JPH093609A - 高い強度と優れた延伸性を有するニオブ含有圧延鋼板とその製造方法 - Google Patents

高い強度と優れた延伸性を有するニオブ含有圧延鋼板とその製造方法

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JPH093609A
JPH093609A JP8170672A JP17067296A JPH093609A JP H093609 A JPH093609 A JP H093609A JP 8170672 A JP8170672 A JP 8170672A JP 17067296 A JP17067296 A JP 17067296A JP H093609 A JPH093609 A JP H093609A
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テラシェ パスカル
Jean-Pierre Porcet
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Sollac SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い強度と優れた延伸性を有するニオブ含有
圧延鋼板とその製造方法 【解決手段】 重量組成:C≦0.12%、0.5 ≦Mn≦1.5
%、0≦Si≦0.3 %、0≦P≦0.1 %、0≦S≦0.05
%、0.01≦Al≦0.1 %、0≦Cr≦1%、0.01≦Nb≦0.1
%、0%≦Tieff ≦0.05%(Tieff は窒化物、硫化物ま
たは酸化物以外のチタンの含有率)を有し、その構造の
少なくとも75%はニオブまたはニオブとチタンの炭化物
または炭窒化物の析出で硬化されたフェライトで、残部
の少なくとも10%はマルテンサイトと、必要に応じて添
加されるベイナイトおよび残留オーステナイトとであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は冶金分野、特に自動
車産業で車両の構造部品を製造するための高い強度と優
れた絞り加工性とを有する熱間圧延鋼板とその製造方法
とに関するものである。
【0002】
【従来の技術】平らな熱間圧延製品の機械特性はストリ
ップ圧延機での圧延法で変わり、高い機械特性を有する
種々のグレードの鋼が存在している。降伏強度の高い鋼
(HYS鋼またはHSLA鋼とよばれている)はニオ
ブ、チタンまたはバナジウムの微量合金鋼である。この
鋼は降伏強度が高く、降伏強度の最小値は約300MPaから
約700 MPa である。この高い降伏強度はフェライト粒子
の微小化と硬化物微細析出(fine precipitation durcis
sante)とによって得られるが、この鋼は成形性が悪く、
特に最も高いグレードのものの成形性が悪い。この鋼の
降伏強度/引張強度比(Re/Rm) は高い。
【0003】いわゆる2相(double phase または dual
phase)鋼はフェライトとマルテンサイトとから成る微細
構造を有する。フェライト変態は熱間圧延終了後時にAr
3 以下の温度まで鋼板を急冷し、その後室温で徐冷する
ことによって得られる。その後 M s以下の温度まで急冷
却するとマルテンサイト変態が起こる。この鋼は一定強
度レベルまでは非常に優れた成形性を示すが、強度が 6
50 MPa以上になると含有マルテンサイト比率が高くなる
ため成形性が悪くなる。いわゆる高強度(HS)鋼はフェラ
イトとベイナイトとから成る微細構造を有し、この鋼の
成形性は高い降伏強度を有する鋼と2相鋼との中間であ
るが、溶接性はこれら2種類の鋼に比べて低い。この鋼
の強度はRm =600 MPa グレードに制限され、これ以上
では成形性が急速に低下する。
【0004】いわゆる極低炭素ベイナイト構造(ULCB)鋼
は薄片状フェライトとカーバイドとからなる非常に微細
な低炭素ベイナイト構造を有する。この鋼の製造時には
硼素さらにはニオブを微量添加してフェライト変態を阻
止する。この鋼では 750 MPa以上の極めて高い強度が得
られるが、成形性および延性はかなり悪い。TRIP(変態
誘起塑性)鋼はフェライト、ベイナイトおよび残留オー
ステナイトからなる微細構造を有する。この鋼は非常に
高い強度を示すが炭素含有率が高いために溶接性が極め
て悪い。強度と成形性と溶接性とを最も良く調和させる
ために、基本的に炭化チタンおよび/または炭化ニオビ
ウムの析出物で硬化されたフェライトとマルテンサイト
とを含み、さらに残留オーステナイトを含む構造の熱間
圧延鋼板用の鋼が開発されている(欧州特許第0,548,95
0 号参照)。この鋼は下記重量組成を有する: C≦0.18%、 0.5≦Si≦2.5 %、 0.5 ≦Mn≦2.5 %、
P≦0.05% S≦0.02%、 0.01 ≦Al≦0.1 %、0.02≦Ti≦0.5 %お
よび/または0.03≦Nb≦1%、 C%≧0.05+Ti/4+Nb
/8
【0005】この鋼は実際に高い強度(Rm= 700 MPa程
度)と優れた成形性(Re/Rm =0.65程度)とを有する
が、溶接性が所望値よりも低く、さらに表面外観が悪
く、「タイガーストライプ」とよばれる欠陥の存在が認
められる。これはカラミンの含有に起因し、デスケーリ
ングで除去することができない。この欠陥のためこの鋼
は目で見える部品に用いることができない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は強度が
高く、成形性に優れ、溶接性に優れ、しかも表面外観が
良いバランスのとれた鋼を熱間圧延鋼板ユーザーに提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記重量組
成: C≦0.12%、 0.5 ≦Mn≦1.5 %、 0≦Si≦0.3 %、 0≦P≦0.1 %、 0≦S≦0.05%、 0.01≦Al≦0.1 %、 0≦Cr≦1%、 0.01≦Nb≦0.1 %、 0%≦Tieff ≦0.05% (Tieff は窒化物、硫化物または酸化物以外のチタンの
含有率)を有し、その構造の少なくとも75%はニオブま
たはニオブとチタンの炭化物または炭窒化物の析出で硬
化されたフェライトで、残部の少なくとも10%はマルテ
ンサイトと、必要に応じて添加されるベイナイトおよび
残留オーステナイトとであることを特徴とする高い強度
と優れた延伸性とを有する熱間圧延された鋼板を提供す
る。本発明の他の対象は上記鋼板の製造方法にある。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の鋼板は、同じ用途での公
知の鋼板に比べて、先ず第1に珪素含有率がはるかに低
く、ニオブとチタンの含有率の幅が狭く、構造の各相の
分布に対する要求がより厳密である点で公知の鋼板とは
異なっている。この構造、従って、鋼板の所望特性を得
るためには、熱間圧延直後の熱処理に特定条件が必要に
なる。本発明鋼はその組成および製造方法によっていく
つかの観点でHYS鋼と2相鋼とを組み合わせた特性を
示す。以下、本発明鋼板の顕微鏡写真である図1を参照
して本発明をさらに詳細に説明する。
【0009】本発明の熱間圧延鋼板を得るためには、先
ず最初に炭素含有率が0.12%以下、マンガン含有率が
0.5〜1.5 %、珪素含有率が 0.3%以下、リン含有率が
0.1%以下、硫黄含有率が0.05%以下、アルミニウム含
有率が0.01%〜 0.1%、クロム含有率が1%以下、ニオ
ブ含有率が0.01%〜0.10%、有効チタン含有率(この用
語の意味は後で説明する)が0.03〜0.15%、ニオブ含有
率が 0〜0.05%である鋼(数字は全て重量%)を溶融
し、スラブに鋳造する。次いで、ストリップ圧延機を用
いてスラブを熱間圧延して厚さ数mmの鋼板を作る。スト
リップ圧延機の出口で少なくとも75%のフェライトと少
なくとも10%のマルテンサイトとを含む微細構造が形成
されるように鋼板を熱処理する。フェライトはニオブの
炭化物または炭窒化物、さらにはチタンの炭化物または
炭窒化物(チタンがかなりの量で存在する場合)を析出
させることによって硬化される。必要に応じて微細構造
はベイナイトおよび残留オーステナイトをさらに含むこ
とができる。
【0010】本発明鋼は炭素含有率が低いので優れた溶
接性を維持し、所望のマルテンサイト比を得ることがで
きる。マンガンは、 1) 固溶体中にあり、 2) Ar3 点を下げることによって圧延終了時の温度を低
下させ、微細なフェライト粒子を生成させ、 3) 硬化性(trempant)元素であるので、硬化剤の役目を
する。しかし、その含有率が高いと縞状組織ができ、耐
疲労性および/または成形性が低下する。従って、マン
ガンの最大含有率は 1.5%に限定されなければならな
い。
【0011】珪素はアルファゲン元素で、フェライト変
態を促進する。珪素は固溶体中で硬化剤である。しか
し、本発明は欧州特許第 548 950号に記載の従来法に比
べて鋼の珪素含有率を大幅に低下させている。公知の鋼
で見られる表面外観上の問題は再加熱炉中でスラブ表面
上にFe2SiO4 酸化物 (FeO 酸化物と一緒に融点の低い共
晶を構成する)が現れることにあるので、珪素含有率を
大幅に低下させることは重要である。この共晶は粒界に
侵入してカラミンの固着を促進させる。このカラミンは
デスケーリングを行っても部分的にしか除去できない。
珪素含有率を低下することによる他の利点は鋼の溶接性
が向上することにある。本発明鋼はその組成および製造
方法を遵守する限り、珪素含有率は低くてもよく、極め
て低い珪素含有率が許される。
【0012】珪素と同様にリンはアルファゲンであり、
硬化性である。しかし、その含有率は 0.1%に制限しな
ければならず、できるだけ少量にする。リンの含有率が
高いと半分の厚さで分離が生じ、それによって剥離が発
生する危険性がある。さらに粒界で分離が起り、脆性が
増大する危険がある。厳密に言えば必要ではないが、ク
ロムは添加する(1%以下)のが好ましく、それによっ
てマルテンサイトの生成およびフェライト変態が促進さ
れる。
【0013】ニオブとチタンは、フェライトを硬化させ
る炭化物および炭素窒化物の析出を生成する微量合金元
素である。これらの添加の目的(チタンの添加に関して
は任意)はその硬化作用によって高い強度レベルを得る
ことにある。本発明鋼の組成の大きな特徴はニオブの存
在である。フェライト−マルテンサイトの2相型構造を
得たい場合には一般にはニオブは添加しない。すなわ
ち、ニオブは鋼の非再結晶温度を上昇させる結果、オー
ステナイトの加工硬化が高くなり、粒子寸法が不均一に
なる恐れがある。さらに、ニオブの炭化物および炭窒化
物の析出によってフェライト変態が抑制される。そのた
め、ニオブの存在下で完全に硬化された等軸フェライト
を生成させるには、以下に説明する熱間圧延された鋼板
の冷却スキームのうちの1つに従うことが絶対条件であ
る。
【0014】任意要素のチタン添加で得られるフェライ
トの硬化作用はチタンが炭化物と結合可能な場合にしか
得られない。従って、チタンを液体鋼浴に添加する際に
チタンの酸化物、窒化物および硫化物の生成の可能性を
考慮しなければならない。大量の酸化物の生成は液体鋼
の脱酸時にアルミニウムを添加することで容易に防止で
きる。窒化物および硫化物の生成は液体鋼中の窒素およ
び硫黄の含有率に依存する。溶融および鋳造時に窒素と
硫黄の含有率を大幅に制限きない場合には十分な量のチ
タンを金属浴に添加して、窒化物および硫化物が析出し
た後の凝固金属中に含まれる窒化物、硫化物または酸化
物以外のチタン(炭化物および炭窒化物を形成可能なチ
タン)が0.05%以下となるようにする必要がある。これ
を「有効チタン含有率」(i eff %と略記)という。ア
ルミニウムを用いて鋼を脱酸する場合には、凝固時に金
属中で達成される熱力学的な平衡を考慮して、この有効
チタン含有率は鋼中の全チタン含有率をTi total%とす
ると、下記で表すことができる: Tieff %=Titotal %− 3.4×N%− 1.5×S%
【0015】このチタンの添加によってニオブ添加の効
果が補強されてさらに高い強度レベルが得られる。しか
し、規定量以上のニオブとチタンを添加しても硬化作用
が飽和するので無意味である。本発明の鋼板の製造には
所望性能レベルおよび金属組成に応じて種々の操作を採
用することができる。
【0016】本発明の全ての鋼、特にニオブ含有率が0.
02〜0.1 %である鋼に適用可能な標準的な第1の操作方
法(No.1)の操作順序は以下のとおりである: 1) 下記重量組成を有する鋼を溶融してスラブに鋳造す
る: C≦0.12%、 0.5 ≦Mn≦ 1.5%、 0≦Si≦ 0.3%、 0≦P≦ 0.1%、 0≦S≦0.05%、 0.01≦Al≦ 0.1%、 0≦Cr≦1%、 0.01≦Nb≦0.1 %; 0≦Tieff ≦0.05% (Tieff は窒化物、硫化物または酸化物の形以外のチタ
ンの含有率) 2) 圧延終了時の温度(TFL) が鋳造グレードのAr3 点と
950 ℃との間となる条件でストリップ圧延機を用いて上
記スラブを圧延し、
【0017】3) ストリップ圧延機出口で下記2段階で
冷却する:段階1 :TFL から急冷開始温度(TDT)(730 ℃と鋳造グレ
ードのAr1 点との間にある) まで空気中で2〜15℃/秒
の速度で徐冷する。この冷却中にフェライト変態が起こ
る。通常フェライト変態を適切に進行させるために(フ
ェライト変態はニオブの炭化物および炭窒化物の存在下
で抑制される)この段階は8秒以上でなければならな
い。析出の寸法が大きくなりすぎて鋼板の引張強度が損
なわれるのを防ぐためにこの冷却は40秒以内でなければ
ならない。段階2 :例えば水の噴霧によって TDTから 300℃または
それ以下のいわゆる冷却終了時温度(TFR) まで20〜150
℃/秒の速度で急冷する。 上記操作後に鋼板を直ぐに巻き取るか、空気中に放置し
た後に巻き取ることができる。
【0018】本発明の全ての鋼、特にニオブの含有率が
0.02%〜0.1 %である鋼に適用可能な同様に標準化され
た第2の操作方法(No.2)では、上記操作1)および2)は
同じであるが、操作3)は2段階でなく下記3段階の冷却
である:段階1 :熱間圧延終了後10秒以内に開始し、TFL から各
グレードのAr3 点よりも低い中間温度(Tinter )まで
20〜150 ℃/秒の速度で水を用いて急冷する。この操作
中、鋼はオーステナイト領域のままである。段階2 :Tinter からTDT(各グレードの Ar1点と730 ℃
との間にある) まで2〜15℃/秒の速度で5秒以上40秒
以下の時間緩やかに空冷する。この段階でフェライト変
態が起る。この場合も冷却時間の最低値を規定する目的
はニオブの存在下でもフェライト変態を正しく進行させ
るためである。段階3 :TDT から TFRまで20〜150 ℃/秒の速度で水で
急冷する。 TFRの温度は300 ℃以下にする。この場合も
予め空気中に放置した後または放置せずに鋼板を巻取る
ことができる。
【0019】上記操作方法での操作3)の段階1での水を
用いた冷却の役目は鋼板を迅速にフェライト変態領域に
移行させることにある。従って、この変態は水を用いた
冷却終了直後に開始する。この変態は2段階操作法の場
合よりも迅速且つより低温で起こり、その結果、 1) 所定の空冷時間(この時間は冷却テーブルの長さで
限定される)内により迅速すなわちより完全な変態が起
こり、 2) フェライト粒子の寸法がより細かくなり、 3) ニオブおよびチタンの炭化物および炭窒化物の析出
がより微細になり、より硬くなる。
【0020】鋼中のニオブ含有率が比較的低い場合、す
なわちニオブ含有率が0.01%〜0.02%の場合、ニオブの
量はフェライト変態を大幅に抑制するほどのものではな
いので、上記2つの操作方法の操作3)の緩やかな空冷段
階の最短時間を規定することはもはや必須ではない。上
記方法によって、最低保証強度が 650〜750 MPa で、R
e /Rm 比が 0.8以下で、最高グレードでの加工硬化係
数が少なくとも0.13で、全伸び率が少なくとも15%であ
る鋼板が得られる。引張応力−歪曲線には降伏限界プラ
トーがなく、そのため絞り加工性が向上する。また、デ
スケーリング後の製品表面に「タイガーストライプ」が
見られない。すなわち本発明の目的が達成される。
【0021】
【実施例】〔表1〕に記載の鋼グレードについて本発明
の試験を行った(チタン含有率は既に説明したように全
チタン含有率から計算した有効チタン含有率である)。
【0022】
【表1】 この試験から〔表2〕に示す結果が得られた。ここで、
tはフェライト変態が起こる空冷段階の継続時間を表
し、Rp0.2は通常の 0.2%オフセット降伏応力を表し、
nは加工硬化係数を示し、冷却方法の欄は上記2種類の
操作法を表す。
【0023】
【表2】 上記の結果から、グレードBおよびCにおいて、基準鋼
Aにニオブとチタンを添加することによって、特に3段
階で冷却するNo.2の操作方法を用いた場合に、Rp0.2/
Rm の比を適当な値に保ちながら鋼の強度を大きく増加
させることが可能であることがわかる。さらに、最後の
2つの試験結果から、鋼板に対する空冷が短すぎてフェ
ライト変態が十分に進行しない場合にはニオブ添加に全
く効果がないこと、すなわち基準鋼に対して強度が向上
せず、Rp0.2/Rm 比はむしろ大きく低下することがわ
かる。これら2つの試験で取り上げたグレードBは珪素
の含有率がそれほど高くない上にリンの含有率が低く、
フェライト変態、従ってマルテンサイトの生成にとって
不利なため、特にこのファクターに敏感である。従って
硬質相はベイナイトおよび/またはパーライトで構成さ
れる。
【0024】図1の顕微鏡写真は 0.050%のニオブと
0.010%のチタンとを含有するグレードBに相当する鋼
の組織を示す。熱間圧延された鋼板の冷却はNo.2の操作
方法で行った。明るい領域は等軸フェライトで、組織の
85%を占める。暗い領域はマルテンサイトで、残りの組
織のほぼ全てを占める。本発明鋼は自動車の構造部品、
例えばシャーシ要素、ホイール、サスペンジョンアーム
や、機械的応力に対して高い強度を必要とするプレス部
品の製造で特に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の鋼板の顕微鏡写真。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン−ピエール ポルセ フランス国 13270 フォ スュル メー ル ルマゼ ルート ドゥ ラ トラマン タン 120

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記重量組成: C≦0.12%、 0.5 ≦Mn≦1.5 %、 0≦Si≦0.3 %、 0≦P≦0.1 %、 0≦S≦0.05%、 0.01≦Al≦0.1 %、 0≦Cr≦1%、 0.01≦Nb≦0.1 %、 0%≦Tieff ≦0.05% (Tieff は窒化物、硫化物または酸化物以外のチタンの
    含有率)を有し、その構造の少なくとも75%はニオブま
    たはニオブとチタンの炭化物または炭窒化物の析出で硬
    化されたフェライトで、残部の少なくとも10%はマルテ
    ンサイトと、必要に応じて添加されるベイナイトおよび
    残留オーステナイトとであることを特徴とする高い強度
    と優れた延伸性とを有する熱間圧延された鋼板。
  2. 【請求項2】 ニオブ含有率が 0.010〜0.020 %である
    請求項1に記載の鋼板。
  3. 【請求項3】 1) 請求項1に記載の鋼板の組成を有する
    鋼を溶融、鋳造してスラブを作り、2) 圧延終了温度が
    Ar3 点〜950 ℃となる条件で上記スラブを板状に熱間圧
    延し、3) 板を2〜15℃/秒の速度で8〜40秒間 Ar1点
    〜730 ℃の温度まで緩やかに冷却し、4) 板を20〜150
    ℃/秒の速度で 300℃以下の温度まで急冷することを特
    徴とする高い強度と優れた延伸性を有する圧延鋼板の製
    造方法。
  4. 【請求項4】 1) 請求項1に記載の鋼板の組成を有する
    鋼を溶融、鋳造してスラブを作り、2)圧延終了温度が A
    r3点〜950 ℃となるような条件でスラブを板状に熱間圧
    延し、3) 熱間圧延終了後10秒以内に板を20〜150 ℃/
    秒の速度でAr3点以下の温度まで急冷し、4) 板を2〜1
    5℃/秒の速度で5〜40秒間 Ar1点〜730 ℃の温度まで
    緩やかに冷却し、5) 板を20〜150 ℃/秒の速度で300
    ℃以下の温度まで急冷することを特徴とする高い強度と
    優れた延伸性を有する圧延鋼板の製造方法。
  5. 【請求項5】 1) 請求項2に記載の鋼板の組成を有する
    鋼を溶融、鋳造してスラブを作り、2)圧延終了時の温度
    が Ar3点〜950 ℃となるような条件でスラブを板状に熱
    間圧延し、3) 板を2〜15℃/秒の速度で5〜40秒間 A
    t1〜730 ℃の温度まで緩やかに冷却し、4) 板を20〜15
    0 ℃/秒の速度で300 ℃以下の温度まで急冷することを
    特徴とする高い強度と優れた延伸性を有する圧延鋼板の
    製造方法。
  6. 【請求項6】 1) 請求項2に記載の鋼板の組成を有す
    る鋼を溶融、鋳造してスラブを作り、2) 圧延終了時の
    温度が Ar3点〜950 ℃となるような条件でスラブを板状
    に熱間圧延し、3) 熱間圧延終了後10秒以内に板を20〜
    150 ℃/秒の速度で Ar3点以下の温度まで急冷し、4)
    次いで、板を2〜15℃/秒の速度で40秒以内にAr1 点〜
    730 ℃の温度まで緩やかに冷却し、5) 板を20〜150 ℃
    /秒の速度で300 ℃以下の温度まで急冷することを特徴
    とする高い強度と優れた延伸性を有する圧延鋼板の製造
    方法。
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