JP6114261B2 - 非常に高い強度のマルテンサイト鋼およびこれにより得た鋼板または部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板または部品の製造方法であって、マルテンサイト焼入れを用いたオーステナイト化とその後の簡単な急冷処理によって得ることができるよりも高い機械強度ならびに自動車のエネルギー吸収部品の製造にて鋼板および部品を使用できるようにする機械強度および伸長特性を有するマルテンサイト構造を有する、鋼板または部品の製造方法に関するものである。

ある用途において、目標は、高い機械強度、高い衝撃強度および良好な耐食性を兼ね備えた鋼鉄部品を製造することである。この種の組合せは、車両の重量を著しく低減させる試みが行われている自動車業界において特に望ましい。このような重量の低減は、特に、非常に高い機械特性およびベイナイト−マルテンサイト微細構造を持つ鋼鉄部品を使用することにより達成することができる。侵入防止および構造部品、ならびに自動車の安全性に寄与する他の部品、例えばバンパー、ドアまたはセンターピラー補強材およびホイールアームには、例えば上述の特性が必要である。これらの部品の厚さは、好ましくは３ミリメートル未満である。

ＥＰ０９７１０４４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金によってコーティングされた鋼板の製造についても記載し、これの組成は、重量パーセントで表され：０．１５−０．５％ Ｃ、０．５−３％ Ｍｎ、０．１−０．５％ Ｓｉ、０．０１１％ Ｃｒ、Ｔｉ＜０．２％、Ａｌ＜０．１％、Ｐ＜０．１％、Ｓ＜０．０５％、０．０００５％＜Ｂ＜０．０８％を含み、残りは鉄および加工から生じる不可避的な不純物である。この鋼板を加熱してオーステナイト変態を達成し、次にホットスタンプして部品を製造して、これを急速に冷却して、マルテンサイトまたはマルテンサイト−ベイナイト構造を得る。この方式で、例えば１５００ＭＰａを超える機械強度を達成することが可能である。しかし、目的は、なおより高い機械強度を有する部品を得ることである。さらなる目的は、所与のレベルの機械強度にて、鋼鉄の炭素含有率を低下させて溶接性を改善することである。

さらなる公知の製造方法は「オースフォーミング」と呼ばれ、オースフォーミングでは鋼鉄は完全にオーステナイト化されていて、次に急速に、一般には、オーステナイトが準安定である範囲のおよそ７００から４００℃の中間温度まで急速に冷却される。このオーステナイトが熱間成形され、次に急速冷却されて、完全マルテンサイト構造を得る。ＧＢ１，０８０，３０４も、０．１５−１％ Ｃ、０．２５−３％ Ｍｎ、１−２．５％ Ｓｉ、０．５−３％ Ｍｏ、１−３％ Ｃｕ、０．２−１％ Ｖを含有する、上記のタイプの方法で使用されることを意図する鋼板の組成について記載している。

ＧＢ１，１６６，０４２は同様に、０．１−０．６％ Ｃ、０．２５−５％ Ｍｎ、０．５−２％ Ａｌ、０．５−３％ Ｍｏ、０．０１−２％ Ｓｉ、０．０１−１％ Ｖを含有する、このオースフォーミング処理に好適な鋼鉄組成物について記載している。

これらの鋼鉄は、モリブデン、マンガン、アルミニウム、ケイ素および／または銅のかなりの添加を含む。これらの元素の目的は、熱間成形が行われる温度にて、オーステナイトのためのより広範囲の準安定性を生成すること、即ちオーステナイトからフェライト、ベイナイトまたはパーライトへの変態の開始を遅延させることである。オースフォーミングのためのこれらの研究の大部分は、０．３％を超える炭素含有率を有する鋼鉄に対して行われた。従って、オースフォーミングに好適であるこれらの組成物は、溶融のために特有の予防措置を講じねばならないという欠点を有し、これらの組成物は、溶融めっきが施される場合に特有の問題も引き起こしている。これらの組成物は、高価な合金元素も含む。

従って鋼板が問題の鋼鉄のオーステナイト化と続いての単純マルテンサイト焼入れによって得ることができる強度よりも５０ＭＰａを超えて大きい極限強度を有するために、上述の欠点を有さない鋼板または部品を製造する方法を有することが望ましい。発明者らは、０．１５から０．４０重量％の範囲に及ぶ炭素含有率では、完全オーステナイト化と続いての単純マルテンサイト焼入れによって製造した鋼板の極限引張強度Ｒｍが実際には炭素含有率に依存して、数式（１）：Ｒｍ（メガパスカル）＝３２２０（Ｃ）＋９０８に記載されているように、炭素含有率に非常に高い精度で関連付けられていることを示している。
この数式で、（Ｃ）は、重量パーセントで表される鋼鉄の炭素含有率を示す。従って目標は、鋼鉄の所与の炭素含有率Ｃにて、数式（１）における５０ＭＰａを超える極限強度、即ちこの鋼鉄では３２２０（Ｃ）＋９５８Ｍｐａを超える強度を得ることが可能となる製造方法を有することである。目的は、即ち１３００ＭＰａを超える非常に高い降伏応力を有する鋼板の製造を可能にする方法を有することである。目的は、即ち焼入れ後に焼戻し処理を必要とせずにただちに使用できる鋼板を製造可能にする方法を有することでもある。目的は、溶融金属浴中で容易に溶融めっきできる鋼板または部品の製造を可能にする製造方法を有することでもある。

鋼板または部品は、従来の溶接方法を使用して溶接可能でなければならず、高価な合金元素の添加を必要としてはならない。

欧州特許第０９７１０４４号明細書 英国特許第１０８０３０４号明細書 英国特許第１１６６０４２号明細書

本発明の目的は、上で挙げた問題を解決することである。本発明の詳細な目的は、１３００ＭＰａを超える降伏応力、メガパスカルで表される（３２２０）（Ｃ）＋９５８ＭＰａを超える機械的引張強度および好ましくは３％を超える全伸長を有する鋼板を利用可能にすることである。

この目的のために、本発明の目的は、完全マルテンサイト構造の鋼板を製造する方法であって、以下に列挙された順序で、以下のステップからなる、１マイクロメートル未満の平均ラスサイズを有し、これによりラスの平均伸長係数が２から５の間であり、これにより最大寸法ｌ_ｍａｘおよび最小寸法ｌ_ｍｉｎを有するラスの伸長係数が

によって規定され、１３００ＭＰａを超える降伏応力、（３２２０）（Ｃ）＋９５８メガパスカルを超える機械引張強度を有し、（Ｃ）が重量パーセントでの鋼鉄中の炭素含有率を示す。
−以下の組成を有する半完成鋼鉄製品が提供されるステップであって、これにより含有率は重量パーセントによって表される、０．１５％≦Ｃ≦０．４０％、１．５％≦Ｍｎ≦３％、０．００５％≦Ｓｉ≦２％、０．００５％≦Ａｌ≦０．１％、１．８％≦Ｃｒ≦４％、０％≦Ｍｏ≦２％、これにより２．７％≦０．５（Ｍｎ）＋（Ｃｒ）＋３（Ｍｏ）≦５．７％、Ｓ≦０．０５％、Ｐ≦０．１％および場合により：０％≦Ｎｂ≦０．０５０％、０．０１％≦Ｔｉ≦０．１％、０．０００５％≦Ｂ≦０．００５％、０．０００５％≦Ｃａ≦０．００５％、組成の残りは鉄および加工から生じる不可避的な不純物より成る、ステップ、
−半完成品を１０５０℃と１２５０℃との間の温度Ｔ_１まで加熱するステップ、次に
−加熱した半完成品に１０００から８８０℃の間の温度Ｔ_２にて３０％を超える累積圧下率ε_ａを用いて粗圧延を受けさせて、４０マイクロメートル未満の、および好ましくは５マイクロメートル未満の平均粒度を有し、完全に再結晶化されたオーステナイト粒構造を有する鋼板を得るステップであって、これにより累積圧下率ε_ａが：

によって規定され、ｅ_ｉａが熱間粗圧延前の半完成品の厚さを、ｅ_ｆａが粗圧延後の鋼板の厚さを示す、ステップ、次に
−鋼板を、２℃／秒を超える速度Ｖ_Ｒ１にて準安定オーステナイト範囲の６００℃から４００℃の間の温度Ｔ_３まで不完全に冷却するステップ、次に
−不完全に冷却された鋼板を温度Ｔ_３にて３０％を超える累積圧下率ε_ｂを用いて熱間仕上げ圧延して鋼板を得るステップであって、これにより累積圧下率ε_ｂが：

によって規定され、ｅ_ｉｂが熱間仕上げ圧延前の半完成品の厚さを、ｅ_ｆａが仕上げ圧延後の鋼板の厚さを示す、ステップ、次に
−臨界マルテンサイト焼入れ速度を超える速度Ｖ_Ｒ２にて、鋼板を冷却するステップ。

本発明のさらなる目的は、以下に列挙された順序で、以下のステップからなる、１マイクロメートル未満の平均ラスサイズを有し、これによりラスの平均伸長係数が２から５の間である完全マルテンサイト構造を有する鋼鉄部品を製造する方法である：
−鋼材を提供するステップであって、これの組成が以下を含み、含有率は重量パーセントで表され：０．１５％≦Ｃ≦０．４０％、１．５％≦Ｍｎ≦３％、０．００５％≦Ｓｉ≦２％、０．００５％≦Ａｌ≦０．１％、１．８％≦Ｃｒ≦４％、０％≦Ｍｏ≦２％、これにより：
２．７％≦０．５（Ｍｎ）＋（Ｃｒ）＋３（Ｍｏ）≦５．７％、Ｓ≦０．０５％、Ｐ≦０．１％、場合により：０％≦Ｎｂ≦０．０５０％、０．０１％≦Ｔｉ≦０．１％、０．０００５％≦Ｂ≦０．００５％、０．０００５％≦Ｃａ≦０．００５％、組成の残りは鉄および加工から生じる不可避的な不純物より成る、ステップ、
平均オーステナイト粒度が４０マイクロメートル未満、および好ましくは５マイクロメートル未満となるように、鋼材をＡ_Ｃ３からＡ_Ｃ３＋２５０℃の間の範囲の温度Ｔ_１まで加熱するステップ、次に
−加熱した鋼材をホットスタンププレス機または熱間成形装置に移動するステップ、次に
−オーステナイトの変態を防止するために、鋼材を２℃／秒を超える速度Ｖ_Ｒ１にて、６００℃から４００℃の間の温度Ｔ_３まで冷却するステップであって、
−これにより上記の最後の２つのステップの順序を逆にすることが可能である、ステップ、次に
−冷却した鋼材を温度Ｔ_３にて、少なくとも１つの区域において３０％を超える量

だけホットスタンプまたは熱間成形して部品を得るステップであって、

は

によって規定され、ε_１およびε_２が温度Ｔ_３にて変形ステップすべてにわたる累積主変形である、ステップ、次に
−臨界マルテンサイト焼入れ速度を超える速度Ｖ_Ｒ２にて、鋼板を冷却するステップ。

好ましい一様式において、鋼材をホットスタンプして部品を得て、次に、部品をスタンピングツール内に保持して、部品を臨界マルテンサイト焼戻し速度より大きい速度Ｖ_Ｒ２で冷却する。

好ましい一様式において、鋼材はアルミニウムまたはアルミニウム系合金で事前に被覆されている。

別の好ましい様式において、鋼材は亜鉛または亜鉛系合金で事前に被覆されている。

好ましくは、上記の製造方法のいずれか１つによって得た鋼板または部品に、１５０から６００℃の間の範囲の温度Ｔ_４での次の焼戻し熱処理を、５から３０分にわたって受けさせる。

本発明のさらなる目的は、上記の製造方法のいずれかによって得た、１３００ＭＰａを超える降伏応力、（３２２０（Ｃ）＋９５８）メガパスカルを超える機械強度を有し、これにより（Ｃ）が重量パーセントで表される鋼鉄の炭素含有率を示す、未焼戻し鋼板であって、１マイクロメートル未満の平均ラスサイズを有し、これによりラスの平均伸長係数が２から５の間である完全マルテンサイト構造を有する未焼戻し鋼板である。

本発明のさらなる目的は、上記の部品製造方法のいずれかによって得た未焼戻し鋼鉄部品であって、これによる部品は、１マイクロメートル未満の平均ラスサイズを有し、これによりラスの平均伸長係数が２から５の間である完全マルテンサイト構造を有する少なくとも１つの区域を有し、前記区域の降伏応力が１３００ＭＰａを超え、機械強度が（３２２０（Ｃ）＋９５８）メガパスカルを超え、これにより（Ｃ）が重量パーセントで鋼鉄の炭素含有量を示す、未焼戻し部品である。

本発明のさらなる目的は、上記の焼戻し処理を用いた方法によって得た鋼板または部品であって、これにより鋼が１．２マイクロメートル未満の平均ラス粒度を有し、これによりラスの平均伸長係数が２から５の間である完全マルテンサイト構造を少なくとも１つの区域に有する、鋼板である。

発明者らは、上記の問題が鋼鉄組成の特定の範囲に対して行われる特有のオースフォーミング法によって解決できることを示している。オースフォーミングには高価な合金元素の添加が必要であることを示している以前の研究とは対照的に、発明者らは驚くべきことに、著しく少ない量の合金元素を含有する組成によってこの効果が得られることを示している。

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明で明らかとなるが、それは例示として提供されており、添付図面を参照することで提供される。

本発明が請求する方法によって製造した鋼板の微細構造の一例を示す。 オーステナイト範囲での加熱と、続いての単純マルテンサイト焼入れによる参照方法によって製造した、同じ鋼鉄の一例を示す。 本発明が請求する方法によって製造した、鋼鉄部品の微細構造の一例を示す。

本発明が請求する方法で使用する鋼の組成を以下で詳細に説明する：
鋼の炭素含有率が０．１５重量％未満であるとき、使用した方法を考慮すると、鋼の焼入れ性は不十分であり、完全マルテンサイト構造を達成することは不可能である。この含有率が０．４０％を超える場合、これらの鋼板から製造した溶接継手またはこれらの部品が示す靭性は、不十分である。本発明で使用するための最適炭素含有率は、０．１６から０．２８％の間である。

マンガンは、マルテンサイトが生成開始する温度を低下させて、オーステナイトの分解を減速させる。オースフォーミングを使用可能にする十分な効果を達成するために、マンガン含有率は１．５％を超えてはならない。加えて、マンガン含有率が３％を超える場合、偏析域が過剰量存在し、このことが、本明細書が請求する方法の性能に対して悪影響を有する。本発明が請求する方法を行うために好ましい範囲は、１．８から２．５％Ｍｎである。

ケイ素含有率は、液相中の鋼鉄の脱酸素に寄与するために０．００５％を超えなければならない。鋼板の金属めっき浴への連続通過を含む方法において、被覆性を著しく低下させる表面酸化物が形成するため、ケイ素含有率は２重量％を超えてはならない。

クロムおよびモリブデンは、オーステナイトの変態の遅延およびフェライト−パーライト変態およびベイナイト変態の範囲の分離に非常に有効な元素であり、これによりフェライト−パーライト変態はベイナイト変態よりも高い温度で起こる。これらの変態範囲は、オーステナイトから始まるＴＴＴ（変態−温度−時間）等温変態曲線における２つの全く別個の「鼻」の形で反映されていて、このことにより本発明が請求する方法を行うことが可能となる。

鋼鉄のクロム含有率は、オーステナイトの変態を減速させる効果が十分となるように、１．８重量％から４重量％の間でなければならない。鋼鉄のクロム含有率は、マンガンおよびモリブデンなどの焼入れ性を向上させる他の元素の含有率も考慮に入れる。実際に、オーステナイトから開始する変態に対するマンガン、クロムおよびモリブデンのそれぞれの効果を考慮すると、これらの元素の組合せ添加は、以下の条件を鑑みて行う必要があり、これにより記載された（Ｍｎ）、（Ｃｒ）および（Ｍｏ）のそれぞれの量は重量パーセントで表される：２．７％≦０．５（Ｍｎ）＋（Ｃｒ）＋３（Ｍｏ）≦５．７％。

しかし、モリブデン含有率は、モリブデンの過剰なコストのために、２％を超えてはならない。

本発明が請求する鋼鉄のアルミニウム含有率は、液体状態の鋼鉄を十分に脱酸素するために、少なくとも０．００５％である。アルミニウム含有率が０．１重量％を超えると、鋳造上の問題が起こることがある。アルミナ介在物は過剰な量またはサイズで形成されることもあり、このことは靭性に望ましくない影響を有する。

鋼鉄中の硫黄およびリンの濃度がそれぞれ０．０５および０．１％に制限されているのは、本発明によって製造した部品または鋼板の延性または靭性の低下を防止するためである。

鋼鉄は場合によりニオブおよび／またはチタンを含有可能であり、これらは粒度がさらに低下できるようにする。これらの添加によって与えられる熱間焼入れ特性にかかわらず、熱間圧延中に印加する必要がある力を増大させないために、これらはやはり、ニオブでは０．０５０％に制限する必要があり、チタンでは０．０１から０．１％に維持する必要がある。

場合により、鋼鉄はホウ素も含有することができる。実際に、オーステナイトの著しい変形によって、防止しなければならない現象である冷却中のフェライトへの変態が加速する可能性がある。０．０００５から０．００５重量％の範囲でのホウ素の添加は、早期のフェライト変態に対する防御手段を提供する。

場合により、鋼鉄は、０．０００５から０．００５％の間の量でカルシウムを含有することも可能である；酸素と硫黄を組合せることによって、鋼板または鋼板から製造される部品の延性に望ましくない影響を有する、大型の介在物の形成をカルシウムによって防止することが可能となる。

鋼鉄の組成の残りは、鉄および加工から生じる不可避的な不純物より成る。

本発明が請求するように製造された鋼板または部品は、非常に細かいラスを有する完全マルテンサイト構造を特徴とする。熱−機械サイクルおよび特有の組成のために、マルテンサイトラスの平均サイズは１マイクロメートル未満であり、これの平均伸長係数は２から５の間である。これらの微細構造の特徴は、ＥＢＳＤ（「後方散乱電子回折」）検出装置と連結された、１２００×を超える倍率での電界放出銃（「ＭＥＢ−ＦＥＧ」）技法による走査電子顕微鏡での微細構造の観測によって決定される。２つの隣接するラスは、ラスの方位差が５度を超える場合に、離れていると規定する。ラスの平均サイズは、インターセプト法によって規定され、インターセプト法自体が公知である；微細構造に対して無作為に規定された線によって捕捉されたラスの平均サイズが評価される。測定値は、代表的な平均値を得るために、少なくとも１０００個のマルテンサイトラスで測定する。次に、個別化されたラスの形態を、これ自体公知であるソフトウェアを使用する画像解析によって決定する。各マルテンサイトラスの最大寸法ｌ_ｍａｘおよび最小ｌ_ｍｉｎ寸法を、これの伸長因数

と共に決定する。統計的に示すために、この観測結果は、少なくとも１０００個のマルテンサイトラスを含む必要がある。次に、観測したこれらのラスすべてについて、平均伸長係数

を決定する。

本発明が請求する方法を使用して、圧延鋼板またはホットスタンプもしくは熱間成形部品を製造することができる。これらの２つの様式を以下でより詳細に説明する。

本発明が請求する熱間圧延鋼板の製造方法は、以下のステップを含む：
最初に、上で規定した組成を有する半完成鋼鉄製品が得られる。この半完成品は、連続鋳造スラブ、例えば薄スラブまたはインゴットの形であることができる。非限定的な一例として、連続鋳造スラブは２００ｍｍ程度の厚さを有し、薄スラブは５０から８０ｍｍ程度の厚さを有する。この半完成品は、１０５０℃から１２５０℃の間の温度Ｔ_１まで加熱される。温度Ｔ_１は、加熱中の完全オーステナイト変態温度のＡ_ｃ３より高い。従ってこの加熱により、鋼鉄の完全なオーステナイト化ならびに半完成品中に存在することがある炭窒化ニオブの溶解を得ることが可能となる。この再加熱ステップにより、以下に記載する次の熱間圧延操作を行うことも可能になる。半完成品に、１０００から８８０℃の範囲の温度Ｔ_２にて粗圧延と呼ばれる圧延処理を受けさせる。

異なる粗圧延ステップの累積圧下率をε_ａと呼ぶ。ｅ_ｉａが熱間粗圧延前の半完成品の厚さを示し、ｅ_ｆａがこの圧延後の鋼板の厚さを示す場合、累積圧下率を

によって規定する。本発明は、粗圧延中の累積圧下率ε_ａが３０％より大きい必要があることを教示している。これらの条件下で、変形ε_ａが２００％を超える場合および温度Ｔ_２が９５０から８８０℃の間の範囲にある場合、得られたオーステナイトは、４０マイクロメートル未満、またはなお５マイクロメートル未満の平均粒度で完全に再結晶化されている。鋼板を次に、オーステナイトの変態を防止するために、完全ではないが、即ち中間温度Ｔ_３まで２℃／秒を超える速度Ｖ_Ｒ１にて、オーステナイトが準安定である温度範囲、即ちオーステナイトが熱力学的平衡の条件下で存在すべきでない範囲の、６００℃から４００℃の間の範囲にある温度Ｔ_３まで冷却する。次に鋼板に温度Ｔ_３にて熱間仕上げ圧延を受けさせ、これによる累積圧下率ε_ｂは３０％より大きい。これらの条件下で、再結晶化が起こってない、塑性変形オーステナイト構造が得られる。鋼板を次に、臨界マルテンサイト焼入れ速度を超える速度Ｖ_Ｒ２にて冷却する。

上の方法は特にスラブに基づく平板状製品（鋼板）の製造について記載しているが、本発明はこの形態またはこの種の製品に限定されず、次の熱間形成ステップによる長尺製品、棒鋼、ロッドまたは構造用形鋼の製造に使用できる。

ホットスタンプまたは熱間成形部品の製造方法は、以下の通りである：
最初に鋼材を得て、これの組成は以下の通りである：０．１５％≦Ｃ≦０．４０％、１．５％≦Ｍｎ≦３％、０．００５％≦Ｓｉ≦２％、０．００５％≦Ａｌ≦０．１％、１．８％≦Ｃｒ≦４％、０％≦Ｍｏ≦２％、これにより２．７％≦０．５（Ｍｎ）＋（Ｃｒ）＋３（Ｍｏ）≦５．７％、Ｓ≦０．０５％、Ｐ≦０．１％および場合により：０％≦Ｎｂ≦０．０５０％、０．０１％≦Ｔｉ≦０．１％、０．０００５％≦Ｂ≦０．００５％、０．０００５％≦Ｃａ≦０．００５％。

この平鋼材は、鋼板またはコイルから、目的とする部品の最終形態に適切である形状に切断することによって得られる。この鋼材は未被覆であるか、または場合により事前被覆することができる。事前被覆は、アルミニウムまたはアルミニウム系合金であることが可能である。アルミニウム系合金の場合、鋼材は、重量パーセントで５から１１％のケイ素、２から４％の鉄、場合により１５から３０ｐｐｍのカルシウムを含有し、残りがアルミニウムおよび加工から生じる不可避的な不純物より成る、アルミニウム−ケイ素合金浴への連続浸漬によって有利に得ることができる。

鋼材を亜鉛または亜鉛系合金で事前に被覆することもできる。事前被覆処理は、特に溶融亜鉛めっき（「ＧＩ」）またはガルバニーリング（「ＧＡ」）のタイプであることができる。

鋼材をＡ_Ｃ３からＡ_Ｃ３＋２５０℃の間の範囲の温度Ｔ_１まで加熱する。鋼材が事前に被覆されている場合、加熱は好ましくは、通常の雰囲気下の炉内で行う。このステップで、鋼鉄と事前被覆物との間の合金化が起こる。合金化によって形成された被覆物は、下にある鋼鉄を酸化および脱炭から保護して、次の熱間成形に適切である。鋼材は、内部温度を均一にするために、温度Ｔ_１にて保持する。例えば０．５から３ｍｍの間であり得る鋼材の厚さに応じて、温度Ｔ_１の保持時間は、３０秒から５分まで変化する。

これらの条件下では、鋼材中の鋼鉄の構造は完全オーステナイトである。温度をＡ_ｃ３＋２５０℃に限定する目的は、オーステナイト粒が４０マイクロメートルを超える平均サイズまで拡大することを制限するためである。温度がＡｃ３とＡｃ３＋５０℃との間である場合、平均粒度は好ましくは５マイクロメートル未満である。

−この方式で加熱した鋼材を次にホットスタンププレス機または熱間成形装置に移動して；熱間成形装置は、例えば「圧延成形」装置であってよく、この装置にて鋼材を一連のローラーでの熱間成形によって、所望の部品の最終形態となるまで徐々に成形する。オーステナイトの変態を引き起こさないように、鋼材を十分に迅速にプレス機または成形装置に移動させなければならない。

−オーステナイトの変態を防止するために、鋼材を次に、２℃／秒を超える速度Ｖ_Ｒ１にて、オーステナイトが準安定である温度範囲の、６００℃から４００℃の間の温度Ｔ_３まで冷却する。

１つの変形形態において、これらの２つのステップの順序を逆転させること、即ち最初に、２℃／秒を超える速度Ｖ_Ｒ１にて鋼材を冷却すること、および次に、鋼材を下記のようにスタンプまたは熱間成形するために、この鋼材をスタンププレス機または熱間形成装置に移動させることも可能である。

鋼材を４００から６００℃の範囲における温度Ｔ_３にてホットスタンプまたは熱間成形して、これにより熱間成形を、上述の圧延成形と同様に、単一のステップでまたは複数の連続ステップで行うことができる。最初に平鋼材から開始して、スタンプによって部品を得ることが可能となり、部品の形状は展開できない。熱間成形の様式とは無関係に、再結晶化されていない変形オーステナイトを得るためには、累積変形

は３０％を超えていなければならない。変形様式は部品の形態および局所応力様式（膨張、収縮、単軸牽引力または圧縮）により１つの場所から別の場所で異なるため、

を使用して、

によって部品の各点にて規定された等価変形を示し、式中、ε_１およびε_２は、温度Ｔ_３における変形ステップ全体にわたって蓄積された主変形である。第１の変形形態において、熱間成形の様式は、成形部品の各点にて条件

が満足されるように選択される。

場合により、この条件が部品の最も高い応力が印加される区域に相当するある特定の箇所のみで満足される場合、目的が特に高い機械的特徴を達成することである場合、熱間成形法を利用することも可能である。これらの条件下で結果として得られる部品は、機械的特性が可変性であり、単純マルテンサイト焼入れを用いたある箇所（熱間成形中に局所変形され得ない区域の場合）、および本発明が請求する方法によって作製された他の区域を有することができ、このことにより極めて小さいラスサイズを有し、機械的特性が向上したマルテンサイト構造が生じる。

熱間成形後に、部品を臨界マルテンサイト焼入れ速度を超える速度Ｖ_Ｒ２にて冷却して、完全マルテンサイト構造を得る。ホットスタンプの場合、この冷却は、部品をツールもしくはダイの中に、またはツールもしくはダイに近接させて保持することによって達成できる。熱伝導によるこの冷却は、スタンプツールまたはダイを、例えばツールまたはダイに機械加工された冷却液を循環させるチャネルによって冷却することにより、高速化することができる。

従って、本発明が請求するホットスタンプ法は、使用した鋼鉄の組成は除いて、鋼材をプレス機に配置するや否やホットスタンプを開始することより成るため、従来方法とは異なる。従来方法によれば、最高温度において、鋼鉄の降伏応力は最低であり、プレス機が必要とする力は最低である。比較のために、本発明が請求する方法は、鋼材をオースフォーミングに好適な温度範囲に到達させる待機期間を維持すること、次に従来方法よりも著しく低い温度にて鋼材をホットスタンプすることにより成る。鋼材の所与の厚さでは、プレス機が必要とするスタンプ力はやや高いが、得られた最終構造は従来方法よりも微細であり、これにより降伏応力、強度および延性のより高い機械的特性が得られる。従って、所与の応力レベルに相当する性能仕様を満足するために、鋼材の厚さを低減すること、従って本発明が請求する部品をスタンプするために必要な力を低減することが可能である。

さらに、従来のホットスタンプ法では、スタンプ直後の熱間成形を制限する必要があるのは、高温では、この変形には、防止することが望ましい、最も変形の大きい区域でのフェライトの形成を促進する傾向があるからである。本発明が請求する方法には、この制限がない。

本発明が請求する方法の変形形態が何であれ、鋼板または部品をこのまま使用すること、または１５０から６００℃の範囲にある温度Ｔ_４で行う熱焼戻し処理を５から３０分の期間にわたって受けさせることができる。この焼戻し処理は一般に、降伏応力および引張強度の低下を犠牲にして、延性を上昇させる。しかし発明者らは、本発明が請求する方法によって、従来の焼入れ後に得られる強度より少なくとも５０ＭＰａ高い機械引張強度Ｒｍが鋼鉄に与えられ、１５０から６００℃の範囲に及ぶ温度での焼戻し処理後にもこの利点が保たれることを示している。微細構造の微細特徴は、この焼戻し処理によって保たれ、これによりラスの平均サイズは１．２マイクロメートル未満であり、ラスの平均伸長係数は２から５の間である。

非限定的な実施例によって示される以下の結果は、本発明によって達成される有利な特徴を示している。

［実施例１］
重量パーセント（％）で表される、以下に挙げる元素を含有する半完成鋼鉄製品が提供される。

３１ｍｍ厚の半完成品を加熱し、１０５０℃の温度Ｔ_１にて３０分間維持して、次に９１０℃の温度Ｔ_２にて６ｍｍの厚さまで、即ち１６４％の累積圧下率ε_ａで、５回の粗圧延を受けさせた。この段階において、構造は完全オーステナイトで完全に結晶化され、３０マイクロメートルの平均粒度を有する。このように得た鋼板を次に２５℃／秒の速度で５５０℃の温度Ｔ_３まで冷却して、この温度で鋼板を６０％の累積圧下率ε_ｂで５回圧延して、次に８０℃／秒の速度で周囲温度まで冷却して、完全マルテンサイト微細構造を得た。比較の目的で、上記の組成を有する鋼板を加熱して、１２５０℃にて３０分間維持して、次に水中で焼入れすることによって冷却し、完全マルテンサイト微細構造を得た（参照処理）。

引張試験によって、これらの異なる製造様式によって得た鋼板の降伏応力Ｒｅ、極限強度Ｒｍおよび全伸長Ａを決定した。以下の表に、単純マルテンサイト焼入れ後の強度の推定値（３２２０（Ｃ）＋９０８（ＭＰａ）、ならびにこの推定値と実施に測定した抵抗との間の差ΔＲｍも示す。

得られた鋼板の微細構造は、電界放出銃（「ＭＥＢ−ＦＥＧ」）技法およびＥＢＳＤ検出装置を用いた走査電子顕微鏡法によっても観測された。マルテンサイト構造のラスの平均サイズならびにラスの平均伸長係数

も定量した。

これらの異なる特徴の結果を以下に示す。試験Ａ１およびＡ２は、鋼鉄組成Ａに対して２つの異なる条件で行った試験を示す；試験Ｂ１は、鋼鉄組成Ｂに対して行った。

図１は、試験Ａ１の場合に得た微細構造を示す。比較のために、図２は、単純に１２５０℃まで加熱して、この温度で３０分間維持して、次に水中で焼入れした同じ鋼鉄の微細構造を示す（試験Ａ２）。本発明が請求する方法によって、参照構造より著しく微細であり、あまり伸長されていない平均ラスサイズを有するマルテンサイトを得ることが可能となる。

試験Ａ２（単純マルテンサイト焼入れ）の場合、数式（１）に基づいて推定された強度値（１５３６Ｍｐａ）が実験的に決定した強度値（１５７６ＭＰａ）と近いことが観測される。

本発明が請求する試験Ａ１およびＢ１において、ΔＲｍの値はそれぞれ３５３および３０６ＭＰａである。従って本発明が請求する方法により、単純マルテンサイト焼入れによって得られる機械強度値よりも著しく高い機械強度値を得ることが可能となる。この強度の上昇（３５３または３０６ＭＰａ）は、およそ０．１１％または０．０９％の追加の量が加えられた鋼鉄に施された単純マルテンサイト焼入れによって、数式（１）により得られる上昇と等しい。しかし、炭素含有率のこの種の上昇は、溶接性および靭性について望ましくない結果を有するが、本発明が請求する方法によって、これらの欠点を伴わずに非常に高い機械強度値を達成することが可能である。

本発明で請求するように製造した鋼板は、この鋼板の炭素含有率がより低いことにより、通常の方法を使用する溶接に対して、特にスポット抵抗溶接において良好な適合性を有する。

次に熱焼戻処理を鋼鉄に対して、異なる温度条件下で異なる時間長にわたって上の条件Ｂ１で行った；６００℃までの温度および３０分までの時間長では、マルテンサイトラスの平均サイズは、１．２マイクロメートルのままである。

［実施例２］
重量パーセント（％）で表される以下の組成を有する、厚さ３ｍｍの鋼材を得た。

次に、鋼材に１０００℃（即ちおよそＡｃ３＋２１０℃）までの加熱を５分間受けさせる。これらを次に：
５０℃／秒で５２５℃の温度Ｔ_３まで冷却し、次に５０％を超える等価変形

によってホットスタンプして、次に臨界マルテンサイト焼入れ速度を超える速度にて冷却した（試験Ｂ２）。

または５０℃／秒で５２５℃の温度まで冷却し、次に臨界マルテンサイト焼入れ速度を超える速度にて冷却した（試験Ｂ３）。

以下の表は得られた機械的特性を示す：

図３は、本発明が請求する条件Ｂ３で得られた、非常に微細な（ｆｉｎｄ）平均ラスサイズ（０．９マイクロメートル）および低い伸長係数を特徴とする微細構造を示す。

従って本発明により、非常に満足な経済的条件下で、非常に高い機械的特徴を有する、未処理鋼板または被覆鋼板または部品を製造することが可能となる。

これらの鋼板または部品は、自動車構造用の安全関連部品ならびに特に、侵入防止および足回り部品、補強鋼材およびセンターピラーに有利に使用できる。

Claims (11)

1. １マイクロメートル未満の平均ラスサイズを有し、これによりラスの平均伸長係数が２から５の間であり、これにより最大寸法ｌ_ｍａｘおよび最小寸法ｌ_ｍｉｎを有するラスの伸長係数が
   

   

   によって規定され、１３００ＭＰａを超える降伏応力、（３２２０）（Ｃ）＋９５８メガパスカルを超える機械強度を有し、（Ｃ）が重量パーセントでの鋼鉄中の炭素含有率を示す、完全マルテンサイト構造の鋼板を製造する方法であって、以下に列挙された順序で、以下のステップ：
   半完成鋼鉄製品が提供されるステップであって、組成が以下の通りであり、これにより含有率は重量によって表され、
   ０．１５％≦Ｃ≦０．４０％
   １．５％≦Ｍｎ≦３％
   ０．００５％≦Ｓｉ≦２％
   ０．００５％≦Ａｌ≦０．１％、
   １．８％≦Ｃｒ≦４％
   ０％≦Ｍｏ≦２％
   これにより
   ２．７％≦０．５（Ｍｎ）＋（Ｃｒ）＋３（Ｍｏ）≦５．７％
   Ｓ≦０．０５％
   Ｐ≦０．１％
   および場合により：
   ０％≦Ｎｂ≦０．０５０％
   ０．０１％≦Ｔｉ≦０．１％
   ０．０００５％≦Ｂ≦０．００５％、
   ０．０００５％≦Ｃａ≦０．００５％、
   組成の残りは鉄および加工から生じる不可避的な不純物より成る、ステップ、
   −半完成品を１０５０℃と１２５０℃との間の温度Ｔ_１まで加熱するステップ、次に
   −加熱した半完成品に１０００から８８０℃の間の温度Ｔ_２にて３０％を超える累積圧下率ε_ａを用いて粗圧延を受けさせて、４０マイクロメートル未満の平均の粒サイズを有し、完全に再結晶化されたオーステナイト粒構造を有する鋼板を得るステップであって、これにより累積圧下率ε_ａが：
   

   

   によって規定され、ｅ_ｉａが熱間粗圧延前の半完成品の厚さを、ｅ_ｆａが粗圧延後の鋼板の厚さを示す、ステップ、次に
   −鋼板を、２℃／秒を超える速度Ｖ_Ｒ１にて準安定オーステナイト範囲の６００℃から４００℃の間の温度Ｔ_３まで不完全に冷却するステップ、次に
   −不完全に冷却された鋼板を温度Ｔ_３にて３０％を超える累積圧下率ε_ｂを用いて熱間仕上げ圧延して鋼板を得るステップであって、これにより累積圧下率ε_ｂが：
   

   

   によって規定され、ｅ_ｉｂが熱間仕上げ圧延前の半完成品の厚さを、ｅ_ｆａが仕上げ圧延後の鋼板の厚さを示す、ステップ、次に
   −臨界マルテンサイト焼入れ速度を超える速度Ｖ_Ｒ２にて、鋼板を冷却するステップ
   からなる、方法。
2. 請求項１に記載の鋼板を製造する方法であって、
   −加熱した半完成品に１０００から８８０℃の間の温度Ｔ_２にて３０％を超える累積圧下率ε_ａを用いて粗圧延を受けさせるステップが、５マイクロメートル未満の平均の粒サイズを有し、完全に再結晶化されたオーステナイト粒構造を有する鋼板を得るステップである、方法。
3. １マイクロメートル未満の平均ラスサイズを有し、これによりラスの平均伸長係数が２から５の間であり、これにより最大寸法ｌ_ｍａｘおよび最小寸法ｌ_ｍｉｎを有するラスの伸長係数が
   

   

   によって規定される、完全マルテンサイト構造の鋼鉄部品を製造する方法であって、以下に列挙された順序で、以下のステップ：
   −鋼板が得られるステップであって、組成が以下の通りであり、これにより含有率は重量によって表され、
   ０．１５％≦Ｃ≦０．４０％
   １．５％≦Ｍｎ≦３％
   ０．００５％≦Ｓｉ≦２％
   ０．００５％≦Ａｌ≦０．１％、
   １．８％≦Ｃｒ≦４％
   ０％≦Ｍｏ≦２％
   これにより
   ２．７％≦０．５（Ｍｎ）＋（Ｃｒ）＋３（Ｍｏ）≦５．７％
   Ｓ≦０．０５％
   Ｐ≦０．１％
   場合により：
   ０％≦Ｎｂ≦０．０５０％
   ０．０１％≦Ｔｉ≦０．１％
   ０．０００５％≦Ｂ≦０．００５％、
   ０．０００５％≦Ｃａ≦０．００５％、
   組成の残りは鉄および加工から生じる不可避的な不純物より成る、ステップ、
   −オーステナイトの平均の粒サイズが４０マイクロメートル未満となるように、鋼板をＡ_Ｃ３からＡ_Ｃ３＋２５０℃の間の範囲の温度Ｔ_１まで加熱するステップ、次に
   −加熱した鋼板をホットスタンププレス機または熱間成形装置に移動するステップ、次に
   −オーステナイトの変態を防止するために、鋼板を２℃／秒を超える速度Ｖ_Ｒ１にて、６００℃から４００℃の間の温度Ｔ_３まで冷却するステップであって、
   −これにより上記の最後の２つのステップの順序を逆にすることが可能である、ステップ、次に
   冷却した鋼板を温度Ｔ_３にて、少なくとも１つの区域において３０％を超える量
   

   

   だけホットスタンプまたは熱間成形して部品を得るステップであって、
   

   

   は
   

   

   によって規定され、ε_１およびε_２が温度Ｔ_３にて変形ステップすべてにわたる累積主変形である、ステップ、次に
   −臨界マルテンサイト焼入れ速度を超える速度Ｖ_Ｒ２にて、鋼板を冷却するステップ
   からなる方法。
4. 請求項３に記載の鋼鉄部品を製造する方法であって、
   鋼板をＡ_Ｃ３からＡ_Ｃ３＋２５０℃の間の範囲の温度Ｔ_１まで加熱するステップが、平均オーステナイト粒度が５マイクロメートル未満となるように加熱するステップである、
   方法。
5. 請求項３または４に記載の部品を製造する方法であって、鋼板をホットスタンプして部品を得て、次に部品をスタンピングツール内に保持して、部品を臨界マルテンサイト焼入れ速度より大きい速度Ｖ_Ｒ２で冷却することを特徴とする、方法。
6. 請求項３から５のいずれか一項に記載の鋼鉄部品を製造する方法であって、
   鋼板がアルミニウムまたはアルミニウム系合金で事前に被覆されていることを特徴とする、方法。
7. 請求項３、４および６のいずれか一項に記載の鋼鉄部品を製造する方法であって、
   鋼板が亜鉛または亜鉛系合金で事前に被覆されていることを特徴とする、方法。
8. 請求項１または２に記載の鋼板を製造する方法であって、
   鋼板に１５０から６００℃の間の範囲の温度Ｔ_４での続いての焼戻し熱処理を、５から３０分にわたって受けさせることを特徴とする、方法。
9. 請求項３から７のいずれか一項に記載の鋼鉄部品を製造する方法であって、
   鋼板に１５０から６００℃の間の範囲の温度Ｔ_４での続いての焼戻し熱処理を、５から３０分にわたって受けさせることを特徴とする、方法。
10. １３００ＭＰａを超える降伏応力、（３２２０（Ｃ）＋９５８）メガパスカルを超える機械強度を有し、これにより（Ｃ）が重量パーセントで表される鋼鉄の炭素含有率を示す鋼板であって、１マイクロメートル未満の平均ラスサイズを有し、これによりラスの平均伸長係数が２から５の間である完全マルテンサイト構造を有し、
    組成が以下の通りであり、これにより含有率は重量によって表され、
    ０．１５％≦Ｃ≦０．４０％
    １．５％≦Ｍｎ≦３％
    ０．００５％≦Ｓｉ≦２％
    ０．００５％≦Ａｌ≦０．１％、
    １．８％≦Ｃｒ≦４％
    ０％≦Ｍｏ≦２％
    これにより
    ２．７％≦０．５（Ｍｎ）＋（Ｃｒ）＋３（Ｍｏ）≦５．７％
    Ｓ≦０．０５％
    Ｐ≦０．１％
    および場合により：
    ０％≦Ｎｂ≦０．０５０％
    ０．０１％≦Ｔｉ≦０．１％
    ０．０００５％≦Ｂ≦０．００５％、
    ０．０００５％≦Ｃａ≦０．００５％、
    組成の残りは鉄および加工から生じる不可避的な不純物より成る、
    鋼板。
11. 鋼鉄部品であって、１マイクロメートル未満の平均ラスサイズを有し、これによりラスの平均伸長係数が２から５の間である完全マルテンサイト構造を備え、鋼鉄部品における降伏応力が１３００ＭＰａを超え、および機械強度が（３２２０）（Ｃ）＋９５８メガパスカルを超え、これにより（Ｃ）が重量パーセントで鋼鉄の炭素含有量を示し、
    組成が以下の通りであり、これにより含有率は重量によって表され、
    ０．１５％≦Ｃ≦０．４０％
    １．５％≦Ｍｎ≦３％
    ０．００５％≦Ｓｉ≦２％
    ０．００５％≦Ａｌ≦０．１％、
    １．８％≦Ｃｒ≦４％
    ０％≦Ｍｏ≦２％
    これにより
    ２．７％≦０．５（Ｍｎ）＋（Ｃｒ）＋３（Ｍｏ）≦５．７％
    Ｓ≦０．０５％
    Ｐ≦０．１％
    および場合により：
    ０％≦Ｎｂ≦０．０５０％
    ０．０１％≦Ｔｉ≦０．１％
    ０．０００５％≦Ｂ≦０．００５％、
    ０．０００５％≦Ｃａ≦０．００５％、
    組成の残りは鉄および加工から生じる不可避的な不純物より成る、
    鋼鉄部品。

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