(57)【要約】  本発明は、同時に、高弾性率Ｅ、低密度および高強度が達成された鋼、ならびにその鋼を製造する方法に関するものである。
2015533943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・１．０≦Ｃ＜３．０
・４．０≦Ｔｉ＜１２．０
・０．０５≦Ｍｎ＜３．０
・０．００５≦Ａｌ＿ｓｏｌ＜０．５
・０≦Ｃｒ＜１．０
・０≦Ｓｉ＜１．０
・０≦Ｎｉ＜１．０
・０≦Ｃｕ＜１．０
・０≦Ｍｏ＜０．５
・０≦Ｗ＜０．５
・０≦Ｎｂ＜０．５
・０≦Ｖ＜０．５
・０≦Ｓ＜０．０３０
・０≦Ｐ＜０．１
・０≦Ｎ＜０．０４
・０≦Ｂ＜１．０
・残部として鉄および不可避不純物、
を含んでなる化学組成を有する鋼であって、
前記鋼は少なくとも５重量％のＴｉＣ粒子を含んでなり、かつ
−０．１≦Ｃ−（（１２／４８）×（Ｔｉ−２．２２×Ｂ））−（（１２／１８４）×Ｗ）−（（１２／５１）×Ｖ）−（（１２／９３）×Ｎｂ）≦０．３
である鋼。
【請求項２】
弾性率が少なくとも２２５ＧＰａ、好ましくは少なくとも２３０ＧＰａ、である、請求項１に記載の鋼。
【請求項３】
鋼構造が少なくとも７重量％、好ましくは少なくとも１０重量％、のＴｉＣを含んでなる、請求項１または２に記載の鋼。
【請求項４】
前記粒子の平均サイズが１０μｍ未満、好ましくは５μｍ未満、である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項５】
以下の工程、
ａ．以下の組成を有する溶融鋼を提供する工程、
・１．０≦Ｃ＜３．０
・４．０≦Ｔｉ＜１２．０
・０．０５≦Ｍｎ＜３．０
・０．００５≦Ａｌ＿ｓｏｌ＜０．５
・０≦Ｃｒ＜１．０
・０≦Ｓｉ＜１．０
・０≦Ｎｉ＜１．０
・０≦Ｃｕ＜１．０
・０≦Ｍｏ＜０．５
・０≦Ｗ＜０．５
・０≦Ｎｂ＜０．５
・０≦Ｖ＜０．５
・０≦Ｓ＜０．０３０
・０≦Ｐ＜０．１
・０≦Ｎ＜０．０４
・０≦Ｂ＜１．０
・残部として鉄および不可避不純物、
ここで、鋼構造は少なくとも５重量％のＴｉＣ粒子を含んでなり、かつ
−０．１≦Ｃ−（（１２／４８）×（Ｔｉ−２．２２×Ｂ））−（（１２／１８４）×Ｗ）−（（１２／５１）×Ｖ）−（（１２／９３）×Ｎｂ）≦０．３である、
ｂ．インゴットまたはブルームを鋳造する、スラブ、ロッド、または薄スラブを鋳造する、または、ストリップを鋳造することによって、溶解物を熱間圧延のための適当な出発材料に鋳造する工程、
ｃ．基材とＴｉＣ粒子との間が分離することを避けるために、インゴット、ブルーム、スラブ、ロッドまたはストリップを、熱間圧延の前に、制御された加熱速度で、加熱、再加熱、または均質化する工程、
ｄ．前記出発材料を、仕上げ熱間圧延寸法に、熱間圧延する工程、
ここで、仕上げ熱間圧延鋼は少なくとも５重量％のＴｉＣ粒子を含んでなる、
を含んでなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼の製造方法。
【請求項６】
熱間圧延温度がＡｒ３より高く、および／または熱間圧延後のコイリング温度が５００〜７５０℃である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
溶融鋼がフェロアロイを使用して製造された、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
熱間圧延鋼が、続いて、冷間圧延に付され、さらに材料の寸法を減らし、かつ、粒状構造を再結晶化させるのに最適な温度でアニーリングされる、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
鋼が金属被覆を備え、耐食性を向上させる、請求項５〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属被覆が亜鉛または亜鉛合金被覆であって、かつ被覆は電解被覆または溶融めっきによって適用される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
建造物、乗用車などの車両、耐久消費財、トラック、航空宇宙応用、およびその他工業用途に使用される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼から製造された鋼部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性率（Ｅ−ｍｏｄｕｌｕｓ）が改良された高強度低密度鋼およびその鋼を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
より軽量な車両および安全性に常に関心が集まる自動車産業において、高い弾性率を有する鋼によって、厚く、重い部品と同等の剛性を有しつつ、より薄い寸法の部品の使用が可能になる。また、消費耐久財、建築、および工業などの他の用途においても、また、高弾性率、低密度、および高強度の組み合わせは、興味深い特性の組み合わせである。弾性率を向上させ、鋼の密度を減少させる公知の方法のひとつに、炭化物、窒化物、酸化物またはホウ化物等の異なった性質のセラミック粒子を取り込む方法がある。弾性率約２１０ＧＰａの鋼基材と比較して、これらの粒子は約３００〜５５０ＧＰａの範囲のはるかに高い弾性率を有する。鋼基材中に均一に分散されたセラミック粒子を含有するためのひとつの方法に、粉末冶金の手法によるものがある。
【０００３】
セラミック粒子の分散を含まない従来の鋼と比較して、機械的特性が改良されているにもかかわらず、この種の粉末冶金のような方法は問題を抱えている。金属粉末が高表面積を有するため、金属粉末の反応を抑制することは困難である。圧縮および焼結の後でさえ、周期的付加の間に、裂け目を生じさせる役割をするおそれのある残留空隙が存在する可能性がある。基材中に粒子を一様に分布させることを達成するのは困難である。さらに、化学組成が基材／粒子を相互作用させ、それ故、焼結前の粉体の表面汚染により、それらの凝集を制御することが困難になるのである。さらに、粉体冶金のような工程のコストは非常に高い。したがって、この種の工程は、少量生産に適している可能性はあるが、自動車や建設産業に必要な規模での経済的生産には適さないのである。
【０００４】
ＥＰ１８９７９６３には、二ホウ化チタン粒子（ＴｉＢ２）の大量形成に基づく鋼が提案されている。そこでは、２．５〜７．５％のチタンと約０．８〜約４％のホウ素を含んでなる鋼が開示されている。これらの添加の結果、多くの共晶ＴｉＢ２析出物が鋼基材の中に形成され、そしてそれらの粒子は弾性率の向上および鋼の密度の減少をもたらすのである。この鋼のタイプの不利な点は、ＴｉＢ２析出物を微細な共晶析出物として製造することがとても困難であることである。ホウ素の大量の添加により、この種の鋼のコストはとても高い。ＪＰ２００７−０５１３４１号においても類似の方法が選ばれ、大量のチタンおよびバナジウムの必須の存在が大量のクロムの必須の存在により補完され、Ｖ３Ｂ４を製造し、かつ形成を安定させる。しかし、これは合金のコストをとても高くしている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、従来の鋼よりも高い弾性率を有する鋼製品を提供することである。
【０００６】
本発明の目的は、また、ＴｉＢ２またはホウ化物を含むバナジウムを有する鋼より、経済的な鋼製品を提供することである。
【０００７】
本発明の目的は、また、本発明による鋼製品を経済的に量産する方法を提供することである。
【０００８】
ひとつ以上のこれらの目的は、重量パーセントで、
・１．０≦Ｃ＜３．０
・４．０≦Ｔｉ＜１２．０
・０．０５≦Ｍｎ＜３．０
・０．００５≦Ａｌ＿ｓｏｌ＜０．５
・０≦Ｃｒ＜１．０
・０≦Ｓｉ＜１．０
・０≦Ｎｉ＜１．０
・０≦Ｃｕ＜１．０
・０≦Ｍｏ＜０．５
・０≦Ｗ＜０．５
・０≦Ｎｂ＜０．５
・０≦Ｖ＜０．５
・０≦Ｓ＜０．０３０
・０≦Ｐ＜０．１
・０≦Ｎ＜０．０４
・０≦Ｂ＜１．０
・残部として鉄および不可避不純物、
を含んでなる鋼であって、
前記鋼の構造は少なくとも５重量％のＴｉＣ粒子を含んでなり、かつ
−０．１≦Ｃ−（（１２／４８）×（Ｔｉ−２．２２×Ｂ））−（（１２／１８４）×Ｗ）−（（１２／５１）×Ｖ）−（（１２／９３）×Ｎｂ）≦０．３
である鋼により達成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１にその構造の顕微鏡写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特に記載しない限り、全ての組成比率は重量パーセント（ｗｔ．％）である。不可避不純物は、原材料や製造設備等の環境により、鋼中に不可避に含まれる元素である。
【００１１】
少なくとも５重量％のＴｉＣ粒子は、鋳造物の固形化処理の間に、共晶反応として主に形成される。
【００１２】
炭素はＴｉＣ粒子を形成するために重要な元素である。Ｔｉと共に、炭素の量がＴｉＣ粒子の体積率を決定する。本発明の範囲の下限を下回る場合に、ＴｉＣ粒子の弾性率への寄与は不十分である。一方、炭素濃度が３．０％を超えると、ＴｉＣ粒子の体積率が高すぎるので、延性および加工性に悪影響を与える。
【００１３】
チタンはＴｉＣ粒子を形成するために重要な元素である。ＴｉＣ粒子は鋼の弾性率を向上させ、かつ鋼の密度を減少させる。本発明の範囲の下限を下回る場合に、ＴｉＣ粒子の弾性率への寄与は不十分である。チタンの濃度は少なくとも４．０％である。チタン濃度が１２％を超えると、ＴｉＣ粒子の体積率は高すぎるので、延性および加工性に悪影響を与える。
【００１４】
ホウ素は任意に添加されることが可能である。ホウ素は、ＴｉＢ２粒子を形成させ、鋼の弾性率を向上させ、かつ鋼の密度を減少させる。
【００１５】
マンガンは固溶体により基材を強化し、かつ鋼の焼入硬化能力を向上させることに寄与する。マンガンはまた硫黄結合に効果的であり、それ故、熱間圧延の際の高温割れのリスクを減らす。しかしながら、Ｍｎの量が３％を超えると、分離とバンド（ｂａｎｄ）形成のリスクを容認できない程度まで上げてしまう。最小のマンガン含有量は０．０５％である。
【００１６】
クロムは鋼の焼入硬化能力および基材強度の向上に寄与する。Ｃｒ含有率が高すぎると、鋼のコストが上がり、Ｃｒの過剰な添加は本発明において望ましくない（Ｆｅ、Ｃｒ）−ホウ化物の析出を生じさせる。それ故、クロム含有率は好ましくは２％未満である。合金化元素として存在する場合、適切な最小量は０．０５％であり、好ましくは０．１％である。
【００１７】
アルミニウムは主に脱酸（ｄｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ）を目的として添加される。約０．００５％以上の濃度が、溶融物の脱酸に効果的である。一方、高濃度Ａｌは、有害な粗アルミナ含有により、延性および加工性の低下をもたらす。したがって、最大濃度は０．５％を超えるべきでない。鋼のアルミニウム含有量は、酸素と結合しないアルミニウムを意味する、Ａｌ＿ｓｏｌ（ａｃｉｄ  ｓｏｌｕｂｌｅ）として表現する。鋼製造の間に鋼の脱酸をするには、酸素を結合させてアルミナにするために、脱酸剤の添加が必要である。脱酸剤は、通常アルミニウム、時にケイ素が用いられる。
【００１８】
ケイ素は鋼の強度を向上させる元素である。しかしながら、ケイ素の含有量が１％を超えると、鋼の表面品質と鋼製品の溶融亜鉛めっき性（ｇａｌｖａｎｉｓａｂｉｌｉｔｙ）に悪影響を与えるであろう。それ故、ケイ素の含有量は好ましくは１．０％未満にするべきである。
【００１９】
窒素はＴｉを消費しＴｉＮを形成させる不純物元素であり、できる限り低濃度に抑えるべきである。許容最大窒素含有率は０．０４０％（４００ｐｐｍ）であるが、窒素は好ましくは０．０２０％未満に制御されるべきである。
【００２０】
タングステンはＴｉと同じ機能を持つ元素であり、（ＴｉＷ）Ｃを形成させる。Ｗの存在はＴｉＣにおけるＴｉの部分の代替となり、ＴｉＣ粒子の弾性率を増加させる。しかしながら、過剰なＷの添加は経済的ではないので、０．５％に制限されるべきである。合金化元素として存在する場合は、適切な最小量は０．０５％であり、好ましくは０．１％である。
【００２１】
ニオビウムはＴｉと類似の機能を持ち、ＴｉＣにおけるＴｉの部分の代替をすることができる。しかしながら、ＮｂはＴｉよりも非常にコストがかかるので、０．５％に制限されるべきである。合金化元素として存在する場合は、適切な最小量は０．０３％であり、好ましくは０．０５％である。
【００２２】
バナジウムはＴｉと類似の機能を持ち、ＴｉＣにおけるＴｉの部分の代替をすることができる。しかしながら、ＶはＴｉよりも非常にコストがかかるので、０．５％に制限するべきである。合金化元素として存在する場合は、適切な最小量は０．０５％であり、好ましくは０．０１％である。
【００２３】
硫黄が０．０３０％を超えて添加されると、ＭｎＳ形成のリスクは非常に高くなる。ＭｎＳは熱間および冷間形成性に悪影響を与えることが知られている。
【００２４】
リンは強度向上にとても効果的な元素である。しかしながら、リンは粒子境界を分離する。十分な熱間延性を保ち、固形化処理および溶接の間に熱割れを避けるために、量は０．１％を超えるべきではなく、好ましくは０．０４％を超えるべきではない。
【００２５】
所望により、ニッケル、銅、およびモリブデンを添加することができ、鋼基材の強度および焼入硬化能力を向上させる。経済的理由により、添加量はそれぞれ重量で１％、１％、および０．５％に制限されるべきである。
【００２６】
ＴｉＣの体積率はＸＲＤ、光学顕微鏡、またはＳＥＭにより測定され、ＴｉＣの密度を用いて重量％に変換されることが可能である。
【００２７】
一態様では、鋼の弾性率は少なくとも２３０ＧＰａ、好ましくは少なくとも２３５ＧＰａ、である。これは鋼基材中に、より多くのＴｉＣ粒子を製造することにより達成される。
【００２８】
一態様では、鋼構造は、少なくとも７重量％のＴｉＣ、より好ましくは少なくとも１０重量％ＴｉＣ、を含んでなる。
【００２９】
一態様では、析出物の平均サイズは１０μｍ未満、好ましくは５μｍ未満である。
【００３０】
第２の態様によると、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼を製造するための方法が提供される。大きな利点は、この方法によれば、本発明による鋼を従来の鋼製造設備を用いて量産することができることである。好ましくは、本発明による鋼の溶融鋼が粉末冶金ではなくフェロアロイ（Ｆｅｒｒｏ−ａｌｌｏｙｓ）の使用により製造される。これにより、鋼を非常に簡単に大量生産することができ、より経済的である。
【００３１】
熱間圧延鋼は、続いて、冷間圧延に付されて材料の寸法（ｇａｕｇｅ）が減らされ、粒状構造を再結晶化するために適した温度でアニーリングされてもよい。（冷間圧延、または熱間圧延）鋼は、また、耐食性を向上させるために金属被覆を施されてもよい。この金属被覆は、好ましくは亜鉛または亜鉛合金被覆であり、被覆は電解被覆または溶融めっきによって適用される。亜鉛合金被覆における合金化元素はアルミニウム、マグネシウム、または他の元素であってよい。適切な被覆の例として、タタスチールによって開発されたＭａｇｉｚｉｎｃ（登録商標）被覆が挙げられる。
【００３２】
第３の態様によると、本発明による鋼は、形鋼（ｓｅｃｔｉｏｎｓ）、橋または橋部品、建物等の建造物（ｓｔａｔｉｃ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）において、乗用車、耐久消費財（ｙｅｌｌｏｗ  ｇｏｏｄｓ）、トラック、または航空用途等の車両において、使用される。乗用車等の自動車用途において、この種の鋼は、例えば、ブレーキ、サスペンションコンポーネント、ショックマウント（ｓｈｏｃｋ  ｍｏｕｎｔｓ）、ルーフボウ（ｒｏｏｆ  ｂｏｗｓ）、および車両床（ｖｅｈｉｃｌｅ  ｆｌｏｏｒｓ）に適用することができる。航空用途では、可能性のある用途はギアおよびベアリング等であり、建造物においては、形鋼に構造鋼の使用の可能性がある。消費耐久財における可能性のある用途には、バックホー（ｂａｃｋｈｏｅｓ）および掘削機（ｅｘｃａｖａｔｏｒｓ）のブームおよびバケットアーム構造がある。鋼は例えばストリップ、シート、セクション、またはロッドの形でよい。
【実施例】
【００３３】
本発明をここで以下の非限定的な実施例によってさらに説明する。
【００３４】
３つの溶融物は超低炭素鋼スクラップ、グラファイト、およびフェロチタンアロイ（Ｆｅｒｒｏ−Ｔｉ  ａｌｌｏｙ）に関連の合金元素を添加して製造された。溶融物は１００×１００×３５０ｍｍの大きさのインゴットに流しこまれた。その鋳造物の化学組成を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
インゴットは最大１２００℃まで再加熱され、１時間均熱され、その後熱間圧延に付された。１００ｍｍ寸法から４ｍｍ寸法に減少させる熱間圧延が行われた。仕上げ圧延温度は８７０℃より高い温度であった。熱間圧延後、熱間圧延されたプレートは７００℃でコイルされた。
【００３７】
ＴｉＣ（重量％）の比率および弾性率を表２に示す。
【００３８】
【表２】
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【図１】
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【国際調査報告】
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2015533943.tif 000007
2015533943.tif 000008