TWI429760B - 去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板及其製造方法 - Google Patents

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Description

去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板及其製造方法
本發明係關於對諸如汽車、家電等施行衝孔加工、剪切加工等所使用的鋼板，加工時的去毛邊性優異之鋼板及其製造方法。
薄鋼板係廣泛使用於諸如汽車用、家電用或傢俱等，一般係依照切料加工-成形-組裝的順序修整為所需的製品或零件。近年，在製品的複雜化或高機能化背景下，特別就完軋精度的要求趨於嚴苛。之所以會在素材面出現使完軋精度劣化情形，係因為在衝孔加工時於端面發生毛邊，當所發生的毛邊較大時，在最終組裝階段便會導致致命性的精度劣化。且，當汽車的情況，於鋼板彼此間的重疊部會發生間隙，對耐腐蝕性劣化等機能面而言，亦會造成重大的影響。有鑑於此種背景，就衝孔加工時的毛邊減少技術有揭示如專利文獻1、專利文獻2、專利文獻3等。該等基本上係藉由使諸如硫化物、磷化物等夾雜物分散於鋼板中，當衝孔時便使該等夾雜物成為龜裂的起點或傳播路徑，而使鋼板表層部硬化，俾促進龜裂發生，藉此降低毛邊高度。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平1-230748號公報
[專利文獻2]日本專利特開平4-120242號公報
[專利文獻3]日本專利特開平6-73457號公報
就汽車產業領域，於CO2 排放量規範提高中，逐漸擴大高張力鋼板(高拉力鋼)的適用。但是，因為高拉力鋼中諸如C、Si、Mn之類的合金元素添加量，相較於低強度材之下屬於較多，因而會有熔接性劣化的傾向。但是，若如習知技術為能利用硫化物、磷化物等較大的夾雜物，而積極添加S、P等，則會導致熔接性更加劣化，當適用於汽車零件時，會造成碰撞時的駕駛員安全性劣化。因而，就高張力鋼板必需提供在未積極添加會阻礙熔接性的S、P等情況下，毛邊高度較小的去毛邊性優異之鋼板。
所以，本發明目的在於提供：就相關今後特別正逐漸增加使用比率之具有550MPa以上拉伸強度的高強度熔融鍍鋅鋼板，於未積極添加會阻礙熔接性的S、P等之情況下，毛邊高度較小之去毛邊性優異的鋼板及其製造方法。
本發明者等係針對會對熔融鍍鋅高拉力鋼材施行衝孔加工時所發生的毛邊高度，構成組織所造成的影響進行深入鑽研。結果發現與上述習知技術所採取利用硫化物、磷化物等夾雜物，而提升去毛邊性的不同技術思想，即，藉由構成組織係以含有Si的高加工硬化率肥粒鐵為主體，且抑制麻田散鐵相的面積率，並控制變韌肥粒鐵及珠粒鐵組織的面積率，藉此便可提升熔融鍍鋅高拉力鋼材的去毛邊性。
本發明係根據此項發現而完成，解決上述課題的本發明手段係如下述。
(1)一種去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，係成分組成為依質量%計含有C：0.04%以上且0.13%以下、Si：1.0%以上且2.3%以下、Mn：0.8%以上且2.0%以下、P：0.05%以下、S：0.0010%以上且0.01%以下、Al：0.1%以下、N：0.008%以下，其餘為Fe及不可避免的雜質所構成；構成組織依面積率計係具有75%以上的肥粒鐵相、1%以上的變韌肥粒鐵相、及1%以上且10%以下的珠粒鐵相，且麻田散鐵相之面積率係未滿5%，且滿足麻田散鐵面積率/(變韌肥粒鐵面積率+珠粒鐵面積率)≦0.5。
(2)如(1)所記載的去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，更進一步，成分組成係依質量%計含有從Cr：0.05%以上且1.0%以下、V：0.005%以上且0.5%以下、Mo：0.005%以上且0.5%以下、B：0.0003%以上且0.005%以下、Ni：0.05%以上且1.0%以下、Cu：0.05%以上且1.0%以下中選擇之至少1種的元素。
(3)如(1)或(2)所記載的去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，更進一步，成分組成係依質量%計含有從Ti：0.01%以上且0.1%以下、Nb：0.01%以上且0.1%以下中選擇之至少1種的元素。
(4)如(1)至(3)項中任一項所記載的去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，更進一步，成分組成係依質量%計含有從Ta：0.001%以上且0.010%以下、Sn：0.002%以上且0.2%以下中選擇之至少1種的元素。
(5)如(1)至(4)項中任一項所記載的去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，更進一步，成分組成係依質量%計含有Sb：0.002%以上且0.2%以下。
(6)一種去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板之製造方法，係將具有(1)~(5)項中任一項記載成分組成的鋼胚，施行熱軋、酸洗、或更進一步施行冷軋，然後依5℃/s以上的平均加熱速度加熱至650℃以上的溫度域，再依750~900℃之溫度域保持15~600s，經冷卻至450~550℃之溫度域之後，於該450~550℃之溫度域中保持10~200s，接著施行熔融鍍鋅後，於500~600℃之溫度域中，依滿足下式的條件施行鍍鋅的合金化處理；
0.45≦exp[200/(400-Tave)]×ln(th)≦1.0
其中，
Tave：平均保持溫度(℃)
th：保持時間(s)
根據本發明，可獲得具有達550MPa以上的拉伸強度，且當施行衝孔加工、剪切加工時所發生毛邊高度較低的去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板。該鋼板係適用於汽車、家電等的利用。
本發明的高強度熔融鍍鋅鋼板係在具有以下所記載成分組成與構成組織的鋼板上，設有利用熔融鍍鋅所形成的鍍敷層。相關成分組成範圍、構成組織、及製造條件進行說明。另外，本說明書中，表示鋼成分的「%」全部係「質量%」。
1.成分組成
C：0.04%以上且0.13%以下
若未滿0.04%，便較難確保所需的鋼強度。若超過0.13%，則珠粒鐵面積率、麻田散鐵面積率會過度增加，導致無法獲得本發明的效果。故，C量規定為0.04%以上且0.13%以下。
Si：1.0%以上且2.3%以下
Si在本發明中係屬於重要的添加元素。藉由Si的添加便提高肥粒鐵相的加工硬化率，使諸如衝孔端面等處會承受局部性較大變形的部分均勻地進行硬化，俾達成形成均勻斷裂面與降低毛邊高度。若未滿1.0%，肥粒鐵相的加工硬化率便嫌不足，反之，若超過2.3%，不僅上述效果已達飽和，且鋼板的韌性會降低，導致衝孔時的端面形狀劣化。故，Si量規定為1.0%以上且2.3%以下。
Mn：0.8%以上且2.0%以下
Mn係屬於為提高鋼板強度的必需元素。若未滿0.8%，便無法獲得所需的強度。反之，若Mn過剩添加，則鋼板的淬火性會變為過高，導致麻田散鐵相的面積率增加，造成去毛邊性劣化。故，Mn量設定為0.8%以上且2.0%以下。
P：0.05%以下
P係因為會使熔接性劣化，因而將上限規定為0.05%。
S：0.0010%以上且0.01%以下
藉由S的含有，硫化物的體積率會增加，成為衝孔加工時的龜裂起點或傳播路徑，具有降低毛邊平均高度的效果。若未滿0.0010%，即便如何適切地控制組織，仍較難抑制毛邊發生。所以，將下限設為0.0010%。反之，若含有量過多，因為會使熔接性劣化，因而將上限規定為0.01%。
Al：0.1%以下
Al係若超過0.1%，便會生成粗大的Al2 O3 ，導致材質劣化。且，Al係當為鋼的脫氧而添加時，若未滿0.01%，則諸如Mn、Si等的粗大氧化物便會多數分散於鋼中，導致材質劣化，因而較佳係將添加量設為0.01%以上。所以，Al量係設為0.1%以下、較佳係0.01~0.1%。
N：0.008%以下
N係若含有量過多，則氮化物等便會變多，導致材質劣化。故，將上限設為0.008%。
其餘為Fe及不可避免的雜質。
本發明中，為能提高淬火性俾提升鋼板的強度，可更進一步含有從Cr：0.05%以上且1.0%以下、V：0.005%以上且0.5%以下、Mo：0.005%以上且0.5%以下、B：0.0003%以上且0.005%以下、Ni：0.05%以上且1.0%以下、Cu：0.05%以上且1.0%以下中選擇至少1種的元素。因為若未滿各自的下限值便無法獲得所需的效果，且若添加超過上限值則麻田散鐵相的面積率會增加導致去毛邊性劣化，因而將各自的下限與上限依如上述規定。
再者，本發明中，為控制結晶粒徑俾能控制強度與材質，亦可含有從Ti：0.01%以上且0.1%以下、Nb：0.01%以上且0.1%以下中選擇至少1種的元素。因為若未滿下限值便無法獲得所需的效果，且若添加超過上限值則不僅效果已達飽和，且析出物的分散會呈不均勻，導致加工硬化行為出現不均勻，導致去毛邊性劣化，因而將各自的下限與上限規定如上述。
再者，本發明亦可含有從下述中選擇1種以上的元素。
Ta：0.001~0.010%、Sn：0.002~0.2%
Ta係與Ti、Nb同樣的，會形成合金碳化物、合金氮碳化物，不僅對高強度化具貢獻，且藉由其中一部分固溶於Nb碳化物、Nb氮碳化物中，而形成諸如(Nb,Ta)(C,N)之類的複合析出物，明顯抑制析出物的粗大化，具有抑制衝孔或剪切時會生成毛邊起點增加的效果。因而，當添加Ta的情況，其含有量最好設為0.001%以上。但是，當過剩添加時，不僅上述析出物安定化效果已達飽和，且合金成本亦會提高，因而當添加Ta的情況，其含有量最好設為0.010%以下。
Sn係就從抑制鋼板表面的氮化、氧化、或抑制因氧化所造成距鋼板表層數10μm區域的脫碳情形之觀點，係可添加。藉由抑制此種氮化、氧化，便具有抑制衝孔或剪切時會生成毛邊起點增加的效果。就從抑制氮化、氧化的觀點，當添加Sn的情況，其含有量最好設為0.002%以上，若超過0.2%則會導致韌性降低，因而最好將其含有量設在0.2%以下。
Sb：0.002~0.2%
Sb亦是與Sn同樣的，就從抑制鋼板表面的氮化、氧化、或抑制因氧化所造成距鋼板表層數10μm區域的脫碳情形之觀點，係可添加。藉由抑制此種氮化、氧化，便具有抑制衝孔或剪切時會生成毛邊起點增加的效果。就從抑制氮化、氧化的觀點，當添加Sb的情況，其含有量最好設為0.002%以上，若超過0.2%則會導致韌性降低，因而最好將其含有量設在0.2%以下
2.構成組織
其次，針對組織的限定理由進行說明。
依如上述，構成組織係藉由以含Si的高加工硬化率之肥粒鐵為主體，並抑制麻田散鐵相的面積率，且控制變韌肥粒鐵及珠粒鐵組織的面積率，便可提升高強度熔融鍍鋅鋼板的去毛邊性。
藉由將構成組織設為以高加工硬化率的肥粒鐵為主體，便可有效地抑制毛邊發生。若肥粒鐵相的面積率未滿75%，便無法獲得所需的效果，因而將肥粒鐵相的面積率限定為75%以上。若有麻田散鐵相混入，便會進行變形，造成因與肥粒鐵相間之硬度差而在界面處優先地繁殖差排，形成不均勻的加工硬化分佈，導致去毛邊性劣化。因而，麻田散鐵相限定為未滿5%(面積率)。本發明中，為能獲得高強度，便積極地活用硬度較低於麻田散鐵相的變韌肥粒鐵相。因而為能獲得強度的下限係含有達1%以上(面積率)的變韌肥粒鐵相。又，珠粒鐵相的硬度亦是較低於麻田散鐵相，屬於本發明的重要構成組織。若珠粒鐵相未滿1%，便無法獲得所需的強度，因而將下限規定為1%(面積率)。另一方面，珠粒鐵較容易脆性的斷裂，若面積率增加，便會因其而導致毛邊高度變大。因而，將上限規定為10%。
另外，麻田散鐵相、變韌肥粒鐵相及珠粒鐵相的各自構成比率係規定如上述，但為使鋼板整體均能滿足去毛邊性，必需將該等3組織構成比率的關係控制成滿足麻田散鐵面積率/(變韌肥粒鐵面積率+珠粒鐵面積率)≦0.5。
圖1所示係相關實施例(容後述)所記載熔融鍍鋅鋼板，構成組織比率對毛邊高度造成的影響圖。圖1中，M/(BF+P)係麻田散鐵面積率/(變韌肥粒鐵面積率+珠粒鐵面積率)。由圖1中得知，將鋼成分控制在本發明範圍內的鋼，若麻田散鐵面積率/(變韌肥粒鐵面積率+珠粒鐵面積率)在0.5以下時，平均毛邊高度便在10μm以下的良好狀態。相對於此，若麻田散鐵面積率/(變韌肥粒鐵面積率+珠粒鐵面積率)超過0.5，去毛邊性會劣化。理由係麻田散鐵相的比率變為相對性過高的緣故。根據以上的結果，本發明係將麻田散鐵面積率/(變韌肥粒鐵面積率+珠粒鐵面積率)規定於0.5以下。
相關其餘組織，若Si含有量變多，沃斯田鐵相便容易殘留。若肥粒鐵相、變韌肥粒鐵相、珠粒鐵相及麻田散鐵相的面積率在上述範圍內，且麻田散鐵面積率/(變韌肥粒鐵面積率+珠粒鐵面積率)在本發明所規定的範圍內，殘留沃斯田鐵便不會妨礙本發明的效果。
3.製造條件
相關本發明的高強度熔融鍍鋅鋼板之製造方法進行說明。
將鋼成分控制在上述範圍內的鋼胚施行熱軋、酸洗、或更進一步施行冷軋，然後利用連續熔融鍍鋅生產線進行組織控制。
在連續熔融鍍鋅生產線中，將經酸洗的熱軋鋼板或經冷軋的鋼板，加熱至能獲得沃斯田鐵相的750~900℃溫度域，此時依5℃/s以上的平均加熱速度加熱至650℃以上的溫度域，再於上述750~900℃溫度域(均熱溫度)保持15~600s，便獲得均勻的再結晶組織、逆變態組織。平均加熱速度、均熱溫度及保持時間的上下限係因為若偏離此數值的情況，便會形成粒徑分佈的不均勻組織，導致去毛邊性劣化，因而規定如上述。
然後，經冷卻至450~550℃溫度域後，再利用該450~550℃溫度域保持10~200s(秒)，並施行熔融鍍鋅。經冷卻後的保持溫度與保持時間係會對變韌肥粒鐵相的形成造成影響。若保持溫度逾越上述溫度範圍外，便無法獲得變韌肥粒鐵相，若保持時間未滿10秒，則變韌肥粒鐵相便會未滿1%，即便保持時間超過200s保持，因為變韌肥粒鐵相的面積率已呈飽和，反會阻礙生產性，因而將保持時間規定於10~200s範圍內。
相關經在750~900℃溫度域中保持後的冷卻速度並無特別的規定，若在肥粒鐵相可控制於所需面積率的範圍內，即便適用接近100℃/s的高速冷卻、或施行步進冷卻均無妨。
經熔融鍍鋅後，施行合金化處理。此時，為能將麻田散鐵相的面積率抑制於未滿5%，俾獲得所需分率的珠粒鐵相，便在500~600℃溫度域中依滿足下式的條件施行合金化處理。
0.45≦exp[200/(400-Tave)]×ln(th)≦1.0
其中，
Tave：平均保持溫度(℃)
th：保持時間(s)
另外，exp(X)、ln(X)分別係指X的指數函數、自然對數。
圖2所示係在合金化處理的500~600℃溫度域中之保持條件，對毛邊高度造成的影響圖。
由圖2得知，當將鋼成分在本發明範圍內的鋼施行合金化處理時，若依在500~600℃溫度域中的平均保持溫度Tave(℃)與保持時間th(s)，滿足0.45≦exp[200/(400-Tave)]×ln(th)≦1.0的條件施行合金化處理，毛邊高度便在10μm以下，去毛邊性優異。由此現象，本發明便將exp[200/(400-Tave)]×ln(th)規定為滿足上式。
若exp[200/(400-Tave)]×ln(th)未滿0.45，利用在該溫度中的保持而使沃斯田鐵相轉變為珠粒鐵相的變態會嫌不足，且若exp[200/(400-Tave)]×ln(th)超過1.0，沃斯田鐵相轉變為珠粒鐵相的變態會過度進行，導致最終製品的珠粒鐵相面積率超過10%，因而造成去毛邊性變差。
鍍敷層的合金化處理係為能在鍍敷層中獲得適當的Fe%，便設為500~600℃範圍內。
其他，本發明中，在施行熱軋時，於組織均勻化之目的下，亦可依水幕冷卻(runout cooling)採用超過100℃/sec的冷卻。又，熱軋的加熱溫度、完工溫度、捲取溫度或冷軋率的變化均不會對本發明效果造成太大的影響。具體而言，分別若熱軋的加熱溫度在1100~1300℃、完工溫度在800~950℃、捲取溫度在400~650℃、冷軋率在25~80%的範圍內，便不會阻礙本發明的效果。
其他，諸如連續鑄造或造塊法等不同的鑄造法、扁胚直送軋延或爐加熱材等不同的扁胚熱經歷(heat history)，均不會損及本發明的效果。又，依本發明所製成的鋼板，因為即便在鍍敷表面上形成皮膜或施行塗佈等，而賦予潤滑性或其他機能的情況，仍不特別對性能造成影響，因而均可適用。
[實施例]
將表1所示A~N的本發明成分鋼、與a~d的比較成分鋼，合計18種鋼利用轉爐進行成分調整後，再利用鑄造-熱軋製造熱軋板。熱軋的完工溫度係設為890~960℃、捲取溫度係設為450~650℃範圍內。將熱軋板施行酸洗後，其中一部分保持酸洗原狀，而其中一部分則經冷軋後，再於連續熔融鍍鋅生產線(CGL)中依表2所示條件施行熱處理及鍍敷處理。另外，鍍敷附著量係調整為每單面35~45g/m2 。
測定所獲得熔融鍍鋅鋼板的拉伸強度，且就經衝孔出直徑50mm圓形的端面之毛邊高度，分別針對各鋼板測定n=10，並求取平均毛邊高度。
熔融鍍鋅鋼板的肥粒鐵相、變韌肥粒鐵相、珠粒鐵相、麻田散鐵相之面積率，係朝鋼板的軋延方向將平行板厚剖面施行研磨後，再依3%Nital施行腐蝕，然後使用SEM(掃描式電子顯微鏡)依2000倍的倍率觀察10視野，並使用Media Cybernetics公司的Image-Pro施行影像處理而進行測定。
再者，使用Mo-Rα射線源，針對板厚1/4面，測定相對於bcc鐵之{200}、{211}、{220}面的X射線繞射積分強度之下，fcc鐵的{200}、{220}、{311}面之X射線繞射積分強度比例，並將該測定值設為「殘留沃斯田鐵相的面積率」。
拉伸試驗係使用拉伸方向與鋼板的軋延方向成直角方向的JIS5號試驗片，根據日本工業規格(JIS Z2241)實施，測定TS(拉伸強度)。
毛邊高度係依下述所定義的間隙量12%，衝孔出直徑50mm圓形後，再針對各鋼板就端面的毛邊高度分別測定n=10，並求取平均毛邊高度。
衝孔間隙(%)={(Dd -Dp )/2t}×100
Dd 係模具內徑(mm)，Dp 係衝頭直徑(mm)，t係鋼板的板厚(mm)
該等的結果如表2所示。
本發明例的熔融鍍鋅鋼板係可獲得具有達550MPa以上的拉伸強度，且平均毛邊高度在10μm以下，去毛邊性優異的高強度熔融鍍鋅鋼板。另一方面，比較例的熔融鍍鋅鋼板，獲得平均毛邊高度超過10μm、去毛邊性差的高強度熔融鍍鋅鋼板。
(產業上之可利用性)
根據本發明，可獲得具有達550MPa以上的拉伸強度，且衝孔加工、剪切加工時所發生的毛邊高度較低之去毛邊性優異的高強度熔融鍍鋅鋼板。本發明的熔融鍍鋅鋼板係因為未積極添加S與P，因而不會阻礙熔接性。所以，可適用於要求去毛邊性、或除去毛邊性外尚要求熔接性的汽車、家電等用途。
圖1為構成組織比率對毛邊高度的影響圖。
圖2為連續熔融鍍鋅生產線中，在合金化處理的500~600℃溫度域下之保持條件，對毛邊高度造成的影響圖。

Claims (10)

  1. 一種去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其特徵在於，成分組成係依質量%計含有C：0.04%以上且0.13%以下、Si：1.0%以上且2.3%以下、Mn：0.8%以上且2.0%以下、P：0.05%以下、S：0.0010%以上且0.01%以下、Al：0.1%以下、N：0.008%以下，其餘為Fe及不可避免的雜質所構成；構成組織依面積率計係具有75%以上的肥粒鐵相、1%以上的變韌肥粒鐵相、及1%以上且10%以下的珠粒鐵相，且麻田散鐵相之面積率係未滿5%，且滿足麻田散鐵面積率/(變韌肥粒鐵面積率+珠粒鐵面積率)≦0.5。
  2. 如申請專利範圍第1項之去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，成分組成係依質量%計進一步含有從Cr：0.05%以上且1.0%以下、V：0.005%以上且0.5%以下、Mo：0.005%以上且0.5%以下、B：0.0003%以上且0.005%以下、Ni：0.05%以上且1.0%以下、Cu：0.05%以上且1.0%以下中選擇之至少1種的元素。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，成分組成係依質量%計進一步含有從Ti：0.01%以上且0.1%以下、Nb：0.01%以上且0.1%以下中選擇之至少1種的元素。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，成分組成係依質量%計進一步含有從 Ta：0.001%以上且0.010%以下、Sn：0.002%以上且0.2%以下中選擇之至少1種的元素。
  5. 如申請專利範圍第3項之去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，成分組成係依質量%計進一步含有從Ta：0.001%以上且0.010%以下、Sn：0.002%以上且0.2%以下中選擇之至少1種的元素。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，成分組成係依質量%計進一步含有Sb：0.002%以上且0.2%以下。
  7. 如申請專利範圍第3項之去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，成分組成係依質量%計進一步含有Sb：0.002%以上且0.2%以下。
  8. 如申請專利範圍第4項之去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，成分組成係依質量%計進一步含有Sb：0.002%以上且0.2%以下。
  9. 如申請專利範圍第5項之去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板，其中，成分組成係依質量%計進一步含有Sb：0.002%以上且0.2%以下。
  10. 一種去毛邊性優異之高強度熔融鍍鋅鋼板之製造方法，係將具有申請專利範圍第1至9項中任一項之成分組成的鋼胚，施行熱軋、酸洗、或更進一步施行冷軋，然後依5℃/s以上的平均加熱速度加熱至650℃以上的溫度域，再依 750~900℃之溫度域保持15~600s，經冷卻至450~550℃之溫度域之後，於該450~550℃之溫度域中保持10~200s，接著施行熔融鍍鋅後，於500~600℃之溫度域中，依滿足下式的條件施行鍍鋅的合金化處理；0.45≦exp[200/(400-Tave)]×ln(th)≦1.0其中，Tave：平均保持溫度(℃)th：保持時間(s)。
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