CN1667151A - 高碳热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

高碳热轧钢板以质量％计含有C：0.1～0.7％、Si：2.0％以下、Mn：0.20～2.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Sol.Al：0.1％以下、N：0.01％以下、余量：铁和不可避免的杂质，具有平均粒径为6μm以下的铁素体和平均粒径为0.10μm以上、小于1.2μm的碳化物。所述碳化物的粒径在2.0μm以上的碳化物体积率在10％以下。所述铁素体的不含碳化物的铁素体晶粒的体积率在5％以下。制造方法具有热轧工序、1次冷却工序、保温工序、卷取工序、酸洗工序和退火工序。1次冷却工序由把热轧后的钢板以超过120℃/秒的冷却速度1次冷却到450℃以上600℃以下的终冷温度构成。保温工序由将冷却的热轧钢板通过2次冷却直至卷取保持在450℃以上650℃以下温度的工序构成。

Description

高碳热轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及延展性能和拉伸凸缘性能优良的高碳热轧钢板及其制造方法。
背景技术
在工具或汽车部件(齿轮、变速器)等中使用的高碳钢板在冲裁、成形后，进行淬火回火等热处理。作为进行这些部件加工的用户要求，有为了形成复杂形状，要求提高作为延展性能指标的延伸性能，同时在冲裁后的成形中要提高扩孔加工(内缘翻边)性能。此扩孔加工(内缘翻边)性能，作为冲压成形，用拉伸凸缘性能进行评价。因此优选有延展性能和拉伸凸缘性能同时优良的材料。
对于提高这样的高碳钢板的拉伸凸缘性能，有几个技术正在进行研究。例如在特开平11-269552号公报和特开平11-269553号公报中提出了在经过冷轧的工艺中制造拉伸凸缘性能优良的中·高碳钢板的方法。此技术是由含C：0.1～0.8质量％的钢构成、金属组织实际为铁素体+珠光体组织，根据需要先共析铁素体面积率在由C(％质量)含量确定的值以上，对珠光体片层间距在0.1μm以上的热轧钢板进行15％以上的冷轧，然后实施在3段或2段的温度范围内长时间保温的3段或2段退火的技术。
此外在特开2003-13145号公报中提出了由含C：0.2～0.7质量％的钢构成，碳化物平均粒径在0.1μm以上1.2μm以下，不含碳化物的铁素体晶粒的体积率在10％以下的拉伸凸缘性能优良的高碳钢板的制造方法。此技术是在(Ar3相变点-20℃)以上的终轧温度下热轧、以超过120℃/秒的冷却速度冷却到650℃以下的终冷温度、在600℃以下的卷取温度下卷取、酸洗后在640℃以上、Ac1相变点以下的退火温度下进行退火的技术。
可是在特开平11-269552号公报和特开平11-269553号公报的技术中，铁素体组织由先共析铁素体构成，由于不含碳化物，柔软而且延展性优良，但拉伸凸缘性能未必良好。这是由于在冲裁加工时，在冲裁端面附近部分，铁素体产生大的变形，在先共析铁素体和含有球状碳化物的铁素体中变形量产生大的差异。其结果在这些变形量差异大的晶粒的晶界附近产生应力集中，在球化组织和铁素体的界面产生孔隙。由于孔隙成长为裂纹，结果使拉伸凸缘性能恶化。
作为对策可以考虑通过强化球化退火使整体软化。可是这种情况下球化后的碳化物变得粗大，加工时成为孔隙源，同时在加工后的热处理阶段碳化物难以溶解，导致淬火强度降低。
此外最近从提高生产率的观点对加工水平的要求也比现在严格。因此对于高碳钢板的扩孔加工也由于加工程度的增加等原因，冲裁端面也变得容易产生裂纹。因此对高碳钢板也要求高的拉伸凸缘性能。
鉴于这些情况，本发明人以提供不使用需要长时间的多段退火而可以制造的，难以产生冲裁端面裂纹的，具有优良拉伸凸缘性能的高碳钢板为目的，开发了在特开2003-13145号公报中所述的技术。利用此技术可以制造具有优良拉伸凸缘性能的高碳热轧钢板。
另一方面最近对用于驱动系统部件等，从耐久性和减轻重量的观点出发，发展到以整体成形部件等即使在不进行热处理的部分也具有高的强度，作为原材料的钢板的抗拉强度(TS)要求440MPa以上的强度。而为了满足这样要求的同时降低部件的制造成本，要求以热轧钢板提供。
此外，在整体成形中，有十几个工序的冲压工序，不仅把内缘翻边加工，而且把胀形、弯曲等成形模式复杂组合后成形，所以同时要求拉伸凸缘性能和延伸率的两个特性。
可是在上述特开2003-13145号公报所述技术中，要达到TS≥440MPa(换算成HRB硬度为73以上)的话，未必能得到足够的拉伸凸缘性能。也就是用上述技术不能稳定地同时确保此TS和拉伸凸缘性能。此外也没有述及延伸率。
除上述以外，在特开2003-13145号公报中，冷却后产生相变热，温度上升，先共析铁素体析出和珠光体相变进行，产生碳化物粗大化和不均匀分散，容易导致特性恶化。
发明内容
本发明以提供不使用需要长时间多段退火可以制造的、难以产生冲裁端面裂纹的、抗拉强度在440MPa以上，同时延展性和拉伸凸缘性能优良的高碳热轧钢板为目的。
本发明人对在确保强度的同时，对涉及高碳钢板的延展性和拉伸凸缘性能的成分和显微组织的影响进行了研究。其结果发现不仅成分、碳化物形状和碳化物量对钢板的延展性和拉伸凸缘性能有大的影响，碳化物的分散状态也对钢板的延展性和拉伸凸缘性能有大的影响。也就是判断清楚了通过分别控制作为碳化物形状的碳化物平均粒径、粒径在2.0μm以上的碳化物的体积率、作为碳化物的分散状态的不含碳化物的铁素体晶粒体积率和铁素体平均粒径，来提高高碳热轧钢板的延展性和拉伸凸缘性能。
本发明提供一种以质量％计含有C：0.1～0.7％、Si：2.0％以下、Mn：0.20～2.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Sol.Al：0.1％以下、N：0.01％以下、余量：铁和不可避免的杂质，具有平均粒径为6μm以下的铁素体和平均粒径为0.10μm以上、小于1.2μm的碳化物的高碳热轧钢板。上述碳化物的粒径在2.0μm以上的碳化物体积率在10％以下。上述铁素体的不含碳化物的铁素体晶粒体积率在5％以下。此高碳热轧钢板的延展性和拉伸凸缘性能优良。
上述高碳热轧钢板还可以以质量％计含有从Cr：0.05～1.5％和Mo：0.01～0.5％中选择的至少一种。
上述高碳热轧钢板还可以以质量％计含有从B：0.005％以下、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下和W：0.5％以下中选择的至少一种。
上述高碳热轧钢板还可以以质量％计含有从Cr：0.05～1.5％和Mo：0.01～0.5％中选择的至少一种。
上述高碳热轧钢板还可以以质量％计含有从B：0.005％以下、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下和W：0.5％以下中选择的至少一种。
此外上述的高碳热轧钢板还可以以质量％计含有从Ti：0.5％以下、Nb：0.5％以下、V：0.5％以下和Zr：0.5％以下中选择的至少一种。
上述Si含量以质量％计优选为0.005～2.0％。从确保退火后强度的观点来看，更优选在0.02％以上，从表面性状的观点更优选在0.5％以下。
上述Mn含量以质量％计优选为0.2～1.0％。
上述Cr含量从确保淬火后足够的强度的观点确定优选的范围。在淬火处理时可以确保足够的冷却速度的条件下，Cr含量以质量％计优选为0.05～0.3％。在即使淬火处理时的冷却速度变化也对淬火后强度严格要求的情况下，Cr含量以质量％计优选为0.8～1.5％。
上述Mo含量以质量％计优选为0.05～0.5％。
本发明还提供具有热轧工序、1次冷却工序、保温工序、卷取工序、酸洗工序和退火工序的高碳热轧钢板的制造方法。
热轧工序由对以质量％计含有C：0.1～0.7％、Si：2.0％以下、Mn：0.20～2.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Sol.Al：0.1％以下、N：0.01％以下、余量：铁和不可避免的杂质的钢在(Ar3相变点-10℃)以上的终轧温度进行热轧的工序构成。
上述钢还可以以质量％计含有从Cr：0.05～1.5％和Mo：0.01～0.5％中选择的至少一种。
上述钢还可以以质量％计含有从B：0.005％以下、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下和W：0.5％以下中选择的至少一种。
上述钢还可以以质量％计含有从Cr：0.05～1.5％和Mo：0.01～0.5％中选择的至少一种，而且可以以质量％计含有从B：0.005％以下、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下和W：0.5％以下中选择的至少一种。
此外上述钢还可以以质量％计含有从Ti：0.5％以下、Nb：0.5％以下、V：0.5％以下和Zr：0.5％以下中选择的至少一种。
1次冷却工序由将热轧后的钢板以120℃/秒以上的冷却速度1次冷却到450℃以上600℃以下的终冷温度的工序构成。从设备上的能力考虑优选冷却速度的上限为700℃/秒。
保温工序由通过2次冷却将冷却的热轧钢板直至卷取保持在450℃以上650℃以下温度的工序构成。
卷取工序由对冷却后的热轧钢板在600℃以下的卷取温度下进行卷取的工序构成。优选卷取温度为200～600℃。
酸洗工序由对卷取后的热轧钢板进行酸洗的工序构成。
退火工序由把酸洗后的热轧钢板在680℃以上Ac1相变点以下的退火温度进行退火的工序构成。
此外在本说明书中，表示钢成分的％全部为质量％。
采用本发明的话，可以抑制冲裁时在端面产生孔隙，可以延迟扩孔加工中裂纹的生长。其结果可以提供一种具有440MPa以上的抗拉强度、延展性和拉伸凸缘性能非常优良的高碳热轧钢板。而把本发明的延展性和拉伸凸缘性能优良的高碳热轧钢板用于以齿轮为代表的变速器部件等的高耐久性部件上，在加工工序中可以获得高的加工程度，其结果可以以在获得高质量的同时，省略制造工序，以低的成本制造部件等。此外即使在驱动系统部件中，从耐久性和减轻重量的观点出发，边要求以整体成形部件不进行热处理的部分高强度化，原材料水平为440MPa级的钢板，从这一点看本发明的高碳热轧钢板也是有用的。
具体实施方式
本发明的高碳热轧钢板特征在于，以质量％计含有C：0.1～0.7％、Si：2.0％以下、Mn：0.2～2.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Sol.Al：0.1％以下、N：0.01％以下、余量：铁和不可避免的杂质，铁素体平均粒径为6μm以下，碳化物平均粒径为0.10μm以上、小于1.2μm，2.0μm以上的碳化物体积率在10％以下，不含碳化物的铁素体晶粒体积率在5％以下。这些在本发明中是最重要的必要条件。这样规定化学成分和金属组织(铁素体平均粒径)、碳化物的形状(碳化物平均粒径、2.0μm以上的碳化物体积率)和碳化物的分散状态(不含碳化物的铁素体晶粒体积率)，通过满足所有的条件，可以得到延展性和拉伸凸缘性能优良的高碳热轧钢板。
此外本发明的高碳热轧钢板还可以以质量％计含有Cr：0.05～1.5％和Mo：0.01～0.5％中的1种或2种，还可以以质量％计含有B：0.005％以下、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下和W：0.5％以下中的1种或2种以上，还可以以质量％计含有Ti：0.5％以下、Nb：0.5％以下、V：0.5％以下和Zr：0.5％以下中的1种或2种以上。
此外通过在(Ar3相变点-10℃)以上的终轧温度进行热轧，然后以120℃/秒以上的冷却速度1次冷却到450℃以上600℃以下的终冷温度，然后通过2次冷却将直到卷取的温度保持在450℃以上650℃以下后，在600℃以下的卷取温度下卷取，酸洗后，以680℃以上Ac1相变点以下的退火温度进行退火，可以制造上述高碳热轧钢板。这样通过总体控制热轧后到1次冷却、2次冷却、卷取和退火的条件，可以达到本发明的目的。
下面对本发明进行详细说明。
首先，本发明的钢的化学成分的限定原因如下。
C：0.1～0.7％
C是形成碳化物，付与淬火后硬度的重要元素。在C含量小于0.1％的情况下，热轧后的组织中显著生成先共析铁素体，碳化物分布不均。而且淬火后也不能得到作为机械结构用部件的足够的强度。另一方面，如果超过0.7％，即使退火后也不能得到足够的加工性能，拉伸凸缘性能和延展性低。此外由于热轧后的钢板硬度高而脆，处理上不方便，淬火后的强度也达到饱和。因此C含量定为0.1％以上0.7％以下。从确保淬火后足够的强度的观点看，优选在0.2％以上，此外，从卷取工序后对钢板的处理等观点看，优选在0.6％以下。这是本发明中的重要的必要条件。
Si：2.0％以下
Si是使淬透性提高的同时，通过固溶强化使原材料强度提高的元素，所以优选含0.005％以上。可是含量超过2.0％的话，容易生成先共析铁素体，实际上不含碳化物的铁素体晶粒增加，使拉伸凸缘性能恶化。此外有使碳化物石墨化，对淬透性不利的倾向。因此Si含量定为2.0％以下。从确保退火后强度的观点看优选在0.02％以上，此外从表面性状的观点看优选在0.5％以下。
Mn：0.2～2.0％
Mn和Si一样是使淬透性提高的同时通过固溶强化使原材料强度提高的元素。此外使S以MnS固定，是防止板坯热裂的重要元素。可是在Mn含量小于0.2％的情况下，这些效果变小，同时有助于生成先共析铁素体，使铁素体晶粒粗大。此外使淬透性大幅度降低。一方面在超过2.0％的情况下，可以得到抗拉强度，但是明显生成作为偏析带的锰带，拉伸凸缘性能和延伸性恶化。因此Mn含量定为0.20％以上2.0以下。从因生成锰带造成拉伸凸缘性能和延伸性恶化的观点看，优选在1.0％以下。
P：0.03％以下
P由于在晶界偏析，使韧性降低，所以是必须降低的元素。可是由于可以允许P含量到0.03％，所以P含量定为0.03％以下。
S：0.03％以下
S由于与Mn形成MnS，使拉伸凸缘性能恶化，所以是必须降低的元素。由于可以允许S含量到0.03％，所以S含量定为0.03％以下。
sol.Al：0.1％以下
Al由于使用作为脱氧剂而使钢的纯度提高，因而在炼钢阶段添加，在钢中一般以sol.Al形式大约含0.005％以上。另一方面，即使添加Al到sol.Al含量超过0.1％的程度，使纯净度提高的效果达到饱和，使成本增加。此外过剩添加的话，AlN大量析出，使淬透性降低。因此钢中的sol.Al含量定为0.1％以下。优选在0.08％以下。
N：0.01％以下
N由于过量添加会带来延展性的降低，所以在添加时定为0.01％以下。
本发明的钢板以上述必须添加的元素可以得到目标特性，但也可以根据所优选的特性而含有Cr、Mo中的1种或2种。
Cr：0.05～1.5％
Cr是抑制热轧后的冷却中先共析铁素体的生成，使拉伸凸缘性能提高，同时提高淬透性的重要元素。可是在Cr含量小于0.05％的情况下，不能得到足够的效果。另一方面即使含量超过1.5％，淬透性提高，但抑制先共析铁素体生成的效果达到饱和，同时增加了成本。因此在含Cr的情况下，Cr含量定为0.05％以上1.5％以下。从确保淬火后足够的强度的观点看，在淬火处理时确保足够的冷却速度的条件下，优选在0.05％以上0.3％以下，在淬火处理时的冷却速度即使变化，也对淬火后的强度严格要求的情况下，优选在0.8％以上1.5％以下。
Mo：0.01％～0.5％
Mo是抑制热轧后的冷却中先共析铁素体的生成，使拉伸凸缘性能提高，同时提高淬透性的重要元素。可是在Mo含量小于0.01％的情况下不能得到足够的效果。另一方面，即使含量超过0.5％，淬透性提高，但抑制先共析铁素体生成的效果达到饱和，同时增加了成本。因此在含Mo的情况下，Mo含量定为0.01％以上0.5％以下。从确保淬火后强度的观点看优选在0.05％以上。
此外本发明的钢，除了上述添加元素外，为了抑制热轧冷却时的先共析铁素体的生成，提高淬透性，根据需要也可以再添加B、Cu、Ni、W中的1种或2种以上。这种情况下，在上述的添加元素中在添加量B小于0.0001％、Cu、Ni、W分别小于0.01％的情况下，不能充分得到添加的效果。另一方面，B超过0.005％、Cu超过1.0％、Ni超过1.0％、W超过0.5％的话，效果达到饱和，成本增加。因此在添加这些元素的情况下，定为B：0.0001％以上0.005％以下、Cu：0.01％以上1.0％以下、Ni：0.01％以上1.0％以下、W：0.01％以上0.5％以下。但是B与钢中的N形成化合物，有时发现不了B本身的效果。因此作为用于抑制热轧冷却时的先共析铁素体的生成、提高淬透性添加的元素，优选从Cu、Ni、W中选择1种或2种以上。此时各元素优选的添加量与上述相同。
此外，本发明的钢，在上述添加元素以外，为了利用细化铁素体晶粒以确保生成440MPa以上的抗拉强度，根据需要也可以再添加Ti、Nb、V、Zr中的1种或2种以上。在这种情况下，添加量分别小于0.001时，不能充分得到添加的效果。另一方面，分别超过0.5％的话，效果达到饱和，成本增加。因此在添加这些元素时，都定为0.001％以上0.5％以下。
上述以外的余量由Fe和不可避免的杂质构成。
此外在制造过程中有时作为杂质混入Sn、Pb等各种元素，这样的杂质也对本发明的效果没有特别的影响。
下面对本发明的金属组织(铁素体平均粒径)、碳化物的形状(碳化物平均粒径、2.0μm以上的碳化物的体积率)和碳化物的分散状态(不含碳化物的铁素体晶粒的体积率)进行说明。对于得到延展性和拉伸凸缘性能优良的高碳热轧钢板，这些是重要的必要条件，即使上述中有一个不满足，也不能得到本发明的效果，全部满足才能得到其效果。
铁素体平均粒径：6μm以下
铁素体平均粒径是决定拉伸凸缘性能和原材料强度的重要因素。通过使铁素体晶粒细化，可以使拉伸凸缘性能不恶化而提高强度。也就是通过使铁素体粒径在6μm以下，可以在确保原材料抗拉强度在440MPa以上的同时，得到优良的延展性和拉伸凸缘性能。如后所述，可以通过热轧后的1次冷却终冷温度、2次冷却保温温度和卷取温度控制铁素体平均粒径。
碳化物平均粒径：0.10μm以上而且小于1.2μm
碳化物平均粒径对一般加工性和扩孔加工中孔隙的产生有大的影响，是本发明的重要的必要条件之一。碳化物变得微细可以抑制孔隙的产生，但碳化物平均粒径小于0.10μm的话，随硬度的提高延展性降低，因此拉伸凸缘性能降低。另一方面，随碳化物平均粒径的增加，一般加工性能提高，但在1.2μm以上的话，在扩孔加工中产生孔隙导致拉伸凸缘性能降低，随局部延展性的降低，延展性也降低。因此，碳化物平均粒径定为0.10μm以上、小于1.2μm。如后所述，碳化物平均粒径可以通过制造条件，特别是1次冷却终冷温度、卷取温度和退火温度而进行控制。
粒径2.0μm以上的碳化物体积率：10％以下
由于一般加工性能和扩孔加工中的孔隙优先在粗大碳化物周边产生，对于碳化物，不仅仅是控制平均粒径，降低粗大碳化物体积率也是重要的，这是本发明的重要的必要条件之一。碳化物平均粒径即使在0.10μm以上、小于1.2μm，粒径为2.0μm以上的粗大碳化物体积率超过10％而存在的话，扩孔加工中产生孔隙使拉伸凸缘性能降低，随局部延展性降低，延展性也降低。因此粒径2.0μm以上的碳化物体积率定在10％以下。此外如后所述，碳化物粒径可以通过1次冷却终冷温度、2次冷却保温温度、卷取温度和退火温度进行控制。
不含碳化物的铁素体晶粒体积率：5％以下
通过使碳化物分散状态均匀，使在扩孔加工时的冲裁端面的应力集中缓解，可以抑制孔隙的产生。以这一点控制不含碳化物的铁素体晶粒体积率是重要的。通过使不含碳化物的铁素体晶粒体积率在5％以下，可以得到与使碳化物分散状态均匀的情况相同的效果，可以显著提高拉伸凸缘性能。此外随局部延展性提高，延展性也显著提高。此外在本发明中，所谓不含碳化物是指用一般的金属组织观察(光学显微镜)不能检测出碳化物。这样的铁素体晶粒是热轧后作为先共析铁素体生成的部分，即使在退火后的状态下，实质上也看不到晶粒内的碳化物。此外如后所述，碳化物的分散状态可以通过制造条件、特别是终轧温度、轧后冷却的冷却速度、终冷温度和卷取温度进行控制。
下面对本发明的延展性和拉伸凸缘性能优良的高碳热轧钢板的制造方法进行说明。
通过把调整到上述化学成分范围的钢在(Ar3相变点-10℃)以上的终轧温度热轧，然后以超过120℃/秒的冷却速度1次冷却到450℃以上600℃以下的终冷温度，然后通过2次冷却将直至卷取的温度保持在450℃以上650℃以下，然后以600℃以下的卷取温度进行卷取，酸洗后，在680℃以上Ac1相变点以下的退火温度下进行退火，得到本发明的高碳热轧钢板。以下对此进行详细说明。
终轧温度：在(Ar3相变点-10℃)以上进行热轧
热轧的终轧温度在小于(Ar3相变点-10℃)的情况下，由于一部分进行了铁素体相变，因而铁素体晶粒增加，延展性和拉伸凸缘性能恶化，因而要在Ar3相变点-10℃以上的终轧温度进行终轧。因此可以实现组织均匀化，实现延展性和拉伸凸缘性能的提高。
冷却速度：以超过120℃/秒进行1次冷却
在本发明中为了降低相变后先共析铁素体体积率，在热轧后进行冷却速度超过120℃/秒的快冷(1次冷却)。冷却方法是缓冷的话，奥氏体的过冷度小，生成先共析铁素体。特别是冷却速度在120℃/秒以下的情况下，先共析铁素体的生成显著，不含碳化物的铁素体晶粒超过5％，延展性和拉伸凸缘性能恶化。因此把轧制后的冷却速度定为超过120℃/秒。
优选在终轧后超过0.1秒而小于1.0秒的时间内开始1次冷却。这种情况下，可以进一步使相变后的铁素体晶粒和珠光体等的析出物微细化，可以使加工性能进一步提高。
终冷温度：450℃以上600℃以下
在1次冷却的终冷温度高的情况下，生成先共析铁素体，同时珠光体的片层间距粗大化。因此退火后不能得到微细的碳化物，延展性和拉伸凸缘性能恶化。特别是在终冷温度高于600℃的情况下，不含碳化物的铁素体晶粒超过5％，延展性和拉伸凸缘性能恶化。因此轧制后的冷却的终冷温度定为600℃以下。另一方面终冷温度小于450℃的话，由于不能得到等轴的铁素体晶粒，加工性能恶化，所以把终冷温度定为450℃以上。
通过2次冷却从1次终止冷却后到卷取保持在450℃以上650℃ 以下温度
在高碳钢板的情况下，有时1次冷却终止后随先共析铁素体相变、珠光体相变、贝氏体相变，钢板温度升高，在即使1次终冷温度在600℃以下，从1次冷却终了到卷取的温度也高于650℃的情况下，生成先共析铁素体，同时珠光体片层间距粗大化，珠光体中的碳化物粗大化。因此退火后不能得到微细的碳化物，由于粒径在2.0μm以上的碳化物体积率超过10％，延展性和拉伸凸缘性能恶化。此外从1次冷却到卷取的温度小于450℃的话，不能得到等轴的铁素体晶粒，加工性能恶化。由于这些原因，用2次冷却控制直至卷取的温度很重要，通过利用2次冷却直至卷取保持在450℃以上650℃以下温度，可以防止延展性、拉伸凸缘性能和加工性能的恶化。在此情况下的2次冷却可以通过层流冷却而进行。
此外从1次冷却终止到卷取的保温时间，如果过短，卷取后产生相变热，而不能控制钢板的温度，或产生板卷溃坏，因此从在到达卷取之前的时间内使相变完成的目的考虑，优选在5秒以上，另一方面，过长的话，则操作性明显降低，因而优选在60秒以下。
卷取温度：600℃以下
卷取温度越高珠光体的片层间距越大。因此退火后的碳化物粗大，卷取温度超过600℃的话，延展性和拉伸凸缘性能恶化。因此卷取温度定为600℃以下。对卷取温度的下限没有特别的规定，但是由于越到低温钢板的形状越恶化，所以优选定为200℃以上。
退火温度：680℃以上Ac1相变点以下
把热轧钢板酸洗后，为了使碳化物球化而进行退火。在退火温度小于680℃的情况下，碳化物的球化不充分或碳化物平均粒径小于0.1μm，拉伸凸缘性能恶化。此外不能得到等轴的铁素体，加工性能和延展性恶化。另一方面，如果退火温度超过Ac1相变点，一部分奥氏体化，由于在冷却中再次生成珠光体，同样拉伸凸缘性能恶化，延展性也降低。因此退火温度定为680℃以上Ac1相变点以下。
此外在本发明的高碳钢的成分调整中，转炉或电炉都可以使用。然后把成分调整后的高碳钢通过铸锭-开坯或用连续铸造制成板坯，对此板坯进行热轧，此时为了避免因产生锈皮造成表面状态恶化，优选板坯加热温度在1280℃以下。此外也可以进行直接输送轧制，也就是对连续铸造的板坯直接进行轧制，或以抑制温度降低为目进行保温同时进行轧制。还可以在热轧时省略粗轧而进行终轧。为了确保终轧温度，在热轧中也可以利用板带加热器等加热装置进行轧材的加热。此外为了促进球化或降低硬度，也可以在卷取后用缓冷罩等装置对板卷进行保温。
热轧后的退火使用箱式退火、连续退火都可以。此后根据需要进行表面光轧。此表面光轧由于对淬火性没有影响，对它的条件没有特别的限制。
利用上述方法可以得到延展性和拉伸凸缘性能优良的高碳热轧钢板。本发明的高碳热轧钢板具有优良的延展性和拉伸凸缘性能的原因可以考虑如下。冲裁端面部分的内部组织对拉伸凸缘性能有大的影响。特别是在不含碳化物的铁素体晶粒(热轧后的先共析铁素体)多的情况下，确认了从与球化组织部分的界面上产生裂纹的事实。如果观察显微组织的行为，在冲裁加工后在碳化物的界面明显产生因应力集中造成的孔隙。碳化物的尺寸越大、并且不含碳化物的铁素体晶粒越多，此应力集中越大。然后在扩孔加工时，这些孔隙连接在一起变成裂纹。此外通过控制铁素体粒径可以稳定提高延伸率。根据以上原因，通过控制化学成分和金属组织(铁素体平均粒径)、碳化物形状(碳化物平均粒径、2.0μm以上的碳化物体积率)、以及碳化物的分散状态(不含碳化物的铁素体晶粒的体积率)，可以减小应力集中，减少孔隙的产生，可以具有优良的延展性和拉伸凸缘性能。
实施例1
把具有表1所示钢No.A～R的化学成分的钢的连铸板坯加热到1250℃，在表2所示条件下进行热轧和退火，制造板厚5.0mm的钢板。其中钢板No.1～18的制造条件为本发明范围内的本发明例，钢板No.19～32的制造条件为本发明范围外的比较例。
从以上得到的钢板取样，进行铁素体粒径、碳化物平均粒径、粒径在2.0μm以上的碳化物体积率、不含碳化物的铁素体晶粒的体积率的测定、硬度的测定、拉伸凸缘性能(扩孔率)的测定和拉伸试验。得到的结果示于表3。各试验·测定方法和条件如下。
1)铁素体粒径、碳化物平均粒径、粒径在2.0μm以上的碳化物体积率、不含碳化物的铁素体晶粒的体积率的测定
把样品的板厚截面研磨·腐蚀后，用扫描电子显微镜拍摄显微组织，在0.01mm2范围内对铁素体粒径、碳化物平均粒径、粒径在2.0μm以上的碳化物体积率、不含碳化物的铁素体晶粒的体积率进行测定。
2)硬度测定：以JIS Z2245为基准，测定钢板表面硬度，求出n＝5的平均值。
3)拉伸凸缘性能测定
把样品用冲头直径do＝10mm、冲模直径12mm(间隙20％)的冲裁工具进行冲裁后，进行扩孔试验。扩孔试验用在圆筒平底冲头(φ50mm、R8)通过上压的方法进行，测定在孔边缘产生贯通板厚裂纹时的孔径db，求出用下式定义的扩孔率：λ(％)。
λ＝100×(db-do)/do      (1)
4)拉伸试验
沿相对轧制方向成90°的方向(C方向)取JIS 5号试样，以10mm/min拉伸速度进行拉伸试验，测定了抗拉强度和延伸率。
在本发明中，分别把抗拉强度TS在440MPa以上；延伸率在C含量在0.10％以上；小于0.40％的钢的情况下延伸率为35％以上、在C含量在0.40％以上、0.70％以下的钢的情况下为30％以上；扩孔率λ在C含量在0.10％以上、小于0.40％的钢的情况下为70％以上(板厚5.0mm)、在C含量在0.40％以上、0.70％以下的钢的情况下为40％以上(板厚5.0mm)作为目标。
从表3可以看出，钢板No.1～18的本发明例的抗拉强度(TS)为440MPa以上，扩孔率λ高，而且拉伸凸缘性能和延伸率优良。
另一方面，钢板No.19～32是制造条件在本发明范围外的比较例，钢板No.19、20、22、23、24由于铁素体晶粒超过6μm，所以抗拉强度小于440MPa。钢板No.30、31的碳化物平均粒径超过1.2μm，粒径在2.0μm以上的碳化物体积率超过10％，此外不含碳化物的铁素体的体积率也超过5％，所以扩孔率λ低，拉伸凸缘性能恶化。钢板No.21、25、28、32的碳化物平均粒径小于0.1μm，由于强度提高，对于目标值，扩孔率λ和延伸率低，拉伸凸缘性能和延伸率恶化。钢板No.27、29的不含碳化物的铁素体体积率超过5％，因而对于目标值，扩孔率λ和延伸率低，拉伸凸缘性能和延伸率恶化。钢板No.26的碳化物平均粒径为0.10μm以上、小于1.2μm，但粒径在2.0μm以上的碳化物体积超过10％，因此对于目标值，扩孔率λ和延伸率低，拉伸凸缘性能和延伸率恶化。
表1                                                                                               质量％
  钢   C   Si   Mn   P   S   Sol.Al   N   其他
  A   0.15   0.22   0.72   0.009   0.005   0.020   0.0038   Cr：1.0、Mo：0.16
  B   0.23   0.20   0.80   0.010   0.009   0.031   0.0030   -
  C   0.35   0.21   0.76   0.014   0.005   0.028   0.0034   -
  D   0.35   0.20   0.75   0.012   0.004   0.035   0.0036   Cr：1.0、Mo：0.15
  E   0.49   0.18   0.75   0.011   0.008   0.030   0.0035   -
  F   0.64   0.22   0.73   0.012   0.010   0.021   0.0036   -
  G   0.26   0.03   0.45   0.015   0.003   0.040   0.0050   Cr：0.28
  H   0.26   0.03   0.45   0.015   0.003   0.040   0.0050   Mo：0.30
  I   0.47   0.18   0.75   0.011   0.008   0.030   0.0035   Cr：0.15
  J   0.58   0.20   0.74   0.015   0.010   0.021   0.0038   Cr：0.06
  K   0.35   0.21   0.76   0.013   0.005   0.028   0.0034   Cr：0.18
  L   0.35   0.45   0.76   0.013   0.005   0.028   0.0034   Mo：0.06
  M   0.37   0.03   0.75   0.014   0.004   0.028   0.0034   Cr：0.28、Mo：0.30
  N   0.35   0.18   0.25   0.014   0.005   0.028   0.0034   Mo：0.15
  O   0.35   0.18   0.95   0.014   0.005   0.028   0.0034   Cr：0.06、Mo：0.06
P 0.35 0.20 0.75 0.014 0.004 0.031 0.0032   Cr：0.06B：0.0022Cu：0.2、Ni：0.6
Q 0.34 0.21 0.75 0.013 0.004 0.032 0.0034   Cr：0.25Ti：0.005Nb：0.008
R 0.34 0.21 0.73 0.013 0.004 0.030 0.0038   Cr：0.06Mo：0.06Cu：0.08、Ni：0.02
表2
钢板No. 钢     终轧温度(℃) 1次冷却开始时间(秒)   1次冷却速度(℃/秒) 1次冷却终冷温度(℃) 利用2次冷却的直至卷取的保温范围   卷取温度(℃) 退火条件 备注
    1     A     Ar3+30℃     0.5     220     590   550～590     550   680℃×40hr     本发明例
    2     B     Ar3+30℃     1.2     230     590   570～620     580   680℃×40hr     本发明例
    3     C     Ar3+20℃     1.0     210     560   480～550     540   680℃×40hr     本发明例
    4     D     Ar3+20℃     1.0     200     550   490～530     540   680℃×40hr     本发明例
    5     E     Ar3+30℃     1.2     200     570   520～630     550   710℃×40hr     本发明例
    6     F     Ar3+40℃     0.4     200     580   580～640     560   700℃×40hr     本发明例
    7     G     Ar3+20℃     1.1     210     590   580～630     560   680℃×40hr     本发明例
    8     H     Ar3+20℃     1.1     220     580   580～620     570   680℃×40hr     本发明例
    9     I     Ar3+30℃     1.2     210     560   530～630     560   680℃×40hr     本发明例
    10     J     Ar3+20℃     1.1     200     570   540～620     550   680℃×40hr     本发明例
    11     K     Ar3+20℃     1.0     210     560   480～550     550   680℃×40hr     本发明例
    12     L     Ar3+20℃     1.0     210     570   480～570     570   680℃×40hr     本发明例
    13     M     Ar3+20℃     1.0     210     560   480～550     560   680℃×40hr     本发明例
    14     N     Ar3+20℃     1.0     210     560   480～540     550   680℃×40hr     本发明例
    15     O     Ar3+20℃     1.0     210     570   480～550     560   680℃×40hr     本发明例
    16     P     Ar3+20℃     1.0     210     560   490～580     560   680℃×40hr     本发明例
    17     Q     Ar3+20℃     1.0     210     560   500～570     560   680℃×40hr     本发明例
    18     R     Ar3+20℃     1.0     210     560   500～570     560   680℃×40hr     本发明例
    19     A     Ar3+30℃     0.5     180     680   620～650     600   680℃×40hr     比较例
    20     A     Ar3-40℃     1.2     180     590   580～630     590   680℃×40hr     比较例
    21     A     Ar3+10℃     0.5     280     430   420～500     500   660℃×40hr     比较例
    22     B     Ar3+30℃     1.2     210     630   580～ 660     580   680℃×40hr     比较例
    23     B     Ar3-40℃     0.7     160     630   560～620     570   700℃×40hr     比较例
    24     B     Ar3+20℃     1.2     80     610   550～600     540   680℃×40hr     比较例
    25     C     Ar3+30℃     0.8     220     580   470～550     460   600℃×20hr     比较例
    26     C     Ar3+20℃     1.0     210     580   550～ 680     600   680℃×40hr     比较例
    27     D     Ar3-30℃     1.2     160     590   580～640     590   680℃×40hr     比较例
    28     D     Ar3+20℃     0.5     280     420   410～510     500   660℃×40hr     比较例
    29     E     Ar3-30℃     1.2     160     580   550～630     520   700℃×40hr     比较例
    30     E     Ar3+30℃     0.7     200     660   610～650     600   700℃×40hr     比较例
    31     F     Ar3+20℃     1.0     180     640   600～650     640   700℃×40hr     比较例
    32     F     Ar3+10℃     0.6     220     610   540～610     560   640℃×40hr     比较例
表3
钢板No. 钢  铁素体平均粒径(μm)  碳化物平均粒径(μm)   粒径2μm以上的碳化物体积率(％) 不含碳化物的铁素体体积率(％) 硬度(HRB) 扩孔率(％) 抗拉强度(MPa) 延伸率(％) 备注
    1     A     5.8     0.75     6     5     73     148     440     43   本发明例
    2     B     5.5     0.88     8     5     73     150     445     42   本发明例
    3     C     3.6     0.59     4     3     79     80     490     38   本发明例
    4     D     3.2     0.40     2     3     80     75     500     36   本发明例
    5     E     2.9     0.47     3     2     86     56     560     32   本发明例
    6     F     1.9     0.36     2     1     88     45     590     31   本发明例
    7     G     5.0     0.65     7     4     75     90     470     40   本发明例
    8     H     4.8     0.63     6     4     76     89     480     40   本发明例
    9     I     3.0     0.50     3     2     85     60     550     33   本发明例
    10     J     2.5     0.41     2     1     87     50     580     31   本发明例
    11     K     3.6     0.57     3     3     79     79     490     38   本发明例
    12     L     3.6     0.58     4     4     80     78     500     37   本发明例
    13     M     3.6     0.59     4     3     78     81     480     39   本发明例
    14     N     3.6     0.59     4     3     79     80     490     38   本发明例
    15     O     3.6     0.59     4     3     79     79     490     38   本发明例
    16     P     3.5     0.58     4     3     79     79     490     38   本发明例
    17     Q     3.2     0.58     4     3     80     78     500     37   本发明例
    18     R     3.2     0.59     4     3     79     80     490     38   本发明例
    19     A     10.8     1.44     25     30     70     98     410     42   比较例
    20     A     6.8     0.90     9     20     72     118     435     40   比较例
    21     A     3.5     0.05     0     1     84     38     535     33   比较例
    22     B     6.5     0.94     11     8     72     138     430     40   比较例
    23     B     7.2     1.30     15     26     68     75     400     41   比较例
    24     B     6.5     0.88     8     16     72     70     430     40   比较例
    25     C     3.4     0.07     0     2     90     21     580     29   比较例
    26     C     3.6     1.10     11     5     79     45     490     32   比较例
    27     D     5.2     0.64     5     15     78     51     480     33   比较例
    28     D     2.1     0.04     0     0     92     20     600     27   比较例
    29     E     3.0     0.68     6     18     82     19     520     28   比较例
    30     E     5.2     1.39     22     15     80     20     500     29   比较例
    31     F     3.9     1.38     21     6     84     10     530     27   比较例
    32     F     3.0     0.08     1     6     89     11     580     25   比较例

Claims (14)

1.一种高碳热轧钢板，以质量％计含有C：0.10～0.7％、Si：2.0％以下、Mn：0.20～2.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Sol.Al：0.1％以下、N：0.01％以下、余量：铁和不可避免的杂质，
具有平均粒径为6μm以下的铁素体和平均粒径为0.10μm以上、小于1.2μm的碳化物，
所述碳化物的粒径在2.0μm以上的碳化物体积率在10％以下，
所述铁素体的不含碳化物的铁素体晶粒的体积率在5％以下。
2.如权利要求1所述的高碳热轧钢板，以质量％计还含有从Cr：0.05～1.5％和Mo：0.01～0.5％中选择的至少一种。
3.如权利要求1所述的高碳热轧钢板，以质量％计还含有从B：0.005％以下、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下和W：0.5％以下中选择的至少一种。
4.如权利要求2所述的高碳热轧钢板，以质量％计还含有从B：0.005％以下、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下和W：0.5％以下中选择的至少一种。
5.如权利要求1至4中任一项所述的高碳热轧钢板，以质量％计还含有从Ti：0.5％以下、Nb：0.5％以下、V：0.5％以下和Zr：0.5％以下中选择的至少一种。
6.如权利要求1所述的高碳热轧钢板，所述Si含量以质量％计为0.005～2.0％。
7.如权利要求6所述的高碳热轧钢板，所述Si含量以质量％计为0.02～0.5％。
8.如权利要求1所述的高碳热轧钢板，所述Mn含量以质量％计为0.2～1.0％。
9.如权利要求2所述的高碳热轧钢板，所述Cr含量以质量％计为0.05～0.3％。
10.如权利要求2所述的高碳热轧钢板，所述Cr含量以质量％计为0.8～1.5％。
11.如权利要求2所述的高碳热轧钢板，所述Mo含量以质量％计为0.05～0.5％。
12.一种高碳热轧钢板的制造方法，由以下工序构成：
以质量％计含有C：0.10～0.70％、Si：2.0％以下、Mn：0.20～2.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Sol.Al：0.1％以下、N：0.01％以下、余量：铁和不可避免的杂质的钢在(Ar3相变点-10℃)以上的终轧温度进行热轧的工序；
把热轧后的钢板以超过120℃/秒的冷却速度1次冷却到450℃以上600℃以下的终冷温度的工序；
通过2次冷却将冷却的热轧钢板直至卷取保持在450℃以上650℃以下温度的工序；
对冷却后的热轧钢板在600℃以下的卷取温度进行卷取的工序；
对卷取后的热轧钢板进行酸洗的工序；和
把酸洗后的热轧钢板在680℃以上、Ac1相变点以下的退火温度进行退火。
13.如权利要求12所述的高碳热轧钢板的制造方法，1次冷却的工序中的冷却速度为120～700℃/秒。
14.如权利要求12所述的高碳热轧钢板的制造方法，所述卷取温度为200～600℃。
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