專利名稱：高強度熱軋鋼板及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明是關(guān)于用于發(fā)電機轉(zhuǎn)子等大型電器的高強度熱軋鋼板，特別是具有優(yōu)良的加工性能、導磁率高并且在強磁場下磁通密度高、強度在490MPa以上的高強度熱軋鋼板及其制造方法。
可是加入這樣的固溶強化元素不但不容易得到490MPa以上的高強度，而且加工性能顯著降低，在強磁場下的磁通密度也降低，所以綜合考慮強度、加工性能、電磁性能的均衡，希望采用細化鐵素體晶粒和微細的析出物復合強化的方法。但是含C在0.1％以上的鋼中滲碳體量多，即使鐵素體晶粒細化也不能得到良好的電磁性能，所以C必須在0.1％以下。
在日本鐵和鋼研究院出版的“材料和工藝的最新進展”，Vol.5(1992)，1863頁中提出，C在0.1％以下、采用細化鐵素體晶粒和微細的析出物復合強化的高強度熱軋鋼板中，利用加Ti獲得優(yōu)良拉伸折緣性能的析出強化型高強度熱軋鋼板，意圖是通過降C減少滲碳體的量、提高延展性，通過加大量的Ti來獲得高的強度。在特公平8-26433號公報中提出，使用含C 0.03-0.05％、Ti 0.10-0.20％的鋼，控制珠光體和相變時的低溫相的體積百分數(shù)，以提高加工性能的高強度熱軋鋼板。在特開昭63-166931號公報中提出，在Si-Mn鋼中加Ti、B制造具有高磁通密度的高強度熱軋鋼板，加入提高淬透性的B，利用熱軋后30℃/s以上的冷卻速度，使它生成貝氏體組織，利用相變強化和TiC的析出強化獲得高的強度和高的磁通密度。在特開昭58-91121號公報中提出，利用加Ti制造具有高磁通密度的高強度熱軋鋼板的方法，意圖是Si在0.10％以下，通過TiC的析出強化以提高強度。
可是存在有以下問題，在上述文獻1的技術(shù)中，由于添加了大量Ti導磁率降低；在特公平8-26433號公報表述的技術(shù)中，由于珠光體和相變時的低溫相的存在降低了導磁率；在特開昭63-166931號公報表述的技術(shù)中，由于Si和Mn多不能得到高的導磁率等。特別是在特開昭63-166931號公報中表述的技術(shù)由于含0.21-0.30％的Si、1.22-1.90％的Mn，含量相當高，還存在有表面狀態(tài)和焊接性能方面的問題。此外，采用特開昭58-91121號公報表述的技術(shù)，由于相對于C來講添加的Ti使Ti/C接近于1，因在短的熱軋過程中不可避免地殘留有固溶的Ti，存在有使導磁率降低的問題，或者為了提高強度加入大量的Si，會存在使表面狀態(tài)和焊接性能惡化的問題。
技術(shù)方案為了解決這個課題，本發(fā)明的目的是提供具有優(yōu)良的加工性能、導磁率高并且在強磁場下的磁通密度高、強度在490MPa以上的高強度熱軋鋼板和它的制造方法。
為了達到此目的，高強度熱軋鋼板的鋼的成分以質(zhì)量％表示為C0.04-0.09％、Si0.1％以下、Mn0.5-1.5％、P0.02％以下、S0.01％以下、Al0.1％以下、N0.001-0.008％、Ti0.01-0.15％，各成分含量要滿足下述(1)式，而且鐵素體α的晶粒直徑(μm)要滿足下述(2)式。
+7×[Si]+0.1×[Mn]+[P]+14×[S]+1.75×[Al]+23×[N]+[Ti]+18×[O]+7×[Cu]+18×[Sn]+7×[Mo]+1.7×[Cr]+70×[B]+7×[Ca]+14×[Zr]+14×[V]+7×[Nb]≤2 (1)3≤α≤60×[Ti]+8 (2)其中[X]表示元素X的含量(質(zhì)量％)。
以質(zhì)量％表示成分為C0.04-0.09％、Si0.1％以下、Mn0.5-1.5％、P0.02％以下、S0.01％以下、Al0.1％以下、N0.001-0.008％、Mo0.2％以下、Cr0.4％的鋼中，含Ti0.01-0.15％和Nb0.005-0.05％中一種或兩種元素，各成分含量要滿足上述(1)式，而且鐵素體α的晶粒直徑(μm)要滿足下述(3)和(4)式，會具有防止焊接熱影響區(qū)軟化的效果。
3≤α≤60×([Ti]+[Nb])+8 (3)[Mn]+6×[Cr]+15×[Mo]-0.05×α≤2(4)以質(zhì)量％表示含C0.04-0.09％、Si0.1％以下、Mn0.5-1.5％、P0.02％以下、S0.01％以下、Al0.1％以下、N0.001-0.008％、Ti0.01-0.15％的鋼板，或者C0.04-0.09％、Si0.1％以下、Mn0.5-1.5％、P0.02％以下、S0.01％以下、Al0.1％以下、N0.001-0.008％、Mo0.2％以下、Cr0.4％的鋼中，含Ti0.01-0.15％和Nb0.005-0.05％中一種或兩種元素，以鋼板的珠光體面積百分數(shù)在5％以下來替代上述鐵素體晶粒直徑的規(guī)定，也能得到同樣的效果。
這種高強度熱軋鋼板可以用具有下述工序的方法制造，把含上述成分的鋼制成板坯的工序、把此板坯在相變點Ar3以上、880℃以下精軋溫度下熱軋的工序、熱軋后使鋼板以15-35℃/s的平均冷卻速度冷卻到630-680℃溫度范圍的冷卻工序。也可以用在相變點Ar3以上、880℃以下精軋溫度下熱軋后，把鋼板以15℃/s以上的平均冷卻速度冷卻到680℃的冷卻工序、冷卻后的鋼板在卷取溫度500-650℃卷取的工序。
圖2是表示Ti+Nb含量和鐵素體晶粒直徑對導磁率和TS×EL均衡影響的圖示。
熔煉含C0.05-0.08％、Si0.01％、Mn0.5-0.95％、P0.010％、S0.003％、Al0.04％、N0.0030％、Ti0.01-0.16％的鋼，在840℃的精軋溫度下熱軋，在600℃的卷取溫度時卷取，軋成4.5mm厚熱軋鋼板。此時改變Ti、Mn量和軋后的冷卻速度，使鐵素體晶粒直徑改變。測定了得到的熱軋鋼板在50KA/m下的磁通密度B500(T)、在30KA/m下導磁率(G/Oe)和抗拉強度TS(MPa)、總延伸率EL(％)。
其結(jié)果示于

圖1。在圖1中括號外的數(shù)字表示導磁率，括號內(nèi)的數(shù)字表示綜合考慮強度-延展性(TS×EL的均衡)的值。
可以看出，鐵素體晶粒直徑α滿足上述(2)式的情況下，能夠得到60G/Oe的高導磁率和良好的TS×EL的均衡。
對滿足這種鐵素體晶粒直徑條件的鋼，用多重回歸求出包含雜質(zhì)成分的成分含量和磁通密度B500的關(guān)系，在滿足上述(1)式的情況下，能夠得到高的磁通密度。
對限定各種化學成分理由說明如下。
C是以微細的Ti和Nb碳化物析出使鋼強化的元素，要得到490MPa以上的強度，必須在0.04％以上。另一方面超過0.09％會有大量滲碳體析出，顯著降低導磁率、磁通密度、EL。因此規(guī)定C含量為0.04-0.09％，最好為0.05-0.08％。
Si是有效的強化元素，超過0.1％會生成紅銹，降低表面質(zhì)量。因此規(guī)定Si含量在0.1％以下，最好在0.03％以下。
Mn通過固溶強化能有效提高母材和焊接熱影響區(qū)強度的元素，是本發(fā)明中必要的元素。因此必須在0.5％以上?？墒浅^1.5％會使EL顯著降低，而且磁性也惡化。因此規(guī)定Mn含量在0.5-1.5％，最好為0.5-1.0％。
P在鋼板的晶界產(chǎn)生偏析，引起晶界脆化，所以規(guī)定P含量在0.02％以下。
含有大量的S會析出MnS，降低拉伸折緣性能。因此規(guī)定S含量在0.01％以下，最好在0.005％以下，更希望在0.003％以下。
Al作為脫氧劑一般含0.01％以上，超過0.1％會引起導磁率和加工性能降低。因此規(guī)定Al含量在0.1％以下，最好為0.01-0.05％。
N作為氮化物析出能防止焊接時組織粗化，提高焊接區(qū)的韌性。因此必須含0.001％以上的N?？墒浅^0.008％氮化物大量析出，使EL降低。因此規(guī)定N含量為0.001-0.008％。
Ti以TiC析出使鋼強化。不足0.01％其效果不充分，超過0.15％會增加固溶Ti的量，使導磁率降低。因此規(guī)定Ti含量為0.01-0.15％，最好為0.035-0.15％。
使用這種含有Ti的高強度熱軋鋼板，會有焊接后的HAZ軟化的情況，為了防止出現(xiàn)這種情況，要分別使Cr、Mo在0.4％以下、0.2％以下，并且必須使鐵素體晶粒直徑α滿足上述的(4)式。
這種情況下也可以含有0.005-0.05％的Nb，替代Ti或與Ti一起加入，要得到高的導磁率和良好的TS×EL的均衡，如圖2所示，必須使鐵素體晶粒直徑α滿足上述的(3)式。
要得到高的導磁率，與僅含Ti的高強度熱軋鋼板的情況相同，必須使包括雜質(zhì)成分的成分含量滿足上述(1)式。
按照上述(2)、(3)式規(guī)定的鐵素體晶粒直徑從冶金學的角度說明如下。首先鐵素體晶粒直徑不足3μm時，由于晶粒非常小，不能得到足夠的導磁率。另一方面超過鐵素體晶粒直徑的上限的話，TS×EL顯著降低。這是因為TS一定的條件下，鐵素體晶粒直徑超過上限的話，EL呈指數(shù)函數(shù)降低。
鐵素體晶粒直徑的上限值與Ti含量或Ti+Nb含量有關(guān)，這是由于要利用Ti含量和Nb含量來確保TS，必須改變鐵素體晶粒直徑。例如，增加Ti含量或Ti+Nb含量的話，即使鐵素體晶粒直徑有一定程度增加，由于細小、彌散的NbC和TiC的析出，能確保TS。但是Ti含量和Nb含量過多的情況下，固溶的Ti量和固溶的Nb量增加，使導磁率降低。另一方面Ti含量和Nb含量過少的情況下，不能確保TS，珠光體量增加，使EL顯著降低，TS×EL的均衡惡化。
用珠光體面積百分比在5％以下、最好在2％以下的規(guī)定，代替上述鐵素體晶粒直徑的規(guī)定，也能得到同樣的效果。珠光體比率超過5％的話，C進入珠光體，TiC和NbC的析出量減少，這樣不僅導致TS降低，而且固溶Ti和固溶Nb的量增加，導致導磁率降低。這種情況下，包括雜質(zhì)成分的成分含量沒必要滿足上述(1)式，而鐵素體晶粒直徑滿足上述(2)式和(3)式的話，可以得到更高的導磁率和TS×EL的均衡。所謂珠光體面積的比率，是表示珠光體在用光學顯微鏡和電子顯微鏡觀察的視野中所占面積的比率。
本發(fā)明的高強度熱軋鋼板可以用具有下述工序的方法制造，把含上述成分的鋼制成板坯的工序、把此板坯在相變點Ar3以上、880℃以下精軋溫度下熱軋的工序、熱軋后使鋼板以15-35℃/s的平均冷卻速度冷卻到630-680℃溫度范圍的冷卻工序。
精軋溫度低于Ar3相變點，由于在TiC析出的狀態(tài)下鐵素體發(fā)生再結(jié)晶，形成混晶組織，降低加工性能。精軋溫度超過880℃，由于會使相變前的奧氏體(γ)發(fā)生部分回復，造成組織不均勻。精軋溫度在880℃以下，由于形變γ在回復前發(fā)生相變，相變后的晶粒直徑均勻，使EL提高。
為了最大限度地提高本發(fā)明的高強度熱軋鋼板的性能，精軋后的冷卻條件非常重要。使平均冷卻速度在15℃/s以上，可減少生成滲碳體的量，提高TS×EL的均衡性能，使平均冷卻速度在35℃/s以下的話，含有的Ti和Nb以碳化物的形式析出，不殘留固溶Ti和固溶Nb，所以提高導磁率和磁通密度。這種情況下，冷卻終了溫度超過680℃的話，引起晶粒粗大和生成的滲碳體量增加，降低TS和EL。對卷取溫度雖然沒有特別的規(guī)定，要獲得良好的形狀，希望在500℃以上卷取。
本發(fā)明的高強度熱軋鋼板也可以用具有下述工序的方法制造，把含上述成分的鋼制成的板坯在相變點Ar3以上、880℃以下精軋溫度下熱軋后，把鋼板以15℃/s以上的平均冷卻速度冷卻到680℃的冷卻工序、冷卻后的鋼板在卷取溫度500-650℃卷取的工序。
不規(guī)定平均冷卻速度上限的情況下，由于是在精軋后立即以15℃/s以上的平均冷卻速度、最好是100℃/s以上的冷卻速度冷卻到680℃，冷卻后在卷取溫度500-650℃卷取的話，不會殘留固溶Ti和固溶Nb，也不會生成大量珠光體，或使Ti和Nb的碳化物粗大，所以能確保得到高的導磁率和490MPa以上的TS。
本發(fā)明的高強度熱軋鋼板的鋼的冶煉可以用轉(zhuǎn)爐，也可以用電爐。鑄造后的板坯可以進行直接軋制，即把鑄造后的板坯直接進行熱軋，或進行以補充熱量為目的的補充加熱后再熱軋。本發(fā)明還可以在粗軋后精軋前對軋材進行加熱，或把粗軋后的軋材連接進行連續(xù)軋制。這種情況下精軋最終道次的壓下率低于30％的話，軋后鋼板的板型良好，軋后不需要矯直，這樣可以防止磁性降低。
本發(fā)明的高強度熱軋鋼板有氧化鐵皮和酸洗去除氧化鐵皮其特性不變。一般進行平整，但對于平整沒有特別的規(guī)定?？梢詭е趸F皮使用，也可以酸洗去除氧化鐵皮后進行熱鍍鋅。
表2表示得到的鋼板拉伸特性值(TS、EL)、導磁率、磁通密度B500的測試結(jié)果。
用本發(fā)明例No.2-4可以得到比以前的材料更好的EL、導磁率、磁通密度?？墒菍Ρ壤齆o.1由于Ti含量低，鐵素體晶粒粗大，TS低，因珠光體的析出TS×EL的均衡也低。對比例No.5由于Ti含量高，TS×EL的均衡、導磁率、磁通密度低。對比例No.6因全部成分的含量高，導磁率和磁通密度低。以前的示例No.7 TS×EL的均衡、導磁率、磁通密度低。
關(guān)于使鐵素體晶粒直徑改變的No.8-14，用本發(fā)明例的No.9-11能夠得到比以前的材料高的TS、EL、導磁率、磁通密度。可是對比例No.8的鐵素體晶粒細，不能得到足夠的磁通密度、導磁率。對比例No.12鐵素體晶粒直徑超出本發(fā)明的范圍，TS×EL的均衡低。對比例No.13因全部成分的含量高，導磁率和磁通密度低。以前的示例No.14 TS×EL的均衡低。
表1

表2

實施例2冶煉表3所示化學成分的鋼No.21-30，精軋溫度為850℃，卷取溫度為560℃，精軋后改變平均冷卻速度冷卻到630-680℃，生產(chǎn)板厚4.5mm熱軋鋼板。
與實施例1相同，測定了拉伸特性、導磁率、磁通密度B500。
結(jié)果示于表3。在表3中No.21-25和No.26-30分別為成分相同、改變平均冷卻速度的鋼板。
本發(fā)明例的No.22-24和No.27-29由于平均冷卻速度為15-35℃/s，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所以可以得到高的EL、導磁率、磁通密度。
表3

實施例3冶煉表4所示化學成分的鋼No.31-42，精軋溫度為820-840℃，卷取溫度為530-630℃，精軋后以15-40℃/s的平均冷卻速度冷卻到680℃，生產(chǎn)板厚4.5mm熱軋鋼板。在表4中No.31-37為本發(fā)明的鋼，No.38-42為對比鋼。對比鋼No.38的C含量在本發(fā)明的范圍之外，No.39、40不滿足(3)式。此外對比鋼No.41 Mn含量在本發(fā)明的范圍之外，No.42 Ti含量在本發(fā)明的范圍之外。
與實施例1相同，測定了拉伸特性、導磁率、磁通密度B300。此外把板厚減到3.2mm以后，用鎢極惰性氣體保護焊TIG焊接(熱量輸入6kJ/cm)后，測定了HAZ的硬度降ΔHv(負荷0.2kg)。
結(jié)果示于表5。
表4

表5

本發(fā)明例No.31-37具有良好的TS×EL的均衡和磁通密度，ΔHv也小到40以下，整體特性均衡良好。特別是No.33磁通密度和導磁率都非常高。
另一方面對比例No.38-42不能同時滿足全部的特性。No.38 TS×EL的均衡大幅度降低，磁通密度和導磁率也低，No.39、40磁通密度和導磁率大幅度降低。No.41ΔHv非常大，No.42導磁率低。
與實施例1相同，測定了拉伸特性、導磁率、磁通密度B300。
結(jié)果示于表7。
表6(質(zhì)量％)

表7

本發(fā)明例No.1、2、5具有良好的TS×EL的均衡、導磁率、磁通密度。
另一方面對比例No.3、4 TS低。No.6的EL和導磁率低，板型也不好。No.7導磁率和磁通密度低。
權(quán)利要求
1.高強度熱軋鋼板，其成分以質(zhì)量％表示含C0.04-0.09％、Si0.1％以下、Mn0.5-1.5％、P0.02％以下、S0.01％以下、Al0.1％以下、N0.001-0.008％、Ti0.01-0.15％，各成分含量滿足下述(1)式，而且鐵素體α的晶粒直徑(μm)滿足下述(2)式[C]+7×[Si]+0.1×[Mn]+[P]+14×[S]+1.75×[Al]+23×[N]+[Ti]+18×[O]+7×[Cu]+18×[Sn]+7×[Mo]+1.7×[Cr]+70×[B]+7×[Ca]+14×[Zr]+14×[V]+7×[Nb]≤2(1)3≤α≤60×[Ti]+8 (2)其中[X]表示元素X的含量(質(zhì)量％)。
2.高強度熱軋鋼板，其成分以質(zhì)量％表示在含C0.04-0.09％、Si0.1％以下、Mn0.5-1.5％、P0.02％以下、S0.01％以下、Al0.1％以下、N0.001-0.008％、Mo0.2％以下、Cr0.4％的鋼中，含Ti0.01-0.15％和Nb0.005-0.05％中一種或兩種元素，各成分含量滿足上述(1)式，而且鐵素體α的晶粒直徑(μm)滿足下述(3)和(4)式3≤α≤60×([Ti]+[Nb])+8 (3)[Mn]+6×[Cr]+15×[Mo]-0.05×α≤2 (4)其中[X]表示元素X的含量(質(zhì)量％)。
3.高強度熱軋鋼板，其成分以質(zhì)量％表示在含C0.04-0.09％、Si0.1％以下、Mn0.5-1.5％、P0.02％以下、S0.01％以下、Al0.1％以下、N0.001-0.008％、Ti0.01-0.15％，而且珠光體的面積百分數(shù)在5％以下。
4.高強度熱軋鋼板，其成分以質(zhì)量％表示在含C0.04-0.09％、Si0.1％以下、Mn0.5-1.5％、P0.02％以下、S0.01％以下、Al0.1％以下、N0.001-0.008％、Mo0.2％以下、Cr0.4％的鋼中，含Ti0.01-0.15％和Nb0.005-0.05％中一種或兩種元素，而且珠光體的面積百分數(shù)在5％以下。
5.高強度熱軋鋼板的制造方法，其中制造工序包括把含有權(quán)利要求1或權(quán)利要求2中所述成分的鋼制造成板坯的工序；把上述板坯在相變點Ar3以上、880℃以下精軋溫度下熱軋的工序；在上述熱軋后使鋼板以15-35℃/s的平均冷卻速度冷卻到630-680℃溫度范圍的冷卻工序。
6.高強度熱軋鋼板的制造方法，其中制造工序包括把含有權(quán)利要求1或權(quán)利要求2中所述成分的鋼制造成板坯的工序；把上述板坯在相變點Ar3以上、880℃以下精軋溫度下熱軋的工序；上述熱軋后把鋼板以15℃/s以上的平均冷卻速度冷卻到680℃的冷卻工序；上述冷卻后的鋼板在卷取溫度500-650℃下卷取的工序。
7.使用權(quán)利要求1所述的高強度熱軋鋼板的發(fā)電機轉(zhuǎn)子。
8.使用權(quán)利要求2所述的高強度熱軋鋼板的發(fā)電機轉(zhuǎn)子。
9.使用權(quán)利要求3所述的高強度熱軋鋼板的發(fā)電機轉(zhuǎn)子。
10.使用權(quán)利要求4所述的高強度熱軋鋼板的發(fā)電機轉(zhuǎn)子。
全文摘要
本發(fā)明的高強度熱軋鋼板的成分以質(zhì)量%表示含C:0.04－0.09%,Si:0.1%以下、Mn:0.5－1.5%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Al:0.1%以下、N:0.001－0.008%、Ti:0.01－0.15%,各成分含量要滿足下述(1)式,而且鐵素體α的晶粒直徑(μm)要滿足下述(2)式。[C]+7×[Si]+0.1×[Mn]+[P]+14×[S]+1.75×[Al]+23×[N]+[Ti]+18×[O]+7×[Cu]+18×[Sn]+7×[Mo]+1.7×[Cr]+70×[B]+7×[Ca]+14×[Zr]+14×[V]+7×[Nb]≤2(1)、3≤α≤60×[Ti]+8(2),其中[X]表示元素X的含量(質(zhì)量%)。本發(fā)明的高強度熱軋鋼板具有優(yōu)良的加工性能、導磁率高并且在強磁場下磁通密度高、強度在490MPa以上,是適于做發(fā)電機轉(zhuǎn)子等大型電器用的鋼板。
文檔編號C22C38/12GK1322256SQ00802071
公開日2001年11月14日 申請日期2000年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月28日
發(fā)明者中田博士, 井上正, 稻積透, 菊地啟泰, 今田貞則, 日里昭, 中原健, 石島聰, 船川義正 申請人:日本鋼管株式會社