(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）（ｉ）０．２０〜０．３５重量％の炭素、１．０重量％未満のクロム、０．７〜２．０重量％のマンガン、０．１０〜０．５０重量％のケイ素、０．１〜１．０重量％の銅、０．０５重量％未満のニオブ、０．５重量％未満のモリブデンとを含み、０．０１重量％未満のアルミニウムでケイ素キルドされ、
（ｉｉ）残りが鉄と溶融から生じる不純物で構成された
溶湯を用意し、
（ｂ）溶湯で、ロール間隙を間に有する一対の冷却された鋳造ロールの鋳造表面に支持された鋳造溜めを形成し、
（ｃ）鋳造ロールを相互方向に回転させ、１０．０ ＭＷ／ｍ２を超える熱流束にて溶湯をロール間隙から下方に送給される厚さ２．０ｍｍ未満の鋼板に凝固させ、非酸化雰囲気で鋼板を１５℃／秒を超える冷却速度にて１０８０℃を下回りＡｒ３温度を上回る温度に冷却し、
（ｄ）鋼板を熱間圧延して１５〜５０％圧下とし、１００℃／秒を超える速度で１００〜２０℃に急冷して（ｄ１）少なくとも７５容積％のマルテンサイト又は（ｄ２）合計で少なくとも７５容積％のマルテンサイト＋ベイナイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成する
段階を含む熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板の製造方法。
【請求項２】
（ｅ） 鋼板を１５０〜２５０℃の温度で２〜６時間焼き戻す、
段階を更に含む、請求項１記載の熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板製造方法。
【請求項３】
鋼板を熱間圧延して１５〜３５％圧下とし、１００℃／秒を超える速度で１００〜２０℃に急冷して少なくとも７５容積％のマルテンサイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成することを更に含む、請求項１記載の熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板製造方法。
【請求項４】
鋼板を熱間圧延して１５〜３５％圧下とし、１００℃／秒を超える速度で１００〜２０℃に急冷して合計で少なくとも７５容積％のマルテンサイト＋ベイナイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａ の引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成することを含む、請求項１記載の熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板製造方法。
【請求項５】
冷却された鋼板が５０ｐｐｍを超える全酸素含有量を有する、請求項１記載の熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板製造方法。
【請求項６】
溶湯が５〜７０ｐｐｍの遊離酸素含有量を有する、請求項１記載の熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板製造方法。
【請求項７】
マルテンサイトが１００μｍを超えるオーステナイト粒径に由来する、請求項１記載の熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板製造方法。
【請求項８】
マルテンサイトが１５０μｍを超えるオーステナイト粒径に由来する、請求項１記載の熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この国際特許出願は２０１４年１２月１９日出願のアメリカ仮出願第６２／０９４，５７２号及び２０１５年２月１２日出願のアメリカ仮出願第６２／１１５，３４３号を優先権主張する。
【０００２】
本発明は、熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板の製造及び双ロール鋳造機によるその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
双ロール鋳造機において、互いに逆方向に回転され、内部冷却された一対の鋳造ロール間に溶融金属を導くことにより、動いているロールの表面上に凝固した金属殻を鋳造ロール間のロール間隙にて合わせて凝固ストリップ品を生み出し、鋳造ロール間のロール間隙から下方に送給する。本明細書では「ロール間隙」という語は鋳造ロールが最接近する領域全般を指すものとして用いられる。取鍋から注いだ溶融金属は、ロール間隙上方に位置したタンデイッシュとコアノズルとで構成される金属供給システムを通り、ロール間隙上方でロール鋳造表面に支持されロール間隙長さ方向に延びる溶融金属鋳造溜めを形成する。この鋳造溜めは、鋳造溜めの両端から溢流しないようロール端面に摺動係合保持される耐火材製の側部板又は側部堰の間に通常画成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】アメリカ特許第５，１８４，６６８号
【特許文献２】アメリカ特許第５，２７７，２４３号
【特許文献３】アメリカ特許第５，４８８，９８８号
【特許文献４】アメリカ特許出願第１２／０５０，９８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マルテンサイトはオーステナイトを急冷、即ち、焼き入れすることにより炭素鋼内に形成される。オーステナイトは面心立方(face-centered cubic; FCC)として知られる特定の結晶構造を有する。自然冷却されれば、オーステナイトはフェライトとセメンタイト(cementite)に変わる。しかしながら、オーステナイトを急冷、即ち、焼き入れすると、面心立方オーステナイトはフェライトの、炭素過飽和し著しく歪んだ体心立方体(body-centered tetragonal; BCT)形に変わる。生ずる剪断変形が多数の転位(dislocations)を生み出し、それが鋼強化の主なメカニズムである。冷却の間にオーステナイトがマルテンサイト開始温度に達するとマルテンサイト反応が始まり、親オーステナイトが熱力学的に不安定になる。サンプルが焼き入れされるにつれて、オーステナイトのますます多くの割合がマルテンサイトへと変わり、下変換温度(lower transformation temperature)に到達するまで続き、到達時には変換が完了する。
【０００６】
マルテンサイト鋼は高力価を必要とする用途、例えば、自動車産業にますます使われるようになっている。マルテンサイト鋼は自動車産業に必要な強度を提供すると共にエネルギ消費を減らし、燃料経済性を改良する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示されるのは以下の段階で製造される熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板 である。（ａ）（ｉ）０．２０〜０．３５重量％ 炭素、１．０重量％未満のクロム、０．７〜２．０重量％のマンガン、０．１０〜０．５０重量％のケイ素、０．１〜１．０重量％の銅、０．０５重量％未満のニオブ、０．５重量％未満のモリブデンで構成され、０．０１重量％未満のアルミニウムを含んでケイ素キルド(silicon killed)され、（ｉｉ）残りは鉄と溶融から生じる不純物で構成される、溶湯を用意し、（ｂ）１０．０ ＭＷ／ｍ２を超える熱流束にて凝固して厚さ２．０ｍｍ未満の鋼板とし、非酸化雰囲気で鋼板を１５℃／秒を超える冷却速度にて１０８０℃を下回りＡｒ３温度を上回る温度に冷却し、（ｃ）鋼板を熱間圧延して１５〜５０％圧下とし、急冷して少なくとも７５容積％のマルテンサイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成する。ここ及び本明細書のいずれの箇所においても、伸びは破断伸び即ち全伸び(total elongation)を意味し、「急冷」は１００℃／秒を超える速度で１００〜２０℃に冷却することを意味する。
【０００８】
本発明の鋼板が０．２０％を下回る炭素レベルでは製造できないのは、以下で説明するように 鋼板の包晶割れ(peritectic cracking)で使えないからである。
【０００９】
更に、鋼板は１５０〜２５０℃の温度で２〜６時間焼き戻しできる。マルテンサイト鋼板は０．００５重量％を超えるニオブ若しくは０．０１又は０．０２重量％を超えるニオブで更に構成できる。マルテンサイト鋼板は０．０５重量％を超えるモリブデン若しくは０．１又は０．２重量％を超えるモリブデンで更に構成できる。
【００１０】
溶湯を１０．０ＭＷ／ｍ２を超える熱流束にて凝固させて厚さ２．０ｍｍ未満の鋼板とし、非酸化雰囲気で鋼板を１５℃／秒を超える冷却速度にて１０８０℃を下回り且つＡｒ３温度を上回る温度に冷却できる。非酸化雰囲気は、典型的には窒素又はアルゴン等の不活性ガス又はそれらの混合物で構成され、約５重量％未満の酸素を含む雰囲気である。
【００１１】
いくつかの実施例では、鋼板中のマルテンサイトは１００μｍを超えるオーステナイト粒径に由来し得る。他の実施例では、鋼板中のマルテンサイトは１５０μｍを超えるオーステナイト粒径に由来し得る。
【００１２】
鋼板を熱間圧延して１５〜３５％圧下とし、急冷して少なくとも７５％のマルテンサイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成できる。他の実施例では、鋼板を熱間圧延して１５〜５０％圧下とし、急冷して少なくとも７５％のマルテンサイト＋ベイナイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成できる。更に、鋼板を熱間圧延して１５〜３５％圧下とし、急冷して少なくとも７５％のマルテンサイト＋ベイナイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成できる。
【００１３】
熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板を製造するのに使われる溶湯はケイ素キルド（即ち、ケイ素脱酸; silicon deoxidized）される。マルテンサイト鋼板は、０．００８重量％未満のアルミニウム又は０．００６重量％未満のアルミニウムを更に含み得る。溶湯は５〜７０ｐｐｍの遊離酸素含有量を有し得る。鋼板は５０ｐｐｍを超える全酸素含有量を有し得る。含有物は通例は５０％で粒径が５μｍ未満のＭｎＯＳｉＯ２を含み、微細構造進化(microstructure evolution)を、ひいてはストリップの機械的特性を高める潜在力を有する。
【００１４】
これまた開示されているのが以下の段階を含む熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板の製造方法である。（ａ）（ｉ）０．２０〜０．３５重量％の炭素、１．０重量％未満のクロム、０．７〜２．０重量％のマンガン、０．１０〜０．５０重量％のケイ素、０．１〜１．０重量％の銅、０．０５重量％未満のニオブ、０．５重量％未満のモリブデンで構成され、０．０１重量％未満のアルミニウムを含んでケイ素キルドされ、（ｉｉ）残りは鉄と溶融から生じる不純物とで構成される溶湯を用意し、（ｂ）溶湯で、間にロール間隙を有する一対の冷却される鋳造ロールの鋳造表面に支持された鋳造溜めを形成し、（ｃ）鋳造ロールを相互方向に回転させ、１０．０ ＭＷ／ｍ２を超える熱流束にて凝固させて厚さ２．０ｍｍ未満の鋼板を造り、非酸化雰囲気で鋼板を１５℃／秒を超える冷却速度で１０８０℃を下回りＡｒ３温度を上回る温度に冷却し、（ｄ）鋼板を熱間圧延して１５〜５０％圧下とし、急冷して少なくとも７５％のマルテンサイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成する。鋼板組成が０．２０％を下回る炭素レベルで造ることができないのは、鋼板の包晶割れで使えないからである。
【００１５】
更に、熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板製造方法は、鋼板を１５０〜２５０℃の温度で２〜６時間焼き戻す段階を含むことができる。
【００１６】
マルテンサイト鋼板は０．００５重量％を超えるニオブ若しくは０．０１又は０．０２重量％を超えるニオブで更に構成できる。マルテンサイト鋼板は０．０５重量％を超えるモリブデン若しくは０．１又は０．２重量％を超えるモリブデンで更に構成できる。マルテンサイト鋼板は０．００８重量％未満のアルミニウム若しくは０．００６重量％未満のアルミニウムを含んでケイ素キルドできる。
【００１７】
溶湯は５〜７０ｐｐｍの遊離酸素含有量を有することができる。鋼板は５０ｐｐｍを超える全酸素含有量を有することができる。溶湯を１０．０ ＭＷ／ｍ２を超える熱流束にて凝固させて厚さ２．０ｍｍ未満の鋼板とし、非酸化雰囲気で１５℃／秒を超える冷却速度にて１０８０℃を下回りＡｒ３温度を上回る温度に冷却できる。
【００１８】
いくつかの実施例では、鋼板中のマルテンサイトは １００μｍを超えるオーステナイト粒径から由来することができる。他の実施例では、鋼板中のマルテンサイトは１５０μｍを超えるオーステナイト粒径から由来することができる。
【００１９】
熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板の製造方法は、鋼板を熱間圧延して１５〜３５％圧下とし、急冷して少なくとも７５容積％のマルテンサイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成することを更に含み得る。いくつかの実施例では、熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板を製造する方法は、鋼板を熱間圧延して１５〜５０％圧下とし、急冷して少なくとも７５容積％のマルテンサイト＋ベイナイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成することを更に含み得る。更に又、熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板製造方法は、鋼板を熱間圧延して１５〜３５％圧下とし、急冷して少なくとも７５容積％のマルテンサイト＋ベイナイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成することを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】インライン熱間圧延機及びコイラを含むストリップ鋳造設備を示す図である。
【図２】双ロールストリップ鋳造機の詳細を示す図である。
【図３】少なくとも７５％のマルテンサイトを有する微細構造を含む鋼板の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、添付図面に関してより十分に記述・説明することができる。
【００２２】
図１及び図２は本発明の連続鋳造鋼ストリップ用ストリップ鋳造機の連続する一部を示している。双ロール鋳造機１１が連続して造ることのできる鋳造鋼ストリップ１２が移行路１０を通り、案内テーブル１３を横切ってピンチロール１４ａを有するピンチロールスタンド１４に至る。ピンチロールスタンド１４を出た直後にストリップは一対の作業ロール１６ａ及びバックアップロール１６ｂを有する熱間圧延機１６へと入り、そこで鋳造ストリップは熱間圧延されて所望の厚みへと減らされる。熱間圧延されたストリップはランアウトテーブル１７上を通り、そこでストリップは水ジェット１８（又はその他適宜手段）を介した強烈冷却部へと入る。圧延され冷却されたストリップは更に一対のピンチロール２０ａで構成されたピンチロールスタンド２０へ、そしてコイラ１９へと通る。
【００２３】
図２に示すように、双ロール鋳造機１１を構成する主機械フレーム２１が支持する一対の横方向に位置決めされた鋳造ロール２２は鋳造表面２２Ａを有する。鋳造作業中に溶湯が取鍋（図示せず）からタンデイッシュ２３へ、そして耐火シュラウド２４を介し分配器又は可動タンデイッシュ２５へ、更には分配器又は可動タンデイッシュ２５から金属供給ノズル２６を介しロール間隙２７上方の鋳造ロール２２間へと供給される。鋳造ロール２２間に供給された溶湯が、鋳造ロール上に支持されたロール間隙上方の鋳造溜め３０を形成する。鋳造ロールの端で鋳造溜め３０を抑止するのが一対の側部閉止堰又は板２８であり、側板ホルダに接続された流体圧シリンダユニット（図示せず）を含む一対のスラスタ（図示せず）により鋳造ロールの端へと押圧できる。（一般に「メニスカス」レベルと呼ばれる）鋳造溜め３０上面は、通常、送給ノズル下端より上となるので、送給ノズル下端が鋳造溜め３０内に浸漬される。鋳造ロール２２は内部が水冷されるので、ロールが鋳造溜めを通るにつれて、移動するロール表面上に殻が凝固し、それらがロール間のロール間隙２７にて合わされて鋳造ストリップ１２を造り、ストリップは鋳造ロール間のロール間隙から下方に送給される。
【００２４】
双ロール鋳造機は特許文献１及び特許文献２又は特許文献３、又は特許文献４に幾分詳細に例示され開示された種類のものであってよい。言及することにより組入れられたこれら特許は、本発明の実施例で用いることができる双ロール鋳造機の適宜な構成詳細のために参照される。
【００２５】
インライン熱間圧延機１６は鋳造機から出たストリップに１５〜５０％圧下を提供する。ランアウトテーブル１７上での冷却には、オーステナイト変換の冷却速度を制御することで所望の微細構造及び材料特性を達成する水冷部を含むことができる。
【００２６】
軽量マルテンサイト鋼板は溶湯から双ロール鋳造機内で製造できる。熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板は、以下の段階により造ることができる。（ａ）（ｉ）０．２０〜０．３５重量％の炭素、１．０重量％未満のクロム、０．７〜２．０重量％のマンガン、０．１０〜０．５０重量％のケイ素、０．１〜１．０重量％の銅、０．０５重量％未満のニオブ、０．５重量％未満のモリブデンで構成されて、０．０１重量％未満のアルミニウムを含んでケイ素キルドされ、（ｉｉ）残りが鉄及び溶融から生じる不純物で構成される、溶湯を準備し、（ｂ）１０．０ ＭＷ／ｍ２を超える熱流束にて凝固させて厚さ２．０ｍｍ未満の鋼板を造り、非酸化雰囲気にて１５℃／秒を超える冷却速度で１０８０℃を下回り且つＡｒ３温度を超える温度に冷却し、（ｃ）鋼板を熱間圧延して１５〜５０％圧下とし、急冷して少なくとも７５％のマルテンサイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成する。図３は、少なくとも１００μｍの優先オーステナイト粒径からの少なくとも７５％のマルテンサイトを有する微細構造を含む鋼板の顕微鏡写真である。
【００２７】
例えば、０．２１重量％の炭素、１．０１重量％のマンガン、０．１２重量％のケイ素、０．１９重量％のモリブデン、０．４８重量％のクロム及び ０．０１７重量％のニオブで構成され、１０００ＭＰａの降伏強さ、１３８５ＭＰａの引張り強さ及び５％の伸びを有する本発明のマルテンサイト鋼板が焼き入れの結果、造られた。
【００２８】
本発明の鋼板組成が０．２０％を下回る炭素レベルで造ることができないのは鋼板の包晶割れで使えないからである。表１は板割れに関する炭素含有量の効果を示している。０．２０％を下回る炭素含有量では包晶反応が急速に進み過ぎ、割れ防止が不可能である。
【００２９】
【表１】
0006778943.tif 000002
【００３０】
加えて、熱間圧延軽量マルテンサイト鋼板は鋼板を１５０〜２５０℃の温度で２〜６時間更に焼き戻し(tempering)することにより造り得る。鋼板の焼き戻しは最小限の強度ロスで伸びの改良を提供する。例えば、ここに記述された焼き戻しにより、１２５０ＭＰａの降伏強さ、１６００ＭＰａの引張り強さ及び２％の伸びを有する鋼板が１２５０ＭＰａの降伏強さ、１５２５ＭＰａの引張り強さ及び５％の伸びに改良された。
【００３１】
マルテンサイト鋼板は０．００５重量％を超えるニオブ若しくは０．０１又は０．０２重量％を超えるニオブを更に含み得る。マルテンサイト鋼板は０．０５重量％を超えるモリブデン若しくは０．１又は０．２重量％を超えるモリブデンを含み得る。マルテンサイト鋼板は０．００８重量％未満のアルミニウム若しくは０．００６重量％未満のアルミニウムを含んでケイ素キルドしてよい。溶湯は５〜７０ｐｐｍの遊離酸素含有量を有し得る。鋼板は５０ｐｐｍを超える全酸素含有量を有し得る。含有物(inclusions)は通例は５０％で粒径が５μｍ未満のＭｎＯＳｉＯ２を含み、微細構造進化を、ひいてはストリップの機械的特性を高める潜在力を有する。
【００３２】
溶湯は、１０．０ ＭＷ／ｍ２を超える熱流束にて厚さ２．０ｍｍ未満の鋼板へと凝固され、非酸化雰囲気で１５℃／秒を超える冷却速度にて１０８０℃を下回り且つＡｒ３温度を上回る温度に冷却し得る。非酸化雰囲気は、雰囲気である 典型的には窒素又はアルゴン等の不活性ガス又はそれらの混合物で構成され、約５重量％未満の酸素を含む雰囲気である。
【００３３】
いくつかの実施例では、鋼板中のマルテンサイトは１００μｍを超えるオーステナイト粒径から由来し得る。他の実施例では、鋼板中のマルテンサイトは１５０μｍを超えるオーステナイト粒径から由来し得る。１０ＭＷ／ｍ２を超える熱流束での急速凝固は、後続の熱間圧延の後の冷却制御に応答して割れなし鋼板の製造を可能にするオーステナイト粒径の製造を可能にする。
【００３４】
鋼板を熱間圧延することにより１５〜５０％圧下とし、急冷して少なくとも７５％のマルテンサイト＋ベイナイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成し得る。更に、鋼板を熱間圧延して１５〜３５％圧下とし、急冷して少なくとも７５％のマルテンサイト＋ベイナイト、７００〜１３００ＭＰａの降伏強さ、１０００〜１８００ＭＰａの引張り強さ及び１〜１０％の伸びを有する微細構造を含む鋼板を形成し得る。
【００３５】
以上の図面及び明細書で本発明を例示し詳細に記述してきたが、それは例示的性格のものであって限定的性格のものでないと考えるべきであり、例示的な実施例が示され記述されており、特許請求の範囲で記述されている本発明の要旨の範囲内のあらゆる変更及び改変の保護が望まれていると理解される。本発明の追加的な特徴は明細書を考慮すれば当業者には明らかとなるであろう。本発明の要旨を逸脱することなく改変が可能である。
【図１】
0006778943.tif 000003
【図２】
0006778943.tif 000004
【図３】
0006778943.tif 000005