JP2016529392A - 冷間圧延鋼板、製造方法および車両 - Google Patents

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Abstract

本発明は、1000−50×Al MPaを超える引張強度、15%を超える均一伸び、および低密度を提示する冷間圧延され、溶融鍍金された鋼板を取り扱う。鋼板は、重量パーセントで、0.1≦C≦0.5%、3.5≦Mn≦10.0%、0≦Al≦9.0%、Si≦5.0%、Ti≦0.2%、V≦0.2%、Nb≦0.2%、S≦0.004%、P≦0.025%、0.5≦Si+Al≦9.0%、B≦0.0035、Cr≦1%を含む。残部は、鉄および不純物であり、微細構造は25%から90%のフェライト、10%から50%のオーステナイト、5%未満のカッパ析出物および25%未満のマルテンサイトを含む。本発明の鋼板は完全酸化を使用してコーティングされる能力を提示する。

Description

本発明は、高い機械的特性、良好な成形性およびコーティングを受け取る良好な能力を同時に提示する冷間圧延鋼板を取り扱う。
鋼板は、具体的には、1000−50×Al MPa以上の引張強度TS、15%以上の均一伸びUEI、20%以上の穴拡げ性HE、ならびに濡れおよびコーティング接着を可能にする反応性表面を要求する。
また、ケイ素またはアルミニウムを多量に含む鋼板のいくつかの実施形態は、低密度を有し、二相、多相、ベイナイトまたはTRIP(変態誘起塑性)概念等のいわゆる高度な高強度鋼と比較して10%を超えて軽い。
特に自動車産業では、安全性を向上させながら車両を軽量化する継続的な必要性がある。このように、様々な強度および成形性のレベルを提供する上述したもののような鋼のいくつかのファミリーが提案されている。
まず、硬化が、析出によって、および粒径の微細化によって同時に得られる微小合金元素を有する鋼が提案されている。そのような鋼の開発の後に、上述した高度な高強度鋼が続いた。
より高い引張強度レベルを得る目的で、特性の非常に有利な組み合わせ(引張強度/成形性)を有するTRIP挙動を示す鋼が開発された。これらの特性は、ベイナイトおよび残留オーステナイトを含むフェライトマトリックスからなるこのような鋼の構造に関連している。残留オーステナイトは、ケイ素またはアルミニウムを添加することによって安定化され、これらの元素はオーステナイトおよびベイナイト中の炭化物の析出を遅らせる。残留オーステナイトの存在により不変形板に高延性が与えられる。
さらにより高い引張強度、即ち800から1000MPaよりも大きいレベルを達成するために、主にベイナイト構造を有する多相鋼が開発された。しかし、その成形性および穴拡げ性は次世代の自動車部品には不十分である。
国際出願WO2009/142362号は、残留オーステナイトの量を増やすことができる最適な組成物中に、残留オーステナイトの安定性および遅れ破壊に対する耐性を高めるための適切な量のAlを添加することにより、耐遅れ破壊性、980MPa以上の引張強度、および28%以上の伸びの改善を有する冷間圧延鋼板および溶融亜鉛めっき鋼板を開示する。この従来技術の1つ以上の態様では、その各々が、0.05から0.3重量パーセントのC、0.3から1.6重量パーセントのSi、4.0から7.0重量パーセントのMn、0.5から2.0重量パーセントのAl、0.01から0.1重量パーセントのCr、0.02から0.1重量パーセントのNiおよび0.005から0.03重量パーセントのTi、5から30ppmのB、0.01から0.03重量パーセントのSb、0.008重量パーセント以下のS、残部がFeおよび不純物からなる高強度冷間圧延鋼板および亜鉛メッキ鋼板が提供される。しかし、このような鋼は合金元素の含有量が高いことに起因してコーティングすることが困難である。
国際出願WO2012/147898号は、優れた穴拡げ性および材料特性の安定性を有する高強度鋼板、ならびにその製造方法を提供することを目的とし、高強度鋼板は、低C鋼の組成中に少なくとも780MPaのTSおよび少なくとも22,000MPa%のTS×ELを有する。高強度鋼は良好な成形性を有しており、および材料特性の安定性は質量%で、0.03%から0.25%のC、0.4%から2.5%のSi、3.5%から10.0%のMn、0.1%以下のP、0.01%以下のS、0.01%から2.5%のAl、0.008%以下のN、および少なくとも1.0%のSi+Alを含み、残部がFeおよび不可避な不純物である成分組成を有し、鋼構造は、面積比で、30%から80%のフェライト、0%から17%のマルテンサイト、ならびに体積比で、8%以上の残留オーステナイトを有し、残留オーステナイトの平均結晶粒径は2μm以下である。しかし、このような鋼は合金元素の含有量が高いことに起因してコーティングすることが困難である。
最終的に、出願EP2383353号は、最小4%の破断時伸びA80および900から1500MPaの引張強度を有する鋼を開示する。それは、鉄および不可避な不純物および炭素(0.5%まで)、マンガン(4から12%)、ケイ素(1%まで)、アルミニウム(3%まで)、クロム(0.1から4%)、銅(2%まで)、ニッケル(2%まで)、窒素(0.05%まで)、リン(0.05%まで)、および硫黄(0.01%まで)、ならびに場合によりバナジウム、ニオブまたはチタンを含む、最大0.5%の1つ以上の元素を含む。この鋼で製造された平板に圧延された鋼製品は、30から100%のマルテンサイト、焼戻しマルテンサイトまたはベイナイトおよび残量のオーステナイトを含む。しかし、そのような鋼は、得られる鋼板の不十分な成形性につながる低い延性レベルを提示するであろう。
国際公開第2009/142362号 国際公開第2012/147898号 欧州特許出願公開第2383353号明細書
本発明は、以下を同時に提示する冷間圧延鋼板を提供することを目的とする。
− 1000−50×Al MPa以上の引張強度TS
− 15%以上の均一伸びUEI
− 20%以上の穴拡げ性HE、ならびに
− 濡れおよびコーティング接着を可能にする反応性表面
本発明は、第一の目的として、重量パーセントで以下を含む冷間圧延鋼板を対象にする。
0.1≦C≦0.5%
3.5≦Mn≦10.0%
Al≦9.0%
Si≦5.0%
0.5≦Si+Al≦9.0%
Ti≦0.2%
V≦0.2%
Nb≦0.2%
B≦0.0035
Cr≦1%
S≦0.004%
P≦0.025%
組成物の残部は、鉄および精錬に起因する不可避な不純物であり、微細構造は10%から50%のオーステナイト、25%から90%のフェライト、5%未満のカッパ(Kappa)析出物および25%未満のマルテンサイトを含み、前記冷間圧延鋼板は上面から連続した以下の層を提供する。
− 厚さが50から300nmの範囲である純粋な金属鉄の最上層
− Mn、Si、Al、CrおよびBの中から選ばれる酸化物の1つ以上の析出物を含み、厚さが1から8μmの範囲である金属鉄で作られた第1の下層
また、本発明は、単独でまたは組み合わせて選ばれるさらなる追加の特徴を対象とすることもできる:
− 第1の下層の下にあり、フェライトで作られ、厚さが10から50μmの範囲の第2の下層をさらに含む本発明に係る冷間圧延鋼板
好ましい実施形態において、本発明は、組成が以下を有する冷間圧延鋼板を対象とする:
− 組成が5.0から9.0%のマンガン含有率を有する冷間圧延鋼板、
− 組成が0.1から0.3%(0.15から0.25%の範囲がさらに好ましい)の炭素含有率を有する冷間圧延鋼板、
− 組成が1.5から9%(5から8%の範囲がさらに好ましい)のアルミニウム含有率を有する冷間圧延鋼板、
− 組成が1.5%以下のケイ素含有率(0.3%以下のケイ素含有率がさらに好ましい)を有する冷間圧延鋼板。
別の好ましい実施形態では、本発明の鋼は、以下を対象とする。
− 微細構造が、15から40%のオーステナイト(20から40%の間の範囲のオーステナイトがさらに好ましく、25および40%の範囲のオーステナイトが最も好ましい)を含む冷間圧延鋼板、
− 微細構造が50から85%の間のフェライトを含む冷間圧延鋼板、
− 微細構造が15%未満のマルテンサイトを含み、このようなマルテンサイトが場合により焼戻しされる冷間圧延鋼板、
− 微細構造がカッパ析出物を含まない冷間圧延鋼板
理想的には、本発明の冷間圧延鋼板は、MPaで表される1000−50×%Al以上の引張強度TS、15%以上の均一伸びUEI、および20%以上の穴拡げ性HEを提示する。
本発明の別の目的は、本発明の冷間圧延鋼板をコーティングすることにより得られる金属被覆鋼板であり、そのようなコーティングは、溶融鍍金、電着、真空コーティングから選択される方法によって行われ、場合により加熱処理される。好ましい実施形態では、このような金属被覆鋼板は合金化溶融亜鉛めっきされる。
本発明の冷間圧延、および場合によりコーティングされた鋼板は、任意の適切な方法により製造することができる。このような方法は、通常の連続焼鈍ラインに適合性があり、方法のパラメータの変動に対して低い感度を有することが好ましい。
本発明の別の目的は、以下の工程を含む冷間圧延鋼板を製造する方法である。
組成が本発明に従う熱間圧延ストリップまたは薄いスラブを供給し、脱スケールする工程
熱間圧延ストリップまたは薄いスラブを、その後、冷間圧延鋼板を得るために30%から75%の間の冷間圧延比率で冷間圧延する工程
鋼板は、30から700秒の間、1℃/秒に少なくとも等しい加熱速度Hrateで、Tmin=721−36C−20Mn+37Al+2Si(℃で表される)とTmax=690+145C−6.7Mn+46Al+9Si(℃で表される)の間にある焼鈍温度Tannealまで加熱を受け、続いてその温度で均熱され、550℃からTannealまでの加熱および均熱の少なくとも最初の部分が、100から600nmの間の厚さを有する酸化鉄最上層を生成するように酸化雰囲気で起こり、酸化鉄層は次いで完全に還元される。
酸化鉄層を完全に還元するために、2%から35%の間のH2を含み、−10℃未満の露点を有する還元雰囲気中で均熱の第2の部分の間にそのような還元が起こり、鋼板はさらに5℃/秒を超え、70℃/秒未満の冷却速度Vcooling2で室温まで冷却される。
場合により、均熱の第2の部分は、露点が−30℃未満である雰囲気の中で起こる。
別の実施形態では、鋼板はVcooling2で350℃から550℃の間の温度TOAまで冷却され、TOAで10から300秒の間の時間維持され、その後鋼板は、5℃/秒から70℃/秒の冷却速度Vcooling3で室温までさらに冷却される。
別の実施形態では、5℃/秒を超え、70℃/秒未満の冷却速度Vcooling2で室温までの鋼板の冷却後に還元も起こり、次いでそれは化学酸洗いすることによって行われる。
理想的には、コーティングは、溶融鍍金、電着および真空コーティングから選択される方法によって行われ、場合により加熱処理される。
好ましくは、金属コーティングは、合金化溶融亜鉛めっき熱処理によって行われる。
熱間圧延ストリップを得るための異なる方法が存在し、そのうちの一つは、以下の工程を含む方法である:
− スラブを得るために組成が本発明に従う鋼を鋳造する工程、
− 1100℃から1300℃の間の温度Treheatでスラブを再加熱する工程、
− 熱間圧延鋼ストリップを得るために、800℃から1250℃の間の温度で、再加熱されたスラブを熱間圧延する工程、
− 700℃以下の巻取温度Tcoilingまで少なくとも10℃/秒の冷却速度Vcooling1で熱間圧延鋼ストリップを冷却する工程、
− Tcoilingで、冷却された熱間圧延ストリップを巻き取る工程。
別の実施形態では、熱間圧延ストリップは、それ自体公知のコンパクトストリップ処理と呼ばれ、薄いスラブをもたらす処理によって得られ、このため熱間圧延工程が回避される。
別の実施形態では、熱間圧延ストリップは、400℃から600℃の間で1から24時間の間のバッチ焼鈍、および650℃から750℃の間で60から180秒の間の連続焼鈍から選択された方法を用いてさらに焼鈍される。
好ましい実施形態では、加熱のための直火炉を用いて、鉄の還元雰囲気は、20から35%の間のHを含み、残部は窒素および不可避な不純物である。
好ましい実施形態では、加熱のための放射管炉を用いて、鉄の還元雰囲気は、2から8%の間のHを含み、残部は窒素および不可避な不純物である。
場合により、冷間圧延および焼鈍された鋼は200から400℃の間の温度Ttemperで200から800秒の間の時間ttemperで焼戻しされる。
別の実施形態では、冷間圧延および焼鈍された鋼はリン酸塩変換処理を受ける。
別の実施形態では、焼鈍中に還元雰囲気を通過しなかった鋼は、その後、主たる金属表面をもたらす本発明の表面酸化物を除去するために、ギ酸、塩酸、硫酸等のような典型的な酸洗い浴を使用して、連続焼鈍ラインの出口で酸洗される。
本発明はまた、本発明の鋼板で作られた構造部品を備えた車両を対象とする。
本発明の他の特徴および利点は、詳細な説明の以下の段落を介して現れる。
結合された図は例として与えられ、本発明の範囲を限定するものと解釈してはならない。
図は以下のとおりである:
冷間圧延と焼鈍後の実施例A2の微細構造を示す。暗い相がオーステナイトであり、白い相がフェライトである。 冷間圧延と焼鈍後の実施例A2の引張曲線を示す。 本発明から製造された実施例A6のGDOSプロファイルを示す。 本発明から製造された実施例A3のGDOSプロファイルを示す。 A6の実施例についての3点曲げ試験の結果を示す。 A3の実施例についての3点曲げ試験の結果を示す。 A4の実施例についての3点曲げ試験の結果を示す。 実施例A2に係る焼鈍サイクルの熱経路を示す。 鋼D(0.2C 5Mn)の引張強度の安定性に対するAlの影響を示す。
本発明によれば、鋼の化学組成は、特性の目標を達成するためにバランスが図られる。以下の化学組成元素は重量パーセントで与えられる。
アルミニウム含有率は9.0%未満でなければならない。何故ならばそれは脆い金属間析出を避けるためにこの値よりも厳密に小さく保たなければならないからである。
残留オーステナイト中の炭素の増加によって残留オーステナイトの安定性を増加させるために、アルミニウムの添加は多くの面で興味深い。また、本発明者らは、驚くべきことに、Alはフェライトを安定化させるはずであるにもかかわらず、本発明では、Al含有率が高いほど、焼鈍の間に形成されたオーステナイトの安定性がより良好になることを示した。
Alの焼鈍添加の間のロバスト性の改善は、連続焼鈍ラインでの焼鈍時の温度に応じてオーステナイトの割合の変動を低下させる。
Alが非再結晶温度を超える焼鈍温度Tannealでの完全な再結晶とオーステナイトの安定化の組み合わせに有利に働くので、Alが連続焼鈍のための大きな実現可能性の窓を開くことができる最も効率的な元素である。
Alはまた、10%まで鋼密度を低下させることができる。また、このような元素は、跳ね返り、水素脆性、剛性の損失のような高強度鋼の有害な影響を減少させる。図9に示すように、Alが1.5%を超えると、鋼のロバスト性が向上し、デルタ引張強度が焼鈍温度の10MPa/℃以下である。しかしながらAlは到達できる引張強度の影響を有する。Alは、追加されたアルミニウムの割合で50MPaほど引張強度を低下させる。
アルミニウムと同様に、ケイ素は鋼の密度を低下させる元素である。ケイ素は固溶体を介して強度を高めるためにも非常に効率的である。しかし、ケイ素の含有率は、5.0%に制限される。何故ならばこの値を超えると、冷間圧延時に脆性の問題に直面するからである。
本発明によれば、炭素含有率は0.10から0.50%の間である。炭素はガンマ形成元素である。これは、Mnと共に、オーステナイトの発生を推進する。0.10%未満では、MPaで表される1000−50×Alを超える機械的強度を達成することは困難である。炭素含有率が0.50%を超える場合には、冷間圧延性が低下し、溶接性が悪くなる。
マンガンは3.5%から10.0%の間でなければならない。この元素、また、オーステナイト安定剤は、微細構造において十分なオーステナイトを安定させるために使用される。マンガンは、また、固溶体硬化、および微細構造上の微細化効果を有する。3.5%未満のMn含有率に対しては、微細構造中の残留オーステナイトの安定化は、15%を超える均一伸びおよびMPaで表される1000−50×%Alを超える引張強度の組み合わせを可能にするのに十分ではない。10.0%を超えると、溶接性が悪くなる。偏析および含有物は損傷特性を劣化させる。
チタン、バナジウムおよびニオブ等のマイクロ合金元素は、追加の析出硬化を得るために、0.2%未満の量でそれぞれ添加してもよい。特に、チタンおよびニオブは凝固時に粒径を制御するために使用される。しかし、この値を超えると飽和効果が得られるため、1つの制限は必要である。
クロムは、1%まで許容される。その制限を超えると、有害な表面酸化物が現れることがある。
0.004%の硫黄含有率を超えると、延性は、特に穴拡げ試験中に、延性を低下させるMnSのような過剰な硫化物の存在に起因して低下する。
リンは固溶体中で硬化するが、特に粒界での分離またはマンガンとの同時分離の傾向により、スポット溶接性や熱間延性を低下させる元素である。これらの理由から、その含有率は、良好なスポット溶接性を得るためには、0.025%、好ましくは0.015%に制限されなければならない。
本発明によって許容される最大のホウ素含有率は0.0035%である。このような限界を超えると、粒子微細化に関して飽和レベルが予想される。
残部は鉄および不可避な不純物で構成される。
目標の特性に到達するために、本発明の鋼板の微細構造は、表面割合として、10%から50%のオーステナイト、25から90%のフェライト、5%未満のカッパ析出物および25%未満のマルテンサイトを含まなければならない。
オーステナイトは延性をもたらす構造であり、その含有率は、本発明の鋼が、15%を超える均一伸びを有し、十分な延性であるように10%を超えなければならず、その含有率は50%未満でならなければならない。何故ならばその値を超えると機械的特性のバランスが悪化するからである。
本発明におけるフェライトは、凝固中に形成された先行するフェライトからであろうとまたは熱間圧延鋼のベイナイトまたはマルテンサイトからであろうと、焼鈍時の回収および再結晶から得られた立方体の中心構造によって規定される。その含有率は、最少で、MPaで表される(1000−50×%Al)の引張強度および少なくとも15%の均一伸びを有するように25から90%の間でなければならない。
本発明におけるカッパは、その化学量論が(Fe,Mn)AlCである析出物によって規定されており、ここでxは厳密に1未満である。析出物カッパの表面密度は5%まで上がることができる。5%を超えると、延性が低下し、15%を超える均一伸びが達成されない。また、フェライト粒界の周囲の制御されない析出カッパが生じ、結果として熱間および/または冷間圧延時に加える力を増大させることがある。好ましくは、カッパ析出物の表面密度は2%未満であるべきである。微細構造が均一であるので、表面割合は体積割合に等しい。
マルテンサイトは、不安定なオーステナイトから均熱後の冷却中に形成される構造体である。その含有率は、穴拡げ性が20%超過のままであるように25%に制限されなければならない。好ましい実施形態では、このようなマルテンサイトは、コーティングの種類に応じて、コーティング工程の後または前のいずれかで、焼戻しされる。
本発明の鋼板の別の主な特徴はその反応性表面にあり、これは連続した以下の層を含むものとして説明することができる:
− 厚さが50から300nmの範囲である純粋な金属鉄の最上層
− Mn、Si、Al、CrおよびBの中から選ばれた酸化物の1つ以上の析出物を含み、厚さが1から8μmの範囲である金属鉄で作られた第1の下層。
このような構造は、裸鋼のリン酸塩変換処理中の反応性、亜鉛またはアルミニウムコーティング等の金属コーティングの良好な湿潤性および密着性を保証する。これは、塗料の電着能力を向上させる。
そのような表面が得られる限り、任意の適切な製造方法を使用することができる。
一例では、本発明による鋼を製造する一つの方法は、本発明の化学組成を有する鋼を鋳造することを暗示する。
鋳鋼は、1100℃から1300℃との間で再加熱される。スラブ再加熱温度が1100℃未満であると、Al<4重量%については、圧延荷重が過度に増加し、熱間圧延工程が困難になる。また、Al≧4重量%については、最後の熱間圧延パスは圧延工程中の熱損失によりほとんど800℃を超えるようには維持されない。1300℃を超えると、酸化が非常に激しく、それは焼減りおよび表面劣化をもたらす。
再加熱スラブはその後、1250℃から800℃の間の温度で熱間圧延することができ、最後の熱間圧延パスは800℃以上の温度Tlpで起こる。Tipが800℃未満であると、熱間加工性が低下する。
鋼は、700℃以下の巻取温度Tcoilingまで少なくとも10℃/秒の冷却速度Vcooling1で冷却される。冷却速度Vcoolingが10℃/秒未満であり、Al≧4重量%およびMn≧4重量%の場合には、フェライトとオーステナイトとの界面に有害なカッパ析出が起こる。
coilingは700℃以下でなければならず、巻取温度が700℃を超えると、以下からなる粗い微細構造を形成するおそれがある:
・ Al含有率が4重量%未満の場合、粗いフェライトおよびベイナイト構造
・ Al含有率が4重量%以上であり、Mnが4%Mn量 を超える場合、フェライトとオーステナイトとの間の界面でのカッパ炭化物
次いで、冷間圧延鋼が得られるように、鋼は30%から75%の間の冷間圧延率で冷間圧延される。30%未満では、その後の焼鈍時の再結晶が十分に支持されず、再結晶がないために15%を超える均一な伸びが達成されない。75%を超えると、冷間圧延時の縁割れのおそれがある。
その後、鋼は焼鈍温度Tannealまで少なくとも1℃/秒に等しい加熱速度Hrateで加熱される。加熱速度が1℃/秒未満であると、再結晶のための力が低すぎ、目的の微細構造を達成することを妨げる。
主に100から600nmの厚さを有する酸化鉄を生成するように、550℃からTannealでの均熱の終わりまでの加熱の間に、鋼は酸化性雰囲気を通過する。
・ 酸化鉄が100nmより薄い場合、酸化鉄があまりに早く消え、続く還元焼鈍時の合金元素の外部選択的酸化を再度可能にし、コーティング方法の間表面の反応性を妨げる。
・ 酸化鉄が600nmを超える場合、非接着性酸化鉄のおそれがあり、ピックアップ問題により炉のハースロールを汚染し、圧痕によって表面欠陥をもたらす。600nmを超える厚みは、また、還元性雰囲気が適用されるとき、均熱もしくは冷却、または均熱および冷却工程中に酸化鉄の部分的還元のみをもたらすことがある。
放射管が加熱炉中で使用される場合、鉄の還元雰囲気は、2から8%の間のHを含み、残部は窒素および不可避な不純物でなければならない。
・ Hの含有率が2%未満では、雰囲気の還元能が完全に酸化鉄を還元するには低すぎる。
・Hの含有率が8%を超えると、還元処理は完了するが、もはや経済的に実行可能でない。
次いで、鋼は、30から700秒の間、Tmin℃からTmax℃の間の温度で焼鈍される。オーステナイト割合およびその化学組成を制御することができるので、焼鈍温度を制御することはこの方法の重要な特徴である。焼鈍温度は、最終的な微細構造に必要な10超過の残留オーステナイトを形成し、かつ5%を超えるカッパ炭化物の析出を回避するために十分に高くなければならない。焼鈍温度は50%を超えるオーステナイトの形成を回避し、Al≧4重量%のときに1000−50×Al(%)未満の引張強度をもたらす粒子の粗大化を避けるために高すぎてはならない。焼鈍温度は、また、冷間圧延構造の十分な再結晶化を可能にするのに十分に高くなければならない。相変態は化学組成に依存するので、好ましいTannealは、好ましくは、以下のように定義される:
焼鈍温度TminはTmin=721−36C−20Mn+37Al+2Si(℃で表される)のように定義される。この温度未満では、最小オーステナイト割合が形成されず、またはその安定性が高すぎ、制限された引張強度をもたらす。
焼鈍温度TmaxはTmax=690+145C−6.7Mn+46Al+9Si(℃で表される)のように定義される。Tmaxを超えると、あまりにも多くのマルテンサイトを形成するおそれもあり、制限された均一伸びと穴拡げ性をもたらす。
600℃までのTannealでの均熱の間に、鋼は、典型的には−10℃未満の鉄の酸化のための臨界露点未満の露点を適用する加熱時に形成される酸化鉄を還元するために、2%から35%の間のHを含み、残部は窒素および不可避な不純物である雰囲気を通過する。
・ Hの含有率が2%未満である場合、雰囲気の還元能力が完全に酸化鉄を還元するには低すぎる。
・ Hの含有率が35%より高い場合、還元処理は完了するが、もはや経済的に実行可能でない。
好ましくは、鉄の還元時の露点は、速い還元速度を可能にするように、−30℃未満である。
好ましい実施形態では、Hの含有率は20%より高いが、35%未満である。
− 別の実施形態では、還元工程は回避され、全体の焼鈍処理が完了した後に酸化鉄が酸洗い(ギ酸、塩酸、硫酸)により除去される。これは、鋼が還元雰囲気を通過しない場合、わずかな再酸化が起こることがあり、この層を除去しなければならないからである。本発明では:
・ 均熱の最初の部分は、加熱および均熱時間の90%までを意味する。
・ 均熱の第2の部分は、残りの均熱時間、および600℃までの焼鈍温度からの冷却を意味する。
鋼は、その後、典型的な焼鈍ラインの冷却速度Vcooling2で冷却され、好ましくは、この冷却速度は5℃/秒を超え、70℃/秒未満である。冷却速度が5℃/秒未満である場合には、Al含有率が4重量%を超えるとき5%を超えるカッパ炭化物を形成するおそれがある。典型的には−10℃未満の鉄の酸化のための臨界露点未満の露点を適用して形成される還元された酸化鉄の再酸化を回避するために、冷却雰囲気は2%から35%の間のHを含む。
− 場合により、鋼は、Vcooling2で350℃から550℃の間の温度TOAに冷却され、TOAで10から300秒の間の時間維持される。例えば、溶融法によるZnコーティングを容易にするこのような熱処理は、最終的な機械的特性に影響を与えないことが示された。
鋼は、さらに、典型的な焼鈍ラインの冷却速度Vcooling3で室温まで冷却され、好ましくは、この冷却速度は、冷間圧延され焼鈍された鋼を得るために、5℃/秒を超え、70℃/秒未満である。
別の実施形態では、鋼をTOAに保持した後、鋼は、Zn含有率が、パーセントで表して合金中最高であることを意味するZnまたはZn合金で溶融鍍金される。
別の実施形態では、鋼をTOAに保持した後、鋼は、Al含有率が、パーセントで表して合金中最高であることを意味するAlまたはAl合金で溶融鍍金される。
場合により、冷間圧延され焼鈍された鋼は200から400℃の間の温度Ttemperで200から800秒の間の時間ttemperの間焼戻しされる。この処理は、不安定なオーステナイトから均熱後の冷却中に形成されることがあるマルテンサイトの焼戻しを可能にする。このため、マルテンサイトの硬さは減少し、穴拡げ性が向上する。200℃未満では、焼戻し処理は十分に効率的ではない。400℃を超えると、強度損失が高くなり、強度と穴拡げの間のバランスがもはや改善されない。
別の実施形態では、冷間圧延され焼鈍された鋼はリン酸塩変換処理を受ける。
別の実施形態では、冷間圧延され焼鈍された鋼は、電着または真空技術により適用されるZn、Zn合金、AlまたはAl合金によってコーティングされる。Zn合金およびAl合金は、それぞれZnおよびAlがコーティングの主要な構成成分であることを意味する。
半製品は、鋼鋳物から開発された。半製品の化学組成は、重量パーセントで表して、下記表1に示す。表1の鋼組成の残りの部分は鉄および精錬に起因する不可避な不純物からなる。
Figure 2016529392
これらの鋼は、ホウ素を含まない。
製品は、最初に熱間圧延された。次いで、熱間圧延板を冷間圧延し、焼鈍する。製造条件は、次の略語と共に表2に示される。
・Treheatは再加熱温度である
・Tlpは仕上げ圧延温度である
・Vcooling1は最後の圧延パスの後の冷却速度である
・Tcoilingは巻取温度である。
・Rateは冷間圧延還元の速度である。
・Hrateは加熱速度である。
・Tannealは焼鈍時の均熱温度である。
・tannealは焼鈍時の均熱期間である。
・Vcooling2は均熱後の冷却速度である。
・tOAは熱間圧延板がTOAに維持される時間である。
・Vcooling3はTOA未満の冷却速度である。
Figure 2016529392
生成物は、異なる焼鈍雰囲気下で焼鈍した。表3では、焼鈍雰囲気が提示され、完全な連続焼鈍サイクル後にギ酸で酸洗が示される。酸洗処理が適用された場合は「Yes」、「No」では酸洗処理を施さなかった。
露点および水素含有率を調整することにより、550℃からTannealでの均熱の終わりまでの焼鈍雰囲気が鉄にとって酸化である場合は、表示「酸化」が「550℃からTannealでの均熱の終わりまでの雰囲気」の欄中で設定された。雰囲気が鉄にとって還元である場合には、「還元」が設定された。さらに、焼鈍雰囲気のH含有率および露点が与えられる。
600℃までのTannealでの均熱の間の焼鈍雰囲気が酸化鉄にとって還元である場合には、「還元」が「600℃までのTannealでの均熱の間の雰囲気」の欄中で設定された。焼鈍雰囲気が鉄にとって酸化である場合には、「酸化」が表示される。さらに、焼鈍雰囲気のH含有率および露点が与えられる。
ここで、以下の表3において、EGは、電気亜鉛メッキを表し、GLは亜鉛メッキを表す。
Figure 2016529392
試料A6、B2、F2、F4およびG2は不良な表面反応性を生じさせる通常の還元雰囲気(露点=−40℃、5%H)下で焼鈍した。このような表面のGDOSプロファイルはFe信号が非常に低く、O信号は高く、自由表面で50%超過に達する第1区域によって特徴付けられる。その区域では、Mnの濃縮も検出される。その層の下ではFe信号が増加し、O信号は、1ナノメートルあたり約1%の割合で減少する。この酸素信号尾部は、測定中に酸素原子が部分的にスパッタし、部分的に基体に注入された外部の選択酸化層の存在の典型である。焼鈍シミュレータからGODS分析への試料の転送に起因していくらかの表面汚染が見える。図3では、(A)において、焼鈍シミュレータからGODS分析への試料の転送に起因していくらかの表面汚染が見える。
表4は、以下のような特徴を提示する:
・ フェライト:「OK」は焼鈍された鋼板の微細構造において25から90%の間の体積割合を有するフェライトの存在を指す。「KO」は、フェライト割合がこの範囲外である比較例を指す。
・ オーステナイト:「OK」は焼鈍された鋼板の微細構造において10から50%の間の体積割合を有するオーステナイトの存在を指す。「KO」は、オーステナイト割合がこの範囲外である比較例を指す。
・ マルテンサイト:「OK」は焼鈍された鋼板の微細構造において25%未満の体積割合を有するマルテンサイトの存在または非存在を指す。「KO」は、マルテンサイト割合が25%を超える比較例を指す。
・ K:「OK」は5%未満の表面割合を有する微細構造カッパにおいて析出物の存在または非存在を指す。「KO」が記載されている場合、カッパ析出物の割合は5%を超える。
・ UTS(MPa)は、圧延方向に対する長手方向における引張試験により測定した引張強度を指す。
・UEI(%)は、圧延方向に対する長手方向における引張試験で測定された均一伸びを指す。
・HE(%)は標準ISO 16630 2009に従った穴拡げ率を指す。穴拡げ率HE%を決定する方法が、カットエッジの形成に抵抗する金属の能力を評価するために使用される。これは、成形前の穴の初期直径D、穴の縁上に観察される貫通亀裂時に決定される、成形後の最終孔径Dを測定することからなる。次いで、それは以下の式を用いて穴拡げ性HE%に対する能力を決定する。
Figure 2016529392
この方法では、初期の穴の直径は10ミリメートルである。
Figure 2016529392
B1は脆性挙動のために測定されなかった。C1については、微細構造の残りの部分(50%)はベイナイトで構成される。C1は、本発明には低すぎる820mPaの引張強度を示す。
表5は、亜鉛コーティングの電着による塗布性の結果を示す。
表面が、内部層(金属鉄からなり、Mn、Al、Si、CrおよびBならびに鉄よりも酸化性の他の元素の内部酸化物の析出物を含み、厚みが1から8μmの範囲である)を覆い、脱炭層(主にフェライトで製造され、厚みが10から50μmの範囲である)上に重ね合わされた、厚みが50から300nmの範囲である、金属鉄の外部層からなる場合、標的表面および表面下微細構造は、「OK」と表示される。表面およびび表面下が標的表面と異なる場合、微細構造は、不十分「KO」と判断される。
コーティング品質は、被覆率およびコーティング密着性によって特徴付けられる。
被覆率は、完全な被覆率を肉眼で観察した場合、「OK」と表示され、コーティングされていない領域または裸のスポットのようなコーティングの欠陥が観察される場合には「KO」と表示される。
コーティングの密着性は、半径1.5mmの先端を有する3mmパンチを用いて1mm鋼板上の3点曲げ試験(180°)で試験した。接着「スコッチ」テープの適用および除去後に亜鉛コーティングの剥がれが観察されない場合、密着性は優れている「OK」と判断される。コーティングの剥がれまたは剥離が観察される場合、密着性は不十分「KO」と判断される。
Figure 2016529392
図5において、コーティング密着性は、半径1.5mmの先端を有する3mmパンチを用いて1mm鋼板上の3点曲げ試験(180°)で試験した。亜鉛コーティングの非密着性が鋼例A6(本発明外)で観察される。(a)では、被覆部分が見られ、曲げ試験時に低勧誘下にあった。(b)では、コーティングの剥離後に鋼基体が見える。この部分は曲げ試験で高勧誘下にあった。
鋼板A1、A2、A3、A4、A7、A8、B1、B3、C1、D1、E1、F1、F3、G1およびH1は、その化学組成と処理方法が本発明によるとされる鋼板である。
試料A3については、製造は酸化雰囲気(露点=+30℃)に続いて還元性雰囲気下で行われた。表面は、図4に示されるように、Fe GDOS信号が最大値に到達し、酸素のGDOS信号が最小値に到達する第1の層で形成されている。この層(B)は金属鉄で作られている。第2の層(C)は、100nm当たり約1%の遅い速度での酸素信号の連続的減少により特徴付けられ、MnおよびAlの内部選択的酸化物が析出した区域に相当する。それは、ここで4μmの厚さに対応する、5%の酸素レベルまで拡張する。(A)では、焼鈍シミュレータからGDOS分析への試料の転送に起因していくらかの表面汚染が見られる。
試料A3では、コーティングの密着性を、半径1.5mmの先端を有する3mmパンチを用いて1mm鋼板上の3点曲げ試験(180°)で試験した。図6に示すように、鋼例A3(本発明の範囲内)に対し亜鉛コーティングの非常に良好な密着性が観察される。(c)では、コーティングされた部分が観察され、ここは曲げ試験時に低勧誘下にあった。 (d)では、コーティングは優れた密着性を示しており、この部分は曲げ試験で高勧誘下にあった。
図7に示されるように、A4に対し、コーティングの密着性を、半径1.5mmの先端を有する3mmパンチを用いて1mm鋼板上の3点曲げ試験(180°)で試験した。鋼例A4(本発明の範囲内)に対し亜鉛コーティングの非常に良好な密着性が観察される。(e)では、コーティングされた部分が観察され、ここは曲げ試験時に低勧誘下にあった。 (f)では、コーティングは優れた密着性を示しており、この部分は曲げ試験で高勧誘下にあった。
鋼板A1の微細構造は図1によって示される。その引張曲線は図2に示される。
B2は、標的とされていない微細構造および塗布方法のため、本発明によらない。その焼鈍温度は標的外である。
A5は、焼鈍中に酸化のみを受けた一方で、酸洗工程を受けなかった。その結果、コーティングの密着性および被覆率は悪い。
A6、B2、F2、F4およびG2は、焼鈍中に還元のみを受けた。その結果、コーティングの密着性および被覆率は悪い。
本発明による鋼については、電気亜鉛めっき(EG)または亜鉛めっきを介して良好な塗布性に加えて、引張強度は、1000−50×Al MPaより高く、その均一伸びが15%を超える。また、穴の拡張も20%以上である。
本発明の鋼板は、自動車産業の構造部品または安全部品の製造に有益に使用されるであろう。

Claims (26)

  1. 重量パーセントで、
    0.1≦C≦0.5%
    3.5≦Mn≦10.0%
    Al≦9.0%
    Si≦5.0%
    0.5≦Si+Al≦9.0%
    Ti≦0.2%
    V≦0.2%
    Nb≦0.2%
    B≦0.0035
    Cr≦1%
    S≦0.004%
    P≦0.025%
    を含み、組成の残部は、鉄および精錬に起因する不可避な不純物であり、微細構造は10%から50%のオーステナイト、25%から90%のフェライト、5%未満のカッパ析出物および25%未満のマルテンサイトを含み、冷間圧延鋼板は上面から連続した以下の層:
    − 厚さが50から300nmの範囲である純粋な金属鉄の最上層
    − Mn、Si、Al、CrおよびBの中から選ばれた酸化物の1つ以上の析出物を含み、厚さが1から8μmの範囲である金属鉄で作られた第1の下層
    を含む、冷間圧延鋼板。
  2. 第1の下層の下にあり、純粋なフェライトで作られ、厚さが10から50μmの範囲の第2の下層をさらに含む、請求項1に記載の冷間圧延鋼板。
  3. 鋼組成が、5.0から9.0%のマンガン含有率を有する、請求項1または2に記載の冷間圧延鋼板。
  4. 鋼組成が、0.1から0.3%の炭素含有率を有する請求項1から3のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板。
  5. 鋼組成が、0.15から0.25%の炭素含有率を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板。
  6. 鋼組成が、1.5から9%のアルミニウム含有率を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板。
  7. 鋼組成が、5から8%のアルミニウム含有率を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板。
  8. 鋼組成が、1.5%以下のケイ素含有率を有する、請求項1から7のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板。
  9. 鋼組成が、0.3%以下のケイ素含有率を有する、請求項1から8のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板。
  10. 鋼微細構造が、25から40%の間のオーステナイトを含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板。
  11. 鋼微細構造が、50から85%の間のフェライトを含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板。
  12. 鋼微細構造が、15%未満のマルテンサイトを含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板。
  13. 鋼微細構造が、カッパ析出物を含まない、請求項1から12のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板。
  14. MPaで表される、1000−50×%Al以上の引張強度TS、15%以上の均一伸びUEI、および20%以上の穴拡げ性HEを示す、請求項1から13のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板。
  15. 請求項1から14のいずれか一項に記載の冷間圧延鋼板をコーティングすることにより得られた金属被覆鋼板であって、前記コーティングは、溶融鍍金、電着、真空コーティングから選択される方法によって行われ、場合により加熱処理される金属被覆鋼板。
  16. 鋼板が、合金化溶融亜鉛めっきされる、請求項1から15に記載の金属被覆鋼板。
  17. 以下の工程:
    − 組成が、請求項1から9に従う熱間圧延ストリップまたは薄いスラブを供給し、脱スケールする工程、
    − 熱間圧延ストリップまたは薄いスラブを、冷間圧延鋼板を得るために30%から75%の間の冷間圧延比率で冷間圧延する工程、
    − 30から700秒の間、1℃/秒に少なくとも等しい加熱速度Hrateで、Tmin=721−36C−20Mn+37Al+2Si(℃で表される)とTmax=690+145C−6.7Mn+46Al+9Si(℃で表される)の間にある焼鈍温度Tannealまで加熱を受ける鋼板を加熱処理し、続いてその温度で均熱され、550℃からTannealまでの加熱および均熱の少なくとも最初の部分が、100から600nmの間の厚さを有する酸化鉄最上層を生成するように酸化雰囲気で起こり、酸化鉄層は次いで完全に還元される工程、
    を含む請求項に従った冷間圧延鋼板を製造する方法。
  18. 酸化鉄層を完全に還元するために、2%から35%の間のH2を含み、−10℃未満の露点を有する還元雰囲気中で均熱の第2の部分の間に前記還元が起こり、鋼板はさらに5℃/秒を超え、70℃/秒未満の冷却速度Vcooling2で室温まで冷却される請求項17に記載の方法。
  19. 均熱の第2の部分が、露点が−30℃未満である雰囲気の中で起こる、請求項18に記載の方法。
  20. − 鋼板はVcooling2で350℃から550℃の間の温度TOAまで冷却され、TOAで10から300秒の間の時間維持され、その後
    − 鋼板は、5℃/秒から70℃/秒の冷却速度Vcooling3で室温までさらに冷却される、
    請求項17から19のいずれか一項に記載の方法。
  21. 5℃/秒を超え、70℃/秒未満の冷却速度Vcooling2で室温までの鋼板の冷却後に前記還元が起こり、化学酸洗いすることによって行われる請求項17または20に記載の方法。
  22. 溶融鍍金、電着および真空コーティングから選択される方法から選択される方法によって行われるコーティング工程を含み、場合により加熱処理される、請求項17から21のいずれか一項に記載の金属被覆鋼板を製造する方法。
  23. 前記金属被覆鋼板が、合金化溶融亜鉛めっき熱処理を受ける、請求項22に記載の方法。
  24. 以下の工程:
    − スラブを得るために組成が請求項に従う鋼を鋳造する工程、
    − 1100℃から1300℃の間の温度Treheatでスラブを再加熱する工程、
    − 熱間圧延鋼ストリップを得るために、800℃から1250℃の間の温度で、再加熱されたスラブを熱間圧延する工程、
    − 700℃以下の巻取温度Tcoilingまで少なくとも10℃/秒の冷却速度Vcooling1で熱間圧延ストリップを冷却する工程、
    − Tcoilingで、冷却された熱間圧延ストリップを巻き取る工程
    を含む方法で熱間圧延ストリップが得られる、請求項17から23のいずれか一項に記載の方法。
  25. 熱間圧延鋼ストリップが、400℃から600℃の間で1から24時間の間のバッチ焼鈍、および650℃から750℃の間で60から180秒の間の連続焼鈍から選択された方法を用いてさらに焼鈍される、請求項24に記載の方法。
  26. 請求項1から16のいずれか一項に記載の鋼板で作られた構造部品を含む車両。
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