高强度热轧钢板及其制造方法

专利名称：高强度热轧钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车的驾驶室加强部件等且具有780MPa以上的拉伸强度的高强度热轧钢板，特别涉及一种拉伸性和放边性优良的高强度热轧钢板及其制造方法。
背景技术：
以往，对于汽车的驾驶室加强部件，从成形性的观点出发没有使用热轧钢板。但是，近年，随着对成本低成形性高的钢板的需求增加，一直在探讨对这样的部件使用廉价的热轧钢板。特别是，与冷轧钢板相比表面特性差的热轧钢板对于从外部看不见的这样的部件是适合的。另外，对于前纵梁等的耐冲撞部件，使用具有440-590MPa的拉伸强度的热轧钢板的情形在增加，但进一步要求高强度化。
在使热轧钢板适用于这样的部件的时候，作为其特性，需要780MPa以上的高拉伸强度和优良的拉伸性和放边性。特别是对于放边性，需要使作为其指标的扩孔率为60％以上。
以达到提高拉伸性为目的，在特开平7-62485号公报中公开有，在母相的铁素体中分散硬质的残余奥氏体的第二相的复合组织钢板。但是，使用此钢板，由于母相的铁素体和第二相的残余奥氏体的硬度差大，因而得不到优良的放边性。
在特开平9-263885号公报中提出一种使母相的铁素体析出强化，缩小与第二相的马氏体的硬度差，提高拉伸性和放边性的复合组织钢板。但是，此钢板的拉伸强度不到780MPa，对于汽车的驾驶室加强部件及耐冲撞部件是不合适的。
作为拉伸强度超过780MPa的复合组织钢板，在特开平5-179396号公报中提出一种使母相的铁素体析出强化，缩小第二相的马氏体或残余奥氏体的体积率以达到提高放边性的钢板。使用该钢板，可降低C当量，可改善点焊性及疲劳特性，但扩孔率至多不过46％，作为汽车的驾驶室加强部件及复杂的形状的耐冲撞部件使用，不能说放边性是充分的。

发明内容
本发明的目的在于提供一种具有780MPa以上的拉伸强度、优良的拉伸性、和扩孔率60％以上的优良的放边性的高强度热轧钢板。
此目的能够由具下述组成的高强度热轧钢板达到其具有以质量％计含有C0.04-0.15％、Si1.5％以下、Mn0.5-1.6％、P0.04％以下、S0.005％以下、Al0.04％以下、Ti0.03-0.15％、Mo0.03-0.5％，余量由铁和不可避免的杂质构成的化学组成，并具有由存在析出物的铁素体、贝氏体和/或马氏体所构成的第二相、此外的其它相构成的组织，并且存在析出物的铁素体的比例为40-95％、其它相的比例是5％以下。
另外，此高强度热轧钢板能够通过如下的高强度热轧钢板的制造方法来制造，该高强度热轧钢板的制造方法具有将上述的成分组成的钢板坯加热到1150-1300℃的工序、对加热后的钢板坯以Ar3相变点以上的终轧温度进行热轧制成钢板的工序、将热轧后的钢板以20℃/s以上的平均冷却速度一次冷却至700-850℃的温度区域的工序、对一次冷却后的钢板在680℃以上的温度区域保持超过1s的时间的工序、将保持后的钢板以30℃/s以上的平均冷却速度二次冷却至550℃以下的温度区域并进行卷取的工序。
具体实施例方式
本发明者等，对可以适用作汽车的驾驶室加强部件及耐冲撞部件的高强度热轧钢板进行了研究，而得到以下的结果。
a)使组织由存在析出物的铁素体、第二相和其它相构成，其中，第二相由贝氏体和/或马氏体构成，其它相由此外的不存在析出物的铁素体、珠光体、残余奥氏体等构成，并且使存在析出物的铁素体的比例为40-95％，其它相的比例为5％以下时，可以得到780Mpa以上的拉伸强度、优良的拉伸率、和扩孔率60％以上的优良的放边性。
b)存在于铁素体中的析出物包含Ti和Mo，其平均粒径为20nm以下、平均间隔60nm以下时，能够使铁素体更加高强度化，能够更加缩小铁素体和第二相的硬度差，可得到更优良的放边性。
本发明是基于上述见解而开发的发明，以下说明其详情。
1)化学组成CC为了得到780Mpa以上的拉伸强度需要为0.04％以上，但超过0.15％时第二相增加、放边性变差。从而，C为0.04-0.15％，优选为0.04-0.1％，更优选为0.05-0.08％。
SiSi对于提高拉伸率和放边性是有效的。但是，Si超过1.5％时表面特性显著变差，同时耐腐蚀性也变差。另外，热轧时的变形阻力增加，不到1.8mm板厚的钢板的制造变得困难，从而，Si为1.5％以下，优选为1.2％以下，更优选为0.3-0.7％。
MnMn为了得到780Mpa以上的拉伸强度需要为0.5％以上，但超过1.6％时焊接性显著变差。从而，Mn为0.5-1.6％，优选为0.8-1.4％。
PP超过0.04％时向原奥氏体(γ)晶界偏析，低温韧性显著变差，同时钢板的各相异性变大其加工性显著下降。从而，P为0.04％以下，优选为0.025％以下，更优选为0.015％以下。
SS超过0.005％时向原γ晶界偏析，作为MnS析出，由于低温韧性显著变差，所以对于用于寒冷地区的汽车用的钢板不合适。从而，S为0.005％以下，优选为0.003％以下。
AlAl作为钢的脱氧剂而添加，是对提高钢的纯度有用的元素。为了得到这样的效果，使Al含有0.001％以上是理想的，但超过0.04％时大量地形成夹杂物，成为构成表面瑕疵的原因。从而，Al为0.04％以下。
TiTi由于在铁素体中析出而使铁素体强化，所以在达到780Mpa以上的拉伸强度方面是重要的元素。另外，由于使铁素体强化，所以能够使铁素体和硬质的第二相的硬度差变小，提高放边性。为此，需要使Ti含有0.03％以上，但超过0.15％时其效果饱和，导致成本增加。从而，Ti为0.03-0.15％，优选为0.05-0.12％。
MoMo作为碳化物析出，在使铁素体强化方面是非常有效的元素。不含Mo时，要达到780Mpa以上的拉伸强度是困难的。另外，由于使铁素体强化，所以能够使铁素体和硬质的第二相的硬度差变小，提高放边性。为此，需要使Mo含有0.03％以上，但超过0.5％时其效果饱和，导致成本增加。从而，Mo为0.03-0.5％。
2)组织如上所述，为了得到对汽车的驾驶室加强部件及耐冲撞部件所希望的拉伸性及放边性，使钢板的组织为由存在析出物的铁素体、贝氏体和/或马氏体所构成的第二相、及此外的不存在析出物的铁素体、珠光体及残余奥氏体等的其它相构成的组织，并且需要使存在析出物的铁素体的比例为40-95％、其它相的比例为5％以下。
存在析出物的铁素体的比例在不到40％时硬质的第二相变得过多，超过95％时硬质的第二相变得过少。无论怎样的情形都导致拉伸性下降。
在这里，存在析出物的铁素体是指在晶粒内存在能够用透射电子显微镜(TEM)等观察且具有析出强化能的微细的析出物的铁素体。另外，存在析出物的铁素体的比例，可如下述那样求得。
即，首先，从钢板的板厚方向1/4的位置采取3个TEM用的试样，用100万倍的倍率进行TEM观察，求得观察到析出物的铁素体对于全部铁素体的面积率。接着，在研磨钢板截面后，用3％硝酸乙醇腐蚀液进行浸蚀，通过光学显微镜以400倍对板厚方向1/4的位置进行观察，通过图像处理求得铁素体的面积率。并且，令由TEM观察求得的观察到析出物的铁素体相对全部铁素体的面积率和由光学显微镜求得的铁素体的面积率的积为存在析出物的铁素体的比例。
除去存在析出物的铁素体的余量是由贝氏体和/或马氏体构成的第二相和不存在析出物的铁素体、珠光体、残余奥氏体等的其它相，但需要使其它相的比例为5％以下，优选为3％以下。
在铁素体中存在包含Ti和Mo的析出物，使该析出物的平均粒径为20nm以下，优选为10nm以下，使平均间隔为60nm以下，优选为40nm以下时，用纳米硬度计测定的铁素体的硬度为3-8GPa、由贝氏体和/或马氏体构成的第二相的硬度为6-13GPa，能够缩小铁素体和第二相的硬度差，可得到更优良的拉伸性和放边性。
在铁素体中存在的析出物，通过装备在TEM中的能量分散型X射线分光装置鉴别其组成，通过图像处理将析出物看作圆而求出直径，求出其平均粒径。另外，通过TEM观察，数出存在于300nm见方的区域的析出物个数，测定试样的膜厚，计算数出析出物个数的区域的体积，假定析出物均匀分散来计算析出物的平均间隔。
另外，以本发明的方法制造本发明的钢板时，贝氏体的比例为60％以下，马氏体的比例为35％以下。
在这里，马氏体的比例，在研磨钢板截面后，用将4％苦味酸酒精和2％焦硫酸钠1比1混合的液体进行浸蚀，在板厚方向1/4的位置通过光学显微镜进行观察，通过图像处理测定求得被浸蚀成白色的马氏体的面积率。贝氏体的比例用扫描式电子显微镜以1000倍进行观察，通过图像处理求得。铁素体、贝氏体、马氏体以外的相的种类，由上述扫描式电子显微镜判别。另外，其它相的比例为存在析出物的铁素体、马氏体和贝氏体以外的比例。
铁素体和第二相的硬度，使用Hysitron公司制的纳米硬度计TRIBOSCOPE，使压痕深度为50±20nm地调整负荷，在板厚方向1/4的位置分别测定10个点，对它们取平均值而求得。另外，这时压痕的1边的长度约为350nm。通过这样的纳米硬度计，能够正确地测定以往不可能正确测定的复合组织钢的第二相的硬度。
3)制造方法3.1板坯加热温度(SRT)由上述的成分构成的板坯用连续铸造法或铸锭+开坯法来制造。在该板坯中，在热轧后已经粗大地析出用于使铁素体析出强化的析出物(主要是Ti类碳化物)。由于该粗大的析出物几乎没有强化能，所以在热轧前的板坯加热时暂时熔化，需要在热轧后微细地再析出，因此，需要将板坯加热到1150℃以上。另外，加热超过1300℃时由于组织粗大化，因而拉伸性及放边性变差。从而，SRT为1150℃-1300℃，优选为1200℃-1300℃。
3.2热轧终轧温度在热轧板坯时，在铁素体+奥氏体的二相区域结束轧制时，铁素体中的畸变残留，导致拉伸性的恶化。从而，最终轧制温度即终轧温度需要为成为奥氏体单相区域的Ar3相变点以上。
另外，Ar3相变点受钢板的成分的影响，例如用下述的式(1)表示。
Ar3＝910-203×[C]1/2+44.7×[Si]-30×[Mn]+31.5×[Mo]…(1)在这里，[M]表示元素M的含有量(质量％)。
3.3轧制后的冷却条件被热轧的钢板，为了使存在析出物的铁素体的比例为40％以上，需要以20℃/s以上、优选50℃/s以上的平均冷却速度一次冷却至700-850℃的温度区域，接着在680℃以上的温度区域保持超过1s的时间，优选保持3s以上。在平均冷却速度不到20℃/s及保持温度不到680℃时，铁素体相变的驱动力小，另外在保持时间为1s以下时，铁素体相变时间不足，不能得到存在40％以上的析出物的铁素体。
另外，对于在680℃以上的温度区域保持超过1s的时间，以20℃/s以上的平均冷却速度一次冷却至700-850℃的温度区域后，例如也可以进行空冷。
进而，在铁素体中存在包含Ti和Mo的析出物，为了使该析出物的平均粒径为20nm以下，使平均间隔为60nm以下，优选一次冷却至700-850℃且满足(SRT/3+300)℃以上、(SRT/8+700)℃以下的温度区域。这是因为，由于SRT不同而存在于板坯中的Ti类碳化物的熔化量不同，所以在冷却中析出的析出物的粒径及间隔很大地受到SRT的影响。
在680℃以上的温度区域保持超过1s的时间后，形成由贝氏体和/或马氏体构成的第二相，为了使其它相的比例为5％以下，需要以30℃/s以上、优选50℃/s以上的平均冷却速度二次冷却至550℃以下、优选450℃以下、更优选350℃以下的温度区域后进行卷取。
实施例用转炉熔炼具有表1的化学组成的钢A-U后，以连续铸造制成板坯，在表2-1、2-2的条件下进行热轧，制造出板厚1.4mm的钢板1-34。另外，表1的Ar3点是从上述式(1)求出的值。并且，在上述的方法中，进行了组织及析出物的解析、硬度测定。进而，从与钢板的轧制方向正交的方向采取JIS5号试验片，遵照JIS Z 2241进行拉伸试验，求得拉伸强度(TS)、拉伸性(EL)。另外，为了评价放边性，根据日本钢铁联盟标准JFST 1001进行扩孔试验，测定了扩孔率(λ)。
本发明的目标值是TS≥780MPa、EL≥22％、λ≥60％。
将结果表示在表3-1、3-2中。
在作为发明例的钢板1、5、9、11-13、18-19、21-23、25-26、28-34中，全部是TS≥780MPa、EL≥22％、λ≥60％，可知其强度高、拉伸性及放边性好。
表1

下划线发明范围以外表2-1

下划线发明范围以外表2-2

下划线发明范围以外表3-1

下划线发明范围以外F存在析出物的铁素体，f不存在析出物的铁素体，B贝氏体，M马氏体，P珠光体表3-2

下划线发明范围以外F存在析出物的铁素体，f不存在析出物的铁素体，B贝氏体，M马氏体，P珠光体
权利要求
1.一种高强度热轧钢板，具有以质量％计含有C0.04-0.15％、Si1.5％以下、Mn0.5-1.6％、P0.04％以下、S0.005％以下、Al0.04％以下、Ti0.03-0.15％、Mo0.03-0.5％，余量由铁和不可避免的杂质构成的化学组成，并具有由存在析出物的铁素体、贝氏体和/或马氏体构成的第二相、和前述以外的其它相构成的组织，并且存在所述析出物的铁素体的比例为40-95％，所述其它相的比例是5％以下。
2.如权利要求1所述的高强度热轧钢板，存在于铁素体中的析出物包含Ti和Mo，所述析出物的平均粒径为20nm以下，平均间隔为60nm以下。
3.一种高强度热轧钢板的制造方法，其具有如下工序将具有以质量％计含有C0.04-0.15％、Si1.5％以下、Mn0.5-1.6％、P0.04％以下、S0.005％以下、Al0.04％以下、Ti0.03-0.15％、Mo0.03-0.5％，余量由铁和不可避免的杂质构成的化学组成的钢板坯加热到1150-1300℃的温度区域的工序；对所述加热后的钢板坯以Ar3相变点以上的终轧温度进行热轧而制成钢板的工序；将所述热轧后的钢板以20℃/s以上的平均冷却速度一次冷却至700-850℃的温度区域的工序；对所述冷却后的钢板在680℃以上的温度区域保持超过1s时间的工序；和将所述保持后的钢板以30℃/s以上的平均冷却速度二次冷却至550℃以下的温度区域并进行卷取的工序。
4.如权利要求3所述的高强度热轧钢板的制造方法，将热轧后的钢板一次冷却至700-850℃且满足(SRT/3+300)℃以上、(SRT/8+700)℃以下的温度区域，在这里，SRT表示钢板坯的加热温度。
全文摘要
本发明提供一种高强度热轧钢板，具有如下的化学组成以质量％计含有C0.04－0.15％、Si1.5％以下、Mn0.5－1.6％、P0.04％以下、S0.005％以下、Al0.04％以下、Ti0.03－0.15％、Mo0.03－0.5％，余量由铁和不可避免的杂质构成，并具有由存在析出物的铁素体、由贝氏体和/或马氏体构成的第二相和此外的其它相构成的组织，并且存在析出物的铁素体的比例为40－95％、其它相的比例是5％以下。本发明的高强度热轧钢板，例如板厚为1.4mm时，具有780MPa以上的拉伸强度、22％以上的拉伸性、60％以上的扩孔率，适用于汽车的驾驶室加强部件及耐冲撞部件。
文档编号C21D9/46GK1756853SQ20048000555
公开日2006年4月5日 申请日期2004年4月21日 优先权日2003年4月21日
发明者仮屋房亮, 高木周作, 清水哲雄, 妻鹿哲也, 坂田敬, 高桥宽 申请人:杰富意钢铁株式会社