JP7843696B2 - 高い展延性を有する亜鉛被覆鋼板製品 - Google Patents

高い展延性を有する亜鉛被覆鋼板製品

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Description

＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１９年８月７日に出願された米国仮出願第６２／８８３，７０４号の利益を主張し、前記出願は全て、引用を以て本明細書に組み込まれる。
＜発明の分野＞
本発明は、高い展延性(ductility)を有する亜鉛被覆鋼板製品に関し、より具体的には、制御された量のＳｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＡｌ合金添加物を有する鋼板製品であって、前記添加物にクエンチ・アンド・パーティション(quench and partition)プロセスを施して、高い極限引張強さ、高い展伸性及び高い穴拡げ性を含む望ましい機械的性質を有する鋼板製品に関するものである。
＜背景情報＞
クエンチ・アンド・パーティション鋼は、炭化物の析出を抑え、オーステナイトを保持して、高い強度と展伸性を達成するために、一般的にはケイ素含有量を多く含む。ケイ素の添加量は、典型的には、少なくとも１．５重量％である。しかし、このようなケイ素の添加は、熱間圧延鋼では粒界酸化層が形成され、この層は、酸洗(pickling)時に除去することが困難である。また、ケイ素の添加は、亜鉛被覆鋼板の溶接において溶融金属の脆化と関連があり、溶接部の強度を低下させる原因になる。
＜発明の要旨＞
本発明は、制御された組成を有し、高い展伸性を有する鋼板製品を提供するもので、該製品は、制御された加熱サイクルと組み合わせて、所望のミクロ組織及び好ましい機械的特性を生成する。機械的特性には、少なくとも１１８０ＭＰａの極限引張強度、高い展伸性、穴拡げ性、曲げ性及び成形性を含む。鋼組成物は、制御された量の炭素、マンガン、ケイ素及びクロムを含む。モリブデン及びアルミニウムは、制御された量で含まれてもよい。圧延された板は、熱サイクルに付される。熱サイクルは、加熱段階の後、マルテンサイト開始よりも低い温度までクエンチし、時効することを含む。
本発明の一態様は、０．１２～０．５重量％のＣ、１～３重量％のＭｎ、０．４～１．１重量％のＳｉ、０．２～０．９重量％のＣｒ、０．５重量％以下のＭｏ、及び１重量％以下のＡｌを含むクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品を提供することである。鋼板製品は、マルテンサイト、フェライト及び残留オーステナイトを含み、少なくとも１１８０ＭＰａの極限引張強度、少なくとも１３％の全伸び、及び少なくとも２５％の穴拡げ性を有する。
本発明の別の態様は、鋼板製品を７２０℃以上の均熱温度(soaking temperature)に加熱し、加熱された鋼板製品をマルテンサイト開始温度よりも低いクエンチ温度までクエンチし、クエンチされた鋼板製品をクエンチ温度以上の温度で時効処理することにより、上記のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品を製造する方法を提供することである。
本発明のさらなる態様は、０．１２～０．５重量％のＣ、１～３重量％のＭｎ、０．４～１．１重量％のＳｉ、０．２～０．９重量％のＣｒ、０．５重量％以下のＭｏ、及び１重量％以下のＡｌを含むクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品を製造する方法を提供することである。この方法は、鋼板製品を少なくとも７２０℃の均熱温度に加熱すること、加熱された鋼板製品をマルテンサイト開始温度よりも低いクエンチ温度にクエンチすること、及びクエンチされた鋼板製品をクエンチ温度以上の時効温度で時効することと、クエンチ・アンド・パーティション鋼板製品を製造するものである。鋼板製品は、マルテンサイト、フェライト及び残留オーステナイトを含み、少なくとも１１８０ＭＰａの極限引張強度、少なくとも１３％の全伸び、及び少なくとも２５％の穴拡げ性を有する。
本発明のこれら及び他の態様は、以下の説明からより明らかになるであろう。
図ｌは、任意の第１のアニーリングプロセスと、それに続くクエンチ・アンド・パーティション熱サイクルについて、温度対時間をプロットしたもので、前記熱サイクルには、本発明の一実施形態に係るクエンチと時効を含む。
図２は、図１のクエンチ・アンド・パーティションプロセスを施した鋼板製品の顕微鏡写真である。
＜詳細な説明＞
本発明の高展延性鋼板製品は、制御された加熱サイクルと組み合わせて、望ましいミクロ組織と、少なくとも１１８０ＭＰａの極限引張強度、高展延性、穴拡げ性、曲げ性、成形性などの好ましい機械特性とを生み出す制御された組成を有している。鋼組成物は、制御された量の炭素、マンガン、ケイ素、クロム及びモリブデンを含み、当業者に知られている他の適切な合金添加物と共に、アルミニウムを含むこともできる。
本発明の鋼組成物は、典型的には、０．１２～０．５重量％のＣ、１～３重量％のＭｎ、０．４～１．１重量％のＳｉ、０．２～０．９重量％のＣｒ、及び０．５重量％以下のＭｏを含むことができる。例えば、鋼組成物は、典型的には、０．１５～０．４重量％のＣ、２～２．８重量％のＭｎ、０．５～１．０重量％のＳｉ、０．１５～０．８重量％のＣｒ、０．１又は０．１５～０．４重量％のＭｏを含むことができる。特定の実施形態では、鋼組成物は、０．２～０．２５重量％のＣ、２．１～２．５重量％のＭｎ、０．６～０．９重量％のＳｉ、０．３～０．７重量％のＣｒ、及び０．２～０．３重量％のＭｏを含むことができる。アルミニウムは、鋼組成物に対して、最大１重量％、例えば、０．１～０．７重量％、又は０．２～０．５重量％を添加することもできる。
Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＡｌの制御された組合せにより、比較的少ないＳｉ含有量で優れた特性を有する高展延性１１８０鋼板製品が得られることを見出した。少ないＳｉ含有量とは、１．１重量％未満、又は１．０重量％未満、又は０．９５重量％未満、又は０．９０重量％未満、又は０．８５重量％未満、又は０．８０重量％である。Ｓｉ含有量が少ないと、亜鉛被覆板の溶接中、溶融金属脆性に対して優れた抵抗性を示し、処理が容易になる。
本発明の鋼板製品では、Ｃは強度の向上をもたらし、残留オーステナイトの生成を促進する。Ｍｎは硬化に寄与し、固溶強化作用を有する。Ｓｉは、熱処理時の炭化鉄の析出を抑制し、オーステナイトの残留量を増加させる。ＣｒはＭｏとの組み合わせで耐焼戻性を発揮し、特にＳｉと使用されるとき、又はＳｉ及びＡｌと使用されるとき、炭化物の析出を抑制することができる。Ａｌは、熱処理時の炭化鉄の析出を抑制し、オーステナイト残留量を増加する。また、強度向上のための結晶粒微細化剤として、Ｔｉ及びＮｂを任意選択的に添加することができる。
鋼組成物は、上記のＣ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＡｌの量に加えて、他の元素を微量又は不純物量で含むことができ、例えばＴｉを０．０５以下、Ｎｂを０．０５以下、Ｓを最大０．０１５、Ｐを最大０．０３、Ｃｕを最大０．２、Ｎｉを最大０．２、Ｓｎを最大０．１、Ｎを最大０．０１５、Ｖを最大０．１、Ｂを最大０．００４含むことができる。本明細書で鋼板製品の組成に関して使用する「実質的に含まない(substantially free)」という用語は、特定の元素又は材料が組成物に意図的に添加されておらず、不純物又は微量にのみ存在することを意味する。
上記組成を有する鋼板製品は、クエンチ・アンド・パーティションプロセスに付される。これについては、以下にてより詳細に説明する。得られた鋼板製品は、高い伸び(elongation)、所望の極限引張強さ(ultimate tensile strength)及び降伏強さ(yield strength)、高い曲げ性(bendability)、高い穴拡げ性(hole expansion)などの良好な機械的特性を有することを見出した。
鋼板製品は、標準のＡＳＴＭ－Ｌ試験を用いた全伸び（ＴＥ）によって測定される展延性が、典型的には、少なくとも１２％、例えば少なくとも１３％、又は少なくとも１４％、又は少なくとも１５％の高い展延性を有することができる。例えば、鋼板製品は、１３又は１４％乃至１９％又はそれよりも高い全伸びを有することができる。
鋼板製品の極限引張強度（ＵＴＳ）は、典型的には、少なくとも１１８０ＭＰａであり、例えば、１１８０～１３７０ＭＰａである。幾つかの実施形態では、ＵＴＳは、１３７０ＭＰａ未満、又は１３５０ＭＰａ未満、又は１３２０ＭＰａ未満であってよい。鋼板製品の降伏強度（ＹＳ）は、典型的には、少なくとも７００ＭＰａであり、例えば、７００～１１００ＭＰａである。
鋼板製品は、１５０００ＭＰａの超強度伸びバランス（ＵＴＳ・ＴＥ）を達成することができ、例えば、１７０００ＭＰａ％よりも大きく、又は１８０００ＭＰａ％よりも大きく、又は２００００ＭＰａ％よりも大きい。
鋼板製品は、高い穴拡げ性を有し、例えば、少なくとも２５％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも３２％、又は少なくとも３４％である。
鋼板製品に対するＵＴＳ・ＴＥ・ＨＥ（ＭＰａ％２）の組合せは、３７．５ｘｌ０４よりも大きく、例えば４２．５ｘｌ０４よりも大きく、又は５０ｘｌ０４よりも大きく、又は５４ｘｌ０４よりも大きく、又は６４ｘｌ０４よりも大きく、又は６８ｘｌ０４よりも大きい。
鋼板製品は、高い曲げ性（Ｒ／Ｔ）を有し、例えば、少なくとも２Ｒ／Ｔ、又は少なくとも２．５Ｒ／Ｔである。
本発明の特定の実施形態において、鋼板製品の最終的なミクロ組織は、主として、例えば５０～８０体積％のマルテンサイトを含み、フェライト量は少なく、例えば５～３５体積％であり、残留オーステナイト量は少なく、例えば１～２０体積％である。残留オーステナイトは、典型的には５体積％より多く、又は８体積％よりも多く含むことができる。特定の実施形態では、残留オーステナイトは、５～１６体積パーセント、又は８～１５体積パーセント、又は１０～１４体積パーセント、又は１１～１２体積であってよい。ベイナイトは、少量で存在していてもよく、例えば、０から５体積％、又は１０体積％、又は１５体積％である。このような相の量は、標準のＥＢＳＤ技術によって決定されることができる。
旧オーステナイト(prior austenite)の平均結晶粒径は、１～２０ミクロンであってよく、例えば、５～１０ミクロンである。フェライトの平均結晶粒径は、１～２０ミクロンであってよく、例えば、３～５ミクロンであってよい。残留オーステナイトの平均結晶粒径は、２ミクロン未満、又は１ミクロン未満、又は０．５ミクロン未満であってよい。残留オーステナイト粒は、実質的に等軸であってよく、平均アスペクト比は、３：１よりも小さいか、又は２：１よりも小さいか、又は１．９：１よりも小さくてよい。
＜クエンチ・アンド・パーティション熱サイクル＞
クエンチ・アンド・パーティション熱サイクルでは、加熱後、マルテンサイト開始温度よりも低い温度までクエンチし、次いで、最初のクエンチ温度又はそれよりも高い温度で、直接時効処理を行う。炭化物の析出は、適切な合金化によって抑制され、炭素が過飽和マルテンサイト相から未変態オーステナイト相に分配されるので、その後の室温への冷却の際、残留オーステナイトの安定性が向上する。この処理は、クエンチ・アンド・パーティション(Quenching and Partitioning)と称され、Ｑ＆Ｐと称されることもある。
第１のアニーリング又は均熱段階は、比較的高いアニーリング温度で行われることができ、第２のクエンチング又は冷却段階では、温度がマルテンサイト開始温度よりも低い温度に低下し、第３の時効又は保持段階では、鋼板製品は、比較的低い保持温度に再加熱され、所望時間、保持される。温度は、最終製品に所望のミクロ組織と機械的特性の生成が促進されるように制御される。
均熱段階で部分的又は全面的にオーステナイト化した後、鋼は、予め決められた割合のマルテンサイトとバランスのとれた割合の未変態オーステナイトを生成するように計算された温度（ＱＴ）にクエンチされる。次いで、鋼はパーティショニング温度（ＰＴ）まで昇温され、炭素が未変態オーステナイトの中へ入り込むと、その化学的安定性が高まるため、パーティショニング後に周囲環境まで冷却された後、オーステナイトが残留する。未変態オーステナイトは、パーティショニング中に炭素で濃化されるため、その有効なＭｓ－Ｍｆ温度範囲は抑制される。化学的安定化のためには、Ｍｓを室温又はそれよりも低い温度まで低下させるべきである。
第１のアニーリング段階では、均熱ゾーンの温度は、Ａ１とＡ３の間の温度を使用されることができ、例えば、７２０℃以上のアニーリング温度を使用されることができる。特定の実施形態において、均熱ゾーンの温度は、典型的には７２０～８９０℃であってよく、例えば７６０～８２５℃の範囲である。特定の実施形態では、ピークアニーリング温度は、典型的には、１５秒間以上であってよく、例えば、２０～３００秒間、又は３０～１５０秒間保持され得る。
均熱ゾーンの温度は、Ｍｓより低温度の比較的低い温度、例えば室温から、０．５～５０℃／秒の平均速度、例えば約２～２０℃／秒の平均速度で鋼を加熱することによって達成され得る。特定の実施形態では、立ち上がり(ramp-up)には、２５秒～８００秒、例えば１００秒～５００秒を要してもよい。第２サイクルの第１段階の加熱は、放射加熱、誘導加熱、直火式炉加熱などの任意の適当な加熱システム又はプロセスによって行われることができる。
鋼は、均熱ゾーンの温度に達し、所定時間保持された後、室温よりも高温に制御された温度までに冷却され得る。鋼は、水冷、ガス冷却等により、マルテンサイト開始温度よりも低い以下まで冷却され、マルテンサイトが生成される。典型的な全体冷却速度は５～２００℃／秒であり、例えば２０～１００℃／秒、又は３０～８０℃／秒が使用され得る。クエンチングにより、鋼板製品の温度は、典型的には、１５０～３５０℃の温度まで低下されてよく、例えば、２２０～３００℃、又は２５０～２８０℃である。均熱温度から保持温度までの冷却は、上記のシステムを含め、任意の適当な種類の冷却及びクエンチングシステムを適合させることができる。
特定の実施形態では、複数のクエンチ速度を用いることができ、例えば、第１の比較的遅いクエンチ速度の後、第２の比較的速いクエンチ速度を用いることができる。例えば、第１のクエンチ速度は、５００～８００℃の第１のクエンチ温度に達するまで１～３０℃／秒であってよく、第２のクエンチ速度は、上記の最終クエンチ温度に達するまで５～２００℃／秒であってよい。特定の実施形態において、第１のクエンチ速度は、６３０～７００℃の第１のクエンチ温度に達するまで５～２０℃／秒であってよく、第２のクエンチ速度は、最終クエンチ温度に達するまで２０～２００℃／秒であってよい。
クエンチング後、鋼は、焼戻し及び上記パーティショニングプロセスのために、より高い温度の保持温度まで加熱される。特定の実施形態では、鋼板製品は、均熱段階と保持段階との間で３００℃よりも高い温度に維持される。
本発明の実施形態によれば、時効又は保持ゾーン工程は、典型的には、３００～４４０℃の温度で行われ、例えば、３７０～４３０℃の温度で実施される。保持ゾーンは最長８００秒まで保持されることができ、例えば３０秒～６００秒である。例えば、時効は、３５０～４５０℃のＰＴで３０秒～３００秒間、又は３７０～４３０℃で６０秒～１８０秒間、行われることができる。
保持ゾーンの温度は一定であってもよいし、選択された温度範囲内で多少変化させてもよい。鋼に溶融めっきが施される場合は、良好な結果を得るために適切な温度で、鋼を溶融めっきポットに装入するために、鋼は、保持後、例えば誘導加熱などの加熱方法により、例えば約４７０℃の温度まで再加熱されることができる。
特定の実施形態では、時効ゾーン又は保持ゾーンの温度を所定時間維持した後、温度を室温まで降下させることができる。このような温度降下(ramp-down)は、典型的には、１０秒～１０００秒を要してもよく、例えば、約２０秒～５００秒である。この温度降下速度は、典型的には１～ｌ０００℃／秒であり、例えば２～２０℃／秒の範囲である。
特定の実施形態では、クエンチ・アンド・パーティション鋼板は、保持ゾーンの終わりに溶融亜鉛めっきが施される。亜鉛めっき温度は、典型的には、４４０～４８０℃の範囲であってよく、例えば、４５０～４７０℃の範囲である。代替的に、又は追加的に、ガルバニーリング(galvannealing)が、４８０℃～５３０℃の典型的な温度で実施されてもよい。
特定の実施形態では、亜鉛めっき工程は、連続亜鉛めっきライン（ＣＧＬ）の第２工程のアニーリングプロセスの一部として実施することができる。このＣＡＬ＋ＣＧＬプロセスは、亜鉛ベース又は亜鉛合金ベースの溶融亜鉛めっき製品を製造するために使用されるか、又は鉄－亜鉛ガルバニール型(iron-zinc galvanneal type)の被覆製品を製造するために、被覆後に再加熱されることができる。亜鉛被覆特性を向上させるために、プロセス中のＣＡＬ工程とＣＧＬ工程の間に、任意選択的にニッケルベースの被覆工程を行うことができる。連続亜鉛めっきラインを第２工程で使用することにより、ＣＡＬ＋ＣＡＬ＋ＥＧルートを使用した場合と比較して、被覆製品の生産効率を高めることができる。亜鉛めっき製品又は亜鉛ベース合金の溶融被覆製品は、２工程のアニーリングを１つのラインで行うことができるように特別に設計されたＣＧＬで製造することもできる。この場合、ガルバニーリングも任意選択的であってよい。さらに、１つの生産設備を特別に設計及び構築して、２サイクルの熱処理を組み合わせて鋼板製品を製造することもできる。
＜最初の熱サイクル＞
本発明の特定の実施形態では、上記のような好ましい機械的特性を有する高展延性及び高強度の鋼製品を製造するために、２つの熱サイクルプロセスが用いられる。第１熱サイクル及び第２の熱サイクルの各々において、熱処理を行うための複数の方法が使用されてもよい。第１熱サイクルのアニーリングプロセスの例は、米国特許第１０，３８５，４１９号に記載されており、この特許は参照によって本明細書に組み込まれるものとする。第１サイクルには連続アニーリングライン（ＣＡＬ）が用いられることができ、その後の第２サイクルには連続亜鉛めっきライン（ＣＧＬ）が用いられることができる。
最初のアニーリングプロセスは、例えば、マルテンサイトのミクロ組織を得るために用いられることができる。本発明の一実施形態において、第１熱サイクルの第１アニーリング段階では、アニーリング温度は、Ａ３温度を超える温度が使用されることができ、例えば、８２０℃以上のアニーリング温度が使用され得る。特定の実施形態では、第１段階のアニーリング温度は、通常、８３０～９８０℃の範囲であってよく、例えば８３０～９４０℃、又は８４０～９３０℃、又は８６０～９２５℃である。特定の実施形態では、ピークアニーリング温度は、典型的には、２０秒間以上保持されることができ、保持時間は、例えば２０～５００秒間、又は３０～２００秒間であり得る。加熱は、非酸化式又は酸化式の直接燃焼炉（ＤＦＦ）、酸素富化ＤＦＩ、誘導加熱、ガスラジアントチューブ加熱、電気ラジアント加熱等の従来の技術によって行われることができる。本発明のプロセスの使用に適合した加熱システムの例は、Ｆｉｖｅｓ Ｓｔｅｉｎ社に譲渡された米国特許第５，７９８，００７号、第７，３６８，６８９号、第８，４２５，２２５号、第８，８４５，３２４号、米国特許出願第２００９／０１５８９７５号、及び国際公開第ＷＯ２０１５／０８３０４７号に記載されている。本発明のプロセスの使用に適合した加熱システムの他の例として、Ｄｒｅｖｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社に譲渡された米国特許第７，３８４，４８９号、新日鉄住金株式会社に譲渡された米国特許第９，０９６，９１８号が挙げられる。これらの他にも、既知の適当な加熱システム及びプロセスを、第１熱サイクル及び第２熱サイクルで使用されることができる。
第１段階では、ピークアニーリング温度に達し、所定時間保持された後、以下に詳細に記載するように、鋼は、室温まで、又は室温より高い制御された温度までクエンチされる。クエンチ温度は、必ずしも室温でなくてもよいが、マルテンサイト変態開始温度（ＭＳ）よりも低い温度であるべきであり、マルテンサイトを主体とするミクロ組織を形成するためには、好ましくは、マルテンサイト変態終了温度（ＭＦ）より低い温度である。特定の実施形態では、鋼板製品は、第１工程のプロセスと第２工程のプロセスとの間で、３００℃未満の温度、例えば２００℃未満の温度に冷却されることができる。
クエンチングは、水クエンチング、均熱された均熱ナイフ／ノズル水クエンチング(submerged knife/nozzle water quenching)、ガス冷却、冷水・温水・温水・ガスの組合せを用いた急速冷却、水溶液冷却、他の液体又はガス流体冷却、チルドロールクエンチ、水ミストスプレー、湿式フラッシュ冷却、非酸化式湿式フラッシュ冷却などの従来技術によって行われることができる。クエンチ速度は、典型的には、３０～２０００℃／秒の速度が使用され得る。
本発明のプロセスで使用されるようにするために、当業者に既知の様々なタイプの冷却及びクエンチシステム及びプロセスを適合させることができる。商業ベースで従来より使用されている適当な冷却／クエンチングシステム及びプロセスは、水クエンチ、水ミスト冷却、乾式フラッシュ、湿式フラッシュ、酸化冷却、非酸化冷却、アルカン流体からガス相への変化冷却、熱水クエンチングを含み、２段階水クエンチング、ロールクエンチング、高割合の水素又はヘリウムガスのジェット冷却などを含む。例えば、Ｆｉｖｅｓ Ｓｔｅｉｎ社の国際公開第ＷＯ２０１５／０８３０４７号に開示された乾式フラッシュ及び／又は湿式フラッシュの酸化及び非酸化冷却／クエンチを使用されることができる。本発明のプロセスで使用できるよう構成された冷却／クエンチングシステム及びプロセスを記載したＦｉｖｅｓ Ｓｔｅｉｎ社の他の特許文献として、米国特許第６，４６４，８０８Ｂ２号、第６，５４７，８９８Ｂ２号、第８，９１８，１９９Ｂ２号、及び米国特許出願公開第ＵＳ２００９／０１５８９７５Ａ１号、第２００９／０３１５２２８Ａ１号及び第２０１１／０２６６７２５Ａ１号が挙げられる。本発明のプロセスで使用できるよう構成された冷却／クエンチングシステム及びプロセスの他の例として、米国特許第８，３５９，８９４Ｂ２号、第８，８４４，４６２Ｂ２号、第７，３８４，４８９Ｂ２号、並びに、米国特許出願公開第２００２／００１７７４７Ａ１号及び第２０１４／００８３５７２Ａ１号が挙げられる。
特定の実施形態では、第１段階のピークアニーリング温度に達して、鋼をクエンチしてマルテンサイトを生成した後、マルテンサイトは、任意選択的に、焼戻しが施されることにより、鋼は幾らか軟化され、さらなる加工をより容易に行うことができる。焼戻しは、鋼の温度を室温から約５００℃まで昇温させて、６００秒間保持することによって行われる。焼戻しが利用される場合、焼戻し温度は一定温度に保たれてもよいが、この好ましい範囲内で変化させてもよい。
焼戻し後、温度を室温まで降下させることができ。その降下速度は、典型的には１～４０℃／秒の範囲であってよく、例えば２～２０℃／秒である。単回通過(single pass)式設備炉の場合は、焼戻しは必要でない。
特定の実施形態において、最初の熱サイクルプロセスと、クエンチ・アンド・パーティション熱サイクルプロセスの一方又は両方は、連続アニーリングライン（ＣＡＬ）で実施され得る。ＣＡＬ＋ＣＡＬプロセスを経た後、鋼は、電気亜鉛めっきにより亜鉛ベースの被覆製品を製造することができるし、所望により、ガルバニールされることもできる。
以下の実施例は、本発明の様々な側面を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
Ｃを０．２２重量％、Ｍｎを２．３重量％、Ｓｉを１．０重量％、Ｃｒを０．５重量％、Ｍｏを０．２５重量％、Ａｌを０．４重量％含む組成物を有する冷間圧延鋼板に対して、図１に示す２サイクルの加熱プロセスを施した。図１に示されるように、第１サイクルでは、鋼板を８９０℃に加熱して鋼をオーステナイト化した後、急冷した。第２のクエンチ・アンド・パーティションサイクルでは、ピーク温度８２３℃に達した後、６６０℃まで徐冷し、２３０℃まで急冷し、４００℃で過時効し、約４７０℃から亜鉛で被覆した。使用した処理パラメータ（℃）は、９３０ ＲＴＳ１、６６０ ＳＪＣ１、３０ ＲＪＣ１、８００ ＲＴＳ２、６６０ ＳＪＣ２、２３１ ＲＪＣ２、４００ ＯＡ１、４００ ＯＡ２及び４７０ ＧＩであった。得られた鋼製品は残留オーステナイト（ＲＡ）が１２．７％であり、機械的特性は、４１％ＨＥ、１０１６ ＭＰａ ＹＳ、１２２２ ＭＰａ ＵＴＳ、１２．３％ ＵＥ、１６．６％ ＴＥ、及び２０２８５ ＭＰａ・％ ＵＴＳ・ＴＥであった。得られた製品のミクロ組織は図２に示されている。この組織は、主に焼戻しマルテンサイトからなり、残留オーステナイトの細長いラス間粒と小さな等軸粒の組合せを１２．７％の量で含む。少量の等軸フェライトが存在していてもよい。また、少量の無炭化物ベイナイトが存在していてもよい。
表１に示す組成の冷間圧延鋼板に対して、表２に示すクエンチ・アンド・パーティションプロセスを施した。得られた鋼板の機械的特性は表３に示されている。
本発明の複数の実施形態では、比較的少ない量のＡｌを添加しながら、Ｓｉの量を減少させている。その一方で、Ｓｉの一部を有意量のアルミニウムと置き換えると、強度が低下し、強度－展延性バランスも低下している。炭素０．２４重量％、マンガン２．４重量％、Ｓｉ０．６重量％及びＡｌ０．８重量％の比較鋼の特性は、１０１８Ｍｐａ ＹＳ、１１００ＭＰａ ＵＴＳ、８．６％ ＵＥ及び１４．２％ ＴＥであった。この試料では、使用した処理パラメータ（℃）は、９３０ ＲＴＳ１、８００ ＳＪＣ１、３０ ＲＪＣ１、９００ ＲＴＳ２、７３０ ＳＪＣ２、２７０ ＲＪＣ２、３６０ ＯＡ１、３６００ Ａ２、４７０Ｇ及び５１０ ＧＡであった。このようなアニーリングパラメータでは、所望の極限引張強度１１８０ＭＰａに達しなかった。
１重量％のＳｉと比較的少ない量のＡｌの場合、Ｃｒを０．４～０．８重量％加えると、全伸びは１２～１４％であるが、強度最低値になり得る（試料Ｎｏ．４～６、１０～１３及び３８～３９を参照）。アルミニウムを添加すると、強度が低下する場合もあるが、全伸びは幾分増加する。表４は、Ａｌ含有試料Ｎｏ．１２及び１３と、Ａｌを含まない試料Ｎｏ．３及び９との比較である。
Ｍｎを増加した場合（試料Ｎｏ．１４～１９を参照）、強度と伸びは増加した。強度は約１３００ＭＰａと比較的高いが，穴拡げ性は低下した。また、アルミニウムを添加すると、表５に示されるように、強度が低下し、伸びが増加したが、穴拡げ性は低いままであった。
Ｍｏを０．２５重量％添加した場合（試料Ｎｏ．２０～２５、４０～５０を参照）、強度が伸びと同様に増加し、ＵＴＳ・ＴＥは増加した。表６の試料Ｎｏ．２１に示されるように、強度は約１３００ＭＰａまで増加した。これは、所望される強度範囲のほぼ最大値である。しかし、Ｍｏと共にＡｌを添加すると、表６の試料Ｎｏ．４１に示されるように、全伸び及び穴拡げ性は向上したが、強度はＭｏを含有しない場合と同程度であった。
また、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＭｏの合金化によって得られる特性の最適な組合せについては、Ｓｉ量をさらに少なくすることにより、酸洗と溶接挙動が良好になることが確認された（試料Ｎｏ．４５と５０を参照）。その良好な特性は、表７に示されるように、Ｓｉ含有量が０．６～０．７重量％に低下するまで維持されることがわかった。また、Ｎｂの添加により、強度と展延性は増加したが、穴拡げ性が低下し、穴拡げ性は所望の範囲に達しなかった（表７の試料Ｎｏ．５１を参照）。
本明細書で使用される「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ， ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」などの用語は、非限定（ｏｐｅｎ－ｅｎｄｅｄ）の語であって、この出願の中では、記載されていない元素、材料、相又は方法の段階の追加の存在を排除しないものと理解される。本明細書で使用される「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」の用語は、特定されていないあらゆる元素、材料、相又は方法の段階の存在を排除するものと理解される。本明細書で使用される「本質的に…からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」の用語は、該当する場合は、特定された元素、材料、相又は方法の段階を含み、また、特定されていないあらゆる元素、材料、相又は方法の段階について、発明の基本的又は新規な特徴に重要な影響を及ぼさないものを含むものと理解される。
本発明の広い範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似値であるが、特定の実施例に示された数値は可能な限り正確に記載されている。しかし、どの数値も、それぞれの試験測定値に見られる標準偏差から必然的に生じる若干の誤差を本質的に含む。
また、本明細書の中に記載されている全ての数値範囲は、その中に包まれる全てのサブレンジを含むことが意図されていることを理解されるべきである。例えば、「１」～「１０」の範囲は、最小値の１と最大値の１０との間のサブレンジを含むことが意図されており、最小値が１であるか又は１より大きく、最大値が１０であるか又は１０より小さい。
本出願において、特に明記しない限り、単数形の使用は複数形を含み、複数形は単数形を含む。また、本出願において、「又は」の使用は、特に明記しない限り、「及び／又は」を意味する。これは、「及び／又は」の語が特定の実施形態に明示的に用いられている場合でも、同様である。本願明細書及び特許請求の範囲において、冠詞の「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」については、明示的かつ明白に１つの指示対象に限定されていない限り、複数の指示対象を含む。
本発明の特定の実施形態を、例示目的で上記で説明したが、当業者であれば、本発明から逸脱することなく、本発明の詳細の多くの変形を成し得ることは明らかであろう。

Claims (28)

  1. ０．１２～０．５重量％のＣ、１～３重量％のＭｎ、０．４～１．１重量％のＳｉ、０．１５～０．９重量％のＣｒ、０．１～０．５重量％のＭｏ、及び最大１重量％のＡｌを含み、任意選択的に最大０．０５重量％のＴｉ、任意選択的に最大０．０５重量％のＮｂ、任意選択的に他の元素を含み、残部がＦｅ及び不純物である鋼であって、前記他の元素が最大０．０１５重量％のＳ、最大０．０３重量％のＰ、最大０．２重量％のＣｕ、最大０．２重量％のＮｉ、最大０．１重量％のＳｎ、最大０．０１５重量％のＮ、最大０．１重量％のＶ、及び最大０．００４重量％のＢからなる群から選択される少なくとも一種の元素である鋼を含むクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品であって、
    マルテンサイト、フェライト及び残留オーステナイトを含み、少なくとも１１８０ＭＰａの極限引張強度、少なくとも１３％の全伸び、及び少なくとも２５％の穴拡げ性を有する、クエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  2. 鋼板製品は、０．１５～０．４重量％のＣ、２～２．８重量％のＭｎ、０．５～１．０重量％のＳｉ、０．１５～０．８重量％のＣｒ、０．１５～０．４重量％のＭｏ、及び０．１～０．７重量％のＡｌを含む、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  3. 鋼板製品は、０．２～０．２５重量％のＣ、２．１～２．５重量％のＭｎ、０．６～０．９重量％のＳｉ、０．３～０．７重量％のＣｒ、０．２～０．３重量％のＭｏ、及び０．２～０．５重量％のＡｌを含む、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  4. Ｓｉは、１．０重量％未満を含む、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  5. Ｓｉは、０．９５重量％未満を含む、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  6. Ｓｉは、０．６～０．８重量％を含む、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  7. Ａｌは、０．５重量％未満を含む、請求項６に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  8. Ａｌは、０．５重量％未満を含む、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  9. Ｍｏは、０．１～０．４重量％を含む、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  10. Ｍｏは、０．２～０．３重量％を含む、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  11. 残留オーステナイトは、５～１６体積％を含む、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  12. 極限引張強度は、１３７０ＭＰａよりも小さい、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  13. 全伸びは、少なくとも１４％である、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  14. 鋼板製品は、極限引張強度及び全伸びの組合せであるＵＴＳ・ＴＥが、１７０００ＭＰａ％よりも大きい、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  15. 穴拡げ性は、少なくとも３０％である、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  16. 鋼板製品は、極限引張強度、全伸び及び穴拡げ性の組合せであるＵＴＳ・ＴＥ・ＨＥが、３７．５×ｌ０ ４ ＭＰａ％ ２ よりも大きい、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  17. ＵＴＳ・ＴＥ・ＨＥは、５０×ｌ０ ４ ＭＰａ％ ２ よりも大きい、請求項１６に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  18. クエンチ・アンド・パーティション鋼板製品は、亜鉛めっき被覆を含む、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  19. クエンチ・アンド・パーティション鋼板製品は、ガルバニール被覆を含む、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品。
  20. 請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品を製造する方法であって、
    鋼板製品を７２０℃以上の均熱温度に加熱することと、
    加熱された鋼板製品を、マルテンサイト開始温度よりも低いクエンチ温度にクエンチングすることと、
    クエンチされた鋼板製品を、クエンチ温度又は該クエンチ温度よりも高い温度で時効することと、を含み、請求項１に記載のクエンチ・アンド・パーティション鋼板製品を製造する、方法。
  21. クエンチ・アンド・パーティション鋼板製品を製造する方法であって、
    前記鋼板製品が、請求項１に記載の鋼を含み、前記方法が、
    前記鋼板製品を少なくとも７２０℃の均熱温度に加熱することと、
    加熱された鋼板製品をマルテンサイト開始温度よりも低いクエンチ温度にクエンチングすることと、
    クエンチされた鋼板製品をクエンチ温度又は該クエンチ温度より高い温度で時効することと、を含み、
    前記鋼板製品は、マルテンサイト、フェライト及び残留オーステナイトを含み、少なくとも１１８０ＭＰａの極限引張強度、少なくとも１３％の全伸び、及び少なくとも２５％の穴拡げ性を有する、方法。
  22. 均熱温度は７６０～８２５℃であり、クエンチ温度は１５０～３５０℃であり、時効温度は３３０～４４０℃である、請求項２１に記載の方法。
  23. クエンチ・アンド・パーティション鋼板製品を、４４０～４８０℃の温度で亜鉛めっきすることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
  24. クエンチ・アンド・パーティション鋼板製品を、４８０～５３０℃の温度でガルバニールすることをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 鋼板製品は、０．１５～０．４重量％のＣ、２～２．８重量％のＭｎ、０．５～１．０重量％のＳｉ、０．１５～０．８重量％のＣｒ、０．１５～０．４重量％のＭｏ、及び０．１～０．７重量％のＡｌを含む、請求項２１に記載の方法。
  26. 鋼板製品は、０．２～０．２５重量％のＣ、２．１～２．５重量％のＭｎ、０．６～０．９重量％のＳｉ、０．３～０．７重量％のＣｒ、０．２～０．３重量％のＭｏ、及び０．２～０．５重量％のＡｌを含む、請求項２１に記載の方法。
  27. 全伸びは、少なくとも１４％であり、鋼板製品は、極限引張強度及び全伸びの組合せであるＵＴＳ・ＴＥが、１７０００ＭＰａ％よりも大きく、穴拡げ性は、少なくとも３０％であり、鋼板製品は、極限引張強度、全伸び及び穴拡げ性の組合せであるＵＴＳ・ＴＥ・ＨＥが、５０×ｌ０ ４ ＭＰａ％ ２ よりも大きい、請求項２１に記載の方法。
  28. 鋼板製品を均熱温度に加熱する工程の前に、前記鋼板製品を８２０℃以上のアニーリング温度でアニーリングを行い、次いで、マルテンサイト開始温度よりも低い温度までクエンチングすることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
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