具有優異拉伸性能的熱浸鍍鋅和合金化熱浸鍍鋅鋼板及製造其的方法與流程
2024-02-22 03:24:15
具有優異拉伸性能的熱浸鍍鋅和合金化熱浸鍍鋅鋼板及製造其的方法相關申請的交叉引用本申請要求於2014年12月24日向韓國知識產權局提出的韓國專利申請第10-2014-0187935號申請的權益，其公開內容通過引用併入本文。
背景技術：
本發明涉及高強度鋼板，具體而言，涉及熱浸鍍鋅鋼板和合金化熱浸鍍鋅鋼板，其由於具有優良成形性而適用於汽車覆蓋件(automotivebodypanel)等，以及涉及製造熱浸鍍鋅鋼板和合金化熱浸鍍鋅鋼板的方法。著重於車輛中的防撞性規定和燃油效率，高強度鋼板正積極地用於汽車應用中，以便實現對高強度和汽車車身重量減輕的需要，以及與這些趨勢一致，高強度鋼板被應用於汽車覆蓋件。目前，340MPa級的烘烤硬化鋼通常用於汽車覆蓋件。然而，雖然490MPa級的烘烤硬化鋼也用於一些應用中，但進一步希望未來590MPa級的烘烤硬化鋼的應用。雖然這樣的用於車體覆蓋件的烘烤硬化鋼可使重量減少並提高抗衝擊力，但這樣的鋼板的使用可能是不利的，因為成形性隨強度增加而降低。因此，近來顧客需要具有低屈強比(YR＝YS/TS)和優異延展性的鋼板，從而彌補應用於汽車覆蓋件的高強度鋼板的不足的加工性。此外，首先，用於汽車覆蓋件的鋼板應具有優異的表面質量。然而，由於淬透性賦予元素和易氧化元素(例如，Si、Mn等)(添加其以得到高強度)，難以保證鍍鋼板的所需表面質量。另一方面，這樣的鋼板適當用於汽車應用中需要優異耐腐蝕性，因此具有優異耐腐蝕性的熱浸鍍鋅鋼板通常用作汽車應用的鋼板。通過連續熱浸鍍鋅設備製造這些鋼板，其中再結晶退火和電鍍在相同線上進行，並因此具有可以低成本製造具有高度耐腐蝕性的鋼板的優勢。此外，由於除優異耐腐蝕性外還有優異焊接性或成形性，通過熱浸鍍鋅和其後的重新加熱得到的熱浸鍍鋅鋼板被廣泛地實施。因此，為了減少汽車覆蓋件的重量並增加其加工性，需要開發具有優異成形性的高強度冷軋鋼板，此外，也需要開發具有優異耐腐蝕性、焊接性和成形性的高強度熱浸鍍鋅鋼板。作為其中這樣的高強度鋼板的加工性得到提高的現有技術，專利文獻1公開了包括馬氏體作為主要成分的多相鋼板，並提出了製造高強度鋼板的方法，其中粒徑為1-100nm的細Cu沉澱物分布在結構中以提高加工性。然而，根據專利文獻1公開的內容，為了沉澱細Cu粒子需要添加過量的Cu，例如2-5％的Cu，從而可能發生由Cu引起的熱脆性(redshortness)，並可過度增加製造成本。專利文獻2公開了包含鐵素體作為初生相、殘留奧氏體作為二次相以及貝氏體和馬氏體(其是低溫轉變相)的多相不鏽鋼板，和提高鋼板延展性和延伸凸緣性的方法。然而，根據專利文獻2公開的內容，添加大量的Si和Al以獲得殘留奧氏體相，因此難以確保煉鋼和連鑄中的電鍍質量和表面質量。另外，存在的缺點在於由於相變誘發塑性導致初始YS值較高，並因此屈強比較高。專利文獻3涉及用於提供展現出良好加工性的高強度熱浸鍍鋅鋼板的特徵，其公開了具有微觀結構(包含相對軟的磁鐵氧體和相對硬的馬氏體的複合材料)的鋼板和用於提高鋼板的延伸率和蘭克福特值(elongationandLankfordvalue,R-value)的製造方法。然而，基於該特徵，添加大量的Si，並因此難以獲得優異的電鍍質量，且由於大量Ti和Mo的添加導致製造成本增加。[相關領域文獻](專利文獻1)日本專利申請特開2005-264176號公報(專利文獻2)日本專利申請特開2004-292891號公報(專利文獻3)韓國專利申請特開2002-0073564號公報
技術實現要素：
本發明一方面可提供熱浸鍍鋅鋼板和合金化熱浸鍍鋅鋼板，其適用於汽車覆蓋件，其中優化合金的設計和製造條件以達到抗拉強度450-650MPa和展現出優異的低屈強比(YS/TS)性能，特別是允許顯著提高延展性、降低屈強比。本發明一方面也可提供製造熱浸鍍鋅鋼板和合金化熱浸鍍鋅鋼板的方法。然而，本發明的實施方案並不限於此，本領域技術人員從以下描述可以清楚地理解本文沒有提及的其它技術方案。根據本發明的一個方面，提供了熱浸鍍鋅鋼板，其中在鋼板基材表面上形成熱浸鍍鋅層，所述熱浸鍍鋅鋼板具有優異的拉伸性能，其中，所述鋼板基材：以wt％計，含有0.02-0.08％的碳(C)、1.3-2.1％的錳(Mn)、0.3％或更少的矽(Si)(排除0％)、1.0％或更少的鉻(Cr)(排除0％)、0.1％或更少的磷(P)(排除0％)、0.01％或更少的硫(S)(排除0％)、0.01％或更少的氮(N)(排除0％)、0.02-0.06％的鋁(溶Al)、0.2％或更少的鉬(Mo)(排除0％)、0.003％或更少的硼(B)(排除0％)，以及餘量是鐵(Fe)和其它不可避免的雜質；具有包含90％或更多的鐵素體以及餘量是馬氏體和如等式1所定義的3％或更少的貝氏體的微觀結構(microstructure)；含有如等式2所定義的90％或更高百分含量的馬氏體(M％)，所述馬氏體的平均粒徑為5μm或更小且佔據鐵素體晶界(包括晶界三相點)空間；以及在基於鋼板厚度(t)的1/4t處，鐵素體相中C濃度(a)與馬氏體相中C濃度(b)之比，即(a)/(b)是0.7或更小，且鐵素體相中Mn濃度(c)與馬氏體相中Mn濃度(d)之比，即(c)/(d)為0.8或更小。[等式1]B(％)＝{BA/(MA+BA)}×100，其中，BA是被貝氏體佔據的面積，且MA是被馬氏體佔據的面積。[等式2]M(％)＝{Mgb/(Mgb+Min)}×100，其中，Mgb是鐵素體晶界中馬氏體的量，Min是鐵素體晶粒內馬氏體的量，馬氏體的平均粒徑為5μm或更小。在所述鋼板基材中，鐵素體相的平均晶粒大小可為4μm或更大，在整個鐵素體相中被平均晶粒大小為7μm或更大的鐵素體相佔據的面積可為10％或更高。根據本發明的另一方面，提供了合金化熱浸鍍鋅鋼板，其中合金化熱浸鍍鋅層形成於鋼板基材表面上，所述合金化熱浸鍍鋅鋼板具有優異的拉伸性能，其中，所述鋼板基材：以wt％計，含有0.02-0.08％的碳(C)、1.3-2.1％的錳(Mn)、0.3％或更少的矽(Si)(排除0％)、1.0％或更少的鉻(Cr)(排除0％)、0.1％或更少的磷(P)(排除0％)、0.01％或更少的硫(S)(排除0％)、0.01％或更少的氮(N)(排除0％)、0.02-0.06％的鋁(溶Al)、0.2％或更少的鉬(Mo)(排除0％)、0.003％或更少的硼(B)(排除0％)，以及餘量是鐵(Fe)和其它不可避免的雜質；具有包含90％或更多的鐵素體以及餘量是馬氏體和如等式1所定義的3％或更少的貝氏體的微觀結構；含有如等式2所定義的90％或更高百分含量的馬氏體(M％)，所述馬氏體的平均粒徑為5μm或更小且佔據鐵素體晶界(包括晶界三相點)空間；以及在基於鋼板厚度(t)的1/4t處，鐵素體相中C濃度(a)與馬氏體相中C濃度(b)之比，即(a)/(b)是0.7或更小，且鐵素體相中Mn濃度(c)與馬氏體相中Mn濃度(d)之比，即(c)/(d)為0.8或更小。晶界中在所述鋼板基材中，鐵素體相的平均晶粒大小可為4μm或更大，在整個鐵素體相中被平均晶粒大小為7μm或更大的鐵素體相佔據的面積可為10％或更高。根據本發明的另一個方面，提供了一種製造具有優異的拉伸性能的熱浸鍍鋅鋼板的方法，該方法包括：準備具有上述組成成分的鋼坯，然後重新加熱鋼坯；在Ar3+50℃-950℃的溫度範圍內對重新加熱後的鋼坯進行終熱軋，此後將終熱軋後的鋼板在450-700℃下收卷；對收卷的熱軋鋼板以壓下率40-80％進行冷軋，此後在760-850℃的溫度範圍內對冷軋後的鋼板進行連續退火；對連續退火後的鋼板以2-8℃/s的平均冷卻速率進行第一次冷卻至630-670℃的溫度範圍；此後對第一次冷卻後的鋼板以3-10℃/s的平均冷卻速率進行第二次冷卻至Ms+20℃-Ms+50℃的溫度範圍；以及在440-480℃的溫度範圍內對第二次冷卻後的鋼板進行熱浸鍍鋅，此後對熱浸鍍鋅後的鋼板以4℃/s或更高的平均冷卻速率進行冷卻至Ms-100℃或更低的溫度。在熱浸鍍鋅鋼板的鋼板基材中，微觀結構可包含90％或更多的鐵素體以及餘量是馬氏體和如等式1所定義的3％或更少的貝氏體；含有如等式2所定義的90％或更高百分含量的馬氏體，所述馬氏體的平均粒徑為5μm或更小且佔據鐵素體晶界(包括晶界三相點)空間；以及在基於鋼板厚度(t)的1/4t處，鐵素體相中C濃度(a)與馬氏體相中C濃度(b)之比，即(a)/(b)是0.7或更小，且鐵素體相中Mn濃度(c)與馬氏體相中Mn濃度(d)之比，即(c)/(d)為0.8或更小。在熱浸鍍鋅鋼板的鋼板基材中，鐵素體相的平均晶粒大小可為4μm或更大，且在整個鐵素體相中被平均晶粒大小為7μm或更大的鐵素體相佔據的面積可為10％或更高。根據本發明的另一個方面，提供了一種製造具有優異的拉伸性能的合金化熱浸鍍鋅鋼板的方法，該方法包括：準備具有上述的組成成分的鋼坯，然後重新加熱鋼坯；在Ar3+50℃-950℃的溫度範圍內對重新加熱後的鋼坯進行終熱軋，此後將終熱軋後的鋼板在450-700℃下收卷；以40-80％的壓下率(reductionratio)對收卷的熱軋鋼板進行冷軋，此後進行連續退火，其中，對冷軋後的鋼板以2℃/s或更小的平均加熱速率進行第二次加熱至760-850℃的溫度範圍；對連續退火後的鋼板以2-8℃/s的平均冷卻速率進行第一次冷卻至630-670℃的溫度範圍；此後對第一次冷卻後的鋼板以3-10℃/s的平均冷卻速率進行第二次冷卻到Ms+20℃至Ms+50℃的溫度範圍；以及在440-480℃的溫度範圍內對第二次冷卻後的鋼板進行熱浸鍍鋅，此後對熱浸鍍鋅後的鋼板進行合金化熱處理，隨後將合金化熱處理後的鋼板以4℃/s或更高的平均冷卻速率冷卻至Ms-100℃或更低的溫度。在合金化熱浸鍍鋅鋼板的鋼板基材中，微觀結構可包含90％或更多的鐵素體，以及餘量是馬氏體和如等式1所定義的3％或更少的貝氏體；含有如等式2所定義的90％或更高百分含量的馬氏體，所述馬氏體的平均粒徑為5μm或更小且佔據鐵素體晶界(包括晶界三相點)空間；以及在基於鋼板厚度(t)的1/4t處，鐵素體相中C濃度(a)與馬氏體相中C濃度(b)之比，即(a)/(b)是0.7或更小，且鐵素體相中Mn濃度(c)與馬氏體相中Mn濃度(d)之比，即(c)/(d)為0.8或更小。在合金化熱浸鍍鋅鋼板的鋼板基材中，鐵素體相的平均晶粒大小可為4μm或更大，且在整個鐵素體相中被平均晶粒大小為7μm或更大的鐵素體相佔據的面積可為10％或更高。附圖簡要說明本發明的上述方面和其它方面、特徵和其它優點將從以下結合附圖的詳細描述更清楚地理解，其中：圖1是顯示在基於根據本發明的實施方案製造的熱浸鍍鋅鋼板的厚度(t)的1/4t處，鐵素體相和馬氏體相中C和Mn的濃度比的曲線圖；圖2是顯示基於圖1中在鋼板基材的厚度(t)的1/4t處的微觀結構的結果的圖像。詳細說明將參考附圖進行詳細描述本發明示例性的實施方案。然而，本發明可以多種不同的方式舉例說明，不應視為限於本文提出的具體實施方案。相反，提供這些實施方案以使本發明全面和完整，並向本領域技術人員充分傳達本發明的範圍。由於為提供具有強度和延展性的鋼板並因此展現出優異的成形性以適用於汽車覆蓋件的深入調查，本發明人發現了滿足所需性能的多相鋼板可通過優化製造條件連同合金設計來提供，並最終實現本發明。首先，根據本發明將詳細描述具有優異拉伸性能的熱浸鍍鋅鋼板和合金化熱浸鍍鋅鋼板。根據本發明的熱浸鍍鋅鋼板，以wt％計，含有0.02-0.08％的碳(C)、1.3-2.1％的錳(Mn)、0.3％或更少的矽(Si)(排除0％)、1.0％或更少的鉻(Cr)(排除0％)、0.1％或更少的磷(P)(排除0％)、0.01％或更少的硫(S)(排除0％)、0.01％或更少的氮(N)(排除0％)、0.02-0.06％的鋁(溶Al)、0.2％或更少的鉬(Mo)(排除0％)、0.003％或更少的硼(B)(排除0％)，以及餘量是鐵(Fe)和其它不可避免的雜質；在下文中，將詳細描述限制本發明如上所述熱浸鍍鋅鋼板的合金組分的原因。除非另有特別說明，每個組分的含量指的是wt％。C：0.02-0.08％碳(C)在製造多相鋼板中是重要組分，且通過形成馬氏體在強度方面是有益元素，馬氏體是雙相結構的一個。通常，較高的C含量促進馬氏體的形成，且因此在製造多相鋼中是有利的。然而，需要將C含量控制在適度水平以便控制所需強度和屈強比(YS/TS)。特別是，因為在退火後冷卻期間也發生貝氏體轉變，因此較高的C含量傾向於增加鋼的屈強比。在本發明中，如有可能，最小化貝氏體形成和以適度水平形成馬氏體是重要的，由此獲得所需的材料性能。因此，優選將C含量控制在0.02％或更大。當C含量少於0.02％時，難以得到為本發明目的的450MPa級強度和難以以適度水平形成馬氏體。相反，當C含量多於0.08％時，在退火後冷卻期間加速了粒間貝氏體的形成，由此增加了屈強比(YS/TS)，從而在汽車部件形成中易於發生彎曲(warping)和表面缺陷。因此，本發明中，優選將C含量控制在0.02-0.08％，更優選地，將C含量控制在0.03-0.06％以得到適當的強度。Mn:1.3-2.1％錳(Mn)是多相鋼板中提高淬透性的元素，且尤其是形成馬氏體的重要元素。常規固溶強化鋼中，Mn由於固溶強化作用可有效提高強度，並將S(其不可避免地添加至鋼中)沉澱為MnS，從而對抑制熱軋過程中由S引起的鋼板破裂和高溫脆化起重要作用。本發明中，優選加入1.3％或更多的Mn。當Mn含量少於1.3％時，不能形成馬氏體，因此難以製造多相鋼。相反，當Mn含量多於2.1％時，形成過量馬氏體，從而導致材料不穩定性，並在結構中形成Mn帶(Mn氧化物帶)，結果增加了工作裂縫(workcracks)和鋼板破裂的風險。此外，退火期間Mn氧化物被釋放至表面，從而顯著惡化了塗布性能。因此，本發明中，優選將Mn含量限制在1.3-2.1％，更優選地，將Mn含量限制在1.4-1.8％。Cr：1.0％或更少(排除0％)鉻(Cr)是與上述Mn具有相似性質的組分，其被加入以提高淬透性並獲得高強度鋼。Cr在形成馬氏體方面是有效的，且在熱軋過程中形成粗Cr碳化物例如Cr23C6，從而將溶解於鋼中的C沉澱至適度水平以下，並因此抑制屈服點延伸(elongation)(YP-EI)。因此，Cr是製造屈強比低的多相鋼的有益元素。此外，Cr使延伸率的降低最小化卻增加強度，因此在製造具有高延展性的多相鋼中也是有益的。本發明中，上述的Cr通過提高淬透性而促進馬氏體形成。然而，當Cr含量多於1.0％時，形成馬氏體的含量過度增加，從而導致強度和延伸率降低。因此，本發明中，優選將Cr含量限制在1.0％或更少，考慮到製造期間會不可避免地添加而排除0％。Si：0.3％或更少(排除0％)通常，Si是在退火後的冷卻期間以適度水平形成殘留奧氏體的元素，因此顯著有助於提高延伸率。然而，當C含量高(例如約0.6％)時這是有效的。此外，眾所周知，上述的Si用於通過固溶強化作用來提高鋼的強度，或者，超過適度水平時，提高熱浸鍍鋅鋼板的表面性質。本發明中，將Si含量限制在0.3％或更少(排除0％)以獲得足夠的強度並提高延伸率。即使不添加Si，在性能方面也沒有顯著問題。然而，考慮到製造期間會不可避免地添加而排除0％。當Si含量多於0.3％時，鍍鋼板的表面性質惡化，但在形成多相鋼中幾乎沒有作用。P：0.1％或更少(排除0％)鋼中的磷(P)在獲得足夠強度而不顯著惡化成形性中是最有益的元素。然而，問題在於，當過量添加P時，脆性斷裂的可能性顯著增加，從而增加板坯熱軋期間鋼板破裂的可能性，且P充當惡化鍍鋼板的表面性質的元素。因此，本發明中，將P含量限制在0.1％，考慮到會不可避免地添加而排除0％。S：0.01％或更少(排除0％)硫(S)是不可避免地添加至鋼中的雜質元素，且將S含量控制至儘可能低是重要的。特別是，由於鋼中的S增加熱脆性的可能性，優選將S含量控制在0.01％或更少。然而，考慮到製造期間會不可避免地添加而排除0％。N：0.01％或更少(排除0％)氮(N)是不可避免地添加至鋼中的雜質元素。雖然將N含量控制至儘可能低是重要的，但為此鋼鐵冶煉成本會大幅增加。因此，優選將N含量控制在0.01％或更少，其中操作條件是可行的。然而，考慮到製造期間會不可避免地添加而排除0％。溶Al：0.02-0.06％酸溶鋁(溶Al，Sol.Al)是為了鋼的晶粒細化和脫氧而添加的元素。當溶Al含量少於0.02％時，在常規穩定狀態中不能產生鋁鎮靜鋼。相反，當溶Al含量多於0.06％時，其在強度提高方面是有利的，但在煉鋼連鑄期間形成過量的包含物，由此增加了熱浸鍍鋅鋼板表面缺陷的可能性並導致製造成本增加。因此，本發明中優選將溶Al含量控制在0.02-0.06％。Mo：0.2％或更少(排除0％)鉬(Mo)是為了延遲奧氏體轉變為珠光體和實現鐵素體細化及強度提高而添加的元素。Mo提高鋼的淬透性，並可在晶界中形成精細馬氏體，因此能夠控制屈強比。然而，作為昂貴的元素，製造中較高的含量是不宜的。因此，優選適當地控制Mo含量。為了獲得如上所述的效果，優選添加至多0.2％的Mn。多於0.2％的Mn含量導致合金成本急劇上升，從而降低經濟效率而不是降低鋼的延展性。雖然本發明中，Mo的最佳含量是0.05％，但即使沒有實質地添加Mo的情況下，獲得所需性質也沒有困難。然而，考慮到製造期間會不可避免地添加而排除0％。B：0.003％或更少(排...