JP2016223003A - 高強度鋼板の焼きなましプロセス - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、第三世代の車用高強度鋼に求められる性質を満たす高強度鋼板を製造するための焼きなましプロセスを提供する。【解決手段】 本発明は高強度鋼板の焼きなましプロセスに関し、該方法は、成分として０．１−０．４ｗｔ％の炭素、１−３ｗｔ％のマンガン、１−２ｗｔ％のケイ素、０．１−０．２ｗｔ％のチタン、及び残部の鉄と不回避的不純物を含む合金鋼板を提供するステップと、前記合金鋼板にオーステナイト相が形成するように、前記合金鋼板をオーステナイト生成温度に加熱するステップと、前記合金鋼板に界面ナノ析出物及びフェライト相が形成するように、前記合金鋼板をフェライト生成温度に冷却するステップと、前記合金鋼板にベイナイト相が形成するように、前記合金鋼板をベイナイト生成温度に冷却するステップと、複相顕微鏡組織を有する高強度鋼板が製造されるように、前記合金鋼板を常温に冷却するステップとを含む。【選択図】図２
Description
本発明は、鋼板の焼きなましプロセスに関し、特に高強度鋼板の焼きなましプロセスに関する。
近年、省エネルギー・低炭素化の要求が高まるにつれて、燃料消費量を削減することで省エネルギー・低炭素化の目標を達成するために、自動車産業界では車体の軽量化に向けて力を入れている。車体を軽量化するための有効な手段として車体用鋼板の薄肉化が知られているが、鋼板を薄肉化する一方で、車体の安全性を維持しなければならず、したがって、車用鋼板の強度を向上しなければならない。更に、車用鋼板の強度と鋼板の延性を両立させるために、高強度・高延性の車用鋼板を開発する必要がある。
過去数年、鉄鋼産業では所謂第一世代（１ｓｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）及び第二世代（２ｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）の車用高強度鋼（ａｄｖａｎｃｅｄ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ，ＡＨＳＳ）が開発されている。第一世代の車用高強度鋼は、主に変態誘起塑性鋼（ＴＲＩＰ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｓｔｅｅｌｓ）を指し、その引張強度が約６００〜１０００ＭＰａである一方で、伸び率が２０〜４０％であり、抗張積（即ち引張強度と伸び率との積）が２０ＧＰａ％未満である。変態誘起塑性鋼の引張強度及び伸び率が自動車産業界の要求より低いため、第二世代の車用高強度鋼が開発された。
第二世代の車用高強度鋼は、主に双晶誘起塑性鋼（ＴＷＩＰ ｓｔｅｅｌｓ）を指し、高マンガン合金鋼であり、そのマンガン含有量は約２０〜３０ｗｔ％である。双晶誘起塑性鋼は極めて優れた強度を有し、その引張強度が約６００〜１１００ＭＰａで、６０〜９５％の伸び率を保つことができるため、抗張積が６０ＧＰａ％までに達し得る。双晶誘起塑性鋼は既に１０年近く発展してきたが、自動車産業界に受け入れられておらず、その要因として、必要なマンガン含有量が非常に高いので、コスト面から好ましくないことにある。
第一世代の車用高強度鋼は抗張積が低すぎて、車用鋼板に求められる性質を満足できず、また第二世代の車用高強度鋼は、マンガン合金の使用量が高すぎるので、コストから好ましくないため、自動車産業界では、第三世代の車用高強度鋼の開発に取り組んでいる。
図１は、第三世代の車用高強度鋼の目標性質範囲図を示す。図１に示されるように、第三世代の車用高強度鋼は、抗張積が約２０〜４０ＧＰａ％である。しかしながら、自動車産業界では、第三世代の車用高強度鋼の製造方法はまだ開発段階に留まっており、特に、如何に鋼板の焼きなましプロセスを設計すれば、鋼板が目標抗張積に達し得るかが、今日の自動車産業界において非常に重要な課題となっている。
したがって、第三世代の車用高強度鋼に要求される性質を満足できる鋼板を製造することができるように、革新的で進歩性を備えた高強度鋼板の焼きなましプロセスを提供することが必要である。
本発明は、成分として、０．１−０．４ｗｔ％の炭素、１−３ｗｔ％のマンガン、１−２ｗｔ％のケイ素、０．１−０．２ｗｔ％のチタン、及び残部の鉄と不可避的不純物を含む合金鋼板を提供するステップと、該合金鋼板にオーステナイト相が形成するように、該合金鋼板をオーステナイト生成温度に加熱するステップと、該合金鋼板に界面ナノ析出物及びフェライト相が形成するように、該合金鋼板をフェライト生成温度に冷却するステップと、該合金鋼板にベイナイト相が形成するように、該合金鋼板をベイナイト生成温度に冷却するステップと、複相顕微鏡組織を有する高強度鋼板が製造されるように、該合金鋼を常温に冷却するステップと、を含む高強度鋼板の焼きなましプロセスを提供する。
本発明の焼きなましプロセスによれば、引張強度が８１５ＭＰａで、伸び率が２６％で、抗張積が２１．２ＧＰａ％である高強度鋼板を製造することができ、このような鋼板の性質は第三世代の車用高強度鋼に要求される性質を満たす。
本発明の技術的構成をより明確に理解し、明細書の内容に従って実施することができるようにするために、且つ本発明の上述した目的、特徴及び利点をより明確で容易に理解することができるようにするために、以下に好ましい実施例を意図的に挙げて、図面を参照しながら、次のように詳細に説明する。
図２は本発明の高強度鋼板の焼きなましプロセスのフローチャートを示す。図２のステップＳ２１に示すように、成分として、０．１−０．４ｗｔ％の炭素、１−３ｗｔ％のマンガン、１−２ｗｔ％のケイ素、０．１−０．２ｗｔ％のチタン、及び残部の鉄と不可避的不純物を含む合金鋼板を提供する。このステップでは、０．１−０．４ｗｔ％の炭素によって、鋼板強化及び残留オーステナイトの量を変更して、鋼板の伸び率を増加させることができる。１−３ｗｔ％のマンガンによって、鋼板の硬化能力を向上させ、焼きなまし時の冷却速度を低下させ、かつ冷却速度のプロセス条件を緩和することができる。１−２ｗｔ％のケイ素によって、ベイナイト相でのセメンタイト炭化物の生成を抑制して、鋼板の延性を高め、また固溶強化により鋼板の強度を高めることができる。０．１−０．２ｗｔ％のチタンによって、界面ナノ析出チタン炭化物を生成して、鋼板を強化する。あるいは、ほかの実施例において、バナジウム、ニオビウム、モリブデンまたはタングステンでチタンを置換してもよい。
また、このステップにおいて、圧延板を形成するように、該合金鋼板を熱間圧延または冷間圧延してもよい。
ステップＳ２２に示すように、該合金鋼板をオーステナイト生成温度に加熱して、該合金鋼板にオーステナイト相を形成させる。本実施例において、オーステナイト生成温度は８００〜１１００℃で、保温時間は６０〜３００秒である。
ステップＳ２３に示すように、該合金鋼板をフェライト生成温度に冷却して、該合金鋼板に界面ナノ析出物及びフェライト相を形成させる。このステップにおいて、好ましくは、冷却速度は５〜４０℃／秒で、フェライト生成温度は５８０〜７５０℃で、且つ保温時間は６０秒以下である。また、このステップで形成された界面ナノ析出物はチタン炭化物である。
ステップＳ２４に示すように、該合金鋼板をベイナイト生成温度に冷却して、該合金鋼板にベイナイト相を形成させる。このステップにおいて、好ましくは、冷却速度は５〜４０℃／秒で、ベイナイト生成温度は３００〜５００℃で、且つ保温時間は３００秒以下である。
ステップＳ２５に示すように、該合金鋼板を常温に冷却して、複相顕微鏡組織を有する高強度鋼板を製造する。このステップにおいて、好ましくは、冷却速度は０．５〜４０℃／秒であり、前記複相顕微鏡組織は６０〜８０％のフェライト相、２０％以下のベイナイト相、４０％以下の残留オーステナイト相及び２０％以下のマルテンサイト相を含む。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に開示された内容に制限されるものではない。
図３は、本発明の昇温速度が５℃／秒である場合のＡｃ１（鋼板加熱時のオーステナイト形成開始温度）及びＡｃ３（鋼板加熱時のフェライトの完全オーステナイト化温度）の温度測定曲線を示す。図４（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の鋼板の２階段における温度−時間−相変態曲線及び連続冷却相変態曲線を示す。
本発明は、鉄、０．１１ｗｔ％の炭素、１．５ｗｔ％のマンガン、１．４４ｗｔ％のケイ素、０．１ｗｔ％のチタンを含む合金鋼板を例とするものであり、図３で、完全オーステナイト化温度が９７０℃と示されているが、更に鋼板の完全オーステナイト化を保つために、オーステナイト化及び析出物の固溶化温度を１０００〜１１００℃にする。オーステナイト化した後、２０℃／秒の冷却速度で鋼板を図４に示されるフェライト形成温度域（即ち５８０〜７５０℃の範囲）に冷却して、温度が低いほど、オーステナイトからフェライトへの相変態時間が長くなるため、フェライトが生成する時に界面ナノ析出物が析出する強化効果を有する。
図５は、実施例の焼きなましプロセスの温度−時間曲線図を示す。図５を例として、フェライトの恒温形成温度を６００℃にし、且つ１２〜２２秒保温して、約７０％の界面ナノ析出により強化されたフェライト組織を得る。次に、ベイナイト相変態領域（４５０℃）まで冷却して２００秒保温し、最後にさらに常温まで冷却して、フェライト、ベイナイト及びオーステナイトの複相相変態を強化させ、残留オーステナイトが材料塑性変形時に新生マルテンサイトに変態されて、応力誘起相変態により鋼板の延性を向上させる。
図６は、実施例の鋼板の顕微鏡組織写真を示す。図７は、実施例の鋼板のフェライト内の炭化チタンナノ析出物の顕微鏡写真を示す。
図６及び図７に示すように、該鋼板の顕微鏡組織は、７０％のフェライト、１５％のベイナイト、１２％のマルテンサイト及び３％の残留オーステナイトを含む複相顕微鏡組織であり、鋼板の伸び率（Ｅｌ）を２６％まで向上させることができ、図７に示される炭化チタンナノ析出物がフェライトを強化させて、更に鋼板の引張強度を８１５ＭＰａまで向上させることができる。また、その抗張積は２１．２ＧＰａ％に達し得る。
図８は、実施例の鋼板の目標性質範囲図を示す。図８に示されるように、実施例の鋼板の性質は第三世代の車用高強度鋼に要求される性質を満たす。
上記実施例は、本発明の原理及びその効果を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。そのため、当業者が上記実施例に対して行う修正や変更も本発明の趣旨から逸脱するものではない。本発明の請求の範囲は後述する請求の範囲に記載されたとおりである。
Ａｃ１ 鋼板加熱時のオーステナイト形成開始温度
Ａｃ３ 鋼板加熱時のフェライトの完全オーステナイト化温度
Ｓ２１〜Ｓ２５ ステップ
Ａｃ３ 鋼板加熱時のフェライトの完全オーステナイト化温度
Ｓ２１〜Ｓ２５ ステップ
本発明は、０．１−０．４質量％の炭素、１−３質量％のマンガン、１−２質量％のケイ素、０．１−０．２質量％のチタン、及び残部の鉄と不可避的不純物からなる組成を有する合金鋼板を提供するステップと、該合金鋼板にオーステナイト相が形成するように、該合金鋼板をオーステナイト生成温度に加熱するステップと、該合金鋼板に界面ナノ析出物及びフェライト相が形成するように、該合金鋼板をフェライト生成温度に冷却するステップと、該合金鋼板にベイナイト相が形成するように、該合金鋼板をベイナイト生成温度に冷却するステップと、複相微細組織を有する高強度鋼板が製造されるように、該合金鋼を常温に冷却するステップと、を含む高強度鋼板の焼きなましプロセスを提供する。
図２は本発明の高強度鋼板の焼きなましプロセスのフローチャートを示す。図２のステップＳ２１に示すように、成分として、０．１−０．４質量％の炭素、１−３質量％のマンガン、１−２質量％のケイ素、０．１−０．２質量％のチタン、及び残部の鉄と不可避的不純物を含む合金鋼板を提供する。このステップでは、０．１−０．４質量％の炭素によって、鋼板強化及び残留オーステナイトの量を変更して、鋼板の伸び率を増加させることができる。１−３質量％のマンガンによって、鋼板の硬化能力を向上させ、焼きなまし時の冷却速度を低下させ、かつ冷却速度のプロセス条件を緩和することができる。１−２質量％のケイ素によって、ベイナイト相でのセメンタイト炭化物の生成を抑制して、鋼板の延性を高め、また固溶強化により鋼板の強度を高めることができる。０．１−０．２質量％のチタンによって、界面ナノ析出チタン炭化物を生成して、鋼板を強化する。あるいは、ほかの実施例において、バナジウム、ニオビウム、モリブデンまたはタングステンでチタンを置換してもよい。
本発明は、鉄、０．１１質量％の炭素、１．５質量％のマンガン、１．４４質量％のケイ素、０．１質量％のチタンを含む合金鋼板を例とするものであり、図３で、完全オーステナイト化温度が９７０℃と示されているが、更に鋼板の完全オーステナイト化を保つために、オーステナイト化及び析出物の固溶化温度を１０００〜１１００℃にする。オーステナイト化した後、２０℃／秒の冷却速度で鋼板を図４に示されるフェライト形成温度域（即ち５８０〜７５０℃の範囲）に冷却して、温度が低いほど、オーステナイトからフェライトへの相変態時間が長くなるため、フェライトが生成する時に界面ナノ析出物が析出する強化効果を有する。
Claims (13)
- 高強度鋼板の焼きなましプロセスであって、
（ａ）成分として、０．１−０．４ｗｔ％の炭素、１−３ｗｔ％のマンガン、１−２ｗｔ％のケイ素、０．１−０．２ｗｔ％のチタン、及び残部の鉄と不可避的不純物を含む合金鋼板を提供するステップと、
（ｂ）前記合金鋼板にオーステナイト相が形成するように、前記合金鋼板をオーステナイト生成温度に加熱するステップと、
（ｃ）前記合金鋼板に界面ナノ析出物及びフェライト相が形成するように、前記合金鋼板をフェライト生成温度に冷却するステップと、
（ｄ）前記合金鋼板にベイナイト相が形成するように、前記合金鋼板をベイナイト生成温度に冷却するステップと、
（ｅ）複相顕微鏡組織を有する高強度鋼板が製造されるように、前記合金鋼板を常温に冷却するステップと、を含む、高強度鋼板の焼きなましプロセス。 - ステップ（ａ）が、前記合金鋼板を熱間圧延又は冷間圧延して、圧延板を形成することを更に含む、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
- ステップ（ｂ）において、オーステナイト生成温度が８００〜１１００℃である、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
- ステップ（ｂ）において、保温時間が６０〜３００秒である、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
- ステップ（ｃ）において、冷却速度が５〜４０℃／秒である、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
- ステップ（ｃ）において、フェライト生成温度が５８０〜７５０℃である、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
- ステップ（ｃ）において、保温時間が６０秒以下である、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
- ステップ（ｃ）において、界面ナノ析出物がチタン炭化物である、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
- ステップ（ｄ）において、冷却速度が５〜４０℃／秒である、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
- ステップ（ｄ）において、ベイナイト生成温度が３００〜５００℃である、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
- ステップ（ｄ）において、保温時間が３００秒以下である、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
- ステップ（ｅ）において、冷却速度が０．５〜４０℃／秒である、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
- ステップ（ｅ）において、複相顕微鏡組織が６０〜８０％のフェライト相、２０％以下のベイナイト相、４０％以下の残留オーステナイト相及び２０％以下のマルテンサイト相を含む、請求項１に記載の高強度鋼板の焼きなましプロセス。
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