JP5897713B2 - 器具を用いた熱間成形および／または焼入れの後に析出によって硬化し、非常に高い強度および延性を有する圧延鋼ならびにこの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に器具内での熱間打抜きおよび／または焼入れ、その後の熱硬化処理後に高い強度および優れた成形性の機械的特性を有する圧延鋼部品の製作に関する。

この強い素材の提供は、温室効果ガス排出の削減や、ますます厳しい自動車の安全基準、燃料価格に対する緊急の要求に応えるものである。これら３つの制約によって、陸上用モータビークル（ｌａｎｄ ｍｏｔｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅ）の設計者やメーカーは、構造物の機械的強度を維持し、さらには向上させながら部品の厚さを薄くして車両の重量を減らすために、機械的強度がいっそう高い鋼を車体に使用することを迫られている。中柱やバンパー・クロスバー、侵入防止部品、および他の安全部品は、これらの部品の主要な機能を果たすための高い機械的強度と、当該部品をシェーピングするために十分な成形性を必要とする部品の例である。

高いレベルの機械的強度を持つ鋼のシェーピングには、母相オーステナイトの生成、オーステナイトのベイナイトおよび／またはマルテンサイトへの変態、ならびに場合により最終的な部品の所期の機能的挙動に応じた機械的特性の調整、特にさまざまな熱処理または加工熱処理によるマルテンサイトの硬さの調整からなる周知の手順が必要である。

マルテンサイトの機械的挙動は、特に炭素含有量に関係する。マルテンサイト中の炭素量が多いほど、マルテンサイトはより硬くなるであろう。

Ｇ．Ｋｒａｕｓｓ著，「Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｉｎ ｓｔｅｅｌ：Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」（「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」，Ａ２７３−２７５（１９９９），ｐ．４０−５７に掲載）と題する論文には、炭素含有量とマルテンサイトの硬さとの関連、つまり炭素含有量の重量パーセントの平方根と準線形の関係があることが示されている。１５００ＭＰａを大幅に超える機械的強度は、炭素含有量の増量と固溶体硬化または析出硬化を促進するさまざまな元素の添加とを組み合わせることにより達成することができる。しかし、このように高い強度を持つ材料の延性は、構造部品を成形するとなると重大であり、従って現在知られている最適な組み合わせは、高温時に実施可能な成形加工によって部品成形後の高い強度レベルを得る方法で構成される。成形前の強度が低く、従って延性が改善されて成形が容易になることは非常に有利である。

前述の手法は、優れた熱処理特性を持つ非常に強度が高い鋼板に関する特許出願ＷＯ２００９１４５５６３に記載されており、この手法による鋼板には重量％でＣが０．２から０．５％、Ｓｉが０．０１から１．５％、Ｍｎが０．５から２．０％、Ｐが０．１％以下（しかし０％ではない。）、Ｓが０．０３％以下（しかし０％ではない。）、可溶性Ａｌが０．１％以下（しかし０％ではない。）、Ｎが０．０１から０．１％、およびＣｒが０．１％から２．０％含まれ、残りの部分は鉄と避けられない不純物とからなる。この鋼板の引張強度は、熱間成形前の測定で８００ＭＰａ以下である。鋼板は、引張強度が１８００ＭＰａ以上になるように熱間成形して急速に冷却される。

しかし、この特許出願に記載されている炭素の濃度（０．２％から０．５％）は現在、陸上用モータビークルのホワイトボティ、即ち組み立てられた構造物のスポット溶接において問題の原因になることが知られている。

また、特許出願ＷＯ２００１３６６９９は、析出硬化マルテンサイト系ステンレス鋼製品の組成および製作方法に関するもので、この組成には少なくとも０．５重量％のＣｒと少なくとも０．５重量％のＭｏが含まれ、これによってＣｒ、Ｎｉ、Ｆｅの合計は５０％を超える。得られるミクロ組織には、少なくとも５０％マルテンサイトが含まれ、この鋼に、さらに４２５から５２５℃の間のエージング処理を施して準結晶粒子の析出物を得る。この材料は、耐腐食性、高い強度、良好な靭性の要件を満たす。この発明の例は、弾性限界が１８２０ＭＰａ、全伸びが６．７％の鋼である。得られる材料が１８００ＭＰａの範囲の機械的強度を持つ非常に強いものの場合、複雑な部品はこのような高強度鋼板で形成することはできない。この理由は、高い強度の必然の結果として延性は相対的に低くなり、成形性を必要とする部品を巧みに加工する余地がほとんどなくなることが知られているからである。

国際公開第２００９／１４５５６３号 国際公開第２００１／３６６９９号

Ｇ．Ｋｒａｕｓｓ著，「Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｉｎ ｓｔｅｅｌ：Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」（「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」，Ａ２７３−２７５（１９９９），ｐ．４０−５７

従って本発明の目的は、工業的な条件の下で容易に溶接することができて、硬化熱処理の後に熱間打抜きを行う部品に高い機械的強度および延性特性を備える鋼を提供することにより、これらの課題を解決することである。これを達成するため、本発明の目的は、熱間打抜きおよび析出熱処理の後に、弾性限界１３００ＭＰａ以上および破断伸び４％以上を備える圧延鋼を提供することである。本発明の別の目的は、これらの特性を達成するために高価な合金元素を過度に加える必要をなくすことである。

本発明の枠内において、ブランクとは、鋼板を切断することにより得られる片を意味し、部品とは、鋼板またはブランクを打ち抜いた結果得られるものを意味する。

本発明の目的は、圧延鋼板またはブランクであり、この組成には、重量パーセントで表すと、Ｃ≦０．１％、０．５％≦Ｍｎ≦７％、０．５％≦Ｓｉ≦３．５％、０．５％＜Ｔｉ≦２％、２％＜Ｎｉ≦７％、Ａｌ≦０．１０％、Ｃｒ≦２％、Ｃｕ≦２％、Ｃｏ≦２％、Ｍｏ≦２％、Ｓ≦０．００５％、Ｐ≦０．０３％、Ｎｂ≦０．１％、Ｖ≦０．１％、Ｂ＜０．００５％、Ｎ≦０．００８％が含まれ、ケイ素およびチタンの含有量は次のようになり、
Ｓｉ＋Ｔｉ≧２．５％、およびＴｉ／Ｓｉ≧０．３
組成の残りの部分は、鉄および処理の結果生じる避けられない不純物からなる。

本発明の１つの好ましい実施形態において、圧延鋼板またはブランクは重量パーセントで表すと次の組成を備える。Ｃ≦０．０５０％、３％≦Ｍｎ≦５％、１．０％≦Ｓｉ≦３．０％、０．５％≦Ｔｉ≦１．５％、２．５％≦Ｎｉ≦３．５％、Ａｌ≦０．１０％、Ｃｒ≦１％、Ｃｕ≦０．０５％、Ｃｏ≦１％、Ｍｏ≦２％、Ｓ≦０．００５％、Ｐ≦０．０３％、Ｎｂ≦０．１％、Ｖ≦０．１％、Ｂ＜０．００５％、Ｎ≦０．００８％。また、ケイ素およびチタンの含有量は次のようになる。

Ｓｉ＋Ｔｉ≧２．５％、およびＴｉ／Ｓｉ≧０．３
組成の残りの部分は、鉄および処理の結果生じる避けられない不純物からなる。

本発明の別の目的は、本発明に記載された鋼板またはブランクから作られる部品であり、前記部品のミクロ組織はマルテンサイトを少なくとも９５％含み、Ｆｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物を含む。

本発明の１つの好ましい実施形態において、前記部品のＦｅ_２ＴｉＳｉ型金属間析出物の面積パーセントは１から５％である。

本発明の１つの好ましい実施形態において、析出物の平均半径は１から１０ナノメートルである。

１つの好ましい実施形態において、鋼部品の弾性限界は１３００ＭＰａ以上、破断伸びは４％以上である。

１つの好ましい実施形態において、前記鋼部品には亜鉛、亜鉛合金または亜鉛ベースの合金を含む被覆が含まれる。

本発明の１つの変種において、前記鋼部品にはアルミニウム、アルミニウム合金またはアルミニウムベースの合金を含む被覆が含まれる。

本発明の別の目的は、以下に示す連続するステップを含む鋼部品を製作するための方法である。

−上に示した組成を有する圧延鋼板を入手し、このミクロ組織は、面積パーセントで１％未満のＦｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物を含み、次いで圧延鋼板を切断して、場合により溶接が可能なブランクを得る。ブランクをさらに時間ｔ_γの間、炉内で温度Ｔ_γにして、圧延鋼板が完全にオーステナイト組織になるようにする。次いでブランクを場合により取り出して、温度Ｍｓより高い温度で熱間打抜きを行う。部品を次に、速度Ｖ_ｒｅｆ１で空気中で冷却または器具内で焼入れし、オーステナイト母組織から実質的にマルテンサイト化した組織を得る。従って、打抜き後の冷却はＭｓより低い温度になるであろう。「実質的にマルテンサイト化した」組織とは、マルテンサイトを少なくとも９５％含むことを意味する。最後に、Ｆｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物を面積パーセントで１％から５％析出させる熱処理を、温度Ｔ_ＯＡで時間ｔ_ＯＡの間さらに実施し、部品を硬化して本発明の枠内において特定される機械的特性を部品に与える。

本発明の別の目的は、圧延鋼板のミクロ組織が面積パーセントで少なくとも１％のＦｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物を含む、上の組成を有する圧延鋼板を入手し、次いで圧延鋼板を切断して、場合により溶接が可能なブランクを得る連続する段階を含む鋼部品を製作するための方法である。ブランクはさらに冷間打抜きを行い、部品または特定の最終的な部品のプリフォームを得る。次いで部品またはプリフォームを速度Ｖ_Ｃ１で炉内にて一定の温度Ｔ_γで時間ｔ_γの間再加熱して、完全なオーステナイト組織を得る。その後、場合により取り出して、さらに部品またはプリフォームに最終的な形状を与えるために熱間打抜きを行う。部品は次に、速度Ｖ_ｒｅｆ１で空気中で冷却または器具内で焼入れし、オーステナイト母組織から実質的にマルテンサイト化した組織を得る。従って、打抜き後の冷却はＭｓより低い温度になるであろう。最後に、Ｆｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物を面積パーセントで１％から５％析出させる熱処理を、温度Ｔ_ＯＡで時間ｔ_ＯＡの間さらに実施し、部品を硬化して本発明の枠内において特定される機械的特性を部品に与える。

１つの好ましい実施形態において、温度Ｔ_γは７００から１２００℃の間であり、特に８８０から９８０℃の間が好ましい。

保持時間ｔ_γは、６０から３６０秒の間が好ましい。

熱間打抜き後の冷却速度Ｖ_ｒｅｆ１（Ｔ_γからマルテンサイト変態温度Ｍ_ｓの間）は、１０℃／ｓから７０℃／ｓの間が好ましい。

１つの特定の実施形態において、金属間析出物を引き起こす熱処理は、部品を一定の速度Ｖ_ｃ２で保持温度Ｔ_ＯＡにｔ_ＯＡの間加熱し、次いで１℃／ｓを超える速度Ｖ_ｒｅｆ２で部品を冷却する段階を含み、部品に特定の機械的特性を与える。空気冷却が特に好ましい。

１つの好ましい実施形態において、保持温度Ｔ_ＯＡは４００から６００℃の間である。

１つの好ましい実施形態において、Ｔ_ＯＡでの保持時間ｔ_ＯＡは３０から６００分の間である。

本発明の別の目的は、本発明に記載された部品であり、この部品を、時間ｔ_ＯＡの間、温度Ｔ_ＯＡに加熱し、次いで亜鉛、亜鉛合金または亜鉛ベースの合金で被覆する。

本発明の別の目的は、本発明に記載された部品であり、この部品を、時間ｔ_ＯＡの間、温度Ｔ_ＯＡに加熱し、次いでアルミニウム、アルミニウム合金またはアルミニウムベースの合金で被覆する。

本発明の別の目的は、陸上用モータビークル用の構造部品または安全部品の製作のための本発明に記載された部品の使用である。侵入防止部品は、本発明の特定の目的である。

本発明の枠内における他の特性および利点は、次の添付図を場合により参照して以下でより詳細に説明する。

実施例の表３中の鋳造１、試験Ａにより作製された、本発明に記載の鋼の機械的挙動を示す２つの通常の引張強度曲線を示す。点線の曲線は、Ｔ_γ＝９５０℃、ｔ_γ＝１８０秒でオーステナイト化し、その後、Ｍ_ｓより低い周囲温度までＶ_ｒｅｆ１３０℃／ｓで冷却してから一軸引張力を受けたときの機械的挙動を示す。実線の曲線は、ナノメートルの範囲で金属間析出物の析出を引き起こす熱処理をＴ_ＯＡ＝５００℃、ｔ_ＯＡ＝１８０分間実施した後、一軸引張力を受けたときの機械的挙動を示す。 Ｖ_ｒｅｆ１３０℃／ｓで冷却後の完全にマルテンサイト化した中間ミクロ組織の写真を示す。また、この図は図１の点線の曲線に対応するミクロ組織を示す。 金属間析出物の析出を引き起こす熱処理後の本発明に記載された鋼のミクロ組織の写真を示す。写真の黒矢印は、Ｆｅ_２ＴｉＳｉ析出物を示している。また、この図は図１の実線の曲線に対応するミクロ組織を示す。

本発明に記載された鋼の化学組成について表示された量は、重量パーセントを意味する。

炭素含有量は０．１重量％以下でなければならない。この理由は、この限界値を超えると、本発明に記載された鋼のマトリックスを構成する低炭素マルテンサイトの靭性が低下し始めるためである。また、炭化チタン（ＴｉＣ）の生成を防ぐことが望ましく、この炭化チタンは成形性に対して悪影響があり、チタンを結びつける。マルテンサイトが脆化するリスクをできるだけ最大限に減らすために、炭素含有量を０．０５％に制限することが好ましい。

マンガン含有量は０．５から７％の間とする。この元素は脱酸の役目を果たし、固溶体の生成の結果生じるこの元素の硬化特性を利用して特定の機械的特性を達成する。一方、この元素の焼入性へのプラスの効果も利用して、母材のオーステナイトから、例えば空気冷却サイクルを用いてマルテンサイト組織を得る。従って、０．５％の最低含有量が本発明の枠内において推奨される。しかし、本発明の枠内においては７％の上限を設けて、周囲温度で材料が脆化するような挙動を防ぐ。本発明の目標に対して最適な結果を得るためには、３％の下限および５％の上限が守られることが好ましい。

ケイ素に関しては、目標の含有量は０．５から３．５％の間である。この元素には鋼の焼入性に対してプラスの効果があり、本発明の枠内においてＦｅ_２ＳｉＴｉ型の金属間析出物の微細な析出を促進するために用いる。金属間にＦｅ_２ＳｉＴｉ析出物を生成するのに十分な量のＳｉを得るためには最低濃度は０．５％必要である。しかし、ケイ素は脆性を引き起こすことが知られており、これにより圧延が難しくなり、さらに３．５％を上回ると圧延により破断することがあり、これは工業的な加工の妨げになる。Ｆｅ_２ＴｉＳｉの金属間析出物のサイズ、面密度および分布の点から最適な結果を得るために、ケイ素含有量は、好ましくは１．０％から３．０％（１．０％と３．０％を含む。）の間が推奨される。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｔｉ三元系のバランスをとるために、即ち本発明に記載されたＦｅ_２ＴｉＳｉ化合物の生成に有利な化学量論組成にするために、チタンの量は０．５から２％の間となる。十分に微細な金属間のＦｅ_２ＳｉＴｉ析出物を生成するために、最低０．５％のチタン含有量が必要である。しかし、２％の量を超えると、粗い炭化チタンが成形するリスクが大きくなりすぎるが、この理由は、この炭化チタンが成形性に不利な影響を及ぼし、チタンを結びつけるからである。従ってチタンの含有量は最大２％に指定されている。Ｆｅ_２ＴｉＳｉの金属間析出物のサイズ、面密度および分布の点から最適な結果を得るために、チタン含有量は、好ましくは０．５％から１．５％（０．５％と１．５％を含む。）の間が推奨される。

ニッケル含有量は２から７％の間にする。この元素により、オーステナイトの範囲のサイズを大きくし、耐腐食特性を改善し、材料の靭性を向上させることが可能になる。しかし、この元素の価格により、元素含有量を７％に制限する必要がある。２％を下回ると上述のプラスの効果は、やや小さくなる。本発明に記載された目標を達成するためには、ニッケルの含有量は２．５から３．５％の間が好ましいであろう。

本発明の文脈において、アルミニウムの含有量は０．１０％に制限される。鋼のマトリックス全体がオーステナイト化されるように、温度Ｔ_γに加熱している間に完全にオーステナイト化する必要があるが、アルミニウムは非常にアルファ生成しやすい元素として知られており、即ち完全なオーステナイトの範囲が達成される温度がアルミニウムによって高くなる傾向がある。大量のアルミニウムを含む鋼は鋳造が一段と難しいといった他の特性は、本発明において重大であり、このため、この主要な特性により、発明者らはアルミニウムの含有量を０．１０％に制限するよう促された。

クロム含有量は２％以下である。この元素は本発明の枠内において、焼入性への主要な効果によりマンガンを代替する高価な物質に、または追加の硬化元素になりうる。クロム含有量は１％に制限するのが好ましいであろう。

銅含有量は２％以下である。この元素もまた魅力的ではあるが高価なマンガンの代替品になりうる。しかしこの場合、表面割れのリスクが生じ、熱間鍛造特性に悪影響を及ぼす恐れがある。従って銅含有量は０．０５％に制限するのが好ましいであろう。

コバルト含有量は２％に制限される。構造部品の最終成形の後に行わなければならない金属間析出熱処理の長さは、靭性に対して同様にプラスの効果を有するこの元素を加えることにより短くすることができる。従って、コバルトは金属間析出物を硬化する析出反応速度を速めるために加えることができるが、この元素は高価であるため使用量は２％に制限され、またはさらに１％に制限される。

モリブデンの添加は本発明の枠内において２％に制限され、この理由は高価な元素であるためであるが、固溶体の強度の向上に寄与し、または焼入性に対してプラスの効果があるため、モリブデンも加えることができる。

ホウ素含有量は厳密に０．００５％未満でなければならず、この理由は、この濃度を超えると液体の段階でＴｉＢ_２を生成し、さらには窒化ホウ素すら生成するリスクがあるためである。この析出物の型はＦｅ_２ＴｉＳｉよりもはるかに硬化しにくいため、チタン部はもはや鋼を十分に硬化するために利用できなくなる。

窒素を含むことによる成形性への望ましくない効果によって粗い窒化チタンＴｉＮが生成するのを避けるため、窒素含有量は０．００８％に制限される。

ニオブやバナジウムなどのマイクロアロイ元素は、濃度を０．１％に制限して存在する。これらの元素は、機械的強度を改善する目的でオーステナイト結晶粒度を小さくするために用いることができる。しかし、これらの元素が析出する範囲は、冷却中のマルテンサイト変態の温度よりも高い温度にあるため、熱処理中の析出硬化には用いることができない。これらの元素を用いると打抜きの前ですら成形性が劣る硬い鋼になるリスクをおかす恐れがあるが、この理由は、割れが現れずに部品を打抜きできる性能を低下させるニオブベースおよびバナジウムベースの析出物を含むことになるからである。

硫黄やリンなどの元素は工業的な規模において不純物の水準に制限されるので、最大限度は０．００５％および０．０３％である。

本発明に記載された鋼板およびブランクのマトリックスは、実質的にマルテンサイト化している。このマルテンサイトの炭素濃度は公称濃度と等しく、本開示ではこれより低炭素マルテンサイトと呼ぶ。また、表面パーセントで最大５％の残留オーステナイトもミクロ組織内で許容される。

このマトリックスにはＦｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物が含まれる。本発明に記載された目標を達成するためには、析出熱処理の結果および以下で説明する組み合わせによって部品内に得られる、これらのＦｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物の特定のサイズ、密度および分布を備えることが必要である。

−ケイ素およびチタンの含有量の合計は、２．５重量％以上である。

−チタン含有量の比率は、重量でケイ素に対して０．３以上である。

本発明に記載された鋼板は、任意の適切な工程により作製することができる。しかし、本発明に記載された方法を用いることが好ましく、この方法は複数の段階を含む。

まず、鋼板または鋼板から切断されたブランクを入手するが、これらは本発明に記載された組成を備える。鋼板は、例えば液状の鋼を鋳造し、これを冷却後にスラブを製造することにより作製することができる。次いでスラブのあらゆる点で温度が一様になるために十分な時間で、１１００℃から１２７５℃の間の温度にスラブを再加熱する。再加熱し、スラブの温度が一様になった後、スラブを８９０℃以上の圧延機出口温度Ｔ_ｆｌで熱間圧延し、ここで温度の目標はＡｒ_３より高く、この理由は、圧延はオーステナイトの範囲で実施しなければならないためである。

この熱間圧延に続いて、本発明における重要な段階は、金属間析出物の不十分な析出を防ぐために、鋼を４００℃未満の巻取温度Ｔ_ｂｏｂまで冷却することを含む。Ｔ_ｂｏｂへの冷却速度Ｖ_ｂｏｂは、３０℃／ｓから１５０℃／ｓの間でなければならない。さらに鋼を場合により温度Ｔ_ｂｏｂから周囲温度まで空気中で冷却して巻き取る。

本発明の１つの変種において、ブランクはオーステナイト化および打抜きの前に他の鋼部材に溶接してさらに複雑な構造物を形成することができる。実際、用途に応じて部品の他の部分とは異なる機械的特性または厚さが必要かもしれない一定の領域を持つ部品があることが知られている。例えば、主に軽量化および効率化の目的で、特定の部品は異なる鋼で作られ、および／もしくは異なる厚さを備える可能性があり、または「仕立てたブランク（ｔａｉｌｏｒｅｄ ｂｌａｎｋｓ）」と呼ばれる形態、もしくはフレキシブル圧延で製造されたさまざまな厚さを備えるブランクの形態で組み立てられる可能性がある。溶接は、既存のあらゆる技術（レーザー溶接、アーク溶接、抵抗スポット溶接など）を用いて実施することができるが、各種厚さのブランクは、圧延機のロール間の隙間がさまざまな熱間圧延またはフレキシブルな冷間圧延が必要である。

本発明の別の変種において、鋼板またはブランクを加熱する前に、ブランクを冷間成形して最終的な部品の形状に部分的に近づけることができるか、または部品が、熱間打抜きを必要とする特定の問題がない場合、先に冷間成形することもできる。最後に、この冷間変形の段階はまた、その後に冷却を行う器具により適したプリフォームの製作を可能にし、この段階によって、器具と部品の間の接触をさらに良くすることができて、この結果、より均一およびより急速に冷却できる。また、この冷間成形の目的は、単に鋼の厚さをさらに薄くすることでもある。

加工におけるこれら２つの変種のステップはいずれも任意であり、組み合わせることもできるが、これらのステップに続いて、鋼板またはブランクは、熱処理炉内でオーステナイト化温度Ｔ_γと呼ばれ、Ａｃ３よりも高い温度まで加熱する。このパラメータＡｃ３は、材料のミクロ組織が完全にオーステナイト化し始める温度に対応する。オーステナイト化の焼なまし温度Ｔ_γは７００℃から１２００℃の間でなければならない。均質化を促進するために、鋼またはオーステナイトの範囲に加熱されるゾーンは、６０秒から３６０秒の時間ｔ_γの間、温度Ｔ_γに保持するのが好ましいであろう。主な目的はブランクの温度Ｔ_γを均一にすることなので、さらに長い時間は工業的な規模において経済的に無益であろう。オーステナイト化の焼なまし温度Ｔ_γは８８０℃から９８０℃の間が好ましいであろう。

従って、温度Ｔ_γまで時間ｔ_γの間加熱されるブランクまたは鋼板は、場合により炉から取り出し、さらに熱間成形して最終的な部品を得ることができる。すでに冷間プリフォームを製作している場合、さらに最終的な形状に型押しして、部品と冷却器具との接触をより良くする。

Ａｃ_３を超えて加熱した後に得られる母材のオーステナイトの平均粒度は、熱間打抜き前に３０μｍ未満であることが好ましい。

鋼は１０から７０℃／ｓの間で安定した機械的特性を示し、これによって冷却される部品の厚さに関わらず同じ冷却または焼入れ器具を使用することができるという工業上の利点がある。さらに、器具内で保持して冷却すると部品の幾何形状をより良く制御できる。

鋼板の移動をなくし、加熱直後の打抜きおよび炉内温度の均質化を可能にする技術は、工業的生産性の上で利点を表すものである。

この技術がない場合、ブランクを打抜き用のプレス機に移動した後、熱間打抜き器具によって、伝導による冷却も可能であり、冷却速度ならびに冷却の均一性は、鋼板の厚さ、温度Ｔｙ、炉と熱間成形器具間の移動時間および器具の冷却システムの関数である 。本発明に記載された鋼の焼入性は、空気中で冷却すれば、周囲温度で実質的にマルテンサイト化した組織を生成し、５％未満のオーステナイトを安定化するのに十分であるようなものである。このことは空気冷却速度よりも大きな速度で温度Ｍｓまで冷却すると実質的にマルテンサイト化した組織を生成することを示唆しており、このため、同質性を改善し、また工業的生産の実情を考慮するために７０℃／ｓの制限を設定している。さらに、器具内で保持して冷却することには、部品形状の制御を改善できる利点がある。マルテンサイト変態の開始温度は、Ｋ．Ｉｓｈｉｄａ著「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｌｌｏｙｓ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ．２２０」（１９９５），ｐ．１２６に掲載された式により計算する。

式中、含有量は重量パーセントで示している。

温度Ｍ_ｓ未満に冷却する速度は、Ｍｓ未満の温度への緩慢な冷却と共にマルテンサイトの硬さを低減しながら、マルテンサイトを焼き戻すことにより、マルテンサイトの機械的特性に影響を与えるであろう。冷却速度は、小さくとも空気中における冷却速度と等しくするとよい。Ｔ_ｉｎｔは、打抜き後の冷却を停止し、金属間析出熱処理ステップを開始する前の、Ｍｓ未満の温度である。

鋼板またはブランクに、さらに熱処理を施してＦｅ_２ＴｉＳｉの形態で硬化する金属間析出物の析出をナノメートルの範囲で促進する。この熱処理は、４００から６００℃の間の温度Ｔ_ＯＡで実施し、この温度幅は前述の析出物に対応する。この温度Ｔ_ＯＡで保持する時間ｔ_ＯＡの間は、３０から６００分の間とする。Ｍ_ｓ未満の温度まで部品を冷却する段階に続いて、周囲温度に達することなく直接、上述の熱処理を行うことができる。この硬化熱処理の利点は、熱間打抜きまたは冷間打抜きの後に実施し、また図１に点線の曲線で例示したように金属間析出前の機械的強度が１０００ＭＰａ未満であるという点である。これによって、打抜き前においても焼入組織を有する鋼よりも大きな延性を持たせることが可能になり、このため、複雑な部品を製造することができる。

従って、本発明に記載されたミクロ組織は、ラメラ構造を持つ島状に存在する低炭素マルテンサイト化したマトリックスを含み、この中にはさらに面積パーセントが１から５％の間で析出物の平均半径が１から１０ｎｍの間のＦｅ_２ＴｉＳｉ型の析出物がある。この平均半径の基準については、析出物を円に見立てて、この半径を測定する。

従って、形成された部品は、溶接によって異なるサイズ、形状、厚さおよび組成を備えた他の部材へと組み立てて、さらに大きく、より複雑な構造物を形成することができる。従って形成された部品は、特定の耐腐食特性または美観を備える必要がある場合、適切な被覆剤を用いて電気分解することにより、さらに浸漬被覆または被覆を施すことができる。

本発明によりもたらされる別の利益は、以下で説明する試験により実証されており、これらは非制限的な例として提示されている。

３種類の化学組成を鋳造したが、最初のものは本発明（鋼１）に対応し、他の２つ（鋼２および３）は参照用として用いた。この目的は、本発明によって本発明の目的を達成できることを実証することであり、弾性限界１３００ＭＰａ以上、ならびに破断伸び４％以上を達成できる安価なグレードである。鋼Ｎｏ．２はマルエージ鋼である。鋼Ｎｏ．３は、２２ＭｎＢ５と示される熱間打抜き用の鋼である。

表１には、鋳鋼品の化学組成を重量パーセントで示している。本発明に該当しない元素の含有量には下線を引いてある。

表２には、表１に示した化学組成におけるＳｉ＋Ｔｉの合計、Ｓｉ／Ｔｉの比およびマルテンサイト変態温度を示している。

これら３種類の組成物を鋳造して、さらに以下で説明する条件下で圧延を施すスラブを形成した。

−１２００℃へ４５分間再加熱。

−熱間圧延により圧延機出口温度９００℃で厚みを９０％減少。

−鋼を、圧延機の最終ロールからの出口で２００℃になるよう冷却。

−圧延機出口温度Ｔ_ｆｌ＝９００℃から巻取温度Ｔ_ｂｏｂ２００℃までの冷却速度は、１秒当たり１００℃であり、続いて空気中で冷却した。

−熱間圧延して酸化した鋼板を、化学的な酸洗工程を用いて周囲温度で酸洗いした。

−このとき、鋼板の厚さは冷間圧延により７０％減少した。得られた鋼板の厚さは０．８から２．４ｍｍの間であった。

このように得られた鋼板は、さらにブランクを得るために切断し、これらのブランクは、表３にまとめられている熱処理をさらに施した。表の列は、以下を示している。

−加熱速度：Ｖ_Ｃ１（℃／ｓ）
−オーステナイト化温度Ｔ_γ（℃）
−オーステナイト化時間ｔ_γ（秒）
−平均冷却速度Ｖ_ｒｅｆ１（℃／ｓ）
−冷却Ｖ_ｒｅｆ１を停止したときの温度Ｔ_ｉｎｔ
−析出熱処理Ｖ_Ｃ２（℃／ｓ）を実施するための第２の加熱
−析出保持温度Ｔ_ＯＡ（℃）
−析出保持時間ｔ_ＯＡ（分）
−最終空気冷却Ｖ_ｒｅｆ２

試験ＡおよびＢの鋼において、ブランクを９５０℃で５分間オーステナイト化した後、冷却Ｖｒｅｆ１の前に打ち抜いた。これにより中柱を形成し、本発明に記載された鋼の熱間打抜き能力を例証することができる。引き続いて、５００℃で３時間（１８０分）熱処理することにより、表４に例示した通り、鋼１、試験Ａから作られる部品において、１３００ＭＰａを超える弾性限界および４％を超える全伸びの水準を達成することができた。

試験Ａを施した鋼１の試験片を亜鉛合金で浸漬被覆し、これによってこの浴の組成は、Ａｌが０．２０８％、Ｆｅが０．０１４％、残余が亜鉛であった。従って、Ｆｅ_２Ａｌ_５（Ｚｎ）の境界層が形成され、この層は、浴の組成とほぼ同一の組成を有する亜鉛合金の層で覆われていた。得られた被覆は密着しており、被覆状態は良好であった。

本発明に従って設計された鋼の機械的な特性に関する追加の情報を提供するために、表４には、試験ＡからＥを実施したときに得られた機械的特性をまとめている。

試験Ｂは、破断伸びが不十分になるマルエージグレードを用いているため、本発明には従っていない。さらに、打抜きの前でさえ機械的強度が高く、よって打抜きにおける成形性が低下する。

鋳造３によって製造された鋼を用いて実施した試験Ｃでは、本発明に必要な機械的性能に対応しておらず、この理由は、この化学組成では弾性限界１５００ＭＰａを４％の全伸びと共に達成するのに必要な特定の技術特性をすべて備えることができないためである。炭素含有量が過剰であり、このケイ素およびチタンの含有量では、本発明に記載された硬化析出物を備えることができない。従って弾性限界は１３００ＭＰａを大幅に下回る。

試験ＤおよびＥでは、特定の範囲においてそれぞれＴ_ＯＡの下限（４００℃）および上限（６００℃）を対象としている。これらの温度のいずれも弾性限界の点で目標に達することができておらず、この理由はこの場合、マルテンサイトの焼き戻しの問題であり、記載された範囲での温度上昇がマルテンサイト組織の軟化につながる。

さらに本発明は場合により、電着によって浸漬被覆または被覆することができて、また硬化熱処理後に弾性限界が１３００ＭＰａ以上、破断伸びが４％以上になるような機械的性能を有する部品を作製することが可能になる。この熱処理により、最終的な部品、または、例えば仕立てたブランクの場合、熱処理を受ける対象になっている部分において、安定および特に優れた機械的特性が実現できる。

また、これらの部品は、非制限的な例を数例だけ挙げると、陸上用モータビークルの構造物用の安全部品、侵入防止部品または補強部品として有利に用いることができる。

これらの部品は、他の鋼との溶接、または本発明に記載された鋼のフレキシブル圧延、即ち、２つのロール間にさまざまな隙間を持つ圧延機での単一の鋼板の圧延の結果、さまざまな厚さを備えることができて、圧延の完了時には、この鋼板に少なくとも２種類の異なる厚さを備えることができる。

Claims (19)

1. 圧延鋼板またはブランクであって、化学組成には、重量パーセントで表すと、
   Ｃ≦０．１％
   ０．５％≦Ｍｎ≦７％
   ０．５％≦Ｓｉ≦３．５％
   ０．５％≦Ｔｉ≦２％
   ２％≦Ｎｉ≦７％
   Ａｌ≦０．１０％
   Ｓ≦０．００５％
   Ｐ≦０．０３％
   Ｎｂ≦０．１％
   Ｖ≦０．１％
   Ｂ＜０．００５％
   Ｎ≦０．００８％
   が含まれ、
   ケイ素およびチタンの配合量は、
   Ｓｉ＋Ｔｉ≧２．５％
   Ｔｉ／Ｓｉ≧０．３
   のようになり、組成の残りの部分は、鉄および処理の結果生じる避けられない不純物からなる、圧延鋼板またはブランク。
2. 請求項１に記載の圧延鋼板またはブランクであって、化学組成には、重量パーセントで表すと、
   Ｃ≦０．０５０％
   ３≦Ｍｎ≦５％
   １．０≦Ｓｉ≦３．０％
   ０．５≦Ｔｉ≦１．５％
   ２．５≦Ｎｉ≦３．５％
   Ａｌ≦０．１０％
   Ｓ≦０．００５％
   Ｐ≦０．０３％
   Ｎｂ≦０．１％
   Ｖ≦０．１％
   Ｂ＜０．００５％
   Ｎ≦０．００８％
   が含まれ、
   ケイ素およびチタンの配合量は、
   Ｓｉ＋Ｔｉ≧２．５％
   Ｔｉ／Ｓｉ≧０．３
   のようになり、組成の残りの部分は、鉄および処理の結果生じる避けられない不純物からなる、圧延鋼板またはブランク。
3. 鋼部品のミクロ組織が、マルテンサイトを少なくとも９５％含み、Ｆｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物を含む、請求項１または２に記載の鋼板またはブランクから作られる鋼部品。
4. 前記金属間析出物の面積パーセントが、１から５％の間である、請求項３に記載の鋼部品。
5. 前記金属間析出物の平均半径が、１から１０ｎｍの間である、請求項３または請求項４に記載の鋼部品。
6. 鋼部品の弾性限界が、１３００ＭＰａ以上であり、破断伸びが４％以上である、請求項３から５の一項に記載の鋼部品。
7. 亜鉛、亜鉛ベースの合金または亜鉛合金を含有する被覆を含む、請求項３から６のいずれかに記載の鋼部品。
8. アルミニウム、アルミニウムベースの合金またはアルミニウム合金を含有する被覆を含む、請求項３から６のいずれかに記載の鋼部品。
9. 鋼部品を製作するための方法であって、
   圧延鋼板のミクロ組織が、Ｆｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物を表面パーセントで１％未満含む、請求項１または２に記載の組成を有する圧延鋼板を入手する段階と、
   前記圧延鋼板を切断してブランクを得る段階と、
   前記ブランクを時間ｔ_γの間、炉内で温度Ｔ_γに加熱し、ブランクを完全なオーステナイト組織にする段階と、
   ブランクを温度Ｍｓよりも高い温度で器具内で打ち抜いて部品を得る段階と、
   前記部品を平均冷却速度Ｖ_ｒｅｆ１で温度Ｍｓを下回る温度まで冷却してマルテンサイト化したマトリックスを生成する段階と、次いで
   鋼部品を保持温度Ｔ_ＯＡまで保持時間ｔ_ＯＡの間加熱して、Ｆｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物を表面パーセントで１％から５％析出させることにより特定の機械的性能を鋼部品に与える段階と
   を含む、方法。
10. 鋼部品を製作するための方法であって、
    圧延鋼板のミクロ組織が、Ｆｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物を表面パーセントで１％未満含む、請求項１または２に記載の組成を有する圧延鋼板を入手する段階と、
    前記圧延鋼板を切断してブランクを得る段階と、
    前記ブランクを打ち抜く段階と、
    ブランクを時間ｔ_γの間、炉内で温度Ｔ_γに加熱し、ブランクを完全なオーステナイト組織にする段階と、
    前記ブランクを炉から取り出す段階と、
    前記ブランクを温度Ｍｓを上回る温度で器具内で打ち抜いて部品を得る段階と、
    前記部品を平均冷却速度Ｖ_ｒｅｆ１で温度Ｍｓを下回る温度まで冷却する段階と、
    鋼部品を保持温度Ｔ_ＯＡまで保持時間ｔ_ＯＡの間加熱して、Ｆｅ_２ＴｉＳｉ型の金属間析出物を表面パーセントで１％から５％析出させることにより特定の機械的性能を鋼部品に与える段階と
    を含む、方法。
11. 温度Ｔ_γが、７００から１２００℃の間である、請求項９または請求項１０に記載の製作方法。
12. 温度Ｔ_γが、８８０から９８０℃の間である、請求項１１に記載の製作方法。
13. 保持時間ｔ_γが、６０から３６０秒の間である、請求項９から１２のいずれかに記載の製作方法。
14. 平均冷却速度Ｖ_ｒｅｆ１が、１０から７０℃／ｓの間である、請求項９から１３のいずれかに記載の製作方法。
15. 保持時間ｔ_ＯＡが、４００から６００℃の間である、請求項９から１４のいずれかに記載の製作方法。
16. 保持時間ｔ_ＯＡが、３０から６００分の間である、請求項９から１５のいずれかに記載の製作方法。
17. 時間ｔ_ＯＡの間、温度Ｔ_ＯＡまで加熱された片を、次いで亜鉛、亜鉛合金または亜鉛ベースの合金で被覆する、請求項９から１６のいずれかに記載の製作方法。
18. 時間ｔ_ＯＡの間、温度Ｔ_ＯＡまで加熱された片を、次いでアルミニウム、アルミニウム合金またはアルミニウムベースの合金で被覆する、請求項９から１６のいずれかに記載の製作方法。
19. 陸上用モータビークル用の構造部品または安全部品の製作のための、請求項３から８のいずれかに記載の部品または請求項９から１８のいずれかに記載の通り製作された部品の利用。

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