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技術 特に自動車用車両部品を製造するために有用な極めて高い弾性限度及び機械的強度を有している熱間圧延鋼

出願人 アルセロール・フランス
発明者 グザビエ・バノジヤツク・デブロク
出願日 2001年3月28日 (20年7ヶ月経過) 出願番号 2001-093740
公開日 2001年11月16日 (20年0ヶ月経過) 公開番号 2001-316767
状態 特許登録済
技術分野 薄鋼板の熱処理
主要キーワード 耐久限度 自動車用車両 平板材料 機械的構造物 溶接適性 変形比 工業試験 微量合金元素
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この項目の情報は公開日時点(2001年11月16日)のものです。
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図面 (3)

解決手段

以下の重量組成:0.08%<炭素<0.16%1%<マンガン<2%0.02%<アルミニウム<0.1%ケイ素<0.5%リン<0.03%イオウ<0.01%バナジウム<0.3%クロム<1%窒素<0.015%モリブデン<0.6%を有していることを特徴とする、特に自動車用車両部品を製造するために有用な極めて高い機械的強度を有している熱間圧延鋼。および上記組成の鋼を950℃よりも低い温度で圧延処理し、次いで、20℃/秒を上回る速度で、400℃−600℃の温度まで冷却処理することを特徴とする熱間圧延鋼板帯材を製造する方法。

効果

特に自動車用車両部品を製造するために有用な極めて、高強度の熱間圧延鋼板が得られる。

概要

背景

熱間圧延鋼は管理圧延によって得られる特性値を有している。このような熱間圧延鋼の鋼板製造分野では、高い弾性限度、即ち315MPa−700MPaの範囲の弾性限度をもつ製品が知られている。

帯材製造装置によって熱間圧延鋼の鋼板を製造する分野では、これらの鋼板の成形によって得られた部品耐久性は重要な条件である。何故なら、プレス成形引抜き成形液圧成形などによって成形された部品の寿命は耐久性によって決定されるからである。

荷重が一定であるときの鋼板の寿命は、鋼板の耐久性と耐疲労性とによって決定される。

成形された部品の耐疲労性を改善するための1つの解決方法は、極めて高い強度を有しており、従って高い耐疲労性をもつ鋼を使用することである。耐久限度機械的強度との間には概して比例関係が存在する。他方で、鋼はプレス成形に適した特性を有する必要がある。しかしながら、一般に鋼の成形特性は機械的強度の増加に伴って低下する。従って、高い強度をもつ鋼から得られる部品の成形可能性は限定される。

また、特に自動車関係の用途では安全性の見地から耐衝撃性が重要な特性である。何故なら、急激な破壊に対する部品の破壊抵抗は耐衝撃性によって決定されるからである。耐衝撃性と弾性限度との間にはほぼ線形の関係が存在するので、成形された部品の耐衝撃性を改善するための1つの解決方法は、極めて高い弾性限度をもつ鋼を使用することである。しかしながら一般に、弾性限度が高い値になるほど成形特性は低下する。

常用熱間圧延平板材料の分野では、材料の機械的特性広幅帯材製造装置で管理圧延することによって得られる。この分野には特に、高い機械的特性を有する主として4種類の鋼が存在する。

HEL鋼、即ち高い弾性限度をもつ鋼は、315MPa−700MPaの範囲の弾性限度を有している微量合金元素含有鋼であるが、特にRe(弾性限度)/Rm(機械的強度)比が0.85を上回る高い値であるため、成形性がよくない。これらの鋼はセメンタイト型の炭素含有フェライト相構造を有している。弾性限度のレベルは、管理圧延とフェライト変態の際のニオブバナジウムチタンのような微量合金元素の析出とによって得られる。

二相(Dual−Phase)鋼はフェライトマルテンサイト構造の鋼であり、優れた成形特性を有している。機械的強度のレベルは一般に550MPa−800MPaの範囲である。フェライト変態の際に微量合金元素が析出することによってマルテンサイト硬化作用補完するので、より高いレベルの機械的強度が得られる。

HR鋼は炭素及びマンガンを含有するいわゆる高強度鋼であり、圧延後に比較的急速に冷却しながら低温ロール化することによってフェライト−ベイナイト構造を生じさせたものである。この鋼はHEL鋼と二相鋼との中間の成形特性を有している。強度レベルは450MP−800MPaの範囲である。

マルテンサイト鋼は最も高い強度レベルを有している。この鋼は、圧延後に熱処理することによって得られたマルテンサイト構造を有している。広幅帯材製造装置でこの型の構造を得ることは難しい。その理由はマルテンサイトが脆性であるため、圧延後の帯材が破断し易いからである。マルテンサイト鋼は1000MPaを上回る強度レベルに到達し得るが、延性は極めて低レベルであり、また伸び率は8%未満である。更に、この鋼は圧延後に熱処理する必要がある。

上記に引用のすべての種類の鋼では、鋼の強度レベルの増加に伴って圧延力が増加するので、鋼板の厚みを薄くすることが難しく、十分な軽量化を達成することができない。

概要

以下の重量組成:0.08%<炭素<0.16%1%<マンガン<2%0.02%<アルミニウム<0.1%ケイ素<0.5%リン<0.03%イオウ<0.01%バナジウム<0.3%クロム<1%窒素<0.015%モリブデン<0.6%を有していることを特徴とする、特に自動車用車両部品を製造するために有用な極めて高い機械的強度を有している熱間圧延鋼。および上記組成の鋼を950℃よりも低い温度で圧延処理し、次いで、20℃/秒を上回る速度で、400℃−600℃の温度まで冷却処理することを特徴とする熱間圧延鋼板の帯材を製造する方法。

特に自動車用車両部品を製造するために有用な極めて、高強度の熱間圧延鋼板が得られる。

目的

本発明の目的は、極めて高い弾性限度及び機械的強度を有しており、特に自動車工業用の部品をプレス成形、引抜き成形、液圧成形によって製造するための優れた成形特性をもつ熱間圧延鋼を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

以下の重量組成:0.08%<炭素<0.2%1%<マンガン<2%0.02%<アルミニウム<0.1%ケイ素<0.5%リン<0.03%イオウ<0.01%バナジウム<0.3%クロム<1%窒素<0.015%モリブデン<0.6%を有しており、残りは鉄と製錬固有不純物とから成ることを特徴とする、特に自動車用車両部品を製造するために有用な極めて高い弾性限度及び機械的強度を有している熱間圧延鋼

請求項2

以下の重量組成:0.1%<炭素<0.14%1.4%<マンガン<1.8%0.02%<アルミニウム<0.08%0.15%<ケイ素<0.3%リン<0.03%イオウ<0.008%0.1%<バナジウム<0.3%0.3%<クロム<0.6%窒素<0.012%0.15%<モリブデン<0.4%を有しており、残りは鉄と製錬固有不純物とから成ることを特徴とする請求項1に記載の鋼。

請求項3

以下の重量組成:0.08%<炭素<0.16%1%<マンガン<2%0.02%<アルミニウム<0.1%ケイ素<0.5%リン<0.03%イオウ<0.01%バナジウム<0.3%クロム<1%窒素<0.015%モリブデン<0.6%を有しており、残りは鉄と製錬固有不純物とから成る鋼を、950℃よりも低い温度、好ましくは880℃よりも低い温度で圧延処理し、次いで、20℃/秒を上回る速度、好ましくは100℃−200℃/秒の範囲の速度で、400℃−600℃、好ましくは450℃−500℃の温度まで冷却処理することを特徴とする、特に自動車用車両部品を製造するために有用な極めて高強度の熱間圧延鋼板帯材を製造する方法。

技術分野

0001

本発明は、特に自動車用車両部品を製造するために有用な極めて高い弾性限度及び機械的強度を有している熱間圧延鋼に関する。

背景技術

0002

熱間圧延鋼は管理圧延によって得られる特性値を有している。このような熱間圧延鋼の鋼板製造分野では、高い弾性限度、即ち315MPa−700MPaの範囲の弾性限度をもつ製品が知られている。

0003

帯材製造装置によって熱間圧延鋼の鋼板を製造する分野では、これらの鋼板の成形によって得られた部品の耐久性は重要な条件である。何故なら、プレス成形引抜き成形液圧成形などによって成形された部品の寿命は耐久性によって決定されるからである。

0004

荷重が一定であるときの鋼板の寿命は、鋼板の耐久性と耐疲労性とによって決定される。

0005

成形された部品の耐疲労性を改善するための1つの解決方法は、極めて高い強度を有しており、従って高い耐疲労性をもつ鋼を使用することである。耐久限度と機械的強度との間には概して比例関係が存在する。他方で、鋼はプレス成形に適した特性を有する必要がある。しかしながら、一般に鋼の成形特性は機械的強度の増加に伴って低下する。従って、高い強度をもつ鋼から得られる部品の成形可能性は限定される。

0006

また、特に自動車関係の用途では安全性の見地から耐衝撃性が重要な特性である。何故なら、急激な破壊に対する部品の破壊抵抗は耐衝撃性によって決定されるからである。耐衝撃性と弾性限度との間にはほぼ線形の関係が存在するので、成形された部品の耐衝撃性を改善するための1つの解決方法は、極めて高い弾性限度をもつ鋼を使用することである。しかしながら一般に、弾性限度が高い値になるほど成形特性は低下する。

0007

常用熱間圧延平板材料の分野では、材料の機械的特性広幅帯材製造装置で管理圧延することによって得られる。この分野には特に、高い機械的特性を有する主として4種類の鋼が存在する。

0008

HEL鋼、即ち高い弾性限度をもつ鋼は、315MPa−700MPaの範囲の弾性限度を有している微量合金元素含有鋼であるが、特にRe(弾性限度)/Rm(機械的強度)比が0.85を上回る高い値であるため、成形性がよくない。これらの鋼はセメンタイト型の炭素含有フェライト相構造を有している。弾性限度のレベルは、管理圧延とフェライト変態の際のニオブバナジウムチタンのような微量合金元素の析出とによって得られる。

0009

二相(Dual−Phase)鋼はフェライトマルテンサイト構造の鋼であり、優れた成形特性を有している。機械的強度のレベルは一般に550MPa−800MPaの範囲である。フェライト変態の際に微量合金元素が析出することによってマルテンサイト硬化作用補完するので、より高いレベルの機械的強度が得られる。

0010

HR鋼は炭素及びマンガンを含有するいわゆる高強度鋼であり、圧延後に比較的急速に冷却しながら低温ロール化することによってフェライト−ベイナイト構造を生じさせたものである。この鋼はHEL鋼と二相鋼との中間の成形特性を有している。強度レベルは450MP−800MPaの範囲である。

0011

マルテンサイト鋼は最も高い強度レベルを有している。この鋼は、圧延後に熱処理することによって得られたマルテンサイト構造を有している。広幅帯材製造装置でこの型の構造を得ることは難しい。その理由はマルテンサイトが脆性であるため、圧延後の帯材が破断し易いからである。マルテンサイト鋼は1000MPaを上回る強度レベルに到達し得るが、延性は極めて低レベルであり、また伸び率は8%未満である。更に、この鋼は圧延後に熱処理する必要がある。

0012

上記に引用のすべての種類の鋼では、鋼の強度レベルの増加に伴って圧延力が増加するので、鋼板の厚みを薄くすることが難しく、十分な軽量化を達成することができない。

発明が解決しようとする課題

0013

本発明の目的は、極めて高い弾性限度及び機械的強度を有しており、特に自動車工業用の部品をプレス成形、引抜き成形、液圧成形によって製造するための優れた成形特性をもつ熱間圧延鋼を提供することである。

課題を解決するための手段

0014

本発明の目的は、以下の重量組成
0.08%<炭素<0.2%
1%<マンガン<2%
0.02%<アルミニウム<0.1%
ケイ素<0.5%
リン<0.03%
イオウ<0.01%
バナジウム<0.3%
クロム<1%
窒素<0.015%
モリブデン<0.6%
を有しており、残りは鉄と製錬固有不純物とから成ることを特徴とする、特に自動車用車両部品を製造するために有用な極めて高い弾性限度及び機械的強度を有している熱間圧延鋼を提供することである。

0015

好ましくは、鋼の特徴は、以下の重量組成:
0.1%<炭素<0.14%
1.4%<マンガン<1.8%
0.02%<アルミニウム<0.08%
0.15%<ケイ素<0.3%
リン<0.03%
イオウ<0.008%
0.1%<バナジウム<0.3%
0.3%<クロム<0.6%
窒素<0.012%
0.15%<モリブデン<0.4%
を有しており、残りは鉄と製錬固有不純物とから成ることである。本発明はまた、以下の重量組成:
0.08%<炭素<0.2%
1%<マンガン<2%
0.02%<アルミニウム<0.1%
ケイ素<0.5%
リン<0.03%
イオウ<0.01%
バナジウム<0.3%
クロム<1%
窒素<0.015%
モリブデン<0.6%
を有しており、残りは鉄と製錬固有不純物とから成る鋼を、950℃よりも低い温度、好ましくは880℃よりも低い温度で圧延処理し、次いで、20℃/秒を上回る速度、好ましくは100℃−200℃/秒の範囲の速度で、400℃−600℃、好ましくは450℃−500℃の範囲の温度になるまで冷却処理することを特徴とする、特に自動車用車両部品を製造するために有用な極めて高い強度の熱間圧延鋼板の帯材を製造する方法に関する。

発明を実施するための最良の形態

0016

非限定的に与えられた以下の記載及び添付図面から本発明がより十分に理解されよう。

0017

図1は、熱間圧延鋼の帯材を冷却するときの温度変化を時間の関数として表すグラフである。

0018

図2は、本発明の鋼の伸び率を応力の関数として表すグラフである。

0019

以下の重量組成:
0.08%<炭素<0.2%
1%<マンガン<2%
0.02%<アルミニウム<0.1%
ケイ素<0.5%
リン<0.03%
イオウ<0.01%
バナジウム<0.3%
クロム<1%
窒素<0.015%
モリブデン<0.6%
を有しており、残りは鉄と製錬固有不純物とから成る本発明の鋼は完全なベイナイト構造を有している。この形態の鋼は、1000MPaを上回る強度レベル及び10%を上回る伸び率に到達することが可能である。本発明の熱間圧延鋼を帯材に成形するためには、950℃よりも低い温度、好ましくは880℃よりも低い温度で圧延処理し、次いで、20℃/秒を上回る速度、好ましくは100℃−200℃/秒の範囲の速度で、400℃−600℃、好ましくは450℃−500℃の範囲の温度になるまで冷却する。

0020

図1のグラフに示すように、冷却サイクルでは、鋼板の温度が400℃−600℃の範囲、好ましくは450℃−500℃の範囲に低下した後に鋼板をロール化する。

0021

本発明の鋼の組成に関しては:
−優れた溶接適性を確保しかつバナジウムと共に析出硬化惹起し得るように、炭素の含量は0.2%以下に抑えられている;
−マンガンは、フェライト変態開始温度ベイナイト変態開始温度及びマルテンサイト変態開始温度にそれぞれ対応する変態点AR3、Bs及びMsを低下させ得る。この効果によってマンガンは、急冷高速冷却)中のフェライトの形成を阻止して焼入れ性を改善し、完全ベイナイト構造を生じさせる。ベイナイト変態開始温度(Bs)が低下すると機械的特性が強化される;
−アルミニウムは、鋼の発泡を抑制する目的で使用される;
酸洗い後の材料の表面状態劣化または亜鉛メッキライン上、即ち、連続的電気亜鉛メッキ中の材料の被覆適性の劣化を生じさせることなく固溶体硬化能を維持する目的で、ケイ素は比較的低い含量に維持される。ケイ素は、一方では酸洗いされた材料の表面の外観をFe2O3SiO4の形成によって劣化させ、他方では湿潤性、従って被膜付着性を低下させることが知られている;
−モリブデンは、特にBsを低下させることによって焼入れ性を改善する効果を有しており、完全ベイナイト構造を生じさせることによって機械的特性を強化する;
−バナジウムは、熱力学的処理中に異なる温度で生じる窒化物析出物及び炭化物型析出物の形成に必要な元素である。極めて硬質のこれらの析出物は極めて高いレベルの機械的特性を実現し得る。この元素は耐熱硬度を増加させることなく析出硬化し得る。この結果は微量合金元素に関する既知の結果と一致しない。既知の結果では、圧延中に微量合金元素の析出が誘発されて耐熱硬度が増加する。発明者らはこの知見に基づいて、本発明の鋼に元素バナジウムを含有させ、これによって圧延力を増加することなく鋼板を1.4mmという薄さまで圧延することに成功した。

0022

以下の実施例は、本発明の実施例Bと2つの比較実施例A及びCとによって得られた結果を示す。2つの比較実施例では、一方がバナジウム低含量、他方がバナジウム高含量である。

0023

実施例の組成を以下の表1に示す:

0024

0025

以下の表2は熱間圧延後の熱処理条件を示す:

0026

0027

以下の表3は3つの実施例の機械的強度Rm、弾性限度Re、伸び率Aなどの機械的特性値を示す。

0028

0029

バナジウムは機械的強度を増加させ、伸び率を減少させることが観察される。即ち、バナジウムはベイナイト構造鋼を硬化させるために必要な元素であることが観察される。微量合金元素は析出硬化性であるがその析出の完了にはより高い温度が必要でありフェライト領域で生じた析出だけが硬化能を有すると考えられていたので、この結果は予想外である。チタンまたはニオブのような別の微量合金元素ではこの結果は得られない。これらの元素は耐熱硬度を増加させるので、熱間圧延による変形比が減少し、この種の鋼板で実現できる最小厚みが限定される。バナジウムが耐熱硬度に全く影響を与えないことが判明した。

0030

Cu、Niのような別の微量元素が存在してもよく、これらの元素はそれぞれの既知の特性に応じた量で使用され得る。チタンまたはホウ素のような合金元素を添加すると、炭化バナジウムの析出が促進され、これに対応して窒化バナジウムの析出が抑制される。チタン及びホウ素は、高温で窒化物を形成し、これらの窒化物は後の熱力学的処理中に安定に維持される。

0031

表4に示す分析組成の鋼Bで工業試験を実施した:

0032

0033

厚み1.7mmの鋼板で得られた機械的特性の一例を図2の伸び率のグラフで表す。この鋼は、機械的強度1015MPa、弾性限度880MPa及び伸び率12%という特性値を有している。

0034

本発明の鋼の最終構造はベイナイト構造である。この構造では、700MPaを上回る弾性限度、1000MPaを上回る機械的強度及び10%を上回る伸び率が得られる。これらの値は本発明の鋼が優れた成形性を有することを示している。

0035

本発明によれば、高い機械的強度、即ち1000MPaを上回る機械的強度をもち、同時に、10%を上回る伸び率で示される優れた成形性を有している鋼を1.4−5mmの厚みに圧延することが可能である。

0036

鋼の組成中のケイ素の含量が0.5%未満に維持されているので、熱間圧延した鋼板は酸洗い後に無欠陥表面状態を確実に維持し得る。

0037

本発明の熱間圧延鋼板の帯材は、例えば自動車及び機械的構造物一般などの産業活動の分野で、プレス成形、折曲げ加工、引抜き成形または液圧成形された部品を製造するために使用できるという利点を有している。部品は軽量化されており、十分な耐疲労性及び/または改良された耐衝撃性を有している。

図面の簡単な説明

0038

図1熱間圧延鋼の帯材を冷却するときの温度変化を時間の関数として表すグラフである。
図2本発明の鋼の伸び率を応力の関数として表すグラフである。

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