CN103108972B - 弯曲加工性优良的高强度热轧钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种拉伸强度为780MPa以上并且具有优良的弯曲加工性的高强度热轧钢板。所述热轧钢板的组成以质量%计,含有C:0.05~0.15%、Si:0.2~1.2%、Mn:1.0~2.0%、P:0.04%以下、S:0.0030%以下、Al:0.005~0.10%、N:0.005%以下和Ti:0.03~0.13%,且余量为Fe和不可避免的杂质,此外,在从钢板的两表面分别至整个板厚的1.5~3.0%深度的表层区域,贝氏体面积率:不到80%,粒径为2~15μm的铁素体相的面积率:10%以上,在该表层区域以外的内部区域,贝氏体相面积率:超过95%,并且,其拉伸强度为780MPa以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合用于汽车结构部件或卡车框架等的拉伸强度为780MPa以上并且弯曲加工性优良的高强度热轧钢板及其制造方法。
背景技术
近年来,从保护地球环境的观点出发,提高汽车的燃料效率成为重要的课题,此外,为了兼具有碰撞安全性,对于通过使用材料的高强度化以及部件的薄壁化,从而使车身本身轻量化的研究一直较为活跃。迄今为止,作为汽车部件,一直使用拉伸强度为440MPa级或590MPa级的热轧钢板,而最近对于780MPa级以上的高强度热轧钢板的期望不断提高。
但是,一般而言,随着钢板的高强度化,其成型性下降。因此,为了实现汽车部件等所要求的弯曲加工性等成型性的提高,正在进行各种尝试。
例如,专利文献1中记载了一种热轧钢板,其钢组成以质量%计,含有C:超过0.055%且不到0.15%、Si:不到1.2%、Mn:超过0.5%且不到2.5%、Al:不到0.5%、P:不到0.1%、S:不到0.01%、N:不到0.008%、以及在以下(1)式范围内的选自V:超过0.03%且不到0.5%、Ti:超过0.003%且不到0.2%、Nb:超过0.003%且不到0.1%和Mo:超过0.03%且不到0.2%中的1种或2种以上,余量由Fe和不可避免的杂质构成,并且其钢组织为,含有70体积%以上具备以下(2)式所规定的维氏硬度Hvα的等轴铁素体,马氏体的含量为0~5体积%,余量由除了前述等轴铁素体以外的铁素体、贝氏体、渗碳体和珠光体中的1种或2种以上形成。
-0.04<C-(Ti-3.43N)×0.25-Nb×0.129-V×0.235-Mo×0.125<0.05……(1)
Hvα≥0.3×TS+10……(2)
根据专利文献1所述的技术,通过含有70%以上的硬质的等轴铁素体,可以得到拉伸强度为850MPa以上,并且在板厚为1mm时的极限弯曲半径为0.5mm以下的弯曲性优良的热轧钢板。
专利文献2中记载了一种具有780MPa以上的拉伸强度的高强度热轧钢板的制造方法,该方法是在800~1000℃的精轧温度下对钢组成以质量%计含有C:0.04~0.15%、Si:0.05~1.5%、Mn:0.5~2.0%、P:0.06%以下、S:0.005%以下、Al:0.10%以下、Ti:0.05~0.20%的钢片进行热轧,然后以55℃/秒以上的冷却速度冷却,接着在以120℃/秒以上的冷却速度、成为核沸腾冷却的条件下在500℃以下的温度范围进行冷却,并且在350~500℃下进行卷取。
根据专利文献2所述的技术,可以得到如下高强度热轧钢板,其具有由超过95%的贝氏体和不可逆生成的不到5%的其它相所形成的组织,并且加工后的延伸凸缘性优良,钢板内材质的变化小,并且具有稳定的780MPa以上的拉伸强度的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-161111号公报
专利文献2:日本特开2009-280900号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而,对于专利文献1所述的技术,为了使硬质的等轴铁素体的比率为70%以上,在热轧后的冷却过程中,必须同时控制铁素体相变温度和7秒以上的空气冷却,因此难以稳定地进行制造。
另外,对于专利文献2所述的技术,虽然可以确保780MPa以上的高强度,但是贝氏体的组织控制不足,尚不具备足以用作汽车部件的弯曲加工性。
如上所述,拉伸强度为780MPa以上的高强度热轧钢板,难以获得足够的弯曲加工性。特别是在通过剪切将其冲裁加工为预定形状后再进行弯曲加工等成形时,存在有从剪切端面产生裂纹而无法获得预定形状的问题。
本发明的目的在于有利地解决上述问题,提供一种即使在将拉伸强度高强度化至780MPa以上时,也具有优良的弯曲加工性的高强度热轧钢板及其有利的制造方法。
用于解决问题的方法
于是,本发明人对于改善拉伸强度(TS)为780MPa以上的钢板的弯曲加工性进行了深入研究,并得到以下见解。
本发明人发现,在钢板内部,以贝氏体作为主相,具体来说为贝氏体单相或贝氏体以百分比计超过95%,另一方面,使钢板表层部的组织为贝氏体相的百分比不到80%、富有加工性的铁素体的百分比为10%以上,由此,拉伸强度为780MPa以上的高强度热轧钢板,例如即使在具有剪切端面时,其弯曲加工性也良好,并且可以抑制裂纹的产生。
本发明是基于上述见解反复进行研究而最终完成的。
也就是说,本发明的主要构成如下所述。
1.一种弯曲加工性优良的高强度热轧钢板,其特征在于,其组成以质量%计,含有C:0.05~0.15%、Si:0.2~1.2%、Mn:1.0~2.0%、P:0.04%以下、S:0.0030%以下、Al:0.005~0.10%、N:0.005%以下和Ti:0.03~0.13%,且余量为Fe和不可避免的杂质,此外,在从钢板的两表面分别至整个板厚的1.5~3.0%深度的表层区域,贝氏体面积率:不到80%,粒径为2~15μm的铁素体相的面积率:10%以上,在该表层区域以外的内部区域,贝氏体相的面积率:超过95%,并且,其拉伸强度为780MPa以上。
2.如前述1所述的弯曲加工性优良的高强度热轧钢板,其特征在于,前述钢板的组成以质量%计,进一步含有选自Cu:0.01~0.20%、Ni:0.01~0.50%、Nb:0.005~0.10%、V:0.002~0.50%、Mo:0.02~0.50%、Cr:0.03~0.50%和B:0.0002~0.0050%中的1种或2种以上。
3.如前述1或2所述的弯曲加工性优良的高强度热轧钢板,其特征在于,前述钢板的组成以质量%计,进一步含有Ca:0.0003~0.005%和REM:0.0003~0.0100%中的1种或2种。
4.一种弯曲加工性优良的高强度热轧钢板的制造方法,其特征在于,将由前述1至3中任一项所述的成分组成所形成的钢原材加热至1200~1350℃,并保持1200秒钟以上,然后将粗轧结束温度设为1050℃以上、并且将精轧结束温度设为830~930℃完成热轧,然后以平均冷却速度:35℃/秒以上的速度冷却至卷取温度:350~550℃。
发明效果
根据本发明,可以稳定地得到一种维持拉伸强度:780MPa以上的高强度并同时提高了弯曲加工性的热轧钢板,这在工业上极其有用。
此外,如果将本发明的高强度热轧钢板用于汽车的结构部件或卡车的框架,则可以确保汽车的安全性并且减轻车身的重量,进而能够降低环境负荷。
具体实施方式
以下,具体说明本发明。
首先,对于在本发明的高强度热轧钢板中,将钢板的成分组成限定在前述范围中的理由进行说明。需要说明的是,表示各成分元素的含量的“%”,只要没有特别说明,则表示“质量%”。
C:0.05~0.15%
C是对于高强度化有效的元素,并促进了贝氏体的形成。此外,通过添加C,降低了贝氏体相变点,从而使贝氏体组织变得微细,因此对于提高弯曲加工性是有效的。由此,在本发明中必须使C量为0.05%以上。另一方面,如果C量超过0.15%,则弯曲加工性显著下降,焊接性也下降,因此使其上限为0.15%。因此,使C量为0.05~0.15%,并优选为0.07~0.12%的范围。
Si:0.2~1.2%
Si不仅是通过抑制粗大的渗碳体的生成而有助于提高弯曲加工性的元素,而且还是有助于固溶强化的元素,为了得到这些效果,必须添加0.2%以上。另一方面,如果添加量超过1.2%,则不仅钢板的表面性状显著劣化、弯曲加工性下降,而且会导致化学转化处理性和耐腐蚀性下降,因此使Si的上限为1.2%。另外,其优选为0.3~0.9%的范围。
Mn:1.0~2.0%
Mn是对于高强度化有效的元素,其不仅通过固溶强化而有助于高强度化,并且还是通过提高淬透性,促进贝氏体生成,从而有助于提高弯曲加工性的元素。为了得到这种效果,必须添加1.0%以上。另一方面,如果添加量超过2.0%,则中心偏析显著,弯曲加工性下降。因此,将Mn量限定在1.0~2.0%的范围内。另外,优选为1.2~1.8%的范围。
P:0.04%以下
P具有通过固溶而增加钢强度的作用,但是向晶界、特别是向原奥氏体晶界偏析,导致弯曲加工性下降。因此,在本发明中,优选尽量减少P,但也可以允许0.04%以下的含量。另外,优选为0.02%以下。
S:0.0030%以下
S与Ti或Mn结合而形成硫化物,使钢板的弯曲加工性下降。因此,希望尽量减少S量,但也可以允许至0.0030%。另外,优选为0.0020%以下,并进一步优选为0.0010%以下。
Al:0.005~0.10%
Al起到脱氧剂的作用,是对于提高钢板洁净度有效的元素。为了得到这种效果,必须添加0.005%以上。另一方面,如果含量超过0.10%,则不仅氧化物类夹杂物显著增加,弯曲加工性下降,而且成为钢板的瑕疵的原因。因此,将Al量限定为0.005~0.10%的范围。另外,优选为0.005~0.04%,并进一步优选为0.005~0.02%的范围。
N:0.005%以下
N在高温下与Ti等氮化物形成元素结合,并以氮化物的形式析出,特别是在高温下容易与Ti结合而形成粗大的氮化物,在弯曲加工时成为裂纹的起点,导致特性下降,因此优选尽可能地减少。因此,使其上限为0.005%。另外,优选为0.003%以下。
Ti:0.03~0.13%
Ti有助于奥氏体晶粒的微细化,并且使最终获得的钢板组织微细化,从而有助于弯曲加工性的提高。为了得到这种效果,必须含有0.03%以上。另一方面,如果超过0.13%而过量含有,则会导致粗大析出物的增加,降低弯曲加工性。因此,将Ti限定为0.03~0.13%的范围。另外,优选为0.04~0.11%的范围。
以上,对于基本成分进行了说明,但本发明中除此以外,作为提高弯曲加工性或改善钢板强度的元素,还可以在以下范围内进一步含有选自Cu、Ni、Nb、V、Mo、Cr和B中的1种或2种以上。
Cu:0.01~0.20%
Cu作为固溶元素,增加钢的强度,同时通过提高淬透性使贝氏体相容易形成,有助于高强度化以及弯曲加工性的提高。为了得到这种效果,必须添加0.01%以上。另一方面,含量超过0.20%会导致表面性状的下降。因此,在含有Cu时,优选为0.01~0.20%的范围。
Ni:0.01~0.50%
Ni通过固溶强化从而增加了钢的强度,同时提高了淬透性,由此使贝氏体相容易形成,有助于高强度化以及弯曲加工性的提高。为了得到这种效果,必须添加0.01%以上。另一方面,含量超过0.50%,会生成马氏体相,弯曲加工性下降。因此,在含有Ni时,优选为0.01~0.50%的范围。
Nb:0.005~0.10%
Nb有助于奥氏体晶粒的微细化,并且通过使最终所得的钢板组织微细化,有助于弯曲加工性的提高和高强度化。为了得到这种效果,必须含有0.005%以上。另一方面,含量超过0.10%,容易生成粗大的析出物,并且导致延性和弯曲加工性下降。因此,在含有Nb时,优选为0.005~0.10%的范围。
V:0.002~0.50%
V通过提高淬透性而使贝氏体相容易形成,有助于提高弯曲加工性和高强度化。为了得到这种效果,必须含有0.002%以上。另一方面,如果超过0.50%而过量含有,则会导致粗大析出物的增加,使弯曲加工性下降。因此,在含有V时,优选为0.002~0.50%的范围。更优选为0.05~0.40%的范围。
Mo:0.02~0.50%
Mo提高淬透性从而使贝氏体相容易形成,有助于提高弯曲加工性和高强度化。为了得到这种效果,必须含有0.02%以上,但如果含量超过0.50%,则容易生成马氏体相,导致弯曲加工性下降。因此,在含有Mo时,优选为0.002~0.50%的范围。
Cr:0.03~0.50%
Cr通过提高淬透性而使贝氏体相容易生成,有助于提高弯曲加工性和高强度化。为了得到这种效果,必须添加0.03%以上,但如果含量超过0.50%,则容易生成马氏体相,导致弯曲加工性下降。因此,在含有Cr时,优选为0.03~0.50%的范围。
B:0.0002~0.0050%
B抑制铁素体从奥氏体晶界生成并生长,并且通过提高淬透性使贝氏体相容易生成,有助于提高弯曲加工性和高强度化。当其为0.0002%以上时可以得到这种效果,但如果超过0.0050%,则加工性下降。因此,在含有B时,优选为0.0002~0.0050%的范围。
此外,在本发明中,作为具有通过将硫化物的形态控制为球状来提高弯曲加工性的作用的有用元素,可以适当含有Ca和REM。
Ca:0.0003~0.005%
Ca是将硫化物的形状球状化从而改善硫化物对弯曲加工性的不良影响的有效元素。当其为0.0003%以上时可以得到这种效果,但如果含量超过0.005%,则不仅会导致夹杂物等的增加,使弯曲加工性下降,而且还会引起表面缺陷。因此,在含有Ca时,优选为0.0003~0.005%的范围。
REM:0.0003~0.0100%
稀土元素(REM)和Ca一样,是将硫化物的形状球状化从而改善硫化物对弯曲加工性的不良影响的有效元素。当其为0.0003%以上时可以得到这种效果,但如果含量为0.0100%以上,则不仅会导致夹杂物等的增加,使弯曲加工性下降,而且还会引起表面缺陷。因此,在含有REM时,优选为0.0003~0.0100%的范围。
上述元素之外的余量为Fe和不可避免的杂质。
接着,对本发明的高强度钢板的组织进行说明。
本发明的钢板组织形式是,钢板两表面的表层部(以下仅称为表层区域)从钢板的两表面夹着除表层区域以外的钢板内部(以下称为内部区域)的组织。
另外,在本发明中,到整个板厚的1.5~3.0%深度处为上述各表层区域,并且除此以外的钢板内部为上述内部区域。此处,将表层区域规定为整个板厚的1.5~3.0%深度,而当不到1.5%时,软质的表层区域少,弯曲加工性下降,在弯曲加工时会产生裂纹。另一方面,如果软质的表层区域超过3.0%而过量存在时,钢板整体的强度下降,无法获得780MPa这种希望的拉伸强度。因此,将表层区域设为整个板厚的1.5~3.0%深度。
对于上述表层区域的组织来说,贝氏体以面积率计必须为不到80%,并且粒径为2~15μm的铁素体以面积率计必须为10%以上。此处,当贝氏体面积率为80%以上或者铁素体面积率不到10%时,表层区域不能充分成为软质,无法得到希望的弯曲加工性。
此外,当铁素体的粒径超过15μm时,容易从铁素体晶界产生裂纹,从而弯曲加工性下降。另一方面,当铁素体的粒径不到2μm时,表层区域不具有充分的加工性,仍然无法获得充分的弯曲加工性。
另一方面,前述的内部区域必须以相对于内部区域组织整体的面积率超过95%的贝氏体相作为主相。当贝氏体相为95%以下时,无法稳定地确保所希望的高强度和良好的弯曲加工性。优选贝氏体相为98%以上,并进一步优选为贝氏体单相。
此处,如果作为上述主相的贝氏体相的平均粒径超过3μm而变大时,可能无法表现出优良的弯曲加工性,因此优选使平均粒径为3μm以下。更优选使平均粒径为2μm以下。
另外,作为主相的贝氏体以外,有时还混入铁素体、马氏体、珠光体、残余奥氏体和渗碳体等作为第二相,而当这样的第二相的平均粒径超过3μm而变大时,容易从主相和第二相的界面产生裂纹,弯曲加工性下降,因此优选使第二相的平均粒径为3μm以下。
本发明的钢板通过具有上述组织,可以成为兼具有拉伸强度:780MPa以上的高强度和优良的弯曲加工性的热轧钢板。
接着,对本发明的高强度热轧钢板的制造方法进行说明。
需要说明的是,对于钢原材的制造方法来说,没有特别限定,可以任意使用在转炉或电炉中熔炼前述组成的钢水,并优选在真空脱气炉进行二次精炼后,通过连铸等形成钢坯等钢原材的常用方法。
原材加热温度:1200~1350℃、保持1200秒钟以上
在钢坯等钢原材中,Ti等碳氮化物形成元素大部分以粗大的碳氮化物的形式存在。由于该粗大的析出物使弯曲加工性下降,因此在热轧前使其固溶是很重要的,为此,需要在1200℃以上进行加热。另一方面,如果超过1350℃进行加热,则氧化皮产生量变多,并且会因氧化皮印痕等而导致表面品质劣化。因此,将钢原材的加热温度限定为1200~1350℃的范围。优选为1250~1350℃的范围。
此外,如果在原材料加热温度下的保持时间不到1200秒钟,则碳化物或氮化物无法充分地在钢材中溶解,因此弯曲加工性下降。因此,在本发明中,使上述在原材料加热温度下的保持时间为1200秒钟以上。
另外,保持时间的上限不需要特别规定,但如果保持超过6000秒,则氧化皮产生量变多,并且会因氧化皮印痕而导致表面品质劣化,因此,优选使保持时间为6000秒以下。
粗轧结束温度:1050℃以上
当粗轧结束温度不到1050℃时,前述表层区域的脱碳变少,无法使表层区域的组织软质化,因此无法得到足够的弯曲加工性。因此,使粗轧结束温度为1050℃以上。优选为1070℃以上。
精轧结束温度:830~930℃
当精轧结束温度(精轧温度)不到830℃时,由于产生了铁素体+奥氏体的双相区并且进行了轧制,因此轧制后残留有加工组织,弯曲加工性下降。此外,如果超过930℃,则奥氏体粒径变得粗大,冷却后所得的组织粗大化,导致弯曲加工性下降,因此使其上限为930℃。另外,在精轧温度低的情况下,最终所得的组织微细化,弯曲加工性提高,因此优选为880℃以下。
从精轧温度到卷取温度的平均冷却速度:35℃/秒以上
如果到卷取温度的平均冷却速度不到35℃/秒,则在钢板内部,铁素体的生成显著进行或生成珠光体,从而不仅弯曲加工性下降,而且钢板的强度也下降。因此,使从精轧温度到卷取温度的平均冷却速度为35℃/秒以上。另外,如果平均冷却速度为55℃/秒以上,则表层区域的组织可能达不到所希望的铁素体百分比。因此,优选使平均冷却速度不到55℃/秒。
卷取温度:350~550℃
当卷取温度不到350℃时,硬质的马氏体和残余奥氏体在钢中显著增加,从而弯曲加工性下降。因此,使卷取温度的下限为350℃。优选为380℃以上。另一方面,当其超过550℃时,由于钢板内部组织中珠光体增加,因此弯曲加工性显著下降。因此,使卷取温度为550℃以下。另外,温度越低,则贝氏体组织越容易微细化,因此优选为480℃以下。
另外,卷取后,可以通过常规方法对热轧板进行表面光轧,并且也可以进行酸洗除去氧化皮。或者,还可以实施热镀锌、电镀锌等镀覆处理或化学转化处理。
实施例
将表1所示组成的钢在转炉中熔炼,并通过连铸法形成钢坯(钢原材)。接着,对这些钢原材,在表2所示的条件下实施加热、热轧、冷却、卷取等,形成热轧钢板。另外,对一部分热轧钢板进行酸洗,除去表层的氧化皮。从所得的热轧钢板上裁取试验片,并通过下述方法求出组织百分比、粒径。此外,通过拉伸试验,求出屈服强度(YP)、拉伸强度(TS)、伸长率(EL),并进一步通过弯曲试验,评价R/t作为弯曲加工性的评价。
·组织百分比
对于组织百分比,是对与轧制方向平行的板厚截面,用3%硝酸乙醇溶液使组织露出,并在1000~2000倍较低倍率下观察表层附近,确定表层区域。对于表层区域而言,可以观察到铁素体,并且与内部区域相比,贝氏体的粒径变大,因此可以识别表层区域和内部区域。另外,在比较例中,当难以识别时,将到板厚的2.5%深度作为表层区域。
在确定表层区域后,在3000倍下观察3个视野,并通过图像处理确定各相的面积率。此外,对于内部区域,使用扫描电子显微镜(SEM)在板厚的1/4位置处,在3000倍下拍摄3个视野,并通过图像处理对各相的面积率进行定量。
·各相的粒径
使用上述组织百分比中使用的SEM照片,画出2根相对于板厚方向倾斜45°并且长度为80mm的直线,使它们彼此正交,并分别测定这些直线与贝氏体相或铁素体相各晶粒交叉的线段长度,求出所得的线段长度的平均值,作为铁素体相的平均粒径和贝氏体相的平均粒径。
·拉伸试验
以使拉伸方向与轧制方向呈直角的方式裁取JIS5号试验片(GL:50mm),并通过基于JIS Z2241的方法进行拉伸试验,求出屈服强度(YP)、拉伸强度(TS)和伸长率(EL)。
·弯曲试验
以使试验片的长度与轧制方向呈直角的方式从所得的热轧板上剪切20mm×150mm的弯曲试验片,并使用具有剪切端面的样品,根据JIS Z2248记载的挤压弯曲法,进行180°的弯曲试验。这时,n=3个,并且以未产生裂纹的最小弯曲半径作为极限弯曲半径R(mm),求出用R(mm)除以板厚t(mm)的R/t值,评价钢板的弯曲加工性。另外,在本发明中,如果R/t的值为0.5以下,则认为弯曲加工性优良。所得的结果示于表3。
表1
表2
表3
如表3所示,发明例的拉伸强度(TS)都为780MPa以上,并且R/t都为0.5以下,都兼具有优良的强度和弯曲加工性。相反,比较例或者拉伸强度(TS)不到780MPa,或者R/t超过0.5,都达不到兼具有希望的高强度和弯曲加工性。
Claims (4)
1.一种弯曲加工性优良的高强度热轧钢板,其特征在于,其组成以质量%计,含有C:0.05~0.15%、Si:0.2~1.2%、Mn:1.0~2.0%、P:0.04%以下、S:0.0030%以下、Al:0.005~0.10%、N:0.005%以下和Ti:0.03~0.13%,且余量为Fe和不可避免的杂质,此外,在从钢板的两表面分别至整个板厚的1.5~3.0%深度的表层区域,贝氏体面积率:不到80%,粒径为2~15μm的铁素体相的面积率:10%以上,在该表层区域以外的内部区域,贝氏体相的面积率:超过95%,并且,其拉伸强度为780MPa以上。
2.如权利要求1所述的弯曲加工性优良的高强度热轧钢板,其特征在于,所述钢板的组成以质量%计,进一步含有选自Cu:0.01~0.20%、Ni:0.01~0.50%、Nb:0.005~0.10%、V:0.002~0.50%、Mo:0.02~0.50%、Cr:0.03~0.50%和B:0.0002~0.0050%中的1种或2种以上。
3.如权利要求1或2所述的弯曲加工性优良的高强度热轧钢板,其特征在于,所述钢板的组成以质量%计,进一步含有Ca:0.0003~0.005%和REM:0.0003~0.0100%中的1种或2种。
4.一种弯曲加工性优良的高强度热轧钢板的制造方法,其特征在于,将由权利要求1至3中任一项所述的成分组成所形成的钢原材加热至1200~1350℃,并保持1200秒钟以上,然后将粗轧结束温度设为1050℃以上、并且将精轧结束温度设为830~930℃完成热轧,然后以平均冷却速度:35℃/秒以上的速度冷却至卷取温度:350~550℃。
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