JP2020128597A - 超高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するための方法、及び得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも１４５０ＭＰａの引張強度ＴＳ及び少なくとも１７％の全伸びＴＥを有するコーティングされた鋼板を製造するための方法を提供する。【解決手段】冷間圧延鋼板を提供するステップと、鋼のＡｃ３変態点より高い焼鈍温度ＡＴで冷間圧延鋼板を焼鈍するステップと、鋼のＭｓ変態点より低く１５０℃〜２５０℃の間に含まれる焼き入れ温度ＱＴまで冷却することにより、焼鈍された鋼板を焼き入れするステップと、焼き入れされた鋼板を、３５０℃〜４５０℃の間の分配温度ＰＴまで再加熱し、鋼板を、少なくとも８０秒の分配時間Ｐｔの間、分配温度ＰＴに維持するステップと、４７０℃〜５２０℃の間に含まれる合金化温度ＧＡＴでの合金化溶融亜鉛めっきにより、鋼板をコーティングするステップとを連続して含む方法。【選択図】なし

Description

本発明は、改善された引張強度及び改善された全伸びを有する高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造、並びにこの方法により得られる合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関する。

自動車車両の本体構造部材及び本体パネルの部品等の様々な備品を製造するためには、現在、ＤＰ（二相）鋼、多層、複雑相又はマルテンサイト鋼で作製された板を使用することが通常である。

例えば、高強度多層は、いくつかの残留オーステナイトを有する／有さないベイナイト−マルテンサイト構造を含んでもよく、また約０．２％のＣ、約２％のＭｎ、約１．５％のＳｉを含有し、これにより約７５０ＭＰａの降伏強度、約９８０ＭＰａの引張強度及び約１０％の全伸びがもたらされる。これらの板は、連続焼鈍ライン上で、Ａｃ３変態点より高い焼鈍温度からＭｓ変態点を超える過時効温度まで焼き入れし、板を所与の時間その温度に維持することにより製造される。任意選択で、板は、亜鉛めっき又は合金化溶融亜鉛めっきされる。

地球環境保全の観点から燃料効率を改善するために自動車部品の重量を低減するには、改善された強度−延性バランスを有する板を有することが望ましい。しかしながら、そのような板はまた、良好な成形性も有さなければならない。

さらに、合金化溶融亜鉛めっきは、スポット溶接及びスタンピング後に改善された溶接性及び高い耐腐食性を提供するため、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造することが望ましい。

この点において、少なくとも１４５０ＭＰａの引張強度ＴＳ及び少なくとも１７％の全伸びＴＥを有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を提供することが望ましい。これらの特性は、２００９年１０月に公開されたＩＳＯ標準ＩＳＯ ６８９２−１に従って測定される。測定方法の違いに起因して、特に使用される検体のサイズの違いに起因して、ＩＳＯ標準に従う全伸びの値は、ＪＩＳ Ｚ ２２０１−０５標準に従う全伸びの値とは非常に異なっており、特にそれよりも低い。さらに、堅牢である、すなわち方法パラメータの変動が、得られる機械的特性の重大な変動をもたらさないような製造方法により、合金化溶融亜鉛めっき板を製造することが望ましい。

したがって、本発明の目的は、そのような板、及びそれを製造するための堅牢な方法を提供することである。

このために、本発明は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するための方法であって、
−重量％で、
０．３４％≦Ｃ≦０．４５％
１．５０％≦Ｍｎ≦２．３０％
１．５０≦Ｓｉ≦２．４０％
０％＜Ｃｒ≦０．７％
０％≦Ｍｏ≦０．３％
０．１０％≦Ａｌ≦０．７％、
及び任意選択で０％≦Ｎｂ≦０．０５％
を含み、残りはＦｅ及び不可避の不純物である化学組成を有する鋼で作製された冷間圧延鋼板を提供するステップと、
−鋼のＡｃ３変態点より高い焼鈍温度ＡＴで冷間圧延鋼板を焼鈍するステップと、
−鋼のＭｓ変態点より低く、１５０℃〜２５０℃の間に含まれる焼き入れ温度ＱＴまで冷却することにより、焼鈍された鋼板を焼き入れするステップと、
−焼き入れされた鋼板を、３５０℃〜４５０℃の間の分配温度ＰＴまで再加熱し、鋼板を、少なくとも８０秒の分配時間Ｐｔの間分配温度ＰＴに維持するステップと、
−亜鉛浴中での溶融めっきにより鋼板をコーティングし、続いて、４７０℃〜５２０℃の間に含まれる合金化温度ＧＡＴで合金化溶融亜鉛めっきを行うステップと
を連続して含む方法に関する。

本発明の他の有利な態様によれば、方法は、単独で、又は任意の技術的に可能な組み合わせに従って考慮される以下の特徴の１つ以上をさらに含む：
−マルテンサイト及びオーステナイトからなる構造を有する焼き入れされた鋼板を得るために、焼き入れの間、焼鈍された鋼板は、冷却時のフェライト形成を回避するのに十分な冷却速度で焼き入れ温度ＱＴまで冷却される、
−前記冷却速度は、２０℃／秒以上である、
−焼き入れ温度は、２００℃〜２３０℃の間である、
−分配時間Ｐｔは、１００秒〜３００秒の間に含まれる、
−焼鈍温度ＡＴは、８７０℃〜９３０℃の間に含まれる、
−合金化温度ＧＡＴは、４８０℃〜５００℃の間に含まれる、
−鋼板は、５秒〜１５秒の間に含まれる時間ＧＡｔの間合金化温度ＧＡＴに維持される、
−鋼の組成は、Ａｌ≦０．３０％であるような組成である、
−鋼の組成は、０．１５％≦Ａｌであるような組成である、
−鋼の組成は、０．０３％≦Ｎｂ≦０．０５％であるような組成である、
−前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、少なくとも１４５０ＭＰａの引張強度ＴＳ及び少なくとも１７％の全伸びＴＥを示す。

本発明はまた、重量％で、
０．３４％≦Ｃ≦０．４５％
１．５０％≦Ｍｎ≦２．３０％
１．５０≦Ｓｉ≦２．４０％
０％＜Ｃｒ≦０．７％
０％≦Ｍｏ≦０．３％
０．１０％≦Ａｌ≦０．７％、
及び任意選択で０％≦Ｎｂ≦０．０５％を含み、
残りはＦｅ及び不可避の不純物である化学組成を有する鋼で作製された合金化溶融亜鉛めっき鋼板であって、鋼の構造は、５０％〜７０％のマルテンサイト、残留オーステナイト及びベイナイトからなる、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関する。

本発明の他の有利な態様によれば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、単独で、又は任意の技術的に可能な組み合わせに従って考慮される以下の特徴の１つ以上を含む：
−鋼の組成は、Ａｌ≦０．３０％であるような組成である、
−鋼の組成は、０．１５％≦Ａｌであるような組成である、
−鋼の組成は、０．０３％≦Ｎｂ≦０．０５％であるような組成である、
−残留オーステナイトは、０．９％〜１．２％の間に含まれるＣ含量を有する、
−前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、少なくとも１４５０ＭＰａの引張強度ＴＳ及び少なくとも１７％の全伸びＴＥを示す。

ここで、本発明を詳細に説明するが、限定を導入することはない。

本発明によれば、板は、重量％で以下を含む化学組成を有する鋼で作製された熱間圧延及び好ましくは冷間圧延鋼板を熱処理することにより得られる：
−満足のいく強度を確保し、また十分な伸びを得るために必要な残留オーステナイトの安定性を改善するための、０．３４％〜０．４５％の炭素。炭素含量が０．４５％を超える場合、熱間圧延板は冷間圧延するには硬過ぎ、溶接性が不十分である。

−コーティング性に有害となる板の表面における酸化ケイ素の形成を防止するための適切な手順により、オーステナイトを安定化し、固溶強化を提供し、分配の間炭化物の形成を遅延させるための、１．５０％〜２．４０％のケイ素。好ましくは、ケイ素含量は、１．８０％以上である。好ましくは、ケイ素含量は、２．２０％以下である。

−１．５０％〜２．３０％のマンガン。最小含量は、少なくとも５０％のマルテンサイトを含有する微細構造、及び少なくとも１４５０ＭＰａの引張強度を得るために十分な硬化性を有するように定義される。最大値は、延性に有害である偏析問題が生じるのを回避するように定義される。

−分配の間のオーステナイト分解を強力に低減するために、硬化性を増加させるため、及び残留オーステナイトを安定化するための０％〜０．３％のモリブデン及び０％〜０．７％のクロム。残留量に起因して、完全ゼロ値は除外される。実施形態によれば、組成は、０％〜０．５％のクロムを含む。好ましくは、モリブデン含量は０．０７％〜０．２０％の間に含まれ、クロム含量は、好ましくは０．２５％〜０．４５％の間に含まれる。

−０．１０％〜０．７％のアルミニウム。アルミニウムは、高レベルの伸び及び良好な強度−延性バランスを得るために、並びに製造方法の堅牢性を増加させるために、特に焼き入れ温度及び分配時間が変動する場合の得られる機械的特性の安定性を増加させるために添加される。焼鈍をより困難とする温度へのＡｃ_３変態点の上昇を防止するために、０．７％の最大アルミニウム含量が定義される。好ましくは、アルミニウム含量は、０．１５％以上及び／又は０．３０％以下であり、これにより少なくとも１７％の全伸びＴＥ及び少なくとも１６％の均一伸びＵＥを得ることができる。好ましくは、アルミニウムは、脱酸段階の後の後期段階で添加される。

残りは、鉄及び残留元素又は製鋼から生じる不可避の不純物である。この点において、少なくともＮｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓ、Ｐ及びＮが、不可避の不純物である残留元素として考慮される。したがって、一般に、それらの含量は、Ｎｉの場合０．０５％未満、Ｃｕの場合０．０５未満、Ｖの場合０．００７％未満、Ｂの場合０．００１％未満、Ｓの場合０．００５％未満、Ｐの場合０．０２％未満及びＮの場合０．０１０％未満である。

所望の微細構造と、生成物特性、特に増加した引張強度との最適な組み合わせを得るために、０％〜０．０５％のニオブ及び／又は０％〜０．１％のチタン等のマイクロ合金元素の添加が利用されてもよい。例えば、Ｎｂは、０．０３％〜０．０５％の間に含まれる量で添加される。

熱間圧延された板は、この鋼から既知の様式で製造され得る。

例として、上記組成を有する板は、１２００℃〜１２８０℃の間の温度、好ましくは約１２５０℃に加熱され、好ましくは８５０℃未満の仕上げ圧延温度で熱間圧延され、次いで好ましくは５００℃〜７３０℃の間に含まれる温度で冷却及び巻回される。次いで、板は冷間圧延される。

圧延後、板は酸洗又は洗浄され、次いで熱処理及び合金化溶融亜鉛めっきされる。

好ましくは連続焼鈍及び溶融めっきライン上で行われる熱処理は、以下の連続したステップを含む。

−完全にオーステナイトの構造を有する焼鈍された鋼板を得るために鋼のＡｃ３変態点以上である、好ましくはＡｃ３＋１５℃より高いが、オーステナイト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ＡＴで、冷間圧延された板を焼鈍するステップ。一般に、８７０℃を超える温度が本発明による鋼に十分であり、この温度は９３０℃を超える必要はない。次いで、鋼板は、鋼内の温度を均一化するのに十分な時間、この温度に維持される、すなわちＡＴ−５℃〜ＡＴ＋１０℃の間に維持される。好ましくは、この時間は、３０秒超であるが、３００秒超である必要はない。焼鈍温度まで加熱するために、冷間圧延鋼板は、例えばまず典型的には２０℃／秒未満、例えば１０℃／秒未満の加熱速度で約６００℃の温度まで加熱され、次いで、典型的には１０℃／秒未満、例えば２℃／秒未満の加熱速度で約８００℃の温度まで再び加熱され、最終的に、５℃／秒未満、例えば１．５℃／秒未満の加熱速度で焼鈍温度まで加熱される。この場合、板は、４０〜１５０秒の間の焼鈍時間Ａｔの間、焼鈍温度ＡＴに維持される。

−Ｍｓ変態点より低く、１５０℃〜２５０℃の間に含まれる焼き入れ温度ＱＴまで冷却することにより、焼鈍された板を焼き入れするステップ。焼鈍された板は、冷却時のフェライト形成の形成を回避するのに十分な冷却速度で焼き入れ温度ＱＴまで冷却される。好ましくは、冷却速度は、２０℃／秒〜５０℃／秒の間に含まれ、例えば、２５℃／秒以上である。焼き入れの間の焼き入れ温度ＱＴ及び冷却速度は、マルテンサイト及びオーステナイトからなる構造を有する焼き入れされた板が得られるように選択される。焼き入れされた板内のマルテンサイト及びオーステナイト含量は、熱処理及び合金化溶融亜鉛めっきの後に、５０％〜７０％のマルテンサイト、残留オーステナイト及びベイナイトからなる最終構造を得ることができるように選択される。焼き入れ温度ＱＴが１５０℃未満である場合、最終構造内の分配されたマルテンサイトの割合は、十分な量の残留オーステナイトを安定化するには高過ぎ、したがって全伸びは１７％に達しない。さらに、焼き入れ温度ＱＴが３５０℃より高い場合、分配されたマルテンサイトの割合は、所望の引張強度を得るには低過ぎる。好ましくは、焼き入れ温度ＱＴは、２００℃〜２３０℃の間に含まれる。

−焼き入れされた板を、３５０℃〜４５０℃の間に含まれる分配温度ＰＴまで再加熱するステップ。加熱速度は、好ましくは少なくとも３０℃／秒である。

−板を、少なくとも８０秒、例えば８０秒〜３００秒の間に含まれる、好ましくは少なくとも１００秒の分配時間Ｐｔの間、分配温度ＰＴに維持するステップ。分配ステップの間、炭素が分配され、すなわちマルテンサイトからオーステナイトに拡散し、したがってオーステナイトは炭素に富む。分配の度合いは、保持ステップの期間と共に増加する。したがって、保持期間Ｐｔは、分配を可能な限り完全に提供するのに十分長くなるように選択される。しかしながら、長過ぎる期間は、オーステナイト分解及び過度のマルテンサイトの分配を、ひいては機械的特性の低減を引き起こし得る。したがって、分配時間は、フェライトの形成を可能な限り回避するように制限される。

−亜鉛浴内で板を溶融めっきし、続いて合金化温度ＧＡＴで合金化溶融亜鉛めっきするステップ。合金化温度への加熱は、好ましくは、少なくとも２０℃／秒、好ましくは少なくとも３０℃／秒の加熱速度で行われる。好ましくは、合金化温度ＧＡＴは、４７０℃〜５２０℃の間に含まれる。さらに好ましくは、合金化温度は、５００℃以下及び／又は４８０℃以上である。板は、例えば５秒〜２０秒の間、好ましくは５秒〜１５秒の間、例えば８秒〜１２秒の間に含まれる時間ＧＡｔの間、合金化温度ＧＡＴに維持される。

−合金化溶融亜鉛めっき後に、合金化溶融亜鉛めっきされた板を室温まで冷却するステップ。室温までの冷却速度は、好ましくは、３〜２０℃／秒の間である。

この熱処理及び合金化溶融亜鉛めっきにより、すなわち分配、合金化溶融亜鉛めっき及び室温への冷却後に、５０％〜７０％の間に含まれる表面割合を有するマルテンサイト、残留オーステナイト及びベイナイトからなる最終構造を得ることができる。

５０％〜７０％の間に含まれるマルテンサイトの割合により、少なくとも１４５０ＭＰａの引張強度を得ることができる。

さらに、この処理により、残留オーステナイト内で、少なくとも０．９％、好ましくは少なくとも１．０％、及び最大１．２％の増加したＣ含量を得ることができる。

この熱処理により、少なくとも９００ＭＰａの降伏強度、少なくとも１４５０ＭＰａの引張強度、少なくとも１６％の均一伸び及び少なくとも１７％の全伸びを有する板を得ることが可能である。

例及び比較として、その重量％での組成、並びにＡｃ３及びＭｓ等の臨界温度が表Ｉに報告されている鋼でできた板を製造した。

下線の値は、本発明によるものではない。

いくつかの板を、８０秒の時間ｔ_Ａの間温度Ｔ_Ａで焼鈍し、２５℃／秒の冷却速度で温度ＱＴで焼き入れすることにより熱処理し、４０℃／秒の再加熱速度で分配温度ＰＴに再加熱し、分配時間Ｐｔの間分配温度ＰＴに維持し、次いで時間ＧＡｔ又は１０秒の間合金化温度ＧＡＴで合金化溶融亜鉛めっきし、次いで５℃／秒の冷却速度で室温まで冷却した。

圧延方向に対して横方向における機械的特性を測定した。当技術分野において周知であるように、延性レベルは、そのような高強度鋼の場合、横方向よりも圧延方向において若干より良好である。測定された特性は、降伏強度ＹＳ、引張応力ＴＳ、均一伸びＵＥ及び全伸びＴＥである。

処理の条件及び機械的特性は、表ＩＩに報告されている。

これらの表において、ＡＴは焼鈍温度、ＱＴは焼き入れ温度、ＰＴは分配温度、Ｐｔは分配時間、及びＧＡＴは合金化温度である。

実施例１〜６は、本発明による組成を有する、特に０．１７％のＡｌを含む鋼を用いて、２１５℃又は２３０℃の焼き入れ温度ＱＴ、及び４００℃の分配温度ＰＴにより、高レベルの伸び及び良好な強度−延性バランスを有する鋼板を得ることができることを示している。実際に、実施例１〜６の板は全て、少なくとも９１０ＭＰａの降伏強度、少なくとも１４５０ＭＰａの引張強度、少なくとも１６．５％の均一伸びＵＥ及び少なくとも１７％、さらには２１％の全伸びＴＥを有する。

実施例１〜６の機械的特性の比較は、さらに、得られた所望の機械的特性が、２１５℃〜２３０℃の範囲の焼き入れ温度ＱＴに対して、及び１００秒〜３００秒の間に含まれる場合分配時間Ｐｔに対してほぼ非感受性であることを示している。したがって、得られた特性は、焼き入れ温度及び／又は分配時間の変動に対して非常に堅牢である。

これと比較して、０．０４８％のＡｌを含有する鋼で作製された実施例７〜８の特性は、分配時間Ｐｔの変動に対してより感受性である。

Claims (18)

1. 合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するための方法であって、
   −重量％で、
   ０．３４％≦Ｃ≦０．４５％
   １．５０％≦Ｍｎ≦２．３０％
   １．５０≦Ｓｉ≦２．４０％
   ０％＜Ｃｒ≦０．７％
   ０％≦Ｍｏ≦０．３％
   ０．１０％≦Ａｌ≦０．７％、
   及び任意選択で０％≦Ｎｂ≦０．０５％
   を含み、残りはＦｅ及び不可避の不純物である化学組成を有する鋼で作製された冷間圧延鋼板を提供するステップと、
   −鋼のＡｃ３変態点より高い焼鈍温度ＡＴで冷間圧延鋼板を焼鈍するステップと、
   −鋼のＭｓ変態点より低く、１５０℃〜２５０℃の間に含まれる焼き入れ温度ＱＴまで冷却することにより、焼鈍された鋼板を焼き入れするステップと、
   −焼き入れされた鋼板を、３５０℃〜４５０℃の間の分配温度ＰＴまで再加熱し、鋼板を、少なくとも８０秒の分配時間Ｐｔの間分配温度ＰＴに維持するステップと、
   −亜鉛浴中での溶融めっきにより鋼板をコーティングし、続いて、４７０℃〜５２０℃の間に含まれる合金化温度ＧＡＴで合金化溶融亜鉛めっきを行うステップと
   を連続して含む方法。
2. マルテンサイト及びオーステナイトからなる構造を有する焼き入れされた鋼板を得るために、焼き入れの間、焼鈍された鋼板が、冷却時のフェライト形成を回避するのに十分な冷却速度で焼き入れ温度ＱＴまで冷却される、請求項１に記載の方法。
3. 前記冷却速度が、２０℃／秒以上である、請求項２に記載の方法。
4. 焼き入れ温度が、２００℃〜２３０℃の間である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 分配時間Ｐｔが、１００秒〜３００秒の間に含まれる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 焼鈍温度ＡＴが、８７０℃〜９３０℃の間に含まれる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 合金化温度ＧＡＴが、４８０℃〜５００℃の間に含まれる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 鋼板が、５秒〜１５秒の間に含まれる時間ＧＡｔの間、合金化温度ＧＡＴに維持される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 鋼の組成が、Ａｌ≦０．３０％であるような組成である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 鋼の組成が、０．１５％≦Ａｌであるような組成である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 鋼の組成が、０．０３％≦Ｎｂ≦０．０５％であるような組成である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板が、少なくとも１４５０ＭＰａの引張強度ＴＳ及び少なくとも１７％の全伸びＴＥを示す、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 重量％で、
    ０．３４％≦Ｃ≦０．４５％
    １．５０％≦Ｍｎ≦２．３０％
    １．５０≦Ｓｉ≦２．４０％
    ０％＜Ｃｒ≦０．７％
    ０％≦Ｍｏ≦０．３％
    ０．１０％≦Ａｌ≦０．７％、
    及び任意選択で０％≦Ｎｂ≦０．０５％を含み、
    残りはＦｅ及び不可避の不純物である化学組成を有する鋼で作製された合金化溶融亜鉛めっき鋼板であって、鋼の構造は、５０％〜７０％のマルテンサイト、残留オーステナイト及びベイナイトからなる、合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
14. 鋼の組成が、Ａｌ≦０．３０％であるような組成である、請求項１３に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
15. 鋼の組成が、０．１５％≦Ａｌであるような組成である、請求項１３又は１４に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
16. 鋼の組成が、０．０３％≦Ｎｂ≦０．０５％であるような組成である、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
17. 残留オーステナイトが、０．９％〜１．２％の間に含まれるＣ含量を有する、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
18. 少なくとも１４５０ＭＰａの引張強度ＴＳ及び少なくとも１７％の全伸びＴＥを示す、請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。