JP2009522452A - 多相鋼の場合の目的の性質組合せを調整する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
標準的分析及び標準的方法操作を用いて製造される多相鋼を、殆ど任意の組合せの性質を有する種類の鋼に転化することができる方法及び装置の提供。
【解決手段】
多相鋼の構成が少なくとも３０％のフェライト及び最高５０％のマルテンサイトを含み、標準的分析及び標準的方法操作を用いる通常の熱間圧延ライン、薄肉スラブ鋳造兼圧延プラント又は相応する狭いストリップ製造ライン及び中間ストリップ製造ライン又は線材製造ラインで製造される例えば二相鋼及びＴＲＩＰ鋼である、熱間圧延された多相鋼の場合の意図する組合せの性質を調整する方法において、熱間圧延（１０）又は後の仕上げ段階に続いて、例えば構造部材の仕上げに続いて、変更可能な焼鈍温度及び変更可能な焼鈍期間を用いる後に連結されたあるいは中間連結された焼鈍処理（３０、３５）によって多相鋼の強度と降伏比との所望の組み合わせを調整することを特徴とする、上記方法。
標準的分析及び標準的方法操作を用いて製造される多相鋼を、殆ど任意の組合せの性質を有する種類の鋼に転化することができる方法及び装置の提供。
【解決手段】
多相鋼の構成が少なくとも３０％のフェライト及び最高５０％のマルテンサイトを含み、標準的分析及び標準的方法操作を用いる通常の熱間圧延ライン、薄肉スラブ鋳造兼圧延プラント又は相応する狭いストリップ製造ライン及び中間ストリップ製造ライン又は線材製造ラインで製造される例えば二相鋼及びＴＲＩＰ鋼である、熱間圧延された多相鋼の場合の意図する組合せの性質を調整する方法において、熱間圧延（１０）又は後の仕上げ段階に続いて、例えば構造部材の仕上げに続いて、変更可能な焼鈍温度及び変更可能な焼鈍期間を用いる後に連結されたあるいは中間連結された焼鈍処理（３０、３５）によって多相鋼の強度と降伏比との所望の組み合わせを調整することを特徴とする、上記方法。
Description
本発明は、多相鋼の構成が少なくとも３０％のフェライト及び最高５０％のマルテンサイトを含み、標準的分析及び標準的方法操作を用いる通常の熱間圧延ライン、薄肉スラブ鋳造兼圧延プラント又は相応する狭いストリップ製造ライン及び中間ストリップ製造ライン又は線材製造ラインで製造される例えば二相鋼及びＴＲＩＰ鋼である、熱間圧延された多相鋼の場合の意図する組合せの性質を調整する方法及び装置に関する。
多相鋼は、慣用の鋼製品に比較して、強度及び延性の明らかに改善された組み合わせを有しそしてそれ故に特に自動車工業にとって常に重要性を増している。自動車工業にとって現在最も重要な鋼材の種類は二相鋼及びＴＲＩＰ鋼である。
この場合、明らかに製造コストが低いので、熱間ストリップとして直接的に製造する変法が経済的長所をもたらしそしてそれ故に将来にとって非常に大きな潜在性を有している。
二相鋼の特徴は一般に５０〜７０％である低い降伏比にある。ＨＳＬＡ鋼（抗強度低合金鋼：high-strength low alloy）、すなわち高強度の低合金化構造鋼に比較して、同様な抗張力水準であって低い降伏点である他に著しく良好な膨張値が達成される。若干の用途(例えばパイプ)にとっては、降伏比が規定された値に調整されなければならないが、それでも延伸率もできるだけ大きいことが望まれことがある。
色々な種類の強度の製造には熱間ストリップについての非常に膨大なプロセスノウハウが直ぐに必要とされるので、あらゆる個々の材料について化学分析又は方法操作を適合させる従来技術があり、その際にトリップ鋼は原則として二相鋼に比較して多少高い降伏比を有する。
ヨーロッパ特許第１，１０８，０７１Ｂ１号明細書（特許文献１）からは、２段階冷却を備える仕上げロール加工の後に７０〜９０％のフェライト及び３０〜１０％のマルテンサイトよりなる二相組織をもたらす、二相鋼の製造方法が公知である。第一の（ゆっくりした）冷却は一つの冷却区間で実施され、その冷却区間では熱間ストリップが間隔をおいて相前後して配置された水冷段階を通って２０〜３０Ｋ／秒の冷却速度で確実に冷却される。その際にこの冷却が、フェライト形成を迅速に行うことができるほど未だ高い温度を有する冷却曲線がフェライト領域に入り込むように調整する。この第一の冷却は、別の（速やかな）冷却をただちに又は停止時間無しに後続させる前に、オーステナイトの少なくとも７０％がフェライトに転化される程の期間継続する。
例えば４０〜７０％のフェライト、１５〜４０％のベイナイトおよび５〜２０％の残留オーステナイトからなっている組織を有するＴＲＩＰ−鋼の特別な効果（塑性を生じさせる変態）は、外側の塑性変形が発生するときに、マルテンサイトへの準安定残留オーステナイトの変態がある。オーステナイトだけによってでなく周囲の組織成分によってももたらされる、フェライトのマトリックスの容積増大及び塑性化と関連するこの変態は、結果としてより高い強度をもたらしそしてより高い塑性膨張をもたらす。このようにして製造された鋼については、より高い強度とより高い延性のすぐれた組み合わせが生じる。従って、特に自動車工業における使用に適している。
ヨーロッパ特許出願公開第１，３９６，５４９Ａ１号明細書（特許文献２）から、ＴＲＩＰ特性を有し、かつ、パーライトを含まない熱間圧延された鋼ストリップを製造するために、鉄及び不可避の不純物の他に、重要な成分として元素ＴｉとＮｂの少なくとも１種類及び選択的に、最大０．０８のＣｒ、最大０．８％のＣｕ、最大１．０％のＮｉの少なくとも１種類の元素を含有する溶融鋼を、８５０〜１０５０℃の入口温度でもって焼鈍炉内で１０〜６０分間１０００〜１２００℃で焼き鈍しされる薄肉スラブに鋳造する。スケールを除去した後で、この薄肉スラブを７５０〜１０００℃で仕上げ熱間圧延し、次いで３００〜５３０℃の巻取り温度まで２段階で冷却される。その際、第一段階の制御下の冷却は、少なくとも１５０Ｋ／ｓの冷却速度で４〜８秒の冷却休止時間で行われる。上記の方法操作の他に、Ｔｉおよび／またはＮｂが存在することが重要である。というのは、これらの元素が熱間圧延の開始まで溶けており、その後の析出等の際に、熱間ストリップの微細性、残留オーステナイト含有量の増加および熱間ストリップの安定性が改善されるからである。
更に、ヨーロッパ特許第１，３９４，２７９Ｂ１号明細書（特許文献３）からは、より高い強度及びより高い延性の、炭素含有量が少ない鋼の製造方法が公知である。この鋼は８００ＭＰａより大きい抗張力、５％より多い同様な膨張及び２０％より多い伸び率を有している。焼き入れされそして熱調質された半製品から出発して、０．２０％のＣ、１．６０％のＭｎ及び硼素と９０％より多いマルテンサイト相成分との混合物を有する鋼を全圧延の２０％より多く冷間圧延した後に５００〜６００℃の温度で焼鈍処理を実施する。その際に１００〜３００ｎｍの超微細な結晶質粒状フェライト構造を有する組織がフェライト中に析出した炭化鉄と一緒に得られる。
ヨーロッパ特許第第１，１０８，０７１Ｂ１号明細書
ヨーロッパ特許出願公開第１，３９６，５４９Ａ１号明細書
ヨーロッパ特許第１，３９４，２７９Ｂ１号明細書
本発明の課題は、この従来技術から出発して、標準的分析及び標準的方法操作を用いて製造される多相鋼を殆ど任意の組合せた性質を有する種類の鋼に転化することができる方法及び装置を提供することである。
この課題は請求項１の特徴に従って、熱間圧延からの冷却又は後の仕上げ段階に続いて、例えば構造部材の製造のときに、変更可能な焼鈍温度及び変更可能な焼鈍期間を用いる後に連結されたあるいは中間連結された焼鈍処理によって多相鋼の強度と降伏比との所望の組み合わせを調整することによって解決される。この方法を実施するための装置は請求項８の特徴的構成要件によって特徴付けられる。本発明の有利な実施態様は、従属形式の請求項に記載してある。
本来の製法に後続する本発明に従う適し、かつ、簡単に実施される、標準的分析及び標準的方法操作を伴う多相鋼の焼鈍処理によって、種々の材料の殆ど任意の組合せ或いは性質（降伏値の高さ、抗張力のレベル）の組合せが調整される。これに対して、熱間ストリップの直後での色々な種類の多相鋼強度の製造は、非常に膨大なプロセスノウハウ、とりわけ、合金元素の相応する最適化が必要とされる。
本発明によれば、≦６００℃の変更可能な焼鈍温度及び≦１２０ｓの同様に変更可能な焼鈍期間を用いる焼鈍処理を、得られる組織がフェライト基本マトリックス並びに焼き戻しマルテンサイト又は１０〜５０％の面積割合を有するベイナイトよりなるように実施する。その際に焼鈍温度により、第一のラインにおいて炭化物の微細分布析出による降伏点の高さがマルテンサイト又はベイナイトの粒界に影響を及ぼしそして焼鈍期間によって抗張力のレベルを調整することができる。
焼鈍処理の実施は、本発明に相応して、既存の与えられた状況に適合させて、前又は後に連結された方法段階に無関係に連続焼鈍装置においてオフラインで実施するか又は既存の方法ラインにおいて、例えばストリップ亜鉛メッキの領域で、亜鉛浴に入れる前の亜鉛メッキラインの加熱段階でオンラインで実施する。
更に、本発明によれば既に仕上げたプレス成形構造部材（枠構造物、車輪、連結要素等）の焼鈍処理を行うことも可能であり、それによってそれら構造部材は後からそれらの機械的性質を改善される。このやり方の長所は、低い降伏比の良好な冷間変形性の材料の構造部材への変態を良好な膨張のもとで行うことができそしてそれ故に道具の消耗が比較的に低く維持されることである。後での焼鈍処理によって構造部材の強度は、さもなければ、その強度のために成形機械のプレス力が十分でなくて成形が困難である値に高めることができる。
構造部材の全体の焼鈍処理の他に本発明に従って、意図的に構造部材の局所的に限定された場所の区域焼鈍処理の使用も可能である。この場合には、目標の方向は溶接された“テイラー・ブランク（Tailor blanks）”の一部代用である。テイラー・ブランクの場合には、構造部材の特定の場所で、所望の構造部材強靱性に調節するためにより高い強度の鋼が溶接固定される。このような溶接固定は、それの代わりに問題の鋼について局所的に焼鈍処理を行った場合には、省くことができる。
熱間圧延された多相鋼の場合に焼鈍処理によって意図する組合せの性質を調整する装置は、本発明によれば、製造装置或いは製造ラインの中で自由に選択できる場所に加熱装置を配置し、そこにおいて焼鈍処理を≦６００℃の焼鈍温度及び≦１２０ｓの焼鈍期間で実施することができることに特徴がある。この熱処理プラントは、オフラインで例えば構造部材の焼鈍処理を実施するか又はオンラインで、既存のプロセスラインにおいて、例えばストリップ亜鉛メッキの領域で亜鉛浴中に入れる前の亜鉛メッキラインの加熱段階に配置されていてもよい。
本発明の焼鈍処理の効果を以下の実施例によって明らかにする。二相鋼は部分的に圧延方向及びそれを横断する方向において部分的に異方性的に強靱性を有している。熱間ストリップとして製造される９８０〜１０３５Ｎ／ｍｍ２の抗張力を有する二相鋼の場合、本発明に従って実施される５００℃で６０秒以上の短時間焼鈍処理は、両方の方向の性質のこの異方性を均一にする（等方性）。以下の表に示した通り、未処理の熱間ストリップ（焼鈍期間０秒）は圧延長手方向及び圧延横方向における明らかに色々な伸びが達成される。短時間焼鈍処理（焼鈍期間１分）によって抗張力は若干低下するが、伸びに関する値は全体として高水準に増加する：
焼鈍時間 Ｒｐ０，２ Ｒｍ Ｒｐ０，２／Ｒｍ Ａ
（秒） （Ｍｐａ） （Ｍｐａ） （％）
０ 長手方向 ４７３ １０３５ ０．４６ １３．０
横方向 ４６９ ９８１ ０．４８ ７．８
６０ 長手方向 ５０３ ８３９ ０．６０ １７．７
横方向 ５１３ ８８１ ０．５８ １８．１
二相鋼の例について記載した関係はＴＲＩＰ−鋼についても同様であった。
焼鈍時間 Ｒｐ０，２ Ｒｍ Ｒｐ０，２／Ｒｍ Ａ
（秒） （Ｍｐａ） （Ｍｐａ） （％）
０ 長手方向 ４７３ １０３５ ０．４６ １３．０
横方向 ４６９ ９８１ ０．４８ ７．８
６０ 長手方向 ５０３ ８３９ ０．６０ １７．７
横方向 ５１３ ８８１ ０．５８ １８．１
二相鋼の例について記載した関係はＴＲＩＰ−鋼についても同様であった。
次に、上記の本発明の焼鈍処理を実施するための更なる詳細な説明を図に略示したフローシートに基づいて行う。
図１はストリップ材料を焼鈍処理するフローシートを図示している。
図２は線材を焼鈍処理するフローシートを図示している。
図３は構造部材を焼鈍処理するフローシートを図示している。
図１〜３には、フローシートの状態でストリップ材料（図１）、線材（図２）及び構造部材（図３）を本発明に従って焼鈍処理するのに必要な個々の方法段階がフローシートの形で図示されている。それぞれの方法ルートは番号を振った方向矢印に特徴がある。記載した全てのフローシートは、出発点として最初に熱間圧延が行われ、これに続いて多相組織を得るために熱間圧延物を制御冷却する点で共通している。種々の材料の場合の別の可能な方法段階及び実施される焼鈍処理の時点を以下に説明する。
図１においては、更に加工する前にストリップ材料の焼鈍処理のためのあり得る方法過程（１，２）を示している。方法過程１の場合には、熱間圧延（１０）及び制御下の冷却（２０）の後に焼鈍処理（３０）を実施しそしてこれに続いてストリップ材料を完成製品（８０）に更に加工するために送る。焼鈍処理（３０）はオンラインで実施することができ、このために適当な連続炉を既存のプロセスラインに配置する。
記載した方法過程（２）の場合には、例えば熱間ストリップのストリップ亜鉛メッキ（４０）を行う。その結果、その前にオンラインで連続焼鈍処理（３０）を亜鉛メッキラインの加熱段階で実施してもよい。ストリップ亜鉛メッキ（４０）に続いて、ストリップ材料の最終製品（８０）をもたらす後加工を実施する。
図２においては、線材の焼鈍処理のためのあり得る方法過程（１，２、３）を示している。方法過程１の場合には、熱間圧延（１０）及び制御下の冷却（２０）の後に焼鈍処理（３０）を実施している。この焼鈍処理（３０）はここではストリップ材料の場合と同様にオンラインで実施できる。焼鈍処理（３０）に直ぐ続いて更に加工して完成製品（８０）とする。
方法過程（２）に相応して、ここでもオンラインで可能な焼鈍処理（３０）の実施後に後加工段階を実施するが、ただし線材を完成製品（８０）への後加工段階に送る前に、連結要素のプレス成形（５０）を行う。
場合によっては連結要素のこのプレス成形（５０）は、方法過程（３）で示すように、焼鈍処理（３０）の既に前で実施してもよい。これによって得られる相前後して配置された方法段階は次の通りである：すなわち、熱間圧延（１０）、制御下の冷却（２０）、連結要素のプレス成形（５０）、焼鈍処理（３０）及び続いての完成製品への後加工（８０）。
図３においては、構成部材の焼鈍処理のためのあり得る方法過程（１，２、３）を示している。この場合には、制御下の冷却（２０）の後の全部で３つの方法過程のために最初にパイプの製造（６０）と一緒に後加工段階を行う。
方法過程１の場合には、調整された機械的性質を持つ構造部材の製造を、パイプの製造（６０）の後に構造部材のプレス成形（７０）を行う。次いで構造部材全体を焼鈍処理に付し、次いで完成品（８０）への後加工に送る。
方法過程２の場合には、パイプを予めに局所的に焼鈍処理しての構造部材の製造を、既に局所的に熱間処理したパイプの所で、要するに局所的に変更された機械的性質を持つパイプの所で、構造部材（７０）のプレス成形を行わなければならないので、パイプの製造（６０）の後に区域焼鈍処理（３５）を行う。
方法過程２に代えて、方法過程３において機械的性質の後からの局所的変更部分を持つ構造部材の製造をプレス成形された構造部材の区域的焼鈍処理（３５）によって実施し、それによって未だ未処理の未加工品の特徴を持つ構造部材（７０）のプレス成形を行うことができる。次に区域的焼鈍処理（３５）の後に機械的強度が局所的に変更された構造部材を完成品への後加工段階（８０）に送ることができる。
１，２，３ 方法過程
１０ 熱間圧延
２０ 全材料の焼鈍処理
３０ 区域焼鈍処理
４０ ストリップ亜鉛メッキ
５０ 連結要素のプレス成形
６０ パイプの製造
７０ 構造部材のプレス成形
８０ 完成品への後加工
１０ 熱間圧延
２０ 全材料の焼鈍処理
３０ 区域焼鈍処理
４０ ストリップ亜鉛メッキ
５０ 連結要素のプレス成形
６０ パイプの製造
７０ 構造部材のプレス成形
８０ 完成品への後加工
Claims (11)
- 多相鋼の構成が少なくとも３０％のフェライト及び最高５０％のマルテンサイトを含み、標準的分析及び標準的方法操作を用いる通常の熱間圧延ライン、薄肉スラブ鋳造兼圧延プラント又は相応する狭いストリップ製造ライン及び中間ストリップ製造ライン又は線材製造ラインで製造される例えば二相鋼及びＴＲＩＰ鋼である、熱間圧延された多相鋼の場合の意図する組合せの性質を調整する方法において、熱間圧延（１０）又は後の仕上げ段階に続いて、例えば構造部材の仕上げに続いて、変更可能な焼鈍温度及び変更可能な焼鈍期間を用いる後に連結されたあるいは中間連結された焼鈍処理（３０、３５）によって多相鋼の強度と降伏比との所望の組み合わせを調整することを特徴とする、上記方法。
- 焼鈍処理（３０、３５）を、得られる構造がフェライト基本マトリックス並びに１０〜５０％の面積割合を有する焼き戻マルテンサイト又はベイナイトよりなるように実施し、その際に焼鈍温度により、第一のラインにおいて炭化物の微細分布析出による降伏点の高さがマルテンサイト又はベイナイトの粒界に影響を及ぼしそして焼鈍期間によって抗張力のレベルを調整することができる、請求項１に記載の方法。
- 焼鈍処理（３０，３５）を≦６００℃の焼鈍温度及び≦１２０ｓの焼鈍期間を用いて実施する、請求項１又は２に記載の方法。
- 焼鈍処理（３０、３５）を連続焼鈍設備においてオフラインで実施する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
- 焼鈍処理（３０）を、ストリップの亜鉛メッキの領域（４０）内において亜鉛メッキラインの加熱段階で亜鉛浴に導入する前にオンラインで実施する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
- 焼鈍処理（３０、３５）を既に仕上げ圧延された構造部材について行う、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
- 焼鈍処理（３５）を区域的に、すなわち構造部材の局所的に限定された場所に意図的に行う、請求項１〜３及び６のいずれか一つに記載の方法。
- 多相鋼の構成が少なくとも３０％のフェライト及び最高５０％のマルテンサイトを含み、標準的分析及び標準的方法操作を用いる通常の熱間圧延ライン、薄肉スラブ鋳造兼圧延プラント又は相応する狭いストリップ製造ライン及び中間ストリップ製造ライン又は線材製造ラインで製造される例えば二相鋼及びＴＲＩＰ鋼である、熱間圧延された多相鋼の場合の意図する組合せの性質を調整する、特に請求項１〜７のいずれか一つの方法を実施するための装置において、製造装置或いは製造ラインの中で自由に選択できる場所に加熱装置を配置し、そこにおいて焼鈍処理（３０、３５）を≦６００℃の変更可能な焼鈍温度及び≦１２０ｓの変更可能な焼鈍期間で実施することができる、上記装置。
- 加熱装置が亜鉛メッキラインにオンラインで配置された連続加熱炉である請求項８に記載の装置。
- 加熱装置がオフラインで運転される連続焼鈍装置である、請求項８に記載の装置。
- 加熱装置が、区域焼鈍処理（３５）が構造部材の局所的に限定された場所で、完成製品としてのそれらの製造の前又は後に実施できるように形成されている、請求項８に記載の装置。
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