JP6823148B2 - 強度、延性および成形性が改善された高強度被覆鋼板を製造する方法 - Google Patents

強度、延性および成形性が改善された高強度被覆鋼板を製造する方法 Download PDF

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Description

本発明は、強度、延性および成形性が改善された高強度被覆鋼板を製造する方法に関し、この方法により得られる鋼板に関する。
自動車車両用の車体構造用部材および車体パネルの部品などの様々な装備を製造するために、ＤＰ（二相）鋼またはＴＲＩＰ（変態誘起塑性）鋼でできた、亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき板を使用するのは通常のことである。
例えば、マルテンサイト組織および／または一定量の残留オーステナイトを含み、約０．２％のＣ、約２％のＭｎ、約１．７％のＳｉを含有するそのような鋼は、降伏強度が約７５０ＭＰａであり、引張強度が約９８０ＭＰａであり、全伸びが８％を超える。これらの鋼板は、Ａｃ３変態点を上回る焼鈍温度から焼入れしてＭｓ変態点を上回る過時効温度まで低下させ、鋼板をこの温度で一定の時間維持することによって、連続焼鈍ラインにおいて製造される。次いで鋼板は亜鉛めっきまたは合金化溶融亜鉛めっきされる。
地球環境保全の観点から自動車の燃料効率を改善するために自動車の重量を削減するため、降伏強度および引張強度が改善された鋼板を有することが望ましい。しかしそのような鋼板は良好な延性および良好な成形性、より詳細には良好な伸びフランジ性も有する必要がある。
この点において、降伏強度ＹＳが少なくとも８００ＭＰａ、引張強度ＴＳが約１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％であり、ＩＳＯ規格１６６３０：２００９による穴広げ率ＨＥＲが２５％を超える鋼板を有することが望ましい。測定方法の違いに起因して、ＩＳＯ規格による穴広げ率ＨＥＲの値は、ＪＦＳ Ｔ １００１（日本鉄鋼連盟規格）による穴広げ率λの値と非常に異なり同等ではないことを強調する必要がある。
したがって、本発明の目的はそのような鋼板およびそれを製造する方法を提供することである。
したがって、本発明は、鋼板を熱処理し被覆することによって、延性が改善され成形性が改善された高強度被覆鋼板を製造する方法であって、鋼板の降伏強度ＹＳが少なくとも８００ＭＰａ、引張強度ＴＳが少なくとも１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％、穴広げ率ＨＥＲが少なくとも３０％であり、鋼の化学組成は重量％で
０．１５％≦Ｃ≦０．２５％
１．２％≦Ｓｉ≦１．８％
２％≦Ｍｎ≦２．４％
０．１％≦Ｃｒ≦０．２５％
Ａｌ≦０．５％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物である、方法に関する。
熱処理および被覆は以下の工程：
− Ａｃ３を超えるが１０００℃未満である焼鈍温度ＴＡにおいて３０秒を超える時間で鋼板を焼鈍する工程、
− ２５０℃から３５０℃の間の焼入れ温度ＱＴまで、焼入れ直後にマルテンサイトおよびオーステナイトからなる組織を得るのに十分な冷却スピードで鋼板を冷却することにより、鋼板を焼入れする工程であって、マルテンサイト含量は少なくとも６０％であり、オーステナイト含量は、最終的な組織が３％から１５％の残留オーステナイトならびに８５％から９７％のマルテンサイトおよびベイナイトを含有しフェライトを含まないような含量である、工程、
− 鋼板を４３０℃から４８０℃の間の分配温度ＰＴまで加熱し、鋼板をこの温度において１０秒から９０秒の間の分配時間Ｐｔの間維持する工程、
− 鋼板を溶融めっきする工程、および
− 鋼板を室温まで冷却する工程
を含む。
鋼の化学組成は、任意選択的に、以下の条件：０．１７％≦Ｃ≦０．２１％、１．３％≦Ｓｉ≦１．６％および２．１％≦Ｍｎ≦２．３％のうち、１つ以上を満たすことが可能である。
特定の実施形態において、溶融めっき工程は亜鉛めっき工程である。
別の特定の実施形態において、溶融めっき工程は合金化温度ＴＧＡが４８０℃から５１０℃の間である合金化溶融亜鉛めっき工程である。
好ましくは、焼入れの間の冷却速度は少なくとも２０℃／秒、好ましくは少なくとも３０℃／秒である。
好ましくは、この方法は、鋼板が焼入れ温度まで焼入れされた後、および鋼板を分配温度ＰＴまで加熱する前に、鋼板を焼入れ温度において２秒から８秒の間、好ましくは３秒から７秒の間に含まれる保持時間の間維持する工程をさらに含む。
本発明は被覆鋼板にも関し、この鋼の化学組成は重量％で
０．１５％≦Ｃ≦０．２５％
１．２％≦Ｓｉ≦１．８％
２％≦Ｍｎ≦２．４％
０．１≦Ｃｒ≦０．２５％
Ａｌ≦０．５％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物である。鋼の組織は３％から１５％の残留オーステナイトならびに８５％から９７％のマルテンサイトおよびベイナイトからなり、フェライトを含まない。鋼板の少なくとも一方の面は金属被覆を含む。鋼板は降伏強度が少なくとも８００ＭＰａ、引張強度が少なくとも１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％、穴広げ率ＨＥＲが少なくとも３０％である。
鋼の化学組成は、任意選択的に、以下の条件：０．１７％≦Ｃ≦０．２１％、１．３％≦Ｓｉ≦１．６％および２．１％≦Ｍｎ≦２．３％のうち１つ以上を満たすことが可能である。
７．５％の残留オーステナイトおよび９２．５％のマルテンサイト＋ベイナイトを含有する例８の顕微鏡写真である。
特定の実施形態において、少なくとも１つの被覆面は亜鉛めっきされている。
別の特定の実施形態において、少なくとも１つの被覆面は合金化溶融亜鉛めっきされている。
好ましくは、残留オーステナイト中のＣ含量は少なくとも０．９％、さらに好ましくは少なくとも１．０％、最大で１．６％である。
平均のオーステナイト結晶粒径、すなわち残留オーステナイトの平均結晶粒径は、好ましくは５μｍ以下である。
マルテンサイトおよびベイナイトの結晶粒径またはブロックの平均径は好ましくは１０μｍ以下である。
次に本発明を、限定を取り入れずに詳細に説明し、例８の顕微鏡写真である図によって示す。
本発明によれば、鋼板は、化学組成が重量％で以下を含有する半製品の熱間圧延および任意選択的に冷間圧延によって得られる：
− 十分な強度を確保し、十分な伸びを得るのに必要である残留オーステナイトの安定性を改善するための、０．１５％から０．２５％、好ましくは０．１７％を超え好ましくは０．２１％未満の炭素。炭素含量が高すぎる場合、熱間圧延した鋼板は硬すぎて冷間圧延できず、溶接性が不十分である。
− 固溶体を強化し、被覆性に悪影響を与える鋼板の表面の酸化ケイ素を形成させることなく過時効の間に炭化物の形成を遅らせるように、オーステナイトを安定化させるための、１．２％から１．８％、好ましくは１．３％を超え１．６％未満のケイ素。
− 少なくとも６５％のマルテンサイトを含有する組織を得るための十分な硬化性、１１５０ＭＰａを超える引張強度を有するため、および延性に悪影響を与える分離の問題を避けるための、２％から２．４％、好ましくは２．１％を超え好ましくは２．３％未満のマンガン。
− 硬化性を高めるため、および過時効の間のベイナイトの形成を遅らせるために残留オーステナイトを安定化させるための、０．１％から０．２５％のクロム。
− 脱酸素の目的で通常の場合に溶鋼に加えられる、最大で０．５％のアルミニウム。
好ましくは、Ａｌ含量は０．０５％に制限される。Ａｌの含量が０．５％を超える場合、オーステナイト化温度は高すぎるために到達しないことになり、鋼は工業的に加工が困難となる。
残部は鉄および鋼製造から生じる残留元素である。この点において、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓ、ＰおよびＮは少なくとも、不可避不純物である残留元素と考えられる。したがって、それらの含量はＮｉについては０．０５％未満、Ｍｏについては０．０２％未満、Ｃｕについては０．０３％未満、Ｖについては０．００７％未満、Ｂについては０．００１０％未満、Ｓについては０．００５％未満、Ｐについては０．０２％未満、Ｎについては０．０１０％未満である。Ｎｂ含量は０．０５％に制限され、Ｔｉ含量は０．０５％に制限されるが、なぜならそのような値を超えると大きい析出物が形成され成形性が低下することになり、１４％の全伸びに到達することをより困難にするからである。
鋼板は、当業者に公知の方法に従って、熱間圧延および任意選択的に冷間圧延によって調製される。
圧延後、鋼板は酸洗いまたは洗浄され、次いで熱処理および溶融めっきされる。
好ましくは連続焼鈍と溶融めっきを組み合わせたライン上で行われる熱処理は、以下の工程を含む：
− 組織が完全にオーステナイトであることを確実にするように、鋼のＡｃ３変態点を超える、好ましくはＡｃ３＋１５℃を超える、すなわち本発明による鋼については約８５０℃を超えるが、オーステナイト結晶粒を過度に粗大化させないために１０００℃未満である焼鈍温度ＴＡにおいて、鋼板を焼鈍する工程。鋼板は化学組成および組織を均質化させるのに十分な時間をかけて、焼鈍温度で維持される、すなわちＴＡ−５℃からＴＡ＋１０℃の間で維持される。この時間は好ましくは３０秒を超えるが３００秒を超える必要はない。
− Ｍｓ変態点を下回る焼入れ温度ＱＴまでフェライトおよびベイナイトの形成を避けるのに十分な冷却速度で冷却することにより、鋼板を焼入れする工程。焼入れの直後にマルテンサイトおよびオーステナイトからなる組織を有するようにするため、焼入れ温度は２５０℃から３５０℃の間である。この組織は少なくとも６０％のマルテンサイトを含有し、３から１５％の間の残留オーステナイトならびに８５から９７％の間のマルテンサイトおよびベイナイトの合計を含有しフェライトを含まない最終的な組織（すなわち分配、被覆および室温への冷却後）を得ることができるように十分量のオーステナイトを含有する。好ましくは、冷却速度は２０℃／秒以上であり、さらに好ましくは３０℃／秒以上、例えば約５０℃／秒である。３０℃／秒を超える冷却速度は十分である。
− 鋼板を４３０℃から４８０℃の間、好ましくは４３５℃から４６５℃の間の分配温度ＰＴまで再加熱する工程。例えば、分配温度は、鋼板が溶融めっきされるために加熱される必要がある温度、すなわち４５５℃から４６５℃の間と等しくてもよい。再加熱速度は再加熱が誘導加熱器によって行われる場合は高くてもよいが、その再加熱速度は鋼板の最終的な特性に対して明確な影響を与えなかった。好ましくは、焼入れ工程と鋼板を分配温度ＰＴまで再加熱する工程との間で、鋼板は焼入れ温度において２秒から８秒の間、好ましくは３秒から７秒の間に含まれる保持時間の間維持される。
− 鋼板を分配温度ＰＴにおいて１０秒から９０秒の間の時間Ｐｔの間維持する工程。分配温度において鋼板を維持することは、分配の間に鋼板の温度がＰＴ−２０℃からＰＴ＋２０℃の間にとどまることを意味する、
− 任意選択的に、鋼板が溶融めっきされるために加熱される必要がある温度と等しくするために、冷却または加熱によって鋼板の温度を調整する工程。
− 鋼板を溶融めっきする工程。溶融めっきは、例えば、亜鉛めっきまたは合金化溶融亜鉛めっきであってもよいが、被覆の間に鋼板が設定される温度が６５０℃未満のままであるならば、あらゆる金属溶融めっきが可能である。鋼板が亜鉛めっきされる場合、通常の条件で行われる。鋼板が合金化溶融亜鉛めっきされる場合、良好な最終的な機械的特性を得るために合金化の温度ＴＧＡは高すぎない必要がある。この温度は好ましくは５００℃から５８０℃の間である。
− 一般に、被覆後、被覆鋼板は公知の技術にしたがって加工される。特に、鋼板は室温まで冷却される。
この処理は、３から１５％の間の残留オーステナイトならびに８５から９７％の間のマルテンサイトおよびベイナイトの合計を含有しフェライトを含まない最終的な組織（すなわち分配、被覆および室温への冷却後）を得ることを可能にする。
さらに、この処理は少なくとも０．９％、さらに好ましくは少なくとも１．０％、最大で１．６％である、残留オーステナイト中の増加したＣ含量を得ることを可能にする。
さらに、平均のオーステナイト結晶粒径は好ましくは５μｍ以下であり、ベイナイトまたはマルテンサイトのブロックの平均径は好ましくは１０μｍ以下である。
残留オーステナイトの量は例えば少なくとも７％である。
そのような処理によって、降伏強度ＹＳが少なくとも８００ＭＰａであり、引張強度が少なくとも１１８０ＭＰａであり、全伸びが少なくとも１４％であり、ＩＳＯ規格１６６３０：２００９による穴広げ率ＨＥＲが少なくとも３０％である被覆鋼板を得ることができる。
実施例として、以下の組成：Ｃ＝０．１９％、Ｓｉ＝１．５％、Ｍｎ＝２．２％、Ｃｒ＝０．２％を有し、残部はＦｅおよび不純物である、厚さが１．２ｍｍの鋼板を熱間圧延および冷間圧延により製造した。この鋼の理論上のＭｓ変態点は３７５℃であり、Ａｃ３変態点は８３５℃である。
鋼板の試料は焼鈍、焼入れおよび分配により熱処理され、次いで亜鉛めっきまたは合金化溶融亜鉛めっきされ、機械的特性が測定された。
処理の条件および得られる特性は、亜鉛めっきされた試料については表Ｉに、合金化溶融亜鉛めっきされた試料については表ＩＩに報告される。すべての鋼は実験方法により測定されるＡｃ３を超える温度で焼鈍された。鋼板は焼入れ温度で約３秒間保持された。焼入れの間の冷却スピードは約５０℃／秒であった。
Figure 0006823148
Figure 0006823148
これらの表において、ＴＡは焼鈍温度、ＱＴは焼入れ温度、ＰＴは分配温度、Ｐｔは分配温度で維持する時間、ＴＧＡは合金化溶融亜鉛めっきされる鋼板の合金化の温度であり、ＹＳは降伏強度であり、Ｔｓは引張強度であり、ＵＥは一様伸びであり、Ｔｅは全伸びであり、ＨＥＲはＩＳＯ規格１６６３０：２００９に従って測定される穴広げ率である。ＲＡ％は微細組織中の残留オーステナイトの量であり、ＲＡ結晶粒径は平均のオーステナイト結晶粒径であり、ＲＡ中のＣ％は残留オーステナイト中のＣ含量であり、ＢＭ結晶粒径はマルテンサイトおよびベイナイトの結晶粒径またはブロックの平均径である。
亜鉛めっきされた試料１、２、３は、所望の特性、より詳細には所望の延性を得るために、分配温度ＰＴがおよそ４６０℃、すなわち溶融めっきの温度である必要があることを示している。分配温度ＰＴが４００℃以下または５００℃以上である場合、特に４３０−４８０℃の範囲内ではない場合、延性は大幅に低下し不十分となる。
合金化溶融亜鉛めっきされた試料４から９および試料１１は、４６０℃以下の分配温度が最良の結果をもたらすことを示している。
例１０において、分配は４８０℃まで加熱し次いで４６０℃まで直線的に冷却することによって行われた。
例４から例８は、４６０℃の分配温度および１０秒から６０秒の間の分配時間によって、合金化溶融亜鉛めっき鋼板において所望の特性を得ることが可能であることを示している。これらの例は、分配時間が６０秒未満、好ましくは約３０秒であることが好ましいことも示しているが、なぜならそのような分配時間では降伏強度は１０００ＭＰａを超えるが、一方で分配時間が６０秒である場合は１０００ＭＰａ未満であるからである。図の顕微鏡写真は、７．５％の残留オーステナイトおよび９２．５％のマルテンサイト＋ベイナイトを含有する例８を示している。
例１０および例１１は、分配温度が４６０℃を超える場合、延性が著しく低下することを示している。
例９は、反対に、分配温度が４４０℃である場合、すなわち４６０℃未満である場合、特性、特に延性は良好なままであることを示している。

Claims (18)

  1. 重量％で
    ０．１５％≦Ｃ≦０．２５％
    １．２％≦Ｓｉ≦１．８％
    ２％≦Ｍｎ≦２．４％
    ０．１％≦Ｃｒ≦０．２５％
    Ａｌ≦０．５％
    を含有する化学組成を有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である、鋼板を熱処理および被覆することによって、延性が改善され成形性が改善された高強度被覆鋼板を製造する方法であって、被覆鋼板の降伏強度ＹＳが少なくとも８００ＭＰａ、引張強度ＴＳが少なくとも１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％、穴広げ率ＨＥＲが少なくとも３０％であり、
    熱処理および被覆が以下の工程：
    − Ａｃ３を超えるが１０００℃未満である焼鈍温度ＴＡにおいて３０秒を超える時間で鋼板を焼鈍する工程、
    − ２５０℃から３５０℃の間の焼入れ温度ＱＴまで、焼入れ直後にマルテンサイトおよびオーステナイトからなる組織を得るのに十分な冷却スピードで鋼板を冷却することにより、鋼板を焼入れする工程であって、マルテンサイト含量は少なくとも６０％である、工程、
    − 鋼板を４３０℃から４８０℃の間の分配温度ＰＴまで加熱し、鋼板を分配温度において１０秒から９０秒の間の分配時間Ｐｔの間維持する工程、
    − 鋼板を溶融めっきする工程、および
    − 鋼板を室温まで冷却する工程
    を含み、
    最終的な組織が３％から１５％の残留オーステナイトならびに８５％から９７％のマルテンサイトおよびベイナイトを含有しフェライトを含まず、
    マルテンサイトは少なくとも６５％であり、
    ベイナイトおよびマルテンサイトのブロックの平均径は１０μｍ以下である、
    方法。
  2. 鋼板の化学組成が以下の条件：
    ０．１７％≦Ｃ≦０．２１％
    を満たす、請求項１に記載の方法。
  3. 鋼板の化学組成が以下の条件：
    １．３％≦Ｓｉ≦１．６％
    を満たす、請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
  4. 鋼板の化学組成が以下の条件：
    ２．１％≦Ｍｎ≦２．３％
    を満たす、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 溶融めっき工程が亜鉛めっき工程である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 溶融めっき工程が、合金化温度ＴＧＡを４８０℃から５１０℃の間とする合金化溶融亜鉛めっき工程である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  7. 焼入れの間の冷却スピードが、少なくとも２０℃／秒である、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 焼入れの間の冷却スピードが、少なくとも３０℃／秒である、請求項７に記載の方法。
  9. 鋼板が焼入れ温度まで焼入れされた後、および鋼板を分配温度ＰＴまで加熱する前に、鋼板を焼入れ温度ＱＴにおいて２秒から８秒の間に含まれる保持時間の間維持する工程をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  10. 焼入れ温度ＱＴにおける保持時間が３秒から７秒の間に含まれる時間である、請求項９に記載の方法。
  11. 重量％で
    ０．１５％≦Ｃ≦０．２５％
    １．２％≦Ｓｉ≦１．８％
    ２．１％≦Ｍｎ≦２．３％
    ０．１≦Ｃｒ≦０．２５％
    Ａｌ≦０．５％
    を含有する化学組成を有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である、被覆鋼板であって、被覆鋼板は、３％から１５％の残留オーステナイトならびに８５％から９７％のマルテンサイトおよびベイナイトからなる組織を有し、マルテンサイトは少なくとも６５％であり、該組織はフェライトを含まず、ベイナイトおよびマルテンサイトのブロックの平均径は１０μｍ以下であり、
    被覆鋼板の少なくとも一方の面が金属被覆を含み、被覆鋼板の降伏強度が少なくとも８００ＭＰａ、引張強度が少なくとも１１８０ＭＰａ、全伸びが少なくとも１４％、穴広げ率ＨＥＲが少なくとも３０％である、被覆鋼板。
  12. 化学組成が以下の条件：
    ０．１７％≦Ｃ≦０．２１％
    を満たす、請求項１１に記載の被覆鋼板。
  13. 化学組成が
    １．３％≦Ｓｉ≦１．６％
    を満たす、請求項１１または１２に記載の被覆鋼板。
  14. 金属被覆を含む少なくとも１つの面が亜鉛めっきされている、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の被覆鋼板。
  15. 金属被覆を含む少なくとも１つの面が合金化溶融亜鉛めっきされている、請求項１４に記載の被覆鋼板。
  16. 残留オーステナイトが少なくとも０．９％のＣ含量を有する、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の被覆鋼板。
  17. 残留オーステナイトが少なくとも１．０％のＣ含量を有する、請求項１６に記載の被覆鋼板。
  18. 残留オーステナイトが５μｍ以下の平均結晶粒径を有する、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の被覆鋼板。
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