專利名稱：加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為汽車、建筑、電氣等部件使用的高強度鋼板及其制造方法，特別是涉及沖壓成形時的凸肚成形性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板、高強度合金化熱浸鍍鋅鋼板及其制造方法。
與近年來節(jié)減燃料費用的動向相對應(yīng)，對于汽車進(jìn)行著使之輕重量化的研究，在材料方面，進(jìn)行了高強度化，以便使得即使在為輕重量化而薄壁化的情況下，也能夠確保強度。可是由于材料的加工性一般隨強度上升而變差，因此追求兼容加工性和強度的鋼板。在加工性的指標(biāo)中，有拉伸試驗的延伸率以及n值和r值，而在整體成形的沖壓工序的簡略化成為課題的最近，與均一延伸率相當(dāng)?shù)膎值大是重要的。
因此，開發(fā)了應(yīng)用經(jīng)加工使金屬組織的奧氏體相轉(zhuǎn)變成硬質(zhì)的馬氏體這樣的經(jīng)加工誘發(fā)相變的熱軋鋼板及冷軋鋼板。由于伴隨馬氏體轉(zhuǎn)變而在鋼板中導(dǎo)入多量的位錯，使鋼板大大硬化，從而維持了高的加工硬化率，抑制了縮頸的發(fā)生，提高了均一延伸率。
這是一種不含高價的合金元素，并以0.07～0.4％程度的C、0.3～2.0％程度的Si和0.2～2.5％程度的Mn作為基本的合金元素、在高溫雙相區(qū)域生成奧氏體后，在400℃的程度下進(jìn)行貝氏體轉(zhuǎn)變、使在室溫下金屬組織中殘留奧氏體的鋼板，一般稱之為“殘留奧氏體鋼”、“TRIP鋼”等，此項技術(shù)公開在例如特開平1-230715號公報和特開平1-79345號公報等當(dāng)中。
但是，由于這些鋼板應(yīng)用其特異的貝氏體轉(zhuǎn)變并殘留奧氏體，所以若是不嚴(yán)格控制由雙相共存溫度區(qū)的冷卻速度和400℃左右的保持條件(溫度、時間)，就不能成為所謀求的金屬組織，這構(gòu)成了妨礙保證良好強度和延伸率和提高制造時收得率的原因。
而且，在將其用到現(xiàn)正構(gòu)成汽車用鋼板主流的鍍鋅鋼板時，不僅因鍍層時的熱履歷而破壞了良好的金屬組織，而且由于含0.3～2.0％的Si而使鋅的附著性差，不能賦予良好的表面耐蝕性，因此妨礙了廣泛的工業(yè)應(yīng)用。
為解決上述問題，在特開平4-333552號公報、特開平5-70886號公報和特開平6-145788號公報中，揭示了添加Ni改善鍍層涂敷性、添加與Si有同樣效果的Al以減低Si、和鍍與鋅鍍層的附著性良好的Ni鍍層的多層鍍層的方法。
但是，采用這些方法不僅因添加合金和增加工序而使制造成本增加，而且所謀求的金屬組織依舊不穩(wěn)定，沒有達(dá)到對問題的根本解決。
本發(fā)明人為提供能夠達(dá)到上述目的的高強度鋼板，對鍍層性和鋼板成份的關(guān)系進(jìn)行了銳意研究，從而完成了本發(fā)明，其主要內(nèi)容如下。
N作為使奧氏體相穩(wěn)定化的元素歷來是公知的，但按照過去的制造方法，采用在熔鋼階段含有高濃度N會使精煉困難，而且在鑄造時鋼坯中產(chǎn)生氣體，凝固后殘存氣泡，不能得到良好的鋼坯。因此對于將本發(fā)明鋼作為對象的加工用鋼板而言，高N鋼是否適用尚未研究，加工性和鍍層性也是未知的。因此本發(fā)明人對于在鑄造后、成為制品之前含N的方法進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)含有多量的N對加工性及鍍層性的提高是有效的。
本發(fā)明就是在這種見解的基礎(chǔ)上，進(jìn)而研究了Si、Mn、C等元素及Ca、Na、Mg等微量元素的影響，以及氮化條件和為控制作為目標(biāo)的金屬組織的熱履歷等而達(dá)成的，其要點在于，(1)以含高濃度的N作為基本。
(2)將形成氮化物的Si、Al等的含量控制在適當(dāng)?shù)姆秶?br> (3)為控制鐵氮化物的生成，按必要添加Ca、Na、Mg等。
(4)為調(diào)整形成金屬組織的各相的強度，調(diào)整鋼板的強度和延伸率，控制C、Si、Mn、P等強化元素量。
(5)控制熱履歷，使奧氏體更穩(wěn)定化，并在空溫下多殘留奧氏體。
即，本發(fā)明是(1)加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計含N0.03～2.0％，殘留奧氏體的體積率為3～20％。
(2)上述(1)項所述的加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計含Si0.5％以下。
(3)上述(1)或(2)項所述的加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計含C0.08％以下。
(4)上述(1)至(3)任一項所述的加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計含Mn0.5～3.0％、P0.01％以上、Al0.3％以下之中的至少1種。
(5)上述(1)至(4)任一項所述的加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，還含分別2.0％以下的Ni、Cr、Ca、Na、Mg、Mo中的至少1種，其余由Fe及不可避免的雜質(zhì)組成。
(6)上述(1)至(5)任一項所述的加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，在鋼板上有鋅合金鍍層。
(7)加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板的制造方法，其特征在于，將具有上述(1)至(6)任一項所述成分的鋼，在熱軋后，施加包括在550～800℃的溫度區(qū)域于含氨2％以上的氣氛中保持2秒鐘～10分鐘的工序的處理。發(fā)明的具體說明以下詳細(xì)說明本發(fā)明。
首先，對本發(fā)明鋼板成分的限定理由詳細(xì)說明如下。
N是本發(fā)明最重要的元素。N和Mn同樣是奧氏體生成元素，特別是通過N和Mn的相互作用使奧氏體的穩(wěn)定性提高。結(jié)果抑制了冷卻和低溫保持中碳化物的析出，因此可以減少歷來為抑制碳化物生成所添加的Si或Al的含量，這也使鍍層密合性提高。N濃度未滿0.03％時看不出該效果。另一方面，由于提高N濃度會使N化處理時間變長，所以將上限取為2.0％。優(yōu)選為0.05～1.0％。
C在雙相共存溫度區(qū)及貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)于奧氏體中濃化時，是使奧氏體穩(wěn)定化的元素。結(jié)果在室溫下也殘留奧氏體，因相變誘發(fā)塑性而使成形性提高。因此過去的鋼中含有0.1％程度，但在本發(fā)明鋼中，通過N謀求奧氏體的穩(wěn)定化，因此對C含量不作特別限定。
但是，C的由奧氏體的轉(zhuǎn)變行為，因轉(zhuǎn)變溫度而采取珠光體、上貝氏體、下貝氏體等復(fù)雜的行為，這也是為達(dá)到在冷卻中殘留奧氏體的目的而必須嚴(yán)格控制溫度的原因之一。另外，在過度降低C時，也會與其它強化元素的含量保持均衡而使鐵素體相變得過份軟質(zhì)，使得在變形時不伴有奧氏體相的加工誘發(fā)轉(zhuǎn)變，且變形僅集中在鐵素體相中而使之破斷，因此有時使加工性變差。
而且，高濃度含C使鋼板的焊接性變差。若考慮轉(zhuǎn)變行為的穩(wěn)定性和強度調(diào)整及焊接性，優(yōu)選的范圍在0.08％以下，更佳范圍為0.02～0.06％。
在過去的鋼中，Si通常因抑制滲碳體的析出而促進(jìn)C向奧氏體中的濃化，為提高奧氏體的穩(wěn)定性而添加1～2％。但是在本發(fā)明的鋼中，因為在N化中形成氮化物使?jié)饣綂W氏體中的N量減低，所以不宜過剩的添加。另一方面，如上所述，它是使鐵素體相強化而提高鋼板成形性的有效元素。因此取優(yōu)選的范圍為0.5％以下，更佳取0.01～0.2％。
Mn是奧氏體穩(wěn)定化元素，同時如上所述，對強化鐵素體相是有效的。另一方面，量多時帶狀組織顯著，使特性變差，點焊部熔核內(nèi)易于破斷，因而不佳?？紤]這些后，將優(yōu)選范圍取作0.5～3.0％。
為確保強度，也可以添加P0.01％以上。
Al也用作脫氧材，同時與Si同樣，抑制滲碳體的析出，使奧氏體穩(wěn)定化，因此在過去的鋼中積極使用。但是，本發(fā)明的鋼在N化中形成氮化物，使?jié)饣綂W氏體中的N量減低，因此不宜過剩的添加。優(yōu)選的范圍為0.3％以下，更佳為0.1％以下。
本發(fā)明的鋼板將以上取作基本成分，但除了這些元素及Fe外，為使奧氏體穩(wěn)定化并增多殘留量，也可以添加Ni、Cr、Ca、Na、Mg、Mo中的至少1種以上。但是過剩的添加不僅使添加費用增加，而且有時使加工性變差，因此分別限定在2.0％以下。
另外，為提高加工性、鍍層性等而在過去的殘留奧氏體鋼中添加的Cu、Co等，即使和過去鋼同樣含有，也絲毫不會損害本發(fā)明的效果。
作為最終制品的本發(fā)明鋼板的延性，受制品中所含的殘留奧氏體的體積率所左右。殘留奧氏體的體積率未滿3％時，看不出明顯的效果。另一方面，殘留奧氏體的體積率超過20％時，在施加極度嚴(yán)格的成形的場合，在沖壓成形的狀態(tài)下有可能存在多量的馬氏體，使二次加工性和沖擊性發(fā)生問題，因此本發(fā)明將殘留奧氏體的體積率取作20％以下。
以下對本發(fā)明鋼板的制造方法進(jìn)行說明。
本發(fā)明的特征是，含有過去的加工用鋼板差不多沒有考慮過的高濃度的N。象過去鋼那樣在熔鋼階段進(jìn)行成分調(diào)整，要含有多量的N是困難的，但若是利用對鋼坯或鋼板的氮化，則可以比較容易地含有高濃度的N。
作為用氣體氮化時的條件，是在550～800℃的溫度區(qū)內(nèi)，于含氨2％以上的氣氛中保持2秒鐘～10分鐘。溫度在此范圍以外時氮化效率降低，為了必要量的N化需要長的時間。此外，在低溫側(cè)以外的情況下會形成鐵氮化物，為在本發(fā)明鋼中殘存必要的奧氏體，較佳的是不能利用固溶N。
對氣氛氣體的組成不作特別限定，由氮化效率的觀點出發(fā)，將N化必要的氨濃度限定在2％以上。另外，N化時在本發(fā)明的溫度和氣氛中的保持時間，由與必要N量相兼顧決定，但考慮操作性等，將保持在上述溫度中的時間限定為2秒鐘～10分鐘。
N化的時機(jī)，在鑄坯至退火板的哪一個都可以，但由于在氮化時是利用N由表面向鋼內(nèi)部的擴(kuò)散，所以板厚越薄高濃度的N化越容易。因此優(yōu)選在熱精軋以后的工序中進(jìn)行。對于通常的冷軋鋼板的制造，將再結(jié)晶退火工序中退火爐的一部或全部造成本發(fā)明的溫度條件、氣氛條件進(jìn)行N化，在生產(chǎn)上是適宜的。
既可以是在工序的前半部使含有高濃度的N，然后通過高溫處理或在適當(dāng)溫度下的保定謀求奧氏體相穩(wěn)定化這樣的工序，也可以是在到達(dá)退火工序的最高溫度進(jìn)行再結(jié)晶及賦予適當(dāng)?shù)难有院筮M(jìn)行N化、以多量生成奧氏體相這樣的工序。另外，按照將這些組合，或按照高溫再結(jié)晶后在本發(fā)明范圍內(nèi)的低溫下進(jìn)行氮化、然后再升溫到高溫進(jìn)行組織控制的工序，也能夠得到本發(fā)明的效果。
本發(fā)明鋼與過去鋼比較Si含量少，因此在作為鍍鋅鋼板用的原板作用時，具有鍍層性良好的特性。對Zn鍍層厚度不設(shè)特別的制約，但由耐蝕性的觀點希望為0.1μm以上，由加工性的觀點則希望為10μm以下。
實施例對于由通常的熱軋、冷軋條件得到的冷軋鋼板，進(jìn)行退火并對一部份進(jìn)行鍍層，以0.6％進(jìn)行光整冷軋，制造鋼板或鍍層鋼板。將成分示于表1，而對于本發(fā)明鋼，在由退火工序的最高到達(dá)溫度進(jìn)行冷卻的途中，保持在含氨氣的氣氛中進(jìn)行N化，使含有高濃度N，表1中的N量為最終制品的值。鋼中N量用此時的保持溫度、保持時間、氨氣濃度進(jìn)行調(diào)整。
將N化條件一并示于表1。在Al量為10％的Zn鍍浴中進(jìn)行鍍層。所得鋼板中殘留奧氏體的體積率，采用應(yīng)用MoKα線的×射線衍射的5峰值法測定。由這些鋼板取JIS5號拉伸試片，樣品的計算長度50mm，拉伸速度10mm/min，進(jìn)行常溫拉伸試驗。
對鍍層的評價進(jìn)行發(fā)生鍍不上和鍍層密著性兩種，用目視判定有無鍍不上，鍍層密著性在實施鍍層鋼板的60度V形彎曲試驗后進(jìn)行帶狀試驗，只要是帶狀試驗黑化度未滿20％就作為合格。
此外，焊接性在焊接電流10kA、加壓力22kg、焊接時間12周期、電極直徑6mm、電極形狀圓蓋形、前端6φ-40R的焊接條件下進(jìn)行點焊，到熔核直徑切
(t板厚)的時刻連續(xù)打點數(shù)超過1000點的取作合格。
將材質(zhì)和鍍層性的評價結(jié)果示于表2。
本發(fā)明鋼抗拉強度都在580MPa以上，而且總延伸率都在30％以上，在兼容高強度和沖壓成形性的同時，也滿足了鍍層性、焊接性。
與此相對照，N不處于本發(fā)明范圍的過去鋼，雖然鍍層前加工性良好，但由于鍍層工序的熱履歷使殘留的奧氏體消失，使加工性變差。另外有一部份因Si或Al含量高，所以鍍層性不良。在含高濃度N的本發(fā)明鋼中，Si、C、Mn、P、Al等處于特定范圍的，加工性特別良好。此外還可以確認(rèn)Ni、Cr、Ca、Na、Mg、Mo等微量元素的效果。
表1
表2
鍍不上、鍍層密合、焊接性欄◎非常良好○良好×不良如以上說明的那樣，本發(fā)明調(diào)整N含量，確保了作為目標(biāo)的殘留奧氏體組織，可以獲得鋅鍍層附著性良好、而且加工性優(yōu)良的高強度鋼板。
權(quán)利要求
1.加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計含N0.03～2.0％，殘留奧氏體的體積率為3～20％。
2.權(quán)利要求1所述的加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計含Si0.5％以下。
3.權(quán)利要求1或2所述的加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計含C0.08％以下。
4.權(quán)利要求1～3任一項所述的加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計含Mn0.5～3.0％、P0.01％以上、Al0.3％以下之中的至少1種。
5.權(quán)利要求1～4任一項所述的加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，鋼板中以質(zhì)量％計還含分別2.0％以下的Ni、Cr、Ca、Na、Mg、Mo中的至少1種，其余由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成。
6.權(quán)利要求1～5任一項所述的加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板，其特征在于，鋼板上有鋅合金鍍層。
7.加工性及鍍層密合性優(yōu)良的高強度鋼板的制造方法，其特征在于，將具有權(quán)利要求1～6任一項所述成分的鋼，在熱軋后，施加包括在550～800℃的溫度區(qū)內(nèi)于含氨2％以上的氣氛中保持2秒鐘～10分鐘的工序的處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減低增加制造費用的合金添加量、確保作為目標(biāo)的殘留奧氏體組織、鋅鍍層的附著性良好、可以適用至少高耐蝕性表面處理鋼板的、加工性良好的TRIP型高強度鋼板及其制造方法。該高強度鋼板高濃度含N達(dá)0.03～2.0%,希望將形成氮化物的Si、Al控制在0.5%以下、0.3%以下,另外為了控制鐵氮化物的生成,按必要添加Ca、Na、Mg等,由此將金屬組織中的殘留奧氏體相的存在比率調(diào)整到3～20%,從而使加工性及鍍層密合性優(yōu)良。
文檔編號C22C38/44GK1333383SQ0112492
公開日2002年1月30日 申請日期2001年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月29日
發(fā)明者村上英邦, 高田良久, 末廣正芳 申請人:新日本制鐵株式會社