高强度高杨氏模量钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及适合提供给汽车车身的构造部件的、高强度高杨氏模量钢板及其 制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，受到对地球环境问题的关心的高涨，汽车的排气限制受到要求等，汽车中 的车身轻量化成为极其重要的课题。为了车身轻量化，利用钢板的高强度化而使钢板的板 厚减小（薄壁化)是有效的方法。最近，钢板的高强度化显著地推进的结果是，存在如下动 向：积极地应用拉伸强度TS为780MPa以上且板厚低于2. Omm这样的薄钢板。但是，因薄壁化 而导致的车身刚性的下降逐渐成为问题，提高汽车的构造部件的刚性变得必要。若截面形 状相同的话，构造部件的刚性是由钢板的板厚和杨氏模量决定的，因此在兼顾轻量化和构 造部件的刚性方面，提高钢板的杨氏模量是有效的。
[0003] 对于杨氏模量，公知的是，其较大地受到钢板的织构的左右，在体心立方晶格的铁 的情况下，杨氏模量在作为原子的密排方向的〈111>方向上高，反过来说在原子密度小的〈 1〇〇>方向上低。公知在晶体取向上没有异向性的、通常的铁的杨氏模量为大约206GPa。另 外，通过使晶体取向具有异向性，提高特定方向的原子密度，能够提高该方向的杨氏模量。 但是，在考虑汽车车身的刚性的情况下，由于从各个方向施加载荷，因此寻求不是仅在特定 方向具有高的杨氏模量，而是在各方向具有高的杨氏模量的钢板。
[0004] 针对这样的要求，例如，在专利文献1中，提出有如下刚性优异的高强度薄钢板的 制造方法，其特征在于，通过对以质量％计含有C: 0.02~0.15%、Si :0.3%以下、Mn: 1.0~ 3.5%、P:0.05% 以下、S:0.01 % 以下、Al :1.0% 以下、N:0.01 % 以下及Ti :0.1~1.0%，余量 为Fe及不可避免的杂质的板坯进行热乳，以20~85%的压下率进行冷乳，之后，进行再结晶 退火，从而具有铁素体单相的显微组织，TS为590MPa以上，且相对于乳制方向呈90°方向的 杨氏模量为230GPa以上，相对于乳制方向呈0°、45°、90°方向的平均杨氏模量为215GPa以 上。
[0005 ]在专利文献2中，提出有如下加工性优异的尚刚性尚强度钢板的制造方法，其特征 在于:通过对以质量％计含有C:0.05~0.15%、Si :1.5%以下、Mn: 1.5~3.0%、P:0.05%以 下、S:0.01% 以下、△1:0.5%以下川:0.01%以下、恥：0.02~0.15%及11:0.01~0.15%，余 量为Fe及不可避免的杂质的板坯进行热乳，以40~70 %的压下率进行冷乳，之后，进行再结 晶退火，从而具有铁素体和马氏体的混合组织，TS为590MPa以上，且相对于乳制方向呈直角 方向的杨氏模量为230GPa以上。
[0006]在专利文献3中，提出有如下加工性优异的尚刚性尚强度钢板的制造方法，其特征 在于:通过对以质量％计含有C:0.02~0.15%、Si :1.5%以下、Mn: 1.0~3.5%、P:0.05%以 下，S:0.01 %以下，Al :1.5%以下，N:0.01 %以下及Ti :0.02~0.50%，余量为Fe及不可避免 的杂质的板坯进行热乳，以50%以上的压下率进行冷乳，之后，进行再结晶退火，从而具有 铁素体和马氏体的混合组织，TS为590MPa以上，且相对于乳制方向呈直角方向的杨氏模量 为230GPa以上。
[0007]现有技术文献 [0008]专利文献
[0009] 专利文献1:日本特开2007-092130号公报 [0010] 专利文献2:日本特开2008-240125号公报 [0011 ] 专利文献3:日本特开2006-183130号公报
【发明内容】
[0012]发明要解决的课题
[0013]然而，在专利文献1记载的技术中，为了使拉伸强度达到780MPa以上，例如参照其 实施例，需要添加 V: 〇. 4质量％及1:0.5质量％。另外，为了谋求进一步高强度化，有效地使 用Cr、Mo等昂贵的元素是必不可少的，因此存在合金成本增加这样的问题。在专利文献2、3 记载的技术中，在仅提高钢板的一个方向的杨氏模量的方面是有效的。然而，无法应用于提 高要求钢板在各个方向具有高杨氏模量的汽车的构造部件的刚性。
[0014] 本发明的目的在于提供一种高强度高杨氏模量钢板及其制造方法，该高强度高杨 氏模量钢板的拉伸强度为780MPa以上，在乳制方向及相对于乳制方向呈45°方向的杨氏模 量为205GPa以上，且相对于乳制方向呈直角方向的杨氏模量为220GPa以上，此外，还具备良 好的深拉性能(deep drawabi I ity)。需要说明的是，本发明的高强度高杨氏模量钢板包括： 作为冷乳钢板的所谓的高强度高杨氏模量冷乳钢板，作为在表面具有镀膜的镀敷钢板的、 所谓的高强度高杨氏模量镀敷钢板，作为在表面具有热镀锌膜的热镀锌钢板的、所谓的高 强度高杨氏模量热镀锌钢板，作为在表面具有合金化热镀锌膜的合金化热镀锌钢板的、所 谓的高强度高杨氏模量合金化热镀锌钢板等。
[0015] 用于解决问题的方案
[0016] 本申请发明人针对拉伸强度为780MPa以上的高强度钢板的高杨氏模量化及深拉 性能的提高反复进行了潜心的研究，结果发现了以下情况。
[0017] 作为第一发明（第一实施方式），使用添加了Ti及Nb中的任意1种元素或者2种元素 且恰当地控制其他合金元素的成分组成而成的钢，热乳后在高温下进行卷绕而留下固溶C， 并使添加的Ti、Nb作为碳化物析出，从而能够在之后的冷乳过程中，使α-铁(α-fiber)及γ -铁（（γ-fiber)的织构生长。此外，在退火时，控制析出物和退火温度来使a-铁及γ-铁的织 构生长，从而提高所有方向的杨氏模量，并且利用固溶C生成一定比例以上的铁素体及马氏 体，由此能够确保期望的强度。进而，发现了还具备良好的深拉性能的、高强度高杨氏模量 钢板的制造成为可能。
[0018] 作为第二发明（第二实施方式），使用添加了Ti及V且恰当地控制其他合金元素的 成分组成而成的钢，热乳后在高温下进行卷绕而留下固溶C，并使Ti及V作为碳化物析出，从 而能够在之后的冷乳过程中，使a-铁及γ -铁的织构生长。进而，在退火时，控制析出物和 退火温度来使a-铁及γ-铁的织构生长，从而提高所有方向的杨氏模量，并且利用固溶C 生成一定比例以上的铁素体及马氏体，从而能够确保期望的强度。进而，发现了还具备良好 的深拉性能的、尚强度尚杨氏t旲量钢板的制造成为可能。
[0019] 本发明是基于以上见解而完成的，以下是其主要内容。
[0020] [1] 一种高强度高杨氏模量钢板，其特征在于，该高强度高杨氏模量钢板具有如下 成分组成：以质量％计，含有C:0.060%以上0.150%以下、Si :0.50%以上2.20%以下、Mn: 1.00% 以上3.00% 以下、P:0.100% 以下、S:0.0100% 以下、Al :0.010% 以上2.500% 以下、 N:0.0100%以下，此外，还含有Ti :0.001 %以上0.200%以下及Nb:0.001 %以上0.200%以 下中的任意1种或2种，C、N、S、Ti及Nb的含量满足下述（1)式，余量为Fe及不可避免的杂质； 该高强度高杨氏模量钢板具有如下显微组织:铁素体的面积率为20%以上，马氏体的面积 率为5%以上，上述铁素体的平均晶粒直径为20.Ομπι以下，上述铁素体及上述马氏体中γ-铁相对于* 1-铁的逆强度比（inverse intensity ratio)均为1.00以上；
[0021] 500 < O < 1300 (1)
[0022] 其中，〇=(〇(12.0/47.9)\(11-(47.9/14.0)\1(47.9/32.1)\5)-(12.0/ 92.9) XNb) X 10000,式中各元素符号表示各元素的含量(质量％ )，C*的单位为质量ppm。
[0023] [2]-种高强度高杨氏模量钢板，其特征在于，该高强度高杨氏模量钢板具有如下 成分组成：以质量％计，含有C:0.060%以上0.150%以下、Si :0.50%以上2.20%以下、Mn: 1.00% 以上3.00% 以下、P:0.100% 以下、S:0.0100% 以下、Al :0.010% 以上2.500% 以下、 N:0.0100% 以下、Ti :0.001 % 以上0.200% 以下及V:0.001 % 以上0.200% 以下，C、N、S、Ti及 V的含量满足下述(2)式，余量为Fe及不可避免的杂质；该高强度高杨氏模量钢板具有如下 显微组织:铁素体的面积率为20%以上，马氏体的面积率为5%以上，上述铁素体的平均晶 粒直径为20.Ομπι以下，上述铁素体及上述马氏体中γ-铁相对于α-铁的逆强度比均为1.00 以上；
[0024] 500 <C*< 1300 (2)
[0025] 其中，C*= (0(12.0/47.9) X (Ti-(47.9/14.0) XΝ-(47· 9/32.1) X S)-(12.0/ 50.9) XV) X 10000,式中各元素符号表示各元素的含量(质量％ )，C*的单位为质量ppm。
[0026] [3]根据上述技术方案[1]或[2]所述的高强度高杨氏模量钢板，其特征在于，平均 r值为1.05以上，且极限拉伸比（LDR)为2.03以上。
[0027] [4]根据上述技术方案[1]~[3]中任一项所述的高强度高杨氏模量钢板，其特征 在于，以质量％计，还含有从Cr :0.05%以上1.00 %以下、Mo :0.05%以上1.00 %以下、Ni: 0.05%以上1.00%以下及Cu:0.05%以上1.00%以下中选择的至少1种元素。
[0028] [5]根据上述技术方案[1]~[4]中任一项所述的高强度高杨氏模量钢板，其特征 在于，以质量％计，还含有B:0.0003%以上0.0050%以下。
[0029] [6]根据上述技术方案[1]~[5]中任一项所述的高强度高杨氏模量钢板，其特征 在于，以质量％计，还含有从Ca:0.0010%以上0.0050%以下、Mg:0.0005%以上0.0100%以 下及REM:0.0003%以上0.0050%以下中选择的至少1种元素。
[0030] [7]根据上述技术方案[1]、[3]~[6]中任一项所述的高强度高杨氏模量钢板，其 特征在于，以质量％计，还含有了& :0.0010%以上0.1000%以下，(：川、3、11、恥及了3的含量满 足下述(3)式，以替代满足上述(1)式；
[0031] 500 <C*< 1300 (3)
[0032] 其中，〇=(〇(12.0/47.9)\(11-(47.9/14.0)\1(47.9/32.1)\5)-(12.0/ 92.9) XNb-(12.0/180.9) XTa) X 10000,式中各元素符号表示各元素的含量(质量％ )，C* 的单位为质量ppm。
[0033] [8]根据上述技术方案[1]、[3]~[7]中任一项所述的高强度高杨氏模量钢板，其 特征在于，以质量％计，还含有从Sn :0.0020 %以上0.2000 %以下及Sb :0.0020 %以上 0.2000%以下中选择的至少1种元素。
[0034] [9]根据上述技术方案[1]~[8]中任一项所述的高强度高杨氏模量钢板，其特征 在于，上述高强度高杨氏模量钢板为冷乳钢板。
[0035] [10]根据上述技术方案[1]~[8]中任一项所述的高强度高杨氏模量钢板，其特征 在于，上述高强度高杨氏模量钢板为在表面具有镀膜的镀敷钢板。
[0036] [11]根据技术方案[10]所述的高强度高杨氏模量钢板，其特征在于，上述镀膜为 热镀锌膜，上述镀覆钢板为热镀锌钢板。
[0037] [12]根据上述技术方案[10]所述的高强度高杨氏模量钢板，其特征在于，上述镀 膜为合金化热镀锌膜，上述镀覆钢板为合金化热镀锌钢板。
[0038] [13]-种高强度高杨氏模量钢板的制造方法，其特征在于，将具有技术方案[1]~ [8]中任一项所述的成分组成的钢板坯加热到1150°C以上1300°C以下的温度区域，接着以 850°C以上1000°C以下的温度区域的终乳温度进行热乳，在500°C以上800°C以下的温度区 域进行卷绕，之后，将经过以40%以上的冷乳压下率进行冷乳的工序而得到的冷乳板加热 至|J450°C以上800°C以下的温度区域，在该温度区域中保持300s以上，接着加热到750°C以上 950°C以下，之后在300°C以上700°C以下的温度区域中以平均冷却速度3°C/s以上进行冷却 从而制成冷乳钢板。
[0039] [14]-种高强度高杨氏模量钢板的制造方法，其特征在于，将具有上述技术方案 [1]~[8]中任一项所述的成分组成的钢板坯加热到1150°C以上1300°C以下的温度区域，接 着以850°C以上1000°C以下的温度区域的终乳温度进行热乳，在500°C以上800°C以下的温 度区域进行卷绕，之后，将经过以40%以上的冷乳压下率进行冷乳的工序而得到的冷乳板 加热到450°C以上800°C以下的温度区域，在该温度区域中保持300s以上，接着加热到750°C 以上950°C以下，接着在550°C以上700°C以下的温度区域中以平均冷却速度3°C/s以上进行 冷却，之后，实施热镀锌从而制成热镀锌钢板。
[0040] [15]-种高强度高杨氏模量钢板的制造方法，其特征在于，将具有上述技术方案 [1]~[8]中任一项所述的成分组成的钢板坯加热到1150°C以上1300°C以下的温度区域，接 着以850°C以上1000°C以下的温度区域的终乳温度进行热乳，在500°C以上800°C以下的温 度区域进行卷绕，之后，对经过以40%以上的冷乳压下率进行冷乳的工序而得到的冷乳板 加热到450°C以上800°C以下的温度区域，在该温度区域中保持300s以上，接着加热到750°C 以上950°C以下，接着在550°C以上700°C以下的温度区域中以平均冷却速度3°C/s以上进行 冷却，之后，实施热镀锌，之后在470°C以上600°C以下的温度区域中实施锌镀层的合金化处 理从而制成合金化热镀锌钢板。
[0041] 发明效果
[0042]根据本发明，能够获得高强度高杨氏模量钢板，其拉伸强度为780MPa以上，在乳制 方向及相对于乳制方向呈45°方向的杨氏模量为205GPa以上，且相对于乳制方向呈直角方 向的杨氏模量为220GPa以上，平均r值为1.05以上，且极限拉伸比(LDR)为2.03以上。通过将 本发明的高强度高杨氏模量钢板应用于例如汽车车身的构造部件能够谋求基于车身轻量 化实现的燃料消耗率的改善。
【具体实施方式】
[0043]以下，对本发明的高强度高杨氏模量钢板及其制造方法分为其成分组成、显微组 织及制造方法而详细地进行说明。
[0044][第一技术方案(第一实施方式)]
[0045] 首先，说明成分组成。需要说明的是，在以下的说明中，用于表示钢的成分元素的 含量的"％"，只要没有特别写明就意味着是"质量％"。
[0046] [C:0.060% 以上0.150% 以下]
[0047] C是在通过与Ti及/或Nb形成析出物(碳化物），从而控制退火时的晶粒生长而有助 于高杨氏模量