Горячештампованная сталь и способ изготовления горячештампованной стали
Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной стали, используемой в автомобилестроении. Сталь содержит, мас.%: C: от 0,030 до 0,150, Si: от 0,010 до 1,00, Mn: от 1,50 до 2,70, P: от 0,001 до 0,060, S: от 0,001 до 0,010, N: от 0,0005 до 0,0100, Al: от 0,010 до 0,050 и необязательно один или несколько из следующих элементов: B: от 0,0005 до 0,0020, Mo: от 0,01 до 0,50, Cr: от 0,01 до 0,50, V: от 0,001 до 0,100, Ti: от 0,001 до 0,100, Nb: от 0,001 до 0,050, Ni: от 0,01 до 1,00, Cu: от 0,01 до 1,00, Ca: от 0,0005 до 0,0050 и РЗМ: от 0,0005 до 0,0050, остальное Fe и неизбежные примеси. Металлографическая структура после горячей штамповки содержит от 40% до 90% феррита и от 10% до 60% мартенсита по относительной площади, дополнительно одну или несколько из следующих фаз: 10% или менее перлита по относительной площади, 5% или менее остаточного аустенита по относительному объему, и менее чем 40% бейнита. Произведение TS×λ предела прочности при растяжении TS и коэффициента раздачи отверстия λ составляет 50000 МПа·% или более. Обеспечивается высокая прочность и требуемый коэффициент раздачи отверстия. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил., 9 табл., 1 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к горячештампованной стали, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки, имеющая превосходную пригодность к формованию после горячей штамповки, и к способу ее изготовления.
Испрашивается приоритет на основании японской патентной заявки №2012-004550, поданной 13 января 2012 года, содержание которой включается в настоящий документ посредством ссылки.
Уровень техники
В настоящее время для транспортных средств требуется листовая сталь, которая является улучшенной в отношении безопасности при столкновениях и имеет уменьшенную массу. В такой ситуации горячая штамповка (также называемая терминами «горячее прессование», «горячая обработка давлением», «закалка в штампе», «закалка под прессом» и подобное) привлекает внимание в качестве способа получения высокой прочности. Горячая штамповка представляет собой способ формования, в котором листовая сталь нагревается до высокой температуры, составляющей, например, 700°С или более, затем подвергается горячему формованию таким образом, чтобы улучшалась пригодность к формованию листовой стали, и закаливается посредством охлаждения после формования, и в результате этого получается материал, имеющий желательные свойства. Как описано выше, листовая сталь, используемая для изготовления корпуса транспортного средства, должна иметь высокую пригодность к обработке давлением и высокую прочность. Листовая сталь, имеющая содержащую феррит и мартенсит структуру, листовая сталь, имеющая содержащую феррит и бейнит структуру, листовая сталь, содержащая остаточный аустенит в структуре, и подобное, является известной в качестве листовой стали, которая одновременно обладает пригодностью к обработке давлением и высокую прочность. Среди этих типов листовой стали многофазная листовая сталь, содержащая мартенсит, диспергированный в ферритной основе, имеет низкий предел текучести и высокий предел прочности при растяжении и, кроме того, имеет превосходные характеристики при растяжении. Однако многофазная листовая сталь имеет неудовлетворительный коэффициент раздачи отверстия, поскольку напряжение концентрируется на межфазной границе между ферритом и мартенситом, и оказывается вероятным, что растрескивание начинается от межфазной границы.
Например, патентные документы 1-3 описывают многофазную листовую сталь. Кроме того, патентные документы 4-6 описывают соотношения между твердостью и пригодностью к формованию листовой стали.
Однако даже при использовании этих способов предшествующего уровня техники оказывается затруднительным получение листовой стали, которая удовлетворяет существующим в настоящее время требованиям к транспортным средствам, таким как дополнительное уменьшение массы и более сложные формы деталей.
ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Патентный документ
Патентный документ 1 - японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация №Н6-128688
Патентный документ 2 - японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация №2000-319756
Патентный документ 3 - японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация №2005-120436
Патентный документ 4 - японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация №2005-256141
Патентный документ 5 - японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация №2001-355044
Патентный документ 6 - японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация №H11-189842.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачи, решаемые изобретением
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить горячештампованную сталь, для которой используется холоднокатаная листовая сталь, способная обеспечивать прочность и иметь более благоприятный коэффициент раздачи отверстия при изготовлении из нее горячештампованной стали, а также способ изготовления этой горячештампованной стали.
Средства решения задач
Авторы настоящего изобретения выполнили всесторонние исследования в отношении холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки, которая обеспечивает прочность после горячей штамповки (после закалки в процессе горячей штамповки) и имеет превосходную пригодность к формованию (коэффициент раздачи отверстия). В результате было обнаружено, что, в отношении состава стали, когда устанавливается надлежащее соотношение содержания Si, содержания Mn и содержания С, относительное содержание феррита и относительное содержание мартенсита в листовой стали устанавливаются на заданном уровне, и соотношение твердости (разность твердости) мартенсита между поверхностной частью толщины листа и центральной частью толщины листа листовой стали и распределение твердости мартенсита в центральной части толщины листа устанавливаются в определенных интервалах, оказывается возможным промышленное производство холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки, которая способна обеспечивать у листовой стали пригодность к формованию, то есть значение TS×λ≥50000 МПа·%, которое представляет собой более высокое значение, чем существовавшее когда-либо в отношении TS×λ, которое представляет собой произведение предела прочности при растяжении TS и коэффициента раздачи отверстия λ. Кроме того, было обнаружено, что, когда данная холоднокатаная листовая сталь используется для горячей штамповки, обеспечивается горячештампованная сталь, имеющая превосходную пригодность к формованию даже после горячей штамповки. Кроме того, было также подтверждено, что подавление сегрегации MnS в центральной части толщины листа холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки также оказывается эффективным, чтобы улучшать пригодность к формованию (коэффициент раздачи отверстия) горячештампованной стали. Кроме того, было также обнаружено, что, в процессе холодной прокатки, регулирование доли обжатия при холодной прокатке по отношению к суммарному обжатию при холодной прокатке (совокупному обжатию при прокатке) от наиболее ранней, клети до третьей клети, считая от наиболее ранней клети, в пределах конкретного интервала, оказывается эффективным для регулирования твердости мартенсита. Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили разнообразные аспекты настоящего изобретения, которые описаны ниже. Кроме того, было обнаружено, что данные эффекты не ухудшаются даже в том случае, когда нанесенный погружением слой гальванического покрытия, отожженный слой гальванического покрытия, электролитически нанесенный слой гальванического покрытия и нанесенный алюминированием слой образуются на холоднокатаной листовой стали.
(1) Таким образом, согласно первому аспекту настоящего изобретения, горячештампованная сталь содержит (масс. %): С: от 0,030% до 0,150%, Si: от 0,010% до 1,00%, Mn: от 1,50% до 2,70%, P: от 0,001% до 0,060%, S: от 0,001% до 0,010%, N: от 0,0005% до 0,0100%, Al: от 0,010% до 0,050%, и необязательно один или несколько из следующих элементов: В: от 0,0005% до 0,0020%, Мо: от 0,01% до 0,50%, Cr: от 0,01% до 0,50%, V: от 0,001% до 0,100%, Ti: от 0,001% до 0,100%, Nb: от 0,001% до 0,050%, Ni: от 0,01% до 1,00%, Cu: от 0,01% до 1,00%, Ca: от 0,0005% до 0,0050%, РЗМ: от 0,00050% до 0,0050%, и остальная масса представляет собой Fe и неизбежные примеси, причем, когда [С] представляет собой содержание С, выраженное в массовых процентах, [Si] представляет собой содержание Si, выраженное в массовых процентах, и [Mn] представляет собой содержание Mn, выраженное в массовых процентах, выполняется следующее соотношение (А), металлографическая структура после горячей штамповки содержит от 40% до 90% феррита и от 10% до 60% мартенсита по относительной площади, сумма относительной площади феррита и относительной площади мартенсита составляет 60% или более, металлографическая структура необязательно содержит дополнительно одну или несколько из следующих фаз: 10% или менее перлита по относительной площади, 5% или менее остаточного аустенита по относительному объему и менее 40% бейнита, составляющего оставшуюся относительную площадь, твердость мартенсита, которая измеряется наноиндентором, удовлетворяет следующему соотношению (В) и следующему соотношению (С), произведение TS×λ предела прочности при растяжении TS и коэффициента раздачи отверстия λ составляет 50000 МПа·% или более,
и
H1 представляет собой среднюю твердость мартенсита в поверхностной части толщины листа после горячей штамповки, Н2 представляет собой среднюю твердость мартенсита в центральной части толщины листа, которая представляет собой область, у которой ширина составляет 200 мкм в направлении толщины в середине толщины листа после горячей штамповки, и σНМ представляет собой изменение средней твердости мартенсита в центральной части толщины листа после горячей штамповки.
(2) У горячештампованной стали согласно представленному выше п. (1) относительная площадь MnS, существующего в горячештампованной стали и имеющего диаметр эквивалентного по площади круга от 0,1 мкм до 10 мкм, может составлять 0,01% или менее, и может выполняться следующее соотношение (D)
и
n1 представляет собой среднечисленную плотность на 10000 мкм2 MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, на 1/4 толщины листа после горячей штамповки, и n2 представляет собой среднечисленную плотность на 10000 мкм2 MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, в центральной части толщины листа после горячей штамповки.
(3) У горячештампованной стали согласно представленному выше п. (1) или (2), поверхность может подвергаться гальванизации погружением.
(4) У горячештампованной стали согласно представленному выше п. (3), слой отожженного гальванического покрытия можно сформировать на поверхности, подвергнутой гальванизации погружением.
(5) У горячештампованной стали согласно представленному выше п. (1) или (2), поверхность может подвергаться электролитической гальванизации.
(6) У горячештампованной стали согласно представленному выше п. (1) или (2), поверхность может подвергаться алюминированию.
(7) Согласно следующему аспекту настоящего изобретения, предлагается способ изготовления горячештампованной стали, включающий литье расплавленной стали, имеющей химический состав согласно представленному выше п. (1), и получение стали, нагревание стали, горячую прокатку стали на стане горячей прокатки, включающем множество клетей, сматывание стали после горячей прокатки, травление стали после сматывания, холодную прокатку стали на стане холодной прокатки, включающем множество клетей, после травления в условиях, удовлетворяющих следующему соотношению (Е), отжиг, в котором сталь отжигается при температуре от 700°С до 850°С и охлаждается после холодной прокатки, дрессировку стали после охлаждения и отжига, и горячую штамповку, при которой сталь нагревается до температуры, составляющей от 700°С до 1000°С, после дрессировки, подвергается горячей штамповке в данном температурном интервале и после этого охлаждается до температуры на уровне от комнатной температуры или более до 300°С или менее,
и
ri (i=l, 2, 3) представляет собой индивидуальное целевое обжатие при холодной прокатке в клети № i (i=l, 2, 3), считая от наиболее ранней клети во множестве клетей для холодной прокатки, выраженную в процентах, и r представляет собой суммарное обжатие при холодной прокатке, выраженное в процентах.
(8) В способе изготовления горячештампованной стали согласно представленному выше п. (7), когда СТ представляет собой температуру сматывания, выраженную в °С, [С] представляет собой содержание С, выраженное в массовых процентах, [Mn] представляет собой содержание Mn, выраженное в массовых процентах, [Si] представляет собой содержание Si, выраженное в массовых процентах, и [Мо] представляет собой содержание Мо, выраженное в массовых процентах, в листовой стали, может выполняться следующее соотношение (F):
(9) В способе изготовления горячештампованной стали согласно представленному выше п. (7) или (8), когда Т представляет собой температуру нагревания, выраженную в °С, t представляет собой продолжительность нагревания в печи, выраженную в минутах, [Mn] представляет собой содержание Mn, выраженное в массовых процентах, и [S] представляет собой содержание S, выраженное в массовых процентах, в листовой стали, может выполняться следующее соотношение (G),
(10) Способ изготовления горячештампованной стали согласно любому из приведенных выше пп. (7)-(9), может дополнительно включать гальванизацию стали между отжигом и дрессировкой.
(11) Способ изготовления горячештампованной стали согласно представленному выше п. (10), может дополнительно включать обработку для легирования между гальванизацией и дрессировкой.
(12) Способ изготовления горячештампованной стали согласно любому из приведенных выше пп. (7)-(9), может дополнительно включать электролитическую гальванизацию после дрессировки.
(13) Способ изготовления горячештампованной стали согласно любому из приведенных выше пп. (7)-(9), может дополнительно включать алюминирование стали между отжигом и дрессировкой.
Эффекты изобретения
Согласно вышеописанному аспекту настоящего изобретения, поскольку устанавливается надлежащее соотношение содержания С, содержания Mn и содержания Si в горячештампованной стали, и даже твердость мартенсита, которая измеряется наноиндентором, устанавливается на надлежащем уровне, оказывается возможным получение более благоприятного коэффициента раздачи отверстия у горячештампованной стали.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет график, иллюстрирующий соотношение между (5×[Si]+[Mn])/[С] и TS×λ в холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой и в горячештампованной стали.
Фиг. 2А представляет график, иллюстрирующий обоснование для соотношения (В), причем данный график иллюстрирует соотношение между Н20/Н10 и σНМ0 в холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой и соотношение между Н2/Н1 и σНМ в горячештампованной стали.
Фиг. 2В представляет график, иллюстрирующий обоснование для соотношения (С), причем данный график иллюстрирует соотношение между σНМ0 и TS×λ в холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой и соотношение между σНМ и TS×λ в горячештампованной стали.
Фиг. 3 представляет график, иллюстрирующий соотношение между n20/n10 и TS×λ в холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой и соотношение между n2/n1 и TS×λ в горячештампованной стали, а также иллюстрирующий обоснование для соотношения (D).
Фиг. 4 представляет график, иллюстрирующий соотношение между 1,5×rl/r+l,2×r2/r+r3/r и Н20/Н10 в холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой и соотношение между 1,5×rl/r+l,2×r2/2+r3/r и Н2/Н1 в горячештампованной стали, а также иллюстрирующий обоснование для соотношения (Е).
Фиг. 5А представляет график, иллюстрирующий взаимосвязь между соотношением (F) и относительным содержанием мартенсита.
Фиг. 5В представляет график, иллюстрирующий взаимосвязь между соотношением (F) и относительным содержанием перлита.
Фиг. 6 представляет график, иллюстрирующий соотношение между T×ln(t)/(1,7×[Mn]+[S]) и TS×λ, а также иллюстрирующий обоснование для соотношения (G).
Фиг. 7 представляет вид в перспективе горячештампованной стали, используемой в примере.
Фиг. 8 представляет технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления горячештампованной стали, для которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как описано выше, важно установить надлежащее соотношение содержания Si, содержания Mn и содержания C и придать надлежащую твердость мартенситу в заданном положении в листовой стали, чтобы улучшить пригодность к формованию (коэффициент раздачи отверстия). Таким образом, до настоящего времени не были проведены исследования в связи с соотношением между пригодностью к формованию и твердостью мартенсита в горячештампованной стали.
В настоящем документе далее будут описаны причины ограничения химического состава горячештампованной стали, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления настоящего изобретения (в некоторых случаях также называется термином «горячештампованная сталь, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления настоящего изобретения»), и стали, используемой для ее изготовления. Далее проценты в описании содержания индивидуальных компонентов означают массовые проценты.
С: от 0,030% до 0,150%
Углерод представляет собой важный элемент, который упрочняет мартенсит и увеличивает прочность стали. Когда содержание C составляет менее 0,030%, оказывается невозможным достаточное увеличение прочности стали. С другой стороны, когда содержание C превышает 0,150%, становится значительным ухудшение пластичности (растяжимости) стали. Таким образом, интервал содержания C устанавливается в пределах от 0,030% до 0,150%. В том случае, когда существует необходимость высокого коэффициента раздачи отверстия, содержание C желательно устанавливается на уровне, составляющем 0,100% или менее.
Si: от 0,010% до 1,000%
Кремний представляет собой важный элемент, который подавляет образование вредного карбида и формирует многофазную структуру, представляющую собой, главным образом, ферритную структуру, а остальная масса состоит из мартенсита. Однако в том случае, когда содержание Si превышает 1,0%, растяжимость или коэффициент раздачи отверстия стали ухудшается, и свойство обработки для химического превращения также ухудшается. Таким образом, содержание Si устанавливается на уровне, составляющем 1,000% или менее. Кроме того, хотя Si добавляется для раскисления, эффект раскисления не является достаточным, когда содержание Si составляет менее 0,010%. Таким образом, содержание Si устанавливается на уровне, составляющем 0,010% или более. Al: от 0,010% до 0,050%
Алюминий представляет собой важный элемент, который используется как раскислитель. Для получения эффекта раскисления количество Al устанавливается на уровне, составляющем 0,010% или более. С другой стороны, даже в том случае, когда Al добавляется в чрезмерном количестве, вышеописанный эффект насыщается, и, наоборот, сталь становится хрупкой. Таким образом, количество Al устанавливается в интервале от 0,010% до 0,050%.
Mn: от 1,50% до 2,70%
Марганец представляет собой важный элемент, который увеличивает закаливаемость стали и упрочняет сталь. Однако, когда содержание Mn составляет менее 1,50%, оказывается невозможным достаточное увеличение прочности стали. С другой стороны, когда содержание Mn превышает 2,70%, поскольку закаливаемость увеличивается более, чем необходимо, это вызывает увеличение прочности стали, и следовательно, растяжимость или коэффициент раздачи отверстия стали ухудшается. Таким образом, содержание Mn устанавливается в интервале от 1,50% до 2,70%. В том случае, когда существует требование высокой растяжимости, содержание Mn желательно устанавливается на уровне, составляющем 2,00% или менее.
P: от 0,001% до 0,060%
В том случае, когда фосфор присутствует в большом количестве, он сегрегируется на границах зерен, и ухудшается локальная пластичность и свариваемость стали. Таким образом, содержание P устанавливается на уровне, составляющем 0,060% или менее. С другой стороны, поскольку необязательное уменьшение P приводит к увеличению стоимости рафинирования, содержание P желательно устанавливается на уровне, составляющем 0,001% или более.
S: от 0,001% до 0,010%
Сера представляет собой элемент, который образует MnS и в значительной степени ухудшает локальную пластичность или свариваемость. Таким образом, верхний предел содержания S устанавливается на уровне, составляющем 0,010%. Кроме того, чтобы снизить стоимость рафинирования, нижний предел содержания S желательно устанавливается на уровне, составляющем 0,001%.
N: от 0,0005% до 0,0100%
Азот представляет собой важный элемент, который осаждается в форме AlN и подобного и уменьшает размер кристаллических зерен. Однако, когда количество N превышает 0,0100%, остается твердый раствор азота, и пластичность стали ухудшается. Таким образом, содержание N устанавливается на уровне, составляющем 0,0100% или менее. Вследствие проблемы стоимости рафинирования, нижний предел содержания N желательно устанавливается на уровне, составляющем 0,0005%.
Горячештампованная сталь, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления, имеет основной состав, включающий вышеописанные компоненты, остальную массу составляют железо и неизбежные примеси, но могут дополнительно содержаться один или несколько элементов, таких как Nb, Ti, V, Mo, Cr, Ca, РЗМ (редкоземельные металлы), Cu, Ni и B в качестве элементов, которые до настоящего времени использовались в количествах, которые равняются или составляют менее, чем описанные далее верхние пределы, чтобы улучшать прочность, регулировать форму сульфида или оксида и подобного. Поскольку эти химические элементы необязательно добавляются в листовую сталь, соответствующие нижние пределы составляют 0%.
Ниобий, титан и ванадий представляют собой элементы, которые осаждаются в форме тонкодисперсных карбонитридов и упрочняют сталь. Кроме того, молибден и хром представляют собой элементы, которые увеличивают закаливаемость и упрочняют сталь. Для получения данных эффектов оказывается желательным содержание 0,001% или более Nb, 0,001% или более Ti, 0,001% или более V, 0,01% или более Мо и 0,01% или более Cr. Однако даже в том случае, когда сталь содержит более 0,050% Nb, более 0,100% Ti, более 0,100% V, более 0,50% Мо и более 0,50% Cr, эффект увеличения прочности насыщается, и существует проблема того, что может быть вызвано ухудшение растяжимости или коэффициента раздачи отверстия.
В стали может дополнительно содержаться Ca, составляющий от 0,0005% до 0,0050%. Кальций и редкоземельные металлы (РЗМ) регулируют форму сульфида или оксида и улучшают локальную пластичность или коэффициент раздачи отверстия. Чтобы получать данный эффект с использованием Ca, оказывается предпочтительным добавление 0,0005% или более Ca. Однако, поскольку существует проблема того, что избыточное добавление может ухудшать пригодность к обработке, верхний предел содержания Ca устанавливается на уровне, составляющем 0,0050%. По такой же причине, для редкоземельных металлов (РЗМ) также оказывается предпочтительным установление нижнего предела на уровне 0,0005% и верхнего предела на уровне 0,0050%.
В стали может дополнительно содержаться от 0,01% до 1,00% Cu, от 0,01% до 1,00% Ni и от 0,0005% до 0,0020% B. Эти элементы также могут улучшать закаливаемость и увеличивать прочность стали. Однако для получения данного эффекта оказывается предпочтительным содержание 0,01% или более Cu, 0,01% или более Ni и 0, 0005% или более B. В том случае, когда их содержание равняется или составляет менее, чем вышеописанные значения, является малым эффект упрочнения стали. С другой стороны, даже в том случае, когда добавляется более 1,00% Cu, более 1,00% Ni и более 0,0020% B, эффект увеличения прочности насыщается, и существует проблема того, что пластичность может ухудшаться.
В том случае, когда сталь содержит B, Mo, Cr, V, Ti, Nb, Ni, Cu, Ca и РЗМ, она содержит один или несколько данных элементов. Остальную массу стали составляют железо и неизбежные примеси. Элементы, которые не представляют собой вышеописанные элементы (например, Sn, As и подобное), могут дополнительно содержаться в качестве неизбежных примесей при том условии, что данные элементы не ухудшают характеристики. Кроме того, когда B, Мо, Cr, V, Ti, Nb, Ni, Cu, Ca и РЗМ содержатся в количествах, которые составляют менее, чем вышеописанные нижние пределы, данные элементы рассматриваются в качестве неизбежных примесей.
Кроме того, в горячештампованной стали, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 1, когда содержание C (масс. %), содержание Si (масс. %) и содержание Mn (масс. %) представляют собой [С], [Si] и [Mn] соответственно, оказывается важным выполнение следующего соотношения (А):
Для выполнения условия TSXL>50000 МПа·% предпочтительно выполнятся вышеописанное соотношение (А). Когда значение (5×[Si]+[Mn])/[С] составляет 11 или менее, оказывается невозможным получение достаточного коэффициента раздачи отверстия. Это объясняется тем, что, когда содержание C является большим, твердость твердой фазы становится чрезмерно высокой, разность твердости (соотношение твердости) между твердой фазой и мягкой фазой становится значительной, и, таким образом, значение λ ухудшается, а когда содержание Si или содержание Mn является низким, TS также становится низким. Что касается значения (5×[Si]+[Mn])/[С], поскольку данное значение не изменяется даже после горячей штамповки, как описано выше, соотношение А предпочтительно выполняется в процессе изготовления металлического листа.
Как правило, именно мартенсит, а не феррит определяет пригодность к формованию (коэффициент раздачи отверстия) в двухфазной стали. В результате всесторонних исследований, проведенных авторами настоящего изобретения в отношении твердости мартенсита, было выяснено, что, когда разность твердости (соотношение твердости) мартенсита между поверхностной частью толщины листа и центральной частью толщины листа и распределение твердости мартенсита в центральной части толщины листа находятся в заданном состоянии в фазе перед горячей штамповкой (перед нагреванием для осуществления закалки в процессе горячей штамповки), состояние почти сохраняется даже после горячей штамповки, как проиллюстрировано на фиг. 2А и 2B, и становится благоприятной пригодность к формованию, то есть растяжимость или коэффициент раздачи отверстия. Как считается, это обусловлено тем, что распределение твердости мартенсита, образующегося перед горячей штамповкой, по-прежнему имеет значительный эффект даже после горячей штамповки, и легирующие элементы, сконцентрированные в центральной части толщины листа, по-прежнему сохраняют состояние концентрирования в центральной части толщины листа даже после горячей штамповки.
Таким образом, в листовой стали перед горячей штамповкой, в том случае, когда соотношение твердости между мартенситом в поверхностной части толщины листа и мартенситом в центральной части толщины листа является большим или изменение твердости мартенсита является большим, такая же тенденция проявляется даже после горячей штамповки. Как проиллюстрировано на фиг. 2А и 2B, соотношение твердости между поверхностной частью толщины листа и центральной частью толщины листа в холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки и изготовления горячештампованной стали согласно варианту осуществления перед горячей штамповкой и соотношение твердости между поверхностной частью толщины листа и центральной частью толщины листа горячештампованной стали, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления, являются почти одинаковыми. Кроме того, аналогичным образом, изменение твердости мартенсита в центральной части толщины листа в холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки и изготовления горячештампованной стали согласно варианту осуществления перед горячей штамповкой и изменение твердости мартенсита в центральной части толщины листа горячештампованной стали, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления, являются почти одинаковыми. Таким образом, пригодность к формованию холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки и изготовления горячештампованной стали согласно варианту осуществления, является превосходной аналогично пригодности к формованию горячештампованной стали, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления.
Кроме того, в отношении твердости мартенсита, которая измеряется наноиндентором, изготовленным компанией Hysitron Corporation, при увеличении в 1000 раз, авторы настоящего изобретения обнаружили, что выполняются следующее соотношение (В) и следующее соотношение (С) (также (Н) и (I)), что является предпочтительным для пригодности к формованию горячештампованной стали. Здесь H1 представляет собой среднюю твердость мартенсита в поверхностной части толщины листа, которая представляет собой область, имеющую ширину 200 мкм в направлении толщины от наиболее внешнего слоя листовой стали в направлении толщины горячештампованной стали, Н2 представляет собой среднюю твердость мартенсита в области, имеющей ширину ±100 мкм в направлении толщины от центральной части толщины листа в центральной части толщины листа горячештампованной стали, и σНМ представляет собой изменение твердости мартенсита в области, имеющей ширину ±100 мкм в направлении толщины от центральной части толщины листа горячештампованной стали. Кроме того, Н10 представляет собой твердость мартенсита в поверхностной части толщины листа в холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой, Н20 представляет собой твердость мартенсита в центральной части толщины листа, то есть в области, имеющей ширину 200 мкм в направлении толщины в центральной части толщины листа в холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой, и σНМ0 представляет собой изменение твердости мартенсита в центральной части толщины листа холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой. Каждое из значений H1, H10, Н2, Н20, σНМ и σНМ0 получается, соответственно по результатам измерений в 300 точках. Область, имеющая ширину ±100 мкм в направлении толщины от центральной части толщины листа, представляет собой область, имеющую центр в середине толщины листа и имеющую размер, составляющий 200 мкм в направлении толщины.
Кроме того, здесь изменение представляет собой значение, получаемое с использованием следующего соотношения (K) и показывающее распределение твердости мартенсита.
Соотношение 1
Величина xave представляет собой среднее значение твердости, и xi представляет собой твердость в части №i.
Значение Н2/Н1, составляющее 1,10 или более, представляет, что твердость мартенсита в центральной части толщины листа превышает в 1,10 или большее число раз твердость мартенсита в поверхностной части толщины листа, и, в данном случае σНМ становится равным 20 или более даже после горячей штамповки, как проиллюстрировано на фиг. 2А. Когда значение Н2/Н1 составляет 1,10 или более, твердость центральной части толщины листа становится чрезмерно высокий, TS×λ становится равным менее чем 50000 МПа·%, как проиллюстрировано на фиг. 2В, и достаточная пригодность к формованию не может быть получена ни перед закалкой (то есть перед горячей штамповкой), ни после закалки (то есть после горячей штамповки). Кроме того, теоретически, имеет место случай, в котором нижний предел Н2/Н1 становится одинаковым в центральной части толщины листа и в поверхностной части толщины листа, если не осуществляется специальная термическая обработка; однако в фактическом производственном процессе, когда учитывается производительность, нижний предел составляет, например, вплоть до приблизительно 1,005. Описанное выше в отношении значение Н2/Н1 должно применяться также аналогичным образом к значению Н20/Н10.
Кроме того, изменение σНМ, которая составляет 20 или более, даже после горячей штамповки показывает, что рассеяние твердости мартенсита является большим, и локально существуют части, в которых твердость является чрезмерно высокой. В данном случае TS×λ становится равным менее чем 50000 МПа·%, как проиллюстрировано на фиг. 2В, и достаточная пригодность к формованию горячештампованной стали не может быть получена. Описанное выше в отношении значение σНМ должно применяться также аналогичным образом к значению σНМ0.
У горячештампованной стали согласно варианту осуществления, относительная площадь феррита в металлографической структуре после горячей штамповки составляет от 40% до 90%. Когда относительная площадь феррита составляет менее 40%, достаточная растяжимость или достаточный коэффициент раздачи отверстия не может быть получен. С другой стороны, когда относительная площадь феррита превышает 90%, содержание мартенсита становится недостаточным, и достаточная прочность не может быть получена. Таким образом, относительная площадь феррита у горячештампованной стали устанавливается на уровне, составляющем от 40% до 90%. Кроме того, металлографическая структура горячештампованной стали также содержит мартенсит, относительная площадь мартенсита составляет от 10% до 60%, и сумма относительной площади феррита и относительной площади мартенсита составляет 60% или более. Все или основные части металлографической структуры горячештампованной стали занимают феррит и мартенсит, и, кроме того, в металлографической структуре могут содержаться одна или несколько из следующих фаз: перлит, бейнит, составляющий основную массу, и остаточный аустенит. Однако, когда остаточный аустенит присутствует в металлографической структуре, становится вероятным развитие таких характеристик, как хрупкость при вторичной обработке и замедленное разрушение. Таким образом, оказывается предпочтительным практическое отсутствие остаточного аустенита; однако неизбежно может содержаться 5% или менее остаточного аустенита по относительному объему. Поскольку перлит представляет собой твердую и хрупкую структуру, оказывается предпочтительным отсутствие перлита в металлографической структуре; однако неизбежно может содержаться вплоть до 10% перлита по относительной площади. Кроме того, количество бейнита как основного компонента составляет предпочтительно 40% или менее по относительной площади по отношению к области, исключающей феррит и мартенсит. Здесь металлографические структуры феррита, бейнита как основного компонента и перлита наблюдали посредством травления спиртовым раствором азотной кислоты, и металлографическую структуру мартенсита наблюдали посредством травления водным раствором метабисульфита натрия и спиртовым раствором пикриновой кислоты. В обоих случаях 1/4 толщины листа наблюдали при увеличении в 1000 раз. Объемное соотношение остаточного аустенита измеряли, используя рентгеновский дифрактометр, после шлифования листовой стали вплоть до 1/4 толщины листа. 1/4 толщины листа представляет собой часть, составляющая 1/4 толщины листовой стали от поверхности листовой стали в направлении толщины листовой стали. Согласно варианту осуществления, твердость мартенсита, измеряемая при увеличении в 1000 раз, определяется посредством использования наноиндентора. Поскольку углубление, которое образуется при обычном исследовании твердости по Виккерсу (Vickers), является большим, чем в случае мартенсита, согласно исследованию твердости по Виккерсу, хотя макроскопическая твердость мартенсита и его периферических структур (феррит и подобное) может быть получена, оказывается невозможным определение твердости самого мартенсита. Поскольку на пригодность к формованию (коэффициент раздачи отверстия) в значительной степени влияет твердость самого мартенсита, оказывается затруднительной достаточная оценка пригодности к формованию с использованием только твердости по Виккерсу. С другой стороны, согласно варианту осуществления, поскольку обеспечивается надлежащее соотношение твердости мартенсита у горячештампованной стали, которая измеряется наноиндентором, оказывается возможным получение максимально благоприятной пригодности к формованию.
Кроме того, в холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой и горячештампованной стали, в результате наблюдения MnS в положении на 1/4 толщины листа и в центральной части толщины листа, было обнаружено, что оказывается предпочтительным, когда относительная площадь MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, составляет 0,01% или менее, и, как проиллюстрировано на фиг. 3, выполняется следующее соотношение (D) (также (J)), в результате чего благоприятно и устойчиво выполняется условие TS×λ≥50000 МПа·%. Когда существует MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет 0,1 мкм или более, в процессе исследования коэффициента раздачи отверстия, поскольку напряжение концентрируется вблизи него, становится вероятным возникновение растрескивания. Причина, по которой не учитывается MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет менее 0,1 мкм, заключается в том, что является малым воздействие на концентрацию напряжений. Кроме того, причина, по которой не учитывается MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет более 10 мкм, заключается в том, что, если MnS, имеющий вышеописанный размер зерен, включается в стальной лист, размер зерен является чрезмерно большим и листовая сталь становится неподходящей для обработки. Кроме того, когда относительная площадь MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, превышает 0,01%, поскольку становится легким образование трещин вследствие того, что распространяется концентрация напряжений, коэффициент раздачи отверстия дополнительно ухудшается, и имеет место случай, в котором условие TS×λ≥50000 МПа·% не выполняется. Здесь n1 и n10 представляют собой среднечисленные плотности MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, на 1/4 толщины листа у горячештампованной стали и холоднокатаной листовой стали перед горячей штамповкой, соответственно, и n2 и n20 представляют собой среднечисленные плотности MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, в центральной части толщины листа у горячештампованной стали и холоднокатаной листовой стали перед горячей штамповкой, соответственно.
Все данные соотношения являются одинаковыми для листовой стали перед горячей штамповкой, листовой стали после горячей штамповки и горячештампованной стали.
Когда относительная площадь MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, составляет более 0,01% после горячей штамповки, пригодность к формованию, вероятно, ухудшается. Нижний предел относительной площади MnS не ограничивается определенным образом, однако присутствует 0,0001% или более MnS согласно описанному ниже способу измерения, ограничению увеличения и поля зрения, а также первоначальному содержанию Mn или S. Кроме того, значение n2/n1 (или n20/n10), которое составляет 1,5 или более, представляет, что среднечисленная плотность MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, в центральной части толщины листа горячештампованной стали (или холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой) превышает в 1,5 или большее число раз среднечисленную плотность MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, на 1/4 толщины листа горячештампованной стали (или холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой). В данном случае пригодность к формованию, вероятно, ухудшается вследствие сегрегации MnS в центральной части толщины листа горячештампованной стали (или холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой). Согласно варианту осуществления, диаметр эквивалентного по площади круга и среднечисленная плотность MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, измеряли, используя полевой эмиссионный сканирующий электронный микроскоп (Fe-SEM), изготовленный компанией JEOL Ltd. В процессе измерения использовали 1000-кратное увеличение, и измеряемая область поля зрения составляла 0,12×0,09 мм2 (=10800 мкм2 - приблизительно 10000 мкм2). Десять полей зрения наблюдали на 1/4 толщины листа, и десять полей зрения наблюдали в центральной части толщины листа. Относительная площадь MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, была вычислена с использованием программного обеспечения для анализа частиц. У горячештампованной стали, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления, форма и число частиц MnS, образующихся перед горячей штамповкой, являются одинаковыми до и после горячей штамповки. Фиг. 3 представляет изображение, иллюстрирующее соотношение между n2/nl и TS×λ после горячей штамповки и соотношение между n20/n10 и TS×λ перед горячей штамповкой, и согласно фиг. 3, n20/n10 холоднокатаной листовой стали перед горячей штамповкой и n2/nl горячештампованной стали являются почти одинаковыми. Это объясняется тем, что частицы MnS, как правило, не изменяются при температуре нагревания в процессе горячей штамповки.
Когда горячая штамповка осуществляется в отношении листовой стали, имеющей вышеописанную конфигурацию, оказывается возможным обеспечение предела прочности при растяжении, составляющего от 500 МПа до 1500 МПа, и получается значительный эффект улучшения пригодности к формованию горячештампованной стали, у которой предел прочности при растяжении составляет приблизительно от 550 МПа до 1200 МПа.
Кроме того, оказывается предпочтительным осуществление гальванизации, гальванизации и отжига, электролитической гальванизации или алюминирования на поверхности горячештампованной стали, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления, в отношении предупреждения коррозии. Образование вышеописанных покрытий не ухудшает эффекты согласно варианту осуществления. Вышеописанные покрытия можно изготавливать, используя хорошо известный способ.
Далее будет описан способ изготовления горячештампованной стали, в котором используется холоднокатаная листовая сталь (холоднокатаная листовая сталь, оцинкованная холоднокатаная листовая сталь, отожженная и оцинкованная холоднокатаная листовая сталь, электролитически оцинкованная и отожженная холоднокатаная листовая сталь и алюминированная холоднокатаная листовая сталь) для горячей штамповки согласно варианту осуществления.
Когда изготавливается горячештампованная сталь, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления, в качестве обычного условия расплавленную сталь, полученную в процессе плавления в конвертере, непрерывно разливают, и в результате этого получается плоская заготовка. В процессе непрерывного литья, когда скорость литья является высокой, осадок Ti и подобного становится чрезмерно тонкодисперсным, и, когда скорость литья является низкой, производительность ухудшается, и, следовательно, металлографическая структура вышеописанного осадка укрупняется, и число частиц в металлографической структуре уменьшается, и, таким образом, имеет место случай, в котором невозможно регулировать другие характеристики, такие как замедленное разрушение. Таким образом, скорость литья желательно составляет от 1,0 м/мин до 2,5 м/мин.
Плоская заготовка после литья может подвергаться горячей прокатке в существующем состоянии. В качестве альтернативы, в том случае, когда плоская заготовка после охлаждения охлаждается до более высокой температуры чем 1100°С, оказывается возможным повторное нагревание плоской заготовки после охлаждения до уровня от 1100°С до 1300°С в туннельной печи и подобном и осуществление горячей прокатки плоской заготовки. Когда температура плоской заготовки составляет менее 1100°С, оказывается затруднительным обеспечение температуры обработки в процессе горячей прокатки, что вызывает ухудшение растяжимости. Кроме того, у горячештампованной стали, в изготовлении которой используется листовая сталь для горячей штамповки, в которую добавлены Ti и Nb, поскольку растворение осадка становится недостаточным в процессе нагревания, это вызывает уменьшение прочности. С другой стороны, когда температура нагревания составляет более 1300°С, образование осадка (включений) становится значительным, и имеет место случай, в котором оказывается невозможным обеспечение благоприятных поверхностных свойств горячештампованной стали, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки.
Кроме того, для уменьшения относительной площади MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, когда содержание Mn и содержание S в стали, соответственно, представляют собой [Mn] и [S], выраженное в массовых процентах, оказывается предпочтительным, чтобы температура Т (°С) нагревательной печи перед осуществлением горячей прокатки, продолжительность нагревания в печи t (минут), [Mn] и [S] удовлетворяли следующему соотношению (G), как проиллюстрировано на фиг. 6.
Когда T×ln(t)/(1,7×[Mn]+[S]) равняется или составляет менее 1500, относительная площадь MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, становится большой, и имеет место случай, в котором разность между среднечисленной плотностью MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм на 1/4 толщины листа, и среднечисленной плотностью MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, в центральной части толщины листа становится большой. Температура нагревательной печи перед осуществлением горячей прокатки представляет собой температуру выпуска на стороне выпуска нагревательной печи, и продолжительность нагревания в печи представляет собой период времени от введения плоской заготовки в горячую нагревательную печь до извлечения плоской заготовки из нагревательной печи. Поскольку MnS не изменяется даже после горячей штамповки, как описано выше, оказывается предпочтительным, что выполняется соотношение (G) в процессе нагревания перед горячей прокаткой.
После этого осуществляется горячая прокатка согласно традиционному способу. При этом оказывается желательным осуществление горячей прокатки плоской заготовки таким образом, что конечная температура обработки (конечная температура горячей прокатки устанавливается в интервале от температуры Ar3 до 970°С). Когда конечная температура обработки составляет менее температуры Ar3, горячая прокатка представляет собой прокатку в двухфазной области (α+γ) (прокатку в двухфазной области, содержащей феррит и мартенсит), и существует проблема того, что растяжимость может ухудшаться. С другой стороны, когда конечная температура обработки превышает 970°С, увеличивается размер зерен аустенита, и относительное содержание феррита становится малым, и, таким образом, существует проблема того, что растяжимость может ухудшаться. Горячепрокатный стан может иметь множество клетей.
Здесь температуру Ar3 оценивали по точке перегиба длины исследуемого образца после осуществления исследования на приборе Formastor.
После горячей прокатки сталь охлаждается при средней скорости охлаждения, составляющей от 20°С/с до 500°С/с, и сматывается при заданной температуре сматывания СТ. В том случае, когда средняя скорость охлаждения составляет менее 20°С/с, становится вероятным образование перлита, который вызывает ухудшение пластичности. С другой стороны, верхний предел скорости охлаждения не ограничивается определенным образом и устанавливается на уровне, составляющем приблизительно 500°С/с, с учетом технических условий оборудования, но не ограничивается этим.
После сматывания осуществляется травление, а затем осуществляется холодная прокатка. При этом, чтобы получить интервал, удовлетворяющий вышеописанному соотношению (С), как проиллюстрировано на фиг. 4, осуществляется холодная прокатка в условиях, в которых следующее соотношение (Е) выполняется. Когда условия отжига, охлаждения и подобного, которые описаны ниже, также выполняются после вышеописанной прокатки, условие TS×λ≥50000 МПа·% обеспечивается в холоднокатаной листовой стали для горячей штамповки перед горячей штамповкой и/или в горячештампованной стали. С точки зрения производительности, холодная прокатка желательно осуществляется на многоклетьевом прокатном стане, в котором последовательно расположено множество прокатных клетей, и листовая сталь непрерывно прокатывается в одном направлении, в результате чего получается заданная толщина.
Здесь ri представляет собой индивидуальное целевое обжатие при холодной прокатке (%) в клети № i (i=l, 2, 3), считая от наиболее ранней клети в процессе холодной прокатки, и r представляет собой суммарное целевое обжатие при холодной прокатке (%) в процессе холодной прокатки. Суммарное обжатие при холодной прокатке представляет собой так называемое совокупное уменьшение по отношению к исходной толщине листа на впуске первой клети как выраженное в процентах совокупное обжатие (разность между толщиной листа на впуске перед первым прохождением и толщиной листа на выпуске после заключительного прохождения) по отношению к вышеописанной исходной толщине.
Когда осуществляется холодная прокатка в условиях, в которых соотношение (Е) выполняется, оказывается возможным достаточное сжатие перлита в процессе холодной прокатки даже в том случае, когда большое содержание перлита существует перед холодной прокаткой. В результате оказывается возможным отжиг перлита или уменьшение относительной площади перлита до минимального уровня в процессе отжига, осуществляемого после холодной прокатки, и, таким образом, становится легким получение структуры, в которой соотношение (В) и соотношение (С) выполняются. С другой стороны, в том случае, когда соотношение (Е) не выполняется, обжатия при холодной прокатке в верхних по потоку клетях не являются достаточными, вероятно, остается большое содержание перлита, и оказывается невозможным образование желательного мартенсита в процессе последующего отжига. Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что в том случае, когда соотношение (Е) выполняется, получаемая форма мартенситной структуры после отжига сохраняется почти в неизменном состоянии даже после осуществления горячей штамповки, и таким образом, горячештампованная сталь, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления, становится предпочтительный в отношении растяжимости или коэффициента раздачи отверстия даже после горячей штамповки. В том случае, когда горячештампованная сталь, в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления, нагревается вплоть до двухфазной области в процессе горячей штамповки, твердая фаза, содержащая мартенсит, перед горячей штамповкой превращается в структуру аустенита, и феррит перед горячей штамповкой остается в существующем состоянии. Углерод (С) в аустените не превращается в периферический феррит. После этого, в процессе охлаждения аустенит превращается в твердую фазу, содержащую мартенсит. Таким образом, когда соотношение (Е) выполняется и вышеописанное соотношение Н2/Н1 (или Н20/Н10) находится в заданном интервале, Н2/Н1 сохраняется даже после горячей штамповки и горячештампованная сталь становится превосходной в отношении пригодности к формованию.
Согласно варианту осуществления, r, r1, r2 и r3 представляют собой целевые обжатия при холодной прокатке. Как правило, в процессе холодной прокатки осуществляется регулирование, и целевое обжатие при холодной прокатке и фактическое обжатие при холодной прокатке принимают практически одинаковое значение. Не является предпочтительным осуществление холодной прокатки в таком состоянии, в котором фактическое обжатие при холодной прокатке необязательно становится отличным от целевого обжатия при холодной прокатке. Однако в том случае, когда является большой разность между целевым обжатием при прокатке и фактическим обжатием при прокатке, оказывается возможным рассмотрение варианта осуществления, согласно которому фактическое обжатие при холодной прокатке удовлетворяет соотношению (Е). Кроме того, фактическое обжатие при холодной прокатке составляет предпочтительно ±10% обжатия при холодной прокатке.
После холодной прокатки рекристаллизация вызывается в листовой стали посредством осуществления отжига. При отжиге образуется желательный мартенсит. Кроме того, что касается температуры отжига, оказывается предпочтительным осуществление отжига посредством нагревания листовой стали при температуре от 700°С до 850°С и охлаждения листовой стали до комнатной температуры или до температуры, при которой осуществляется поверхностная обработка, такая как гальванизация/цинкование. Когда отжиг осуществляется в вышеописанном интервале, оказывается возможным устойчивое обеспечение заданной относительной площади феррита и заданной относительной площади мартенсита, чтобы устойчиво устанавливать сумму относительной площади феррита и относительной площади мартенсита на уровне, составляющем 60% или более, и способствовать улучшению TS×λ. Другие условия отжига не ограничиваются определенным образом, но продолжительность нагревания при температуре от 700°С до 850°С составляет предпочтительно одну секунду или более при том условии, что не ухудшается производительность и надежно получается заданная структура, и, кроме того, оказывается предпочтительным надлежащее определение скорости повышения температуры в интервале от 1°С/с до верхнего предела возможности оборудования, и надлежащее определение скорости охлаждения в интервале от 1°С/с до верхнего предела возможности оборудования.
В процессе дрессировки эта дрессировка осуществляется с использованием традиционного способа. Коэффициент растяжения при дрессировке составляет, как правило, приблизительно от 0,2% до 5% и предпочтительно находится в пределах интервала, в котором предотвращается растяжение до предела текучести, и может быть исправлена форма листовой стали.
В качестве еще более предпочтительного условия, согласно варианту осуществления, когда содержание С (масс. %), содержание Mn (масс. %), содержание Si (масс. %) и содержание Мо (масс. %) стали представляют собой [С], [Mn], [Si] и [Мо], соответственно, что касается температуры сматывания СТ, оказывается предпочтительным, когда выполняется следующее соотношение (F).
Как проиллюстрировано на фиг. 5А, когда температура сматывания СТ составляет менее 560-474×[С]-90×[Mn]-20×[Cr]-20×[Мо], мартенсит образуется в избыточном количестве, листовая сталь становится чрезмерно твердой, и имеет место случай, в котором следующая холодная прокатка становится затруднительной. С другой стороны, как проиллюстрировано на фиг. 5В, когда температура сматывания СТ превышает 830-270×[С]-90×[Mn]-70×[Cr]-80×[Мо], становится вероятным образование ленточной структуры феррита и перлита, и кроме того, относительное содержание перлита в центральной части толщины листа, вероятно, увеличивается. Таким образом, однородность распределения мартенсита, который образуется в процессе последующего отжига, ухудшается, и становится затруднительным выполнение вышеописанного соотношения (С). Кроме того, имеет место случай, в котором становится затруднительным образование мартенсита в достаточном количестве.
Когда соотношение (F) выполняется, феррит и твердая фаза имеют идеальную форму распределения, перед горячей штамповкой как описано выше. В данном случае, когда нагревание двухфазной области осуществляется в процессе горячей штамповки, сохраняется форма распределения как описано выше. Если оказывается возможным более надежное обеспечение вышеописанной металлографической структуры посредством выполнения соотношения (F), металлографическая структура сохраняется даже после горячей штамповки, и горячештампованная сталь становится превосходной в отношении пригодности к формованию.
Кроме того, чтобы улучшать способность предупреждения коррозии, оказывается также предпочтительным использование процесса гальванизации, в котором гальванизация осуществляется между процессом отжига и процессом дрессировки, и осуществление формирования слоя гальванического покрытия на поверхности холоднокатаной листовой стали. Кроме того, оказывается также предпочтительным использование процесса легирования, в котором осуществляется обработка путем легирования после гальванизации. В том случае, когда осуществляется обработка путем легирования, на поверхности может дополнительно осуществляться обработка, в которой отожженная и гальванизирвоанная поверхность приводится в контакт с веществом, таким как водяной пар, которое окисляет поверхность листа, и в результате этого утолщается окисленная пленка.
Кроме того, оказывается предпочтительным осуществление, например, процесса электролитической гальванизации, в котором осуществляется электролитическая гальванизация после процесса дрессировки, а также гальванизация и гальванизация с отжигом, и образуется слой гальванического покрытия на поверхности холоднокатаной листовой стали. Кроме того, оказывается предпочтительным осуществление, вместо гальванизации/цинкования, процесса алюминирования, в котором алюминирование осуществляется между процессом отжига и процессом дрессировки, и образование алюминиевого слоя на поверхности холоднокатаной листовой стали. Алюминирование, как правило, представляет собой горячее алюминирование погружением, которое является предпочтительным.
После ряда вышеописанных процессов обработки горячая штамповка осуществляется посредством нагревания листовой стали при температуре от 700°С до 1000°С. В процессе горячей штамповки эта горячая штамповка желательно осуществляется, например, в следующих условиях. Сначала листовая сталь нагревается до уровня от 700°С до 1000°С при скорости повышения температуры от 5°С/с до 500°С/с, и горячая штамповка (процесс горячей штамповки) осуществляется после нагревания в течение от одной секунды до 120 секунд. Чтобы улучшать пригодность к формованию, температура нагревания составляет предпочтительно температуру Ас3 или менее. Температуру Ас3 оценивали по точке перегиба длины исследуемого образца после осуществления исследования на приборе Formastor. После этого листовая сталь охлаждается, например, до температуры от комнатной до 300°С, при скорости охлаждения от 10°С/с до 1000°С/с (закалка в процессе горячей штамповки).
Когда температура нагревания в процессе горячей штамповки составляет менее 700°С, закалка не является достаточной, и следовательно, прочность не может быть обеспечена, что не является предпочтительным. Когда температура нагревания составляет более 1000°С, листовая сталь становится чрезмерно мягкой, и в том случае, когда покрытие, в частности, цинковое покрытие, образуется на поверхности листовой стали, и существует проблема того, что цинк может испаряться и выгорать, что не является предпочтительным. Таким образом, температура нагревания в процессе горячей штамповки составляет предпочтительно от 700°С до 1000°С. Когда скорость повышения температуры составляет менее 5°С/с, поскольку оказывается затруднительным регулирование нагревания в процессе горячей штамповки, и производительность в значительной степени ухудшается, оказывается предпочтительным осуществление нагревания при скорости повышения температуры 5°С/с или более. С другой стороны, верхний предел скорости повышения температуры на уровне 500°С/с зависит от существующей нагревательной мощности, но данное ограничение не является обязательным. При скорости охлаждения от менее 10°С/сек, поскольку регулирование скорости процесса охлаждения после горячей штамповки является затруднительным и производительность также в значительной степени ухудшается, оказывается предпочтительным осуществление охлаждения при скорости охлаждения 10°С/с или более. Верхний предел скорости охлаждения на уровне 1000°С/с зависит от существующей охлаждающей мощности, но данное ограничение не является обязательным. Причина, по которой период времени до горячей штамповки после увеличения температуры устанавливается на уровне одной секунды или более, представляет собой существующую способность регулирования процесса (нижний предел мощности установки), и причина, по которой период времени до горячей штамповки после увеличения температуры устанавливается на уровне 120 секунд или менее, заключается в том, чтобы предотвратить испарение цинка и подобного в том случае, когда слой цинка и подобного образуется на поверхности листовой стали. Причина, по которой температура охлаждения устанавливается на уровне от комнатной температуры до 300°С, заключается в том, чтобы в достаточной степени обеспечивать мартенсит и обеспечивать прочность горячештампованной стали.
Фиг. 8 представляет технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления горячештампованной стали, для которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Условные обозначения S1-S13 на чертеже соответствуют отдельным процессам, которые описаны выше.
Для горячештампованной стали согласно варианту осуществления, соотношение (В) и соотношение (С) выполняются даже после осуществления горячей штамповки в вышеописанных условиях. Кроме того, следовательно, оказывается возможным выполнение условия TS×λ≥50000 МПа·% даже после осуществления горячей штамповки.
Как описано выше, когда вышеописанные условия выполняются, оказывается возможным изготовление горячештампованной стали, в которой распределение твердости или структура сохраняется даже после горячей штамповки, и следовательно, обеспечивается прочность и может быть получен более благоприятный коэффициент раздачи отверстия.
ПРИМЕРЫ
Сталь, имеющую состав, который описан в таблице 1, непрерывно отливали при скорости литья от 1,0 м/мин до 2,5 м/мин, плоскую заготовку нагревали в нагревательной печи в условиях, которые представлены в таблице 2, с использованием традиционного способа в существующем состоянии или немедленно после охлаждения стали, и горячую прокатку осуществляли при температуре конечной обработки от 910°С до 930°С, и в результате этого получалась горячекатаная листовая сталь. После этого горячекатаную листовую сталь сматывали при температуре сматывания СТ, которая представлена в таблице 1. После этого травление осуществляли таким образом, чтобы удалить осадок на поверхности листовой стали, и толщина листа становилась равной от 1,2 мм до 1,4 мм в процессе холодной прокатки. При этом холодную прокатку осуществляли таким образом, чтобы значение соотношения (Е) становилось равным значению, которое описано в таблице 5. После холодной прокатки отжиг осуществляли в непрерывной отжиговой печи при температуре отжига, представленной в таблице 2. Часть листовой стали была далее подвергнута гальванизации в середине охлаждения после выдерживания в непрерывной отжиговой печи, и затем обработке путем легирования дополнительно подвергали часть листовой стали, и таким образом, осуществляли гальванизацию и отжиг. Кроме того, электролитической гальванизации или алюминированию подвергали часть листовой стали. Кроме того, дрессировку осуществляли при коэффициенте растяжения 1%, согласно традиционному способу. В этом состоянии образец извлекали, чтобы исследовать качество материала и подобное перед горячей штамповкой, и осуществляли исследование качества материала и подобное. После этого, чтобы получить горячештампованную сталь, имеющую форму, которая проиллюстрирована на фиг. 7, осуществляли горячую штамповку, в процессе которой температуру увеличивали при скорости повышения температуры от 10°С/с до 100°С/с, листовую сталь выдерживали при температуре нагревания 780°С в течение 10 секунд, и охлаждали при скорости охлаждения от 100°С/с до 200°С/с или менее. Образец получаемой горячештампованной стали вырезали в положении, представленном на фиг. 7, исследование качества материала и подобного осуществляли, и получали предел прочности при растяжении (TS), растяжимость (Е1), коэффициент раздачи отверстия (λ) и так далее. Результаты представлены в таблице 2, таблице 3 (продолжение таблицы 2), таблице 4 и таблице 5 (продолжение таблицы 4). Коэффициенты раздачи отверстия 1 в таблицах получали из следующего соотношения (L):
d′: диаметр отверстия при проникновении трещины в толщину листа;
d: первоначальный диаметр отверстия.
Кроме того, что касается типов покрытия в таблице 2, CR представляет собой не содержащую покрытия холоднокатаную листовую сталь, GI показывает, что осуществлялась гальванизцаия, GA показывает, что образуется отожженное гальваническое покрытие, EG показывает, что осуществляется электролитическая гальванизация, и Al показывает, что осуществляется алюминирование.
Кроме того, определения G и В в таблицах имеют следующие значения:
G: целевое соотношение выполняется; В: целевое соотношение не выполняется.
Кроме того, поскольку соотношение (Н), соотношение (I) и соотношение (J) являются практически такими же, как соотношение (B), соотношение (С) и соотношение (D), соответственно, в заголовках соответствующих таблиц соотношение (В), соотношение (C) и соотношение (D) описаны в качестве представительных примеров.
На основании вышеописанных примеров, если выполняются условия настоящего изобретения, оказывается возможным получение горячештампованной стали, для которой используется превосходная холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки, превосходная гальванизированная холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки, превосходная отожженная и гальванизированная холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки, превосходная электролитически гальванизированная холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки или превосходная алюминированная холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки, причем все они удовлетворяют соотношению TS×λ≥50000 МПа·% даже после горячей штамповки.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Поскольку горячештампованная сталь, которая получается согласно настоящему изобретению и в изготовлении которой используется холоднокатаная листовая сталь для горячей штамповки, может удовлетворять условию TS×λ1≥50000 МПа·% после горячей штамповки, данная горячештампованная сталь имеет высокую пригодность к обработке давлением и высокую прочность, а также удовлетворяет существующим в настоящее время требованиям к транспортным средствам, таким как дополнительное уменьшение массы и более сложная форма деталей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
S1: процесс плавления
S2: процесс литья
S3: процесс нагревания
S4: процесс горячей прокатки
S5: процесс сматывания
S6: процесс травления
S7: процесс холодной прокатки
S8: процесс отжига
S9: процесс дрессировки
S10: процесс гальванизации
S11: процесс легирования
S12: процесс алюминирования
S13: процесс электролитической гальванизации.
1. Горячештампованная сталь, содержащая, в мас.%:
| С: | от 0,030 до 0,150 |
| Si: | от 0,010 до 1,00 |
| Mn: | от 1,50 до 2,70 |
| Р: | от 0,001 до 0,060 |
| S: | от 0,001 до 0,010 |
| N: | от 0,0005 до 0,0100 |
| Al: | от 0,010 до 0,050 |
и необязательно один или несколько из следующих элементов:
| В: | от 0,0005 до 0,0020 |
| Мо: | от 0,01 до 0,50 |
| Cr: | от 0,01 до 0,50 |
| V: | от 0,001 до 0,100 |
| Ti: | от 0,001 до 0,100 |
| Nb: | от 0,001 до 0,050 |
| Ni: | от 0,01 до 1,00 |
| Cu: | от 0,01 до 1,00 |
| Са: | от 0,0005 до 0,0050 |
| РЗМ: | от 0,0005 до 0,0050 |
остальное Fe и неизбежные примеси,
в которой выполняется следующее соотношение (А):
, где [С] представляет собой содержание С, выраженное в массовых процентах, [Si] представляет собой содержание Si, выраженное в массовых процентах, и [Mn] представляет собой содержание Mn,
металлографическая структура после горячей штамповки содержит от 40% до 90% феррита и от 10% до 60% мартенсита по относительной площади,
сумма относительной площади феррита и относительной площади мартенсита составляет 60% или более,
металлографическая структура необязательно содержит дополнительно одну или несколько из следующих фаз: 10% или менее перлита по относительной площади, 5% или менее остаточного аустенита по относительному объему, и менее чем 40% бейнита, составляющего оставшуюся относительную площадь,
произведение TS×λ предела прочности при растяжении TS и коэффициента раздачи отверстия λ составляет 50000 МПа·% или более,
твердость мартенсита, измеряемая наноиндентором, удовлетворяет следующему соотношению (В) и следующему соотношению (С):
,
, где H1 представляет собой среднюю твердость мартенсита в поверхностной части толщины листа после горячей штамповки, Н2 представляет собой среднюю твердость мартенсита в центральной части толщины листа, которая представляет собой область, в которой ширина составляет 200 мкм в направлении толщины в середине толщины листа после горячей штамповки, и σНМ представляет собой изменение средней твердости мартенсита в центральной части толщины листа после горячей штамповки.
2. Горячештампованная сталь по п.1, в которой относительная площадь MnS, присутствующего в горячештампованной стали, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, составляет 0,01% или менее, причем выполняется следующее соотношение (D):
,
где n1 представляет собой среднечисленную плотность на 10000 мкм2 MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, на 1/4 толщины листа после горячей штамповки, и n2 представляет собой среднечисленную плотность на 10000 мкм2 MnS, у которого диаметр эквивалентного по площади круга составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, в центральной части толщины листа после горячей штамповки.
3. Горячештампованная сталь по п.1 или 2, в которой поверхность подвергнута гальванизации погружением.
4. Горячештампованная сталь по п.3, в которой осуществляется гальванизация и отжиг на поверхности, подвергнутой гальванизации погружением.
5. Горячештампованная сталь по п.1 или 2, в которой поверхность подвергнута электролитической гальванизации.
6. Горячештампованная сталь по п.1 или 2, в которой поверхность подвергнута алюминированию.
7. Способ изготовления горячештампованной стали по п. 1, включающий следующие стадии:
литье расплавленной стали;
нагревание стали;
горячая прокатка стали с использованием многоклетьевого стана горячей прокатки;
сматывание стали после горячей прокатки;
травление стали после сматывания;
холодную прокатку стали с использованием многоклетьевого стана холодной прокатки после травления при условиях, удовлетворяющих следующему соотношению (Е): 
,
где r1, r2 и r3 представляют собой индивидуальные целевые обжатия при холодной прокатке в первой, второй и третей клетях многоклетьевого стана холодной прокатки, выраженное в процентах, а r представляет собой суммарное обжатие при холодной прокатке, выраженное в процентах;
отжиг, в котором сталь отжигается при температуре от 700°C до 850°C и охлаждается после холодной прокатки;
дрессировка стали после охлаждения, следующего за отжигом;
горячую штамповку, в которой сталь нагревается до температуры от 700°C до 1000°C, после дрессировки, подвергается горячей штамповке в данном температурном интервале и после этого охлаждается до температуры на уровне от комнатной температуры или более до 300°C или менее.
8. Способ по п.7, в котором, когда СТ представляет собой температуру сматывания, выраженную в °C, [С] представляет собой содержание С, выраженное в массовых процентах, [Mn] представляет собой содержание Mn, выраженное в массовых процентах, [Cr] представляет собой содержание Cr, выраженное в массовых процентах, и [Мо] представляет собой содержание Мо, выраженное в массовых процентах, в листовой стали, выполняется следующее соотношение (F):
.
9. Способ по п.8, в котором, когда Т представляет собой температуру нагревания, выраженную в °C, t представляет собой продолжительность нагревания в печи, выраженную в минутах, [Mn] представляет собой содержание Mn, выраженное в массовых процентах, и [S] представляет собой содержание S, выраженное в массовых процентах, в стальном листе, выполняется следующее соотношение (G):
.
10. Способ по любому из пп. 7-9, дополнительно включающий гальванизацию между отжигом и дрессировкой.
11. Способ по п.10, дополнительно включающий обработку для легирования между гальванизацией и дрессировкой.
12. Способ по любому из пп. 7-9, дополнительно включающий электролитическую гальванизацию стали после дрессировки.
13. Способ по любому из пп. 7-9, дополнительно включающий алюминирование между отжигом и дрессировкой.
