JP2006518009A - 超高強度の熱間圧延鋼および、その帯鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、超高強度の熱間圧延鋼ならびに、その帯鋼の製造方法に関するものであり、該鋼の化学組成は、重量％で０．０５％≦Ｃ≦０．１、０．７％≦Ｍｎ≦１．１％、０．５％≦Ｃｒ≦１．０％、０．０５％≦Ｓｉ≦０．３％、０．０５≦Ｔｉ≦０．１、Ａｌ≦０．０７、Ｓ≦０．０３％、Ｐ≦０．０５％を含み、その残部は鉄および精錬に起因する不純物であって、前記鋼はフェライトを５％まで含むことのできるベイナイト−マルテンサイト組織をもつものである。

Description

本発明は、超高強度の熱間圧延鋼および、その帯鋼の製造方法に関するものであって、該鋼の組織は、ベイナイト−マルテンサイトであり、またフェライトを５％まで含むことができるものである。

超高強度の鋼は、とりわけ自動車産業に特有の需要に応えるためにここ数年で発展したが、該需要とは、とりわけ各部材の重量の減少、したがって厚みの減少、および各部材の疲労強度の向上と耐衝撃性の向上による安全性の改善である。これらの改善は、そのうえ、各部材の製造のために利用される鋼板の成形に対する適性も損なってはならない。

この成形に対する適性は、鋼が、大きな伸びＡ（＞１０％）を呈することならびに、引っ張り強度Ｒｍに対する弾性限界Ｅの割合が低い値をもつことを前提とする。

成形された部材の耐衝撃性の改善は、さまざまな仕方で、またとりわけ、大きな伸びＡを有する一方で低い値のＥ／Ｒｍの割合を有する鋼を利用することによって実現することができ、このことは、鋼の成形の後にかつその緻密化特性のおかげで、その弾性限界を増すことを可能にする。

部材の耐疲労性は、受ける応力に応じて部材の寿命を決定するものであり、鋼の引っ張り強度Ｒｍを増すことによってこれを改善することができる。しかし、引っ張り強度の増加は、鋼の成形に対する適性を損なうため、実現可能な部材をとりわけそれらの厚みに関して制限してしまう。

本発明の枠組み内において、超高強度の鋼とは、引っ張り強度Ｒｍが８００ＭＰａを超える鋼を表すものとする。

超高強度の第一の鋼系が既知であるが、これらは高い比率の炭素（０．１％を超える）と高い比率のマンガン（１．２％を超える）とを含む鋼であって、その組織が完全にマルテンサイトの鋼である。該鋼は、焼入れ熱処理によって獲得される１０００ＭＰａを超える強度を呈するが、８％未満の伸びＡをもち、このことがあらゆる成形を不可能にする。

超高強度の第二の鋼系は、二相鋼と呼ばれる鋼から成るが、該鋼は、約１０％のフェライトと９０％のマルテンサイトとを含む組織をもつ。これらの鋼は、非常に優れた成形性を呈するが、強度のレベルは８００ＭＰａを超えない。

本発明の目的は、先行技術の鋼の不都合を改善して、成形に適した、また改善された耐疲労性および耐衝撃性を呈する、超高強度の熱間圧延鋼を提案することにある。

このために、本発明は、超高強度の熱間圧延鋼を第一の対象とするものであり、該熱間圧延鋼の化学組成は、以下を重量％で含み：
０．０５％≦Ｃ≦０．１％
０．７％ ≦Ｍｎ≦１．１％
０．５％ ≦Ｃｒ≦１．０％
０．０５％≦Ｓｉ≦０．３％
０．０５ ≦Ｔｉ≦０．１％
Ａｌ≦０．０７
Ｓ ≦０．０３％
Ｐ ≦０．０５％
その残部は鉄および精錬に起因する不純物であって、前記鋼が、フェライトを５％まで含むことのできるベイナイト−マルテンサイト組織をもつことを特徴とする。

一つの好ましい実施態様において、化学組成は、そのうえ以下を重量％で含み：
０．０８％≦Ｃ≦０．０９％
０．８％ ≦Ｍｎ≦１．０％
０．６％ ≦Ｃｒ≦０．９％
０．２％ ≦Ｓｉ≦０．３％
０．０５％≦Ｔｉ≦０．０９％
Ａｌ≦０．０７
Ｓ ≦０．０３％
Ｐ ≦０．０５％
その残部は、鉄および精錬に起因する不純物である。

もう一つの好ましい実施態様において、本発明による鋼の組織は、７０〜９０％のベイナイト、１０〜３０％のマルテンサイト、および０〜５％のフェライトから成り、またより特徴的に好ましい仕方では、７０〜８５％のベイナイト、１５〜３０％のマルテンサイト、および０〜５％のフェライトから成る。

本発明による鋼は、また、次の特徴を、単独でまたは組み合わせて含むこともできる：
‐９５０ＭＰａ以上の引っ張り強度Ｒｍ、
‐１０％以上の破断伸びＡ、
‐６８０ＭＰａ以上の弾性限界Ｅ、
‐０．８未満のＥ／Ｒｍの割合。

本発明は、また、本発明による超高強度の熱間圧延帯鋼の製造方法も第二の対象とするものであり、該方法において、スラブの組成は以下を含み：
０．０５％≦Ｃ≦０．１％
０．７％ ≦Ｍｎ≦１．１％
０．５％ ≦Ｃｒ≦１．０％
０．０５％≦Ｓｉ≦０．３％
０．０５ ≦Ｔｉ≦０．１％
Ａｌ≦０．０７％
Ｓ ≦０．０３％
Ｐ ≦０．０５％
その残部は鉄および精錬に起因する不純物であり、圧延温度は９５０℃未満であって、該スラブを熱間圧延し、ついでこのように獲得された帯鋼を、８００℃と７００℃の間での５０℃／秒を超える冷却速度を保ちながら４００℃以下の温度まで冷まし、ついで２５０℃以下の巻取り温度で前記帯鋼を巻き取る。

一つの好ましい実施態様において、スラブの組成は、次のとおりであり：
０．０８％≦Ｃ≦０．０９％
０．８％ ≦Ｍｎ≦１．０％
０．６％ ≦Ｃｒ≦０．９％
０．２％ ≦Ｓｉ≦０．３％
０．０５％≦Ｔｉ≦０．０９％
Ａｌ≦０．０７％
Ｓ ≦０．０３％
Ｐ ≦０．０５％
その残部は、鉄および精錬に起因する不純物である。

もう一つの好ましい実施態様において、熱間圧延帯鋼は、巻取りに続いてそして伸ばされた後に、溶融した亜鉛浴または亜鉛合金浴の中への浸漬によって、亜鉛または亜鉛合金で覆われ、ついで焼きなましされる。

本発明による方法は、まず、均質の組織を獲得するために、特有の組成のスラブを熱間圧延することにある。圧延温度は９５０℃未満であり、さらに好ましくは９００℃未満である。

圧延に続いて、このように獲得された帯鋼を４００℃以下の温度まで冷ますのだが、冷却速度を８００℃と７００℃の間での５０℃／秒を超える速度に保つようにする。この急冷を、フェライトの形成が５％未満となるように実行するのだが、フェライトは存在が望まれないものであり、というのも、チタンがこの相において好適に析出し得るからである。この冷却速度は、好ましくは５０℃／秒と２００℃／秒の間に含まれる。

該方法は、つぎに、２５０℃以下の巻取り温度で帯鋼を巻き取ることにある。この過程の温度を制限するのは、機械的強度を減らしまた弾性限界を再び上げる可能性のあるマルテンサイトの焼戻し、ひいてはＥ／Ｒｍの悪い率を引き起こすことを避けるためである。

本発明による組成は、０．０５％と０．１００％の間に含まれる含有量の炭素を含む。この元素は、優れた機械的特性の獲得に不可欠であるが、多すぎる量で存在してはならないものであり、というのも偏析を引き起こす可能性があるからである。０．１００未満の炭素の含有量により、とりわけ、優れた溶接性と、成形の特性および疲れ限度の特性の改善とを獲得することができる。

本発明による組成はまた、０．７％と１．１％の間に含まれる含有量のマンガンも含む。マンガンは、鋼の弾性限界を改善するが、その延性を大幅に減らすため、その含有量を制限する。１．１％未満の含有量により、さらに、連続鋳造の際にあらゆる偏析を避けることもできる。

該組成は、また、０．５０％と１．０％の間に含まれる含有量のクロムも含む。０．５０％の最低含有量により、ミクロ組織内のベイナイトの発生を助長することができる。しかしながら、その含有量を１．０％に制限するのであり、というのも、クロムの高い含有率は、そのアルファ鉄の性質のために、形成されるフェライトの量の、５％を超える増加を助長し得るからである。

該組成は、また、０．０５％と０．３％の間に含まれる含有量のケイ素も含む。ケイ素は、鋼の弾性限界を大幅に改善するが、一方では、その延性をわずかに減らし、またその被覆できる性質を損なうようになるものであり、このことが、なぜその含有量を制限するかを説明づけるのである。

該組成は、また、０．０５％と０．１％の間に含まれる含有量のチタンも含む。この元素は、圧延および冷却の際の析出現象によって機械的特性を著しく高めることを可能にする。この元素は、含有量が低いため、高温硬さを増さない。その含有量を０．１％に制限することで、衝撃強度特性、高温硬さ、ならびに折曲げに対する適性を損なうことを避けるようにする。

該組成は、また、リンを０．０５％未満の含有量で含むことができるのだが、というのも、それを超えると、リンは、連続鋳造の際に偏析の問題を引き起こす可能性があるからである。

該組成は、また、０．０７％未満の含有量のアルミニウムも含み、該アルミニウムは、製鋼所での鋼の精錬の際、鋼に鎮静剤を入れる際に働くものである。

非限定の実施例として、また本発明をよりよく説明するために、一つの鋼のグレードを精錬した。その組成を次の表に示す。

該組成の残部は、鉄および精錬に起因する不可避不純物から成る。

使用される略記
Ｒｍ： 引っ張り強度、単位はＭＰａ、
Ｒｐ０．２： 弾性限界、単位はＭＰａ、
Ａ： 伸び、％で測定

グレードＡから、三つのサンプルを準備し、それらを８６０℃で圧延して、ついで異なる熱的機械的の行程を受けさせた。獲得される組織の違いを明らかにするために、８００℃と７００℃の間での冷却速度、ならびに巻取り温度を変化させた。

つぎに、獲得された鋼の機械的特性を測定する。結果を次の表に取りまとめる。

本発明にかなった試験１のミクロ組織が、ベイナイト−マルテンサイトであるのに対して、試験２および試験３のミクロ組織はフェライト−ベイナイトである。

８００℃と７００℃の間での５０℃／秒未満の冷却速度が、５％を超える比率のフェライトの存在を誘発することが確認される。その場合、チタンは、このフェライトにおいて析出することとなり、このことにより、求められている機械的特性のレベル、とりわけ高いＲｍを獲得することは、もはやできない。

他方で、２５０℃を超える巻取り温度は、８００℃と７００℃の間での５０℃／秒未満の冷却速度と組み合わされて、機械的強度を増すことなく弾性限界を増す。Ｅ／Ｒｍの割合は、したがって高すぎる。

最後に、８００℃と７００℃の間での５０℃／秒を超える冷却速度は、２５０℃未満の巻取り温度と組み合わされて、機械的強度および弾性限界の卓越した値を示すことが確認される。本質的にベイナイト−マルテンサイトの組織は、生成物に、優れたＥ／Ｒｍ率と１０％を超える伸びとを付与する。

さらに、本発明による鋼は、亜鉛または亜鉛合金、もしくはアルミニウムまたはその合金のような、溶融金属浴の中への浸漬による被覆に対する優れた適性を呈する。

Claims (10)

1. 超高強度の熱間圧延鋼であって、その化学組成が以下を重量％で含み：
   ０．０５％≦Ｃ≦０．１％
   ０．７％ ≦Ｍｎ≦１．１％
   ０．５％ ≦Ｃｒ≦１．０％
   ０．０５％≦Ｓｉ≦０．３％
   ０．０５ ≦Ｔｉ≦０．１％
   Ａｌ≦０．０７
   Ｓ ≦０．０３％
   Ｐ ≦０．０５％
   その残部は鉄および精錬に起因する不純物であり、前記鋼がフェライトを５％まで含むことのできるベイナイト−マルテンサイト組織をもつものであることを特徴とする、超高強度の熱間圧延鋼。
2. 化学組成が、そのうえ以下を含み：
   ０．０８％≦Ｃ≦０．０９％
   ０．８％ ≦Ｍｎ≦１．０％
   ０．６％ ≦Ｃｒ≦０．９％
   ０．２％ ≦Ｓｉ≦０．３％
   ０．０５％≦Ｔｉ≦０．０９％
   Ａｌ≦０．０７
   Ｓ ≦０．０３％
   Ｐ ≦０．０５％
   その残部は鉄および精錬に起因する不純物である、鋼であって、前記鋼がフェライトを５％まで含むことのできるベイナイト−マルテンサイト組織をもつものであることを特徴とする、請求項１に記載の超高強度の熱間圧延鋼。
3. 組織が、７０〜９０％のベイナイト、１０〜３０％のマルテンサイト、および０〜５％のフェライトから成ることをさらに特徴とする、請求項１または請求項２に記載の超高強度の熱間圧延鋼。
4. ９５０ＭＰａ以上の引っ張り強度Ｒｍを呈することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の超高強度の熱間圧延鋼。
5. １０％以上の破断伸びＡを呈することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の超高強度の熱間圧延鋼。
6. ６８０ＭＰａ以上の弾性限界Ｅを呈することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の超高強度の熱間圧延鋼。
7. ０．８未満のＥ／Ｒｍの割合を呈することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の超高強度の熱間圧延鋼。
8. 請求項１〜７のいずれか一つに記載の超高強度の熱間圧延帯鋼の製造方法であって、スラブの組成が以下を含み：
   ０．０５％≦Ｃ≦０．１％
   ０．７％ ≦Ｍｎ≦１．１％
   ０．５％ ≦Ｃｒ≦１．０％
   ０．０５％≦Ｓｉ≦０．３％
   ０．０５ ≦Ｔｉ≦０．１％
   Ａｌ≦０．０７
   Ｓ ≦０．０３％
   Ｐ ≦０．０５％
   その残部は鉄および精錬に起因する不純物であり、圧延温度が９５０℃未満であって、該スラブを熱間圧延し、ついでこのように獲得された帯鋼を、８００と７００℃の間で５０℃／秒を超える冷却速度を保ちながら４００℃以下の温度まで冷まし、ついで２５０℃以下の巻取り温度で前記帯鋼を巻き取ることを特徴とする、超高強度の熱間圧延帯鋼の製造方法。
9. スラブの組成が以下を含み：
   ０．０８％≦Ｃ≦０．０９％
   ０．８％ ≦Ｍｎ≦１．０％
   ０．６％ ≦Ｃｒ≦０．９％
   ０．２％ ≦Ｓｉ≦０．３％
   ０．０５％≦Ｔｉ≦０．０９％
   Ａｌ≦０．０７
   Ｓ ≦０．０３％
   Ｐ ≦０．０５％
   その残部は鉄および精錬に起因する不純物であり、該スラブを熱間圧延することをさらに特徴とする、請求項８に記載の超高強度の熱間圧延帯鋼の製造方法。
10. 熱間圧延鋼帯鋼が、前記巻取りに続いてそして伸ばされた後に、溶融した亜鉛浴または亜鉛合金浴の中への浸漬によって、亜鉛または亜鉛合金で覆われ、ついで焼きなましされることを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の超高強度の熱間圧延帯鋼の製造方法。