JP7213973B2 - 穴拡げ率の高い冷間圧延焼鈍鋼板及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ベイニティックフェライトを主成分とする微細組織を呈示する冷間圧延焼鈍鋼板に関する。この鋼板は自動車の構造部品の製造に使用できる。
自動車産業における大きな課題の一つは、安全要求事項を無視することなく、CO2排出量を削減するために車両の重量を減らすことである。新しい高強度鋼は、これらの要求を満たすために製鋼産業によって継続的に開発されている。自動車用途での高強度鋼の使用が増加するにつれて、強度の増加及び穴拡げ性能の改善の両方を有する鋼に対する需要が高まっている。このように、種々の強度レベルを提供する鋼のいくつかの群が提案されてきた。
公表文献WO2015011554号では、900MPaより高い引張強さ及び700MPaより高い降伏強さを有する冷間圧延鋼板が製造されている。この冷間圧延鋼板の微細組織は、13%~30%の間のマルテンサイト及び残留オーステナイトの島、13%~25%の間の残留オーステナイトを含み、残余はベイナイト及びフェライトである。この比率のマルテンサイト及び残留オーステナイトの島は低延性鋼を誘起し、一様伸びは16%より低い。
公表文献WO2012164579号では、1300MPaより高い引張強さ及び20%より高い全伸びを有する熱間圧延ベイナイト鋼板が製造されている。この鋼は合金元素を含まないが、鋼の焼入性を改善するために多量のクロムが添加されている。しかし、溶接中に、クロムとの炭化物が形成されることにより熱影響部で鋼の軟化が低減できる。
公表文献EP1676933号には、1180MPaより高い引張強さ、及び90%を超えるベイニティックナイトフェライト及びマルテンサイト並びに少なくとも3%の残留オーステナイトから構成される微細組織を有する冷間圧延焼鈍鋼板が記載されている。この微細組織は鋼の焼入性を高めるが、延性を低下させ、伸びは15%よりも低い。
公表文献WO2014040585号では、特にフェライト相変態を減速させる高含有量のクロムと、ベイナイト及びフェライト形成の反応速度を制御することを可能にするアルミニウムとの組合せで、低合金炭化物フリーベイナイト鋼が製造されている。
国際公開第2015/011554号 国際公開第2012/164579号 欧州特許出願公開第1676933号明細書 国際公開第2014/040585号
したがって、本発明の目的は、1100MPaより高い引張強さ、16%より高い一様伸び及び15%より高い穴拡げ率を呈する鋼板を提供することである。
好ましい実施形態において、本発明の鋼板は、24%以上の穴拡げ率を呈する。好ましい実施形態において、本発明の鋼板は、1180MPaより高い引張強さを呈する。
この目的は、請求項1に記載の鋼板を提供することによって達成される。また、前記鋼板は、請求項2~7に記載の特徴を備えることができる。別の目的は、請求項8~10に記載の方法を提供することによって達成される。
本発明は、これからより詳細に記載されるが、限定されることなくより詳細に記載される。
所望の微細組織の特徴及び機械的特徴に達するためには、化学組成及び方法のパラメータが非常に重要である。質量百分率で表される鋼の組成は次のとおりである。
- 0.30%≦C≦0.50%: 炭素含有率が0.30%より低い場合、残留オーステナイトの割合は16%を超える一様伸びを達成するには不十分である。炭素の含有率が0.50%を超えると、鋼板の溶接性が低下することがある。
- 1.00%≦Mn≦2.50%: マンガン含有率が1.00%未満であると、総残留オーステナイトが所望の機械的特性を得るには不十分である。マンガンが2.50%を超えると、中心偏析の危険性が高まり、降伏強さ、引張強さ及び穴拡げ値に有害となる。本発明の好ましい実施形態において、ミクロ分離の危険性及び偏析した領域における硬い相の整列を制限するためには、マンガン含有率は1.30%~2.10%の間である。
- 1.00%≦Si≦2.00%: ケイ素は、液体段階での脱酸及び固溶硬化を達成するために使用される元素である。残留オーステナイトを安定化するためには、ケイ素含有率は1.00%より高くなければならない。好ましくは、ケイ素の含有率は1.4%を超える。ケイ素含有率が2.00%を超えると、フェライト形成が促進され、所望の引張強さ及び伸びが達成されない。
- Al≦2.00%: アルミニウムの添加は液体段階での効率的な脱酸に寄与し、フェライトの安定化に有利である。フェライトの形成を避け、したがって本発明で要求される降伏強さ及び引張さレベルを得るためには、アルミニウム含有率は2.00%に制限される。好ましくは、アルミニウム含有率は1.00%未満、より好ましくは0.50%未満であり、又は0.10%未満でさえある。
- Cr≦0.100%: クロムはベイナイト変態速度を遅くし、ベイナイトの最大の割合を妨げる合金元素である。ベイナイト割合を最大化し、したがって残留オーステナイトの良好な安定化を保証し、マルテンサイトの形成を制限し、それにより本発明の機械的特性を得るためには、その含有率は0.100%に制限される。好ましくは、クロム含有率は0.05%に制限され、より好ましくは0.01%に制限される。
- 0.100%≦Mo≦0.500%: モリブデンは残留オーステナイトの安定化に有利に働く元素である。0.100%未満では、このような有効な効果は得られない。0.500%を超えると、ベイナイトの割合が低下し、マルテンサイト形成が促進され、このため板が硬くなり、延性が低下する。また、相変態の速度は減速する。焼鈍中の均熱工程で溶解されないであろう炭化物の安定化を避けるために、好ましくは、モリブデンの含有率は0.400%未満であり、又は0.300%未満ですらある。
- 0.020%≦Nb≦0.200%: ニオブは析出物を形成するマイクロアロイ元素であり、炭素又は窒素で硬化する。その後、微細組織は微細化され、より大きな延性をもたらす。ニオブ含有率が0.020%未満では、このような効果が得られない。しかし、過度の硬化効果を避けるために、ニオブ含有率は0.200%に制限される。好ましくは、ニオブ含有率は0.100%に制限される。
- B≦0.0005%: ホウ素は相変態を減速させる元素である。ホウ素含有率が0.0005%を超えると、ベイナイトの割合が低下して、マルテンサイト形成が促進され、このため板が硬くなり、延性が低下する。
本発明によれば、炭素、マンガン、クロム、モリブデン及びホウ素の割合は、合金が次の条件、すなわち、250%C+120%Mn-200%Cr+200%Mo-10000%B≧320を満たすようなものである。炭素、マンガン及びモリブデンは残留オーステナイトの安定化に有利に働く元素であるが、クロム及びホウ素は相変態の速度を遅くし、ベイナイトの割合を制限する。
- P≦0.02%: リン含有率が0.02%を超えると、粒界での偏析が起こり、鋼板の伸びが低下する可能性がある。
- S≦0.005%: 硫黄含有率は、板の延性に有害な硫化物の形成を低下させるために、0.005%に制限される。
- N≦0.01%: 窒素含有率が0.01%を超えると、液体中又は固体状態の中に、窒化物又は炭窒化物の形態の下で特定の元素が析出することがある。粗大な析出物は鋼板の延性を低下させるので避けなければならない。
組成の残余は鉄及び、精錬に起因するチタン、銅、ニッケル及びバナジウムのような不可避の不純物であり、チタン、銅及びニッケルに対しては0.01%まで、バナジウムに対しては0.005%まで許容できる。
これから、本発明による冷間圧延焼鈍圧延鋼板の微細組織を詳細に説明する。
本発明によれば、鋼の微細組織は表面分率で、35%~45%のマルテンサイト及び残留オーステナイトの島(M-A)を含む。M-A含有率が35%より低い場合、総残留オーステナイト量が16%という一様伸びの最小値に達するには不十分である。M-A含有率が45%を超えると、過剰なマルテンサイト形成の影響により穴拡げ率が低下する。
本発明によれば、鋼の総残留オーステナイトは、所望の引張強さ、一様伸び及び穴拡げ率を得るためには、24%以上である。
好ましい実施形態において、鋼の微細組織は、表面分率で16%未満のマルテンサイトを含む。このマルテンサイトは、過時効工程後の最終冷却中に形成される。マルテンサイト分率が16%を超えると、鋼板の焼入性の増加のために鋼板の穴拡げ率が低下することがある。微細組織の残余はベイニティックフェライトからなる。
本発明の鋼板は、任意の適切な製造方法によって製造することができ、当業者は、それを定義することができる。しかし、本発明による方法を用いるのが好ましく、該方法は、以下のステップ、
- 上記組成の鋼半製品を提供する工程、
- 該鋼半製品を1150℃~1300℃の間に含まれる温度で加熱し、再加熱された鋼半製品を得る工程、
- 800℃以上の最終圧延温度で該再加熱された鋼半製品を熱間圧延し、熱間圧延鋼板を得る工程、
- 該熱間圧延鋼板を400℃~590℃の間の温度Tcoilで巻き取り、巻き取り鋼板を得る工程、
- 任意に、該巻き取り鋼板を熱処理する工程、
- 該巻き取り鋼板を30%~80%の間の圧下率で冷間圧延し、冷間圧延鋼板を得る工程、
- 該冷間圧延鋼板を2℃/秒~50℃/秒の間加熱速度VでAc3+20℃より高く、かつ1000℃より低い均熱温度Tsoakまで60秒より長い持続時間tsoakの間加熱し、焼鈍鋼板を得る工程、
- 該焼鈍鋼板を20℃/秒~1000℃/秒の間の冷却速度Vで385℃より高く、かつ450℃より低い過時効温度TOAまで冷却する工程、
- 過時効温度TOAで冷却された焼鈍鋼板を270秒以上の持続時間tOAの間保持する工程
を含む。
本発明の鋼板は、上記の組成を有する本発明の鋼から作られたスラブ、薄いスラブ、又はストリップなどの半製品を鋳造し、鋳造した投入ストックを1150~1300℃の間の温度まで加熱するか、又は中間冷却を行わずに、鋳造後このような温度で直接使用する方法により製造することが好ましい。
その後、帯状にフェライトが形成されることによる延性の欠如によるひび割れ問題を避けるため、半製品を800℃以上の最終圧延温度で熱間圧延し、熱間圧延鋼板を得る。
次に、熱間圧延鋼板を400~590℃の間の温度Tcoilで巻取り、巻取り鋼板を得る。巻取り温度が400℃より低い場合、冷却後の鋼材の硬さが高くなる。巻取りの温度が590℃より高いと、望ましくない表面酸化物が形成される可能性がある。好ましくは、巻取り温度は500℃~590℃の間である。
表面酸化物を除去するために、巻取り後に酸洗い工程を加えることができる。
巻取り鋼板の熱処理を400~700℃の間の熱処理温度θまで行い、該熱処理温度での持続時間を30秒~200時間の間とすることができる。熱処理の持続時間は、長い持続時間が低温に適応し、短い持続時間が高温に適応すると仮定すると、熱処理温度に適応させるべきである。
表面酸化物を除去するために、熱処理後に酸洗い工程を加えることができる。
その後、30%~80%の圧下率で鋼を冷間圧延し、冷間圧延鋼板を得る。
次いで、冷間圧延鋼板を2℃/秒~50℃/秒の加熱速度Vで加熱する。2℃/秒未満では、深部脱炭は避けられず、表面の軟化をもたらし、したがって所望の機械的特性に達成することができない。50℃/秒を超えると、相変態が再結晶を妨げ、低延性の部分的に未結晶化の微細組織になる可能性がある。好ましくは、加熱速度Vは10℃/秒~40℃/秒の間である。
冷間圧延鋼板はAc3+20℃より高く、かつ1000℃未満の均熱温度Tsoakまで60秒を超える持続時間tsoakの間加熱され、焼鈍鋼板が得られる。TsoakがAc3+20℃より低い場合、フェライト形成が促進され、所望の微細組織が達成されず、そのため機械的特性が達成されない。
Ac3温度はJournal of the Iron and Steel Institute、203、721-727、1965に発表されたAndrewsによって導かれた以下の公式から計算される。
Ac3(℃)=910-203×(%C)^(1/2)-15.2×(%Ni)+44.7×(%Si)+104×(%V)+31.5×(%Mo)+13.1×(%W)-30×(%Mn)-11×(%Cr)-20×(%Cu)+700×(%P)+400×(%Al)+120×(%As)+400×(%Ti)
しかし、温度Tsoakが1000℃より高い場合、オーステナイト結晶粒径は過度に大きくなり、弾性特性に悪影響を及ぼす。好ましくは、均熱温度は900℃未満である。均熱の持続時間が60秒より短いと、炭化物の溶解が不十分になるであろう。好ましくは、均熱時間は100秒を超える。
熱処理後、焼鈍鋼板を、フェライト形成を避けるために20℃/秒より高く、385℃~450℃の間に含まれる過時効温度TOAに達するように1000℃/秒よりも低い冷却速度Vで冷却して、冷却鋼板を得る。好ましくは、冷却速度は500℃/秒未満であり、より好ましくは100℃/秒未満である。鋼を385℃未満の温度まで加熱すると、ベイナイトの含有率が高すぎ、残留オーステナイトの含有率が不足する。一様伸びは目標値に達しない。逆に、TOAが450℃より高いと、ベイナイト含有率が低すぎて、延性を低下させる過剰なマルテンサイト形成が起こる。
鋼はTOA温度で270秒以上の持続時間tOAの間保持され、オーステナイトの安定化及びM-A島の微細化を得る。270秒より短い過時効持続時間はベイナイトの形成を制限し、そのためオーステナイトの安定化を妨げ、延性を低下させる過剰のマルテンサイトの形成を促進する。鋼板は室温まで冷却される。
この最終冷却工程の後、鋼板を任意に金属被覆操作に供して、腐食からのその保護を改善することができる。使用される被覆方法は、本発明の鋼に適合する任意の方法であり得る。電解又は物理的蒸着を挙げることができ、特にジェット蒸着が注目される。金属被覆は、例えば、亜鉛又はアルミニウムをベースとすることができる。
本発明は、これから、以下の実施例によって例示されるが、これらは、決して限定的ではない。
重量パーセントで表される表1に詳述した組成の半製品を提供した。鋼A~Dは本発明の組成物に対応する。
表2は、適用された製造条件を詳述している。試験例1~5は本発明に相当する。
Figure 0007213973000001
Figure 0007213973000002
Figure 0007213973000003
熱処理鋼板の微細組織をKlemmでエッチングした研磨試験片で決定し、走査電子顕微鏡で観察した。総残留オーステナイトの表面分率をX線回折及びRietveld微細化及び画像解析によるM-A島の表面分率によって測定した。構成成分の比率を表3に報告する。表4は、最終的な熱処理鋼板の機械的特性をまとめたものである。引張強さTS及び一様伸びUElはISO6892-1:2016に従って決定した。穴拡げ率HERはISO16630:2017に従って決定した。
穴拡げ方法は、スタンピング前の穴の初期直径Di(公称10mm)、その後穴のエッジに板の厚さ方向に貫通亀裂が観察された場合に決定されたスタンピング後の穴の最終直径Dfを測定することからなる。穴拡げ率HERは、以下の式、すなわち、HER=100*(Df-Di)/Diに従って決定する。したがって、切断された開口部のレベルでスタンピングに耐える板の能力を定量化するためにHERを使用する。
Figure 0007213973000004
試験例1~5では、組成及び製造条件が本発明に相当する。したがって、所望の微細組織及び機械的特性が得られる。試験例6~13及び15は本発明の組成と一致しない。試験例6~13は、オーステナイト残留の安定化元素であるモリブデンの含有率が非常に少ない。このため、所望の総残留オーステナイトレベルに達せず、一様伸びが低下する。
さらに、試験例6及び9は微細組織を微細化するのに十分なニオブを含んでおらず、一様伸びが低い。
試験例8、10及び11では、ホウ素の過剰及び特にクロムの過剰が、高い分率のマルテンサイト及び低い分率の総残留オーステナイトを有する望ましくない微細組織をもたらし、これは微細組織の延性を低下させ、低い一様伸びをもたらす。また、マルテンサイトは脆く、穴の拡張中に早期損傷を示すので、多量のマルテンサイトも穴拡げ率を妨げる。
試験15では、鋼に多量のホウ素が含まれている。マルテンサイト形成が促進され、ベイナイトの量が減少し、そのため板が硬化し、延性が低下する。
試験例12及び14では、過時効の温度は本発明の限界よりも低く、残留オーステナイトの低レベルを倍加させ、これは微細組織の延性を低下させ、低い一様伸びをもたらす。試験例13では、オーステナイトの安定化及びM-A島の微細化を得るには過時効の保持時間が短すぎる。その結果、鋼板は要求された機械的特性を満たさない。

Claims (11)

  1. 冷間圧延焼鈍鋼板であって、重量%で、以下、
    0.30%≦C≦0.50%
    1.00%≦Mn≦2.50%
    1.00%≦Si≦2.00%
    Al≦2.00%
    Cr≦0.100%
    0.100%≦Mo≦0.500%
    0.020%≦Nb≦0.200%
    B≦0.0005%
    P≦0.02%
    S≦0.005%
    N≦0.01%
    を含み、残余がFe及び不可避の不純物である化学組成を有し、炭素、マンガン、クロム、モリブデン及びホウ素の割合が、合金が以下の条件を満たすようなものであり、
    250%C+120%Mn-200%Cr+200%Mo-10000%B≧320
    微細組織が、表面分率で、35%~45%のマルテンサイト及び残留オーステナイトの島(M-A)を含み、総残留オーステナイトは24%以上であり、残余はベイニティックフェライトからなる、冷間圧延焼鈍鋼板。
  2. マンガン含有率が1.30%~2.10%の間に含まれる、請求項1に記載の鋼板。
  3. モリブデン含有率が0.100%~0.400%の間である、請求項1又は2に記載の鋼板。
  4. 微細組織が、表面分率で16%未満のマルテンサイトを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の鋼板。
  5. 引張強さTSが1100MPaより高く、一様伸びUElが16%以上であり、穴拡げ率が15%より高い、請求項1~4のいずれか一項に記載の鋼板。
  6. 穴拡げ率が24%以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載の鋼板。
  7. 引張強さTSが1180MPaより高い、請求項1~6のいずれか一項に記載の鋼板。
  8. 鋼板を製造する方法であって、
    以下のステップ、
    - 請求項1~3のいずれか一項に記載の組成を有する鋼半製品を提供する工程、
    - 該鋼半製品を1150℃~1300℃の間に含まれる温度で加熱し、再加熱された鋼半製品を得る工程、
    - 800℃以上の最終圧延温度で該再加熱された鋼半製品を熱間圧延し、熱間圧延鋼板を得る工程、
    - 該熱間圧延鋼板を400℃~590℃の間の温度Tcoilで巻き取り、巻き取り鋼板を得る工程、
    - 任意に、該巻き取り鋼板を熱処理する工程、
    - 該巻き取り鋼板を30%~80%の間の圧下率で冷間圧延し、冷間圧延鋼板を得る工程、
    - 該冷間圧延鋼板を2℃/秒~50℃/秒の間加熱速度VでAc3+20℃より高く、かつ1000℃より低い均熱温度Tsoakまで60秒より長い持続時間tsoakの間加熱し、焼鈍鋼板を得る工程、
    - 該焼鈍鋼板を20℃/秒~1000℃/秒の間の冷却速度Vで385℃より高く、かつ450℃より低い過時効温度TOAまで冷却する工程、
    - 過時効温度TOAで冷却された焼鈍鋼板を270秒以上の持続時間tOAの間保持する工程
    を含み、
    鋼板の微細組織が、表面分率で、35%~45%のマルテンサイト及び残留オーステナイトの島(M-A)を含み、総残留オーステナイトは24%以上であり、残余はベイニティックフェライトからなる、
    法。
  9. 巻き取り温度が500℃~590℃の間である、請求項8に記載の方法。
  10. 前記巻き取り鋼板は、400℃~700℃の間の熱処理温度θまで熱処理され、前記熱処理における持続時間は30秒~200時間の間に含まれる、請求項8又は9に記載の方法。
  11. 車両の構造部品の製造のための、請求項1~7のいずれか一項に記載の又は請求項8~10に従って製造された冷間圧延焼鈍鋼板の使用。
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