高剛度高強度薄板鋼及其制備方法技術

本發明專利技術提供抗拉強度不低于５９０ＭＰａ且楊氏模量不低于２２５ＧＰａ的高剛度高強度薄板鋼，該薄板鋼以質量％計包括Ｃ：０．０２～０．１５％，Ｓｉ：不超過１．５％，Ｍｎ：１．５～４．０％、Ｐ：不超過０．０５％，Ｓ：不超過０．０１％，Ａｌ：不超過１．５％，Ｎ：不超過０．０１％以及Ｎｂ：０．０２～０．４０％，條件是Ｃ、Ｎ和Ｎｂ的含量滿足０．０１≤Ｃ＋（１２／１４）×Ｎ－（１２／９２．９）×Ｎｂ≤０．０６以及Ｎ≤Ｃ－（１４／９２．９）×（Ｎｂ－０．０１），且余量基本上為鐵以及不可避免的雜質，該薄鋼板的組織包含作為主相的鐵素體相并具有面積比不低于１％的馬氏體相。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及主要適用于汽車車體的高剛度高強度薄鋼板及其制造方法。此外，本專利技術的高剛度高強度薄鋼板是剛度的厚度敏感性指數接近1的柱形結構元件，如汽車的中柱、鎖扣裝置(locker)、側框架、橫構件等等，且其廣泛適用于對剛度有要求的場合。相關技術由于近來對全球環境問題的高度關注，甚至在汽車行業也實施了排氣控制，因此減少汽車車身重量是非常重要的方式。為此，通過提高鋼板的強度以減少其厚度能有效地降低車身重量。近來，由于鋼板強度的顯著提高，因而對厚度小于2.0mm的薄鋼板用量增加。為了提高鋼板的強度以進一步減少重量，對因厚度減少而致部件剛度的降低進行同時控制是必不可少的。在抗拉強度不小于590MPa的鋼板中將產生這種由于鋼板厚度減少而導致部件剛度降低的問題，尤其是在抗拉強度不小于700MPa的鋼板中，這一問題更為嚴重。通常，為了提高部件的剛度，采用改變部件形狀、或在點焊部件中增加焊接點數量、或改變焊接條件如切換至激光焊接等等均是有效的。然而，當這些部件用于汽車時，存在著在汽車內的有限空間內不容易改變部件形狀的問題，以及焊接條件的改變導致成本增加的問題等等。因此，為了提高部件的剛度而不改變部件的形狀或焊接條件，提高部件所用材料的楊氏模量是有效的。通常，在相同部件形狀和焊接條件下的部件剛度由材料的楊氏模量和部件的幾何慣性矩的乘積表征。此外，當材料的厚度為t時，幾何慣性矩可表述為約與tλ成比例。其中，λ為厚度敏感性指數且根據部件的形狀取值1～3。例如，當為一板狀如汽車面板部件的情況時，λ的值接近3，然而當為柱狀如結構部件的情況時，λ的值接近1。當部件的λ為3時，如果要減少10％的厚度且等效地保持部件的剛度，則需將材料的楊氏模量提高37％，然而當部件的λ為1，如果要減少10％的厚度，那么將材料的楊氏模量提高11％就足夠了。也就是說，在λ接近于1的部件如柱形部件的情況下，提高鋼板自身的楊氏模量對降低鋼板的重量是非常有效的。尤其是，當鋼板具有高強度和低厚度的情況下時，大力提高鋼板的楊氏模量是十分需要的。一般而言，楊氏模量主要取決于組織(texture)且朝原子的最密方向提高。因此，在包含以輥軋制和熱處理的煉鋼工藝中，為使體心立方晶格鋼的晶向對楊氏模量有利而發展{112}<110>是有效的，籍此可以提高與軋制方向垂直的方向上的楊氏模量。至今，有多種通過控制組織而提高楊氏模量的鋼板的探討。例如，專利文獻1公開了一種技術，其中對于向超低碳鋼中添加Nb或Ti而獲得的鋼，將其在Ar3～(Ar3+150℃)壓下率不小于85％的條件下進行熱軋，以促進從非晶化的奧氏體向鐵素體的轉變，從而使熱軋鋼板階段的鐵素體組織為{311}<011>和{332}<113>晶向，該晶向是初始取向，并進行冷軋以及重結晶退火而形成以{211}<011>為主晶向，從而提高垂直于軋制方向的方向上的楊氏模量。此外，專利文獻2公開了提高了楊氏模量的熱軋鋼板的制造方法，在該方法中，將Nb、Mo和B加入到碳含量為0.02～0.15％的低碳鋼中，且在Ar3～950℃下的壓下率不小于50％以發展{211}<011>晶向。進一步，專利文獻3公開了制造高剛度熱軋鋼板的方法，其中將Nb加入到碳含量不超過0.05％的低碳鋼中，且精軋開始溫度不高于950℃且精軋結束溫度在(Ar3-50℃)～(Ar3+100℃)之間以控制降低楊氏模量的{100}晶向的發展。此外，專利文獻4公開了制造熱軋鋼板的方法，其中將Si和Al加入到碳含量為不超過0.05％的低碳鋼中以提高Ar3轉變點，并在熱軋時使低于Ar3轉變點的壓下率不小于60％，以提高垂直于軋制方向的方向上的楊氏模量。專利文獻1JP-A-H05-255804專利文獻2JP-A-H08-311541專利文獻3JP-A-H05-247530專利文獻4JP-A-H09-53118
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題然而，上述的技術存在下述問題。在專利文獻1所公開的技術中，采用碳含量不超過0.01％的超低碳鋼來控制組織從而提高鋼板的楊氏模量，但是其抗拉強度最多仍低至約450MPa，因此應用該技術存在強度有待提高的問題。在專利文獻2所公開的技術中，由于碳含量高達0.02～0.15％，因此可提高強度，但因目標鋼板是熱軋鋼板，不能采用冷加工控制組織，因而不但存在難以進一步提高楊氏模量的問題，并且難以通過低溫精軋而穩定生產出厚度小于2.0mm的高強度鋼板。并且，專利文獻3中所公開的技術是熱軋鋼板的制備，因此其存在與上述相同的問題。此外，在專利文獻4所公開的技術中，由于在鐵素體區軋制使晶粒粗大化，因此存在可加工性顯著惡化的問題。因而，通過常規工藝提高鋼板的楊氏模量是以厚的熱軋鋼板或軟鋼板為對象，因此采用上述常規工藝難以提高厚度不超過2.0mm的高強度薄鋼板的楊氏模量。作為將鋼板的抗拉強度提高至不低于590MPa的強化機制，主要有析出強化機制和轉變組織強化機制。當將析出強化機制用作強化機制時，可提高強度并盡可能的抑制鋼板楊氏模量的降低，但是卻同時存在下述困難。即當將析出強化機制用于在熱軋鋼板中的微細析出，如Ti、Nb等的碳氮化物析出時，在熱軋后的卷取過程中進行微細析出可以提高強度，但是在冷軋鋼板中，在冷軋后的重結晶退火步驟中析出物的粗大化是不可避免的且很難通過析出強化提高強度。當采用轉變組織強化機制作為強化機制時，存在由于低溫轉變相如貝氏體相、馬氏體相等中所含的應變而降低鋼板楊氏模量的問題。因此，本專利技術的目的是解決上述問題，且提供抗拉強度不低于590MPa、優選不低于700MPa，楊氏模量不低于225Gpa、優選不低于230Gpa、更優選不低于240GPa且厚度不超過2.0mm的高剛度高強度薄鋼板，以及制造上述產品的有利方法。解決問題的手段為了達到上述目的，本專利技術的要點構成如下(I)高剛度高強度薄鋼板，其以質量％計包括C0.02～0.15％，Si不超過1.5％，Mn1.5～4.0％，P不超過0.05％，S不超過0.01％，Al不超過1.5％，N不超過0.01％，以及Nb0.02～0.40％，條件是C、N和Nb的含量滿足下式(1)和(2)的關系0.01≤C+(12/14)×N-(12/92.9)×Nb≤0.06(1)N≤(14/92.9)×(Nb-0.01) (2)其余基本上為鐵和不可避免的雜質，該鋼板的組織包含作為主相的鐵素體相并具有面積比不小于1％的馬氏體相，而且具有不低于590MPa的抗拉強度和不低于225GPa的楊氏模量。(II)根據(I)項所述的高剛度高強度薄鋼板，除上述組成外，其以質量％計進一步包含Ti0.01％～0.50％以及V0.01～0.50％中的一種或兩種，并滿足下式(3)和(4)代替式(1)和(2)的關系0.01≤C+(12/14)×N*-(12/92.9)×Nb-(12/47.9)×Ti*-(12/50.9)×V≤0.06 (3)N*≤(14/92.9)×(Nb-0.01) (4)條件是對于式(3)和(4)中的N*，在N-(14/47.9)×Ti＞0時為N*＝N-(14/47.9本文檔來自技高網...

【技術保護點】
高剛度高強度薄鋼板，其以質量％計包括Ｃ：０．０２～０．１５％，Ｓｉ：不超過１．５％，Ｍｎ：１．５～４．０％，Ｐ：不超過０．０５％，Ｓ：不超過０．０１％，Ａｌ：不超過１．５％，Ｎ：不超過０．０１％以及Ｎｂ：０．０２～０．４０％，條件是Ｃ、Ｎ和Ｎｂ的含量滿足下式（１）和（２）的關系：０．０１≤Ｃ＋（１２／１４）×Ｎ－（１２／９２．９）×Ｎｂ≤０．０６（１）Ｎ≤（１４／９２．９）×（Ｎｂ－０．０１）（２）其余基本上為鐵和不可避免的雜質，該鋼板的組織包 含作為主相的鐵素體相并具有面積比不小于１％的馬氏體相，而且具有不小于５９０ＭＰａ的抗拉強度和不小于２２５ＧＰａ的楊氏模量。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：木津太郎，奧田金晴，占部俊明，吉田裕美，細谷佳弘，
申請(專利權)人：杰富意鋼鐵株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]