专利名称：拉伸折边特性优良的高张力冷轧钢板及熔融镀锌钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及抗拉强度(以下用T.S.表示)为40kgf/mm2以上，而且延展性，特别是拉伸折边特性(伸びフランジ特性)优良的冷轧钢板、熔融镀锌钢板，以及它们的制造方法。
T.S.超过40kgf/mm2的高张力冷轧钢板，例如在汽车工业中为了提高安全性、以轻量化来减少燃料费用，以及强化防锈，而对使用高张力冷轧钢板的熔融镀锌钢板的要求更高。此外，在建材用途中，希望建筑材料薄壁化以降低成本，因此对高张力冷轧钢板也有很高的要求。
这种高张力钢板，在上述诸用途中，不言而喻也应该满足所希望的压力加工等加工性。
试图满足这些要求的技术，有特开昭57-63634号和56-13437号公报公开的以Mn-Si钢为原材的制造方法，但这种方法主要是靠固溶强化处理使之高张力化，要大量添加有利于高强度化的Si，因而导致表面性质，化学转化性以及镀敷性方面都产生问题。
其它作为不取决于合金成分的方法，如特开照60-33318号公报所述，利用恢复退火组织的方法，但有材质不稳定，延展性低，而且面内各向异性大等方面的问题，以致于不能低成本大量制造。
本发明涉及一种T.S.超过40kgf/mm2的高张力冷轧钢板以及高张力熔融镀锌钢板，其目的是为解决先有技术存在的问题，提供一种能达到以下条件的拉伸折边特性优异的高张力冷轧钢板，高张力熔融镀锌钢板以及它们的制造方法。
(1)能避免使表面性质恶化且对镀敷性有害的Si添加，而且是低合金系。
(2)改善延展性，特别是拉伸折边特性。
(3)可得到面内各向异性少的稳定材质。
(4)不必特别规定严格的操作条件。
本发明者们为解决上述问题，综合调查各种成分系的钢以及各种制造条件下其材质和组织，调查结果发现，将珠光体等第2相的分率减少，作为再结晶铁素体组织，且使其组织成为均匀微细颗粒时即可得到极优的拉伸折边特性，进而发现这种希望的组织主要是通过将钢的成分和冷轧条件·退火条件最佳组合而得到的。
本发明是以上述发现为基础。
即本发明是一种拉伸折边特性优异的高张力冷轧钢板，其组成是含有C0.03～0.15wt%(以下简单用%表示)、Si0.05%以下，Mn0.5～1.2%、Nb0.005～0.045%及Al0.10%以下，余量为铁和不可避免的杂质组成，且具有平均晶粒径20μm以下的均匀微细再结晶铁素体占95%以上面积的组织。
本发明还涉及拉伸折边特性优异的高张力冷轧钢板的制造方法。其特征在于，将含有C0.03～0.15%、Si0.05%以下，Mn0.5～1.2%、Nb0.005～0.045%及Al0.10%以下，余量为铁和不可避免的杂质所构成的钢作为原材，对该原材进行热轧后，以超过50%的压下率进行冷轧，随后在连续退火线上以5℃/秒以上的加热速度加热，在720℃～780℃的温度范围保持20～60秒进行退火，然后进行冷却。
本发明还涉及一种拉伸折边特性优异的高张力熔融镀锌钢板，其组成为含有C0.03～0.15%、Si0.05%以下，Mn0.5～1.2%、Nb0.005～0.045%以及Al0.10%以下，余量为铁和不可避免的杂质所构成，且具有平均晶粒径20μm以下的均匀微细再结晶铁素体占95%以上面积的组织。
本发明还涉及拉伸折边特性优异的高张力熔融锌钢板的制造方法，其特征在于，将含有C0.03～0.15%、Si0.05%以下，Mn0.5～1.2%、Nb0.005～0.045%及Al0.10%以下、余量为铁和不可避免杂质所构成的钢作为原材，对该原材进行热轧后，以超过50%的压下率进行冷轧，随后在线内退火方式的连续熔融镀锌线上以5℃/秒以上的加热速度加热，在720℃～780℃的温度范围内保持20～60秒进行退火，待其冷却后接着进行镀敷处理。
本发明还涉及拉伸折边特性优异的高张力熔融镀锌钢板的制造方法，其特征在于，将含有C0.03～0.15%、Si0.05%以下、Mn0.5～1.2%、Nb0.005～0.045%及Al0.10%以下、余量为铁和不可避免杂质所构成的钢作为原材，对该原材进行热轧后，以超过50%的压下率进行冷轧，随后在线内退火方式的连续熔融镀锌线上以5℃/秒以上的加热速度加热，在720℃～780℃的温度范围内保持20～60秒进行退火，待其冷却后接着进行镀敷处理，随后进行合金化处理。
首先说明对本发明钢板，将成分组成限定在上述范围内的理由。
C0.03～0.15%C作为强化成分是最有效的，而且价格低因此是希望的成分，但添加量超过0.15%时珠光体等的第2相的分率显著增加，延展性特别是拉伸折边性显著恶化，焊接性也显著恶化。另一方面，C的添加量不足0.03%时，即使添加其它成分也得不到足够的T.S，因此，定为0.03～0.15%范围。
Si0.05%以下Si对钢的强化是有效的，而且对延展性的恶化影响很小，因此从机械性质方面看是希望大量添加的成分，但由于起鳞屑而使表面性质显著恶化，而且不利于镀敷性，因此为了能得到美丽的表面，其含量必需在0.05%以下。
Mn0.5～1.2%Mn是其固溶强化能不会影响C、Si等的有效强化成分。Mn还具有抑制珠光体过度生成及粗大化，使晶粒微细化的作用。为了发挥这些作用，Mn的添加量必须在0.5%以上。另一方面，如果Mn量超过1.2%，则强化作用趋于饱和，而且第2相显示出层状分布的倾向，因此，拉伸折边性恶化，镀敷性也恶化。因此定其范围为0.5～1.2%。
Nb0.005～0.045%Nb的添加及添加量的控制是本发明的重要因素。本发明中，Nb的添加效果最终能得到细微且均匀的再结晶铁素体组织，以致改善强度和延展性特别是拉伸折边特性。认为Nb可能作为碳氮化物折出，带来上述希望的效果，但其详细机理不太清楚。这种理想效果，只能在Nb的添加量超过0.005%才能得到。而超过0.045%，其效果饱和，因此是不经济的。而且，过量添加会导致难以稳定地制钢。因此，其范围定为0.005～0.045%。
Al0.10%以下Al作为脱氧成分且为了钢的净化它是不可欠缺的添加成分。因此Al最好是至少添加0.005%。但是，超过0.10%时，产生氧化铝渣等导致表面缺陷的危险性高，因此定在0.10%以下。
除上述成分外，本发明中作为不可避免的杂质成分，容许N、O及S分别达0.0050%，0.0070%以及0.010%。特别是S，使其降低可显著提高拉伸折边特性。这样就可达到使T.S.超过45kgf/mm2的更高强度。因此，如果想达到高强度，降低S是有利的。
以下说明结晶组织的限定理由。
本发明的目的，如上所述是改善延展性，尤其是拉伸折边特性。
这种特性是将珠光体等之第2相的分率减少，使再结晶铁素体分率为95%以上，而且使其组织成为平均20μm以下的均匀微粒时即可得到极优的拉伸折边特性。
此时，成为拉伸折边裂纹起点的珠光体(特别粗大)的分率越多越不利，而且若再结晶铁素体组织不均匀且粗大同样不利，这是不希望有的，因此，将再结晶铁素体分率定为95%以上，而再结晶的铁素体的平均结晶粒径定为20μm以下。
以下叙述制造条件的限定理由。
由制钢到热轧的工序没有特别的限制，可按照通常使用的方法进行制造。作为代表性的热轧条件，可例举加热温度1280～1180℃，热轧加工温度900～800℃，卷绕温度650～500℃。
至于冷轧，一般来说其压下率高的则有利于再结晶退火后的组织细微化，鉴于这种考虑，将冷轧压下率的下限定为50%。但是，将冷轧压下率提高到必要值以上时，虽然对材质而无害但会带来热轧母板厚度增大的问题。
关于冷轧钢板的连续退火线、和熔融镀锌钢板的线内退火方式的连续熔融镀锌线内退火加热速度，其速度高的对再结晶粒细微化有利，为了得到均匀且细微的再结晶粒，有必要将其规定在5℃/秒以上，希望在10℃/秒以上。而加热速度的上限，鉴于加热设备的设置，技术和经济诸方面的考虑，定为100℃/秒。
退火温度定为720～780℃。低于720℃的低温则再结晶不能充分进行，延伸性降低，拉伸折边性也降低，因此得不到满意的材质。但如果超过780℃则会产生因晶粒成长的软化，这是不希望有的。本发明中，由于添加Nb，Nb的碳氮化物抑制再结晶粒的异常生长，因此可以在较宽的温度范围得到细微再结晶铁素体晶粒组织。
这种退火的保持时间实际上没有也行，但考虑材质的稳定性，保持时间20秒以上是有利的。如果超过60秒则有可能因异常晶粒成长导致材质劣化，因此定为20-60秒。
在本发明之钢板的用途中，作为部件的成型加工后的强度，原板的屈服应力是最重要的，因此往往希望即使少许牺牲成型性也要保证屈服比(Y.R.)在70%以上，为了得到这种高强度和适宜的屈服比，在紧接退火的冷却过程中，最好是在至少700～500℃的温度范围内进行冷却速度为20℃/秒以上的急冷。
熔融镀锌钢板制造中，对退火后的镀敷处理，没有特别的限定，用普通的方法镀敷处理就行。而且，本发明中不问有无合金化处理。这种合金化处理引起的特性变化很小，实质上成为同一材质。
实施例实施例1按照普通方法制得表1所示的各种成分组成的钢坯。
表1
将这些钢坯在表2所示条件下进行热轧，冷轧，随后在连续退火线中进行退火。
对由此得到的钢板，测定相应于钢板抗张特性，拉伸折边特性的侧弯曲(サィドベンド)拉伸特性，评价结果示于表3，抗张试验用JIS 5号试验片评价。关于侧弯曲拉伸特性，根据特公昭50-35438号公报公开的方法评价，将宽40mm，长170mm的条状试验片，特别是制作时每当截断考虑有适当的空隙，而且轻轻地用砂纸加工截断面以供试验，使面内弯曲变形，评价发生裂纹时折边部位的拉伸情况。
表3钢 Y.S. T.S. EL. Y.R. 侧弯曲 第2
由表3可看出，如果是本发明之成分组成范围，尽管是高强度(T.S.≥40kgf/mm2)，也可以获得良好的拉伸(El.)和侧弯曲拉伸，即拉伸折边特性。并可得到合适的屈服比。
实施例2采用具有表1成分组成的钢，在表4所示各种条件下制造冷轧钢板，与实施例1相同，调查抗张特性和侧弯曲拉伸特性，结果示于表5。
表4钢 冷轧压下率 加热速度 退火温度 退火时间 冷却速度 摘要(%) (℃/秒) (℃) (秒) (℃/秒)1 60 12 740 20 25 实施例2 70 10 730 40 27 实施例3 45 10 740 20 30 比较例4 60 3 740 40 22 比较例5 60 20 760 20 32 实施例6 60 12 700 40 28 比较例7 60 12 800 40 30 比较例8 55 15 725 5 25 比较例9 50 15 725 40 30 实施例10 60 5 740 30 30 实施例11 60 12 780 30 25 实施例12 55 10 720 40 25 实施例13 60 10 725 60 20 实施例表5钢 Y.S. T.S. T.R. El. 侧弯曲 第2相的 平均铁素体kgf/mm2kgf/mm2% % 拉伸% 分率% 结晶粒径μm1 39 47 83 38 ＞60 1.8 192 38 46 83 39 ＞60 1.7 173 66 71 93 9 20 2.1 244 38 40 95 38 ＞60 3.2 235 39 47 83 36 ＞60 2.1 196 55 65 85 12 28 1.8 一部份未再结晶7 33 35 94 35 ＞60 3.1 228 49 56 87 19 30 3 一部份未再结晶9 37 46 80 38 ＞60 2.2 1710 40 48 83 38 ＞60 1.7 1711 37 46 80 38 ＞60 1.5 1712 40 49 81 37 ＞60 2.2 1713 39 46 85 38 ＞60 1.5 17由表5清楚地看出，如果在本发明之制造条件范围内，可以得到良好的强度一拉伸兼顾和拉伸折边特性。
实施例3为了调查组织对延展性、拉伸折边特性的影响，采用表6所示成分及制造条件下制得的供试验用钢材，改变组成和处理条件，调查它们的相应关系，结果示于表7。
由表7可看出，通过适当控制第2相的分率，再结晶铁素体平均粒径、再结晶铁素体面积率，则可以得到良好的材料。对比例中，5的T.S.在40kgf/mm2以下，拉伸、侧弯曲拉伸特性良好，但铁素体平均粒径超过20μm，不能说是满意的材质。
表7钢 第2相和 铁素体平均粒径 再结晶铁素体 E1. 侧弯曲拉伸其分率(%) (μm) 面积率(%) % (%)1 珠光体＜2% 14 98 38 ＞602 同上 17 ～100 38 ＞603 同上 18 90 30 314 珠光体7% 14 93 32 365 珠光体6% 23 94 33 ＞60实施例4按照通常方法制得表1所示各种成分组成的钢坯。将这些钢坯在表8所示条件下进行热轧、冷轧，随后在线内退火方式的连续熔融镀锌线上进行退火，接着进行镀敷处理、合金化处理，从而制得合金化熔融镀锌钢板。
对由此制得的钢板，测定其相应于拉伸特性、拉伸折边特性的侧弯曲拉伸特性，表9示出其评价结果。拉伸试验是用JIS 5号试验片，也是对侧弯曲拉伸特性，进行实施例1同样的评价。
表9钢 Y.S. T.S. Y.R. El. 侧弯 其它 第2 平均 摘要kgf/mm2kgf/mm2% % 曲拉相的铁素伸% 分率% 体粒径μmA 39 45 87 38 ＞60 3 15 实施例B 38 46 83 37 ＞60 4 17 实施例C 40 48 83 34 ＞60 2 15 实施例D 33 35 94 35 57 ＜1 28 比较例E 35 48 73 33 44 9 13 比较例F 41 42 98 25 44 3 26 比较例G 38 45 84 34 51 2 12 比较例H 39 43 91 29 49 多处不镀 3 12 比较例I 34 38 89 24 59 7 25 比较例J 38 45 84 36 ＞60 5 12 实施例K 38 47 81 37 ＞60 4 15 实施例L 38 46 83 37 ＞60 4 15 实施例M 40 48 83 36 ＞60 4 13 实施例N 40 46 87 37 ＞60 2 14 实施例O 41 48 85 34 ＞60 3 12 实施例P 41 48 85 36 ＞60 3 13 实施例由表9可清楚地看到，如果是本发明之成分组成范围，尽管是高强度(T.S.≥40kgf/mm2)，也可得到良好的拉伸(El.)和侧弯曲拉伸，即拉伸折边特性。
实施例5采用具有表1成分组成的A钢，在表10所示各条件下，制造合金化熔融镀锌钢板及非合金化的熔融镀锌钢板，与实施例1相同，调查拉伸特性和侧弯曲拉伸特性，结果示于表11。
表10冷轧压 加热速度 退火 退火 冷却速度 有无合金 摘要下率(%) (℃/秒) 温度 时间 (℃/秒) 化处理(℃) (秒)1 60 12 740 20 30 有·无 实施例2 70 10 730 40 30 有 实施例3 45 10 740 20 35 有 比较例4 60 3 740 40 20 有 比较例5 60 20 760 20 30 有·无 实施例6 60 12 700 40 29 有 比较例7 60 12 800 40 30 有 比较例8 55 15 725 5 27 有 比较例9 50 15 725 40 30 有 实施例10 60 5 740 30 30 有 实施例11 60 12 780 30 25 有 实施例12 55 10 720 40 20 有 实施例13 60 10 725 60 25 有 实施例表11钢 Y.S. T.S. Y.R. El. 侧弯曲 第2相的 平均铁素体kgf/mm2kgf/mm2% % 拉伸% 分率% 结晶粒径μm1 38 46 83 39 ＞60 1.5 182 38 46 83 38 ＞60 1.5 173 65 70 93 8 20 2 254 38 40 95 39 ＞60 3 235 39 47 83 37 ＞60 2 186 55 65 85 12 28 1.5 一部份未再结晶7 33 35 94 36 ＞60 3 228 48 55 87 18 30 3 一部分未再结晶9 37 46 80 37 ＞60 2.0 1810 38 46 83 38 ＞60 1.5 1711 37 46 80 39 ＞60 1.5 1812 38 47 81 38 ＞60 2.0 1713 39 46 85 38 ＞60 1.5 17由表11可清楚地看出，如果在本发明的制造条件范围内，则可以得到良好的强度-拉伸兼顾和拉伸折边特性。有无合金化处理对材质的影响很小，实质上成为同一材质。
实施例6为了调查组织对延展性，拉伸折边特性的影响，采用表12所示成分及制造条件下制得的供试验用钢材，改变组成和处理条件，调查它们的相应关系，结果示于表13。
由表13可看出，通过适当控制第2相的分离、再结晶铁素体平均粒径和再结晶铁素体面积率，则可以得到良好的材质。对比例中，5的T.S.在40kgf/mm2以下，拉伸，侧弯曲拉伸特性良好，但铁素体粒经超过20μm，不能说是满意的材质。
表13钢 第2相和 铁素体平均粒径 再结晶铁素体 El. 侧弯曲拉伸其分率(%) (μm) 面积率(%) % (%)1 珠光体＜2% 15 98 39 ＞602 同上 18 ～100 37 ＞603 同上 18 90 31 304 珠光体8% 15 92 31 355 珠光体7% 25 93 34 ＞60实施例7采用表14所示成分系的钢，进行热轧加工温度为800～850℃的热轧和冷轧压下率为65%的冷轧之后，以10℃/秒加热且施以740℃下30秒的均热退火，继而进行镀敷处理和进一步的合金化处理后，按照实施例1方法调查拉伸折边特性。
表14化学成分(%)钢 C Si Mn Nb Al N O SQ 0.07 0.02 0.85 0.010 0.025 0.020 0.010 0.010R 0.08 0.02 0.80 0.012 0.035 0.025 0.015 0.007S 0.07 0.01 0.75 0.010 0.020 0.025 0.010 0.005T 0.07 0.02 0.75 0.012 0.025 0.025 0.010 0.003U 0.08 0.01 0.85 0.012 0.025 0.025 0.010 0.001在该试验中，其条件应比实施例1更严格，截断时的间隙比通常的更大，而且完全不进行端面处理以供试验，其结果示于表15。
表15钢 侧弯曲拉伸Q 55%R 57%S ＞60%T ＞60%U ＞60%表15中，钢Q的侧弯曲拉伸为55%，该值比以前的钢材好得多，但进一步降低S则能进一步改善该特性。表15中，＞60%则表示试验片挤过夹具间不发生裂纹状态，表示具有极优侧弯曲拉伸特性(拉伸折边特性)。
本发明涉及一种与以前不同的高强度且延展性、拉伸折边性优异的高张力冷轧钢板，以及溶融镀锌钢板。以前，作为T.S.为40kgf/mm2以上的高张力钢板，多数因欠缺拉伸折边性而产生裂纹，而且很难得到像汽车等部件那样要求成型加工后能保持足够的强度且具有高屈服比的材料。而且在熔融镀锌钢板进行表面处理时，成为高强度化及镀敷性等的障碍。而本发明由于合适地使用了细微而均匀的铁素体相，因而解决了这种问题。主要可用作汽车用强度部件的防锈钢板。
权利要求
1.一种拉伸折边特性优异的高张力冷轧钢板，其特征在于，它含有C0.03～0.15wt%，Si0.05wt%以下，Mn0.5～1.2wt%，Nb0.005～0.045wt%，Al0.10wt%以下，以及余量由铁和不可避免的杂质构成，且具有平均结晶粒径为20μm以下的均匀细微再结晶铁素体组织的面积率为95%以上的组织。
2.一种拉伸折边特性优异的高张力冷轧钢板的制造方法，其特征在于，将含有C0.03～0.15wt%，Si0.05wt%，Mn0.5～1.2wt%，Nb0.005～0.045wt%，Al0.10wt%以下，且余量由铁及不可避免杂质构成的钢作为原材，对该原材进行热轧后，进行压下率为50%以上的冷轧，继而在连续退火线上以5℃/秒以上的加热速度加热并在720℃～780℃的温度范围内保持20～60秒进行退火，然后进行冷却。
3.一种拉伸折边特性优异的高张力熔融镀锌钢板，其特征在于它含有C0.03～0.15wt%，Si0.05wt%以下，Mn0.5～1.2wt%，Nb0.005～0.045wt%，Al0.10wt%以下，以及余量由铁和不可避免的杂质构成，且具有平均结晶粒径为20μm以下的均匀细微再结晶铁素组织的面积率为95%以上的组织。
4.一种拉伸折边特性优异的高张力熔融镀锌钢板制造方法，其特征在于，将含有C0.03～0.15wt%，Si0.05wt%，Mn0.5～1.2wt%，Nb0.005～0.045wt%，Al0.10wt%以下，且余量由铁及不可避免杂质构成的钢作为原材，对该原材进行热轧后，进行压下率为50%以上的冷轧，继而在线内退火方式的连续熔融镀锌线上以5℃/秒以上的加热速度加热并在720℃～780℃的温度范围内保持20～60秒进行退火，随其冷却后，施以镀敷处理。
5.一种拉伸折边特性优异的高张力熔融镀锌钢板制造方法，其特征在于，将含有C0.03～0.15wt%，Si0.05wt%以下，Mn0.5～1.2wt%，Nb0.005～0.045wt%，Al0.10wt%以下，以及余量由铁和不可避免杂质构成的钢作为原材，对该原材进行热轧后，进行压下率为50%以上的冷轧，继而在线内退火方式的连续熔融镀锌线上以5℃/秒以上的加热速度加热，并在720℃～780℃的温度范围内保持20-60秒进行退火，随其冷却后，施以镀敷处理以及以后的合金化处理。
全文摘要
本发明涉及抗拉强度为40kgf/mm
文档编号C23C2/06GK1051764SQ9010929
公开日1991年5月29日 申请日期1990年11月16日 优先权日1989年11月16日
发明者登坂章男, 富房夫, 桥本弘 申请人:川崎制铁株式会社