JP2024528666A - 良好な耐残留オーステナイト分解性を有する自動車用途の高強度冷間圧延鋼ストリップ板 - Google Patents
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Abstract
本発明は、高強度冷間圧延鋼ストリップ又は板であって、0.15~0.25のC、0.3~0.5のSi、2.0~3.0のMn、0.5~1.0のA1、0.005~0.5のCrを含む鋼組成(wt%)と、熱的安定性θ>0、(ここでθ=68-500×C+4×Mn+60×A1-22×Siであり、C、Mn、Si、Alの含有率は重量%である)、及び機械的安定性(kp)5~35と、下記条件、すなわち引張強度(Rm)≧980MPa、及び任意には下記条件、すなわち降伏強度(Rp0.2)≧400MPa、降伏比(Rp0.2/Rm)≦0.65、全伸び(A25)≧10%を満たす機械特性と、残留オーステナイト(RA)≧8%を含む微細構造と、を有する高強度冷間圧延鋼ストリップ又は板に関する。本発明はまた、鋼ストリップ又は板を製造する方法、及び鋼板を含む自動車用構造部品に関する。
Description
本発明は、自動車用途に適した高強度冷間圧延鋼ストリップ又は板に関する。具体的には、本発明は、引張強度が少なくとも980MPaであり且つ良好な耐残留オーステナイト分解性を有する冷間圧延鋼ストリップ又は板に関する。
種々様々な用途において、強度レベルを高めることが、具体的には自動車産業における軽量構造のための前提条件である。それというのも車体質量を軽減する結果として燃費が低減されるからである。
車体部品はしばしば鋼板から打ち抜かれ、薄板の複雑構造部材を形成する。しかしながら、このような部品を従来の高強度鋼から製造することはできないのは、複雑な構造部品の成形性が非常に低いためである。このような理由から、多相変態誘起塑性鋼(TRIP鋼)が、特に車体構造部品において使用するために、近年多大な関心を集めている。
TRIP鋼は多相微細構造を有しており、この多相微細構造は準安定の残留オーステナイト相を含み、この準安定の残留オーステナイト相はTRIP効果を生み出すことができる。鋼が変形させられると、オーステナイトは変態してマルテンサイトになり、マルテンサイトは顕著な加工硬化をもたらす。この硬化効果は、材料中のネッキングに抵抗し、板成形作業の失敗を延期するように作用する。TRIP鋼のミクロ組織はその機械特性を大幅に変化させることができる。
問題は、最終焼鈍後に鋼を350~450℃でパーティショニングすると、残留オーステナイトが分解し得ることである。この問題を軽減するために、Si、Al、及びPとの合金化が、セメンタイト析出を抑制し、これによりオーステナイトを安定化すると示唆されている。
しかしながら、鋼はパーティショニング後、さらに高い温度(>450℃)に晒されることがある。例えば自動車の製造中、例えば溶融亜鉛めっき時、合金化溶融亜鉛めっき時、又は部品相互の溶接時に生じる。
したがって、高温(>450℃)時におけるより良好な耐残留オーステナイト分解性を有する鋼を提供する必要がある。
本発明は、980MPaを上回る引張強度を有する高強度(TRIP)鋼ストリップ又は板に関する。したがって本発明の鋼は、高温(>450℃)時における良好な耐残留オーステナイト分解性を有するように構成されている。本発明の目的は、特に深絞り作業に関与する自動車産業における構造部品、例えばフロントピラー及びセンターピラー、車両ドアフレーム補強材に加工し得る鋼組成物を提供することである。さらに、連続焼鈍ライン(Continuous Annealing Line)(CAL)又は溶融亜鉛めっきライン(Hot Dip Galvanizing Line)(HDG)又は合金化溶融亜鉛めっきライン(Galvannealing Line)において、産業規模で鋼ストリップ又は板を製造することが可能であるべきである。
本発明は特許請求の範囲に記載されている。
好ましい実施態様においては、下記合金化元素(wt%)からなる冷間圧延鋼ストリップ又は板:
C 0.15~0.25
Si 0.3~0.5
Mn 2.0~3.0
A1 0.5~1.0
Cr 0.005~0.5
Nb ≦ 0.1
Ti ≦ 0.1
N ≦ 0.05
Mo ≦ 0.5
B ≦ 0.01
V ≦ 0.2
P ≦ 0.05
Ca ≦ 0.05
Cu ≦ 0.1
Ni ≦ 0.2
O ≦ 0.0003
H ≦ 0.0020
残部は鉄及び不純物。
C 0.15~0.25
Si 0.3~0.5
Mn 2.0~3.0
A1 0.5~1.0
Cr 0.005~0.5
Nb ≦ 0.1
Ti ≦ 0.1
N ≦ 0.05
Mo ≦ 0.5
B ≦ 0.01
V ≦ 0.2
P ≦ 0.05
Ca ≦ 0.05
Cu ≦ 0.1
Ni ≦ 0.2
O ≦ 0.0003
H ≦ 0.0020
残部は鉄及び不純物。
個別の元素の重要性、及びこれらの相互作用、並びに特許請求の範囲に記載された合金の化学組成の制限を以下に簡単に説明する。鋼の化学組成のすべてのパーセンテージは、明細書全体を通して重量%(wt%)で示される。硬質相の量は体積%(vol%)で示される。個々の元素の上限及び下限は、特許請求の範囲に設定された限度内で自由に組み合わせることができる。数値の算術的精度は、本出願において示されたすべての値に関して1桁又は2桁だけ増大させることができる。したがって、例えば0.1%として示された値は、0.10又は0.100%と表現することもできる。
C:0.15~0.25%
Cはオーステナイトを安定化し、そして残留オーステナイト相内部に十分な炭素を得るのに重要である。Cはまた、所望の強度レベルを得るのに重要である。一般的に、0.1%C当たり100MPaオーダーの引張強度の増大を期待し得る。Cが0.15%未満である場合、980MPaの引張強度を達成することは難しい。Cが0.25%を超えると、溶接可能性が妨げられる。上限はこのように0.25、0.24、0.23、0.22、0.21又は0.20%であってよい。下限は0.15、0.16又は0.17%であってよい。好ましい範囲は0.15~0.25%である。
Cはオーステナイトを安定化し、そして残留オーステナイト相内部に十分な炭素を得るのに重要である。Cはまた、所望の強度レベルを得るのに重要である。一般的に、0.1%C当たり100MPaオーダーの引張強度の増大を期待し得る。Cが0.15%未満である場合、980MPaの引張強度を達成することは難しい。Cが0.25%を超えると、溶接可能性が妨げられる。上限はこのように0.25、0.24、0.23、0.22、0.21又は0.20%であってよい。下限は0.15、0.16又は0.17%であってよい。好ましい範囲は0.15~0.25%である。
Si:0.3~0.5%
Siは、固溶体強化元素として作用し、薄い鋼板の強度を確保するのに重要である。Siはセメンタイト析出を抑制し、オーステナイト安定化のために使用されている。しかしながら、含有率が過度に高いと、ストリップ表面上に過度に多量の酸化ケイ素が形成される。このことはCAL又はHDGにおけるロール上のクラッディング、及び続いて製造される鋼板上の表面欠陥を招くおそれがある。冷間圧延後、これらの酸化物は亜鉛めっきの望まれない問題を引き起こすこともある。さらに過度に高いSi含有率は、製造プロセスの後段、例えば溶融亜鉛めっき作業及び合金化溶融亜鉛めっき作業、あるいは、製造後の作業、例えば溶接において高温(>450℃)時に、RA安定性を低下させるおそれがある。さらに、Si含有率が>0.5%であると、溶接中に液体金属脆性(LME)を引き起こし得る。したがって上限は0.5%であり、0.49、0.48又は0.47%に限定されてよい。下限は0.3%であり、0.31、0.32、0.33、0.34又は0.35に限定されてよい。好ましい範囲は0.3~0.5%である。
Siは、固溶体強化元素として作用し、薄い鋼板の強度を確保するのに重要である。Siはセメンタイト析出を抑制し、オーステナイト安定化のために使用されている。しかしながら、含有率が過度に高いと、ストリップ表面上に過度に多量の酸化ケイ素が形成される。このことはCAL又はHDGにおけるロール上のクラッディング、及び続いて製造される鋼板上の表面欠陥を招くおそれがある。冷間圧延後、これらの酸化物は亜鉛めっきの望まれない問題を引き起こすこともある。さらに過度に高いSi含有率は、製造プロセスの後段、例えば溶融亜鉛めっき作業及び合金化溶融亜鉛めっき作業、あるいは、製造後の作業、例えば溶接において高温(>450℃)時に、RA安定性を低下させるおそれがある。さらに、Si含有率が>0.5%であると、溶接中に液体金属脆性(LME)を引き起こし得る。したがって上限は0.5%であり、0.49、0.48又は0.47%に限定されてよい。下限は0.3%であり、0.31、0.32、0.33、0.34又は0.35に限定されてよい。好ましい範囲は0.3~0.5%である。
Mn:2.0~3.0%
マンガンは固溶体強化元素である。固溶体強化元素は、Ms温度を低下させることによってオーステナイトを安定化し、フェライト及びパーライトが冷却中に形成されるのを防止する。加えて、MnはAc3温度を低下させ、そして、特に高温(>450℃)時のオーステナイト安定性にとって重要である。含有率が2.0%未満である場合、所望の残留オーステナイト量、980MPaの引張強度を得ることは困難となるおそれがあり、そしてオーステナイト化温度は、従来の工業用焼鈍ラインにとっては、あまりにも高いことがある。加えて、含有率が低いと、ポリゴナルフェライトの形成を回避することが難しい場合がある。しかしながら、Mnの量が5.0%よりも高いと、偏析の問題が生じることがある。なぜならば、Mnは液相で蓄積し、バンディングを引き起こし、その結果、潜在的に加工性を劣化させる。したがって、上限は、3.0、2.9、2.8、2.7、2.6又は2.5%であってよい。下限は2.0、2.1、2.2又は2.3%であってよい。好ましい範囲は2.0~3.0%である。
マンガンは固溶体強化元素である。固溶体強化元素は、Ms温度を低下させることによってオーステナイトを安定化し、フェライト及びパーライトが冷却中に形成されるのを防止する。加えて、MnはAc3温度を低下させ、そして、特に高温(>450℃)時のオーステナイト安定性にとって重要である。含有率が2.0%未満である場合、所望の残留オーステナイト量、980MPaの引張強度を得ることは困難となるおそれがあり、そしてオーステナイト化温度は、従来の工業用焼鈍ラインにとっては、あまりにも高いことがある。加えて、含有率が低いと、ポリゴナルフェライトの形成を回避することが難しい場合がある。しかしながら、Mnの量が5.0%よりも高いと、偏析の問題が生じることがある。なぜならば、Mnは液相で蓄積し、バンディングを引き起こし、その結果、潜在的に加工性を劣化させる。したがって、上限は、3.0、2.9、2.8、2.7、2.6又は2.5%であってよい。下限は2.0、2.1、2.2又は2.3%であってよい。好ましい範囲は2.0~3.0%である。
Al:0.5~1.0%
Alはフェライト形成を促進し、そしてまた脱酸剤として一般に使用される。Alはセメンタイト析出を抑制し、オーステナイト安定化のために使用されている。Alは、高温(>450℃)時のRA安定性にとって有益であることが判っている。Alの添加は、被覆性に不都合な影響を及ぼさない。より多量のAlの欠点は、Al含有率の増大に伴ってMs温度及びAc3温度が上昇することである。したがって上限は1.0%であり、0.9、0.8又は0.75%に限定されてよい。下限は0.5%であり、そしてさらに0.6又は0.7%に限定されてよい。好ましい範囲は0.5~1.0%である。
Alはフェライト形成を促進し、そしてまた脱酸剤として一般に使用される。Alはセメンタイト析出を抑制し、オーステナイト安定化のために使用されている。Alは、高温(>450℃)時のRA安定性にとって有益であることが判っている。Alの添加は、被覆性に不都合な影響を及ぼさない。より多量のAlの欠点は、Al含有率の増大に伴ってMs温度及びAc3温度が上昇することである。したがって上限は1.0%であり、0.9、0.8又は0.75%に限定されてよい。下限は0.5%であり、そしてさらに0.6又は0.7%に限定されてよい。好ましい範囲は0.5~1.0%である。
Cr:0.005~0.5%
Crは鋼板の強度を高める上で効果的である。Crは、フェライトを形成し、パーライト及びベイナイトの形成を遅らせる元素である。Ac3温度及びMs温度は、Cr含有率が増大するのに伴って僅かにしか低下しない。Crは結果として、安定化された残留オーステナイトの量を増大させる。Cr量は0.5%に限定される。上限は0.45、0.40、0.35、0.30又は0.25%に限定されてよい。下限は0.005%であり、そしてさらに0.01、0.05、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14又は0.15%に限定されてよい。
Crは鋼板の強度を高める上で効果的である。Crは、フェライトを形成し、パーライト及びベイナイトの形成を遅らせる元素である。Ac3温度及びMs温度は、Cr含有率が増大するのに伴って僅かにしか低下しない。Crは結果として、安定化された残留オーステナイトの量を増大させる。Cr量は0.5%に限定される。上限は0.45、0.40、0.35、0.30又は0.25%に限定されてよい。下限は0.005%であり、そしてさらに0.01、0.05、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14又は0.15%に限定されてよい。
Nb:≦0.1%
Nbは一般に、粒径に影響を与えるという理由から、強度及び靭性を改善するために低合金鋼内に使用される。Nbは、NbCの析出に起因して、マトリックスミクロ組織と残留オーステナイト相とを微細化することにより、強度-伸びのバランスを高める。鋼はNbを≦0.1%の量で含有してよい。Nbの意図的な添加は、本発明によれば必要でない。したがって上限は≦0.03%に限定されてよい。上限はさらに0.01又は0.004%に限定されてもよい。
Nbは一般に、粒径に影響を与えるという理由から、強度及び靭性を改善するために低合金鋼内に使用される。Nbは、NbCの析出に起因して、マトリックスミクロ組織と残留オーステナイト相とを微細化することにより、強度-伸びのバランスを高める。鋼はNbを≦0.1%の量で含有してよい。Nbの意図的な添加は、本発明によれば必要でない。したがって上限は≦0.03%に限定されてよい。上限はさらに0.01又は0.004%に限定されてもよい。
Mo≦0.5%
モリブデンは強度を改善するために添加することができる。これは炭化物粗大化キネティクスを低減することにより、NbC析出物の利点をさらに向上させ得る。鋼はMoを≦0.5%の量で含有することができる。上限は0.4、0.3、0.2、0.1又は0.05%に限定されてよい。Moの意図的な添加は、本発明によれば必要でない。したがって上限は0.03、0.02又は0.01%にさらに限定されてよい。
モリブデンは強度を改善するために添加することができる。これは炭化物粗大化キネティクスを低減することにより、NbC析出物の利点をさらに向上させ得る。鋼はMoを≦0.5%の量で含有することができる。上限は0.4、0.3、0.2、0.1又は0.05%に限定されてよい。Moの意図的な添加は、本発明によれば必要でない。したがって上限は0.03、0.02又は0.01%にさらに限定されてよい。
V:≦0.2%
Vの機能は、析出硬化及び粒微細化に関与するという点においてNbの機能と類似している。鋼はVを≦0.2%の量で含有してよい。上限は0.15、0.10、0.05、0.03又は0.01%に限定されてよい。Vの意図的な添加は、本発明によれば必要でない。したがって上限は≦0.01%にさらに限定されてよい。
Vの機能は、析出硬化及び粒微細化に関与するという点においてNbの機能と類似している。鋼はVを≦0.2%の量で含有してよい。上限は0.15、0.10、0.05、0.03又は0.01%に限定されてよい。Vの意図的な添加は、本発明によれば必要でない。したがって上限は≦0.01%にさらに限定されてよい。
Ti:≦0.1%
Tiは一般に、炭化物、窒化物、又は炭窒化物を形成することにより粒径に影響を与えるという理由から、強度及び靭性を改善するために低合金鋼内に使用される。具体的には、Tiは強力な窒化物形成剤であり、鋼内の窒素を結合するために使用することができる。しかし、その効果は0.1%を上回ると飽和する傾向にある。上限は0.09、0.07、0.05、0.03又は0.01%に限定されてよい。Tiの意図的な添加は、本発明によれば必要でない。したがって上限は≦0.005%にさらに限定されてよい。
Tiは一般に、炭化物、窒化物、又は炭窒化物を形成することにより粒径に影響を与えるという理由から、強度及び靭性を改善するために低合金鋼内に使用される。具体的には、Tiは強力な窒化物形成剤であり、鋼内の窒素を結合するために使用することができる。しかし、その効果は0.1%を上回ると飽和する傾向にある。上限は0.09、0.07、0.05、0.03又は0.01%に限定されてよい。Tiの意図的な添加は、本発明によれば必要でない。したがって上限は≦0.005%にさらに限定されてよい。
Ca≦0.05
Caは非金属介在物の改質のために使用されてよい。上限は0.05%であり、そして0.04、0.03、0.01%に設定されてよい。Caの意図的な添加は、本発明によれば必要でない。したがって上限は≦0.004%に限定されてよい。
Caは非金属介在物の改質のために使用されてよい。上限は0.05%であり、そして0.04、0.03、0.01%に設定されてよい。Caの意図的な添加は、本発明によれば必要でない。したがって上限は≦0.004%に限定されてよい。
Cu:≦0.1%
Cuは、使用されるスクラップを注意深く選択することにより、≦0.1%に限定される望まれない不純物元素である。上限は≦0.06%に限定されてよい。
Cuは、使用されるスクラップを注意深く選択することにより、≦0.1%に限定される望まれない不純物元素である。上限は≦0.06%に限定されてよい。
Ni:≦0.2%
Niは、使用されるスクラップを注意深く選択することにより、≦0.2%に限定される望まれない不純物元素である。上限は≦0.08%に限定されてよい。
Niは、使用されるスクラップを注意深く選択することにより、≦0.2%に限定される望まれない不純物元素である。上限は≦0.08%に限定されてよい。
B:≦0.01%
Bは硬度を高めるが、しかし曲げ性を低下することを伴い、したがって本開示の鋼においては望ましくない。Bは、さらに」、スクラップ再利用をより難しくすることがあり、また、Bの添加は、加工性を劣化させるおそれもある。したがってBの意図的な添加は、本発明によれば望まれない。したがって上限は≦0.0006%に限定されてよい。
Bは硬度を高めるが、しかし曲げ性を低下することを伴い、したがって本開示の鋼においては望ましくない。Bは、さらに」、スクラップ再利用をより難しくすることがあり、また、Bの添加は、加工性を劣化させるおそれもある。したがってBの意図的な添加は、本発明によれば望まれない。したがって上限は≦0.0006%に限定されてよい。
他の不純物元素が鋼内に、通常発生する量で含まれていてよい。
Nが≦0.05%、好ましくは≦0.01%となるように窒素含有量を制御することも好ましい。好ましい範囲は0.001~0.008%である。この範囲内で、窒素の安定した固定を達成することができる。
酸素及び水素はさらに、
O: ≦0.0003
H: ≦0.0020
に限定することができる。
O: ≦0.0003
H: ≦0.0020
に限定することができる。
θ係数は、鋼の熱的安定性の指標であり、組成は下記条件を満足するべきである:
θ>0、
ここで、θ=68-500×%C+4×%Mn+60×%A1-22×%Siである。
負のθ係数は、耐残留オーステナイト分解性にとって不都合である。
θ>0、
ここで、θ=68-500×%C+4×%Mn+60×%A1-22×%Siである。
負のθ係数は、耐残留オーステナイト分解性にとって不都合である。
θの下限は5、10、15、20又は25であってよい。
ミクロ組織成分は、次のとおり、体積%(vol%)で表される。
鋼は焼戻しマルテンサイト(TM)及び/又はベイニティックフェライト(BF)のマトリックスを含む。総量は、マトリックス内に残留オーステナイト介在物が埋め込まれた状態で、TM+BF≧50%である。TM+BFの上限は90%であってよい。ポリゴナルフェライト及びフレッシュマルテンサイトはマトリックス内に存在してもよい。残留オーステナイト(RA)は、所望のTRIP効果を得るための前提条件である。残留オーステナイトの量は本発明にとって重要であり、≧8%、好ましくは10~20%であることが望ましい。上限は20、19、18、17、16又は15%であってよい。残留オーステナイトは、好ましくは大部分が針状である。残留オーステナイトの量は、Proc. Int. Conf. on TRIP-aided high strength ferrous alloys (2002), Ghent, Belgium, p.61-64に詳述された飽和磁気法によって測定される。
ポリゴナルフェライト(PF)は0~40%の範囲内にあってよい。上限は30、20、10、5又は1%であってよい。鋼はポリゴナルフェライト(PF)を含まなくてもよい。
フレッシュマルテンサイト(FM)は0~10%の範囲内にあってよい。上限は7、5、3又は1%であってよい。鋼はフレッシュマルテンサイト(FM)を含まなくてもよい。
ミクロ組織の比は、鋼板から試料を切り取り、圧延方向に対して垂直な板の断面を研磨することによって得ることができる。試料は測定のために板の厚さの1/4まで研削した。表面をエッチングすることにより、相を同定しやすくした。2000倍の倍率で走査電子顕微鏡(SEM)を用いてよい。
特許請求の範囲に記載された鋼の機械的性質は重要であり、下記要件の少なくとも一つが満たされるべきである。
降伏強度(Rp0.2)≧400MPa、好ましくは400~700MPa。
引張強度(Rm)≧980MPa、好ましくは980~1300MPa。
全伸び(A25)≧10%、好ましくは>12%
降伏比(Rp0.2/Rm)≦0.65
降伏強度(Rp0.2)≧400MPa、好ましくは400~700MPa。
引張強度(Rm)≧980MPa、好ましくは980~1300MPa。
全伸び(A25)≧10%、好ましくは>12%
降伏比(Rp0.2/Rm)≦0.65
好ましくは、これらすべての要件は同時に満たされる。
引張強度(Rm)の上限はさらに1260、1240、1220、1200、1180、1160、1140、1120又は1100MPaに限定することができる。
降伏強度(Rp0.2)の上限はさらに、680、660、640、620、600、580、560、540又は520Mpaに限定することができる。好ましい範囲は400~600Mpaである。
降伏比が低いほど、材料を冷間成形することをより容易にし、したがって降伏比は最大で0.65である。降伏比(Rp0.2/Rm)の上限はさらに、0.62、0.60、0.58、0.56、0.54、0.52又は0.50に限定することができる。下限は0.30、0.32、0.34、0.36、0.38又は0.40であってもよい。
Rm値、Rp0.2値並びに全伸び(A25)は、工業規格ISO6892-1に従って導出され、試料はストリップの長手方向で採取される。
機械的安定性(kp)は、残留オーステナイト(RA)の機械的安定性を表すパラメータである。kp値に影響を与える因子は、主としてカーボン富化を介したオーステナイトの化学組成、粒径(粒径が小さいほど、より安定なRAをもたらす)、RAの形態(RAが粗いほど、ラス状又は針状RAよりも安定性が低くなる)を含む。これらの理由から、鋼の化学組成、並びに熱処理パラメータは決定的である。
鋼の機械的安定性(kp)は、5~35、好ましくは10~35の範囲内にあるべきである。35を上回るkp値は、機械的荷重に対する残留オーステナイト(RA)の低い安定性を示す。kp値が過度に高いと、RAは(応力によって支援された)弾性負荷中に、又は極めて低い塑性歪み時に既に変態し、ひいては、鋼の加工硬化挙動を十分に増大させることはなく、高い伸びを可能にする。本発明は最適な安定性を目指す。示唆された範囲内のkp値は、機械的荷重に対するRAの安定性を改善し、そして耐残留オーステナイト分解性にとって有益である。具体的には、鋼は、残留オーステナイトの改善された安定のために、3~35のkp値と、正のθ係数(θ>0)とを有するべきである。機械的安定性(kp)は断続的な引張試験によって判定される。引張試料はある特定の歪みに変形させられる。この歪みは試験片の降伏とネッキング前との間にある。続いて、非変形状態及び変形済状態における残留オーステナイト含有率が判定される。
J. Iron Steel Inst. 1969, vol.207, pp.63において Ludwigson及びBergerによって提供された下記関係が適用される:
Vγ0・・・初期の残留オーステナイトの含有率
Vγ・・・変形後の残留オーステナイトの含有率
ε・・・真歪み
p・・・自己触媒効果に関連する定数
kp・・・残留オーステナイト安定性の指標
Vγ・・・変形後の残留オーステナイトの含有率
ε・・・真歪み
p・・・自己触媒効果に関連する定数
kp・・・残留オーステナイト安定性の指標
Matsumura他は、Scr. Metall. 1987, vol.21,pp.1301において、TRIPによって支援された鋼のpは1であると想定し得ると示唆した。したがって、kp値は、断続的な引張試験と残留オーステナイト測定との組み合わせから導出することができる。真歪みは、引張試験における元のゲージ長に対する瞬間ゲージ長の比の自然対数である。残留オーステナイト含有率は、飽和磁化測定によって判定することができる。初期の残留オーステナイトの含有率(Vγ0)は、最終熱処理製品で測定することができる。変形後の残留オーステナイトの含有率(Vγ)のための試料は、変形済引張試験片のゲージ長から取り出すべきである。
本発明の鋼ストリップ又は板の機械的性質は、合金組成とミクロ組織とによって大部分を調節することができる。ミクロ組織は、CALにおける熱処理によって、具体的にはパーティショニング工程における等温処理温度によって調節することができる。
本開示の鋼は下記工程によって製造することができる。
a)転炉精錬及び二次精錬によって、上記組成を有する鋼スラブを形成すること。
b)スラブをオーステナイト範囲で熱間圧延することにより、熱間圧延ストリップにする。好ましくは、1000℃~1280℃の温度までスラブを再加熱し、スラブをオーステナイト範囲で完全に圧延することにより行われる。850℃以上の熱間圧延完了温度で熱間圧延鋼ストリップを得る。
c)その後、熱間圧延ストリップを400~580℃の巻取り温度で巻き取る。
d)巻き取られたストリップを、その後、5~30時間にわたって500~650℃、好ましくは550~650℃の温度でバッチ焼鈍する。
e)任意には、巻き取られたストリップに、バッチ焼鈍の前又は後に、酸洗のようなスケール除去プロセスを施す。
f)その後、焼鈍された鋼ストリップを圧下率50%以上、好ましくは約50~70%の圧下率で冷間圧延する。冷間圧延されたストリップの厚さは、好ましくは0.9~2.0mmである。
a)転炉精錬及び二次精錬によって、上記組成を有する鋼スラブを形成すること。
b)スラブをオーステナイト範囲で熱間圧延することにより、熱間圧延ストリップにする。好ましくは、1000℃~1280℃の温度までスラブを再加熱し、スラブをオーステナイト範囲で完全に圧延することにより行われる。850℃以上の熱間圧延完了温度で熱間圧延鋼ストリップを得る。
c)その後、熱間圧延ストリップを400~580℃の巻取り温度で巻き取る。
d)巻き取られたストリップを、その後、5~30時間にわたって500~650℃、好ましくは550~650℃の温度でバッチ焼鈍する。
e)任意には、巻き取られたストリップに、バッチ焼鈍の前又は後に、酸洗のようなスケール除去プロセスを施す。
f)その後、焼鈍された鋼ストリップを圧下率50%以上、好ましくは約50~70%の圧下率で冷間圧延する。冷間圧延されたストリップの厚さは、好ましくは0.9~2.0mmである。
その後、冷間圧延されたストリップに、単独又は二重の焼鈍プロセスを施す。
単独の焼鈍プロセスの場合、冷間圧延されたストリップを、最終の連続焼鈍ライン(CAL)又は溶融亜鉛めっきライン(HDG)へ搬送する。図2は、最終の連続焼鈍ライン(CAL)の熱サイクルを示し、図3は、溶融亜鉛めっきライン(HDG)の熱サイクルを示し、そして、図4は、合金化溶融亜鉛めっきラインの熱サイクルを示す。
CALプロセスは下記工程を含む:
k)Ac1+(Ac3-Ac1)/3よりも高く、かつ1000℃未満である焼鈍温度TAまでストリップを加熱し、30秒を超える時間にわたって-40℃~+10℃の範囲内の露点で、ストリップを焼鈍すること;
l)200℃~400℃の焼入れ温度QTまでストリップを冷却することにより、ストリップを焼き入れすること。焼入れ速度は20~60℃/sであってよい;
m)250℃~450℃のパーティショニング温度PTまでストリップを加熱し、この温度で10秒~200秒のパーティショニング時間Ptにわたって、ストリップを維持すること、すなわち、パーティショニング工程;
n)ストリップを室温まで冷却しうること。冷却速度は5~60℃/sであってよい;そして
o)任意に、ストリップから板を形成すること。
k)Ac1+(Ac3-Ac1)/3よりも高く、かつ1000℃未満である焼鈍温度TAまでストリップを加熱し、30秒を超える時間にわたって-40℃~+10℃の範囲内の露点で、ストリップを焼鈍すること;
l)200℃~400℃の焼入れ温度QTまでストリップを冷却することにより、ストリップを焼き入れすること。焼入れ速度は20~60℃/sであってよい;
m)250℃~450℃のパーティショニング温度PTまでストリップを加熱し、この温度で10秒~200秒のパーティショニング時間Ptにわたって、ストリップを維持すること、すなわち、パーティショニング工程;
n)ストリップを室温まで冷却しうること。冷却速度は5~60℃/sであってよい;そして
o)任意に、ストリップから板を形成すること。
任意に、工程p)ストリップ又は板に、亜鉛電気めっき又は物理蒸着(PVD)を施すこと。
工程k)において、焼鈍温度TAは、好ましくは950℃未満、より好ましくは900℃未満である。
工程m)において、パーティショニング温度PTは、さらに350~450℃の範囲に限定されてよい。
工程m)において、焼入れ温度QTが350~400℃の範囲にあるときには、パーティショニング温度PTは、任意には、焼入れ温度QTと同じであってよい。工程l)及び/又は工程n)において、ストリップはガス焼き入れされてよい。さらに、工程n)の冷却速度は、20~60℃/sに限定されてよい。
溶融亜鉛めっきライン(HDG)は、最終CALプロセスと同様に処理されるが、パーティショニングの終わりにホットディップ被覆を含む(工程m)。ストリップは溶融亜鉛(主として亜鉛)中に約460℃で浸漬される。したがって、ホットディップ被覆中、温度は、450℃を上回るようになる。溶融亜鉛めっきライン(HDG)は、ホットディップ被覆を加えた状態のCALと同じラインであってよい。
合金化溶融亜鉛めっきラインは、ホットディップ被覆に続いてアニール工程を加えた状態の溶融亜鉛めっきライン(HDG)と同一である。すなわち、CALプロセスと同様に処理されるが、パーティショニングの終わりに合金化溶融亜鉛めっきを含む(工程m)。合金化溶融亜鉛めっきは、ZnFe被膜中に、より高濃度のFeを促進するため、約480~560℃の亜鉛めっきとアニール工程との組み合わせである。HDG後のアニール工程は、これをより見やすくするために、図4では誇張されている。実際にはその期間は秒の範囲にある。
二重の焼鈍プロセスにおいては、冷間圧延ストリップを、先ず、連続焼鈍ライン(CAL)へ搬送し、連続焼鈍ライン(CAL)は下記工程を含む:
g)Ac1+(Ac3-Ac1)/1.5よりも高く、かつ950℃未満である焼鈍温度TAまでストリップを加熱し、30秒を超える時間にわたって、-40℃~+10℃の範囲内の露点で、ストリップを焼鈍すること;
h)QT<350℃まで焼き入れすること。焼入れ速度は20~60℃/sであってよい;
i)QTを少なくとも10秒間にわたって維持すること;及び
j)ストリップを室温まで冷却すること。冷却速度は5~60℃/sであってよい。
g)Ac1+(Ac3-Ac1)/1.5よりも高く、かつ950℃未満である焼鈍温度TAまでストリップを加熱し、30秒を超える時間にわたって、-40℃~+10℃の範囲内の露点で、ストリップを焼鈍すること;
h)QT<350℃まで焼き入れすること。焼入れ速度は20~60℃/sであってよい;
i)QTを少なくとも10秒間にわたって維持すること;及び
j)ストリップを室温まで冷却すること。冷却速度は5~60℃/sであってよい。
工程g)及び/又は工程j)において、ストリップをガス焼き入れしてよい。さらに、工程j)における冷却速度は、20~60℃/sに限定されてよい。
ストリップに、その後、単独の焼鈍に関して説明したものと同じプロセスを施す。すなわち、ストリップは最終連続焼鈍ライン(CAL)を再び通過(若しくは第1CALラインに続く第2CALラインを通過して)、若しくは溶融亜鉛めっきライン(HDG)若しくは合金化溶融亜鉛めっきラインを通過する。
転炉精錬及び二次精錬による従来の冶金技術で、本発明の鋼I1~I3、及び参照鋼R1~R2を製造した。組成を表1に示す。Fe以外のさらなる元素は、不純物としてのみ存在し、本明細書中に指定された最低レベルを下回った。鋼I1~I3及びR1はすべて好ましい実施態様の組成範囲内にあり、これに対して、鋼R2は好ましい範囲を下回るAl含有率を有した。熱的安定性(θ係数)は、鋼I1~I3及びR1では正であるが、参照鋼R2では負である。
鋼合金のスラブを連続鋳造機で製造した。スラブを再加熱し、これらのスラブを厚さ2.8mmまで熱間圧延をした。熱間圧延完了温度は約900℃であり、巻取り温度は約500℃であった。熱間圧延したストリップを酸洗し、そして、15時間にわたって620℃でバッチ焼鈍することにより、熱間圧延したストリップの引張強度を低減し、これにより冷間圧延力を低減した。その後、ストリップを、5スタンド冷間圧延ミルで最終厚1.4mmまで冷間圧延した。
次いで、冷間圧延したストリップを、連続焼鈍ライン(CAL)内で焼鈍した。焼鈍サイクルは、焼鈍温度(表3)までの加熱と、150秒間にわたる完全オーステナイト化とで構成された。焼鈍したストリップを、その後、冷却速度50℃/sで、焼入れ温度まで急速に冷却した(表3)。焼き入れ後に、温度を加熱速度20℃/sでパーティショニング温度(表3)まで上昇させ、そして50℃/sで室温まで焼き入れする前にパーティショニング温度(表3)に保持した。
本発明にしたがって製造された鋼は、表4に示されているような優れた機械的性質を有し、これに対して、参照鋼R1及びR2は劣っていることが判った。
すべての鋼は、降伏強度が400MPaを上回り、引張強度が980MPaを上回る。降伏比は鋼I1~I3では0.65未満であり、R1は冷間成形を容易にする。参照鋼R2は降伏比要件を満足しなかった。全伸び(A25)は本発明の鋼及び参照鋼R2では10%超であったが、参照鋼R1に関しては2%にすぎなかった。
本発明の鋼及び参照鋼R2の機械的安定性(kp)は5~35の範囲内にあるのに対して、参照鋼R1の機械的安定性(kp)は所期範囲外の98であった。
ミクロ組織はすべての鋼に関して8%超の残留オーステナイト(RA)を含んだ。残留オーステナイトの安定性を試験するために、鋼試料を加熱速度20℃/sで560℃に加熱した。表から判るように、本発明の鋼が失った残留オーステナイトは、最大でも20%であり(鋼I3)、8%を上回る残留オーステナイト量を維持した。したがって、本発明の鋼は、良好な耐残留オーステナイト分解性を示した。
参照鋼R1及びR2は、それぞれ60%及び40%の残留オーステナイトを失い、そして両方とも所望最小量である8%を大きく下回った。したがって、所望の範囲外の機械的安定性(kp)を有する鋼(R1)は、残留オーステナイトの安定性の点で、本発明の鋼(I1~I3)よりも性能が劣り、負のθ係数を有する参照鋼R2も、残留オーステナイトの安定性に欠けていた。
YS、TS、YR、TE、kp、RA値はすべて、上に開示された方法又は規格にしたがって導出された。
本発明の材料は、特に深絞りに関与する自動車産業における構造部品、例えばフロントピラー及びセンターピラー、車両ドアフレーム補強材に幅広く適用することができる。
Claims (12)
- 下記を有する高強度冷間圧延鋼ストリップ又は板:
a)下記元素(wt%)からなる組成
C 0.15~0.25、
Si 0.3~0.5、
Mn 2.0~3.0、
A1 0.5~1.0、
Cr 0.005~0.5、
Nb ≦0.1、
Ti ≦0.1、
N ≦0.05、
Mo ≦0.5、
B ≦0.01、
V ≦0.2、
P ≦0.05、
Ca ≦0.05、
Cu ≦0.1、
Ni ≦0.2、
O ≦0.0003、
H ≦0.0020、並びに、
鉄及び不純物からなる残部;
b)熱的安定性θ>0、
機械的安定性(kp)5~35
ただし、θ=68-500×C+4×Mn+60×A1-22×Si、
C、Mn、Si、Alの含有率は重量%;
c)下記条件を満足する機械的性質
引張強度(Rm)≧980MPa、並びに
任意に、
降伏強度(Rp0.2)≧400MPa、
降伏比(Rp0.2/Rm)≦0.65、及び
全伸び(A25)≧10%好ましくは>12%
のうちの少なくとも一つ;
d)下記を含むミクロ組織
残留オーステナイト(RA)≧8%。 - 前記ミクロ組織が、下記要件(vol%)の少なくとも一つ、好ましくはすべてを満足する、請求項1に記載の高強度冷間圧延鋼ストリップ又は板:
残留オーステナイト 10~20
フレッシュマルテンサイト 0~10
ベイニティックフェライト及び焼戻しマルテンサイト 50~90
ポリゴナルフェライト 0~40。 - 前記ミクロ組織が下記を含む、請求項2に記載の高強度冷間圧延鋼ストリップ又は板:
残留オーステナイト 10~20
ベイニティックフェライト及び焼戻しマルテンサイト 50~90
フレッシュマルテンサイト ≦5
ポリゴナルフェライト ≦5。 - 前記降伏比が0.55未満である、請求項1~3のいずれか一項に記載の高強度冷間圧延鋼ストリップ又は板。
- Nb≦0.01である、請求項1~4のいずれか一項に記載の高強度冷間圧延鋼ストリップ又は板。
- Cr≧0.1である、請求項1~5のいずれか一項に記載の高強度冷間圧延鋼ストリップ又は板。
- 下記工程を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の高強度冷間圧延鋼ストリップ又は板の製造方法:
a)請求項1~6のいずれか一項に記載の組成を有する鋼スラブを準備すること、
b)前記スラブをオーステナイト領域で熱間圧延し、前記熱間圧延完了温度が850℃以上で、熱間圧延鋼ストリップを得ること、
c)前記熱間圧延ストリップを、400~580℃の巻き取り温度で巻き取ること、
d)5~30時間にわたって、500~650℃の温度でバッチ焼鈍すること、
e)任意に、前記巻き取られたストリップに、前記バッチ焼鈍の前又は後に、酸洗等、スケール除去プロセスを施すこと、
f)前記焼鈍された鋼ストリップを圧下率50%以上で冷間圧延すること;
任意には下記工程g)~j)
g)Ac1+(Ac3-Ac1)/1.5より高く、かつ950℃未満の焼鈍温度TAまで前記ストリップを加熱し、30秒を超える時間にわたって、-40℃~+10℃の範囲内の露点で、前記ストリップを焼鈍すること、
h)焼入れ温度QT<350℃まで前記ストリップを焼き入れすること、
i)前記焼入れ温度QTを、少なくとも10秒間にわたって維持すること、及び、
j)前記ストリップを室温まで冷却すること
k)Ac1+(Ac3-Ac1)/3よりも高く、かつ1000℃未満の焼鈍温度TAまで前記ストリップを加熱し、30秒を超える時間にわたって、-40℃~+10℃の範囲内の露点で、前記ストリップを焼鈍すること、
l)200℃~400℃の焼き入れ温度QTまで、前記ストリップを冷却することにより、前記ストリップを焼入れすること、
m)250℃~450℃のパーティショニング温度PTまで、前記ストリップを加熱し、この温度で10秒~200秒のパーティショニング時間Ptにわたって、前記ストリップを維持すること、すなわち、パーティショニング工程、及び
n)前記ストリップを室温まで冷却すること、
o)任意に、前記ストリップから板を形成すること。 - 工程m)が、パーティションの終了時に、ホットディップ被覆又は合金化溶融亜鉛めっき工程を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記焼き入れ温度QTが、350~400℃の範囲内であり、かつ、工程m)のパーティショニング温度PTが、工程lの焼入れ温度QTと同一である、請求項7~9のいずれか一項に記載の方法。
- 工程k)の前記焼鈍温度TAが、950℃未満、好ましくは900℃未満である、請求項7~10のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載の高強度冷間圧延鋼を備える自動車用構造部品。
- 前記構造部品が、自動車のフロントピラー、センターピラー、又は車両ドアフレーム補強材である、請求項11に記載の自動車用構造部品。
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