(57)【要約】  【解決手段】  熱間圧延鋼は、伸長や溶接性を低下させることなく増加した強度を提供する。熱間圧延プロセス中に発生する比較的低い冷却速度にかかわらず、熱間圧延プロセス後に鋼のマルテンサイトを形成する傾向を高めるために、鋼成分に置換元素が含まれる。  【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度鋼であって、前記鋼は、
０．１〜０．５％の炭素と、
２．０〜８．０％のマンガンと、
０〜２．０％のモリブデンと、
０〜０．１％のニオビウムと、
０〜０．１５％のバナジウムと、
０〜６．０％のクロミウムと、
鉄および不純物を含む残りと、
を含む、高強度鋼。
【請求項２】
請求項１記載の鋼において、前記マンガンの濃度は３．０〜４．０％を含む、鋼。
【請求項３】
請求項２記載の鋼において、前記モリブデンの濃度は０．１〜０．６％を含み、前記ニオビウムの濃度が０．０１〜０．１％を含む、鋼。
【請求項４】
請求項３記載の鋼において、前記バナジウムの濃度は０．００１〜０．０９６％を含む、鋼。
【請求項５】
請求項１記載の鋼において、前記鋼は、約１５００ＭＰａの最大抗張力および約８〜１０％の総伸長を有する、鋼。
【請求項６】
請求項１記載の鋼において、マンガン、モリブデン、ニオビウム、およびバナジウムの濃度は、前記鋼の硬化性を所定のレベルまで高めるように構成され、前記所定のレベルの硬化性は、熱間圧延後の前記鋼のコイリングの間の遅い冷却に応答してマルテンサイトを形成するのに十分である、鋼。
【請求項７】
請求項１記載の鋼であって、２つの外面を有し、少なくとも１つの外面に適用されるアルミニウムベースのコーティングまたは亜鉛ベースのコーティングをさらに含む、鋼。
【請求項８】
高強度鋼であって、重量パーセントで、０．０１〜０．５％の炭素と、２．０〜８．０％のマンガンと、０．１〜０．５％のシリコンと、０．１〜２．０％のモリブデン、０．２〜６．０％のクロミウム、０．０１〜０．１％のニオビウム、および０．０１〜０．１５％のバナジウムのうちの少なくとも１つとを含む高強度鋼。
【請求項９】
請求項８記載の鋼であって、０．１〜０．３５％の炭素をさらに含む、鋼。
【請求項１０】
請求項８記載の鋼であって、３．０〜８．０％のマンガンをさらに含む、鋼。
【請求項１１】
請求項８記載の鋼であって、２．０〜５．０％のマンガンをさらに含む、鋼。
【請求項１２】
請求項８記載の鋼であって、２つの外面を有し、少なくとも１つの外面に適用されるアルミニウムベースのコーティングまたは亜鉛ベースのコーティングをさらに含む、鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年３月１日に出願された「非常に高い強度を有する熱間圧延鋼および製造方法」と題する米国仮出願第６２／４６５，５２７号の優先権を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本願は、熱間圧延鋼製品の改良に関する。熱間圧延鋼は、所定の厚さのインゴットを一連のローラーにかけ、インゴットの厚さを徐々に減らすことにより製造される。圧延プロセス全体にわたって、鋼は一般に再結晶化温度を超える非常に高い温度に維持され、最終還元パスは、オーステナイトの再結晶温度未満の温度で発生する場合がある。圧延プロセスが完了すると、鋼は冷却しながら巻き取られる。その後、最終鋼コイルを周囲温度まで冷却される。
【背景技術】
【０００３】
状況によっては、熱間圧延プロセスで使用される鋼材の強度を高めることが望ましい場合がある。たとえば、熱間圧延鋼は、自動車フレームのコンテキストで使用され得る。しかしならが、自動車産業は、燃料効率の高い車両のために、より軽量でより費用対効果の高い素材を常に求めている。より薄い鋼材はこのニーズを満たすことが可能だが、これらの厚さの減少に対応するにはより高い強度が必要である。したがって、熱間圧延プロセスで使用される鋼材の強度を高めることが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本出願の鋼は、熱間圧延プロセス中に陥る比較的低い冷却速度にもかかわらず、熱間圧延プロセス後のマルテンサイト形成の傾向を増加させる遷移金属元素を組み込む新規な合金化戦略により、熱間圧延鋼の劣悪な溶接性および低伸長の問題を解決する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、表１に列記された組成参照４３３９−１に対応する顕微鏡写真を示す。
【図２】図２は、表１に列記された組成参照４３３９−２に対応する顕微鏡写真を示す。
【図３】図３は、表１に列記された組成参照４３４０−１に対応する顕微鏡写真を示す。
【図４】図４は、表１に列記された組成参照４３４０−２に対応する顕微鏡写真を示す。
【図５】図５は、表１に列記された組成物参照番号４３４１−１に対応する顕微鏡写真を示す。
【図６】図６は、表１に列記された組成物参照番号４３４１−２に対応する顕微鏡写真を示す。
【図７】図７は、表１に列記された組成参照４３４２−１に対応する顕微鏡写真を示す。
【図８】図８は、表１に列記された組成参照４３４２−２に対応する顕微鏡写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本実施形態は、約１５００ＭＰａの極限引張強度を示す高強度の熱間圧延鋼を含む。本実施例の鋼は、３ｍｍを超える比較的重いゲージまたは厚さで製造されるが、他の実施形態では様々な他の適切な厚さを使用できることを理解されるべきである。
【０００７】
上述のように、本実施形態は、概して高い強度を示す。この高い強度を達成するために、本実施例の鋼は、熱間圧延、コイリング、および周囲温度への冷却後に主にマルテンサイト微細構造を含む。このマルテンサイト微細構造を達成するために、本実施形態の鋼は、熱処理に対する十分な硬化性または感受性を有する。「十分な硬化性」という用語は、巻取り中および熱間圧延後のマルテンサイトの形成によって定義される。
【０００８】
マルテンサイトは、一般に、比較的速い冷却速度に応じて形成される可能性が高いことを理解されるべきである。しかしながら、本実施形態では、鋼の硬化性は十分に高く、そのため、商業的な熱間圧延およびコイリング操作に存在する比較的遅い冷却速度でもマルテンサイトが形成される。
【０００９】
炭素は一般に、硬化性と直接的な関係があると理解される。言い換えると、鋼への炭素添加量を増やせば、同様に硬化性を高めることができる。しかし、状況によっては、炭素含有量のみに頼って所望の硬化性を得るのは望ましくない場合がある。例えば、炭素の添加量が特定のレベルを超えると、鋼の溶接性と破断伸びが低下する可能性がある。本実施形態では、これらの有害な特性は回避される一方、炭素を実質的に増加させる代わりに、置換または遷移金属元素を使用することにより鋼の硬化性も増加される。ほんの一例として、これらの置換または遷移金属元素は、マンガン、モリブデン、ニオビウム、バナジウム、クロミウム、またはそれらの何らかの組み合わせを含むことができる。
【００１０】
本発明の実施形態では、マンガンは、溶接性の低下および破断伸びの低下などの他の有害な条件を回避しながら、鋼の硬化性を高めるために使用される主要な合金添加物である。モリブデン、ニオビウム、クロミウム、および／またはバナジウムなどの他の元素も同様に使用して硬化性を高めることが可能である。
【００１１】
本実施形態において、炭素は、以下により詳細に説明される比較的低いレベルに保持される。一方、上記のように、焼入れ性を高めるために特定の置換または遷移金属元素が追加される。増加した硬化性の特定の量は、コイリングおよびその後の周囲空気冷却中に遭遇する比較的遅い冷却速度にもかかわらず、マルテンサイトの形成を促進するのに必要な増加によって決定される。いくつかの実施形態では、冷却速度は約０．０５〜２℃／秒であり得る。もちろん、他の実施形態では、マルテンサイトの形成を促進しながら、異なる冷却速度を使用することが可能である。
【００１２】
鉄および製鋼に付随する他の不純物に加えて、本合金の実施形態は、マンガン、ケイ素、クロミウム、モリブデン、ニオビウム、バナジウム、および上記の利点の１つ以上を得るのに十分な濃度の炭素添加物を含む。これらおよび他の合金元素の効果は次のようにまとめられる。
【００１３】
炭素は、マルテンサイト開始温度を低下させ、固溶体強化をもたらし、鋼の硬化性を高めるために添加される。炭素はオーステナイト安定剤である。特定の実施形態では、炭素は、０．１〜０．５０重量％の濃度で存在し得る。他の実施形態では、炭素は０．１〜０．３５重量％の濃度で存在し得る。さらに他の実施形態では、炭素は約０．２２〜０．２５重量％の濃度で存在し得る。
【００１４】
マンガンは、マルテンサイト開始温度を低下させ、固溶強化を提供し、鋼の硬化性を高めるために添加される。マンガンはオーステナイト安定剤である。特定の実施形態において、マンガンは、３．０〜８．０重量％の濃度で存在し得る。他の実施形態では、マンガンは２．０〜５．０重量％の濃度で存在し得る。さらに他の実施形態では、マンガンは、３．０重量％〜８．０重量％を超える濃度で存在し得る。さらに他の実施形態では、マンガンは、３．０重量％〜５．０重量％を超える濃度で存在することができる。
【００１５】
シリコンは、固溶体強化を提供するために添加される。シリコンはフェライト安定剤である。特定の実施形態において、シリコンは、０．１〜０．５重量％の濃度で存在し得る。他の実施形態では、シリコンは０．２〜０．３重量％の濃度で存在し得る。
【００１６】
固溶体強化を提供し、鋼の硬化性を高め、脆化から保護するために、モリブデンが添加される。特定の実施形態では、モリブデンは０〜２．０重量％の濃度で存在し得る。他の実施形態では、モリブデンは０〜０．６重量％の濃度で存在し得る。さらに他の実施形態では、モリブデンは０．１〜２．０重量％の濃度で存在し得る。他の実施形態では、モリブデンは０．１〜０．６重量％の濃度で存在し得る。さらに他の実施形態では、モリブデンは０．４〜０．５重量％の濃度で存在し得る。さらに他の実施形態では、モリブデンは０．３〜０．５重量％の濃度で存在し得る。
【００１７】
クロミウムは、マルテンサイト開始温度を低下させ、固溶体強化を提供し、鋼の硬化性を高めるために添加され得る。クロミウムはフェライト安定剤である。特定の実施形態において、クロミウムは、０〜６．０重量％の濃度で存在し得る。他の実施形態において、クロミウムは、２．０〜６．０重量％の濃度で存在し得る。他の実施形態では、クロミウムは０．２〜６．０重量％の濃度で存在し得る。他の実施形態では、クロミウムは０．２〜３．０重量％の濃度で存在し得る。
【００１８】
ニオビウムは、鋼の強度を高め、硬化性を改善するために添加され得る。いくつかの実施形態では、改善された結晶粒微細化を提供するためにニオビウムを添加され得る。特定の実施形態において、ニオビウムは、０〜０．１重量％の濃度で存在し得る。他の実施形態では、ニオビウムは０．０１〜０．１重量％の濃度で存在し得る。他の実施形態では、ニオビウムは、０．００１〜０．０５５重量％の濃度で存在し得る。
【００１９】
バナジウムは、鋼の強度を高め、硬化性を改善するために添加され得る。特定の実施形態において、バナジウムは、０〜０．１５重量％の濃度で存在し得る。他の実施形態では、バナジウムは０．０１〜０．１５重量％の濃度で存在し得る。
【００２０】
ホウ素は、鋼の硬化性を高めるために添加され得る。特定の実施形態において、ホウ素は、０〜０．００５重量％の濃度で存在し得る。
【００２１】
熱間圧延鋼は、従来の製鋼、粗面化、および仕上げプロセスを使用して処理され得る。例えば、鋼を連続的に鋳造し、厚さ約１２〜１５ｃｍのスラブを製造する。その後、スラブは１２００〜１３２０°Ｃの温度で再加熱され、２．５ｍｍ以上の最終ゲージまで熱間圧延され、最終的な還元パスは約９５０℃の温度で行われる。熱間圧延鋼コイルのスケールは、当技術分野で知られるプロセスを使用して酸洗および／または研磨ブラストにより除去され得る。
【００２２】
本出願の合金は、熱間圧延のまま（すなわち、裸または非被覆）であるか、または熱間圧延とスケール除去後、アルミニウムベースのコーティング、亜鉛ベースのコーティング（亜鉛メッキまたは亜鉛メッキのいずれか）のコーティングすることもできる。そのようなコーティングは、溶融コーティングまたは電解コーティングを含む当技術分野で知られるプロセスを使用して鋼板に適用し得る。
【実施例１】
【００２３】
以下の表１に示される組成を有する様々な鋼試料が調製された。一般に、炭素は固定濃度に保持された。一方で、さまざまな置換または遷移金属元素の濃度が変化したが、炭素はこれらの元素の影響をテストするために一定のままであった。これらの元素には、マンガン、クロミウム、モリブデン、および／またはニオビウムが含まれた。
【表１】
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【実施例２】
【００２４】
表１の上記の各組成物についてインゴットを形成した。インゴットは、誘導加熱炉内で各組成物を真空溶解して１１ｋｇインゴットを鋳造することにより形成した。鋳放しインゴットは４５ｍｍの初期厚を有した。成形後、インゴットを１３１６℃に再加熱し、約３．６ｍｍの最終厚さに圧延した。各インゴットの圧延は８回のパスで完了した。最終圧延パスで、温度測定が行われ、各インゴットの温度は＜９５５℃であることが観察された。圧延後、各インゴットを約５６６℃で４５０〜６５０℃の範囲で炉平衡させ、その後周囲温度まで冷却することにより、巻取りをシミュレートした。
【実施例３】
【００２５】
インゴットを実施例２で上述したシミュレートされた圧延および巻取りプロセスにかけた後、ナイタルエッチングを使用して顕微鏡写真を作成した。図１は、表１の参照４３３９−１の組成を有するインゴットの顕微鏡写真を示す。図２は、表１の参照４３３９−２の組成を有するインゴットの顕微鏡写真を示す。図３は、表１の参照４３４０−１の組成を有するインゴットの顕微鏡写真を示す。図４は、表１の参照４３４０−２の組成を有するインゴットの顕微鏡写真を示す。図５は、表１の参照番号４３４１−１の組成を有するインゴットの顕微鏡写真を示す。図６は、表１の参照番号４３４１−２の組成を有するインゴットの顕微鏡写真を示す。図７は、表１の参照番号４３４２−１の組成を有するインゴットの顕微鏡写真を示す。図８は、表１の参照４３４２−２の組成を有するインゴットの顕微鏡写真を示す。
【実施例４】
【００２６】
参考文献４３３９−１、４３３９−２、および４３４０−１の組成物で作られたインゴットは、フェライト、パーライト、およびベイナイトの量が異なることが観察された。参照４３４０−２、４３４１−１、４３４１−２、４３４２−１、および４３４２−２の組成で作られたインゴットにマルテンサイト微細構造が観察された。各インゴットに適用される冷却速度を考慮すると、これらのサンプルにマルテンサイトが存在することは予想外であった。上述したように、比較的遅い冷却速度は、一般に、マルテンサイトの形成よりもフェライト、パーライト、およびベイナイトの形成に有利である。しかし、予想がフェライト、パーライト、ベイナイト、および／または他の非マルテンサイト成分であったとしても、マルテンサイトの形成が観察された。
【００２７】
上記の観察に基づいて、マンガンが少なくとも５重量％である場合、マルテンサイト微細構造が形成され得ることが見出された。他の置換元素は最小限であり、炭素含有量は約０．２３重量％である。他の置換元素が含まれている場合、マルテンサイト微細構造を形成しながら、マンガンが少なくなることがある。例えば、約４ｗｔ％マンガン、モリブデン、ニオビウム、および／またはバナジウムの添加により、マルテンサイト微細構造の形成を促進できます。同様に、約３ｗｔ。マンガン３％、クロミウム３％を添加しても、マルテンサイト微細構造の形成が促進できる。
【実施例５】
【００２８】
インゴットを実施例２で上述したシミュレートされた圧延およびコイリングプロセスにかけた後、機械的試験も実施した。以下に示す表２は、表１に示した各組成物の機械的試験の結果を示す。
【表２】
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【００２９】
表２に見られるように、熱間圧延および比較的遅い冷却後にマルテンサイト微細構造の形成を受けやすいものとして実施例４で上記した組成物は、約１５００ＭＰａの抗張力を示した。１４００ＭＰａを超える最大抗張力は、熱間圧延状態でマルテンサイト微細構造を生成するいくつかの合金戦略を使用して達成された。上記の例４で説明したように、これにはマンガンのみとの合金化（例、参照番号４３４０−２）、マンガン、モリブデン、ニオビウムの組み合わせとの合金化（例、参照番号４３４１−１）、マンガン、モリブデン、ニオビウム、バナジウムの組み合わせとの合金化（例、参照番号４３４１−２）、マンガンとクロミウムの組み合わせと合金化（例、参照番号４３４２−１）、およびマンガンクロミウム、モリブデン、ニオビウムの組み合わせと合金化（例、参照４３４２−２）を含む。
【００３０】
熱間圧延されたままの状態でマルテンサイトを生成する上記の組成物については、マルテンサイトが硬くて強い鋼を提供することが予測された。上記の表２のデータは、マルテンサイト含有鋼が約１５００ＭＰａの抗張力と強かったことを裏付ける。しかし、予想外に、マルテンサイト含有鋼は、鋼の予想される硬度を考慮しても、比較的高い伸長を示した。上記からわかるように、総伸長は約８〜１０％であった。
【実施例６】
【００３１】
高強度鋼であって、
（ａ）０．１％〜０．５％、好ましくは０．１％〜０．３５％、より好ましくは０．２２〜０．２５％の炭素と、
（ｂ）２．０％〜８．０％、好ましくは３．０％より大きい〜８％。より好ましくは２．０〜５．０％、より好ましくは３．０％より大きい〜５．０％のマンガンと、
（ｃ）０．１％〜０．５％、好ましくは０．２％〜０．３％のシリコンと、
鋼の総重量パーセントを含む高強度鋼。
【実施例７】
【００３２】
実施例６および７のいずれか１つ、または次の実施例のいずれか１つの高強度鋼であって、０．０％〜６．０％、好ましくは０．０％〜２．０％、より好ましくは０．１％〜６．０％、より好ましくは０．１％〜２．０％、より好ましくは０．１％〜０．６％、より好ましくは０．４％〜０．５％のモリブデンをさらに含む高強度鋼。
【実施例８】
【００３３】
実施例６〜８のいずれか１つ、または次の実施例のいずれか１つの高強度鋼であって、０％〜６．０％、好ましくは０．２％〜６．０％、より好ましくは２．０％〜６．０％、より好ましくは０．２％〜３．０％のクロミウムをさらに含む高強度鋼。
【実施例９】
【００３４】
０．０％から０．１％、好ましくは０．０１％から０．１％、より好ましくは０．００１から０．０５５％のニオビウムをさらに含む、実施例６から８のいずれか１つまたは以下の実施例のいずれかの高強度鋼。
【実施例１０】
【００３５】
実施例６〜９のいずれか１つ、または次の実施例のいずれか１つの高強度鋼であって、０．０％〜０．１５％、好ましくは０．０１％〜０．１５％のバナジウムをさらに含む高強度鋼。
【実施例１１】
【００３６】
実施例６〜１０のいずれか１つ、または次の実施例のいずれか１つの高強度鋼であって、０％〜０．００５％のホウ素をさらに含む高強度鋼。
【実施例１２】
【００３７】
実施例６〜１１のいずれか１つ、または次の実施例のいずれか１つの高強度鋼において、前記鋼は、熱間圧延およびコイリング後、少なくとも１４８０ＭＰａの最大抗張力および少なくとも６％の総伸長を有する高強度鋼。
【実施例１３】
【００３８】
実施例６〜１２のいずれか１つ、または次の実施例のいずれか１つの高強度鋼において、前記鋼は、熱間圧延および巻取り後、約１５００ＭＰａの最大抗張力および約８〜１０％の総伸長を有する高強度鋼。
【実施例１４】
【００３９】
実施例６〜１３のいずれか１つの高強度鋼において、前記鋼は、冷間圧延後および熱間鍛造前に、アルミニウムベースのコーティングまたは亜鉛ベースのコーティング（亜鉛メッキまたは亜鉛メッキ）のいずれかでコーティングされる高強度鋼。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月12日(2019.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
状況によっては、熱間圧延プロセスで使用される鋼材の強度を高めることが望ましい場合がある。たとえば、熱間圧延鋼は、自動車フレームのコンテキストで使用され得る。しかしならが、自動車産業は、燃料効率の高い車両のために、より軽量でより費用対効果の高い素材を常に求めている。より薄い鋼材はこのニーズを満たすことが可能だが、これらの厚さの減少に対応するにはより高い強度が必要である。したがって、熱間圧延プロセスで使用される鋼材の強度を高めることが望ましい。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１）  国際公開第２０１５／１２０２０５号
（特許文献２）  国際公開第２０１７／０２１４６４号
（特許文献３）  中国特許第１０２１２７６７５号明細書
（特許文献４）  欧州特許出願公開第０４２５０５８号明細書
（特許文献５）  欧州特許出願公開第２３８３３５３号明細書
（特許文献６）  米国特許出願公開第２０１４／０７６４７０号明細書
【国際調査報告】
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2020510758.tif 000014
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