CN102119234B - 焊接性优良的高强度冷轧钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供即使高速进行等离子体焊接也不会发生焊道隆起,并且不会导致拼焊板材的加工性变差的、TS为440MPa以上的焊接性优良的高强度冷轧钢板及其制造方法。一种TS为440MPa以上的焊接性优良的高强度冷轧钢板,其特征在于,具有如下组成,以质量%计,含有C:0.0005~0.005%、Si:0.1~1.0%、Mn:1~2.5%、P:0.01~0.2%、S:0.015%以下、sol.Al:0.05%以下、N:0.007%以下、Ti:0.01~0.1%、B:0.0005~0.0020%、Cu:0.05~0.5%、Ni:0.03~0.5%,余量由Fe及不可避免的杂质构成,并且具有由铁素体单相构成的组织。
Description
技术领域
本发明涉及适合用于铁路车辆、汽车、船舶等构造物的兼具加工性和焊接性的高强度冷轧钢板,特别是涉及拉伸强度TS为440MPa以上的高强度冷轧钢板及其制造方法。
背景技术
随着炼钢工艺中的脱气技术的进步,逐步能够较廉价、大量地制造使钢中的C量降低至0.0030质量%以下的极低碳钢,而且,添加Ti、Nb等碳氮化物形成元素而赋予了优良的加工性的、所谓的IF(无缝,Interstitial Free)钢类型的冷轧钢板开始广泛用于汽车部件或电气设备部件。因此,正在开发各种IF钢类型的冷轧钢板,例如,专利文献1和专利文献2中提出了加工性极优良的冷轧钢板,通过在添加了Ti、Nb的IF钢中进一步添加B来实现耐二次加工脆性的提高。另外,专利文献3公开了深拉深加工用薄钢板,其在添加了Ti、Nb的IF钢中进一步添加Ni来赋予优良的钎焊焊接性。
另一方面,近年来,就汽车用钢板而言,从车身的轻量化和碰撞安全性的观点出发,要求高强度化,另外,为了缩减工序、削减模具数等,使用将板厚、特性不同的2张以上的钢板焊接而一体化的拼焊板(tailored blank)。因此,迫切需要兼具优良的加工性和焊接性的高强度钢板,特别是TS为440MPa以上的高强度冷轧钢板。
关于加工性,期望上述这种IF钢类型的冷轧钢板,但对于使用了IF钢类型的冷轧钢板的拼焊板材的焊接性则几乎没有进行研究。关于拼焊板材的焊接性,专利文献4提出了防止焊道隆起(humping bead)之类的焊接缺陷发生的方法,其通过在将板厚不同的钢板利用等离子体焊接制造拼焊板材的方法中,使板厚较厚一侧的钢板的C量为0.1质量%以上、或使Si量为0.8质量%以上来实现,其中,等离子体焊接的设备费低廉,可高速焊接,而且不使用焊接材料。
专利文献1:日本特开昭61-246344号公报
专利文献2:日本特开平1-149943号公报
专利文献3:日本特开平2-232342号公报
专利文献4:日本特开2003-94170号公报
发明内容
但是,在专利文献4所述的拼焊板材的制造方法中,需要使至少一个钢板的C量为0.1质量%以上或使Si量为0.8质量%以上,因而存在拼焊板材的加工性显著变差的问题。
而且,如果等离子体焊接的焊接速度变快则容易形成焊道隆起,因此存在难以进行焊接速度的高速化、即生产率的改善的问题。对于该问题,本发明中以通过改善钢板来实现焊接的高速化为课题。
即,本发明的目的在于,提供即使高速进行等离子体焊接也不会发生焊道隆起,并且不会导致拼焊板材的加工性变差的、TS为440MPa以上的焊接性优良的高强度冷轧钢板及其制造方法。
本发明人对即使进行等离子体焊接的高速化也不会发生焊道隆起,并且不会导致拼焊板材的加工性变差的、TS为440MPa以上的高强度冷轧钢板的加工性和焊接性进行了专心研究,结果发现以下见解。
i)通过在IF钢中添加Cu来抑制高速等离子体焊接时的焊道隆起的发生,而且通过将钢中O量规定在适当范围,能够更进一步地防止高速等离子体焊接时的焊道隆起的发生。
ii)使C量为0.005质量%以下,添加Ti而制成IF钢,并且形成铁素体单相组织,由此即使是拼焊板材也能获得优良的加工性。
本发明基于以上的见解而完成,提供一种TS为440MPa以上的焊接性优良的高强度冷轧钢板,其特征在于,
具有如下组成,以质量%计,含有C:0.0005~0.005%、Si:0.1~1.0%、Mn:1~2.5%、P:0.01~0.2%、S:0.015%以下、sol.Al:0.05%以下、N:0.007%以下、Ti:0.01~0.1%、B:0.0005~0.0020%、Cu:0.05~0.5%、Ni:0.03~0.5%,余量由Fe及不可避免的杂质构成,并且
具有由铁素体单相构成的组织。
本发明的高强度冷轧钢板,其以质量%计还含有O:0.0025~0.0080%、或者Se:0.0005~0.01%和Te:0.0005~0.01%中的至少1种。
本发明的高强度冷轧钢板能够通过如下方法制造:将具有上述组成的钢坯热轧后,在680℃以下的卷取温度下进行卷取,酸洗后,以40%以上的轧制率进行冷轧,然后,在700~850℃的温度范围内实施再结晶退火。
发明效果
根据本发明,能够制造即使高速进行等离子体焊接也不会发生焊道隆起,并且不会导致拼焊板材的加工性变差的、TS为440MPa以上的焊接性优良的高强度冷轧钢板。另外,由于本发明的高强度冷轧钢板具备优良的加工性,因此不仅适合汽车部件而且适合电气设备部件等。
具体实施方式
以下,对本发明进行详细说明。另外,只要没有特别说明,则表示成分元素的量的%表示质量%。
1)组成
C:0.0005~0.005%
如果C量小于0.0005%,则炼钢阶段的脱碳精炼的负荷增高,还导致真空脱气等成本增加。另外,如果C量超过0.005%,则导致加工性变差。因此,使C量为0.0005~0.005%。优选使C量为0.003%以下。
Si:0.1~1.0%
Si是在钢的高强度化方面有效的元素。为了得到这种效果,需要使Si量为0.1%以上。但是,如果Si量超过1.0%,则导致铁素体的脆化,损害强度-延展性的平衡。因此,使Si量为0.1~1.0%。优选使Si量为0.7%以下。
Mn:1~2.5%
Mn是在钢的高强度化方面有效的元素。为了得到这种效果,需要使Mn量为1%以上。但是,如果Mn量超过2.5%,则存在促进钢坯中的中心偏析,或使最终产品的加工性变差等问题。因此,使Mn量为1~2.5%。另外,从防止由FeS生成引起的热脆性的观点出发,为了使Mn与钢中的固溶S结合而形成MnS,优选在将Mn量设为[Mn]、将S量设为[S]时,满足([Mn]/55)/([S]/32)>100。
P:0.01~0.2%
P是在钢的高强度化方面有效的元素。为了得到该效果,需要使P量为0.01%以上。但是,如果P量超过0.2%,则不仅存在HAZ部的晶界破坏的可能或导致母材和焊接部的低温韧性的劣化,而且晶界偏析而导致耐冲击性的劣化。因此,使P量为0.01~0.2%。
S:0.015%以下
如果S量超过0.015%,则与P同样地导致母材和焊接部的低温韧性的劣化。因此,使S量为0.015%以下,优选越少越好。另外,如上所述,优选满足([Mn]/55)/([S]/32)>100。
sol.Al:0.05%以下
Al通常在炼钢阶段作为脱氧元素来进行利用,在本发明中,为了将氧控制在特定范围内,使sol.Al量为0.05%以下。如果sol.Al量超过0.05%则Al2O3增多,使加工性劣化,而且夹杂物可成为焊接裂纹的起点等,因而不优选。因此使sol.Al量为0.05%以下。
N:0.007%以下
如果N量超过0.007%则导致加工性和耐时效性的劣化。因此,使N量为0.007%以下,优选越少越好。
Ti:0.01~0.1%
Ti与C或N形成析出物而使加工性和耐时效性提高。为了得到这种效果,需要使Ti量为0.01%以上。但是,如果Ti量超过0.1%,则导致合金成本的增加。因此,使Ti量为0.01~0.1%。另外,为了有效地发挥如下所述的B的效果,优选在将Ti量设为[Ti]、将N量设为[N]时,满足[N]-(14/48)[Ti]≤0。
B:0.0005~0.0020%
B如果以固溶状态存在则使耐二次加工脆性提高。为了得到这种效果,需要使B量为0.0005%以上。但是,如果B量超过0.0020%则促进焊接裂纹。因此,使B量为0.0005~0.0020%。
Cu:0.05~0.5%
Cu是不使加工性变差而实现高强度化、并且有效地防止高速等离子体焊接时焊道隆起的发生的元素。特别是在与后述范围的钢中O共存时,效果增高。为了得到这种效果,需要使Cu量为0.05%以上。
但是,如果Cu量超过0.5%则其效果饱和,并且导致表面性状显著变差。因此,使Cu量为0.05~0.5%。另外,Cu与O共存时能够防止高速等离子体焊接时焊道隆起的发生的理由未必明确,但认为是由于焊接时熔融的钢的粘性被优化、钢水的流动性得到了改善的缘故。
Ni:0.03~0.5%
如果Cu的含量如上所述,则表面形状容易变差。为了防止这种情况,需要添加0.03%以上的Ni。但是,如果Ni量超过0.5%则其效果饱和。因此,使Ni量为0.03~0.5%。另外,优选在将Ni量设为[Ni]、将Cu量设为[Cu]时,满足0.25×[Cu]≤[Ni]≤0.75×[Cu]。
余量是Fe及不可避免的杂质,而且,由于以下的理由,优选含有O:0.0025~0.0080%、或者Se:0.0005~0.01%和Te:0.0005~0.01%中的至少1种。
O:0.0025~0.0080%
如上所述,与Cu共存时能够进一步抑制高速等离子体焊接时焊道隆起的发生。认为在与Cu共存时,可能使焊接时的钢水的粘性和表面张力进一步优化。为了得到该效果,钢中O量需要为0.0025%以上。更优选为0.0040%以上。但是,如果该量超过0.0080%,则其效果饱和,而且连铸钢坯的气孔增多、钢坯表面的修整成本增大,或者夹杂物增加,产生使钢板的加工性变差的不良影响。
Se:0.0005~0.01%、Te:0.0005~0.01%
Se、Te与O同样,在与Cu共存时使焊接时的钢水的粘性和表面张力优化,防止高速等离子体焊接时焊道隆起的发生。为了得到这种效果,需要使Se或Te量为0.0005%以上。但是,如果Se或Te量超过0.01%则其效果饱和。
2)组织
从加工性的观点出发,需要形成铁素体单相组织。在此,铁素体单相可以是多边形铁素体相、贝氏体铁素体相中的任意一种,或者也可以两者共存。另外,为了确保440MPa的TS并防止焊接部的极端软化,优选使铁素体相的平均粒径为50μm以下。
3)制造条件
本发明的高强度冷轧钢板能够通过如下方法制造:将具有上述组成的钢坯热轧后,在680℃以下的卷取温度下进行卷取,酸洗后,以40%以上的轧制率进行冷轧,然后,在700~850℃的温度范围内实施再结晶退火。
热轧后的卷取温度:680℃以下
如果卷取温度高于680℃,则容易生成Fe或Ti等与P的化合物,并在之后的冷轧-退火时,阻碍对于深拉深加工性而言优选的{111}集合组织的生成。因此,使卷取温度为680℃以下。更优选为650℃以下。
冷轧的轧制率:40%以上
从加工性的观点出发,使轧制率为40%以上。从提高成型性、特别是深拉深性的观点出发,优选使轧制率为50%以上。
再结晶退火温度:700~850℃
为了进行再结晶,需要使退火温度为700℃以上,如果超过850℃则铁素体晶粒粗大化,导致强度降低或表面性状的变差。因此,使再结晶退火温度为700~850℃。从充分进行再结晶的观点出发,优选在750℃以上的温度范围内保持30秒以上。
其它的制造条件可以使用通常的方法。即,通过转炉或电炉将钢熔炼并进行连铸,从而制成钢坯。另外,热轧钢坯可以通过加热后进行轧制的方法、不加热直接进行轧制的方法、实施短时间加热处理后再进行轧制的方法等进行。热轧根据通常方法在Ar3相变点以上的终轧温度下进行轧制即可。再结晶退火可以通过箱式退火法、连续退火法中的任意一种进行。退火后,进行以表面粗糙度的调节、板形状的平坦化等为目的的表面光轧。另外,之后可以实施化学转化处理、镀敷处理等表面处理。
实施例1
通过真空熔解法将表1所示的含有Cu、O、Se的基本组成为0.002%C-0.2%Si-1.8%Mn-0.05%P-0.005%S-0.02%sol.Al-0.003%N-0.04%Ti-0.0010%B的钢No.1~7熔炼,在1200℃下加热1小时后,进行粗轧,制造板厚35mm的薄板坯。在1250℃下将该薄板坯加热1小时后,通过7道次进行终轧,使轧制输入侧温度达到900℃,在580℃下进行1小时的卷取等效热处理,制成板厚4mm的热轧板。通过酸洗对该热轧板进行氧化皮除去,以60%的轧制率进行冷轧,制成板厚1.6mm的冷轧板,使用盐浴在830℃下加热180秒后,以10℃/秒的冷却速度进行冷却来进行再结晶退火,然后为除去附着在钢板表面的盐而进行酸洗,之后,实施延伸率为0.5%的表面光轧。
然后,使焊接电流:60A、等离子体用Ar气流量:0.6L/分钟、保护用Ar气流量:10L/分钟、喷嘴直径:2mmΦ、喷嘴-试样间距离:3mm的条件恒定,并使焊接速度在0.2~1.4m/分钟间变化,对相同组成的钢板进行等离子体焊接,调查焊道隆起的发生的有(×)无(○)。
将结果示于表1。
在现有的等离子体焊接中,能够不发生焊道隆起地进行焊接的极限速度为约0.2m/分钟~约0.4m/分钟,与此相对,本发明的含有Cu的试样(钢No.3),即使达到1m/分钟的高速的焊接速度,而且含有O或Se的试样(钢No.4~7),即使达到1m/分钟以上的高速的焊接速度,也不会发生焊道隆起,因而高速等离子体焊接性优良。
表1
实施例2
将表2所示成分组成的钢No.A~F熔炼,通过连铸制成钢坯后,在1200℃下加热,然后在900℃的终轧温度下进行终轧,在580℃的卷取温度下卷取,制成板厚6mm和4mm的热轧板。将该热轧板酸洗后,以60%的轧制率进行冷轧,制成板厚2.4mm和1.6mm的冷轧板,在830℃的退火温度下进行连续退火,实施延伸率为0.5%的表面光轧。
然后,按照表3所示板厚的组合,在焊接电流:60A、等离子体用Ar气流量:0.6L/分钟、保护用Ar气流量:10L/分钟、喷嘴直径:2.0mmΦ、喷嘴-试样间距离:3mm、焊接速度:1m/分钟的条件下,对相同组成的钢板进行等离子体焊接,调查焊道隆起的发生的有(×)无(○)。另外,使用JIS 5号试验片,调查与所得钢板的轧制方向成直角方向的TS、总延伸率El、以及平均r值。
将所得结果示于表3。可知具有本发明例的成分组成的钢板得到了440MPa以上的TS,加工性也优良,高速等离子体焊接时没有发生焊道隆起。
Claims (4)
1.一种拉伸强度为440MPa以上的焊接性优良的高强度冷轧钢板,其特征在于,
具有如下组成,以质量%计,含有C:0.0005~0.005%、Si:0.1~1.0%、Mn:1~2.5%、P:0.01~0.2%、S:0.015%以下、sol.Al:0.05%以下、N:0.007%以下、Ti:0.01~0.1%、B:0.0005~0.0020%、Cu:0.05~0.12%、Ni:0.03~0.5%,余量由Fe及不可避免的杂质构成,且在将Ni量设为[Ni]、将Cu量设为[Cu]时,满足0.25×[Cu]≤[Ni]≤0.75×[Cu],并且
具有由铁素体单相构成的组织。
2.如权利要求1所述的拉伸强度为440MPa以上的焊接性优良的高强度冷轧钢板,其具有以质量%计还含有O:0.0025~0.0080%的组成。
3.如权利要求1或2所述的拉伸强度为440MPa以上的焊接性优良的高强度冷轧钢板,其具有以质量%计还含有Se:0.0005~0.01%和Te:0.0005~0.01%中的至少1种的组成。
4.一种拉伸强度为440MPa以上的焊接性优良的高强度冷轧钢板的制造方法,其特征在于,将具有权利要求1~3中任一项所述的组成的钢坯热轧后,在680℃以下的卷取温度下进行卷取,酸洗后,以40%以上的轧制率进行冷轧,然后,在700~850℃的温度范围内实施再结晶退火。
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