Результат интеллектуальной деятельности: ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ХОЛОДНОКАТАНЫЕ СТАЛЬНЫЕ ЛИСТЫ, ОБЛАДАЮЩИЕ ПРЕВОСХОДНЫМ КАЧЕСТВОМ ПОВЕРХНОСТИ ПОСЛЕ ШТАМПОВКИ, И СПОСОБЫ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к высокопрочным холоднокатаным стальным листам, подходящим для применения в панелях наружной обшивки кузовов и других подобных частях автомобилей и обладающим превосходным качеством поверхности после штамповки, а также к способам их производства.

Уровень техники

В последнее время возрастает потребность в снижении массы автомобилей, вследствие чего высокопрочные стальные листы стали применяться не только в конструкционных кузовных деталях, но также и в панелях наружной обшивки для уменьшения их толщины и снижения массы. Так как штампуемость стальных листов при увеличении прочности снижается, было предложено множество способов для улучшения штампуемости, при том, что требования к качеству поверхностей панелей наружной обшивки и других подобных деталей ужесточаются. Дефекты поверхности, влияющие на качество поверхности, классифицируются как дефекты, наблюдаемые на поверхности стального листа на стадии его производства, и дефекты, которые появляются после штамповки на линии прессов или другой подобной стадии изготовления автомобиля.

Первый вид дефектов поверхности определяется относительно легко и поэтому он мало влияет на выпуск автомобилей. Кроме того, известны меры предупреждения таких дефектов на стадии исходного материала, которые раскрываются, например, в патентном документе JP-A-H09-296222.

С другой стороны, второй тип дефектов поверхности на ранней стадии может быть обнаружен после штамповки деталей или уже на этапе завершающего контроля после установки на кузове машины, вследствие чего его влияние на автомобильное производство очень велико.

До настоящего времени эффективные меры противодействия, способные служить средством предупреждения проявлений дефектов поверхности последнего типа, не ясны.

Краткое изложение существа изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

Изобретение разработано с учетом вышеизложенной ситуации и должно предложить высокопрочные холоднокатаные стальные листы, обладающие, в частности, превосходным качеством поверхности после штамповки, а также обеспечить предпочтительный способ их производства.

Способы решения проблемы

Авторы данного изобретения провели различные исследования механизма образования дефектов, развивающихся в виде дефектов поверхности после штамповки, и меры для их подавления с тем, чтобы решить вышеупомянутые проблемы.

В результате было выяснено, что из-за удлинения при текучести в стальных листах вызываются локальные неоднородные деформации, приводящие к появлению таких дефектов поверхности в процессе отжига стального листа, что и является причиной дефекта поверхности после штамповки.

Таким образом, когда в стальном листе в процессе отжига вызывается неоднородная деформация, твердость в неоднородно деформированном участке оказывается большей, чем в недеформированном участке, а количество деформаций небольшим, поэтому неоднородно деформированный участок в ходе штамповки выдавливается на детали в виде выпуклого участка, а ее внешний вид становится неудовлетворительным. Кроме того, появляются тонкие линейные дефекты, имеющие форму, продолжающуюся наклонно под углом в 45° относительно продольного направления стального листа.

Вначале предполагалось, что такие упомянутые выше дефекты не проявляются в так называемой IF-стали (сталь без атомов внедрения) со связанными находящимися в твердом растворе С и N вследствие отсутствия какого-либо явного удлинения при текучести. Однако в результате первичных исследований авторов данного изобретения выяснилось, что явное удлинение при текучести может в незначительной степени наблюдаться в случае отсутствия проведения дрессировки после отжига, и следовательно, в результате этого удлинения при текучести в IF-стали образуются поверхностные дефекты подобного вида.

Для подавления проявления упомянутых выше дефектов поверхности достаточно обеспечить отсутствие таких количеств деформаций, которые превышают предел текучести при отжиге. В целом конструкция оборудования и требования к прохождению листа задают в печи непрерывного отжига такие условиях, которые не создают напряжения выше предела текучести стального листа. Очевидно, что на практике локальные неоднородные деформации происходят из-за теплового напряжения при нагревании и охлаждении, которое может при определенных условиях превысить предел текучести стального листа.

В настоящее время авторы данного изобретения провели дальнейшие исследования факторов, влияющих на образование дефектов поверхности из-за упомянутой выше неоднородной деформации при отжиге, и выяснили, что, когда в процессе охлаждения после завершения рекристаллизации скорость охлаждения превышает некоторый уровень в пределах определенного температурного интервала, развивающаяся в стальном листе тепловая деформация возрастает, а превышающее предел текучести стального листа напряжение приводит к дефектам поверхности после штамповки.

Данное изобретение основывается на приведенных выше открытиях. Таким образом, краткое описание и суть изобретения являются следующими.

1. Высокопрочный холоднокатаный стальной лист, обладающий превосходным качеством поверхности после штамповки, имеющий химический состав, содержащий 0,0005-0,0050 мас.% С, не более 0,50 мас.% Si, не более 2,00 мас.% Mn, не более 0,100 мас.% Р, не более 0,020 мас.% S, 0,010-0,100 мас.% Ti, не более 0,080 мас.% Al sol. (кислоторастворимый алюминий), не более 0,0070 мас.% N и остальное - Fe и неизбежные примеси, при условии, что содержание С, N, S и Ti удовлетворяет следующему соотношению (I):

где [%М] представляет содержание в стали элемента М (мас.%), отличающийся тем, что в листе отсутствуют линейные структуры, когда к испытательному образцу в виде полосы прикладывают в направлении прокатки 1-5% однонаправленной деформации растяжения, а затем поверхность образца зачищают наждачным камнем.

2. Высокопрочный холоднокатаный стальной лист согласно пункту 1, обладающий превосходным качеством поверхности после штамповки, который, кроме того, содержит по меньшей мере один из 0,0003-0,0030 мас.% В и 0,003-0,100 мас.% Nb и для которого в случае наличия Nb вместо уравнения (1) действительным является следующее соотношение (2):

где [%М] представляет содержание в стали элемента М (мас.%).

3. Высокопрочный холоднокатаный стальной лист согласно пунктам 1 или 2, обладающий превосходным качеством поверхности после штамповки, который имеет, кроме того, слой нанесенного на поверхность стального листа цинкового покрытия.

4. Способ производства высокопрочного холоднокатаного стального листа, обладающего превосходным качеством поверхности после штамповки, отличающийся тем, что стальной материал, имеющий химический состав, указанный в пунктах 1 или 2, подвергают горячей прокатке, травлению, холодной прокатке и затем непрерывному отжигу, при этом данный холоднокатаный стальной лист в процессе охлаждения при непрерывном отжиге охлаждают со скоростью охлаждения, не превышающей 30°С/с в пределах диапазона температур 400-200°С.

5. Способ производства высокопрочного холоднокатаного стального листа согласно пункту 4, обладающего превосходным качеством поверхности после штамповки, поверхность подвергают нанесению покрытия с целью получения слоя цинкового покрытия.

Эффект изобретения

Согласно данному изобретению возможно создание высокопрочных холоднокатаных стальных листов, обладающих превосходным качеством поверхности после штамповки.

Осуществление изобретения

Далее изобретение будет описано более подробно.

Прежде всего будут описаны причины, по которым химический состав данного стального листа ограничен в изобретении указанными выше диапазонами. При этом проценты, представляющие указанный химический состав, означают массовые проценты, если не указывается иного.

С: 0,0005-0,0050%.

При увеличении содержания С ухудшаются способность к глубокой вытяжке и пластичность, а также затрудняется обеспечение штампуемости в форме панелей наружной обшивки. Поэтому верхний предел содержания С определяется как составляющий 0,0050%, предпочтительно 0,0040%. С другой стороны, когда содержание С ниже 0,0005%, укрупняется размер кристаллических зерен и проявляется склонность к образованию мелового налета на поверхности стального листа, поэтому нижний предел содержания С был определен равным 0,0005%.

Si: не более 0,50%.

Si является элементом, обладающим высокой эффективностью в твердых растворах, но при увеличении его содержания возрастает твердость стального листа и легко вносятся дефекты поверхности, являющие следствием образования окалины. Поэтому верхний предел содержания Si определяется равным 0,50%.

Мn: не более 2,00%.

Мn также является элементом, упрочняющим стальной лист. С другой стороны, чрезмерные добавки Мn ухудшают способность к глубокой вытяжке. Поэтому верхний предел содержания Мn определяется равным 2,00%. При этом, когда количество добавленного Мn является слишком малым, существует возможность того, что эффект увеличения прочности окажется недостаточным, поэтому нижний предел содержания Мn предпочтительно составляет 0,50%, более предпочтительно 0,60%.

Р: не более 0,100%.

Р является элементом, способным при небольшом увеличении его содержания эффективно увеличивать прочность стального листа, но при его избыточном содержании ухудшаются пластичность и свариваемость. Поэтому верхний предел содержания Р определяется равным 0,100%.

S: не более 0,020%.

S, когда ее содержание становится столь же высоким, как и Р, ухудшает ударную вязкость сварных соединений. Поэтому верхний предел содержания S ограничивается 0,020%, предпочтительно 0,015%.

Ti: 0,010-0,100%.

Ti является особенно важным элементом для данного изобретения, поскольку находящийся в твердом растворе С может быть связан в виде карбида или карбонитрида для обеспечения способности к глубокой вытяжке, соответствующий требованиям производства панелей наружной обшивки и других подобных деталей автомобиля. Когда содержание Ti составляет менее 0,010%, требуемый эффект не достигается, при том, что когда оно превышает 0,100%, эффект насыщается и возрастает твердость стального листа, вследствие чего ухудшается штампуемость. В связи с этим содержание Ti ограничивается пределами 0,010-0,100%.

Al sol.: не более 0,080%, N: не более 0,0070%.

N и Al sol. не ухудшают эффект изобретения до тех пор, пока они применяются в таких же количествах, которые вносятся и в обычные стали, поэтому они, соответственно, ограничиваются следующим образом: Al sol.: 0,080% и N: не более 0,0070%.

Для регулирования содержанием находящегося в твердом растворе С необходимо, чтобы содержание С, N, S и Ti удовлетворяло следующему соотношению (1):

([%Ti]/48-[%N]/14-[%S]/32)/([%С]/12)≥1,00…(1),

где [%М] представляет содержание в стали элемента М (мас.%).

Когда выполняются условия приведенного выше соотношения, находящийся в твердом растворе С полностью связывается в виде TiC, или TiCN, или сложного карбида, или его карбонитрида, вследствие чего может быть достигнута способность к глубокой вытяжке, соответствующая требованиям производства панелей наружной обшивки и других подобных деталей автомобиля. Если условия этого соотношения не выполняются, способность к глубокой вытяжке ухудшается. Кроме того, желательно обеспечить полное связывание находящегося в твердом растворе С, когда величина левой части уравнения (1) не ниже 1,20. Напротив, когда величина левой части уравнения (1) превышает 15,0, эффект связывания находящегося в твердом растворе С оказывается избыточным, поэтому предпочтительно, чтобы она не превышала 15,0.

Хотя приведенное выше описание касается основных компонентов стали изобретения, в случае необходимости в стали могут содержаться следующие элементы.

Nb: 0,003-0,100%.

Nb может добавляться в комбинации с Ti. Nb может связывать С в виде карбонитрида или карбида, обеспечивая возможность эффективного контроля содержания С при его добавлении. Когда содержание Nb составляет менее 0,003%, такой контроль находящегося в твердом растворе С затруднен, и требуемый эффект не может быть получен, в то время как в случае, когда оно превышает 0,100%, зернистость становилась чрезвычайно мелкой и вследствие повышения твердости ухудшается штампуемость, поэтому содержание Nb ограничивается 0,003-0,100%.

В: 0,0003-0,0030%.

В добавляется для улучшения устойчивости к повышенной, вызванной наклепом вторичной хрупкости деталей, полученных глубокой вытяжкой. Однако когда содержание В составляет менее 0,0003%, требуемый эффект не достигается, в то время как в случае превышения 0,0030% стальной лист становится более твердым и ухудшается его формуемость при штамповке. Поэтому содержание В ограничивается пределами 0,0003-0,0030%.

В случае присутствия Nb вместо приведенного выше уравнения (1) предпочтительно должно выполняться условие следующего соотношения (2):

где [%М] представляет содержание в стали элемента М (мас.%). Когда выполняются условия приведенного выше соотношения, находящийся в твердом растворе С полностью связывается в виде TiC, или TiCN, NbC или NbCN, или сложного карбида, или его карбонитрида, вследствие чего может быть достигнута способность к глубокой вытяжке, соответствующая требованиям производства панелей наружной обшивки и других подобных деталей автомобиля. Если условия этого соотношения не выполняются, способность к глубокой вытяжке ухудшается. Кроме того, желательно обеспечить полное связывание находящегося в твердом растворе С, когда величина левой части уравнения (2) не ниже 1,20. Напротив, когда величина левой части уравнения (2) превышает 15,0, эффект связывания находящегося в твердом растворе С оказывается избыточным, поэтому предпочтительно, чтобы она не превышала 15,0.

Также в целях улучшения формуемости, например способности к глубокой вытяжке или других подобных свойств, а также качества поверхности могут добавляться V, W, Cu, Ni, Sn, Cr, Mo, Sb и др., действие которых основано на подавлении обогащения поверхности отдельными элементами на этапах производства. Эффект изобретения не ухудшается, когда их прибавляют в количествах, не превышающих 0,5%. Кроме того, эффект изобретения не ухудшается при добавлении Са с целью контролирования формы включений, или при увеличении верхнего предела содержания О для расширения приемлемого диапазона уровня раскисления с тем, чтобы улучшить эффективность очистки при условии, что их добавляют в количествах, не превышающих 30 ч./млн и 50 ч./млн соответственно.

При этом остальное, помимо описанных выше компонентов, составляют Fe и неизбежные примеси.

Оценка качества поверхности холоднокатаного стального листа.

Далее будет описан способ оценки качества поверхности после штамповки. Как упоминалось выше, дефекты поверхности, обнаруживаемые после штамповки, прежде всего могут быть обнаружены на этапе контроля готовой продукции после формовки в виде деталей или позже, после установки на кузове транспортного средства, в отличие от дефектов поверхности, проявляющихся на стадии производства, и поэтому они имеют очень большое влияние на автомобильное производство. Авторы данного изобретения провели изучение различных способов обнаружения дефектов в виде полос, возникающих из-за местных пластических деформаций в процессе производства, и выяснили, что такое обнаружение может быть достигнуто простым и эффективным способом при сообщении стальному листу некоторого надлежащего количества деформаций и после зачистки поверхности шлифовальным камнем.

Оптимальное количество деформаций составляет около 1-5%, поскольку, если оно оказывается слишком малым или слишком большим, различие в деформационном поведении становится несущественным из-за разности в твердости между пластически деформированным участком и недеформированным участком. В качестве образца для испытания может быть использован образец в виде полоски, вырезанной из стального листа в направлении прокатки. Так как необходимо подтверждение обнаружения дефекта по всей ширине продукта, целесообразно максимально возможное расширение площади образца в пределах, установленных для испытаний на растяжение нормативов. Кроме того, при использовании образца с продольным направлением, соответствующим направлению прокатки, может быть оценена линейная структура (дефекты в виде полос).

Кроме того, дефекты в виде полос, появляющиеся после предполагаемой данным изобретением деформации растяжения, не являются так называемыми линиями сдвига, обуславливаемыми удлинением при текучести, но являются дефектами, происходящими из-за наличия узкого участка с более высокой твердостью во внутренней части стального листа, образующегося вследствие местной пластической деформации, привносимой в стальной лист в ходе процесса производства. Линии сдвига отображаются в форме полос шириной 10 мм или более, когда происходит растягивание образца в виде полосы, тогда как дефект, являющийся целевым для данного изобретения, отличается узкой линейной формой с шириной не более 5 мм.

Далее будут описаны стадии производства данного изобретения.

Согласно изобретению стальной материал с подходящим вышеупомянутым химическим составом, отливают, подвергают горячей прокатке, травлению, холодной прокатке, а затем непрерывному отжигу для получения холоднокатаного стального листа. При непрерывном отжиге изобретения важно, в частности, чтобы стальной лист в процессе охлаждения охлаждался со скоростью охлаждения, не превышающей 30°С/с в пределах температурного интервала 400-200°С.

По результатам проведенных авторами данного изобретения исследований температурный интервал 400-200°С является температурной областью, в которой легко проявляются неоднородные деформации в стальном листе вследствие изменений условий производства и термического напряжения, поскольку величина предела текучести относительно невелика и удлинение при текучести ясно проявляется. В температурном интервале, превышающем 400°С, предел текучести достаточно невелик, и легко происходит увеличение количества дислокации, и следовательно, неравномерная деформация не вызывается. С другой стороны, в температурном интервале ниже 200°С предел текучести становится достаточно высоким, и деформация не превышает предел текучести даже в случаях развития такой деформации.

Причина, по которой скорость охлаждения ограничивается величиной не более 30°С/с, состоит в том, что когда скорость охлаждения превышает вышеуказанную величину, генерируемое сжатием термическое напряжение возрастает и локально превышает предел текучести стального листа, приводя к неравномерной деформации. С другой стороны, когда скорость охлаждения становится небольшой, деформация при охлаждении снижается, но если она оказывается слишком малой, требуется чересчур большая длина линии отжига, и поэтому предпочтительно она должна быть не менее 5°С/с.

Способ производства каким-либо специальным образом не ограничивается и может осуществляться обычным образом, за исключением того, что охлаждение в температурном интервале 400-200°С в ходе охлаждения при описанном выше непрерывном отжиге является вышеупомянутым контролируемым охлаждением. Например, может быть применен способ получения сляба прокаткой на блюминге или непрерывной разливкой и непрерывной горячей прокаткой, которые объединяются для черновой прокатки болванок при горячей прокатке. Также не происходит ухудшения эффекта изобретения при нагревании в температурных пределах 200°С с применением в процессе горячей прокатки индукционного нагревателя.

Что касается других предпочтительных условий производства, предпочтительно, чтобы температура нагревания стального материала при горячей прокатке составляла 1150-1300°С, конечная температура чистовой прокатки равнялась 850-950°С и температура намотки полосы в рулон составляла 500-700°С, степень обжатия при холодной прокатке составляла 50-90%, и температура выдержки при непрерывном отжиге (или непрерывном цинковании) равнялась 750-900°С.

Изобретение может также включать способ получения, содержащий стадию нанесения покрытия для образования на поверхности стального листа слоя покрытия на основе цинка. Слой покрытия на основе цинка из чистого цинка или цинкового сплава (Zn-Fe, Zn-Ni, Zn-Al или подобных) может быть получен на поверхности стального листа электрической металлизацией или цинкованием. В случае цинкования отжиг и нанесение покрытия могут быть отдельными стадиями или же отжиг и нанесение покрытия могут проводиться непрерывно (например, непрерывным цинкованием).

Согласно данному изобретению даже в случае стального листа с покрытием, полученного при электрической металлизации поверхности холоднокатаного стального листа, или грунтованного стального листа, обработанного с нанесением покрытия, или оцинкованного в последующем стального листа эффект изобретения не ухудшается, даже если его поверхность подвергается обработке по нанесению смазки или обработке с нанесением пленочного покрытия.

Примеры

Далее изобретение подробно описывается на основании нижеследующих примеров.

Стали, химический состав которых показан в таблице 1, плавили и непрерывно разливали с получением слябов, которые подвергали горячей прокатке при условиях температуры нагревания 1200°С, температуры окончания чистовой прокатки 900°С и температура наматывания полосы в рулон 600°С. После этого горячекатаный стальной лист подвергался травлению и холодной прокатке со степенью обжатия 75% для образования холоднокатаного стального листа толщиной 0,75 мм. Далее он был подвергнут непрерывному отжигу или непрерывному цинкованию при условиях, показанных в таблице 2, для получения холоднокатаного стального листа или оцинкованного стального листа. После чего он подвергался дрессировке с обжатием 0,3%. Условия цинкования: температура ванны для нанесения покрытия 460°С, концентрация Аl в ванне для нанесения электролитического покрытия 0,13% в случае обработки для сплавления или 0,2% в случае отсутствия обработки для сплавления, количество наносимого покрытия: по 45 г/м² на каждой односторонней поверхности (двустороннее покрытие), температура сплавления: 480-580°С и степень сплавления (мас.% Fe) 10%.

Затем из рулона (стальная полоса) по полной ширине отбирали образец в виде полоски длиной 150 мм и шириной 30 мм. Продольное направление соответствовало направлению прокатки. К нему прикладывали напряжение, приводящее к деформациям в 1%, 3% и 5% (направление натяжения в продольном направлении) в машине для испытания на растяжение (скорость траверсы 10 мм/мин). После чего образец в предварительно растянутом состоянии помещали на плоском столе и зачищали наждачным камнем, чтобы оценить присутствие или отсутствие линейных структур (дефектов в виде полос) (в таблице 2 соответственно показано: о - отсутствие дефекта и Х - наличие дефекта). Проводили визуальное изучение наличия или отсутствия дефектов с маркировкой результатов наблюдения дефектов в виде полосы в одном или нескольких местах значком X.

Что касается механических свойств, были измерены показатели прочности при растяжении TS и полного удлинения EL посредством проведения испытания на растяжение образца JIS №5 (скорость траверсы 10 мм/мин). Исследованиям на растяжение был подвергнут образец, взятый вдоль направления прокатки.

Кроме того, была оценена способность к глубокой вытяжке измерением значений r-величины (скорость траверсы 10 мм/мин, применение предварительной деформации в 15%) образца для испытаний JIS №5 в направлениях 0°, 45° и 90° относительно направления прокатки, то есть значений r0, r45 и r90, и последующим вычислением среднего значения (r0+2xr45+r90)/4.

Полученные таким образом результаты также представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 понятно, что согласно изобретению посредством контроля скорости охлаждения на уровне не более 30°С/с в пределах температурного интервала 400-200°С после непрерывного отжига могут быть получены высокопрочные холоднокатаные стальные листы и оцинкованные стальные листы, обладающие превосходной способностью к глубокой вытяжке при отсутствии дефектов в виде полос даже после штамповки.

Кроме того, установлено, что когда температура стального листа опускается ниже 200°С, предел текучести стального листа становится достаточно большим для того, чтобы дефекты в виде полос не развивались даже в случаях, если скорость охлаждения превышает 30°С/с.

Применимость в промышленности

Согласно данному изобретению могут производиться и стабильно поставляться высокопрочные холоднокатаные стальные листы, хорошо подходящие для применения во внешних или внутренних панелях автомобилей и обладающие превосходным качеством поверхности после штамповки, благодаря чему оно имеет очень большое значение для промышленности.