專(zhuān)利名稱(chēng)：延性和應(yīng)變時(shí)效硬化特性?xún)?yōu)良的高強(qiáng)度冷軋鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要與適于作為汽車(chē)車(chē)體用的高加工性高強(qiáng)度冷軋鋼板有關(guān)，特別是涉及拉伸強(qiáng)度(TS)在440MPa以上、延性和應(yīng)變時(shí)效硬化特性?xún)?yōu)良的高強(qiáng)度冷軋鋼板及其制造方法。本發(fā)明的高強(qiáng)度冷軋鋼板從用于輕度的彎曲加工和利用輥軋成形法成形為管子之類(lèi)的較輕加工到用于比較苛刻的拉深成形，適用于廣泛的用途。再者，本發(fā)明中的鋼板也包括鋼帶。
又，在本發(fā)明中，所謂“應(yīng)變時(shí)效硬化特性?xún)?yōu)良”是指在拉伸變形為5％的預(yù)變形后，以在170℃的溫度保持20分鐘的條件進(jìn)行時(shí)效處理時(shí)，該時(shí)效處理前后的變形應(yīng)力增加量(記為BH量；BH量＝時(shí)效處理后的屈服應(yīng)力-時(shí)效處理前的預(yù)變形應(yīng)力)為80MPa以上，且應(yīng)變時(shí)效處理(上述預(yù)變形+上述時(shí)效處理)前后的拉伸強(qiáng)度增加量(記為ΔTS；ΔTS＝時(shí)效處理后的拉伸強(qiáng)度-預(yù)變形前的拉伸強(qiáng)度)為50MPa以上。
但是，使用了厚度薄的高強(qiáng)度鋼板的汽車(chē)部件，根據(jù)其作用而被課以的性能必須充分地發(fā)揮。作為這樣的性能，例如有與彎曲、扭轉(zhuǎn)變形相對(duì)的靜態(tài)強(qiáng)度、耐疲勞性和耐沖擊性等。所以，適用于汽車(chē)部件的高強(qiáng)度鋼板需要在成形加工后這種特性也優(yōu)良。
另外，在制造汽車(chē)部件的過(guò)程中，對(duì)鋼板進(jìn)行沖壓成型，但當(dāng)鋼板的強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，則在沖壓成型時(shí)產(chǎn)生如下問(wèn)題，阻礙了高強(qiáng)度鋼向汽車(chē)車(chē)體的推廣應(yīng)用。①形狀凍結(jié)性降低；②由于延性降低，所以在成型時(shí)產(chǎn)生裂紋和縮頸等不良情況。
作為打破這種局面的方法，已知例如對(duì)于外板蓋板用的冷軋鋼板，是以超低碳素鋼為坯材，最終將以固溶態(tài)殘留的C量控制在適當(dāng)?shù)姆秶匿摪?。這種鋼板在沖壓成形時(shí)保持為軟質(zhì)，確保形狀凍結(jié)性、延性，利用沖壓成形后進(jìn)行的在170℃×20分鐘左右的噴漆烘烤工序中引起的應(yīng)變時(shí)效硬化現(xiàn)象得到屈服應(yīng)力上升，要確保耐壓痕性。對(duì)于這種鋼板，在沖壓成形時(shí)C固溶到鋼中，是軟質(zhì)的，另一方面，在沖壓成形后，在噴漆烘烤工序中，固溶C固定于在沖壓成形時(shí)所導(dǎo)入的位錯(cuò)中，屈服應(yīng)力上升。
可是，對(duì)于這種鋼板，從防止成為表面缺陷的拉伸滑移的產(chǎn)生的觀點(diǎn)看，應(yīng)變時(shí)效硬化所致的屈服應(yīng)力上升量被控制得很低。為此，實(shí)際上有助于部件的輕量化的余地小。
即，為了部件的輕量化，只通過(guò)應(yīng)變時(shí)效引起屈服應(yīng)力上升是不充分的，還需要進(jìn)行變形時(shí)的強(qiáng)度特性的上升。換言之，需要應(yīng)變時(shí)效后的拉伸強(qiáng)度的上升。
另一方面，對(duì)于外觀不怎么成為問(wèn)題的用途而言，提出了使用固溶N以進(jìn)一步使烘烤硬化量增加的鋼板和通過(guò)使組織為由鐵素體和馬氏體構(gòu)成的復(fù)合組織從而更進(jìn)一步提高烘烤硬化性的鋼板。
例如，在特開(kāi)昭60-52528號(hào)公報(bào)上公開(kāi)了將在550℃以下的溫度下卷制含有C0.02～0.15％、Mn0.8～3.5％、P0.02～0.15％、Al0.10％以下、N0.005～0.025％的鋼的熱軋和冷軋后的退火作為控制冷卻熱處理的延性及點(diǎn)焊性都良好的高強(qiáng)度薄鋼板的制造方法。采用特開(kāi)昭60-52528號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)制造的鋼板具有由以鐵素體和馬氏體為主體的低溫相變生成相構(gòu)成的混合組織，在延性?xún)?yōu)良的同時(shí)，利用積極地添加的N所產(chǎn)生的噴漆烘烤時(shí)的應(yīng)變時(shí)效，將得到高強(qiáng)度。
可是，對(duì)于特開(kāi)昭60-52528號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)而言，應(yīng)變時(shí)效硬化引起的屈服應(yīng)力YS的增加量大，但拉伸強(qiáng)度TS的增加量少，另外，屈服應(yīng)力YS的增加量離散很大等等，機(jī)械性能的變動(dòng)也大，所以，在現(xiàn)狀上不能象所希望的能有助于汽車(chē)部件輕量化那樣減薄鋼板。
另外，提出了使組織為由鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體構(gòu)成的復(fù)合組織，并顯著提高延性的所謂相變誘發(fā)塑性型鋼板。
例如，在特開(kāi)昭61-217529號(hào)公報(bào)中提出了具有如下特征的延性?xún)?yōu)良的高強(qiáng)度鋼板的制造方法對(duì)含有C0.12～0.70％、Si0.4～1.8％、Mn0.2～2.5％、Al0.01～0.07％、N0.02％以下，剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鋼板施行控制了連續(xù)退火的條件的退火?？墒牵捎锰亻_(kāi)昭61-217529號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)制造的鋼板是利用Al使N成為AlN而析出，從而謀求延性的提高，C、N等間隙型元素幾乎不存在。因此，通過(guò)沖壓成形后的噴漆烘烤處理，強(qiáng)度基本上不增加。因此，成品部件的強(qiáng)度顯著地低，存在不能用于強(qiáng)烈要求耐沖擊性的用途。另外，采用特開(kāi)昭61-217529號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)制造的鋼板當(dāng)在同一強(qiáng)度下比較時(shí)，則Si、Mn等的含量變高，噴漆性、焊接性就不好。
從提高乘客安全性的觀點(diǎn)看，要求的是加工性和耐沖擊特性都優(yōu)良的鋼板。即，要求得到在沖壓成形時(shí)為軟質(zhì)、加工性?xún)?yōu)良，在加工后通過(guò)噴漆烘烤處理等熱處理屈服應(yīng)力和拉伸應(yīng)力都增加，能提高部件強(qiáng)度的鋼板。
針對(duì)這樣的要求，例如，特開(kāi)平10-310824號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平10-310847號(hào)公報(bào)公開(kāi)了如下鋼板及其制造方法含有C0.01～0.08％、Si0.005～1.0％、Mn0.01～3.0％、Al0.001～0.1％、N0.0002～0.01％，還含有合計(jì)量為0.05～3.0％的W、Cr、Mo的1種或2種以上的物質(zhì)，組織為鐵素體或以鐵素體為主體的具有成形后強(qiáng)度上升熱處理性能的合金化熱浸鍍鋅鋼板及其制造方法。在此所說(shuō)的成形后強(qiáng)度上升熱處理性能是指在施加2％以上的變形的成形加工后，施行在200～450℃下加熱的熱處理，與熱處理前的拉伸強(qiáng)度相比，熱處理后的拉伸強(qiáng)度增加的性能。但是，對(duì)于采用特開(kāi)平10-310824號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平10-310847號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)制造的鋼板而言，需要在比以往(170℃)高的200～450℃這一溫度下進(jìn)行噴漆烘烤處理，存在部件制造的生產(chǎn)性降低、經(jīng)濟(jì)性不利這一問(wèn)題。
又，對(duì)于上述的過(guò)去的鋼板，雖然采用根據(jù)單純的拉伸試驗(yàn)的噴漆烘烤處理后的強(qiáng)度評(píng)價(jià)是優(yōu)良的，但按照實(shí)際沖壓條件，塑性變形時(shí)的強(qiáng)度存在大的離散，適用于要求可靠性的部件未必可以說(shuō)是充分的。
本發(fā)明的目的在于打破上述現(xiàn)有技術(shù)的極限，提供高的延性、成形為汽車(chē)部件后能得到充分的強(qiáng)度、可充分有助于汽車(chē)車(chē)體的輕量化的應(yīng)變時(shí)效硬化特性?xún)?yōu)良、并且耐沖擊性?xún)?yōu)良的高強(qiáng)度冷軋鋼板及在工業(yè)上可廉價(jià)且穩(wěn)定地制造這些鋼板的制造方法。本發(fā)明中的應(yīng)變時(shí)效硬化特性的目標(biāo)為在拉伸變形為5％的預(yù)變形后，在在170℃的溫度保持20分鐘的時(shí)效條件下，BH量為80MPa以上、ΔTS為50MPa以上。
又，本發(fā)明人通過(guò)調(diào)整以加熱冷卻條件為首的冷軋板的退火條件，可使組織成為由鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體構(gòu)成的復(fù)合組織。在延性顯著提高、沖壓成形性提高的同時(shí)，能夠調(diào)整固溶N量為適當(dāng)?shù)闹?，能夠有利地充分利用N引起的大的應(yīng)變時(shí)效硬化現(xiàn)象，能夠顯著提高汽車(chē)部件的耐沖擊特性。
本發(fā)明是基于上述的知識(shí)，進(jìn)一步進(jìn)行研究而完成的。即，本發(fā)明的第1發(fā)明是一種延性及ΔTS50MPa以上的應(yīng)變時(shí)效硬化特性?xún)?yōu)良的高強(qiáng)度冷軋鋼板，其特征在于它具有含有以質(zhì)量％表示的C0.05～0.30％、Si0.4～2.0％、Mn0.7～3.0％、P0.08％以下、Al0.02％以下、N0.0050～0.0250％，并且N/Al為0.3以上，含有0.0010％以上的固溶態(tài)的N，剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，以及含有以體積率表示的20～80％的鐵素體相、10～60％的貝氏體相、3.0％以上的殘余奧氏體相的復(fù)合組織。又，在第1發(fā)明中，在上述組成的基礎(chǔ)上，還含有以質(zhì)量％表示的下述a組～c組中的1組或2組以上的物質(zhì)為好，其中，a組B0.0003～0.01％、Cu0.005～1.5％、Ni0.005～1.5％、Cr0.05～1.0％中的1種或2種以上；b組Ti、Nb、V、Zr之中的1種或2種以上，合計(jì)量為0.002～0.03％；c組Ca、REM的1種或2種，合計(jì)量為0.0010～0.010％。
又，在第1發(fā)明中，上述高強(qiáng)度冷軋鋼板是板厚為3.2mm以下的薄鋼板為好。
又，本發(fā)明的第2發(fā)明是一種延性及ΔTS50MPa以上的應(yīng)變時(shí)效硬化特性?xún)?yōu)良的高強(qiáng)度冷軋鋼板的制造方法，其特征在于對(duì)含有以質(zhì)量％表示的C0.05～0.30％、Si0.4～2.0％、Mn0.7～3.0％、P0.08％以下、Al0.02％以下、N0.0050～0.0250％，且N/Al為0.3以上的薄冷軋鋼板，施行加熱溫度為(Ac1相變點(diǎn))～(Ac3相變點(diǎn)+50℃)之間的溫度的退火處理，接著從該加熱溫度開(kāi)始，施行至少將600℃～500℃的范圍以5～150℃/秒的冷卻速度冷卻，并在350～500℃的溫度范圍保持30秒以上的冷卻·保持處理。
C0.05～0.25％C是增加鋼板強(qiáng)度的元素，又是在奧氏體(γ)相中富集從而穩(wěn)定γ相的元素。在本發(fā)明中，為了確保強(qiáng)度、所希望的殘余γ量，需要含C在0.05％以上。另一方面，C含量超過(guò)0.25％時(shí)，焊接性顯著劣化。因此，C限定在0.05～0.25％的范圍。再者，從極高的延性和焊接性并存的觀點(diǎn)看，C取為0.07～0.18％為好。
Si0.4～2.0％Si是不會(huì)使鋼的延性顯著降低而能使鋼板高強(qiáng)度化的有用的元素，而且在γ向貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，是具有通過(guò)抑制碳化物的生成來(lái)增加未相變?chǔ)梅€(wěn)定性的效果的元素。這種效果在含量為0.4％以上時(shí)可看到。另一方面，Si含量超過(guò)2.0％時(shí)，不但其效果飽和，而且給表面性狀、化學(xué)表面處理性等的表面美觀性造成壞的影響。因此，Si限定在0.4～2.0％的范圍。再者，Si量?jī)?yōu)選為0.6～1.5％。
Mn0.5～3.0％Mn是提高淬透性的元素，極大地有助于鋼板強(qiáng)度的增加。另外，Mn還是防止S引起的熱裂紋的有效元素，根據(jù)含有的S量來(lái)添加為好。又，Mn富集于γ相中，提高淬透性，此外，其富集于γ相中，還具有穩(wěn)定殘余γ的效果。這種效果在含量為0.5％以上時(shí)可看到，但Mn含量超過(guò)3.0％時(shí)，不但上述效果飽和，而且使點(diǎn)焊焊接性顯著劣化。因此，Mn限定為0.5～3.0％。再者，Mn量?jī)?yōu)選為0.9～2.0％。
P0.08％以下P作為鋼的固溶強(qiáng)化元素，還是對(duì)改善延性和r值有用的元素，但如果過(guò)剩地含有，則使鋼脆化，還降低鋼板的拉伸彎曲加工性。另外，由于P在鋼中偏析傾向強(qiáng)烈，所以造成起因于此的焊接區(qū)的脆化。為此，P限定在0.08％以下。再者，拉伸彎曲加工性和焊接區(qū)韌性特別受重視時(shí)，P取為0.04％以下為好。從焊接區(qū)韌性的觀點(diǎn)看，更理想的情況是P為0.02％以下。
Al0.02％以下Al在冶煉時(shí)作為脫氧劑而發(fā)生作用，在提高鋼的潔凈度的同時(shí)，還是對(duì)細(xì)化組織有效的元素，在本發(fā)明中，希望含有0.005％以上。另一方面，含有過(guò)剩的Al惡化鋼板表面的潔凈性，還使固溶態(tài)的N減少，引起有助于應(yīng)變時(shí)效硬化現(xiàn)象的固溶N的不足，降低作為本發(fā)明特征的應(yīng)變時(shí)效硬化特性。為此，在本發(fā)明中，Al較低地限定為0.02％以下。再者，為了穩(wěn)定地得到高的應(yīng)變時(shí)效硬化特性，Al在0.015％以下為好。
N0.0050～0.0250％N在本發(fā)明中是最重要的元素。在本發(fā)明中，通過(guò)含有適量的N，并控制制造條件，從而在冷軋產(chǎn)品中確保必需且充分的量的固溶態(tài)N。據(jù)此，充分發(fā)揮固溶強(qiáng)化和應(yīng)變時(shí)效硬化帶來(lái)的強(qiáng)度(YS、TS)上升效果，能穩(wěn)定地滿(mǎn)足TS440MPa以上、噴漆烘烤硬化量(BH量)為80MPa以上、在應(yīng)變時(shí)效硬化前后的拉伸強(qiáng)度的增加量ΔTS為50MPa以上這一本發(fā)明鋼板的機(jī)械性質(zhì)必要條件。據(jù)此，成品(部件)的耐沖擊特性、耐疲勞特性也提高。另外，通過(guò)充分利用固溶N引起的強(qiáng)化，可降低C、Si、Mn等的添加量，能夠防止焊接性、噴漆性的降低。
N若不足0.0050％，則上述的強(qiáng)度上升效果難以穩(wěn)定地出現(xiàn)。另一方面，當(dāng)N超過(guò)0.0250％時(shí)，鋼板的內(nèi)部缺陷發(fā)生率變高，同時(shí)連鑄時(shí)的板坯裂紋大量產(chǎn)生。因此，N取為0.0050～0.0250％的范圍。再者，從考慮到制造工序整體的提高材質(zhì)的穩(wěn)定性·合格率的觀點(diǎn)看，N取為0.0070～0.0170％的范圍更好。再者，只要是本發(fā)明范圍內(nèi)的N量，則對(duì)點(diǎn)焊、電弧焊等的焊接性完全沒(méi)有壞影響。
固溶態(tài)的N0.0010％以上對(duì)于冷軋產(chǎn)品而言，為了通過(guò)固溶強(qiáng)化確保充分的強(qiáng)度，且充分發(fā)揮N引起的應(yīng)變時(shí)效硬化現(xiàn)象，在鋼中需要固溶態(tài)的N(也稱(chēng)固溶N)以0.0010％以上的量(濃度)存在。
在此，固溶N量為從鋼中的總N量減去析出N量而算出的量。再者，作為析出N量的分析法，本發(fā)明人研究比較了各種分析法，結(jié)果通過(guò)使用了恒定電位電解法的電解萃取分析法而求出是有效的。再者，作為溶解用于萃取分析的基體鐵的方法，有酸分解法、鹵素法及電解法。其中，電解法不會(huì)使碳化物、氮化物等極不穩(wěn)定的析出物分解，能夠僅穩(wěn)定地溶解基體鐵，故是最理想的。作為電解液，使用乙酰丙酮，采用恒定電位電解。在本發(fā)明中，使用恒定電位電解法測(cè)定析出量的結(jié)果顯示出與實(shí)際的部件強(qiáng)度最好的對(duì)應(yīng)。
從這樣的情況考慮，在本發(fā)明中，將利用恒定電位電解法萃取的殘?jiān)M(jìn)行化學(xué)分解，求出殘?jiān)械腘量，將其作為析出N量。
再者，為了得到更高的BH量、ΔTS，固溶N量為了得到0.0020％以上、更高的值，其取為0.0030％以上為好。
N/Al(N含量和Al含量之比)0.3以上在產(chǎn)品狀態(tài)下，為了使固溶N穩(wěn)定并殘存0.0010％以上，需要限制作為強(qiáng)烈固定N的元素的Al的量。對(duì)在較寬范圍內(nèi)改變本發(fā)明的組成范圍內(nèi)的N含量和Al含量的組合的鋼板進(jìn)行了研究，結(jié)果可知，將Al較低地限定為0.02％以下時(shí)，必須使N/Al為0.3以上。即，Al含量被限制在(N含量)/0.3以下。在本發(fā)明中，在上述組成的基礎(chǔ)上，還根據(jù)需要含有下面的a組～d組中的1組或2組以上的物質(zhì)為好，其中，a組B0.0003～0.01％、Cu0.005～1.5％、Ni0.005～1.5％、Cr0.05～1.0％中的1種或2種以上；b組Ti、Nb、V、Zr之中的1種或2種以上，合計(jì)量為0.002～0.03％；c組Ca、REM的1種或2種，合計(jì)量為0.0010～0.010％。
a組B0.0003～0.01％、Cu0.005～1.5％、Ni0.005～1.5％、Cr0.05～1.0％中的1種或2種以上；a組的元素B、Cu、Ni、Cr都和Mn一樣，是提高淬透性的元素，根據(jù)需要可選擇、含有1種或2種以上的物質(zhì)；B是提高淬透性、又是對(duì)提高延性有效的元素，這種效果在含有0.0003％以上時(shí)可看到。另一方面，其含量超過(guò)0.01％時(shí)，B變成析出物，加工性降低。為此，B限定在0.0003～0.01％為好。
Cu是提高淬透性、增加鋼板強(qiáng)度的元素，這種效果在含有0.05％以上時(shí)可看到，但當(dāng)超過(guò)1.5％時(shí)，大量產(chǎn)生熱軋所致的麻點(diǎn)。為此，Cu取為0.05～1.5％為好。
Ni是提高淬透性、增加鋼板強(qiáng)度的元素，又是即使含有對(duì)鋼板的鍍層性的影響也小的元素，可根據(jù)需要含有。上述的效果在含有0.005％以上時(shí)可看到，但Ni含量超過(guò)1.5％時(shí)，強(qiáng)度過(guò)于增加，使延性降低，使沖壓成形、加工性降低。為此，Ni取為0.005～1.5％為好。
Cr是使淬透性提高、增加鋼板的強(qiáng)度，同時(shí)具有使殘余γ的分布狀態(tài)為微細(xì)分散的作用、具有提高延性的效果的元素。這種效果在含有0.05％以上時(shí)可看到。另一方面，當(dāng)Cr含量超過(guò)1.0％時(shí)，阻礙電鍍潤(rùn)濕性。為此，Cr取為0.05～1.0％為好。
b組Ti、Nb、V、Zr之中的1種或2種以上，合計(jì)量為0.002～0.03％；b組的元素Ti、Nb、V、Zr都是具有細(xì)化晶粒、改善延性的效果的元素，可根據(jù)需要選擇、含有?？墒牵^(guò)剩地含有會(huì)使固溶態(tài)的N減少。從這種情況考慮，含有Ti、Nb、V、Zr之中的1種或2種以上物質(zhì)，并且其合計(jì)量限定在0.002～0.03％的范圍為好。
c組Ca、REM的1種或2種，合計(jì)量為0.0010～0.010％。
c組的元素Ca、REM都是對(duì)控制夾雜物的形態(tài)起作用的元素，特別是在具有拉伸彎曲成形性的要求時(shí)，單一或復(fù)合地含有為好。在此情形下，c組元素的合計(jì)量不足0.0010％時(shí)，夾雜物的形態(tài)控制效果不足，另一方面，當(dāng)超過(guò)0.010％時(shí)，表面缺陷的發(fā)生變得明顯。為此，c組元素其合計(jì)量限定在0.0010～0.010％為好。
上述成分以外的剩余部分是由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的。作為不可避免的雜質(zhì)，可允許S0.02％以下。
S在鋼板中作為夾雜物而存在，是造成鋼板的延性、耐蝕性劣化的元素，希望盡量降低。再者，特別是在要求良好的加工性的用途方面，降低到0.015％以下為好，進(jìn)一步地，在拉伸彎曲性的要求水平高時(shí)，S降低到0.008％以下為好。為了穩(wěn)定應(yīng)變時(shí)效硬化特性并維持在高的水平，詳細(xì)的機(jī)理還不清楚，但將S降低到0.008％以下為好。
下面關(guān)于本發(fā)明鋼板的組織進(jìn)行說(shuō)明。
鐵素體相的體積率20～80％本發(fā)明的冷軋鋼板其目的是用于要求高度的加工性的汽車(chē)用鋼板等的用途上，為了確保延性，形成含有以體積率表示的20～80％的鐵素體相的組織。當(dāng)鐵素體相的體積率不足20％時(shí)，確保作為要求高度的加工性的汽車(chē)用鋼板所必需的延性變得困難。在要求良好的延性的情況下，鐵素體相的體積率取為30％以上為好。另一方面，當(dāng)鐵素體相的體積率超過(guò)80％時(shí)，則復(fù)合組織的優(yōu)點(diǎn)變少。為此，鐵素體相取為20～80％。
貝氏體相的體積率10～60％本發(fā)明的冷軋鋼板其目的是用于要求高度的加工性的汽車(chē)用鋼板等的用途上，為了確保延性和強(qiáng)度的優(yōu)良的平衡，除了鐵素體相外，還含有10～60％的貝氏體相。當(dāng)貝氏體相的體積率不足10％時(shí)，確保必需的延性、強(qiáng)度變得困難。再者，在進(jìn)一步要求良好的延性的情況下，貝氏體相的體積率取為15％以上為好。當(dāng)貝氏體相的體積率超過(guò)60％時(shí)，則延性的降低變得顯著。為此，貝氏體相取為10～60％。
殘余奧氏體相的體積率3.0％以上對(duì)于本發(fā)明的冷軋鋼板，為了確保高延性，含有以體積率表示的3.0％以上的殘余奧氏體(γ)相。據(jù)此，對(duì)于拉伸強(qiáng)度590MPa級(jí)鋼板，可確保35％以上的延伸率；對(duì)于拉伸強(qiáng)度780MPa級(jí)鋼板，可確保30％以上的延伸率。對(duì)于殘余γ相量的上限，未特別限定，但實(shí)質(zhì)上可認(rèn)為15％左右為上限。在本發(fā)明中，含有大量的N，而且通過(guò)以固溶態(tài)殘存，能極為穩(wěn)定地確保殘余γ量。
再者，作為上述相以外的相，可允許有少許(10％以下)的馬氏體相。
具有上述組成和組織的本發(fā)明的冷軋鋼板是拉伸強(qiáng)度TS440MPa以上、延性和應(yīng)變時(shí)效硬化特性?xún)?yōu)良的冷軋鋼板，在沖壓成形-噴漆烘烤處理后，成為屈服應(yīng)力及拉伸強(qiáng)度都增加、耐沖擊特性?xún)?yōu)良的成品部件。
在規(guī)定應(yīng)變時(shí)效硬化特性的情形下，預(yù)應(yīng)變(變形)量是重要的因素。本發(fā)明人設(shè)想汽車(chē)用鋼板所適用的變形方式，關(guān)于預(yù)應(yīng)變量給予應(yīng)變時(shí)效硬化特性的影響進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)①在上述變形方式中的變形應(yīng)力除了極深的拉深加工的情形外，大致上能以相當(dāng)于單軸向的應(yīng)變量(拉伸變形)整理；②對(duì)于實(shí)際部件，該相當(dāng)于單軸向的應(yīng)變量基本上超過(guò)5％；③部件強(qiáng)度與在預(yù)應(yīng)變?yōu)?％的應(yīng)變時(shí)效處理后所得的強(qiáng)度(YS及TS)很好地對(duì)應(yīng)。以該見(jiàn)解為基礎(chǔ)，在本發(fā)明中，將應(yīng)變時(shí)效處理的預(yù)變形定為拉伸應(yīng)變5％。
以往的噴漆烘烤處理?xiàng)l件采用作為標(biāo)準(zhǔn)的170℃×20分鐘。再者，對(duì)含有大量的固溶N的本發(fā)明鋼板施加5％以上的應(yīng)變時(shí)，即使是更緩和的(低溫一側(cè)的)處理也能實(shí)現(xiàn)硬化，換言之，可以更寬幅度地得到時(shí)效條件。一般地，在為了爭(zhēng)取硬化量，以便不因過(guò)度的時(shí)效而軟化的限度內(nèi)，在更高的溫度下保持更長(zhǎng)的時(shí)間是有利的。
具體地說(shuō)，對(duì)于本發(fā)明鋼板而言，在預(yù)變形后硬化變得顯著的加熱溫度的下限大約為100℃。另一方面，當(dāng)加熱溫度超過(guò)300℃時(shí)，則硬化達(dá)到最大限度，當(dāng)加熱溫度超過(guò)400℃時(shí)，則反倒出現(xiàn)稍微軟化的傾向，熱應(yīng)變和回火色的發(fā)生變得顯著。另外，就保持時(shí)間而言，在加熱溫度為200℃左右時(shí)，如果設(shè)定為大約30秒鐘以上，則基本上達(dá)到充分的硬化。為了進(jìn)一步得到大的穩(wěn)定的硬化，設(shè)定保持時(shí)間為60秒鐘以上為好?？墒牵舯３謺r(shí)間超過(guò)20分鐘，則不但不能得到進(jìn)一步的硬化，而且生產(chǎn)效率顯著降低，變得不實(shí)用。
由于以上的情況，所以在本發(fā)明中規(guī)定作為時(shí)效處理?xiàng)l件，采用作為以前的噴漆烘烤處理?xiàng)l件的加熱溫度170℃、保持時(shí)間20分鐘來(lái)評(píng)價(jià)。即使是在以往的噴漆烘烤型鋼板不能達(dá)到充分的硬化的低溫加熱·短時(shí)間保持的時(shí)效處理?xiàng)l件下，本發(fā)明鋼板也能穩(wěn)定地達(dá)到大的硬化。再者，加熱的方式不特別限制，除通常的噴漆烘烤所采用的由爐子進(jìn)行的氣氛加熱之外，例如，感應(yīng)加熱、無(wú)氧化火焰、激光、等離子等進(jìn)行的加熱等方式都能很好地使用。
汽車(chē)用的部件強(qiáng)度必須能抵抗來(lái)自外部的復(fù)雜的應(yīng)力載荷，所以，在坯材鋼板中，不僅是在小的應(yīng)變區(qū)域的強(qiáng)度特性重要，在大的應(yīng)變區(qū)域的強(qiáng)度特性也是重要的。本發(fā)明人鑒于這一點(diǎn)，使要制成汽車(chē)部件的坯材的本發(fā)明鋼板的BH量為80MPa以上，同時(shí)使ΔTS為50MPa以上。為了使BH量和ΔTS量更大，只要將時(shí)效處理時(shí)的加熱溫度設(shè)定在更高溫一側(cè)和/或?qū)⒈３謺r(shí)間設(shè)定在更長(zhǎng)的時(shí)間一側(cè)即可。
另外，本發(fā)明鋼板具備如下的過(guò)去所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)在未成形加工的狀態(tài)下，即使在室溫放置1年左右的長(zhǎng)時(shí)間，也不引起時(shí)效劣化(YS增加并且E1(延伸率)減少的現(xiàn)象)。
本發(fā)明的效果即使在產(chǎn)品板厚比較厚時(shí)也能發(fā)揮，但在產(chǎn)品板厚超過(guò)3.2mm時(shí)，在冷軋板退火工序中不能確保充分的冷卻速度，在連續(xù)退火時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效，作為產(chǎn)品，難以得到作為目標(biāo)的應(yīng)變時(shí)效硬化特性。所以，本發(fā)明鋼板的板厚在3.2mm以下為好。
又，在本發(fā)明中，可對(duì)上述的本發(fā)明冷軋鋼板的表面施行電鍍或熱浸鍍。這些鍍層鋼板也顯示出與鍍層前相同程度的TS、BH量、ΔTS量。作為鍍層的種類(lèi)，電鍍鋅、熱浸鍍鋅、合金化熱浸鍍鋅、電鍍錫、電鍍鉻、電鍍鎳等都能很好地使用。
下面關(guān)于本發(fā)明鋼板的制造方法予以說(shuō)明。
在本發(fā)明中使用的薄鋼板是將具有上述組成的初軋板坯加熱，通過(guò)熱軋制成熱軋板，接著對(duì)該熱軋板施行冷軋，調(diào)整成所希望的板厚的冷軋板。初軋板坯加熱溫度和熱軋、冷軋的軋制條件不需要特別地限定，只要得到所希望的板厚的冷軋鋼板即可。
在本發(fā)明中，使用連續(xù)退火線，對(duì)含有以質(zhì)量％表示的C0.05～0.30％、Si0.4～2.0％、Mn0.7～3.0％、P0.08％以下、Al0.02％以下、N0.0050～0.0250％，且N/Al為0.3以上的這些薄鋼板施行退火處理。
退火處理的加熱溫度為(Ac1相變點(diǎn))～(Ac3相變點(diǎn)+50℃)之間的溫度。在本發(fā)明中，為了在產(chǎn)品中確保所規(guī)定量的殘余γ，使退火處理的加熱溫度為Ac1相變點(diǎn)以上為好。通過(guò)加熱至Ac1相變點(diǎn)以上，鐵素體和奧氏體(γ)這2相發(fā)生相分離，在冷卻后生成殘余γ。另一方面，即使加熱溫度超過(guò)Ac3相變點(diǎn)，在冷卻中也引起鐵素體和奧氏體(γ)這2相的分離，在冷卻后生成殘余γ。可是，當(dāng)加熱溫度超過(guò)(Ac3相變點(diǎn)+50℃)時(shí)，在退火處理中發(fā)生晶粒的成長(zhǎng)，延性降低。由于這種情況，所以退火處理的加熱溫度定為(Ac1相變點(diǎn))～(Ac3相變點(diǎn)+50℃)之間的溫度為好。再者，在加熱溫度下的保持時(shí)間不特別限定，但希望定為20～60秒鐘。
接著，鋼板從加熱溫度開(kāi)始，施行至少將600℃～500℃的范圍以5～150℃/秒的冷卻速度急冷到350～500℃的溫度范圍的冷卻處理。當(dāng)冷卻速度不到5℃/秒時(shí)，發(fā)生珠光體相變，殘余γ的形成被抑制，結(jié)果延性降低。另一方面，當(dāng)冷卻速度超過(guò)150℃/秒時(shí)，鐵素體相中殘存大量的固溶態(tài)的C，殘余γ的形成被抑制。由于這樣的情況，所以使從加熱溫度到350～500℃的溫度范圍的冷卻速度為5～150℃/秒為好。再者，這樣的急冷至少僅在從600℃到500℃的范圍也可以。這是因?yàn)?，在?00℃到500℃的溫度范圍內(nèi)珠光體相變變得顯著。在本發(fā)明中，從600℃到500℃的溫度范圍以外的區(qū)域不需要限定這樣的冷卻速度。
其次，在350～500℃的溫度范圍內(nèi)，施行保持30秒以上的保持處理。通過(guò)在350～500℃的溫度范圍進(jìn)行保持處理，γ的一部分相變成貝氏體，此時(shí)，C在未相變的γ中富集，使γ穩(wěn)定。據(jù)此，冷卻到室溫后也保持奧氏體狀態(tài)，成為殘余γ。這樣的反應(yīng)在350℃～500℃的范圍顯著發(fā)生，所以當(dāng)保持處理的溫度超過(guò)500℃時(shí)，碳化物容易形成，不能促進(jìn)C向奧氏體的濃縮，殘余γ的形成受到阻礙。另外，當(dāng)保持處理的溫度不到350℃時(shí)，上述的反應(yīng)需要長(zhǎng)時(shí)間，所以不能形成所規(guī)定量的殘余γ。再者，為了得到充分的殘余γ量，保持處理的時(shí)間為30秒鐘以上為好。再者，為了穩(wěn)定、確保殘余γ，保持處理的時(shí)間為60秒以上更好。又，從生產(chǎn)性的觀點(diǎn)考慮，保持處理的時(shí)間為600秒以下為好。再者，在本發(fā)明中所說(shuō)的保持也可以是在350℃～500℃的溫度范圍內(nèi)的慢加熱和緩慢冷卻。
關(guān)于所得的鋼板，調(diào)查了其固溶N量、顯微組織、拉伸特性、應(yīng)變時(shí)效硬化特性。
(1)固溶N量的調(diào)查固溶N量是從由化學(xué)分析求出的鋼中的總N量減去析出N量而求得的。析出N量根據(jù)使用了上述的恒定電位電解法的分析法而求出。
(2)顯微組織從各冷軋退火板上割取試驗(yàn)片，關(guān)于垂直于軋制方向的截面(C截面)，使用光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡拍攝顯微組織，使用圖像分析裝置求出鐵素體的組織比率、貝氏體的組織比率。另外，殘余γ量采用X射線衍射法在鋼板的板厚的1/4t的面上測(cè)定。從γ的(211)及(220)面和α的(200)、(220)的強(qiáng)度比算出殘余γ的體積率。
(3)拉伸特性從各冷軋退火板上在軋制方向上割取JIS 5號(hào)試驗(yàn)片，依據(jù)JIS Z2241的規(guī)定以變形速度3×10-3/秒實(shí)施拉伸試驗(yàn)，求出屈服強(qiáng)度YS、拉伸強(qiáng)度TS、延伸率E1。
(4)應(yīng)變時(shí)效硬化特性從各冷軋退火板上在軋制方向上割取JIS 5號(hào)試驗(yàn)片，作為預(yù)變形，在此給予5％的拉伸預(yù)變形，接著施行170℃×20分鐘的相當(dāng)于噴漆烘烤處理的熱處理后，以變形速度3×10-3/秒實(shí)施拉伸試驗(yàn)，求出預(yù)變形-噴漆烘烤處理后的拉伸特性(屈服應(yīng)力YSBH、拉伸強(qiáng)度TS)，算出BH量＝Y(jié)SBH-YS5％、ΔTS＝TSBH-TS。再者，YS5％為使產(chǎn)品板進(jìn)行5％的預(yù)變形時(shí)的變形應(yīng)力，YSBH、TSBH為預(yù)變形-噴漆烘烤處理后的屈服應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度，TS為產(chǎn)品板的拉伸強(qiáng)度。
表2示出了這些結(jié)果。
在本發(fā)明例中，都具有優(yōu)良的延性和優(yōu)良的應(yīng)變時(shí)效硬化特性，是顯示特別高的BH量、ΔTS的鋼板，可望提高部件耐沖擊特性。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)預(yù)變形-噴漆烘烤處理，可穩(wěn)定地制造具有和BH量80MPa以上以及ΔTS50MPa以上一起增加的高的應(yīng)變時(shí)效硬化特性和高的成形性的高強(qiáng)度冷軋鋼板，獲得產(chǎn)業(yè)上的顯著效果。又，將本發(fā)明的高強(qiáng)度冷軋鋼板適用于汽車(chē)部件時(shí)，通過(guò)噴漆烘烤處理等，拉伸強(qiáng)度也和屈服應(yīng)力一起增加，能夠得到具有穩(wěn)定的高的耐沖擊特性的部件。另外，與以往比，可將使用的鋼板的板厚降低1個(gè)等級(jí)，例如降為從2.0mm厚到1.6mm厚，也具有能充分地有助于汽車(chē)車(chē)體的輕量化的效果。另外，通過(guò)利用固溶N的強(qiáng)化，可減少Si、Mn等其他強(qiáng)化元素的含量，也具有能夠改善焊接性、噴漆性的效果。
表1

表2

*)680℃～保持溫度的平均冷卻速度
權(quán)利要求
1.一種延性及ΔTS50MPa以上的應(yīng)變時(shí)效硬化特性?xún)?yōu)良的高強(qiáng)度冷軋鋼板，其特征在于它具有含有以質(zhì)量％表示的C0.05～0.30％、Si0.4～2.0％、Mn0.7～3.0％、P0.08％以下、Al0.02％以下、N0.0050～0.0250％，并且N/Al為0.3以上，含有0.0010％以上的固溶態(tài)的N，剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，以及含有以體積率表示的20～80％的鐵素體相、10～60％的貝氏體相、3.0％以上的殘余奧氏體相的復(fù)合組織。
2.按照權(quán)利要求1記載的高強(qiáng)度冷軋鋼板，其特征在于在上述組成的基礎(chǔ)上，還含有以質(zhì)量％表示的下述a組～c組中的1組或2組以上的物質(zhì)，其中，a組B0.0003～0.01％、Cu0.005～1.5％、Ni0.005～1.5％、Cr0.05～1.0％中的1種或2種以上；b組Ti、Nb、V、Zr之中的1種或2種以上，合計(jì)量為0.002～0.03％；c組Ca、REM的1種或2種，合計(jì)量為0.0010～0.010％。
3.按照權(quán)利要求1或2記載的高強(qiáng)度冷軋鋼板，其特征在于上述高強(qiáng)度冷軋鋼板的板厚為3.2mm以下。
4.一種延性及ΔTS50MPa以上的應(yīng)變時(shí)效硬化特性?xún)?yōu)良的高強(qiáng)度冷軋鋼板的制造方法，其特征在于對(duì)含有以質(zhì)量％表示的C0.05～0.30％、Si0.4～2.0％、Mn0.7～3.0％、P0.08％以下、Al0.02％以下、N0.0050～0.0250％，且N/Al為0.3以上的薄冷軋鋼板，施行加熱溫度為(Ac1相變點(diǎn))～(Ac3相變點(diǎn)+50℃)的退火處理，接著從該加熱溫度開(kāi)始，施行至少將600℃～500℃的范圍以5～150℃/秒的冷卻速度冷卻，并在350～500℃的溫度范圍保持30秒以上的冷卻·保持處理。
全文摘要
本發(fā)明提供延性和應(yīng)變時(shí)效硬化特性?xún)?yōu)良、并且耐沖擊特性?xún)?yōu)良的高強(qiáng)度冷軋鋼板及其制造方法。具體的手段是制造含有以質(zhì)量%表示的C:0.05～0.30%、Si:0.4～2.0%、Mn:0.7～3.0%、P:0.08%以下、Al:0.02%以下、N:0.0050～0.0250%,且N/Al為0.3以上的薄冷軋鋼板。將該薄冷軋鋼板加熱至(Ac
文檔編號(hào)C21D8/02GK1383458SQ01801767
公開(kāi)日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2001年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月27日
發(fā)明者坂田敬, 登坂章男, 古君修 申請(qǐng)人:川崎制鐵株式會(huì)社