耐氫脆化特性優越的超高強度冷軋鋼板及其制造方法
【專利摘要】提供一種拉伸強度為980～1670MPa的超高強度且耐氫脆化特性優越的加工用超高強度薄鋼板及其制造方法。該耐氫脆化特性優越的超高強度冷軋鋼板的拉伸強度為980～1670MPa，且以質量％算，含有C：0.05～0.17％，Si：0.2～1.5％，Mn：1.7～3.5％，P≤0.030％，S≤0.010％，Al：0.025～0.120％，N≤0.0100％，Ti：3.43×N～0.150％，余量由鐵及不可避免雜質構成。
【專利說明】耐氫脆化特性優越的超高強度冷軋鋼板及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種耐氫脆化特性優越的拉伸強度為980~1670MPa的超高強度冷軋鋼板及其制造方法，尤其涉及一種受到沖壓成形或者輥成形等加工后的耐氫脆化特性優越的超高強度冷軋鋼板的制造方法，具體地說，例如適于在汽車的保險杠、車門的加強部件等輕量且要求耐強度的用途中合適的超高強鋼板的制造。
【背景技術】
[0002]隨著汽車的輕量化，在保險杠、車門沖擊梁等強度部件等的用途中，通過沖壓成形或者輥成形將980MPa以上的超高強度薄鋼板做成管形狀而采用的情況變多。
[0003]在980MPa以上的超高強度鋼中，產生氫脆化這一事情已例如通過日本螺絲工業協會“螺紋緊固的設計與實際”研修講座教材(1990年10月18日)而公知。因此，在超高強度薄鋼板中，認為通過大氣環境下的腐蝕反應而產生的氫也進入鋼板中，在使用中會突然脆性地破壞。進而在超高強度薄鋼板的情況下，由于通過沖壓成形或者輥成形等加工而作為成形品使用，所以會產生伴隨著顯著高的殘留應力的存在、強加工的在鋼板組織內的空穴或裂紋等，認為處于更容易引起氫脆化的狀態。
[0004]但是，目前為止的保險杠、車門的加強部件用超高強度薄鋼板，例如日本特開平 4-268016號公報或日本特開平4-365814號公報那樣，主要目的是提高加工性或燒結硬化性、作為成形品的壓壞特性，很少談及對在使用過程中預想到發生的氫脆性的問題的對策， 例如，只是在日本特開平4-268053號公報等中可見的程度。
[0005]日本特開平4-268053號公報記載的方法是一種在鋼中添加Si，抑制氫原子向鋼板中的侵入，由此防止氫脆化的發生的方法。但是，實際上，對于氫脆化的防止而言，僅僅通過添加Si來抑制氫原子向鋼板中的侵入是不夠的，將鋼板本身預先形成為相對于侵入的氫而言難以產生脆性的組織、成分是重要的。
[0006]從防止氫脆性的觀點對鋼的組織、成分進行研究，在條鋼的領域中，例如日本特開昭60-155644號公報所述,公知一種將馬氏體組織在400°C以上回火,使Fe-C系化合物充分析出而進行防止的方法。
`[0007]但是，這樣的鋼與進行沖壓成形或輥成形等的加工的薄鋼板不同，在加工性的方面差。另外，如上所述，對于因為伴隨著殘留應力的存在或強加工的在鋼板組織內的空穴或裂紋的產生等而容易產生氫脆化這一點沒有任何考慮。另外，通常以連續退火法制造的超高強度鋼板是通過對C、Mn量較低的鋼進行均熱處理后，以較快的冷卻速度冷卻到馬氏體相變點以下，并在400°C以下進行回火而制造的，但該制造方法是一種完全不同于在條鋼中公知的方法的制造方法，因此需要一種與條鋼的領域不同的對策。
[0008]在先技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開平4-268053號公報
[0011]專利文獻2:日本特開昭60-155644號公報
【發明內容】

[0012]本發明為了解決上述現有技術的問題點，目的在于提供一種拉伸強度為980~1670MPa的超高強度且耐氫脆化特性優越的加工用超高強度薄鋼板及其制造方法。
[0013]作為用來解決所述問題的手段，本發明的要旨在于一種拉伸強度為980~1670MPa的耐氫脆化特性優越的超高強度冷軋鋼板，其以質量％計算，包括C:0.05~0.17 %，S1:0.2 ~1.5 %，Mn:1.7 ~3.5 %，P ≤ 0.030 %，S ≤ 0.010 %，Al:0.025 ~0.120%,N≤0.0100%,T1:3.43XN~0.150%，根據需要還包括Mo≤1.0%，余量由鐵及不可避免雜質構成。
[0014]另外，其制造方法的特征在于，通過通常方法對具有上述的化學成分的鋼坯進行熱軋，酸洗后，進行冷軋，在連續退火之際，以Ac3點~1000°C實施均熱后，緩冷，從650°C以上的溫度以70°C /s以上的冷卻速度冷卻到Ms點以下，使其產生馬氏體相變，以后，進行再加熱或者就原樣不動地以150~300°C進行I~15min的回火處理。
[0015]進而，在上述制造方法中，在連續退火之前的軋制時，優選設粗軋的壓延率為80%以上，設精軋的壓延率為90%以上，設熱精加工溫度為830°C以上，設卷取溫度為400~750°C來進行熱軋。
[0016]發明效果
[0017]本發明的冷軋鋼板具有作為汽車的保險杠或車門沖擊梁等強度部件而最佳的980~1670MPa的拉伸強度和加工性，且相對于使用時成為問題的氫脆化而言具有優越的耐性，在上述的強度部件、加強部件等的輕量化方面發揮優越的效果。
【具體實施方式】
[0018]以下進一步詳細說明本發明。首先，對本發明的鋼的化學成分的限定理由進行說明。
[0019]C:C是生成馬氏體且對高強度化而言為必需的元素，為了得到980MPa以上的強度，需要有0.05%以上，但如果變多，則容易產生氫脆性。在本發明中，尤其在得到必要的超高強度時，考慮加工性及點焊性，設上限為0.17%，但為得到980~1670MPa的拉伸強度，該C量是足夠的。
[0020]Si =Si是為了不使延性劣化而強化鋼的有效的元素，在本發明中添加0.2%以上。但是，當超過1.5%時，不僅其效果飽和，而且還有在冷軋中的軋制機的負荷變大等問題，因此規定為1.5%以下。
[0021]Mn:Mn是提高鋼的淬火性的元素，為了由連續退火設備穩定地得到馬氏體組織，需要有1.7%以上。但是，當超過3.5%時，不僅其效果飽和，，而且偏析變大，組織變得不均勻，加工性下降，因此設3.5%為上限。
[0022]P:P是為了強化鋼而提高延性的有效的元素，但由于容易在粒界偏析，容易引起脆化，所以設為0.030%以下。
[0023]S:S由于形成夾雜物而使彎曲加工性等劣化，所以抑制在0.010%以下。
[0024]Al:A1是為了脫酸的目的而添加0.025%以上，但從表面性狀的觀點出發，規定其上限為0.120%。[0025]N:N即使不特別添加，在制鋼時也會從大氣中侵入。該N如果以固溶狀態存在于鋼中，則顯著促進脆化。因此，在本發明中，通過添加Ti來形成析出物從而使N無害化。但是，N如果超過0.0100%,則需要添加的Ti量增大，不僅成本上升，加工性也劣化，因此抑制為0.0100%以下。
[0026] T1: 一方面，Ti由于以N的析出固定為目的，所以需要至少添加N的當量 (3.43XN)以上，但如果過多，則與鋼的強化所需的C形成析出物，從而軟質化，因此將其上限規定為0.150%。
[0027]Mo =Mo不僅是為了提高鋼的淬火性而由連續退火設備穩定地得到馬氏體的有效的元素，而且還有對粒界進行強化、抑制氫脆性的產生的效果，根據需要而添加。在添加的情況下，當超過1.0 %時，效果飽和，所以設為1.0 %以下。
[0028]下面對本發明的制造方法進行描述。
[0029]具有上述化學成分的鋼坯雖然通過通常方法而連續鑄造或通過造塊法來制造，并進行熱軋，但這些制造條件并不特別限制。需要說明的是，在熱軋時，雖然需要加熱為規定的軋制溫度以上的溫度，但鑄造后暫時冷卻到常溫附近，然后再加熱，或者在保持高溫的情況下直接插入加熱爐，或鑄造后直接軋制，也沒什么問題。熱軋只要以830°C以上的溫度進行精加工即可，對于之后的冷卻條件、卷取溫度并不特別限定，只要如通常的方法那樣，例如，冷卻平均在30~100°C /s的范圍進行，卷取在400~750°C下進行即可。進而，通過使熱軋時的粗軋的合計壓延率為80%以上，使精軋的合計壓延率為90%以上，從而能夠減小結晶粒徑，能夠提聞耐氧脆化特性。
[0030]在熱軋后，進行酸洗，進行冷軋，但冷軋率例如在25~70%程度即可。接著實施連續退火，制成規定的強度的鋼板，但連續退火規定為以下的條件。
[0031]連續退火的均熱需要在Ac3相變點以上1000°C以下進行。在不到Ac3相變點的溫度下，在均熱過程中產生鐵素體組織，難以確保強度。鐵素體組織的存在雖然從氫脆性的觀點看是有利的，但實際情況是，在均熱過程中對應于化學成分來控制規定量的鐵素體生成是困難的，因此，如后所述，使其在冷卻過程中生成則更容易。另一方面，即便在超過1000°c 的溫度下加熱，只要是奧氏體單相組織，則也沒有什么問題，但即使徒勞加熱到高溫，結晶粒徑也變大，導致成本上升，因此上限為1000°c。
[0032]均熱后，緩冷到急冷開始溫度，接著開始急冷。緩冷的速度例如可為I~30°C /
S。急冷開始溫度是基本上從奧氏體單相的組織的狀態開始進行，生成馬氏體而可確保規定的強度的溫度。因此，急冷開始溫度希望為Ar3相變點以上，但從氫脆性的觀點出發，存在鐵素體組織更有利，因此，只要在可確保強度的范圍，即使生成少量的鐵素體組織也沒什么問題，設為650°C以上。需要說明的是，在此所謂少量的鐵素體組織，是指以面積率計算為 20%以下。另外，急速冷卻的速度只要為70°C /s以上，則可得到低溫相變生成物，因此將其設為下限。需要說明的是，關于冷卻方法，水淬火、水冷輥冷卻、氣水冷卻、及噴氣冷卻等都可以，不論其方法。
[0033]急冷進行到馬氏體相變開始溫度(Ms點)以下，之后在150~300°C下進行I~ 15min的回火處理，由此調整為規定的強度。此時，只要急冷結束溫度在回火處理溫度范圍內，以該溫度原封不動地進行恒溫保持即可，在低于回火處理溫度的情況下，只要進行再加熱即可。回火處理時間如果不是Imin以上，則其效果幾乎無法確認，另一方面，如果比15min長，則設備巨大化，因此將其規定為上限。回火處理溫度低于150°C時，其效果幾乎沒有，因此將其設為下限。另一方面，本發明人確認到:在超過300°C時，析出比較粗大的碳化物，在大氣及鹽水噴霧等腐蝕環境下的氫脆化試驗中，短時間內發生粒界破壞。其理由并不十分明確，但認為是由于在成形加工時在碳化物和母材的界面生成空穴，氫原子聚集于此，提高應力集中，導致龜裂發生。因此，回火處理溫度的上限為300°C。
[0034]退火后，根據需要，為了使形狀良好，可實施調質軋制，另外，即使進行鋅等的鍍敷處理也沒什么問題。
[0035]下面示出本發明的實施例。
[0036](實施例)
[0037]在將表1所示的化學成分的鋼加熱為1200°C后，在表2的條件下熱軋為板厚
3.0mm。在酸洗后，冷軋到板厚1.8mm,以表2所示的條件分別進行連續退火。在實施了 0.3%的調質軋制后，調查機械特性及耐氫脆化特性。其結果如表3所示。
[0038]關于耐氫脆化特性，以彎曲半徑9R將30mmX 150mm的長條試驗片進行U彎曲成形，縮窄到板間達到2R( = 18mm)，在表面實施膜厚20 y m的電沉積涂覆，之后，用切刀在彎曲頂部切出狹縫，在0.5mol/升的硫酸+0.0OOlmol/升的KSCN溶液中，使用恒電位儀給予比自然電位低600mV的電位，通過裂紋產生的時間進行評價。
[0039]從表3可知，本發明例(N0.1、2、3、6、8、13~16)示出了 980~1670MPa的拉伸強度和良好的加工性，直到裂紋產生的時間也長，為1000s以上，耐氫脆化特性優越。相對于此，比較例(N0.4,5,7)的連續退火條件從本發明范圍偏離，另外，比較例(N0.10,12)的化學成分從本發明范圍偏離，各自鐵素體面積率變得過高，無法確保規定的強度。另一方面，比較例(N0.9,11)的化學成`分從本發明范圍偏離，直到裂紋產生的時間短，為300~500s，與本發明例的耐氫脆化特性之差明顯。
[0040]需要說明的是，本發明例N0.6、8雖然不滿足本申請技術方案4，但N0.6滿足技術方案1、3，N0.8滿足技術方案1、3。
[0041]【表1】
【權利要求】
1.一種拉伸強度為980~1670MPa的耐氫脆化特性優越的超高強度冷軋鋼板，其特征在于， 以質量 ％ 計算，包括 C:0.05 ~0.17 %，S1:0.2 ~1.5 %，Mn:1.7 ~3.5 %，P^0.030%,S ^ 0.010%,Al:0.025 ~0.120%，N ≤0.0100%,T1:3.43XN ~0.150%，余量由鐵及不可避免雜質構成。
2.如權利要求1所述的冷軋鋼板，其還含有Mo< 1.0%。
3.一種拉伸強度為980~1670MPa的耐氫脆化特性優越的超高強度冷軋鋼板的制造方法，其特征在于， 通過通常方法對具有權利要求1或2所述的化學成分的鋼坯進行熱軋，酸洗后，進行冷軋，在連續退火之際，以Ac3點~1000°C實施均熱后，緩冷，從650°C以上的溫度以70°C /s以上的冷卻速度冷卻到Ms點以下，使其產生馬氏體相變，以后，進行再加熱或者就原樣不動地以150~300°C進行I~15min的回火處理。
4.一種拉伸強度為980~1670MPa的耐氫脆化特性優越的超高強度冷軋鋼板的制造方法，其特征在于， 對于具有權利要求1或2所述的化學成分的鋼坯，以80%以上的粗軋的壓延率、90%以上的精軋的壓延率、830°C以上的熱精加工溫度、400~750°C的卷取溫度進行熱軋，酸洗后，進行冷軋，在連續退火之際，以Ac3點~1000°C實施均熱后，緩冷，從650°C以上的溫度以70°C /s以上的冷卻速度冷卻到Ms點以下，使其產生馬氏體相變，以后，進行再加熱或者就原樣不動地以150~300°C進行I~15min的回火處理。
【文檔編號】C21D8/02GK103572159SQ201210249309
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月18日 優先權日:2012年7月18日
【發明者】內海幸博, 田中福輝, 三村和弘, 大宮良信 申請人:株式會社神戶制鋼所