CN101374968B - 加工性优良的高强度钢板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有590～980MPa级以上的拉伸强度，且加工性优良，能够用于汽车等的高强度钢板。本发明的高强度钢板含有C：0.03～0.20％(化学成分的情况下用“质量％”表示，下同)；Si：0.50～2.5％；Mn：0.50～2.5％，优选还满足Mo：0.02～0.2％，金属组织由铁素体和低温相变生成相构成，该低温相变生成相的平均粒径为3.0μm以下，且粒径3.0μm以下的占到该低温相变生成相的面积的50％以上，该低温相变生成相的平均长宽比为0.35以上。

Description

加工性优良的高强度钢板 

技术领域

本发明涉及具有优良加工性，并且，例如具有590～980MPa级以上的拉伸强度，用于汽车等的高强度钢板。 

背景技术

近年来，随着汽车等的车体重量的轻量化，以降低油耗、确保碰撞时的安全性为目的，对高强度钢板的需求日益增大。随之，尤其对于以碰撞时起到吸收能量的作用的构件和支柱等的构造材为首的汽车框架构件，要求采用从以往的590MPa级到980MPa级以上的高强度钢板。另外，也要求提高钢板的防锈性，为了兼具高强度和防锈性，对镀锌高强度钢板的需求也日益增大。 

再者，在适用于汽车时，不仅要求钢板具有强度和防锈性，对于其应用到汽车构造部件时的成形加工性，也成为重要的要求特性。但，强度和成形加工性之间存在折衷(Trade-off)的关系，高强度化的同时伴随加工性的劣化。 

这种情况下，为了使钢材实现高强度化，同时改善其加工性，通过在铁素体-奥氏体两相域中，对加热后的冷却方式进行控制，开发出使奥氏体产生马氏体相变而获得复合组织的方法。即使在连续退火生产线也可以制造这样的复合组织钢板。 

例如在特许文献1中，公开有制备铁素体+马氏体复合组织钢板的方法，根据该方法，可以制成高加工性和超高强度的钢板。另外在特许文献2中，通过对铁素体+马氏体复合组织中的马氏体的体积率和粒径，以及马氏体的生成点和分布状态、分布间隔进行规定，可以制成高强度且具有优良的耐时效性的高延展性镀锌钢板。 

但是，在上述特许文献1中，在对经热轧后的钢板进行再结晶退火、回火处理之前，在600℃以上，Ac₁点以下的温度下热处理后进行酸洗，存在因附加热处理工序，导致生产性下降和成本升高等现实性问题。

另外，在特许文献2中，将采用的钢材的C含量定为0.005～0.04％，但C含量变少时，用于使钢材高强度化的马氏体减少，因此难以获得590MPa级以上的强度。根据该文献2，添加多量的Mo作为强化元素时，虽然可以获得相应的高强度，但不可避免地导致材料成本的升高。 

特许文献1：特开2005-213603号公报 

特许文献2：特开2005-29867号公报 

发明内容

本发明正是鉴于上述现有技术而设计的，其目的在于，提供一种不用添加大量的如Mo这样的高价合金元素，就具有能够用于汽车用构造零件等的590MPa级以上的、甚至980MPa级以上的拉伸强度，且加工性优良的高强度钢板。 

为了解决上述课题，本发明的高强度钢板其特征在于，含有： 

C：0.03～0.20％(化学成分的情况用“质量％”表示，下同)； 

Si：0.50～2.5％； 

Mn：0.50～2.5％， 

Mo：0.02％～0.2％， 

金属组织由铁素体和低温相变生成相构成，该低温相变生成相的平均粒径为3.0μm以下，且粒径3.0μm以下的占到该低温相变生成相的50面积％以上，该低温相变生成相的平均长宽比为0.35以上，所述低温相变生成相是指马氏体、贝氏体和准珠光体。 

本发明的上述钢材，根据要求特性，还可以含有： 

从Ti：0.01％～0.15％、Nb：0.01％～0.15％、Cr：0.01％～0.5％、V：0.001％～0.15％中选出的至少一种也是有效的。 

根据本发明，如上所述对钢材的化学成分进行特定，并且，使金属组织形成由铁素体和低温相变生成相构成的复合组织，特别是通过使该低温相变生成相的尺寸极小，且将由短径/长径比规定的长宽比的平均值设为0.35以上，可以比较廉价地提供一种满足高强度化的要求的同时，还具有优良加工性的钢板。 

附图说明

图1是表示Mo添加量对供试钢材的强度×延展性(TS×EI)平衡和低温相变生成相的长宽比产生的影响的曲线图。 

图2是表示在实验例中制成的钢板的截面组织照片(倍率2000倍)。 

具体实施方式

本发明的发明人员为了解决如前所述的课题，着眼于复合组织钢板，为了同时改善强度和加工性，将重点放在钢材的化学成分和金属组织，尤其是其中的低温相变生成相的形态上，进行了反复的改质研究，结果完成了上述本发明。 

以下，在弄清本发明中规定的钢材的化学成分和金属组织的设定理由的同时，对用于获得该金属组织的有效方法进行说明。 

首先，对规定钢材的化学成分的理由进行说明。 

C：0.03％以上、0.20％以下 

C是确保高强度的重要元素，且可以使低温相变生成相的量和形态发生变化，对成为加工性的要因的延展性和扩孔性造成影响。C含量低于0.03％时，难以确保590MPa以上的强度，另外C含量过多时，不但加工性下降，而且点焊性也变差，因此最多也应将C含量控制在0.20％以下。C的更优含量为0.05％以上，0.17％以下。 

Si：0.50～2.5％ 

Si除了有效发挥固溶强化元素的作用之外，随着含量的增加可以提高铁素体分率，在由铁素体和马氏体构成的复合组织钢板中，还可以发挥使钢板高强度化，并且，提高其延展性的作用。当Si含量达到0.50％以上时，可以有效地发挥这些效果，但Si含量过多时，热轧时Si氧化皮量增加，使钢板的表面性状劣化，另外对化成处理性也造成不良影响，因此必须将其含量控制在2.5％以下。Si的更优含量为0.7％以上、1.8％以下。 

Mn：0.50～2.5％ 

Mn在连续退火生产线上，在均热处理时使奥氏体稳定化，对冷却过程中生成的低温相变生成相的特性产生显著的影响，除此之外，作为固溶强化元素是强化铁素体不可缺少的元素，优选其含量至少在0.50％以上， 更优选为0.60％以上。但含量过多时，不仅钢的熔炼变得困难，还会对加工性和点焊性产生显著的不良影响，因此优选将其含量至多控制在2.5％以下，更优选为2.3％以下。 

本发明的钢材的基本成分为上述的C、Si、Mn，余量实质上为铁和铁源(铁矿石等)以及熔炼时的副原料(脱氧材料等)，还有来自钢渣等混入的不可避免的杂质，具体可以举出P、S、Al、N等。它们均形成非金属类夹杂物源，对强度和加工性产生不良影响，因此，一般情况下应该将不可避免的杂质量控制为：P：0.02％左右以下；S：0.005％左右以下；Al：0.1％左右以下；N：0.01％左右以下。 

在本发明中，在上述成分类的钢中，其特征在于，基本上通过对后述的金属组织进行控制，可以使其强度和加工性并存，更优选的是为了提高强度，使钢中含有适量的下述强化元素。 

Mo：0.02～0.20％ 

Mo是提高淬火性，促进生成有助于高强度化的低温相变生成相的元素，添加0.02％以上可以有效发挥该效果。但在本发明中，可以有效发挥其效果的添加量到0.20％为止，即使添加量超过该值，效果会产生饱和，不仅会导致成本升高，还会对加工性造成不良影响，因此，优选将其添加量控制在0.20％以下，更优选为控制在0.18％以下。 

从Ti：0.01％～0.15％、Nb：0.01％～0.15％、Cr：0.01％～0.5％、V：0.001％～0.15％中选出的至少一种 

从有助于钢的高强度化这一点来看，这些元素均是同效元素。其中特别是Ti在形成碳化物和氮化物等的析出物，对钢进行强化，并且，还具有使晶粒微细化，提高屈服强度的作用。再者，少量固溶于铁素体中，还可以发挥在冷却过程中抑制贝氏体相变的作用。通过添加0.01％以上(优选同时满足以原子比计(Ti＞4N)的条件)的Ti，可以有效地发挥这些作用，但其效果在添加量为0.15％左右时达到饱和，因此添加该值以上的Ti是不经济的。 

Cr也具有提高淬火性，促进生成有助于高强度化的低温相变生成相的作用，添加0.01％以上，更优选为添加0.03％以上时，可以有效发挥其效果。但其效果在添加量为0.5％时出现饱和，因此该值以上的添加量是不经济的。

Nb、V的任何一种通过微量添加均使金属组织微细化，不损害韧性而增进高强度化的作用，再者，与上述Ti同样，少量固溶于铁素体中，还可以发挥在急冷过程中抑制贝氏体相变的作用。分别添加0.01％以上的Nb、V可以有效发挥这些作用，但该效果在添加量为0.15％时出现饱和，因此该值以上的添加量是不经济的。 

其次，对钢材的金属组织进行说明。本发明的钢材，具有由铁素体和低温相变生成相构成的复合组织，低温相变生成相的平均粒径为3.0μm以下，且粒径为3.0μm以下的占到面积的50％以上，平均长宽比为0.35以上。 

本发明中的“低温相变生成相”是指荒木等(《钢的贝氏体照片集-1》，日本钢铁协会1992年6月29日发行，第1～2页)定义的低温相变组织，即，马氏体、贝氏体、准珠光体。这些低温相变生成相中，主要由马氏体构成的第2相的比率以面积率计优选为10％以上80％以下；更优选为20％以上70％以下。另外，为了获得高延展性且具有优良加工性的复合组织钢板，优选将第2相中的马氏体组织设为90面积％以上。 

上述低温相变生成相必须满足平均粒径为3.0μm以下，且粒径为3.0μm以下的占到面积的50％以上，当3.0μm以上的粗粒物超过50面积％时，延展性下降，难以获得满意的加工性。为了同时获得强度和加工性，更优选为平均粒径在2.5μm以下且粒径在3.0μm以下的低温相变生成相占到65面积％以上。 

再者，上述低温相变生成相的平均长宽比必须在0.35以上，低于0.35时，变得延展性不足，难以获得满意的加工性。较优的平均长宽比为0.45以上，更优选为0.55以上。 

上述低温相变生成相的粒径和长宽比，例如图2(a)、(b)、(c)所示，通过树脂埋入法在供试钢板的L方向截面上采样，用扫描电子显微镜(日本电子公司制，商品名“JSM-6100”)，对该截面的t/4位置(t为板厚)进行拍照，以2000倍的倍率对每个样品的5个视野进行照相摄影，通过图像解析装置(NIRECO公司制，商品名“LUZEX-F”)对各照片进行分析，求出第2相(低温相变生成相)的粒径和长宽比(短径/长径之比)。 

这里所谓的“粒径”(计算长宽比时定为长径)，是指各图像中出现的、连接各个第2相的外周的任意两点的最大长度。另外“短径”是指用与上述最大长度平行的两根直线夹住该相变生成相的图像时的两点间的最短距离。此外，两个或三个以上的第2相连接时，在连接部的中间位置分断，求出短径、长径。而且，关于长宽比，在各个照片图像的每个视野中采集80个以上(照片图像的70％以上)的数据，求出其平均值。 

本发明中所谓的低温相变生成相的粒径和分布状态，与一般的高碳钢中常见的球化退火中的碳化物的粒径和分布状况不同。例如在特开2003-147485号公报和特开平2-259013号公报中，论及碳化物的球状化和加工性，但这些是以高碳钢为对象，试图改善冲孔加工性的技术，与本发明意图的以低碳钢为对象，适用于汽车框架构件等时的冲压成形性的改良技术有本质上的不同。 

其次，对为了获得本发明规定的上述低温相变生成相的粒径和长宽比的制造条件并不作特殊的限制，只要按照一般钢板的制造顺序，例如：在连续铸造→热轧→酸洗→冷轧→连续退火中，对加热温度和升温速度、保持温度、冷却开始温度和冷却速度等进行适当的控制即可，另外，在熔融镀锌钢板和合金化镀锌钢板的情况下，只要在包括连续熔融镀锌生产线在内，进行适当的温度控制即可，但对于确保上述低温相变生成相的良好性状，最重要的是热轧、冷轧后的连续退火中的加热条件和均热条件、之后的冷却条件、回火条件，以下以这些热处理条件为中心加以说明。 

热轧后的两段加热： 

在本发明中，为了在不损害生产性的条件下，使奥氏体的稳定化所需的C和N充分浓化到奥氏体相中，促进低温相变生成相的微细析出，优选首先以2～5℃/s的速度，加热到200～700℃为止(第一段加热)后，以1～2℃/s的速度加热到780℃以上(第二段加热)。也可以采用以一定的速度进行加热的一段加热法，但优选采用这样的两段加热法，如此可以在更短的时间内高效地进行C和N的浓化。 

在Ac₁点以上的铁素体+奥氏体两相域的均热： 

为了确实获得由铁素体和主要为低温相变生成相的马氏体构成的复合组织，优选加热到780℃以上，加热温度的上限并不存在，但为了抑制 奥氏体晶粒的粗大化，缩小低温相变生成相的粒径，优选将加热温度控制到900℃以下。即，优选在Ac₁点以上的铁素体+奥氏体两相域的780～900℃进行均热。对保持时间并不作特殊限制，但1分钟以上的保持可以进行充分的均热，能够获得铁素体+奥氏体两相组织的优选保持时间为3～5分钟左右，10分钟以上造成浪费。 

均热后的冷却： 

为了以上述均热后的冷却高效地生成指定的低温相变生成相，在从上述均热温度起，到500～700℃之间，以2℃/s以上的平均冷却速度进行冷却(第一段冷却)，接着优选到指定的冷却停止温度(Ts：60℃左右以下)为止，以50～2000℃/s的速度进行冷却(第二段冷却)。第一段冷却的速度低于2℃/s时，冷却花费时间，对设备和生产性不利，优选以5℃/s以上的速度进行冷却。另外，第一段冷却时的温度超过700℃时，组织整体变为马氏体，有可能导致延展性极端劣化，另外，低于500℃时，马氏体的面积率低于10％，不能达到高强度化的目的。 

另外，当第二段冷却的速度低于50℃/s时，不仅难以获得优良品质的铁素体+低温相变生成相的复合组织，而且还会产生钢板温度控制和设备成本的问题。对第二段冷却温度的上限并不作特殊限制，考虑到实际操作性，可以认为2000℃/s左右为其上限。 

回火： 

优选均热后在上述的条件下进行冷却，然后以0.5～4℃/s的速度升温到100℃以上550℃以下的温度进行回火。此时将升温速度控制为低于0.5℃/s，从生产性来看并非上策，另外，温度低于100℃时，不能达到回火的目的，超过550℃时，强度×延展性平衡显著下降。回火的保持时间为1分钟以上就足够，但更确实的保持时间应设为5分钟以上。10分钟以上完全是浪费。回火后考虑到生产性，优选以1℃/s左右以上的速度进行冷却，对其上限并不作特殊限制，适当的冷却速度应到250℃/s左右为止。 

本发明的高强度钢板，使用上述的化学成分特定的钢材，且通过采用包括冷却条件和保持条件等在内的适当的热处理条件，对低温相变生成相的形态进行适当的控制，可以提供在确保优良加工性的同时，满足590MPa级以上、更优选为980MPa级以上的高强度的适用于汽车等的高强度钢板。 

实施例 

以下，举出实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明原本并不受下述实施例的限制，在符合前、后述的宗旨的范围内，可以对其进行适当的变更，这些变更均包含在本发明的技术领域内。 

实验例 

熔炼表1所示成分组成的钢材，通过连续铸造制成板材后，在1150℃或1250℃进行保持，在终轧温度800～950℃中热轧到2.6mm厚度为止，然后在480℃卷曲成热轧钢板。对该热轧钢板进行酸洗后，以56％的冷轧率冷轧到1.2mm厚度为止，然后在表2所示的条件下通过连续退火线，或者通过连续式熔融镀锌生产线制成钢板。表2中，钢种1～11为冷延钢板；钢种12～17为熔融镀锌钢板。钢种18～26的钢材成分不合理，或者制造条件不适当，是金属组织缺少规定要件的比较例。 

对于制成的各个钢板，采用JIS 5号试验片，通过拉伸试验对拉伸强度(TS)和延展性(EI)进行了测量，求出强度-延展性平衡(TS×EI)。 

通过树脂埋入法从金属组织的L方向截面制成样品，通过扫描电子显微镜(日本电子公司制，商品名“JSM-6100”)，对每个样品的L截面的t/4位置，以2000倍的倍率对5个视野进行照相摄影，通过图像解析装置(NIRECO公司制，商品名“LUZEX-F”)对各照片进行分析，求出第2相(低温相变生成相)的粒径和长宽比(短径/长径之比)。这里所谓的“粒径”(计算长宽比时定为长径)，是指各图像中出现的连接各个第2相的外周的任意两点的最大长度。另外“短径”是指用与上述最大长度平行的两根直线夹住该相变生成相的图像时的两点间的最短距离。此外，关于长宽比，在各个照片图像的每个视野中采集80个以上(照片图像的70％以上)的数据，求出其平均值。 

表2中一并表示制造条件和制备的钢板的拉伸特性、低温相变生成相的平均粒径、长宽比(短径/长径之比)。 

[表1] 

[表2] 

*1)低温相变生成相的图像的外周上的任意两点间的距离中，最大长度的平均值。 

*2)3.0μm以下的粒径的低温相变生成相占低温相变生成相整体的比例。 

从表1、2可得到如下的见解。 

钢种1～17是完全满足本发明的规定要件的实施例，在拉伸强度590MPa级、780MPa级、980MPa级、1180MPa级下分别显示出27.5％以上、20.8％以上、16％以上、9％以上的拉伸率，具有优良的强度-拉伸平衡。 

与此相对，钢种18～26是缺少本发明的规定要件的任何一项的比较例，如下所述，其目标性能的任何一项不充分。 

钢种19的Mn含量超过规定范围，因此虽然可以获得高强度，但低温相变生成相的粒径的偏差大，导致平均粒径超过规定值，不能获得足够的延展性。钢种20的C含量不足，导致低温相变生成相的强度不足，相对于强度也缺乏延展性，缺少强度×延展性平衡。钢种21的Mn含量不足，导致固熔强化不足，不能获得足够的强度，且低温相变生成相的平均粒径大，也缺乏延展性。虽然钢种22的化学成分满足规定要件，但制造条件中的第二段加热温度不合适，因此低温相变生成相的粒径粗大，且长宽比也没有达到规定值，导致延展性低下且强度×延展性平衡差。 

钢种23的Ti等的微合金元素量过多，虽然强度高，但多量的碳化物析出到晶界，导致拉伸率大幅下降。钢种24的Si含量超过规定范围，铁素体分率变得过高，不能获得足够的强度。钢种25的Si含量不足，导致低温相变生成相的长宽比达不到规定值，延展性劣化，强度×延展性平衡变差。钢种26的C含量过多，因此低温相变生成相的分率变得过高，使钢材硬化过度，延展性显著下降的同时，点焊性也劣化。 

钢种18的钢组成与钢种4大致相同，但由于制造时的第一段加热条件不合理，因此低温相变生成相的平均粒径超过规定值的同时，长宽比也低，与钢种4相比，强度×延展性平衡差。 

图1所示为以上述表1、2所示的实验数据为基础，供试钢材的Mo添加量对强度×延展性(TS×EI)平衡以及低温相变生成相的长宽比造成的影响的曲线图。从该曲线图可知，根据目标强度水平，可以看到相当的偏差，但在0.02～0.2％的范围内微量添加Mo时，低温相变生成相的长宽比显示出相对较高的值，可能受此影响，或者在该Mo添加领域，TS×EI也显示出高值。但，Mo添加量超过0.20％时，可以确认到该效果大幅减退。 

另外，图2是上述实施例中获得的钢种的截面组织照片(倍率：2000倍)，图2(A)为钢种8(本发明材)；图2(B)为钢种9(本发明材)；图2(C)为钢种18(比较材)。在这些图中，显示为白色岛状的为低温相变生成相，显示为细绳状的为铁素体晶界。 

比较这些图可知，图2(A)、(B)的本发明材，与图2(C)的比较材相比，低温相变生成相的尺寸整体上呈短尺状且大致均匀，遍布在全体上。此外， 在图2(A)和(B)中，低温相变生成相的面积分率差异很大。尤其可以通过对加热后的冷却条件，对该面积分率进行调整，要求高强度的情况下，优选通过相对采用急冷条件，提高低温相变生成相的分率，重视加工性的情况下，优选缓和急冷条件，相对地将低温相变生成相的分率控制为低。 

Claims (2)

1.一种高强度钢板，其特征在于，以质量％计含有C：0.03～0.20％、Si：0.50～2.5％、Mn：0.50～2.5％，还含有0.02％～0.2％的Mo，

并且，金属组织由铁素体和低温相变生成相构成，该低温相变生成相的平均粒径为3.0μm以下，并且粒径为3.0μm以下的占该低温相变生成相的50面积％以上，该低温相变生成相的平均长宽比为0.35以上，所述低温相变生成相是指马氏体、贝氏体和准珠光体。

2.根据权利要求1所述的高强度钢板，其特征在于，以质量％计还含有从Ti：0.01％～0.15％、Nb：0.01％～0.15％、Cr：0.01％～0.5％、V：0.001％～0.15％中选出的至少一种。

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