高強度鋼板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種TS為600～700MPa、El為25％以上、λ為80％以上的加工性優(yōu)良的高強度鋼板及其制造方法。該高強度鋼板具有如下組成：以質(zhì)量％計，含有C：0.10％以上且0.18％以下、Si：大于0.5％且1.5％以下、Mn：0.5％以上且1.5％以下、P：0.05％以下、S：0.005％以下、Al：0.05％以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，其顯微組織具有鐵素體和珠光體，所述鐵素體的體積分數(shù)為70％以上且97％以下，所述珠光體的體積分數(shù)為3％以上，在所述鐵素體晶界存在的滲碳體的體積分數(shù)為2％以下，所述鐵素體、珠光體、滲碳體以外的相的體積分數(shù)合計小于3％，所述鐵素體的平均粒徑為7μm以下。
【專利說明】高強度鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠適合用于汽車部件等的加工性(formability)優(yōu)良的高強度鋼板，特別是涉及拉伸強度(tensile strength) TS為600~700MPa、伸長率El為25%以上(板厚為1.6mm, JIS5號試驗片的情況下)、作為延伸凸緣性(stretch frangeability)的指標的擴孔率(hole expansion ratio) λ為80 %以上的高強度鋼板及其制造方法(highstrength steel sheet and method for producing the same)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，從保護環(huán)境的觀點出發(fā)，通過車身輕量化來提高汽車的燃料效率成為重要課題。因此，一直對作為汽車部件原材料的鋼板的高強度化所帶來的薄壁輕量化進行著研究。但是，通常伴隨鋼板的高強度化導致其加工性降低，因此強烈期望兼具高強度和良好加工性的高強度鋼板。
[0003]迄今為止，對于加工性優(yōu)良的高強度鋼板提出了幾種方案。
[0004]在專利文獻I中，公開了一種強度-擴孔率平衡及形狀凍結(jié)性(shape fixability)優(yōu)良的加工用高強度鋼板，作為化學成分，以質(zhì)量％計，含有C:0.02~0.16 % ;P≤0.010%；S ≤ 0.003%;總量為0.2~4%的Si和Al之中的I種或2種；總量為0.5~4%的Mn、N1、Cr、Mo、Cu之中的I種或2種以上，C/(Si+Al+P)為0.1以下，且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該鋼板的特征在于，作為該鋼板截面的顯微組織，含有合計面積率小于3%的馬氏體(martensite)和殘余奧氏體(retained austenite)之中的I種或2種、合計面積率為80%以上的鐵素體(ferrite)和貝氏體(bainite)之中的I種或2種,余量由珠光體(pearlite)構(gòu)成,并且珠光體、馬氏體、殘余奧氏體的最大長度為10微米以下,進而，在鋼板截面內(nèi)20微米以上的夾雜物為每I平方毫米0.3個以下。
[0005]在專利文獻2中，公開了一種如下所述的熱軋鋼材，以質(zhì)量％計，含有C:0.05%以上且小于 0.15%、Mn:0.8 ~1.2 %、Si:0.02 ~2.0 %、sol.Al:0.002% 以上且小于
0.05%, N:0.001%以上且小于0.005%，余量由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成，雜質(zhì)中的T1、Nb和V均小于0.005%,其組織以平均粒徑為1.1~5.0 μ m的鐵素體為主相，并含有珠光體和滲碳體之中的任意一者或兩者作為第二相，并且滿足Mn Θ/Mna 10在此，Mn Θ是包括珠光體中的滲碳體的滲碳體中的Mn量、Mn a是作為主相的鐵素體中的Mn量。
[0006] 在專利文獻3中，公開了一種拉伸強度為50kgf/mm2以上且具有沖裁擴孔≥1.8的延伸凸緣性并且延展性優(yōu)良的熱軋鋼板的制造方法，其特征在于，將以重量％計含有C:0.07 ~0.18%, Si:0.5 ~L 0%, Mn:0.7 ~L 5%, P:0.02% 以下、S:0.005% 以下、Ca:0.0005~0.0050%, Al:0.01~0.10%且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鋼制成板坯后，加熱至1000~1200°C，進行熱軋，在(Ar3相變點+60)°C以上且950°C以下的溫度下結(jié)束精軋(finish rolling),自精軋結(jié)束起3秒以內(nèi)實施50°C /秒以上的冷卻，在按照T = 660-450X [% CJ+40X [% Si]-60X [% Mn]+470X [% P]計算的溫度(T°C )以下且(T-70) °C以上的范圍結(jié)束急冷，之后經(jīng)過空氣冷卻以大于350°C且500°C以下進行卷取，由此得到的等效圓半徑為0.1 μπι以上的滲碳體的組織百分率為0.1%以下和/或馬氏體的組織百分率為5%以下。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2004-68095號公報
[0010]專利文獻2:日本特開2004-137564號公報
[0011]專利文獻3 :日本特開平4-88125號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明所要解決的問題
[0013]但是，對于專利文獻I所述的高強度鋼板和專利文獻2所述的熱軋鋼材而言，不能得到600~700MPa的TS。另外，對于專利文獻3所述的高強度熱軋鋼板而言，在板厚為
1.6mm條件下不能得到25%以上的El。
[0014]本發(fā)明的目的在于提供TS為600~700MPa、El為25%以上(板厚為L6mm，JIS5號試驗片的情況下)、λ為80%以上的加工性優(yōu)良的高強度鋼板及其制造方法。
[0015]用于解決問題的方法
[0016]本發(fā)明人對出于上述目的的高強度鋼板進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)形成下述顯微組織是有效的，所述顯微組織為:具有鐵素體和珠光體，鐵素體的體積分數(shù)為70%以上且97%以下，珠光體的體積分數(shù)為3%以上，在鐵素體晶界存在的滲碳體的體積分數(shù)為2%以下，上述以外的相的體積分數(shù)合計小于3%，鐵素體的平均粒徑為7μπι以下。
[0017]本發(fā)明是基于這樣的見解而完成的，其提供一種高強度鋼板，該高強度鋼板具有如下組成:以質(zhì)量％計，含有c:0.10%以上且0.18%以下、S1:大于0.5%且1.5%以下、Mn:0.5%以上且1.5%以下、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Al:0.05%以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，其顯微組織具有鐵素體和珠光體，上述鐵素體的體積分數(shù)為70%以上且97%以下，上述珠光體的體積分數(shù)為3%以上，在上述鐵素體晶界存在的滲碳體的體積分數(shù)為2%以下，上述鐵素體、珠光體、滲碳體以外的相的體積分數(shù)合計小于3%，上述鐵素體的平均粒徑為7μπι以下。
[0018]本發(fā)明的高強度鋼板優(yōu)選以質(zhì)量％計還含有選自Cr:0.01%以上且1.0%以下、T1:0.01%以上且0.1 %以下、V:0.01%以上且0.1 %以下中的至少一種。
[0019]本發(fā)明的高強度鋼板優(yōu)選具有600~700MPa的拉伸強度TS。
[0020]另外，本發(fā)明的高強度鋼板優(yōu)選具有80%以上的擴孔率λ。
[0021]本發(fā)明的高強度鋼板優(yōu)選鐵素體的體積分數(shù)為80%以上且95%以下。
[0022]本發(fā)明的高強度鋼板優(yōu)選珠光體的體積分數(shù)為3%以上且30%以下。更優(yōu)選珠光體的體積分數(shù)為5%以上且28%以下。
[0023]本發(fā)明的高強度鋼板的制造方法具有:準備具有下述化學組成的鋼坯的工序，所述化學組成為:以質(zhì)量％計，含有c:0.10%以上且0.18%以下、S1:大于0.5%且1.5%以下、Mn:0.5%以上且1.5%以下、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Al:0.05%以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成；對上述鋼坯實施熱軋形成熱軋板的工序；和實施下述退火的工序，將該熱軋板加熱至Ac1相變點與Ac3相變點之間的雙相溫度范圍后，以5°C /秒以上且30°C /秒以下的平均冷卻速度冷卻至450°C以上且600°C以下的溫度范圍，并在該溫度范圍停留100秒以上。
[0024]上述鋼坯優(yōu)選以質(zhì)量％計還含有選自Cr:0.01%以上且1.0%以下、T1:0.01%以上且0.1 %以下、V:0.01%以上且0.1 %以下中的至少一種。
[0025]上述實施退火的工序優(yōu)選包括:加熱至Ac1相變點與Ac3相變點之間的雙相溫度范圍后，以10°C /秒以上且20°C /秒以下的平均冷卻速度冷卻至450°C以上且600°C以下的溫度范圍，并在該溫度范圍停留100秒以上且300秒以下。
[0026]發(fā)明效果
[0027]根據(jù)本發(fā)明，能夠制造TS為600~700MPa、El為25%以上、λ為80%以上的加
工性優(yōu)良的高強度鋼板。
【具體實施方式】
[0028]對于本發(fā)明的高強度鋼板及其制造方法的限定理由，以下進行詳細說明。
[0029](I)組成
[0030]以下，作為成分元素含量的單位的％是指質(zhì)量％。
[0031]C:0.10% 以上且 0.18% 以下
[0032]C形成珠光體、馬氏體、滲碳體等第二相，從而有助于提高鋼板的強度。為了得到600MPa以上的TS，需要0.10%以上的C量。但是，C量若大于0.18%則第二相變得過多，因而導致TS大于700MPa，或者E1、λ降低。由此，C量設(shè)定為0.10%以上且0.18%以下。C量優(yōu)選為0.12%以上且0.16%以下。
[0033]S1:大于 0.5%且 1.5% 以下
[0034]Si是有助于固溶強化的元素。為了得到600MPa以上的TS，需要大于0.5%的Si量。但是，Si量若大于1.5%則由于氧化皮的生成導致鋼板的表面性狀變差。由此，Si量設(shè)定為大于0.5%且1.5%以下。Si量優(yōu)選為0.7%以上且1.2%以下。
[0035]Mn:0.5% 以上且 1.5% 以下
[0036]Mn是有助于固溶強化的元素。為了得到600MPa以上的TS，需要0.5%以上的Mn量。但是，Mn量若大于1.5%則TS大于700MPa，或因偏析導致發(fā)生λ降低。由此，Mn量設(shè)定為0.5%以上且1.5%以下。Mn量優(yōu)選為1.1%以上且1.5%以下。
[0037]P:0.05% 以下
[0038]P是有助于固溶強化的元素。但是，P量若大于0.05%則因偏析導致發(fā)生El降低。由此，P量設(shè)定為0.05%以下。P量優(yōu)選為0.03%以下。
[0039]S:0.005% 以下
[0040]S量若大于0.005%則會引起S向原奧氏體晶界偏析，或者在鋼板中有MnS析出，招致λ降低。由此，S量設(shè)定為0.005%以下，越少越優(yōu)選。
[0041]Al:0.05% 以下
[0042]Al作為鋼的脫氧劑而被添加，對于提高鋼的潔凈度而言是有效的元素。但是，Al量若大于0.05%則夾雜物大量產(chǎn)生，成為鋼板的表面缺陷的原因。由此，Al量設(shè)定為0.05%以下。Al量優(yōu)選為0.03%以下。
[0043]余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，但進一步還可以含有選自Cr:0.01%以上且1.0%以下、T1:0.01%以上且0.1%以下、V:0.01%以上且0.1%以下中的至少一種。這是因為Cr、Ti和V具有如下作用:抑制熱軋溫度范圍中的奧氏體的再結(jié)晶和回復，促進鐵素體的細?；换蛘咝纬商蓟?、或以固溶狀態(tài)強化鐵素體。需要說明的是，作為獲得同樣效果的元素還有Nb，但是這些元素的添加不存在添加同量的Nb時導致延展性(El)降低這種情況。優(yōu)選的是Cr:0.02%以上且0.5%以下、T1:0.02%以上且0.05%以下、V:0.02%以上且0.05%以下。
[0044]需要說明的是，作為不可避免的雜質(zhì)，例如，O為0.003%以下；Cu、N1、Sn、Sb分別為0.05%以下。
[0045](2)顯微組織
[0046]為了實現(xiàn)鋼板的高強度化和提高加工性，形成具有鐵素體和珠光體的顯微組織。
[0047]鐵素體的體積分數(shù):70%以上且97%以下
[0048]若鐵素體占組織整體的體積分數(shù)小于70 %，則TS大于700MPa，或者不能得到80 %以上的λ。另一方面，若鐵素體占組織整體的體積分數(shù)大于97%則珠光體的量減少，因而不能得到600MPa以上的TS。由此，鐵素體的體積分數(shù)設(shè)定為70%以上且97%以下。鐵素體的體積分數(shù)優(yōu)選為95%以下、更優(yōu)選設(shè)定為80%以上且90%以下。
[0049]珠光體的體積分數(shù):3%以上
[0050]若將珠光體的體積分數(shù)設(shè)定為3%以上則λ得到提高。珠光體的體積分數(shù)優(yōu)選為5%以上。這是考慮到 因為:與滲碳體、馬氏體和殘余奧氏體相比，珠光體為軟質(zhì)，因此與加工后在鐵素體與馬氏體的界面或鐵素體與殘余奧氏體的界面處產(chǎn)生的空隙數(shù)相比，在鐵素體與珠光體的界面處產(chǎn)生的空隙數(shù)較少。
[0051]在鐵素體晶界存在的滲碳體的體積分數(shù):2%以下
[0052]在本發(fā)明的鋼板中，除了鐵素體、珠光體以外，有時還含有滲碳體、馬氏體等。滲碳體之中在鐵素體晶界存在的滲碳體占組織整體的體積分數(shù)若大于2 %，則擴孔加工時在鐵素體與滲碳體界面處產(chǎn)生的空隙數(shù)增加，因此招致λ降低。因此，在鐵素體晶界存在的滲碳體的體積分數(shù)設(shè)定為2%以下。需要說明的是，在鐵素體晶界存在的滲碳體的體積分數(shù)可以為O!%。
[0053]在鐵素體、珠光體、鐵素體晶界存在的滲碳體以外的相的體積分數(shù):合計小于3%
[0054]作為在鐵素體、珠光體、鐵素體晶界存在的滲碳體以外的其它相，可以列舉馬氏體、殘余奧氏體等，這樣的相的量以占組織整體的合計的體積分數(shù)計只要小于3%，則對所要求的鋼板特性不會帶來較大影響，因此在鐵素體、珠光體、鐵素體晶界存在的滲碳體以外的相的體積分數(shù)設(shè)定為合計小于3%。上述體積分數(shù)優(yōu)選為2.5%以下，可以為0%。
[0055]鐵素體的平均粒徑:7 μ m以下
[0056]鐵素體的平均粒徑若大于7 μ m則產(chǎn)生強度降低，因而不能得到600MPa以上的TS。由此，鐵素體的平均粒徑設(shè)定為7μπι以下。鐵素體的平均粒徑優(yōu)選為5μπι以下。
[0057]在此，鐵素體、珠光體、滲碳體、馬氏體、殘余奧氏體占組織整體的體積分數(shù)按照下述求出:對與鋼板的軋制方向平行的板厚截面進行研磨后，用硝酸乙醇液體進行腐蝕，利用光學顯微鏡以倍率為1000倍拍攝3個視野，通過圖像處理選擇出組織的種類從而求出。另外，同時通過切斷法計算出鐵素體的平均粒徑。在此，求鐵素體的平均粒徑時，作出將利用光學顯微鏡以倍率為1000倍拍攝的圖像(相當于在軋制方向為84μπκ在板厚方向為65 μπι)縱向分割20份、橫向分割20份的直線段，將被一條線段切斷的鐵素體晶粒的長度的總和除以被切斷的鐵素體的數(shù)目而得到的值作為切斷長度，計算出各線段的平均切片長度L。然后，平均粒徑d通過下式求出。
[0058]d =1.13 X L
[0059]在鐵素體晶界存在的滲碳體占組織整體的體積分數(shù)通過如下求出:利用掃描電子顯微鏡以倍率為3000倍拍攝3個視野，通過圖像處理提取出在鐵素體晶界存在的滲碳體從而求出。
[0060](3)制造方法
[0061]鋼坯:為了防止成分的宏觀偏析，所使用的鋼坯優(yōu)選將通過轉(zhuǎn)爐等公知方法熔煉成上述成分組成的鋼水通過連鑄法進行制造，也可以通過鑄錠法來制造。
[0062]熱軋:如上述制造的鋼坯冷卻至室溫后或者不冷卻至室溫而在加熱爐中進行再加熱，或者不通過加熱爐而以高溫狀態(tài)進行保溫，進行熱軋。熱軋條件無需特別限定，優(yōu)選將鋼坯加熱至1100°c~1300°C的范圍后，在850°C~950°C結(jié)束熱軋(精軋)，在720°C以下進行卷取。這基于下述理由。即，加熱溫度若低于1100°C則鋼的變形阻力高，因此有時難以進行熱軋；加熱溫度若高于1300°C則結(jié)晶粒徑粗大化，因此有時導致TS降低。另外，精軋的結(jié)束溫度若低于850°C則在軋制中有鐵素體生成，因而有時形成伸展了的鐵素體，招致λ降低；精軋的結(jié)束溫度若高于950°C則結(jié)晶粒徑粗大化，因而有時導致TS降低。進而，卷取的溫度若高于720°C，則有時內(nèi)部氧化層的形成變得明顯，導致化學轉(zhuǎn)化處理性和涂裝后耐腐蝕性變差。
[0063]為了除去在鋼板表面生成的氧化皮，對熱軋后的熱軋板被進行酸洗處理。
[0064]退火:對于酸洗處理后的熱軋板，將其加熱至Ac1相變點與Ac3相變點之間的雙相溫度范圍后，以5°C /秒以上且30°C /秒以下的平均冷卻速度冷卻在450°C以上且600°C以下的溫度范圍，并在該溫度范圍停留100秒以上，實施這樣的退火。加熱至Ac1相變點與Ac3相變點之間的雙相溫度范圍是因為會形成具有鐵素體和珠光體的顯微組織。另外，加熱后以5°C /秒以上且30°C /秒以下的平均冷卻速度冷卻至450°C以上且600°C以下的溫度范圍是因為，若超過600°C則在鐵素體晶界處存在的滲碳體的體積分數(shù)大于2%，因而不能得到目標λ ;若低于450°C則馬氏體的量增大，導致TS大于700MPa，或者導致λ降低，平均冷卻速度若小于5°C /秒則導致鐵素體晶粒粗大化，不能得到600MPa以上的TS ;若大于300C /秒則在鐵素體晶界處存在的滲碳體的體積分數(shù)大于2%，不能得到80%以上的λ。需要說明的是，平均冷卻速度優(yōu)選設(shè)定為10°C /秒以上且20°C /秒以下。在該450°C以上且600°C以下的溫度范圍停留100秒以上是因為，若小于100秒則珠光體的量減少，導致λ降低。停留時間進一步優(yōu)選設(shè)定為150秒以上。需要說明的是，即使過度長時間停留，效果也只是達到飽和，因此從生產(chǎn)效率的觀點出發(fā)優(yōu)選設(shè)定為300秒以下。另外，退火能夠通過連續(xù)退火設(shè)備等進行。
[0065]實施例
[0066]對表1所示的組成的鋼進行熔煉，形成板坯后，加熱至1200°C，以軋制結(jié)束溫度為890°C進行熱軋，在600°C進行卷取從而形成了板厚為1.6_的熱軋板。接著，對熱軋板進行酸洗后，通過連續(xù)退 火設(shè)備按照表2所示的退火條件實施了退火。需要說明的是，表1所示的鋼的Ac1相變點、Ac3相變點分別由下述公式計算出。[0067]Ac1 相變點(°C ) = 723+29.1 (% Si)-10.7(% Mn)+16.9(% Cr)
[0068]Ac3 相變點(°C ) = 910-203(% C)1/2+44.7(% Si)-30(% Mn)+700(% P)+400(%Al)-11(% Cr)+104(% V) +400(% Ti)
[0069]其中，(% M)表示元素M的質(zhì)量％。
[0070]針對如上述得到的鋼板，通過上述方法考察顯微組織，同時使用JIS5號試驗片依照JISZ2241進行拉伸試驗，測定了 TS和E1。另外，使用IOOmm見方的試驗片，依照日本鋼鐵聯(lián)盟標準JFST1001-1996進行擴孔試驗，測定了入。
[0071]將結(jié)果示于表3中。
[0072]可知本發(fā)明例的鋼板均是TS為600~700MPa、El為25%以上、λ為80%以上、加工性優(yōu)良的高強度鋼板。與此相對，對于比較例的鋼板而言，并沒有得到目標TS或者λ。
[0073]表1
[0074](質(zhì)量％)
[0075]
【權(quán)利要求】
1.一種高強度鋼板，其具有如下組成:以質(zhì)量％計，含有c:0.10%以上且0.18%以下、S1:大于0.5%且1.5%以下、Mn:0.5%以上且1.5%以下、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Al:0.05%以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，其顯微組織具有鐵素體和珠光體，所述鐵素體的體積分數(shù)為70%以上且97%以下，所述珠光體的體積分數(shù)為3%以上，在所述鐵素體晶界存在的滲碳體的體積分數(shù)為2%以下，所述鐵素體、珠光體、滲碳體以外的相的體積分數(shù)合計小于3%，所述鐵素體的平均粒徑為7μπι以下。
2.如權(quán)利要求1所述的高強度鋼板，其中，以質(zhì)量％計還含有選自Cr:0.01%以上且.1.0%以下、T1:0.01%以上且0.1%以下、V:0.01%以上且0.1%以下中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的高強度鋼板，其中，還具有600MPa~700MPa的拉伸強度TS。
4.如權(quán)利要求1所述的高強度鋼板，其中，還具有80%以上的擴孔率入。
5.如權(quán)利要求1所述的高強度鋼板，其中，所述鐵素體的體積分數(shù)為80%以上且95%以下。
6.如權(quán)利要求1所述的高強度鋼板，其中，所述珠光體的體積分數(shù)為3%以上且30%以下。
7.如權(quán)利要求1所述的高強度鋼板，其中，所述珠光體的體積分數(shù)為5%以上且28%以下。
8.一種高強度鋼板的制造方法，其具有: 準備具有下述化學組成的鋼坯的工序，所述化學組成為:以質(zhì)量％計，含有C:0.10%以上且0.18%以下、S1:大于0.5%且1.5%以下、Mn:0.5%以上且1.5%以下、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Al:0.05%以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成； 對所述鋼坯實施熱軋從而形成熱軋板的工序；和 實施下述退火的工序:將該熱軋板加熱至Ac1相變點與Ac3相變點之間的雙相溫度范圍后，以5°C /秒以上且30°C /秒以下的平均冷卻速度冷卻至450°C以上且600°C以下的溫度范圍，并在該溫度范圍停留100秒以上。
9.如權(quán)利要求8所述的高強度鋼板的制造方法，其中，所述鋼坯以質(zhì)量％計還含有選自Cr:0.01%以上且1.0%以下、T1:0.01%以上且0.1 %以下、V:0.01%以上且0.1%以下中的至少一種。
10.如權(quán)利要求8所述的高強度鋼板的制造方法，其中，所述實施退火的工序包括:加熱至Ac1相變點與Ac3相變點之間的雙相溫度范圍后，以10°C /秒以上且20°C /秒以下的平均冷卻速度冷卻至450°C以上且600°C以下的溫度范圍，并在該溫度范圍停留100秒以上且300秒以下。
【文檔編號】C21D9/46GK104011240SQ201280063029
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月19日
【發(fā)明者】中川功一, 河村健二, 橫田毅, 瀨戶一洋 申請人:杰富意鋼鐵株式會社