JP6791989B2 - オーステナイト系マトリックスを有するtwip鋼板 - Google Patents

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Description

本発明は、オーステナイト系マトリックスを有する冷間圧延及び回復されたTWIP鋼板及びこの冷間圧延及び回復されたTWIP鋼の製造のための方法に関する。本発明は、自動車の製造に特によく適している。
車両の軽量化の観点から、自動車の製造のために高強度鋼を使用することが公知である。例えば、構造部品の製造のためには、このような鋼の機械的特性を改善しなければならない。しかしながら、鋼の強度が改善されたとしても、高強度鋼の伸びひいては成形性が低下する。これらの課題を克服するために、良好な成形性を有する双晶誘起塑性鋼(TWIP鋼)が現れてきた。これらの製品が非常に良好な成形性を示す場合であっても、極限引張強度(UTS)及び降伏応力(YS)等の機械的特性が、自動車用途を満足するのに十分高くないこともある。
特許出願US2006278309は、熱間圧延されたオーステナイト系鉄/炭素/マンガン鋼板を開示しており、当該鋼板の強度は900MPa超であり、当該鋼板の製品((MPaによる)強度*(%による)破断伸び)は、45000超であり、当該鋼板の化学組成は、含量が重量により表されるとき、0.5%以上で0.7%以下のC、17%以上で24%以下のMn、3%以下のSi、0.050%以下のAl、0.030%以下のS、0.080%以下のP、0.1%以下のN、並びに任意選択的に、1%以下のCr、0.40%以下のMo、1%以下のNi、5%以下のCu、0.50%以下のTi、0.50%以下のNb及び0.50%以下のV等の1種以上の元素を含み、組成が、鉄及び製錬に起因した不可避的不純物をさらに含み、鋼の再結晶割合が、75%超であり、鋼の析出炭化物の表面割合が、1.5%未満であり、鋼の平均粒径が、18μm未満である。
しかしながら、このオーステナイト鋼板の強度は、実に低いものである。実際、実施例において、強度は、当該発明の範囲である1130MPaである。
米国特許出願公開第2006/278309号明細書
したがって、本発明の目的は、高い強度、優れた成形性及び伸びを有するTWIP鋼の提供によって、上記欠点を解決することである。本発明は、このTWIP鋼を得るための実施が容易な方法を利用可能にすることを目的とする。
この目的は、請求項1に記載のTWIP鋼板の提供によって達成される。鋼板は、請求項2から12の特徴をさらに含むことができる。
別の目的は、請求項13に記載のTWIP鋼板を製造するための方法の提供によって達成される。本方法は、請求項14から16に記載の特徴をさらに含むことができる。
本発明に関する他の特徴及び利点は、本発明に関する下記の詳細な記述から明らかになる。
次の用語が、規定される。
・鋼の組成におけるすべての百分率「%」は、重量によって規定されている
・UTS:極限引張強度(MPa)及び
・TE:全伸び(%)。
本発明は、重量により、
0.71%<C<1.20%、
13.0%≦Mn<25.0%、
S≦0.030%、
P≦0.080%、
N≦0.10%以下、
0.1%≦Si≦3.0%、
0.1%≦V≦2.50%以下、
及び純粋に任意選択的に、
Cu≦5.0%、
Al≦4.0%、
Nb≦0.50%、
B≦0.0050%、
Cr≦1.0%、
Mo≦0.40%、
Ni≦1.0%、
Ti≦0.50%、
0.06≦Sn≦0.2%
のような元素1種以上を含み、組成の残部が、鉄及び製錬に起因する不可避的不純物から構成される、
オーステナイト系マトリックスを有する冷間圧延及び回復されたTWIP鋼板に関する。
いかなる理論にも拘束されることを意図するものではないが、本発明によるTWIP鋼板は、この特定の組成による機械的特性の改善を可能にするように思われる。実際、多量のCを含む上記組成は、特に、極限引張強度の改善を可能にすると考えられている。
鋼の化学組成に関しては、Cは、微細構造の形成及び機械的特性において重要な役割を担う。Cは、積層欠陥エネルギーを増大させ、オーステナイト相の安定性を促進する。13.0〜25.0重量%の範囲のMn含量と組み合わせられた場合。バナジウム炭化物が存在する場合、高いMn含量は、オーステナイトへの炭化バナジウム(VC)の可溶性を増大させることができる。しかしながら、C含量が1.2%超の場合、例えば(Fe、Mn)Cセメンタイトの過剰な析出のため、延性が低下する危険性がある。好ましくは、炭素含量は、任意選択的に最適な炭化物又は炭窒化物の析出と組み合わせて、十分な強度を得るように、0.71〜1.1%の間、より好ましくは0.8〜1.0%の間、有利には0.9〜1.0重量%の間である。
Mnもまた、強度を増大させるため、積層欠陥エネルギーを増大させるため、及びオーステナイト相を安定化させるために不可欠な元素である。Mnの含量が13.0%未満である場合、マルテンサイト相が形成される危険性があるが、このマルテンサイト相の形成は、変形可能度を非常に大きく低下させる。さらに、マンガン含量が25.0%超の場合、双晶の形成が抑制され、したがって、強度は増大するが、室温における延性が悪化する。好ましくは、マンガン含量は、積層欠陥エネルギーを最適化し、変形の影響下におけるマルテンサイトの形成を防止するように、15.0〜24.0%の間、より好ましくは17.0〜24.0%の間である。さらに、Mn含量が24.0%超である場合、双晶形成による変形モードは、完全転位すべりによる変形モードよりも優先度が劣る。
Alは、鋼の脱酸素のために特に効果的な元素である。Cと同様に、Alは、変形マルテンサイトの形成の危険性を低減する積層欠陥エネルギーを増大させ、これにより、延性及び耐遅れ破壊性を改善する。しかしながら、Alは、高いMn含量を有する鋼中に過剰に存在する場合、Mnが液体状の鉄への窒素の可溶性を増大させるため、欠点である。過剰に多い量のAlが鋼中に存在する場合、Alと化合するNは、高温における転化中に結晶粒界の移動を妨害する窒化アルミニウム(AlN)の形態で析出し、連続鋳造中に亀裂が発生する危険性を非常に大きく増大させることになる。さらに、後で説明するように、本質的に炭窒化物である微細な析出物を形成するためには、十分な量のNが利用可能でなければならない。好ましくは、Al含量は、2%以下である。Al含量が4.0%超である場合、双晶の形成が抑制され、延性が低下する危険性がある。好ましくは、Alの量は、0.1%超である。
このAlの量に対応して、窒素含量は、AlNの析出及び固化中における体積欠陥(ブリスター)の形成を防止するように、0.1%以下でなければならない。さらに、バナジウム、ニオブ、チタン、クロム、モリブデン及びホウ素等、窒化物の形態で析出できる元素が存在する場合、窒素含量は、0.1%を超えないようにしなければならない。
本発明によれば、Vの量は、0.1〜2.5%の間、好ましくは0.1〜1.0%の間である。好ましくは、Vは、析出物を形成する。有利には、バナジウム元素は、7nm未満、好ましくは0.2〜5nmの間の平均サイズを有し、微細構造において粒内にある。
ケイ素は、鋼の脱酸素及び固相硬化のために効果的な元素でもある。しかしながら、ケイ素は、含量が3%超の場合、伸びを低下させ、特定の組立て工程中に望ましくない酸化物を形成する傾向があり、したがって、ケイ素は、この限界より低く保持されなければならない。好ましくは、ケイ素の含量は、0.6%以下である。
硫黄及びリンは、結晶粒界を脆化する不純物である。硫黄及びリンの各含量は、十分な熱間延性を維持するように0.030〜0.080%を超えないようにしなければならない。
ある程度のホウ素は、最大0.005%、好ましくは最大0.001%まで添加されてもよい。この元素は結晶粒界に偏析し、結晶粒界の結合力をを増大させる。理論に拘束されることを意図するものではないが、このようにホウ素が結晶粒界に偏析し、結晶粒界の結合力を増大させると、プレス加工による成形後の残留応力が低減され、このようにして成形された部分の応力下での、耐腐食性が向上すると考えられている。この元素はオーステナイト粒界に偏析し、オーステナイト結晶粒界の結合力を増大させる。ホウ素は、例えば、ボロカーバイド及びボロナイトライドの形態で析出する。
任意選択的に、ニッケルが、固溶硬化によって鋼の強度を増大させるために使用されてもよい。しかしながら、コストを理由として、ニッケル含量を1.0%以下、好ましくは0.3%未満の最大含量に限定することが特に望ましい。
同様に、任意選択的に、5%を超えない含量の銅の添加は、銅金属の析出によって鋼を硬化させる手段の一つである。しかしながら、この含量を超える場合、銅は、熱間圧延板の表面欠陥の出現の原因である。好ましくは、銅の量は、2.0%未満である。好ましくは、Cuの量は、0.1%超である。
チタン及びニオブもまた、任意選択的に析出物の形成によって硬化及び強化を達成するために使用されてもよい元素である。しかしながら、Nb又はTi含量が0.50%超である場合、過剰な析出が靱性の低下を起こす危険性があるが、この危険性は回避しなければならない。好ましくは、Tiの量は、0.040〜0.50重量%の間又は0.030重量%〜0.130重量%の間である。好ましくは、チタン含量は、0.060重量%〜0.40重量%の間、例えば0.060重量%〜0.110重量%の間である。好ましくは、Nbの量は、0.01%超、より好ましくは0.070〜0.50重量%の間又は0.040〜0.220%の間である。好ましくは、ニオブ含量は、0.090重量%〜0.40重量%の間、有利には0.090重量%〜0.200重量%の間である。
クロム及びモリブデンは、固溶硬化によって鋼の強度を増大させるための任意選択による元素として使用されてもよい。しかしながら、クロムは積層欠陥エネルギーを低減するため、クロムの含量は、1.0%を超えないようにしなければならず、好ましくは0.070%〜0.6%の間でなければならない。好ましくは、クロム含量は、0.20〜0.5%の間である。モリブデンは、0.40%以下の量、好ましくは0.14〜0.40%の間の量で添加されてもよい。
さらに、いかなる理論にも拘束されることを意図するものではないが、バナジウム、チタン、ニオブ、クロム及びモリブデンの析出物は、遅延亀裂に対する感度を低減することが可能であり、この遅延亀裂に対する感度の低減を、延性及び靱性特性の悪化を伴うことなく行うことができるように思われる。したがって、炭化物、窒化物及び炭窒化物の形態にある、少なくとも1種の元素をチタン、ニオブ、クロム及びモリブデンから選択することができる。
任意選択的に、スズ(Sn)は、0.06〜0.2重量%の間の量で添加される。理論に拘束されることを意図するものではないが、スズは貴な元素であり、高温において単独で酸化物薄膜を形成しないため、Snは、溶融亜鉛めっき前の焼鈍のときにマトリックスの表面上に析出して、Al、Si又はMn等の酸化体好適元素が、表面中に拡散することを抑制し、これにより、亜鉛めっき加工性を改善すると考えられている。しかしながら、Snの添加量が0.06%未満である場合、効果は顕著でなく、Snの添加量の増大が選択的酸化物の形成を抑制するが、Snの添加量が0.2%を超える場合、添加されたSnが熱間脆性を発生させて、熱間加工性を悪化させる。したがって、Snの上限は、0.2%以下に限定される。
鋼は、デベロプメントに起因した不可避的不純物をさらに含むことができる。例えば、不可避的不純物は、いかなる限定もないが、O、H、Pb、Co、As、Ge、Ga、Zn及びWを含み得る。例えば、重量による各不純物の含量は、0.1重量%未満である。
好ましくは、鋼の粒子の平均粒径は、最大5μm、好ましくは0.5〜3μmの間である。
好ましい一実施形態において、鋼板は、金属コーティングによって被覆されている。金属コーティングは、アルミニウム系コーティング又は亜鉛系コーティングであってよい。
好ましくは、アルミニウム系コーティングは、15%未満のSi、5.0%未満のFe、任意選択的に0.1〜8.0%のMg及び任意選択的に0.1〜30.0%のZnを含み、残部がAlである。
有利には、亜鉛系コーティングは、0.01〜8.0%のAl、任意選択的に0.2〜8.0%のMgを含み、残部が、Znである。
例えば、コーティングされた鋼は、コーティング堆積後に実施される焼鈍ステップ後に得られた、合金化溶融亜鉛めっき鋼板である。
好ましい一実施形態において、鋼板は、0.4〜1mmの間の厚さを有する。
TWIP鋼板を製造するための本発明による方法は、
A.上記組成を有するスラブの供給ステップ、
B.このようなスラブを再加熱し、熱間圧延するステップ、
C.巻取りステップ、
D.第1の冷間圧延ステップ、
E.再結晶焼鈍ステップ、
F.第2の冷間圧延ステップ及び
G.回復熱処理ステップ
を含む。
本発明によれば、本方法は、上記組成を有する鋼から製造されたスラブ、薄スラブ又はストリップ材等の半製品の供給ステップA)を含み、このようなスラブは、鋳造される。好ましくは、鋳造によって投入されたストック材は、1000℃超の温度、より好ましくは1050℃超、有利には1100〜1300℃の間に加熱され、又は、鋳造後に中間冷却なしでこのような温度において直接使用される。
次いで、好ましくは890℃超又はより好ましくは1000℃超の温度で熱間圧延を実施して、例えば、通常2〜5mm又は1〜5mmの厚さを有する熱間圧延ストリップ材を得る。延性の欠乏によるあらゆる亀裂課題を回避するために、圧延終了温度は、好ましくは、850℃以上である。
熱間圧延の後、ストリップ材は、特定の機械的特性の低下をもたらすものである著しい炭化物(本質的に、セメンタイト(Fe、Mn)C)の析出が起こらないような温度において、巻取られなければならない。巻取りステップC)は、580℃以下、好ましくは400℃以下の温度で実行される。
続いて、冷間圧延操作が実施された後、再結晶焼鈍が実施される。これらのさらなるステップは、熱間圧延されたストリップ材のときに得られる粒径より小さな粒径をもたらし、したがって、より高い強度特性をもたらす。当然ながら、これらのさらなるステップは、厚さが例えば0.2mm〜数mmの範囲、好ましくは0.4〜4mmの範囲であるより薄い厚さの製品を得ることが所望される場合は、実施されなければならない。上記方法によって得られた熱間圧延製品は、可能な酸洗い前処理が通常の方法によって実施された後に、冷間圧延される。
第1の冷間圧延ステップD)は、30〜70%の間、好ましくは40〜60%の間の圧下率を伴うように実施される。
この圧延ステップの後には、粒子がかなり加工硬化するため、再結晶焼鈍操作を実施することが必要である。この処理には、延性を復元し、同時に、強度を低下させる効果がある。好ましくは、この焼鈍は、継続的に実施される。有利には、再結晶焼鈍E)は、700〜900℃の間、好ましくは750〜850℃の間、例えば10〜500秒の間、好ましくは60〜180秒の間実行される。
次いで、第2の冷間圧延ステップF)は、1〜50%の間、好ましくは10〜40%の間、より好ましくは20%〜40%間の圧下率を伴うように実行される。第2の冷間圧延ステップF)は、鋼の厚さを低減させることができる。さらに、前述の方法によって製造された鋼板は、この再圧延ステップを受けたことによるひずみ硬化によって、強度を増大させることができる。さらに、このステップは、高い密度の双晶を誘起し、この結果、鋼板の機械的特性を改善する。
第2の冷間圧延の後、回復ステップG)が、再圧延された鋼板の高い伸び及び曲げ性をさらに保障するために実施される。回復は、変形双晶を保持しながら鋼の微細構造に含まれる転位の除去又は再配置を特徴とする。変形双晶と転位との両方が、圧延ステップ等の材料の塑性変形によって導入される。回復ステップは、伸びなどの機械的特性を高めることができると考えられている。
したがって、本発明によるTWIP鋼中におけるCの量が多いことに加えて、回復ステップを実施し、特に伸びを改善することもできる。さらに、特定のTWIP鋼と、本発明による回復ステップを含む方法との組合せによって、高い機械抵抗及び高い伸びを有する冷間圧延及び回復されたTWIP鋼を得ることができる。
好ましい一実施形態において、回復ステップG)は、バッチ焼鈍炉又は連続焼鈍炉内において390〜700℃の間、好ましくは410〜700℃の間の温度で鋼板を加熱することによって実施される。この実施形態においては次いで、溶融亜鉛めっきステップH)を実施することができる。
別の好ましい実施形態において、回復ステップG)は、溶融亜鉛めっきによって実施される。この場合、回復ステップG)及び溶融亜鉛めっきが同時に実行され、コストの節約及び生産性の向上が可能になる。
好ましくは、溶融浴の温度は、溶融浴の性質に応じて410〜700℃の間である。
有利には、鋼板は、アルミニウム系浴又は亜鉛系浴に浸漬される。好ましくは、溶融浴中への浸漬は、1〜60秒、より好ましくは1〜20秒の間、有利には1〜10秒の間実施される。
好ましい一実施形態において、アルミニウム系浴は、15%未満のSi、5.0%未満のFe、任意選択的に0.1〜8.0%のMg、及び任意選択的に、0.1〜30.0%のZnを含み、残部がAlである。好ましくは、この浴の温度は、550〜700℃の間、好ましくは600〜680℃の間である。
別の好ましい実施形態において、亜鉛系浴は、0.01〜8.0%のAlと、任意選択的に0.2〜8.0%のMgとを含み、残部が、Znである。好ましくは、この浴の温度は、410〜550℃の間、好ましくは410〜460℃の間である。
溶融浴は、供給インゴットに由来の又は溶融浴中を鋼板が通過したことに由来の不可避的不純物及び残留元素をさらに含み得る。例えば、任意選択的に不純物は、Sr、Sb、Pb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、Zr又はBiから選択され、重量による各さらなる元素の含量が、0.3重量%未満である。供給インゴットに由来の又は溶融浴中を鋼板が通過したことに由来の残留元素は、最大5.0重量%、好ましくは3.0重量%までの含量の鉄であり得る。
有利には、回復ステップG)は、1秒〜1時間10分の間、好ましくは30秒〜1時間の間、より好ましくは30秒〜30分の間実施される。
例えば、焼鈍ステップは、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得るためのコーティング堆積後に実施することができる。
したがって、高い強度、優れた成形性及び伸びを有するオーステナイト系マトリックスを含むTWIP鋼板を、本発明による方法から得ることができる。
この例において、次の重量組成を有するTWIP鋼板を使用した。
Figure 0006791989
最初に、試料を加熱し、1200℃の温度で熱間圧延した。熱間圧延の仕上げ温度を890℃に設定し、熱間圧延後に巻取りを400℃で実施した。次いで、第1の冷間圧延を、50%の冷間圧延圧下率を伴うように実行した。この後、再結晶焼鈍を850℃で180秒間実施した。この後、第2の冷間圧延を、30%の冷間圧延圧下率を伴うように実行した。
最後に、回復熱ステップを、バッチ焼鈍において400℃で1時間、試行1及び2に実施した。
試行3〜5の場合、回復熱処理を合計60秒間実施した。最初に、鋼板を炉内で625℃でまで加熱することにより準備し、460〜625℃の間に費やされる時間が54秒であり、次いで、それぞれ、6秒間亜鉛浴に浸漬した。溶融浴温度は、460℃であった。次の表は、再結晶焼鈍E)の後、第2の圧延ステップF)の後及び回復ステップG)の後におけるすべての試行の機械的特性を示している。
Figure 0006791989
結果は、本発明による組成を有する試行2、4及び5が、本発明の範囲外の組成を有する試行1及び3よりも高い機械的特性を有することを示している。実際、本発明による方法に加えて、TWIP鋼の特定の比率は、高いUTS及び高いTEを可能にしている。

Claims (11)

  1. 以下のステップ:
    A.重量により、
    0.71%<C<1.2%、
    13.0%≦Mn<25.0%、
    S≦0.030%、
    P≦0.080%、
    N≦0.1%以下、
    0.1%≦Si≦3.0%、
    0.1%≦V≦2.50%以下、
    及び純粋に任意選択的に、
    Cu≦5.0%、
    Al≦4.0%、
    Nb≦0.5%、
    B≦0.005%、
    Cr≦1.0%、
    Mo≦0.40%、
    Ni≦1.0%、
    Ti≦0.5%、
    0.06≦Sn≦0.2%
    のような元素1種以上
    を含み、
    組成の残部が、鉄及び製錬に起因する不可避的不純物から構成される組成を有するスラブを供給するステップ、
    B.このようなスラブを1000℃超の温度で再加熱し、及びそれを少なくとも850℃の最終圧延温度で熱間圧延するステップ、
    C.580℃以下の温度における巻取りステップ、
    D.30〜70%の間の圧下率を伴う第1の冷間圧延ステップ、
    E.700〜900℃の間における再結晶焼鈍ステップ、
    F.1〜50%の間の圧下率を伴う第2の冷間圧延ステップ、
    G.回復熱処理ステップ
    を含む、オーステナイト系マトリックスを有する冷間圧延及び回復されたTWIP鋼板を製造するための方法。
  2. Cの量が、0.71〜1.1%の間である、請求項1に記載の方法。
  3. Cの量が、0.80〜1.0%の間である、請求項2に記載の方法。
  4. Cの量が、0.9〜1.0%の間である、請求項3に記載の方法。
  5. Cuの量が、2.0%未満である、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. Siの量が、0.6%以下である、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. Al含量が、2%以下である、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. Vの量が、0.1〜1.0%の間である、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 回復ステップG)が、バッチ焼鈍炉又は連続焼鈍炉内において390〜700℃の間の温度で鋼板を加熱することによって実施される、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 溶融めっきステップH)が、実施される、請求項に記載の方法。
  11. 回復ステップG)が、溶融めっきによって実施される、請求項1から10いずれか一項に記載の方法。
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