CN107532262A - 弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超高强度热轧钢板，其主要用于作为汽车车身加强材料的保险杠(bumper)加强材料及车门防撞梁(door impact beam)等要求高强度和优异的弯曲加工性的部件中，提供超高强度热轧钢板及其制造方法，其因强度高而使得基于高强度化的薄物化所带来的轻量化效果优异的同时，因弯曲加工性优异而容易确保通过辊轧成型的部件形状的稳定性。

Description

弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及超高强度热轧钢板及其制造方法，所述钢板主要用于作为汽车车身加强材料的保险杠(bumper)加强材料及车门防撞梁(door impact beam)等要求高强度和优异的弯曲加工性的部件中，更详细地，涉及超高强度热轧钢板及其制造方法，其因强度高而使得基于高强度化的薄物化所带来的轻量化效果优异的同时，因弯曲加工性优异而容易确保通过辊轧成型的部件形状的稳定性。
背景技术
为了获得高强度，现有的高强度热轧钢板通常是通过在将钢中的杂质最小化的高纯度钢中添加C、Si、Mn、Ti、Nb、Mo及V等来制造。
已知，为了制造所述高强度热轧钢板，一直以来通过添加Ti、Nb、V、Mo等来利用这些元素的析出强化来制造热轧钢板(日本专利申请第2010-279711号，日本专利申请第2003-156473号)，或通过大量添加Cr或Mn等来确保强度(欧洲专利申请第2003-396059号，韩国专利申请第1996-7005330号)，或通过回火退火来强化Mn及Cr添加钢的冲击强度和拉伸特性的方法(PCT专利申请第IB2011-01436号)等。
用于作为汽车车身加强材料的保险杠加强材料及车门防撞梁等中的大部分的超高强度热轧钢板，要求具有高强度的同时具有用于辊轧成型的优异的弯曲加工性。
然而，上述提出的在现有的高强度热轧钢板的制造中所使用的根据通过C、Si、Mn、Cr、Mo及W等的合金成分的固溶强化或根据Ti、Nb、Mo等的合金成分的通过析出强化的高强度化的情况下，具有使弯曲加工性变差，并且由于在进行回火退火处理时生产性下降而导致价格竞争力下降的问题。
发明内容
要解决的技术问题
本发明的一个实施方式的目的在于提供高强度且弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板。
此外，本发明的另一个实施方式的目的在于提供高强度且弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板的制造方法。
技术方案
本发明的一个实施方式提供弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板，其包含：C：0.1～0.25重量％、Si：0.01～0.2重量％、Mn：0.5～2.0重量％、P：0.005～0.02重量％及S：0.001～0.01重量％，进一步包含选自Ti、Nb、Mo、Cr及B中的至少一种成分总计0.001～0.35重量％，并且余量为铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并满足下述关系式1，
[关系式1]
69.2-311.5[C]-0.1[Si]-4.0[Mn]-5.3[Cr]-2.6[Ni]-6.6[Ti]-660.6[B]-39[P]≥0，
(其中，所述[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[Ti]、[B]及[P]表示各成分含量的重量％。)
此外，本发明的另一个实施方式提供弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板的制造方法，其包括以下步骤：准备板坯，所述板坯包含：C：0.1～0.25重量％、Si：0.01～0.2重量％、Mn：0.5～2.0重量％、P：0.005～0.02重量％及S：0.001～0.01重量％，进一步包含选自Ti、Nb、Mo、Cr及B中的至少一种成分总计0.001～0.35重量％，并且余量为铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并满足下述关系式1；在1100～1300℃的温度下对所述板坯进行再加热；以850～1000℃的精轧温度对所述经过再加热的板坯进行热轧，从而获得热轧钢板；以100～300℃/s的冷却速度冷却所述热轧钢板，以使其满足下述关系式3；以及在350℃以下的收卷温度下收卷所述经过冷却的钢板，
[关系式1]
69.2-311.5[C]-0.1[Si]-4.0[Mn]-5.3[Cr]-2.6[Ni]-6.6[Ti]-660.6[B]-39[P]≥0
(其中，所述[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[Ti]、[B]及[P]表示各成分含量的重量％。)，
[关系式3]
85.3-311.5[C]-0.1[Si]-4.0[Mn]-5.3[Cr]-2.6[Ni]-6.6[Ti]-660.6[B]-39[P]-6.9[冷却速度]≥0
(其中，所述[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[Ti]、[B]及[P]表示各成分含量的重量％，所述冷却速度的单位为℃/s，并表示从精轧温度到收卷温度的冷却速度。)
有益效果
根据本发明，能够提供具有优异的强度的同时具有优异的弯曲加工性的超高强度热轧钢板。
附图说明
图1是示出发明例和比较例的TS×T-EL和通过表示弯曲加工性的关系式1来导出的值的图表。
优选实施方式
本发明涉及超高强度热轧钢板及其制造方法，所述钢板的强度高而使得基于高强度化的薄物化所带来的轻量化效果优异的同时，因弯曲加工性优异而容易确保通过辊轧成型的部件形状的稳定性。
本发明的发明人通过具有多种成分的钢的弯曲试验测量值导出了表示弯曲加工性的关系式，并基于所述关系式能够提供拉伸强度为1Gpa以上、拉伸强度×伸长率(TS×T-EL)为10000以上的弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板。
以下，对本发明的弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板进行详细的说明。
本发明的弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板的成分范围包含：C：0.1～0.25重量％、Si：0.01～0.2重量％、Mn：0.5～2.0重量％、P：0.005～0.02重量％、S：0.001～0.01重量％及余量的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并包含选自Ti、Nb、Mo、Cr及B中的至少一种成分总计0.001～0.35重量％。
以下，对本发明的合金成分范围的限定理由进行说明。
碳(C)：0.1～0.25重量％
C是强化钢的最经济且最有效的元素。当所述碳含量小于0.1重量％时，难以确保所需的强度。另一方面，当所述碳含量超过0.25重量％时，由于强度的过度增加，从而具有降低弯曲加工性的问题。因此，所述碳的含量优选包含0.1～0.25重量％。
硅(Si)：0.01～0.2重量％
Si具有使钢水脱氧并固溶强化的效果。当所述硅含量小于0.01重量％时，脱氧效果及提高强度效果不充分。另一方面，当所述硅含量超过0.2重量％时，热轧时在钢板表面形成基于Si的红色氧化皮，从而不仅导致钢板表面的品质变得非常差，而且还具有降低焊接性的问题。因此，所述硅的含量优选包含0.01～0.2重量％。
锰(Mn)：0.5～2.0重量％
与Si相同，Mn是使钢固溶强化的有效元素。为了体现这种效果，本发明中优选包含0.5重量％以上的Mn。但是，当所述锰的含量超过2.0重量％时，在连铸工序中铸造板坯时，厚度中心部的偏析部过于发达，从而具有损害最终产品的焊接性和成型性的问题。因此，所述Mn的含量优选包含0.5～2.0重量％。
磷(P)：0.005～0.02重量％
与Si相同，P具有固溶强化和促进铁素体相变的效果。当所述磷的含量小于0.005重量％时，无法充分获得本发明所要确保的强度。另一方面，当所述磷含量超过0.02重量％时，因基于微偏析的带状组织，会降低弯曲加工性。因此，所述P优选包含0.005～0.02重量％。
硫(S)：0.001～0.01％
所述硫是不可避免地被含有的杂质，其与Mn等结合形成非金属夹杂物，由此会大幅降低钢的韧性，因此，优选尽量抑制其含量。虽然理论上将硫的含量控制在0重量％比较有利，但是硫在制造工序中不可避免地被含有。因此，控制其上限较为重要，在本发明中所述硫含量的上限优选限定在0.01重量％。
同时，基于上述有利成分系，优选进一步添加选自钛(Ti)、铌(Nb)、钼(Mo)、铬(Cr)及硼(B)中的一种以上的元素。通过进一步添加所述元素，能够获得高的拉伸强度和优异的弯曲加工性，从而能够进一步提高本发明的效果。更优选地，总计包含0.001～0.35重量％的选自所述组中的一种以上的元素。
Ti在钢中以TiN存在，在用于热轧的加热过程中具有抑制晶粒生长的效果。此外，与氮反应后剩余的Ti是在钢中通过固溶强化而提高钢的强度的有用成分。
Nb是析出物形成元素，形成诸如Nb(C.N)的铌类析出物。在1200℃左右的加热炉中固溶时，在热轧过程中会形成微细的析出物，从而有效增加钢的强度。
Mo是强化通过固溶强化的屈服强度和提高根据晶界强化的冲击韧性和弯曲加工性的有用成分。
Cr使钢固溶强化，并且在冷却时延迟贝氏体相变，从而起到帮助形成马氏体的作用。
B有时作为Si的替代元素而被含有，其以极少量来提高淬火性并强化晶界，从而提高强度。
本发明的其余成分为铁(Fe)。只是，在通常的制造过程中会从原料或周围环境不可避免地混入不期望的杂质，因此，无法排除这些杂质。只要是通常的制造过程中的技术人员都能够了解这些杂质，因此在本说明书中不对其所有内容进行特别的说明。
本发明的弯曲加工性优异的超高强度钢满足如上所述的合金成分范围的同时，满足本发明的发明人通过评价多种成分系中的弯曲加工性而获得的下述关系式1来获得。
[关系式1]
85.3-311.5[C]-0.1[Si]-4.0[Mn]-5.3[Cr]-2.6[Ni]-6.6[Ti]-660.6[B]-39[P]-6.9[冷却速度]≥0
其中，所述[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[Ti]、[B]及[P]表示各成分含量的重量％。
所述关系式1是通过测量具有多种成分的钢的弯曲加工性的值而获得的关系式，通过满足所述关系式1，能够确保充分的马氏体微细组织。
此外，在拉伸强度为1Gpa以上的超高强度钢中，所述关系式1的值小于0时，所述关系式2的常温R/t将超过(拉伸强度×0.00517-2.60345)，从而弯曲加工性会变差。
[关系式2]
弯曲加工性(R/t)≤(拉伸强度×0.00517-2.60345)
优选地，满足所述关系式2，从而可以顺利地实现拉伸强度为1Gpa以上的超高强度钢的部件成型。即，所述弯曲加工性(R/t)的值越小，越可以顺利地实现部件成型，当具有所述(拉伸强度×0.00517-2.60345)以下的值时，可以通过顺利的辊轧成型来实现部件成型。
优选地，本发明提供的热轧钢板满足所述成分条件的同时其微细组织的铁素体为95面积％以上，包含选自贝氏体、马氏体及渗碳体等碳化物中的一种以上的第二相为5％以下，通过确保如上所述的微细组织，从而能够确保充分的延展性。当所述第二相的分数超过5％时，在铁素体类晶界周围形成贝氏体和粗大的碳氮化物，从而无法获得所需的强度，或会产生相间硬度差，因此，可能会难以确保弯曲加工性。
此外，本发明的超高强度热轧钢板的拉伸强度优选为1Gpa以上，这是因为，当拉伸强度小于1Gpa时，由于强度不足，从而对薄物化有限制，并且具有部件轻量化效果变差的问题。
并且，本发明的超高强度热轧钢板的拉伸强度×伸长率(TS×T-EL)优选为10000以上，当该值小于10000时，在加工部件时具有成型性或形状稳定性变差的问题。
以下，对本发明的弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板的制造方法进行详细的说明。
如上所述，为了制造强度优异且弯曲加工性优异的本发明的超高强度热轧钢板，首先，准备具有满足上述本发明的合金成分范围和关系式1的组成的板坯。接着，在1100～1300℃的温度下对所述准备的板坯进行加热，然后在850～1000℃的精轧温度下对所述经过加热的板坯进行热轧，进行冷却，并在350℃以下进行冷却终止及收卷，从而完成本发明的弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板。
以下，对各步骤的详细条件进行说明。
板坯再加热温度：1100～1300℃
本发明的板坯的再加热温度优选为1100℃以上，其具有确保板坯材料的温度而减少轧制负荷的效果。然而，当再加热至过高的温度时，具有奥氏体会粗大化的忧虑，因此所述再加热温度优选为1300℃以下。
精轧温度：850～1000℃
可对如上所述的经过再加热的板坯进行热轧。此时，精轧优选在850～1000℃下进行。当所述热精轧温度小于850℃时，轧制负荷大幅增加。另一方面，当所述热精轧温度超过1000℃时，钢板的组织粗大化，从而使钢材变得脆弱，氧化皮变厚，产生高温轧制性氧化皮缺陷等表面品质降低。因此，所述热精轧温度优选限定为850～1000℃。
冷却速度：100～300℃/s
优选地，对如上所述经过热轧的钢板进行冷却。此外，优选以100～300℃/s的冷却速度从所述经过热轧的钢板的所述热精轧温度冷却至冷却终止温度，然后进行收卷。当所述冷却速度小于100℃/s时，除马氏体外的第二相的分数超过5％，从而难以确保本发明所要确保的强度。另一方面，当所述冷却速度超过300℃/s时，具有降低伸长率和韧性的问题。
此外，所述热轧钢板的冷却是以通过下述关系式3求得的冷却速度范围来实施。
[关系式3]
85.3-311.5[C]-0.1[Si]-4.0[Mn]-5.3[Cr]-2.6[Ni]-6.6[Ti]-660.6[B]-39[P]-6.9[冷却速度]≥0
其中，所述[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[Ti]、[B]及[P]表示各成分含量的重量％，所述冷却速度的单位为℃/s，并表示从精轧温度到收卷温度的冷却速度。
所述关系式3在通过测量具有多种成分的钢的弯曲加工性的值而获得的所述关系式1的基础上，增加能够确保充分的马氏体的冷却速度的因子，因此，能够适用于确保充分的马氏体的超高强度热轧钢板的制造方法中。
收卷温度：350℃以下
优选地，以100～300℃/s的冷却速度，从所述经过热轧的钢板的所述热精轧温度冷却至350℃以下的温度，然后进行收卷。当冷却终止温度超过350℃时，钢中的微细组织大部分为贝氏体，从而难以确保本发明所要确保的微细组织。所述收卷温度为终止冷却的温度，只要是350℃以下的温度，在任何温度下终止冷却并进行收卷均可。然而，为了将终止冷却的温度冷却至常温的20℃以下时，需要另外的装置，因此，优选在20℃以上的温度下终止冷却并进行收卷。
所述经过收卷的热轧钢板，可以进一步包括在常温下进行自然冷却，然后进行酸洗而去除表层部氧化皮并进行涂油的步骤，从而能够制造酸洗钢板。
所述收卷或酸洗后，可在450～480℃温度下对所述钢板进行再加热，并进行热浸镀锌，从而制造热浸镀锌钢板。当所述再加热温度小于450℃时，会降低镀覆附着性，从而具有可能会无法实现热浸镀锌的缺点，当所述再加热温度超过480℃时，因热处理效果，析出物粗大化，从而具有基于析出强化效果降低所带来的强度下降的危险，此外，可能会发生熔融锌气化所导致的环境问题和镀覆品质变差的问题。
具体实施方式
以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明。但需要说明的是，下述实施例只是为了更详细地说明本发明而例举的，而不是为了限定本发明的保护范围。这是因为，本发明的保护范围是根据权利要求书中记载的事项和由此合理导出的事项所决定。
将满足下述表1中记载的成分系的钢坯加热至1150℃，并在表2中记载的温度(FDT)下进行热精轧。接着，以200℃/s的冷却速度冷却至表2中记载的收卷温度(CT)，然后在表2中记载的温度(CT)下进行收卷。
下述表1的发明例1至发明例6表示满足本发明的成分范围的板坯的组成，比较例1至比较例9中以重量％为单位表示具有超出本发明的成分范围的板坯组成。此外，对如上所述制造的热轧钢板进行了材料试验，并将其结果示于下述表2中。
表1
区分 C Mn Si P S Cr Ti Nb B
比较例1 0.14 1.6 0.1 0.015 0.003 0.5 0.015 0.015 0.002
比较例2 0.12 1.7 0.1 0.015 0.003 0 0.015 0.015 0.002
比较例3 0.15 1.5 0.1 0.015 0.003 0 0.015 0.015 0.002
比较例4 0.18 1 0.1 0.015 0.003 0 0.015 0 0.002
比较例5 0.19 1.2 0.1 0.015 0.003 0 0.015 0 0.002
比较例6 0.2 1.2 0.1 0.015 0.003 0.2 0.015 0 0.002
比较例7 0.19 1.4 0.1 0.015 0.003 0.5 0.015 0 0.002
比较例8 0.2 1.2 0.1 0.015 0.003 0.4 0.015 0 0.002
比较例9 0.21 1.1 0.1 0.015 0.003 0.3 0.015 0 0.002
发明例1 0.13 1.4 0.1 0.015 0.003 0 0.015 0.015 0.002
发明例2 0.15 1 0.1 0.015 0.003 0 0.015 0.015 0.002
发明例3 0.14 1.4 0.1 0.015 0.003 0 0.015 0.015 0.002
发明例4 0.19 1.2 0.1 0.015 0.003 0.2 0.015 0 0.002
发明例5 0.19 1 0.1 0.015 0.003 0.2 0.015 0 0.002
发明例6 0.2 0.7 0.1 0.015 0.003 0.2 0.015 0 0.002
(单位：重量％)
下述表2中FDT和CT分别表示热精轧温度和收卷温度，YS、TS、T-El、TS×T-EL分别表示屈服强度、拉伸强度、伸长率、拉伸强度×伸长率。并且，YS表示0.2％残余变形(off-set)屈服强度或下屈服点，屈服比为屈服强度和拉伸强度的比值。拉伸试验是使用以相对于轧制板材的轧制方向的90°方向为基准，根据JIS5号规格采集的试片进行。
表2的R/t(实际测量)是以相对于轧制板材的轧制方向的90°方向为基准采集试片，进行90°弯曲试验后，将没有产生裂纹的最小弯曲半径R除以材料厚度t的值来测量的值，R/t(限度)是表示根据(拉伸强度×0.00517-2.60345)计算的值。R/t(实际测量)超过R/t(限度)时，评价为弯曲加工性差。
表2
虽然加工性良好，但是由于Mn偏析带的伸长率不足，从而TS×T-EL值超出了本发明的范围。
比较例3、4和5的CT温度超出本发明的范围，显示贝氏体组织，而不是95％以上的马氏体组织，从而拉伸强度显示为小于1Gpa。
比较例6、7、8和9均不满足关系式3，其弯曲加工性的评价结果也差。
图1示出了比较例和发明例的TS×T-EL和通过关系式3导出的值的图表。以方点表示的部分为比较例，以圆点表示的部分为发明例。可以确认，属于本发明的发明例的圆点均位于以斜线表示的部分内。
此外，可以确认，发明例1至发明例6均满足弯曲加工性的标准，不仅拉伸强度和伸长率优异，而且屈服强度也优异。
如上所述，参照附图对本发明的例示性的实施例进行了说明，然而，通过本发明所属技术领域的普通技术人员可实施多种变形及其他实施例。这种变形和其他实施例应全部考虑并包括在权利要求书中，其不超出本发明的真正的主旨及范围。

Claims (6)

1.弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板，其包含：C：0.1～0.25重量％、Si：0.01～0.2重量％、Mn：0.5～2.0重量％、P：0.005～0.02重量％及S：0.001～0.01重量％，进一步包含选自Ti、Nb、Mo、Cr及B中的至少一种成分总计0.001～0.35重量％，并且余量为铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并满足下述关系式1，
[关系式1]
69.2-311.5[C]-0.1[Si]-4.0[Mn]-5.3[Cr]-2.6[Ni]-6.6[Ti]-660.6[B]-39[P]≥0，
其中，所述[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[Ti]、[B]及[P]表示各成分含量的重量％。
2.根据权利要求1所述的弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板，其中，
所述超高强度热轧钢板的拉伸强度为1GPa以上，拉伸强度×伸长率(TS×T-EL)为10000以上。
3.根据权利要求1所述的弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板，其中，
所述超高强度热轧钢板的弯曲加工性(R/t)满足下述关系式2，
[关系式2]
弯曲加工性(R/t)≤(拉伸强度×0.00517-2.60345)，
式中，R：90°弯曲试验后没有产生裂纹的最小弯曲半径，t：钢板厚度。
4.根据权利要求1所述的弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板，其中，
以面积分数计，所述超高强度热轧钢板的微细组织的马氏体为95％以上，第二相为小于5％。
5.弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板的制造方法，其包括以下步骤：
准备板坯，所述板坯包含：C：0.1～0.25重量％、Si：0.01～0.2重量％、Mn：0.5～2.0重量％、P：0.005～0.02重量％及S：0.001～0.01重量％，进一步包含选自Ti、Nb、Mo、Cr及B中的至少一种成分总计0.001～0.35重量％，并且余量为铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并满足下述关系式1；
在1100～1300℃的温度下对所述板坯进行再加热；
以850～1000℃的精轧温度对所述经过再加热的板坯进行热轧，从而获得热轧钢板；
以100～300℃/s的冷却速度冷却所述热轧钢板，以使其满足下述关系式3；以及
在350℃以下的收卷温度下收卷所述经过冷却的钢板，
[关系式1]
69.2-311.5[C]-0.1[Si]-4.0[Mn]-5.3[Cr]-2.6[Ni]-6.6[Ti]-660.6[B]-39[P]≥0，
其中，所述[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[Ti]、[B]及[P]表示各成分含量的重量％，
[关系式3]
85.3-311.5[C]-0.1[Si]-4.0[Mn]-5.3[Cr]-2.6[Ni]-6.6[Ti]-660.6[B]-39[P]-6.9[冷却速度]≥0，
其中，所述[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[Ti]、[B]及[P]表示各成分含量的重量％，所述冷却速度的单位为℃/s，并表示从精轧温度到收卷温度的冷却速度。
6.根据权利要求5所述的弯曲加工性优异的超高强度热轧钢板的制造方法，其中，进一步包括以下步骤，对所述经过收卷的热轧钢板进行酸洗，然后在450～480℃的温度下进行再加热，并实施热浸镀锌，从而在表面形成镀锌层。
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