CN104011240B - 高强度钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种TS为600～700MPa、El为25％以上、λ为80％以上的加工性优良的高强度钢板及其制造方法。该高强度钢板具有如下组成：以质量％计，含有C：0.10％以上且0.18％以下、Si：大于0.5％且1.5％以下、Mn：0.5％以上且1.5％以下、P：0.05％以下、S：0.005％以下、Al：0.05％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，其显微组织具有铁素体和珠光体，所述铁素体的体积分数为70％以上且97％以下，所述珠光体的体积分数为3％以上，在所述铁素体晶界存在的渗碳体的体积分数为2％以下，所述铁素体、珠光体、渗碳体以外的相的体积分数合计小于3％，所述铁素体的平均粒径为7μm以下。

Description

高强度钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及能够适合用于汽车部件等的加工性(formability)优良的高强度钢板，特别是涉及拉伸强度(tensile strength)TS为600～700MPa、伸长率El为25％以上(板厚为1.6mm，JIS5号试验片的情况下)、作为延伸凸缘性(stretch frangeability)的指标的扩孔率(hole expansion ratio)λ为80％以上的高强度钢板及其制造方法(high strengthsteel sheet and method for producing the same)。
背景技术
近年来，从保护环境的观点出发，通过车身轻量化来提高汽车的燃料效率成为重要课题。因此，一直对作为汽车部件原材料的钢板的高强度化所带来的薄壁轻量化进行着研究。但是，通常伴随钢板的高强度化导致其加工性降低，因此强烈期望兼具高强度和良好加工性的高强度钢板。
迄今为止，对于加工性优良的高强度钢板提出了几种方案。
在专利文献1中，公开了一种强度-扩孔率平衡及形状冻结性(shape fixability)优良的加工用高强度钢板，作为化学成分，以质量％计，含有C：0.02～0.16％；P≤0.010％；S≤0.003％；总量为0.2～4％的Si和Al之中的1种或2种；总量为0.5～4％的Mn、Ni、Cr、Mo、Cu之中的1种或2种以上，C/(Si+Al+P)为0.1以下，且余量由Fe和不可避免的杂质构成，该钢板的特征在于，作为该钢板截面的显微组织，含有合计面积率小于3％的马氏体(martensite)和残余奥氏体(retained austenite)之中的1种或2种、合计面积率为80％以上的铁素体(ferrite)和贝氏体(bainite)之中的1种或2种，余量由珠光体(pearlite)构成，并且珠光体、马氏体、残余奥氏体的最大长度为10微米以下，进而，在钢板截面内20微米以上的夹杂物为每1平方毫米0.3个以下。
在专利文献2中，公开了一种如下所述的热轧钢材，以质量％计，含有C：0.05％以上且小于0.15％、Mn：0.8～1.2％、Si：0.02～2.0％、sol.Al：0.002％以上且小于0.05％、N：0.001％以上且小于0.005％，余量由Fe和杂质构成，杂质中的Ti、Nb和V均小于0.005％，其组织以平均粒径为1.1～5.0μm的铁素体为主相，并含有珠光体和渗碳体之中的任意一者或两者作为第二相，并且满足Mnθ/Mnα≤1。在此，Mnθ是包括珠光体中的渗碳体的渗碳体中的Mn量、Mnα是作为主相的铁素体中的Mn量。
在专利文献3中，公开了一种拉伸强度为50kgf/mm2以上且具有冲裁扩孔≥1.8的延伸凸缘性并且延展性优良的热轧钢板的制造方法，其特征在于，将以重量％计含有C：0.07～0.18％、Si：0.5～1.0％、Mn：0.7～1.5％、P：0.02％以下、S：0.005％以下、Ca：0.0005～0.0050％、Al：0.01～0.10％且余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢制成板坯后，加热至1000～1200℃，进行热轧，在(Ar3相变点+60)℃以上且950℃以下的温度下结束精轧(finish rolling)，自精轧结束起3秒以内实施50℃/秒以上的冷却，在按照T＝660-450×[％C]+40×[％Si]-60×[％Mn]+470×[％P]计算的温度(T℃)以下且(T-70)℃以上的范围结束急冷，之后经过空气冷却以大于350℃且500℃以下进行卷取，由此得到的等效圆半径为0.1μm以上的渗碳体的组织百分率为0.1％以下和/或马氏体的组织百分率为5％以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-68095号公报
专利文献2：日本特开2004-137564号公报
专利文献3：日本特开平4-88125号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，对于专利文献1所述的高强度钢板和专利文献2所述的热轧钢材而言，不能得到600～700MPa的TS。另外，对于专利文献3所述的高强度热轧钢板而言，在板厚为1.6mm条件下不能得到25％以上的El。
本发明的目的在于提供TS为600～700MPa、El为25％以上(板厚为1.6mm，JIS5号试验片的情况下)、λ为80％以上的加工性优良的高强度钢板及其制造方法。
用于解决问题的方法
本发明人对出于上述目的的高强度钢板进行了研究，结果发现形成下述显微组织是有效的，所述显微组织为：具有铁素体和珠光体，铁素体的体积分数为70％以上且97％以下，珠光体的体积分数为3％以上，在铁素体晶界存在的渗碳体的体积分数为2％以下，上述以外的相的体积分数合计小于3％，铁素体的平均粒径为7μm以下。
本发明是基于这样的见解而完成的，其提供一种高强度钢板，该高强度钢板具有如下组成：以质量％计，含有C：0.10％以上且0.18％以下、Si：大于0.5％且1.5％以下、Mn：0.5％以上且1.5％以下、P：0.05％以下、S：0.005％以下、Al：0.05％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，其显微组织具有铁素体和珠光体，上述铁素体的体积分数为70％以上且97％以下，上述珠光体的体积分数为3％以上，在上述铁素体晶界存在的渗碳体的体积分数为2％以下，上述铁素体、珠光体、渗碳体以外的相的体积分数合计小于3％，上述铁素体的平均粒径为7μm以下。
本发明的高强度钢板优选以质量％计还含有选自Cr：0.01％以上且1.0％以下、Ti：0.01％以上且0.1％以下、V：0.01％以上且0.1％以下中的至少一种。
本发明的高强度钢板优选具有600～700MPa的拉伸强度TS。
另外，本发明的高强度钢板优选具有80％以上的扩孔率λ。
本发明的高强度钢板优选铁素体的体积分数为80％以上且95％以下。
本发明的高强度钢板优选珠光体的体积分数为3％以上且30％以下。更优选珠光体的体积分数为5％以上且28％以下。
本发明的高强度钢板的制造方法具有：准备具有下述化学组成的钢坯的工序，所述化学组成为：以质量％计，含有C：0.10％以上且0.18％以下、Si：大于0.5％且1.5％以下、Mn：0.5％以上且1.5％以下、P：0.05％以下、S：0.005％以下、Al：0.05％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成；对上述钢坯实施热轧形成热轧板的工序；和实施下述退火的工序，将该热轧板加热至Ac1相变点与Ac3相变点之间的双相温度范围后，以5℃/秒以上且30℃/秒以下的平均冷却速度冷却至450℃以上且600℃以下的温度范围，并在该温度范围停留100秒以上。
上述钢坯优选以质量％计还含有选自Cr：0.01％以上且1.0％以下、Ti：0.01％以上且0.1％以下、V：0.01％以上且0.1％以下中的至少一种。
上述实施退火的工序优选包括：加热至Ac1相变点与Ac3相变点之间的双相温度范围后，以10℃/秒以上且20℃/秒以下的平均冷却速度冷却至450℃以上且600℃以下的温度范围，并在该温度范围停留100秒以上且300秒以下。
发明效果
根据本发明，能够制造TS为600～700MPa、El为25％以上、λ为80％以上的加工性优良的高强度钢板。
具体实施方式
对于本发明的高强度钢板及其制造方法的限定理由，以下进行详细说明。
(1)组成
以下，作为成分元素含量的单位的％是指质量％。
C：0.10％以上且0.18％以下
C形成珠光体、马氏体、渗碳体等第二相，从而有助于提高钢板的强度。为了得到600MPa以上的TS，需要0.10％以上的C量。但是，C量若大于0.18％则第二相变得过多，因而导致TS大于700MPa，或者El、λ降低。由此，C量设定为0.10％以上且0.18％以下。C量优选为0.12％以上且0.16％以下。
Si：大于0.5％且1.5％以下
Si是有助于固溶强化的元素。为了得到600MPa以上的TS，需要大于0.5％的Si量。但是，Si量若大于1.5％则由于氧化皮的生成导致钢板的表面性状变差。由此，Si量设定为大于0.5％且1.5％以下。Si量优选为0.7％以上且1.2％以下。
Mn：0.5％以上且1.5％以下
Mn是有助于固溶强化的元素。为了得到600MPa以上的TS，需要0.5％以上的Mn量。但是，Mn量若大于1.5％则TS大于700MPa，或因偏析导致发生λ降低。由此，Mn量设定为0.5％以上且1.5％以下。Mn量优选为1.1％以上且1.5％以下。
P：0.05％以下
P是有助于固溶强化的元素。但是，P量若大于0.05％则因偏析导致发生El降低。由此，P量设定为0.05％以下。P量优选为0.03％以下。
S：0.005％以下
S量若大于0.005％则会引起S向原奥氏体晶界偏析，或者在钢板中有MnS析出，招致λ降低。由此，S量设定为0.005％以下，越少越优选。
Al：0.05％以下
Al作为钢的脱氧剂而被添加，对于提高钢的洁净度而言是有效的元素。但是，Al量若大于0.05％则夹杂物大量产生，成为钢板的表面缺陷的原因。由此，Al量设定为0.05％以下。Al量优选为0.03％以下。
余量为Fe和不可避免的杂质，但进一步还可以含有选自Cr：0.01％以上且1.0％以下、Ti：0.01％以上且0.1％以下、V：0.01％以上且0.1％以下中的至少一种。这是因为Cr、Ti和V具有如下作用：抑制热轧温度范围中的奥氏体的再结晶和回复，促进铁素体的细粒化；或者形成碳化物、或以固溶状态强化铁素体。需要说明的是，作为获得同样效果的元素还有Nb，但是这些元素的添加不存在添加同量的Nb时导致延展性(El)降低这种情况。优选的是Cr：0.02％以上且0.5％以下、Ti：0.02％以上且0.05％以下、V：0.02％以上且0.05％以下。
需要说明的是，作为不可避免的杂质，例如，O为0.003％以下；Cu、Ni、Sn、Sb分别为0.05％以下。
(2)显微组织
为了实现钢板的高强度化和提高加工性，形成具有铁素体和珠光体的显微组织。
铁素体的体积分数：70％以上且97％以下
若铁素体占组织整体的体积分数小于70％，则TS大于700MPa，或者不能得到80％以上的λ。另一方面，若铁素体占组织整体的体积分数大于97％则珠光体的量减少，因而不能得到600MPa以上的TS。由此，铁素体的体积分数设定为70％以上且97％以下。铁素体的体积分数优选为95％以下、更优选设定为80％以上且90％以下。
珠光体的体积分数：3％以上
若将珠光体的体积分数设定为3％以上则λ得到提高。珠光体的体积分数优选为5％以上。这是考虑到因为：与渗碳体、马氏体和残余奥氏体相比，珠光体为软质，因此与加工后在铁素体与马氏体的界面或铁素体与残余奥氏体的界面处产生的空隙数相比，在铁素体与珠光体的界面处产生的空隙数较少。
在铁素体晶界存在的渗碳体的体积分数：2％以下
在本发明的钢板中，除了铁素体、珠光体以外，有时还含有渗碳体、马氏体等。渗碳体之中在铁素体晶界存在的渗碳体占组织整体的体积分数若大于2％，则扩孔加工时在铁素体与渗碳体界面处产生的空隙数增加，因此招致λ降低。因此，在铁素体晶界存在的渗碳体的体积分数设定为2％以下。需要说明的是，在铁素体晶界存在的渗碳体的体积分数可以为0％。
在铁素体、珠光体、铁素体晶界存在的渗碳体以外的相的体积分数：合计小于3％
作为在铁素体、珠光体、铁素体晶界存在的渗碳体以外的其它相，可以列举马氏体、残余奥氏体等，这样的相的量以占组织整体的合计的体积分数计只要小于3％，则对所要求的钢板特性不会带来较大影响，因此在铁素体、珠光体、铁素体晶界存在的渗碳体以外的相的体积分数设定为合计小于3％。上述体积分数优选为2.5％以下，可以为0％。
铁素体的平均粒径：7μm以下
铁素体的平均粒径若大于7μm则产生强度降低，因而不能得到600MPa以上的TS。由此，铁素体的平均粒径设定为7μm以下。铁素体的平均粒径优选为5μm以下。
在此，铁素体、珠光体、渗碳体、马氏体、残余奥氏体占组织整体的体积分数按照下述求出：对与钢板的轧制方向平行的板厚截面进行研磨后，用硝酸乙醇液体进行腐蚀，利用光学显微镜以倍率为1000倍拍摄3个视野，通过图像处理选择出组织的种类从而求出。另外，同时通过切断法计算出铁素体的平均粒径。在此，求铁素体的平均粒径时，作出将利用光学显微镜以倍率为1000倍拍摄的图像(相当于在轧制方向为84μm、在板厚方向为65μm)纵向分割20份、横向分割20份的直线段，将被一条线段切断的铁素体晶粒的长度的总和除以被切断的铁素体的数目而得到的值作为切断长度，计算出各线段的平均切片长度L。然后，平均粒径d通过下式求出。
d＝1.13×L
在铁素体晶界存在的渗碳体占组织整体的体积分数通过如下求出：利用扫描电子显微镜以倍率为3000倍拍摄3个视野，通过图像处理提取出在铁素体晶界存在的渗碳体从而求出。
(3)制造方法
钢坯：为了防止成分的宏观偏析，所使用的钢坯优选将通过转炉等公知方法熔炼成上述成分组成的钢水通过连铸法进行制造，也可以通过铸锭法来制造。
热轧：如上述制造的钢坯冷却至室温后或者不冷却至室温而在加热炉中进行再加热，或者不通过加热炉而以高温状态进行保温，进行热轧。热轧条件无需特别限定，优选将钢坯加热至1100℃～1300℃的范围后，在850℃～950℃结束热轧(精轧)，在720℃以下进行卷取。这基于下述理由。即，加热温度若低于1100℃则钢的变形阻力高，因此有时难以进行热轧；加热温度若高于1300℃则结晶粒径粗大化，因此有时导致TS降低。另外，精轧的结束温度若低于850℃则在轧制中有铁素体生成，因而有时形成伸展了的铁素体，招致λ降低；精轧的结束温度若高于950℃则结晶粒径粗大化，因而有时导致TS降低。进而，卷取的温度若高于720℃，则有时内部氧化层的形成变得明显，导致化学转化处理性和涂装后耐腐蚀性变差。
为了除去在钢板表面生成的氧化皮，对热轧后的热轧板被进行酸洗处理。
退火：对于酸洗处理后的热轧板，将其加热至Ac1相变点与Ac3相变点之间的双相温度范围后，以5℃/秒以上且30℃/秒以下的平均冷却速度冷却在450℃以上且600℃以下的温度范围，并在该温度范围停留100秒以上，实施这样的退火。加热至Ac1相变点与Ac3相变点之间的双相温度范围是因为会形成具有铁素体和珠光体的显微组织。另外，加热后以5℃/秒以上且30℃/秒以下的平均冷却速度冷却至450℃以上且600℃以下的温度范围是因为，若超过600℃则在铁素体晶界处存在的渗碳体的体积分数大于2％，因而不能得到目标λ；若低于450℃则马氏体的量增大，导致TS大于700MPa，或者导致λ降低，平均冷却速度若小于5℃/秒则导致铁素体晶粒粗大化，不能得到600MPa以上的TS；若大于30℃/秒则在铁素体晶界处存在的渗碳体的体积分数大于2％，不能得到80％以上的λ。需要说明的是，平均冷却速度优选设定为10℃/秒以上且20℃/秒以下。在该450℃以上且600℃以下的温度范围停留100秒以上是因为，若小于100秒则珠光体的量减少，导致λ降低。停留时间进一步优选设定为150秒以上。需要说明的是，即使过度长时间停留，效果也只是达到饱和，因此从生产效率的观点出发优选设定为300秒以下。另外，退火能够通过连续退火设备等进行。
实施例
对表1所示的组成的钢进行熔炼，形成板坯后，加热至1200℃，以轧制结束温度为890℃进行热轧，在600℃进行卷取从而形成了板厚为1.6mm的热轧板。接着，对热轧板进行酸洗后，通过连续退火设备按照表2所示的退火条件实施了退火。需要说明的是，表1所示的钢的Ac1相变点、Ac3相变点分别由下述公式计算出。
Ac1相变点(℃)＝723+29.1(％Si)-10.7(％Mn)+16.9(％Cr)
Ac3相变点(℃)＝910-203(％C)1/2+44.7(％Si)-30(％Mn)+700(％P)+400(％Al)-11(％Cr)+104(％V)+400(％Ti)
其中，(％M)表示元素M的质量％。
针对如上述得到的钢板，通过上述方法考察显微组织，同时使用JIS5号试验片依照JIS Z2241进行拉伸试验，测定了TS和El。另外，使用100mm见方的试验片，依照日本钢铁联盟标准JFST1001-1996进行扩孔试验，测定了λ。
将结果示于表3中。
可知本发明例的钢板均是TS为600～700MPa、El为25％以上、λ为80％以上、加工性优良的高强度钢板。与此相对，对于比较例的钢板而言，并没有得到目标TS或者λ。
表1
(质量％)
表2
表3
*M:马氏体

Claims (10)

1.一种高强度钢板，其具有如下组成：以质量％计，含有C：0.10％以上且0.18％以下、Si：大于0.5％且1.5％以下、Mn：0.5％以上且1.5％以下、P：0.05％以下、S：0.005％以下、Al：0.05％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，其显微组织具有铁素体和珠光体，所述铁素体的体积分数为70％以上且97％以下，所述珠光体的体积分数为3％以上，在所述铁素体晶界存在的渗碳体的体积分数为2％以下，所述铁素体、珠光体、渗碳体以外的相的体积分数合计小于3％，所述铁素体的平均粒径为7μm以下。
2.如权利要求1所述的高强度钢板，其中，以质量％计还含有选自Cr：0.01％以上且1.0％以下、V：0.01％以上且0.1％以下中的至少一种。
3.如权利要求1所述的高强度钢板，其中，还具有600MPa～700MPa的拉伸强度TS。
4.如权利要求1所述的高强度钢板，其中，还具有80％以上的扩孔率λ。
5.如权利要求1所述的高强度钢板，其中，所述铁素体的体积分数为80％以上且95％以下。
6.如权利要求1所述的高强度钢板，其中，所述珠光体的体积分数为3％以上且30％以下。
7.如权利要求1所述的高强度钢板，其中，所述珠光体的体积分数为5％以上且28％以下。
8.一种高强度钢板的制造方法，其具有：
准备具有下述化学组成的钢坯的工序，所述化学组成为：以质量％计，含有C：0.10％以上且0.18％以下、Si：大于0.5％且1.5％以下、Mn：0.5％以上且1.5％以下、P：0.05％以下、S：0.005％以下、Al：0.05％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成；
对所述钢坯实施热轧从而形成热轧板的工序；和
实施下述退火的工序：将该热轧板加热至Ac1相变点与Ac3相变点之间的双相温度范围后，以5℃/秒以上且30℃/秒以下的平均冷却速度冷却至450℃以上且600℃以下的温度范围，并在该温度范围停留100秒以上。
9.如权利要求8所述的高强度钢板的制造方法，其中，所述钢坯以质量％计还含有选自Cr：0.01％以上且1.0％以下、V：0.01％以上且0.1％以下中的至少一种。
10.如权利要求8所述的高强度钢板的制造方法，其中，所述实施退火的工序包括：加热至Ac1相变点与Ac3相变点之间的双相温度范围后，以10℃/秒以上且20℃/秒以下的平均冷却速度冷却至450℃以上且600℃以下的温度范围，并在该温度范围停留100秒以上且300秒以下。
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