專利名稱：彎曲加工性優(yōu)良的耐候性高強度鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及要求強度、噴丸后等的加工性、耐候性的鐵路車輛和陸路運輸、海上運輸用的集裝箱用鋼材及其制造方法。
背景技術(shù)：
從前，對于集裝箱是要求具備輕量、長壽命和耐候性的材料，使用鋁的材料成為主流。但是，由于價位高、強度低，因此迫切要求高強度且具有耐候性的鋼材。到目前為止的耐候性鋼材，有JIS G3125規(guī)定的拉伸強度在50kgf/mm2(490MPa)級的高耐候性軋制鋼材。除此以外，作為高強度鋼材，在特開平3-2321號公報中曾經(jīng)公開拉伸強度在60kgf/mm2或以上的冷加工性優(yōu)良的耐候性熱軋鋼板的制造方法。
并且，伴隨海上集裝箱的使用實績的增加，使用環(huán)境變得更加苛刻、即使是涂裝集裝箱，由于局部腐蝕的發(fā)生而經(jīng)不住長期使用的情況增多。對此，在特開昭63-72853號公報曾經(jīng)公開了對于高P鋼中添加Nb、Ti、V、B能夠?qū)崿F(xiàn)長壽命化。
但是，近年來對高強度且輕量化的集裝箱的要求進一步提高，要求屈服強度在700MPa或以上且彎曲加工性良好的超高強度耐候性鋼材。而且，以涂裝時的涂料附著性和疲勞特性以及表面硬化性為目標，在噴丸處理后等進行彎曲加工，因此對鋼材要求的強度和加工性均非常嚴格。所要求的強度不是拉伸強度而是屈服強度，是由于以超高強度達到輕量化為目標、因此即使板厚較薄仍需要保證保持剛性。所以，在特開平3-2321號公報中公開的成分和制造方法不能滿足該規(guī)格要求。
此外，在以高壽命為目標的特開昭63-72853號公報中提出的成分體系能確保耐候性壽命，但在制造集裝箱的噴丸-彎曲加工中產(chǎn)生裂紋，因此它也沒有滿足該規(guī)格。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為了解決以上課題，提供確保屈服強度在700MPa或以上的超高強度、同時耐噴丸后等的彎曲加工且具備耐候性的鋼材及其制造方法。
本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的的手段如下(1)一種彎曲加工性優(yōu)良的耐候性高強度鋼板，其特征在于以質(zhì)量％計含有C0.05～0.15％、Si0.5％或以下、Mn0.5～2.0％、P0.02或以下、S0.005％或以下、Ni0.2～2.0％、Cu0.2～0.5％、Cr0.2～1.0％、且含有Ti0.03～0.2％、Nb0.01～0.07％、V0.01～0.07％、B0.0005～0.0050％之中的1種、2種或以上、余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
(2)一種彎曲加工性優(yōu)良的耐候性高強度鋼板的制造方法，其特征在于所用的鋼以質(zhì)量％計含有C0.05～0.15％、Si0.5％或以下、Mn0.5～2.0％、P0.02％或以下、S0.005％或以下、Ni0.2～2.0％、Cu0.2～0.5％、Cr0.2～1.0％、且含有Ti0.03～0.2％、Nb0.01～0.07％、V0.01～0.07％、B0.0005～0.0050％之中的1種、2種或以上、余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，所述制造方法包括對所述鋼在1200℃或以上加熱后、于850℃～950℃的溫度范圍使軋制終止、在500℃～650℃進行卷繞。
以下，就本發(fā)明的鋼板以及制造方法的限定理由進行詳細敘述。


圖1是表示Ni量以及P量對腐蝕減量的影響效果的圖。
圖2是表示沖壓彎曲試驗的示意圖。
圖3是表示P對腐蝕減量以及彎曲半徑(R)的影響的圖。
具體實施例方式
本發(fā)明者為了解決上述課題，對許多鋼種的鋼板制造方法進行調(diào)查研究，最終實現(xiàn)了本發(fā)明。以下，就本發(fā)明進行詳細說明。
一般地，耐候性鋼材暴露在大氣中的最初期間與普通鋼材沒有區(qū)別，同樣生銹。但是，隨后耐候性鋼材的部分鐵銹成為致密的且密著于母材的鐵銹，該鐵銹成為保護膜，能阻止環(huán)境引起鐵銹的發(fā)展。使其含有Cu-Cr-P對制作這樣的鐵銹是有效的。
象以往那樣，以拉伸強度是50～60kgf/mm2(490MPa～590MPa)為對象的材料的場合，按照該成分體系可能適用于集裝箱用耐候性鋼材。近年來，與地球環(huán)境問題相匹配，提出以提高燃料費為目標的汽車的輕量化，對于陸路運輸、海上運輸使用的集裝箱，輕量化的要求也很強烈。因此，為了實現(xiàn)比從前更加輕量化的目的，希望鋼材的板厚目標值變薄、為了確保剛性要求屈服強度在700MPa或以上。此外，在集裝箱的制造上，為了更好地除鱗和涂裝附著，通過往鋼板上投射丸球、砂粒、石英砂等的噴丸對鋼板表面賦予凹凸。借助于該工序，表面發(fā)生硬化，因此在其后的彎曲成形中容易引起彎曲裂紋。特別是屈服強度超過700MPa的材料，裂紋敏感性顯著，選定添加元素的影響增大。
如上所述，對于屈服強度超過700MPa的鋼材，在制造能耐噴丸材的彎曲加工的耐候性鋼材時，要求同時滿足①鋼材強度的提高；②確保彎曲加工特性；③確保耐候性。
具有這樣的耐候性的高強度鋼材的制造，在使用多量的P時產(chǎn)生各種各樣的問題。首先，在制造工序，于鑄造200mm到300mm的板坯時，P容易引起中心偏析，向最后凝固的板厚中心部位富集。P的富集部位容易引起脆化裂紋。而且，高強度鋼本身裂紋敏感性較高，因此添加P的耐候性高強度鋼板經(jīng)常產(chǎn)生板坯裂紋，成材率非常低。
此外，即使加工成鋼板，由于P的添加其材質(zhì)特性較脆，加工性不良。一般地，越是高強度鋼材，伸長率越低，因此添加P的鋼材的加工性更低，而且這次的對象是在噴丸后等進行彎曲加工，因此容易引起彎曲裂紋。加之，集裝箱通過焊接而組裝的場合，也容易引起焊接裂紋。對以往的鋼作為耐候性元素使用的Cu、Cr、P的特性經(jīng)過詳細調(diào)查的結(jié)果判明對于高強度鋼材，P對上述②的有害影響很大，不能使用。本發(fā)明者在圖2所示的90°沖壓彎曲試驗，使沖頭端部的彎曲半徑(R)變化，調(diào)查P量與彎曲裂紋的產(chǎn)生條件。同時還調(diào)查了添加P與腐蝕減量的關(guān)系，示于圖3。結(jié)果表明，伴隨P的增加，腐蝕減量減小，耐侯性提高，但隨著P的增加彎曲裂紋極限的彎曲半徑(R)增大，鋼板的彎曲加工性變得嚴峻。因此，為了確保彎曲加工性，有必要研討不使用P而確保耐候性的方法。關(guān)于Cu和Cr，對彎曲加工性的有害影響較小，但是只增加它們的量來確保耐候性也是很難的。而且，也不能承受噴丸后等的彎曲加工。
因此，經(jīng)過反復(fù)進行各種實驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過代替P確保耐候性而使用Ni是可能的；為確保彎曲加工特性在通過低碳化謀求提高加工性的同時，盡量減少P的添加，并為了減少對彎曲特性帶來有害影響的MnS的生成而盡量減少S；強度調(diào)整則借助于Ti、Nb、V、B之中的1種、2種或以上的組合的析出效果的運用得到補充，發(fā)現(xiàn)能夠達成這一目的。
圖1表示Ni和P量對腐蝕減量的影響效果的比較?？梢钥吹剑殡SNi的增加，腐蝕減量減少，能夠得到與P添加的場合同樣的效果。
而且，Ni與P不同，在板坯鑄造時不出現(xiàn)偏析，不必擔(dān)心板坯裂紋，成材率良好。而且也不產(chǎn)生加工性、焊接性的問題，因此不必擔(dān)心噴丸后等的彎曲加工和焊接裂紋、是彎曲加工性優(yōu)良的耐候性鋼材高強度鋼板在制造上非常適宜的元素。關(guān)于耐候性，通過與Cu、Cr的并用發(fā)揮其效果。
本發(fā)明者以這些條件為基準，反復(fù)進行實驗，實現(xiàn)本發(fā)明。關(guān)于本發(fā)明的添加元素的限定理由，詳細敘述如下。
CC作為提高強度的元素使用。除了作為固溶強化用以外，與Ti和Nb形成碳化物，也能夠作為析出強化使用。但是，用量多時使加工性降低。鋼材強度越高，加工性越低，因此C量低些為宜。下限確定在0.05％是由于比其低時屈服強度難于確保700MPa或以上的緣故。而且，上限確定在0.15％或以下是為了防止彎曲加工引起的裂紋。
SiSi在鋼板表面形成鐵橄欖石(2FeO·SiO2)，使最外表面殘存微細的Fe2O3，是容易產(chǎn)生紅色氧化皮的元素。在鋼板表面形成紅色氧化皮時成為麻點狀，被用戶敬而遠之。為了防止麻點，Si含量上限確定在0.5％。
Mn是提高鋼材強度的必要元素。在少于0.5％時難于制造高強度鋼材。此外，在添加量超過2.0％時保持加工性變得困難，因此確定在0.5～2.0％的范圍。
P是對強度升高有效且對耐候性提高有益的元素，從前一直用于耐候性鋼材。但是，對于屈服強度超過700MPa那樣的超高強度鋼材的制造，在鋼材制造時成為板坯脆化的起因，焊接性也劣化。而且彎曲加工性也變差，因此盡量不添加為宜，上限確定在0.02％。
SS與Mn形成硫化物MnS。該硫化物容易變形，通過軋制而拉長，存在于鋼材中。MnS使鋼材的彎曲性、加工性劣化。特別是高強度鋼材，為了改善裂紋敏感性，盡量減少為宜，作為商業(yè)上可能達到的極限，確定在0.005％。
NiNi對提高強度、同時對提高耐候性、防止脆化也是有效的元素。特別是對于鹽分作用大的環(huán)境下的耐候性是有效的。在上述那樣的高強度鋼材中，對耐候性有效的P對加工性顯示出明顯的有害影響，因此不能使用。Ni作為其替代元素可以使用，不會象P那樣出現(xiàn)板坯裂紋和使鋼材的加工性劣化。為了有效地應(yīng)用耐候性的特征，需要添加0.2％或以上。另一方面，Ni是高價的金屬，即使超過2.0％，效果也不發(fā)生變化，因此上限確定在2.0％。集裝箱在海運和陸路運輸均可使用，在海上受海水的鹽分的影響、在陸地上受寒冷地區(qū)散撒的溶雪鹽的鹽分的影響，因此Ni是耐候性的重要的元素。在鹽以外的環(huán)境下，為了發(fā)揮下述Cu、Cr元素的效果，一并添加對耐候性是有效的。
CuCu對提高耐候性是很重要的，對穩(wěn)定鐵銹的形成是有效的元素。作為對腐蝕環(huán)境的效果，0.2％或以上是必要的，但如果超過0.5％，則容易引起表面缺陷，因此確定在0.2～0.5％。
CrCr對提高耐候性也很重要，對穩(wěn)定鐵銹的形成也是有效的元素。作為對腐蝕環(huán)境的效果，0.2％或以上是必要的。但是，即使超過1.0％，效果也不變化，因此確定在0.2～1.0％。為了制造屈服強度超過700MPa的鋼材，析出強度的利用是有效的。對于可能利用析出效果的以下4種元素，對強度不足予以補充，使用1種、2種或以上能夠達到目的。
Ti與C和N形成碳化物和氮化物，使鋼材的強度提高。0.03％或以上的添加顯現(xiàn)出其效果，即使添加0.2％或以上其效果也不變。
Nb與C和N形成碳化物和氮化物，使鋼材的強度提高。0.01％或以上的添加顯現(xiàn)出其效果，即使添加0.07％或以上其效果也不變。
V與C和N形成碳化物和氮化物，使鋼材的強度提高。0.01％或以上的添加顯現(xiàn)出其效果，即使添加0.07％或以上其效果也不變。
B與C和N形成碳化物和氮化物，同時對淬硬性的提高有效，是對強度提高有效的元素。0.0005％或以上的添加顯現(xiàn)出其效果，即使添加0.0050％或以上其效果也不變。
其次，就制造條件的限定理由進行敘述。
加熱溫度確定在1200℃或以上，是為了利用Ti、Nb、V、B的析出效果，在板坯階段通過使碳化物和氮化物固溶使鋼板制造時生成微細的析出物而充分利用析出效果。
為了使析出物微細化，精軋溫度在850℃或以上是必要的，如果超過950℃，容易產(chǎn)生晶粒的粗大化和氧化皮坑等問題，故精軋溫度范圍確定在850℃～950℃。
卷繞溫度對析出物的尺寸產(chǎn)生影響，使析出效果的狀況發(fā)生變化。在高溫卷繞時，析出物成長，過分地成長使強度效果減小。此外，卷繞溫度過低時，則析出物的生成不充分，不能希望強度升高。因此，可望強度升高的適度的溫度范圍確定在500℃～650℃。
在制造時，高壓除鱗和帶坯加熱裝置(バ一ヒ一タ一)的利用、軋制粗軋后的接合帶坯的熱軋連續(xù)化的利用也不存在任何問題，通過使用這些設(shè)備使加熱工序能力提高、同時能夠謀求氧化皮坑的防止發(fā)生以及成材率的提高。
實施例按照表1所示的各種成分的鋼編號1～12出鋼后，以表2所示的軋制條件制造鋼材、切取試料，表面進行噴丸處理后評價其特性。評價是通過拉伸試驗測定屈服強度、拉伸強度、總伸長率。并且，使用彎曲角度為90℃、端部的彎曲半徑(R)為3mm的沖頭進行彎曲加工，調(diào)查彎曲部位有無裂紋。
焊接性是由電弧焊接后的焊接部位的有無裂紋進行判斷。耐候性是進行鹽水噴霧處理后反復(fù)作濕潤～干燥的促進腐蝕的試驗，測定試驗前的試料重量以及試驗后去除鐵銹后的試料重量，求出腐蝕減量。作為比較，以市售的490MPa級科爾坦(Cor-ten)耐候性鋼的數(shù)據(jù)為基準，在腐蝕減量比該基準多的場合以“×”評價，在同等或以下的場合以“○”評價。
此外，觀察軋制后的鋼材的表面評價表面狀態(tài)。試驗編號1～12的軋制條件均在本發(fā)明條件內(nèi)實施。試驗編號7的Ni含量少，耐候性差。編號8的耐候性好，但是由于含有較多的P，因此在焊接和彎曲加工時產(chǎn)生裂紋。由于編號9的Si量多、編號10的Cu量過多，因此它們的表面產(chǎn)生鱗狀折疊和花紋，表面狀態(tài)不良。編號11的C、Mn量過高，因此彎曲加工和焊接性不良。編號12的S量高，因此在彎曲試驗中產(chǎn)生裂紋。
試驗編號13～17，使用本發(fā)明范圍的鋼編號2而改變軋制條件。編號13由于加熱溫度過低，因此不能利用析出強化，而沒能超過目標的屈服強度700MPa。編號14由于軋制溫度高，因此表面狀態(tài)不良。此外，編號15由于軋制溫度低，因此沒有產(chǎn)生析出物微細化引起的強化作用，沒能得到目標的強度。編號16由于卷繞溫度高，因此引起鋼材的軟質(zhì)化，仍然不能得到目標強度。編號17由于卷繞溫度過低，因此強度升高，但是硬化層增加，彎曲加工后產(chǎn)生裂紋。
滿足本發(fā)明的成分范圍和軋制條件的試驗編號1至6，滿足各種特性，得到了良好的評價結(jié)果。
并且，本發(fā)明的試驗編號18至20，是熱軋時在粗軋后其粗帶坯經(jīng)高壓除鱗進行去除表面的氧化皮、然后由帶坯加熱裝置加熱粗帶坯并進行粗帶坯接合而應(yīng)用熱軋連續(xù)化的實例，均滿足本發(fā)明的材料特性值，并具有靈活利用各工序產(chǎn)生的效果。編號18利用帶坯加熱裝置，由于在精軋前粗帶坯的溫度較高且均勻，因此析出控制均勻地進行，材料內(nèi)的材質(zhì)不均勻性減小，伸長率不均勻性從這一級別通常具有的6％左右減小到3.8％。而編號19是利用高壓除鱗以及熱軋連續(xù)化的實例。通過高壓除鱗，鋼材表面狀態(tài)被格外地提高了。并且，由于熱軋連續(xù)化，鋼卷端部的形狀良好，材料的成材率從通常的95％左右提高到97％。此外，編號20是利用帶坯加熱裝置以及熱軋連續(xù)化的實例，伸長率的不均勻性降低到3.2％、并且材料成材率提高到98％。
表3

比較例2除了使用以下表4中所記載的纖維處理劑以外，采用與實施例1相同的方法制造橡膠補強用線繩以及同步帶，做行車試驗。其結(jié)果一并表示在以下表5中。
表2 制造條件以及評價

彎曲加工90°彎曲沖壓后彎曲部分有無裂紋的判定。彎曲半徑(R)＝3mm；有裂紋的場合以“×”表示；無裂紋的場合以“○”表示。
焊接性 電弧焊后的焊接部位有裂紋的場合以“×”表示；無裂紋的場合以“○”表示。
耐候性 以以往的490MPa級科爾坦耐候性鋼為基準，腐蝕減量比其多的場合以“×”表示；比其少的場合以“○”表示。
(注)其下面標有橫線的部分表示本發(fā)明范圍外的條件。
根據(jù)本發(fā)明制造的鋼材，具有高強度、同時具備彎曲加工性以及耐候性。通過使用該鋼材能夠謀求集裝箱等要求耐候性的鋼材的輕量化，并且由于具備耐候性，因此壽命長。所以，能夠獲得由于輕量化對環(huán)保有利、以及長壽命帶來的經(jīng)濟效果。
權(quán)利要求
1.一種彎曲加工性優(yōu)良的耐候性高強度鋼板，其特征在于以質(zhì)量％計含有C0.05～0.15％、Si0.5％或以下、Mn0.5～2.0％、P0.02或以下、S0.005％或以下、Ni0.2～2.0％、Cu0.2～0.5％、Cr0.2～1.0％、且含有Ti0.03～0.2％、Nb0.01～0.07％、V0.01～0.07％、B0.0005～0.0050％之中的1種、2種或以上、余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
2.一種彎曲加工性優(yōu)良的耐候性高強度鋼板的制造方法，其特征在于所用的鋼以質(zhì)量％計含有C0.05～0.15％、Si0.5％或以下、Mn0.5～2.0％、P0.02％或以下、S0.005％或以下、Ni0.2～2.0％、Cu0.2～0.5％、Cr0.2～1.0％、且含有Ti0.03～0.2％、Nb0.01～0.07％、V0.01～0.07％、B0.0005～0.0050％之中的1種、2種或以上、余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，所述制造方法包括對所述鋼在1200℃或以上加熱后、于850℃～950℃的溫度范圍使軋制終止、在500℃～650℃進行卷繞。
全文摘要
本發(fā)明提供確保屈服強度為700MPa或以上的超高強度、同時能耐噴丸后等的彎曲加工且具備耐候性的鋼板及其制造方法。所述的彎曲加工性優(yōu)良的耐候性高強度鋼板，以質(zhì)量％計含有C0.05～0.15％、Si0.5％或以下、Mn0.5～2.0％、P0.02或以下、S0.005％或以下、Ni0.2～2.0％、Cu0.2～0.5％、Cr0.2～1.0％、且含有Ti0.03～0.2％、Nb0.01～0.07％、V0.01～0.07％、B0.0005～0.0050％之中的1種、2種或以上、余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。所述鋼板的制造方法是對鋼材在1200℃或以上加熱后、于850℃～950℃的溫度范圍使軋制終止、在500℃～650℃進行卷繞而制造。
文檔編號C21D8/02GK1639371SQ03804658
公開日2005年7月13日 申請日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月27日
發(fā)明者中村隆彰, 小寺稔, 宮谷康裕 申請人:新日本制鐵株式會社