CN1101211A - 延迟断裂强度优良的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

延迟断裂抗性优良的超高强度冷轧薄钢板主要 含0.1—0.25％C，至多1％Si，1—2.5％Mn，至多 0.020％P，至多0.005％S，0.01—0.05％Sol.Al， 0.0010—0.0050％N及其余为Fe和杂质。该冷轧薄钢板满足式TS≥320×(Ceq)2-155×Ceq+102，Ceq＝C+(Si/24)+(Mn/6)，PDF≥0，PDF=-lnTS+exp[Rr/100]+2.95。PDF为延迟断裂抗性指数，TS为抗拉强度(kgf/mm2)，Rr为钢板垂直于轧向以5mm半径做90℃V形弯曲时的剩余强度比(％)，为(弯曲/伸张抗拉强度)÷(抗拉强度)×100。

Description

延迟断裂强度优良的超高强 度冷轧薄钢板及其制造方法
本发明涉及延迟断裂强度优良的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法。
为了降低汽车重量或确保乘客安全，具有可以达到较高强度并减低各种构件重量的高抗拉强度的冷轧薄钢板被广泛用作汽车的保持部件，诸如保险杠加强件和车门导杆。作为具有这种高抗拉强度的冷轧薄钢板，下列文献中提出了抗拉强度超过100kgf/mm2的超高强度冷轧薄钢板：
(1)日本专利申请公开61-3843(1936年1月9日出版)中公开了超高强度冷轧薄钢板，基本组成为：
碳(C)：     0.02-0.30％(重量)，
硅(Si)：    0.01-2.5％(重量)，
锰(Mn)：    0.5-2.5％(重量)，
及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，
(后文称做“先有技术1”)。
(2)日本专利申请公开61-217529(1986年9月27日出版)中公开了超高强度冷轧薄钢板，基本组成为：
碳(C)：    0.12-0.70％(重量)，
硅(Si)：   0.4-1.0％(重量)，
锰(Mn)：            0.2-2.5％(重量)，
可溶性铝(Sol.Al)：  0.01-0.07％(重量)，
氮(全N)             至多0.02％(重量)，
及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，
(后文称做“先有技术2”)。
然而，上述先有技术1和2存在以下问题：
确实，先有技术1和2的冷轧薄钢板可加工性优良且具有超过100kgf/mm2的高抗拉强度。抗拉强度超过100kgf/mm2的超高强度冷轧薄钢板通常通过弯曲形成。然而，在先有技术1和2的冷轧薄钢板中，当该薄钢板的抗拉强度变得高于100kgf/mm2时，伴随时间的推移，在处于该冷轧薄钢板形成上述弯曲的部位所发生的腐蚀反应作用下，由于氢渗入该薄钢板的内部而突然产生断裂现象(后文称做“延迟断裂”)。因而，尽管具有高抗拉强度，易发生延迟断裂的冷轧薄钢板作为例如汽车用保护部件的材料时仍存在致命缺陷。
在这种状况下，强烈需要研制出抑制延迟断裂发生的性能(后文称“延迟断裂抗性或强度”)优良且具有超过100kgf/mm2的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板和其制造方法，但目前尚未提出这样的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法。
本发明的目的即在于提出一种延迟断裂抗性优良且具有超过100kgf/mm2的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法。
按照本发明的一个特征，提出一种延迟断裂抗性优良的超高强度冷轧薄钢板，其基本组成为：
碳(C)：        0.1-0.25％(重量)，
硅(Si)：             至多1％(重量)，
锰(Mn)：             1-2.5％(重量)，
磷(P)                至多0.020％(重量)，
硫(S)                至多0.005％(重量)，
可溶性铝(Sol.Al)：   0.01-0.05％(重量)，
氮(N)                0.0010-0.0050％(重量)，
及其余的铁(Fe)和不可避免的杂质，且
所述冷轧薄钢板满足下面式(1)和(2)：
TS≥320×(Ceq)2-155×Ceq+102  ……(1)所述式(1)中：
Ceq＝C+(Si/24)+(Mn/6)；
和
PDF≥0……………………………………(2)所述式(2)中：
PDF＝-lnTS+exp[Rr/100]+2.95，所述式(1)和式(2)中：
PDF：延迟断裂抗性指数，
TS：抗拉强度(kgf/mm2)，及
Rr：当薄钢板经受与轧制方向垂直的方向上半径5mm的90°
    V型弯曲时，该薄钢板的剩余强度比(％)，表达为(弯
    曲/伸张抗拉强度)÷(抗拉强度)×100。
上述超高强度冷轧薄钢板还可另外含有选自下面组成的至少一种元素：
铌(Nb)：    0.005-0.05％(重量)，
钛(Ti)：    0.005-0.05％(重量)，和
钒(V)：     0.01-0.1％(重量)。
上述超高强度冷轧薄钢板还可另外含有选自下面组成的至少一种元素：
铜(Cu)：    0.1-1.0％(重量)，
镍(Ni)：    0.1-1.0％(重量)，
硼(B)：     0.0005-0.0030％(重量)，
铬(Cr)：    0.1-1.0％(重量)，和
钼(Mo)：    0.1-0.5％(重量)。
按照本发明的另一特征，提出了一种制造延迟断裂抗性优良的超高强度冷轧薄钢板的方法，包括的步骤为：
制造具有上述化学组成的材料；然后
对所述材料进行热轧、酸洗和冷轧，制成冷轧薄钢板；然后，
对如此制成的所述冷轧薄钢板进行连续热处理，包括的步骤为：在Ac3至900℃范围的温度下对所述冷轧薄钢板进行30秒-15秒时间范围的均热(soaking)处理，然后以至少400℃/秒的淬火(quenching)速度至少从由下式表达的起始淬火低限温度(TQ)至至多为100℃的温度范围内使所述冷轧薄钢板淬火：
TQ(℃)＝600+800×C+(20×Si+12×Mo+13×Cr)-(30×
        Mn+8×Cu+7×Ni+5000×B)，然后，在100-300℃范围的温度下使所述冷轧薄钢板回火(tempering)1-15分钟。
图1图示说明了超高强度冷轧薄钢板中延迟断裂抗性评定值与延迟断裂抗性指数(PDF)之间的关系；
图2图示说明了超高强度冷轧薄钢板剩余强度比(Rr)与抗拉强度(TS)对延迟断裂抗性指数(PDF)的影响：
图3图示说明了超高强度冷轧薄钢板中Ceq(＝C+(Si/24)+(Mn/6)对抗拉强度(TS)低限值的影响；
图4图示说明了生产条件对超高强度冷轧薄钢板中延迟断裂抗性指数(PDF)的影响；
图5为说明测量超高强度冷轧薄钢板中剩余强度比(Rr)的步骤的示意图；且
图6为说明制备用来评定超高强度冷轧薄钢板中延迟断裂抗性的测试件的步骤的示意图。
从上述观点出发，我们为开发延迟断裂抗性良且具有超过100kgf/mm2的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法进行了深入的研究。
结果得出以下结论。
对具有超过100kgf/mm2的高抗拉强度的加工后易延迟断裂的超高强度冷轧薄钢板，考察了对延迟断裂抗性有影响的各种因素和其效果考察表明，加工后超高强度冷轧薄钢板的延迟断裂抗性决定于该冷轧薄钢板的抗拉强度和由于加工引起的该冷轧薄钢板材料的损伤程度。
更具体讲：
(1)随着冷轧薄钢板抗拉强度的增大，该冷轧薄钢板的延迟断裂抗性变差。
(2)随着因加工引起的冷轧薄钢板材料损伤程度的增大，该冷轧薄钢板的延迟断裂抗性变差；及
(3)随着冷轧薄钢板组织均匀性的降低，由加工引起的该冷轧薄钢板材料的损伤程度增大。
因而通过提高薄钢板组织的均匀性并根据钢板的抗拉强度限定该薄钢板材料的损伤程度，便可能获得延迟断裂抗性既使在加工后仍表现优良同时具有超过100kgf/mm2的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板。
本发明基于上述论点而作出。下面详细记述了本发明的延迟断裂抗性优良且具有超过100kgf/mm2的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法。
下面讲述将本发明冷轧薄钢板的化学组成限定在上述范围内的原因。(1)碳(C)：
碳为一种具有提高低温转化相(如马氏体组织或贝氏体组织)强度的功能的元素。然而，碳含量低于0.1％(重量)不能获得如上所述的理想效果。另一方面，碳含量超过0.25％(重量)会导致耐冲击性严重下降，使钢板的延迟断裂抗性恶化。故碳含量限定在0.1-0.25％(重量)范围内。(2)硅(Si)：
硅为一种具有提高薄钢板延展性和回火-软化抗性的功能的元素。不过硅含量超过1％(重量)会在钢板表面部分引起明显的晶界氧化，这样一旦向该薄钢板施加应力，该应力就会集中在薄钢板的表面部分，在该处由于发生了晶界氧化，因此使得该薄钢板的延迟断裂抗性差。故硅含量应限定至多1％(重量)。(3)锰(Mn)：
锰为一种具有提高钢的淬透性并使钢获得低温转化相的功能的低成本元素。不过，锰含量低于1％(重量)不会产生上述所需作用。另一方面，锰含量超过2.5％(重量)，因铸造期间锰的偏析(segregation)引起的带状组织在钢中显著长大，使钢组织均匀性变差，从而使该薄钢板的延迟断裂抗性变差。故锰含量应限定在0.1-2.5％(重量)范围内。(4)磷(P)：
磷含量超过0.020％(重量)，磷沿钢的晶界偏析而使薄钢板的延迟断裂抗性变差。故磷含量应限定在至多0.020％(重量)。(5)硫(S)：
硫含量超过0.005％(重量)时，生成大量沿轧制方向延伸的非金属夹杂质(MnS)，这使薄钢板的延迟断裂抗性变差。故硫含量应限定在至多0.005％(重量)。(6)可溶性铝(Sol.Al)：
钢中所含的可溶性铝为用作脱氧剂而剩余的铝。然而，当可溶性铝含量低于0.01％(重量)时，硅酸盐夹杂质保留在钢中，便使得薄钢板的延迟断裂抗性变差。另一方面，可溶性铝含量超过0.05％(重量)会因增加薄钢板的表面缺陷而使钢板易于产生延迟断裂。故可溶性铝含量应限定在0.01-0.05％(重量)范围内。(7)氮(N)：
氮含量低于0.0010％(重量)时，钢中氮化物减少，导致钢的组织粗化，从而使薄钢板的延迟断裂抗性变差。另一方面，氮含量超过0.0050％(重量)时，钢中氮化物变粗，导致薄钢板的延迟断裂抗性变差。故氮含量应限定在0.0010-0.0050％(重量)范围内。(8)除上述化学组成外，本发明的超高强度冷轧薄钢板还可另外含有至少一种选自下面组成的元素：0.005-0.05％(重量)铌(Nb)、0.005-0.05％(重量)钛(Ti)和0.01-0.1％(重量)钒(V)。
铌、钛和钒具有形成碳氮化物以获得细化的钢组织的功能。然而，任意这些元素的含量低于各自的低限值则不会获得上述所需效果。另一方面，含量超过各自上限值，上述所需作用饱和，同时，碳氮化物变粗而使得薄钢板的延迟断裂抗性变差，故铌、钛和钒各自的含量应限定在上述范围。(9)除上述化学组成而外，本发明的超高强度冷轧薄钢板还可再含有至少一种选自下面组成的元素：0.1-1.0％(重量)铜(Cu)、0.1-1.0％(重量)镍(Ni)、0.0005-0.0030％硼(B)、0.1-1.0％(重量)铬(Cr)和0.1-0.5％(重量)钼(Mo)。
如同锰一样，铜、镍、硼、铬和钼具有提高钢的淬透性的功能。但对任意这些元素来说，含量低于各自的低限时，不能获得上述所需效果。另一方面，含量超过各自的上限时，则上述所需作用饱和。故铜、镍、硼、铬和钼各自的含量应限定在上述范围内。
现对以Ceq(＝C+(Si/24)+(Mn/6))表示的下式(1)的冷轧薄钢板的抗拉强度(TS)的原因说明如下：
TS≥320×(Ceq)2-155×Ceq+102………(1)
如上所述，钢中锰含量高会促使在钢中形成由铸造期间锰的偏析引起的带状组织，并因此使薄钢板的延迟断裂抗性变差。形成这类由锰偏析造成的带状组织的特征是：(1)在锰与碳(C)和硅(Si)共存作用下加速带状组织的形成，和(2)随着钢组织的多重化(composite)(即：铁素体相+低温转化相)，带状组织的形成更加明显。此外，冷轧薄钢板的抗拉强度随着钢组织更加多重化而降低。
因此，必须抑制在锰与碳和硅共存作用下促成的由锰的偏析引起的钢中带状组织的形成，并须阻止钢组织的多重化。具体讲，根据由碳、硅和锰含量决定的Ceq(＝C+(Si/24)+(Mn/6))来避免钢组织的多重化。
如前所述，由于冷轧薄钢板的抗拉强度随着钢组织的多重化而降低，所以必须利用以Ceq表达的上述式(1)来控制薄钢板的抗拉强度低限值，以确保钢的组织均匀性。
现于下面段落中记述延迟断裂抗性指数(PDF)。
如上所述，为获得延迟断裂抗性既使在加工之后仍为优良的冷轧薄钢板，重要的是规定相应于薄钢板抗拉强度的薄钢板材料的损伤程度。研究中获得的实验数据表明，当以下面式(2)表达的薄钢板的延迟断裂抗性指数(PDF)取值至少为零时，冷轧薄钢板的延迟断裂抗性得以改善：
PDF＝-lnTS+exp[Rr/100]+2.95………(2)其中，TS：抗拉强度(kgf/mm2)，
Rr：当薄钢板经受了与轧制方向垂直的方向上半径5mm的
    90°V型弯曲时，该薄钢板的剩余强度比(％)，表
    达为(弯曲/伸张抗拉强度)÷(抗拉强度)×100。
上述式(2)中第一项(即“-lnTS”)表示冷轧薄钢板抗拉强度(TS)对薄钢板延迟断裂抗性的作用。较高的冷轧薄钢板抗拉强度(TS)导致较小的PDF。
上述式(2)中第2项(即“exp[Rr/100]”)表示由加工引起的冷轧薄钢板材料的损伤程度对薄钢板延迟断裂抗性的作用。由加工引起的冷轧钢板材料的损伤会降低钢板的PDF。由加工引起的冷轧薄钢板材料的损伤程度表示由主要用以形成超高强度冷轧薄钢板的弯曲引起的钢板材料的损伤程度。本发明中，将薄钢板材料的损伤程度以指数，即钢板的剩余强度比(Rr)表示，该钢板经过与轧制方向垂直的方向上半径5mm的90°V型弯曲。选择与轧制方向垂直是因为超高强度材料质量在与轧制方向垂直的方向上比与轧制方向平行的方向上差，且这一方向上的评定更为严格。采用半径5mm的90°V型弯曲是因为此方式为最通用的超高强度冷轧薄钢板的弯曲方式。
冷轧薄钢板剩余强度比(Rr)的测量步骤示于图5。如图5所示，上述测量步骤包括：从冷轧薄钢板中切下的试件1的“a”部位在与轧制方向垂直的方向上进行半径5mm的90°V型弯曲；再对该试件1“a”部位的两侧“b”进行半径6mm的弯曲，以在试件1的两个端部各形成一把手(grip)；然后用拉力试验机夹住把手并沿如“P”所指的方向牵拉试件1，以测定试件1“a”部位断裂时的断裂应力。如此测定的断裂应力称做弯曲/伸张抗拉强度，且根据式“(弯曲/伸张抗拉强度)÷(弯曲前抗拉强度)×100”得出的计算值作为冷轧薄钢板的剩余强度比(Rr)(％)。
上面式(2)的第三项(即“+2.95”)表示为使PDF精确值为零的修正值。
以下说明将本发明制造方法限定在前述范围内的原因。
如前面结论中所述，通过提高薄钢板的组织均匀性和限定相应于该薄钢板抗拉强度的钢板材料的损伤程度，可改善冷轧薄钢板的延迟断裂抗性。因此，在本发明制造方法中，重要的是通过均化钢板组织以抑制由弯曲引起的薄钢板材料的损伤，从而补偿随着薄钢板抗拉强度变大而引起的冷轧薄钢板延迟断裂抗性的损失。
为此目的，先用常规方法对具有特定化学组成的材料进行热轧和冷轧而制备冷轧钢板，而后在连续退火过程中于Ac3至900℃范围的温度下使如此制成的冷轧薄钢板经受30秒-15分钟时间范围的均热处理。当均热处理在Ac3以下温度进行时，轧态组织保留在冷轧薄钢板中而损坏了薄钢板组织的均匀性。另一方面对冷轧薄钢板采用的均热处理温度超过900℃时，则带来各种操作问题，此外，钢组织粗化而使得薄钢板延迟断裂抗性变差。对冷轧薄钢板进行均热处理的时间少于30秒时，不可能获得稳定的奥氏体相。另一方面，对冷轧薄钢板进行均热处理的时间超过15分钟时，该作用即达到饱和。故均热处理条件应限定在上述范围内。
然后，将为控制其强度水平而经历了上述均热处理的冷轧薄钢板缓慢冷却。缓冷速度应在约1-30℃/秒范围内，以最大程度地缩小在钢板宽度和长度方向上的材料质量差异。完成上述缓冷之后，使该冷轧钢板淬火。淬火起始温度低时，析出铁素体相的体积比增大，使得钢板组织的均匀性变差。故淬火起始温度应至少限制在起始淬火的低限温度(TQ)，以下式表示：
TQ(℃)＝600+800×C+(20×Si+12×Mo十13×Cr)-
          (30×Mn+8×Cu+7×Ni+5000×B)
在上式中，诸如C和Si的元素以％(重量)为单位表示。此外，该式中的元素Si、Mo和Cr有提高Ar3转化点的作用，因其促使铁素体相析出而表现为提高TQ。元素Mn、Cu、Ni和B有降低Ar3转化点的作用。因其抑制铁素体相的析出而表现为降低TQ。元素C，如同Mn、Cu、Ni和B，有降低Ar3转化点的作用，对TQ的影响则与Mn、Cu、Ni和B不同。具体讲，使在铁素体相体积比相同的钢组织中，碳含量高会导致低温转化相和铁素体相间硬度差别的增大，因此，一旦加工，应变集中于界面，使得钢板材料显著损伤。故碳含量高时，必须抑制铁素体相的析出。
随后，使该冷轧薄钢板以至少400℃/秒的淬火速度从至少上述起始淬火低限温度(TQ)到至多100℃进行淬火，获得低温转化相。当进行淬火的冷却速度低于400℃/秒时，或淬火低限温度高于100℃温度时，必须提高用来获得所需高强度的元素的含量。这需要更高的生产成本，此外，马氏体组织与贝氏体组织混合存在使得钢板组织均匀性变差。故粹火速度和淬火停止温度应限定在上述范围内。
由于钢板的淬火马氏体相脆且热稳定性差，接着要对冷轧钢板进行回火处理。所采用的回火处理的温度在100-300℃范围，经历持续时间为1-15分钟。回火处理温度低于100℃时，会使马氏体相回火不充分。另一方面，回火温度超过300℃，则引起晶界上碳化物析出，因此加工会使得钢板材料严重损伤。回火处理持续时间少于1分钟时，造成马氏体相回火不充分。回火处理采用持续时间超过15分钟时，回火作用饱和。
现借助实施例并通过与对比例比较进一步描述本发明延迟断裂抗性优良的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法。实施例
自转炉中放出化学成分如表1所列的本发明“A-Z”种钢的钢水和化学成分如表1所列的非本发明范围“a”-“j”种钢的钢水，然后将其连铸成各自的板坯。再将所得板坯在加热温度1200℃、精轧温度820℃及卷取温度600℃的条件下热轧，制成厚度为3mm的热轧薄钢板。然后将所制成的热轧薄板酸洗并冷轧制成厚度1.4mm的冷轧薄板，接着在如表2和4中所示的条件下于包括有水淬设备和轧辊冷却设备的组合型连续退火线上对所制得的冷轧薄钢板进行热处理。水淬采用的冷却速度约为1000℃/秒，且旋转淬火所用的冷却速度约为200℃/秒。
于是，制备化学成分在本发明范围内并经过本发明热处理的本发明冷轧薄钢板试样(后文称做“本发明试样”)Nos.1-3、6-9、11、13、15、17-24、26、28、29、32-38、40、42、43、48、50、52-54、56、57、59-64、66、68、71、72、91、92、94和95，并制备化学成分超出本发明范围和化学成分在本发明范围内但经过超出本发明范围的热处理的冷轧薄钢板试样(后文称做“对比样”)Nos.4、5、10、12、14、16、25、27、30、31、39、41、44-47、49、51、55、58、65、67、69、70、73-85、93和96-98。
考察上述每一本发明试样和对比样的抗拉强度(TS)、剩余强度比(Rr)、延迟断裂抗性指数(PDF)和延迟断裂抗性。结果示于表3和4。
                                                                   表1(1)
钢种 C Si Mn P S sol.Al N Nb Ti V Cu Ni B Cr Mo Ceq Ac3(℃)
    A   0.12  0.3  1.6  0.011  0.004  0.037   0.0023   0.40   828
    B   0.20  0.6  1.2  0.017  0.001  0.038   0.0039   0.1   0.43   836
C 0.15 0.4 1.5 0.008 0.002 0.048 0.0033 0.015 0.42 829
    D   0.23  0.7  2.2  0.012  0.002  0.016   0.0028   0.020   0.63   793
    E   0.21  0.9  1.8  0.012  0.005  0.030   0.0016   0.55   824
    F   0.11  0.2  1.9  0.018  0.004  0.019   0.0048   0.44   815
    G   0.16  0.4  1.0  0.016  0.001  0.021   0.0031   0.006   0.5   0.3   0.34   840
    H   0.24  0.2  1.2  0.007  0.005  0.031   0.0036   0.9   0.45   783
    I   0.15  0.7  1.5  0.015  0.002  0.018   0.0011   0.43   835
    J   0.19  0.4  1.8  0.017  0.001  0.023   0.0048   0.048   0.51   806
    K   0.12  0.9  2.5  0.007  0.003  0.031   0.0021   0.031   0.02   0.57   822
    L   0.15  0.1  1.5  0.013  0.001  0.035   0.0036   0.020   0.005   0.1   0.40   813
    M   0.15  0.4  1.0  0.017  0.004  0.029   0.0031   0.9   0.33   829
标记“*”表示超出本发明范围。                                             Ceq＝C+Si/24+Mn/6
                                                                   表1(2)
钢种 C Si Mn P S sol.Al N Nb Ti V Cu Ni B Cr Mo Ceq Ac3(℃)
    N   0.13  0.5  1.7  0.015  0.001  0.012   0.0021   0.015   0.0008   0.43   823
    O   0.21  0.4  2.3  0.011  0.004  0.011   0.0018   0.09   0.61   778
    P   0.24  0.8  1.0  0.019  0.005  0.044   0.0029    0.5   0.44   863
    Q   0.10  0.2  2.0  0.010  0.001  0.041   0.0021   0.44   818
    R   0.23  0.9  1.2  0.015  0.002  0.030   0.0039   0.1  0.5   0.47   830
    S   0.10  0.2  1.1  0.019  0.004  0.027   0.0031   0.018  0.1   0.0005   0.20   844
    T   0.11  0.4  1.5  0.011  0.005  0.031   0.0029   0.048   0.38   836
    U   0.22  Tr.  1.1  0.007  0.002  0.018   0.0015   0.015   0.9   0.40   784
    V   0.15  Tr.  1.2  0.012  0.003  0.021   0.0028   0.35   812
    W   0.20  0.2  1.1  0.015  0.005  0.025   0.0031   0.39   816
    X   0.17  0.5  1.6  0.011  0.002  0.023   0.0024   0.030   0.0028   0.46   818
    Y   0.24  0.7  2.5  0.012  0.002  0.019   0.0030   0.031   0.69   783
    Z   0.22  0.9  2.4  0.010  0.003  0.023   0.0041   0.66   799
标记“*”表示超出本发明范围。                                                  Ceq＝C+Si/24+Mn/6
                                                                   表1(3)
  钢种 C Si Mn P S sol.Al N Nb Ti V Cu Ni B Cr Mo Ceq Ac3(℃)
  a   0.20   0.4   2.5   0.012   0.001   0.031  *0.0008   0.63   783
  b   0.13   0.1  *2.7   0.011   0.004   0.025   0.0043   0.58   778
  c   0.13  *1.1   2.0   0.014   0.002   0.013   0.0037   0.51   841
  d   0.15   0.7   1.6  *0.022   0.004   0.047   0.0017   0.45   849
  e   0.21   0.3   1.1    0.007  *0.006   0.040   0.0027   0.41   818
  f  *0.26   0.2   1.5   0.011   0.005   0.020   0.0031   0.52   786
  g   0.11   0.5   1.8   0.018   0.001  *0.052   0.0026   0.43   844
  h   0.18   0.1   2.2   0.012   0.002   0.030   0.0021  *0.060   0.55   783
  i   0.18   0.3   1.7   0.015   0.001   0.033   0.0012  *0.070   0.48   810
  j   0.12   0.9   2.1   0.014   0.004   0.011   0.0035  *0.11   0.51   831
标记“*”表示超出本发明范围。                                                Ceq＝C+Si/24+Mn/6
                                                                   表2(1)
  试样号   钢种  Ceq 均热温度(℃) 起始淬火低限温度(℃) 淬火起始温度(℃) 回火温度(℃) 回火时间(sec.) 抗拉强度低限(kgf/mm2)
  1   A  0.40     850     654     730   200     600     91
  2   A  0.40     850     654     720   200     600     91
  3   A  0.40     890     654     780   150     300     91
  4   A  0.40     *802     654     660   240     180     91
  5   B  0.43     850     737     *720   300     300     95
  6   B  0.43     820     737     740   270     900     95
  7   C  0.42     850     683     770   100     100     93
  8   C  0.42     *800     683     750   220     800     93
  9   C  0.42     850     683     710   220     700     93
  10   D  0.63     800     732     *700   120     520     131
  11   D  0.63     820     732     780   180     300     131
  12   D  0.63     820     732     750   *350     450     131
  13   D  0.63     850     732     740   260     120     131
  14   D  0.63     850     732     *680   260     120     131
  15   E  0.55     840     732     750   260     80     114
  16   E  0.55     840     732     *700   200     600     114
  17   E  0.55     840     732     740   200     510     114
  18   F  0.44     850     635     760   200     540     96
  19   G  0.34     850     716     770   110     700     86
  20   G  0.34     850     716     720   250     220     86
  21   H  0.45     820     753     770   100     600     97
  22   H  0.45     820     753     *750   290     600     97
  23   I  0.43     850     689     760   180     60     95
  24   I  0.43     850     689     700   240     900     95
Ceq＝C+Si/24+Mn/6           抗拉强度低限＝320×(Ceq)2-155×Ceq+102
标记“*”表示超出本发明范围。
                                                                   表2(2)
  试样号     钢种  Ceq   均热温度(℃)   淬火起始低限温度(℃)     淬火起始温度(℃)   回火温度(℃)   回火时间(sec.)     抗拉强度低限(kgf/mm2)
25 J 0.51 830 706 *700 *400 800 106
  26     J  0.51   830   706     750   180   800     106
  27     J  0.51   830   706     *680   200   800     106
28 J 0.51 830 706 740 250 800 106
  29     J  0.51   830   706     745   250   500 106
30 J 0.51 830 706 *610 250 500 106
  31     K  0.57   *800   639     720   200   500     118
  32     K  0.57   840   639     750   220   400     118
  33     K  0.57   840   639     720   130   400     118
  34     L  0.40   830   678     730   200   900     91
  35     L  0.40   850   678     710   260   500     91
  36     L  0.40   850   678     *660   200   800     91
  37     M  0.33   840   692     730   130   700     86
  38     M  0.33   840   692     710   130   700     86
39 M 0.33 840 692 *680 130 700 86
  40     N  0.43   840   659     740   260   100     95
  41     O  0.61   840   707     750   *360   600     127
  42     O  0.61   840   707     750   270   900     127
  43     O  0.61   840   707     750   120   900     127
  44     O  0.61   790   707     *620   260   410     127
45 P 0.44 880 784 *720 200 500 96
  46     P  0.44   880   784     *760   200   500     96
  47     P  0.44   880   784     800   *320   500     96
  48     Q  0.44   870   624     770   150   800     96
Ceq＝C+Si/24+Mn/6            抗拉强度低限＝320×(Ceq)2-155×Ceq+102
标记”*”表示超出本发明范围。
                                                                   表2(3)
  试样号     钢种  Ceq   均热温度(℃)   淬火起始低限温度(℃)     淬火起始温度(℃)   回火温度(℃)   回火时间(sec.)    抗拉强度低限(Kgf/mm2)
  49     R  0.47   840   762     *700   180   200     100
  50     R  0.47   840   762     770   260   300     100
  51     R  0.47   840   762     780   *310   400     100
  52     R  0.47   870   762     770   290   750     100
  53     S  0.29   850   648     740   200   100     84
  54     S  0.29   890   648     770   100   550     84
  55     S  0.29   *820   648     690   200   100     84
  56     T  0.38   840   651     720   250   500     89
  57     U  0.40   820   755     *710   260   700     91
58 U 0.40 840 755 770 *400 800 91
  59     U  0.40   840   755     770   230   150     91
  60     V  0.35   820   684     770   100   500     87
  61     V  0.35   850   684     750   220   700     87
  62     W  0.39   850   731     760   *450   500     90
  63     W  0.39   850   731     760   260   700     90
  64     X  0.46   830   684     760   180   800     98
  65     X  0.46   *790   684     740   220   300     98
  66     X  0.46   850   684     710   200   300     98
  67     X  0.46   *800   684     *670   200   300     98
  68     Y  0.69   860   731     800   230   420     147
69 Y 0.69 860 731 *728 230 420 147
  70     Y  0.69   820   731     *720   270   260     147
  71     Z  0.66   840   722     790   240   300     139
72 Z 0.66 840 722 760 200 180 139
Ceq＝C+Si/24+Mn/6                       抗拉强度低限＝320×(Ceq)2-155×Ceq+102
标记“*”表示超出本发明范围。
                                                    表2(4)
  试样号   钢种 Ceq   均热温度(℃)   起始淬火低限温度(℃)     淬火起始温度(℃)     回火温度(℃)    回火时间(sec.)  抗拉强度低限(kgf/mm2)
  73   Z  0.66   840   722     *700     200     180  139
  74   Z  0.66   870   722     *720     180     220  139
  75   a  0.63   830   693     760     120     500  131
  76   b  0.58   800   625     730     200     900  120
  77   c  0.51   850   666     750     270     100  106
  78   d  0.45   850   686     770     100     400  97
  79   e  0.41   820   741     750     230     800  92
  80   e  0.41   820   741     *700     200     600  92
  81   f  0.52   830   767     770     250     100  108
82 g 0.43 860 644 770 180 500 95
  83   h  0.55   820   680     740     200     200  114
  84   i  0.48   840   699     760     110     700  101
  85   j  0.51   850   651     730     230     100  106
Ceq＝C+Si/24+Mn/6                 抗拉强度低限＝320×(Ceq)2-155×Ceq+102
标记“*”表示超出本发明范围。
                                                                   表3(1)
  试样号     钢种    抗拉强度(kgf/mm2)     剩余强度比(％) PDF     延迟断裂抗性评定值(点) 注
  1     A     113     95   0.808     5 本发明试样
  2     A     102     72   0.379     4 本发明试样
  3     A     129     73   0.165     4 本发明试样
  4     A     *82     33   -0.066     0 对比试样
  5     B     128     60   -0.080     0 对比试样
  6     B     140     81   0.256     4 本发明试样
  7     C     143     95   0.573     5 本发明试样
  8     C     122     63   0.024     3 本发明试样
  9     C     103     96   0.927     5 本发明试样
  10     D     156     70   -0.086     0 对比试样
  11     D     171     93   0.343     5 本发明试样
  12     D     *125     40   -0.386     0 对比试样
  13     D     142     85   0.334     5 本发明试样
  14     D     *115     42   -0.273     0 对比试样
  15     E     169     82   0.091     3 本发明试样
  16     E     140     68   -0.018     0 对比试样
  17     E     151     79   0.136     4 本发明试样
  18     F     112     100   0.950     5 本发明试样
  19     G     150     95   0.525     5 本发明试样
  20     G     92     90   0.888     5 本发明试样
  21     H     178     85   0.108     3 本发明试样
  22     H     148     74   0.049     3 本发明试样
  23     I     145     96   0.585     5 本发明试样
  24     I     109     61   0.099     4 本发明试样
标记“*”表示超出本发明范围。
                                                                   表3(2)
  试样号     钢种    抗拉强度(kgf/mm2) 剩余强度比(％) PDF     延迟断裂抗性评定值(点) 注
  25     J     115 53   -0.096     0 对比试样
  26     J     163 82   0.127     5 本发明试样
  27     J     123 52   -0.180     0 对比试样
  28     J     130 82   0.353     5 本发明试样
  29     J     142 95   0.580     5 本发明试样
  30     J     *87 35   -0.097     0 对比试样
  31     K     *107 30   -0.373     0 对比试样
  32     K     121 96   0.766     5 本发明试样
  33     K     140 100   0.727     5 本发明试样
  34     L     135 91   0.529     5 本发明试样
  35     L     125 93   0.656     5 本发明试样
  36     L     118 67   0.134     5 本发明试样
37 M 129 75 0.207 4 本发明试样
  38     M     116 71   0.230     3 本发明试样
  39     M     103 49   -0.052     0 对比试样
  40     N     126 82   0.384     5 本发明试样
  41     O     133 61   -0.100     0 对比试样
  42     O     150 78   0.121     4 本发明试样
  43     O     166 90   0.298     5 本发明试样
  44     O     *98 36   -0.202     0 对比试样
  45     P     162 53   -0.439     0 对比试样
  46     P     178 80   -0.006     0 对比试样
  47     P     173 67   -0.249     0 对比试样
48 Q 120 91 0.647 5 本发明试样
标记“*”表示超出本发明范围。
                                                                   表3(3)
  试样号     钢种    抗拉强度(kgf/mm2)     剩余强度比(％) PDF     延迟断裂抗性评定值(点) 注
  49     R     145     42   -0.505     0 对比试样
  50     R     170     92   0.323     4 本发明试样
51 R 150 56 -0.310 0 对比试样
  52     R     105     75   0.413     4 本发明试样
  53     S     105     96   0.908     5 本发明试样
  54     S     110     75   0.367     5 本发明试样
  55     S     *83     29   -0.132     0 对比试样
  56     T     105     83   0.589     5 本发明试样
  57     U     135     69   0.038     3 本发明试样
  58     U     136     50   -0.314     0 对比试样
  59     U     158     96   0.499     5 本发明试样
  60     V     140     87   0.395     4 本发明试样
  61     V     120     93   0.697     5 本发明试样
  62     W     120     62   0.021     3 本发明试样
  63     W     142     98   0.659     5 本发明试样
  64     X     125     93   0.656     5 本发明试样
  65     X     114     42   -0.264     0 对比试样
  66     X     140     96   0.620     5 本发明试样
  67     X     *95     46   -0.020     0 对比试样
  68     Y     172     90   0.262     5 本发明试样
  69     Y     *143     62   -0.154     0 对比试样
  70     Y     *129     60   -0.088     0 对比试样
  71     Z     163     85   0.196     4 本发明试样
  72     Z     145     76   0.112     4 本发明试样
标记“*”表示超出本发明范围。
                                                                   表3(4)
  试样号     钢种    抗拉强度(kgf/mm2) 剩余强度比(％) PDF 延迟断裂抗性评定值(点) 注
73 Z *104 40 -0.203 0 对比试样
74 Z *135 62 -0.096 0 对比试样
  75     a     170 60   -0.364 0 对比试样
  76     b     136 97   0.675 0 对比试样
  77     c     130 88   0.493 1 对比试样
  78     d     143 100   0.705 0 对比试样
  79     e     160 100   0.593 0 对比试样
  80     e     130 52   -0.236 0 对比试样
  81     f     180 100   0.475 0 对比试样
  82     g     118 100   0.898 1 对比试样
  83     h     151 95   0.518 0 对比试样
  84     i     155 100   0.625 0 对比试样
  85     j     140 90   0.468 0 对比试样
标记“*”表示超出本发明范围。
                                                                   表4
试样号 钢种  Ceq 均热温度(℃) 淬火起始低限温度(℃) 淬火起始温度(℃) 低温保温温度(℃) 抗拉强度低限(kgf/mm2) 抗拉强度(kgf/mm2) 剩余强度比(％) PDF 延迟断裂抗性评定(点) 注
  91     B  0.43   850   737   750   320     95   107   68 0.251     3 本发明试样
  92     D  0.63   820   732   750   300     131   131   70 0.089     5 本发明试样
  93     D  0.63   820   732   *700   270     131   *125   62 -0.019     0 对比样
  94     J  0.51   850   706   760   340     106   113   63 0.100     5 本发明试样
  95     N  0.43   850   659   700   290     95   109   65 0.174     5 本发明试样
  96     O  0.61   840   707   720   300     127   *118   55 -0.087     0 对比样
  97     O  0.61   840   707   *650   250     127   *120   58 -0.051     0 对比样
  98     R  0.47   850   762   790   320     100   116   50 -0.155     0 对比样
Ceq＝C+Si/24+Mn/6
          抗拉强度低限＝32×(Ceq)2-155×Ceq+102
标记“*”表明超出本发明范围。
根据参照图5所述的方法测定每一本发明试样和对比样的上述剩余强度比(Rr)。
根据以下评定方法评定每一本发明试样和对比样的上述延迟断裂抗性。
具体讲，自每一本发明试样及对比样中切取一条形试件1，尺寸为厚1.4mm，宽(c)30mm且长(d)100mm，并磨制各边侧面。然后在条形试件1两端部位各冲一孔2。再使试件1的中心部位进行半径5mm弯曲。然后，将不锈钢制的螺栓4穿过两个四氟乙烯树脂制的垫圈3(该垫圈阻止由于不同种金属间接触引起的局部电池的形成)插入上述两个孔2，借助螺栓4将试件1相对的两个端部拉紧，直至该试件1两端的距离(e)达到10mm，以便向试样1的弯曲部分施加应力。
将如此施加应力的本发明试样和对比样的各条形试件1浸没在0.1N盐酸中以测量在试件1弯部出现断裂所需的时间。在上述测试中评定每一本发明试样和对比样的延迟断裂抗性，其中延迟断裂抗性评定为0点指24小时内在弯部出现断裂，1点指100小时内出现断裂，2点指200小时内出现断裂，3点指300小时内出现断裂，4点指400小时内出现断裂(不包括400小时)，且5点指经过400小时未出现断裂。由于经400小时后试件1厚度的降低与局部蚀坑的产生严重化，一经过400小时即不继续测量。
参见图1-4，更详细描述作为上述试验结果的剩余强度比和延迟断裂抗性。图1示意说明了超高强度冷轧薄钢板(即每一本发明试样和对比样)中延迟断裂抗性评定值与延迟断裂抗性指数(PDF)间的关系。图1中，标记“○”代表化学组成在本发明范围内且不含铌(Nb)、钛(Ti)和钒(V)的包括“A”-“Z”种钢中任意一种的试样，而标记“●”代表化学组成在本发明范围内且至少含有铌、钛和钒之一的包括“A”-“Z”种钢中任意一种的试样。标记“○”和标记“●”不仅代表本发明试样，还代表有对比样。标记“▲”代表化学成分超出本发明范围的包括“a”-“j”种钢中任意一种的对比样。
从图1中明显可见，本发明的所有PDF(延迟断裂抗性指数)至少为0的试样的延迟断裂抗性评定值至少为3点，从而表现了优良的延迟断裂抗性。相比之下，对于所有对比样，尽管PDF至少为零，延迟断裂抗性评定值也至多仅为1点，因而表现较差的延迟断裂抗性。
图2图示说明了在超高强度冷轧薄钢板(即每一本发明试样和对比样)中剩余强度比(Rr)和抗性强度(TS)对延迟断裂抗性指数(PDF)的影响。图2中，标记“○”代表PDF至少为0的本发明试样，且“●”代表“PDF”低于0的对比样。由图2明显可见，对于同一抗拉强度(TS)，所有PDF至少为0的本发明试样与对比样相比，显示出更优越的剩余强度比(Rr)，具体讲，本发明的PDF至少为0的试样显示的剩余强度比至少为60％，且具有至少140kgf/mm2的高抗拉强度的本发明试样表现出至少70％的高剩余强度比。这表示本发明试样既具有高抗拉强度，还具有优良的延迟断裂抗性。
图3图示说明了在超高强度冷轧薄钢板(即每一本发明试样和对比样)中Ceq(＝C+(Si/24)十(Mn/6))对抗拉强度(TS)低限值的影响。图3中，标记“○”代表PDF(延迟断裂抗性指数)至少为0的本发明试样，标记“●”代表PDF低于0的对比样，且曲线代表TS(抗拉强度)＝320×(Ceq)2-155×Ceq+102。如图3所证实，所有本发明试样具有至少为0的高PDF值和至少为320×(Ceq)2-155×Ceq+102的高TS值。相比之下，一些对比样虽具有至少为320×(Ceq)2-155×Ceq+120的高TS，但其PDF低(小于0)，其余对比样的TS低，即低于320×(Ceq)2-155×Ceq+102，且PDF低，即低于0。
具体讲，在本发明试样中，能够抑制在锰与碳和硅共存作用下因锰的偏析造成的钢中带状组织的形成，并且，利用由碳、硅和锰含量决定的Ceq(＝C+(Si/24)+(Mn/6))值，控制相应于该Ceq值的冷轧薄钢板的抗拉强度(TS)低限值，还能够避免钢组织的多重化。
图4图示说明加工条件对超高强度冷轧薄钢板(即每一本发明试样和对比样)中延迟断裂抗性指数(PDF)的的影响。图4中，标记“○”代表本发明试样，其均热温度和回火温度在如表2所示的本发明范围内，标记“●”代表对比样，其均热温度和/或回火温度超出本发明范围，也示于表2，且标记“▲”代表如表4中所示的本发明试样或对比样。从图4明显可见，为使PDF(延迟断裂抗性指数)至少为0，除控制均热温度和回火温度外，需要将淬火起始温度至少限制为开始淬火的低限温度(TQ)。
根据如上详细记载的本发明内容，便能够获得延迟断裂抗性优良且具有超过100Kgf/mm2的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板和其制造方法，因而具有很广泛的工业实用意义。

Claims (6)

1.一种延迟断裂抗性优良的超高强度冷轧薄钢板，基本组成为：
碳(C)：             0.1-0.25％(重量)，
硅(Si)：            至多1％(重量)，
锰(Mn)：            1-2.5％(重量)，
磷(P)               至多0.020％(重量)，
硫(S)               至多0.005％(重量)，
可溶性铝(Sol.Al)：   0.01-0.05％(重量)，
氮(N)               0.0010-0.0050％(重量)，
及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，且
所述冷轧薄钢板满足下面式(1)和(2)：
TS≥320×(Ceq)2-155×Ceq+102  ……(1)所述式(1)中：
Ceq＝C+(Si/24)+(Mn/6)；
和
PDF≥0……………………………………(2)所述式(2)中：
PDF＝-lnTS+exp[Rr/100]+2.95，所述式(1)和式(2)中：
PDF：延迟断裂抗性指数，
TS：抗拉强度(kgf/mm2)，且
Rr：当薄钢板经过沿与轧制方向垂直的方向上半径5mm的90°
    V型弯曲时，以(弯曲/伸张抗拉强度)÷(抗拉强度)
    ×100表达的该钢板的剩余强度比(％)。
2.一种如权利要求1的超高强度冷轧薄钢板，其中：
所述冷轧薄钢板还另外含有选自下面组成的至少一种元素：
铌(Nb)：    0.005-0.05％(重量)，
钛(Ti)：    0.005-0.05％(重量)，和
钒(V)：     0.01-0.1％(重量)。
3.一种如权利要求1或2的超高强度冷轧薄钢板，其中：
所述冷轧薄钢板还另外含有选自下面组成的至少一种元素：
铜(Cu)：    0.1-1.0％(重量)，
镍(Ni)：    0.1-1.0％(重量)，
硼(B)：     0.0005-0.0030％(重量)，
铬(Cr)：    0.1-1.0％(重量)，和
钼(Mo)：    0.1-0.5％(重量)。
4.一种制造延迟断裂抗性优良的超高强度冷轧薄钢板的方法，包括的步骤为：
制备成分基本如下的材料：
碳(C)：     0.1-0.25％(重量)，
硅(Si)：    至多1％(重量)，
锰(Mn)：    1-2.5％(重量)，
磷(P)               至多0.020％(重量)，
硫(S)               至多0.005％(重量)，
可溶性铝(Sol.Al)：   0.01-0.05％(重量)，
氮(N)               0.0010-0.0050％(重量)，
及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，然后
对所述材料进行热轧、酸洗和冷轧，制成冷轧薄钢板；随后
对如此制成的所述冷轧薄钢板进行包括以下步骤的连续热处理：在Ac3至900℃范围的温度下对所述冷轧薄钢板进行30秒-15分钟时间范围的均热处理，然后以至少400℃/秒的淬火速度，从至少为以下式表达的起始淬火低限温度(TQ)到至高100℃的温度下使所述冷轧薄钢板淬火：
TQ(℃)＝600+800×C+(20×Si+12×Mo+13×Cr)-(30×
        Mn+8×Cu+7×Ni+5000×B)，之后，在100-300℃范围的温度下使所述冷轧薄钢板回火1-15分钟。
5.一种如权利要求4的方法，其中：
所述材料还另外含有至少一种选自下面组成的面元素：
铌(Nb)：    0.005-0.05％(重量)，
钛(Ti)：    0.005-0.05％(重量)，及
钒(V)：     0.01-0.1％(重量)。
6.一种如权利要求4或5的方法，其中：
所述材料还另外含有至少一种选自下面组成的元素：
铜(Cu)：    0.1-1.0％(重量)，
镍(Ni)：    0.1-1.0％(重量)，
硼(B)：     0.0005-0.0030％(重量)，
铬(Cr)：    0.1-1.0％(重量)，和
钼(Mo)：    0.1-0.5％(重量)。
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