Результат интеллектуальной деятельности: ХОЛОДНОКАТАНЫЙ СТАЛЬНОЙ ЛИСТ, ОБЛАДАЮЩИЙ ПРЕВОСХОДНЫМ КАЧЕСТВОМ ПОВЕРХНОСТИ ПОСЛЕ ШТАМПОВКИ И СПОСОБНОСТЬЮ К УПРОЧНЕНИЮ ПРИ ОБЖИГЕ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к холоднокатаному стальному листу, подходящему для применения в панелях наружной обшивки кузовов и других подобных частях автомобилей и обладающему превосходным качеством поверхности после штамповки и способностью к упрочнению при обжиге (ВН-эффект), а также к способу его производства.

Уровень техники

В последнее время ужесточаются требования к качеству поверхности панелей наружной обшивки автомобилей. Дефекты поверхности, влияющие на качество поверхности, в общих чертах классифицируются как дефекты, наблюдаемые на поверхности стального листа на стадии его производства, и дефекты, которые появляются после штамповки на линии прессования или другой подобной стадии изготовления автомобиля.

Первый тип дефектов поверхности определяется относительно легко и поэтому он мало влияет на выпуск автомобилей. Кроме того, известны меры их предупреждения на стадии исходного материала, такие как раскрываются, например, в JP-A-H09-296222.

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

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

Краткое изложение существа изобретения

Проблема, решаемая изобретением

Изобретение разработано с учетом вышеизложенной ситуации и призвано создать холоднокатаный стальной лист, обладающий, в частности, превосходным качеством поверхности после штамповки и способностью к упрочнению при обжиге, а также обеспечить предпочтительный способ его производства. Способы решения проблемы

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

В результате было выяснено, что из-за удлинения при текучести в стальных листах развивается локальная неоднородная деформация, вызывающая дефекты поверхности в процессе отжига стального листа, что и является причиной дефекта поверхности после штамповки.

Таким образом, когда в стальном листе в процессе отжига проявляется 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, очевидным образом образуются тонкие линейные дефекты, демонстрирующие форму, продолжающуюся наклонно под углом в 45° относительно продольного направления стального листа.

В дверях, капотах и других подобных панелях наружной обшивки автомобиля часто применяются стальные листы, упрочняющиеся в процессе обжига, с целью улучшения сопротивления вдавливанию. В таких стальных листах специально сохраняется находящийся в твердом растворе углерод, так, чтобы в состоянии после рекристаллизации проявлялось удлинение при текучести и, в частности, склонность к проявлению упомянутой выше неравномерной деформации.

Для подавления проявления упомянутых выше дефектов поверхности достаточно обеспечить отсутствие таких количеств деформации, 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 неравномерной 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 указанных выше открытиях. Таким образом, краткое изложение и суть изобретения являются следующими.

1. Холоднокатаный стальной лист, обладающий превосходным качеством поверхности после штамповки и способностью к упрочнению при обжиге, имеющий химический состав, содержащий С: 0,0005-0,0050 масс.%, Si: не более 0,30 масс.%, Мn: не более 1,50 масс.%, Р: не более 0,100 масс.%, S: не более 0,020 масс.%. Al_sol. (кислоторастворимый алюминий): не более 0,080 масс.%, N: не более 0,0070 масс.%, Nb: 0,003-0,100 масс.%) и остальное Fe и неизбежные примеси, при условии, что содержание С и Nb удовлетворяет следующему соотношению:

0,50≤([%Nb]/93)/([%C]/12)≤1,50,

где [%М] представляет содержание в стали элемента М (масс.%), отличающийся тем, что лист не образует линейных структур, когда к испытательному образцу в виде полосы прикладывают в направлении прокатки 1-5% однонаправленную деформацию растяжения, а затем поверхность такого образца зачищают наждачным камнем.

2. Холоднокатаный стальной лист согласно пункту 1, обладающий превосходным качеством поверхности после штамповки и подвергаемый обжигу, который дополнительно содержит по меньшей мере один элемент из Ti, не более 0,005 масс.%, и В 0,0003-0,0030 масс.%.

3. Холоднокатаный стальной лист, обладающий превосходным качеством поверхности после штамповки и способностью к упрочнению при обжиге, согласно пункту 1 или 2, который имеет, дополнительно, слой цинкового покрытия на поверхности стального листа.

4. Способ производства холоднокатаного стального листа, обладающего превосходным качеством поверхности после штамповки и способностью к упрочнению при обжиге, отличающийся тем, что стальной материал, имеющий химический состав, приведенный 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 холоднокатаного стального листа, обладающего превосходным качеством поверхности после штамповки и способностью к упрочнению при обжиге согласно пункту 4, который, дополнительно, содержит нанесение покрытия на поверхность стального листа с целью получения слоя цинкового покрытия.

Эффект изобретения

Согласно данному изобретению могут стабильно производиться и поставляться холоднокатаные стальные листы, пригодные для применения во внешних или внутренних панелях автомобиля, обладающие превосходным качеством поверхности после штамповки и способностью к упрочнению при обжиге, благодаря чему изобретение имеет большое значение для промышленности.

Осуществление изобретения

Далее изобретение будет описано более подробно.

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

C: 0,0005-0,0050%

При увеличении содержания С ухудшается способность к глубокой вытяжке и пластичность, и становится трудным обеспечить пресс-формуемость панелей наружной обшивки или внутренней обшивки автомобилей. Поэтому верхний предел содержания C определяется как 0,0050%, предпочтительно 0,0040%. C другой стороны, когда содержание C ниже 0,0005%), укрупняется размер кристаллических зерен и проявляется склонность к образованию мелового налета на поверхности стального листа при штамповке, поэтому нижний предел содержания C был определен равным 0,0005%.

Si: не более 0,30%.

Si является элементом, оказывающим большое влияние на характеристики твердого раствора, и эффективным в обеспечении высокой прочности, но при увеличении его содержания упрощается образование дефектов поверхности, обусловленных окалиной. Поэтому верхний предел содержания Si определяется как 0,30%, предпочтительно 0,20%.

Mn: не более 1,50%.

Mn является элементом, способным увеличивать прочность стального листа, но при добавлении его в чрезмерных количествах ухудшается способность к глубокой вытяжке. Поэтому верхний предел содержания Mn определяется равным 1,50%.

Р: не более 0,100%.

Р является элементом, способным при небольшом увеличении 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 участков. Поэтому верхний предел содержания S ограничивается 0,020%, предпочтительно 0,015%.

Al_sol.: не более 0,080%, N: не более 0,0070%.

N и Al_sol. не ухудшают эффект изобретения до тех пор, пока они содержатся в таких же количествах, как и в обычных сталях, поэтому они, соответственно, ограничиваются следующим образом: A_lsol.: 0,080% и N: не более 0,0070%.

Nb: 0,003-0,100%

Nb является особенно важным элементом для данного изобретения. Должным образом управляя количеством Nb, прибавляемого к содержанию C, часть C может быть связана в виде NbC или NbCN для сохранения C в конечным продукте в твердом растворе. Кроме того, даже если он добавляется в избыточном количестве относительно содержания C, требуемая степень упрочнения при обжиге (величина ВН-эффекта) может быть достигнута посредством регулирования температуры отжига до более высокой величины с тем, чтобы повторно растворить часть NbC или NbCN.

Степень упрочнения при обжиге (величина ВН-эффекта) означает степень увеличения предела текучести материала детали на стадии обжига вследствие явления деформационного старения, проявляющегося благодаря сохранению С в твердом растворе. В целом она представляет степень увеличения напряжения, получаемую вычитанием величины напряжения перед тепловой обработкой (напряжение после 2% деформации растяжения) из величины предела текучести при «перерастяжении» (напряжение в состоянии после 2% деформации растяжения и термической обработки в течение 20 минут при 170°C), определяемой испытанием на перерастяжение после приложения 2% деформации растяжения и термической обработки, моделирующей тепловую обработку при обжиге и выполняемой в течение 20 минут при 170°C.

Кроме того, элементом, также связывающим С в виде карбонитрида, является Ti, но температура повторного растворения карбонитрида на основе титана настолько высока, что корректирование погрешностей при регулировании температуры компонентов стали при отжиге оказывается слишком сложным.

Когда содержание Nb составляет менее 0,003%, контроль содержания C в твердом растворе оказывается затруднен, а также укрупняется размер зерна в горячекатаном стальном листе. В результате ухудшается способность к глубокой вытяжке. При этом, когда содержание Nb превышает 0,100%, увеличивается количество выделившейся фазы и ухудшается пластичность. Поэтому содержание Nb ограничивается диапазоном от 0,003 до 0,100%.

Для того чтобы контролировать содержание C в твердом растворе, величины содержания Cu Nb должны удовлетворять следующему уравнению:

0,50≤([%Nb]/93)/([%C]/12)≤1,50

В приведенном выше уравнении нижний предел равен 0,50 вследствие того, что, когда он ниже вышеуказанной величины, C сохраняется в твердом растворе в избыточных количествах, и может легко проявиться ухудшение материала вследствие старения. C другой стороны, верхний предел равен 1,50 вследствие того, что, когда он превышает вышеупомянутую величину, C сохраняется в твердом растворе в очень небольших количествах, и требуемая способность к упрочнению при обжиге не может быть достигнута.

Хотя вышеупомянутое описание касается основных компонентов изобретения, в случае необходимости должным образом могут быть включены следующие элементы. Ti: не более 0,005%.

Как упоминалось ранее, возможность контроля способности к упрочнению при обжиге ухудшается с увеличением содержания Ti, поэтому необходимо установить верхний предел его содержания. В этой связи верхняя граница содержания Ti определяется равной 0,005%.

B: 0,0003-0,0030%

B добавляется для улучшения устойчивости к 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%.

Помимо этого, 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 количестве, не превышающем 0,5%.

Кроме того, эффект изобретения не ухудшается при добавлении Ca с целью контролирования формы включений, или когда поднимается верхний предел содержания O для расширения приемлемого диапазона уровня раскисления с тем, чтобы улучшить эффективность очистки, при условии, что его добавляют в количестве, не превышающем 30 ч./млн. и 50 ч./млн., соответственно.

Остальное, помимо описанных выше компонентов, составляет Fe и неизбежные примеси.

Далее будет описан способ оценки качества поверхности после штамповки.

Как упоминалось выше, дефекты поверхности, появляющиеся 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 придании стальному листу некоторого определенного количества деформаций и затем 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 подтвердить обнаружение дефекта по всей ширине продукта, целесообразно максимально возможно расширить площадь 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 деформации растяжения по изобретению, не являются так называемыми линиями сдвига, обусловленными 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, имеющий вышеупомянутый химический состав, является отлитым, горячекатаным, подвергнутым травлению, холоднокатаным, а затем подвергнутым непрерывному отжигу для получения холоднокатаного стального листа. При непрерывном отжиге изобретения важно, в частности, что стальной лист в процессе охлаждения охлаждают со скоростью охлаждения, не превышающей 30°C/с в пределах температурного интервала 400-200°C.

По результатам проведенных авторами данного изобретения исследований температурный интервал 400-200°C является температурной областью, легко вызывающей неравномерную деформацию 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°C, предел текучести достаточно невелик, и легко происходит увеличение количества дислокаций и, следовательно, неравномерная деформация не вызывается. С другой стороны, в температурном интервале ниже 200°C предел текучести становится достаточно высоким, и деформация не превышает предел текучести даже в случаях развития деформации.

Причина, по которой скорость охлаждения ограничивается величиной не более 30°C/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°C/с.

Способ производства каким-либо специальным образом не ограничивается и может осуществляться в соответствии с обычными способами, за исключением того, что охлаждение в температурном интервале 400-200°C 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 отрицательного воздействия на эффект изобретения не оказывает нагревание в температурных пределах 200°C при использовании в процессе горячей прокатки индукционного нагревателя.

Что касается других предпочтительных условий производства, предпочтительно, чтобы температура нагревания стального материала при горячей прокатке составляла 1150-1300°C, конечная температура чистовой прокатки равнялась 850-950°C и температура наматывания полосы в рулон составляла 500-700°C, степень обжатия при холодной прокатке составляла 60-90%, и температура выдержки при непрерывном отжиге (или непрерывном цинковании) равнялась 800-900°C.

Изобретение может также включать способ получения, включающий 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 электролитическим осаждением или цинкованием. В случае цинкования отжиг и нанесение покрытия могут быть отдельными стадиями или отжиг и нанесение покрытия может быть непрерывной стадией (например, непрерывным цинкованием).

Согласно данному изобретению, даже в случае стального листа с покрытием, полученным обработкой поверхности холоднокатаного стального листа электролитическим осаждением, 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.

Сталь, химический состав которой показан в таблице 1, плавили и непрерывно разливали с получением сляба, который подвергали горячей прокатке при условиях температуры нагревания 1200°C, температуры окончания чистовой прокатки 900°C и температура наматывания полосы в рулон 600°C. После этого горячекатаный стальной лист подвергали травлению и холодной прокатке со степенью обжатия 75% для образования холоднокатаного стального листа толщиной 0,75 мм. Далее лист был подвергнут непрерывному отжигу или непрерывному цинкованию в условиях, показанных в таблице 2, для получения холоднокатаного стального листа или оцинкованного стального листа. После чего лист подвергали дрессировке с обжатием 0,3%.

Условия цинкования: температура ванны для нанесения электролитического покрытия 460°C, концентрация Al в ванне для нанесения покрытия 0,13% в случае легирования или 0,2% в случае отсутствия легирования, количество наносимого покрытия: по 45 г/м² на каждой стороне поверхности (двусторонняя металлизация), температура сплавления: 480-500°C и степень легирования (масс.% Fe) 10%.

Затем образец в виде полосы длиной 150 мм и шириной 30 мм с продольным направлением по направлению прокатки был взят из рулона (стальная полоса) по полной ширине и к нему приложена деформация 1%, 3% и 5% (направление растяжения в продольном направлении) в машине для испытаний 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). Результаты показаны в таблице 2: 0 - отсутствие дефекта и X - 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). Оценке испытанием на растяжение был подвергнут образец, взятый вдоль направления прокатки.

Помимо этого была оценена степень упрочнения при обжиге (величина ВН-эффекта) посредством увеличения напряжения (нижний предел текучести) при проведении испытания на перерастяжение после того, как образец для испытаний JIS №5 подвергали 2% деформации со скоростью траверсы 10 мм/мин в машине для испытаний на растяжение и нагревали в течение 20 минут при 170°C. Требуемая для обеспечения достаточного эффекта улучшения сопротивления детали вдавливанию величина ВН-эффекта представляет не менее 25 МПа, в то время как при ВН-эффекте, превышающем 60 МПа, сохраняется избыточное содержание С и отсюда возникает проблема ухудшения физических свойств вследствие возрастающего влияния деформационного старения.

Полученные таким образом результаты также представлены в таблице 2.

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

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

Напротив, сравнительный пример №20 продемонстрировал невысокую величину ВН-эффекта, поскольку его показатель (Nb/93)/(C/12) превышает диапазон, устанавливаемый данным изобретением. Также в сравнительном примере №21 отмечена низкая величина EL, поскольку его показатель (Nb/93)/(C/12) ниже диапазона, устанавливаемого данным изобретением.

Промышленная применимость

Согласно данному изобретению могут стабильно производиться и поставляться холоднокатаные стальные листы, хорошо подходящие для применения во внешних или внутренних панелях автомобиля и обладающие превосходным качеством поверхности после штамповки и способностью к упрочнению при обжиге, благодаря чему оно имеет большое значение для промышленности.