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CN1039034C - 抗延迟断裂性优良的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法 - Google Patents

抗延迟断裂性优良的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法 Download PDF

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CN1039034C
CN1039034C CN94190001A CN94190001A CN1039034C CN 1039034 C CN1039034 C CN 1039034C CN 94190001 A CN94190001 A CN 94190001A CN 94190001 A CN94190001 A CN 94190001A CN 1039034 C CN1039034 C CN 1039034C
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cold
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津山青史
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大北智良
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Abstract

抗延迟断裂性优良的超高强度冷轧薄钢板主要含0.1-0.25%C，至多1%Si，1-2.5%Mn，至多0.020%P，至多0.005%S，0.01-0.05%Sol.Al，0.0010-0.0050%N及其余为Fe和杂质。该冷轧薄钢板满足式TS≥320×(Ceq)2-155×Ceq+102，Ceq＝C+(Si/24)+(Mn/6)，PDF≥0，PDF＝-lnTS+exp[Rr/100]+2.95。PDF为抗延迟断裂性指数，TS为抗拉强度(Kgf/mm2)，Rr为钢板垂直于轧向以5mm半径做90℃V型弯曲时的剩余强度比(%)，为(弯曲/弯曲恢复抗拉强度)÷(抗拉强度)×100。

Description

抗延迟断裂性优良的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法
本发明涉及抗延迟断裂性优良的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法。
为了降低汽车重量或确保乘客安全，具有可以达到较高强度并减低各种构件重量的高抗拉强度的冷轧薄钢板被广泛用作汽车的保险部件，诸如保险杠加强件和车门导杆。作为具有这种高抗拉强度的冷轧薄钢板，下列文献中提出了抗拉强度超过9.8×1010Pa(相当于100kgf/mm2，1kgf/mm2＝9.80665×108Pa)的超高强度冷轧簿钢板：
(1)日本专利申请公开61-3843(1986年1月9日出版)中公开了超高强度冷轧薄钢板，基本组成为：
碳(C)     0.02-0.30％(重量)，
硅(Si)    0.01-2.5％(重量)，
锰(Mn)    0.5-2.5％(重量)，
及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，
(后文称做“先有技术1”)。
(2)日本专利申请公开61-217529(1986年9月27日出版)中公开了超高强度冷轧薄钢板，基本组成为：
碳(C)        0.12-0.70％(重量)，
硅(Si)       0.4-1.0％(重量)，
锰(Mn)               0.2-2.5％(重量)，
可溶性铝(Sol.Al)     0.01-0.07％(重量)，
氮(全N)              至多0.02％(重量)，
及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，
(后文称做“先有技术2”)。
然而，上述先有技术1和2存在以下问题：
确实，先有技术1和2的冷轧薄钢板可加工性优良且具有超过9.8×1010Pa的高抗拉强度。抗拉强度超过9.8×1010Pa的超高强度冷轧薄钢板通常通过弯曲形成。然而，在先有技术1和2的冷轧薄钢板中，当该薄钢板的抗拉强度变得高于9.8×1010Pa时，伴随时间的推移，在处于该冷轧薄钢板形成上述弯曲的部位所发生的腐蚀反应作用下，由于氢渗入该薄钢板的内部而突然产生断裂现象(后文称做“延迟断裂”)。因而，尽管具有高抗拉强度，易发生延迟断裂的冷轧薄钢板作为例如汽车用保护部件的材料时仍存在致命缺陷。
在这种状况下，强烈需要研制出抑制延迟断裂发生的性能(后文称“抗延迟断裂性”)优良并且具有超过9.8×1010Pa的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板和其制造方法，但目前尚未提出这样的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法。
本发明的目的即在于提出一种抗延迟断裂性优良且具有超过9.8×1010Pa的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法。
按照本发明的一个特征，提出一种抗延迟断裂性优良的超高强度冷轧薄钢板，其基本组成为：
碳(C)     0.1-0.25％(重量)，
硅(Si)               至多1％(重量)，
锰(Mn)               1-2.5％(重量)，
磷(P)                至多0.020％(重量)，
硫(S)                至多0.005％(重量)，
可溶性铝(Sol.Al)     0.01-0.05％(重量)，
氮(N)                0.0010-0.0050％(重量)，
及其余的铁(Fe)和不可避免的杂质，且
所述冷轧薄钢板满足下面式(1)和(2)：
TS≥320×(Ceq)2-155×Ceq+102 ……(1)所述式(1)中，
Ceq＝C+(Si/24)+(Mn/6)；
和
PDF≥0……………………………………………………(2)所述式(2)中，
PDF＝-lnTS+exp[Rr/100]+2.95，所述式(1)和式(2)中，
PDF：抗延迟断裂性指数，
TS：抗拉强度(kgf/mm2，1kgf/mm2＝9.80665×108Pa)，及
Rr：当薄钢板经受与轧制方向垂直的方向上半径5mm的90°
    V型弯曲时，该薄钢板的剩余强度比(％)，表达为(弯
    曲/弯曲恢复抗拉强度)÷(抗拉强度)×100。
上述超高强度冷轧薄钢板还可另外合有选自下面组成的至少一种元素：
铌(Nb)    0.005-0.05％(重量)，
钛(Ti)    0.005-0.05％(重量)，和
钒(V)     0.01-0.1％(重量)。
上述超高强度冷轧薄钢板还可另外合有选自下面组成的至少一种元素：
铜(Cu)    0.1-1.0％(重量)，
镍(Ni)    0.1-1.0％(重量)，
硼(B)     0.0005-0.0030％(重量)，
铬(Cr)    0.1-1.0％(重量)，和
钼(Mo)    0.1-0.5％(重量)。
按照本发明的另一特征，提出了一种制造抗延迟断裂性优良的超高强度冷轧薄钢板的方法，包括的步骤为：
制造具有上述化学组成的材料；然后
对所述材料进行热轧、酸洗和冷轧，制成冷轧薄钢板；然后，
对如此制成的所述冷轧薄钢板进行连续热处理，包括的步骤为：在Ac3至9000℃范围的温度下对所述冷轧薄钢板进行30秒-15秒时间范围的均热处理，然后以至少400℃/秒的淬火(quenching)速度至少从由下式表达的起始淬火低限温度(TQ)至至多为100℃的温度范围内使所述冷轧薄钢板淬火：
TQ(℃)＝600+800×C+(20×Si+12×Mo+13×Cr)-(30×
        Mn+8×Cu+7×Ni+5000×B)，然后，在100-300℃范围的温度下使所述冷轧薄钢板回火1-15分钟。
图1图示说明了超高强度冷轧薄钢板中抗延迟断裂性评定值与抗延迟断裂性指数(PDF)之间的关系；
图2图示说明了超高强度冷轧薄钢板剩余强度比(Rr)与抗拉强度(TS)对抗延迟断裂性指数(PDF)的影响；
图3图示说明了超高强度冷轧薄钢板中Ceq(＝C+(Si/24)+(Mn/6)对抗拉强度(TS)低限值的影响；
图4图示说明了生产条件对超高强度冷轧薄钢板中抗延迟断裂性指数(PDF)的影响；
图5为说明测量超高强度冷轧薄钢板中剩余强度比(Rr)的步骤的示意图；且
图6为说明制备用来评定超高强度冷轧薄钢板中抗延迟断裂性的测试件的步骤的示意图。
从上述观点出发，我们为开发抗延迟断裂性良且具有超过9.8×1010Pa的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法进行了深入的研究。
结果得出以下结论。
对具有超过9.8×1010Pa的高抗拉强度的加工后易延迟断裂的超高强度冷轧薄钢板，考察了对抗延迟断裂性有影响的各种因素和其效果考察表明，加工后超高强度冷轧薄钢板的抗延迟断裂性决定于该冷轧薄钢板的抗拉强度和由于加工引起的该冷轧薄钢板材料的损伤程度。
更具体讲：
(1)随着冷轧薄钢板抗拉强度的增大，该冷轧薄钢板的抗延迟断裂性变差。
(2)随着因加工引起的冷轧薄钢板材料损伤程度的增大，该冷轧薄钢板的抗延迟断裂性变差；及
(3)随着冷轧薄钢板组织均匀性的降低，由加工引起的该冷轧薄钢板材料的损伤程度增大。
因而通过提高薄钢板组织的均匀性并根据钢板的抗拉强度限定该薄钢板材料的损伤程度，便可能获得抗延迟断裂性既使在加工后仍表现优良同时具有超过9.8×1010Pa的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板。
本发明基于上述论点而作出。下面详细记述了本发明的抗延迟断裂性优良且具有超过9.8×1010Pa的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法。
下面讲述将本发明冷轧薄钢板的化学组成限定在上述范围内的原因。
(1)碳(C)
  碳为一种具有提高低温转化相(如马氏体组织或贝氏体组织)强度的功能的元素。然而，碳含量低于0.1％(重量)不能获得如上所述的理想效果。另一方面，碳含量超过0.25％(重量)会导致耐冲击性严重下降，使钢板的抗延迟断裂性恶化。故碳含量限定在0.1-0.25％(重量)范围内。(2)硅(Si)
硅为一种具有提高薄钢板延展性和回火-软化抗性的功能的元素。不过硅含量超过1％(重量)会在钢板表面部分引起明显的晶界氧化，这样一旦向该薄钢板施加应力，该应力就会集中在薄钢板的表面部分，在该处由于发生了晶界氧化，因此使得该薄钢板的抗延迟断裂性差。故硅含量应限定至多1％(重量)。(3)锰(Mn)
锰为一种具有提高钢的淬透性并使钢获得低温转化相的功能的低成本元素。不过，锰含量低于1％(重量)不会产生上述所需作用。另一方面，锰含量超过2.5％(重量)，因铸造期间锰的偏析引起的带状组织在钢中显著长大，使钢组织均匀性变差，从而使该薄钢板的抗延迟断裂性变差。故锰含量应限定在0.1-2.5％(重量)范围内。(4)磷(P)
磷含量超过0.020％(重量)，磷沿钢的晶界偏析而使薄钢板的抗延迟断裂性变差。故磷含量应限定在至多0.020％(重量)。(5)硫(S)
硫含量超过0.005％(重量)时，生成大量沿轧制方向延伸的非金属夹杂质(MnS)，这使薄钢板的抗延迟断裂性变差。故硫含量应限定在至多0.005％(重量)。(6)可溶性铝(Sol.Al)
钢中所含的可溶性铝为用作脱氧剂而剩余的铝。然而，当可溶性铝含量低于0.01％(重量)时，硅酸盐夹杂质保留在钢中，便使得薄钢板的抗延迟断裂性变差。另一方面，可溶性铝含量超过0.05％(重量)会因增加薄钢板的表面缺陷而使钢板易于产生延迟断裂。故可溶性铝含量应限定在0.01-0.05％(重量)范围内。(7)氮(N)
氮含量低于0.0010％(重量)时，钢中氮化物减少，导致钢的组织粗化，从而使薄钢板的抗延迟断裂性变差。另一方面，氮含量超过0.0050％(重量)时，钢中氮化物变粗，导致薄钢板的抗延迟断裂性变差。故氮含量应限定在0.0010-0.0050％(重量)范围内。(8)除上述化学组成外，本发明的超高强度冷轧薄钢板还可另外含有至少一种选自下面组成的元素：0.005-0.05％(重量)铌(Nb)、0.005-0.05％(重量)钛(Ti)和0.01-0.1％(重量)钒(V)。
铌、钛和钒具有形成碳氮化物以获得细化的钢组织的功能。然而，任意这些元素的含量低于各自的低限值则不会获得上述所需效果。另一方面，含量超过各自上限值，上述所需作用饱和，同时，碳氮化物变粗而使得薄钢板的抗延迟断裂性变差，故铌、钛和钒各自的含量应限定在上述范围。(9)除上述化学组成而外，本发明的超高强度冷轧薄钢板还可再含有至少一种选自下面组成的元素：0.1-1.0％(重量)铜(Cu)、0.1-1.0％(重量)镍(Ni)、0.0005-0.0030％硼(B)、0.1-1.0％(重量)铬(Cr)和0.1-0.5％(重量)钼(Mo)。
如同锰一样，铜、镍、硼、铬和钼具有提高钢的淬透性的功能。但对任意这些元素来说，含量低于各自的低限时，不能获得上述所需效果。另一方面，含量超过各自的上限时，则上述所需作用饱和。故铜、镍、硼、铬和钼各自的含量应限定在上述范围内。
现对以Ceq(＝C+(Si/24)+(Mn/6))表示的下式(1)的冷轧薄钢板的抗拉强度(TS)的原因说明如下：
TS≥320×(Ceq)2-155×Ceq+102………(1)
如上所述，钢中锰含量高会促使在钢中形成由铸造期间锰的偏析引起的带状组织，并因此使薄钢板的抗延迟断裂性变差。形成这类由锰偏析造成的带状组织的特征是：(1)在锰与碳(C)和硅(Si)共存作用下加速带状组织的形成，和(2)随着钢组织的多相化(即：铁素体相+低温转化相)，带状组织的形成更加明显。此外，冷轧薄钢板的抗拉强度随着钢组织更加多相化而降低。
因此，必须抑制在锰与碳和硅共存作用下促成的由锰的偏析引起的钢中带状组织的形成，并须阻止钢组织的多相化。具体讲，根据由碳、硅和锰含量决定的Ceq(＝C+(Si/24)+(Mn/6))来避免钢组织的多相化。
如前所述，由于冷轧薄钢板的抗拉强度随着钢组织的多相化而降低，所以必须利用以Ceq表达的上述式(1)来控制薄钢板的抗拉强度低限值，以确保钢的组织均匀性。
现于下面段落中记述抗延迟断裂性指数(PDF)。
如上所述，为获得抗延迟断裂性既使在加工之后仍为优良的冷轧薄钢板，重要的是规定相应于薄钢板抗拉强度的薄钢板材料的损伤程度。研究中获得的实验数据表明，当以下面式(2)表达的薄钢板的抗延迟断裂性指数(PDF)取值至少为零时，冷轧薄钢板的抗延迟断裂性得以改善：
PDF＝-lnTS+exp[Rr/100]+2.95………(2)其中，TS：抗拉强度(kgf/mm2)，
Rr：当薄钢板经受了与轧制方向垂直的方向上半径5mm的
    90°V型弯曲时，该薄钢板的剩余强度比(％)，表
    达为(弯曲/弯曲恢复抗拉强度)÷(抗拉强度)×100。
上述式(2)中第一项(即“-InTS”)表示冷轧薄钢板抗拉强度(TS)对薄钢板抗延迟断裂性的作用。较高的冷轧薄钢板抗拉强度(TS)导致较小的PDF。
上述式(2)中第2项(即“exp[Rr/100]”)表示由加工引起的冷轧薄钢板材料的损伤程度对薄钢板抗延迟断裂性的作用。由加工引起的冷轧钢板材料的损伤会降低钢板的PDF。由加工引起的冷轧薄钢板材料的损伤程度表示由主要用以形成超高强度冷轧薄钢板的弯曲引起的钢板材料的损伤程度。本发明中，将薄钢板材料的损伤程度以指数，即钢板的剩余强度比(Rr)表示，该钢板经过与轧制方向垂直的方向上半径5mm的90°V型弯曲。选择与轧制方向垂直是因为超高强度材料质量在与轧制方向垂直的方向上比与轧制方向平行的方向上差，且这一方向上的评定更为严格。采用半径5mm的90°V型弯曲是因为此方式为最通用的超高强度冷轧薄钢板的弯曲方式。
冷轧薄钢板剩余强度比(Rr)的测量步骤示于图5。如图5所示，上述测量步骤包括：从冷轧薄钢板中切下的试件1的“a”部位在与轧制方向垂直的方向上进行半径5mm的90°V型弯曲；再对该试件1“a”部位的两测“b”进行半径6mm的弯曲，以在试件1的两个端部各形成一把手(grip)；然后用拉力试验机夹住把手并沿如“P”所指的方向牵拉试件1，以测定试件1“a”部位断裂时的断裂应力。如此测定的断裂应力称做弯曲/弯曲恢复抗拉强度，且根据式“(弯曲/弯曲恢复抗拉强度)÷(弯曲前抗拉强度)×100”得出的计算值作为冷轧薄钢板的剩余强度比(Rr)(％)。
上面式(2)的第三项(即“+2.95”)表示为使PDF精确值为零的修正值。
以下说明将本发明制造方法限定在前述范围内的原因。
如前面结论中所述，通过提高薄钢板的组织均匀性和限定相应于该薄钢板抗拉强度的钢板材料的损伤程度，可改善冷轧薄钢板的抗延迟断裂性。因此，在本发明制造方法中，重要的是通过均化钢板组织以抑制由弯曲引起的薄钢板材料的损伤，从而补偿随着薄钢板抗拉强度变大而引起的冷轧薄钢板抗延迟断裂性的损失。
为此目的，先用常规方法对具有特定化学组成的材料进行热轧和冷轧而制备冷轧钢板，而后在连续退火过程中于Ac3至900℃范围的温度下使如此制成的冷轧薄钢板经受30秒-15分钟时间范围的均热处理。当均热处理在Ac3以下温度进行时，轧态组织保留在冷轧薄钢板中而损坏了薄钢板组织的均匀性。另一方面对冷轧薄钢板采用的均热处理温度超过900℃时，则带来各种操作问题，此外，钢组织粗化而使得薄钢板抗延迟断裂性变差。对冷轧薄钢板进行均热处理的时间少于30秒时，不可能获得稳定的奥氏体相。另一方面，对冷轧薄钢板进行均热处理的时间超过15分钟时，该作用即达到饱和。故均热处理条件应限定在上述范围内。
然后，将为控制其强度水平而经历了上述均热处理的冷轧薄钢板缓慢冷却。缓冷速度应在约1-30℃/秒范围内，以最大程度地缩小在钢板宽度和长度方向上的材料质量差异。完成上述缓冷之后，使该冷轧钢板淬火。淬火起始温度低时，析出铁素体相的体积比增大，使得钢板组织的均匀性变差。故淬火起始温度应至少限制在起始淬火的低限温度(TQ)，以下式表示：
TQ(℃)＝600+800×C+(20×Si+12×Mo+13×Cr)-
        (30×Mn+8×Cu+7×Ni+5000×B)
在上式中，诸如C和Si的元素以％(重量)为单位表示。此外，该式中的元素Si、Mo和Cr有提高Ar3转化点的作用，因其促使铁素体相析出而表现为提高TQ。元素Mn、Cu、Ni和B有降低Ar3转化点的作用。因其抑制铁素体相的析出而表现为降低TQ。元素C，如同Mn、Cu、Ni和B，有降低Ar3转化点的作用，对TQ的影响则与Mn、Cu、Ni和B不同。具体讲，使在铁素体相体积比相同的钢组织中，碳含量高会导致低温转化相和铁素体相间硬度差别的增大，因此，一旦加工，应变集中于界面，使得钢板材料显著损伤。故碳含量高时，必须抑制铁素体相的析出。
随后，使该冷轧薄钢板以至少400℃/秒的淬火速度从至少上述起始淬火低限温度(TQ)到至多100℃进行淬火，获得低温转化相。当进行淬火的冷却速度低于400℃/秒时，或淬火低限温度高于100℃温度时，必须提高用来获得所需高强度的元素的含量。这需要更高的生产成本，此外，马氏体组织与贝氏体组织混合存在使得钢板组织均匀性变差。故粹火速度和淬火停止温度应限定在上述范围内。
由于钢板的淬火马氏体相脆且热稳定性差，接着要对冷轧钢板进行回火处理。所采用的回火处理的温度在100-300℃范围，经历持续时间为1-15分钟。回火处理温度低于100℃时，会使马氏体相回火不充分。另一方面，回火温度超过300℃，则引起晶界上碳化物析出，因此加工会使得钢板材料严重损伤。回火处理持续时间少于1分钟时，造成马氏体相回火不充分。回火处理采用持续时间超过15分钟时，回火作用饱和。
现借助实施例并通过与对比例比较进一步描述本发明抗延迟断裂性优良的超高强度冷轧薄钢板及其制造方法。
实施例
自转炉中放出化学成分如表1所列的本发明“A-Z”种钢的钢水和化学成分如表1所列的非本发明范围“a”-“j”种钢的钢水，然后将其连铸成各自的板坯。再将所得板坯在加热温度1200℃、精轧温度820℃及卷取温度600℃的条件下热轧，制成厚度为3mm的热轧薄钢板。然后将所制成的热轧薄板酸洗并冷轧制成厚度1.4mm的冷轧薄板，接着在如表2和4中所示的条件下于包括有水淬设备和轧辊冷却设备的组合型连续退火线上对所制得的冷轧薄钢板进行热处理。水淬采用的冷却速度约为1000℃/秒，且旋转淬火所用的冷却速度约为200℃/秒。
于是，制备化学成分在本发明范围内并经过本发明热处理的本发明冷轧薄钢板试样(后文称做“本发明试样”)Nos.1-3、6-9、11、13、15、17-24、26、28、29、32-38、40、42、43、48、50、52-54、56、57、59-64、66、68、71、72、91、92、94和95，并制备化学成分超出本发明范围和化学成分在本发明范围内但经过超出本发明范围的热处理的冷轧薄钢板试样(后文称做“对比样”)Nos.4、5、10、12、14、16、25、27、30、31、39、41、44-47、49、51、55、58、65、67、69、70、73-85、93和96-98。
考察上述每一本发明试样和对比样的抗拉强度(TS)、剩余强度比(Rr)、抗延迟断裂性指数(PDF)和抗延迟断裂性。结果示于表3和4。表1(1)
 钢种 C Si Mn P S sol.Al N Nb Ti V Cu Ni B Cr Mo Ceq Ac3(℃)
   A   0.12  0.3   1.6    0.011  0.004    0.037    0.0023   0.40   828
   B   0.20  0.6   1.2    0.017  0.001    0.038    0.0039   0.1   0.43   836
C 0.15 0.4 1.5 0.008 0.002 0.048 0.0033 0.015 0.42 829
   D   0.23  0.7   2.2    0.012  0.002    0.016    0.0028   0.020   0.63   793
   E   0.21  0.9   1.8    0.012  0.005    0.030    0.0016   0.55   824
F 0.11 0.2 1.9 0.018 0.004 0.019 0.0048 0.44 815
   G   0.16  0.4   1.0    0.016  0.001    0.021    0.0031  0.006  0.5  0.3   0.34   840
   H   0.24  0.2   1.2    0.007  0.005    0.031    0.0036   0.9   0.45   783
   I   0.15  0.7   1.5    0.015  0.002    0.018    0.0011   0.43   835
   J   0.19  0.4   1.8    0.017  0.001    0.023    0.0048  0.048   0.51   806
   K   0 12  0.9   2.5    0.007  0.003    0.031    0.0021   0.031   0.02   0.57   822
   L   0.15  0.1   1.5    0.013  0.001    0.035    0.0036  0.020   0.005  0.1   0.40   813
   M   0.15  0.4   1.0    0.017  0.004    0.029    0.0031  0.9   0.33   829
标记“*”表示超出本发明范围。                                                                               Ceq＝C+Si/24+Mn/6表1(2)
 钢种 C Si Mn P S sol.Al N Nb Ti V Cu Ni B Cr Mo Ceq Ac3(℃)
  N   0.13    0.5   1.7  0.015  0.001  0.012   0.0021  0.015   0.0008   0.43   823
  O   0.21    0.4   2.3  0.011  0.004  0.011   0.0018  0.09   0.61   778
  P   0.24    0.8   1.0  0 019  0.005  0.044   0.0029  0.5   0.44   863
Q 0.10 0.2 2.0 0.010 0.001 0.041 0.0021 0.44 818
  R   0.23    0.9   1.2  0.015  0.002  0.030   0.0039   0.1   0.5   0.47   830
  S   0.10    0.2   1.1  0.019  0.004  0.027   0.0031  0.018   0.1   0.0005   0.29   844
  T   0.11    0.4   1.5  0.011  0.005  0.031   0.0029   0.048   0.38   836
  U   0 22    Tr.   1.1  0.007  0.002  0.018   0.0015  0.015   0.9   0.40   784
  V   0.15    Tr.   1.2  0.012  0.003  0.021   0.0028   0.35   812
  W   0.20    0.2   1.1  0.015  0.005  0.025   0.0031   0.39   816
  X   0.17    0.5   1.6  0.011  0.002  0.023   0.0024   0.030   0.0028   0.46   818
  Y   0.24    0.7   2.5  0.012  0.002  0.019   0.0030  0.031   0.69   783
  Z   0.22    0.9   2.4  0.010  0.003  0.023   0.0041   0.66   799
标记“*”表示超出本发明范围。                                                                                Ceq＝C+Si/24+Mn/6表1(3)
 钢种 C Si Mn P S sol.Al N Nb Ti V Cu Ni B Cr No Ceq Ac3(℃)
   a   0.20   0.4   2.5   0.012   0.001    0.031 *0.0008   0.63   783
b 0.13 0.1 *2.7 0.011 0.004 0.025 0.0043 0.58 778
   c   0.13 *1.1   2.0   0.014   0.002    0.013   0.0037   0.51   841
   d   0.15   0.7   1.6 *0.022   0.004    0.047   0.0017   0.45   849
   e   0.21   0.3   1.1   0.007 *0.006    0.040   0.0027   0.41   818
f *0.26 0.2 1.5 0.011 0.005 0.020 0.0031 0.52 786
   g   0.11   0.5   1.8   0.018   0.001 *0.052   0.0026   0.43   844
   h   0.18   0.1   2.2   0.012   0.002    0.030   0.0021 *0.060   0.55   783
   i   0.18   0.3   1.7   0.015   0.001    0.033   0.0012 *0.070   0.48   810
   j   0.12   0.9   2.1   0.014   0.004    0.011   0.0035 *0.11   0.51   831
标记“*”表示超出本发明范围。                                                                              Ceq＝C+Si/24+Mn/6表2(1)
 试样号  钢种 Ceq 均热温度(℃) 起始淬火低限温度(℃) 淬火起始温度(℃) 回火温度(℃) 回火时间(sec.) 抗拉强度低限(kgf/mm2)
    1   A 0.40     850     654     730     200    600      91
    2   A 0.40     850     654     720     200    600      91
    3   A 0.40     890     654     780     150    300      91
    4   A 0.40    *802     654     660     240    180      91
    5   B 0.43     850     737    *720     300    300      95
    6   B 0.43     820     737     740     270    900      95
    7   C 0.42     850     683     770     100    100      93
    8   C 0.42    *800     683     750     220    800      93
    9   C 0.42     850     683     710     220    700      93
   10   D 0.63     800     732     700     120    520     131
   11   D 0.63     820     732     780     180    300     131
   12   D 0.63     820     732     750   *350    450     131
   13   D 0.63     850     732     740     260    120     131
   14   D 0.63     850     732    *680     260    120     131
   15   E 0.55     840     732     750     260     80     114
   16   E 0.55     840     732    *700     200    600     114
   17   E 0.55     840     732     740     200    510     114
   18   F 0.44     850     635     760     200    540      96
   19   G 0.34     850     716     770     110    700      86
   20   C 0.34     850     716     720     250    220      86
   21   H 0.45     820     753     770     100    600      97
   22   H 0.45     820     753    *750     290    600      97
   23   1 0.43     850     689     760     180     60      95
   24   1 0.43     850     689     700     240    900      95
Ceq＝C+Si/24+Mn/6                                                     抗拉强度低限＝320×(Ceq)2-155×Ceq+102标记“*”表示超出本发明范围。表2(2)
试样号  钢种  Ceq  均热温度(℃)  淬火起始低限温度(℃)   淬火起始温度(℃)  回火温度(℃)  回火时间(sec.)    抗拉强度低限(kgf/mm2)
  25   J  0.51     830     706   *700    *400     800      106
  26   J  0.51     830     706    750     180     800      106
  27   J  0.51     830     706   *680     200     800      106
  28   J  0.51     830     706    740     250     800      106
  29   J  0.51     830     706    745     250     500      106
  30   J  0.51     830     706   *610     250     500      106
  31   K  0.57    *800     639    720     200     500      118
32 K 0.57 840 639 750 220 400 118
  33   K  0.57     840     639    720     130     400      118
  34   L  0.40     830     678    730     200     900       91
  35   L  0.40     850     678    710     260     500       91
  36   L  0.40     850     678    660     200     800       91
  37   M  0.33     840     692    730     130     700       86
  38   M  0.33     840     692    710     130     700       86
  39   M  0.33     840     692   *680     130     700       86
  40   N  0.43     840     659    740     260     100       95
  41   O  0.61     840     707    750    *360     600      127
  42   O  0.61     840     707    750     270     900      127
  43   O  0.61     840     707    750     120     900      127
  44   O  0.61     790     707   *620     260     410      127
  45   P  0.44     880     784   *720     200     500       96
  46   P  0.44     880     784    760     200     500       96
47 P 0.44 880 784 800 *320 500 96
48 Q 0.44 870 624 770 150 800 96
Ceq＝C+Si/24+Mn/6                                                   抗拉强度低限＝320×(Ceq)2-155×Ceq+102标记“*”表示超出本发明范围。表2(3)
试样号 钢种 Ceq  均热温度(℃)  淬火起始低限温度(℃)   淬火起始温度(℃)  回火温度(℃)   回火时间(sec.)    抗拉强度低限(kgf/mm2)
  49   R 0.47     840     762    *700     180     200     100
  50   R 0.47     840     762     770     260     300     100
  51   R 0.47     840     762     780     310     400     100
  52   R 0.47     870     762     770     290     750     100
  53   S 0.29     850     648     740     200     100      84
  54   S 0.29     890     648     770     100     550      84
  55   S 0.29    *820     648     690     200     100      84
  56   T 0.38     840     651     720     250     500      89
  57   U 0.40     820     755    *710     260     700      91
  58   U 0.40     840     755     770    *400     800      91
  59   U 0.40     840     755     770     230     150      91
  60   V 0.35     820     684     770     100     500      87
  61   V 0.35     850     684     750     220     700      87
  62   W 0.39     850     731     760    *450     500      90
  63   W 0.39     850     731     760     260     700      90
  64   X 0.46     830     684     760     180     800      98
  65   X  0.46    *790     684     740     220     300      98
  66   X  0.46     850     684     710     200     300      98
  67   X  0.46    *800     684    *670     200     300      98
  68   Y  0.69     860     731     800     230     420     147
  69   Y  0.69     860     731    *728     230     420     147
  70   Y  0.69     820     731    *720     270     260     147
  71   Z  0.66     840     722     790     240     300     139
  72   Z  0.66     840     722     760     200     180     139
Ceq＝C+Si/24+Mn/6                                                     抗拉强度低限＝320×(Ceq)2-155×Ceq+102标记“*”表示超出本发明范围。表2(4)
试样号  钢种  Ceq  均热温度(℃)  起始淬火低限温度(℃) 淬火起始温度(℃)  回火温度(℃)   回火时间(sec)    抗拉强度低限(kgf/mm2)
  73   Z  0.66     840     722   *700     200     180     139
  74   Z  0.66     870     722   *720     180     220     139
  75   a  0.63     830     693    760     120     500     131
  76   b  0.58     800     625    730     200     900     120
  77   c  0.51     850     666    750     270     100     106
  78   d  0.45     850     686    770     100     400      97
  79   e  0.41     820     741    750     230     800      92
  80   e  0.41     820     741   *700     200     600      92
  81   f  0.52     830     767    770     250     100     108
  82   g  0.43     860     644    770     180     500      95
  83   h  0.55     820     680    740     200     200     114
  84   i  0.48     840     699    760     110     700     101
  85   j  0.51     850     651    730     230     100     106
Ceq＝C+Si/24+Mn/6                                                     抗拉强度低限＝320×(Ceq)2-155×Ceq+102标记“*”表示超出本发明范围。表3(1)
 试样号   钢种   抗拉强度(kgf/mm2)  剩余强度比(％) PDF   抗延迟断裂性评定值(点) 注
    1     A     113    95    0.808        5 本发明试样
    2     A     102    72    0.379        4 本发明试样
    3     A     129    73    0.165        4 本发明试样
    4     A     *82    33   -0.066        0 对比试样
    5     B     128    60   -0.080        0 对比试样
    6     B     140    81    0.256        4 本发明试样
    7     C     143    95    0.573        5 本发明试样
    8     C     122    63    0.024        3 本发明试样
    9     C     103    96    0.927        5 本发明试样
10 D 156 70 -0.086 0 对比试样
   11     D     171    93    0.343        5 本发明试样
   12     D    *125    40   -0.386        0 对比试样
   13     D     142    85    0.334        5 本发明试样
   14     D    *115    42   -0.273        0 对比试样
   15     E     169    82    0.091        3 本发明试样
   16     E     140    68   -0.018        0 对比试样
   17     E     151    79    0.136        4 本发明试样
   18     F     112   100    0.950        5 本发明试样
   19     G     150    95    0.525        5 本发明试样
   20     G      92    90    0.888        5 本发明试样
   21     H     178    85    0.108        3 本发明试样
   22     H     148    74    0.049        3 本发明试样
   23     I     145    96    0.585        5 本发明试样
24 I 109 61 0.099 4 本发明试样
标记“*”表示超出本发明范围。表3(2)
试样号  钢种   抗拉强度(kgf/mm2)  剩余强度比(％) PDF  抗延迟断裂性评定值(点) 注
  25    J     115    53    -0.096       0 对比试样
  26    J     163    82     0.127       5 本发明试样
  27    J     123    52    -0.180       0 对比试样
  28    J     130    82     0.353       5 本发明试样
29 J 142 95 0.580 5 本发明试样
  30    J     *87    93    -0.097       0 对比试样
  31    K    *107    30    -0.373       0 对比试样
  32    X     121    96     0.766       5 本发明试样
  33    K     140   100     0.727       5 本发明试样
  34    L     135    91     0.529       5 本发明试样
  35    L     125    93     0.656       5 本发明试样
  36    L     118    67     0.134       5 本发明试样
  37    M     129    75     0.207       4 本发明试样
  38    M     116    71     0.230       3 本发明试样
  39    M     103    49    -0.052       0 对比试样
  40    N     126    82     0.384       5 本发明试样
  41    O     133    61    -0.100       0 对比试样
  42    O     150    78     0.121       4 本发明试样
43 O 166 90 0.298 5 本发明试样
  44    O     *98    36    -0.202       0 对比试样
  45    P     162    53    -0.439       0 对比试样
  46    P     178    80    -0.006       0 对比试样
  47    P     173    67    -0.249       0 对比试样
  48    Q     120    91     0.647       5 本发明试样
标记“*”表示超出本发明范围。表3(3)
 试样号  钢种   抗拉强度(kgf/mm2)    剩余强度比(％) PDF    抗延迟断裂性评定值(点) 注
   49    R     145      42    -0.505        0 对比试样
   50    R     170      92     0.323        4 本发明试样
51 R 150 56 -0.310 0 对比试样
   52    R     105      75     0.413        4 本发明试样
   53    S     105      96     0.908        5 本发明试样
   54    S     110      75     0.367        5 本发明试样
   55    S     *83      29    -0.132        0 对比试样
   56    T     105      83     0.589        5 本发明试样
   57    U     135      69     0.038        3 本发明试样
   58    U     136      50    -0.314        0 对比试样
   59    U     158      96     0.499        5 本发明试样
   60    V     140      87     0.395        4 本发明试样
   61    V     120      93     0.697        5 本发明试样
   62    W     120      62     0.021        3 本发明试样
   63    W     142      98     0.659        5 本发明试样
   64    X     125      93     0.656        5 本发明试样
   65    X     114      42    -0.264        0 对比试样
   66    X     140      96     0.620        5 本发明试样
   67    X     *95      46    -0.020        0 对比试样
   68    Y     172      90     0.262        5 本发明试样
   69    Y    *143      62    -0.154        0 对比试样
   70    Y    *129      60    -0.088        0 对比试样
   71    Z     163      85     0.196        4 本发明试样
   72    Z.     145      76     0.112        4 本发明试样
标记“*”表示超出本发明范围。表3(4)
  试样号  钢种  抗拉强度(kgf/mm2)  剩余强度比(％) PDF   抗延迟断裂性评定值(点) 注
    73    Z    *104    40   -0.203        0 对比试样
    74    Z    *135    62   -0.096        0 对比试样
    75    a     170    60   -0.364        0 对比试样
    76    b     136    97    0.675        0 对比试样
    77    c     130    88    0.493        1 对比试样
    78    d     143   100    0.705        0 对比试样
    79    e     160   100    0.593        0 对比试样
    80    e     130    52   -0.236        0 对比试样
    81    f     180   100    0.475        0 对比试样
    82    g     118   100    0.898        1 对比试样
    83    h     151    95    0.518        0 对比试样
    84    i     155   100    0.625        0 对比试样
    85    j     140    90    0.468        0 对比试样
标记“*”表示超出本发明范围。表4
试样号 钢种   Ceq 均热温度(℃) 淬火起始低限温度(℃) 淬火起始温度(℃) 低温保温温度(℃) 抗拉强度低限(kgf/mm2) 抗拉强度(kgf/mm2) 剩余强度比(％) PDF 抗延迟断裂性评定(点) 注
   91   B   0.43     850     737     750     320       95     107    68     0.251       3 本发明试样
   92   D   0.63     820     732     750     300      131     131    70     0.089       5 本发明试样
   93   D   0.63     820     732    *700     270      131    *125    62    -0.019       0 对比样
   94   J   0.51     850     706     760     340      106     113    63     0.100       5 本发明试样
   95   N   0.43     850     659     700     200       95     109    65     0.174       5 本发明试样
   96   O   0.61     840     707     720     300      127    *118    55    -0.087       0 对比样
   97   O   0.61     840     707    *650     250      127    *120    58    -0.051       0 对比样
   98   R   0.47     850     762     790     320      100     116    50    -0.155       0 对比样
Ceq＝C+Si/24+Mn/6抗拉强度低限＝32×(Ceq)2-155×Ceq+102标记“*”表明超出本发明范围。
根据参照图5所述的方法测定每一本发明试样和对比样的上述剩余强度比(Rr)。
根据以下评定方法评定每一本发明试样和对比样的上述抗延迟断裂性。
具体讲，自每一本发明试样及对比样中切取一条形试件1，尺寸为厚1.4mm，宽(c)30mm且长(d)100mm，并磨制各边侧面。然后在条形试件1两端部位各冲一孔2。再使试件1的中心部位进行半径5mm弯曲。然后，将不锈钢制的螺栓4穿过两个四氟乙烯树脂制的垫圈3(该垫圈阻止由于不同种金属间接触引起的局部电池的形成)插入上述两个孔2，借助螺栓4将试件1相对的两个端部拉紧，直至该试件1两端的距离(e)达到10mm，以便向试样1的弯曲部分施加应力。
将如此施加应力的本发明试样和对比样的各条形试件1浸没在0.1N盐酸中以测量在试件1弯部出现断裂所需的时间。在上述测试中评定每一本发明试样和对比样的抗延迟断裂性，其中抗延迟断裂性评定为0点指24小时内在弯部出现断裂，1点指100小时内出现断裂，2点指200小时内出现断裂，3点指300小时内出现断裂，4点指400小时内出现断裂(不包括400小时)，且5点指经过400小时未出现断裂。由于经400小时后试件1厚度的降低与局部蚀坑的产生严重化，一经过400小时即不继续测量。
参见图1-4，更详细描述作为上述试验结果的剩余强度比和抗延迟断裂性。图1示意说明了超高强度冷轧薄钢板(即每一本发明试样和对比样)中抗延迟断裂性评定值与抗延迟断裂性指数(PDF)间的关系。图1中，标记“○”代表化学组成在本发明范围内且不含铌(Nb)、钛(Ti)和钒(V)的包括“A”-“Z”种钢中任意一种的试样，而标记“●”代表化学组成在本发明范围内且至少含有铌、钛和钒之一的包括“A”-“Z”种钢中任意一种的试样。标记“○”和标记“●”不仅代表本发明试样，还代表有对比样。标记“▲”代表化学成分超出本发明范围的包括“a”-“j”种钢中任意一种的对比样。
从图1中明显可见，本发明的所有PDF(抗延迟断裂性指数)至少为0的试样的抗延迟断裂性评定值至少为3点，从而表现了优良的抗延迟断裂性。相比之下，对于所有对比样，尽管PDF至少为零，抗延迟断裂性评定值也至多仅为1点，因而表现较差的抗延迟断裂性。
图2图示说明了在超高强度冷轧薄钢板(即每一本发明试样和对比样)中剩余强度比(Rr)和抗性强度(TS)对抗延迟断裂性指数(PDF)的影响。图2中，标记“○”代表PDF至少为0的本发明试样，且“●”代表“PDF”低于0的对比样。由图2明显可见，对于同一抗拉强度(TS)，所有PDF至少为0的本发明试样与对比样相比，显示出更优越的剩余强度比(Rr)，具体讲，本发明的PDF至少为0的试样显示的剩余强度比至少为60％，且具有至少1.4×1010Pa的高抗拉强度的本发明试样表现出至少70％的高剩余强度比。这表示本发明试样既具有高抗拉强度，还具有优良的抗延迟断裂性。
图3图示说明了在超高强度冷轧薄钢板(即每一本发明试样和对比样)中Ceq(＝C+(Si/24)+(Mn/6))对抗拉强度(TS)低限值的影响。图3中，标记“○”代表PDF(抗延迟断裂性指数)至少为0的本发明试样，标记“●”代表PDF低于0的对比样，且曲线代表TS(抗拉强度)＝320×(Ceq)2-155×Ceq+102。如图3所证实，所有本发明试样具有至少为0的高PDF值和至少为320×(Ceq)2-155×Ceq+102的高TS值。相比之下，一些对比样虽具有至少为320×(Ceq)2-155×Ceq+120的高TS，但其PDF低(小于0)，其余对比样的TS低，即低于320×(Ceq)2-155×Ceq+102，且PDF低，即低于0。
具体讲，在本发明试样中，能够抑制在锰与碳和硅共存作用下因锰的偏析造成的钢中带状组织的形成，并且，利用由碳、硅和锰含量决定的Ceq(＝C+(Si/24)+(Mn/6))值，控制相应于该Ceq值的冷轧薄钢板的抗拉强度(TS)低限值，还能够避免钢组织的多相化。
图4图示说明加工条件对超高强度冷轧薄钢板(即每一本发明试样和对比样)中抗延迟断裂性指数(PDF)的的影响。图4中，标记“○”代表本发明试样，其均热温度和回火温度在如表2所示的本发明范围内，标记“●”代表对比样，其均热温度和/或回火温度超出本发明范围，也示于表2，且标记“▲”代表如表4中所示的本发明试样或对比样。从图4明显可见，为使PDF(抗延迟断裂性指数)至少为0，除控制均热温度和回火温度外，需要将淬火起始温度至少限制为开始淬火的低限温度(TQ)。
根据如上详细记载的本发明内容，便能够获得抗延迟断裂性优良且具有超过9.8×1010Pa的高抗拉强度的超高强度冷轧薄钢板和其制造方法，因而具有很广泛的工业实用意义。

Claims (6)

1.一种抗延迟断裂性优良的超高强度冷轧薄钢板，基本组成为：
碳(C)               0.1-0.25％(重量)，
硅(Si)              至多1％(重量)，
锰(Mn)              1-2.5％(重量)，
磷(P)               至多0.020％(重量)，
硫(S)               至多0.005％(重量)，
可溶性铝(Sol.Al)    0.01-0.05％(重量)，
氮(N)               0.0010-0.0050％(重量)，
及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，且
所述冷轧薄钢板满足下面式(1)和(2)：
TS≥320×(Ceq)2-155×Ceq+102 ……(1)
所述式(1)中，
Ceq＝C+(Si/24)+(Mn/6)；
和
PDF≥0……………………………………………………(2)
所述式(2)中，
PDF＝-lnTS+exp[Rr/100]+2.95，
所述式(1)和式(2)中：
PDF：抗延迟断裂性指数，
TS：抗拉强度(kgf/mm2)，且
Rr：当薄钢板经过沿与轧制方向垂直的方向上半径5mm的90°
    V型弯曲时，以(弯曲/弯曲恢复抗拉强度)÷(抗拉强度)
    ×100表达的该钢板的剩余强度比(％)。
2.一种如权利要求1的超高强度冷轧薄钢板，其中：
所述冷轧薄钢板还另外含有选自下面组成的至少一种元素：
铌(Nb)    0.005-0.05％(重量)，
钛(Ti)    0.005-0.05％(重量)，和
钒(V)     0.01-0.1％(重量)。
3.一种如权利要求1或2的超高强度冷轧薄钢板，其中：
所述冷轧薄钢板还另外含有选自下面组成的至少一种元素：
铜(Cu)    0.1-1.0％(重量)，
镍(Ni)    0.1-1.0％(重量)，
硼(B)     0.0005-0.0030％(重量)，
铬(Cr)    0.1-1.0％(重量)，和
钼(Mo)    0.1-0.5％(重量)。
4.一种制造抗延迟断裂性优良的超高强度冷轧薄钢板的方法，包括的步骤为：
制备成分基本如下的材料：
碳(C)    0.1-0.25％(重量)，
硅(Si)   至多1％(重量)，
锰(Mn)   1-2.5％(重量)，
磷(P)             至多0.020％(重量)，
硫(S)             至多0.005％(重量)，
可溶性铝(Sol.Al)  0.01-0.05％(重量)，
氮(N)             0.0010-0.0050％(重量)，
及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，然后
对所述材料进行热轧、酸洗和冷轧，制成冷轧薄钢板；随后
对如此制成的所述冷轧薄钢板进行包括以下步骤的连续热处理：在Ac3至900℃范围的温度下对所述冷轧薄钢板进行30秒-15分钟时间范围的均热处理，然后以至少400℃/秒的淬火速度，从至少为以下式表达的起始淬火低限温度(TQ)到至高100℃的温度下使所述冷轧薄钢板淬火：
TQ(℃)＝600+800×C+(20×Si+12×Mo+13×Cr)-(30×
        Mn+8×Cu+7×Ni+5000×B)，之后，在100-300℃范围的温度下使所述冷轧薄钢板回火1-15分钟。
5.一种如权利要求4的方法，其中：
所述材料还另外含有至少一种选自下面组成的面元素：
铌(Nb)    0.005-0.05％(重量)，
钛(Ti)    0.005-0.05％(重量)，及
钒(V)     0.01-0.1％(重量)。
6.一种如权利要求4或5的方法，其中：
所述材料还另外含有至少一种选自下面组成的元素：
铜(Cu)     0.1-1.0％(重量)，
镍(Ni)     0.1-1.0％(重量)，
硼(B)      0.0005-0.0030％(重量)，
铬(Cr)     0.1-1.0％(重量)，和
钼(Mo)     0.1-0.5％(重量)。
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