CN1012144B

CN1012144B - 冷轧钢板的制造方法

Info

Publication number: CN1012144B
Application number: CN 85106278
Authority: CN
Inventors: 佐藤进; 黑泽光正; 铃木日出夫; 小原隆史; 角山浩三
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1985-07-16
Publication date: 1991-03-27
Also published as: CN85106278A

Abstract

提高了烘烤淬硬性的深冲成形用冷轧钢板包括0.0005～0.015重量%的碳，不大于1.0重量%的硅，不大于1.0重量%的锰，不大于0.15重量%的磷，0.005～0.10重量%的铝，不大于0.003重量%的硫和不大于0.004重量%的氮，条件是硫+氮不大于0.005重量%，并且钛要满足1≤Ti^*/C≤20，其中，Ti^*(%)＝Ti(%)-48/14N(%)-48/32S(%)。冷轧后，经连续退火处理可得到冷轧薄钢板，条件是在超过再结晶温度的温度范围内的停留时间不超过300秒。

Description

本发明是关于提高了烘烤淬硬性的用于深冲成形的冷轧钢板及其制造方法。

近来，为了减少汽车本身的重量，以便减少燃料消耗，因而强烈要求增加汽车外壳钢板的强度。另一方面，从冲压成形性的观点来看，希望这种钢板具有低屈服强度，高延伸率，高γ-值等等。

因此，根据上述相互矛盾的需要，要求这种钢板软，在冲压成形时具有良好的可加工性，而在以后的涂漆烘烤中，呈现出增加屈服强度或所谓烘烤淬硬性的特性。

关于具有烘烤淬硬性的冷轧钢板及其制造方法，在日本公开专利53-114，717号含钛钢、日本公开专利57-70，258号含铌钢和日本公开专利59-31，827号含钛和铌钢中都有叙述。总之，在其他特性没有变坏的情况下，用控制添加钛，铌量或退火冷却速度（它决定钢本身的溶质碳量）的方法，赋予烘烤淬硬性。

然而，如果企图用控制钛，铌添加量的办法，脱溶质碳，那么，添加量细微的变化，都相当大地影响钢板的特性。它就是说，当钛，铌的添加量超出了予定的范围，影响可成形性的一些特性，如延伸率，γ-值等等被降低，或得不到令人满意的烘烤淬硬性。因此，在生产阶段，精确地控制添加量被认为是重要的。

本发明的目的是，限制形成碳氮化物的元素（如钛，铌等等）添加量，有利地解决前述问题;并且用限制与钛结合的硫和氮量的方法，提供具有稳定的烘烤淬硬性，适用于深冲成形的冷轧钢板。

至于硫和氮的各个数量，日本公开专利58-110，659号写到：硫被限制在0.001-0.020%（按重量）范围，氮被限制不大于0.0035%（按重量）;日本公开专利58-42，752号写到：氮被限制不大于0.0025%。然而，前者仅是防止由于减少钛量和硼量而出现的表面缺陷，而后者仅是改善二次加工性和γ-值。

本发明者们研究了硫，氮量和含碳量极低的钛钢特性两者之间的关系，并且发现限制硫量和氮量及硫和氮的总量在规定的范围内，并限制钛添加量在规定范围（考虑到硫，氮量），得到高烘烤淬硬性，结果，完成了本发明。

根据本发明的第一方面，是提供具有提高了烘烤淬硬性的适用于深冲成形的冷轧钢板，这种钢板包含0.0005至0.015%（按重量）的碳（C），不大于1.0%（按重量）的硅（Si），不大于1.0%（按重量）的锰（Mn），不大于0.15%（按重量）的磷（P），0.005至0.100%（按重量）的铝（Al），不大于0.003%（按重量）的硫（S）和不大于0.004%（按重量）的氮（N），规定硫加氮（S+N）的量不大于0.005%（按重量），当在等式（1）中用Ti＊表示的有效钛量满足下面不等式（2）时，那么钛量相应于下面等式（1）中的Ti（重量%），以及平衡铁（Fe）与不可避免的杂质

Ti＊（重量%）

＝Ti（重量%）-48/14N（重量%）-48/32 S（重量%）……（1）

1×C（重量%）≤Ti＊（重量%）≤20×C（重量%）……（2）

在本发明最佳实施例中，有效含钛量（Ti＊）是1到少于4倍碳含量（重量%）。而且，钢板还可以包含，至少一种不大于0.05%（按重量）的铌和不大于0.0050%（按重量）的硼。

根据本发明第二方面，是提供提高了烘烤淬硬性的适用深冲成形的冷轧钢板的制造方法，它包括的步骤是：

熔化钢材，这钢材包含0.0005至0.015%（按重量）的碳（C）不大于0.003%（按重量）的硫（S）和不大于0.004%（按重量）的氮（N），规定硫加氮量（S+N）不大于0.005%（按重量），当在等式（1）中用Ti＊表示的有效钛量满足下面不等式（2）时，钛量相应于下面等式（1）中的Ti（重量%）;

连续浇铸所得的钢水以生产扁钢锭;

热轧所得的扁钢锭

冷轧所得的已热轧过的钢板;使所得的冷轧钢板，进行包括加热和冷却的连续退火，规定在超过再结晶温度的一个温度范围内的停留时间在300秒以内。

Ti＊（重量%）

＝Ti（重量%）-48/14N（重量%）-48/32S（重量%）……（1）

1×C（重量%）≤Ti＊（重量%）≤20×C（重量%）……（2）

在本发明最佳实施例中，在热轧以前，加热扁钢锭，加热温度不低于1，150℃。

图1和图2是分别表示钢里硫加氮量（S+N）与钢板特性之间关系的曲线;

图3是说明烘烤淬硬性测量概况的曲线;

图4是表示在超出再结晶温度的一个温度范围内的停留时间对烘烤淬硬性影响的曲线;

图5是表示板坯再加热温度和γ-值之间关系的曲线。

以下详细叙述本发明。

首先，从作为完成本发明基础的实验结果来叙述本发明。

在实验室里，将一块真空熔炼钢的扁钢坯（它包含0.0015%的碳，0.1%的锰，0.04%的铝及可变量的氮，硫和钛）先热轧到3.5mm厚，再冷轧到0.8mm厚。然后，对冷轧钢板进行热处理，在这样的热周期下，使钢板在800℃均热40秒钟，再进行平整，大约压缩0.8%。用这种钢板，研究了硫加氮（S+N）的数量对烘烤淬硬性（在下面缩写为BH）， r-值和总延伸率（在下面缩写为E1）的影响，所得结果如图1和图2所示）。

此外，当应用2%的初始形变和经受相应于170℃20分钟的烘烤时效处理时，用测量屈服点增量的办法，求出BH值，如图3所示。E1值和 r-值中的每个值都是，在与轧制方向成0°，45°和90°三个角度采取的三个试件平均测量值，按下面等式计算：

E1= (E1_o+El₆₀+2E1₄₅)/4

r= (r_o ⁺r₉₀ ⁺2r₄₅)/4

在图1和图2中，符号○是S（硫）≤30ppm的情况;符号·是S（硫）＝40ppm，而N（氮）是可变量的情况，符号▲是N（氮）＝45ppm，而S（硫）是可变量的情况。

此外，图1示出4≤Ti＊/C＜20条件下的数据。而图2特别示出1≤Ti＊/C＜条件下的数据。

如图1所示，当S（硫）≤30ppm，S+N（硫加氮）≤50ppm，能得到至少为2Kgf/mm²的BH，而且当S+N（硫加氮）的总量更小时，BH值增大而不降低E1和 r-值;另一方面，当S（硫）＝40ppm或N（氮）＝45ppm，即使S+N（硫加氮）＝50ppm，BH至多也不过1.5Kgf/mm²从图2可见，特别是在S≤30ppm，并S+N≤50ppm条件下，当1≤Ti＊/C＜4时，得到的BH值是5.5Kgf/mm²或更大，而 E1和 r-值却不降低。

虽然，为什么得到的BH至少为2Kgf/mm²（如图1和图2所示）的原因还不清楚，但可以考虑，是由于下述事实。即，钢中的钛在形成碳化钛TiC）以前，由于与硫和氮反应成硫化钛（TiS）和氮化钛（TiN）沉淀物。因此，为了以碳化钛（TiC）固定碳，需要考虑从总钛量（Ti）中减去与硫（S）和氮（N）结合的钛量，所得的有效钛量（Ti＊＝Ti-48/32 S-48/14N）与碳量（C）的比率。在这一点，Ti＊/C＝4（按重量）的比率，意味着钛原子和碳原子之比率是1∶1，它是以碳化钛完全固定碳的度量标准。这样，通常是在平衡条件下，当Ti＊/C≥4，即使全部碳量以碳化钛形式沉淀，剩余的钛量一直保留，而不产生溶质碳。

本发明者们从多方面的研究和实验中发现：因为碳化钛沉淀作用是利用硫化钛和氮化钛作为沉淀点而发展的，所以用减少硫化钛和氮化钛或减少硫和氮的办法来沉淀碳化钛是困难的。因此，即使20≥Ti＊/C≥4，溶质碳也能存留在亚稳态下，这有助于BH的改善，如图1所示。另一方面，当1≤Ti＊/C＜4时，能够稳定地保持适当的溶质碳量，它有助于BH相当大的增长，如图2所示。

根据本发明，钢的成份为什么被限制在上述范围的原因如下所述：

碳（C）：

为了改善钢的特性，碳的含量尽可能低是有利的。当碳的含量超过0.015%，即使像以后所述那样增加钛的添加量，也不能够得到良好的压延性能。另一方面，如果碳含量低于0.0005%，不能得到本发明所期望的BH。因此，碳的含量被限制在0.0005至0.015%的范围。

硅（Si），锰（Mn）：

硅和锰各自有效地有助于增加钢板的强度而不降低深拉性。然而，当硅和锰分别大于1.0%时，钢板的延伸率和压延性都会相当大地降低。因此，硅和锰分别被限制不大于1.0%。

碳（P）：

如同硅和锰，磷对于增加钢板强度是有效的而不会降低深拉性。然而，如果磷大于0.15%，薄钢板的延伸率和压延性能都相当大地降低。因此，磷被限制不大于0.15%。

铝（Al）：

为了脱氧或诸如此类的目的，添加了不少于0.005%的铝。另一方面，大于0.100%的铝添加量不利于钢板的表面特性。因此，铝被限制在0.005-0.100%的范围。

硫（S），氮（N）：

按照本发明，钢里的硫和氮是最重要的成分。从前述的试验结果显而易见，为了有利地提高烘烤淬硬性，要求S≤0.003%，N≤0.004%并且S+N≤0.005%。

钛（Ti）：

为了固定硫（S），氮（N）和碳（C），添加了钛（Ti）。在这种情况下，当有效钛量〔Ti＊（%）＝Ti（%）-48/14N（%）-48/32S（%）〕是在碳含量的1至20倍范围内，本发明所期望的至少2Kgf/mm²的烘烤淬硬性与高γ-值能够同时得到。如果Ti＊少于1倍碳含量（或Ti＊/C的原子比率低于0.25），溶质碳过多地剩留在钢内，它们易于引起屈服伸长。另一方面，钛添加过多会导致钢板表面特性降低，而且从成本方面看，也是不利的，所以，钛的上限被限制为20倍碳含量。

在上述成分的钢板中，还可以添加至少一种铌（Nb）和硼（B）以便提高γ-值和E1而不损害本发明所期望的烘烤淬硬性。然而，当铌大于0.05%和硼大于0.0050%，添加效应饱和，并且成本也增加了，因此，铌和硼的上限分别被限制在不大于0.05%和不大于0.0050%。

此外，如果需要，可以添加不大于1.0%的铬（Cr），铜（Cu），钒（V）和锆（Zr）和不大于0.05%的锑（Sb）和钙（Ca），因为它们不降低BH和深拉性。

按照本发明，制造出具有上述成分的冷轧钢板，它的制造过程是：将转炉或电炉卸出的钢料用钢锭制造板坯工艺或连续浇铸工艺制成板坯，然后热轧和冷轧板坯，并连续退火冷轧钢板，同时在超过再结晶温度的一个温度范围内，保持时间在300秒内。

关于这一点，在实验室里，将真空熔炼的板坯热轧成3.5mm厚，然后冷轧成0.8mm厚，这种真空熔炼钢包含0.0020%的碳，0.1%的锰，0.04%的铝，0.026%的钛，0.0022%的硫和0.019%的氮（即Ti＊/C＝8.1）。此外，冷轧钢板的再结晶温度660℃。

将上述冷轧钢板，在加热和冷却速度各为10℃/秒，而均热时间是变化的条件下，进行连续退火处理，图4给出BH和在超过再结晶温度（T_R）的一个温度内停留时间t（秒）之间的关系。

从图4看出，当在超过再结晶温度的一个温度范围内的停留时间不到300秒时，能够稳定地得到高BH值。这是认为，由于长期退火，不利于获得溶质碳，因为在退火期间，碳化钛的沉淀作用在发展。因此，在包括加热和冷却的连续退火时，在超过再结晶温度的一个温度范围内的停留时间必须缩短在300秒内，最好在100秒内。

此外，研究了热轧前板坯的再加热温度和连续退火后钢板的 r-值之间的关系，所得的结果如图5所示。连续退火时，在超过再结晶温度的一个温度范围内的停留时间是140秒，均热温度是800℃。

从图5看出，当板坯再加热温度不低于1，150℃时，相当大地提高了 r-值。这被认为是，当板坯在较高温度再加热时，在热轧钢板内，硫化钛和碳化钛混合沉淀物的分布和组织发生变化，在冷轧和退火时有利于产生｛111｝再结晶结构。

由以后实验结果证实，当板坯再加热温度不低于1，150℃时，能够得到有相当大 r-值与高BH值的钢板，而与要加热板坯的加热过程，热轧条件和卷板温度无关。工性等方面都是极好的，并且，可以作为初始钢板用于诸如电镀锌等的表面处理。

为了具体说明本发明，给出下面一些例子，本发明并不局限于这些实施例。

实施例1：

具有表1所示化学成份的每种钢材，在转炉内熔化，并在真空中进行脱气处理，然后用连续浇铸设备浇铸形成板坯。用普通方法，热轧并冷轧板坯，成为0.8mm厚的冷轧钢板，再进行连续退火处理（均热条件：800℃，30秒）及平整（压缩：0.5～1%）。这样得到的产品机械特性在表2给出。所有机械特性是用JIS（日本工业标准）5号试件测量的。

YS， TS， H1和 r各值，是在轧制方向（X₀），与轧制方向成45°角（X₄₅）和与轧制方向成90°角（X₉₀）测试结果的平均值

（X= (X_o ⁺X₉₀ ⁺2X₄₅)/4 。YE1，BH和时效指数Al（在初始形变7.5%，100℃经过30分钟时效后，屈服点的增量）是在平行于轧制方向采取试件的测试结果。

在按照本发明制造的钢板中，得到的 r-值不少于1.9，BH不少于3.2Kgf/mm²。然而，就6号对比钢（其中，硫的含量超出了本发明规定的范围）和7号对比钢（其中，硫加氮的总量超出了本发明规定的范围）来说，BH分别低到1.2Kgf/mm²和0.8Kgf/mm²。而且，就8号对比钢（其中，碳含量过多）来说，E1和 r-值变坏。

实施例2

具有表3所示化学成份的每种钢材（14-27号），在转炉内熔化，在真空中进行脱气处理，并连续浇铸形成板坯。

按照普通方法，先热轧，然后冷轧所得到的板坯，形成厚0.8mm的冷轧薄钢板，再进行连续退火处理（均热条件：800℃，30秒）及平整（压缩：0.5-1%）。

按照例1中同样的方法，测试了所得产品的机械特性，所得结果如表4所示。

按照本发明制造的14-24号各种钢，得到的 r-值不少于1.8，BH不少于3.1Kgf/mm²，YE1不大于0.2%。

相反，25号和26号各个对比钢（其中，硫或氮的含量超出了本发明规定的范围）BH是非常低。在27号对比钢中（其中碳含量超过了上限）BH的特性是好的，但 E1和 r-值明显地变坏。

按照本发明制造的全部14-24号钢，都是2≤AI≤5Kgf/mm²。

实施例3

具有表5所示化学成份的每种钢材（28-30号），在转炉内熔化，在真空中进行脱气处理并连续浇铸形成板坯。

这样得到的板坯在1，100-1，220℃被加热，热轧，然后冷轧形成0.8mm厚的冷轧钢板，它们经连续退火处理。

连续退火处理是在这样一个周期下进行的：加热钢板到820℃，然后从这个温度开始冷却，在超过再结晶温度的一个温度范围内停留时间是变化的。测试了所得产品的机械特性和BH，得到的结果如表6所示。

正如表6所示，当超过再结晶温度的一个温度范围内的停留时间在300秒内，得到了高BH值，而机械特性方向没有什么问题。所有产品的AI值不低于2Kgf/mm²。还有，至于28号，29号和30号钢的再结晶温度，分别是650℃，720℃和760℃。

实施例4

具有表7所示化学成份的钢材A和B，在转炉内熔化，在真空下进行脱气处理，并用连续浇铸设备形成板坯。

这样得到的板坯在1，090-1，330℃加热和均热3-4小时，然后热轧。在这种情况下，热轧完成温度和卷板温度分别是910-880℃和510-600℃。

酸浸后，热轧钢板再冷轧，形成0.8mm厚的冷轧钢板，然后，它们接受连续退火处理。

连续退火处理时，在超过再结晶温度的一个温度范围内的停留时间规定75-92秒，达到的最高温度是790-820℃。

平整（压缩0.5～0.8%）后，这个钢板的特性表示在表8。

通过将板坯再加热温度调到1，210-1，330℃，确保了高BH值，并得到2.3-2.6的 r-值，AI不低于2Kgf/mm²。

如上所叙，按照本发明，用限制钢内硫，氮及硫加氮的数量在特定的范围的办法，并且用满足不等式1≤Ti＊/C≤20的钛作为钛量（Ti），制造的极低碳铝镇静钢的钢板，能够同时获得深拉性和适当的烘烤淬硬性。尤其是，在给定的再结晶退火条件下，连续退火有助于保证适当的烘烤淬硬性。

表1

表2

YS TSBH AI

钢号（Kgf/mm²）（Kgf/mm²） E1（%） rYEl（%）（Kgf/mm²）附注

1 13.2 30.2 52 2.2 0 3.5 2.5

2 14.2 30.5 51 2.1 0 4.2 3.0

3 17.2 32.2 50 2.0 0 5.2 3.4 本发明钢

4 15.1 32.1 52 2.2 0 3.2 3.2

5 12.8 30.8 54 2.2 0 4.0 2.9

6 15.2 30.5 50 2.2 0 1.2 0

7 15.5 31.3 51.2 2.1 0 0.8 0 对比钢

8 19.3 33.4 44.0 1.6 0 4.2 3.2

9 14.0 30.0 53 2.3 0 4.1 3.0

10 13.2 29.8 54 2.2 0 3.5 2.4

11 20.5 36.1 44 1.9 0 3.1 1.8 本发明钢

12 22.5 39.4 41 2.2 0 4.8 2.9

13 23.6 41.0 39 2.0 0 3.8 2.6

表4、

YS TSBH 在室温时效3个月后

钢号（Kgf/mm²）（Kgf/mm²） E1（%） r（Kgf/mm²）（%）附注

14 13.8 29.8 53 2.1 6.5 0

15 14.2 30.3 52 2.2 7.2 0

16 14.0 30.1 52 2.2 8.0 0

17 14.7 31.2 50 1.9 6.6 0

18 21.1 36.6 45 1.9 6.4 0.1

19 22.0 38.9 42 1.8 6.7 0 本发明钢

20 23.5 39.6 40 2.0 7.2 0.2

21 13.8 29.9 54 2.3 7.5 0

22 14.0 30.0 54 2.2 7.1 0

23 14.8 30.6 54 2.2 7.2 0

24 14.5 30.5 51 2.1 3.1 0

25 15.0 31.3 49 1.9 1.6 0

26 15.2 31.5 48 1.9 1.8 0 对比钢

27 19.3 33.5 44 1.6 6.0 2.3

表6

在再结晶温度 YS TS El BH

钢号以上停留时间（Kgf/mm²）（Kgf/mm²）（%） r （Kgf/mm²）

50 13.3 29.6 52 2.1 7.2

28 250 12.9 29.1 53 2.1 6.6

360 12.4 28.8 53 2.1 2.6

50 20.7 37.0 41 2.0 7.6

29 265 19.2 36.5 44 2.0 5.5

450 19.0 35.8 44 2.0 3.3

45 12.8 29.0 52 2.2 7.0

30 250 12.0 28.4 54 2.2 5.9

330 11.8 28.0 54 2.2 2.2

表7

钢号 C Si Mn P S Al N Ti Ti^＊/C Nb

A 0.0032 0.02 0.06 0.013 0.0017 0.032 0.0020 0.02 0.0254.9 -

B 0.0018 0.01 0.12 0.010 0.0024 0.018 0.0014 0.023 8.1 0.004

表8

加热板坯的 YS TS E1 rBH

钢号温度（℃）（Kgf/mm²）（Kgf/mm²）（%）（Kgf/mm²）

1，330 13.5 29.0 52 2.5 5.7

A 1，210 14.1 29.2 52 2.3 6.0

1，090 14.5 28.6 52 2.0 5.8

B 1，280 12.6 27.6 54 2.6 5.6

1，100 13.5 28.1 52 2.1 5.2

Claims

1、适用于深冲成形的提高了烘烤淬硬性的冷轧钢板制造方法，这个钢材包含0.0005至0.015%(按重量)的碳(C)，不大于0.003%(按重量)的硫(S)，和不大于0.004%(按重量)的氮(N)，规定硫加氮量(S+N)不大于0.005%(按重量)，当在等式(1)中用Ti＊表示的有效钛量满足下面不等式(2)时，钛量相当于下面等式(1)中的Ti(重量%)；Ti^＊(重量%)

=Ti(重量%)-48/14N(重量%)-48/32S(重量%)…(1)

1×C(重量%)≤Ti^＊(重量%)≤20×C(重量%)…(2)

其特征在于，它包括的步骤如下：

熔炼上述成分的钢水，

连续浇铸所得的钢水，生产扁钢锭；

热轧所得的扁钢锭；

冷轧所得的热轧钢板，将得到的冷轧钢板进行包括加热和冷却在内的连续退火处理，但需在温度超过再结晶温度但低于850℃的范围内的停留时间不到300秒。

2、按照权利要求1的方法，其特征在于，在所述的热轧步骤前，加热所说的扁钢锭，加热温度不低于1150℃。

3、按照权利要求1的方法，其中所述的钢材，还包含至少一种不大于0.05%（按重量）的铌和不大于0.0050%（按重量）的硼。