CN111051554B - 高强度钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有优异的延展性和弯曲性且TS为500MPa以上的高强度钢板，尤其提供一种供于罐用的板厚在0.1～0.8mm的范围的高强度薄钢板。上述高强度钢板具有如下成分组成，含有C：0.03％～0.15％、Si：0.01％～0.05％、Mn：超过0.6％且为1.5％以下、P：0.025％以下、S：0.02％以下、Al：0.01％以上0.10％以下、N：0.0005％～0.0100％、Ti：0.005％～0.020％、B：0.0005％～0.0100％和Nb：0.0050％～0.0200％，剩余部分为铁和不可避免的杂质；具有以面积率计包含85％以上的铁素体和1％～10％的马氏体的金属组织，上述马氏体的粒径为5μm以下且粒径为2μm以下的比率为80％以上。

Description

高强度钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及特别适用于容器用材料的、延展性和弯曲性优异的高强度、例如拉伸强度(TS)为500MPa以上的高强度钢板及其制造方法。
背景技术
近年来，为了在罐用钢板中降低成本，不断进行高强度化的钢板的薄壁化。具体而言，一直在研究将TS为500MPa以上的高强度薄钢板用于罐。
这里，通常使钢板高强度化时，存在加工性降低的问题。例如，在用于拉片的钢板中，需要兼具开罐时拉片本身不折弯的强度和加工成拉片时的加工性、特别是弯曲性。此外，拉片的环部为开盖时手指接触的部位，弯曲部必须没有褶皱。另一方面，用于气溶胶罐的顶盖部的钢板需要兼具用于确保耐压强度的钢板强度和用于成型为埋头孔(countersink)等的加工性、特别是延展性。因此，期望开发出具有高强度且优异的延展性和弯曲性的高强度薄钢板。
针对这样的要求，例如专利文献1中公开了一种制罐用高强度薄钢板，钢组织为铁素体和马氏体的铁素体主体的复合组织，包含5％以上且小于30％的马氏体分率，规定了马氏体粒径、制品板厚、马氏体硬度和30T硬度。
专利文献2中公开了一种钢板，以铁素体相为主相，包含面积分率的合计为1.0％以上的马氏体相和/或残留奥氏体相作为第2相。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4235247号公报
专利文献2：日本专利第6048618号公报
发明内容
然而，专利文献1所记载的钢板中仍有难以得到500MPa以上的拉伸强度的课题。
专利文献2所记载的技术存在不得不进行2次轧制而导致高成本的问题。另外，还存在有时无法实现充分的弯曲性的问题。
本发明是鉴于上述的以往技术的问题而完成的，目的在于提供具有优异的延展性和弯曲性且TS为500MPa以上的高强度钢板，尤其是供于罐用时不在罐的拉环的弯曲部产生褶皱的板厚在0.1～0.8mm的范围的高强度薄钢板及其制造方法。
这里，本发明中的高强度钢板是指拉伸强度(TS)为500MPa以上的钢板。同样，延展性优异是期望伸长率(EL)为15％以上，弯曲性优异是期望在180°弯曲试验中弯曲试验后的试验片的弯曲部的外侧看不到龟裂，弯曲部不产生褶皱是期望将钢板加工成拉环时在该拉环的弯曲部看不到褶皱。
发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现通过调整钢成分和金属组织中的铁素体、马氏体面积率以及马氏体的尺寸，从而得到具有显著优于以往的延展性和弯曲性且TS为500MPa以上的高强度钢板。特别是发现通过将规定范围的马氏体尺寸的比率控制在规定范围，能够得到对钢板进行弯曲加工时的弯曲部没有褶皱、例如最适于拉片的高强度钢板。另外，还发现作为制造条件，严格控制热轧工序的最终机架(最終スタンド)的压下率、退火工序的加热速度、退火温度、退火后的冷却速度和冷却停止温度下的保持时间对调整金属组织中的铁素体和马氏体的面积率以及马氏体的尺寸是适宜的。
本发明立足于上述见解。即，本发明的要旨构成如下。
[1]一种高强度钢板，具有如下成分组成，以质量％计含有C：0.03％～0.15％、Si：0.01％～0.05％、Mn：超过0.6％且为1.5％以下、P：0.025％以下、S：0.02％以下、Al：0.01％～0.10％、N：0.0005％～0.0100％、Ti：0.005％～0.020％、B：0.0005％～0.0100％和Nb：0.005％～0.020％，剩余部分为铁和不可避免的杂质，
具有以面积率计包含85％以上的铁素体和1％～10％的马氏体的金属组织，上述马氏体的粒径为5μm以下且粒径为2μm以下的比率为80％以上。
[2]根据上述[1]所述的高强度钢板，其中，拉伸强度为500MPa以上。
[3]根据上述[1]或[2]所述的高强度钢板，其中，上述金属组织包含以面积率计小于8％的马氏体。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的高强度钢板，其中，除了上述成分组成以外，以质量％计，还含有选自Cr：0.005％～0.100％、Ni：0.005％～0.150％和Mo：0.005％～0.050％中的1种或2种以上。
[5]一种高强度钢板的制造方法，具有如下工序：热轧工序，对具有上述[1]或[4]所述的成分组成的板坯以终轧温度为800℃～950℃、最终机架的压下率为8％以上和卷取温度为700℃以下实施热轧；冷轧工序，对经过该热轧工序的热轧板实施压下率80％以上的冷轧；退火工序，对经过该冷轧工序的冷轧板实施从200℃到均热温度的平均升温速度为2℃/s～35℃/s的加热，以700℃～850℃的均热温度保持后，以平均冷却速度70℃/s以上冷却到200℃～450℃的温度区域。
[6]根据上述[5]所述的高强度钢板的制造方法，其中，进一步具有如下工序：将经过上述退火工序的退火板在150℃～上述冷却的停止温度保持300秒以下。
根据本发明，能够提供具有TS：500MPa以上且延展性和弯曲性优异的高强度钢板。本发明的高强度钢板由于延展性和弯曲性优异，因此适合作为成型为复杂形状的罐用钢板用途、例如拉片用途。此外，通过将由本发明制造的部件用于罐，从而实现进一步的高强度化、轻量化，对产业发展做出巨大贡献。
具体实施方式
以下，对本发明的高强度钢板的成分组成、组织的适当范围及其限定理由进行说明。应予说明，表示以下的成分组成的“％”，只要没有特别说明，就表示“质量％”。另外，也有时将延展性和弯曲性这两者都优异的情况简称为加工性优异。
C：0.03％～0.15％
C是有助于强度的元素，固溶于钢中或以碳化物的形式析出，具有增加钢的强度的作用。为了利用这些作用而使TS：500MPa以上，需要含有0.03％以上。另一方面，过量含有会因强度上升而导致延展性、弯曲性降低，而且有时会损害焊接性，上限为0.15％。因此，C为0.03％～0.15％。优选为0.05％～0.12％。
Si：0.01％～0.05％
Si因固溶强化而有助于钢的高强度化。为了得到该作用而需要含有0.01％以上。另一方面，含有超过0.05％时，有可能在耐腐蚀性、表面性状上产生很大问题。因此，Si为0.01％～0.05％。优选为0.02％～0.03％。
Mn：超过0.6％且为1.5％以下
Mn通过生成期望量的马氏体而有助于高强度化。为了得到本发明的目标强度，需要含有多于0.6％。即，Mn为0.6％以下时，无法生成所期望量的马氏体，无法得到目标强度。另外，产生成为拉伸应变的重要因素的屈服伸长率，有时在加工后的外观方面产生问题。另一方面，含有超过1.5％时，因淬透性提高而生成过量的马氏体。因马氏体生成过量而导致加工性、特别是弯曲性降低。因此，Mn超过0.6％且为1.5％以下。优选为0.8％～1.4％。
P：0.025％以下
P是不可避免地混入到钢中的物质，是对钢的强化有效的元素，该情况下，优选含有0.001％以上。另一方面，由于P使焊接性降低，因此为0.025％以下。优选为0.020％以下。
S：0.02％以下
S是不可避免地混入到钢中的物质，由于形成粗大的MnS等夹杂物，使局部延展性显著降低，因此为0.02％以下。优选为0.015％以下。应予说明，为了使S小于0.0001％而在钢的精炼中耗费过多成本。因此，S的下限优选为0.0001％。更优选为0.0005％以上。
Al：0.01％～0.10％
Al作为脱氧剂而发挥作用，为了得到该效果，需要含有0.01％以上。优选为0.03％以上。另一方面，大量添加时导致制造成本高涨。因此，Al为0.01％～0.10％。优选为0.08％以下。
N：0.0005％～0.0100％
N与Al等碳氮化物形成元素结合而形成析出物，有助于强度提高、组织的微细化。为了得到该效果，需要含有0.0005％以上。另一方面，N超过0.0100％而大量含有时，会使耐时效性降低。因此，N为0.0005％～0.0100％。优选为0.0010％～0.0060％。
Ti：0.005％～0.020％
Ti与N结合而形成TiN来抑制BN的生成，能够充分得到提高B的淬透性的效果。为了得到该效果，需要含有0.005％以上。另一方面，Ti添加0.020％以上时，会因强度上升而导致加工性降低。因此，Ti为0.005％～0.020％。优选为0.005％～0.015％。
B：0.0005％～0.0100％
B提高淬透性并抑制在退火冷却过程中发生的铁素体的生成，有助于得到所期望的马氏体。为了得到该效果，需要含有0.0005％以上。另一方面，B即便超过0.0100％而大量含有，其效果也饱和。因此，B为0.0005％～0.0100％。优选为0.001％～0.0080％。
Nb：0.005～0.020％
Nb具有通过使晶粒微细化而使马氏体微细分散的效果，在本发明中为重要的添加元素之一。为了得到该效果，需要含有0.005％以上。另一方面，Nb超过0.020％而大量含有时，因强度上升而导致延展性降低。因此，Nb为0.005％～0.020％。优选为0.008％～0.018％。
以上的成分元素为必需的，剩余部分为铁和不可避免的杂质。
其中，在不损害本发明的效果的范围内，并不拒绝除上述以外的成分。即，本发明的钢板因上述的必需元素而得到目标特性，但除了上述的必需元素以外，也可以根据需要而含有下述元素。
选自Cr：0.005％～0.100％、Ni：0.005％～0.150％和Mo：0.005％～0.050％中的1种或2种以上
Cr、Ni和Mo具有提高淬透性的作用，因此作为钢的强化元素是有用的。为了有效地发挥这样的作用，Cr、Ni和Mo优选分别含有0.005％以上。另一方面，Cr、Ni和Mo为昂贵的元素，而且超过各自的上限时无法期望其以上的效果的提高，因此优选Cr为0.100％以下、Ni为0.150％以下、Mo为0.050％以下。因此，优选Cr：0.005％～0.100％、Ni：0.005％～0.150％和Mo：0.005％～0.050％。
接下来，对作为本发明的高强度钢板的重要要件的金属组织进行说明。应予说明，以下的面积率为相对于钢板组织整体的面积率。
铁素体的面积率：85％以上
铁素体在退火后的冷却中生成，有助于提高钢的延展性。铁素体的面积率不足85％时，难以确保所期望的延展性。因此，铁素体的面积率为85％以上。优选为90％以上。
马氏体的面积率：1％～10％
本发明中，为了确保强度而在组织中导入一部分马氏体，但马氏体的面积率超过10％时因强度上升而导致延展性降低，因此变得无法确保加工性。另一方面，马氏体的面积率小于1％时无法得到所期望的强度。因此，马氏体的面积率为1％～10％。为了平衡良好地兼具强度和伸长率，优选小于8％。应予说明，马氏体的面积率可以利用后述的实施例中记载的方法进行测定。
应予说明，在上述金属组织中，上述包含铁素体和马氏体的剩余部分无需特别限定。例如可以包含残留奥氏体、渗碳体、珠光体、贝氏体等。
马氏体粒径：5μm以下
马氏体为负责钢板强度的组织，另一方面，在弯曲变形时，由马氏体与铁素体的界面生成空洞(void)，成为龟裂的起点，因此重要的是适当地控制马氏体粒径。马氏体粒径超过5μm时，无法得到所期望的弯曲性。这里，马氏体粒径为5μm以下是指在钢板中随机选择的观察位置未观察到超过5μm的马氏体。
2μm以下的马氏体：马氏体整体的80％以上
另外，通过使马氏体微细地分散，能够缓和马氏体与铁素体的界面上的应力集中而抑制龟裂产生，赋予优异的弯曲性，同时能够抑制例如拉环这样的由严格的弯曲加工而构成的弯曲部的褶皱。2μm以下的马氏体小于马氏体整体的80％时，在拉环的弯曲部产生褶皱。为了得到该效果，需要2μm以下的马氏体为马氏体整体的80％以上。
因此，马氏体粒径的5μm以下且2μm以下的马氏体为马氏体整体的80％以上。
本发明的高强度钢板的制造方法的特征在于，对具有上述成分组成的板坯以终轧温度为800℃～950℃、最终机架的压下率为8％以上和卷取温度为700℃以下进行热轧，接着以压下率80％以上进行冷轧，进一步，实施从200℃到均热温度的平均升温速度为2℃/s～35℃/s的加热，以700℃～850℃的均热温度保持后，以平均冷却速度70℃/s以上冷却到200℃～450℃的温度区域。此外，还可以根据需要附加以上述冷却停止温度保持300秒以下的工序。
终轧温度：800℃～950℃
热轧的终轧温度超过950℃时，热轧后的组织粗大化，因此难以在其后的退火中得到微细的马氏体。另外，终轧温度不足800℃时，变为铁素体和奥氏体的二相区域的轧制，在钢板表层产生粗大晶粒，因此难以在其后的退火中得到微细的马氏体。因此，终轧温度为800℃～950℃。优选为850℃～920℃。
最终机架的压下率为8％以上
热轧工序的最终机架的压下率为8％以上。最终机架的压下率小于8％时，退火后的马氏体的粒径超过5μm，难以得到所期望的弯曲性。另外，在退火后得不到所期望的马氏体分率，延展性降低。因此，最终机架的压下率为8％以上。优选为10％以上。从轧制负荷的观点考虑，最终机架的压下率的上限优选为15％以下。
卷取温度：700℃以下
卷取温度超过700℃时，在卷取时晶粒粗大化，无法在退火时得到微细的马氏体。因此，卷取温度为700℃以下。优选为450℃～650℃。
冷轧中的压下率：80％以上
通过使冷轧中的压下率为80％以上而使冷轧后的晶粒变得微细，因此退火时的晶粒变得微细，能够使退火后冷却时生成的马氏体为微细的。为了得到这样的效果，需要使压下率为80％以上。另一方面，压下率超过95％时轧制负荷大幅增加，对轧制机的负荷提高。因此，优选压下率为95％以下。
从200℃到均热温度的平均升温速度为2℃/s～35℃/s
从200℃到均热温度的平均升温速度小于2℃/s时，2μm以下的马氏体小于马氏体整体的80％，在例如拉环这样的由严格的弯曲加工而构成的弯曲部产生褶皱。而且，得不到所期望的马氏体分率，延展性降低。直到均热温度为止的平均升温速度超过35℃/s时，在700℃～850℃的退火温度下的退火中大量残留未再结晶组织，在加工时对钢板赋予不均匀的应变，弯曲性变差，同时在例如拉环的这样的实施严格的弯曲加工的弯曲部产生褶皱。因此，使直到均热温度为止的平均升温速度为2℃/s～35℃/s。优选使直到均热温度为止的平均升温速度为3℃/s～25℃/s。
退火温度：700℃～850℃
退火温度低于700℃时，无法得到所期望量的马氏体，强度降低。另一方面，退火温度超过850℃的情况下，在退火时产生晶粒的粗大化，最大马氏体粒径变大，因此弯曲性变差。因此，退火温度为700℃～850℃。优选为750℃～820℃。
平均冷却速度：70℃/s以上
平均冷却速度不足70℃/s时，在冷却中抑制马氏体的生成，得不到所期望量的马氏体，强度降低。因此，平均冷却速度为70℃/s以上。优选为80℃/s～250℃/s。应予说明，该冷却除了气体冷却以外，也可以组合炉冷、喷雾冷却、辊冷却和水冷等中的1种或2种以上进行。
冷却停止温度：200℃～450℃
通过使退火后的冷却停止温度为450℃以下，能够产生马氏体相变，得到所期望量的马氏体。另一方面，即便使冷却停止温度小于200℃，马氏体的生成量也没有变化，相反，冷却成本会变得过多。因此，退火后的冷却停止温度为200℃～450℃。
此外，也可以根据需要附加在从冷却停止温度到150℃的温度区域保持300秒以下的工序。
在从冷却停止温度到150℃的温度区域的保持时间：300秒以下
在从冷却停止温度到150℃的温度区域的保持时间超过300秒时，会在该保持中发生马氏体的回火，无法得到所期望量的马氏体，强度降低。另外，本发明中，也可以不进行保持而直接缓慢冷却，但能够通过进行保持而使伸长率进一步提高。因此，在从冷却停止温度到150℃的温度区域的保持时间为1秒～300秒。应予说明，保持温度低于150℃时得不到伸长率提高的效果，因而不优选。
由此，制造本发明的高强度钢板。
实施例
以下，利用实施例对本发明的高强度钢板及其制造方法的作用和效果进行说明。
对具有表1中示出的成分组成的钢进行熔炼，制作板厚20mm的薄板坯。对这些薄板坯以表2中示出的条件进行热轧。对得到的热轧板进行盐酸酸洗和表2中示出的轧制率的冷轧，制造板厚0.2mm的冷轧钢板。应予说明，表1的钢种O中的Ti：0.001％、B：0.0001％和Nb：0.001％为不可避免地混入的成分。
接下来，对上述冷轧钢板以表2中示出的热处理条件进行加热、退火保持、冷却和冷却停止后的保持，得到产品钢板。冷却停止后的保持在从冷却停止温度到150℃的温度区域进行。
[表1]
Figure BDA0002393695380000101
[表2]
[表2]
Figure BDA0002393695380000111
对如上得到的产品钢板如下述所示地调查钢板的组织、机械特性。将得到的结果示于表3。
各组织在组织整体中所占的面积率通过以下方式进行调查，即，在轧制方向截面对板厚的1/2位置的面用硝酸酒精进行腐蚀后，利用扫描式电子显微镜(SEM)进行观察。观察在随机选取的5处视野中实施。使用倍率为2000倍的截面组织照片，使用图像处理软件(Photoshop，Adobe公司制)进行二值化处理，求出存在于任意设定的50μm×50μm见方的正方形区域内的各组织的占有面积，算出平均值，将其作为各组织的面积率。
将以具有比较平滑的表面的块状的形状观察到的白色区域视为马氏体，将其面积率作为马氏体的面积率。对于马氏体粒径而言，由马氏体的占有面积而算出圆当量直径，求出各观察视野中的圆当量直径的最大值，将随机选取的5处观察视野中最大的圆当量直径的最大值作为马氏体粒径。直径为2μm以下的马氏体的比例是通过求出各观察视野中的全部马氏体的个数内圆当量直径为2μm以下的马氏体的个数的比例，求出随机选取的5处观察视野的平均值，将其作为2μm以下的马氏体在马氏体整体中所占的比例。
对于铁素体而言，将在以块状的形状观察到的黑色区域中内部不包含马氏体的部分视为铁素体，将其面积率作为铁素体的面积率。
机械特性
机械特性(拉伸强度TS，伸长率EL)通过以轧制方向为长边方向(拉伸方向)，使用JIS Z2241中记载的5号试验片进行依据JIS Z2241的拉伸试验来评价。
弯曲试验
弯曲性通过使用JIS Z2248中记载的3号试验片，进行依据JIS Z2248的180°弯曲试验来评价。弯曲时的板间的距离为板厚的2倍。判定如下：从弯曲装置中取出试验片后，使用10倍的放大镜对弯曲部的外侧进行观察，将没有龟裂的情况判定为弯曲性优异(弯曲性：〇)，将有龟裂的情况判定为弯曲性差(弯曲性：×)。
拉环加工性
拉片通过从钢板中采取长条状的坯料，依次进行弯曲加工、卷取加工而制作。对于制成的拉片的环部，使用实体显微镜对环部的弯曲顶点在周向上的4处进行观察，确认有无褶皱产生。将周向上的4处全部没有褶皱的情况评价为合格(○)，即便在周向有1处具有褶皱的情况也评价为不合格(×)。
可知本发明例的钢板的TS为500MPa以上，El为15％以上，弯曲性也优异，且在例如拉环的这样由严格的弯曲加工而构成的弯曲部不产生褶皱。与此相对，对于不在本发明的范围的比较例的钢板，也由实施例可知：TS、EL和弯曲性中的任一者没有达到令人满意的水平，与本发明的钢板相比，延展性和弯曲性中的任一者都非常差。另外，还有时在由严格的弯曲加工而构成的弯曲部产生褶皱。
[表3]
[表3]
Figure BDA0002393695380000131
评价 ○：良好、×：差

Claims (5)

1.一种高强度钢板，具有如下成分组成，含有C：0.03％～0.15％、Si：0.01％～0.05％、Mn：超过0.6％且为1.5％以下、P：0.025％以下、S：0.02％以下、Al：0.01％～0.10％、N：0.0005％～0.0100％、Ti：0.005％～0.020％、B：0.0005％～0.0100％和Nb：0.005％～0.020％，剩余部分为铁和不可避免的杂质，
具有以面积率计包含85％以上的铁素体和1％～10％的马氏体的金属组织，所述马氏体的粒径为5μm以下且粒径为2μm以下的比率为80％以上，
拉伸强度为512MPa以上。
2.根据权利要求1所述的高强度钢板，其中，所述金属组织包含以面积率计小于8％的马氏体。
3.根据权利要求1或2所述的高强度钢板，其中，除了所述成分组成以外，以质量％计，还含有选自Cr：0.005％～0.100％、Ni：0.005％～0.150％和Mo：0.005％～0.050％中的1种或2种以上。
4.一种高强度钢板的制造方法，所述高强度钢板的拉伸强度为512MPa以上，所述高强度钢板的制造方法具有如下工序：
热轧工序，对具有权利要求1或3所述的成分组成的板坯以终轧温度为800℃～950℃、最终机架的压下率为8％以上和卷取温度为700℃以下实施热轧；
冷轧工序，对经过该热轧工序的热轧板实施压下率80％以上的冷轧；
退火工序，对经过该冷轧工序的冷轧板实施从200℃到均热温度的平均升温速度为2℃/s～35℃/s的加热，以700℃～850℃的均热温度保持后以平均冷却速度70℃/s以上冷却到200℃～450℃的温度区域。
5.根据权利要求4所述的高强度钢板的制造方法，其中，进一步具有如下工序：将经过所述退火工序的退火板在150℃～所述冷却的停止温度保持300秒以下。
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