CN107208227A - 屈强比和加工性优异的超高强度钢板 - Google Patents

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Abstract

一种超高强度钢板，其中，具有如下成分组成：分别以特定量含有C、Si、Mn、Al，余量由铁和不可避免的杂质构成，不可避免的杂质之中，P、S、N分别限制为特定量，马氏体为90面积％以上，残余奥氏体为0.5面积％以上，局部的Mn浓度为钢板整体的Mn含量的1.2倍以上的区域存在1面积％以上，抗拉强度为1470MPa以上，屈强比为0.75以上，总延伸率为10％以上。

Description

屈强比和加工性优异的超高强度钢板
技术领域
本发明涉及屈强比和加工性优异的超高强度钢板。作为本发明的超高强度钢板的钢板种类，除了冷轧钢板以外，也包括熔融镀锌钢板、合金化熔融镀锌钢板等各种镀覆钢板。
背景技术
在汽车的骨架构件所使用的钢板中，以车体轻量化实现燃油效率提高为目的而要求高强度化，并且为了确保碰撞安全性，也要求有高屈强比。另一方面，为了成形为复杂形状的零件，也要求有优异的加工性。
因此，迫切希望提供一种既具有高屈强比，延伸率(总延伸率；EL)又高的超高强度钢板。具体来说，就是要求抗拉强度为1470MPa以上，屈强比为0.75以上，并且总延伸率为10％以上的钢板。
另外，汽车用钢板在车体组装时和零件安装时被实施焊接，但焊接性很大程度依存于钢板的成分组成，特别是若C和Mn大量添加，则可知会使焊接性恶化。因此，在汽车用钢板中，要求以满足C在0.35质量％以下、并且Mn在1.5质量％以下的成分组成，来满足上述机械的特性。
在此，以前为了提高高强度钢板的延伸率，主要采用的是以下的2个手段。
(1)提高残余奥氏体量，利用其TRIP作用。
(2)提高软质的铁素体(含贝氏体铁素体)量。
但是，在上述(1)的手段中存在这样的问题，即，为了使大量的奥氏体残留，需要提高C和Mn的添加量，而不能满足C≤0.35质量％且Mn≤1.5质量％，则不能确保充分的焊接性。
另一方面，在上述(2)的手段中存在如下问题，即，为了确保延伸率，需要一定量的软质相，而不能满足屈强比0.75以上，不能确保充分的碰撞安全性。
例如，在专利文献1中提出有一种钢板，其通过提高钢板中的Mn含量，而使大量的奥氏体残留，由此在抗拉强度为1180MPa以上的超高强度域，提高耐氢脆化特性，冲孔加工部的抗延迟断裂性也优异。
但是，上述钢板如其实施例所示，在发明钢中，钢板中的Mn含量均高于1.5质量％，在焊接性这一点上有改善的余地。
另外，在专利文献2中提出有一种钢板，其提高软质的铁素体相的分率，在满足C在0.35质量％以下，且Mn在1.5质量％以下的成分组成中，能够实现抗拉强度1470MPa以上，并且总延伸率10％以上。
但是，上述钢板如其实施例所示，存在不能实现屈强比0.75以上，不能确保充分碰撞安全性的问题点。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本国特开2008－81788号公报
【专利文献2】日本国特开2010－90432号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种能够满足抗拉强度在1470MPa以上，屈强比在0.75以上，并且总延伸率在10％以上的屈强比和加工性优异的超高强度钢板。
本发明的第一发明的屈强比与加工性优异的超高强度钢板，其特征在于，具有如下成分组成，
以质量％计，分别含有
C：0.15～0.35％、
Si：0.5～3.0％、
Mn：0.5～1.5％、
Al：0.001～0.10％，
余量由铁和不可避免的杂质构成，
所述不可避免的杂质之中，P、S、N分别限制如下，
P：0.1％以下、
S：0.01％以下、
N：0.01％以下，
并具有以相对于全部组织的面积率计，
由马氏体：90％以上、
残余奥氏体：0.5％以上构成的组织，
局部的Mn浓度为钢板整体的Mn含量的1.2倍以上的区域，以面积率计存在1％以上，
抗拉强度为1470MPa以上，屈强比为0.75以上，并且总延伸率为10％以上。
本发明的第二发明的屈强比和加工性优异的超高强度钢板，根据上述第一发明，其中，
在成分组成中，以质量％计还含有
Cu：0.05～1.0％、
Ni：0.05～1.0％、
B：0.0002～0.0050％中的一种或两种以上。
本发明的第三发明的屈强比和加工性优异的超高强度钢板，根据上述第一或第二发明，其中，在成分组成中，以质量％计还含有
Mo：0.01～1.0％、
Cr：0.01～1.0％、
Nb：0.01～0.3％、
Ti：0.01～0.3％、
V：0.01～0.3％中的一种或两种以上。
本发明的第四发明的屈强比和加工性优异的超高强度钢板，根据上述第一～第三发明的任意一个发明，其中，
在成分组成中，以质量％计还含有
Ca：0.0005～0.01％、
Mg：0.0005～0.01％中的一种或两种。
根据本发明，不用提高钢板整体的C和Mn的平均浓度，通过在钢的组织中，使马氏体作为主要组织，并且在残余奥氏体中使Mn稠化，从而一边确保了焊接性，又能够提供高强度·高屈强比且加工性优异的超高强度高板。
具体实施方式
以下，更详细地说明本发明。
首先，对于赋予本发明的屈强比和加工性优异的超高强度钢板(以下，也称为“本发明钢板”。)以特征的组织进行说明。
〔本发明钢板的组织〕
本发明钢板，如上述，其特征在于，在使母相成为马氏体之后，再以规定量含有使Mn稠化而成的残余奥氏体(以下，也将奥氏体表述为γ。)。
＜马氏体：90％以上＞
为了一边实现钢板的抗拉强度1470MPa以上，一边达成0.75以上的高屈强比，需要马氏体以面积率计为90％以上，优选为92％以上，更优选为94％以上。还有，在本说明书中，马氏体在含有未回火的初生马氏体和经受过回火的回火马氏体这两者的意思下使用。
还有，残余奥氏体以外，可以全部是马氏体，因此若基于残余奥氏体的下限值(0.5％)，则马氏体面积率的上限为99.5％，优选为99％以下
＜残余奥氏体：0.5％以上＞
为了利用残余奥氏体的TRIP作用而使总延伸率提高，需要以面积率计使之为0.5％以上，优选为0.6％以上，更优选为0.7％以上。
还有，马氏体以外，可以全部是残余奥氏体，因此若基于马氏体的下限值(90％)，则残余奥氏体面积率的上限为10％，优选为5％以下，更优选为3％以下，特别优选为2％以下。
另外，本发明钢板如上所述，可以只由马氏体和残余奥氏体这二相构成(二相的合计的面积率为100％)，但不可避免地可能产生其他的相(铁素体、贝氏体、珠光体等)。即使存在这样的其他相，其面积率的合计为9.5％以下即可。其他的相的面积率的合计优选为7.5％以下，更优选为5.5％以下。
＜局部的Mn浓度为钢板整体的Mn含量的1.2倍以上的区域：以面积率计为1％以上＞
在残余奥氏体中使Mn稠化而提高该残余奥氏体的稳定性，至高应变区域使残余奥氏体残存，由此进一步提高总延伸率，确保总延伸率在10％以上。另一方面，从确保焊接性的观点出发，需要钢板中的平均Mn浓度满足1.5质量％以下，因此在本发明钢板中要使Mn稠化区域形成。即，一边将母相的Mn浓度保持得低，一边使Mn稠化区域所形成的残余奥氏体稳定化。由此，局部的Mn浓度为钢板整体的Mn含量的1.2倍以上的区域的一部分，作为残余奥氏体存在，有助于总延伸率的进一步提高。
还有，本发明钢板中形成的残余奥氏体非常微细，不能直接测量Mn浓度。因此，采用局部的Mn浓度为钢板整体的Mn含量的1.2倍以上的区域以面积率计存在1％以上(优选为1.1％以上，更优选为1.2％以上)存在的方式，保证Mn在残余奥氏体中充分稠化。
接下来，对于构成本发明钢板的成分组成进行说明。以下，化学成分的单位全部是质量％。
〔本发明钢板的成分组成〕
C：0.15～0.35％
C是对钢板的强度有巨大影响的重要元素。为了确保钢板的强度，使C含有0.15％以上，优选为0.16％以上，更优选为0.17％以上。但是，若使C过剩地含有，则焊接性劣化，因此使之为0.35％以下，优选为0.3％以下，更优选为0.25％以下。
Si：0.5～3.0％
Si抑制碳化物的生成，对于促进残余奥氏体的生成是有用的元素。为了有效地发挥这样的作用，使Si含有0.5％以上，优选为0.8％以上，更优选为1.1％以上。但是，若使Si过剩地含有，则焊接性显著劣化，因此为3.0％以下，优选为2.5％以下，更优选为2.0％以下。
Mn：0.5～1.5％
Mn作为固溶强化元素，也是有助于钢板的强度上升的有用元素。另外，也具有提高淬火性，另外抑制冷却时的铁素体相变的效果。此外，还具有使奥氏体稳定化的效果，因此能够使稳定度高的残余奥氏体形成。为了有效地发挥这样的作用，使Mn含有0.5％以上，优选为0.7％以上，更优选为0.9％以上。但是，从确保焊接性这一观点出发，优选Mn量低的方法，使之为1.5％以下，优选为1.3％以下，更优选为1.15％以下。
Al：0.001～0.10％
Al是作为脱氧剂被添加的有用元素，为了得到这样的作用，使之含有0.001％以上，优选为0.01％以上，更优选为0.03％以上。但是，若使Al过剩地含有，则使钢的洁净度恶化，因此为0.10％以下，优选为0.08％以下，更优选为0.06％以下。
本发明钢板作为必须的成分而含有上述元素，余量是铁和不可避免的杂质(P、S、N、O等)，但不可避免的杂质之中，能够使P、S、N含有截止到下述这样的各允许范围。
P：0.1％以下
P作为杂质元素不可避免地存在，通过固溶强化而有助地强度的上升，但其在旧奥氏体晶界偏析，使晶界脆化，从而使加工性劣化，因此P量限制在0.1％以下，优选为0.05％以下，更优选为0.03％以下。
S：0.01％以下
S也作为杂质元素不可避免地存在，形成MnS夹杂物，变形时成为龟裂的起点而使加工性降低，因此S量限制在0.01％以下，优选为0.005％以下，更优选为0.003％以下。
N：0.01％以下
N也作为杂质元素不可避免地存在，由于应变时效而使钢板的加工性降低，因此N量限制在0.01％以下，优选为0.005％以下，更优选为0.003％以下。
另外，在不损害本发明的作用的范围，还能够再含有以下的允许成分。
Cu：0.05～1.0％、Ni：0.05～1.0％、B：0.0002～0.0050％中的一种或两种以上
这些元素提高淬火性，是具有抑制由奥氏体相变这一效果的有用元素。为了得到这样的作用，各元素均优选使之含有上述各自的下限值以上。上述元素可以单独含有，也可以两种以上并用。但是，即使这些元素过剩地含有，效果也是饱和，在经济上造成浪费，因此各元素均为上述各自的上限值以下。
Mo：0.01～1.0％、Cr：0.01～1.0％、Nb：0.01～0.3％、Ti：0.01～0.3％、V：0.01～0.3％中的一种或两种以上
这些元素是不会使加工性劣化，而对改善强度有用的元素。为了得到这样的作用，各元素均优选含有上述各自的下限值以上。上述元素可以单独含有，也可以两种以上并用。但是，若使这些元素过剩地含有，则粗大的碳化物形成，加工性劣化，因此各元素均为上述各自的上限值以下。
Ca：0.0005～0.01％、Mg：0.0005～0.01％中的一种或两种
这些元素使夹杂物微细化，减少破坏的起点，从而对于提高加工性是有用的元素。为了得到这样的作用，任意一个元素均优选使之含有0.0005％以上。上述元素可以单独使用，也可以两种并用。但是，若使之过剩地含有，则夹杂物反而粗大，加工性劣化，因此无论哪个元素均为0.01％以下。
接着，以下说明用于得到上述本发明钢板的优选的制造条件。
〔本发明钢板的优选的制造方法〕
首先，熔炼具有上述成分组成的钢，通过铸锭或连续铸造而作为板坯(钢材)后，以均热温度1200℃以下(更优选为1150℃以下)、最终温度900℃以下(更优选为880℃以下)的条件进行热态轧制(热轧)，从最终温度冷却至Ac1点以下，成为贝氏体或珠光体单相组织，或含有铁素体这样的二相组织。
上述热轧后，以680℃～Ac1点(更优选为690℃～[Ac1－10℃])保持0.8h以上(更优选为1h以上)的条件实施退火处理。通过该退火处理，使碳化物球化且粗大化，并且在该碳化物中使Mn稠化，使之达到Mn向钢板的添加量的1.2倍以上。还有，该退火处理可以在冷却至Ac1点以下后，直接在上述温度域保持，也可以在该温度域内缓冷，或者也可以在热轧后，先冷却至低于680℃后再进行。
还有，Ac1点能够根据钢板的化学成分，使用莱斯利著，“铁钢材料科学”，幸田成靖译，丸善株式会社，1985年，p.273所述的下式(1)求得。
Ac1(℃)＝723－10.7×Mn－16.9×Ni+29.1×Si+16.9×Cr…(1)
在此，上述式中的元素符号表示各元素的含量(质量％)。
对上述退火板进行冷态轧制(冷轧)后，将该冷轧板在奥氏体单相域温度(Ac3点以上)保持52s以上，以此条件进行热处理(γ化热处理)，由此使碳化物奥氏体化。通过前段的退火处理，因为碳化物中Mn稠化，因此可形成Mn浓度高的奥氏体。从该奥氏体单相域温度，以100℃/s以上的冷却速度急冷至室温，由此，Mn稠化至向钢板中添加的Mn量的1.2倍以上的残余奥氏体，能够在作为母相的马氏体中形成。
还有，Ac3点能够根据钢板的化学成分，使用莱斯利著，“铁钢材料科学”，幸田成靖译，丸善株式会社，1985年，p.273所述的下式(2)求得。
Ac3(℃)＝910－203×√C－30×Mn+44.7×Si+700×P+400×Al－15.2×Ni－11×Cr－20×Cu+400×Ti+31.5×Mo+104×V…(2)
在此，上述式中的元素符号表示各元素的含量(质量％)。
而后，对于上述热处理板，以150～300℃保持30～1200s的条件进行回火，由此可形成回火马氏体，使强度－延伸率平衡提高，能够得到本发明钢板(屈强比和加工性优异的超高强度钢板)。
以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明当然不受下述实施例限制，在能够符合前·后述的宗旨的范围，当然也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
【实施例】
〔试验方法〕
熔炼具有下述表1所示的A～K的各成分组成的钢，制作厚度120mm的铸块，使用该铸块进行热轧，达到厚2.8mm后，以下述表2所示的退火条件实施退火。对于该退火板进行酸洗后，冷轧至厚度达到1.0mm而成为冷轧板，以下述表2所示的各条件对于冷轧板实施γ化热处理和回火。
【表1】
(下划线：本发明的范围外，*：余量Fe和不可避免的杂质，-:无添加)
【表2】
(下划线:本发明的范围外，影线:条件在本发明的推荐外)
〔测定方法〕
使用所得到的各钢板，测量马氏体和残余奥氏体的面积率，以及局部的Mn浓度。另外，为了评价钢板的机械的特性，也对于屈服强度(YS)、抗拉强度(TS)和总延伸率(EL)进行测量。以下展示其测量方法。
(马氏体的面积率)
关于马氏体的面积率，是对于各钢板进行镜面研磨，以3％硝酸乙醇腐蚀液腐蚀其表面而使金属组织出现后，用SEM(扫描型电子显微镜；Scanning Electron Microscope)，在大约40μm×30μm的区域、就5个视野，以倍率2000倍观察板厚1/4部的组织，看起来为灰色的区域定义为马氏体，将各个视野中求得的面积率进行算术平均，作为马氏体的面积率。
(残余奥氏体的面积率)
残余奥氏体的面积率是对各钢板沿板厚方向进行磨削·研磨，至板厚的1/4，通过X射线衍射强度测量求得。
(局部的Mn浓度)
局部的Mn浓度是在大约20μm×20mm的区域，就3个视野，使用场发射电子探针显微分析仪(FE－EPMA)进行定量分析，在各个视野中，将测量区域分割成1μm×1mm的小区域，将各小区域内的Mn浓度进行平均而求得。该平均Mn浓度为钢板的Mn含量的1.2倍以上的小区域的比例，定义为各视野中的Mn稠化区域的面积率计算，将3个视野的Mn稠化区域的面积率进行算术平均而进行评价。
(降伏强度、抗拉强度和总延伸率)
使用评价对象的各钢板，在与轧制方向成直角的方向上取长轴，制作JIS Z 2201所述的5号试验片，遵循JIS Z 2241进行测量，求得屈服强度(YS)、抗拉强度(TS)和总延伸率(EL)，再由YS/TS求得屈强比(YR)
〔测量结果〕
测量结果显示在下述表3中。在本实施例中，抗拉强度(TS)在1470MPa以上，屈强比(YR)在0.75以上，并且总延伸率(EL)在10％以上的为○，判定为合格，是屈强比和加工性优异的超高强度钢板。另一方面，抗拉强度(TS)低于1470MPa、或屈强比(YR)低于0.75、或总延伸率(EL)低于10％的是×，判定为不合格。
【表3】
(下划线：本发明的范围外，影线：条件在本发明的推荐外)
如表3所示，满足本发明的要件(上述成分要件和上述组织要件)的发明钢(钢No.3、8、11、12、15～20)，均能够得到满足抗拉强度TS在1470MPa以上、屈强比YR在0.75以上、并且总延伸率EL在10％以上，屈强比和加工性优异的超高强度钢板。
相对于此，欠缺本发明的要件(上述成分要件和上述组织要件)之中至少一个的比较钢(钢No.1、2、4～7、9、10、13、14)，抗拉强度TS和屈强比YR和总延伸率EL之中至少任意一个的特性差。
例如，钢No.1、6如表2的制造No.1、6分别所示，热轧后的退火温度脱离推荐范围而过低，因此如表3所示，Mn在残余奥氏体中未充分稠化，总延伸率EL差。
另一方面，钢No.5、10如表2的制造No.5、10分别所示，热轧后的退火温度脱离推荐范围而过高，因此Mn通过扩散而均质化，如表3所示，在残余奥氏体中Mn未稠化，总延伸率EL差。
另外，钢No.2、7如表2的制造No.2、7分别所示，热轧后的退火保持时间脱离推荐范围而过短，因此如表3所示，残余奥氏体中Mn未充分稠化，总延伸率EL差。
另外，钢No.4、9如表2的制造No.4、9分别所示，γ化热处理温度脱离推荐范围而过低，因此未充分奥氏体化，如表3所示，马氏体不足，抗拉强度TS和屈强比YR差。
另外，钢No.13如表1的钢种E所示，C含量过低，因此如表3所示，马氏体和残余奥氏体均不足，并且残余奥氏体中Mn未充分稠化，抗拉强度TS和屈强比YR差。
另外，钢No.14如表1的钢种F所示，Mn含量过低，因此如表3所示，马氏体和残余奥氏体均不足，抗拉强度TS和屈强比YR差。
如以上可确认，满足本发明的要件，能够得到屈强比和加工性优异的超高强度钢板。
详细并参照特定的实施方式说明了本发明，但不脱离本发明的精神和范围而能够加以各种变更和修改，这对从业者来说很清楚。
本申请基于2015年2月13日申请的日本专利申请(专利申请2015－026736)，其内容在此作为参照而并入。
【产业上的可利用性】
本发明的超高强度钢板，屈强比和加工性优异，作为冷轧钢板和各种镀覆钢板而在车体用方面有用。

Claims (2)

1.一种屈强比和加工性优异的超高强度钢板，其特征在于，具有如下成分组成，以质量％计分别含有
C：0.15～0.35％、
Si：0.5～3.0％、
Mn：0.5～1.5％、
Al：0.001～0.10％，
余量由铁和不可避免的杂质构成，
所述不可避免的杂质之中，P、S、N分别限制为
P：0.1％以下、
S：0.01％以下、
N：0.01％以下，
以相对于全部组织的面积率计，具有由
马氏体：90％以上、
残余奥氏体：0.5％以上构成的组织，
局部的Mn浓度为钢板整体的Mn含量的1.2倍以上的区域，以面积率计存在1％以上，
抗拉强度为1470MPa以上，屈强比为0.75以上，并且总延伸率为10％以上。
2.根据权利要求1所述的屈强比和加工性优异的超高强度钢板，其中，成分组成中，以质量％计还含有下述(a)～(c)中的至少一个：
(a)Cu：0.05～1.0％、Ni：0.05～1.0％、B：0.0002～0.0050％中的一种或两种以上；
(b)Mo：0.01～1.0％、Cr：0.01～1.0％、Nb：0.01～0.3％、Ti：0.01～0.3％、V：0.01～0.3％中的一种或两种以上；
(c)Ca：0.0005～0.01％、Mg：0.0005～0.01％中的一种或两种。
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