JP2013534566A - オーステナイト鋼の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、遅延亀裂への優れた耐性を有するオーステナイト鋼シートの製造方法、およびそれによって製造された鋼に関するものである。
Description
本発明は、遅延亀裂への優れた耐性を有するオーステナイト鋼シートの製造方法に関するものである。
燃料経済および衝突した場合の安全性を考慮すると、高強度鋼は自動車産業で益々使用される。これには、高い引張り強度と高い柔軟性とを組み合わせた構造材料の使用が求められる。オーステナイト合金は主元素として鉄、炭素、および高いレベルのマンガンを含有し、熱間圧延または冷間圧延されて、１０００ＭＰａを超える強度を有することができる。これらの鋼の変形モードは、積層欠陥エネルギーに依存し、十分に高い積層欠陥エネルギーの場合、観測された機械的変形のモードは双晶であり、高い加工硬化性をもたらす。転位の伝搬に対する障害として作用することによって、双晶が流動応力を増す。しかしながら、積層欠陥エネルギーがある限界を超えた場合、完全転位の滑りが主要な変形メカニズムとなり、加工硬化性は減少する。高い残留引張り応力は変形後にも残存する傾向があるため、遅延亀裂に対する感度が、特に一定の冷間成形操作の後に、機械的強度と共に増加することが知られている。場合により金属中に存在する原子水素と結合しすることで、これらの応力は遅延亀裂、すなわち変形の一定時間後に生じる亀裂、をもたらす傾向がある。水素は、マトリクス／含有物界面、双晶境界および粒界のような、結晶格子欠陥への分散によって漸進的に増大することがある。一定時間後に決定的な濃度に達した場合に、水素が有害となり得るのは後者の領域である。一定の粒径に関して、決定的なレベルに到達するのに必要な時間は、流動的な水素の初期濃度、残留応力濃度場の強度、および水素拡散速度に依存する。
特定の状況で、少量の水素が、化学的もしくは電気化学的酸洗、特別な環境下でのアニーリング、電気めっき、または溶融亜鉛めっきのような、鋼製造のある段階で導入される場合がある。潤滑油およびグリースを用いる後続の機械加工操作により、高温でこれらの物質が分解した後に水素の発生が引き起こされることもある。
遅延亀裂への優れた耐性を有するオーステナイト鋼のシートを製造することが、本発明の目的である。
また、増加した降伏応力および優れた溶接性を有するオーステナイト鋼シートの製造方法を提供することも、本発明の目的である。
このタイプの鋼についての従来の手段と比較して、エネルギー効率がよく、かつ、単純な、オーステナイト鋼のシートを製造する方法を提供することが、本発明の更なる目的である。
本発明によれば、遅延亀裂への優れた耐性を有するオーステナイト鋼のシートを製造する方法であって、
− インゴット、連続鋳造スラブ、連続鋳造薄スラブ、またはストリップ鋳造ストリップであって、それらの組成が、重量％で、
− Ｃ ０．５０％〜０．８０％
− Ｍｎ １０〜１７％
− Ａｌ 少なくとも１．０％
− Ｓｉ 多くとも０．５％
− Ｓ 多くとも０．０２０％
− Ｐ 多くとも０．０５０％
− Ｎ ５０〜２００ｐｐｍ
− Ｖ ０．０５０〜０．２５％
残部鉄および製造に伴う不可避不純物を含んでなるインゴット、連続鋳造スラブ、連続鋳造薄スラブ、またはストリップ鋳造ストリップを鋳造する工程と、
− 前記インゴット、前記連続鋳造スラブ、前記連続鋳造薄スラブ、または前記ストリップ鋳造ストリップを望ましい熱間圧延厚さに熱間圧延することによって、熱間圧延したストリップをもたらす工程と、
− 前記熱間圧延したストリップを望ましい最終厚さに冷間圧延する工程と、
− 前記ストリップを、加熱速度Ｖｈ、焼きなまし時間ｔａで焼きなまし温度Ｔａに加熱し、次いで、冷却速度Ｖｃで冷却することを含んでなる方法であって、Ｔａが７５０〜８５０℃である方法で、前記冷間圧延されたストリップを連続的に焼きなましする工程と
を含んでなる方法を提供することで、これらの１つ以上の目的が達成される。
− インゴット、連続鋳造スラブ、連続鋳造薄スラブ、またはストリップ鋳造ストリップであって、それらの組成が、重量％で、
− Ｃ ０．５０％〜０．８０％
− Ｍｎ １０〜１７％
− Ａｌ 少なくとも１．０％
− Ｓｉ 多くとも０．５％
− Ｓ 多くとも０．０２０％
− Ｐ 多くとも０．０５０％
− Ｎ ５０〜２００ｐｐｍ
− Ｖ ０．０５０〜０．２５％
残部鉄および製造に伴う不可避不純物を含んでなるインゴット、連続鋳造スラブ、連続鋳造薄スラブ、またはストリップ鋳造ストリップを鋳造する工程と、
− 前記インゴット、前記連続鋳造スラブ、前記連続鋳造薄スラブ、または前記ストリップ鋳造ストリップを望ましい熱間圧延厚さに熱間圧延することによって、熱間圧延したストリップをもたらす工程と、
− 前記熱間圧延したストリップを望ましい最終厚さに冷間圧延する工程と、
− 前記ストリップを、加熱速度Ｖｈ、焼きなまし時間ｔａで焼きなまし温度Ｔａに加熱し、次いで、冷却速度Ｖｃで冷却することを含んでなる方法であって、Ｔａが７５０〜８５０℃である方法で、前記冷間圧延されたストリップを連続的に焼きなましする工程と
を含んでなる方法を提供することで、これらの１つ以上の目的が達成される。
高いアルミニウム含有量を使用することで、鋼のＳＦＥが増加する。ケイ素のような、ＳＦＥを低減させる元素のいかなる悪影響も、アルミニウムの添加によって中和される。加えて、アルミニウムは、オーステナイトにおける炭素の活性および拡散性を低下させ、炭化物を形成する駆動力を低減させる。必須の合金添加剤として添加されるバナジウムは、炭化物を形成する。バナジウム炭化物の大きさおよび分散が正しい場合、これらのバナジウム炭化物は水素シンク（sink）として振る舞う。そして、増加したアルミニウム含有量は、アルミニウムが存在することによって炭素の活性および拡散性が低減することによる、バナジウム炭化物の粗大化を防ぐことから、バナジウム炭化物析出を制御するのに必須である。本発明者らは、少なくとも１．０％のＡｌおよび０．０５０〜０．２５％のＶがこれを達成するのに必要であると知得した。低いアルミニウム含有量は非常に粗いバナジウム炭化物をもたらし、それによりバナジウム炭化物の水素シンクとしての効果を無くすことから、十分な数の小さな析出物を得るためには、バナジウムの含有量は上述の値の間に制御することが必要である。高いＶ値は析出物の早期の核生成を引き起こし、それにより必然的に析出物を粗く、且つ、少なくし、一方で、Ｖが０．０５０％以下の値では、十分微細であったとしても少ない析出をもたらす。焼なまし処理は、バナジウム炭化物の析出を制御し、冷間圧延によって冷間変形した微細構造の再結晶化を引き起こして微細粒構造をもたらす点で極めて重要である。好ましい態様において、ケイ素含有量は非常に低く、すなわち不純物レベルである。原則として、アルミニウム含有量は、本発明による鋼がオーステナイト鋼であるという事実によってのみ限定されている。一態様において、最大のアルミニウム含有量は５％である。好ましくは、アルミニウム含有量は、少なくとも１．２５％、および／または多くとも３．５％であり、より好ましくは少なくとも１．５％、および／または多くとも２．５％である。
一態様において、最大焼なまし温度Ｔａは８２５℃または８００℃である。一態様において、冷却速度Ｖｃは１０〜１００℃／ｓである。好ましい冷却速度は２０〜８０℃／ｓである。加熱速度は好ましくは３〜６０℃／ｓである。焼なまし時間ｔａは好ましくは１５〜３００秒である。
好ましい態様において、最大焼なまし温度Ｔａは７７５〜７９５℃（すなわち７８５±１０℃）である。
好ましくは、鋼ストリップ材料を冷間圧延前に酸洗する。酸洗は、冷間圧延前に、酸化物を除去して酸化物の混入を防ぐために、（しばしば）必要である。好ましくは、冷間圧延ストリップ材料を、熱間圧延ストリップ材料またはベルト鋳造ストリップ材料から製造する。
本発明の好ましい態様において、連続的に焼なましした後に冷却速度Ｖｃで冷却する間、金属コーティングを作成する金属の溶融浴の中へ、ストリップを溶融めっきして金属コーティングを施すためにストリップを溶融めっき浴に通す。この工程によって、金属でコーティングされた鋼ストリップを製造するための、非常に経済的且つ迅速な工程がもたらされる。金属コーティングは、亜鉛または亜鉛合金のような任意の一般的に知られたコーティングであってよく、ここで亜鉛はアルミニウムおよび／またはマグネシウムのような元素と合金されていてもよい。
本発明の他の態様において、ストリップを連続焼きなましの後に酸洗し、その際、金属コーティングを作成する金属の溶融浴の中へ、ストリップを溶融めっきして金属コーティングを施すためにストリップを溶融めっき浴に通す前に、焼なまし後に酸洗し、次いで、連続的な焼なまし温度以下の温度へ加熱することによってストリップに金属コーティングを施す。この代替工程は、上述の経済的な工程が望ましくない場合に利用できる。酸洗処理が必要であろう、ある特定の金属コーティングとの接着の問題が生じ得る。酸洗後、ストリップをＴａを超える温度に加熱することは、必要でなく、望ましくもない。加熱温度はＴａ以下であるのが好ましい。
この方法において、ストリップ材料を閉塞した抑止層を形成するのに十分高い温度にのみ加熱する。この温度は、冶金学的理由（例えば、機械的特性に影響する再結晶化）から必要な、通常の連続的な焼なまし温度よりも低い。鋼ストリップ材料表面上の酸化物の形成は、それにより減少する。
好ましくは、連続的な焼なまし温度以下の温度は４００〜６００℃である。この温度範囲内では、酸化物の形成が大幅に減少し、ストリップ材料は後続の溶融亜鉛めっきに対して十分に加熱される。
好ましい態様によれば、ストリップ材料中のＦｅを連続焼なまし温度以下の温度に加熱する間または加熱した後であって、溶融亜鉛めっきの前に還元する。鋼ストリップを還元することで、形成されるＦｅ酸化物は還元され、そしてこの方法で、溶融亜鉛めっき前の鋼ストリップの表面上に存在する酸化物の量が大幅に減少する。
好ましくは、還元がＨ２Ｎ２を用いて行われ、より好ましくは還元雰囲気中で５〜３０％のＨ２Ｎ２を用いて行われる。この雰囲気を使用することによって、ほとんどの酸化物が除去可能であることが分かった。
好ましい態様によれば、ストリップ材料の加熱中または加熱後であって前記ストリップ材料の還元前に、過剰量のＯ２を雰囲気中に供給する。過剰量の酸素の供給により、溶融亜鉛めっき前に鋼ストリップの表面品質が向上し、ＡＨＳＳストリップ材料上に被覆した亜鉛層の品質が向上する。ＡＨＳＳストリップ材料中で、ストリップ材料の表面および内部の両方において、酸素は合金元素と結合することになっており、さらに、この方法で、形成された酸化物はストリップ材料の表面に移動することができないことになっている。
酸化後の還元雰囲気は、ストリップ材料の表面の酸化物を還元し、そしてこの方法で、ストリップ材料の表面の酸化物の量は、実験で示されたように、大幅に減少するか、あるいは、ほとんど無くなる。好ましくは、過剰量のＯ２を０．０５〜５％のＯ２量で供給する。この酸素の量は十分であることが分かった。
本発明の好ましい態様において、本発明によるＶ合金したＴＷＩＰ鋼ストリップ材料を熱間圧延し、酸洗し、冷間圧延し、そして本発明による温度に連続的に焼なましして、再度酸洗した。そして、ストリップ材料を焼なましラインで５２７℃に加熱し、その後、約４５０℃で亜鉛めっき浴中で溶融亜鉛めっきを行った。
ストリップ材料を５２７℃に加熱する間、１％の過剰量のＯ２を供給する。ストリップ材料の表面で酸化物を形成するためだけでなく、表面からいくらかの深さでも合金元素と結合するように、酸素をそのような高い温度で供給する。酸素の供給後、ストリップ材料を約５％のＨ２Ｎ２を使用して還元する。ストリップ材料の還元によって表面から酸化物は除去されるが、表面下に形成された酸化物はその場に留まり、表面に移動することはできない。
したがって、表面を還元することによって、酸化物は効果的に除去され、表面に新たな酸化物は形成されない。これらの酸化物は、除去されない場合、亜鉛層の基材への悪い接着を引き起こし、むき出しの場所となり、剥がれ落ち、材料を曲げた場合に亜鉛層にクラックが形成される。通常の還元によると、合金元素が合金温度で表面に非常に速く移動し、そして溶融亜鉛めっきが行われる前に表面で酸化物を再度形成することが推定される。正確なメカニズムがどのようなものであるかにかかわらず、本方法を使用することで、Ｖ合金したＴＷＩＰ鋼上の溶融亜鉛めっき層中で見つかる酸化物の量が、減少するかまたはほとんど取り除かれることが分かった。
本発明の一態様において、冷間圧延還元は１０〜９０％、より好ましくは３０〜８５％、さらにより好ましくは４５〜８０％である。
本発明の一態様において、ストリップに金属コーティングを施す前または施した後に、焼なまししたストリップを、０．５〜１０％の還元で調質圧延する。
本発明の一態様において、バナジウム含有量は０．０６〜０．２２％である。
本発明の第二の側面において、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法で製造したストリップまたはシートであって、鋼に好ましくは金属コーティングが施されている、ストリップまたはシートが提供される。本発明の好ましい態様において、ストリップまたはシートは、自動車の内部もしくは外部部品、またはホイールの製造のため、またはハイドロフォーミング用途のために使用される。
本発明を以下の非制限例を用いて更に説明する。
本調査において使用した材料の化学組成を表１に示す。
仕上げ圧延温度（ＦＲＴ）は、変形した微細構造の再結晶化を保証するように選択し、炭化物の析出を回避するために巻き取り温度を５００℃以下に保持した。再結晶化はＦＲＴだけでなく、時間、熱間圧延中の最後の再結晶事象から蓄積した圧延歪み、および歪み速度にも依存する。
全ての圧延材料を５０％冷間圧延して、続いて再結晶化焼なましを行った。最適な焼なましパラメータを決定するために、種々の焼なましサイクルを適用した。再結晶化されていない試料（３６〜４５％）および９２０℃で焼なましされた材料（６５％）を除けば、全ての試料についての伸張は４５％〜５０％であることに留意すべきである。強度がより重要であると考えられているため、以下の議論はそれに関して焦点を合わせている。
７５０℃以下の焼なまし温度に関して、再結晶化した材料の増加した割合および恐らくはいくらかの粒子成長によって材料は軟らかくなる。これらの温度で、析出の効果は限定的である。析出はこの温度域では粒子成長を最小化するのに最適であると考えられているため、７７５℃と８００℃で焼なましされた（完全に再結晶化した）材料間の違いは小さい。これらの観察に基づき、推奨される焼なまし温度は７８５℃±１０℃である。
Ｖ合金したグレードで生じる遅延亀裂および応力腐食割れにより、材料が高い温度で焼なましされるにつれて、亀裂形成への低い感受性が示される。応力腐食割れの感受性に関して、Ｖ添加は７５０℃の焼なまし温度だけでなく、より高い焼なまし温度でも明らかに有益である。
Ｖ合金を抵抗スポット溶接試験に付した。接合部における高温割れは、Ｓｉ非含有の非Ｖ合金材料と比較して、大きく減少した。
Claims (15)
- 遅延亀裂への優れた耐性を有するオーステナイト鋼のシートを製造する方法であって、
− インゴット、連続鋳造スラブ、連続鋳造薄スラブ、またはストリップ鋳造ストリップであって、それらの組成が、重量％で、
− Ｃ ０．５０％〜０．８０％
− Ｍｎ １０〜１７％
− Ａｌ 少なくとも１．０％
− Ｓｉ 多くとも０．５％
− Ｓ 多くとも０．０２０％
− Ｐ 多くとも０．０５０％
− Ｎ ５０〜２００ｐｐｍ
− Ｖ ０．０５０〜０．２５％
残部鉄および製造に伴う不可避不純物を含んでなるインゴット、連続鋳造スラブ、連続鋳造薄スラブ、またはストリップ鋳造ストリップを鋳造する工程と、
− 前記インゴット、前記連続鋳造スラブ、前記連続鋳造薄スラブ、または前記ストリップ鋳造ストリップを望ましい熱間圧延厚さに熱間圧延することによって、熱間圧延したストリップをもたらす工程と、
− 前記熱間圧延したストリップを望ましい最終厚さに冷間圧延する工程と、
− 前記ストリップを、加熱速度Ｖｈ、焼きなまし時間ｔａで焼きなまし温度Ｔａに加熱し、次いで、冷却速度Ｖｃで冷却することを含んでなる方法であって、Ｔａが７５０〜８５０℃である方法で、前記冷間圧延されたストリップを連続的に焼きなましする工程と
を含んでなる、方法。 - アルミニウム含有量が、少なくとも１．２５％、および／または多くとも３．５％である、請求項１に記載の方法。
- 連続的に焼なましした後に冷却速度Ｖｃで冷却する間、金属コーティングを作成する金属の溶融浴の中へ、前記ストリップを溶融めっきして金属コーティングを施すために前記ストリップを溶融めっき浴に通す、請求項１に記載の方法。
- 前記ストリップを連続焼きなましの後に酸洗する方法であって、金属コーティングを作成する金属の溶融浴の中へ、前記ストリップを溶融めっきして金属コーティングを施すために前記ストリップを溶融めっき浴に通す前に、焼なまし後に酸洗し、次いで、連続的な焼なまし温度以下の温度へ加熱することによって前記ストリップに金属コーティングを施す、請求項１に記載の方法。
- 前記冷間圧延還元が１０〜９０％、より好ましくは３０〜８５％、さらにより好ましくは４５〜８０％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ストリップに前記金属コーティングを施す前または施した後に、前記焼なまししたストリップを、０．５〜１０％の還元で調質圧延する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
- バナジウム含有量が０．０６〜０．２２％である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
- ・ 前記冷却速度Ｖｃが１０〜１００℃／ｓ、および／または
・ 前記加熱速度Ｖｈが好ましくは３〜６０℃／ｓ、および／または
・ 前記焼なまし時間ｔａが好ましくは１５〜３００秒
である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。 - 前記ストリップを連続焼きなましの後に酸洗する方法であって、金属コーティングを作成する金属の溶融浴の中へ、前記ストリップを溶融めっきして金属コーティングを施すために前記ストリップを溶融めっき浴に通す前に、焼なまし後に酸洗し、次いで、４００℃〜６００℃へ加熱することによって前記ストリップに金属コーティングを施す、請求項１、２または４〜８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ストリップ材料中のＦｅを連続焼なまし温度以下の温度に加熱する間または加熱した後であって、溶融亜鉛めっきの前に還元する方法であって、好ましくは前記還元がＨ２Ｎ２を用いて行われ、より好ましくは還元雰囲気中で５〜３０％のＨ２Ｎ２を用いて行われる、請求項９に記載の方法。
- 前記ストリップ材料の加熱中または加熱後であって前記ストリップ材料の還元前に、過剰量のＯ２を雰囲気中に供給する方法であって、好ましくは、前記過剰量のＯ２を０．０５〜５％のＯ２量で供給する、請求項１０に記載の方法。
- 前記熱間圧延後のコイリング温度を５００℃以下に保持し、および／または前記焼なまし温度Ｔａが７８５℃±１０℃である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法で製造したストリップまたはシートであって、前記鋼に好ましくは金属コーティングが施されている、ストリップまたはシート。
- 自動車の内部もしくは外部部品、またはホイールの製造のための、請求項１３に記載のストリップまたはシートの使用。
- ハイドロフォーミング用途のための、請求項１３に記載のストリップまたはシートの使用。
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