CN104726797A - 焊接性优良的高强度薄钢板及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
提供了一种具有大约800MPa或更大的抗拉强度的高强度薄钢板及其制造方法。所述薄钢板主要用于建筑材料、家用电器和汽车。所述薄钢板具有优良的镀覆特性、焊接特性、弯曲加工性和孔扩展率。所述薄钢板按重量百分比计包括:0.02%-0.20%的C;1.5%或更少的Si;1.5%-3.0%的Mn;0.001%-0.10%的P;0.010%或更少的S;0.01%-0.40%的酸溶铝(Sol.Al);0.020%或更少的N;0.3%-1.5%的Cr;0.0010%-0.0060%的B;0.001%-0.10%的Sb;包括从由0.003%-0.08%的Ti、0.003%-0.08%的Nb和0.003%-0.08%的Mo组成的组中选择的至少一种材料;并包括作为余量的铁和其它不可避免的杂质,其中,Si、Mn、B、Sb、P和S满足5<(Si/Mn+150B)/Sb<20和C+Mn/20+Si/30+2P+4S<0.27的条件。此外,所述制造方法能够确保薄钢板的加工性。
Description
本申请是优先权日为2007年12月28日、于2008年8月8日提交的申请号为200880123092.5、题为“焊接性优良的高强度薄钢板及其生产工艺”的PCT专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种具有大约800MPa或更大的抗拉强度、主要用于建筑材料、家用电器和汽车的高强度薄钢板及其制造方法,更具体地讲,涉及一种具有优良的镀覆特性、焊接特性、弯曲加工性和孔扩展率(hole expansion ratio,HER)以及高的抗拉强度的高强度薄钢板及其制造方法。
背景技术
近来,要求汽车用钢板具有更高的强度,以改善燃料经济性或耐久性。出于碰撞安全和保护乘客方面的考虑,具有大约800MPa的高强度的高强度钢板越来越多地用于汽车的主体结构或强化材料。然而,由于钢板的高强度导致成型性和焊接特性下降,迫切需要发展用于解决这样的问题的材料。响应于这样的需求,到目前为止,已经开发了诸如铁素体-马氏体双相钢或使用保留的奥氏体的相变诱发塑性(transformation-induced plasticity,TRIP)的相变诱发塑性钢板的各种组成结构的钢板。
例如,第6145892号日本专利特许公开提出通过控制化学成分和保留的奥氏体的量来制造具有优良的成型性的钢板的方法。第2660644号日本专利和第2704350号日本专利提出通过控制钢板的化学成分和精细结构来制造具有压制成型性的高强度钢板的方法。此外,第3317303号日本专利提出包括5%或更多的保留的奥氏体并具有优良的成型性(更具体地讲,优良的局部延伸率)的钢板。然而,开发大多数上述相关技术是为了改善延展性。没有做到对在实际的部件加工过程中的弯曲加工性、孔扩展率、焊接特性等重要标准的充分考虑。
在钢板的需求特性中,用于主要需要800MPa或更大的高强度的钢板的汽车主体结构或强化材料的钢板的最重要特性是点焊特性。用于汽车的主体结构或强化材料的钢通过吸收碰撞过程中的碰撞能量来保护乘客。如果点焊部分的强度不够,则该部分会被损坏并切断,从而不能得到足够水平的碰撞能量吸收。对于与具有对焊接特性的考虑的高强度钢板相关的技术,存在第2003-193194号日本特许公开,但是其不能满足市场实际需要的焊接特性。
此外,第2005-105367号日本专利特许公开提出确保强度为780MPa或更大的钢的焊接特性和延展性的技术。在实际工艺中制造具有800MPa或更大的高强度的钢板的情况下,因作为中间材料的热的带的高强度导致冷轧特性显著降低。此外,由于在退火工艺中应当使用快速冷却的热处理条件,所以加工性也显著降低。第2005105367号日本专利特许公开没有充分考虑这些问题。
发明内容
技术问题
为了解决现有技术的前述问题,做出本发明,因此,本发明的一个目的提供了一种在制造具有800MPa或更大的高抗拉强度的薄钢板中具有优良的镀覆特性、焊接特性、弯曲加工性和孔扩展率的钢板。此外,本发明的另一目的提供了一种确保钢板加工性的方法。
技术方案
根据本发明的一方面提供了一种钢板,所述钢板按重量百分比计包括:0.02%-0.20%的C;1.5%或更少的Si;1.5%-3.0%的Mn;0.001%-0.10%的P;0.010%或更少的S;0.01%-0.40%的酸溶铝(Sol.Al);0.020%或更少的N;0.3%-1.5%的Cr;0.0010%-0.0060%的B;0.001%-0.10%的Sb;并包括从由0.003%-0.08%的Ti、0.003%-0.08%的Nb和0.003%-0.08%的Mo组成的组中选择的至少一种材料;包括作为余量的铁和其它不可避免的杂质,其中,Si、Mn、B、Sb、P和S满足5<(Si/Mn+150B)/Sb<20和C+Mn/20+Si/30+2P+4S<0.27的条件。
根据本发明的另一方面提供了一种用于制造钢板的方法,所述方法包括:加热钢板的板坯,并以在Ar3转变点和950℃之间的终轧出口侧的温度轧制并卷绕板坯,所述钢板的板坯按重量百分比计包括0.02%-0.20%的C、1.5%或更少的Si、1.5%-3.0%的Mn、0.001%-0.10%的P、0.010%或更少的S、0.01%-0.40%的酸溶铝(Sol.Al)、0.020%或更少的N、0.3%-1.5%的Cr、0.0010%-0.0060%的B、0.001%-0.10%的Sb,并包括从由0.003%-0.08%的Ti、0.003%-0.08%的Nb和0.003%-0.08%的Mo组成的组中选择的至少一种材料,包括作为余量的铁和其它不可避免的杂质,其中,Si、Mn、B、Sb、P和S满足5<(Si/Mn+150B)/Sb<20和C+Mn/20+Si/30+2P+4S<0.27的条件;酸洗卷绕的热轧钢板并同时以压下率40%-80%来执行冷轧;在740℃-860℃的温度范围对得到的冷轧钢板执行连续退火,在3℃/s-150℃/s的冷却速率范围内以满足-5LogCR+25C-17Si+40Cr+13,000B>30条件的冷却速率将冷轧钢板冷却到250℃-600℃,并以5℃/分钟或更大的冷却速率将其冷却。
钢板可具有包括从由贝氏体和贝氏体铁素体组成的组中选择的至少一种占大约40%或更多的结构,以及占余量的铁素体相和马氏体相。
有益效果
本发明能够提供一种具有优良的镀覆特性、焊接特性、弯曲加工性和孔扩展率同时具有大约800MPa或更大的高抗拉强度的钢板以及能够确保所述钢板的可制造性的制造方法。
具体实施方式
一种钢板按重量百分比计包括:0.02%-0.20%的C;1.5%或更少的Si;1.5%-3.0%的Mn;0.001%-0.10%的P;0.010%或更少的S;0.01%-0.40%的酸溶铝(Sol.Al);0.020%或更少的N;0.3%-1.5%的Cr;0.0010%-0.0060%的B;0.001%-0.10%的Sb;并包括从由0.003%-0.08%的Ti、0.003%-0.08%的Nb和0.003%-0.08%的Mo组成的组中选择的至少一种材料;包括作为余量的铁和其它不可避免的杂质,并且Si、Mn、B、Sb、P和S满足5<(Si/Mn+150B)/Sb<20和C+Mn/20+Si/30+2P+4S<0.27的条件。
此外,一种用于制造所述钢板的方法包括:加热钢板的板坯,并以在Ar3转变点和950℃之间的终轧出口侧的温度轧制并卷绕板坯,所述钢板的板坯按重量百分比计包括0.02%-0.20%的C、1.5%或更少的Si、1.5%-3.0%的Mn、0.001%-0.10%的P、0.010%或更少的S、0.01%-0.40%的酸溶铝(Sol.Al)、0.020%或更少的N、0.3%-1.5%的Cr、0.0010%-0.0060%的B、0.001%-0.10%的Sb,并包括从由0.003%-0.08%的Ti、0.003%-0.08%的Nb和0.003%-0.08%的Mo组成的组中选择的至少一种材料、包括作为余量的铁和其它不可避免的杂质,其中,Si、Mn、B、Sb、P和S满足5<(Si/Mn+150B)/Sb<20和C+Mn/20+Si/30+2P+4S<0.27的条件;酸洗卷绕的热轧钢板并同时以压下率40%-80%来执行冷轧;在740℃-860℃的温度范围对得到的冷轧钢板执行连续退火,在3℃/s-150℃/s的冷却速率范围内以满足-5LogCR+25C-17Si+40Cr+13,000B>30条件的冷却速率将冷轧钢板冷却到250℃-600℃,并以5℃/分钟或更大的冷却速率将其冷却。
钢板包括从由贝氏体和贝氏体铁素体组成的组中选择的至少一种占40%或更多的结构以及占余量的铁素体和马氏体。
在下文中,将详细描述本发明。
优选地,碳(C)按质量百分比为0.02wt%-0.20wt%(在下文中,wt%简称为%)。
钢中的碳是为了加强转变结构而加入的元素。然而,当C的量超过0.20%时,孔扩展特性和焊接特性下降。另一方面,当C的量小于0.02%时,难以确保强度。
优选地,硅(Si)为1.5%或更少。
钢中的硅是能够有效地用于提高强度的元素。然而,由于硅不仅引起表面鳞片缺陷,而且降低了与表面特性相关的镀覆钢板的表面特性。此外,硅降低了化学处理特性。因此,通常,硅含量限制为1.0%或更少。由于在镀覆技术中的新近工艺允许钢中硅含量至1.5%而在制造过程中没有大的问题,所以该含量限制为1.5%或更少。
优选地,Mn为1.5%-3.0%。
钢中的Mn是具有非常高的固溶强化效果的元素,并同时促进包括铁素体和马氏体的复合结构的形成。当钢中的Mn含量少于1.5%时,难以确保本发明所要求的强度。当Mn含量超过3.0%时,会在焊接特性和热轧特性中出现问题的可能性高。
优选地,P为0.001%-0.10%。
钢中的P是具有强化钢的效果的元素。当P含量少于0.001%时,不仅能够确保强化效果,而且还会产生制造成本方面的问题。另一方面,当P含量过度加入时,压制成型性会下降,钢的脆性会出现。
优选地,S为0.010%或更少。
钢中的S是阻碍钢板的延展性和焊接特性的杂质元素。当S含量超过0.01%时,阻碍钢板的延展性和焊接特性的可能性高。
优选地,酸溶铝为0.01%-0.4%。
钢中的酸溶铝是与钢中的氧结合以执行脱氧操作并将铁素体中的碳分布到奥氏体内以改善马氏体硬化能力的有效元素。当酸溶铝含量少于0.01%时,不能确保这样的效果。另一方面,当酸溶铝含量超过0.4%时,这样的效果饱和并会增加制造成本。
优选地,N为0.020%或更少。
钢中的N是稳定奥氏体的有效元素。当钢中N含量超过0.02%时,奥氏体的稳定性大大增加,从而防止贝氏体的形成,贝氏体是本发明所意图的精细结构。
优选地,Cr为0.3%-1.5%。
钢中的Cr是为了改善钢的硬化能力并确保高强度而加入的元素。在本发明中,Cr起到促进贝氏体形成的重要作用。当钢中的Cr含量少于0.3%时,难以确保这样的效果。当钢中的Cr含量超过1.50%时,这样的效果饱和并且不利于节约成本。
优选地,硼(B)为0.0010%-0.0060%。
钢中的硼是用于推迟在退火工艺的冷却过程中奥氏体向珠光体的转变的元素。B是作为抑制铁素体形成和促进贝氏体形成的元素而加入的。然而,当钢中B含量少于0.0010%时,难以得到这样的效果。当钢中的B含量超过0.0060%时,过剩的B富集在表面上,导致镀覆粘着力劣化。
优选地,Sb为0.001%-0.1%。
钢中的Sb是为了确保本发明中的优良的镀覆特性而加入的不可或缺的元素。在抑制诸如MnO、SiO2、Al2O3等氧化物的表面富集以减少表面缺陷和抑制表面富集物因温度升高和热轧工艺的变化而变粗糙的方面,Sb具有显著的效果。当Sb含量少于0.001%时,难以确保这样的效果,即使当加入量持续增加时,这样的效果也没有大大增加,并且会产生制造成本和降低成型性的问题。因此,Sb含量限制为0.001%-0.1%。
根据本发明,将从0.003%-0.08%的Ti、0.003%-0.08%的Nb和0.003%-0.08%的Mo中选择的一种或两种或多种材料加入到由以上元素形成的钢中,以实现强度增加和晶粒直径微小化。
当Ti、Nb和Mo的加入量少于其下限0.003%时,难以确保达到强度增加和晶粒直径微小化的效果。当加入量超过其上限0.08%时,会增加制造成本,并且因过多的生成物会导致延展性显著降低。
除了上述元素之外,本发明的钢由铁和不可避免的杂质作为余量来形成。
根据本发明,Si、Mn、B、Sb、P和S的合金成分比可满足下面的设计具有上述成分范围的钢板的合金的数学式1和2。
数学式1
5<(Si/Mn+150B)/Sb<20
数学式2
C+Mn/20+Si/30+2P+4S<0.27
数学式1是作为经验数值得到的能够确保表面质量的成分关系。即,钢中的Mn、Si和B是具有在退火工艺中在表面形成富集物的特性的元素。随着这些元素的富集物的增多,镀覆特性降低。另一方面,由于Sb阻碍上述表面富集元素的晶界扩散,所以Sb非常有利于表面质量的方面。例如,当由数学式1计算的值在5和20之间时,意味着可确保良好的表面质量。
同时,数学式2作为经验数值得到的能够确保期望的焊接特性的成分关系。即,钢中的C、Mn、Si、P和S提高了碳当量。本领域公知,当碳当量高时,焊接特性下降。设定在点焊过程中不产生焊接缺陷的条件,点焊是当使用本发明的钢通过反复实验提供数学式2时主要执行的焊接方法。当使用数学式2计算的值超过0.27时,意味着会产生焊接缺陷的可能性高。
本发明的钢板具有从贝氏体和贝氏体铁素体中选择的一种或多种占40%或更多的结构,余量为铁素体相和马氏体相。铁素体可占25%或更少,马氏体可占35%或更少。
在下文中,将详细描述使用冷轧卷绕钢板用于制造由上述成分形成的钢板的方法。
加热使用上述合金设计方法形成的成分的板坯,并执行热轧。可以以在Ar3转变点和950℃之间的出口侧的温度来执行热轧的终轧。即,在低于Ar3转变点的热终轧温度,热转变抗性迅速增加的可能性高,并会产生制造方面的问题。在超过950℃的温度,不仅会产生过度厚的氧化,而且钢板变粗糙的可能性也高。
酸洗并冷轧使用上述工艺制造的热轧钢板。
冷轧的压下率可以是40%-80%。当压下率小于40%时,重结晶驱动力变弱,从而有可能在获得良好的重结晶晶粒中会产生问题。当压下率超过80%时,热轧负载迅速增加。
优选地,在740℃-860℃的温度对以上得到的冷轧钢板进行连续退火。当在连续退火过程中的温度低于740℃时,增加了非重结晶晶粒形成的危险。当温度超过860℃时,会形成大的晶粒,同时因高温退火操作会导致带通过能力出现缺陷。
在连续退火之后,以在3℃/s-150℃/s的冷却速率(CR)范围内的使通过下面的数学式3计算的值超过30的冷却速率将冷轧钢板连续冷却到250℃-600℃的温度,然后,以5℃/min或更大的冷却速率将其逐渐冷却。通过在以上条件下对薄钢板进行连续退火,可容易地制得具有800MPa的抗拉强度以及具有良好的镀覆特性、焊接特性和孔扩展率的高强度薄钢板。
数学式3
-5LogCR+25C-17S+40Cr+13,000B>30
其中,CR为冷却速率。
在连续退火之后,当冷却速率降低到小于3℃/s时,形成铁素体或珠光体,从而难以确保本发明所意图的强度。此外,如果冷却速率太高,高于150℃/s,则过多地形成马氏体等硬质相,从而弯曲加工性和孔扩展率大大下降,并且需要担心在工艺过程中因形状缺陷而导致带通过能力的降低。因此,如上所述,可以以3℃/s-150℃/s的冷却速率(CR)来执行冷却。
此外,为了实现优良的弯曲加工性和孔扩展率(即,根据本发明的钢的特性),应当应用使通过数学式3计算的值超过30的冷却速率。即,当通过数学式3计算的值小于30时,难以得到达到40%或更多的本发明的钢意图得到的作为其精细结构的贝氏体相或贝氏体铁素体相。当得到的贝氏体类结构达到40%或更多时,可制得具有优良的弯曲加工性和孔扩展率同时具有大约800MPa的高强度的产品,所述优良的弯曲加工性、孔扩展率和大约800MPa的高强度是根据本发明的钢的特性。
同时,用于冷却操作的冷却最终温度可以在250℃和600℃之间。当冷却最终温度小于250℃时,增加了将形成大量马氏体的危险。当冷却最终温度超过600℃时,形成大量的铁素体或珠光体等软质相,从而难以实现意图的材料。
上述制造方法同样可应用于诸如热浸镀锌材料(GI)和镀锌材料(GA)以及冷轧钢板。
在下文中,使用本发明的实施例来更加详细地描述本发明。
如表1所示,将具有本发明的成分组成的板坯加热到1200℃的温度并拔出,然后,以55%的压下率对作为材料的通过在900℃的终轧温度的条件下的热轧板坯制得的热轧钢板进行轧制。以表2的退火温度和冷却条件来执行连续退火热处理。通过执行热浸镀锌(GI)工艺和镀锌(GA)工艺来制造镀覆产品。下面给出在连续退火过程中应用的条件和镀锌工艺时间。
-退火炉气氛:N2-10%H2O(露点-32℃)
-退火炉加热速率:3℃/sec
-退火时间:90sec
-镀覆温度:460℃
镀锌时间:24sec(对GA产品的情况)
如表2所示,测量镀覆特性(外表和粘着特性)和材料的质量(抗拉强度、孔扩展率和弯曲加工性),并将其结果与对比例一起示出。
在表2中,用非镀覆或○代表不包括其它镀覆缺陷的情况的镀覆外表。对于产生镀覆缺陷的情况,写出缺陷名称。
在表2中,对镀覆粘着力的评价以下面的形式做出,其中:将镀覆板切成20mm×50mm,对镀覆板执行弯曲测试,再展开镀覆板,将带附着到镀覆板的未展开部分,使用下面的标准来评价从镀覆板分离的镀覆层的宽度。
◎:无分离的镀覆或分离的镀覆的宽度在大约1mm之内
○:分离的镀覆的宽度在大约1mm-3mm之内
△:分离的镀覆的宽度在大约3mm-5mm之内
X:分离的镀覆的宽度为大约5mm或更大
在表2中,通过以下步骤得到孔扩展率(HER),所述步骤包括:在具有120mm×120mm的尺寸的测试片中制作具有10mm的直径的孔,使用具有60度的形成部分角度的冲床来扩展该孔直到产生裂纹,计算被扩展的孔与最初孔的10mm直径的比。此外,在表2中,通过使用90度V形冲床在测试片上执行弯曲测试评价了弯曲加工性,并测量不引起破损的最小冲孔半径(mm)。
表1
[表]
表2
[表]
如表2所示,当根据本发明的方法制造钢板时,可制得具有大约800MPa或更大的抗拉强度、与现有对比材料相比具有优良的表面特性和机械特性、具有优良的镀覆特性、焊接特性、弯曲加工性和孔扩展率的高强度薄钢板。
根据本发明的钢,钢板具有从贝氏体和贝氏体铁素体中选择的一种占40%或更多的结构,以及占25%或更少的铁素体和35%或更少的马氏体。
Claims (4)
1.一种具有优良的焊接特性的高强度薄钢板,所述薄钢板按重量百分比计包括:0.02%-0.20%的C;1.5%或更少的Si;1.5%-3.0%的Mn;0.001%-0.10%的P;0.010%或更少的S;0.01%-0.40%的酸溶铝;0.020%或更少的N;0.3%-1.5%的Cr;0.0010%-0.0060%的B;0.001%-0.10%的Sb;并包括从由0.003%-0.08%的Ti、0.003%-0.08%的Nb和0.003%-0.08%的Mo组成的组中选择的至少一种材料;包括作为余量的铁和其它不可避免的杂质,
其中,Si、Mn、B、Sb、P和S满足5<(Si/Mn+150B)/Sb<20和C+Mn/20+Si/30+2P+4S<0.27的条件,
其中,钢板具有包括从由贝氏体和贝氏体铁素体组成的组中选择的至少一种占大约40%或更多的结构以及占余量的铁素体相和马氏体相,其中,铁素体相占大约25%或更少,马氏体相占大约35%或更少。
2.如权利要求1所述的薄钢板,其中,钢板包括在所述钢板的表面上的热浸镀锌(GI)层或镀锌(GA)层。
3.一种用于制造具有优良的焊接特性的高强度薄钢板的方法,所述方法包括:
再加热钢板的板坯,并以在Ar3转变点和950℃之间的终轧出口侧的温度轧制并卷绕板坯,所述钢板的板坯按重量百分比计包括0.02%-0.20%的C、1.5%或更少的Si、1.5%-3.0%的Mn、0.001%-0.10%的P、0.010%或更少的S、0.01%-0.40%的酸溶铝、0.020%或更少的N、0.3%-1.5%的Cr、0.0010%-0.0060%的B、0.001%-0.10%的Sb,并包括从由0.003%-0.08%的Ti、0.003%-0.08%的Nb和0.003%-0.08%的Mo组成的组中选择的至少一种材料,包括作为余量的铁和其它不可避免的杂质,其中,Si、Mn、B、Sb、P和S满足5<(Si/Mn+150B)/Sb<20和C+Mn/20+Si/30+2P+4S<0.27的条件;
酸洗卷绕的热轧钢板并同时以压下率40%-80%来执行冷轧;
在740℃-860℃的温度范围对得到的冷轧钢板执行连续退火,在20℃/s-150℃/s的冷却速率范围内以满足-5LogCR+25C-17Si+40Cr+13,000B>30条件的冷却速率将冷轧钢板冷却到250℃-600℃,并以5℃/分钟或更大的冷却速率将其冷却,
其中,钢板具有包括从由贝氏体和贝氏体铁素体组成的组中选择的至少一种占大约40%或更多的结构以及占余量的铁素体相和马氏体相。
4.如权利要求3所述的方法,所述方法还包括执行热浸镀锌(GI)或镀锌(GA)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150624 |