JP2004521192A - 冷間成形用高強度鋼および鋼帯もしくは鋼板、鋼帯の製造方法および鋼の製造方法 - Google Patents

冷間成形用高強度鋼および鋼帯もしくは鋼板、鋼帯の製造方法および鋼の製造方法 Download PDF

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Abstract

質量％で、Ｃ：≦１．００％、Ｍｎ：７．００〜３０．００％、Ａｌ：１．００〜１０．００％、Ｓｉ：２．５０％を超え８．００％以下、Ａｌ＋Ｓｉ：３．５０％を超え１２．００％以下、Ｂ：０．００％を超え０．０１％未満、更に任意成分として、Ｎｉ：８．００％未満、Ｃｕ：３．００％未満、Ｎ：０．６０％未満、Ｎｂ：０．３０％未満、Ｔｉ：０．３０％未満、Ｖ：０．３０％未満、Ｐ：０．０１％未満、残部が鉄および不可避的不純物である軽量鋼から成り、成形性に優れ強度の高い鋼帯または鋼板。

Description

【０００１】
本発明は、冷間成形性に優れた高強度Ｆｅ−Ｍｎ−Ａｌ−Ｓｉ系軽量鋼および鋼帯（ストリップ）もしくは鋼板（シート）に関する。更に、本発明は、上記鋼から鋼帯を製造する方法および上記鋼の特に適した使用に関する。
【０００２】
車両ボディー部品製造用や低温用途に用いる軽量鋼がドイツ特許１９７２７７５９Ｃ２により知られている。この鋼は、Ｆｅの他に、１０％〜３０％のＭｎ、１％〜８％のＡｌ、および１％〜６％のＳｉを含有し、ＡｌとＳｉの合計含有量が１２％以下である。この公知鋼は、炭素含有量が、もし存在したとしても、不純物の範囲内である。
【０００３】
これに対して、ドイツ特許出願１９９００１９９Ａ１により知られる軽量構造用鋼では、炭素が任意成分として含有されている。この軽量鋼は、７％を超え２７％以下のＭｎ、１％を越え１０％以下のＡｌ、０．７％を超え４％以下のＳｉ、０．５％未満のＣ、１０％未満のＣｒ、１０％未満のＮｉ、および０．３％未満のＣｕを含有する。更に、この鋼は、Ｎ、Ｖ、Ｎｂ、ＴｉおよびＰを合計含有量２％以下含有し得る。
【０００４】
ヨーロッパ特許出願１０６７２０３Ａ１から知られる軽量鋼も０．００１〜１．６％の範囲の炭素を含有している。更に、この鋼は、Ｆｅ以外に、６〜３０％のＭｎ、６％以下のＡｌ、２．５％以下のＳｉ、１０％以下のＣｒ、１０％以下のＮｉ、および５％以下のＣｕを含有する。更に、この鋼は、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｚｒおよび希土類元素を合計含有量３％以下含有し得る。この鋼は更に、Ｐ、Ｓｎ、ＳｂおよびＡｓを合計含有量０．２％以下含有し得る。
【０００５】
上記のような組成タイプの鋼は、炭素を含有しているにも関わらず、熱間圧延および冷間圧延ともに困難である。ストリップのエッジに不安定部分や亀裂が発生し易いため、鋼帯や鋼板の大量生産が困難である。更に、変形挙動の等方性が高く、Δｒ値が大きい。公知方法で製造した鋼板は成形性が低いため、更に成形を加えることが困難である。
【０００６】
歯あるいはそれに相当する形状を有する部材の製造には、強度が高くて成形性の良好な鋼も必要である。典型例としては、内歯あるいは外歯を備えた歯車部品がある。その製造は、コスト効率が良く寸法精度の高いフローフォーミングにより行なうことができる。
【０００７】
フローフォーミングにより歯車部品を製造する方法が、ドイツ特許１９７２４６６１Ｃ２により知られている。この方法によると、高強度構造用マイクロアロイ鋼から成り、下部降伏点が５００Ｎ／ｍｍ２以上である素形材を鋼板から製造する。そしてこの素形材をフローフォーミングして歯車に成形する。歯の成形の際に、鋼板はその成形能の限界まで再成形を受ける。その結果、歯を備えた被加工材の表面は温度を維持しつつ熱変形を伴わずに強化される。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術を改良して、成形性に優れ強度が高く、また工業規模での製造が容易な軽量鋼および／またはそれから製造された鋼帯もしくは鋼を提供することである。更に、鋼帯もしくは鋼板の製造方法および鋼の望ましい使用についても示す。
【０００９】
この目的は、下記の組成（質量％）：
Ｃ：１．００％以下、
Ｍｎ：７．００〜３０．００％、
Ａｌ：１．００〜１０．００％、
Ｓｉ：２．５０％を超え８．００％以下、
Ａｌ＋Ｓｉ：３．５０％を超え１２．００％以下、
Ｂ：０．００％を超え、０．０１％未満、
および任意成分として、
Ｎｉ：８．００％未満、
Ｃｕ：３．００％未満、
Ｎ：０．６０％未満、
Ｎｂ：０．３０％未満、
Ｔｉ：０．３０％未満、
Ｖ：０．３０％未満、
Ｐ：０．０１％未満、
を有する軽量鋼によって達成される。
【００１０】
残部は、Ｆｅおよび不可避不純物である。この不純物としては、この場合は、硫黄と酸素がある。
【００１１】
特に、ボロンの添加により、本発明鋼は性質も製造性も著しく向上することが分かった。すなわち、本発明鋼中のボロン含有量は、降伏点を低下させ、それにより成形性を著しく高めるものである。本発明鋼においては、炭素含有量が０．１０〜１．００質量％、すなわち０．１０質量％以上の炭素が検出される状態であれば、本発明鋼の機械的性質および製造性に対する合金成分の作用効果は更に強化される。
【００１２】
この場合、合金成分の存在によって、機械的性質と製造性との組合せが特に良好になる。すなわち、本発明鋼および／または本発明鋼から製造した鋼帯もしくは鋼板は、上記従来の鋼に比べて、Δｒ値が著しく低い。
【００１３】
更に、本発明の組成を有する冷間圧延鋼帯および鋼の特徴は、降伏点が低下し、高い加工硬化指数（ｎ値）でのストレッチ成形性が向上し、深絞り性（ｒ値）が向上し、かつ面内異方性（Δｒ値）が低下していると同時に、降伏点と伸びとの積が大きくなっている。すなわち、本発明の鋼帯および鋼板の引張強さは６８０ＭＰａ以上である。引張強さと伸びとの積は４１，０００ＭＰａ以上である。本発明の鋼板および鋼帯の降伏点は５２０ＭＰａ以下である。同時に、本発明鋼および／または本発明鋼から製造した鋼板および鋼帯は、２０％から４５％を超える非常に大きな均一伸びを備えている。０．７に達するｎ値が得られる。
【００１４】
このように、高強度・低比重により自動車ボディー用部材の製造に特に適した冷間成形性の高い軽量鋼帯および鋼板が得られる。本発明により製造された鋼板は、重量に対する強度の比率が著しく高いので、下記の用途に適している。すなわち、車両特に動力車両用の車輪の製造、内部または外部からハイドロフォームされた部材の製造、カムシャフトやピストンロッドのような高強度エンジン部品の製造、爆撃のようなパルス状応力に対する保護を目的とした装甲板のような部材の製造、および、爆撃に対する人の保護を目的とした保護部材、といった用途に適している。特に、最後の用途では、本発明鋼が軽量であり同時に高強度であることが非常に有効である。
【００１５】
なお、本発明の鋼板はミクロ組織が完全にオーステナイトだけから成る場合には非磁性部材の製造にも適している。
【００１６】
更に、本発明鋼は極低温においても強度を維持する。そのため、低温技術用のコンテナーやパイプのような低温技術用部材の製造に特に適している。
【００１７】
本発明鋼におけるボロンの有用な効果は、ボロン含有量が０．００２質量％〜０．０１質量％、特に０．００３質量％〜０．００８質量％である場合に、特に顕著である。
【００１８】
Ｃ含有量は、０．１質量％〜１．０質量％であって、本発明の鋼板および鋼帯の製造性をも向上させる。本発明鋼は、炭素が存在することにより、金属間化合物相の生成が抑制される。従来鋼から製造されたストリップで発生するエッジ領域での亀裂や不安定性がこれにより大幅に低減され、特に炭素含有量の増加に伴って不安定性が低減される。ストリップエッジ品質は、ボロン添加により更に向上する。その結果、ストリップエッジの不安定性はＣとＢとの複合添加によりほぼ完全に防止される。
【００１９】
機械的性質および製造性に対する効果という面で、ボロンは合金元素であるＭｎの代替物として作用する。すなわち、２０％Ｍｎと０．００３％ボロンを含有する鋼は、２５％Ｍｎでボロンを含有しない鋼と同等の特性を有することが分かった。本発明の軽量構造用鋼はＭｎ含有量を低くしても高強度を維持することができる。これにより、合金元素コストが低減されると共に、本発明鋼の精錬制御が容易になる。
【００２０】
また、本発明のＣ含有量およびＢ含有量により、熱間圧延条件の選択の幅が広くなる。すなわち、本発明鋼は、熱間圧延最終温度および巻き取り温度が高いときに得られる特性と、熱間圧延最終温度および巻き取り温度が低いときに得られる特性とが、ほぼ同等である。このように熱間圧延条件に対して鈍感であるため、本発明の鋼板の製造も容易になる。
【００２１】
Ｓｉ含有量は２．５０質量％を超える、望ましくは２．７０質量％を超える、と規定したことにより、本発明の鋼帯および鋼板はＳｉ含有量の低い軽量鋼帯および鋼板に比べて冷間成形性が向上している。Ｓｉ含有量が高いことは、均一伸びでの降伏点および引張強度に現われており、破断伸びおよび均一伸びが大きくなっている。また、Ｓｉは本発明鋼のｒ値およびｎ値を高め、機械的性質の等方性を実現している。ＡｌとＳｉの合計含有量は、脆化の危険性を避けるために、１２％以下とする。
【００２２】
本発明の鋼帯および鋼板は望ましくは下記の方法により製造される。すなわち、上記組成を持つ本発明鋼から作られたスラブ、薄スラブまたはストリップのような出発材料を鋳造し、鋳造された出発材料を１１００℃に加熱するか又はこの温度で直接用い、上記予備加熱した出発材料を熱間圧延最終温度８００℃以上で熱間圧延して熱間圧延ストリップ（ホットストリップ）とし、仕上げ圧延されたホットストリップを巻き取り温度４５０℃〜７００℃で巻き取る。
【００２３】
本発明においては、ホットストリップを熱間圧延最終温度８００℃以上で熱間圧延し、低温で巻き取ることにより、炭素の有用な効果が、またボロンを用いた場合にはその有用な効果が、十分に活用される。すなわち、本発明の範囲内で熱間圧延したストリップの引張強さおよび降伏点はボロンおよび炭素の存在により高まり、同時に許容範囲内の破断伸びが確保される。熱間圧延最終温度が高くなるに伴い、引張強さおよび降伏点は低下し、一方、伸び値は増加する。本発明の規定範囲内で熱間圧延最終温度を変えることにより、鋼帯の所望特性を容易に制御できる。
【００２４】
巻き取り温度を７００℃以下に限定することにより、材料の脆化を安定して回避できる。巻き取り温度がこれより高いと脆性相が生成して、材料の剥離が発生し、その後の処理が困難または不可能になる場合があることが、これまでに分かっている。
【００２５】
本発明により製造したホットストリップは使用特性も優れている。薄い鋼板もしくは鋼帯を製造するには、巻き取り後にホットストリップを冷間圧延して冷間圧延ストリップとする。この冷間圧延は圧下率３０％〜７５％で行なうことが望ましい。
【００２６】
得られた冷間圧延ストリップは、６００℃〜１１０℃の焼鈍温度で焼鈍を施すことが望ましい。この焼鈍は、６００℃〜７５０℃の温度範囲でフード焼鈍により行なうか、７５０℃〜１１００℃の温度で焼鈍炉で連続焼鈍により行なうことができる。最後に、冷間成形性の観点からは、冷間圧延ストリップをドレッシングすることが望ましい。本発明の鋼および／または鋼帯もしくは鋼板の更に有利な特定の用途としては、フローフォーミングによる冷間成形部材の製造がある。その場合、本発明鋼から素形材を製造し、これをフローフォーミングにより仕上げる。本発明鋼および／または本発明鋼から製造した素形材は、その特性上、この用途に特に適している。
【００２７】
本発明鋼は、その組成に応じて、ミクロ組織が完全オーステナイト組織またはフェライト＋オーステナイトにマルテンサイトを含む混合組織になる。そのため本発明鋼は成形性が非常に高い。フローフォーミングによる製造に用いられていた従来公知の高強度マイクロアロイ鋼または高強度多相鋼に比べて、本発明鋼は冷間成形時により強力に緻密化する。そのため、冷間成形条件に応じて１４００Ｎ／ｍｍ２〜２２００Ｎ／ｍｍ２の部材強度が得られる。そのため、冷間成形後の付加的硬化は省略できる。歯付き歯車部材の製造のような特定の用途については、本発明鋼においてＳｉ、Ａｌのような軽量成分の含有量を多くすることにより比重を低下させることも望ましい。
【００２８】
本発明鋼を用いた場合、フローフォーミングした部材の熱処理または表面硬化処理を省略できる。使用時に局所的な大応力が負荷される歯付き部材を本発明鋼を用いて製造すれば、上記処理を行なっていた従来鋼で発生していた歪みや剥がれが発生することがない。このように、本発明鋼を用いることにより、軽量で過酷の使用条件向け、かつ寸法安定性の高い部材を、冷間成形特にフローフォーミングにより低コストで製造することができる。
【００２９】
以下に、本発明を実施例と比較例により更に詳細に説明する。
【００３０】
表１に示した鋼Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのうち、鋼Ａ、Ｂ、Ｃは本発明の実施例であり、鋼Ｄ、Ｅは比較例である。
【００３１】
【表１】
Figure 2004521192
【００３２】
上記組成の鋼Ａ〜Ｅを溶解し、スラブに鋳造した。次いで、スラブを１１５０℃に加熱した。加熱したスラブを熱間圧延し、次いで冷間圧延した。
【００３３】
表２に、上記で得られた各ホットストリップについて、熱間圧延最終温度：ＥＴ、巻き取り温度：ＨＴ、引張強さ：Ｒｍ、降伏点：Ｒｅ、Ａ５０伸び、均一伸びＡｇｌ、ｎ値を示す。
【００３４】
【表２】
Figure 2004521192
【００３５】
比較例である鋼Ｄから製造したストリップは、冷間圧延が不可能であった。これ以外のストリップは、変形度約６５％で冷間圧延した後、９５０℃で連続焼鈍した。得られた各冷間圧延鋼板の機械的性質を表３に示す。
【００３６】
【表３】
Figure 2004521192
【００３７】
鋼Ａ〜Ｃから製造した本発明の鋼帯は優れた冷間成形性を有することが分かった。そして、高強度および高破断伸びを備えていると共に、等方的な変形挙動を発揮した（ｒ≒１、Δｒ≒０）。鋼Ｃは本発明鋼ではあるが炭素を含有させずにボロンを含有させたものであるが、この鋼Ｃから製造したストリップでも、降伏点が低下すると共に、破断伸びおよび均一伸びが大きく、かつ変形挙動が等方的であった。
【００３８】
このように、本発明による全ての形態の鋼板は、車両ボディー部材、自動車ボディーの外装パネル、車両特に動力車両の車輪、内部または外部からハイドロフォームした部材、カムシャフトやピストンロッドのような高強度エンジン部品製造用の管、爆撃のようなパルス応力に対する保護を目的とする部材、装甲板のような保護部材、人や動物の装甲着などの製造に特に適している。また、本発明の鋼板からは、軽量で優れた使用特性を持つ過酷用途向け歯車部品を、付加的な熱処理を必要とせずに製造することができる。

Claims (30)

  1. 下記の組成（質量％）：
    Ｃ：１．００％以下
    Ｍｎ：７．００〜３０．００％
    Ａｌ：１．００〜１０．００％
    Ｓｉ：２．５０％を超え８．００％以下
    Ａｌ＋Ｓｉ：３．５０％を超え１２．００％以下
    Ｂ：０．００％を超え０．０１％未満
    および、任意成分として、
    Ｎｉ：８．００％未満
    Ｃｕ：３．００％未満
    Ｎ：０．６０％未満
    Ｎｂ：０．３０％未満
    Ｔｉ：０．３０％未満
    Ｖ：０．３０％未満
    Ｐ：０．０１％未満
    を有する冷間成形性に優れた高強度軽量鋼。
  2. 炭素含有量が０．１０〜１．００質量％であることを特徴とする請求項１記載の軽量鋼。
  3. Ｓｉ含有量が２．７０質量％より大であることを特徴とする先行する請求項のうちの１項記載の軽量鋼。
  4. ボロン含有量が０．００２質量％〜０．０１質量％、特に０．００３質量％〜０．００８質量％であることを特徴とする先行する請求項のうちの１項記載の軽量鋼。
  5. 請求項１から４のうちの１項記載の組成を有する鋼から製造された鋼帯または鋼板。
  6. 引張強さが６８０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項５記載の鋼帯または鋼板。
  7. 引張強度と伸びとの積が４１，０００以上であることを特徴とする請求項５または６記載の鋼帯または鋼板。
  8. 降伏点が５２０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項４から７までのいずれか１項記載の鋼帯または鋼板。
  9. 下記の工程：
    スラブ、薄スラブ、またはストリップのような出発材料を、請求項１から４のうちの１項記載の組成を有する鋼を鋳造する工程、
    得られた鋳造材料を１１００℃まで加熱するかまたは該温度で直接用いる工程、
    上記予備加熱された出発材料を、熱間圧延最終温度を８００℃以上として熱間圧延し、熱間圧延ストリップにする工程、および
    仕上げ圧延された熱間圧延ストリップを４５０℃〜７００℃の巻き取り温度で巻き取る工程
    を含む、冷間成形用高強度鋼帯又は鋼板の製造方法。
  10. 上記巻き取り後にホットストリップを冷間圧延して冷間圧延ストリップにすることを特徴とする請求項９記載の方法。
  11. 上記冷間圧延ストリップを焼鈍温度６００℃〜１１００℃で焼鈍することを特徴とする請求項１０記載の方法。
  12. 上記焼鈍を焼鈍温度６００℃〜７５０℃でフード焼鈍として行なうことを特徴とする請求項１１記載の方法。
  13. 上記焼鈍を焼鈍温度７５０℃〜１１００℃で連続焼鈍として行なうことを特徴とする請求項１１記載の方法。
  14. 上記冷間圧延ストリップをドレッシングすることを特徴とする請求項１１から１３のうちの１項記載の方法。
  15. 上記冷間圧延を冷間圧延圧下率３０％〜７５％で行なうことを特徴とする請求項９から１４のうちの１項記載の方法。
  16. 上記熱間圧延ストリップまたは冷間圧延ストリップのいずれかから、冷間成形用の素形材を製造することを特徴とする請求項９から１５のうちの１項記載の方法。
  17. 上記冷間成形をフローフォーミングにより行なうことを特徴とする請求項１６記載の方法。
  18. 請求項１から８のうちの１項記載の鋼または鋼帯もしくは鋼板の、車両ボディー支持部材の製造への使用。
  19. 請求項１から８のうちの１項記載の鋼または鋼帯もしくは鋼板の、車両ボディー外装部品の製造への使用。
  20. 請求項１から８のうちの１項記載の鋼または鋼帯もしくは鋼板の、車両特に動力車両の車輪の製造への使用。
  21. 請求項１から８のうちの１項記載の鋼または鋼帯もしくは鋼板の、非磁性部材の製造への使用。
  22. 請求項１から８のうちの１項記載の鋼または鋼帯もしくは鋼板の、低温技術用部材の製造への使用。
  23. 請求項１から８のうちの１項記載の鋼または鋼帯もしくは鋼板の、内部または外部からのハイドロフォーミング用部材の製造への使用。
  24. 請求項１から７のうちの１項記載の鋼または鋼帯もしくは鋼板の、管の製造、特に、カムシャフトやピストンロッドのような高強度エンジン部品の製造のための管の製造への使用。
  25. 請求項１から８のうちの１項記載の鋼または鋼帯もしくは鋼板の、爆撃のようなパルス状応力に対する保護を目的とした装甲板のような部材の製造への使用。
  26. 請求項１から８のうちの１項記載の鋼または鋼帯もしくは鋼板の、爆撃のようなパルス状応力に対する人の保護を目的としてヘルメットまたは防護服のような保護部材の製造への使用。
  27. 請求項１から８のうちの１項記載の鋼または鋼帯もしくは鋼板の、フローフォーミング用部材の製造への使用。
  28. 請求項１から８のうちの１項記載の鋼または鋼帯もしくは鋼板の、歯車部材の製造への使用。
  29. 上記歯車部材が歯を備えていることを特徴とする請求項２８記載の使用。
  30. 上記歯車部材がフローフォーミングにより製造されることを特徴とする請求項２８または２９記載の使用。
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