DE60110346T2

DE60110346T2 - Hochfestes kaltgewalztes stahlblech mit hervorragender duktilität und reckalterungseigenschaften und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE60110346T2
Application number: DE60110346T
Authority: DE
Inventors: Kei Chiba-shi SAKATA; Akio Chiba-shi Tosaka; Osamu1 Chiba-shi FURUKIMI
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: CA2377701A1; CA2377701C; EP1207213A1; US20030047258A1; CN1147610C; WO2001083839A1; US6692584B2; CN1383458A; JP4524850B2; KR100592211B1; TWI238855B; KR20020022724A; JP2001303185A; DE60110346D1; EP1207213B1; EP1207213A4

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft hochfeste kaltgewalzte Stahlbleche mit hervorragenden Bearbeitungseigenschaften und insbesondere solche Stahlbleche, die für Kraftfahrzeugkarosserien geeignet sind und primär dafür verwendet werden. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein hochfestes kaltgewalztes Stahlblech mit einer Zugfestigkeit (TS) von 440 MPa oder mehr und mit hervorragender Duktilität und Reckalterungseigenschaften und betrifft ein Herstellungsverfahren davon. Das hochfeste kaltgewalzte Stahlblech, gemäß der vorliegenden Erfindung, ist für den Einsatz für unterschiedliche Anwendungen geeignet, von relativ einfachen Herstellungsverfahren, wie beispielsweise eine einfache Biegung oder Rohrformen mittels Profilwalzen bis zu relativ kompliziertem Ziehen. In der vorliegenden Erfindung umfasst das Stahlblech ein Stahlband in einer Coil.
Zusätzlich bedeutet in der vorliegenden Erfindung "hervorragende Reckalterungseigenschaften", dass wenn Alterungsbehandlung unter den Bedingungen bei einer Temperatur von 170°C und einer Haltezeit von 20 Minuten nach einer Vorverformung von einer 5 %igen Zugbelastung durchgeführt wird, ist ein erhöhter Betrag (nachfolgend bezeichnet als "BH-Betrag"; BH-Betrag = Fließfestigkeit nach Alterungsbehandlung – Vorverformungsbelastung vor Alterungsbehandlung) von Verformungsbelastung vor und nach dieser Alterungsbehandlung 80 MPa oder mehr und dass ein erhöhter Betrag von Zugfestigkeit (nachfolgend bezeichnet als "ΔTS"; ΔTS = Zugfestigkeit nach Alterungsbehandlung – Zugfestigkeit vor Vorverformung) vor und nach der Reckalterungsbehandlung (die Vorverformung + die oben beschriebene Alterungsbehandlung) 50 MPa oder mehr ist.
Technischer Hintergrund
Aufgrund von jüngsten Emissionsgaseinschränkungen im Zusammenhang mit den globalen Umweltbewahrungsschutzmaßnahmen ist die Reduzierung des Karosseriege- Wichts von Kraftfahrzeugen ein sehr wichtiges Thema geworden. Um das Gewicht der Karosserie eines Kraftfahrzeugs zu verringern, ist es wirkungsvoll, die Festigkeit der Stahlbleche, die in großen Mengen verwendet werden, zu erhöhen, d. h. es ist effektiv, die Dicke der Stahlbleche zu verringern, indem man hochfeste Stahlbleche verwendet.
Kraftfahrzeugteile, welche aus dünnen hochfesten Stahlblechen gebildet werden, müssen jedoch die an sie gemäß ihrem Einsatz gestellten Leistungsanforderungen völlig erfüllen. Die vorerwähnten Leistungsanforderungen können beispielsweise statische Festigkeit gegen Biegung oder rückfedernde Deformation, Dauerfestigkeit oder Kollisionswiderstandseigenschaften sein. Demzufolge müssen hochfeste Stahlbleche, die für Kraftfahrzeugteile verwendet werden, auch hervorragende Eigenschaften nach Anfertigen und dem Herstellungsprozess haben.
Zusätzlich, Anfertigen wird für Stahlbleche bei einem Verfahren zum Herstellen von Kraftfahrzeugteilen Durchgeführt und wenn Pressumformen für ein Stahlblech mit einer übermäßig hohen Festigkeit durchgeführt wird, kann ein Problem entstehen, indem

(1) Formerstarrungseigenschaften verschlechtert werden, oder
(2) Defekte, wie Rissbildung oder Einschnürungen, während der Anfertigung aufgrund einer Verringerung der Duktilität eintreten.

Demzufolge wurden hochfeste Stahlbleche nicht im breiten Umfang für Kraftfahrzeugkarosserien verwendet.
Um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, ist beispielsweise ein kaltgewalztes Stahlblech zum Formen von Außenblenden, als ein Stahlblech, welches aus einem extrem niedrigen Kohlenstoffstahlblech gebildet ist und welches letztendlich Kohlenstoff in einem Festlösungszustand bei einer Konzentration in einem passend kontrollierten Bereich enthält, bekannt. Ein Stahlblech dieses Typs behält seine Weichheit während der Pressumformung und sichert auch die Formerstarrungseigenschaften und Duktilität und zusätzlich wird dieses Stahlblech gebildet, um den Einbeulungswiderstand mittels einer Erhöhung der Fließspannung unter Verwendung eines Reckalterungsphänomens zu sichern, welches während eines Paint-Baking-Schritts bei ungefähr 170°C für 20 Mi nuten nach dem Pressumformen, durchgeführt wird. Dieser Typ von Stahlblech hat die notwendige Weichheit, weil Kohlenstoff während der Pressumformung darin gelöst wird und während eine nach dem Pressumformen durchgeführte Paint-Baking-Schritt, wird der gelöste Kohlenstoff an Dislokationen bzw. Verschiebungen, die sich während des Pressumformens bilden, fixiert, wodurch die Fließspannung erhöht wird.
Um jedoch für diesen Typ von Stahlblech die Erzeugung von Streckanspannung (stretcher strain) zu verhindern, welche Oberflächendefekte verursachen kann, wird die Erhöhung der Fließspannung, die durch Reckalterung verursacht wird, auf ein niedrigeres Niveau unterdrückt. Demzufolge ist die Gewichtsverringerung der Teile in der Praxis nicht signifikant.
Das heißt, die Gewichtsreduktion der Teile kann nicht nur durch die Erhöhung der Fließspannung, verursacht durch Reckalterung, ausreichend durchgeführt werden und somit ist eine Erhöhung der Festigkeitseigenschaften notwendig, wenn die Deformation weiter verläuft. Mit anderen Worten ist eine Erhöhung der Zugfestigkeit nach der Reckalterung notwendig.
Andererseits wurde bei Anwendungen, bei welchen das Erscheinungsbild nicht so wichtig ist, ein Stahlblech enthaltend eine weitere erhöhte Menge an Bake-Hardening unter Verwendung von gelöstem N oder ein Stahlblech mit weiter verbesserten Bake-Hardening-Eigenschaften durch Bilden eines zusammengesetzten Gefüges, bestehend aus Ferrit und Martensit, vorgeschlagen.
Beispielsweise offenbarte die ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 60-52528, ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten dünnen Stahlblechs mit hervorragender Duktilität und Punktschweißeigenschaften mit den Schritten: Durchführen von Warmwalzen eines Stahls enthaltend 0,02 % bis 0,15 % an C, 0,8 % bis 3, 5 an Mn, 0,02 % bis 0,15 % an P, 0,10 % oder weniger an Al und 0,005 % bis 0,025 % an N bei einer Temperatur von 550°C oder weniger und Durchführen einer Wärmebehandlung nach Kaltwalzen mittels kontrollierter Abkühlungswärmebehandlung. Ein Stahlblech, hergestellt mittels eines Verfahrens, offenbart in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 60-52528 ist, ein Stahlblech mit einem zusammengesetztem Gefüge, gebildet aus kaltumgewandelten Produktphasen, hauptsächlich bestehend aus Ferrit und Martensit, und hat hervorragende Duktilität und außerdem wird das Stahlblech unter Verwendung einer Alterungsbehandlung während Paint-Baking, verursacht durch N, das absichtlich hinzugefügt wird, geformt, um somit eine hohe Festigkeit zu erhalten.
Gemäß des in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 60-52528, offenbarten Verfahren ist die Erhöhung der Fließspannung (YS) durch Alterungsbehandlung hoch, jedoch ist die Erhöhung der Zugfestigkeit (TS) gering. Außerdem kann, da die mechanischen Eigenschaften beträchtlich variieren, beispielsweise aufgrund dessen, dass die Erhöhung der Fließspannung (YS) beträchtlich variiert, die Dicke des Stahlblechs nicht auf ein Niveau reduziert werden, bei welchem die jetzigen Erfordernisse der Gewichtsreduktion erfüllt werden.
Ferner ist auch ein so genannter umwandlungsinduzierter Plastizitätsstahlblechtyp, der ein zusammengesetztes Gefüge, bestehend aus Ferrit, Bainit und Restaustenit hat und eine signifikant verbesserte Duktilität aufweist, vorgeschlagen worden.
Zum Beispiel, die ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 61-217529, offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten Stahlblechs mit hervorragender Duktilität durch Wärmebehandeln eines Stahlblechs, zusammengesetzt aus 0,12 % bis 0,70 % an C, 0,4 % bis 1,8 % an Si, 0,2 % bis 2,5 % an Mn, 0,01 % bis 0,07 % an Al, 0,02 % oder weniger an N und der Rest ist Fe und unvermeidbare Verunreinigungen unter kontrollierten kontinuierlichen Wärmebehandlungsbedingungen. Das mittels des in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 61-217529, hergestellte Stahlblech verbessert seine Duktilität jedoch durch Ausscheidung von N als AlN unter Verwendung von Al und enthält im Wesentlichen kein Lückenelement, wie beispielsweise C oder N. Demzufolge wird die Festigkeit durch Paint-Baking-Behandlung, welche nach der Pressumformung durchgeführt wird, nicht wesentlich verbessert. Die Konsequenz ist, da die Festigkeit des Endprodukts extrem niedrig ist, ist ein Problem entstanden, in dem das oben beschriebene Stahlblech nicht für eine Anwendung benutzt werden kann, in der Kollisionswiderstandeigenschaften stark erforderlich sind. Ferner enthält das Stahlblech, das gemäß des in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 61-217529, beschriebenen Verfahrens hergestellt wird, Si, Mn oder dergleichen im Vergleich zu einem Stahlblech mit derselben Festigkeit in höheren Konzentrationen und folglich sind die Anstreicheigenschaften und die Schweißbarkeit minderwertiger.
Um die Sicherheit der Passagiere zu erhöhen, hat man sich ein Stahlblech mit hervorragenden Bearbeitungseigenschaften und Kollisionswiderstandseigenschaften gewünscht. Das heißt, ein Stahlblech ist erwünscht, welches weich ist und hervorragende Bearbeitungseigenschaften im Pressumformen hat und welches Fließspannung und Zugfestigkeit aufweist, die beide durch Wärmebehandlung, wie beispielsweise Paint-Baking-Behandlung nach der Herstellung erhöht werden, so dass die Festigkeit der Teile erhöht wird.
Als Antwort auf die oben beschriebenen Wünsche, offenbarten beispielsweise, die ungeprüften japanischen Patentanmeldungen, Veröffentlichung Nrn. 10-310824 und 10-310847 ein legiertes, geschmolzenes zinkplattiertes Stahlblech mit einer mechanischen Festigkeitseigenschaft, die mittels Wärmebehandlung nach Umformen erhöht wird und ein Herstellungsverfahren davon. Das oben beschriebene Stahlblech enthält 0,01 % bis 0,08 % an C, 0,005 % bis 1,0 % an Si, 0,01 % bis 3,0 % an Mn, 0,001 % bis 0,1 % an AI, 0,0002 % bis 0,01 % an N und 0,05 % bis 3,0 % der Gesamtmenge von zumindest einem von W, Cr und Mo und das ein aus Ferrit zusammengesetztes Gefüge oder ein Gefüge, hauptsächlich zusammengesetzt aus Ferrit, aufweist. Die oben erwähnte mechanische Festigkeitseigenschaft, erhöht durch Wärmebehandlung nach Umformen, bedeutet eine Eigenschaft, in welcher ein Stahlblech, geformt durch einen Umformungsschritt mit einer Auferlegung von 2 % oder mehr Anspannung, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 200 bis 450°C hat eine erhöhte Zugfestigkeit im Vergleich zu der Zugfestigkeit, die vor der Wärmebehandlung erzielt wurde. Bei den Stahlblechen, die mittels den in den ungeprüften japanischen Patentanmeldungen, Veröffentlichung Nrn. 10-310824 und 10-310847 beschriebenen Verfahren geformt werden, muss jedoch die Paint-Baking-Behandlung bei einer Temperatur von 200°C bis 450°C durchgeführt werden, welche höher als eine konventionelle Temperatur (170°C) ist und somit entsteht ein Problem von wirtschaftlichem Nachteil aufgrund der Verringerung der Produktivität bei der Herstellung von Teilen.
Zusätzlich haben die oben beschriebenen konventionellen Stahlbleche hervorragende Zugfestigkeiten, die mittels eines einfachen Festigkeitstests gemessen wurden, der nach der Paint-Baking-Behandlung durchgeführt wurde wenn jedoch plastische Verformung in Einklang mit tatsächlichen Pressbedingungen eintrifft, variiert die Festigkeit wesentlich und demzufolge können konventionelle Stahlbleche nicht immer für die Teile benutzt werden, die Zuverlässigkeit verlangen.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochfestes kaltgewalztes Stahlblech bereitzustellen, welches die Probleme der konventionellen Verfahren lösen kann. Das oben beschriebene hochfeste Stahlblech hat hohe Duktilität, hervorragende Reckalterungseigenschaften zum Erhöhen der Festigkeit, nachdem Kraftfahrzeugteile geformt sind, ausreichend um das Gewicht der Kraftfahrzeugkarosserien zu verringern, und hervorragende Kollisionswiderstandseigenschaften. Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum zuverlässigen Durchführen einer Massenproduktion des oben beschriebenen Stahlblechs bei geringeren Kosten bereit. Die Reckalterungseigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen eine BH-Menge von 80 MPa oder mehr und eine ΔTS von 50 MPa oder mehr, unter den Bedingungen einer Vorverformung von 5 %-Zugbelastung bei einer Temperatur von 170°C und einer Beibehaltungszeit von 20 Minuten, bereitstellen.
Offenbarung der Erfindung
Für diesen Zweck haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Experimente zur Auswertung von Materialien durchgeführt, indem sie Stahlbleche mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und welche unter unterschiedlichen Bedingungen geformt sind, benutzt haben. Demzufolge wurde herausgefunden, dass Verbesserungen der Pressformbarkeit und Erhöhung der Festigkeit nach Pressumformen einfach erreicht werden konnte, indem man N als ein Steigerungselement benutzte, welches bis dann nicht vorteilhaft für Anwendungen, in welchen hervorragende Bearbeitungseigenschaften verlangt sind, benutzt wurde, so dass Elemente, die Legierungen bilden, verringert werden und durch vorteilhafte Verwendung eines signifikanten Reckalterungsphänomens, das durch die Funktion dieses Steigerungselementes (N) erzeugt wurde.
Zusätzlich haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass durch Kontrollieren der Wärmebedingungen für ein kaltgewalztes Stahlblech, einschließlich Erwärmungs- und Abkühlungsbedingungen, eine Gefügezusammensetzung, bestehend aus Ferrit, Bainit und Restaustenit gebildet werden konnte, die Duktilität konnte wesentlich verbessert werden und Pressumformung wurde ebenfalls verbessert. Ferner haben die Erfinder herausgefunden, dass durch Kontrollieren der oben beschriebenen Wärmebehandlungsbedingungen die Menge von gelöstem N in einem geeigneten Bereich kontrolliert gehalten werden konnte, das Reckalterungsphänomen, verursacht durch N, vorteilhaft verwendet werden konnte und Kollisionswiderstandseigenschaften von Kraftfahrzeugteilen wesentlich verbessert werden konnten.
Weitere intensive Forschungen wurden, basierend auf den oben beschriebenen Entdeckungen, durchgeführt und auf Basis dieser wurde die vorliegende Erfindung verwirklicht. Das heißt, ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein hochfestes kaltgewalztes Stahlblech, wie in Anspruch 1 definiert.
In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist die Dicke des hochfesten kaltgewalzten Stahlblechs vorzugsweise ein dünnes Stahlblech mit einer Dicke von 3,2 mm oder weniger.
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten kaltgewalzten Stahlblechs mit hervorragender Duktilität und Reckalterungseigenschaften mit ΔTS von 50 MPa oder mehr, wie in Anspruch 3 definiert, bereitgestellt.
Beste Art und Weise zum Durchführen der Erfindung
Zuerst werden die Ursachen der Einschränkung der Zusammensetzung des Stahlblechs der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der vorliegenden Erfindung wird Massen-% einfach als % bezeichnet.
C: 0,05 % bis 0,25
C ist ein Element zum Erhöhen der Festigkeit eines Stahlblechs und ist in einer Austenitphase (γ) konzentriert, um so die γ-Phase zu stabilisieren und in der vorliegenden Erfindung muss der Gehalt davon 0,05 % oder mehr sein, um eine erwünschte Menge von Rest-γ zu gewährleisten. Andererseits, wenn der Gehalt mehr als 0,25 % ist, wird die Schweißbarkeit extrem verschlechtert. Somit wird der Gehalt von C auf den Bereich von 0,5 % bis 0,25 % eingeschränkt. Um eine signifikant überlegene Duktilität und Schweißbarkeit gleichzeitig zu erhalten, ist der Gehalt vorzugsweise in einem Bereich von 0,07 % bis 0,18 %.
Si: 0,4 % bis 2,0 %
Si ist ein effektives Element zum Erhöhen der Festigkeit eines Stahlblechs, ohne dass die Duktilität des Stahlblechs wesentlich verringert wird und zusätzlich ist es ein Element, das eine Erhöhung der Stabilität von nicht umgewandeltem γ durch Unterdrückung der Formation von Karbidmaterialien bewirkt, wenn die γ-Phase in Bainit umgewandelt wird. Der oben beschriebene Effekt kann beobachtet werden, wenn der Gehalt 0,4 % oder mehr ist. Andererseits wird, wenn der Gehalt mehr als 2,0 % ist, der Effekt gesättigt und ferner werden Oberflächeneigenschaften, wie beispielsweise Oberflächenbedingungen oder Verarbeitbarkeit mittels chemischen Umwandlungsbehandlungen, nachteilig beeinflusst. Demzufolge wird der Gehalt an Si auf den Bereich von 0,4 % bis 2,0 % eingeschränkt. Ferner ist der Gehalt vorzugsweise in einem Bereich von 0,6 % bis 1,5 %.
Mn: 0,5 % bis 3,0
Mn ist ein Element zur Verbesserung der Bake-Hardening-Eigenschaften und trägt wesentlich zu einer Erhöhung der Festigkeit eines Stahlblechs bei. Ferner ist Mn ein effektives Element zum Verhindern von Warmrissbildung, verursacht durch S und ist vorzugsweise in entsprechenden Mengen zu der Menge von S hinzugefügt. Indem es in der γ-Phase konzentriert ist, verbessert Mn ferner die Bake-Hardening-Eigenschaften und übt einen Stabilisierungseffekt auf die Rest-γ-Phase aus. Dieser Effekt kann beobachtet werden, wenn der Gehalt 0,5 % oder mehr ist, wenn jedoch der Gehalt 3,0 oder mehr ist, sind die oben beschriebenen Effekte gesättigt und die Punktschweißbarkeit wird wesentlich verschlechtert. Demzufolge wird der Gehalt an Mn auf einen Bereich von 0,5 % bis 3,0 % beschränkt. Ferner ist der Gehalt vorzugsweise in einem Bereich von 0,9 % bis 2,0 %.
P: 0,08 % oder weniger
P ist ein effektives Element zum Fördern der Bildung einer Festlösung eines Stahlblechs und zur Verbesserung der Duktilität oder des r-Werts (Lankfordwert); wenn jedoch P übermäßig enthalten ist, wird der Stahl spröde und somit wird Bördelbearbeitung (extended flange workability) verschlechtert. Ferner neigt P sehr dazu, sich innerhalb des Stahls zu lokalisieren und folglich können geschweißte Teile aufgrund dieser Lokalisationen spröde werden. Demzufolge wird der Gehalt an P auf 0,08 % oder weniger eingeschränkt. Im Falle dessen, dass die Bördelbearbeitung und die Zähigkeit der geschweißten Abschnitte von besonderer Bedeutung sind, wird der Gehalt vorzugsweise auf 0,04 % oder weniger eingestellt. Im Hinblick auf die Zähigkeit eines Schweißabschnitts ist der Gehalt besonders bevorzugt 0,02 % oder weniger.
Al: 0,02 % oder weniger
Al ist ein effektives Element, das bei der Bildung eines Barrens als ein Oxidationsmittel zum Verbessern der Reinheit des Stahls dient, und welches auch die Ausbildung eines feineren Stahlgefüges fördert und folglich ist der Gehalt in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 0,005 % oder mehr. Andererseits verschlechtert ein übermäßig hoher Gehalt an Al die Reinheit der Oberfläche eines Stahlblechs und verringert zusätzlich N in einem Festlösungszustand. Demzufolge wird der gelöste N, welcher zu dem Reckalterungsphänomen beiträgt, unzureichend und die Reckalterungseigenschaften, welche die Vorteil der vorliegenden Erfindung sind, werden verschlechtert. Somit wird der Gehalt an Al niedrig eingestellt, und zwar 0,02 % oder weniger. Um die hervorragenden Reckalterungseigenschaften zuverlässig zu halten, ist der Gehalt vorzugsweise 0,015 % oder weniger.
N: 0,0050 % bis 0,0250 %
N ist das wichtigste Element der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Erfindung wird durch Kontrollieren der Herstellungsbedingungen, während eine zweckmäßige Menge an N enthalten ist, die Menge an N in einem Festlösungszustand gesichert, welcher notwendig und ausreichend für ein kaltgewalztes Produkt ist. Demzufolge kann der Effekt einer erhöhten Festigkeit (YS und TS), welcher durch Förderung der Entstehung einer Festlösung und der Reckalterung erhalten wird, vollständig erhalten werden und demzufolge können die mechanischen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung zuverlässig erfüllt werden, d. h. eine TS von 440 MPa oder mehr, eine BH-Menge von 80 MPa oder mehr und eine erhöhte Zugfestigkeit der ΔTS von 50 MPa oder mehr, vor und nach Reckalterungsbehandlung. Somit kann der Kollisionswiderstand und die Dauerfestigkeitseigenschaften der Endprodukte (-Teile) auch verbessert werden. Ferner kann durch Anwendung der Wirkung einer erhöhten Festigkeit durch gelöstes N, die Menge von hinzugefügtes C, Si, Mn oder dergleichen verringert werden und folglich kann die Verschlechterung der Schweißbarkeit und Anstreicheigenschaften verhindert werden.
Wenn der Gehalt an N weniger als 0,0050 % ist, ist es schwierig, den oben beschriebenen Effekt der Erhöhung der Festigkeit zuverlässig zu erhalten. Andererseits, wenn der Gehalt an N mehr als 0,0250 % ist, wird der Betrag von Erzeugungen von internen Defekten in einem Stahlblech hoch und Rissbildung von Brammen oder dergleichen tritt häufig ein. Demzufolge wird der Gehalt an N auf 0,0050 % bis 0,0250 % beschränkt. Ferner ist der Gehalt an N besonders in dem Bereich von 0,0070 % bis 0,0170 % bevorzugt., um die Stabilität der Materialqualität beizubehalten und um die Produktionsfördermenge im Hinblick auf den gesamten Herstellungsprozess zu erhöhen. Wenn der Gehalt an N im Bereich der vorliegenden Erfindung ist, wird die Schweißbarkeit, wie Punktschweißbarkeit oder die Lichtbogenschweißbarkeit nicht nachteilig beeinflusst.
N in Festlösungszustand: 0,0010 % oder mehr
Um ausreichende Festigkeit eines kaltgewalzten Produkts durch Förderung der Entstehung einer festen Lösung zu gewährleisten und um den Reckalterungseffekt durch das Vorhandensein von N zufrieden stellend zu erhalten, muss N in einem Festlösungszustand (gelöstes N) enthaltend in einem Stahl in einer Menge (Konzentration) von 0,0010 % oder mehr vorhanden sein.
In der vorliegenden Erfindung wird die Menge von gelöstem N (solute N) durch Abziehen der Menge an ausgeschiedenen N von der Gesamtmenge an N in dem Stahl erhalten. Als eine analytische Methode zum Analysieren der Menge von ausgeschiedenem N wurde durch intensive Untersuchungen der Erfinder der vorliegenden Erfindung an unterschiedlichen Analysemethoden herausgefunden, dass ein analytisches Extraktions analyseverfahren unter Verwendung eines konstanten spannungselektrolytischen Verfahrens effektiv genutzt werden konnte. Alls ein Verfahren zum Schmelzen eines Ausgangseisens, welches für die Extraktionsanalyse verwendet wird, ist zusätzlich ein Säureentschlüsselungsverfahren, ein Halogenisierungsverfahren oder ein elektrolytisches Verfahren zu erwähnen. Von den obigen Verfahren ist das elektrolytische Verfahren zu bevorzugen, da Ausgangseisen nur ohne Auflösen von extrem unstabilen ausgeschiedenen Materialien, wie beispielsweise Karbide oder Nitride, stabil geschmolzen werden kann. Die Elektrolyse wird mit einer konstanten Spannung unter Verwendung einer auf Acetylaceton basierenden Lösung als ein Elektrolyt durchgeführt. In der vorliegenden Erfindung hat das Ergebnis der Menge von ausgeschiedenem N, das unter Benutzung eines konstanten spannungselektrolytischen Verfahrens gemessen wurde, die beste Übereinstimmung mit der tatsächlichen Festigkeit der fertigen Teile gezeigt.
Wie oben beschrieben, ist in der vorliegenden Erfindung ein Rest, der mittels einem konstanten spannungselektrolytischen Verfahren extrahiert wird, chemisch aufgelöst, damit die Menge an N in dem Rest erhalten wird, und diese Menge an N wird als die Menge von ausgeschiedenen N benutzt.
Um einen höheren BH-Wert und ΔTS zu erhalten, ist die Menge an gelöstem N 0,0020 % oder mehr und um noch höhere Werte zu erhalten, ist der Gehalt vorzugsweise auf 0,0030 % oder mehr eingestellt.
N/Al (das Verhältnis von N-Gehalt zu Al-Gehalt): 0,3 oder mehr
Um in einem Endprodukt stabil 0,0010 % oder mehr von gelöstem N zu enthalten, muss die Menge an AI, welches ein Element ist, das N stark fixiert, begrenzt werden. Gemäß den Ergebnissen, die durch Ändern der Kombinationen der N-Gehalte und der Al-Gehalte innerhalb den Bereichen der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, hat man herausgefunden, damit ein kaltgewalztes Produkt 0,0010 % oder mehr des gelösten N enthalten soll, um somit die hervorragenden Reckalterungseigenschaften zu erhalten, muss das Verhältnis N/Al 0,3 oder mehr sein, wenn die Menge von Al auf ein niedriges Niveau, wie 0,02 % oder weniger, festgestellt wird. Das heißt, die Menge an Al ist beschränkt auf (N-Gehalt)/ 0,3 oder weniger. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Zusammensetzungen enthält das Stahlblech, gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn notwendig, vorzugsweise zumindest eine Gruppe, ausgewählt aus den folgenden Gruppen a bis c.
Die Gruppe a enthält zumindest einen von 0,0003 % bis 0,01 % an B, 0,005 % bis 1,5 % an Cu, 0,005 % bis 1,5 % an Ni und 0,05 % bis 1,0 % an Cr;
die Gruppe b enthält zumindest einen von Ti, Nb, V und Zr in einer Gesamtmenge von 0,002 % bis 0,03 %; und
die Gruppe c enthält zumindest einen von Ca und REM in einer Gesamtmenge von 0,0010 % bis 0,010 %.
Die Gruppe a: Zumindest einen von 0,0003 % bis 0,01 % an B, 0,005 % bis 1,5 an Cu, 0,005 % bis 1,5 % an Ni und 0,05 % bis 1,0 % an Cr
Alle Elemente der Gruppe a: B, Cu, Ni und Cr sind Elemente, die die Bake-Hardening-Eigenschaften, ähnlich wie auch Mn, verbessern und wenn notwendig wird zumindest eines von diesen Elementen ausgewählt und hinzugefügt.
B ist ein wirksames Element, welches die Bake-Hardening-Eigenschaften und auch die Duktilität verbessert, und die oben erwähnten Effekte können beobachtet werden, wenn der Gehalt 0,0003 % oder mehr ist. Wenn der Gehalt mehr als 0,01 % ist, wird anderseits B ausgeschieden und folglich verschlechtert sich die Bearbeitungseigenschaft. Demzufolge ist der Gehalt an B vorzugsweise beschränkt auf 0,0003 % bis 0,01 %.
Cu ist ein Element, welches die Bake-Hardening-Eigenschaften und auch die Festigkeit eines Stahlblechs verbessert und die oben erwähnten Effekte können beobachtet werden, wenn der Gehalt 0,05 % oder mehr ist. Wenn der Gehalt mehr als 1,5 % ist, treten häufig während des Warmwalzens Krustendefekte auf. Demzufolge ist der Gehalt an Cu vorzugsweise 0,05 % bis 1,5 %.
Da Ni ein Element ist, welches die Bake-Hardening-Eigenschaften und auch die Festigkeit eines Stahlblechs verbessert und ferner die Plattiereigenschaften eines Stahlblechs nicht ernsthaft verschlechtert, kann es, wenn notwendig, hinzugefügt werden. Die oben beschriebenen Effekte können beobachtet werden, wenn der Gehalt 0,005 % oder mehr ist. Wenn jedoch der Gehalt 1,5 % oder mehr ist, wird die Festigkeit so sehr erhöht, dass die Duktilität verschlechtert wird, und als Folge verschlechtern sich auch die Bearbeitungseigenschaften während des Pressumformens. Somit ist der Gehalt an Ni vorzugsweise 0,005 % bis 1,5 %.
Cr ist ein Element, welches die Bake-Hardening-Eigenschaften verbessert und die Festigkeit eines Stahlblechs erhöht und es hat auch den Effekt von feinem Dispergieren der γ-Phase und die Verbesserung der Duktilität. Die oben beschriebenen Effekte können beobachtet werden, wenn der Gehalt 0,05 % oder mehr ist. Andererseits wird die Benetzbarkeit (wettability) mit einer plattierten Schicht verschlechtert, wenn der Gehalt mehr als 1,0 % ist. Somit ist der Gehalt an Cr vorzugsweise 0,05 % bis 1,0 %.
Die Gruppe b: Zumindest einen von Ti, Nb, V und Zr in einer Gesamtmenge von 0,002 % bis 0,03 % Alle Elemente der Gruppe b sind Elemente, welche den Kristallpartikeln erlauben feiner zu werden und den Effekt der Verbesserung der Duktilität haben, und wenn notwendig kann zumindest eines von diesen ausgewählt und hinzugefügt werden. Wenn jedoch der Gehalt übermäßig ist, wird die Menge an N in einem Festlösungszustand verringert. Demzufolge ist zumindest ein Teil von Ti, Nb, V und Zr vorzugsweise in einer Gesamtmenge von 0,002 % bis 0,03 % enthalten.
Die Gruppe c: Zumindest einen von Ca und REM in einer Gesamtmenge von 0,0010 % bis 0,010 %
Alle Elemente der Gruppe c, d.h. Ca und REM, sind effektive Elemente zum Kontrollieren der Form der Einschlüsse und insbesondere, wenn die Bördelbearbeitung verlangt wird, sind diese vorzugsweise alleine oder in Kombination enthalten. In dem oben beschriebenen Fall ist, wenn die Gesamtmenge der Elemente der Gruppe c weniger als 0,0010 % ist, der Effekt zum Kontrollieren der Form der Einschlüsse unzureichend und wenn der Gehalt mehr als 0,010 % ist, tritt anderseits die Erzeugung von Oberflächendefekten häufig ein. Demzufolge ist die Gesamtmenge der Elemente der Gruppe c vorzugsweise beschränkt auf 0,0010 % bis 0,010 %.
Der Rest, außer den oben beschriebenen Komponenten, ist Fe und unvermeidbare Verunreinigungen. Als unvermeidbare Verunreinigung kann 0,02 % oder weniger an S enthalten sein.
S ist in einem Stahlblech als Einschluss vorhanden und ist ein Element, welches die Duktilität und Korrosionswiderstand des Stahlblechs verschlechtert, und folglich wird der Gehalt davon vorzugsweise so weit wie möglich reduziert. In einem Gegenstand, in welchem hervorragende Bearbeitungseigenschaften besonders verlangt werden, ist der Gehalt vorzugsweise 0,015 % oder weniger, und wenn das Niveau der Bördeleigenschaften hoch ist, wird der Gehalt an S vorzugsweise auf 0,008 % oder weniger verringert. Um die Reckalterungseigenschaften auf einem hohen Niveau stabil zu erhalten, wird der Gehalt an S vorzugsweise auf 0,008 % oder weniger verringert, auch wenn die detaillierten Mechanismen nicht verstanden worden sind.
Als nächstes wird das Gefüge des Stahlblechs der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Volumenfraktion der Ferritphase: 20 % bis 80
Das kaltgewalzte Stahlblech, gemäß der vorliegenden Erfindung, ist ein für KFZ oder dergleichen Anwendungen, welche hervorragende Bearbeitungseigenschaften erfordern benutztes Stahlblech, und damit die Duktilität gesichert ist, enthält das Gefüge des Stahlblechs 20 bis 80 % einer Ferritphase auf einer Volumenfraktionsbasis. Wenn die Volumenfraktion der Ferritphase weniger als 20 % ist, wird es schwierig, die für die Anwendungen im KFZ, welche hervorragende Bearbeitungseigenschaften verlangen erforderliche Duktilität zu sichern. Wenn hervorragende Duktilität erforderlich ist, ist die Volumenfraktion der Ferritphase vorzugsweise 30 % oder mehr. Andererseits, wenn die Volumenfraktion der Ferritphase mehr als 80 % ist, werden die Vorteile des zusammengesetzten Gefüges reduziert. Demzufolge wird die Volumenfraktion der Ferritphase auf 20 % bis 80 % eingestellt.
Volumenfraktion der Bainitphase: 10 % bis 60 %
Das kaltgewalzte Stahlblech, gemäß der vorliegenden Erfindung, wird als ein hochfestes Stahlblech geformt, welches für Kraftfahrzeuge oder dergleichen Anwendungen benutzt wird, welche hervorragende Bearbeitungseigenschaften verlangen, und damit die überlegene Kombination der Duktilität und der Festigkeit gewährleistet wird, enthält das Gefüge zusätzlich zu der Ferritphase ferner 10 bis 60 % einer Bainitphase. Wenn die Volumenfraktion der Bainitphase weniger als 10 % ist, ist es schwierig, die notwendige Duktilität und Festigkeit zu gewährleisten. Wenn eine noch bessere Duktilität gefordert wird, ist die Volumenfraktion der Bainitphase vorzugsweise 15 % oder mehr. Andererseits, wenn die Volumenfraktion der Bainitphase mehr als 60 % ist, wird die Duktilität wesentlich verringert. Demzufolge ist die Volumenfraktion der Bainitphase auf 10 bis 60 % eingestellt.
Volumenfraktion der Restaustenitphase: 3,0 % oder mehr
Das kaltgewalzte Stahlblech, gemäß der vorliegenden Erfindung, enthält 3,0 % oder mehr einer Restaustenit-(γ)-phase auf einer Volumenfraktionsbasis, um die hervorragende Duktilität sicherzustellen. Demzufolge kann eine Dehnung von 35 % oder mehr und eine Dehnung von 30 % oder mehr für ein Stahlblech mit einem Zugfestigkeitsniveau jeweils von 590 MPa und einem Stahlblech mit einem Zugfestigkeitsniveau von 780 MPa gewährleistet werden. Die obere Grenze des Volumens der Rest-γ-phase ist nicht besonders eingeschränkt, jedoch wird geglaubt, dass ungefähr 15 % im Wesentlichen die obere Grenze ist. In der vorliegenden Erfindung, wenn eine große Menge an N enthalten ist und in einem Festlösungszustand vorhanden ist, dann kann die Menge an Rest-γ sehr stabil gewährleistet werden.
Ferner, als eine Phase, eine andere als die oben beschriebenen Phasen, kann ein geringes Volumen (10 % oder weniger) einer Martensitphase enthalten sein.
Das kaltgewalzte Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Zusammensetzung und dem Gefüge, wie oben beschrieben, ist ein kaltgewalztes Stahlblech, welches eine Zugfestigkeit TS von 440 MPa oder mehr hat, hervorragende Duktilität und hervorragende Reckalterungseigenschaften aufweist und nach Pressumformen und Paint-Baking-Behandlung ist die Fließspannung und die Zugspannung des Stahlblechs er höht, so dass ein Endprodukt mit hervorragenden Kollisionswiderstandeigenschaften erhalten werden kann.
Wenn die Reckalterungseigenschaften definiert werden, ist eine Vorspannungsmenge (Vorverformungsmenge) ein wichtiger Faktor. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Experimente hinsichtlich des Einflusses der Vorspannungsmenge (prestrain amount) auf die Reckalterungseigenschaften, im Hinblick auf einen Deformationsmodus, ausgeführt, der auf ein Stahlblech für Kraftfahrzeuge angelegt wurde, und als Ergebnis haben die Erfinder herausgefunden, dass (1) die Verformungsspannung in dem oben erwähnten Verformungsmodus im Großen und Ganzen in vielen Fällen außer in dem Fall von Tiefziehen durch Verwendung einer äquivalenten einachsigen Belastung (Zugbelastung) verstanden werden konnte, (2) diese äquivalente einachsige Belastung eines tatsächlichen Teils ungefähr mehr als 5 % ist und (3) die Festigkeit eines Teils gut mit der Festigkeit (YS oder TS) übereinstimmte, die nach einer Reckalterungsbehandlung bei einer Vorbelastung bzw. Vorspannung von 5 % erhalten wurden. Auf Basis dieser Beobachtungen wird die Vorverformung der Reckalterungsbehandlung in der vorliegenden Erfindung auf eine Zugbelastung von 5 % eingestellt.
In konventionellen Paint-Baking-Behandlungen werden Bedingungen, bei einer Temperatur von 170°C für 20 Minuten, als Standardbedingungen verwendet. Wenn eine Belastung von 5 % oder mehr auf das Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung angelegt wird, welches eine große Menge an gelöstem N enthält, kann Verhärtung mit einer noch milderen (niedrigeren Temperatur) Behandlung erreicht werden, mit anderen Worten können Alterungsbehandlungsbedingungen erweitert werden. Um erhöhte Mengen zu erhalten, die durch Verhärtung verursacht sind, wird allgemein gesehen Verhärtungsbehandlung vorteilhafterweise bei einer höheren Temperatur durchgeführt und für einen längeren Zeitraum, so lange das Stahlblech nicht durch übermäßiges Altern weich wird.
Genauer gesehen, ist in dem Stahlblech, gemäß der vorliegenden Erfindung, eine untere Grenze der Erwärmungstemperatur, bei welcher Verhärtung signifikant nach der Vorverformung eintritt, ungefähr 100°C. Andererseits, wenn die Erwärmungstemperatur mehr als 300°C ist, setzt sich die Verhärtung nicht fort. Wenn die Erwärmungstemperatur mehr als 400°C ist, tritt Aufweichung nachteilhaftig ein und die Erzeugung von Wärmebelastung und Anlaufzeichen werden deutlich. Betreffend der Haltungszeit kann bei ungefähr 30 Sekunden ein ausreichendes Verhärten durchgeführt werden, wenn die Erwärmungstemperatur ungefähr 200°C ist. Um ein noch stabileres Verhärten zu erhalten, wird die Haltezeit vorzugsweise auf 60 Sekunden oder mehr eingestellt. Wenn die Haltezeit mehr als 20 Minuten ist, kann ein weiteres Verhärten nicht erwartet werden und zusätzlich kann diese Haltezeit in der Praxis nicht eingesetzt werden, da dadurch die Produktivität signifikant verringert wird.
Wie oben beschrieben, wird in der vorliegenden Erfindung die Auswertung unter den Bedingungen einer Erwärmungstemperatur von 170°C und einer Haltezeit von 20 Minuten als Alterungsbedingungen durchgeführt, welche konventionelle Paint-Baking-Bedingungen sind. Unter den Bedingungen einer niedrigen Temperatur und einer kurzen Haltezeit, in welchen ein konventionelles Paint-Baking-Typ-Stahlblech nicht völlig verhärtet werden kann, kann das Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung stabil und zufriedenstellend verhärtet werden. In der vorliegenden Erfindung ist die Art des Erwärmens nicht besonders eingeschränkt und zusätzlich zur atmosphärischen Erwärmung mittels eines Ofens, welcher generell für Paint-Baking benutzt wird, kann beispielsweise Hochfrequenzerwärmung, Erwärmung unter Verwendung einer nicht oxidierenden Flamme, Laser oder Plasma und dergleichen vorzugsweise genutzt werden.
Die Festigkeit der Kraftfahrzeugteile muss stark genug sein, um externen und komplizierten auf diese wirkenden Belastungen standzuhalten und folglich sind in einem Basis-Stahlblech neben Festigkeitseigenschaften in einem großen Belastungsbereich wichtig, auch solche in einem geringen Belastungsbereich bedeutsam. Mit Rücksicht auf den oben beschriebenen Punkt haben sich die Erfinder der vorliegenden Erfindung dafür entschieden, dass das Stahlblech der vorliegenden Erfindung, das als ein Grundwerkstoff für Automobilteile benutzt wird, einen BH-Wert von 80 MPa oder mehr und einen ΔTS-Wert von 50 MPa oder mehr hat. Um den BH-Wert und den ΔTS-Wert weiter zu erhöhen, kann die Erwärmungstemperatur für die Alterungsbehandlung erhöht werden und/oder die Beibehaltungszeit verlängert werden.
Ferner hat das Stahlblech der vorliegenden Erfindung neue Vorteile, welche in der Vergangenheit nicht erreicht werden konnten, und zwar tritt in der Alterungsverschlechterung (einem Phänomen, in welchem YS erhöht wird und EI (Dehnung) verringert wird) nicht ein, auch wenn das Stahlblech für einen langen Zeitraum, ungefähr 1 Jahr, bei Zimmertemperatur gelagert wird, solange das Stahlblech nicht verformt oder maschinell bearbeitet wird.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können auch erzielt werden, wenn die Dicke des fertig bearbeiteten Produkts relativ groß ist; wenn jedoch die Dicke des Endprodukts größer als 3,2 mm ist, kann eine notwendige und ausreichende Abkühlrate bei Wärmebehandlung eines kaltgewalzten Stahlblechs nicht gewährleistet werden, Reckalterung tritt während kontinuierlicher Wärmebehandlung ein und folglich können die erwünschten Reckalterungseigenschaften für das fertig bearbeitete Produkt kaum erzielt werden. Demzufolge ist die Dicke des Stahlblechs der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 3,2 mm oder weniger.
In der vorliegenden Erfindung kann ferner Elektroplattieren oder schmelzflüssiges Plattieren auf der Oberfläche des kaltgewalzten Stahlblechs gemäß der vorerwähnten beschriebenen Erfindung durchgeführt werden. Diese plattierten Stahlbleche haben den TS-Wert, BH-Wert und ΔTS-Wert äquivalent mit denen, die vor Plattieren erhalten wurden. Hinsichtlich der Art und Weise des Plattierens werden vorzugsweise elektrolytisches Zinkplattieren, schmelzflüssiges Zinkplattieren, legiertes schmelzflüssiges Zinkplattieren, elektrolytisches Zinnplattieren, elektrolytisches Chromplattieren, elektrolytisches Nickelplattieren oder dergleichen verwendet.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Stahlblechs der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ein dünnes Stahlblech, das in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, ist ein kaltgewalztes Blech mit einer vorbestimmten Dicke, welches mittels den Schritten gebildet wird: Erwärmen einer Bramme mit der oben beschriebenen Zusammensetzung, Warmwalzen der Bramme, um ein warmgewalztes Stahlblech zu bilden, und Kaltwalzen des warmgewalzten Stahlblechs. Die Temperatur zum Erwärmen der Bramme und die Walzbedingungen des Warm- und Kaltwalzens sind nicht besonders eingeschränkt, solange ein kaltgewalztes Blech mit einer vorbestimmten Dicke erhalten wird.
In der vorliegenden Erfindung wird ein dünnes Stahlblech unter Verwendung einer kontinuierlichen Wärmestraße einer Wärmebehandlung unterzogen, welches 0,05 % bis 0,30 % an C, 0,4 % bis 2,0 % an Si, 0,7 % bis 3,0 % an Mn, 0,08 % oder weniger an P, 0,02 % oder weniger an Al und 0,0050 % bis 0,0250 % an N in Massen-% enthält und in welchem das Verhältnis N/Al 0,3 oder mehr ist.
Die Erwärmungstemperatur der Wärmebehandlung ist auf eine Temperatur zwischen (einem Ac₁-Umwandlungstemperaturpunkt) und (einem Ac₃-Umwandlungstemperaturpunkt + 50°C) eingestellt. Um in der vorliegenden Erfindung eine vorbestimmte Menge von Rest-γ in dem Endprodukt sicherzustellen, ist die Erwärmungstemperatur der Wärmebehandlung vorzugsweise der Ac₁-Umwandlungspunkt oder mehr. Wenn die Temperatur auf den Ac₁-Umwandlungspunkt oder mehr erwärmt wird, tritt Phasenseparation ein, um zwei Phasen von Ferrit und Austenit (γ) zu bilden, und nach dem Abkühlen wird das restliche γ gebildet. Wenn die Erwärmungstemperatur höher als der Ac₃-Umwandlungspunkt ist, tritt ferner Phasenseparation ein, um eine Ferrit- und eine Austenitphase während des Abkühlens zu bilden und nach dem Abkühlen wird die Rest-γ-phase gebildet. Wenn jedoch die Erwärmungstemperatur höher als (Ac₃-Umwandlungspunkt + 50°C) ist, wachsen während der Wärmebehandlung Kristallkörner und die Duktilität wird verringert. Demzufolge ist die Erwärmungstemperatur der Wärmebehandlung vorzugsweise zwischen (den Ac₁-Umwandlungspunkt) und (den Ac₃-Umwandlungspunkt + 50°C). Die Beibehaltungszeit bei der Erwärmungstemperatur ist nicht besonders eingeschränkt, sie ist jedoch vorzugsweise 20 bis 60 Sekunden.
Als nächstes wird das Stahlblech durch eine Abkühlbehandlung weiterverarbeitet, d. h. das Stahlblech wird von der Erwärmungstemperatur auf eine Temperatur in dem Bereich von 350 bis 500°C abgeschreckt, in welchem die Abkühlung unter einer Abkühlrate von 5 bis 150°C/Sekunde in dem Bereich von zumindest 600 bis 500°C durchgeführt wird.
Wenn die Abkühlrate weniger als 5°C/Sekunden ist, tritt Pearlitumwandlung ein, die Bildung von Rest-γ wird unterdrückt und demzufolge wird die Duktilität verringert. Andererseits, wenn die Abkühlrate mehr als 150°C/Sekunden ist, bleibt eine große Menge an C in einem Festlösungszustand in der Ferritphase und folglich wird die Bildung der Rest-γ-phase unterdrückt. Demzufolge ist die Abkühlrate der Erwärmungstemperatur auf dem Temperaturbereich von 350 bis 500°C vorzugsweise 5 bis 150°C/Sekunden. Ferner darf das oben beschriebene Abschrecken nur in dem Bereich von zumindest 600 bis 500°C durchgeführt werden. Der Grund dafür ist, dass die Pearlitumwandlung in dem Temperaturbereich von 600 bis 500°C eindeutig wird. In der vorliegenden Erfindung ist die Spezifizierung, der oben beschriebenen Abkühlrate in einem anderen Bereich als der des Temperaturbereichs von 600 bis 500°C, nicht notwendig.
Als nächstes wird eine Beibehaltungsbehandlung zum Beibehalten des Stahlblechs in dem Temperaturbereich von 350 bis 500°C für 30 Sekunden oder mehr durchgeführt. Mittels dieser Beibehaltungsbehandlung in dem Temperaturbereich von 350°C bis 500°C wird ein Teil von γ in Bainit umgewandelt und C wird gleichzeitig in nicht umgewandeltem γ angereicht, wodurch die γ-Phase stabilisiert wird. Demzufolge wird, nachdem die Temperatur auf die Zimmertemperatur reduziert ist, der Austenitzustand beibehalten und folglich wird der Rest γ gebildet. Da dieser Typ von Reaktion wesentlich in dem Bereich von 350 bis 500°C eintritt, wenn die Temperatur der Haltebehandlung mehr als 500°C ist, ist es wahrscheinlich, dass sich Karbide bilden. Demzufolge wird die Anreicherung von C in der Austenitphase nicht gefördert und die Bildung der Rest-γ-phase wird verhindert. Wenn die Temperatur der Beibehaltungsbehandlung weniger als 350°C ist, braucht anderseits die oben beschriebene Reaktion einen langen Zeitraum und folglich wird eine vorbestimmte Menge des Rest-γ nicht gebildet. Um eine genügende Menge an Rest-γ zu erhalten, ist die Zeit der Haltebehandlung vorzugsweise 30 Sekunden oder mehr. Um das Rest-γ zuverlässig zu sichern, ist die Zeit von 60 Sekunden oder mehr besonders bevorzugt. Außerdem wird im Hinblick auf die Produktivität die Zeit der Haltebehandlung vorzugsweise auf 600 Sekunden oder weniger eingestellt. "Halten" kann in der vorliegenden Erfindung, langsames Erwärmen oder langsames Abkühlen in dem Temperaturbereich von 350 bis 500°C enthalten.
Beispiele
Schmelzflüssige Stähle mit den Zusammensetzungen, wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden durch Verwendung eines Stahlkonverters geformt und wurden dann mittels eines Stranggussverfahrens in Brammen geformt. Nachdem diese Brammen auf 1150°C erwärmt wurden, wurde Warmwalzen durchgeführt, um somit warmgewalzte Bleche zu erzeugen. In dem oben erwähnten Schritt wurde die Warmwalzabschlusstemperatur in dem Bereich von 850 bis 900°C eingestellt. Nachdem diese warmgewalzten Stahlbleche durch Beizen weiterverarbeitet wurden, wurde Kaltwalzen durchgeführt, um somit kalt gewalzte Stahlbleche auszubilden. Als nächstes wurden diese kaltgewalzten Bleche durch Wärmebehandlung und Abkühl-/Beibehaltungsbehandlungen unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen, in einer kontinuierlichen Wärmebehandlungsstraße (CAL) verarbeitet. In den oben erwähnten Schritten wurde langsames Abkühlen (bei einer Abkühlrate von 1,5°C/Sekunde) von der Erwärmungstemperatur zum Wärmebehandeln bis 680°C durchgeführt und Abschrecken wurde dann bei 680°C durchgeführt.
Für die somit erhaltenen Stahlbleche wurde die Menge an gelöstem N, Mikrostruktur, Festigkeitseigenschaften und Reckalterungseigenschaften gemessen.
(1) Messung der Menge an gelöstem N
Die Menge an gelöstem N wurde durch Abziehen der Menge an ausgeschiedenem N von der Gesamtmenge an N in dem Stahl erhalten, die durch Messungen mittels chemischer Analyse gemessen wurde. Die Menge von ausgeschiedenem N wurde mittels eines analytischen Verfahrens ermittelt, welches ein konstantspannungselektrolytisches Verfahren, wie oben beschrieben, verwendet.
(2) Mikrogefüge
Nachdem Proben von jedem der wärmebehandelten kaltgewalzten Blechen vorbereitet wurden, wurde das Mikrogefüge der Querschnitte (C-Querschnitte) senkrecht zu der Walzrichtung unter Verwendung eines optischen Mikroskops oder eines Rasterelektronenmikroskops fotografiert und die Volumenfraktion von Ferrit und Bainit wird dann mittels eines Schliffbildanalysators erhalten. Ferner wurde die Menge an Rest-γ bei einer Position 1/4t einer Dickentiefe von der Oberfläche des Stahls unter Verwendung eines Röntgendurchleuchtungsverfahrens gemessen. Die Volumenfraktion der Rest-γ-phase wurde mittels der Verhältnisse der Intensitäten an (211)- und (220)-Flächen von γ zu denen von (200) und (220) von α erhalten.
(3) Festigkeitseigenschaften
Nachdem Proben von den individuell, kaltgewalzten Stahlblechen in die Walzrichtung davon, gemäß JIS Nr. 5, vorbereitet wurden, wurde ein Zugversuch bei einer Belas tungsrate von 3 × 10^–3/Sekunden, gemäß JIS Z 2241, durchgeführt, dadurch hat man die Fließspannung YS, die Zugfestigkeit TS und die Dehnung EI erhalten.
(4) Reckalterungseigenschaften
Nachdem Proben von den individuell, kaltgewalzten Stahlblechen in Richtung der Walzrichtung, gemäß JIS Nr. 5, vorbereitet wurden, wurde eine 5 %ige Vorbelastung an jeder Probe als Vorverformung angelegt und anschließend wurde eine Wärmebehandlung für 20 Minuten bei 170°C, äquivalent zu der Paint-Baking-Behandlung, durchgeführt. Darauf folgend wurde ein Zugversuch bei einer Belastungsrate von 3 × 10^–3/Sekunden durchgeführt, Festigkeitseigenschaften (Fließspannung YS_BH und Zugfestigkeit TS) nach dem Vorverformen und der Paint-Baking-Behandlung wurden erhalten und die Menge an BH = YS_BH – YS_5% und ΔTS = TS_BH – TS wurden ausgerechnet. In dem oben beschriebenen Schritt ist YS_5% eine Deformationsbelastung, wenn ein Blechprodukt mit 5 % vorverformt wurde, YS_BH und TS_BH sind jeweils Fließspannung und Zugfestigkeit nach der Vorverformung und der Paint-Baking-Behandlung und TS ist die Zugfestigkeit eines Blechprodukts.
Diese Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
In den Beispielen der vorliegenden Erfindung wurden alle Stahlbleche erzeugt, um hervorragende Duktilität, Reckalterungseigenschaften und einen signifikant hohe BH-Werte und ΔTS-Wert zu erhalten, wobei Verbesserung in Kollisionswiderstandseigenschaften der Teile erwartet werden kann.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein hochfestes kaltgewalztes Stahlblech hergestellt werden, das eine BH-Menge von 80 MPa oder mehr und ΔTS von 50 MPa oder mehr aufweist, welche durch Vorverformung und Paint-Baking-Behandlung erhalten werden, hervorragende Reckalterungseigenschaften und hervorragende Formbarkeit aufweist, wobei dieses hochfeste kaltgewalzte Stahlblech vorteilhafterweise in unterschiedlichen industriellen Gebieten benutzt werden kann. Wenn das hochfeste kaltgewalzte Stahlblech der vorliegenden Erfindung für Kraftfahrzeugteile verwendet wird, können Teile mit stabilen und hohen Kollisionswiderstandseigenschaften erhalten werden, die Fließspannung und Zugfestigkeit haben, die durch Paint-Baking-Behandlungen oder dergleichen erhöht werden. Da die Dicke des zu benutzenden Stahlblechs auf beispielsweise 2,0 bis 1,6 mm reduziert werden kann, kann ein Stahlblech mit einer geringeren Dicke, als das vorher benutzte, verwendet werden und die Vorteile des zufriedenstellenden Verringerns des Gewichts von Kraftfahrzeugkarosserien kann auch erreicht werden. Ferner, verursacht durch Verwendung der Steigerung durch gelöstes N, kann der Gehalt eines weiteren Steigerungselementes, wie beispielsweise Si, Mn oder dergleichen, reduziert werden und demzufolge kann der Effekt einer verbesserten Schweißbarkeit und verbesserte Anstricheigenschaften erhalten werden.

Claims

Ein hochfestes kaltgewalztes Stahlblech mit hervorragender Duktilität und Reckalterungseigenschaften, wobei die Differenz zwischen Zugfestigkeit vor und nach der Reckalterungsbehandlung, ΔTS, 50 MPa oder mehr ist, hat eine Zusammensetzung, in Massen-%, die umfasst: 0,05 % bis 0,30 % an C, 0,4 % bis 2,0 % an Si, 0,7 % bis 3,0 % an Mn, 0,08 % oder weniger an P, 0,02 % oder weniger an Al, und 0,0050 % bis 0,0250 % an N, wobei N/Al 0,3 oder mehr ist, 0,0010 % oder mehr an N in einem Festlösungszustand enthalten ist, optional ferner umfasst, zumindest eine von den Gruppen a bis c in Massen-%, in welchen: die Gruppe a zumindest eine von 0,0003 % bis 0,01 % an B, 0,005 % bis 1,5 % an Cu, 0,005 % bis 1,5 % an Ni und 0,05 % bis 1,0 % an Cr enthält, die Gruppe b zumindest einen von Ti, Nb, V und Zr in einer Gesamtmenge von 0,002 % bis 0,03 % enthält, und die Gruppe c zumindest eine von Ca und REM in einer Gesamtmenge von 0,0010 % bis 0,010 % enthält, und der Rest ist Fe und unvermeidbare Verunreinigungen und das hochfeste kaltgewalzte Stahlblech hat ein zusammengesetztes Gefüge, umfassend 10 % bis 60 % einer Bainitphase, 3,0 % bis 15 % einer Restaustenitphase und optional umfassend 10 % oder weniger einer Martensitphase, wobei der Rest eine Ferritphase ist.
Ein hochfestes kaltgewalztes Stahlblech nach Anspruch 1, wobei die Dicke des hochfesten kaltgewalzten Stahlblechs 3,2 mm oder weniger ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten kaltgewalzten Stahlblechs, welches hervorragende Duktilität und Reckalterungseigenschaften aufweist, wobei die Differenz zwischen Zugfestigkeit vor und nach einer Reckalterungsbehandlung, ΔTS, 50 MPa oder mehr ist, das Verfahren umfasst einen Glühbehandlungsschritt zum Glühbehandeln eines dünnen kaltgewalzten Stahlblechs enthaltend, in Massen-%, 0,05 % bis 0,30 % an C, 0,4 % bis 2,0 % an Si, 0,7 % bis 3,0 % an Mn, 0,08 % oder weniger an P, 0,02 % oder weniger an AI, und 0,0050 % bis 0,0250 % an N, wobei N/Al 0,3 oder mehr ist, bei einer Erwärmungstemperatur zwischen (einen Ac₁-Umwandlungspunkt) und (einen Ac₃-Umwandlungspunkt + 50°C); und einen Abkühl-/Halteschritt zum Abkühlen des Stahlblechs von der Erwärmungstemperatur bei einer Kühlrate von 5 bis 150°C/Sekunden auf den Bereich von zumindest 600°C bis 500°C und Halten des Stahlblechs über 30 Sekunden oder mehr in dem Temperaturbereich von 350°C bis 500°C, wobei eine Vorverformung von 5 % oder mehr an dem Stahl angelegt wird und eine Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 100°C bis 300°C durchgeführt wird, um die erwünschten Reckalterungseigenschaften zu erhalten.