JP6972153B2 - 最低1100MPaの引張強度と、18%以上の全伸びを有する熱間圧延ベイナイト鋼製品 - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも1100MPaの引張強度と18%以上の全伸びを有する高強度熱間圧延ベイナイト鋼製品を開示する。鋼は更に、10〜12%以上の一様伸びと、0.6〜0.7の降伏引張比(yield and tensile ratio)を有する。開発された鋼は更に、19〜23.5GPa%の範囲の引張靱性を有しており、自動車の構造及び耐荷重用途、自動車のバンパー、防衛装備製造、鉱業などの用途に非常に適している。
自動車部門において、燃料消費の削減、ひいては排出物量の低下、及び高水準の安全性の維持には、より強度の高い鋼を使用する必要がある。両ニーズは、高い伸びを有する先進高強度鋼(AHSS)の使用によって満たすことが可能かもしれない。超高強度(UHSS)又はAHSSは、今まで新しいものではない。しかし、UHSSの主要な問題は、伸びに限界があることによる低い成形能力と弱い耐荷重能力である。金属及び合金では、強度と伸びは反対の挙動を示し、従って、より強度の高い鋼又はUHSS鋼が開発されると、極めて当然ながら、伸びも大幅に低下又は減少する。結果として、自動車の様々なパーツへのUHSSの適用範囲は、成形が益々困難になるにつれて限定されていく。従って、UHSS鋼の開発では、高い伸びと成形性が同時に要求される。言及した情勢/状況では、例えばロアサスペンション、長尺横材及びバンパーなどの様々な自動車部品用の、高引張強度と並外れた一様伸び及び全伸びとを併せ持つ熱間圧延超高強度(UHSS)薄鋼板の開発が求められてきた。
従って、本発明の目的は、先行技術の欠点を解消する熱間圧延先進高強度ベイナイト鋼の厚帯製品を提案することである。
発明の好適な実施形態の詳細な説明
本発明は、下記の合金組成(wt%、Fe及びその他不純物を除く)を達成するための溶鋼の調製を含む、先進高強度鋼帯の開発方法に関する:
C:0.15〜0.25、Mn:0.8〜2.1、Si:0.4〜1.1、Cr:0.8〜1.5、Al:0.05〜0.3、Mo:0.05〜0.25、Nb:0.018〜0.035、Ti:0.01〜0.1、S:最大0.014、P:最大0.028、N:最大0.012。
適切な強度レベルが得られるように、所望の強度向上、相分率の割合を達成するために、炭素含有量を調節しなければならない。炭素の量は、達成される伸びの向上にとって鍵である、残留オーステナイトの安定性も決定する。炭素レベルは、良好な溶接性を確保するためにも制御しなければならない。好ましい炭素含有量は、所望の強度と伸び、更に溶接性も達成するには、0.20wt%未満に保つべきであり、従って、0.21wt%未満に制限すべきである。
マンガンの添加により、安定した残留オーステナイトの存在が確保された。しかし、その量は、0.8wt%以上、好ましくは、1.2wt%以上、より好ましくは1.5wt%以上とすべきである。Mnの量は、1.0wt%以上、好ましくは1.3wt%以上、より好ましくは1.5wt%以上とすることが望まれる。マンガン量は、溶接割れ及び鋳割れを回避するため、好ましくは2.1wt%未満とすべきである。
Al:0.05〜0.3wt%:
Alは、より強力なフェライト安定剤である。Alは、炭素が残留オーステナイトから容易に出て来ないようにし、それによってベイナイト反応中により多量の残留オーステナイトが形成されることを可能にする。ガルバナイジングの観点からは、ケイ素の添加よりもAlの添加が好ましい。ただし、鋳造中に更に問題を引き起こす可能性があるため、量は過剰とすべきではない。過剰なAlは、溶接部位での硬質酸化物の形成を可能とし、それによって溶接性を悪化させるかもしれない。従って、新たに開発された鋼におけるAl含有量は、0.06wt%に、好ましくは0.1wt%を超えて、より好ましくは0.3wt%未満に維持すべきである。Alの有益な効果を確実にするためには、添加量は、是非0.08wt%を超えるべきである。好ましくは、Alは、0.1〜0.29wt%の範囲で変化する。
ケイ素もフェライト安定剤である。ケイ素は、一定温度での保持/巻き取り時のベイナイト変態中の炭化物析出と、微細構造内の残留オーステナイト量が増加した合金の形成を抑制する。鋼への過剰量のケイ素添加は、熱間圧延及び冷却中の多様なスケール形成のため、有害である。スケール形成は、表面劣化を引き起こし、コーティング性/ガルバナイズ性(gavanizibility)を低下させる。従って、Siは、言及した一定の範囲内、より好ましくは0.7wt%未満に制限すべきである。好ましくは、Siは、0.4〜0.8wt%の範囲で変化する。
リンは、鋼に有害であると考えられる。従って、量は、最大で0.028wt%、好ましくは0.02wt%以下に制限すべきである。
リン(Phosphorus)と同様、硫黄も有害であると考えられる。そのため、硫黄含有量は、できるだけ低く、好ましくは0.014wt%未満に保つべきである。
鋼中の過剰な窒素も、有害である。過剰な窒素は、成形性を低下させるTiN及びAlNなどの硬質介在物を生じさせることがある。従って、窒素含有量は、0.012wt%未満に制限する必要がある。
ニオブは、結晶粒微細化、析出などの様々なメカニズムにより鋼の強度を高めるために添加される。Nb添加は、微細構造中の残留オーステナイトの量を増加させるのにも有用である。Nbはコストがかかるため、経済的優位性を活用するためには慎重に添加して最適化すべきである。従って、Nbレベルは、0.035wt%未満、より好ましくは0.030wt%以下とすべきである。
モリブデンは、鋼の焼入性を高めるために添加され、それによりベイナイトの容易な形成に有利に作用する。余剰な焼入性の結果、ベイナイト反応中に、より柔軟なフェライトと比較的硬質のパーライト相の形成を抑制できる。従って、Moはコストがかかるので、鋼を安価にし、熱間圧延中の加工の優位性を活用するため、その量は、0.25wt%未満に制限すべきである。好ましくは、Moは、0.08〜0.12wt%の範囲で変化する。
Tiは、オーステナイト結晶粒の成長を制限するのに有益である。加えて、Tiは、Nb、Vの存在下で非常に微細な炭窒化物も形成し、強度を高める。Tiは硬質のTiN介在物を形成する傾向があるため、過剰量のTiは有害となる可能性がある。従って、Tiの量は、0.1wt%未満、より好ましくは0.05wt%未満に制限すべきである。好ましくは、Tiは、0.02〜0.04wt%の範囲で変化する。
本発明によると、合金を誘導炉で溶融し、続いて厚さ70〜80mmのバー又はインゴットの形態に鋳造した。インゴットは、鋼を十分な時間オーステナイトに保持し、続いて温度を低下させてオーステナイトに変形を加えることにより均質化し(homogenize)、鋳造構造を破壊し圧延プロセスに適するように厚さを減少させるために鍛造し、続いて周囲温度に空冷した。均質化した鋼は、熱間圧延のために準備した。熱間圧延に先立ち、1130℃を超える高温で鋼を2〜4時間均熱し、続いて仕上げ圧延温度をオーステナイト域に保った状態で最小10mmの厚さまで熱間圧延し、続いて塩浴又は同種の設備へ、Msを超えるが(bit)Bs未満の所定温度で巻き取りを行い、数時間保持した。次いで、巻き取った鋼サンプルを空気中に移し、周囲温度に冷却した。微細構造及び機械的性質のための試験片は、熱間圧延板から取得した。光学走査型電子顕微鏡及びOIM(Orientation Imaging Microscopy)を使用して、微細構造特性評価を実施した。機械的性質は、ビッカーズ硬度法により評価し、ASTM規格に従い引張試験を遂行した。X線回折を採用して微細構造の構成要素を確認した。
例1に示す開発された鋼は、加熱速度5〜10℃/sを用いて1220〜1230℃の温度で均熱した。鋼を冷却し、1080〜1100℃の温度範囲で粗圧延に付し、55〜80%の範囲の変形を加えた。粗圧延鋼を更に冷却し、1000〜1010℃の範囲の仕上げ圧延温度で熱間圧延に付し、55〜70%の変形(deformation)を加えた。鋼仕上げ圧延鋼を5℃/s以上の冷却速度を用いて冷却し、415〜450℃の温度範囲で巻き取った後、室温に空冷した。
Claims (16)
- 少なくとも1100MPaの引張強度と、18%以上の全伸びを有し、重量パーセントで以下(Fe及びその他の不純物を除く):
C:0.15〜0.25;
Mn:0.8〜2.1;
Si:0.4〜1.1;
Cr:0.8〜1.5;
Al:0.05〜0.3;
Mo:0.05〜0.25;
Nb:0.018〜0.035;
Ti:0.01〜0.1;
S:最大0.014
P:最大0.028;及び
N:最大0.012
を含む、超高強度熱間圧延ベイナイト鋼帯又は鋼板。 - Mo、Si、Al、Ti、Crが、それぞれ0.08〜0.12、0.4〜0.8、0.1〜0.29、0.02〜0.04及び0.85〜1.1の範囲で変化する、請求項1に記載の超高強度熱間圧延ベイナイト鋼帯又は鋼板。
- 鋼が、0.6〜0.7の降伏引張比(yield and tensile ratio)を有する、請求項1又は2に記載の超高強度熱間圧延ベイナイト鋼帯又は鋼板。
- 鋼が、1100〜1150MPaの範囲の引張強度を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の超高強度熱間圧延ベイナイト鋼帯又は鋼板。
- 鋼が、21〜23%の範囲の全伸びを有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の超高強度熱間圧延ベイナイト鋼帯又は鋼板。
- 鋼が、10〜12%の範囲の最小一様伸びを有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の超高強度熱間圧延ベイナイト鋼帯又は鋼板。
- 鋼が、19〜23.5GPa%の範囲の引張靱性を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の超高強度熱間圧延ベイナイト鋼帯又は鋼板。
- 鋼の歪み硬化指数(「n」)が0.15〜0.19の範囲にある、請求項1〜7のいずれか1項に記載の超高強度熱間圧延ベイナイト鋼帯又は鋼板。
- 鋼が、体積で10〜14%のマルテンサイト、85〜80%のベイナイト及び5〜6%のオーステナイトを有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の超高強度熱間圧延ベイナイト鋼帯又は鋼板。
- ベイナイトシーフの厚さが500nm未満であり、マルテンサイト結晶粒径が5〜6ミクロン未満である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の超高強度熱間圧延ベイナイト鋼帯又は鋼板。
- 引張強度が1100MPa以上、全伸びが18%以上の超高強度熱間圧延ベイナイト鋼板またはシートの開発方法であって、
重量パーセントで下記組成の鋼(Fe及びその他の不純物を除く)を鋳造する工程と
C:0.15〜0.25、Mn:0.8〜2.1、Si:0.4〜1.1、Cr:0.8〜1.5、Al:0.05〜0.3、Mo:0.05〜0.25、Nb:0.018〜0.035、Ti:0.01〜0.1、S:最大0.014、P:最大0.028、N:最大0.012、
該鋼を1200〜1260℃で均熱する工程と、
該鋼を1080〜1100℃で粗圧延する工程と、
該鋼を1000〜1030℃で仕上げ圧延する工程と、
該仕上げ圧延された鋼を3〜7℃/sの冷却速度で冷却する工程と、
冷却された圧延鋼を415〜450℃の温度範囲で巻きとる巻き取り工程と
を含む方法。 - 前記鋼の均熱が5〜10℃/sの加熱速度で行われる請求項11に記載の方法。
- 前記鋼は、前記粗圧延において、55〜85%の範囲に変形される請求項11または12に記載の方法。
- 前記鋼は、粗圧延の後に冷却される請求項11〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記鋼は、前記仕上げ圧延において、50〜70%の範囲に変形される請求項11〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記鋼は、前記巻き取り工程の後、室温に空冷される請求項11〜15のいずれか1項に記載の方法。
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