專利名稱：擴孔性與延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及主要以沖壓加工的汽車底盤周圍的部件等為對象，具有1.0～6.0mm左右的板厚、980N/mm2或以上的強度的擴孔性與延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板及其制造方法。
背景技術：
近年來，以汽車的環(huán)境問題為契機，作為燃料費改善對策，通過車體輕量化、部件的一體成形化、加工工序的合理化帶來的成本降低的需求不斷增強，沖壓加工性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板的開發(fā)不斷進展。尤其是對于熱軋鋼板的成形而言，延展率(伸長率)、擴孔性非常重要，在特開平6-287685號公報、特開平7-11382號公報、特開平6-200351號公報中提出了如下技術通過對590～780N/mm2的強度水平的鋼板，調整Ti、Nb和C、S的添加量來提高擴孔性。然而，從更加輕量化的需求出發(fā)，必須開發(fā)超過980N/mm2的高強度鋼板。眾所周知，伴隨著高強度化，其延展率、擴孔性同時惡化；另外，由于延展率和擴孔性表示相反的傾向，因此以至今的技術難以制造出延展率和擴孔性優(yōu)異的980N/mm2水平的鋼板。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決上述的以往的問題點而進行的，其目的在于提供一種防止伴隨著980N/mm2或以上的高強度化的擴孔性和延展的惡化，高強度并具有較高的擴孔性和延展性的高強度熱軋鋼板及該鋼板的制造方法。
為解決上述的課題而開發(fā)的本發(fā)明的擴孔性、延展性及化學轉化處理性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板及其制造方法如下。
(1)一種擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板，它是以質量％計含有C0.01％～0.09％，Si0.05％～1.5％，Mn0.5％～3.2％，Al0.003％～1.5％，P0.03％或以下，S0.005％或以下，Ti0.10％～0.25％，Nb0.01％～0.05％；進而滿足，0.9≤48/12×C/Ti＜1.7 <1>
50227×C-4479×Mn＞-9860 <2>
811×C+135×Mn+602×Ti+794×Nb＞465 <3>
中任意一個式子，而且其余由鐵和不可避免的雜質構成的高強度熱軋鋼板，其特征在于強度為980N/mm2或以上。
(2)一種擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板，它是以質量％計含有C0.01％～0.09％，Si005％～1.5％，Mn0.5％～3.2％，Al0.003％～1.5％，P0.03％或以下，S0.005％或以下，Ti0.10％～0.25％，Nb0.01％～0.05％；進而含有Mo0.05％～0.40％，V0.001％～0.10％的1種或2種；進而滿足0.9≤48/12×C/Ti＜1.7 <1>’50227×C-4479×(Mn+0.57×Mo+1.08×V)＞-9860<2>’811×C+135×(Mn+0.57×Mo+1.08×V)+602×Ti+794×Nb＞465 <3>’中任意一個式子，而且其余由鐵和不可避免的雜質構成的高強度熱軋鋼板，其特征在于強度為980N/mm2或以上。
(3)如(1)或(2)所述的擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板，其中，以質量％計，進而將Ca、Zr、REM的1種或2種或以上含有0.0005％～0.01％。
(4)如(1)～(3)中任意一項所述的擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板，其中，以質量％計，進而含有Mg0.0005％～0.01％。
(5)如(1)～(4)中任意一項所述的擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板，其中，以質量％計，進而含有Cu0.1％～1.5％、Ni0.1％～1.0％的1種或2種或以上。
(6)一種(1)～(5)中任意一項所述的擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板的制造方法，其特征在于，將軋制結束溫度設為從Ar3相變點到950℃，熱軋結束后，以20℃/sec或以上的冷卻速度冷卻至650～800℃，接下來冷卻0.5秒～15秒，然后進一步以20℃/sec或以上的冷卻速度冷卻至300～600℃，然后再卷起來。


圖1是表示相對于抗拉強度的、影響延展率的本發(fā)明鋼的效果的表。
圖2是表示相對于抗拉強度的、影響擴孔比的本發(fā)明鋼的效果的表。
具體實施例方式
在高強度熱軋鋼板中，眾所周知，伴隨著高強度化，延展率、擴孔性都會惡化；另外，擴孔性和延展性表示的是相反的傾向也為人所熟知。為了解決上述課題，本發(fā)明者們進行了銳意研究，結果發(fā)現(xiàn)通過規(guī)定C、Mn、Ti的成分范圍，就可以實現(xiàn)高強度而且改善延展率和擴孔性，從而完成了本發(fā)明。即，它是這樣的發(fā)明通過使TiC的析出強化的最大限度的利用和由Mn、C帶來的組織強化對材質產生的影響明確化，來導出關系式，解決上述課題。
下面，對鋼組成的各元素的規(guī)定原因進行說明。
C為0.01～0.09％。C是析出碳化物、確保強度所必需的元素，如果不足0.01％，則難以確保所希望的強度。另一方面，由于如果超過0.09％，不但強度上升的效果消失，延展性反而會惡化，因此上限定為0.09％。由于C是使擴孔性惡化的元素，因此優(yōu)選為0.07％或以下。
Si不但是通過固溶強化而使強度上升的元素，為了抑制有害的碳化物的生成，促進鐵素體的生成，提高延展，也是非常重要，由此可以使強度和延展性二者并存。為了得到這樣的作用，必須添加0.05％或以上。然而，如果增加添加量，就會伴隨著出現(xiàn)由Si垢而引起的除垢性、化學轉換處理性低下，因此將上限定為1.5％。另外，將Si的范圍定為0.9～1.3％時，可以有效地使擴孔性和延展性二者并存，因而優(yōu)選。
Mn是本發(fā)明中重要的元素之一，而且是確保強度所必需的元素，但是因為會使延展率惡化，因此只要可以確保強度即可，最好減少添加量。尤其是如果大量添加超過3.2％，則容易引起顯微偏析、宏觀偏析，使擴孔性嚴重惡化，因此將上限定為3.2％。尤其是在重視延展率的情況下，優(yōu)選為3.0％或以下。另一方面，Mn具有使對擴孔性有害的S成為Mn而使其無害化的作用。為了發(fā)揮該效果，必須添加0.5％或以上。
Al作為脫氧劑非常有效，與Si相同，抑制有害的碳化物的生成，促進鐵素體的生成，提高延展，因此非常重要，由此可以使強度和延展性二者并存。作為脫氧劑來使用時需要添加0.003％或以上。另一方面，如果超過1.5％，則延展性改善效果就會飽和，因此將上限定為1.5％。然而，大量地添加會降低鋼的純度，因此優(yōu)選為0.5％或以下。
P會固溶在鐵素體中降低其延展性，因此其含量定為0.03％或以下。另外，S會生成MnS，并作為破壞的起點而起作用，顯著降低擴孔性、延展性，因此將其定為0.005％或以下。
Ti是在本發(fā)明中最重要的元素之一，是在通過TiC的析出確保強度的方面非常有效的元素。另外，與Mn相比延展率的惡化也很少，因此可以有效地使用。為了達到該效果，需要添加0.10％或以上。另一方面，如果過量添加，則在熱軋加熱過程中TiC的析出就會加劇，因此不會對強度有幫助，因此根據現(xiàn)行的加熱溫度上限，將添加量的上限定為0.25％或以下。
Nb與Ti的添加相同，在通過析出NbC確保強度的方面是非常有效的元素。另外，與Mn相比，延展率的惡化也很少，因此可以有效地使用。為了達到該效果，需要添加0.01％或以上。然而，由Nb的添加產生的強度提高效果在添加超過0.05％時就會飽和，因此將上限定為0.05％。
Mo與Mn相同，是有助于強度提高的元素，但因為會使延展率惡化，因此只要可以確保強度即可，最好減少添加量。尤其是如果超過0.40％，則延展性的降低會很大，因此將上限定為0.40％。另一方面，通過代替Mn的一部分而添加，可以緩和Mn偏析。為了達到該效果，需要添加0.05％或以上。
V與Mo、Mn相同，是有助于強度提高的元素，但因為會使延展率惡化，因此只要可以確保強度即可，最好減少添加量。進而，如果超過0.10％，則會有鑄造時產生破裂的危險，因此將上限定為0.10％。另一方面，通過代替Mn的一部分而添加，可以緩和Mn偏析。為了達到該效果，需要添加0.001％或以上。
Ca、Zr、REM是控制硫化物類夾雜物的形態(tài)，對于擴孔性的提高有效的元素。為了使該形態(tài)控制效果有效，優(yōu)選將Ca、Zr、REM的1種或2種或以上添加0.0005％或以上。另一方面，如果大量地添加，則不但會引起硫化物類夾雜物的粗大化，使純度惡化，降低延展性，而且或引起成本的上升，因此將上限定為0.01％。
本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)如果添加Mg，其雖然會與氧相結合生成氧化物，但是此時形成的MgO或含有MgO的Al2O3、SiO2、MnO、Ti2O3復合氧化物的微細化，與沒有添加Mg的以往鋼相比，各自的氧化物的顆粒很小，且處于均勻地分散的分散狀態(tài)。可以認為雖然不明顯，但是在鋼中細微地分散的這些氧化物在沖孔加工時形成微小的空穴(ボィド)，會有助于應力的分散，抑制應力集中，因此具有抑制粗大裂紋的產生的效果，并具有提高擴孔性的效果。然而，如果不足0.0005％，則該效果不充分。另一方面，如果含有量超過0.01％，改善效果就會飽和，只會增加成本，因此將上限定為0.01％。
Cu、Ni是提高淬火性的元素，不但可以進行組織控制，而且尤其是通過在冷卻速度低的時候添加，會有確保第2相分率，容易獲得強度的效果。為了使該效果有效，優(yōu)選添加0.1％或以上的Cu或0.1％或以上的Ni。但是如果過量添加就會促進延展性的惡化，因此將Cu的上限定為1.5％，Ni的上限定為1.0％。
作為不可避免的元素，例如即使含有N0.01％或以下、Cu不到0.1％、Ni不到0.1％、Cr0.3％或以下、Mo不到0.05％、Co0.05％或以下、Zn0.05％或以下、Sn0.05％或以下、Na0.02％或以下、B0.0005％或以下，也沒有脫離本發(fā)明。
本發(fā)明者們?yōu)榻鉀Q上述課題進行了銳意研究，結果發(fā)現(xiàn)通過規(guī)定C、Mn、Ti的成分范圍，就可以實現(xiàn)高強度而且改善延展率和擴孔性。即，通過使TiC的析出強化的最大限度的利用和由Mn、C帶來的組織強化對材質產生的影響明確化，來導出下面所示的3個關系式。下面進行說明。
如果C的添加量比Ti少，則由于固溶Ti的增加，延展率也會惡化，因此定為0.9≤48/12×C/Ti。另一方面，如果C比Ti高出太多，則在熱軋加熱中會析出TiC，無法得到強度上升的效果，而且會伴隨著產生由第2相中的C量的增加而引起的擴孔性的惡化。從而，定為48/12×C/Ti＜1.7。即，必需滿足式<1>。尤其是在重視擴孔性的情況下，優(yōu)選1.0≤48/12×C/Ti＜1.3。
0.9≤48/12×C/Ti＜1.7 <1>
由于伴隨著Mn的添加量的增加，鐵素體生成受到抑制，因此第2相分率增大，強度的確保變得容易，但是會引起延展率的低下。另一方面，C使第2相硬化，雖然會伴隨有擴孔性的惡化，但是改善了延展率。因此，為了確保超過980N/mm2所要求的延展率，必須滿足式<2>。
50227×C-4479×Mn＞-9860 <2>
此時，由于Mo、V的效果由各自的原子當量來決定，因此在添加Mo、V的條件下，式<2>變?yōu)槭?amp;lt;2>’。
50227×C-4479×(Mn+0.57×Mo+1.08×V)＞-9860 <2>’為了確保加工性，必須滿足上述2個式子。如果是780N/mm2水平的鋼板，則比較容易在確保強度的同時滿足上述2個式子，但是為了確保超過980N/mm2的強度，不得不添加使擴孔性惡化的C、使延展率惡化的Mn，為了確保超過980N/mm2的強度，必須在滿足上述2個式子的同時，將成分調整在滿足式子<3>的范圍內。
811×C+135×Mn+602×Ti+794×Nb＞465 <3>
此時，由于Mo、V的效果由各自的原子當量來決定，因此在添加Mo、V的條件下，式<3>變?yōu)槭?amp;lt;3>’。
811×C+135×(Mn+0.57×Mo+1.08×V)+602×Ti+794×Nb＞465 <3>’在通過熱軋來制造高強度熱軋鋼板的時候，為了抑制鐵素體的產生，得到良好的擴孔性，精軋結束溫度必須設為Ar3相變點或以上。然而，當設為過高的高溫時，會導致由組織的粗大化引起的強度和延展性的低下，因此精軋結束溫度必須設為950℃或以下。
為了得到較高的擴孔性，重要的是要在軋制結束后馬上使鋼板急速冷卻，該冷卻速度必需為20℃/sec或以上。這是由于如果不到20℃/sec，則難以抑制對擴孔性有害的碳化物的形成。
然后，在本發(fā)明中暫時停止鋼板的急速冷卻，進行空冷。這能夠使鐵素體析出而使其含有量增加，提高延展性，因此是很重要的。然而，如果空冷開始溫度不到650℃，就會提早產生對擴孔性有害的珠光體。另一方面，如果空冷開始溫度超過800℃，鐵素體的生成就會很緩慢，不但難以得到空冷的效果，而且容易引起在其后的冷卻中的珠光體的產生。因而，將空冷開始溫度設為650℃～800℃。另外，如果空冷時間超過15秒，則不但鐵素體的增加達到飽和，而且會給其后的冷卻速度、卷取溫度的控制增加負擔。因而，空冷時間定為15秒或以下。另外，如果空冷時間不到0.5秒，鐵素體的生成就會不充分，因此無法達到改善延展率的效果?？绽浜?，再次使鋼板急速冷卻，其冷卻速度仍然要為20℃/sec或以上。這是由于如果不足20℃/sec，則容易生成有害的珠光體。
該冷卻的停止溫度，即卷取溫度定為300～600℃。這是由于如果卷取溫度不到300℃，就會產生對擴孔性有害的堅硬的馬氏體；另一方面，如果超過600℃，就容易生成對擴孔性有害的珠光體、滲碳體。
通過上述的成分和熱軋條件的組合，就可以制造出加工性優(yōu)異的、具有超過980N/mm2的強度的高強度熱軋鋼板。進而，即使在本發(fā)明鋼板的表面進行表面處理(例如鍍鋅等)，也具有本發(fā)明的效果，并沒有脫離本發(fā)明。
實施例接下來根據實施例對本發(fā)明進行說明。
熔煉表1和表2(表1續(xù))所示的成分的鋼，按照通常的方法，由連續(xù)鑄造制成板坯。標號A～Z是具有本發(fā)明的成分的鋼，標號a的鋼的Mn添加量在本發(fā)明的范圍之外，標號b的鋼的Ti添加量在本發(fā)明的范圍之外，標號d的鋼的C添加量在本發(fā)明的范圍之外。另外，c的鋼的式子<1>和式子<2>的值在本發(fā)明的范圍之外。將這些鋼在加熱爐中加熱到1250℃或以上的溫度，通過熱軋而得到板厚為2.6～3.2mm的熱軋鋼板。對于熱軋條件，在表3和表4(表3續(xù))中表示。
在表3和表4(表3續(xù))中，C3是卷取溫度，J2是空冷開始溫度，P3是完成溫度，S3卷取溫度在本發(fā)明的范圍外。
對于這樣所得到的熱軋鋼板，進行了通過JIS5號片進行的拉伸實驗、擴孔實驗。擴孔性由在用60°的圓錐沖頭對直徑10mm的沖孔進行擴孔，裂紋貫通板厚的時候的孔徑(d)與初始孔徑(d010mm)的擴孔比λ＝(d-d0)/d0×100來評價。
各實驗片的的抗拉強度TS、延展率E1、擴孔比λ在表3和表4(表3續(xù))中表示。另外，在圖1中表示強度和延展率的關系，在圖2中表示強度和擴孔比之間關系。可以看出，本發(fā)明鋼與比較鋼相比延展率或擴孔比有所提高。這樣，可以看出，本發(fā)明的鋼板的擴孔比、延展性都很優(yōu)異。
表1

*Ar3＝900-510C+28Si-50Mn+229Ti下劃線表示在本發(fā)明的范圍之外。
表2(表1續(xù))

*Ar3＝900-510C+28Si-50Mn+229Ti下劃線表示在本發(fā)明的范圍之外。
表3

下劃線表示在本發(fā)明的范圍之外。
表4(表3續(xù))

下劃線表示在本發(fā)明的范圍之外。
工業(yè)應用前景如上面所詳述，根據本發(fā)明，就可以經濟地提供抗拉強度為980N/mm2或以上的高強度，且擴孔性、延展性二者并存的高強度熱軋鋼板，因此本發(fā)明適合作為具有很高的加工性的高強度熱軋鋼板。另外，本發(fā)明的高強度熱軋鋼板可以實現(xiàn)車體的輕量化、部件的一體成形化、加工工序的合理化，而且可以實現(xiàn)燃油利用率的提高、制造成本的降低，有很大的工業(yè)價值。
權利要求
1.一種擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板，其特征在于它是以質量％計含有C0.01％～0.09％Si0.05％～1.5％Mn0.5％～3.2％Al0.003％～1.5％P0.03％或以下S0.005％或以下Ti0.10％～0.25％Nb0.01％～0.05％；進而滿足0.9≤48/12×C/Ti＜1.7 <1>50227×C-4479×Mn＞-9860 <2>811×C+135×Mn+602×Ti+794×Nb＞465 <3>中任意一個式子，而且其余由鐵和不可避免的雜質構成的高強度熱軋鋼板，強度為980N/mm2或以上。
2.一種擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板，其特征在于它是以質量％計含有C0.01％～0.09％Si0.05％～1.5％Mn0.5％～3.2％Al0.003％～1.5％P0.03％或以下S0.005％或以下Ti0.10％～0.25％Nb0.01％～0.05％；進而含有Mo0.05％～0.40％、V0.001％～0.10％的1種或2種；進而滿足0.9≤48/12×C/Ti＜1.7 <1>’50227×C-4479×(Mn+0.57×Mo+1.08×V)＞-9860 <2>’811×C+135×(Mn+0.57×Mo+1.08×V)+602×Ti+794×Nb＞465<3>’中任意一個式子，而且其余由鐵和不可避免的雜質構成的高強度熱軋鋼板，強度為980N/mm2或以上。
3.如權利要求1或2所述的擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板，其中，以質量％計，進而將Ca、Zr、REM的1種或2種或以上含有0.0005％～0.01％。
4.如權利要求1～3中任意一項所述的擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板，其中，以質量％計，進而含有Mg0.0005％～0.01％。
5.如權利要求1～4中任意一項所述的擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板，其中，以質量％計，進而含有Cu0.1％～1.5％、Ni0.1％～1.0％的1種或2種或以上。
6.一種權利要求1～5中任意一項所述的擴孔性和延展性優(yōu)異的高強度熱軋鋼板的制造方法，其特征在于，將軋制結束溫度設為從Ar3相變點到950℃，熱軋結束后，以20℃/sec或以上的冷卻速度冷卻至650～800℃，接下來冷卻0.5秒～15秒，然后進一步以20℃/sec或以上的冷卻速度冷卻至300～600℃再卷起來。
全文摘要
本發(fā)明以沖壓加工的汽車底盤周圍的部件等為對象，提供具有1.0～6.0mm左右的板厚、980N/mm
文檔編號C22C38/16GK1759198SQ20038011019
公開日2006年4月12日 申請日期2003年12月26日 優(yōu)先權日2003年3月24日
發(fā)明者岡本力, 谷口裕一, 福田修史 申請人:新日本制鐵株式會社