JP6636512B2 - 冷間圧延および再結晶焼鈍平鋼製品、ならびにそれを製造するための方法 - Google Patents

冷間圧延および再結晶焼鈍平鋼製品、ならびにそれを製造するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、フェライト微細組織を有する冷間圧延および再結晶焼鈍平鋼製品に関する。
この種の平鋼製品は、特に、そのような平鋼製品から成型される部品の成形性および視覚的外観に対して特に高い要求がなされる、自動車シャーシ構造の分野において使用される。
ここで、平鋼製品に言及する場合、これらは、鋼帯または鋼板等の圧延製品、ならびにそれらから得られるブランクおよびシートバーである。
本発明は、さらに、問題の種類の平鋼製品を製造する方法に関する。
合金の含量に関して数字が示されている場合、これらは、別段に指定されない限り、常に重量に関連する。一方、雰囲気の組成に関する数字は、別段に指定されない限り、常に問題となる体積に関連する。
シャーシ構造または同等の用途に意図される平鋼製品は、成形性および表面の印象(塗装性および塗料光沢)に関して存在する顧客特定の要求を満たすために、典型的には、規定された粗さおよび同様に規定されたピーク分布を特徴とする表面構造を備える。自動車産業部門からの対応する仕様の典型例は、1.1〜1.6μmの算術平均粗さ(以降省略して「粗さ」と呼ばれる)Raおよび少なくとも60 1/cmのピークカウントRPcである。粗さRaおよびピークカウントRPcは、Stahleisenprufblatt[鋼および鉄試験仕様書]SEP1940に従い、ISO3274によるスタイラス機器を用いて決定される。
最適な塗装性および最適な塗料光沢のために達成されるべき表面特性の決定のためのさらなる基準は、「うねり特性Wsa(1−5)」(以降省略して「Wsa」と呼ばれる)と呼ばれ、これは、Marciniakカップ試験による5%塑性伸びの後に、Stahl−Eisen−Prufblatt SEP1941:2012−05に従い決定される。Wsa値の典型的な要件は、0.35μmから0.40μmである。特に良好な塗料光沢は、0.35μm以下、特に0.30μm未満のWsa値で確立される。そのような低いWsa値を達成するためには、少なくとも75 1/cmのピークカウントRPcおよび0.9〜1.4μmの粗さRaが必要である。
冷間圧延平鋼製品の製造において、材料特性RaおよびRPcは、典型的には、再結晶焼鈍後の調質圧延により確立され、平鋼製品は、その最適な成形性を確保するために、冷間圧延後にこれを通過する。
「調質圧延」は、本明細書において、再結晶焼鈍後に実行される部分的圧延またはさらなる圧延を意味し、平鋼製品は約0.2%〜2.0%の低い変形を受け、これは、本明細書において、「調質加工率」と呼ばれる。調質加工率は、本明細書において、平鋼製品が調質圧延されるロールスタンドの上流側および下流側の、位置決定デバイスを備える偏向ローラの周速度の比較により決定される。調質加工率Dは、偏向ローラにより移動される距離(入口での移動距離s1、出口での移動距離s2)の差から得られ、D=[(s2−s1)/s1]*100として計算される。
「高ピークカウントRPc」および「高粗さRa」の要件の組合せは、根本的に複雑な製造タスクである。これは、ロールの増加する表面割れ(=粗さ)が、ロール表面上の波頂部間の距離を増加させ、したがって平鋼製品上に形成され得るピークの数を低減することから、高Ra値の達成に必要な高ロール粗さが、根本的に低いピークカウントRPcを伴うためである。複雑化させるさらなる要因は、乾式調質圧延の場合であっても、特定の場合において圧延されている平鋼製品へのロール表面上に存在するピークの転写において、約20%のピーク転写損失が記録されることである。
追加的な要因は、調質加工率Dが過度に高く選択されると、粗さRaが過度に高くなるという法則である。一方、調質加工率Dが過度に低く設定されると、特に幅広い帯寸法の場合、調質されない帯端部が形成され得る。それらの点では、RaおよびRPc値は過度に低い。
調質加工率Dはまた、鋼基板の機械的特性に関連して、所望により変更することができない。過度に低い調質加工率Dは、顕著な降伏強度を不十分に弱めるだけである。一方、過度に高い調質加工率Dは、強力すぎる低温固化により、補正不可能な様式で鋼基板の強度を過度に高くし得る。
製造される平鋼製品がより軟質で、より幅広く、またより薄くなるほど、調質圧延に対する要求は高くなる。「軟」鋼は、本明細書において、再結晶状態で、および調質圧延後に、180N/mm以下の降伏強度Rp0.2および340N/mm以下の引張強度Rmを有する鋼を意味する。この結果、実際には、自動車において典型的な寸法を有する問題の種類の平鋼製品は、現在、非常に高い複雑性を伴って初めて、所望の動作信頼性をもって製造され得る。特に重要な鋼は、最大150MPaの降伏強度Rp0.2および310MPa以下の引張強度Rmを有する鋼である。
この複雑性の程度を実際に制御可能とするための、および、最も厳しい要件にも適合する光沢を有する塗装のための最適な必要条件を提供する平鋼製品を製造するための、様々な提案が知られている。
その一例は、欧州特許第0234698号明細書から知られている、塗装に好適な鋼板を製造する方法である。この方法は、エネルギーのビームを用いて、調質ロールの表面に陥凹部の規則的パターンを生成することを想定している。処理される平鋼製品は、少なくとも1つが上に指定された様式で処理されている2つの加工ロールを用いて調質圧延される。調質圧延により達成された断面の低減は、加工ロールから鋼板の表面にパターンを転写するために、0.3%以上となるべきである。このようにして、0.3から3.0μmの範囲内の平均表面粗さRa、ならびに、平面状の上部表面を有する台形隆起領域、隆起領域を完全または部分的に包囲するように形成された溝様陥凹領域、および、陥凹領域の基部より高く、隆起領域の上部表面より低い、またはそれと同じ高さとなるように、陥凹領域の外側の隆起領域間に形成された平面状中央領域からなる、表面粗さを形成する微視的形態を有する鋼板が得られる。同時に、隆起部および陥凹部は、調質加工ロールに形成される陥凹部の直径を含むパラメータへの特定の幾何学的依存性を有する。
独国特許第3686816号明細書において、同等の提案がなされている。これもまた、冷間圧延平鋼製品の表面に、0.3〜2.0μmの表面粗さRaをもたらす均質な表面粗さパターンを導入することを提案している。
最後に、国際公開第2011/162135号は、薄型冷間圧延鋼板およびその製造方法を開示している。この鋼板は、重量%で、0.10%以下のC、0.05%以下のSi、0.1%〜1.0%のMn、0.05%以下のP、0.02%以下のS、0.02%〜0.10%のAlおよび0.005%未満のNを有し、残りはFeおよび不可避の不純物からなる鋼からなる。これらの特性を有する鋼板は焼鈍処理に供され、鋼板は、730〜850℃の焼鈍温度で少なくとも30秒間焼鈍され、次いで600℃以下の温度まで少なくとも5℃/秒の冷却速度で冷却される。その後得られた焼鈍冷間圧延平鋼製品は、主に、5〜30μmの平均結晶粒径を有するフェライトからなる微細組織を有する。最後に、平鋼製品は、2μm以下の表面粗さRaを有するロールを使用して調質圧延される。調質圧延により達成される延伸比率は、薄型冷間圧延焼鈍シートの平均結晶粒径の関数として設定される。
欧州特許第0234698号明細書 独国特許第3686816号明細書 国際公開第2011/162135号
上で説明された先行技術の背景に対して、本発明の目的は、経済的に実行可能で動作信頼性のある様式で製造され得る、最適化された成形性および優れた塗装特性を有する平鋼製品を特定することであった。
本発明の平鋼製品を製造する方法も同様に特定された。
平鋼製品に関連して、本発明は、請求項1に記載の特徴を有する平鋼製品により、この目的を達成した。
本発明の平鋼製品の動作信頼性のある製造を可能にする方法は、請求項5に特定される。
本発明の有利な構成は、従属請求項に特定され、本発明の一般概念と同様に以下で個々に説明される。
したがって、フェライト微細組織を有する本発明の冷間圧延および再結晶焼鈍平鋼製品は、以下の組成(重量%で):
C:0.0001%〜0.003%、
Si:0.001%〜0.025%、
Mn:0.05%〜0.20%、
P:0.001%〜0.015%、
Al:0.02%〜0.055%、
Ti:0.01%〜0.1%
を有し、残りは鉄および不可避の不純物である鋼からなり、鋼は、追加的に、以下の任意選択の合金元素:
Cr:0.001%〜0.05%、
V:最大0.005%、
Mo:最大0.015%、
N:0.001%〜0.004%
を含有してもよく、平鋼製品は、
最大180MPaの降伏強度Rp0.2、
最大340MPaの引張強度Rm、
少なくとも40%の破断時伸びA80、
少なくとも0.23のn値、
ならびに、その表面の少なくとも1つにおいて、
0.8〜1.6μmの算術平均粗さRa、
および、
少なくとも75 1/cmのピークカウントRPc
を有する。
この場合、平均粗さRaおよびピークカウントRPcを構成する、表面に形成される陥凹部およびピークは、確率的に分布している。
したがって、本発明の平鋼製品は、最大180MPa、特に150MPa未満の降伏強度Rp0.2、および最大340MPa、特に310MPa未満の引張強度Rmを有する軟鋼からなり、同時に、少なくとも40%の破断時伸びA80、高い伸びおよび少なくとも0.23の高いn値を有する。この特性の組合せにより、平鋼製品は、成形、特に深絞りに最適に適合される。
同時に、本発明の平鋼製品は、0.8〜1.6μmの算術平均粗さRaおよび少なくとも75 1/cmのピークカウントRPcを特徴とする表面特性を有し、これにより、最適化された塗料光沢を有する塗装への優れた好適性が平鋼製品に付与される。したがって、本発明の表面構造は、0.40μm以下、典型的には0.35μm以下、特に0.30μm未満のWsa値を確実に達成し、より具体的には、同時に本発明の平鋼製品は、最大1.0mmの厚さおよび少なくとも1000mmの幅の自動車用途に典型的な寸法の範囲内にある。
本発明の平鋼製品は、コーティングされていない状態、または金属保護層でコーティングされた状態で、成形および塗装への特有の好適性を有する。
そのような金属コーティングが提供される場合、電解コーティングにより施されるべきである。既知の電解法を使用することにより、本発明に従って調質圧延された鋼帯の表面構造が、金属コーティングでコーティングされた平鋼製品の表面で保存されることが確実となる。好適な金属保護層は、特に、亜鉛をベースとした電解により施された層である。
上述の種類の金属保護コーティングの代替として、またはそれに追加して、本発明の平鋼製品はまた、無機または有機コーティングでコーティングされてもよい。無機コーティングは、例えばリン酸化またはクロム化の形態の、除去プロセスにおいて典型的な不動態層を意味する。有機コーティングは、例えばCr(III)含有化合物をベースとした、除去プロセスにおいて典型的な厚い不動態化皮膜を意味する。ここで、それ自体同様に知られており、塗料接着、成形金型における摩擦特性等を改善するために典型的に使用されるコーティング組成物を使用することが可能である。
本発明の平鋼製品の本発明の特性を有する表面上に形成される表面テクスチャは、本発明の粗さ値Raおよび本発明のピークカウントRPcを決定付ける陥凹部およびピークの確率分布を特徴とする。
本発明により規定される確率論的表面テクスチャは、構成的特徴、例えば陥凹部の不規則統計分布を特徴とする不規則表面テクスチャであり、これは一方で、間隔、形状およびサイズの点で互いに対して変動し得る。一方、決定論的表面テクスチャは、同じ種類の構成的特徴の規則的分布を特徴とする規則的表面テクスチャである。
確率論的表面テクスチャ化は、油またはグリースを塗った状態での成形プロセス中の鋼表面とツールとの間の摩擦特性を最適化するための、本発明による目的である。ツールにより決定付けられる成形プロセスにおいて、特に深絞りまたは延伸絞りの場合、高い圧縮応力下で、潤滑剤が表面テクスチャのピークとトラフとの間に開いたマイクロチャネルを通って応力ゾーンから流出し得ることが、確率論的表面構造の特徴である。決定論的表面テクスチャのより高度に隔離された潤滑ポケットと比較して、このより微細なマイクロチャネルのメッシュは、成形プロセスにおいてツールと平鋼製品との間の接触が存在する表面エリア全体にわたる潤滑剤のより均質な分布を許容する。さらに、確率論的ベース構造は、必要に応じて本発明の平鋼製品に追加的に施され得る有機または金属コーティングの平滑化および接着特性を確実にする。
本発明の平鋼製品の本発明の表面の場合の粗さ値Raは、0.8μm以上となるべきであるが、これは、さもなくば滑らかすぎるためである。しかしながら、粗さ値Raはまた、1.6μm超となるべきではないが、これは、今度は最適化された成形特性を達成するには粗すぎるためである。動作信頼性のある様式で本発明の利点を利用することができるためには、0.9〜1.4μmの粗さ値Raが提供され得る。
ピークカウントRPcは、75毎cm未満となるべきではないが、これは、Wsa値に対する悪影響を有するためである。ピークカウントを少なくとも75 1/cmに固定することにより、本発明の平鋼製品のWsa値が0.40μmを超えて、特に0.35μmを超えて上昇せず、塗料系が最適な塗料光沢を達成することが確実となる。より高いピークカウントは、本発明の平鋼製品の本発明の特性を有する表面のさらに改善されたWsa値をもたらす。このようにして、0.30μm未満の本発明の平鋼製品のWsa値が達成され得る。本発明の特性を有する表面のピークカウントRPcが少なくとも75毎cmに固定された場合、0.40μm以下のWsa値が動作信頼性のある様式で達成される。本発明の特性を有する平鋼製品表面のピークカウントRPcが少なくとも80毎cmに固定された場合、0.35μm以下のWsa値が確立される。最後に、ピークカウントRPcに対して90毎cmの最小値が固定されることで、0.30μm未満のWsa値が確保され得る。
本発明の平鋼製品は、必須合金元素として、以下の条件でC、Si、Mn、P、AlおよびTiを含む。
本発明の平鋼製品のC含量は、0.0001重量%〜0.003重量%である。Cは、鋼溶融物中に不可避的に存在し、したがって、少なくとも0.0001重量%のC含量が、本発明の鋼中に常に検出され得る。しかしながら、0.003重量%を超えるC含量は、炭素の過度に高い強度寄与の結果、所望の成形能力を低下させる。これは、C含量を0.002重量%以下に低下させることにより確実に防止され得る。
Siは、0.001重量%〜0.025重量%の含量で本発明の平鋼製品中に存在する。Siもまた、鋼溶融物中に不可避的に存在する。しかしながら、0.025重量%の本発明の限度を超えるSi含量は、過度に高い強度寄与の結果、成形能力を低下させる。Siの存在の悪影響を回避するために、本発明の平鋼製品のSi含量は、0.015重量%以下に制限され得る。
Mnは、0.05重量%〜0.20重量%の含量で本発明の平鋼製品中に存在する。この範囲内のMn含量は、本発明の平鋼製品の成形能力に最適に寄与する。本発明により特定される範囲外のMn含量の場合、固溶体硬化に起因する過度に低いまたは過度に高い寄与がある。本発明の平鋼製品中のMnの存在の最適な影響は、Mn含量を0.15重量%以下に制限することにより確保され得る。
Pは、0.001重量%〜0.015重量%の含量で本発明の平鋼製品中に存在する。Pもまた、鋼溶融物中に不可避的に存在し、固溶体硬化に寄与する。しかしながら、本発明の限度を超えるP含量は、所望の成形能力を低下させ、所望の塗装結果に対する悪影響を示す。固溶体硬化に起因するPの存在のプラスの効果を利用すると同時に、悪影響を確実に排除するために、P含量は、0.012重量%以下に制限され得る。
Alは、0.02重量%〜0.055重量%の含量で本発明の平鋼製品中に存在する。鋼製造におけるAlは、鋼溶融物を脱酸素するように作用し、したがって、本発明の限度内で合金中に含まれる必要がある。しかしながら、本発明により想定されるAl含量の上限値を超えるAl含量は、所望の成形能力を低下させる。Al含量を0.03重量%以下に制限することにより、本発明の平鋼製品の合金中のAlのプラスの効果を最適な様式で利用することが可能である。
Tiは、0.01重量%〜0.1重量%の含量で本発明の平鋼製品中に存在する。Tiは、侵入型合金元素を結合させるように作用し、したがって析出硬化に寄与する。0.01重量%未満のTi含量の場合、侵入型合金元素はまだ結晶格子内に溶解した形態であり、所望の成形能力に対する悪影響を有する。0.1重量%を超えるTi含量は、成形能力を追加的に改善しない。Tiの存在のプラスの効果は、Ti含量が0.05重量%〜0.09重量%である場合に高い信頼性をもって利用され得る。
本発明の平鋼製品において常に存在する上述の合金元素と同様に、本発明の平鋼製品は、特定の特性を達成または確立するために、以下の合金元素を追加的に含有してもよい。
Crは、低含量の場合のCrの存在が、本発明の平鋼製品の機械的特性、特にその降伏強度および引張強度に対するプラスの効果を有するように、0.001重量%〜0.05重量%の含量で本発明の平鋼製品に添加されてもよい。しかしながら、本発明により想定される範囲を超えるCr含量は、所望の成形能力を低下させる。
同様にして、Vは、侵入型合金元素の結合、ひいては析出硬化に同様に寄与するために、鋼溶融物の合金に含まれてもよい。この目的のために、Vは、最大0.005重量%の含量で本発明の平鋼製品中に存在してもよい。
Moは、任意選択で、固溶体硬化に役立つために、最大0.015重量%の含量で本発明の平鋼製品中に存在してもよい。しかしながら、本発明の限度を超えるMo含量は、所望の成形能力を低下させる。
原則として、本発明の平鋼製品中のNの含量は、技術的に不可避の不純物として考慮され得る。しかしながら、0.001重量%〜0.004重量%の含量において、Nは、TiNの形成によって、析出硬化に追加的に役立ち得る。Nの割合が0.004重量%を超える場合、窒素が結晶格子中の固溶形態となり、低い深絞り性をもたらす顕著な降伏点を生じさせる危険性がある。したがって、存在してもよいN含量は、所望の成形特性を確保するために、0.003重量%以下に最適に制限される。
上述の合金元素、および本発明の鋼の主成分としての鉄だけでなく、本発明の平鋼製品中に技術的に不可避の不純物が存在し得る。これにはB、Cu、Nb、Ni、Sb、SnおよびSが含まれ、これらの割合は、合計して0.2重量%以下となるべきであり、Nb、BまたはSbが存在する場合、Sb含量は0.001重量%以下であり、Nb含量は0.002重量%以下であり、B含量は0.0005重量%以下であるという特定の条件がこれらの不純物に適用される。
本発明の特性を有する平鋼製品は、例えば本発明の製造様式により製造され得る。
この目的のために、本発明の平鋼製品を製造するための本発明の方法は、
a)フェライト微細組織を有する圧延硬化された冷間圧延平鋼製品であって、上記説明に従い、以下の組成(重量%で):
C:0.0001%〜0.003%、
Si:0.001%〜0.025%、
Mn:0.05%〜0.20%、
P:0.001%〜0.015%、
Al:0.02%〜0.055%、
Ti:0.01%〜0.1%、
を有し、残りは鉄および不可避の不純物である鋼からなり、鋼は、追加的に、以下の任意選択の合金元素:
Cr:0.001%〜0.05%
V:最大0.005%、
Mo:最大0.015%、
N:0.001%〜0.004%
を含有してもよい、圧延硬化された冷間圧延平鋼製品を提供する操作ステップと、
b)−10℃から−60℃の露点で、1体積%〜7体積%のHからなり、残りはNおよび不可避の不純物である焼鈍雰囲気下、焼鈍炉を通して連続運転で平鋼製品を熱処理する操作ステップであって、
平鋼製品は、再結晶焼鈍のために、
750〜860℃の保持温度T1まで加熱され、
30〜90秒の期間t1の間、保持温度T1に維持され、
平鋼製品は、その後の過時効処理のために、
2〜100℃/秒の冷却速度CR1で、保持温度T1から、400〜600℃の過時効開始温度T2に冷却され、
過時効開始温度T2への冷却後、30〜400秒の期間t2にわたり、0.5〜12℃/秒の冷却速度CR2で、250〜350℃の過時効終了温度T3に冷却され、
平鋼製品は、過時効終了温度T3への冷却後、1.5〜5.0℃/秒の冷却速度CR3で、室温に冷却される操作ステップと、
c)1.0〜2.5μmの算術平均粗さRaおよび少なくとも100 1/cmのピークカウントRPcを有する、平鋼製品と接触する外周エリアを有する調質加工ロールを使用して、0.4〜0.7%の調質加工率Dで、再結晶焼鈍平鋼製品を調質圧延する操作ステップであって、平均粗さRaおよびピークカウントRPcを構成する、調質加工ロールの表面に形成される陥凹部およびピークは、確率的に分布している操作ステップと
を含む。
本発明の方法の操作ステップb)において、平鋼製品の熱処理に想定される各構成要素ステップは、連続炉内で行われる。熱処理プロセスは、連続運転で実行される焼鈍操作の形態で実現されるが、これは、熱処理の個々の構成要素ステップが、このようにして互いに一様に継続し得るためである。中断されないシーケンスは、平鋼製品の長さおよび幅にわたる機械的特性における、明確により低い分散性をもたらす。
実践において想定される連続炉内で連続的に進行する熱処理において、個々のセクションは、それ自体知られている様式で、DFF(直火型加熱炉)、DFI(直接熱衝撃)炉もしくはNOF(非酸化炉)の方式で直接的に、または、例えばRTF(放射管炉)の方式で間接的に加熱され得る。
過時効開始温度T2への平鋼製品の冷却、および室温への平鋼製品の最終冷却は、ガス、例えばN、Hもしくはそれらの混合物の噴射により、水もしくは霧の適用により、または冷却ロールとの接触を介した冷却により、従来の様式で行うことができ、これらの手段はそれぞれ、他の冷却手段の1つ以上と組み合わせて行われてもよい。
再結晶焼鈍には、750〜860℃の温度範囲内の保持温度T1が想定される。750℃未満の焼鈍温度の場合、平鋼製品の微細組織の完全な再結晶はもはや確実には達成され得ない。一方、860℃を超える温度では、粗粒形成の危険性がある。両方とも、成形特性に対する悪影響を有する。再結晶焼鈍に最適な結果は、温度T1が800〜850℃である場合に得られる。
本発明に従って製造される平鋼製品の最適な成形特性を確保するために、再結晶焼鈍において平鋼製品が保持温度T1に維持される期間t1は、30〜90秒である。t1が30秒未満である場合、微細組織の完全な再結晶は、もはや動作信頼性のある様式で達成され得ない。90秒を超える保持時間t1の場合、同じく粗粒形成の危険性がある。
保持温度T1に維持された後、平鋼製品は、2〜100℃/秒の冷却速度CR1で、過時効開始温度T2に冷却される。冷却速度CR1は、最適な成形特性を有する平鋼製品を得るように選択される。粗粒形成を回避するためには、2℃/秒の最低冷却速度CR1が必要である。一方、冷却速度CR1が100℃/秒を超える場合、過度に微細な粒が形成し、これは同様に、所望の良好な成形性に有害である。
過時効開始温度T2は、少なくとも400℃であるが、これは、より低い温度の場合、過時効開始温度T2への冷却に必要な冷却力は高いが、材料特性に対するいかなる追加的なプラスの効果ももはや存在しないためである。一方、過時効開始温度T2が600℃を超える場合、再結晶が十分に持続可能な様式で停止せず、粗粒形成の危険性がある。400〜600℃、特に400〜550℃の過時効開始温度T2では、最適化された成形特性を達成することが可能である。
過時効開始温度から進行して、平鋼製品は、30〜400秒の期間t2にわたり過時効処理に供され、0.5〜12℃/秒の冷却速度CR2で過時効終了温度T3に冷却される。期間t2が30秒未満である場合、侵入型合金原子が平鋼製品の再結晶微細組織中における拡散により均質に分布し得る期間が短すぎる。これは、成形特性に対する悪影響を有する。400秒より長く継続する過時効処理は、いかなる追加的なプラスの効果も達成しない。実行可能な期間内で過時効処理を完結させるために、少なくとも0.5℃/秒の冷却速度CR2が確立される。一方、12℃/秒を超える冷却速度CR2が確立される場合、過時効処理の期間t2が短すぎる。その場合、侵入型合金元素の拡散に利用可能な時間が短すぎ、その結果成形特性が一方で低下する。
本発明によれば、過時効処理の終了温度T3は、250〜350℃である。過時効終了温度T3が350℃を超える場合、平鋼製品は、最終冷却に送られる際に熱すぎ、これは本発明の平鋼製品の表面品質、ひいては塗装特性に対する悪影響を有する。一方、250℃未満の過時効終了温度T3は、いかなる追加的なプラスの効果も有さない。
操作ステップb)の構成要素操作ステップは、1体積%〜7体積%の水素含量を有し、その他は窒素および技術的に不可避の不純物からなる保護ガス焼鈍雰囲気下で行われる。1.0体積%未満のH含量の場合、平鋼製品の表面上での酸化物形成の危険性があり、これはその表面品質、ひいては塗装特性の低下をもたらす。一方、7.0体積%を超える焼鈍雰囲気のH含量は、いかなる追加的なプラスの効果ももたらさず、さらに操作安全性の点から問題がある。
本発明によれば、焼鈍雰囲気の露点は、−10℃から−60℃である。焼鈍雰囲気の露点が−10℃を超える場合、同様に平鋼製品の表面上での酸化物形成の危険性があり、これは所望の表面の観点から望ましくない。−60℃未満の露点は、膨大なコストおよび不都合を伴って初めて工業規模で達成可能であり、さらにいかなる追加的なプラスの効果も有さない。焼鈍雰囲気の露点が−15℃から−50℃である場合に、最適な操作条件が得られる。
過時効処理の終了後に始まる平鋼製品の冷却は、既に説明した保護ガス雰囲気下で進行する。この場合、1.5〜5.0℃/秒の冷却速度CR3が想定される。この冷却速度CR3は、過度に遅い冷却の場合に生じ得る酸化物形成による表面特性の悪化が、経済的に実行可能な様式で回避されるように選択される。
本発明の方法の操作ステップc)は、本発明の平鋼製品の、最適化された塗料光沢を有する塗装への特に良好な好適性に不可欠である。この特有の好適性は、0.40μm以下、典型的には0.35μm以下、特に0.30μm未満のWsa値から得られ、これは、平鋼製品表面の最小化されたうねりを表す。
熱処理(操作ステップb))後の本発明により想定される調質圧延(操作ステップc))における上で定義された調質加工率Dは、0.4%〜0.7%である。0.4%未満の調質加工率Dの場合、最適な成形特性には不十分な平鋼製品の変形が達成される。また、そのような低い調質加工率では、本発明により特定される粗さRaおよびピークカウントRPcの値を達成することも不可能である。しかしながら、0.7%を超える調質加工率Dの場合、鋼帯に過度の硬化が導入される危険性があり、これは一方で、成形特性に対する悪影響を有する。さらに、0.7%を超える調質加工率Dは、所望の表面特性に関して本発明により特定される粗さの範囲外の粗さRaをもたらす。特に幅のある平鋼製品、すなわち典型的には1500mm以上の幅を有する平鋼製品の場合に、高い動作信頼性をもって本発明により特定された表面構造を生成するためには、調質加工率Dは、少なくとも0.5%に設定され得る。調質圧延のすべての悪影響を回避すべき場合、調質圧延Dは、この目的のために最大0.6%に限定され得る。後者は、特に、本発明の平鋼製品が構成される鋼の合金成分が、それぞれ上で特に有利であるとして強調された範囲内の含量で存在する場合の選択肢である。
調質圧延が、塗装特性に関して最適化された本発明の要件に適合する表面構造を、平鋼製品の表面に型押しするために、問題の平鋼製品の表面に作用する調質加工ロールは、1.0〜2.5μmの粗さRaおよび少なくとも100毎cmのピークカウントRPcを有する。加工ロールの粗さRaが1.0μm未満または2.5μm超である場合、RaおよびRPcの本発明の値を、平鋼製品において本発明の限度内で適用することができない。それに対応して、成形および塗装特性が悪化する。実際に、本発明により必要とされる粗さ値Raが平鋼製品において動作信頼性のある様式で達成されることを確実とするために、調質加工ロールの粗さRaは、1.2〜2.3μmに設定され得る。
調質加工ロール表面のピークカウントRPcは、少なくとも100毎cmであるが、より高いピークカウントRPc、例えば少なくとも110毎cm、特に130毎cm超の加工ロールのピークカウントRPcが特に有利である。平鋼製品と接触する調質加工ロールの周囲表面と接触する、100毎cm以上の高いピークカウントRPcにより、必要なピークカウントRPcが、本発明の要件に適合する上で説明した調質圧延パラメータを適用して、同様に調質圧延された平鋼製品に転写されることが保証される。
ピークおよびトラフの確率分布を有する表面構造が、平鋼製品の特定表面上に形成するためには、平鋼製品に接触する調質加工ロールの周囲表面の表面構造は、それに対応して確率論的である。
本発明により想定される表面構造は、例えば、それ自体知られている様式で、キャップ(−)またはパルス(+)法における調質ロールの制御された粗面化のために確立されたEDT(「EDT」=放電テクスチャ化)技術を用いて生成され得る。これらの方法の詳細な説明は、Henning Meier、「Uber die Aufrauhung von Walzenoberflachen mit Funkenentladungen」[スパーク放電によるロール表面の粗面化]、TU Braunschweig 1999、Shaker Verlag 1999の論文に見出すことができる。
EDT技術は、スパークエロージョンによるロール表面の粗面化に基づく。この目的のために、調質加工ロールは、中に誘電体を有する槽内の電極を通過して移動される。スパークの結果、ロール表面に微小孔が形成される。電極が陽極(+)として接続される場合(すなわち、電流がロールから電極に流れる場合)、ロール上に非常に不均質な孔が形成され、これは、比較的高いピークカウントに関連する。逆の場合(すなわち、陰極(−)としての電極の接続)、電流はロールに向かって流れる。その結果滑らかな孔が得られる。
EDT技術のキャップ(−)変形例は、電極がロールに十分近付くとすぐに生じるコンデンサ放電に基づく。静電容量が異なる程度まで変動し(30%から100%の間)、したがって異なるサイズの穴がロール材料に形成されるため、キャップ法は、加工ロール上に確率論的なテクスチャを生成する。
EDT技術のパルス(+)変形例は、テクスチャ化されるロールに印加されるエネルギーの量が常に同じであるという原理に基づいている。この結果、より高い規則性を有する確率論的な表面テクスチャが形成されるが、これは、本発明の目的に十分な陥凹部およびピークの確率分布を提供するものである。
粗面化に続いて、本発明の加工ロールは、後処理に供されてもよい。この後処理において、破損したピークによる平鋼製品表面の汚染を低減するために、表面構造の顕著に突出したピークが削り取られる。後処理は、超仕上げ処理の形態で行うことができる。これは、平均粗さの深さを超えて突き出した先端を除去すること、またはその数を最小限まで低減することを目的とした超微細処理方法である。超仕上げ法の実用的な実装手段は、例えば、独国特許第102004013031号明細書または欧州特許第2006037号明細書から知られている。特定の後処理の結果、ピークカウントは無視できるほど低い程度で変化する。しかしながら、表面は均質化され、接触エリアのパーセンテージは増加する。これは、負のRsk値(=粗さ分布の歪み)に反映される。高いRsk値の場合、粗さは、それに対応して不均質な分布を有し、一方、低い、または負のRsk値は、非常に均質な粗さ分布に関連する。
調質加工ロールは、最後に、その耐摩耗性を最適化するために、使用前に知られた様式で硬質クロムめっきされ得る。
操作上の観点から、本発明の方法の操作ステップb)およびc)を、連続運転において中断されない様式で実行することが有利である。この目的のために、熱処理ユニット(操作ステップb))および操作ステップc)に必要な調質圧延スタンドは、1つのライン内に設置される。すると、操作ステップb)の後に冷却され、熱処理ユニットから出てくる平鋼製品の、操作ステップc)における調質圧延は、単一の調質パスで実行される。一方、調質圧延がオフラインで、すなわち熱処理シーケンスから独立して実行される場合、2回以上の調質ロールパスを実行することも可能であるが、ここでも、オフラインの調質圧延が1回のパスのみで行われた場合に最適な結果が達成されることが分かる。
調質媒体(湿式調質)の最適な使用は、調質圧延における洗浄および潤滑効果に関連した利点を有し得る。一方、乾式調質は、平鋼製品がいかなる湿潤媒体にも接触せず、その結果、平鋼製品の任意のその後の貯蔵またはさらなる処理において、腐食の形成の危険性がまた最小限化されるという利点を有し得る。
本発明の方法を適用することにより、本発明の上述の機械的材料特性を有する平鋼製品を製造することが可能であり、平鋼製品は同時に、帯幅全体にわたり本発明の表面構造を有する(完全な調質圧延)。本発明の要件に対応する粗さ値Raおよびピーク値RPcを特徴とする本発明の表面テクスチャ化は、本発明以外の表面テクスチャ化を有する比較製品に比べて、はるかに良好な塗料光沢を生成することができる。
これは、以降で実施例を参照しながら詳細に説明される。
本発明の平鋼製品から成形された自動車シャーシ部品の塗装表面の断面図である。 本発明以外の平鋼製品から成形された自動車シャーシ部品の塗装表面の断面図である。 本発明の熱処理(操作ステップb))の概略的プロファイルを示す図である。
冷間圧延された圧延硬化平鋼製品は、表1に報告される組成を有していた鋼S1〜S6から、鋼帯B1〜B12の形態で提供された。
平鋼製品を、RTF設計の連続熱処理炉内で様々な寸法で熱処理し、次いで室温に冷却し、その後インライン調質圧延に供した。
熱処理は、再結晶焼鈍操作を含むが、この操作において、鋼帯B1〜B12を835℃±15℃の保持温度T1に加熱し、これらをこの温度で60秒の保持期間T1にわたり維持した。
再結晶焼鈍後、鋼帯B1〜B12を、過時効処理に供した。この目的のために、鋼帯を、保持温度T1から8.5℃/秒の冷却速度CR1で530±15℃の過時効開始温度T2に冷却した。
ここから進行して、鋼帯B1〜B12のそれぞれを、次いで302秒の過時効期間t2にわたり280±15℃の過時効終了温度T3に冷却した。鋼帯B1〜B12が過時効開始温度T2から過時効終了温度T3まで冷却された冷却速度CR2は、0.82℃/秒であった。
熱処理全体にわたり、鋼帯B1〜B12は、4体積%のHからなり、残りはNおよび不可避の不純物からなる焼鈍雰囲気下で維持した。その露点は、−45℃±2℃に設定した。
過時効処理の終了後、および連続炉から出る前に、鋼帯B1〜B12を、保護ガス雰囲気下、3.5℃/秒の冷却速度CR3で室温に冷却し、連続運転において連続的に、支持ロールと、調質圧延用に提供された調質加工ロールとを有するクオート圧延スタンド内に誘導した。調質圧延スタンドの調質加工ロールは、EDT技術によりキャップ(−)モードで常に粗面化し、それ自体知られている様式で硬質クロムめっきに供した。すべての調質圧延実験は、調質圧延媒体を使用せずに行った(乾式調質圧延)。
調質圧延のパラメータ(調質加工率D、それぞれの場合において鋼帯に接触する調質加工ロールの周囲表面の粗さRa_WおよびピークカウントRPc_W)、さらに鋼帯B1〜B12に対して決定された幅b、厚さd、降伏強度Rp0.2、引張強度Rm、伸びA80およびn値を、表2に報告する。機械的特性は、試料を圧延方向に対して長手方向に位置付け、DIN6892に従う準静的引張試験において決定した。
同様に、鋼帯B1〜B12の表面に対して決定された粗さRaおよびピークカウントRPcを表2に列挙する。算術平均粗さRa、Ra_WおよびピークカウントRPc、RPc_Wは、常に、Stahl−Eisen−Prufblatt(SEP)1940に従って、ISO3274に従う電気スタイラス機器を用いて測定した。
鋼帯B1およびB9の特性は、より高いピークカウントRPcを用いてより良好なWsa値が達成されることを示している。
本発明以外の鋼帯B11およびB12は、本発明の成功のための調質加工率の重要性を示している。
さらに、鋼帯B1〜B12の表面に対してWsa値を決定する。結果は、同様に表2に記録されている。この結果から、本発明の実施例が、0.40μm未満のWsa値を達成し、したがって、特に良好な塗料光沢のための最適な必要条件を提供することが確認された。うねり特性Wsaは、Stahl−Eisen−Prufblatt(SEP)1941に従って測定したが、測定は、Marciniakカップ試験において5%塑性伸びを生じた鋼試料に対して行った。
図1および図2は、本発明および本発明以外の平鋼製品から成形および塗装により製造された部品の比較を用いてこれを示している。本発明の要件を満たさない鋼帯B3から製造された図2に示される本発明以外の実施例は、塗装後、本発明の鋼帯B1から成形された図1に示される例よりはるかに低い塗料光沢を示す。
Figure 0006636512
Figure 0006636512

Claims (15)

  1. フェライト微細組織を有する冷間圧延および再結晶焼鈍平鋼製品であって、以下の組成(重量%で):
    C:0.0001%〜0.003%、
    Si:0.001%〜0.025%、
    Mn:0.05%〜0.20%、
    P:0.001%〜0.015%、
    Al:0.02%〜0.055%、
    Ti:0.01%〜0.1%、
    を有し、残りは鉄および不可避の不純物である鋼からなり、前記鋼は、追加的に、以下の任意選択の合金元素:
    Cr:0.001%〜0.05%、
    V:最大0.005%、
    Mo:最大0.015%、
    N:0.001%〜0.004%
    を含有してもよく、平鋼製品は、
    最大180MPaの降伏強度Rp0.2、
    最大340MPaの引張強度Rm、
    少なくとも40%の破断時伸びA80、
    少なくとも0.23のn値、
    ならびに、その表面の少なくとも1つにおいて、0.8〜1.6μmの算術平均粗さRa、および、
    少なくとも75 1/cmのピークカウントRPcを有し、前記平均粗さRaおよび前記ピークカウントRPcを構成する、表面に形成される陥凹部およびピークは、確率的に分布している、冷間圧延および再結晶焼鈍平鋼製品。
  2. 電解コーティングにより施された金属保護層で被覆されていることを特徴とする、請求項1に記載の平鋼製品。
  3. 無機コーティングで被覆されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の平鋼製品。
  4. 1mm以下の厚さおよび少なくとも1000mmの幅を有することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の平鋼製品。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載の種類の平鋼製品を製造する方法であって、
    a)フェライト微細組織を有する圧延硬化された冷間圧延平鋼製品であって、以下の組成(重量%で):
    C:0.0001%〜0.003%、
    Si:0.001%〜0.025%、
    Mn:0.05%〜0.20%、
    P:0.001%〜0.015%、
    Al:0.02%〜0.055%、
    Ti:0.01%〜0.1%、
    を有し、残りは鉄および不可避の不純物である鋼からなり、前記鋼は、追加的に、以下の任意選択の合金元素:
    Cr:0.001%〜0.05%、
    V:最大0.005%、
    Mo:最大0.015%、
    N:0.001%〜0.004%
    を含有してもよい、圧延硬化された冷間圧延平鋼製品を提供する操作ステップと、
    b)−10℃から−60℃の露点で、1体積%〜7体積%のHからなり、残りはNおよび不可避の不純物である焼鈍雰囲気下、焼鈍炉を通して連続運転で前記平鋼製品を熱処理する操作ステップであって、
    前記平鋼製品は、再結晶焼鈍のために、
    750〜860℃の保持温度T1まで加熱され、
    30〜90秒の期間t1の間、前記保持温度T1に維持され、
    前記平鋼製品は、その後の過時効処理のために、
    2〜100℃/秒の冷却速度CR1で、前記保持温度T1から、400〜600℃の過時効開始温度T2に冷却され、
    前記過時効開始温度T2への冷却後、30〜400秒の期間t2にわたり、0.5〜12℃/秒の冷却速度CR2で、250〜350℃の過時効終了温度T3に冷却され、
    前記平鋼製品は、過時効終了温度T3への冷却後、1.5〜5.0℃/秒の冷却速度CR3で、室温に冷却される操作ステップと、
    c)1.0〜2.5μmの算術平均粗さRaおよび少なくとも100 1/cmのピークカウントRPcを有する、前記平鋼製品と接触する外周エリアを有する調質加工ロールを使用して、0.4〜0.7%の調質加工率Dで、前記再結晶焼鈍平鋼製品を調質圧延する操作ステップであって、前記平均粗さRaおよび前記ピークカウントRPcを構成する、前記調質加工ロールの表面に形成される陥凹部およびピークは、確率的に分布している操作ステップと
    を含む方法。
  6. 前記保持温度T1が、800〜850℃であることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
  7. 前記過時効開始温度T2が、400〜550℃であることを特徴とする、請求項5または6に記載の方法。
  8. 前記焼鈍雰囲気の前記露点が、−15℃から−50℃であることを特徴とする、請求項5から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記調質圧延が、湿式調質圧延の形式で実行され、前記平鋼製品の運搬方向における前記調質加工ロールの上流側で、調質圧延流体が、少なくとも、前記調質加工ロールが作用する前記平鋼製品の表面に施されることを特徴とする、請求項5から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記調質加工率Dが、0.5%〜0.6%であることを特徴とする、請求項5から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記平鋼製品と接触する前記調質加工ロールの前記外周エリアの前記算術平均粗さRaが、1.2〜2.3μmであることを特徴とする、請求項5から10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記平鋼製品と接触する前記調質加工ロールの前記外周エリアの前記ピークカウントRPcが、少なくとも130 1/cmであることを特徴とする、請求項5から11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 操作ステップb)およびc)が、中断されないシーケンスで行われることを特徴とする、請求項5から12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記平鋼製品が、前記調質圧延後に、Znをベースとした金属コーティングで被覆されることを特徴とする、請求項5から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記金属コーティングが、電解亜鉛めっきにより前記平鋼製品に施されることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
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