JP2013540901A - 多相鋼から作られた冷間圧延平鋼製品およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】非常に高い強度を有すると同時に、高い破断伸びを有する多相鋼を創造すること、高強度と優れた変形性との更に最適化された組合せを有する平鋼製品およびこのような平鋼製品を製造する方法を提供することにある。
【解決手段】 本発明の多相鋼は、0.14〜0.25重量%のC、1.7〜2.5重量%のMn、0.2〜0.7重量%のSi、0.5〜1.5重量%のAl、0.1重量%より少ないCr、0.05重量%より少ないMo、0.02〜0.06重量%のNb、0.01重量%以下のS、0.02重量%以下のP、0.01重量%以下のN、および任意であるが、下記条件、すなわち、0.1重量%以下のTi、0.002重量%以下のB、0.15重量%以下のV、の群「Ti、B、V」から選択した少なくとも1つの元素および残余の鉄および不可避の不純物を含有し、鋼の顕微鏡組織に少なくとも10体積%のフェライトおよび少なくとも6体積%の残留オーステナイトが存在している。
【選択図】無

Description

本発明は、多相鋼、このような多相鋼から冷間圧延により作られた冷間圧延平鋼製品、および該冷間圧延平鋼製品を製造する方法に関する。本発明による「平鋼製品」は、多相鋼から得られるシート、ストリップ、ブランクまたはこれらに匹敵する製品である。本願で「冷間圧延平鋼製品」というとき、それは、冷間圧延により作られた平鋼製品を意味する。
特に車体構造の材料には必要条件があり、それは、一方では高強度を有することであり、他方では、複雑な形状のコンポーネンツを簡単な手段により形成できる程度の変形性を有することである。
この点においてバランスのとれた特性のプロファイルを有する多相鋼が下記特許文献1から知られている。比較的高い強度および優れた変形性を有することに加え、既知の鋼は、特に優れた溶接性を有するべきである。
この目的のため、既知の鋼は、0.03〜0.25重量%のCを含有しており、このようなCの存在により、他の合金元素と相俟って、少なくとも700MPaの引っ張り強度が得られる。また、既知の鋼の強度は、1.4〜3.5重量%の含有量のMnにより維持されている。既知の鋼を製錬するときは酸化剤としてAlが使用され、Alは、0.1重量%以下の含有量で鋼中に存在させることができる。既知の鋼はまた0.7重量%以下のSiを含有し、このようなSiの存在により鋼のフェライト−マルテンサイト構造を安定化できる。溶接加工により溶接シーム領域に導入される熱の効果を低減させるため、既知の鋼には、0.05〜1重量%の含有量でCrが添加される。同じ目的で、既知の鋼には0.005〜0.1重量%のNbが存在する。Nbの存在はフェライト粒の微細化をもたらすので、鋼の変形性に更に正の効果を及ぼす。同じ目的から、既知の鋼には、0.05〜1重量%のMo、0.02〜0.5重量%のV、0.005〜0.05重量%のTiおよび0.0002〜0.002重量%のBが添加される。MoおよびVは既知の鋼の硬化性に寄与し、一方TiおよびBは、鋼の強度に更なる正の効果をもたらす。
下記特許文献2からは、高強度多相鋼からなりかつ良く変形できる他の鋼板が知られている。この既知の鋼板は、0.10〜0.28重量%のC、1.0〜2.0重量%のSi、1.0〜3.0重量%のMn、0.03〜0.10重量%のNb、0.5重量%以下のAl、0.15重量%以下のPおよび0.02重量%以下のSを含有している。任意であるが、この鋼板には、1.0重量%以下のMo、0.5重量%以下のNi、0.5重量%以下のCu、0.003重量%以下のCa、0.003重量%以下の希土類金属、0.1重量%以下のTiまたは0.1重量%以下のVを存在させることができる。この既知の鋼板の全体的構造における鋼板の顕微鏡組織は、5〜20%の残留オーステナイト含有量および少なくとも50%のベイナイトフェライトを有している。
同時に、既知の鋼板の顕微鏡組織における多角形フェライトの比率は、多くても30%に留めるべきである。多角形フェライトの比率を制限することにより、ベイナイトは既知の鋼板内にマトリックス相を形成する傾向および残留オーステナイト部分が存在する傾向を有し、これが、引っ張り強度と変形性とのバランスに寄与する。また、Nbの存在は、顕微鏡組織の残留オーステナイト部分が微粒化されることを確実にする。
この効果を保証するため、特許文献2から知られた鋼板の製造中に、熱間圧延のために1250〜1350℃という特に高い初期温度が選択される。この温度範囲では、Nbは完全に固溶体に移行し、このため、鋼を熱間圧延するときに、多角形フェライトまたはベイナイト中に存在する多数の微細Nbカーバイドが形成される。特許文献2には、熱間圧延のための高い初期温度は残留オーステナイトの微細化のために不可欠ではあるが、高い初期温度自体では所望の効果が得られないことが開示されている。この目的のためには、むしろ、AC3温度より高い温度での最終焼きなましを行うこと、次に、少なくとも10℃/秒の冷却速度での300〜450℃の範囲内の温度への制御された冷却(この温度でベイナイト変態が生じる)を行うこと、最後に、充分に長時間に亘ってこの温度に維持することも必要である。
欧州特許出願公開第1 367 143(A1)号明細書 欧州特許第1 589 126(B1)号明細書
A.Zarei Hanzaki等の論文(ISIJ Int.、Vol. 35、No. 3、1995年、第324〜331頁)
上記従来技術の技術背景に鑑み、本発明の目的は、非常に大きい強度を有すると同時に、大きい破断伸びを有する多相鋼を創造することにある。高強度と優れた変形性との更に最適化された組合せを有する平鋼製品およびこのような平鋼製品を製造する方法も詳述する。
鋼に関して、前述の目的は、特許請求の範囲の請求項1に記載の本発明により達成される。
平鋼製品に関しては、上記目的は、請求項13の記載に従って形成された冷間圧延平鋼製品により達成される。
最後に方法に関しては、上記目的は請求項14に記載の製造工程を遂行することにより本発明に従って達成される。
本発明の有利な実施形態は実施態様項に記載されており、本発明の広い概念とともに以下に詳細に説明する。
本発明による多相鋼は、0.14〜0.25重量%のC、1.7〜2.5重量%のMn、0.2〜0.7重量%のSi、0.5〜1.5重量%のAl、0.1重量%未満のCr、0.05重量%未満のMo、0.02〜0.06重量%のNb、0.01重量%以下、より詳しくは0.005重量%以下のS、0.02重量%以下のP、0.01重量%以下のN、および任意であるが、「Ti、B、V」の群からの少なくとも1つの元素、および残余の鉄および不可避の不純物を含有している。ここで、任意であるが、0.1重量%以下のTi、0.002重量%以下のB、0.15重量%以下のVの元素を含有させることができ、かつ鋼の顕微鏡組織には少なくとも10体積%のフェライトおよび少なくとも6体積%の残留オーステナイトを存在させることができる。
本発明による組成を有しかつ構成された鋼は、少なくとも950MPaの引っ張り強度R、少なくとも500MPaの降伏点ReL、および少なくとも15%の横方向の破断伸びA80を達成する。
カーボンは、残留オーステナイトの量および安定性を増大させる。したがって、本発明による鋼では、室温でのオーステナイトを安定化させかつ焼きなまし処理中に形成されたオーステナイトのマルテンサイト、フェライトまたはベイナイトまたはベイナイトフェライトへの完全変態を防止するため、少なくとも0.14重量%のカーボンが存在する。しかしながら、0.25重量%を超えるカーボン含有量は、溶接性に負の効果を及ぼす。
C(カーボン)と同様に、Mnは、強度の増大および残留オーステナイトの量および安定性の増大に寄与する。しかしながら、Mn含有量が多過ぎると、不混和(liquation development, Seigerungsbildung(英、独訳))の発生の危険性を増大させる。また、Mnは、破断伸びに負の効果を及ぼす。なぜならば、フェライトおよびベイナイト変態が大きく低下し、その結果、比較的多量のマルテンサイトが顕微鏡組織中に残留するからである。本発明による鋼のMn含有量は、1.7〜2.5重量%に定められる。
本発明による鋼では、本発明による鋼の加工時に行われる過時効処理中にベイナイト範囲内のカーバイド形成を防止するため、Alが0.5〜1.5重量%の含有量で存在し、Siが0.2〜0.7重量%の含有量で存在する。AlおよびSiが存在する結果としてベイナイト変態が完全に行われることはなく、このため、ベイナイトフェライトのみが形成され、カーバイドが形成されることはない。このように、本発明の目指すカーボンが富んだ残留オーステナイトの安定性が得られる。この効果は、Si含有量を0.6重量%以下に制限するか、Al含有量を0.7〜1.4重量%に制限することにより特に信頼性をもって確保され、この場合、Si含有量は0.2重量%より多くかつ0.6重量%より少なく定められ、Al含有量は0.7重量%と1.4重量%との間に定められる。SiとAlとが組合わされて存在し、これらの含有量の合計が1.2〜2.0重量%であれば、本発明による多相鋼の最適特性が得られる。
本発明による鋼にはCrおよびMoは不要であり、これらは、ベイナイト変態を低下させかつ残留オーステナイトの安定性化を妨げるため、無効量でのみ存在させるべきである。したがって、本発明によれば、Cr含有量は0.1重量%より少量に制限され、本発明による鋼のMo含有量は0.05重量%より少量、より詳しくは0.01重量%より少量に制限される。
本発明による鋼は、その強度を増大させるため、0.02〜0.06重量%のNbおよび任意であるが「Ti、V、B」のうちの1つ以上の元素を含有する。Nb、Ti、VおよびBは、本発明による鋼中に存在するCおよびNを含む非常に微細な析出を形成する。これらの析出は、粒子硬化および粒微細化による強度増強効果および降伏点増強効果を有する。粒微細化はまた、鋼の成形特性にとって非常に有利でもある。
Tiは、凝固中または非常に高い温度でも化学的結合によりNを除去し、これにより、Nが本発明による鋼の特性に与えることがある負の効果が最小限に低下される。これらの効果の使用を可能にするため、本発明による鋼には、常に存在するNbに加えて、0.1重量%以下のTiおよび0.15重量%以下のVを添加できる。
本発明により予め定められたマイクロアロイ元素の上限を超えると、焼きなまし中の再結晶が低下され、このため、実際の製造中に、焼きなまし中の再結晶を達成できなくなるか、炉の付加出力が必要になる。
化学的結合によるN含有量の除去に関し、Tiの存在の正の効果は、本発明による多相鋼のTi含有量「%Ti」が次の条件〔3〕を満たす場合に、目標とする方法に特に使用できる。
Figure 2013540901
ここで、「%N」は多相鋼のN含有量を表わし、上記条件は、Ti含有量が0.01〜0.03重量%である場合に、特に適合する。
本発明による鋼におけるTiの正の効果は、Ti含有量が少なくとも0.01重量%である場合に、特に信頼性のある態様で生じる。
0.002重量%以下のホウ素を添加することにより、冷却中のフェライト形成が低下され、これによりベイナイト範囲内で多量のオーステナイトが存在する。したがって、残留オーステナイトの量および安定性が増大する。また、通常のフェライトの代わりにベイナイトフェライトが形成され、該ベイナイトフェライトが降伏点の増大に寄与する。
Ti含有量が0.02重量%に制限され、Bが0.0005〜0.002重量%の含有量で存在するか、Vが0.06〜0.15重量%の含有量で存在する場合には、本発明による鋼のコストおよび特性プロファイルに関して特に好ましい、実用に適した変形例が得られる。
本発明による鋼の顕微鏡組織において、一方では要望されている高強度を確保しかつ他方では鋼の優れた変形性を確保するには、少なくとも10体積%、より詳しくは少なくとも12体積%のフェライトおよび少なくとも6体積%の残留オーステナイトが存在する。この目的のため、顕微鏡組織の残留構成要素の量に基づいて、顕微鏡組織の90体積%以下をフェライトで形成し、最大20体積%を残留オーステナイトで形成することができる。本発明による鋼の顕微鏡組織において少なくとも5体積%のマルテンサイトを含有させると、鋼の強度に寄与する。この場合、鋼の充分な延性を保証するには、マルテンサイトの含有量を最大40体積%に制限すべきである。任意であるが、本発明による鋼の顕微鏡組織には5〜40体積%のベイナイトを存在させることができる。
本発明による鋼の残留オーステナイトは、好ましくは、上記非特許文献1に開示の公式〔1〕に従って計算されたC含有量CinRAが、0.6重量%より大きくなるようにカーボンが増量される。
Figure 2013540901
ここで、aγ:0.3578nm(オーステナイトの格子定数)
RA:最終冷却後に、完成した冷えたストリップで測定した残留オーステナイトのそれぞれの格子パラメータ(単位nm)
残留オーステナイト中に存在するカーボンの量は、本発明による鋼のTRIP特性および延性に大きい効果を与える。
したがって、残留オーステナイトのC含有量CinRAはできる限り多い方が有利である。
目指す残留オーステナイトの高安定性に関しては、下記公式〔2〕に従って計算された、6より大きい、より詳しくは8より大きい残留オーステナイトのグレード(「残留オーステナイトグレード」)GRAを有する場合には更に有利である。
Figure 2013540901
ここで、%RA:多相鋼の残留オーステナイト含有量(体積%)
inRA:公式〔1〕に従って計算された残留オーステナイトのC含有量
本発明による種類の冷間圧延平鋼製品は、本発明による多相鋼を溶解し、第1製造工程で半成品に鋳造することにより、本発明による方法で作ることができる。この半成品は、スラブまたは薄スラブとなる。
次に半成品は、必要に応じて、1100〜1300℃の温度に再加熱され、これより、半成品は次に高温ストリップに熱間圧延される。本発明によれば、熱間圧延の最終温度は820〜950℃である。得られた熱いストリップは、400〜750℃、より詳しくは530〜600℃の巻上げ温度でコイルに巻回される。
熱いストリップは、該ストリップの冷間圧延性を改善するため、コイリングの後および冷間圧延の前に焼きなましを受けることができる。これは、バッチ焼きなましまたは連続流れで行われる焼きなましで有利に行うことができる。冷間圧延を準備する焼きなまし中に定められる焼きなまし温度は、一般に400〜700℃である。
コイリング後、熱いストリップは、30〜80%、より詳しくは50〜70%の冷間圧延度で冷間圧延平鋼製品に冷間圧延され、この場合、30〜75%、より詳しくは50〜65%の冷間圧延度が、特に信頼性をもって所望の結果を得ることができる。得られた冷間圧延平鋼製品は、次に熱処理を受け、この熱処理では、最初に、750〜900℃、より詳しくは800〜830℃の焼きなまし温度での連続焼きなまし作業を受け、次に、350〜500℃、より詳しくは370〜460℃の過時効温度での過時効処理を受ける。冷間圧延平鋼製品が連続焼きなまし中に焼きなまし温度で焼きなまされる時間は一般に10〜300秒であり、一方、焼きなまし後に行われる過時効処理時間は800秒までに定めることができ、この場合、最小焼きなまし時間は通常10秒である。
焼きなまされた冷間圧延平鋼製品は、任意であるが、フェライトへの再変態を行わせかつパーライトの形成を抑制するため、焼きなまし処理と過時効処理との間で急速冷却することができる。この目的のため、焼きなまし温度から出発して500℃の中間温度に至るまで、それぞれに設定される冷却速度は、少なくとも5℃/秒にすることができる。次に、必要ならば、冷間圧延平鋼製品は、所望の顕微鏡組織が形成されるのに充分な時間に亘って中間温度に保持され、その後、冷間圧延平鋼製品は更に冷却される。
冷間圧延平鋼製品は、溶融コーティング(hot-dip coating, Feuerbeschichtung(英、独訳))作業中に焼きなましを行うことができ、このとき、冷間圧延平鋼製品には金属保護コーティングが設けられる。
また、本発明により作られる冷えたストリップには、熱処理後に、電解コーティングまたは他のめっき方法により保護コーティングを設けることもできる。
これに加えまたはこの代わりに、冷間圧延平鋼製品は、有機保護コーティングで被覆することも有利である。
得られた、冷えたストリップは、任意であるが、その寸法安定性、表面状態および機械的特性を改善するため、次に、10%以下の変形度で圧延作業を行うことができる。
本発明により構成されかつ作られたシートの特性を保証するため、表1に掲示する融成物S1〜S13が溶解され、かつ冷間圧延平鋼製品K1〜K41に加工された。
冷間圧延平鋼製品K1〜K41の製造は、次の製造工程、すなわち、
・各融成物S1〜S13を溶解しかつそれぞれの薄いスラブに鋳造する工程と、
・半成品の薄いスラブを、初期温度WATから出発して最終温度WETで終了させ、熱いストリップに熱間圧延する工程と、
・熱いストリップをコイリング温度HTでコイリングする工程と、
・コイリングの後、熱いストリップを、冷間圧延度KWGでそれぞれの冷間圧延平鋼製品K1〜K41に冷間圧延する工程と、
・冷間圧延平鋼製品を、焼きなまし温度GTでかつ焼きなまし時間Gt内で連続的に焼きなます工程と、
・冷間圧延平鋼製品を、過時効温度UA Tでかつ過時効時間UA tに亘って過時効処理する工程と
からなる。
表2には、焼きなましおよび過時効サイクル1〜15についてのそれぞれの設定パラメータ、すなわち「焼きなまし温度GT」、「焼きなまし時間Gt」、「焼きなまし後の冷却速度V」、「過時効温度UA T」および「過時効時間UA t」が明記されている。
表3には、冷えたストリップまたは冷えたシートとして存在する冷間圧延平鋼製品K1〜K41の製造中の他のそれぞれの設定パラメータ、各場合において選択された焼きなましサイクル、および得られた、冷えたストリップK1〜K41の特性が示されている。
Figure 2013540901
Figure 2013540901
Figure 2013540901
80 破断伸び
RA 残留オーステナイトの格子パラメータ
γ オーステナイトの格子定数
inRA 残留オーステナイトのC含有量
RA 残留オーステナイトのグレード
GT 焼きなまし温度
Gt 焼きなまし時間
HT コイリング温度
K1〜K41 冷間圧延平鋼製品
KWG 冷間圧延度
eL 降伏点
引っ張り強度
S1〜S13 融成物
UA T 過時効温度
UA t 過時効時間
V 冷却速度
WAT 初期温度
WET 最終温度

Claims (16)

  1. 0.14〜0.25重量%のC、
    1.7〜2.5重量%のMn、
    0.2〜0.7重量%のSi、
    0.5〜1.5重量%のAl、
    0.1重量%より少ないCr、
    0.05重量%より少ないMo、
    0.02〜0.06重量%のNb、
    0.01重量%以下のS、
    0.02重量%以下のP、
    0.01重量%以下のN、
    および任意であるが、下記条件、すなわち、
    0.1重量%以下のTi、
    0.002重量%以下のB、
    0.15重量%以下のV、
    の群「Ti、B、V」から選択した少なくとも1つの元素
    および残余の鉄および不可避の不純物を含有する多相鋼において、
    鋼の顕微鏡組織に少なくとも10体積%のフェライトおよび少なくとも6体積%の残留オーステナイトが存在し、鋼が、少なくとも950MPaの引っ張り強度R、少なくとも500MPaの降伏点ReLおよび横方向に測定して少なくとも15%の破断伸びA80を有することを特徴とする多相鋼。
  2. 下記公式〔1〕、すなわち、
    Figure 2013540901
    ここで、aγ:0.3578nm(オーステナイトの格子定数)
    RA:最終冷却後に、完成した冷えたストリップで測定した残留オーステナイトの格子パラメータ(単位nm)
    に従って計算された残留オーステナイトのC含有量CinRAが0.6重量%より多いことを特徴とする請求項1記載の多相鋼。
  3. 下記公式〔2〕、すなわち、
    Figure 2013540901
    ここで、%RA:多相鋼の残留物オーステナイトの含有量(体積%)
    inRA:公式〔1〕に従って計算された残留オーステナイトのC含有量
    に従って計算された残留オーステナイトのグレードGRAを有し、GRA>6であることを特徴とする請求項2記載の多相鋼。
  4. Al含有量およびSi含有量の合計が1.2〜2.0重量%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の多相鋼。
  5. Si含有量が0.6重量%より少ないことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の多相鋼。
  6. Al含有量が0.7〜1.4重量%であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の多相鋼。
  7. Ti含有量が0.02重量%以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の多相鋼。
  8. Ti含有量%Tiが下記条件〔3〕、すなわち、
    Figure 2013540901
    ここで、%N:多相鋼のN含有量
    を満たすことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の多相鋼。
  9. 少なくとも0.0005重量%のBを含有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項記載の多相鋼。
  10. 少なくとも0.06重量%のVを含有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記載の多相鋼。
  11. 顕微鏡組織が少なくとも5体積%のマルテンサイト部分を有していることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項記載の多相鋼。
  12. 顕微鏡組織が5〜40体積%のベイナイト部分を有していることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項記載の多相鋼。
  13. 請求項1〜11のいずれか1項に従って構成された多相鋼から作られたことを特徴とする冷間圧延平鋼製品。
  14. 下記製造工程、すなわち、
    ・請求項1〜11のいずれか1項に従って構成された多相鋼を溶解しかつ半成品に鋳造する工程、
    ・前記半成品を、1100〜1300℃の初期温度から出発して820〜950℃の最終温度で終了する熱間圧延により熱いストリップにする工程、
    ・前記熱いストリップを、400〜750℃のコイリング温度でコイリングする工程、
    ・任意であるが、冷間圧延性を改善すべく、前記熱いストリップを焼きなます工程、
    ・コイリングの後、前記熱いストリップを、30〜80%の冷間圧延度で冷間圧延平鋼製品に冷間圧延する工程、
    ・前記冷間圧延平鋼製品を、750〜900℃の焼きなまし温度で連続的に焼きなます工程、
    ・任意であるが、前記連続的に焼きなました冷間圧延平鋼製品を急速冷却する工程、
    ・前記冷間圧延平鋼製品を、350〜500℃の過時効温度で過時効処理する工程、
    を行って請求項13に記載の冷間圧延平鋼製品を製造する方法。
  15. 前記コイリング温度が530〜600℃、冷間圧延度が50〜70%、焼きなまし温度が800〜830℃、または過時効温度が370〜460℃であることを特徴とする請求項14記載の製造方法。
  16. 前記焼きなましは、コイリングの後および冷間圧延の前に、400〜700℃の焼きなまし温度で、バッチ焼きなましまたは連続焼きなましにより任意に行われることを特徴とする請求項14または15記載の製造方法。
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