JP2015515547A - 高強度ｉｆ低密度鋼および該鋼鉄の製造方法 - Google Patents

高強度ｉｆ低密度鋼および該鋼鉄の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、高強度ＩＦ低密度鋼および該鋼鉄の製造方法に関する。

Description

本発明は、高強度ＩＦ（interstitial free）低密度鋼および該鋼鉄を製造する方法に関する。
車両の炭素ガス放出を低減するための継続的な取り組みにおいて、製鉄業は自動車メーカーと共に、鋼鉄の加工性および乗客の安全性に影響を及ぼすことなく減量を可能にする鋼鉄を得ようと引き続き努力している。将来のＣＯ２排出規制を満たすためには、自動車の燃料消費を削減しなければならない。この削減に向けた１つの方法は、車体の重量を軽くすることである。低密度と高強度とを有する鋼鉄はこれに貢献し得る。同じ厚さで、低密度鋼を使用すると車の部品の重量は軽量化される。公知高強度鋼鉄に関する問題は、シートを車の部品に形成する際にそれらの高強度が材料の成形性を損なうことである。
通常の高強度鋼鉄、例えば二相鋼は、より薄いシートの使用を可能にし、したがって減量を可能にする。しかしながら、より薄い部品は、剛性、クラッシュ耐性およびデント耐性などの他の特性にマイナスの影響を及ぼすであろう。これらのマイナスの影響は、鋼鉄の厚さを増大させ、したがってダウンゲージ（downgauging）の効果を無効にすることによって、または、これもまた望ましくないが、成分の形状を変えることによってのみ解決することができる。
本発明の目的は、完成部品における高強度と、優れた成形性とを兼ね備える低密度鋼を提供することである。
成形後に優れた表面品質を有する高強度鋼鉄を提供することも本発明の目的である。
１以上のこれらの目的は、重量パーセントで、
・０．０１％以下のＣ＿ｔｏｔａｌ、
・０．２％以下のＳｉ、
・１．０％以下のＭｎ、
・６〜９％以下のＡｌ、
・０．０１０％以下のＮ、
・０．０８０％以下のＴｉ、
・０．０８０％以下のＮｂ、
・０．１％以下のＺｒ、
・０．１％以下のＶ、
・０．０１％以下のＳ、
・０．１％以下のＰ、
・０．０１％以下のＢ、
・残部として鉄および不可避不純物、
を含んでなり、
ここで、
Ｃ＿ｔｏｔａｌ＜＝Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］
＋Ｍａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］
＋１２／９３×Ｎｂ
＋１２／９１×Ｚｒ
＋１２／５１×Ｖ、
ここで、
・Ｘ＝２×１２／（２×３２）×Ｓ、
・Ｙ＝２×１２／（４×４８）×（Ｔｉ−４８／１４×Ｎ）、
・Ｚ＝１２／４８×（Ｔｉ−４８／１４×Ｎ−４×４８／（２×３２）×Ｓ）、
ここで、
Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］＝ＸおよびＹの小さい方の値、
Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］＝Ｙが負の場合は０、
Ｍａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］＝０およびＺの大きい方の値、
ここで、
Ｃ＿ｓｏｌｕｔｅ＝Ｃ＿ｔｏｔａｌ
−Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］
−Ｍａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］
−１２／９３×Ｎｂ
−１２／９１×Ｚｒ
−１２／５１×Ｖ、
ここで、Ｃ＿ｓｏｌｕｔｅ＜＝０である、ＩＦフェライト鋼ストリップまたはシートを提供することによって達成することができる。
日本国特開２００５−１２０３９９号からの先行技術の鋼鉄ＣＡに基づいた計算の一例を示す図である。
特に記載しない限り、全ての組成比率は重量パーセントである。Ｃ＿ｔｏｔａｌは鋼鉄中の総炭素含有量である。本発明による鋼鉄は、固溶体中の炭素（Ｃ＿ｓｏｌｕｔｅ）および固溶体中の窒素を除去するように調整された化学組成を有する。固溶体中の炭素または窒素を有しないこの鋼鉄はＩＦ鋼と呼ばれる。このＩＦ鋼は、歪時効耐性であり、シートを自動車部品に形成する間にいわゆるリューダー線（Luder-line）を形成せず、高い成形性を有する。Ｃ＿ｓｏｌｕｔｅが負である場合は、過剰の炭素結合元素があることを意味し、事実上、固溶体中の遊離炭素の量（＝Ｃ＿ｓｏｌｕｔｅ）が０であることを示す。
不明瞭さを回避するために、以下を注意すべきである：
Ｘ＝２×１２／（２×３２）×ＳはＸ＝２×（（１２／（２×３２））×Ｓ）として記載することもできる、
Ｙ＝２×１２／（４×４８）×（Ｔｉ−４８／１４×Ｎ）はＹ＝２×（１２／（４×４８））×（Ｔｉ−（（４８／１４）×Ｎ））として記載することもできる。
Ｚ＝１２／４８×（Ｔｉ−４８／１４×Ｎ−４×４８／（２×３２）×Ｓ）はＺ＝（１２／４８）×（Ｔｉ−（４８／１４×Ｎ）−（（４×４８／（２×３２））×Ｓ））として記載することができる。
９３、９１および５１はそれぞれＮｂ、ＺｒおよびＶの原子質量であり、１２はＣの原子質量である。比１２／９３、１２／９１および１２／５１を使用して、どれくらいの炭素がＮｂ、ＺｒまたはＶによって炭化物として消費されたかを算出し、したがって、（例えば）１２／９３×Ｎｂの比は（１２／９３）×Ｎｂと解釈されなければならない。図１は、日本国特開２００５−１２０３９９号からの先行技術の鋼鉄ＣＡに基づいた計算の一例を示す。
合金化元素または不可避不純物としてのチタンは、まずＴｉＮを形成する。過剰の窒素が存在する場合、残りの窒素はアルミニウムと結合する。過剰のチタンが存在する場合、残りのチタンはＴｉ４Ｃ２Ｓ２を形成する。ＴｉＮおよびＴｉ４Ｃ２Ｓ２の形成後、残りのＴｉはＴｉＣを形成する。因子Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］は、全ての遊離窒素がＴｉＮと結合した後、Ｔｉ４Ｃ２Ｓ２の形成によってどれくらいの炭素が消費されるかを算出する。計算の結果、Ｙについて負の値になる場合、その因子は０に設定される。因子Ｍａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］は、ＴｉＣの形成によってどれくらい炭素が消費されるかを算出する。
チタンが全く無い場合、ＴｉＮまたはＴｉ４Ｃ２Ｓ２またはＴｉＣは形成されず、したがってＭｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］およびＭａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］は０になる。
他の３つの因子はＮｂＣ、ＺｒＣおよびＶＣの形成に関与し、それによって因子Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］およびＭａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］とあわせて鋼鉄中の溶質炭素の量を決定する。
チタンを添加しないかもしくはごく少量だけ添加することによって、および／または特定量のＮｂを添加することによって、溶質炭素は除去される。
本発明者らは、ＩＦ鋼を作製するためには、全ての炭素および窒素を炭化物および窒化物形成元素と結合させなければならないことを見出した。
日本国特開２００５−１２０３９９号は、０．００１５％のＣ、０．０５％のＳｉ、０．４５％のＭｎ、０．００８％のＰ、７．５％のＡｌおよび０．００５％のＮを有する鋼鉄であって、残りは鉄および不可避不純物である鋼鉄を開示する。図１は、この鋼鉄の本発明によるＣ＿ｓｏｌｕｔｅの計算値を示し、これは０．００１５であることが判明している。なぜなら、Ｎｂ、ＺｒまたはＶのような炭素結合元素が存在しないからである。Ｃ＿ｓｏｌｕｔｅはしたがって０以下ではなく、その代り０より大きい。Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］およびＭａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］はどちらの場合も０の値になる。
全炭素（Ｃ＿ｔｏｔａｌ）は、好ましくは最大で０．００５％であり、さらに好ましくは最大で０．００４％であり、なお一層好ましくは最大で０．００３％である。全炭素が低いほど、必要な炭化物形成元素の量は少ない。しかしながら、さらに低いＣ＿ｔｏｔａｌは達成するのがますます困難になり、したがって、炭素含有量をさらに低い値まで減少させるためのコストと、固溶体中の炭素を除去するために添加される必要がある高価な炭化物形成元素の量とのバランスがある。
窒素、特に遊離窒素（すなわち、固溶体中窒素）は、製鋼において望ましくないが、避けられない。したがって、ある窒化物、特に窒化チタンの形状は望ましくないと認識されているので、窒素をできるだけ低く保って、遊離窒素のない鋼マトリックスを作製するために必要な窒素結合元素の量を減少させ、そしてマトリックス中の窒化物の量を減少させなければならない。その結果として、本発明者らは５０ｐｐｍの最大値が好ましいことを見出した。好ましくは、窒素含有量は最大で４０ｐｐｍであり、さらに好ましくは、窒素含有量は最大で３０ｐｐｍである。
Ｔｉの添加は窒素を結合させるために有益であるが、厳密には必要ではない。チタンは、合金化元素としてまたは不可避不純物としてのいずれかにかかわらず、まずＴｉＮを形成する。過剰の窒素が存在する場合、残りの窒素はアルミニウムと結合する。しかしながら、鋼鉄中の大量のアルミニウムも、全ての窒素が結合することを保証し得る。このことは、マトリックスが固溶体中の窒素を実質的に含まないことを意味する。ＴｉＮは立方体の硬質の沈殿であり、そして亀裂発生を生じ得る。したがって、ＴｉＮ沈殿の望ましくない効果を防止するために、チタンの量をできるだけ低く維持することが好ましい。窒素と結合してＴｉＮにするため、そして溶質炭素の量を制御するために、０．０８％以下のＴｉを鋼鉄に添加することができる。
１つの態様では、チタン含有量は０．０１９％以下、例えば最大で０．０１８％または０．０１５％またはさらには最大でも０．０１２％である。本明細書中で上述するように、ある適用に関しては、ＴｉＮ沈殿の量を制限することが好ましい可能性がある。特に、単独ではなく低窒素含量との組み合わせで、低チタン含有量が好ましい。チタンの量がすべての窒素と結合するのに充分ではない場合、鋼鉄中のアルミニウムがとってかわって、窒化アルミニウムとして窒素と結合する。
ホウ素を高強度ＩＦ鋼に添加して、冷間加工脆化を低減する、および／または強度に貢献する。
１つの態様によると、本発明によるフェライト鋼の組成は
・０．２％以下のＳｉ、
・１．０％以下のＭｎ、
・６〜９％以下のＡｌ、
・０．０１０％以下のＮ、
・０．０８％以下のＮｂ、
・０．１％以下のＺｒ、
・０．１％以下のＶ、
・０．０１％以下のＳ、
・０．１％以下のＰ、
・０．０１％以下のＢ、
・残部として鉄および不可避不純物
の基本組成を有する。
この実施形態では、チタンを合金化元素として鋼鉄に添加せず、そして微量で存在する任意のチタンは、製鋼プロセスの結果としての不可避不純物である。この実施形態は、ＴｉＮ粒子の量が最低に維持される場合を対象とする。
本発明の１つの実施形態において、マンガン含有量は少なくとも０．１％である。別の実施形態において、アルミニウム含有量は少なくとも６％および／または最大で９％であり、好ましくは最大で８．５％である。好ましくは、アルミニウム含有量は少なくとも６．５％および／または最大で８．０％である。
本発明の１つの実施形態において、ケイ素含有量は最大で０．０５％である。アニーリングプロセスの間に、ケイ素は鋼鉄表面上で分離して、ナノメートルのサイズの酸化物を形成する可能性がある。これらの酸化物は液体亜鉛による不十分な水和性を示すので、それらが溶融亜鉛めっきされた後にそのような鋼鉄の表面上でコーティングされていない（裸の）スポットが時折見いだされる。したがって、例えばこれらの適用について、ケイ素含有量は好ましくは最大で０．０５％に限定される。
鋼鉄の比重（specific density）が６８００〜７３００ｋｇ／ｍ３である、前記請求項のいずれか一項に記載の鋼鉄。アルミニウム添加の結果、鋼鉄の比重が減少する。
鋼鉄は好ましくはカルシウム処理される。したがって、化学組成はまた、カルシウム処理とふさわしい量のカルシウムも含有し得る。
本発明による鋼鉄では、鋼鉄中の総炭素含有量の優れた制御と組み合わせて、固溶体中の炭素の量をマイクロ合金化元素（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ）の添加によって制御する。
ＴｉまたはＮｂの量は厳密に制御されなければならない。チタンまたはニオブが多すぎるとコストが増加し、チタンまたはニオブが少なすぎると、全ての窒素および炭素と結合して窒化物および炭化物になり得るわけではない。
チタンが合金化元素として添加される場合、チタン含有量の好適な最小値は０．００５％である。Ｎｂの好適な最小値は０．００４％である。ＶおよびＺｒについて、好適な最小値はそれぞれ０．００２％および０．００４％である。
第２の態様によると、ＩＦフェライト鋼ストリップの製造方法であって：
・鋼スラブまたは肉厚ストリップを
○連続キャスティング、または
○薄スラブキャスティング、または
○ベルトキャスティング、または
○ストリップキャスティング
によって提供する工程、
・場合によって続いて鋼スラブまたはストリップを最大でも１２５０℃の再加熱温度で再加熱する工程、
・スラブまたは肉厚ストリップを熱間圧延し、少なくとも８５０℃の熱間圧延最終温度で熱間圧延プロセスを仕上げる工程、
・熱間圧延ストリップを５００〜７５０℃のコイリング温度でコイリングする工程
を含んでなる方法が提供される。
好ましい実施形態において、コイリング温度は少なくとも６００℃である、および／または熱間圧延仕上げ温度は少なくとも９００℃である。
熱間圧延ストリップはその後：
・４０〜９０％の冷間圧下率（cold-rolling reduction）で熱間圧延ストリップを冷間圧延して、冷間圧延ストリップを製造する工程、
・７００〜９００℃のピーク金属温度での連続アニーリングプロセス、または６５０〜８００℃の最高温度でのバッチアニーリングプロセスにおいて、冷間圧延ストリップをアニーリングする工程、
・溶融亜鉛めっきまたは電気亜鉛めっきまたはヒート・トゥ・コート（heat-to-coat）プロセスでアニーリングされたストリップを場合によって亜鉛めっきする工程
を含んでなるプロセスでさらに加工することができる。
熱間圧延ストリップを、通常、冷間圧延工程前に酸洗いし、清浄化する。１つの実施形態において、連続アニーリングプロセスにおけるピーク金属温度は少なくとも７５０℃、好ましくは少なくとも８００℃である。
１つの実施形態において、冷間圧下率は少なくとも５０％である。
１つの実施形態において、冷間圧延ストリップの厚さは０．４〜２ｍｍである。
本発明を以下の非限定的実施例によってさらに説明する。
鋼鉄を製造し、１ｍｍの厚さを有する冷間圧延鋼鉄シートに加工した。熱間圧延ストリップは３．０ｍｍの厚さを有していた。鋼鉄の化学組成を表１に示す。
Figure 2015515547
スラブをキャスティングし、このスラブを最大でも１２５０℃の温度で再加熱することによって、鋼鉄を製造した。この温度が最高温度である。なぜなら、さらに高い再加熱温度では、過度の粒成長が起こり得るからである。熱間圧延の間の仕上げ温度は９００℃であり、コイリング温度は７００℃であり、続いて酸洗いし、冷間圧延（６７％）し、８００℃のピーク金属温度で連続アニーリングし、溶融亜鉛めっきした。
Figure 2015515547

Claims (15)

  1. 重量パーセントで、
    ・０．０１％以下のＣ＿ｔｏｔａｌ、
    ・０．２％以下のＳｉ、
    ・１．０％以下のＭｎ、
    ・６〜９％以下のＡｌ、
    ・０．０１０％以下のＮ、
    ・０．０８０％以下のＴｉ
    ・０．０８０％以下のＮｂ、
    ・０．１％以下のＺｒ、
    ・０．１％以下のＶ、
    ・０．０１％以下のＳ、
    ・０．１％以下のＰ、
    ・０．０１％以下のＢ、
    ・残部として鉄および不可避不純物、
    を含んでなり、
    ここで、
    Ｃ＿ｔｏｔａｌ＜＝Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］
    ＋Ｍａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］
    ＋１２／９３×Ｎｂ
    ＋１２／９１×Ｚｒ
    ＋１２／５１×Ｖ、
    ここで、
    Ｘ＝２×１２／（２×３２）×Ｓ、
    Ｙ＝２×１２／（４×４８）×（Ｔｉ−４８／１４×Ｎ）、
    Ｚ＝１２／４８×（Ｔｉ−４８／１４×Ｎ−４×４８／（２×３２）×Ｓ）、
    ここで、
    Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］＝ＸおよびＹの小さい方の値であり、
    Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］＝Ｙが負の場合は０、
    Ｍａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］＝０およびＺの大きい方の値、
    Ｃ＿ｓｏｌｕｔｅ＝Ｃ＿ｔｏｔａｌ
    −Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］
    −Ｍａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］
    −１２／９３×Ｎｂ
    −１２／９１×Ｚｒ
    −１２／５１×Ｖ、
    ここで、Ｃ＿ｓｏｌｕｔｅは０以下である、ＩＦフェライト鋼ストリップまたはシート。
  2. 最大で０．０１９％のチタンを含んでなる、請求項１に記載の鋼鉄。
  3. 鋼鉄が不可避不純物としてチタンのみを含んでなる、請求項１に記載の鋼鉄。
  4. Ａｌが少なくとも６．５％および／または最大で８．５％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼鉄。
  5. Ｎが最大で０．００４％（４０ｐｐｍ）、好ましくは最大で０．００３％（３０ｐｐｍ）である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼鉄。
  6. Ｍｎが少なくとも０．１％および／またはＳｉが最大で０．０５％である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼鉄。
  7. 鋼鉄の比重が６８００〜７３００ｋｇ／ｍ３である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の鋼鉄。
  8. 鋼鉄が冷間圧延鋼鉄シートである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の鋼鉄。
  9. フェライト鋼ストリップの製造方法であって：
    ・場合によってカルシウム処理された、鋼スラブもしくは肉厚ストリップを：
    ・連続キャスティング、もしくは
    ・薄スラブキャスティング、もしくは
    ・ベルトキャスティング、もしくは
    ・ストリップキャスティング
    によって提供する工程、
    鋼鉄は、重量パーセントで、
    ・０．０１％以下のＣ＿ｔｏｔａｌ、
    ・０．２％以下のＳｉ、
    ・１．０％以下のＭｎ、
    ・６〜９％以下のＡｌ、
    ・０．０１０％以下のＮ、
    ・０．０８０％以下のＴｉ
    ・０．０８０％以下のＮｂ、
    ・０．１％以下のＺｒ、
    ・０．１％以下のＶ、
    ・０．０１％以下のＳ、
    ・０．１％以下のＰ、
    ・０．０１％以下のＢ、
    ・残部として鉄および不可避不純物、
    を含んでなり、
    ここで、
    Ｃ＿ｔｏｔａｌ＜＝Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］
    ＋Ｍａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］
    ＋１２／９３×Ｎｂ
    ＋１２／９１×Ｚｒ
    ＋１２／５１×Ｖ、
    ここで、
    Ｘ＝２×１２／（２×３２）×Ｓ、
    Ｙ＝２×１２／（４×４８）×（Ｔｉ−４８／１４×Ｎ）、
    Ｚ＝１２／４８×（Ｔｉ−４８／１４×Ｎ−４×４８／（２×３２）×Ｓ）、
    ここで
    Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］＝ＸおよびＹの小さい方の値であり、
    Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］＝Ｙが負の場合は０、
    Ｍａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］＝０およびＺの大きい方の値、
    Ｃ＿ｓｏｌｕｔｅ＝Ｃ＿ｔｏｔａｌ
    −Ｍｉｎｉｍｕｍ［Ｘ，Ｙ］
    −Ｍａｘｉｍｕｍ［Ｚ，０］
    −１２／９３×Ｎｂ
    −１２／９１×Ｚｒ
    −１２／５１×Ｖ、
    ここで、Ｃ＿ｓｏｌｕｔｅは０以下である、
    ・場合によって、続いて鋼スラブまたはストリップを最大で１２５０℃の再加熱温度にて再加熱する工程、
    ・鋼スラブまたは肉厚ストリップを熱間圧延し、少なくとも８５０℃の熱間圧延仕上げ温度で熱間圧延プロセスを仕上げる工程、
    ・熱間圧延ストリップを６００〜７５０℃のコイリング温度でコイリングする工程
    を含んでなる、方法。
  10. 鋼鉄が最大で０．０１９％のチタンを含んでなる、請求項９に記載の方法。
  11. 鋼鉄が不可避不純物としてチタンのみを含んでなる、請求項９に記載の方法。
  12. 熱間圧延ストリップを：
    ・連続アニーリング工程で再加熱し、場合によって続いて溶融亜鉛めっきを行い、続いて急速冷却を行う、または
    ・ヒート・トゥ・コート工程で再加熱し、続いて亜鉛めっきおよび急速冷却を実施する、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. ・請求項９または１０に記載の熱間圧延フェライト鋼ストリップを４０〜９０％の冷間圧下率で冷間圧延して、冷間圧延ストリップを製造し、
    ・冷間圧延ストリップを７００〜９００℃のピーク金属温度で連続アニーリングプロセスにおいて、または６５０〜８００℃の最高温度にてバッチアニーリングプロセスにおいて、アニーリングし、
    ・場合によって、アニーリングされたストリップを溶融亜鉛めっきまたは電気亜鉛めっきまたはヒート・トゥ・コートプロセスで亜鉛めっきすること
    を含んでなる、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  14. 連続アニーリングプロセスにおけるピーク金属温度が少なくとも７５０℃、好ましくは少なくとも８００℃である、請求項１３に記載の方法。
  15. 冷間圧下率が少なくとも５０％である、および／または冷間圧延ストリップの厚さが０．４〜２ｍｍである、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の方法。
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