專利名稱：可加工性、疲勞特性和表面質(zhì)量?jī)?yōu)越的高強(qiáng)度熱軋鋼板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用作壓制成形制成的汽車輪和懸掛的組成材料的一種高強(qiáng)度熱軋鋼板，具體而言，涉及一種在可加工性、疲勞特性和表面質(zhì)量上都優(yōu)越的高強(qiáng)度熱軋鋼板。
背景技術(shù)：
對(duì)于改善汽車的撞擊安全性和燃料經(jīng)濟(jì)性的需求在最近日益變得更加嚴(yán)重，而作為適應(yīng)這些要求的措施，減輕車體的重量就非常需要。因?yàn)橛绕涫窃谄嚥考?，輪子和懸掛部件的重量占?jù)了車體總重量的很大的比例，因此如果通過增加在那些部件中所使用的組成材料的強(qiáng)度而減少那些部件的厚度，就可以減少重量。
現(xiàn)在，輪子和懸掛部件主要通過壓制成形制成，因此輪子和懸掛部件的組成材料需要具有優(yōu)越的加工性。此外，組成材料需要具有高的疲勞特性和優(yōu)越耐久性，以便能將使用中的損傷減到最小。此外，甚至有時(shí)候需要使某些部件例如輪子的外部表面美觀耐看。
因此，需要任一性能如可加工性、疲勞特性和表面質(zhì)量都優(yōu)越的高強(qiáng)度熱軋鋼板，以及作為生產(chǎn)該鋼板的方法，已提出的有例如在JP-A-9-31534中所描述的技術(shù)。采用該所述技術(shù)，鋼板的表面質(zhì)量以及化學(xué)可加工性是通過降低Si含量而改善的，而鐵素體(ferrite)相通過加入與Ti組合使用的Nb而增強(qiáng)，由此在改善可加工性的同時(shí)提高了強(qiáng)度。然而，采用該技術(shù)，因?yàn)門i與Nb結(jié)合一起加入作為基本元素，所以成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
在該情形下開發(fā)了本發(fā)明，因此本發(fā)明的目的是在相對(duì)較低的成本下提供一種加工性和疲勞性能優(yōu)越以及表面質(zhì)量?jī)?yōu)異的高強(qiáng)度熱軋鋼板。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面涉及一種能夠解決上述問題的具有優(yōu)越的可加工性、疲勞特性和表面質(zhì)量的高強(qiáng)度熱軋鋼板，其特征在于，它含有C為0.03～0.15質(zhì)量％；Mn為0.5～2質(zhì)量％；Al為0.01～0.1質(zhì)量％；P為0.030～0.08質(zhì)量％；和Cr為0.3～1.00質(zhì)量％；同時(shí)控制S不超過0.02質(zhì)量％(包括0％)，而Si不超過0.1質(zhì)量％(包括0％)，其中它們的金屬結(jié)構(gòu)具有作為主要相的多角形鐵素體，以及含有作為第二相的馬氏體。
在該方面，以體積分?jǐn)?shù)計(jì)多角形鐵素體優(yōu)選不少于75％。而以體積分?jǐn)?shù)計(jì)馬氏體優(yōu)選為3～20％。
在該方面，鋼板優(yōu)選還包括作為其它元素的下列元素(a)Ni0.1～1質(zhì)量％，和/或Cu0.1～1質(zhì)量％；(b)Co0.01～1質(zhì)量％；(c)Ca不超過0.005質(zhì)量％(不包括0％)；和(d)選自由0.01～0.3質(zhì)量％的Nb、0.01～0.3質(zhì)量％的Ti、0.01～0.5質(zhì)量％的V、0.05～1質(zhì)量％的Mo和0.0003～0.01質(zhì)量％的B等組成的組中的至少一種元素。
采用本發(fā)明，通過恰當(dāng)控制P、Cr和Si的各自含量，即使沒有加入與Ti結(jié)合的Nb也可以以相對(duì)較低的成本提供一種加工性和疲勞性能優(yōu)越以及表面質(zhì)量?jī)?yōu)異的高強(qiáng)度熱軋鋼板。
本發(fā)明的其它和另外的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)從下面的描述中顯得更加充分。
附圖描述

圖1是示出在Si含量和P含量對(duì)于鋼板表面質(zhì)量影響方面取得的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖；和圖2是示出在P含量和Cr含量各自對(duì)于鋼板的可加工性和疲勞特性影響方面取得的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖；具體實(shí)施方式
為了尋找所述問題的解決辦法，發(fā)明人等從各個(gè)角度進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)于改善關(guān)于熱軋鋼板的可加工性、疲勞性質(zhì)和表面質(zhì)量這三種性質(zhì)，如果熱軋鋼板轉(zhuǎn)變成具有作為主要相的多角形鐵素體并含有作為第二相的預(yù)定量馬氏體的結(jié)構(gòu)的雙相熱軋鋼板，同時(shí)控制包含在熱軋鋼板中的P、Cr和Si元素之間的含量平衡，這些問題就可以成功解決，由此完成了發(fā)明。下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的熱軋鋼板的基本觀點(diǎn)(基本原理)，同時(shí)交織描述發(fā)明如何產(chǎn)生。
為了獲得熱軋鋼板可加工性的改善，發(fā)明人等仔細(xì)研究了具有作為主要相的多角形鐵素體并在其中分散有作為第二相的馬氏體結(jié)構(gòu)的雙相熱軋鋼板，而且在雙相熱軋鋼板的化學(xué)組分與它的性質(zhì)如可加工性、疲勞性質(zhì)和表面質(zhì)量之間的關(guān)系上連續(xù)地進(jìn)行了各種研究。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在P與Cr結(jié)合加入時(shí)如果Si含量盡可能控制，則可以獲得在可加工性、疲勞性質(zhì)和表面質(zhì)量方面都優(yōu)越的雙相熱軋鋼板。
首先，下面描述了Si含量和P含量對(duì)于鋼板表面質(zhì)量的影響方面的研究結(jié)果。
圖1是示出在含有0.10％的C、1.5％的Mn、0.005％的S和0.040％的Al的鋼板表面質(zhì)量的評(píng)價(jià)結(jié)果，這通過以不同方式改變Si含量和P含量而獲得(至于表面質(zhì)量的詳細(xì)評(píng)價(jià)過程參考下面表述的具體實(shí)施方案)。在圖1中，符號(hào)○表示沒有觀察到鱗狀痕跡的樣品，符號(hào)△表示局部觀察到鱗狀痕跡的樣品，而符號(hào)×表示在整個(gè)表面上基本都觀察到鱗狀痕跡的樣品。
此外，鋼板在相同條件下生產(chǎn)。更具體而言，熱軋?jiān)谝韵聴l件下進(jìn)行熱軋溫度880℃；初級(jí)冷卻速度(指從軋制溫度一直到初級(jí)冷卻停止溫度的期間的冷卻速度)50℃/秒；中間空氣冷卻溫度(初級(jí)冷卻停止溫度)680℃；中間空氣冷卻時(shí)間6秒；次級(jí)冷卻速度(從中間空氣冷卻完成溫度一直到卷繞溫度期間的冷卻速度)35℃/秒；卷繞溫度100℃。所獲得的鋼板是具有作為主要相的多角形鐵素體并含有作為第二相的3～20％體積分?jǐn)?shù)的馬氏體的雙相結(jié)構(gòu)。
從圖1明顯看出，如果Si含量控制在不超過0.1％，則鋼板的表面質(zhì)量很優(yōu)異。即，即使含有微量的Si，也可以形成致使產(chǎn)生表面缺陷的鱗狀體，這反過來引起表面質(zhì)量變差。如果控制Si含量約為0.13％，則除鱗特性如下所述通過增加P含量而發(fā)生改變，因此表面質(zhì)量獲得了一定程度的提高，然而，鱗狀痕跡仍然偶爾可局部觀察到。然而，如果Si含量控制為不超過0.1％，則能夠更可靠地獲得優(yōu)異表面質(zhì)量。
接著，下面描述P含量和Cr含量對(duì)于鋼板可加工性和疲勞性質(zhì)的影響的研究結(jié)果。
圖2是示出含有0.08％的C、0.02％的Si、1.5％的Mn、0.005％的S和0.040％的Al的鋼板的可加工性和疲勞性質(zhì)的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖，這通過以不同方式改變P含量和Cr含量而獲得(關(guān)于可加工性和疲勞性質(zhì)的詳細(xì)評(píng)價(jià)過程參考下面所述的具體實(shí)施方案)。在圖2中，符號(hào)○表示在可加工性和疲勞性質(zhì)兩者都很優(yōu)異的樣品，而符號(hào)◇表示可加工性優(yōu)異而疲勞性能較差的樣品，符號(hào)△表示疲勞性能優(yōu)異而可加工性較差的樣品，符號(hào)×表示可加工性和疲勞性質(zhì)兩者都較差的樣品。
此外，鋼板在同樣的條件下生產(chǎn)。更具體而言，熱軋?jiān)谌缦聴l件下進(jìn)行熱軋溫度為880℃，初級(jí)冷卻速度(指從軋制溫度一直到初級(jí)冷卻停止溫度的期間的冷卻速度)為50℃/秒，中間空氣冷卻溫度(初級(jí)冷卻停止溫度)為680℃，中間空氣冷卻時(shí)間為6秒，次級(jí)冷卻速度(從中間空氣冷卻完成溫度一直到卷繞溫度期間的冷卻速度)為35℃/秒，卷繞溫度為100℃。所獲得的鋼板每個(gè)厚3.2mm，其金屬結(jié)構(gòu)為具有作為主要相的多角形鐵素體并含有作為第二相的3～20％體積分?jǐn)?shù)的馬氏體的雙相結(jié)構(gòu)。
從圖2明顯看出，如果P含量控制在0.030～0.08％，Cr含量控制在0.3～1.00％，則發(fā)現(xiàn)鋼板的可加工性和疲勞性質(zhì)兩者都很優(yōu)異。更具體而言，如果P含量不超過0.030％，以及如果Cr含量小于0.3％，則可加工性和疲勞性質(zhì)都變差。然而，如果分別含有預(yù)定量的P和Cr，則即使沒有有效包含硅，可加工性與疲勞性能也可以相互兼容。其原因還沒有完全搞清楚，然而，發(fā)明人認(rèn)為在鋼中P和Cr之間的親和力對(duì)可加工性和疲勞性質(zhì)施加了影響。更具體而言，當(dāng)P和Cr之間的親和力非常好時(shí)，在鋼中就形成了化合物(例如，CrPO4等)。此時(shí)，可以認(rèn)為在這些元素的各自含量超出規(guī)定限度之前，這些元素都以固溶體狀態(tài)存在于鋼中，因此如果P含量和Cr含量之間的平衡適當(dāng)調(diào)整，就不容易發(fā)生當(dāng)P和Cr單獨(dú)過量加入時(shí)發(fā)生的問題如離析、脆化、碳化物的形成、淬透性的過量改善等，此外，由于P和Cr加入的協(xié)作效應(yīng)而進(jìn)一步提高了疲勞性質(zhì)。
基于上述認(rèn)識(shí)，就本發(fā)明的熱軋鋼板而言，分別積極包含有0.030～0.08％的P和0.3～1.00％的Cr以及將Si含量控制在不超過0.1％(含0％)是很重要的。
下面開始描述以本發(fā)明熱軋鋼板為特征的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的熱軋鋼板優(yōu)選具有作為主要相的多角形鐵素體并含有作為第二相的馬氏體的金屬結(jié)構(gòu)，所述馬氏體的體積分?jǐn)?shù)含量?jī)?yōu)選為3～20。
具有作為主要相的多角形鐵素體的鋼板有優(yōu)異的延展性，而且鋼板的可加工性能夠改善。本發(fā)明中，多角形鐵素體為位錯(cuò)密度較低的鐵素體，然而除位錯(cuò)密度高的鐵素體外還包括準(zhǔn)多角形鐵素體(但位錯(cuò)密度高的鐵素體除外)如針狀鐵素體、貝氏體鐵素體等。這是因?yàn)楦呶诲e(cuò)密度的鐵素體會(huì)引起鋼板延展性變差。
主要相是指作為鋼板結(jié)構(gòu)的主體的相，更具體而言，是指超過50％體積分?jǐn)?shù)的相。多角形鐵素體與整個(gè)結(jié)構(gòu)的比值優(yōu)選不小于75％體積分?jǐn)?shù)，更優(yōu)選不小于80％體積分?jǐn)?shù)。然而，如果多角形鐵素體超過97％的體積分?jǐn)?shù)，則生產(chǎn)出的馬氏體的量太小，因此多角形鐵素體不要超過97％體積分?jǐn)?shù)，優(yōu)選不超過93％體積分?jǐn)?shù)。
本發(fā)明熱軋鋼板的結(jié)構(gòu)需要含有作為第二相的馬氏體，而且馬氏體與整個(gè)結(jié)構(gòu)的比值優(yōu)選為3～20％體積分?jǐn)?shù)。對(duì)于具有作為主要相的多角形鐵素體和作為第二相的馬氏體的熱軋鋼板，可以降低屈強(qiáng)比(屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度的比值)，增加均勻伸長(zhǎng)率和斷裂伸長(zhǎng)率，由此而改善強(qiáng)度和延展性之間的平衡。然而，如采用小于3％體積分?jǐn)?shù)的馬氏體，就不可能確保低屈強(qiáng)比、高延展性和高疲勞強(qiáng)度這三個(gè)性質(zhì)，因此馬氏體優(yōu)選不少于3％體積分?jǐn)?shù)。另一方面，如果馬氏體的比值超過20％體積分?jǐn)?shù)，盡管鋼板的強(qiáng)度增加，但是延展性變差，因而使鋼板不能應(yīng)付苛刻的工作條件，因此馬氏體優(yōu)選不大于20％體積分?jǐn)?shù)。
如前面所述，本發(fā)明熱軋鋼板由具有作為主要相的多角形鐵素體并含有作為第二相的馬氏體的結(jié)構(gòu)的雙相鋼構(gòu)成，然而，雙相鋼可以含有作為第三相的珠光體、貝氏體、殘留奧氏體等，但前提是第三相含量要小。然而，如果第三相與整個(gè)結(jié)構(gòu)的比值升高，則第二相(馬氏體)比值就降低，因而不能獲得所需的效果。因此，第三相優(yōu)選控制為不超過5％，更優(yōu)選不超過3％體積分?jǐn)?shù)。
各個(gè)組分在鋼結(jié)構(gòu)中所占的體積分?jǐn)?shù)可以通過對(duì)由電子顯微鏡拍下的照片進(jìn)行圖像分析而計(jì)算出來。更具體而言，假設(shè)鋼板厚度為t，從鋼板橫截面選擇任意三個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)為0.01mm2的區(qū)域，所述橫截面為沿輥軋方向并離鋼板表面t/4的深度，通過掃描電鏡以1000倍放大倍率拍攝各個(gè)區(qū)域的圖像，從而通過對(duì)所拍攝圖像進(jìn)行圖像分析而計(jì)算出各個(gè)組分的面積百分比。將面積百分比作為在金屬結(jié)構(gòu)中的體積分?jǐn)?shù)。
接著描述本發(fā)明的熱軋鋼板的基本組分。下面所給出的化學(xué)組分都是以質(zhì)量％為單位的。
本發(fā)明的鋼板在控制S不超過0.02％(含0％)的同時(shí)，含有作為基本組分的C(為0.03～0.15％)，Mn(為0.5～2％)和Al(為0.01～0.1％)。下面描述確定上面那些范圍的原因。
C0.03～0.15％C是用于增強(qiáng)鋼板強(qiáng)度的重要元素，特別是用于形成馬氏體的重要元素。為了使C有效表現(xiàn)出這些作用，需要含有不小于0.03％的C。然而，如果C過量，則成為主要相的多角形鐵素體將難于形成，由此使延展性變差，并導(dǎo)致可焊性差。因此，C含量需要控制在不超過0.15％。
Mn0.5～2％Mn是用于改善淬透性和獲得所需雙相鋼的重要元素，也作為固溶體硬化元素的重要元素。為了使Mn有效表現(xiàn)這些作用，因而需要含有至少0.5％的Mn。然而，如果Mn含量為過量，將難于形成多角形鐵素體，由此導(dǎo)致不僅延展性變差，而且可加工性和可焊性也變差，這是由于Mn離析的緣故，因此Mn含量的上限設(shè)置為2％。
Al0.01～0.1％Al是去氧劑元素，因而需要含有不小于0.01％的Al。即，對(duì)于本發(fā)明的熱軋鋼板，為了盡可能減少Si含量，因而必需明確地加入Al以取代作為去氧劑元素的Si。然而，即使Al過量加入，上述作用將達(dá)到飽和，而Al將相反地作為用于形成氧化物基夾雜物的來源，由此導(dǎo)致延展性變差。因此，Al含量的上限設(shè)置為0.1％。
S不超過0.02％(包括0％)S在鋼中形成硫化物基夾雜物，由此引起可成形性(特別是環(huán)形件鍛造性質(zhì))變差，并導(dǎo)致可點(diǎn)焊性差，因此S優(yōu)選盡可能減小，然而因?yàn)镾作為不可避免的雜質(zhì)仍將被混合在其中，高達(dá)0.02％的S含量是允許的。特別地，為了確保鋼板的局部延展性，S含量?jī)?yōu)選控制為不超過0.005％本發(fā)明熱軋鋼板在控制Si為不超過0.1％(含0％)的同時(shí)，除了上面描述的基本組分外，還分別含有0.030～0.08％的P和0.3～1.00％的Cr是重要的。
P0.030～0.08％P是用于實(shí)現(xiàn)多角形鐵素體的固溶體硬化的元素，而且少量P的加入導(dǎo)致強(qiáng)度和延展性之間的很好平衡。然而，在過去加入超過0.030％的P就會(huì)引起強(qiáng)度和延展性之間的平衡變差，還導(dǎo)致韌性和可焊性變差。因此，P的積極加入從來都沒有實(shí)施過。盡管有過去的實(shí)踐，但對(duì)于本發(fā)明的熱軋鋼板，通過如前面所述的P和Cr結(jié)合加入可以改善可加工性和疲勞性質(zhì)，這是因?yàn)镻和Cr的結(jié)合使用不會(huì)引起由于P過量加入招致的不良效果。必需以超過0.030％的量加入P以使該有益作用能有效表現(xiàn)出來。然而，如果P過量加入，這將使P鍵接到Cr上以產(chǎn)生易脆的化合物，由此造成團(tuán)簇形成的原因，因此由于P和Cr結(jié)合加入的有益作用反而被損害了。因此，P含量的上限需要為0.08％。P含量更優(yōu)選為不超過0.080％。
Cr0.3～1.00％Cr是用于改善淬透性的元素，也是用于在熱軋后的冷卻期間穩(wěn)定奧氏體以及使馬氏體易于形成的元素。因此，如果Cr含量增加，就有更多的馬氏體形成，但在另一方面，所形成的多角形鐵素體的含量下降，因而導(dǎo)致延展性變差。然而，對(duì)于本發(fā)明熱軋鋼板，即使加入Cr以至它的含量稍微高一些，這也不會(huì)引起可加工性的變差，此外可以通過如前面所述的P和Cr結(jié)合加入的作用而改進(jìn)疲勞性質(zhì)。Cr含量必須不少于0.3％以使該作用能充分表現(xiàn)出來，因此Cr含量?jī)?yōu)選不小于0.30％。然而，Cr的過量加入會(huì)引起由于與P聯(lián)合加入Cr帶來的有益作用達(dá)到飽和，導(dǎo)致疲勞性質(zhì)不再改善，反而成為由Cr和P的結(jié)合而產(chǎn)生的易脆的化合物和團(tuán)簇的形成原因，以至延展性和轉(zhuǎn)化處理性質(zhì)變差。因此，Cr含量的上限需要為1.00％。
Si不超過0.1％(含0％)Si作為去氧劑元素，而且除此外還具有用于促進(jìn)熱軋后從γ-鐵(奧氏體)轉(zhuǎn)化成α-鐵(鐵素體)的作用，以及通過使在固溶體狀態(tài)的溶解于α-鐵的碳釋放進(jìn)入γ-鐵而使馬氏體易于形成的作用。然而，即使含有少量Si，它也將形成氧化物，由此引起表面質(zhì)量變差，并成為了表面缺陷的原因。表面缺陷將成為疲勞性能變差的原因。因此，對(duì)于本發(fā)明，Si含量需要控制為不超過0.1％，優(yōu)選為不超過0.05％。
本發(fā)明熱軋鋼板分別含有作為必要組分的C(為0.03～0.15％)，Mn(為0.5～2％)，Al(為0.01～0.1％)，P(為0.030～0.08％)，Cr(為0.3～0.08％)；同時(shí)分別控制S不超過0.02％(包括0％)，而硅不超過0.1％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)(例如，Mg、Zr、As、Se等)，它還可以包含其它元素(e)Ni0.1～1％和/或Cu0.1～1％；(f)Co0.01～1％；(c)Ca不超過0.005％(不包括0％)；和
(d)選自由0.01～0.3％的Nb、0.01～0.3％的Ti、0.01～0.5％的V，0.05～1％的Mo、和0.0003～0.01％的B等組成的組中的至少一種元素。這些范圍由于下面原因設(shè)定(a)Ni0.1～1％和/或Cu0.1～1％；Ni是能夠改進(jìn)淬透性和韌性而不損害可焊性的元素。為了使該作用有效表現(xiàn)出來，優(yōu)選加入至少0.1％的Ni，更優(yōu)選加入不小于0.3％的Ni。然而，Ni的過量加入會(huì)增加成本，因此Ni含量的上限優(yōu)選為1％，更優(yōu)選為不超過0.5％。
相反，Cu是有效用于固溶體硬化和沉淀硬化的元素，是有效用于加強(qiáng)鋼板而不損害伸長(zhǎng)折邊(elongation flanging)性質(zhì)的元素。此外，疲勞性質(zhì)也通過加入普通的Cu而改善。為了使該作用有效表現(xiàn)出來，優(yōu)選加入至少0.1％的Cu，更優(yōu)選加入不少于0.3％的Cu。然而，即使Cu過量加入，該加入的作用將完全飽和，從而導(dǎo)致成本的增加。因此，Cu含量的上限優(yōu)選為1％。
這些元素的每一種都可以單獨(dú)加入，然而，當(dāng)加入Cu時(shí)，優(yōu)選與Ni結(jié)合加入以避免熱脆性。如果結(jié)合加入Cu和Ni，Ni的加入量的優(yōu)選范圍為等于Cu加入量～約1/3的Cu加入量。
(b)Co0.01～1％Co是用于通常引起淬透性變差的元素，而且很少加入到雙相鋼(轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)鋼)中。然而，對(duì)于本發(fā)明的熱軋鋼板，因?yàn)镻與Cr結(jié)合加入，因此由于多角形鐵素體的清潔作用Co表現(xiàn)出改善延展性的作用。為了使該作用有效表現(xiàn)出來，因而Co優(yōu)選加入不少于0.01％。然而，即使Co過量加入，該加入作用也將完全飽和，從而導(dǎo)致成本的增加。因此，Co含量的上限優(yōu)選為1％，更優(yōu)選不超過0.5％。
(e)Ca不超過0.005％(不包括0％)Ca是用于控制硫化物基夾雜物的形貌以及通過硫化物基夾雜物形貌的球狀化處理而改善鋼板延展性(特別是伸長(zhǎng)翻邊性質(zhì))的元素。該作用通過即使少量Ca的加入也可以有效改善，然而，如果Ca過量加入，不僅該加入作用飽和，而且鋼板的清潔度變差，因此Ca含量?jī)?yōu)選控制為不超過0.005％。
此外，當(dāng)硫化物基的夾雜物形貌可以通過加入代替Ca的REM而控制，REM可以加入到需要之處。在該情形下，REM含量?jī)?yōu)選為不超過0.01％，更優(yōu)選為不超過0.005％。
(d)選自由0.01～0.3％的Nb、0.01～0.3％的Ti、0.01～0.5％的V、0.05～1％的Mo、和0.0003～0.01％的B等組成的組中的至少一種元素。
Nb、Ti、V、Mo和B中的任一元素有助于改善淬透性，特別是V和Mo不僅有助于改善淬透性，而且通過沉淀硬化的作用改進(jìn)強(qiáng)度。為了使該作用有效表現(xiàn)出來，優(yōu)選加入不小于0.01％的V和不小于0.05％的Mo。然而，因?yàn)閂和Mo比Cr更易于與P結(jié)合，如果這些元素過量加入，這反而將阻礙與P和Cr結(jié)合加入的作用，最后成為延展性顯著變差的原因，這是由于過量沉積硬化的緣故。因此，優(yōu)選V含量上限為0.5％，而Mo含量上限為0.1％。更優(yōu)選V含量上限為不超過0.2％，而Mo含量上限為不超過0.5％。
同時(shí)，B是有效用作改善淬透性和獲得雙相鋼的元素。為了使該作用有效表現(xiàn)出來，優(yōu)選加入不少于0.0003％的B。然而，如果B過量加入，不僅該添加效果飽和，而且雙相鋼的延展性變差，因此B含量的上限優(yōu)選為不超過0.01％，更優(yōu)選為不超過0.002％。
另一方面，Nb和Ti是昂貴元素，從成本觀點(diǎn)考慮，應(yīng)該避免加入這兩種元素。特別是對(duì)于本發(fā)明的熱軋鋼，因?yàn)榧尤肭‘?dāng)平衡的元素P、Cr和Si，即使沒有加入Nb和Ti也可以獲得所需的效果。然而，如果成本方面可以忽略，具有包含作為另外加添元素的Nb和Ti就根本不產(chǎn)生問題。
Nb和Ti作為用于實(shí)現(xiàn)沉淀硬化或改善淬透性和有助于提高強(qiáng)度的元素。為了使這些作用有效表現(xiàn)出來，優(yōu)選加入不少于0.01％的Nb和不少于0.01％的Ti。更優(yōu)選加入不少于0.02％的Nb和不少于0.05％的Ti。然而，與采用先前描述的元素如V、Mo和B的情況時(shí)相同，Nb和Ti比Cr更易于與P結(jié)合，如果這些元素過量加入，這將很大程度上干涉P和Cr的結(jié)合加入作用，最終由于過量沉淀硬化而形成延展性變差很多的原因。因此，優(yōu)選設(shè)置Nb含量的上限為0.3％，而Ti含量的上限為0.3％，更優(yōu)選Nb含量的上限為不超過0.1％，而Ti含量的上限為不超過0.2％。
根據(jù)由下式所示的原子當(dāng)量比，優(yōu)選調(diào)節(jié)Nb、Ti、V、Mo和B的總計(jì)含量以使其在不超過Cr含量的范圍(Nb/92.9+Ti/47.9+V/50.9+Mo/95.9+B/10.8)＜Cr/52它只需要本發(fā)明熱軋鋼板滿足上面的要求，而生產(chǎn)該熱軋鋼板的方法將在下面通過實(shí)例描述，但是生產(chǎn)本發(fā)明熱軋鋼板的方法并沒有特別的限定。
為了生產(chǎn)具有作為主要相的多角形鐵素體以及使馬氏體作為第二相形成鋼板以及為了調(diào)節(jié)馬氏體與整個(gè)結(jié)構(gòu)的比值為3～20％體積分?jǐn)?shù)，在熱軋后的冷卻特別優(yōu)選在兩級(jí)之間插入中間空氣冷卻的兩級(jí)中進(jìn)行。即，需要恰當(dāng)控制用于熱軋的軋制溫度、用于從軋制溫度直到中間空氣冷卻溫度期間的冷卻速度(下面也指初級(jí)冷卻速度)、中間空氣冷卻溫度(即，初級(jí)冷卻停止溫度)、中間空氣冷卻溫度(即，初級(jí)冷卻停止溫度)、中間空氣冷卻時(shí)間、從中間空氣冷卻完成溫度直到卷繞溫度期間的冷卻速度(下面也指次級(jí)冷卻速度)、卷繞溫度等。更具體地，該方法在下面描述。
對(duì)于熱軋條件沒有特別的限制，和傳統(tǒng)情況相同，熱軋可以在約800～1100℃的溫度范圍進(jìn)行，但是軋制溫度在約800～950℃的范圍。如果軋制溫度低于800℃，則雙相區(qū)域在軋制操作過程中形成，由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變成不均勻，而如果軋制溫度超過950℃，則奧氏體顆粒變得粗糙，由此阻礙鐵素體的沉淀，致使難于確保鐵素體的充足含量。
熱軋后的冷卻優(yōu)選在其間插入中間空氣冷卻的兩級(jí)中進(jìn)行。采用位于兩級(jí)之間的中間空氣冷卻，金屬結(jié)構(gòu)可以具有由鐵素體和馬氏體組成的兩相。從這一點(diǎn)考慮，初級(jí)冷卻停止溫度(即，中間空氣冷卻溫度)優(yōu)選在約650～700℃范圍，中間空氣冷卻時(shí)間優(yōu)選設(shè)置為約3～20秒。如果中間空氣冷卻溫度低于約650℃，則鐵素體的轉(zhuǎn)化將不能充分進(jìn)行，而另一方面，如果中間空氣冷卻溫度高于約700℃，則在奧氏體中的碳的聚集(concentration)不會(huì)充分進(jìn)行。此外，采用小于約3秒的中間空氣冷卻時(shí)間，鐵素體的轉(zhuǎn)化將不會(huì)充分進(jìn)行，而相反，采用超過約20秒的中間空氣冷卻時(shí)間，將難于阻礙珠光體的轉(zhuǎn)化。
從軋制溫度直到中間空氣冷卻溫度期間的冷卻速度(初級(jí)冷卻速度)優(yōu)選在約20～100℃/秒。如果初級(jí)冷卻速度小于20℃/秒，則產(chǎn)生粗糙鐵素體，而如果初級(jí)冷卻速度超過100℃/秒，將難于獲得均勻冷卻，因此導(dǎo)致不均勻結(jié)構(gòu)。
從中間空氣冷卻完成溫度直到卷繞溫度期間的冷卻速度(次級(jí)冷卻速度)優(yōu)選為不小于20℃/秒。采用小于20℃/秒的次級(jí)冷卻速度，就不可能控制珠光劑的轉(zhuǎn)化和貝氏體的轉(zhuǎn)化。
卷繞溫度優(yōu)選為約350℃～室溫之間。如果卷繞溫度超過350℃，則第二相不可能轉(zhuǎn)變成馬氏體。
本發(fā)明的熱軋鋼板除高強(qiáng)度外，例如在可加工性、疲勞性質(zhì)和表面質(zhì)量的任一性質(zhì)都比較優(yōu)良，因此，例如本發(fā)明的熱軋鋼板適于用作汽車部件如汽車輪子、懸掛部件等的組成材料。
實(shí)施例下面參考實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，要指出的是本發(fā)明不是由實(shí)施例的性質(zhì)限制的，各種改進(jìn)可以在前面和后面所描述的教導(dǎo)范圍內(nèi)取得而不會(huì)背離發(fā)明的本質(zhì)和范圍。
具有表1示出的化學(xué)組成的錠鋼被制成大板坯，隨后在1200℃熱軋。用于熱軋的軋制溫度在表2示出。熱軋后，冷卻在兩級(jí)中進(jìn)行，該兩級(jí)之間插入中間空氣冷卻，在表2示出的卷繞溫度下取出加工件，由此獲得每個(gè)具有3.2mm厚度的熱軋鋼板。
表2示出了本實(shí)施例中所采用的從軋制溫度直到初級(jí)冷卻停止溫度期間的冷卻速度(初級(jí)冷卻速度)、初級(jí)冷卻停止溫度、中間冷卻時(shí)間以及從中間冷卻完成溫度直到卷繞溫度期間的冷卻速度(次級(jí)冷卻速度)。
表1

表2

所獲得的熱軋鋼板進(jìn)行酸洗后，從該鋼板中切割出多種測(cè)試片，隨后分別進(jìn)行張力測(cè)試、疲勞測(cè)試和結(jié)構(gòu)觀察。
使用根據(jù)JIS規(guī)定的張力測(cè)試片5(編號(hào))作為張力測(cè)試的測(cè)試片，對(duì)于各個(gè)測(cè)試片進(jìn)行屈服強(qiáng)度(YS)、張力強(qiáng)度(TS)和總伸長(zhǎng)率(EI)測(cè)定。測(cè)試結(jié)果在表3示出?；趶埩y(cè)試的結(jié)果，可計(jì)算出張力強(qiáng)度(TS)×總伸長(zhǎng)率(EI)的各個(gè)值，在這些值的基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)每個(gè)熱軋鋼板的可加工性。具有超過18000的TS×EI值的各個(gè)測(cè)試片被評(píng)價(jià)為好(O.K.)。TS×EI的值在表3示出。
使用根據(jù)JIS規(guī)定的張力測(cè)試片5作為疲勞測(cè)試的測(cè)試片，測(cè)定通過由5×106次的交替重復(fù)彎曲疲勞測(cè)試激勵(lì)而未破裂的最大應(yīng)力(σw)。測(cè)試結(jié)果在表3示出。疲勞性質(zhì)在所測(cè)定的最大應(yīng)力(σw)與由張力測(cè)試測(cè)定的張力(TS)的比值(σw/TS)的基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)。具有超過0.50比值的各個(gè)測(cè)試片評(píng)價(jià)為好(O.K.)。比值在表3示出。
通過使用掃描電子顯微鏡觀察鋼板的結(jié)構(gòu)，馬氏體占整個(gè)結(jié)構(gòu)的體積分?jǐn)?shù)通過預(yù)先描述過程計(jì)算。所計(jì)算出的馬氏體的體積分?jǐn)?shù)在表3示出。此外，作為第三相的少量貝氏體等可以觀察到，然而發(fā)現(xiàn)第三相的體積分?jǐn)?shù)小于3％，而余量為多角形鐵素體。
至于表面質(zhì)量，所得熱軋鋼板進(jìn)行肉眼觀察，在是否存在表面缺陷(鱗狀痕跡)的基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下，評(píng)價(jià)結(jié)果在表3示出。
評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)○沒有觀察到鱗狀痕跡符號(hào)△局部可觀察到鱗狀痕跡符號(hào)×基本上整個(gè)表面都可觀察到鱗狀痕跡表3

以表3為基礎(chǔ)，可獲得下列結(jié)論。測(cè)試片1～19都是適應(yīng)本發(fā)明規(guī)定需要的實(shí)例，每一個(gè)都表示可加工性、疲勞性質(zhì)優(yōu)越并且表面質(zhì)量也很優(yōu)異的高強(qiáng)度熱軋鋼。另一方面，測(cè)試片20～25都是不能滿足本發(fā)明規(guī)定需要的例子，每個(gè)都表示在如加工性、疲勞性質(zhì)和表面質(zhì)量中的任一性質(zhì)方面較差的高強(qiáng)度熱軋鋼板。
權(quán)利要求
1.一種在可加工性、疲勞特性和表面質(zhì)量方面優(yōu)越的高強(qiáng)度熱軋鋼板，所述高強(qiáng)度熱軋鋼板含含量如下的組分C為0.03～0.15質(zhì)量％；Mn為0.5～2質(zhì)量％；Al為0.01～0.1質(zhì)量％；P為0.030～0.08質(zhì)量％；和Cr為0.3～1.00質(zhì)量％；同時(shí)控制S不超過0.02質(zhì)量％(包括0％)，而Si不超過0.1質(zhì)量％(包括0％)，其中金屬結(jié)構(gòu)具有作為主要相的多角形鐵素體并含有作為第二相的馬氏體。
2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度熱軋鋼板，其中按照體積分?jǐn)?shù)計(jì)，所述多角形鐵素體含量不低于75％。
3.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度熱軋鋼板，其中按照體積分?jǐn)?shù)計(jì)，所述馬氏體含量為3～20％。
4.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度熱軋鋼板，還至少包括0.1～1質(zhì)量％的Ni或0.1～1質(zhì)量％的Cu作為其它元素。
5.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度熱軋鋼板，還包括作為其它元素的0.01～1質(zhì)量％的Co。
6.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度熱軋鋼板，還包括作為其它元素的不超過0.005質(zhì)量％(不包括0％)的Ca。
7.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度熱軋鋼板，還包括作為其它元素的選自由0.01～0.3質(zhì)量％的Nb、0.01～0.3質(zhì)量％的Ti、0.01～0.5質(zhì)量％的V、0.05～1質(zhì)量％的Mo和0.0003～0.01質(zhì)量％的B組成的組中的至少一種元素。
全文摘要
公開了一種高強(qiáng)度熱軋鋼板，所述高強(qiáng)度熱軋鋼板在控制S不超過0.02質(zhì)量％(包括0％)的同時(shí)分別包括如下C為0.03～0.15質(zhì)量％；Mn為0.5～2質(zhì)量％；Al為0.01～0.1質(zhì)量％；其中所述高強(qiáng)度熱軋鋼板的金屬結(jié)構(gòu)具有作為主要相的多角形鐵素體以及含有作為第二相的馬氏體，此外在控制Si不超過0.1質(zhì)量％(包括0％)的同時(shí)，還分別含有0.030～0.08質(zhì)量％的P和0.3～1.00質(zhì)量％的Cr。從而以相對(duì)較低的成本提供一種可加工性和疲勞性能優(yōu)越并且表面質(zhì)量?jī)?yōu)異的高強(qiáng)度熱軋鋼板。
文檔編號(hào)C22C38/38GK1644743SQ20051000466
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月21日
發(fā)明者十代田哲夫, 三浦正明, 鹽釜徹 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所