JP2024500090A - 低密度冷間圧延焼鈍鋼板、その製造方法及び車両用部品を製造するためのかかる鋼の使用 - Google Patents
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Abstract
0.12%≦炭素0.25%、3%≦マンガン≦10%、3.5%≦アルミニウム≦6.5%、0%≦リン≦0.1%、0%≦硫黄≦0.03%、0%≦窒素≦0.1%、0%≦ケイ素≦2%、0.01%≦ニオブ≦0.03%、0.01%≦チタン≦0.2%、0%≦モリブデン≦0.5%、0%≦クロム≦0.6%、0.01%≦銅≦2.0%、0.01%≦ニッケル≦3.0%、0%≦カルシウム≦0.005%、0%≦ホウ素≦0.01%、0%≦マグネシウム≦0.005%、0%≦ジルコニウム≦0.005%、0%≦セリウム≦0.1%を含み、残余は鉄を含む低密度冷間圧延焼鈍鋼板であって、60%~90%のデルタフェライト、0.6~2ミクロンの間の平均粒径を有する8%~30%の残留オーステナイト、0.6~2ミクロンの間の平均粒径を有する1.0%~10%のアルファ-フェライト、xが厳密に1より小さい0%~2%のカッパ析出物(Fe,Mn)3AlCxを含む微細組織を有する鋼板。
Description
本発明は、低密度鋼板、特に二相微細組織に関する。本発明による鋼板は、陸上自動車のような車両用の内側又は外側パネルの製造に特によく適している。
環境規制により、自動車メーカーはその車両のCO2排出物の継続的な削減を強いられている。そのためには、自動車メーカーにはいくつかの選択肢があり、その主な選択肢は、車両の軽量化、又はエンジンシステムの効率の向上である。これら2つのアプローチを組み合わせることにより、しばしば進歩が達成される。本発明は、第1の選択肢、すなわち、自動車の軽量化に関する。この非常に特殊な分野では、2つの(two-track)選択肢がある。
第1の方法は、機械的強度のレベルを上げながら、鋼の厚さを薄くすることからなる。残念ながら、この解決法には、機械的強度の向上に関連する延性の不可避の損失は言うまでもなく、ある特定の自動車部品の剛性の桁違いの低下及び乗客にとって不快な条件を作り出す音響問題の出現という理由から、その限界がある。
第2の方法は、鋼を他のより軽い金属と合金化することで鋼の密度を減らすことからなる。これらの合金の中で、低密度のものは、重量を著しく低減することを可能にしながら、魅力的な機械的及び物理的特性を有する。
特に、EP3421629は、溶融物を以下の組成、すなわち、0.05~0.50重量%のC、0.05~8.0重量%のMn、0.05~6.0重量%のAl_tot、0.0001~0.05重量%のSb、0.0005~0.005重量%のΣ(Ca+REM)、5~100ppmのN、0~2.0重量%のSi、0~0.01重量%のS、0~0.1重量%のP、0~1.0重量%のCr、0~2.0重量%のNi、0~2.0重量%のCu、0~0.5重量%のMo、0~0.1重量%のV、0~50ppmのB、0~0.10重量%のTiを有し、成分がデルタ-フェライト及びアルファ-フェライトからなるフェライト母相からなる二峰性の結晶粒微細組織を有し、デルタ-フェライトが5~20μmの間の結晶粒サイズを有し、アルファ-フェライトが、最大3μmの結晶粒サイズを有し、第2相は、ベイナイト、マルテンサイト及び最大3μmの結晶粒サイズを有する残留オーステナイトの1種以上からなるスラブ又は鋳造帯に製造、鋳造するステップを含む、二峰性微細組織を有する高強度冷間圧延熱処理鋼帯、板、ブランク又は熱成形品を請求する特許である。しかし、EP3421629の鋼はマルテンサイト及びベイナイトのような硬質面を含むだけでなく低密度鋼も示さない。
したがって、本発明の目的は、相対密度が7.3未満であり、最大抗張力が少なくとも600MPaであり、一様伸びが少なくとも17.5%である鋼板を提供することである。
好ましい実施形態においては、本発明による鋼板は、7.2以下の相対密度、少なくとも450MPaの降伏強度を示す。
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の以下の詳細な説明から明らかになる。
炭素の含有率は0.12重量%~0.25重量%であり、より好ましくは0.13重量%~0.2重量%である。炭素は残留オーステナイトの形成に重要な役割を果たし、強度及び延性も付与するガンマ生成性(Gamagenous)元素である。炭素の含有率は有利には0.13%~0.2%であり、高い強度、伸び及び伸びフランジ性を同時に得る。
マンガンの含有率は3重量%~10重量%である。この系においてマンガンは重要な合金元素であるが、これは主に非常に多量のマンガンとの合金化がオーステナイトを室温まで安定化させるという事実に起因し、このことは伸び及び降伏強度のような目標特性への到達を助けることができるからである。マンガンは炭素と共に、高温で結晶粒界において炭化物の形成を制御し、それにより赤熱脆性を制御する。マンガンが10%を超えて存在する場合、マンガンは本発明の鋼の延性に悪影響な中心部偏析を招くことがある。3%未満で存在する場合、マンガンは適量において残留オーステナイトを室温で安定化させない。マンガンの存在に対する好ましい限度は4%~9%、より好ましくは4%~8%である。
アルミニウムの含有率は3.5重量%~6.5重量%である。本発明の鋼へのアルミニウムの添加は、その密度を効果的に低下させる。アルミニウムはアルファ生成性(alphagenous)元素であり、したがってフェライト、特にデルタフェライトの形成を促進する傾向がある。アルミニウムは2.7という相対密度を有し、機械的特性に影響を及ぼす。アルミニウムの含有率が増加するにつれて、転位の移動性が減少するため、一様伸びは減少するが、機械的強度及び弾性限界も増加する。3.5%未満では、アルミニウムの存在による密度の低下はあまり有益ではなくなる。6.5%超えると、フェライトの存在は予想される限度を超えて増加し、本発明に悪影響を及ぼす。また、6.5%を超えるAlの存在は、Fe-Al、Fe3-Al及び他の(Fe,Mn)Al金属間化合物のような金属間化合物を形成する可能性があり、これは、冷間圧延の際に鋼の亀裂を生じさせる可能性があり、鋼の靭性にとって悪影響である可能性がある脆性を製品にもたらすものである。好ましくは、アルミニウムの含有率は、脆弱な金属間析出物の形成を防止するために、厳密に6.5%未満に制限され、したがって好ましい限度は4%~6%であり、より好ましくは5%~6%である。
ケイ素は、鋼の密度を低下させることを可能にする任意の元素であり、固溶体硬化に効果的である。それにもかかわらず、その含有率は2重量%に制限される。なぜなら、この元素がそのレベルを超えると、表面欠陥を発生させる強力な接着性酸化物を形成する傾向があるからである。表面酸化物の存在は鋼の濡れ性を損ない、潜在的な溶融亜鉛めっき操作中に欠陥を生じる可能性がある。したがって、Siの含有率は1.5%未満に制限することが好ましい。
硫黄及びリンは粒界を脆弱化させる不純物である。それらのそれぞれの含有率は、十分な熱間延性を維持するために、0.03重量%及び0.1重量%を超えてはならない。
窒素の含有率は、AlNの析出及び凝固中の体積欠損(水疱)の形成を防止するために、0.1重量%以下にしなければならない。
ニオブは、粒子の微細化を提供するために、本発明の鋼に0.01~0.03重量%の量で任意の元素として加えることができる。粒子の微細化により、強度及び伸びの間の均衡を取ることが可能になる。しかし、ニオブは熱間圧延及び焼鈍中の再結晶を遅らせる傾向があり、0.03%までにその限度を維持する。
チタンは、ニオブと同様の方法で、粒子の微細化のために0.01~0.2重量%の量で任意の元素として本発明の鋼に添加することができる。
銅は、鋼の強度を高め、耐食性を改善するために、0.01重量%~2.0重量%の量で任意の元素として添加することができる。かかる効果を得るためには、最低0.01%が必要である。しかし、その含有率が2.0%を超えると、銅は表面形態を劣化させる可能性がある。
ニッケルは、鋼の強度を高め、靭性を向上させるために、0.01~3.0重量%の量で任意の元素として添加することができる。かかる効果を得るためには、最低0.01%が必要である。しかし、その含有率が3.0%を超えると、ニッケルは延性低下の原因となる。
モリブデンは、本発明の鋼中に0%~0.5重量%で存在する任意の元素である。モリブデンは、少なくとも0.01%の量で添加した場合、硬化性及び硬度を改善するのに有効な役割を果たす。また、Moは熱間圧延品の靭性にも有益であり、製造が容易になる。しかし、モリブデンの添加は、合金元素の添加コストを過度に上昇させるため、経済的理由から、その含有率は0.5%に制限される。モリブデンの好ましい限度は0%~0.4%であり、より好ましくは0%~0.3%である。
クロムは、本発明の鋼の任意の元素であり、0重量%~0.6重量%である。クロムは鋼に強度及び硬化を与えるが、0.5%を超えて使用すると鋼の表面仕上げを損なう。クロムの好ましい限度は0.01%~0.5%であり、より好ましくは0.01%~0.2%である。
セリウム、ホウ素、マグネシウム又はジルコニウムのような他の元素は、個別に又は組み合わせて、以下の重量による割合、すなわち、Ce≦0.1%、B≦0.01、Ca≦0.005、Mg≦0.005及びZr≦0.005で添加することができる。これらの元素は、示された最大含有率レベルまでは、凝固中のフェライト粒を微細化することを可能にする。
さらに、Sb、Snのようないくつかの微量元素は、鋼の加工から得られる。これらの元素が許容可能であり、本発明の鋼に悪影響でない最大限度は、累積的に又は単独で0.05%である。本発明の鋼により、これらの元素の含有率を可能な限り低く、好ましくは0.03%未満にすることが好ましい。
本発明による鋼板の微細組織は、面積分率で、60%~90%のデルタフェライト、1%~10%のアルファフェライト、及び8%~30%の残留オーステナイト、及び任意に0%~2%のカッパ析出物を含む。
デルタフェライト母相は、本発明の鋼の一次相として存在し、本発明の鋼中に、面積分率で60%~90%、好ましくは面積分率で65%~90%、より好ましくは80%~90%で存在する。デルタフェライトは液体鉄からのスラブの凝固中に形成され、一般に粗い粒径を有する。本発明のデルタフェライトは、好ましくは10μm未満、より好ましくは9μm未満の平均粒径を有する。本発明におけるデルタフェライト母相の存在は、鋼に強度を付与する。しかし、本発明におけるデルタフェライトの含有率が90%を超えると、温度の上昇に伴ってフェライト中で炭素の溶解度が増すという事実により、負の影響を及ぼす可能性がある。しかし、固溶体中の炭素は、転位の移動性を低下させるので、低密度鋼については非常に脆化している。これは、アルミニウムの存在のために既に低くなっている。したがって、デルタフェライトの含有率とオーステナイトとの間の均衡は、必要な機械的性質を本発明に付与するために非常に重要である。
残留オーステナイトは8~30%で本発明の鋼に存在し、本発明の残留オーステナイトは0.6ミクロン~2ミクロンの平均粒径を有する。残留オーステナイトの好ましい平均粒径は、0.6ミクロン~1.2ミクロンの間である。残留オーステナイトは、フェライトよりも炭素の溶解度が高いことが知られており、有効なカーボントラップとして作用する。オーステナイト中の炭素の割合は、0.7重量%~1.5重量%である。30%を超えるレベルで存在するオーステナイトは、伸びフランジ性を損なうことによって本発明に悪影響を及ぼす。オーステナイトは、鋼の焼鈍及び組成の選択に応じて非常に汎用的な方式で本発明に寄与する。本発明のオーステナイトは、TRIP効果により成形性及び延性を提供するなどの多様な機能を表す。残留オーステナイトの好ましい限度は面積分率で9%~29%である。
本発明のアルファ-フェライトは、面積分率で1%~10%存在する。アルファフェライトは、熱間圧延後及び変態区間焼鈍後の冷却中にオーステナイトの部分変態によって生成し、0.6ミクロン~1.85ミクロンの平均粒径を有する。アルファ-フェライトの好ましい平均粒径は、0.6ミクロン~1.2ミクロンである。本発明のアルファフェライトは延性及び伸びを本鋼に付与する。アルファ-フェライトの好ましい限度は、面積分率で2%~10%である。
本発明におけるカッパ析出物は、化学量論が(Fe,Mn)3AlCxであり、xが厳密に1より小さい析出物によって定義される。カッパ析出物の面積分率は2%にまで及ぶことがある。2%を超えると、延性が低下し、17.5%を超える一様伸びが達成されない。さらに、フェライト結晶粒界の周りのカッパの制御不能な析出が起こり、そのため熱間及び/又は冷間圧延の際に加える力が増大することがある。優先的には、カッパ析出物の面積分率は1%未満であるべきである。
上記の微細組織に加えて、低密度冷間圧延焼鈍鋼の微細組織にはパーライト、ベイナイト及びマルテンサイトのような微細組織要素が存在しない。
本発明による鋼板は、任意の適切な製造方法によって製造することができ、当業者がそれを定義することができる。しかし、本発明による方法を用いることが好ましい。これは、以下のステップを含む。
本発明による鋼板は、上記の組成を有する、本発明による鋼の半製品、例えば、スラブ、薄いスラブ、又は帯を鋳造し、鋳造投入ストックをまず室温まで冷却し、次いで1000℃を超える温度、好ましくは1150℃を超える温度、より好ましくは1200℃を超える温度まで再加熱する方法により製造することが好ましく、又は鋳造半製品をこのような温度で、中間冷却なしに直接使用することができる。本発明のプロセスのための半製品はスラブと考えられる。
その後、再加熱したスラブは熱間圧延を受ける。熱間圧延仕上げ温度は750℃を超えなければならず、好ましくは770℃を超えなければならない。
熱間圧延後、帯は720℃未満、好ましくは350℃~720℃の温度で巻き取られなければならず、より好ましくは700℃~400℃で巻き取りが行われる。
熱間圧延鋼帯は室温まで冷却され、次いで酸洗が行われるか、又は任意の他のスケール除去プロセスが行われる。
次にこの熱間圧延鋼帯を圧下率30%~90%の間、好ましくは40%~90%の間で冷間圧延に供する。
冷間圧延後、冷間圧延鋼板は、840℃~1000℃、好ましくは850℃~975℃、より好ましくは850℃~925℃に含まれる焼鈍温度まで、少なくとも1℃/秒、好ましくは3℃/秒を超える加熱速度で加熱し、かかる焼鈍温度で鋼帯を1000秒未満、好ましくは600秒未満の間保持し、鋼帯を少なくとも3℃/秒、より好ましくは少なくとも5℃/秒、さらにより好ましくは少なくとも10℃/秒の速度で冷却することにより、焼鈍される。好ましくは、この焼鈍は連続的に行われる。
焼鈍温度及び時間を制御することにより、均熱中に二相構造を得ることができる。
このような焼鈍ステップの後、鋼板を室温~480℃の間の温度まで冷却し、任意に100℃~480℃に保持して、1時間以下、好ましくは20分未満、より好ましくは10分未満の間過時効させることができる。その後、鋼板を室温まで冷却できる。
焼鈍後、鋼板は、任意に、腐食に対する防護を改善するために、金属被覆操作に供され得る。使用される被覆プロセスは、本発明の鋼に適合させたいずれのプロセスでもよい。電解蒸着又は物理蒸着を引用することができ、特にジェット蒸着に重点が置かれる。金属皮膜は、例えば、亜鉛又はアルミニウムをベースとすることができる。
好ましくは、アルミニウムベースの皮膜は、15%未満のSi、5.0%未満のFe、任意に0.1%~8.0%のMg、及び任意に0.1%~30.0%のZnを含み、残余はAlである。
有利には、亜鉛ベースの皮膜は、0.01~8.0%のAl、任意に0.2~8.0%のMgを含み、残余はZnである。
本明細書に提示されている以下の試験、実施例、図示的例示及び表は、本質的に非制限的なものであり、例示のみを目的として考慮しなければならず、本発明の有利な特徴を示すものである。
組成の異なる鋼で作製された鋼板を表1にまとめ、全ての鋼について、リンの存在は常に100ppm未満であり、それぞれ表2に規定されたプロセスパラメータに従って鋼板を製造する。その後、表3は試験中に得られた鋼板の微細組織をまとめ、表4は得られた特性の評価結果をまとめたものである。
次いで、得られた試料を分析し、対応する微細組織要素及び機械的特性をそれぞれ表3及び4にまとめた。
表3は、本発明鋼及び参照試験の両方の微細組織組成を決定するためにEBSD、XRD、又はその他の顕微鏡のような異なる顕微鏡についての規格に従って実施された試験の結果をまとめたものである。EBSDを用いて、デルタフェライト及びアルファ-フェライトの面積分率を測定される。所与の鋼試料について、1000の倍率に対応する少なくとも4つの画像のEBSD分析により、フェライト粒、それらの位置及びサイズを識別することが可能になる。粒径が1.85μmのカットオフ値を下回り、オーステナイト粒に隣接している全ての粒子をアルファフェライトとして数え、かかる粒子の対応する面積分率を決定する。残りのフェライト粒をデルタフェライトとして数え、かかる粒子の対応する面積分率を決定する。EBSDを用いて、デルタフェライト、残留オーステナイト及びアルファフェライトの平均粒径も測定する。XRDを用いて残留オーステナイト面積率を測定し、表3に示す。
上記の表から、本発明による試験が全ての微細組織目標を満たすことがわかる。
表4は、発明鋼及び参照鋼の両方の機械的特性及び表面特性をまとめた。
<表4:試験の力学的特性>
降伏強度YS、引張強さTS及び一様伸びUEを、2009年10月に発行されたISO規格ISO 6892-1に従って測定する。
降伏強度YS、引張強さTS及び一様伸びUEを、2009年10月に発行されたISO規格ISO 6892-1に従って測定する。
鋼の相対密度を決定するために、鋼試料の体積を片側にヘリウムを用いたガス置換ピクノメトリーによって測定し、その対応する質量を別の側で測定する。次いで、g/cm3で表されるこの鋼の体積比当たりの質量を算出し、さらに1g/cm3に相当する、4℃における水の体積比当たりの質量で割る。結果の値(単位なし)は、鋼の相対密度である。
実施例は、本発明による鋼板が、それらの特定の組成及び微細組織のおかげで、全ての標的特性を示す唯一のものであることを示す。
Claims (14)
- 低密度冷間圧延焼鈍鋼板であって、重量で、以下、すなわち、
0.12%≦炭素0.25%、
3%≦マンガン≦10%、
3.5%≦アルミニウム≦6.5%、
0%≦リン≦0.1%、
0%≦硫黄≦0.03%、
0%≦窒素≦0.1%、
及び任意に以下の元素、すなわち、
0%≦ケイ素≦2%、
0.01%≦ニオブ≦0.03%、
0.01%≦チタン≦0.2%、
0%≦モリブデン≦0.5%、
0%≦クロム≦0.6%、
0.01%≦銅≦2.0%、
0.01%≦ニッケル≦3.0%、
0%≦カルシウム≦0.005%、
0%≦ホウ素≦0.01%、
0%≦マグネシウム≦0.005%、
0%≦ジルコニウム≦0.005%、
0%≦セリウム≦0.1%
の1種以上を含み、残余は鉄及び不可避の不純物を含み、該鋼板は、面積分率で、60%~90%のデルタフェライト、0.6~2ミクロンの間の平均粒径を有する8%~30%の残留オーステナイト、0.6~1.85ミクロンの間の平均粒径を有する1.0%~10%のアルファ-フェライト、xが厳密に1より小さい0%~2%のカッパ析出物(Fe,Mn)3AlCxを含む微細組織を有する、低密度冷間圧延焼鈍鋼板。 - 炭素の含有率が0.13%~0.2%の間に含まれる、請求項1に記載の鋼板。
- マンガンの含有率が4%~9%の間に含まれる、請求項1又は2に記載の鋼板。
- 残留オーステナイトの含有率が9~29%の間である、請求項1~3のいずれか一項に記載の鋼板。
- カッパ析出物の含有率が0%~1%の間である、請求項1~4のいずれか一項に記載の鋼板。
- アルファ-フェライトの含有率が2%~10%の間であり、0.6~1.2ミクロンの間の平均粒径を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の鋼板。
- 金属皮膜で覆われている、請求項1~6のいずれか一項に記載の鋼板。
- 鋼板の製造方法であって、以下のステップ
- 請求項1~3に記載の組成のスラブを供給するステップ、
- かかるスラブを1000℃を超える温度で再加熱し、これを少なくとも750℃の最終圧延温度で熱間圧延するステップ、
- 熱間圧延鋼板を720℃未満の温度で巻き取るステップ、
- 該熱間圧延板を冷却するステップ、
- 該熱間圧延鋼板を酸洗いするステップ、
- 該熱間圧延鋼板を30%~90%の圧下率で冷間圧延し、冷間圧延鋼板を得るステップ、
- 冷間圧延鋼板を室温から840℃~1000℃の焼鈍温度まで、少なくとも1℃/秒の加熱速度で加熱することにより該冷間圧延鋼板を焼鈍するステップ、
- 次いで、1000秒未満の間焼鈍を行うステップ、
- 冷間圧延鋼板を480℃~室温までの冷却停止温度まで少なくとも3℃/秒の冷却速度で冷却し、任意に冷間圧延鋼板を100℃~480℃の間に1~200秒間保持するステップ、
- その後、冷間圧延鋼板を室温まで冷却して、低密度冷間圧延焼鈍鋼板を得るステップ
を含む方法。 - 前記焼鈍温度が850℃~975℃の間に含まれる、請求項8に記載の方法。
- 前記巻取温度が350℃~720℃の間に含まれる、請求項8又は9に記載の方法。
- 前記焼鈍の保持時間が600秒未満である、請求項8~10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記焼鈍の加熱速度が3℃/秒より大きい、請求項8~11のいずれか一項に記載の方法。
- 最終被覆ステップをさらに含む、請求項8~12のいずれか一項に記載の方法。
- 車両の構造部品又は安全部品の製造のための請求項1~7のいずれか一項に記載の鋼板又は請求項8~14のいずれか一項に記載の方法により得られる鋼板の使用。
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