JP2004509762A - Ｍｎ−オーステナイトから主としてなる鋼ストリップ又はシートの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明に係る方法は、従来技術と比較して向上した強度を有する、Ｍｎ−オーステナイトから主としてなる鋼ストリップ（Ｗ）又はシートの経済的な製造に対して用いることができる。この目的に対して、少なくとも下記の合金要素（重量％で）、１５．００〜２４．００％のＣｒ、５．００〜１２．００％のＭｎ、０．１０〜０．６０％のＮ、０．０１〜０．２％のＣ、最大３．００％のＡｌ及び／又はＳｉ、最大０．０７％のＰ、最大０．０５％のＳ、最大０．５％のＮｂ、最大０．５％のＶ、最大３．０％のＮｉ、最大５．０％のＭｏ、最大２．０％のＣｕ並びに鉄及び残部として不可避の不純物を含んでいる鋼を溶融する。この鋼を、２つの回転するローラ（２，３）又はロールの間に形成されたキャスティングギャップにおいて、最大１０ｍｍの厚さを有する薄ストリップ（Ｄ）にキャスティングする。ローラ（２，３）又はロールを非常に激しく冷却するので、キャスティングギャップ（４）における薄ストリップ（Ｄ）が少なくとも２００Ｋ／ｓの冷却速度で冷却される。
単独の図面は、要約用である。

Description

【０００１】
本発明は、Ｍｎ−オーステナイトから主としてなる鋼ストリップ又はシートの製造方法に関する。これらの製品を製造するのに適した鋼は、ＡＩＳＩ２００に属しており、そしてＳ２０１００〜Ｓ２４０００の名称が与えられている。この型の鋼材は、溶接の継ぎ目の領域においてさえ、溶接後に高い強度が保存されるという特徴を有している。
【０００２】
これらの良好な強度特性は、格子間及び置換混合結晶硬化により達成される。この観点では、炭素及び窒素がとりわけ有効である。しかしながら、炭化物形成は望ましくないので、高い炭素含有量は回避されている。従って、ここで問題としているタイプの鋼における格子間混合結晶硬化に対しては、窒素が選択的に用いられる。しかしながら、窒素含有量を上昇させた鋼を製造することは、その製造に必要な装置又は合金成分に関連して、高価になる。
【０００３】
窒素含有量が高い鋼を製造する公知の方法においては、圧縮負荷の適用下に溶鋼（ｍｅｌｔ）を溶融させる。この場合に、溶鋼に作用する圧力は、窒素分圧よりもはるかに高いので、適切な鋼中の窒素は溶解状態になる。この操作の利点は、窒素含有量がより高い鋼が、特別な量の他の合金要素を添加することなしに製造することができることである。しかしながら、不利な点は、この操作に必要な装置には高い費用がかかることである。
【０００４】
溶融の間に圧縮負荷を適用することにより窒素を溶解させる別の方法は、溶鋼それ自体の溶解度を増加させることを含んでいる。このことは、高含有量のクロム及びマンガンにより達成することができる。Ｍ．ｄｕ　Ｔｏｉｔにより編集され、対応する組成を有する鋼の特性の説明が、現在、「ｗｗｗ．ｔｅｃｎｅｔ．ｃｏ．ｚａ／ｍａｇｓ／ｓｔｅｅｌ／ｆｅａｔｕｒｅｌ．ｈｔｍ．」でインターネット上に見出すことができる。公知の鋼は、圧縮負荷を全くかけることなく、常法によって溶融させ及びキャスティングすることができるが、連続鋳造においてはできない。従って、公知の鋼のキャスティングは、高いコストを要する。
【０００５】
前記したタイプの、常法によってキャスティング可能な鋼の強度の更に増加させることは、アルミニウム及び／又はケイ素との合金により達成することができる。これら２種類の元素は、混合結晶硬化を補助するので、更なる強度増加が得られる。さらに、アルミニウム及びケイ素の添加は、積層欠陥エネルギーに影響を与えることができ、このことが更に変形工程に影響を与える。
【０００６】
このように、アルミニウムの添加は、積層欠陥エネルギーの増加を導き、そして双晶変形による有利な変形に導く。しかしながら、ケイ素は、積層欠陥エネルギーを減少させるが、マルテンサイト形成による変形には有利である。ケイ素及びアルミニウムを一緒に添加する結果として、変形の間の材料の強化に、それにより、特別な影響を与えることができる。マルテンサイトの形成は、高い強化を導くが、一方でその強化は双晶変形により低下する。
【０００７】
問題としているタイプの鋼に或る程度の量のアルミニウム及びケイ素を添加することの利点は、それらがフェライト形成剤であり、そして一次フェライト系凝固を促進するという不利な点によって相殺される。得られるフェライトは、窒素に対して低い溶解度を有しているに過ぎない。
【０００８】
その結果として、窒素は、凝固の間にガス泡の形で除去される。しかしながら、増加した窒素含有量を維持しながら、高い強度のオーステナイト系鋼を達成するためには、従ってオーステナイトを安定化させなければならない。これに対して必要とされるマンガン含有量を更に増加させることは、原材料コストを増加させることに加えて、製鉄所における前記のような高マンガン鋼の製造に重大な問題を引き起こす。
【０００９】
従って、本発明の課題は、経済的に製造することができると共に従来技術と比較して増加した強度を示す、Ｍｎ−オーステナイトから主としてなる鋼を製造する方法を提供することである。
【００１０】
この問題は、下記の合金成分（重量％で）：
１５．００〜２４．００％Ｃｒ、
５．００〜１２．００％Ｍｎ、
０．１０〜０．６０％Ｎ、
０．０１〜０．２％Ｃ、
最大３．００％Ａｌ及び／又はＳｉ、
最大０．０７％Ｐ、
最大０．０５％Ｓ、
最大０．５％Ｎｂ、
最大０．５％Ｖ、
最大３．０％Ｎｉ、
最大５．０％Ｍｏ、
最大２．０％Ｃｕ、
及び鉄及び残部として不可避の不純物
を含む鋼を溶融し、そしてその鋼を、２つの回転するローラ又はロールの間に形成されたキャスティングギャップにおいて、最大厚さ１０ｍｍを有する薄ストリップにキャスティングし、それによってローラ又はロールを非常に激しく冷却して、キャスティングギャップにおける薄ストリップを少なくとも２００Ｋ／ｓの冷却速度で冷却する、Ｍｎ−オーステナイトから主としてなる鋼ストリップ又はシートを製造する方法によって解決される。薄ストリップの厚さは、好ましくは、１〜５ｍｍの間である。当然、本発明に従って用いられる鋼組成の詳細は、含有量の許容される最大の上限のみが与えられているこれらの合金要素の含有量がゼロであるような合金も含んでいる。
【００１１】
本発明の更なる態様によれば、前記鋼のクロム含有量は１７．００〜２１．００重量％Ｃｒに限定することができ、マンガン含有量は８．００〜１２．００重量％Ｍｎに限定することができ、及び／又は窒素含有量は０．４０〜０．６０重量％Ｎに限定することができる。さらに、Ｎｉ、Ｍｏ及び／又はＣｕは鋼中に存在することができる。
【００１２】
本発明に従って用いられる鋼組成中に含まれる合金要素の含有量は、これらの要素の作用に応じてそれぞれの場合に最適化される。すなわち、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ及びＡｌは溶鋼中の窒素溶解度を増加させ、一方、オーステナイト形成剤であるＮｉ及びＣｕ、並びにＳｉは窒素溶解度を低下させる。前記したように、Ｓｉも混合結晶硬化剤として作用する。さらに、それは、結晶粒微細化に対しても用いられ、そして積層欠陥エネルギーを低下させる。一方、アルミニウムは積層欠陥エネルギーを増加させる。モリブデンも混合結晶硬化剤として作用し、そして腐食挙動を改善する。バナジウムも結晶粒微細化作用を有しており、そして強度を高める。Ｎｂの添加は、析出硬化により強度の増加を導く。
【００１３】
本発明は、ストリップキャスティングプラントの基本的に公知な技術を用い、ここで、前記鋼を、例えば、ダブルローラキャスティング装置のローラ又はロールの間に形成されるキャスティングギャップにおいてキャスティングし、そして非常に激しく冷却されるので、一次フェライト系から一次オーステナイト系凝固へのシフトが起きる。このことは、溶鋼中に溶解した窒素を鋼中に移すことを可能にする。なぜなら、オーステナイトは窒素に対して高い溶解度を有しているからである。このような激しい冷却は、キャスティングロール又はローラによって形成される前記キャスティングギャップの壁と、キャスティングギャップ中の鋳鋼との間で、連続的で激しい熱交換が保証されるように、前記壁（キャスティングロール／ローラ）が、キャストストリップと本質的に同じ速度で移動する態様で、薄ストリップをキャスティングギャップにおいてキャスティングすることによってのみ可能となる。
【００１４】
高い冷却速度で実施する激しい冷却は、凝固する溶鋼中で形成していると思われる窒素ガス泡の残留を小さくし、そしてそれらの泡に向かう圧力が高くなることを保証する。このことは、凝固の間のいかなる窒素ガス抜けをも阻止する。さらに、このような窒素の逃出は、キャスティングギャップにおける溶鋼プールの高さを大きくすることの結果として生じる高い溶鋼静水圧によっても抑制される。このようにして、任意の形成される窒素ガス泡中の圧力Ｐ_Ｎが、常に、周囲圧力Ｐ_Ａと、溶鋼静水圧Ｐ_Ｆと、ガス泡の半径ｒに対するガス泡の表面張力σの２倍との和より低くなる（すなわち、Ｐ_Ｎ＜Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｆ＋２σ／ｒ）ことが保証される。
【００１５】
このように、ストリップキャスティングの間のキャストストリップの迅速な凝固は、とりわけ本発明に従って用いられるタイプの鋼に関連して鋼組成の選択について大きな自由度を提供する。すでに説明したように、迅速な凝固の結果として、より多量の窒素を溶解させることができる。従って、材料の性質を改善する合金要素を、窒素溶解度へのネガティブな影響の可能性を顧慮せずに、通常の製造方法における量より多くの量で添加することができる。例えば、鋼がより多い量のＳｉを含んでいる場合、遅い凝固及び関連したフェライト形成の増加の結果として通常の製造において存在する窒素ガス抜けの危険は、本発明方法において回避される。また、Ａｌ含有量が増加した場合、より遅い冷却の間に生じるＡｌＮの形成が、本発明により提供される迅速な冷却により回避される。従って、遅い冷却によって引き起こされる有害な影響を顧慮せずに、本発明は、最適化された性質を有する最終製品が得られるように、Ａｌ及びＳｉ含有量の適切な選択によって特別に調整されるために用いられる各合金の変形機構が可能とする。
【００１６】
本来的に変形が困難な本発明に従って用いられるタイプの鋼の加工において本発明により達成されるコストの利点は非常に大きなものである。このことは、通常の連続鋳造によりキャスティングすることができる７．５重量％までのＭｎを含有する鋼に対して当てはまり、及び通常はブロックキャスティングによってのみキャスティングされ、そして次いで必要に応じて再加熱を伴う数回のパスにより所望の最終厚さまで圧延されることができる７．５重量％より多いＭｎを含有する鋼の両方に当てはまる。
【００１７】
現在、連続的なキャスティングが可能な合金製の熱間ストリップは、通常のホットワイド−ストリップミルにおいて３．５ｍｍの最小厚さでのみ製造することができる。０．８〜１．２ｍｍの標的とする厚さを有する冷間ストリップの製造は中間アニーリングによってのみ可能である。しかしながら、本発明に従ったストリップキャスティングを含む方法において中間アニーリングは、得られる熱間ストリップの厚さがより小さくなるので、もはや不要である。１〜３ｍｍの間の最終厚さを有する薄ストリップは、本発明により提供されるストリップキャスティングにより製造することができるので、多くの場合に、製造されるストリップの最終厚さを調節することも可能になり、従って冷間圧延を完全に省略することができる。このようにして、通常の製造方法においてＭｎ−オーステナイトの低い変形能により引き起こされる問題を回避することができる。
【００１８】
本発明方法を用いて、過剰な圧力下に鋼製造を実施する必要がなく又はとりわけ高いマンガン含有量を必要とせずに、とりわけ高い窒素含有量０．４〜０．６重量％を有しそして３％までのアルミニウム及び／又はケイ素によって合金化される鋼ストリップ及びシートを製造することができる。このように製造された鋼生成物は、わずかなマクロ偏析又は少数の粗い含有物を持った微粒子状で等方性の構造を有している。そのＡｌ及び／又はＳｉ含有量の結果として、それらの生成物は、従来の技術と比較して向上した強度及び延性も示す。本発明に従って製造される鋼ストリップ又はシートについて、強化及び従って変形の間のエネルギー吸収は、合金の選択によって特別に調節することができる。
【００１９】
薄ストリップのキャスティングは、好ましくは、保護ガス雰囲気中で行う。保護ガス雰囲気中でのキャスティングの結果として、その酸化の程度を具体的に影響させることが可能な改良表面を有する薄ストリップを製造することは容易である。この方法で、スケール形成を回避することができる。
【００２０】
次いで、このように製造されたストリップは、ローラ固着の危険なしにロールスタンドにおいてインラインで熱間圧延することができる。これに関して、それは、薄ストリップを熱間圧延する前に初期の圧延温度まで加熱する場合にとりわけ好都合である。この温度の上昇の結果として、より高い変形度を熱間圧延の間に達成することができる。
【００２１】
熱間圧延後に熱間ストリップに対して熱処理を実施することによって、その構造を具体的に最適化することができる。前記の熱処理は、アニーリングと、その後の制御された冷却を含むことができる。
【００２２】
その広範な性質の結果として、本発明に従って製造される鋼シートは、自動車のボディーシートの金属部分、特に一般的な車両構造物において及びとりわけ自動車構造物において用いられる補強構造成分、車台及び車輪部分、車両の車輪及び燃料タンクの製造にとりわけ適している。これらすべての用途において、本発明の方法によって製造される鋼シートの特別に良好な強度特性は、有利な効果を有している。さらに、本発明に係る鋼シート及びストリップの良好な耐食性は、それらが攻撃的な媒体、例えば、燃料と接触する場合のような用途において好都合である。
【００２３】
次に本発明を、その態様の一例を示す図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
図面は、ストリップキャスティングプラント１の模式図である。このプラントにおいては、例えば、通常の不可避な不純物の他に、（重量％で）０．０８％−Ｃ、０．５％−Ｓｉ、１０％−Ｍｎ，１９％−Ｃｒ、０．５％−Ｎ、０．３％−Ａｌを含有しそしてその残部が鉄である鋼を加工処理する。
【００２４】
ストリップキャスティングプラント１は、「ダブルローラ」と呼ばれるダブルローラキャスティング装置を含んでおり、前記装置のローラ２，３は図面に示すように回転の軸の回りを反対方向にそれぞれ回転する。ローラ２，３の間に、キャスティングギャップ４が形成され、それは連続的に溶鋼に充填され、従って、溶鋼プールＳがキャスティングギャップ４の上に形成される。
【００２５】
ローラ２，３は、図示しない冷却装置によりキャスティング工程の間に激しく冷却され、従ってキャスティングギャップ４に入る溶鋼は、２００Ｋ／ｓより高い冷却速度で最初にオーステナイト系に凝固し、そして１〜５ｍｍの厚さを有する薄ストリップＤとしてキャスティングギャップ４から離れる。このように製造された薄ストリップＤは、次いで、炉体５を通り、そこで初期の圧延温度まで加熱される。
【００２６】
ローラ２，３を有するダブルローラキャスティング装置及び炉体５は両方とも、保護ガス雰囲気を含むハウジング６内に収容されている。薄ストリップＤのキャスティング及び保護ガス雰囲気における炉体５中での前記薄ストリップの再加熱の結果として、薄ストリップＤの表面上のスケールの形成は大部分が回避される。
【００２７】
初期の圧延温度まで加熱された薄ストリップＤは、ロールミル７に入り、そこで最終的なサイズに熱間圧延される。高い初期の圧延温度の結果として、高い変形度が可能である。実質的にスケールを含まないロールミルに入る薄ストリップＤから圧延される熱間ストリップＷは、熱間圧延の後、とりわけ高品質の表面を示す。
【００２８】
ロールミル７中での熱間圧延の後、熱間ストリップＷは連続アニーリング炉体８中でアニーリングされ、次いでその構造を特別に改善するために、冷却装置９下で、制御された方式により冷却される。このように熱処理された熱間ストリップＷは、次いで、巻き取られてコイル１０を形成する。
【００２９】
前記した方法で製造された鋼ストリップは、ダブルローラキャスティング装置のローラ２，３の間での急速な冷却により達成される高い窒素含有量の結果として、従来の組成を有し及び従来の方法により製造された鋼ストリップと比べて良好な変形能及び等しく良好なエネルギー吸収能を伴って、とりわけ高い強度を示す。
【００３０】
下記の表は、本発明に従ってキャスティングローラプラント１で製造された熱間ストリップＷの優れた強度値を、連続鋳造によって従来法により製造されたＭｎオーステナイト鋼の強度値と比較するものである。
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】
ストリップキャスティングプラントの模式図である。
【符号の説明】
１・・・キャスティングローラプラント；
２，３・・・ローラ；
４・・・キャスティングギャップ；
５・・・炉体；
６・・・ハウジング；
７・・・ロールミル；
８・・・連続アニーリング炉体；
９・・・冷却装置；
１０・・・リール；
Ｄ・・・薄ストリップ；
Ｗ・・・熱間ストリップ；
Ｓ・・・溶鋼プール。

Claims (16)

1. Ｍｎ−オーステナイトから主としてなる鋼ストリップ（Ｗ）又はシートを製造する方法であって、下記の合金成分（重量％で）：
   １５．００〜２４．００％Ｃｒ、
   ５．００〜１２．００％Ｍｎ、
   ０．１０〜０．６０％Ｎ、
   ０．０１〜０．２％Ｃ、
   最大３．００％Ａｌ及び／又はＳｉ、
   最大０．０７％Ｐ、
   最大０．０５％Ｓ、
   最大０．５％Ｎｂ、
   最大０．５％Ｖ、
   最大３．０％Ｎｉ、
   最大５．０％Ｍｏ、
   最大２．０％Ｃｕ、
   及び鉄及び残部として不可避の不純物、
   を含んでいる鋼を溶融し、そして
   前記鋼を、２つの回転するローラ（２，３）又はロールの間に形成されたキャスティングギャップにおいて、最大厚さ１０ｍｍを有する薄ストリップ（Ｄ）にキャスティングし、それによりローラ（２，３）又はロールを非常に激しく冷却して、キャスティングギャップ（４）における薄ストリップ（Ｄ）を少なくとも２００Ｋ／ｓの冷却速度で冷却する、前記製造方法。
2. 前記薄ストリップ（Ｄ）の厚さが１〜５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記鋼が１７．００〜２１．００重量％のＣｒを含有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記鋼が８．００〜１２．００重量％のＭｎを含有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
5. 前記鋼が０．４０〜０．６０重量％のＮを含有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
6. 前記鋼がさらにＮｉ、Ｍｏ及び／又はＣｕを含有していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法。
7. 前記薄ストリップ（Ｄ）のキャスティングを保護ガス雰囲気中で行うことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法。
8. 前記キャスティングの後、薄ストリップ（Ｄ）を連続的に熱間圧延し熱間ストリップ（Ｗ）を得ることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の製造方法。
9. 前記熱間圧延の前に、薄ストリップ（Ｄ）を初期の圧延温度に加熱することを特徴とする、請求項８に記載の製造方法。
10. 前記加熱を保護ガス下に行うことを特徴とする、請求項９に記載の製造方法。
11. 前記熱間圧延の後、熱間ストリップ（Ｗ）に加熱処理を加えることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の製造方法。
12. 自動車のボディーシートの金属部分用の材料としての、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の製造方法により製造された鋼ストリップの使用。
13. 補強構造成分用の材料としての、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の製造方法により製造された鋼ストリップの使用。
14. 車台及び車輪の部分用の材料としての、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の製造方法により製造された鋼ストリップの使用。
15. 車両の車輪用の材料としての、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の製造方法により製造された鋼ストリップの使用。
16. 燃料タンク用の材料としての、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の製造方法により製造された鋼ストリップの使用。