(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量比として、
Ｃ：０．００５〜０．２０％、
Ｓｉ：０．００５〜１．０％、
Ｍｎ：０．１〜２．５％、
Ｐ：０．００５〜０．０４０％、
Ｓ：０．００１〜０．０４０％、
Ａｌ：０．００５〜０．０８０％、
Ｎ：０．０００５〜０．０１０％、
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、
を基本成分として、更にＭｏ複合析出物形成元素群として
Ｖ：０．００５〜０．１０％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１０％、
の１種又は２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、７５０℃以下で巻き取って、熱延鋼板とし、酸洗後、さらに、当該熱延鋼板に冷間加工率３〜３０％で加工を加えることを特徴とする高温強度に優れた加工用薄鋼板の製造方法。
【請求項２】
冷間加工率３〜３０％で加工した後、溶融金属めっきを施すことを特徴とする請求項１に記載の高温強度に優れた加工用薄鋼板の製造方法。
【請求項３】
冷間加工率３〜３０％で加工した後に、さらに５００℃〜９００℃の焼鈍温度で連続焼鈍を施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高温強度に優れた加工用薄鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明方法は、高温強度に優れた加工用薄鋼板の製造方法に関するものである。
詳しくは、石油ストーブやガスストーブ、ガス給湯器で高温（例えば４００〜６００℃）にさらされる部分、あるいは倉庫のフレーム、プレハブ用建材、ビルなどで火災発生時の高温強度（例えば６００〜７００℃での降伏強度が常温降伏強度の規格値の２／３以上）が必要とされる部位に加工後で使用される鋼板として好適な高温強度に優れた加工用薄鋼板の製造方法に関するものである。薄鋼板としては、熱延鋼板、冷延鋼板、溶融金属めっき鋼板（例えば溶融亜鉛めっき鋼板、溶融合金化亜鉛めっき鋼板等）等の各種表面処理鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石油ストーブや電気ストーブの高温に曝される部材には、一般に高温強度にすぐれたステンレスが使用されていた。また、建築分野においては、耐火設計についての見直しが行われ、昭和62年建築物の新耐火設計法が制定されるにいたり、従来の火災時の許容鋼材温度（３５０℃以下）の規定が外され、鋼板の高温時強度と建物に火災時に実際に加わっている荷重に基づいて、耐火被覆を簡素化または省略ができるようになり、素材鋼板の高温強度が十分に確保される場合等には耐火被覆無しで鋼板を裸使用することも可能となった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者の高温強度にすぐれたステンレスにおいては、ステンレスは高価であり、加工時の変形抵抗が大きく加工性に難点が有るので、加工性と高温強度を兼ね備えた、ステンレス代替素材の要求が強く望まれているところである。また、後者の耐火鋼材においては、これを実現するためには、一般にＭｏ、Ｃｒを添加し、これらの析出物を用いた各種耐火鋼板およびその製造方法が提供されてきた。しかし、Ｍｏ、Ｃｒは高価であり、これを重量比でそれぞれ、０．５％超使用するため、非常なコストアップを招き経済的に好ましくなく、多方面で鋼板を利用するには、大幅なコストダウンが望まれていた。また、適用用途も限られ、居住用でない倉庫のフレーム、プレハブ用建材での適用例は少ないのが実情である。
更に、合金添加により鋼板の加工性が低下することからも成形性が比較的要求されない用途での使用に限られている。従って、多方面で鋼板を利用するには、大幅なコストダウンと加工性の向上が望まれているところである。
一方、特開平２―２８２４１９号公報、特開平８―３１１５３９号公報等のように、Ｍｏ−Ｎｂ複合析出物やＭｏ−Ｖ複合析出物を捲取温度や更に捲取前の冷却速度を制御して熱延鋼板製造過程での析出を抑制し、火災発生時の高温での析出硬化により、高温強度の改善を図る方法が開示されている。しかしながら、いずれの方法も、火災時での前記複合析出物を十分に活用する迄には至っておらず、熱延鋼板だけでなく、冷延鋼板および溶融金属めっき鋼板等の薄鋼板全般に有効な製造技術の開発が強く求められているところである。
本発明方法は、このような課題を有利に解決するためなされたものであり、高温（例えば６００〜７００℃）での鋼板の高温強度に優れ、かつ加工性に優れた安価な各種薄鋼板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明方法の特徴とするところは、
重量比として、
Ｃ：０．００５〜０．２０％、
Ｓｉ：０．００５〜１．０％、
Ｍｎ：０．１〜２．５％、
Ｐ：０．００５〜０．０４０％、
Ｓ：０．００１〜０．０４０％、
Ａｌ：０．００５〜０．０８０％、
Ｎ：０．０００５〜０．０１０％、
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、
を基本成分として、更にＭｏ複合析出物形成元素群として
Ｖ：０．００５〜０．１０％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１０％、
の１種又は２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、７５０℃以下で巻き取って、熱延鋼板とし、酸洗後、さらに、当該熱延鋼板に冷間加工率３〜３０％で加工を加えることを特徴とする高温強度に優れた加工用薄鋼板の製造方法である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
このような温度で強度を確保する方法として、ＭｏやＣｒなどの炭化物形成元素を添加しておき、これを４００℃〜７００℃の温度で析出させ強度を確保する方法は公知であり、すでに実用化され、大型ビルや、立体駐車場の構造部材として利用されている。しかし、このような材料では、高温強度を確保するため高価なＭｏやＣｒを０．５％超使用しており、コスト及び加工性に難点であった。
本発明者等は、これらの元素を大幅に低減可能な複合析出物の活用方法を新たに見出して本発明方法を成し遂げたものである。ＭｏやＣｒは、炭化物を形成する元素であり、他の代替元素としては、ＶやＮｂがある。ただ、これらの元素は、熱間圧延での巻き取り中や、連続焼鈍工程やメッキ工程の焼鈍工程での冷却中や溶融金属めっき浴での浸漬中に既に炭化物を形成してしまう。このため、ＶやＮｂ添加では、鋼板の常温強度は上昇するが、その割には高温での強度は殆ど向上する事はなかった。そこで、ＶやＮｂを使用しても、高温での強度の向上代をアップするために、ＶやＮｂを効率よく、完全に炭化物にしてしまう事に着目して実験を重ねた。その結果、鋼板の製造工程において、冷間加工率３〜３０％の加工（以下、通常の圧延率７０〜９０％の冷間圧延を区別するために「冷間軽圧下」と記す）により転位を導入し、さらにＭｏを少量加えることによって、鋼板の高温強度が大幅に改善出来ることを見出した。このメカニズムは、さだかではないが、Ｍｏを少量含有せしめ、鋼板製造時に、転位の消滅を抑制する事で、火災等の高温への昇温時や高温状態で、初めて複合析出物が消滅を抑制された転位から効率よく析出するものと考えている。すなわち、鋼に、ＭｏとＭｏの複合析出物形成元素であるＶ、Ｎｂの１種又は２種を特定量複合添加し、更に本発明の冷間軽圧下を加えることにより、薄鋼板の温度が上昇しても、強度があまり低下しない事が明らかとなった。この原因は明確ではないが、冷間軽圧下で導入された転位がＭｏにより消滅を抑えられ、この転位に、Ｖ及び／又はＮｂが、Ｍｏとの炭化物や炭窒化物の形で析出し、高温時の軟化を抑えるものと考えている。尚、Ｍｏと同様に炭窒化物の形成元素であるＣｒでは、前記のような冷間軽圧下による効果は認められない。
【０００６】
まず、本発明方法の鋼板の製造工程について述べる。所定の組成を有する鋼スラブは、熱間で圧延し、捲取温度が７５０℃以下でれあれば良い。捲取温度が７５０℃超では、いかに本発明方法の冷間軽圧下を施しても、捲取時にＶやＮｂが炭化物として既に析出してしまうので、薄鋼板が高温状態にさらされた場合には、Ｍｏ複合析出物を安定的に有効に活用することは難しく高温強度の改善が十分でない。捲取温度の下限は、実操業との関係で決定すればよいが、低温である方がＭｏ複合析出物利用の点からは好ましい。 更に好ましくは４００℃超〜６５０℃捲取る。この範囲では、常温伸びの低下が少なく加工性も良好で、かつ高温強度も確保され好ましい。
【０００７】
スラブ加熱は、１０５０〜１３００℃で行うことが好ましいが、スラブ温度が８００℃以上であれば省略することも可能である。また、熱間圧延の仕上げ温度も特定するものではなく、通常仕上げ温度はAr3 変態点以上でおこなわれるが、α域圧延を行い更に鋼板に特性（例えば、常温低降伏比等）を付与したり、圧延潤滑性向上による生産性向上を図っても、本発明方法を逸脱するものではない。しかして、巻き取った熱延鋼板は、通常酸洗が行われる。本発明の冷間軽圧下で消滅しにくい転位を導入する工程は、捲取以降の工程が望ましく、酸洗工程の前でも後でも、その効果はほとんどかわらない。ただし、酸洗前ではスケールが表面に付いているので、冷間加工率に誤差が生じる場合があり、実質的な冷間加工率が３％未満になる可能性があるので、好ましくは、酸洗後に３〜３０％の冷間加工を施すことである。また、冷間加工温度は、常温で行う方が熱延鋼板中にＭｏ複合析出物を形成する転位を導入しやすいが、酸洗直後で発熱等により熱延鋼板が１００℃程度まで上昇しても、本発明の効果がなくなる事はない。冷間加工率は、圧下による板厚減少率または鋼板延び率を意味し、冷間加工率は、３％が下限値である。これ未満では効果が十分に得られない。効果をさらに発揮するには、より加工率を大きくした方が良いが、薄鋼板の常温伸びが低下し、また、３０％超では、降伏比（降伏点（ＹＰ）／引張強度（ＴＳ））が上昇しすぎるため鋼板の加工が困難になりやすいので３０％が上限である。本発明の冷間軽圧下技術は、鋼板の実効的な加工率を把握していれば、酸洗を行わない薄鋼板についても、効果を発揮する可能であるので前述の通りである。本発明方法による冷間加工率３〜３０％は、通常の製造工程では、冷間圧延で行えるので、通常冷延工程で行う圧下量７０〜９０％の強圧下に対して区別するために、前記にように冷間軽圧下と称する。
【０００８】
次に、本発明方法における熱延鋼板捲取以降の製造工程の限定理由について述べる。本発明方法では、熱延工程以降に、連続焼鈍工程及び／又は溶融金属めっき工程を施すことが可能であり、この場合、
１）先述の冷間軽圧下を行ってから、所定温度での連続焼鈍、又は溶融金属めっきを行うことが可能である。
２）通常の３０％超〜９０％の冷延を行ってから所定温度での連続焼鈍、又は焼鈍後更に溶融金属めっきを行い、その後に先述の冷間軽圧下を行うことが可能である。
【０００９】
まず、１）は、第２発明、第３発明に対応する。本発明の冷間軽圧下を行った薄鋼板は、Ｍｏ複合析出物の析出源となる消滅しくい転位の存在により、ある程度の常温伸びが低下する可能性が有るので、加工が厳しい用途では、常温伸びを改善することが望ましい。この場合には、所定温度での連続焼鈍を行うことが好ましい。また、防食を要求される場合には、溶融金属めっきを行っても良い。常温伸びを回復するための焼鈍工程では、高温域に所定時間保持されるため、焼鈍温度が過度に高いと、先の冷間軽圧下により導入された転位が消滅してしまい、本発明の効果が低減してしまうことも起こる。このため、焼鈍温度は、本発明で活用する転位が消滅せず、かつ十分に常温伸びを回復するための再結晶温度範囲に限定する必要がある。
【００１０】
これについては、種々の実験を重ね、第３発明のように焼鈍温度としては、５００℃〜９００℃が望ましいことを見出した。５００℃未満では、組織が回復せず常温伸びが極度に小さく、また、９００℃超では、ＮｂやＶが粗大化してしまい、薄鋼板が高温にさらされた時にＭｏ複合析出物を得ることが困難である。この連続焼鈍により、高温強度を損なうことなく、常温伸びが冷間軽圧下前の伸びに殆ど等しくすることが可能となる。そして、常温ＴＳはあまり低下せずに常温ＹＰを低減できことから、加工性の良い薄鋼板が得られる。
更に、第２発明のように溶融金属めっきを施しても、めっき浴中で、本発明の鋼組成のもとで冷間軽圧下により導入された転位は消滅しないので、同様に高温強度の改善には有効である。
【００１１】
次に、参考例として、通常の３０％超〜９０％圧延率で冷間圧延を行ってから焼鈍もしくはめっきを行う場合について述べる。薄鋼板の製造方法としては、熱延工程の後に、冷延工程で鋼板厚み及び表面品位等を調整する方法も可能である。ここで３０％超〜９０％の冷間圧延を受けて、薄鋼板が冷間加工組織となる場合でも、本発明の鋼組成においては、所定の温度での連続焼鈍と本発明方法の冷間軽圧下を組み合わせることによって、冷間加工組織に起因する常温伸びの消失を防ぎかつ高温強度の改善が可能となる。従来の製法では、常温伸びを消失防止するには、完全焼鈍が要求されたので、加工で導入された転位が消滅してしまい、本参考例の方法のような常温伸びと高温強度の両立という効果は期待できなかった。本参考例の方法では、焼鈍工程もしくは溶融金属めっき工程後に、冷間軽圧下を加えるので、これにより常温伸びを十分に確保しつつ高温強度を十分に改善する事ができる事が判明した。この場合の焼鈍温度としては、先に述べた第３発明の焼鈍温度よりも低い方が望ましい。その範囲は、５００℃以上８５０℃以下である．５００℃未満では、回復せず、伸びが低く、加工性が安定的に得られ難い。また、８５０℃以上では、結晶粒が粗大化してしまい、常温降伏強度が過度に低くなってしまうので、加工硬化しやすく加工性が逆に低下してしまう。
【００１２】
以下、各成分の限定理由を述べる。
Ｃは、常温ないし高温強度を得るために０．００５％は必要であり、０．００５％未満では、（Ｎｂ、Ｍｏ）Ｃもしくは、（Ｖ、Ｍｏ）Ｃが析出しなくなり、高温強度が確保できなくなるので０．００５％を下限とする。０．２０％を越えると強度が高すぎるために加工性が著しく低下するので、加工が困難となる。特に深絞り加工のような高加工性が要求される場合には、Ｃ：０．００５〜０．０２％の範囲が望ましい。
Ｓｉは、強度を得るための補助的元素として用いる。０．００５％未満にするには製造コストがかかり経済的に不利であるため、０．００５％を下限とし、１．０％を超えると熱延段階でのスケールの除去にコストがかかり経済的に不利であるため、１．０％を上限とする。
Ｍｎは、主として強度を得るための元素である。０．１％未満では、溶製するのにコストがかかり経済的に不利であるため、０．１％を下限とし、２．５％を超えると加工性が劣化し、加工に耐えられなくなるため、２．５％を上限とする。
P は、０．００１％未満では、工業的にコスト高を招くので０．００１％を下限とし、０．０４％を超えると、２次加工性が劣化し、プレス成形時に割れたり、プレス成形後わずかな力で割れたりするので０．０４％を上限とする。
Ｓは、錆の起点となるので少ない方が良く、０．０１％以下とする必要がある。このため、上限を０．０１とし、また、０．００１％未満とするにはコストがかかるので０．００１％を下限とする。
Ａｌは、鋼の脱酸に必要な元素で、０．００５％未満では脱酸不足となり、ピンホ−ルなどの欠陥を生じるので、０．００５を下限とし、０．０８％を超えると、アルミナなどの介在物が増加し、鋼の延性を損ねるので０．０８％を上限とする。
Ｎは、Ｍｏ複合析出物（Ｎｂ、Ｍｏ）Ｃの析出に関与し、この析出物にわずかに含まれ強度確保に必要なので０．０００５％以上含有させる。また、０．０１０％を起えて含まれると、熱延段階でＮｂ窒化物が析出し、溶接時の溶接熱影響部軟化防止に有効なNb量を減らすことになるので、００１０％を上限とする。
ＶとＮｂは、Ｍｏ複合析出物形成元素であり、Ｍｏ含有と冷間軽圧下とともに、本発明の主構成要件である。
Ｖは、Ｍｏと複合添加することにより、温度が上昇しても、冷間加工で導入された転位がＭｏにより消滅を抑えられ、この転位、もしくは転位上のＭｏに、ＶやＮｂが（Ｖ、Ｍｏ）Ｃや（Ｖ、Ｍｏ）Ｃの形で析出し、高温時の軟化を抑えるものと考えられる。この効果は、０．００５％未満では確認できず、また、０．１０％以上では、効果が飽和し、しかも経済的でもない。
Ｎｂは、Ｖと同様な効果で、Ｍｏと複合添加することにより、高温時の軟化を抑えるものと考えられる。この効果は、Ｖと同様に０．００５％未満では確認できず、また、０．１０％以上では効果が飽和し、また経済的に不利である。
Ｍｏは、温度が上昇しても、冷間加工で導入された転位の消滅を抑え、この転位、もしくは転位上のＭｏに、ＶやＮｂが（Ｎｂ、Ｍｏ）Ｃの形で析出し、高温時の軟化を抑えるものと考えられる。この効果は、０．０５％未満では確認できず、また、０．５％以上では効果が飽和し、また経済的でもない。更に、Ｍｏ含有量が０．３５％以下の低Ｍｏ量にて、本発明方法の冷間軽圧下による高温強度の改善効果が顕著である。尚、前記のようにＣｒ、Ｃｕ、Ｎｉといった元素では、Ｍｏと同様の効果を安定的に得ることは困難である。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
表１に示すＡ１〜Ａ２０の化学成分の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造でスラブとした後、熱延を行い、捲取温度２００〜８００℃で捲取り、熱延コイルを製造した後、熱延鋼板を酸洗後に冷間でＡ１〜Ａ１５は３〜３０％の圧下、Ａ１６〜Ａ２０は２〜８０％の圧下を加えて板厚０．７〜３．０mmの熱延鋼板または冷延鋼板を得た。これらの鋼板において、常温引張試験は、ＪＩＳ  Ｚ２２０１５号試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に則って行った。高温引張試験は、ＪＩＳＧ０５６７に従って行った。高温伸び計を試験片に取りつけ、６００℃まで１０℃／ｍｉｎ．で昇温し、その後１５分保持し、引張試験を行った。評価は、引張り試験機で０．２％耐力を評価した。０．２％耐力の合格レベルは、常温引張強度（ＴＳ）の規格下限値の３分の２以上とし、常温ＴＳが４０Ｋｇ／ｍｍ2 以上の鋼板については、６００℃の０．２％耐力（ＹＰ）が１６Ｋｇ／ｍｍ2 以上の場合を○とし、常温ＴＳが、３０Ｋｇ／ｍｍ2 〜４０Ｋｇ／ｍｍ2 未満の場合には、６００℃のＹＰが、１３Ｋｇ／ｍｍ2 以上の場合を○とした。比較例として本発明の範囲外の各条件で、同様の試験を行い、評価した。比較例の評価の×は、６００℃でのＹＰが十分でない（常温ＴＳの２／３未満）か、常温伸びが極めて低いことを示す。
その結果は、表１より明らかなように、本発明方法の実施例Ａ−１〜Ａ−１５は、比較例Ａ−１６〜Ａ−２０に比べて、いずれも高温強度にすぐれている。また、比較例Ａ−１９、比較例Ａ−２０の常温伸びは、実施例Ａ−４、実施例Ａ−５の常温伸びの１／１０未満しかなく、常温での加工が困難である。
【００１４】
（実施例２)
また、表２のＢ１〜Ｂ２０の化学成分の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造でスラブとした後、熱延を行い、捲取温度２００〜７５０℃で捲取、該熱延鋼板を酸洗後、冷間加工率３〜３０％の冷間軽圧下を加えて板厚０．４〜２．５mmの鋼板とした後、連続焼鈍ラインもしくは溶融亜鉛めっき工程の焼鈍設備で焼鈍し冷延鋼板とし、その後に冷延鋼板の一部（実施例Ｂ−１、２、４、８、１４、比較例Ｂ−１、６、１７、１９）に溶融亜鉛めっきを施した。これらの鋼板より、先述の実施例１と同様な評価を行い、常温のＴＳが、４０Ｋｇ／ｍｍ2 以上の場合には、６００℃の０．２％耐力（ＹＰ）が１６Ｋｇ／ｍｍ2 以上の場合を○とし、ＴＳが、３０Ｋｇ／ｍｍ2 〜４０Ｋｇ／ｍｍ2 未満の場合には、６００℃のＹＰが１３Ｋｇ／ｍｍ2 以上の場合を○とした。
比較材として各条件（比較例Ｂ−１６〜Ｂ−２０）で、同様の試験を行い評価した。。比較例の評価の×は、６００℃でのＹＰが十分でない（常温ＴＳの２／３未満）か、常温伸びが極めて低いことを示す。
その結果は、表２より明らかなように、本発明方法の実施例Ｂ−１〜Ｂ−１５は、比較例Ｂ−１６〜Ｂ−１８に比べて、いずれも高温強度にすぐれている。また、比較例Ｂ−１９、比較例Ｂ−２０の常温伸びは、実施例Ｂ−４、実施例Ｂ−５の常温伸びの１／１０未満しかなく、常温での加工が困難である。
【００１５】
（実施例３)
さらに、表３のＣ１〜Ｃ１５の化学成分の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造でスラブとした後、熱延を行い、所定温度で捲取後に酸洗を行った。さらに、通常の冷延工程で強圧下（実施例Ｃ１〜Ｃ１５は３２〜９０％、比較例Ｃ１６〜Ｃ２０は３０〜８０％）を行い、その後、連続焼鈍し冷延鋼板とし、または焼鈍後更に溶融亜鉛メッキを施して溶融亜鉛メッキ鋼板とした。この冷延鋼板または溶融亜鉛めっき鋼板に、更に冷間加工率３〜３０％の圧下を施し、供試材とした。溶融亜鉛めっき鋼板は、実施例Ｃ−１、２、４、８、１４、比較例Ｃ−１６、１７、１９であり、更に、実施例Ｃ１、２と比較例Ｃ−１６では、めっき後に加熱合金化処理を施した。その後、先述の実施例１と同様な評価を行い、常温のＴＳが、４０Ｋｇ／ｍｍ2 以上の場合には、６００℃の０．２％耐力（ＹＰ）が１６Ｋｇ／ｍｍ2 以上の場合を○とし、ＴＳが、３０Ｋｇ／ｍｍ2 〜４０Ｋｇ／ｍｍ2 未満の場合には、６００℃のＹＰが１３Ｋｇ／ｍｍ2 以上の場合を○とした。
【００１６】
比較材として各条件（比較例Ｂ−１〜Ｂ−５）で、同様の試験を行い評価した。。比較例の評価の×は、６００℃でのＹＰが十分でない（常温ＴＳの２／３未満）か、常温伸びが極めて低いことを示す。
その結果は、表３より明らかなように、本発明方法の実施例Ｃ−１〜Ｃ−１５は、比較例Ｃ−１６〜Ｃ−１８に比べて、いずれも高温強度に優れている。また、比較例Ｃ−１９、比較例Ｃ−２０の常温伸びは、実施例Ｃ−４、実施例Ｃ−５の常温伸びの１／１０未満しかなく、常温での加工が困難である。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、高温強度に優れた加工用薄鋼板を安価に製造することができるので、耐高温材料、耐火鋼材等として安価に供給することができ工業的に大きな効果を奏することができる。
【００１８】
【表１】
0003984320.tif 000002
【００１９】
【表２】
0003984320.tif 000003
【００２０】
【表３】
0003984320.tif 000004