JP2017524820A - 強度、延性および成形性が改善された高強度鋼板を製造する方法 - Google Patents

強度、延性および成形性が改善された高強度鋼板を製造する方法 Download PDF

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Abstract

降伏強度ＹＳが少なくとも８５０ＭＰａ、引張強度ＴＳが少なくとも１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％、および穴広げ率ＨＥＲが少なくとも３０％である高強度鋼板を製造する方法。鋼の化学組成は、０．１５％≦Ｃ≦０．２５％、１．２％≦Ｓｉ≦１．８％、２％≦Ｍｎ≦２．４％、０．１％≦Ｃｒ≦０．２５％、Ｎｂ≦０．０５％、Ｔｉ≦０．０５％、Ａｌ≦０．５０％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物である。２７５℃から３２５℃の間の焼入れ温度ＱＴまで、焼入れ直後にオーステナイトおよび少なくとも５０％のマルテンサイトからなる組織を得るのに十分な冷却スピードで鋼板を冷却することにより、鋼板は、Ａｃ３変態点を超えるが１０００℃未満である焼鈍温度ＴＡにおいて３０秒を超える時間で焼鈍され、オーステナイト含量は、最終的な組織が３％から１５％の間の残留オーステナイトならびに８５から９７％の間のマルテンサイトおよびベイナイトの合計を含有し、フェライトを含まないことができるような含量であり、鋼板は４２０℃から４７０℃の間の分配温度ＰＴまで加熱され、この温度において５０秒から１５０秒の間の時間で維持され、室温まで冷却される。

Description

本発明は、強度、延性および成形性が改善された高強度鋼板を製造する方法に関し、この方法により得られる鋼板に関する。
自動車車両用の車体構造用部材および車体パネルの部品などの様々な装備を製造するために、ＤＰ（二相）鋼またはＴＲＩＰ（変態誘起塑性）鋼でできた鋼板を使用するのは通常のことである。
例えば、マルテンサイト組織および／または一定量の残留オーステナイトを含み、約０．２％のＣ、約２％のＭｎ、約１．７％のＳｉを含有するそのような鋼は、降伏強度が約７５０ＭＰａであり、引張強度が約９８０ＭＰａであり、全伸びが８％を超える。これらの鋼板は、Ａｃ３変態点を超える焼鈍温度から焼入れしてＭｓ変態点を超える焼入れ温度まで低下させ、続いてＭｓ変態点を超える過時効温度まで加熱し鋼板をこの温度で一定の時間維持することによって、連続焼鈍ラインにおいて製造される。次いで鋼板は室温まで冷却される。
地球環境保全の観点から自動車の燃料効率を改善するために自動車の重量を削減したいという要望のため、降伏強度および引張強度が改善された鋼板を有することが望ましい。しかしそのような鋼板は良好な延性および良好な成形性、より詳細には良好な伸びフランジ性も有する必要がある。
この点において、降伏強度ＹＳが少なくとも８５０ＭＰａ、引張強度ＴＳが約１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％、およびＩＳＯ規格１６６３０：２００９に従って測定される穴広げ率ＨＥＲが少なくとも３０％である鋼板を得ることが望ましい。測定方法の違いに起因して、ＩＳＯ規格による穴広げ率ＨＥＲの値は、ＪＦＳ Ｔ １００１（日本鉄鋼連盟規格）による穴広げ率λの値と非常に異なり同等ではないことを強調する必要がある。
したがって、本発明の目的はそのような鋼板およびそれを製造する方法を提供することである。
この目的のため、本発明は、鋼板を熱処理することによって、延性が改善され且つ成形性が改善された高強度鋼板を製造する方法であって、鋼板の降伏強度ＹＳが少なくとも８５０ＭＰａ、引張強度ＴＳが少なくとも１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％、およびＩＳＯ規格による穴広げ率ＨＥＲが少なくとも３０％であり、鋼の化学組成が重量％で
０．１５％≦Ｃ≦０．２５％
１．２％≦Ｓｉ≦１．８％
２％≦Ｍｎ≦２．４％
０．１％≦Ｃｒ≦０．２５％
Ｎｂ≦０．０５％
Ｔｉ≦０．０５％
Ａｌ≦０．５０％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物である、方法に関する。熱処理は以下の工程：
− Ａｃ３を超えるが１０００℃未満である焼鈍温度ＴＡにおいて３０秒を超える時間で鋼板を焼鈍する工程、
− ２７５℃から３２５℃の間の焼入れ温度ＱＴまで、オーステナイトおよび少なくとも５０％のマルテンサイトからなる組織を焼入れ直後に得るのに十分な冷却スピードで鋼板を冷却することにより、鋼板を焼入れする工程であって、オーステナイト含量は、最終的な組織、すなわち処理および室温までの冷却後の組織が３％から１５％の間の残留オーステナイトならびに８５％から９７％の間のマルテンサイトおよびベイナイトの合計を含有し、フェライトを含まないことができる含量である、工程
− 鋼板を４２０℃から４７０℃の間の分配温度ＰＴまで加熱し、および鋼板をこの温度において５０秒から１５０秒の間の分配時間Ｐｔの間維持する工程、
− 鋼板を室温まで冷却する工程
を含む。
特定の実施形態において、鋼の化学組成は、Ａｌ≦０．０５％であるような組成である。
好ましくは、焼入れする工程中の冷却速度は、少なくとも２０℃／秒、さらに好ましくは少なくとも３０℃／秒である。
好ましくは、この方法は、鋼板が焼入れ温度ＱＴまで焼入れされた後、且つ鋼板が分配温度ＰＴまで加熱される前に、鋼板を焼入れ温度ＱＴにおいて２秒から８秒、好ましくは３秒から７秒の間に含まれる保持時間の間保持する工程をさらに含む。
好ましくは、焼鈍温度はＡｃ３＋１５℃を超え、特に８５０℃を超える。
本発明は、化学組成が重量％で
０．１５％≦Ｃ≦０．２５％
１．２％≦Ｓｉ≦１．８％
２％≦Ｍｎ≦２．４％
０．１≦Ｃｒ≦０．２５％
Ｎｂ≦０．０５％
Ｔｉ≦０．０５％
Ａｌ≦０．５％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼板にも関し、鋼板は降伏強度が少なくとも８５０ＭＰａ、引張強度が少なくとも１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％、および穴広げ率ＨＥＲが少なくとも３０％であり、組織は３％から１５％の残留オーステナイトならびに８５％から９７％のマルテンサイトおよびベイナイトからなりフェライトを含まない。
降伏強度は９５０ＭＰａをも超えていてもよい。
特定の実施形態において、鋼の化学組成は、Ａｌ≦０．０５％であるような組成である。
好ましくは、残留オーステナイト中の炭素の量は、少なくとも０．９％、好ましくは少なくとも１．０％である。
好ましくは、平均のオーステナイト結晶粒径は、最大で５μｍである。
本発明の例１０に対応する走査電子顕微鏡写真。
次に本発明を、限定を取り入れずに詳細に説明し、例１０に対応する走査電子顕微鏡写真である唯一の図によって示す。
本発明によれば、鋼板は、化学組成が重量％で以下を含有する半製品の熱間圧延および任意選択的に冷間圧延によって得られる：
− 十分な強度を確保し、且つ十分な伸びを得るのに必要である残留オーステナイトの安定性を改善するための、０．１５％から０．２５％、好ましくは０．１７％を超え好ましくは０．２１％未満の炭素。炭素含量が高すぎる場合、熱間圧延した鋼板は硬すぎて冷間圧延できず、溶接性が不十分である。
− 固溶体を強化し、且つ過時効の間に炭化物の形成を遅らせるように、オーステナイトを安定化させるための、１．２％から１．８％、好ましくは１．３％を超え１．６％未満のケイ素。
− 少なくとも６５％のマルテンサイトを含有する組織を得るための十分な硬化性、１１８０ＭＰａを超える引張強度を有するため、且つ延性に悪影響を与える分離の問題を避けるための、２％から２．４％、好ましくは２．１％を超え好ましくは２．３％未満のマンガン。
− 硬化性を高めるため、且つ過時効の間のベイナイトの形成を遅らせるために残留オーステナイトを安定化させるための、０．１％から０．２５％のクロム。
− 脱酸素の目的で通常の場合に溶鋼に加えられる、最大で０．５％のアルミニウム。Ａｌの含量が０．５％を超える場合、焼鈍温度は高すぎるために到達しないことになり、鋼は工業的に加工が困難となる。好ましくは、Ａｌ含量は不純物レベル、すなわち最大で０．０５％に制限される。
− Ｎｂ含量は０．０５％に制限されるが、なぜならそのような値を超えると大きい析出物が形成され且つ成形性が低下することになり、１４％の全伸びに到達することがより困難となるからである。
− Ｔｉ含量は０．０５％に制限されるが、なぜならそのような値を超えると大きい析出物が形成され且つ成形性が低下することになり、１４％の全伸びに到達することがより困難となるからである。
残部は鉄および鋼製造から生じる残留元素である。この点において、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｂ、Ｓ、ＰおよびＮは少なくとも、不可避不純物である残留元素と考えられる。したがって、それらの含量は、Ｎｉについては０．０５％未満、Ｍｏについては０．０２％未満、Ｃｕについては０．０３％未満、Ｖについては０．００７％未満、Ｂについては０．００１０％未満、Ｓについては０．００７％未満、Ｐについては０．０２％未満、Ｎについては０．０１０％未満である。
鋼板は、当業者に公知の方法に従って、熱間圧延および任意選択的に冷間圧延によって調製される。
圧延後、鋼板は酸洗いまたは洗浄され、次いで熱処理される。
好ましくは組み合わせた連続焼鈍ラインで行われる熱処理は、以下の工程を含む：
− 組織が完全にオーステナイトであることを確実にするように、鋼のＡｃ３変態点を超える、好ましくはＡｃ３＋１５℃を超える、すなわち本発明による鋼については約８５０℃を超えるが、オーステナイト結晶粒を過度に粗大化させないために１０００℃未満である焼鈍温度ＴＡにおいて、鋼板を焼鈍する工程。鋼板は化学組成を均質化させるのに十分な時間をかけて、焼鈍温度で維持される、すなわちＴＡ−５℃からＴＡ＋１０℃の間で維持される。この時間は好ましくは３０秒を超えるが３００秒を超える必要はない。
− Ｍｓ変態点を下回る焼入れ温度ＱＴまでフェライトおよびベイナイトの形成を避けるのに十分な冷却速度で冷却することにより、鋼板を焼入れする工程。焼入れの直後にオーステナイトおよび少なくとも５０％のマルテンサイトからなる組織を有するようにするため、焼入れ温度は２７５℃から３２５℃の間であり、オーステナイト含量は、最終的な組織（すなわち処理および室温への冷却後）が、３％から１５％の間の残留オーステナイトならびに８５から９７％の間のマルテンサイトおよびベイナイトの合計を含有し、フェライトを含まないことができるような含量である。冷却速度は少なくとも２０℃／秒、好ましくは少なくとも３０℃／秒である。焼鈍温度からの冷却の間にフェライトが形成されるのを避けるために、少なくとも３０℃／秒の冷却速度が必要である。
− 鋼板を４２０℃から４７０℃の間の分配温度ＰＴまで再加熱する工程。再加熱速度は再加熱が誘導加熱器によって行われる場合は高くてもよいが、５℃／秒から２０℃／秒の間の再加熱速度では鋼板の最終的な特性に対して明確な影響を与えなかった。したがって、再加熱速度は好ましくは５℃／秒から２０℃／秒の間に含まれる。好ましくは、焼入れ工程と鋼板を分配温度ＰＴまで再加熱する工程との間で、鋼板は焼入れ温度において２秒から８秒の間、好ましくは３秒から７秒の間に含まれる保持時間の間、維持される。
− 鋼板を分配温度ＰＴにおいて５０秒から１５０秒の間の時間維持する工程。分配温度において鋼板を維持することは、分配の間に鋼板の温度がＰＴ−１０℃からＰＴ＋１０℃の間にとどまることを意味する。
− フェライトまたはベイナイトを形成させないために、好ましくは１℃／秒を超える冷却速度で鋼板を室温まで冷却する工程。現在、この冷却スピードは、２℃／秒から４℃／秒の間である。
そのような処理によって、鋼板は３％から１５％の残留オーステナイトならびに８５％から９７％のマルテンサイトおよびベイナイトからなりフェライトを含まない組織を有する。実際には、Ｍｓ変態点未満での焼入れに起因して、組織はマルテンサイトを含有し少なくとも５０％である。しかし、そのような鋼に関して、マルテンサイトおよびベイナイトは非常に区別するのが困難である。これが、マルテンサイトおよびベイナイトの含量の合計のみが考慮される理由である。そのような組織によって、降伏強度ＹＳが少なくとも８５０ＭＰａ、引張強度が少なくとも１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％、およびＩＳＯ規格１６６３０：２００９による穴広げ率（ＨＥＲ）が少なくとも３０％である鋼板を得ることができる。
例として、以下の組成：Ｃ＝０．１９％、Ｓｉ＝１．５％、Ｍｎ＝２．２％、Ｃｒ＝０．２％を有し、残部はＦｅおよび不純物である、厚さが１．２ｍｍの鋼板を熱間圧延および冷間圧延により製造した。この鋼の理論上のＭｓ変態点は３７５℃であり、Ａｃ３変態点は８３５℃である。
鋼板の試料は焼鈍、焼入れおよび分配（すなわち分配温度までの加熱およびその温度での維持）によって熱処理され、機械的特性が測定された。鋼板は焼入れ温度において約３秒間保持された。
処理の条件および得られる特性は表Ｉに記載され、この表において焼鈍タイプの列は焼鈍が変態域内（ＩＡ）であるかまたは完全オーステナイト（ｆｕｌｌ γ）であるかを特定している。
Figure 2017524820
この表において、ＴＡは焼鈍温度、ＱＴは焼入れ温度、ＰＴ温度は分配の温度、Ｐｔは分配の時間、ＹＳは降伏強度、ＴＳは引張強度、ＵＥは一様伸び、ＴＥは全伸び、ＨＥＲはＩＳＯ規格による穴広げ率、γは組織中の残留オーステナイトの割合であり、γ結晶粒径は平均のオーステナイト結晶粒径であり、γ中のＣ％は残留オーステナイト中の炭素の量であり、Ｆは組織中のフェライトの量であり、Ｍ＋Ｂは組織中のマルテンサイトおよびベイナイトの合計の量である。
表Ｉにおいて、例１０は本発明によるものであり、すべての特性が最小の求められる特性よりも良好である。図に示すように、その組織は１１．２％の残留オーステナイトならびに８８．８％のマルテンサイトおよびベイナイトの合計を含有する。
変態域内温度で焼鈍される試料に関する例１から６は、試料４、５および６についてのみ当てはまる、全伸びが１４％を超える場合であっても、穴広げ率が低すぎることを示している。
先行技術に関する、すなわちＭｓ点未満で焼入れされなかった鋼板（ＱＴはＭｓ変態点を超えＰＴはＱＴに等しい）に関する例１３から１６は、そのような熱処理によって、引張強度が非常に良好な場合であっても（１２２０ＭＰａを超える）、焼鈍が変態域内である場合には降伏強度はあまり高くなく（７８０未満）、成形性（穴広げ率）はすべての場合で十分ではない（３０％未満）ことを示している。
例７から１２は、Ａｃ３を超える温度で焼鈍された、すなわち組織が完全オーステナイトであった試料にすべてが関するものであり、目標の特性に到達する唯一の方法が３００℃（＋／−１０）の焼入れ温度および４５０℃（＋／−１０）の分配温度であることを示している。そのような条件によって、８５０ＭＰａを超え、９５０ＭＰａをも超える降伏強度、１１８０ＭＰａを超える引張強度、１４％を超える全伸び、および３０％を超える穴広げ率を得ることができる。例１７は、４７０℃を超える分配温度は目標の特性を得られないことを示している。

Claims (10)

  1. 鋼板を熱処理することによって、延性が改善され且つ成形性が改善された高強度鋼板を製造する方法であって、鋼板の降伏強度ＹＳが少なくとも８５０ＭＰａ、引張強度ＴＳが少なくとも１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％、および穴広げ率ＨＥＲが少なくとも３０％であり、鋼の化学組成が：
    ０．１５％≦Ｃ≦０．２５％
    １．２％≦Ｓｉ≦１．８％
    ２％≦Ｍｎ≦２．４％
    ０．１％≦Ｃｒ≦０．２５％
    Ｎｂ≦０．０５％
    Ｔｉ≦０．０５％
    Ａｌ≦０．５０％
    を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物であり、熱処理は以下の工程：
    − Ａｃ３を超えるが１０００℃未満である焼鈍温度ＴＡにおいて３０秒を超える時間で鋼板を焼鈍する工程、
    − ２７５℃から３２５℃の間の焼入れ温度ＱＴまで、オーステナイトおよび少なくとも５０％のマルテンサイトからなる組織を焼入れ直後に得るのに十分な冷却スピードで鋼板を冷却することにより、鋼板を焼入れする工程であって、オーステナイト含量は、最終的な組織、すなわち処理および室温までの冷却後の組織が３％から１５％の間の残留オーステナイトならびに８５％から９７％の間のマルテンサイトおよびベイナイトの合計を含有し、フェライトを含まないことができるような含量である、工程
    − 鋼板を４２０℃から４７０℃の間の分配温度ＰＴまで加熱し、鋼板をこの温度において５０秒から１５０秒の間の分配時間Ｐｔの間維持する工程、
    − 鋼板を室温まで冷却する工程
    を含む、方法。
  2. 鋼の化学組成が、Ａｌ≦０．０５％であるような組成である、請求項１に記載の方法。
  3. 焼入れする工程中の冷却スピードが、少なくとも２０℃／秒、好ましくは少なくとも３０℃／秒である、請求項１または２に記載の方法。
  4. 鋼板が焼入れ温度ＱＴまで焼入れされた後、且つ鋼板を分配温度ＰＴまで加熱する前に、鋼板を焼入れ温度ＱＴにおいて２秒から８秒の間、好ましくは３秒から７秒の間に含まれる保持時間の間維持する工程をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 焼鈍温度ＴＡが８５０℃を超える、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 鋼の化学組成が重量％で
    ０．１５％≦Ｃ≦０．２５％
    １．２％≦Ｓｉ≦１．８％
    ２％≦Ｍｎ≦２．４％
    １．１％≦Ｃｒ≦０．２５％
    Ｎｂ≦０．０５％
    Ｔｉ≦０．０５％
    Ａｌ≦０．５％
    を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物である鋼板であって、降伏強度が少なくとも８５０ＭＰａ、引張強度が少なくとも１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％、および穴広げ率ＨＥＲが少なくとも３０％であり、且つ組織が３％から１５％の残留オーステナイトならびに８５％から９７％のマルテンサイトおよびベイナイトからなりフェライトを含まない、鋼板。
  7. 降伏強度が９５０ＭＰａを超える、請求項６に記載の鋼板。
  8. 鋼の化学組成がＡｌ≦０．０５％であるような組成である、請求項６または７に記載の鋼板。
  9. 残留オーステナイト中の炭素の量が少なくとも０．９％、好ましくは少なくとも１．０％である、請求項６から８のいずれか一項に記載の鋼板。
  10. 平均のオーステナイト結晶粒径が最大で５μｍである、請求項６から９のいずれか一項に記載の鋼板。
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