耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及在母材钢板的表面形成有热浸镀锌层或者合金化热浸镀锌层的高强度热浸镀锌钢板，所述母材钢板以体积分数计具有40～90%的铁素体相和5%以下的残余奥氏体相，而且未再结晶铁素体在整个所述铁素体相中所占的比例以体积分数计为50%以下；进而铁素体相的晶粒在轧制方向的平均粒径除以板宽度方向的平均粒径所得到的值即粒径比为0.75～1.33，分散成岛状的硬质组织在轧制方向的平均长度除以板宽度方向的平均长度所得到的值即长度比为0.75～1.33，而且夹杂物的平均纵横尺寸比为5.0以下。
【专利说明】耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及以最大抗拉强度为900MPa级以上的高强度钢板为母材，且其表面形成有热浸镀锌层的热浸镀锌钢板，特别涉及耐延迟断裂特性优良、同时耐延迟断裂特性的各向异性也优良的高强度热浸镀锌钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，对于汽车或者工程机械、其它建筑和土木构造物等各种部件或构造物中使用的钢板的高强度化的要求正在提高。在这样的背景下，最大抗拉强度为900MPa以上的高强度钢板能够以汽车的保险杠和防撞梁等增强材料为中心而使用。另外，对于这些用途的钢板，大多在室外使用，因而通常要求优良的耐蚀性。
[0003]作为在用途中需要这样的耐蚀性的钢板，在母材钢板的表面实施了热浸镀锌的热浸镀锌钢板得到了广泛的应用。另外，在热浸镀锌后，将镀层加热至Zn的熔点以上的温度而使Fe从母材钢板中扩散至镀层中，由此使镀层成为以Zn-Fe合金为主体的层，进行这样的合金化处理而得到的合金化热浸镀锌钢板最近也得到了广泛的应用。
[0004]然而，在将高强度钢板适用于汽车等时，需要解决的问题是延迟断裂的发生。
[0005]所谓延迟断裂，是指在构件的加工或组装时不会产生裂纹或破坏，但在较高的应力发生作用的状况下，在使用构件的期间，外观上几乎不会伴随着塑性变形而突然发生脆性裂纹等破坏的现象。延迟断裂为人所知的是与从钢板的外部环境进入钢板中的氢有密切的关系。也就是说，一般地说，延迟断裂可以认为是起因于从外部环境进入而在钢中扩散的氢的脆化现象。
[0006]作为对延迟断裂产生很大影响的因子，为人所知的是钢板强度。这是因为越是高强度的钢板，在高应力作用的环境下使用的可能性越高。也就是说，在将低强度材料用于高应力作用的构件的情况下，材料立即发生塑性变形而直至断裂，因而通常不会发生延迟断裂。另一方面，高强度材料由于难以发生塑性变形和断裂，因而大多在高应力作用的环境下使用。另外，如汽车部件那样实施成形加工后使用的钢材因加工而产生残余应力。钢板强度越高，该残余应力越大。因此，除了由外部负荷施加的应力以外，还向钢板施加较大的残余应力，因此，容易发生延迟断裂。其结果是，越是高强度材料，发生延迟断裂的可能性越高。
[0007]另一方面，在薄钢板、例如板厚为3.0mm左右以下的薄钢板中，为人所知的是耐延迟断裂特性具有各向异性。也就是说，根据钢板的制造工艺中的加工方向(一般为最终冷轧的轧制方向、或者与其正交的轧制宽度方向)的不同，耐延迟断裂特性有时产生差异。该倾向对于薄板特别明显。于是，在将高强度薄钢板用于高应力作用的构件的情况下，采取确保安全的对策是很流行的。也就是说，流行的作法是采取以下的对策:如进行设计以便即使在耐延迟断裂特性最差的方向也不会产生延迟断裂、或者考虑钢板形成构件的适用方向以便使在耐延迟断裂特性较差的方向的加工变得轻微等。然而，在那样的对策中，存在的问题有在钢板的利用时受到明显的限制。
[0008]于是，作为薄钢板本身的特性，强烈要求不仅提高耐延迟断裂特性、而且减小耐延迟断裂特性的各向异性的薄钢板的开发。
[0009]可是，作为与薄钢板的各向异性有关的现有技术，存在以下的技术。首先，作为减 弱延展性的各向异性而提高钢板特性的手段，存在专利文献1所示的技术。另外，作为减弱 弯曲性和韧性的各向异性而提高钢板特性的手段，存在专利文献2所示的技术。然而，在专 利文献1和2中，都没有记载耐延迟断裂特性，也没有公开用于解决耐延迟断裂特性的各向 异性的手段。
[0010]另外，在专利文献3中，记载着耐延迟断裂特性优良、且抗拉强度以及延展性的各 向异性较小的钢板。然而，对于耐延迟断裂特性的各向异性并没有记载，也没有公开用于减 小耐延迟断裂特性的各向异性的手段。
[0011]再者，作为提高钢板的耐延迟断裂特性的技巧，在专利文献4、专利文献5中，记载 着通过将钢板的主相设定为贝氏体、贝氏体铁素体、马氏体、回火马氏体等硬质组织而提高 耐延迟断裂特性的钢板。另外，在专利文献6中，记载着在将钢板的主相设定为回火马氏体 的基础上，进而通过在回火马氏体中分散微细的碳化物而提高耐延迟断裂特性的钢板。
[0012]然而，在基于这些专利文献4?6的技术的钢板中，由于都以硬质且延展性差的组 织为主相，在整个钢板中延展性较差，因此，在施加苛刻的成形加工而使用的用途中是不适 当的。
[0013]在专利文献7中，公开了通过将氧化物分散于距钢板表面10 y m以内的表层、使氢 被该氧化物所捕获，从而提高钢板的耐延迟断裂特性的技术。另外，在专利文献8中，记载 着将钢板的主相设定为铁素体，使作为硬质组织的马氏体分散于钢板中，借助于Ti、Nb、V 等微细析出物而使该马氏体的块尺寸微细化，从而提高耐延迟断裂特性的钢板。再者，在专 利文献9中，除上述的块尺寸的微细化以外，在钢板的表层以0. 5 u m以上的厚度形成脱碳 层，从而提高耐延迟断裂特性的钢板。[0014]在这些专利文献7?9中，除强度、延展性以外，还记载着耐延迟断裂特性的提高，但对于耐延迟断裂特性的各向异性完全没有考虑。[0015]现有技术文献[0016]专利文献[0017]专利文献1 :日本特开2005-256020号公报[0018]专利文献2 ：:日本特开2010-156016号公报[0019]专利文献3 ：:日本特开2010-168651号公报[0020]专利文献4 ：:日本专利第3247907号公报[0021]专利文献5 ：:日本专利第4317384号公报[0022]专利文献6 ：:日本专利第4712882号公报[0023]专利文献7 ：:日本特开2007-211279号公报[0024]专利文献8 ：:日本特开2011-111671号公报[0025]专利文献9 ：:日本特开2011-111675号公报[0026]非专利文献[0027]非专利文献1 :林邦夫、其它4人，“薄钢板的耐氢脆特性评价法”，* >9 A (日本金属学会会报)，2005年3月 20日，44 (3)，p. 254-256[0028]非专利文献2 :社团法人日本钢铁协会生产技术部门表面处理钢板部会编，“热浸镀锌钢板手册”，社团法人日本钢铁协会，1991年I月，p.53-55
【发明内容】
[0029]发明所要解决的课题
[0030]如前所述，例如在将具有900MPa级以上的高强度的钢板、特别是厚度为3.0mm左右以下的薄钢板用作高负荷所作用的构件时，成为问题的是耐延迟断裂特性的各向异性。然而，以往的实际情况是:虽然考虑了降低耐延迟断裂特性以外的延展性等机械特性的各向异性、或者提高耐延迟断裂特性自身的对策，但没有特别考虑耐延迟断裂特性的各向异性的降低。因此，如前所述，在适用负荷较大的构件时，如果为安全起见而欲切实且稳定地防止延迟断裂的发生，则必然产生设计上或者加工上的制约。而且当为在高强度钢板的表面形成有用于提高耐蚀性的热浸镀锌层的热浸镀锌钢板、进而使该镀层合金化的合金化热浸镀锌钢板时，也必然产生这样的问题。
[0031]本发明是以上述的情况为背景而完成的，其目的在于提供一种热浸镀锌钢板，其可谋求确保延展性和强度，并谋求提高耐延迟断裂特性，同时降低其耐延迟断裂特性的各向异性、特别是平行于板面(轧制面)的面内的耐延迟断裂特性的各向异性(面内各向异性)，且一并提供该热浸镀锌钢板的制造方法。
[0032]用于解决课题的手段
[0033]本发明人为了发现不会损害母材钢板的延展性和强度而提高耐延迟断裂特性，同时降低其耐延迟断裂特性的面内各向异性的对策而反复进行了各种实验和研究。其结果是，新近获得了如下的见解:通过适当地调整母材钢板的成分组成，而且适当地调整钢组织，同时适当地调整特定的相和组织、夹杂物的形状，进而将母材表面层设计为适当地分散有氧化物的脱碳层，便可以解决上述的课题，并发现了为此所需要的制造工艺条件，以致达成了本发明。
[0034]因此，本发明的要旨如下所述。
[0035](I) 一种耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于，具有母材钢板、和在所述母材钢板的表面形成的热浸镀锌层，所述母材钢板以质量％计，含有
[0036]C:0.075 ?0.400%、
[0037]Si:0.01 ?2.00%、
[0038]Mn:0.80 ?3.50%、
[0039]P:0.0001 ?0.100%、
[0040]S:0.0001 ?0.0100%、
[0041]Al:0.001 ?2.00%、
[0042]O:0.0001 ?0.0100%、
[0043]N:0.0001 ?0.0100%,
[0044]剩余部分包括Fe和不可避免的杂质；
[0045]在以所述母材钢板的板厚的1/4厚度的位置为中心的距所述母材钢板的表面为1/8厚度?3/8厚度的范围，所述母材钢板的组织被设定为如下的组织:以体积分数计具有40?90%的铁素体相，并且残余奥氏体相以体积分数计为5%以下，而且未再结晶铁素体在整个所述铁素体相中所占的比例以体积分数计为50%以下；[0046]所述母材钢板中的所述铁素体相的晶粒在轧制方向的平均粒径除以板宽度方向的平均粒径所得到的值即粒径比为0.75?1.33，所述铁素体相中分散成岛状的硬质组织在轧制方向的平均长度除以板宽度方向的平均长度所得到的值即长度比为0.75?1.33，而且所述母材钢板中含有的夹杂物的平均纵横尺寸比为1.0?5.0 ;
[0047]所述母材钢板的表面层被设定成厚度为0.01?10.0 μ m的脱碳层，而且该脱碳层中的氧化物的平均粒径为30?500nm，且该脱碳层中的氧化物的平均密度被设定在
1.0X IO12 个/m2 ?1.0X IO16 个/m2 的范围内。
[0048](2)根据上述(I)所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述母材钢板以质量％计，进一步含有选自
[0049]Cr:0.01 ?2.00%、
[0050]N1:0.01 ?2.00%、
[0051]Cu:0.01 ?2.00%、
[0052]Mo:0.01 ?2.00%、
[0053]B:0.0001 ?0.0100%、
[0054]W:0.01?2.00%之中的I种或2种以上。
[0055](3)根据上述(I)所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述母材钢板以质量％计，进一步含有选自
[0056]Ti:0.001 ?0.150%、
[0057]Nb:0.001 ?0.100%、
[0058]V:0.001?0.300%之中的I种或2种以上。
[0059](4)根据上述(I)所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述母材钢板进一步合计含有0.0001?0.0100质量％的选自Ca、Ce、Mg、Zr、La、REM之中的I种或2种以上。
[0060](5)根据上述(I)所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:在所述母材钢板中，总拉伸率在3?7%的范围内的平均的加工硬化指数(η值)为0.060以上。
[0061](6)根据上述(I)所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述母材钢板在轧制方向的极限扩散性氢量除以板宽度方向的极限扩散性氢量所得到的值在0.5?1.5的范围内。
[0062](7)根据上述(I)所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述母材钢板的距表面为1/4厚度的位置的BCC铁的X射线随机强度比为4.0以下。
[0063](8)根据上述(I)所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述热浸镀锌层为进行过合金化处理的热浸镀锌层。
[0064](9) 一种耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板的制造方法，其特征在于，包括以下工序:
[0065]热轧工序，将板坯加热至1080°C以上而开始热轧，将从热轧开始至热轧结束的总道次数(_)设定为N，将第i道次的轧制温度(°C)设定为TPi,将第i道次的压下率(-)设定为以使它们满足下述式A的方式进行热轧，在母材钢板的温度处于850?980°C的范围内的温度时使热轧结束；所述板坯以质量％计含有[0066]C:0.075 ~0.400%、
[0067]S1:0.01 ~2.00%、
[0068]Mn:0.80 ~3.50%、
[0069]P:0.0001 ~0.100%、
[0070]S:0.0001 ~0.0100%、
[0071]Al:0.001 ~2.00%、
[0072]O:0.0001 ~0.0100%、
[0073]N:0.0001 ~0.0100%,
[0074]剩余部分包括Fe和不可避免的杂质；
[0075]—次冷却工序，将从所述热轧结束后至冷却开始的经过时间设定为1.0秒以上，对所述热轧过的母材钢板以5°C /秒~50°C /秒的冷却速度进行一次冷却，在所述母材钢板的温度处于500~650°C的范围内的温度时，使该一次冷却停止；
[0076]二次冷却工序，接着所述一次冷却工序，以所述母材钢板的温度从所述一次冷却停止时的温度至400°C的经过时间为I小时以上的方式，使所述母材钢板缓冷而进行二次冷却；
[0077]冷轧工序，在所述二次冷却后，将合计压下率设定为30~75%而对所述母材钢板进行冷轧；
[0078]退火工序，在所述冷轧后，以600~750°C的范围内的平均升温速度为20°C /sec以下的方式对所述冷轧过的所述母材钢板进行升温，加热至750°C以上的温度，接着以750~650°C的范围内的平均冷却速度为1.0~15.(TC /秒的方式对所述加热过的所述母材钢板进行冷却；以及
[0079]镀覆工序，对所述退火工序后的所述母材钢板的表面实施热浸镀锌。
[0080]
【权利要求】
1.一种耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于，具有母材钢板、和在所述母材钢板的表面形成的热浸镀锌层，所述母材钢板以质量％计含有
C:0.075 ~0.400%、
S1:0.01 ~2.00%、
Mn:0.80 ~3.50%、
P:0.0001 ~0.100%、
S:0.0001 ~0.0100%、
Al:0.001 ~2.00%、
O:0.0001 ~0.0100%、
N:0.0001 ~0.0100%， 剩余部分包括Fe和不可避免的杂质； 在以所述母材钢板的板厚的1/4厚度的位置为中心的距所述母材钢板的表面为1/8厚度~3/8厚度的范围，所述母材钢板的组织被设定为如下的组织:以体积分数计具有40~90%的铁素体相，并且残余奥氏体相以体积分数计为5%以下，而且未再结晶铁素体在整个所述铁素体相中所占的比例以体积分数计为50%以下； 所述母材钢板中的所述铁素体相的晶粒在轧制方向的平均粒径除以板宽度方向的平均粒径所得到的值即粒径比为0.75~1.33，所述铁素体相中分散成岛状的硬质组织在轧制方向的平均长度除以板宽度方向的平均长`度所得到的值即长度比为0.75~1.33，而且所述母材钢板中含有的夹杂物的平均纵横尺寸比为1.0~5.0 ; 所述母材钢板的表面层被设定成厚度为0.01~10.0 μ m的脱碳层，而且该脱碳层中的氧化物的平均粒径为30~500nm，且该脱碳层中的氧化物的平均密度被设定在1.0X IO12个/m2~1.0X IO16个/m2的范围内。
2.根据权利要求1所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述母材钢板以质量％计，进一步含有选自
Cr:0.01 ~2.00%、
N1:0.01 ~2.00%、
Cu:0.01 ~2.00%、
Mo:0.01 ~2.00%、
B:0.0001 ~0.0100%、 W:0.01~2.00%之中的I种或2种以上。
3.根据权利要求1所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述母材钢板以质量％计，进一步含有选自
T1:0.001 ~0.150%、
Nb:0.001 ~0.100%、 V:0.001~0.300%之中的I种或2种以上。
4.根据权利要求1所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述母材钢板进一步合计含有0.0001~0.0100质量％的选自Ca、Ce、Mg、Zr、La、REM2*的I种或2种以上。
5.根据权利要求1所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:在所述母材钢板中，总拉伸率在3~7%的范围内的平均的加工硬化指数即η值为0.060以上。
6.根据权利要求1所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述母材钢板在轧制方向的极限扩散性氢量除以板宽度方向的极限扩散性氢量所得到的值在0.5~1.5的范围内。
7.根据权利要求1所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述母材钢板的距表面为1/4厚度的位置的BCC铁的X射线随机强度比为4.0以下。
8.根据权利要求1所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板，其特征在于:所述热浸镀锌层为进行过合金化处理的热浸镀锌层。
9.一种耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板的制造方法，其特征在于，包括以下工序: 热轧工序，将板坯加热至1080°C以上而开始热轧，将从热轧开始至热轧结束的总道次数(_)设定为N，将第i道次的轧制温度(°C)设定为TPi,将第i道次的压下率(-)设定为ri；以使它们满足下述式A的方式进行热轧，在所述母材钢板的温度处于850~980°C的范围内的温度时使热轧结束；所述板坯以质量％计含有C:0.075 ~0.400%、
S1:0.01 ~2.00%、
Mn:0.80 ~3.50%、
P:0.0001 ~0.100%、
S:0.0001 ~0.010 0%、
Al:0.001 ~2.00%、
O:0.0001 ~0.0100%、
N:0.0001 ~0.0100%， 剩余部分包括Fe和不可避免的杂质； 一次冷却工序，将从所述热轧结束后至冷却开始的经过时间设定为1.0秒以上，对所述热轧过的母材钢板以5°c /秒~50°C /秒的冷却速度进行一次冷却，在所述母材钢板的温度处于500~650°C的范围内的温度时，使该一次冷却停止； 二次冷却工序，接着所述一次冷却工序，以所述母材钢板的温度从所述一次冷却停止时的温度至400°c的经过时间为I小时以上的方式，使所述母材钢板缓冷而进行二次冷却；冷轧工序，在所述二次冷却后，将合计压下率设定为30~75%而对所述母材钢板进行冷轧； 退火工序，在所述冷轧后，以600~750°C的范围内的平均升温速度为20°C /sec以下的方式对所述冷轧过的所述母材钢板进行升温，加热至750°C以上的温度，接着以750~650°C的范围内的平均冷却速度为1.0~15.(TC /秒的方式对所述加热过的所述母材钢板进行冷却；以及 镀覆工序，对所述退火工序后的所述母材钢板的表面实施热浸镀锌；_'1.冊 X f爾+遍0?.?(式 A)
10.根据权利要求9所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板的制造方法，其特征在于:采用具有预热带、还原带以及镀覆带的连续退火镀覆生产线连续地实施所述退火工序以及所述镀覆工序； 而且将所述预热带的至少一部分设计为空气比被设定为0.7~1.2的氧化处理区，在该氧化处理区使所述冷轧后的所述母材钢板的表层部生成氧化物，所述空气比是在用于加热的燃烧器所使用的空气和燃烧气体的混合气体中，单位体积的混合气体中含有的空气的体积除以为了使单位体积的该混合气体中含有的燃烧气体完全燃烧而在理论上所需要的空气的体积所得到的值； 接着，在水蒸气分压除以氢分压所得到的值即分压比Ρ(Η20)/Ρ(Η2)被设定为0.0001~2.0的所述还原带， 使所述氧化物还原，然后在镀覆浴温度:450~470°C、镀覆浴中的有效Al量:0.01~0.18质量％的热浸镀锌浴中，且在进入镀覆浴时的钢板温度:430~490°C的条件下，将通过所述还原带后的所述母材钢板浸溃于所述镀覆带中，从而在该母材钢板的表面实施热浸镀锌。
11.根据权利要求9所述的耐延迟断裂特性优良的高强度热浸镀锌钢板的制造方法，其特征在于:在所述镀覆工序之后，进一步具有用于使所述热浸镀锌层合金化的合金化处理工序。
【文档编号】C22C38/06GK103842543SQ201280047992
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】川田裕之, 丸山直纪, 村里映信, 南昭畅, 安井健志, 桑山卓也, 伴博之, 平松薰 申请人:新日铁住金株式会社