JP2021011635A - 高マンガン第３世代先進高張力鋼 - Google Patents

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Abstract

【課題】１０００ＭＰａ以上の高い抗張力、および１５％以上〜５０％以下、またはそれより高い総伸長を有する、第３世代先進高張力鋼を提供する。【解決手段】高張力鋼は、０．２５重量％以下のＣ、２．０重量％以下のＳｉ、２．０重量％以下のＣｒ、１４％以下のＭｎ、０.５％未満のＮｉ、３．２５重量％以下のＡｌ、および０．５重量％以下のＭｏ、残余Ｆｅおよび不可避的不純物を有し、前記鋼は、ホットバンド焼鈍後に測定される場合に少なくとも１０００ＭＰａの抗張力および少なくとも２５％の総伸長を有し、５０℃未満のＭｓ温度を有する。【選択図】なし

Description

優先権
本出願では、「高マンガンオーステナイトの第３世代先進高張力鋼」と題し、２０１５年５月２１日に提出された米国仮特許出願第６２／１６４，６４３号の優先権を主張し、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
自動車産業は、燃料効率の高い車両を得るために、より軽く、耐衝突性を高めるためにより強いが、成形可能である、費用対効果の高い鋼を求めている。第３世代先進高張力鋼（ＡＨＳＳ）は、現在利用可能な高張力鋼よりも高い抗張力および／またはより高い総伸長を有するものである。それらの性質は、高張力を提供する一方で、鋼を複雑な形状に形成することも可能である。本願の鋼は、１０００ＭＰａ以上の高い抗張力および１５％以上〜５０％以下、またはそれより高い総伸長を有する理想的な第３世代先進高張力鋼の機械的性質を提供する。
オーステナイト鋼は典型的に高い総伸長と組み合わせてより高い最大抗張力を有する。オーステナイトの微細構造は延性があり、高い総抗張伸長を作り出す潜在力を有する。オーステナイトの微細構造はしばしば室温で安定せず（または準安定であり）、鋼が塑性変形する際に、オーステナイトはしばしばマルテンサイト（圧力／ひずみ誘起によるマルテンサイト）に移行する。マルテンサイトはより高い張力を有する微細構造であり、オーステナイトとマルテンサイトのような微細構造の混合を有することによる組み合わせの効果は全体の抗張力を高める。オーステナイトの安定性は、言い換えると、塑性変形の間、オーステナイトがマルテンサイトに移行する可能性は、大部分が合金成分による。Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎ、およびＣｏのような成分は、特に、熱力学的にオーステナイトを安定させるために使用される。Ｃｒ、Ｍｏ、およびＳｉのような他の成分もまた、間接的な効果（動力学的な効果）を通してオーステナイトの安定性を高めるために使用される。
高張力鋼は約０．２５重量％以下のＣ、約２．０重量％以下のＳｉ、約２．０重量％以下のＣｒ、１４重量％以下のＭｎ、０.５重量％未満のＮｉを有する。高張力鋼は、さらに１またはそれ以上のＭｏおよびＣｕを有する。いくつかの実施形態では、それは５０℃未満のＭｓ温度を有する。高張力鋼は、熱間圧延後、少なくとも１０００ＭＰａの抗張力および少なくとも約２５％の総伸長を有しても良い。高張力鋼は、熱間圧延後、少なくとも１２００ＭＰａの抗張力および少なくとも約２０％の総伸長を有しても良い。
本願の鋼は、実質的に室温でオーステナイトの微細構造を有する。オーステナイトは、高い伸長または延性が生じる比率で塑性変形された時にマルテンサイトに変形する。この変形を制御する主要な合金成分は、ＣおよびＭｎ、Ｃｒ、およびＳｉである。
Ｃの量は、マルテンサイトの力が炭素含有量に直接関係し、最終的な鋼の抗張力に影響を与える。１０００ＭＰａ以上の鋼の力を維持するために、炭素は約０．２５重量％以下の量で存在する。
Ｓｉの特性は炭化物の形成を抑える能力であり、また個溶体強化剤でもある。シリコンはオーステナイト形成を行うが、しかしながらＭｓ温度を下げて、室温でオーステナイトを安定させることが知られている。シリコンは約２．０重量％以下の量が含まれる。
フェライト形成であるが、マルテンサイト変形温度（Ｍｓ）を下げることによってオーステナイトを安定させる他の成分はＣｒである。クロミウムは個体化の間デルタ−フェライトを促進するような有益な特性を行う他の鋼を有し、鋼の鋳造を促進する。本願の鋼では、Ｃｒの量は約２．０重量％以下の量であるべきである。
マンガンは、少なくともいくつかのオーステナイトを室温で安定化させるために、約１４重量％以下で存在する。
Ｍｓ温度が室温に近い、またはそれ以下となるように合金の相互関係を設定することはオーステナイトを室温で確実に安定化させ得る一つの方法である。Ｍｓおよび合金成分の関係は以下の実験式で示す。
Ｍｓ＝６０７．８−３６３．２＊［Ｃ］−２６．７＊［Ｍｎ］−１８．１＊［Ｃｒ］−３８．６＊［Ｓｉ］−９６２．６＊（［Ｃ］−０．１８８）２
式１
オーステナイトを安定化させるのを補助すると考えられる他の成分は、Ｍｏ、Ｃｕ、およびＮｉのようなこれらの合金に加えられ得る。もしＮｉであれば、０．５重量％未満の量で加えられる。もしＭｏであれば、０．５重量％未満の量で加えられる。デルタ−フェライト固体化を促進するのを補助することで知られるＡｌが加えられるなら、それは鋳造を促し、Ａｅ１およびＡｅ３変形温度もまた拡大する。他の実施形態では、Ａｌは約２．０重量％以下の量で加えられる。他の実施形態では、Ａｌは約３．２５重量％以下の量で加えられる。他の実施形態では、Ａｌは約１．７５〜３．２５重量％の量で加えられる。
実施例１
本願の合金を次のように処理した。合金は典型的な実験方法に従い溶解し、鋳造した。合金の鋼の組成式を表１に示す。インゴットは熱間圧延前に１２５０℃の温度で熱した。インゴットは、最終温度を９００℃とし、約８回で約３．３ｍｍの厚さに熱間圧延した。ホットバンドをすぐに６７５℃に設定した加熱炉に入れ、続いて室温で約２４時間冷却させ、コイル温度をシミュレートし、ホットバンドをコイル冷却させた。
Figure 2021011635
機械的抗張特性はホットバンドの横断方向で試験され、その性質は表２に示す。合金５４、５６、５９のような第３世代ＡＨＳＳ抗張性質を示すいくつかのホットバンドは、約１０００ＭＰａ以上の抗張力および約２５％以上の総伸長を示した。
すべての表について、ＹＳ＝降伏強さ、ＹＰＥ＝降伏点伸長、ＵＴＳ＝最大抗張力、ＴＥ＝総伸長である。ＹＰＥを示す場合、報告されたＹＳ値は降伏点上限であるが、そうでない場合、連続的な降伏が起こると、オフセット降伏強さは０．２％と報告されている。
Figure 2021011635
冷却後、ホットバンドをビーズブラストし、酸化膜を取り除いた。それからホットバンド帯は、１１００℃で焼鈍された合金５８を除き、制御された環境であるチューブ炉に漬けることによって、９００℃のオーステナイト温度で熱処理された。抗張検体は焼鈍された帯から加工され、機械的抗張特性は評価された。焼鈍されたホットバンドの抗張力性質は表３に示す。合金５１、５６、および５９のように、室温に近い、より高いＭｎおよびＭｓ温度を有する合金は、高い抗張力および高い総伸長という例外的に素晴らしい性質を示した。
Figure 2021011635
１４重量％Ｍｎ（合金５１、５４、５６、および５９）に近い量が含まれる合金のホットバンド帯は、その後、最終的な厚さが１.５ｍｍになるまで約５０％冷間圧延した。冷間圧延された帯は、制御された環境であるチューブ炉に漬けることによって、９００℃のオーステナイト温度で熱処理された。抗張検体は焼鈍された帯から加工され、機械的抗張特性は評価し、表４に示す。
Figure 2021011635
熱処理されたサンプルは、合金５１および５６のような第３世代ＡＨＳＳ抗張性質を示し、１２２０ＭＰａの最大抗張力および５１.８％の総伸長を示した。

Claims (12)

  1. 高張力鋼であって、約０．２５重量％以下のＣ、約２．０重量％以下のＳｉ、約２．０重量％以下のＣｒ、１４％以下のＭｎ、及び０.５％未満のＮｉを有する、高張力鋼。
  2. 請求項１記載の高張力鋼であって、さらに、約３．２５重量％以下のＡｌを有する、高張力鋼。
  3. 請求項２記載の高張力鋼であって、約２．０重量％以下のＡｌを有する、高張力鋼。
  4. 請求項１記載の高張力鋼であって、１．７５〜３．２５重量％のＡｌを有する、高張力鋼。
  5. 請求項１記載の高張力鋼であって、さらに、約０．５重量％以下のＭｏを有する、高張力鋼。
  6. 請求項１記載の高張力鋼において、Ｍｓ温度は５０℃未満である、高張力鋼。
  7. 請求項１記載の高張力鋼において、前記鋼は、熱間圧延後に、少なくとも１０００ＭＰａの抗張力および少なくとも約２５％の総伸長を有する、高張力鋼。
  8. 請求項１記載の高張力鋼において、前記鋼は、熱間圧延後に、少なくとも１２００ＭＰａの抗張力および少なくとも約２０％の総伸長を有する、高張力鋼。
  9. 請求項１記載の高張力鋼において、前記鋼は、熱間圧延および焼鈍後に、少なくとも１０００ＭＰａの抗張力および少なくとも約２５％の総伸長を有する、高張力鋼。
  10. 請求項１記載の高張力鋼において、前記鋼は、熱間圧延および焼鈍後に、少なくとも１２００ＭＰａの抗張力および少なくとも約２０％の総伸長を有する、高張力鋼。
  11. 請求項１記載の高張力鋼において、前記鋼は、冷間圧延および焼鈍後に、少なくとも１０００ＭＰａの抗張力および少なくとも約２５％の総伸長を有する、高張力鋼。
  12. 請求項１記載の高張力鋼において、前記鋼は、冷間圧延および焼鈍後に、少なくとも１２００ＭＰａの抗張力および少なくとも約２０％の総伸長を有する、高張力鋼。
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