(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-01
(45)【発行日】2022-04-11
(54)【発明の名称】オーステナイト微細構造を有するTWIP鋼板の製造方法
(51)【国際特許分類】
C21D 9/46 20060101AFI20220404BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20220404BHJP
C22C 38/58 20060101ALI20220404BHJP
C23C 2/12 20060101ALI20220404BHJP
C23C 2/40 20060101ALI20220404BHJP
【FI】
C21D9/46 P
C22C38/00 302A
C22C38/58
C23C2/12
C23C2/40
(21)【出願番号】P 2020177823
(22)【出願日】2020-10-23
(62)【分割の表示】P 2018561473の分割
【原出願日】2017-05-22
【審査請求日】2020-11-20
(31)【優先権主張番号】PCT/IB2016/000695
(32)【優先日】2016-05-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IB
(73)【特許権者】
【識別番号】515214729
【氏名又は名称】アルセロールミタル
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ティエリー・イン
(72)【発明者】
【氏名】ジェラール・プティガン
【審査官】櫛引 明佳
(56)【参考文献】
【文献】特表2016-534224(JP,A)
【文献】特表2016-508183(JP,A)
【文献】特表2014-529684(JP,A)
【文献】特表2011-514436(JP,A)
【文献】特表2009-545676(JP,A)
【文献】特表2006-509912(JP,A)
【文献】韓国公開特許第10-2014-0013333(KR,A)
【文献】特表2014-505168(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C21D 9/46
C22C 38/00-38/60
C23C 2/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
以下の工程、即ち、
A. 以下の組成を有する、即ち
0.1<C<1.2%、
13.0≦Mn<25.0%、
S≦0.030%、
P≦0.080%、
N≦0.1%
Si≦3.0%、
及び純粋に任意の基準で、1つ以上の元素、例えば
Nb≦0.5%、
B≦0.005%、
Cr≦1.0%、
Mo≦0.40%、
Ni≦1.0%、
Cu≦5.0%、
Ti≦0.5%、
V≦2.5%、
Al≦4.0%、
0.06≦Sn≦0.2%
を含み、組成の残部が鉄及び加工から生じる不可避的不純物を構成するスラブの供給工程、
B. そのようなスラブを再加熱し、そのスラブを熱間圧延する工程、
C. 巻き取り工程、
D. 第1の冷間圧延工程、
E. 再結晶焼鈍工程、
F. 第2の冷間圧延工程、及び
G. 溶融めっきにより実施される回復加熱処理工程
を含む、冷間圧延され、回復され、被覆されたTWIP鋼板の製造方法
であって、
鋼板が、溶融浴の温度が550~700℃の間であるアルミニウム系浴に浸漬されることにより回復され、ここで、アルミニウム系浴が、15%未満のSi、5.0%未満のFe、任意に0.1~8.0%のMg、及び任意に0.1~30.0%のZnを含み、残部はAlであり、並びに
冷間圧延され、回復され、被覆されたTWIP鋼板が、極限引張強度1181MPa以上、硬度365HV以上、及び全伸び23%以上を有する、製造方法。
【請求項2】
再加熱が、1000℃を超える温度で実施され、最終圧延温度が少なくとも850℃である、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
巻取り温度が、580℃以下の温度で実行される、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項4】
第1の冷間圧延工程
(D)が、30~70%の間の圧下率で実行される、請求項1
又は2に記載の方法。
【請求項5】
再結晶焼鈍
(E)が、700~900℃の間で実行される、請求項1
又は2に記載の方法。
【請求項6】
第2の冷間圧延工程
(F)が、1~50%の間の圧下率で実行される、請求項1
又は2に記載の方法。
【請求項7】
溶融めっき工程が、連続焼鈍におけるめっき堆積のための鋼表面の調製、続いて溶
融浴への浸漬を含む、請求項1
又は2に記載の方法。
【請求項8】
鋼表面の調製中に、鋼板が周囲温度から溶融浴の温度まで加熱される、請求項7に記載の方法。
【請求項9】
回復工程(G)が、1秒~30分の間で実施される、請求項1
又は2に記載の方法。
【請求項10】
回復工程(G)が、30秒~10分の間で実施される、請求項
9に記載の方法。
【請求項11】
溶融浴への浸漬が、1~60秒間で実施される、請求項1
又は2のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
溶融浴への浸漬が、1秒間
~20秒間で実施される、請求項
11に記載の方法。
【請求項13】
溶融浴への浸漬が、1~10秒間で実施される、請求項
12に記載の方法。
【請求項14】
請求項1から
13のいずれか一項に記載の方法から得
られるオーステナイト型マトリックスを有する冷間圧延され、回復され、被覆されたTWIP鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高強度で優れた成形性及び伸びを有するTWIP鋼板の製造方法に関する。 本発明は、自動車の製造に特によく適している。
【背景技術】
【0002】
自動車の重量を減らす観点から、自動車の製造に高強度鋼を使用することが知られている。例えば、構造部品の製造のための、そのような鋼の機械的特性を改善しなければならない。しかし、鋼の強度を向上させても、高鋼の伸び、ひいては成形性が低下する。これらの問題を克服するために、良好な成形性を有する双晶誘起塑性鋼(TWIP鋼)が登場した。これらの製品が非常に良好な成形性を示すとしても、極限引張強度(UTS)及び降伏応力(YS)等の機械的特性は自動車用途を満たすのに十分高くない場合がある。
【0003】
良好な加工性を維持しながら、これらの鋼の強度を向上させるためには、冷間圧延と、続いて転移を除去するが双晶を維持する回復処理によって、高密度の双晶を誘導することが知られている。
【0004】
特許出願KR20140013333号は、優れた曲げ性及び伸びを有する高強度及び高マンガン鋼板の製造方法を開示しており、この方法は、以下の工程、即ち、
- 重量%で、炭素(C):0.4~0.7%、マンガン(Mn):12~24%、アルミニウム(Al):1.1~3.0%、ケイ素(Si):0.3%以下、チタン(Ti):0.005~0.10%、ホウ素(B):0.0005~0.0050%、リン(P):0.03%以下、硫黄(S):0.03%以下、窒素(N):0.04%以下を含み、残部が鉄及びその他の不可避的不純物である鋼インゴット又は連続鋳造スラブを1050~1300℃に加熱することによる均質化処理工程;
- 均質化処理された鋼インゴット又は連続鋳造スラブを850~1000℃の仕上げ熱間圧延温度で熱間圧延する工程;
- 熱間圧延鋼板を400~700℃で巻き取る工程;
- 巻き取られた鋼板を冷間圧延する工程;
- 冷間圧延鋼板を400~900℃で連続焼鈍する工程;
- 任意に、溶融亜鉛めっき又は電気亜鉛めっきによる被覆工程;
- 連続焼鈍された鋼板を10~50%の圧下率で再圧延する工程;及び
- 再圧延された鋼板を300~650℃で20秒間~2時間の間、再熱処理する工程
を含む。
【0005】
しかし、皮膜は第2の冷間圧延の前に堆積されるので、金属皮膜が機械的に損傷するリスクが非常に高い。また、再加熱工程は皮膜堆積後に実行されるので、鋼と皮膜との相互拡散が現れ、皮膜、ひいては皮膜の所望の特性、例えば、耐食性の顕著な変化がもたらされる。さらに、再加熱工程は広範囲の温度及び時間で実施することができ、これらの要素のいずれも該明細書で、実施例ですら詳細に特定されていない。最後に、この方法を実施することにより、TWIP鋼を得るために多くの工程が実施されるので、生産性が低下し、コストが上昇するリスクがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】韓国特許出願公開第20140013333号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
したがって、本発明の目的は、高い強度、優れた成形性及び伸びを有するTWIP鋼を製造するための改善された方法を提供することである。それは、回復された被覆TWIP鋼を得るために、特に実施が容易な方法を利用できるようにすることを目的とし、そのような方法はコストを削減し、生産性の増加を有する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この目的は、請求項1に記載の金属皮膜で被覆された冷間圧延され、回復されたTWIP鋼板の製造方法を提供することによって達成される。この方法は、請求項2~19の特徴も含むことができる。
【0009】
別の目的は、請求項20に記載の冷間圧延され、回復され、被覆されたTWIP鋼板を提供することによって達成される。
【0010】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明は、以下の工程、即ち、
A. 以下の組成を有する、即ち
0.1<C<1.2%、
13.0≦Mn<25.0%、
S≦0.030%、
P≦0.080%、
N≦0.1%、
Si≦3.0%、
及び純粋に任意の基準で、1つ以上の元素、例えば
Nb≦0.5%、
B≦0.005%、
Cr≦1.0%、
Mo≦0.40%、
Ni≦1.0%、
Cu≦5.0%、
Ti≦0.5%、
V≦2.5%、
Al≦4.0%、
0.06≦Sn≦0.2%
を含み、組成の残部が鉄及び開発から生じる不可避的不純物を構成するスラブの供給工程、
B. そのようなスラブを再加熱し、そのスラブを熱間圧延する工程、
C. 巻き取り工程、
D. 第1の冷間圧延工程、
E. 再結晶焼鈍工程、
F. 第2の冷間圧延工程、及び
G. 溶融めっきにより実施される回復加熱処理工程
を含むTWIP鋼板の製造方法に関する。
【0012】
鋼の化学組成に関して、Cは微細構造の形成及び機械的特性において重要な役割を果たす。それは、積層欠陥エネルギーを増加させ、オーステナイト相の安定性を促進する。13.0~25.0重量%の範囲のMn含有率と組み合わされた場合、この安定性は0.1%以上の炭素含有率に対して達成される。しかし、C含有率が1.2%を超えると、延性が低下するリスクがある。好ましくは、炭素含有率は、十分な強度を得るために、0.20~1.2重量%の間、より好ましくは0.5~1.0重量%の間である。
【0013】
Mnも、強度を高め、積層欠陥エネルギーを増加させ、オーステナイト相を安定化させるための必須元素である。その含有率が13.0%未満であると、マルテンサイト相が形成されるリスクがあり、これは変形性を著しく低下させる。また、マンガンの含有率が25.0%を超えると、双晶の形成が抑制され、このため強度は向上するものの、室温での延性が低下する。好ましくは、積層欠陥エネルギーを最適化し、変形の影響下でマルテンサイトの形成を防止するために、マンガン含有率は15.0~24.0%の間である。また、Mn含有率が24.0%を超える場合、完全転位滑りによる変形モードよりも、双晶による変形モードが好ましくない。
【0014】
Alは、鋼の脱酸素に特に有効な元素である。Cと同様に、Alは積層欠陥エネルギーを増加させ、変形マルテンサイトを形成するリスクを低下させ、それによって延性及び遅れ破壊耐性を改善する。好ましくは、Al含有率は2%以下である。Al含有率が4.0%を超えると、双晶の形成が抑制され、延性が低下するリスクがある。
【0015】
ケイ素も鋼の脱酸素及び固相の硬化に有効な元素である。しかし、3.0%の含有率を超えると、ケイ素は伸びを低下させ、特定の組立処理中に望ましくない酸化物を形成する傾向があり、したがって、ケイ素はこの限界以下に保たれなければならない。好ましくは、ケイ素の含有率は0.6%以下である。
【0016】
硫黄及びリンは、粒界を脆化させる不純物である。十分な熱間延性を維持するために、それぞれの含有率は0.030%及び0.080%を超えてはならない。
【0017】
いくつかのホウ素は、0.005%まで、好ましくは0.001%まで添加することができる。この元素は粒界で偏析し、それらの結合を高めて粒界の亀裂を防止する。理論に拘束されるつもりはないが、これは、プレス成形による成形後の残留応力の減少、及びそれによる成形部品の応力下でのより良好な耐食性をもたらすと考えられる。
【0018】
ニッケルは、溶液硬化によって鋼の強度を高めるために任意に使用することができる。しかし、とりわけ、コストの理由から、ニッケル含有率を1.0%以下、好ましくは0.3%未満の最大含有率に制限することが望ましい。
【0019】
同様に、5.0%を超えない含有率での銅の添加は、銅金属の析出による鋼の硬化及び遅れ破壊耐性の改善の1つの手段である。しかし、この含有率を超えると、銅は熱間圧延板の表面欠陥の出現の原因となる。好ましくは、銅の量は2.0%未満である。
【0020】
チタン、バナジウム及びニオブも、析出物を形成することによって硬化及び強化を達成するために任意に使用され得る元素である。しかし、Nb又はTiの含有率が0.50%を超えると、過度の析出により靱性が低下するリスクがあり、避けなければならない。好ましくは、Tiの量は、0.040~0.50重量%の間又は0.030重量%~0.130重量%の間である。好ましくは、チタン含有率は、0.060重量%~0.40重量%の間であり、例えば、0.060重量%~0.110重量%の間である。好ましくは、Nbの量は、0.070重量%~0.50重量%の間又は0.040重量%~0.220重量%の間である。好ましくは、ニオブ含有率は、0.090重量%~0.40重量%の間、有利には0.090重量%~0.20重量%の間である。好ましくは、バナジウムの量は、0.1重量%~2.5重量%の間、より好ましくは0.1~1.0重量%の間である。
【0021】
クロム及びモリブデンは、溶液硬化によって鋼の強度を高めるための任意の元素として使用することができる。しかし、クロムは積層欠陥エネルギーを低下させるので、その含有率は1.0%を超えてはならず、好ましくは0.070%~0.6%の間である。好ましくは、クロム含有率は0.20~0.5%の間である。モリブデンは0.40%以下、好ましくは0.14%~0.40%の間の量で添加することができる。
【0022】
任意に、錫(Sn)は0.06~0.2重量%の間の量で添加される。いかなる理論にも拘束されるつもりはないが、錫は貴な元素であり、高温ではそれのみで薄い酸化膜を形成しないため、溶融亜鉛メッキ前の焼鈍においてSnはマトリックスの表面に析出し、Al、Si、Mn等の酸化促進元素が表面に拡散して酸化物を生成することを抑制し、それにより亜鉛めっき性を向上させる。しかし、Snの添加量が0.06%未満ではその効果が顕著でなく、Snの添加量を増加させると選択的酸化物の形成が抑制され、一方Snの添加量が0.2%を超えると、添加されるSnにより高温脆性がひきおこされ、高温加工性が悪化する。したがって、Snの上限は0.2%以下に制限される。
【0023】
鋼はまた、開発から生じる不可避的不純物を含むことができる。例えば、不可避的不純物としては、O、H、Pb、Co、As、Ge、Ga、Zn及びWが挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、各不純物の重量含有率は、0.1重量%未満である。
【0024】
本発明によれば、この方法は、上記の組成を有する鋼製の半製品、例えば、スラブ、薄いスラブ、又はストリップの供給工程A)を含み、そのようなスラブは鋳造される。好ましくは、鋳造された投入原料は、1000℃を超える、より好ましくは1050℃を超える、有利には1100~1300℃の間の温度に加熱されるか、又は中間冷却なしに鋳造後そのような温度で直接使用される。
【0025】
次いで、熱間圧延が、好ましくは890℃を超える、より好ましくは1000℃を超える温度で行われ、例えば、通常、2~5mm、さらには1~5mmの厚さを有する熱間圧延ストリップを得る。延性の欠如による亀裂の問題を回避するために、圧延終了温度は、好ましくは850℃以上である。
【0026】
熱間圧延後、ストリップは、炭化物(本質的にセメンタイト(Fe,Mn)3C))、即ち、特定の機械的特性を低下させるであろう何かの顕著な析出が起こらないような温度で巻き取られる必要がある。巻取り工程C)は、580℃以下、好ましくは400℃以下の温度で実行される。
【0027】
その後の冷間圧延操作、続いて再結晶焼鈍が行われる。これらの追加の工程により、熱間圧延ストリップで得られる粒径よりも小さい粒径がもたらされ、したがってより高い強度特性がもたらされる。もちろん、厚さが、例えば、0.2mm~数mm、好ましくは0.4mm~4mmのより薄い厚さの製品を得ることが望ましい場合には、それは実施されなければならない。
【0028】
上記の方法で得られた熱間圧延品は、通常の方法で考えられる事前の酸洗い操作が行われた後に冷間圧延される。
【0029】
第1の冷間圧延工程D)は、30~70%の間、好ましくは40~60%の間の圧下率で実施される。
【0030】
この圧延工程の後、粒子は高度に加工硬化され、再結晶焼鈍操作を実施する必要がある。この処理は、延性を回復させると同時に強度を低下させる効果を有する。好ましくは、この焼鈍は連続的に行われる。有利には、再結晶焼鈍E)は、700~900℃の間、好ましくは750~850℃の間で、例えば、10~500秒、好ましくは60~180秒の間実行される。
【0031】
次いで、1~50%の間、好ましくは10~40%の間、より好ましくは20%~40%の間の圧下率で第2の冷間圧延工程F)が実行される。これは、鋼の厚さの減少を可能にする。また、上記の方法で製造された鋼板は、再圧延工程を経てひずみ硬化によって増加した強度を有することができる。さらに、この工程により高密度の双晶が誘起され、鋼板の機械的性質が改善される。
【0032】
第2の冷間圧延後、再圧延鋼板の高い伸び及び曲げ性をさらに確保するために回復工程G)が実行される。回復は、鋼の微細構造における双晶を維持しながら、転位の除去又は再配列によって特徴付けられ、転位欠陥は材料の塑性変形によって導入される。
【0033】
本発明によれば、回復加熱処理は、溶融めっきによって、即ち、連続焼鈍における皮膜堆積用の鋼板の表面を調製し、その後溶融めっき浴に浸漬させることにより実施される。したがって、再結晶焼鈍後に溶融めっきを行う特許出願KR201413333号とは対照的に、回復工程及び溶融めっきは同時に実行され、それによりコストの削減及び生産性の向上が可能になる。
【0034】
いずれの理論にも拘束されるつもりはないが、鋼の微細構造における回復処理は、連続焼鈍における鋼表面の調製中に始まり、溶融浴に浸漬する間に達成されると思われる。
【0035】
鋼表面の調製は、好ましくは鋼板を周囲温度から溶融浴の温度、即ち、410~700℃の間に加熱することによって実施される。好ましい実施形態では、熱サイクルは、鋼を溶融浴の温度より高い温度で加熱する少なくとも1つの加熱工程を含むことができる。例えば、鋼板表面の調製は650℃で数秒間実施することができ、続いて亜鉛浴に5秒間浸漬することができ、浴温は450℃の温度である。
【0036】
好ましくは、溶融浴の温度は、溶融浴の性質に応じて410~700℃の間である。
【0037】
有利には、鋼板はアルミニウム系浴又は亜鉛系浴に浸漬される。
【0038】
好ましい実施形態では、アルミニウム系浴は、15%未満のSi、5.0%未満のFe、任意に0.1~8.0%のMg、及び任意に0.1~30.0%のZnを含み、残部はAlである。好ましくは、この浴の温度は550~700℃の間、好ましくは600~680℃の間である。
【0039】
別の好ましい実施形態では、亜鉛系浴は、0.01~8.0%のAl、任意に0.2~8.0%のMgを含み、残部はZnである。好ましくは、この浴の温度は410~550℃の間、好ましくは410~460℃の間である。
【0040】
溶融浴はまた、インゴットの供給又は溶融浴中の鋼板の通過からの不可避不純物及び残留元素を含むことができる。例えば、任意の不純物は、Sr、Sb、Pb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、Zr又はBiから選択され、各追加元素の重量含有率は0.3重量%未満である。インゴットの供給又は溶融浴中の鋼板の通過からの残留元素は、5.0重量%まで、好ましくは3.0重量%までの含有率を有する鉄とすることができる。
【0041】
有利には、回復工程G)は、1秒及び30分、好ましくは30秒~10分の間実施される。好ましくは、溶融浴への浸漬は、1~60秒、より好ましくは1~20秒の間、有利には1~10秒の間実施される。
【0042】
例えば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得るために、皮膜堆積後に焼鈍工程を行うことができる。
【0043】
このようにして、本発明による方法から、オーステナイト型マトリックスを有するTWIP鋼板を得ることができる。
【0044】
本発明による方法では、高い強度、優れた成形性及び伸びを有するTWIP鋼板は、2回の冷間圧延工程により多数の双晶を誘起し、その後転位は除去されるが双晶は維持される回復工程によって達成される。
【実施例】
【0045】
この実施例では、以下の重量組成を有するTWIP鋼板を使用した。
【0046】
【0047】
まず、サンプルを1200℃の温度で加熱し、熱間圧延した。熱間圧延の仕上温度を890℃に設定し、熱間圧延後400℃で巻取りを実施した。その後、50%の冷間圧延圧下率で第1の冷間圧延を実行した。その後、750℃で180秒間再結晶焼鈍を行った。その後、30%の冷間圧延縮小率で第2の冷間圧延を実行した。最後に、サンプル1について、回復加熱工程を合計40秒間実施した。鋼板を、炉内で675℃まで加熱することによりまず調製し、410~675℃の間で費やされた時間は37秒であり、次いで9重量%のケイ素、3重量%までの鉄を含み、残部はアルミニウムである溶融浴に3秒間浸漬した。溶融浴の温度は675℃であった。
【0048】
サンプル2については、回復加熱工程を合計65秒間実施した。鋼板を、炉内で650℃まで加熱することによりまず調製し、410~650℃の間で費やされた時間は59秒であり、次いで9重量%のケイ素、3重量%までの鉄を含み、残部はアルミニウムである溶融浴に6秒間浸漬した。溶融浴の温度は650℃であった。
【0049】
サンプル3については、炉内で450℃の温度で60分間回復加熱処理を実施した。次いで、溶融亜鉛めっきにより亜鉛皮膜で鋼板を被覆し、この工程は、表面調製工程、続いて5秒間の亜鉛浴への浸漬を含んでいた。
【0050】
サンプル4及び5については、回復加熱工程を合計65秒間実施した。この鋼板を、炉内で625℃まで加熱(410~650℃の間に費やされた時間は15秒である)することによりまず調製し、次いで30秒間亜鉛浴に浸漬した。溶融浴温度は460℃であった。次いで、全ての微細構造をSEM、即ち、走査型電子顕微鏡で分析して、回復工程中に再結晶化が起こらなかったことを確認した。次に、サンプルの機械的特性を測定した。結果を以下の表に示す。
【0051】
【0052】
結果は、本発明による方法を適用することによってサンプル1、2、4及び5が回復されたことを示す。試験3はまた、回復工程及び皮膜堆積工程(両方とも独立して実施された)を含む方法を適用することによって回復された。
【0053】
全てのサンプル、特に試験4及び5の機械的特性は高い。
【0054】
サンプル3を取り扱うために実施された方法は、本発明による方法よりも長い時間を要した。事実、工業的規模では、サンプル3の方法を実施するために、ラインスピードを大幅に落とさなければならず、その結果、生産性が大幅に低下し、重要なコストが増加する。