專利名稱：高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有超過700MPa的拉伸強(qiáng)度的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板，特別是涉及一種焊接時(shí)熱影響區(qū)(HAZ)不易產(chǎn)生軟化、加工性能優(yōu)良的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板及其制造方法。
近年，對(duì)加工性的要求日益嚴(yán)格，關(guān)于提高這種高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的加工性能的提案也日漸增多。例如，特開平5-311244號(hào)公報(bào)提出的方法是，把Si-Mn-P系熱軋鋼板在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線上加熱到Ac1相變點(diǎn)以上的溫度后，急冷到Ms點(diǎn)以下，使整體或部分產(chǎn)生馬氏體，之后利用熱鍍鋅液和合金化處理爐的熱量對(duì)馬氏體進(jìn)行回火處理的方法。另外，特開平7-54051號(hào)公報(bào)公開的方法是，對(duì)在Mn-P-Nb(-Ti)系的熱軋后低溫下卷繞的熱軋鋼板進(jìn)行熱鍍鋅處理，向微小的鐵素體基質(zhì)中細(xì)微地分散珠光體或滲碳體，以提高延伸法蘭的性能(伸びフランジ性)的方法。
另一方面，最近，象特殊薄型板材(TWB)，把不同強(qiáng)度或不同板厚的鋼板通過激光焊接或壓薄滾焊等焊接得到的材料被用于汽車的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，鋼板的焊接部的特性開始被重視。
但是，利用特開平5-311244號(hào)公報(bào)記載的提高鋼板自身的加工性的方法制造的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板，是基于其強(qiáng)化結(jié)構(gòu)使奧氏體急冷而得的第2相獲得的，但由于鐵素體及第2相未做到均一細(xì)微化，所以焊接時(shí)容易產(chǎn)生HAZ的軟化，導(dǎo)致焊接部的加工性劣化和強(qiáng)度降低，不適用于汽車用結(jié)構(gòu)構(gòu)件等。這里所說的第2相是由選自馬氏體和貝氏體的至少一種組織組成的相。另外，利用特開平7-54051號(hào)公報(bào)記載的方法制造的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板，是向鐵素體基質(zhì)中細(xì)微地分散珠光體或滲碳體形成的組織，所以在穩(wěn)定獲得超過700MPa的拉伸強(qiáng)度、特別是超過780MPa以上的強(qiáng)度方面很困難。
該目的是通過本質(zhì)上由C0.03-0.25質(zhì)量％、Si0.7質(zhì)量％以下、Mn1.4-3.5質(zhì)量％以下、P0.05質(zhì)量％以下、S0.01質(zhì)量％以下、Cr0.05-1質(zhì)量％、Nb0.005-0.1質(zhì)量％、和余量的Fe組成、并且由鐵素體和第2相的復(fù)合組織組成的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板實(shí)現(xiàn)的，前述復(fù)合組織的平均粒徑為10μm以下。
該高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板是通過包括下述工序的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的制造方法制得的熱軋工序，把本質(zhì)上由C0.03-0.25質(zhì)量％、Si0.7質(zhì)量％以下、Mn1.4-3.5質(zhì)量％以下、P0.05質(zhì)量％以下、S0.01質(zhì)量％以下、Cr0.05-1質(zhì)量％、Nb0.005-0.1質(zhì)量％、和余量的Fe組成的鋼坯，在Ar3相變點(diǎn)以上的溫度下進(jìn)行熱軋；卷繞工序，對(duì)800-700℃的溫度范圍以5℃/秒以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在450-700℃的溫度范圍進(jìn)行卷繞；和鍍鋅工序，在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線上，加熱到760-880℃溫度范圍后，以1℃/秒以上的冷卻速度冷卻到600℃以下的溫度范圍，進(jìn)行鍍鋅。
圖2A、2B分別表示的是本發(fā)明例的鋼板和比較例的鋼板的激光焊接部截面的硬度分布圖。
1)鋼成分本發(fā)明的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板本質(zhì)上是由下述元素及余量的Fe組成。
CC是實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化的必須元素。為得到超過700MPa的拉伸強(qiáng)度，其含量至少要在0.03％以上。但是，如果添加量超過0.25％，則第2相的體積率增加，使結(jié)晶粒相互間結(jié)合，粒徑變大，在焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生HAZ的軟化、加工性劣化等。因此，C量要控制在0.03-0.25％。
SiSi是穩(wěn)定獲得鐵素體+馬氏體2相組織的有效元素。但是，如果含量超過0.7％，鍍鋅的密合性和表面外觀會(huì)明顯劣化。所以，Si量要控制在0.7％以下。
MnMn和C一樣，是實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化的必須元素。為得到超過700MPa的拉伸強(qiáng)度，其含量至少要在1.4％以上。但是，如果添加量超過3.5％，則第2相的粒徑變大，在焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生HAZ的軟化、加工性劣化等。因此，Mn量要控制在1.4-3.5％。
PP和Si一樣，是穩(wěn)定獲得鐵素體+馬氏體2相組織的有效元素。但是，如果含量超過0.05％，會(huì)劣化焊接部的韌性。所以，P量要控制在0.05％以下。
SS是不純物，所以越少越好。如果其含量超過0.01％，和P一樣，會(huì)顯著劣化焊接部的韌性。所以，S量要控制在0.01％以下。
sol.Al(溶性Al)sol.Al是很有效的脫氧元素，但其含量超過0.10％時(shí)，會(huì)劣化加工性。所以，sol.Al量最好控制在0.10％以下。
NN含量如果超過0.007％，會(huì)劣化延展性，所以，N量最好控制在0.007％以下。
CrCr是防止HAZ在焊接時(shí)軟化的有效元素。因此，其含量需要在0.05％以上，但如果超過1％會(huì)劣化表面性質(zhì)。所以，Cr量應(yīng)控制為0.05-1％。
NbNb是把鐵素體粒徑細(xì)微化、防止HAZ在焊接時(shí)軟化、提高加工性的有效元素。因此，其含量需要在0.005％以上，但如果超過0.1％會(huì)劣化加工性。所以，Nb量應(yīng)控制為0.005-1％。
在上述元素的基礎(chǔ)上，添加從Mo0.05-1％、V0.02-0.5％、Ti0.005-0.05％、B0.0002-0.002％中選擇的至少1種元素，把鐵素體粒徑進(jìn)一步細(xì)微化，對(duì)防止HAZ在焊接時(shí)軟化、提高加工性更有效果。特別是，Mo、V對(duì)提高淬火性有效果，Ti、B對(duì)提高強(qiáng)度有效果。
2)由鐵素體+第2相組成的復(fù)合組織的平均粒徑如后面所詳述，把復(fù)合組織的平均粒徑控制在10μm以下，會(huì)得到更優(yōu)良的加工性。這里所說的第2相是由選自馬氏體和貝氏體的至少一種組織組成的相。另外，復(fù)合組織中，在這些第2相的基礎(chǔ)上，再包含有不足10％的珠光體或殘留的奧氏體時(shí)，也不會(huì)有損本發(fā)明的效果。
3)制造方法上述高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板也可以通過，例如，把滿足上述成分條件的鋼坯在Ar3相變點(diǎn)以上的精加工溫度下進(jìn)行熱軋后，以5℃/秒以上的冷卻速度冷卻到800-700℃的溫度范圍，在450-700℃溫度范圍進(jìn)行卷繞，酸洗后，在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線上，加熱到760-880℃溫度范圍，以1℃/秒以上的冷卻速度冷卻到600℃以下的溫度范圍，進(jìn)行鍍鋅的制造方法制得。另外，也可以在鍍鋅后進(jìn)行合金化處理。這樣制得的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板是熱軋鋼板。
熱軋的精加工溫度應(yīng)在Ar3相變點(diǎn)以上，以避免在不到Ar3相變點(diǎn)以下時(shí)生成粗大的鐵素體粒，形成不均一的組織。
熱軋后，在800-700℃溫度范圍生成鐵素體粒，但如果以小于5℃/秒的冷卻速度冷卻該溫度范圍，會(huì)使鐵素體粒變粗大，形成不均一的組織。因此，該溫度范圍，需要以5℃/秒以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻。特別是，以100-300℃/秒以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻，對(duì)組織的細(xì)微化是非常有利的。
卷繞溫度如果不足450℃，會(huì)造成NbC的析出不充分，而如果超過700℃又會(huì)析出粗大的NbC，都會(huì)導(dǎo)致得不到細(xì)微化的組織，HAZ在焊接時(shí)產(chǎn)生軟化，加工性劣化。因此，卷繞溫度應(yīng)控制為450-700℃。
連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線上的加熱溫度如果不足760℃就不能形成第2相，而超過880℃又會(huì)造成組織粗大化，所以，應(yīng)控制為760-880℃。
加熱后，如果以小于1℃/秒的冷卻速度進(jìn)行冷卻，或即使以1℃/秒以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在超過600℃的溫度下進(jìn)行鍍鋅時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致鐵素體粒粗大化、不能形成第2相。因此，需要以1℃/秒以上的冷卻速度，冷卻到600℃以下后進(jìn)行鍍鋅。
也可以把熱軋后的熱軋鋼板，按照和冷軋后的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線相同的條件進(jìn)行鍍鋅。這樣制得的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板是冷軋鋼板。此時(shí)，為防止組織的粗大化，冷軋率需要在20％以上。
另外，鋼坯的制造可以用鑄錠法，也可以用連續(xù)鑄造法制得。連續(xù)軋制法和直接輸送軋制法都可適用于熱軋。熱軋過程中，也可以用感應(yīng)加熱器對(duì)鋼板進(jìn)行加熱。熱軋的軋制率增大時(shí)，對(duì)組織的細(xì)?；苡欣?。在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線上進(jìn)行鍍鋅前，也可以進(jìn)行鍍Ni。
然后，利用電子顯微鏡觀察第2相，利用X線衍射測(cè)定殘留的奧氏體的量，利用拉伸試驗(yàn)測(cè)定拉伸強(qiáng)度TS。另外，為評(píng)價(jià)激光焊接后的HAZ的特性，對(duì)母材及激光焊接部做了埃里克森試驗(yàn)(杯突試驗(yàn))，求得了母材的成形高度h0，焊接部的成形高度ht，以及它們的差Δh(＝h0-ht)。
激光焊接采用的是CO2激光(波長(zhǎng)10.6μm、光束模式環(huán)形模式M＝2)，聚光系統(tǒng)采用ZnSe制透鏡(焦距254mm)，保護(hù)氣體使用Ar氣，流速為20升/分鐘，激光輸出功率4kW，焊接速度4米/分鐘。
另外，還使用表1的鋼C、I、J、Q、d，按表3所示條件制造了高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板，并做了與上述相同的試驗(yàn)。
其結(jié)果如表2及表3所示。
成分和鐵素體和第2相的粒徑在本發(fā)明范圍內(nèi)的鋼板，其Δh小，HAZ不易軟化。另一方面，在本發(fā)明范圍外的鋼板，其Δh大，HAZ易斷裂。


圖1表示的是表2及表3所示的鋼板的Δh和鐵素體粒徑的關(guān)系。
第2相的粒徑如表2及表3所示。
使用具有本發(fā)明的成分的鋼，按照本發(fā)明的條件進(jìn)行制造，可以得到鐵素體粒徑及第2相粒徑在10μm以下、HAZ沒有斷裂、Δh在2mm以下、而且是高強(qiáng)度、HAZ不易軟化的鍍鋅鋼板。
另一方面，本發(fā)明范圍外的鋼板，其Δh超過2mm，HAZ產(chǎn)生軟化，HAZ也出現(xiàn)了斷裂。
圖2A、2B分別表示的是本發(fā)明例的鋼板17和比較例的鋼板28的激光焊接部截面的硬度分布圖。
本發(fā)明例的鋼板基本不產(chǎn)生HAZ軟化。表1

單位質(zhì)量％*本發(fā)明范圍外。
表2

F鐵素體、M馬氏體、B貝氏體、P珠光體表3

F鐵素體、M馬氏體、B貝氏體、P珠光體
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板，其本質(zhì)上由C0.03-0.25質(zhì)量％、Si0.7質(zhì)量％以下、Mn1.4-3.5質(zhì)量％以下、P0.05質(zhì)量％以下、S0.01質(zhì)量％以下、Cr0.05-1質(zhì)量％、Nb0.005-0.1質(zhì)量％、和余量的Fe組成，并且由鐵素體和第2相的復(fù)合組織組成，所述復(fù)合組織的平均粒徑在10μm以下。
2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板，其含有選自Mo0.05-1質(zhì)量％、V0.02-0.5質(zhì)量％、Ti0.005-0.05質(zhì)量％、B0.0002-0.002質(zhì)量％的至少1種元素。
3.一種高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的制造方法，其包括熱軋工序，把本質(zhì)上由C0.03-0.25質(zhì)量％、Si0.7質(zhì)量％以下、Mn1.4-3.5質(zhì)量％以下、P0.05質(zhì)量％以下、S0.01質(zhì)量％以下、Cr0.05-1質(zhì)量％、Nb0.005-0.1質(zhì)量％、和余量的Fe組成的鋼坯，在Ar3相變點(diǎn)以上的溫度下進(jìn)行熱軋；卷繞工序，對(duì)800-700℃的溫度范圍以5℃/秒以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在450-700℃的溫度范圍進(jìn)行卷繞；酸洗工序；和鍍鋅工序，在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線上，加熱到760-880℃溫度范圍后，以1℃/秒以上的冷卻速度冷卻到600℃以下的溫度范圍，進(jìn)行鍍鋅。
4.一種高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的制造方法，其包括熱軋工序，把本質(zhì)上由C0.03-0.25質(zhì)量％、Si0.7質(zhì)量％以下、Mn1.4-3.5質(zhì)量％以下、P0.05質(zhì)量％以下、S0.01質(zhì)量％以下、Cr.0.05-1質(zhì)量％、Nb0.005-0.1質(zhì)量％、選自Mo0.05-1質(zhì)量％、V0.02-0.5質(zhì)量％、Ti0.005-0.05質(zhì)量％、B0.0002-0.002質(zhì)量％的至少1種元素、和余量的Fe組成的鋼坯，在Ar3相變點(diǎn)以上的溫度下進(jìn)行熱軋；卷繞工序，對(duì)800-700℃的溫度范圍以5℃/秒以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在450-700℃的溫度范圍進(jìn)行卷繞；酸洗工序；和鍍鋅工序，在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線上，加熱到760-880℃溫度范圍后，以1℃/秒以上的冷卻速度冷卻到600℃以下的溫度范圍，進(jìn)行鍍鋅。
5.如權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的制造方法，其中在酸洗工序和鍍鋅工序之間，進(jìn)一步包括以20％以上的壓下率進(jìn)行冷軋的工序。
6.如權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的制造方法，其中在酸洗工序和鍍鋅工序之間，進(jìn)一步包括以20％以上的壓下率進(jìn)行冷軋的工序。
7.如權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的制造方法，其中在鍍鋅工序后，進(jìn)一步包括合金化處理工序。
8.如權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的制造方法，其中在鍍鋅工序后，進(jìn)一步包括合金化處理工序。
9.如權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的制造方法，其中在鍍鋅工序后，進(jìn)一步包括合金化處理工序。
10.如權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的制造方法，其中在鍍鋅工序后，進(jìn)一步包括合金化處理工序。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板，其本質(zhì)上由C0.03－0.25質(zhì)量％、Si0.7質(zhì)量％以下、Mn1.4－3.5質(zhì)量％以下、P0.05質(zhì)量％以下、S0.01質(zhì)量％以下、Cr0.05－1質(zhì)量％、Nb0.005－0.1質(zhì)量％、和余量的Fe組成，并且由鐵素體和第2相的復(fù)合組織組成，復(fù)合組織的平均粒徑在10μm以下。本發(fā)明的高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板在焊接時(shí)不易產(chǎn)生HAZ的軟化，所以適用于利用特殊薄型板材(TWB)的汽車結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
文檔編號(hào)C23C2/40GK1457371SQ02800375
公開日2003年11月19日 申請(qǐng)日期2002年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者長(zhǎng)瀧康伸, 北野總?cè)? 佐藤健太郎, 巖淵正洋, 蒲昭 申請(qǐng)人:日本鋼管株式會(huì)社