材では、塗装焼付け工程を兼ねて製造することが可能であるが、建材などの用途の部材では、工程をあらたに設ける必要があり、コスト的に不利となる。また、高い面内剛性を得るためにはプレス成形前の降伏強度を高くする必要があり、成形性が著しく低下することになる。また、鋼中の固溶C量を制御するためには、製造条件を狭い範囲で管理する必要があり、歩留まり低下や材質のバラツキなど生産性を著しく損ねる等の問題がある。
【０００６】
特許文献２の技術では、高い面内剛性を安定して得ることが可能であるが、曲げ加工により鋼板に凸状の条を設けるようにするため、コストを要する。また、建材用の床材、壁材などの平坦の部材には適するが、プレス成形などにより、曲面を有せしめた部材では、加工が極めて困難で、成形性を確保できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭60−46166号公報
【特許文献２】特開2006−342515号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、面内剛性と加工性に優れる冷延鋼板を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を行った。その結果、以下の知見を得た。
表層部分に特定結晶方位の未再結晶粒を十分に集積させた後に、歪みを付与することで鋼板表面に凸状部が形成され、この凸状部形成により面内剛性が向上することを見出した。
【００１０】
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］質量%で、C：0.0005〜0.01%、Si：0.2%以下、Mn：0.3%以下、P：0.03%以下、S：0.003〜0.03%、Ti：0.01〜0.1%、Al：0.01〜0.05%、N： 0.005%以下を含み、かつ、Ti*=（Ti%）−3.4×（N%）−1.5×（S%）−4×（C%）とする時に、Ti*＞0.007を満たす範囲で含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、鋼板両面の表面において、板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度がランダム強度比で2.5以上であり、かつ、相当歪量5%以下の歪を加えるときに、鋼板表面に高さ10μm以上500μm以下の凸状部を有することを特徴とする冷延鋼板。
ただし、（Ti%）、（N%）、(S%)、(C%)は、それぞれTi、N、S、Cの含有量（質量%）を示す。
【００１１】
なお、本明細書において、鋼の成分を示す%は、すべて質量%である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、成形性（加工性）が良好で、面内剛性に優れた冷延鋼板が得られる。
また、本発明の冷延鋼板は、鋼板製造およびプレス成形時に特段の工程を追加する必要がなく、コスト面で有利で、生産性が極めて良好である。
そして、本発明の冷延鋼板は、自動車用部材、家電用鋼板、建築用途材などとして好適な材料となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】面内剛性の評価方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の冷延鋼板は、鋼板両面の表面において、板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度がランダム強度比で2.5以上であり、かつ、相当歪量が5%以下の歪を加えるときに、鋼板表面に高さ10μm以上500μm以下の凸状部を有することを特徴とする。これは本発明において最も重要な要件である。また、その時の成分組成はC：0.0005〜0.01%、Si：0.2%以下、Mn：0.3%以下、P：0.03%以下、S：0.003〜0.03%、Ti：0.01〜0.1%、Al：0.01〜0.05%、N： 0.005%以下を含み、かつ、Ti*=（Ti%）−3.4×（N%）−1.5×（S%）−4×（C%）とする時に、Ti*＞0.007を満たす範囲で含有し、残部がFe及び不可避的不純物とする。ただし、（Ti%）、（N%）、(S%)、(C%)は、それぞれTi、N、S、Cの含有量（質量%）を示す。このように、鋼板表面の状態を規定することにより、面内剛性および加工性に優れた冷延鋼板を得ることができる。
【００１５】
なお、本発明において、板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度が、ランダム強度比で2.5以上とは、組織がα→γ変態や再結晶をおこさず回復現象のみを経過した、再結晶粒と比較して転位密度が高く、圧延方向に伸展した形態の未再結晶粒が板面に平行な方向の{100}面に集積した状態であることを示している。したがって、変態点以上の温度で行われる焼鈍により得られるα→γ→α変態を経て生成した再結晶粒が集積した組織とは異なるものである。
【００１６】
このように、本発明では、板面に平行な方向の{100}面の集積において、その{100}面方位に集積した結晶粒の形態および転位密度に特徴があり、通常得られる再結晶粒γ→α変態を経て形成された{100}面方位が集積した組織からなる物とは構成が異なる。ゆえに、本発明では、未再結晶粒と再結晶粒の違いを明らかにすべくランダム強度比を測定し、ランダム強度比を用いて冷延鋼板の構成を示すこととする。
板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度がランダム強度比で2.5以上であれば、板面に平行な方向の{100}面の大部分が未再結晶粒となり、転位密度が高く歪蓄積が多くなるため、鋼板に所定の歪を付与したときに表面に10μm以上の凸状部が形成され、面内剛性が向上する。ランダム強度比が、2.5に満たない場合には、{100}面の集積が不十分で、歪蓄積が少なく、高さが10μm以上の凸状部は形成されない。
【００１７】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１８】
従来、自動車のパネル外板の集合組織は、板面に平行な方向に{111}面が多く形成することが知られている。本発明者らが様々な製造条件での実験を繰返し実施したところ、鋼板の内部では{111}面が多く存在するが、表層には{100}面が多く存在する鋼板が得られることを見出した。そして、この{100}面の集積が、変態点以上で焼鈍することにより得られる通常の{100}面ではなく、転位密度が高い未再結晶粒の{100}面である場合に面内剛性が格段に優れることも見出した。
未再結晶粒の{100}面は、結晶面内に歪を多く内包するため、再結晶粒である{111}面に比べて硬度が高い。従って、このような集合組織分布を有する鋼板は、表面に高い硬度分布を有するため、鋼板が破断しないある一定の歪量以下の歪みを一軸方向に付与した場合に、鋼板表面に凸状部が形成されることになる。そして、この凸状部形成により面内剛性が向上する。例えば、自動車の外板パネルの場合には、加工後の鋼板にこのような凸部が形成されると、成形後外力を加えたときに形状が容易に崩れない。
【００１９】
以上の検討結果を踏まえて、本発明では、加工性を改善し、優れた面内剛性を得るために、鋼板両面の表面において、板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度がランダム強度比で2.5以上とし、相当歪量が5%以下の歪を加えるときに鋼板表面に高さ10μm以上500μm以下の凸状部を有することとする。
なお、板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度は逆極点図法により測定することができる。表面での{100}面Ｘ線強度は、試験片を洗浄、乾燥した後に、一方、板厚中心部での板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度は、試験片の片面をシュウ酸により化学研磨して、板厚中心部を表面に露出させた後に、各々測定を行う。Ｘ線源には白色Ｘ線を用い、{100}面Ｘ線の検出にはGe半導体検出器を用いることができる。また同時に、選択配向のない、結晶方位が不規則な分布をするランダム試料の{100}面Ｘ線強度（ランダム強度）を測定する。ランダム強度比は、ランダム試料の{100}面Ｘ線強度に対する実試験片の{100}面Ｘ線強度の比により算出する。
また、未再結晶粒が多く存在する領域の、最表層から板厚中心方向への厚さは、鋼板の圧延方向断面を光学顕微鏡で観察することにより測定することができる。未再結晶粒の圧延方向断面の形態は、再結晶粒に比べ厚みが小さく、かつ圧延方向に伸展した形態であるため、容易に区別することができる。そして、鋼板表面に凸状部を形成して面内剛性を向上させるという効果を得るためには、概ね、最表層から板厚中心方向5μmの領域までは未再結晶粒の{100}面が多く存在することが好ましい。さらに好ましくは最表層から板厚中心方向10μmの領域までである。
また、上記のような表面において板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度がランダム強度比２．５以上の鋼板は、熱間圧延工程の製造条件を制御することにより得られる。具体的には、例えば熱間圧延での巻取り温度を630℃以下とし、焼鈍の加熱工程での雰囲気、特に雰囲気（窒素と水素の混合ガス）中の水素濃度を5vol%以上、露点を−40℃以下とすることにより、板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度がランダム強度比で2.5以上となる。
【００２０】
以上のように、本発明では、未再結晶粒が板面に平行な方向の{100}面に集積した集合組織分布をする鋼板に対して、鋼板が破断しないある一定の歪量以下の歪を一軸方向に付与した場合に、鋼板表面に凸状部が形成されることで面内剛性が向上する。この時、鋼板が破断しないある一定の歪量として、本発明では、相当歪量を5%以下とする。相当歪量が5%超えでは、歪が蓄積された未再結晶粒の部分も変形するため、10μm以上の凸部が形成されない。そして、相当歪量が5%以下の歪を加えた時に鋼板表面に形成される凸状部高さは10μm以上500μm以下とする。10μm未満では鋼板本来の表面の凹凸との差異が小さく、面内剛性向上の効果がない。一方、500μm超えでは、鋼板の表面の平坦度が著しく低下して、製品への利用ができない。
【００２１】
さらに、検討を進めた結果、鋼板の焼鈍過程において、Tiとして、C、N、SとのTi化合物を形成して析出に寄与していない、すなわち、鋼中に固溶したTiが存在するような鋼成分とすることが、上記のような、表層で未再結晶粒の{100}面方位が多く集積するのに寄与することも見出した。固溶Tiの存在が表層で未再結晶粒の{100}面方位が多く集積させる正確な機構は明らかではないが、冷延後の焼鈍時に、Tiが雰囲気中に存在するNと反応して、表層近傍で形成される窒化物が、再結晶に影響して、本来多く形成される{111}面の形成を阻害させることによるものと推察される。
以上より、このように固溶Tiを存在させるための成分組成として、Ti*=（Ti%）−3.4×（N%）−1.5×（S%）−4×（C%）、Ti*＞0.007を満たす範囲で含有する。ただし、（Ti%）、（N%）、(S%)、(C%)は、それぞれTi、N、S、Cの含有量（質量%）を示す。詳細な説明は後述する。
【００２２】
次に、成分元素の限定理由について説明する。
C：0.0005〜0.01%
Cは、固溶強化元素であり、降伏強度の上昇に寄与し、面内剛性の向上には有利である。しかし、過剰に添加すると加工性や時効性の劣化を招く。また、Cを多量に含有すると鋼中でのTi炭化物量が増加し、鋼中の固溶Ti量が減少して、表層部での板面に平行な方向の{100}面の生成が阻害される。以上より、0.01%を上限とする。一方、0.0005%未満では、結晶粒径が著しく粗大化して降伏強度が大きく低下するため、面内剛性が低下して腰折れなどの欠陥が発生しやすくなる。また、脱炭コストの増大を招く。よって、0.0005％以上0.01％以下とする。
【００２３】
Si:0.2%以下
Siは、脱酸剤として作用するほかに固溶強化により鋼を強化する有用な元素である。一方で、炭化物形成を抑制する作用をもち、Ti炭化物の形成を促進する効果をもつ。また、過剰に含有すると加工性を阻害する。よって、0.2%以下とする。
【００２４】
Mn:0.3%以下
Mnは、脱酸材として作用するほかに、固溶体強化により鋼を強化し、降伏強度を上昇させ、面内剛性には有効である。しかし、Mnの硫化物は、Ti析出物の析出サイトとして作用し、固溶Ti量を減少させるとともに、過剰な添加は加工性を阻害する。よって、0.3%以下とする。
【００２５】
P：0.03%以下
Pは固溶体強化元素であり、鋼の強化と降伏強度には有効である。また、面内剛性には有利である。一方で、粒界に偏析しやすい元素であり、熱間、冷間割れの原因となり、２次加工性も著しく阻害される。よって、0.03%以下とする。
【００２６】
S：0.003〜0.03%
Sは不可避的不純物として鋼中に存在するが、0.03%超えでは鋼板製造時の熱間割れが生じ易くなるとともに、鋼中で介在物を形成して、加工性を著しく低下させる。また、過度の添加は、Ti硫化物の形成を促進し、固溶Tiの減少につながる。よって、0.03%を上限とする。一方、S量は少ない方が好ましいが、0.003%未満とするには脱硫コストが増大するので、0.003%を下限とする。
【００２７】
Al：0.01〜0.05%
Alは脱酸剤として添加する元素である。また、AlはNと窒化物を形成するが、含有量が少ないと余剰のNがTiと窒化物を形成して、固溶Ti量が減少することがある。よって、Al量は、0.01%以上必要である。しかし、多量に添加してもより一層の脱酸効果は得られない。よって、上限は0.05%とする。
【００２８】
N： 0.005%以下
Nは、少ないほど加工性には有利であるので、少ないほど望ましい。また、0.005％を超えて、過剰に添加すると、成形性の著しい低下と固溶Ti量の低下につながる。よって、上限は0.005％とする。
【００２９】
Ti：0.01〜0.1%
Tiは本発明における最も重要な元素のひとつである。Tiは、鋼中のC、N、Sを析出物として固定することにより、加工性向上効果を有する。また、本発明においては、析出物を形成するのに必要な量よりも余剰にTiを添加することにより、製造時に雰囲気中のNとの窒化物を形成させて表層の未再結晶粒の{100}面方位を増大させる。0.01%未満では、このような効果を得ることができない。一方、Tiを0.1%を超えて添加してもそれ以上の効果が望めないばかりでなく、板内部に異常組織の形成を促進し、加工性を低下させる。以上より、0.01％以上0.1％以下とする。
さらに、前述したように、鋼中のTiは、鋼中のC、N、Sと析出物を形成するため、これらC、N、Sの成分に対して、当量を超えてTiを添加して固溶Tiを余剰に存在させることで、表層に未再結晶粒の{100}面を集積させることが本発明においては重要である。そのため、上記0.01％以上0.1％以下の規定に加え、以下の関係式を満たすものとする。
Ti*=（Ti%）−3.4×（N%）−1.5×（S%）−4×（C%）とする時、Ti*＞0.007
ただし、（Ti%）、（N%）、(S%)、(C%)は、それぞれTi、N、S、Cの含有量（質量%）を示す。
Ti*が、0.007を超えるとき、焼鈍時に鋼中に侵入する雰囲気中の窒素と固溶Tiとがごく微細な窒化物を形成し、結晶粒界の移動を妨げて再結晶を抑制する。その結果、高い硬度分布を有する未再結晶粒が残存しやすくなり、鋼板両面の表面において、板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度がランダム強度比で2.5以上となる。
【００３０】
なお、上記以外の残部はFe及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物として、例えば、Oは非金属介在物を形成し品質に悪影響を及ぼすため、0.003％以下に低減するのが望ましい。また、本発明では、本発明の作用効果を害さない微量元素として、Cu、Cr、Ni、W、を0.1%以下の範囲で、V、Zr、Sn、Sbを0.01%以下の範囲で含有してもよい。
【００３１】
次に、本発明の冷延鋼板の製造方法について説明する。
本発明の冷延鋼板は、好適には上記化学成分範囲に調整された鋼を、粗圧延し、所望の仕上温度で仕上圧延し、次いで、所望の冷却条件で冷却し、巻取り、酸洗後、冷間圧延し、連続焼鈍を行うことにより得られる。中でも、本発明の特徴である、鋼鈑表面において、板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度がランダム強度比で2.5以上とし、相当歪量が5%以下の歪を加えたときに鋼板表面に高さ10μm以上500μm以下の凸状部を形成するためには、巻取り温度を630℃以下とするのが好ましい。630℃以下とすることで、Tiを含有する析出物が微細になり、後の焼鈍時に再溶解して固溶Tiを増大させ、鋼板両面の表面に、板面に平行な方向の未再結晶粒の{100}面を集積させることができる。
また、焼鈍時の加熱工程における雰囲気を、水素を5vol%以上含有する水素と窒素の混合ガスとし、露点を−40℃以下とすることで、より効果的に、鋼板両面の表面に、転位密度の高い板面に平行な方向での未再結晶粒の{100}面を集積させることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、水素濃度が高いほど、また露点が低いほど、窒素の鋼中への侵入が促進されて鋼中のTiとより多くのごく微細な窒化物を形成させることができ、再結晶抑制効果が高まるためと推定される。より好ましくは、水素濃度8vol%以上、露点−45℃以下である。
【実施例１】
【００３２】
表1に示す成分からなる溶鋼を、真空脱ガス処理後、連続鋳造によりスラブとし、1180℃に再加熱した後、仕上温度900℃で3.5mm厚まで熱間圧延し、表2に示す巻取り温度でコイルに巻き取った。
次いで、巻取り後の鋼板を酸洗し、板厚0.65mmまで冷間圧延し、連続焼鈍ラインにて、H2−N2混合雰囲気で、820℃で焼鈍した後、伸び率0.8%の調質圧延を行った。
【００３３】
【表１】
2012012669.tif 000002
【００３４】
以上により得られた冷延鋼板に対して、以下に示す方法により、{100}面Ｘ線ランダム強度比、機械的特性、歪を付与したときの凸状高さ、面内剛性（残留凹み量）を測定、評価した。得られた結果を表2に示す。
【００３５】
{100}面Ｘ線ランダム強度比
板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度は逆極点図法により測定した。表面での{100}面Ｘ線強度は、試験片を洗浄、乾燥後したのちに、一方で、板厚中心部での板面に平行な方向の{100}面Ｘ線強度は、試験片の片面をシュウ酸により化学研磨して、板厚中心部を表面に露出させた後、測定を行った。Ｘ線源には白色Ｘ線を用い、{100}面Ｘ線の検出にはGe半導体検出器を用いた。また同時に、選択配向のない、結晶方位が不規則な分布をするランダム試料の{100}面Ｘ線強度（ランダム強度）を測定した。ランダム強度比は、ランダム試料の{100}面Ｘ線強度に対する実試験片の{100}面Ｘ線強度の比により算出した。
【００３６】
機械的特性
成形性は、引張特性とｒ値の機械的特性により評価した。引張特性は、ＪＩＳＺ  2201記載の５号試験片に加工した後、ＪＩＳＺ  2241記載の試験方法に従って行った。また平均ｒ値は、15％の引張予歪を与えた後、3点法にて測定し、鋼板の１方向に対して、90°方向、45°方向、０°方向のｒ値の平均=(r(0°)+2×ｒ(45°)+r(90°))/4として求めた。
【００３７】
歪を付与したときの凸状高さ、及び面内剛性(残留凹み量)
凸状部の高さは、試験片を引張試験機で、歪を加えたのち、レーザー顕微鏡にて100mmの領域を100〜400倍の倍率で観察し、観察される凸状部の高さの平均値で評価した。相当歪εは、引張試験で付与した歪（慣用歪）eにたいして、ε=ｌｎ（１＋e）により算出した。
面内剛性は、図１に示すように、2％の成形歪で張り出し成形したカマボコ型パネルの中心部において、245N(25kgf)の静的負荷により生じた残留凹み量を測定して評価した。
【００３８】
【表２】
2012012669.tif 000003
【００３９】
本発明では、表層に板面に平行な方向の{100}面が多く集積し、5%までの歪を付与したときに高さ10μm以上500μm以下の凸状部が形成された。その結果、成形性が良好であると共に、残留くぼみ量が小さく、面内剛性が優れることがわかる。
また、未再結晶粒が多く存在する領域の、最表層から板厚中心方向への厚さを、鋼板の圧延方向断面を光学顕微鏡で観察した結果、いずれも5μm以上であることを確認した。
付与する歪量を10%とした時は、歪量が5%を超えたため、表層の{100}面が多く存在する効果が発現しなくなり、凸状部が10μm以下と現れなくなり、面内剛性は向上しない。
比較例では、表層に板面に平行な方向の{100}面が十分に集積されず凸状部が形成されない。その結果、面内剛性は低く劣っている。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の冷延鋼板は、面内剛性および加工性に優れているため、家電用鋼板、自動車用鋼板、建築用部材などを中心に、多様な用途での使用が可能となる。
【図１】
2012012669.tif 000004