CN103572156A - 门加强管用高强度薄钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过电阻缝焊制造的管在压溃时焊接部处不会断裂而具有高吸收能量的门加强管用高强度薄钢板的制造方法。对包含C：0.10～0.30％、Mn：1.5～3.0％、P≤0.03％、S≤0.01％、Al≤0.10％、N≤0.0100％，并满足0.367-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²≥C≥0.248-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²，且余量由Fe及不可避免的杂质构成的钢，通过常用方法热轧、冷轧后进行连续退火，从而获得低温相变生成物在70％以上且屈服比在0.7以上的管用薄钢板。

Description

门加强管用高强度薄钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及机动车用钢板的制造，尤其是涉及一种门加强管用的高强度薄钢板的制造方法。

背景技术

为了实现机动车车身的燃料利用率的提高及碰撞时的安全性的提高而推进机动车加强构件的高强度化、轻量化。特别是，在门加强用构件中，现有主要采用100MPa级的冲压产品，不过，最近以来，如CAMP-ISIJ Vol.2(1989)-2023所记载，由于更高强度的管材在轻量化方面有利，故也开始被使用。在这样的管产品中为了获得与冲压产品同样的吸收能量，而需要1470MPa左右的高抗拉强度。

现有技术中，为了获得这样的高强度管材，将590MPa左右的薄钢板通过电阻缝焊来制成管材，接着利用高频加热等进行加热，从奥氏体温度区域通过水冷等急冷而制造出。但是，在通过电阻缝焊等熔融接合而成的管材中，在其接合界面生成图1所示那样的被称之为“白带”的脱碳层。该白带部为在焊接时熔融的部分，存在有氧化物、夹杂物等，原始加工性低。进而，该白带部即便通过用于提高管的强度的淬火处理其硬度也难以增加，故如图2所示在热影响部产生软化区域。因而，在进行图3所示的弯曲试验(压溃试验)时，在该部分集中变形，在管到达屈曲之前在该白带部分、即在焊接部处产生裂纹，如图4中的No.4那样无法获得规定的吸收能量。该举动在低温下的试验中更为显著。

如果是含有比共晶点低的碳量的铁合金的话，在通过管的电阻缝焊等而熔融接合的情况下，几乎不可能防止白带部的生成。另外，在为了使白带部的宽度变窄而增大电阻缝焊时的顶锻量时，会导致冷接等的接合不良，焊接部强度更加降低。

另外，在将具有白带部的管材加热到奥氏体区域后，通过水冷等进行淬火的情况下，白带部的硬度如前所述那样成为比母材部低的硬度。因而，在压溃时变形集中于该部分，产生裂纹，故无法获得规定的吸收能量。另一方面，如果保持焊接后的状态的话，焊接部的硬度变高，延展性低，因此，在压溃时的形变量变大的情况下，在焊接部处沿着与焊道呈直角的方向或者在白带部处发生断裂，吸收能量变低。

对于改善电阻缝焊管的焊接部的加工性的方法，现有虽未知，不过对于采用了作为类似的焊接方法的闪光对焊方法的车轮的轮圈用材，在日本特开昭57-35663号中，提出了将母材的组织形成为贝氏体主体而使焊接部与母材的硬度之差变小的方案。

在门加强用管材中，当形成如该车轮轮圈材那样的硬度分布时，可认为能够防止焊接部中的裂纹，并能够获得规定的吸收能量。但是，上述方案中，是以C量低的590MPa级的钢板作为对象且闪光对焊与电阻缝焊在焊接速度、冷却速度方面也不同，故在如980MPa以上的高强度管材那样的大量含有C、Mn量等淬火强化能高的元素的管中，难以获得同样的硬度分布。另外，在上述方案中的比较材的复合组织钢板的焊接热影响部可看到软化区域，但与前述同样地，对于大量含有淬火强化能高的元素的980MPa以上的管且焊接速度快的电阻缝焊而言是否能够获得同样的硬度分布是不清楚的，进而其对于管在压溃时的影响也是不清楚的。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术的问题点而作出的，其目的在于，提供一种通过电阻缝焊制造的管在压溃时在焊接部处不会断裂而具有高吸收能量的门加强管用高强度薄钢板的制造方法。

为了解决所述课题，本发明者们对薄钢板电阻缝焊而成的管的焊接部品质反复进行认真研究的结果，至此完成了本发明。

即，本发明的主旨在于，提供一种门加强管用的高强度薄钢板的制造方法，该门加强管是通过电阻缝焊加工而成的，其中，

对包含C：0.10～0.30％、Mn：1.5～3.0％、P≤0.03％、S≤0.01％、Al≤0.10％、N≤0.0100％，且C量满足下式(1)：

0.367-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²≥C≥0.248-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²···式(1)，

其中，σB：管用薄钢板的抗拉强度(MPa)，

并且，根据需要，还包含Si：0.2～2.0％、Cr：0.1～1.0％及Cu：0.1～1.0％中的1种或者2种以上，及/或分别处于0.01～0.06％的范围之内的Nb、Ti、Zr及V中的1种或者2种以上，余量由Fe及不可避免的杂质构成的钢，通过常用方法热轧或冷轧后进行连续退火，从而获得低温相变生成物在70％以上且屈服比在0.7以上的管用薄钢板。

所期望的是，在进行所述连续退火之际，在Ac3点以上均热后缓冷至850～650℃，从该温度起以30℃/s以上的冷却速度急冷至300℃以下，或者在所述急冷至300℃以下之后，以加热速度0.5℃/s以上再次加热至350℃以下，且在回火参数P满足下式(2)的条件下进行回火处理，

P＝〔(T1+T2)/2+237.1〕×〔log(t/60)+20〕＝5300～12000···式(2)

其中，回火开始温度：T1(℃)、回火结束温度：T2(℃)、回火时间：t(min)。

发明效果

根据本发明，能够提供管在压溃时在焊接部处不会断裂而具有高吸收能量的门加强管用的高强度薄钢板。另外，在基于电阻缝焊的造管后不需要热处理故具有经济性。

附图说明

图1是表示电阻缝焊部的金属组织的照片。

图2是表示电阻缝焊部的硬度分布的图。

图3是用于说明管的压溃试验的要点的图。

图4是表示在管的压溃试验下的载荷-变位曲线的图。

具体实施方式

以下，对本发明进行更进一步地详细叙述。

本发明的方法简而言之为，通过常用方法对包含C：0.10～0.30％及Mn：1.5～3.0％作为必需成分的钢进行热轧或者冷轧后连续退火，从而制造出低温相变生成物为70％以上且屈服比为0.7以上的管用薄钢板。

在此，作为低温相变生成物，可以是贝氏体、马氏体、回火马氏体或者它们的混杂物，并无特别限制。

一般而言，屈服比越高，管压溃时的吸收能量变得越高。因而，低温相变生成物越多，在同一强度下屈服比变得越高故优选，特别是在全回火马氏体材料中其值变得非常高而成为0.90以上。另外，高屈服比材料与同一屈服强度的低屈服比材料相比，其强度低故切断容易而生产性高。但是，在仅仅对具有这样的化学成分、组织及屈服比的钢板进行电阻缝焊时，在管压溃时会产生裂纹，而无法获得规定的吸收能量。

对此，本发明者们对于这一点进一步地进行反复研究的结果是，得到如下的见解：通过在上述化学成分范围内将C量控制在以下公式的范围之内，从而在压溃时不会破裂而能够获得高吸收能量。

0.367-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²≥C≥0.248-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²

其中，σB：管用薄钢板的抗拉强度(MPa)

即，得到如下见解：通过满足上述条件而使焊接热影响部具有适宜硬度的软化区域，由此能够减轻焊接部中的变形。

在焊接热影响部的最低硬度Hv1与母材的硬度Hv2之比Hv1/Hv2比由管的抗拉强度σB的函数所表示的公式-0.001(σB/9.8)+1.05高的情况下，压溃时热影响部中的变形小，故焊接部中的变形量变多，在焊接部中的白带(white band)等处断裂，未获得规定的吸收能量。另外，在Hv1/Hv2比-0.003(σB/9.8)+1.05小时，热影响部中的变形变大，压溃时容易产生屈曲而未获得规定的吸收能量。如上所述，热影响部中的软化区域的硬度比Hv1/Hv2因管的抗拉强度σB的不同而存在适宜的范围。在σB为980MPa左右的强度比较低的管材中，Hv1/Hv2的值较高较好。这是因为，焊接部的最高硬度不是很高而具有一定程度的加工性。但是，当管的强度σB成为1960MPa左右时，使热影响部中的变形量增多很重要，如果不使Hv1/Hv2的值较低的话，无法防止压溃时的裂纹，也就无法获得高吸收能量。

本发明者们发现，为了基于这样的管的强度来获得适宜的Hv1/Hv2的值，必须要将C量控制在0.367-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²≥C≥0.248-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²的范围内。

若C量比该范围多，则Hv1/Hv2变高，压溃时在焊接部容易产生裂纹，若C量少，则Hv1/Hv2变低，在压溃时容易产生屈曲，在任一种的情况下均无法获得高吸收能量。

需要说明的是，热影响部的软化区域中的最低硬度Hv1如上所述需要适宜的值，但对于软化区域的宽度无特别限定，在由通常的电阻缝焊所获得的范围即可。进而，热影响部中的软化区域的宽度基于管的板厚、管用原材料板的组织、化学成分而变化，不过只要是在由电阻缝焊所获得的范围内无特别问题。

另外，在对由本发明获得的具有规定强度的钢板进行电阻缝焊而成的管的情况下，与造管后热处理过的管不同，能够借助焊道传感器等容易地辨别焊接位置。因而，在向装载车安装之际，并不是将焊接部控制固定在负载的点的正下方，而是沿着与所负载的点呈直角的横向的方向控制固定，由此能够使焊接部的变形变得更小，从而能够进一步提高相对于裂纹的安全度。

接着，对本发明中的化学成分的限定理由进行说明。

C：

C是用于提高钢板的强度而极为重要的元素，不过，若C量比0.10％少，则无法获得980MPa以上的抗拉强度，另一方面，若超过0.30％而过多添加，则会导致焊接部变脆，在压溃时产生裂纹，无法获得规定的吸收能量。因而，C量设为0.10～0.30％的范围。

其中，C量由于前述的理由而需要在上述范围内满足以下公式。

0.367-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²≥C≥0.248-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²

Mn：

Mn是为了获得高强化能的低温相变生成物而必需的，若其添加量比1.5％少，则用于获得低温相变生成物的连续退火下的急冷开始温度变高，产生钢板的形状不良。另一方面，若超过3.0％，则偏析变大，管焊接部的金属塑性流动变差，在压溃时产生裂纹，无法获得规定的吸收能量。因而，Mn量设为1.5～3.0％的范围。

以上的C、Mn为必需成分，但往往含有P、S、Al及N，且根据需要也可以适量添加Si、Cr及Cu中的1种或者2种以上、以及/或者Nb、Ti、Zr及V中的1种或者2种以上。

P：

P是用于使钢强化而提高延展性的有效元素，但由于容易向晶界偏析而易于发生脆化，故设为0.03％以下。

S：

S由于形成夹杂物而使弯曲加工性等恶化，故限制在0.01％以下。

Al：

Al往往用于脱氧而添加，但从表面性状的观点来看，其上限限定为0.10％。

N：

N即便不特别添加也会在制钢时从大气中侵入。该N在钢中以固溶状态存在时显著促进脆化，故限定在0.0100％以下。

Si：

Si是为了提高钢的屈服强度而有效的元素，但若比0.1％少，无法获得其效果，另外，若添加超过2.0％时，焊接部中的缺陷增加，在压溃时产生裂纹。因而，Si量设为0.1～2.0％的范围。

Cr：

Cr与Mn同样地，容易产生低温相变生成物，能够降低连续退火下的急冷开始温度，改善钢板的翘曲。但是，若比0.1％少，则无法获得其效果，另外，若添加超过1.0％，则其效果饱和。因而，Cr量设为0.1～1.0％的范围。

Cu：

Cu是在淬火性的确保方面有效的元素，但若小于0.1％，则无法获得添加效果，若超过1.0％，则其效果饱和。因而，Cu量设为0.1～1.0％的范围。

Nb、Ti、Zr、V：

Nb、Ti、Zr及V均是在钢中形成碳、氮化物并使钢强化来提高屈服比的元素。但是，无论哪种元素若比0.01％少，则无法获得其效果，另外，若超过0.06％，则其效果饱和。因而，Nb、Ti、Zr及V量分别设为0.01～0.06％的范围。

接着，关于本发明的门加强管用高强度薄钢板的制造工序及条件进行说明。

具有上述化学成分的钢根据通常的方法，热轧之后，进行酸洗、冷轧，接着连续退火，从而获得低温相变生成物的量在70％以上且屈服比在0.7以上的管用薄钢板。

若低温相变生成物在70％以下或者屈服比在0.7以下，无法提高管压溃时的吸收能量。特别是，若低温相变生成物在70％以下，则难以获得较高的屈服比。

在上述的制法中，特别是，通过使连续退火的条件如以下所述，能够获得低温相变生成物的量在70％以上且屈服比在0.7以上的延迟破坏特性良好的管用薄钢板。

连续退火的均热温度在Ac3点以上的温度下进行。若小于Ac3点，则在均热过程中由于铁素体的成长而使组织变得不均匀，弯曲加工性等降低。另外，由于难以确保强度故不期望。均热后以1～30℃/s缓冷至急冷开始温度。急冷开始温度为了使马氏体组织体积率在70％以上来确保规定的强度而下限设为650℃，不过，若超过850℃，则急冷时钢板的形状变差，故850℃设为上限。若急冷的冷却速度在30℃/s以上，则可获得马氏体组织，故将其作为下限。冷却方法可以是水淬、水冷辊冷却、气水冷却及气喷冷却等，其方法不限。急冷停止温度为了将马氏体组织作为主体而设为300℃以下。

之后，在350℃以下以0.5℃/s以上的加热速度再次加热并进行回火。此时，以回火参数P在12000以下的方式进行回火。

P＝〔(T1+T2)/2+237.1〕×〔log(t/60)+20〕＝5300～12000

此处，回火开始温度：T1(℃)，回火结束温度：T2(℃)，回火时间：t(min)。

再次加热速度设为0.5℃/s以上的理由在于，若比其慢，则0.1μm以上的粗大Fe-C系的析出物增多，而耐氢脆化特性恶化。另外，回火参数P设为12000以下的理由也是同样的理由。另一方面，回火参数P设为5300以上的理由在于，可获得更加优越的加工性。

需要说明的是，以30℃/s以上急冷至300℃以下后，也可以不进行再次加热并回火，而直接冷却至室温。

所获得的薄钢板按照通常的方法通过电阻缝焊来造管即可。在造管后不需要热处理。

接着，示出本发明的实施例。

【实施例】

(实施例1)

对具有表1所示的化学成分的钢进行熔炼，借助通常的方法热轧后，进行酸洗、冷轧之后，实施连续退火，从而获得2.0mm厚度的薄钢板。

对该薄钢板进行分割，并通过高频感应加热进行电阻缝焊，从而制造出φ31.8mm的管。

在对薄钢板的机械性质进行测试的同时，对于所获得的管进行压溃试验，并对硬度等进行测试。需要说明的是，压溃试验在图3所示的要点(跨距950mm)下进行，如图4所示，根据载荷-变位曲线求出压入150mm时的吸收能量。

将这些结果一并记载于表2中。

根据表2以及图2及图4考察如下。

比较例No.1中C量少，故抗拉强度不足。

比较例No.2中，原材料板的薄钢板为由马氏体构成的高屈服比材料，但C量比由σB确定的式的值低，故热影响部中的软化变大，Hv1/Hv2的值小，压溃时屈曲提前产生。

比较例No.4中，管的原材料板为包含70％的在600℃下被回火的马氏体的与铁素体的复合组织构成的高屈服比材料，不过，其C量比由σB确定的式的值高，故热影响部中的软化小，因而，Hv1/Hv2的值变大，在压溃时在白带部处产生了裂纹。

比较例No.8中，低温相变生成物少，屈服比低，故无法获得规定的吸收能量。

比较例No.7中，其C量比0.3％多，故压溃时从焊接部断裂。

另一方面，在本发明例中，均可获得150kgf-m以上的高吸收能量，而在压溃时不会产生裂纹或断裂。

图2中示出了关于比较例No.2及No.4与本发明例No.3的管的焊接部的硬度分布，可见在本发明例中获得了适宜的Hv1/Hv2的值，但比较例中Hv1/Hv2的值过大或者过小。

TS为管用薄钢板的抗拉强度

Hv1：热影响部的最低硬度、Hv2：母材硬度

F：铁素体、M：马氏体、Mt：回火马氏体

式(1)如下所述：

0.367-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²≥C≥0.248-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²

(实施例2)

对具有表3所示的化学成分的钢进行熔炼，借助通常的方法热轧后，进行酸洗、冷轧之后，在表4所示的条件下实施连续退火，从而获得2.0mm厚度的薄钢板。

对该薄钢板进行分割，并通过高频感应加热进行电阻缝焊，从而制造出φ31.8mm的管。

在对薄钢板的机械性质进行测试的同时，对于所获得的管进行压溃试验，并对硬度等进行测试。需要说明的是，压溃试验在图3所示的要点(跨距950mm)下进行，如图4所示，根据载荷-变位曲线求出压入150mm时的吸收能量。

将这些结果一并记载于表4。

比较例No.15中，急冷开始温度低，故低温相变生成物少，屈服比低，因此无法获得规定的吸收能量。

另一方面，在本发明例中，均可获得150kgf-m以上的高吸收能量，而在压溃时不会产生裂纹或断裂。

回火参数P：P＝〔(T1+T2)/2+273.1〕×〔log(t/60)+20〕

T1：回火开始温度(℃)、T2：回火结束温度(℃)、t：回火时间

急冷速度“＞200℃/s”表示水淬

TS为管用薄钢板的抗拉强度

Hv1：热影响部的最低硬度、Hv2：母材硬度

F：铁素体、Mt：回火马氏体

式(1)如下所述：

0.367-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²≥C≥0.248-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)² 。

Claims (5)

1.一种门加强管用的高强度薄钢板的制造方法，该门加强管是通过电阻缝焊加工而成的，其中，

对下述成分的钢通过常用方法热轧、冷轧后进行连续退火，从而获得低温相变生成物在70％以上且屈服比在0.7以上的管用薄钢板，

所述钢的成分是以质量％计包含C：0.10～0.30％、Mn：1.5～3.0％、P≤0.03％、S≤0.01％、Al≤0.10％、N≤0.0100％，且C量满足下式(1)：

0.367-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²≥C≥0.248-3.0×10^-3(σB/9.8)+1.5×10^-5(σB/9.8)²···式(1)，

其中，σB：管用薄钢板的抗拉强度(MPa)，

并且，余量由Fe及不可避免的杂质构成。

2.如权利要求1所述的门加强管用的高强度薄钢板的制造方法，其中，

所述钢以质量％计还包含Si：0.1～2.0％、Cr：0.1～1.0％及Cu：0.1～1.0％中的1种或者2种以上。

3.如权利要求1所述的门加强管用的高强度薄钢板的制造方法，其中，

所述钢以质量％计还包含分别处于0.01～0.06％的范围之内的Nb、Ti、Zr及V中的1种或者2种以上。

4.如权利要求2所述的门加强管用的高强度薄钢板的制造方法，其中，

所述钢以质量％计还包含分别处于0.01～0.06％的范围之内的Nb、Ti、Zr及V中的1种或者2种以上。

5.如权利要求1至4中任一项所述的门加强管用的高强度薄钢板的制造方法，其中，

在进行所述连续退火时，在Ac3点以上均热后缓冷至850～650℃，从该温度起以30℃/s以上的冷却速度急冷至300℃以下，或者在所述急冷至300℃以下之后，以加热速度0.5℃/s以上再次加热至350℃以下，且在回火参数P满足下式(2)的条件下进行回火处理，

P＝〔(T1+T2)/2+237.1〕×〔log(t/60)+20〕＝5300～12000···式(2)

其中，回火开始温度：T1(℃)；回火结束温度：T2(℃)；回火时间：t(min)。

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