酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良且强度和延展...的制作方法

专利名称：酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良且强度和延展 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合用作汽车等运输设备的部件的、特别是抗拉强度为780MPa以上的高强度热轧钢板及其制造方法。本申请基于2009年11月18日提出的日本专利申请特愿2009-263268号并主张其优先权，这里引用其内容。
背景技术：
根据近年来的社会的要求，对于汽车等运输设备一直强烈要求降低重量。汽车等运输设备中一直广泛使用钢板，为了应对轻量化的要求，对于外板(车身)及骨架构件一直在推进使用高强度材料。对于支撑臂或轮盘等行走部件一直采用热轧钢板，但关于这些行走部件，令人担心刚性的降低对乘坐感觉的影响，因而没有积极地研究高强度化带来的薄壁化。可是，对轻量化的要求进一步增强，即使行走部件也不例外。例如，以往使用的热轧钢板的抗拉强度的上限为590MPa级，但已开始研究使用780MPa级的钢板。在这样的状况下，对于钢板，不用说与强度相称的成形性，还要求疲劳特性及耐蚀性。关于这些特性中的耐蚀性，以往为了确保刚性而采用具有足够板厚的钢板。因此， 即使因腐蚀而使板厚减薄，对部件特性的影响也小，对于钢板的耐蚀性不太视为问题。可是，如上所述面向部件的薄壁化，缩小了以便允许腐蚀导致的板厚减少的腐蚀余量。这里， 所谓腐蚀余量，是考虑到使用中因腐蚀造成的金属减耗部分而在设计时事先增加的厚度。 此外，以削减制造成本为目的，也假想了使化学转化处理及涂装简略化。因此，对于钢材表面的性状，与以往相比也需要更加注意。在将热轧钢板应用于行走部件等时，热轧钢板在经过酸洗、涂油后上市。而且，热轧钢板在加工成部件后，大多经过化学转化处理和涂装的工序。在该处理工序所要求的热轧钢板的特性中，特别是化学转化处理性最容易受到钢板的表面性状的影响，从而对耐蚀性产生的影响也较大。此外，由于使行走部件等强度构件负载着交变应力，因此对热轧钢板还要求疲劳特性。另外，由于大多对切断的端部进行加工，因而对于热轧钢板还要求拉伸凸缘性即扩孔性的事件增多。除此以外，加工时的材料(热轧钢板)的特性的各向同性也更加被重视。如果冲压成形性等的各向异性小，则成形用坯料的采取自由度提高，因而能够期待成品率的提高。从钢板上采取成形用坯料后的剩余部分成为废料，因而为了尽量减少该废料的发生，要求对坯料进行分配。但是，在钢板的成形性具有各向异性的情况下，如果将成形条件严格的部件的方向(例如更大延伸的方向)分配在成形性(例如延伸率)差的方向上，则使成形时的缺陷的发生比例提高。因此，坯料的分配方向受到制约。其结果是，与没有制约的情况相比，利用率(废料发生量的多少)降低。优选钢板材质为各向同性的理由是对这种情况的反映。成形时抑制表面粗糙的发生也是所要求的特性之一，也一直要求其对策。所谓表面粗糙，是在冲压成形后的部件的一部分上可以看到的一种不良情况，为人所熟知的是其原因在于极微细的凹凸。为了解决表面粗糙，已知不使原材料表层的晶粒的轧制方向的长度极端增大是一种有效的手段。人们也开始重视热轧钢板的酸洗性。对于热轧钢板的酸洗面(酸洗后的表面性状)，以往并不要求冷轧钢板这样的光滑度。可是，因消费者需求的变化等，优选尽量光滑的倾向在增强。酸洗面的光滑度可通过降低酸洗中使用的盐酸水溶液的盐酸浓度和温度来提高。 可是，在这些条件下都由于生产率下降，以至优选酸洗性比以前更为优良的热轧钢板。人们提出了多种提高钢板的疲劳特性及拉伸凸缘性的技术，本发明人也进行了使钢板的化学成分及显微组织最优化的研究。另一方面，众所周知，钢板的化学转化处理性依赖于钢板的Si含量，Si含量越多， 化学转化处理性越处于劣势。但是，在通过使Si固溶在铁素体相中来谋求钢板的高强度化时，可得到延展性的劣化不是那么大的特征。因此，Si是在高强度钢板的制造中想尽量有效利用的元素。此外，特别是在通过使铁素体相和马氏体相之类的硬质相复合而制造兼备高延展性和高强度的钢板的情况下，Si对于确保规定的铁素体相分率也是有效的元素。作为应对这样的二律背反的要求的方法之一，人们提出了用Al置换Si的一部分的技术(例如专利文献I)。专利文献I中公开了含有低于1%的Si和O. 005 I. 0%的Al的高强度热轧钢板及其制造方法。可是，专利文献I的制造方法具有对粗棒(粗轧材)进行加热的工序，其特殊之处在于以加热粗轧材为前提，存在只能由限定的技术人员来实施的问题。一般在热轧钢板的制造工序中使用的设备由加热炉、粗轧机、除鳞装置、精轧机、 冷却装置及卷取机构成。各设备被配置在最合适位置，因此，即使想享受加热粗轧材的有益性，也无设置新设备的空间、或者需要非常大规模的设备改造。因此，加热粗轧材没有达到通用化。此外，对于采用专利文献I的技术得到的钢板具有怎样的化学转化处理性，则没有记载。另一方面，专利文献2中公开了在含有Si和Al的同时、化学转化处理性也优良的热轧钢板及其制造方法。但是，在专利文献2中，记载着将Al含量的上限值规定为O. 1%，在超过此量的情况下，其理由尚不清楚，但耐蚀性下降。这样，没有找到与Si —同至少含有O. 3%以上的Al，且具有优良的化学转化处理性的热轧钢板及其制造方法。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2006-316301号公报
专利文献2 日本特开2005-139486号公报非专利文献非专利文献I M. Nomura, I. Hashimoto, M. Kamura, S. Kozuma, Y. Omiya Research and Development, Kobe Steel Engineering Reports, Vol.57, No. 2 (2007),74-7
发明内容
发明所要解决的课题本发明是鉴于这样的实情而完成的，其目的在于提供一种酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良，且强度和延展性为各向同性的高强度热轧钢板及其制造方法。用于解决课题的手段本发明人选择使铁素体相和马氏体相复合的DP钢板作为疲劳特性优良的钢板， 通过使化学成分和制造条件在大的范围内变化而评价了机械性质和化学转化处理性。结果发现如果通过将Si含量和Al含量组合控制在适当的范围，则可得到不仅机械性质优良， 而且酸洗性、化学转化处理性及耐表面粗糙性也优良的钢板，以至完成了本发明。本发明的一方式涉及一种酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良，且强度和延展性为各向同性的高强度热轧钢板，其以质量％计，含有C : 0. 05 0. 12%,Si 0. 8 I. 2%、Mn :1. 6 2· 2%、A1 :0. 30 0. 6%、P :0. 05% 以下、S 0. 005% 以下及N :0. 01%以下，剩余部分包括铁和不可避免的杂质，金属组织由60面积％以上的铁素体相、超过10面积％的马氏体相和低于O I面积％的残余奥氏体相构成，或者所述金属组织由60面积％以上的铁素体相、超过10面积％的马氏体相、低于5面积％的贝氏体相和低于O I面积％的残余奥氏体相构成,在从酸洗后的钢板表面到厚度500nm的范围内， 通过辉光放电发射光谱分析检测出的Al的最大浓度为0. 75质量％以下。在本发明的一方式的酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良，且强度和延展性为各向同性的高强度热轧钢板中，以质量％计，也可以进一步含有选自 Cu 0. 002 2. 0%、Ni 0. 002 I. 0%、Ti 0. 001 0. 5%、Nb 0. 001 0. 5%、 Mo 0. 002 I. 0%、V 0. 002 0. 2%、Cr 0. 002 I. 0%、Zr 0. 002 0. 2%、Ca 0. 0005
0.0050%、REM 0. 0005 0. 0200% 及 B 0. 0002 0. 0030% 之中的 I 种或 2 种以上。在从钢板表面到厚度20 μ m的范围内，铁素体晶粒的轧制方向的平均长度也可以为20 μ m以下。本发明的一方式涉及一种酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良，且强度和延展性为各向同性的高强度热轧钢板的制造方法，其具有以下工序将钢坯加热至Tl以下的加热温度，按压下率为80%以上、且最终温度为T2以下的条件对所述钢坯进行粗轧，从而形成粗轧材的工序；对所述粗轧材进行除鳞，接着按将精轧温度规定在700 950°C的范围内的条件进行精轧，从而形成轧制板的工序；将所述轧制板以5 90°C /s的平均冷却速度冷却到550 750°C，接着以15°C /s以下的平均冷却速度冷却到450 700°C，再以30°C /s以上的平均冷却速度冷却到250°C以下，从而形成热轧钢板的工序；以及卷取所述热轧钢板的工序。其中，Tl= 1215 + 35X [Si] — 70X [Al]
T2 = 1070 + 35X [Si] - 70 X [Al]这里，[Si]及[Al]分别表示钢坯中的Si浓度(质量％)及钢坯中的Al浓度(质
量％x在本发明的一方式的酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良，且强度和延展性为各向同性的高强度热轧钢板的制造方法中，在对所述钢坯进行粗轧的工序中，也可以将所述钢坯的加热温度规定为低于1200°C，将所述粗轧的最终温度规定为960°C以下，在对所述粗轧材进行精轧的工序中，也可以将所述精轧温度规定为 700 900 0C ο发明的效果本发明的一方式的热轧钢板由于按适当的所述含量含有Si和Al，且按所述条件进行制造，因此可得到化学转化处理性与机械性质一同优良的特性。特别是在从酸洗后的表面到厚度500nm的范围内，Al的最大浓度为O. 75质量％以下，因而含有Al的氧化物在表面所占的比例较低。因此，钢板表面对化学转化处理液的润湿性优良，可得到优良的化学转化处理性。此外，除鳞性及酸洗性也优良，因而可得到更优良的化学转化处理性。因此， 能够在钢板表面形成附着力优良的镀层或涂膜，能够实现优良的耐蚀性。因此，在通过对热轧钢板实施镀覆或涂装而应用于运输设备的部件的情况下，可降低腐蚀余量，能够减小使用板厚，因而能够有助于降低运输设备的重量。因含有适当的所述含量的Si而可得到优良的扩孔性。因此，加工工序中的制约较少，热轧钢板的可适用范围扩大。金属组织具有铁素体相和马氏体相，并将各相的面积率调整到适当的所述值，因而可得到780MPa以上的抗拉强度、23%以上的延伸率及O. 45以上的疲劳极限比。这样，由于机械特性及疲劳特性优良，因而也可应用于行走部件等负载着交变应力的构件。此外，热轧钢板的机械性质(强度及延伸率)的各向异性小，为各向同性，因而能够高成品率地采取加工时的坯料。这样，由于成形性优良，因而即便是高强度钢板，也可加工成各种形状的部件。由于可得到优良的酸洗性，因而能够实现与消费者的需求相适应的光滑的表面性状。此外，由于表面性状优良，因而可使化学转化处理或涂装简略化，从而能够削减将热轧钢板加工成部件时的制造成本。此外，表层的铁素体晶粒的轧制方向的平均长度为20 μ m以下，因而可抑制表层晶粒在轧制方向的长大。因此，可抑制成形时的表面粗糙的发生。在本发明的一方式的热轧钢板的制造方法中，能够制造具有前述优良特性的热轧钢板。特别是，通过适当地将钢坯的加热温度、粗轧终止温度及轧制率调整到所述值，在粗轧后的除鳞工序中能够高效率地充分除去氧化皮。因此，能够制造具有优良的酸洗性的热轧钢板。此外，通过将钢坯的加热温度规定为低于1200°C，将粗轧终止温度规定为960°C 以下，便能够制造精轧前的奥氏体粒径被细粒化的、成形时的耐表面粗糙性优良的热轧钢板。通过将精轧终止温度规定为900°C以下，能够制造强度和延展性为各向同性的热轧钢板。


图I是表示热轧酸洗后的钢板表面的氧化物分布的示意图。
具体实施例方式在完成本发明时，本发明人选择疲劳特性优良的DP钢板作为基础钢板，通过进行使化学成分和制造条件在大范围变化的实验，评价了机械性质和化学转化处理性。结果发现通过将Si含量和Al含量控制在适当的范围，且适当地调整制造条件， 可得到不仅机械性质优良，而且化学转化处理性也优良的钢板。首先，对得到这样的研究结果的见解进行具体的说明。再有，在以下的说明中，成分元素的含量和浓度的单位为质量％，只要没有特别说明，就只用％表示。熔炼含有C :大约 O. 09%、Si 0. 85 I. 15%、Mn :大约 2%、A1 :0. 25 O. 46%、P :大约O. 02%、S :大约O. 002%及N :大约O. 002%，剩余部分包括铁和不可避免的杂质的钢，以制造钢坯。将得到的钢坯加热至1130 1250°C，进行粗轧，进行除鳞。接着，将精轧温度规定为860°C进行精轧。接着，以72°C /s的平均冷却速度一次冷却到630°C，以8°C /s的平均冷却速度二次冷却到593°C，再以71°C /s的平均冷却速度三次冷却到65°C，然后进行卷取，从而制成热轧钢板。在将这样得到的钢板酸洗后，调查了其机械性质，结果在大致整个钢板上，强度为 780MPa以上，延伸率为23%以上，疲劳极限比为O. 45以上，得到了优良的特性。另一方面，既可以是作为化学转化处理性的指标的磷酸盐薄膜量为I. 5g/m2以上而显示出优良的化学转化处理性的钢板，也可以是磷酸盐薄膜量低于I. 5g/m2的钢板。显示出优良的化学转化处理性的钢板的Al含量在O. 3%以上的范围内。非专利文献I中有关于化学转化处理性优良的高强度冷轧钢板的记述，示出了可得到优良的化学转化处理性的Si含量和Mn含量的范围，同时还谋求其机理的明确解释。可知如果将本发明人得到的上述钢板的Si、Mn的含量适用于非专利文献1，则为全部钢板的化学转化处理性处于劣势的范围。推测非专利文献I的记载事项和本发明人的研究结果的差异起因于两者的Al浓度大不相同。于是，将加速电压规定为15kV，通过EPMA对得到的钢板的表面的Si、Mn、及Al的浓度进行了定量分析。其结果是，Si及Mn的浓度在3. 5%以下，但Al浓度与钢板所含的Al 量一致。因此，不能在表面的Al浓度和化学转化处理性的优劣之间找出任何关系。这起因于在利用EPMA的分析中，检测出了从钢板最表面到3 μ m左右的深度的整个区域的平均浓度。然而，可以推断Al的浓度在距表面的深度为3μπι以下的浅区域有某种差异，从而该差异对化学转化处理性产生影响。于是，作为能够在比较短的时间测定多个元素的深度方向的浓度变化，且可靠性也高的手段，认为使用辉光放电发射光谱分析法(GDS)是最合适的而进行了分析。结果发现详细情况将通过实施例进行论述，而在化学转化处理性(磷酸盐薄膜量)的优劣和通过GDS求出的表面正下方的Al的最大浓度之间具有明确的相关关系。可以认为在Al含量为O. 3%以上的情况下，即便是非专利文献I中将化学转化处理性评价为差的Si、Mn浓度、也得到了优良的化学转化处理性的理由在于制造条件。而且， 将上述钢坯加热到各种温度，按几个轧制率进行粗轧，接着进行除鳞，继而进行精轧，从而制造出热轧钢板。精轧条件与上述同样。观察了精轧后的钢板表面。此外，对制造的热轧钢板进行酸洗，观察酸洗后的钢板表面，确认有无难酸洗部位(即在钢板表面残存氧化皮的部位)。酸洗通过在保持为80°C的3%HC1水溶液中浸溃60秒来进行。酸洗后，将钢板充分水洗，并使其迅速干燥。从所有的发现难酸洗部位的钢板(称为难酸洗钢板)及没有发现难酸洗部位的钢板(称为健全钢板)采取试验片，评价了化学转化处理性。再有，对于难酸洗钢板，采用不残存氧化皮的部位。其结果是，判明与同一组成的健全钢板的化学转化处理性相比，难酸洗钢板的化学转化处理性较差。于是，对两者(即酸洗后的健全钢板、及酸洗后的难酸洗钢板而没有残存氧化皮的部位)，通过GDS进行表面元素的分析，对从表面到500nm的范围进行了分析。结果发现在表层浓化的Al的浓度的最大值为O. 75%以下时，可得到优良的化学转化处理性。再有，另外采用AES进行了分析，结果确认在表层浓化的Al以Al2O3的形态存在。然后，对于难酸洗部位的发生，通过对照钢坯的加热温度和预先测定的粗轧终止时点的温度(即除鳞开始时的温度)，研究了难酸洗部位的发生的有无和制造条件的关联性。结果发现在难酸洗部位的发生与钢坯的加热温度条件及粗轧终止温度条件的组合之间具有关系。此外还发现在没有发生难酸洗部位的温度条件和钢坯的化学成分之间也具有一定的关系。如果将钢坯的加热温度规定为下述Tl以下，且将粗轧终止温度规定为下述T2以下，则可得到不发生难酸洗部位、且化学转化处理性优良的钢板。与此相对照，显然在偏离上述温度条件的情况下，化学转化处理性处于劣势。此外，显然在化学成分偏离本实施方式的范围的情况下，即使满足上述温度条件，化学转化处理性也处于劣势。Tl = 1215 + 35X [Si] — 70X [Al]T2 = 1070 + 35X [Si] - 70 X [Al]式中的[Si]及[Al]分别表示钢坯中的Si含量(质量％)及钢坯中的Al含量(质
量％x关于在从钢坯中的Si含量和Al含量算出的钢坯加热温度的上限值及粗轧终止温度的上限值与难酸洗部位发生的有无之间具有关系，虽不一定清楚，但可以推测如下。如果在粗轧后的除鳞工序中残存氧化皮，则该氧化皮残存部位(除鳞不良部位)在精轧后的酸洗工序中成为难酸洗部位。因此，在除鳞工序中的除鳞性优良的情况下，在酸洗工序中难以发生难酸洗部位，酸洗性也优良。众所周知，钢坯中的Si及Al两者都是比Fe容易氧化的元素，特别是如果将钢坯加热至规定的温度以上，则Si使除鳞性(氧化皮的易剥离性)降低。可是，如果与Si —同含有Al，则Al具有分布在Si和基底金属之间的倾向，特别是在Si和Al的含量为后述的本实施方式规定的比例的情况下，则发挥使Si氧化皮造成的除鳞性的降低得以缓和的作用。该作用在加热温度为从Si和Al两者的量算出的温度(Tl)以下的低温时是有效的。如果在从Si和Al两者的量算出的温度(Tl)以下的低温下对钢坯进行加热，接着在伴有一定量的温度下降、且轧制率为80%以上的条件下进行粗轧，则能够以适合除鳞的方式将一次氧化皮破碎。因此，粗轧后即使不特别进行加热，也可进行除鳞(氧化皮的除去)。可以认为在粗轧终止温度为规定的温度(T2)以下的低温时除鳞性不产生问题，反映出粗轧时的温度降低幅度。也就是说，可以认为由于粗轧时的温度降低幅度较大，因而根据钢的热膨胀系数和氧化皮的热膨胀系数之差，通过温度变化产生热应力，从而使使氧化皮变得容易剥离。在本发明人的实验中，还发现在粗轧率和难酸洗部位发生的有无之间具有关系。 其理由不一定清楚。可得知正如后述的实施例I所示，通过将粗轧率规定为80%以上，便能够制造不发生难酸洗部位的热轧钢板。此外，如上所述，在通过使化学成分和制造条件在大范围变化而进行的实验中，已经发现如果将化学成分和制造条件组合控制在后述的适当的范围，则也可得到优良的化学转化处理性。关于热轧及酸洗后的钢板的化学转化处理性与Si含量及Al含量之间的关系， 可推断如下。在酸洗后的钢板表面，如图I的示意图所示，在200 500nm的厚度范围内，Si、 Mn、Al等构成元素的氧化物存在于部分表面中，在表面的剩余部分C发生浓化。在钢板表面，在含Al的氧化物(可以认为主要是Al2O3)比后述的规定的量更多地存在的情况下，化学转化处理液的润湿性恶化，由此可以认为化学转化处理性尤其恶化。本实施方式是基于上述的研究而完成的，以下对本实施方式的限定理由进行说明。首先，对钢板的化学成分及钢板表面的Al浓度进行说明。C :O. 05 O. 12%C是为确保钢板的强度，而且得到DP组织所必需的元素。在C量低于O. 05%时，得不到780MPa以上的抗拉强度。另一方面，如果超过O. 12%地含有C，则焊接性劣化。于是， 将C含量规定为O. 05 O. 12%。C含量优选为O. 06 O. 10%,更优选为O. 065 O. 09%。Si 0. 8 I. 2%Si是促进铁素体相变的元素，因此通过适当地控制C含量容易得到DP组织。可是，Si对热轧氧化皮的性状及化学转化处理性也有较强的影响。在Si含量低于O. 8%时，不容易确保铁素体相。此外，Si氧化皮部分地(条纹状、斑状地)生成，显著有损外观。与此相对照，在Si含量超过I. 2%时，化学转化处理性大幅度下降。于是，将Si含量规定为O. 8
1.2%。此外，特别是在要求高的扩孔性的情况下，优选将Si含量规定为I. 0%以上。Mn :1.6 2. 2%Mn是确保钢板强度所必需的元素，并且提高淬透性而使DP钢板的制造变得容易。 因此需要含有1.6%以上的Mn。另一方面，在Mn含量超过2. 2%时，则有因板厚方向的偏析而使延展性变差、或切断时使剪断面的性状恶化的可能性。因此，将Mn含量的上限规定为
2.2%。Mn含量优选为I. 7 2. 1%，更优选为I. 8 2. 0%。Al :O. 3 O. 6%Al是与Si —同在本实施方式中起到最重要的作用的元素。Al促进铁素体相变。此外，Al改善热轧氧化皮的形态，因此还影响粗轧后的除鳞及热轧后的酸洗性。在Al含量低于O. 3%时，Si氧化皮的除鳞性的改善效果并不充分。另一方面，在Al含量超过O. 6%时， 即使将钢坯的加热温度及粗轧的条件规定在本实施方式的范围内，Al的氧化物本身也关系到化学转化处理性的劣化，因而是不优选的。Al含量优选为O. 35 O. 55%。
0096]P 0. 0005 O. 05%
0097]P作为固溶强化(晶界强化)元素发挥作用，但由于是杂质，因而担心偏析导致的加工性的劣化。于是，需要将P含量规定在O. 05%以下。P含量优选为O. 03%以下，更优选为 O. 025%以下。另一方面，要使P含量低于O. 0005%，则伴有成本的显著增加。
0098]S 0. 0005 O. 005%
0099]S由于形成MnS等夹杂物而使机械性质劣化，因此希望尽量降低S含量。可是，允许含有O. 005%以下的S。另一方面，要使S含量低于O. 0005%，则伴有成本的显著增加。S 含量优选为O. 004%以下，更优选为O. 003%以下。
0100]N :0· 0005 O. 01%
0101]N是杂质，因形成AlN等夹杂物而有影响加工性的可能性。于是，将N含量的上限规定为0.01%。N含量优选为O. 0075%以下，更优选为O. 005%以下。另一方面，要使N含量低于O. 0005%,则伴有成本的显著增加。
0102]在本实施方式的热轧钢板中，也可以根据需要含有以下的元素。
0103]Cu :0. 002 2. 0%
0104]Cu具有改善疲劳特性的效果，因此也可以按上述范围含有。
0105]Ni :0. 002 I. 0%
0106]Ni为了防止含有Cu时的热脆化也可以含有。Ni含量可以将Cu含量的一半作为目标。
0107]也可以含有选自以下元素之中的I种或2种以上
0108]Ti :0. 001 O. 5%、
0109]Nb 0. 001 O. 5%、
0110]Mo :0. 002 I. 0%、
0111]V :0. 002 O. 2%、
0112]Cr :0· 002 L 0%、及
0113]Zr :0. 002 O. 2%。
0114]上述元素通过固溶强化及析出强化而对钢板的高强度化是有效的，也可以根据需要含有。将其效果明显的量作为下限，将效果饱和的量作为上限。
0115]选自Ca 0. 0005 O. 0050%、REM 0. 0005 O. 0200% 中的任一方或双方。
0116]这里，所谓REM，是稀土类金属，为选自 Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、 Ho、Er、Tm、Yb、Lu之中的I种以上。这些元素通过控制非金属夹杂物的形态而有助于机械性质的提高。至少在 O. 0005%以上可以看到其效果。在Ca的情况下，在含量为O. 0050%时效果达到饱和，在REM 的情况下，在含量为O. 0200%时效果达到饱和。因此，也可以在上述范围含有Ca、REM中的任一方或双方。各自的含量优选为Ca :0. 0040%以下、REM :0. 0100%以下，更优选为Ca
O.0030% 以下、REM :0. 0050% 以下。
B :0· 0002 O. 0030%B具有通过晶界强化改善机械性质，同时提高淬透性的作用。因此，B对于确保马氏体相是有效的。其效果在O. 0002%以上时可以看到，在O. 0030%时达到饱和。于是，也可以在上述范围含有B。B含量优选为O. 0025%以下，更优选为O. 0020%以下。在从酸洗后的表面到深度(厚度)500nm的范围，通过⑶S检测的Al的浓度的最大值0. 75%以下在所述值超过O. 75%时，得不到必要的化学转化处理性。所述值优选为O. 65%以下。下限没有特别的限定。即使在钢板中的Al的平均浓度以下也没有任何问题。再有，在本实施方式中上述以外的成分为Fe，但允许含有从废料等熔炼原料混入的不可避免的杂质。GDS只要用市售的装置，按标准条件进行就可以。但是，由于是极表层的分析，所以优选缩短测取周期(取样时间)，优选规定为比O. 05秒/次短的周期。接着对钢板的显微组织进行说明。本实施方式的热轧钢板的金属组织基本上是含有铁素体相和马氏体相的双相组织。详细地说，金属组织由60面积％以上的铁素体相、超过10面积％的马氏体相和低于 O I面积％的残余奥氏体相构成，或者所述金属组织由60面积％以上的铁素体相、超过10 面积％的马氏体相、低于5面积％的贝氏体相和低于O I面积％的残余奥氏体相构成。通过将铁素体相的面积率规定为60%以上、将马氏体相的面积率规定为超过10%、 将贝氏体相的面积率规定为低于O 5%，可得到具有780MPa以上的抗拉强度、23%以上的延伸率及O. 45以上的疲劳极限比的钢板。此外，只要用X射线衍射法检测的残余奥氏体相的面积率为低于O 1%就是允许的。铁素体相的面积率优选为70%以上，马氏体相的面积率优选超过12%，贝氏体相的面积率优选低于3%。在从钢板表面到深度(厚度)20 μ m的范围，铁素体晶粒的轧制方向的平均长度 20 μ m以下为了抑制冲压成形时的表面粗糙的发生，优选在从钢板表面到深度(厚度)20 μ m 的表层存在的铁素体晶粒的轧制方向的平均长度为20μπι以下。因此，如后述那样，有效的方法是将粗轧终止温度规定为960°C以下，不使精轧前的奥氏体晶粒粗大化。接着，对钢板的制造方法进行论述。钢坯可通过采用常规方法的熔炼及铸造来制造。从生产率的观点出发，优选连续铸造。加热温度(SRT) T1以下粗轧率80%以上粗轧终止温度T2以下这里，Tl、Τ2为可由下式算出的值。Tl = 1215 + 35Χ [Si] — 70Χ [Al]Τ2 = 1070 + 35Χ [Si] - 70 X [Al]再有，[Si]及[Al]分别表示钢还中的Si含量(质量％)及钢还中的Al含量(质
量％χ将钢坯加热至Tl以下的加热温度，在压下率为80%以上、且最终温度为Τ2以下的条件下对所述钢坯进行粗轧，从而形成粗轧材。SRT通过一次氧化皮的形态对粗轧后的除鳞性施加影响。此外，粗轧率和粗轧终止温度是决定一次氧化皮的破碎状态的最大因子，影响粗轧后的除鳞状态(除鳞不良部位的有无等)。除鳞不良部位在酸洗后成为难酸洗部位，作为结果，粗轧率和粗轧终止温度影响精轧后的酸洗性。特别是对于制造成形时的耐表面粗糙性优良的钢板，优选将SRT规定为低于 1200°C，将粗轧终止温度规定为960°C以下。如通过实施例具体所示的那样，通过将粗轧终止温度规定为960°C以下，能够得到成形时的耐表面粗糙性优良的钢板。可以认为通过使精轧前的奥氏体粒径细粒化，能够得到此效果。此外，为了将SRT规定为1200°C以上，且将粗轧终止温度规定为960°C以下，需要在粗轧后使被轧制材(粗轧材)滞留在生产线上，从而使生产率大大降低。因此，SRT优选低于1200°C，更优选低于1150°C。此外，粗轧终止温度优选为960°C以下，更优选为950°C以下。只要能够使后述的精轧在700°C以上结束，SRT的下限及粗轧终止温度的下限就没有特别的限定。可根据能够使精轧在700°C以上结束的轧制设备的能力及规格，适宜决定 SRT的下限及粗轧终止温度的下限。粗轧率(粗轧的压下率)为80%以上，优选为82%以上。这些条件都是通过实验而发现的，其导出方法将在实施例中详述。除鳞接着，对粗轧材进行除鳞。除鳞能够用通用的装置进行。关于水压、水量、喷射开度、喷嘴倾斜角及钢板和喷嘴距离等，技术人员可以与通常的热轧同样地进行选择。例如，能够选择水压lOMPa、水量
I.5升/秒、喷射开度25°、喷嘴倾斜角10°、钢板和喷嘴的垂直距离250mm等。精轧温度(FT):700 950O接着按将精轧温度规定在700 950°C的范围内的条件进行精轧，从而形成轧制板。需要将FT规定为700°C以上。在FT低于700°C时，在表层容易形成粗大的晶粒， 从而担心疲劳特性降低。此外，即使在冷却条件上下工夫，也有不能充分得到延展性的可能性。另一方面，在FT过高时，结晶粒径变得粗大，得不到优良的机械性质，因而是不优选的。 于是，将950°C作为FT的上限。特别是为了制造强度及延展性的各向同性优良的钢板，优选将FT规定为900°C以下。通过将FT规定为900°C以下，轧制时蓄积的应变能能够由尽量高的状态发生铁素体相变，从而能够得到具有更加各向同性的强度及延展性的钢板。热轧后的冷却轧制终止后，首先以5 90°C /s的平均冷却速度(CRl)进行一次冷却。将一次冷却终止温度(MT)规定为550 750°C。如果将CRl规定为低于5°C /s，则损害生产率，因而是不优选的。此外，还担心因晶粒粗大化而使机械性质降低。如果将CRl规定为超过90°C /s，则冷却变得不均匀，因而是不优选的。
为了在不损害生产率的情况下得到具有光滑酸洗面的钢板，CRl优选为50°C /s以上，更优选为60°C /s以上。优选利用水冷进行冷却，由此可抑制轧制后的氧化皮的发生，从而改善酸洗性。在MT超过750°C时，有形成粗大的马氏体相的可能性，从而担心机械性质的劣化。 另一方面，在MT低于550°C时，因得不到必要的马氏体相分率而有强度不足的可能性。MT 优选为580 720°C。接着，以15°C /s以下的平均冷却速度(CR2)进行二次冷却。将二次冷却终止温度 (MT2)规定为450 700°C。作为冷却手段，也可选择空冷。在CR2超过15°C /s时、或MT2超过700°C时，C向奥氏体相的浓化变得不充分，有形成与铁素体相的强度差较小的马氏体相的可能性。因此，有成形性下降的可能性。在MT2 低于450°C时，担心生成珠光体相。CR2优选为10°C /s以下，MT2优选为480 680°C。接续上述，以30°C /s以上的平均冷却速度(CR3)进行3次冷却。将冷却终止温度 (CT)规定为250°C以下。在CR3低于30°C/s时，不能抑制珠光体的生成。此外，在CT超过 250°C时，担心生成的M相被回火。如果CR3过大，则有热轧钢板的宽度方向及轧制方向的冷却不均匀的可能性，因而优选将上限规定为100°c /S。CR3优选为45 90°C /s, CT优选为200°C以下。冷却后，按照常规方法进行卷取。酸洗接着，通过对冷却后的热轧钢板进行酸洗，也可以除去钢板表面的氧化皮。酸洗通过浸溃在保持于70 90°C的HCl水溶液中来进行。将HCl的浓度规定为 2 10%,将浸溃时间规定为I 4分钟。在温度低于70°C时、或浓度低于2%时,需要较长的浸溃时间，从而损害生产效率。另一方面，在温度超过90°C时、或HCl的浓度超过10%时，酸洗后的表面粗糙度降低，因而是不优选的。在浸溃时间低于I分钟时，氧化皮的除去并不完全，因而是不优选的。此外，在浸溃时间超过4分钟时，损害生产效率。酸洗后，有时经由加工等工序进行作为涂装的基底处理的化学转化处理。根据本实施方式，能够在不发生难酸洗部位的情况下形成健全的化学转化处理膜。实施例(实施例I)对具有表I所示的化学成分的钢坯进行加热、粗轧，接着进行除鳞，然后进行精轧。表4中示出了直到粗轧的条件。此外，表2、3中分别示出了粗轧后的除鳞条件及精轧条件。再有，在表3中，FT表示精轧温度，CRl 3分别表示I 3次冷却的冷却速度。MT1、 MT2分别表示1、2次冷却的终止温度，CT表示冷却终止温度。对得到的热轧钢板进行酸洗。酸洗通过在保持于80°C的3%HC1水溶液中浸溃60 秒钟来进行。酸洗后，进行充分水洗，使其迅速干燥。通过观察精轧后的钢板表面，同时也观察酸洗后的钢板表面，确认了难酸洗部位的有无。从所有的发现难酸洗部位的钢板及没有发现难酸洗部位的钢板(称为健全钢板) 采取试验片，实施化学转化处理，评价了化学转化处理性。
在化学转化处理中，采用市售的化学转化处理剂，在55°C下烧结2分钟而进行成膜。将目标的附着量规定为2g/m2。再有，处理液的调整或处理的方法按照厂家的推荐条件来进行。化学转化处理性的评价通过测定磷酸盐的薄膜量W来进行，将薄膜量W为I. 5g/m2 以上时评价为优，将低于I. 5g/m2时评价为劣。结果判明与同一组成的健全钢板的化学转化处理性相比，发现难酸洗部位的钢板的化学转化处理性较差。对全部的钢板，在酸洗后进行了采用GDS的表面元素的分析。该表面分析采用 JOBIN YVON公司生产的JY5000RF，在功率为40W、Ar流压为775Pa、取样间隔为0. 045秒的条件下进行。C、Si、Mn及Al元素的光谱波长分别为156nm、288nm、258nm以及396nm。在从表面到深度(厚度)500nm的范围，测定了这些元素的浓度。再有，在发生难酸洗部位(氧化皮的残存部位)的钢板中，从不残存氧化皮的地方 (部位)采取測定用的样品，进行了采用GDS的Al量的测定以及化学转化处理性的评价。表4及表5中归纳了得到的結果。对这些元素的浓度分布和化学转化处理性的优劣进行了研究。其结果是，在C、Si、 Mn这三种元素的浓度和化学转化处理性的优劣之间没有发现特定的关系。然而发现在Al 的浓度和化学转化处理性的优劣之间具有关联性，在Al的最大浓度为0. 75%以下的钢板中，可得到优良的化学转化处理性。然后，对于难酸洗部位的发生，通过对照钢坯的加热温度和预先測定的粗轧终止时点的温度(即除鳞开始时的温度)，对难酸洗部位的发生的有无和制造条件的关联性进行了研究。结果发现在难酸洗部位的发生、和钢坯的加热温度条件及粗轧终止温度条件的组合之间具有关系。此外还发现在不发生难酸洗部位的温度条件和钢坯的化学成分之间也具有一定的关系。首先，对钢坯的加热温度进行了研究。选择了无难酸洗部位、化学转化处理性也优良，且Al的最大浓度为0. 75%以下的试样No. 1、2、4、9、13、15及18。由这些试样的实际值，考虑可以得到钢坯的加热温度的上限，对钢坯的加热温度的上限和化学成分的关系进行了详细研究。已知C、Si、Mn、P、S及Al对钢板的一次氧化皮形成产生影响。从这些元素中选择 I个或2个元素，将其浓度(质量％)作为自变量(X或XI、X2)，将钢坯的加热温度作为因变量(Y)，进行了单元线性回归分析或多元线性回归分析。也就是说，求出Y = aX + b或Y = cXl + dX2 + e的关系式以最小误差(残差平方和)成立时的a及b、或C、d及e。结果得知在作为自变量选择[Si]及[Al]的组合的情况下，残差平方和为最小。 也就是说，得知在钢坯的加热温度的上限值和[Si]及[Al]之间具有最強的相关。再有，计算通过市售的计算软件来进行。得到的回归方程式为Y = 1208 + 35[Si] — 64[A1]。以该式为基础，进行c、d 及e的拟合，作为全部满足上述7个试样的条件的温度式，得到Tl = 1215 + 35X [Si] 一 70X [Al]。接着，对粗轧終止温度进行了研究。
采用与钢坯加热温度同样的手法，选择相同的试样No. 1、2、4、9、13、15及18。根据这些试样的实际值，考虑可得到粗轧终止温度的上限，对粗轧終止温度的上限和化学成分的关系进行了详细研究。如上所述，对C、Si、Mn、P、S及Al进行单元回归分析，接着进行选择两种元素的多元回归分析。结果得知与钢坯的加热温度的情况同样，在作为自变量选择[Si]及[Al]的组合的情况下，可得到最小的残差平方和。得到的回归方程式为Y = 1068 + 32 [Si] — 66 [Al]。以该式为基础进行拟合，作为全部满足上述7个试样的条件的温度式，得到T2 = 1070 + 35X [Si] 一 70X [Al]。也就是说，得出以下结论如果将钢坯的加热温度规定为Tl以下，且将粗轧终止温度规定为T2以下，则不会发生难酸洗部位，可得到化学转化处理性优良的钢板。很明显，在钢坯的加热温度及粗轧终止温度中的任一方或两方偏离上述温度条件时(试样No.3、5、7、8、ll、12及17)，化学转化处理性处于劣势。此外，很明显，在化学成分偏离本实施方式规定的范围时(试样No. 6)，即使满足上述的温度条件，化学转化处理性也处于劣势。另ー方面，即使满足上述的温度条件，在粗轧率低于80%时(试样No. 10及20)，大概由于氧化皮破碎并不充分，因而使除鳞性较差，由此可判断为发生难酸洗部位，而且化学转化处理性劣化。表5为表4的续表，示出了抗拉强度(0 B)、延伸率(e B)、扩孔极限值(扩孔性)(入) 及疲劳极限比。抗拉强度和延伸率按照JIS Z 2241进行了測定。详细地说，以与轧制方向呈直角的方向为拉伸试验片的长度方向的方式，米取JIS Z 2201的5号拉伸试验片。然后,对拉伸试验片的长度方向(与轧制方向呈直角的方向)施加拉伸力，测定了抗拉强度和延伸率。此外，扩孔极限值按照日本钢铁联盟标准JFST 1001-1996进行了測定。试验片的尺寸为150X150mm，冲孔的尺寸为O 10mm。将余隙规定为12. 5%，用60°的圆锥冲头从剪切面侧进行扩孔。求出裂纹贯通板厚时刻的孔的内径d。如果将扩孔前的内径设定为も， 则由下式求出极限扩孔值、(%)。极限扩孔值人(%)= Cd — d0) /d0X 100疲劳极限比是利用以下的手法算出的。采取按JIS Z 2275确定的I号试验片(b =15mm、R = 30mm)，使其长度方向与垂直于钢板的轧制方向的方向平行。用25Hz进行平面弯曲疲劳试验，基于得到的试验结果绘制S-N线图。在得到的S-N线图中，将I X IO7次时的强度作为疲劳強度ow，由下式算出疲劳极限比。疲劳极限比=ow/O B由以上的结果得知无论哪种特性都得到了充分的特性。关于扩孔性，通过将Si 量规定为1%以上，如试样No. 7 20中所示的那样，特别是得到了扩孔性优良的钢板。表I化学成分
权利要求
1.一种酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良且强度和延展性为各向同性的高强度热轧钢板，其特征在于以质量％计，含有 C 0. 05 O. 12%、Si :0. 8 I. 2%、Mn :I. 6 2. 2%、Al :0. 30 O. 6%、P :0. 05% 以下、S :0. 005%以下、以及 N :0. 01% 以下，剩余部分包括铁和不可避免的杂质；金属组织由60面积％以上的铁素体相、超过10面积％的马氏体相和低于O I面积％ 的残余奥氏体相构成，或者所述金属组织由60面积％以上的铁素体相、超过10面积％的马氏体相、低于5面积％的贝氏体相和低于O I面积％的残余奥氏体相构成，在从酸洗后的钢板表面到厚度500nm的范围内，通过辉光放电发射光谱分析检测出的 Al的最大浓度为O. 75质量％以下。
2.根据权利要求I所述的酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良且强度和延展性为各向同性的高强度热轧钢板，其特征在于以质量 ％ 计，进一步含有选自 Cu 0. 002 2. 0%、Ni 0. 002 I. 0%、Ti 0. 001 O. 5%、 Nb :0. 001 O. 5%、Mo :0. 002 I. 0%、V :0. 002 O. 2%、Cr :0. 002 I. 0%、Zr :0. 002 O. 2%、Ca 0. 0005 O. 0050%、REM 0. 0005 O. 0200% 及 B 0. 0002 O. 0030% 之中的 I 种或2种以上。
3.根据权利要求I所述的酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良且强度和延展性为各向同性的高强度热轧钢板，其特征在于在从钢板表面到厚度20 μ m的范围内，铁素体晶粒的轧制方向的平均长度为20 μ m以下。
4.一种酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良且强度和延展性为各向同性的高强度热轧钢板的制造方法，其特征在于，所述制造方法具有以下工序将钢坯加热至Tl以下的加热温度，按压下率为80%以上、且最终温度为T2以下的条件对所述钢坯进行粗轧，从而形成粗轧材的工序；对所述粗轧材进行除鳞，接着按将精轧温度规定在700 950°C的范围内的条件进行精轧，从而形成轧制板的工序；将所述轧制板以5 90°C /s的平均冷却速度冷却到550 750°C，接着以15°C /s以下的平均冷却速度冷却到450 700°C，再以30°C /s以上的平均冷却速度冷却到250°C以下，从而形成热轧钢板的工序；以及卷取所述热轧钢板的工序；其中，Tl = 1215 + 35X [Si] — 70X [Al]T2 = 1070 + 35X [Si] — 70 X [Al]这里，[Si]及[Al]分别表示钢坯中的以质量％计的Si浓度及钢坯中的以质量％计的 Al浓度。
5.根据权利要求4所述的酸洗性、化学转化处理性、疲劳特性、扩孔性及成形时的耐表面粗糙性优良且强度和延展性为各向同性的高强度热轧钢板的制造方法，其特征在于 在对所述钢坯进行粗轧的工序中，将所述钢坯的加热温度规定为低于1200°C，将所述粗轧的最终温度规定为960°C以下；在对所述粗轧材进行精轧的工序中，将所述精轧温度规定为700 900°C。
全文摘要
本发明涉及一种高强度热轧钢板，其以质量%计，含有C0.05～0.12%、Si0.8～1.2%、Mn1.6～2.2%、Al0.30～0.6%、P0.05%以下、S0.005%以下及N0.01%以下，剩余部分包括铁和不可避免的杂质，金属组织由60面积%以上的铁素体相、超过10面积%的马氏体相和低于0～1面积%的残余奥氏体相构成，或者所述金属组织由60面积%以上的铁素体相、超过10面积%的马氏体相、低于5面积%的贝氏体相和低于0～1面积%的残余奥氏体相构成，在从酸洗后的钢板表面到厚度500nm的范围内，通过辉光放电发射光谱分析检测出的Al的最大浓度为0.75质量%以下。
文档编号C22C38/00GK102612569SQ20108005175
公开日2012年7月25日 申请日期2010年11月16日 优先权日2009年11月18日
发明者冈田浩幸, 友清寿雅, 林邦夫, 棚桥浩之, 福田修史, 藤田展弘, 齐藤伸也 申请人:新日本制铁株式会社