ГАЛЬВАНИЗИРОВАННЫЙ СТАЛЬНОЙ ЛИСТ ДЛЯ ФОРМОВКИ В ГОРЯЧЕМ СОСТОЯНИИ
GALVANIZED STEEL SHEET FOR HOT FORMING

[Область техники]
Настоящее раскрытие относится к гальванизированному стальному листу для формовки в горячем состоянии, в частности, к гальванизированному стальному листу для формовки в горячем состоянии, который подходит для использования в производстве элементов подвески автомобиля и деталей, увеличивающих прочность конструкции. Эта заявка основана на и испрашивает преимущество приоритета согласно заявке на патент Японии №2012-175280, поданной 7 августа 2012 г. в патентное ведомство Японии, содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки.
[Уровень техники]
В настоящее время для уменьшения веса автомобиля делаются попытки уменьшать толщину используемых листов стальных листов посредством увеличения прочности стальных листов. Поскольку технологию для воздействия на труднодеформируемый материал, такой как высокопрочная сталь, как, например, штамповку высокопрочного стального листа, технологию формовки в горячем состоянии, такую как горячее прессование, все больше и больше адаптируют в той части, что материал, который следует подвергнуть формовке, подогревают перед формовкой.
Формовка металлов в горячем состоянии является выгодной в том, что формовку осуществляют при повышенной температуре, которая делает низким сопротивление деформированию и упрочнение может осуществляться одновременно с формовкой. Таким образом, способ формовки в горячем состоянии является превосходным способом формовки, который может одновременно гарантировать упрочнение элемента и способность к формоизменению. Способ формовки в горячем состоянии, однако, требует нагревания стального листа до высокой температуры 700°C или выше перед формовкой и, таким образом, ставит проблему окисления поверхности стального листа. Окалина, образовавшаяся из оксида железа, получающегося в результате окисления поверхности стального листа, неблагоприятным образом отслаивается во время операции прессования, прилипает в пресс-форме, и приводит к снижению производительности, или же окалина остается в продуктах после прессования и ведет к плохому внешнему виду. К тому же, когда такая окалина остается, адгезия между стальным листом и пленкой покрытия такая низкая, что сопротивление коррозии снижается в покрытии на следующем этапе. Таким образом, после прессования необходимо удаление окалины, такое как дробеструйная очистка.
Для того, чтобы решить вышеупомянутые проблемы, предложили использование гальванизированных стальных листов, снабженных покрытием на основе цинка или покрытием на основе алюминия, в качестве материала для формовки в горячем состоянии, рассчитывая на замедление окисления поверхности основного материала стальной поверхности и/или улучшение сопротивления коррозии изделий, обработанных давлением пресса. Например, патентная литература 1 и 2 использует гальванизированные стальные листы для формовки в горячем состоянии.
К тому же патентная литература 3 предлагает стальной лист, который может упростить или исключить этап отделения оксида поверхности формованного продукта посредством улучшенной адгезии оксидной пленки, сформированной при формовке в горячем состоянии, путем выбора концентраций C, Si, P и/или Ti в стали и выбора Zn покрытия на поверхности стального листа и концентрации AL в покрытии.
[Список литературы предшествующего уровня техники]
[Список патентной литературы]
[Патентная литература 1] JP 2003-73774A
[Патентная литература 2] JP 2001-353548A
[Патентная литература 3] JP 2005-48254A
[Сущность изобретения]
[Проблемы, решаемые изобретением]
В гальванизированных стальных листах для формовки в горячем состоянии, изготовленных обычными технологиями, тем не менее, было выявлено, что когда величина слоя оксида цинка, образовавшегося при формовке в горячем состоянии, является избыточно большим, то возникает иногда наплавка или искра при точечной сварке после формовки в горячем состоянии.
Как хорошо известно, панели для автомобильных кузовов собирают путем соединения друг с другом панелей, отштампованных в различных формах, контактной сваркой сопротивлением (в частности, точечной сваркой). В частности, когда осуществляют точечную сварку, поскольку сварку непрерывно осуществляют в ряде точек, число раз непрерывного выставления точек одинаковым рабочим концом электрода должно быть увеличено максимально с целями улучшения производительности.
Для того, чтобы увеличить число раз непрерывного выставления точек в точечной сварке, важным является подавление износа рабочего конца электрода. Когда возникает наплавка рабочего конца электрода или искра, износ электрода ускоряется, и рабочий конец электрода отрывается. В результате, последующая сварка не может быть продолжена. По этой причине подавление возникновения наплавки или искры во время точечной сварки важно с точки зрения улучшения производительности.
Целью настоящего раскрытия является решение проблемы свариваемости методом точечной сварки после формовки в горячем состоянии гальванизированного стального листа для формовки в горячем состоянии.
[Средства для решения проблемы]
Авторы настоящего раскрытия провели исследования по формированию оксида цинка при формовке в горячем состоянии оцинкованного стального листа для формовки в горячем состоянии и провели обширное и тщательное изучение по улучшению свариваемости методом точечной сварки после формовки в горячем состоянии. В результате, авторы настоящего раскрытия обнаружили, что, когда большие количества оксида Al и оксида Mn образуются в пленке покрытия при формовке в горячем состоянии путем приведения химического состава стального листа как покрываемой подложки, удельного веса покрытия и количества и концентрации Al в слое нанесенного гальванического покрытия до соответствующих надлежащих диапазонов, понижая количество Mn вблизи поверхностного слоя стального листа и оптимизируя металлографическую структуру, избыточное формирование слоя оксида цинка может быть подавлено, и становится возможным улучшать свариваемость методом точечной сварки после формовки в горячем состоянии.
Настоящее изобретение, основанное на упомянутом выводе, заключается в следующем.
[1]
Гальванизированный стальной лист для формовки в горячем состоянии, причем гальванизированный стальной лист имеет в себе пленку нанесенного цинка, обеспеченную на поверхности стального листа, при этом стальной лист имеет химический состав, состоящий из, мас.%:
C 0,02-0,58
Mn 0,5-3,0
раствор Al 0,005-1,0
Ti 0-0,20
Nb 0-0,20
V 0-1,0
W 0-1,0
Cr 0-1,0
Mo 0-1,0
Cu 0-1,0
Ni 0-1,0
B 0-0,010
Mg 0-0,05
Са 0-0,05
РЗМ 0-0,05
Bi 0-0,05
Si, равного или менее 2,0
P, равного или менее 0,03
S, равной или менее 0,004,
N, равного или менее 0,01 и
Остального - Fe и примеси,
при этом содержание Mn на участке от поверхности раздела стального листа и пленки нанесенного гальванического покрытия до глубины 5 мкм равно или более чем 0,3 мас.%
2
2
при этом пленка нанесенного гальванического покрытия имеет удельный вес покрытия 40-110 г/м, концентрацию Al внутри слоя с цинком, равную 150 мг/м или более, и концентрацию Al, равную или менее 0,5 мас.%, и
при этом гальванизированный стальной лист пригоден для использования, при котором гальванизированный стальной лист нагревают до 700°C или выше, и затем подвергают формовке в горячем состоянии.
[2]
Гальванизированный стальной лист для формовки в горячем состоянии согласно [1], при этом стальной лист содержит один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из, мас.%:
Ti 0,01-0,20
Nb 0,01-0,20
V 0,1-1,0 и
W 0,1-1,0.
[3]
Гальванизированный стальной лист для формовки в горячем состоянии согласно [1] или [2], при этом стальной лист содержит один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из, мас.%:
Cr 0,1-1,0
Mo 0,1-1,0
Cu 0,1-1,0
Ni 0,1-1,0 и
B 0.0010-0,010.
[4]
Гальванизированный стальной лист для формовки в горячем состоянии согласно любому из [1]-[3], при этом стальной лист содержит один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из, мас.%:
Mg 0,0005-0,05
Ca 0,0005-0,05 и
РЗМ 0,0005-0,05.
[5]
Гальванизированный стальной лист для формовки в горячем состоянии согласно любому из [1]-[4], при том стальной лист содержит в мас.%
Bi от 0,0002 до 0,05%.
[6]
Гальванизированный стальной лист для формовки в горячем состоянии согласно любому из [1]-[5], при этом гальванизированный стальной лист является легированным, гальванизированным погружением стальным листом.
В настоящем изобретении "гальванизация", как здесь использовано, означает и нанесение покрытия из цинка, и нанесение покрытия из цинкового сплава.
[Эффекты изобретения]
В гальванизированном стальном листе для формовки в горячем состоянии согласно настоящему изобретению избыточное образование оксида цинка при формовке в горячем состоянии подавляется, и тем самым может быть подавлено возникновение наплавки и искры при точечной сварке после формовки в горячем состоянии. В результате, в процессе сборки автомобильного кузова число раз непрерывного выставления точек в сварке может быть увеличено и тем самым можно уменьшать необходимую частоту ремонта рабочего конца электрода. К тому же частота возникновения явления искры может быть уменьшена, а необходимость ремонта поверхности автомобильных кузовов может быть исключена. Таким образом, неприятности, связанные со сваркой, могут быть исключены, преимущественно приводя к улучшенной производительности процесса сборки автомобильного кузова.
[Варианты осуществления изобретения]
Химический состав основного стального листа как подложки, пленки покрытия, способ формовки в горячем состоянии, а также способа изготовления гальванизированного стального листа для формовки в горячем состоянии, согласно настоящему изобретению будут описаны подробнее. В настоящем описании во всех случаях "%" в химическом составе представляет "мас.%"
1. Химический состав основного стального листа как подложки
[Обязательные составляющие]
[C 0,02-0,58%]
С3
С является очень важным элементом, который улучшает способность к упрочнению стального листа и, главным образом, определяет прочность после упрочнения. Кроме того, С является элементом, который понижает А точку и способствует снижению температуры упрочняющей обработки. Когда содержание С составляет менее чем 0,02%, ожидаемый эффект не является удовлетворительным. Следовательно, содержание С равно или более 0,02%. С другой стороны, когда содержание С составляет более чем 0,58%, ударная вязкость упрочненного участка значительно ухудшается. Таким образом, содержание С равно или менее 0,58%. Содержание С предпочтительно равно или менее 0,45%.
[Mn 0,5-3,0%]
Mn является элементом, который очень эффективен в улучшении способности к упрочнению стального листа и стабильном гарантировании прочности после упрочнения. К тому же Mn диффундирует в пленку покрытия при нагревании перед горячей формовкой с образованием большого количества оксида Mn в пленке покрытия. Таким образом, избыточное образование слоя оксида цинка может быть подавлено и может быть улучшена свариваемость методом точечной сварки после формовки в горячем состоянии. Когда содержание Mn составляет менее 0,5%, ожидаемый эффект не является удовлетворительным. Следовательно, содержание Mn равно или более 0,5%. Содержание Mn предпочтительно равно или более 0,8%. С другой стороны, когда содержание Mn составляет более чем 3,0%, то эффект достигает насыщения. К тому же в этом случае иногда встречаются затруднения в гарантировании стабильной прочности после упрочнения. Таким образом, содержание Mn равно или менее 3,0%. Содержание Mn предпочтительно равно или менее 2,4%.
[раствор Al: 0,005-1,0%]
Al действует для раскисления стали и тем самым для обеспечения прочного стального продукта. Когда содержание раствора Al составляет менее 0,005%, эффект действия не может быть достигнут без затруднений. Следовательно, содержание раствора Al равно или более 0,005%. С другой стороны, когда содержание раствора Al составляет более 1,0%, эффект действия достигает насыщения и является не рентабельным. Таким образом, содержание раствора Al равно или менее 1,0%.
[Необязательные составляющие]
В настоящем изобретении стальной лист как подложка может содержать, вдобавок к обязательным составляющим, следующие необязательные составляющие в соответствующих заданных диапазонах содержания. В отличие от обязательных ингредиентов следующие необязательные ингредиенты могут не содержаться.
[Одно или более, выбранный из группы, состоящей из Ti 0-0,20%, Nb 0-0,20%, V 0-1,0% и W 0-1,0%]
Ti, Nb, V, а также W, являются элементами, которые способствуют взаимной диффузии Fe и Zn в слое нанесенного гальванического покрытия и основном стальном листе, увеличивают скорость легирования слоя нанесенного цинка, а также подавляют формирование слоя расплавленного Zn сплава, например, при формовке в горячем состоянии. Таким образом, Ti, Nb, V, а также W, могут содержаться в стальном листе как подложке. Когда содержание Ti или содержание Nb составляет более 0,20%, или когда содержание V или содержание W составляет более 1,0%, эффект действия достигает насыщения и, таким образом, это является не рентабельным. Следовательно, содержание Ti и содержание Nb, и содержание равно или менее 0,20% каждого, а содержание V и содержание W равно или менее 1,0% каждого. Содержание Ti и содержание Nb предпочтительно равно или менее 0,15% каждого, и содержание V и содержание W равно или менее 0,5% каждого. Для того, чтобы более надежно достигать эффекта действия, предпочтительно, что содержание Ti и содержание Nb равны или более 0,01% - каждое, а содержание V и содержание W равны или более 0,1% - каждое.
[Один или более элементов из группы, состоящей из Cr 0-1,0%, Mo0-1,0%, Cu 0-1,0%, Ni 0-1,0% и B 0-0,010%]
Cr, Mo, Cu, Ni, а также В, являются элементами, которые очень эффективны в повышении способности к упрочнению стального листа и стабильного гарантирования прочности после упрочнения. Следовательно, один или более из этих элементов могут содержаться. Когда содержание Cr, содержание Mo, содержание Cu, содержание Ni составляет более чем 1,0 или когда содержание В составляет более чем 0,010%, предполагаемый эффект достигает насыщения, и, таким образом, является не рентабельным. Таким образом, содержание Cr, содержание Mo, содержание Cu, а также содержание Ni, - каждое равно или менее 1,0%, и содержание В равно или менее 0,010%. Содержание В предпочтительно равно или менее 0,0080%. Для того, чтобы более надежно достигать ожидаемого эффекта, предпочтительно, что удовлетворяется любое условие из Cr: равно или более 0,1%, Mo: равно или более 0,1%, Cu: равно или более 0,1%, и Ni: равно или более 0,1%, и B: равно или более 0,0010%.
[Один или более элементов из группы, состоящей из Ca 0-0,05%, Mg 0-0,05%, а также РЗМ 0-0,05%]
Ca, Mg, а также РЗМ, действуют для измельчения формы включений в стали и тем самым для предотвращения возникновения происходящего за счет включений растрескивания при формовке в горячем состоянии. Следовательно, один или более из этих элементов могут содержаться. Когда эти элементы добавляют в избыточном количестве, эффект измельчения формы включений в стали достигает насыщения, преимущественно приводя к повышенным расходам. Таким образом, содержание Ca, содержание Mg, а также содержание РЗМ равно или менее 0,05%, равно или менее 0,05%, равно или менее 0,05%, соответственно. Для того, чтобы более надежно достигать предполагаемого эффекта действия, предпочтительно, что удовлетворяется любое из условий Ca: равно или более 0,0005%, Mg: равно или более 0,0005%, а также РЗМ: равно или более 0,0005%.
Здесь РЗМ относится к 17 элементам в сумме Sc, Y, а также лантаноидов, и содержание РЗМ относится к суммарному содержанию этих элементов. Лантаноиды в промышленном производстве добавляют как миш-металл.
[B: 0-0,05%]
Bi является элементом, который становится зародышем кристаллизации в процессе кристаллизации расплавленной стали и уменьшает расстояние между вторичными осями дендритов, тем самым подавляя сегрегацию Mn и подобного, которые сегрегируются внутри расстояния между вторичными осями дендритов. Следовательно, Bi может содержаться. В частности, для стальных листов, в которых содержится большое количество Mn, таких как стальные листы для формовки в горячем состоянии, Bi является эффективным в подавлении ухудшения ударной вязкости, происходящего из-за сегрегации Mn. Таким образом, предпочтительно, что Bi содержится в такой марке стали. Когда Bi содержится в количестве более 0,05%, эффект действия достигает насыщения, преимущественно приводя к возросшим расходам. Таким образом, содержание Bi равно или менее 0,05%. Содержание Bi преимущественно равно или менее 0,02%. Для того, чтобы более надежно достигать предполагаемого эффекта действия, предпочтительно, что содержание Bi равно или более 0,0002%. Содержание Bi более предпочтительно равно или более 0,0005%.
[Примеси]
Fe и примеси могут упоминаться, как остальное, кроме вышеописанных элементов. Примеры примесей включают в себя те, которые содержатся в сырьевых материалах, таких как руды или скрап, и те, которые вводятся в процессе изготовления. В настоящем изобретении следующие примеси приводятся в пример как типичные примеси.
[Si равен или менее 2,0%]
Si является элементом, который содержится в качестве примеси, подавляет взаимную диффузию Fe и Zn в слое нанесенного покрытия и основного стального листа, а также снижает скорость легирования слоя нанесенного покрытия. Кроме того, при нагревании перед формовкой в горячем состоянии Si (кремнием) обогащается поверхность раздела слоя оксида цинка, сформированная нагреванием, и стального листа, и снижается адгезия слоя оксида цинка. Содержание Si равно или менее 2,0% с точки зрения гарантирования адгезии слоя оксида цинка, достаточной для выдерживания разницы в термическом расширении, вызванном формовкой в горячем состоянии или быстрым охлаждением. Содержание Si предпочтительно равно или менее 1,5%.
[P равен или менее 0,02%]
P является элементом, который содержится в качестве примеси, подавляет взаимную диффузию Fe и Zn в слое нанесенного гальванического покрытия и в основном стальном листе, а также снижает скорость легирования слоя нанесенного гальванического покрытия. Для того, чтобы исключить избыточное увеличение в слое оксида цинка в нагревании перед формовкой в горячем состоянии, применяют способ, в котором Zn, являющийся исходной составляющей покрытия, содержится как фаза твердого раствора Fe-Zn в поверхностном слое стального листа для подавления окисления. Когда содержание P составляет более 0,02%, подавление окисления затрудняется. Таким образом, содержание P равно или менее 0,02%. Содержание P предпочтительно равно или менее 0,01%.
[S равна или менее 0,004%]
S является элементом, который содержится в качестве примеси, образует MnS и действует, чтобы придавать хрупкость стали. Введение S в большом количестве замедляет диффузию Mn в слое нанесенного гальванического покрытия в нагревании перед формовкой в горячем состоянии, уменьшает количество оксида Mn в слое нанесенного цинка, а также ухудшает свариваемость методом точечной сварки. Таким образом, содержание S равно или менее 0,004%. Содержание S более предпочтительно равно или менее 0,003%.
[N равен или менее 0,01%]
N является элементом, который содержится в качестве примеси, образует включение в стали, а также ухудшает ударную вязкость после формовки в горячем состоянии. Таким образом, содержание N равно или менее 0,01%, предпочтительно равно или менее чем 0,008%, и более предпочтительно равно или менее чем 0,005%.
2. Пленка нанесенного гальванического покрытия
[Удельный вес покрытия]
2
2
Стальной лист для формовки в горячем состоянии согласно настоящему изобретению является гальванизированным стальным листом, имеющим слой нанесенного гальванического покрытия, обеспеченный на поверхности стального листа. Удельный вес покрытия составляет 40-110 г/м на одну сторону (то же самое должно применяться в дальнейшем). Когда удельный вес покрытия является избыточно большим (более 110 г/м), Zn в пленке нанесенного гальванического покрытия не может быть удовлетворительно введен в стальной лист основного материала как фаза твердого раствора во время нагревания перед формовкой в горячем состоянии, и слой оксида цинка при обработке невыгодно формируется избыточно, вызывая сниженную адгезию. Если удельный вес покрытия является избыточно малым (менее чем 40 г/м2), встречаются затруднения в формировании слоя оксида цинка в количестве, достаточно большом, чтобы подавлять окисление стального листа при нагревании перед формовкой в горячем состоянии.
[Композиция гальванического покрытия]
Композиция пленки нанесенного гальванического покрытия особенно не ограничивается, и пленка может быть пленкой нанесенного чистого цинка или альтернативно может быть пленкой нанесенного цинкового сплава, в которую один или более легирующих элементов, выбранных, например, из Al, Mn, Ni, Cr, Co, Mg, Sn, а также Pb, ввели в соответствующем количестве согласно ожидаемым целям (для Al концентрация Al ограничивается до равной 0,5 мас.% или менее, как описано ниже). В некоторых случаях одно или более, выбранное, например, из Fe, Be, B, Si, P, S, Ti, V, W, Mo, Sb, Cd, Nb, Cu, а также Sr, которые иногда неизбежно вводятся из сырьевых материалов, содержатся в нанесенной пленке. Кроме того, пленка может быть нанесенной пленкой сплава Zn-Fe, образованного нагреванием пленки нанесенного способом погружения гальванического покрытия или легированной пленки гальванического покрытия, то есть пленкой цинка, нанесенной горячим способом. Точнее говоря, вдобавок к гальванизации погружением и покрытию сплавом Zn-Fe, покрытие, содержащее цинк, например, нанесенное погружением 5%Al-Zn покрытие и нанесенное погружением 10%Ni-Zn, также могут обеспечивать эффект настоящего изобретения.
2
Способ гальванизации и отжига также особенно не ограничивается. Однако гальванизация погружением является преимущественной с точки зрения обеспечения удельного веса покрытия, равного или более 40 г/м. Пленка нанесенного гальванического покрытия предпочтительно является пленкой нанесенного погружением цинка или легированной пленкой нанесенного погружением гальванического покрытия.
Концентрация Fe в нанесенной пленке покрытия в легированном, гальванизированном погружением стальном листе находится в диапазоне 8-15%. Когда концентрация Fe ниже нижнего предела определенного диапазона, фаза чистого цинка, имеющая низкую температуру плавления, может оставаться на поверхности, а толстая оксидная пленка, главным образом цинка, также может формироваться. С другой стороны, когда концентрация Fe в нанесенной пленке покрытия превышает верхний предел определенного диапазона, может невыгодно возникнуть явление превращения в порошок, в котором слой нанесенного гальванического покрытия отслаивается.
[Количество и концентрация Al в нанесенной пленке покрытия]
2
2
Количество и концентрация Al в нанесенной пленке покрытия равно или более 150 мг/м. Когда количество Al составляет менее чем 150 мг/м, количество оксида Al, получающегося в поверхностном слое пленки при нагревании перед формовкой в горячем состоянии, является таким малым, что окисление цинка не замедляется и оксид цинка получается в избыточном количестве, невыгодно приводя к возникновению искры или наплавке при точечной сварке. С точки зрения содействия диффузии цинка в сталь основного материала при формовке в горячем состоянии, концентрация Al в слое нанесенного гальванического покрытия равна или менее 0,5 мас.%, предпочтительно равна или менее 0,4 мас.%
2
2
На количество Al в пленке гальванизированного погружением стального листа, получающейся на линии непрерывного цинкования погружением, влияют, например, атмосфера, температура ванны, температура внедряемого материала, время погружения, а также концентрация Al в ванне при нагревании перед отжигом. Количество Al в пленке может быть доведено до равного или более 150 мг/м путем экспериментального определения взаимосвязи между этими условиями получения и количеством Al в пленке. Для того, чтобы довести количество Al в пленке до равного или более 150 мг/м, концентрация Al в ванне предпочтительно находится в диапазоне примерно 0,12-0,18 мас.%, и более предпочтительно в диапазоне 0,14-0,16 мас.%
Среди гальванизированных погружением стальных листов легированные гальванизированные погружением стальные листы особенно предпочтительны для формовки в горячем состоянии, потому что отделение слоя нанесенного гальванического покрытия после формовки в горячем состоянии является существенно малым. В легированном, гальванизированном погружением стальном листе температура цинкования является высокой, и слой сплава на основе Fe-Al отсутствует на поверхности раздела стали основного материала и пленки нанесенного цинка. Таким образом, легированный, гальванизированный погружением стальной лист выгоден тем, что цинк диффундирует в сталь основного материала при нагревании перед формовкой в горячем состоянии с образованием фазы твердого раствора. При оцинковывании чистым цинком, например, в гальванизированных погружением стальных листах, температура плавления гальванического покрытия является низкой и примерно 420°C. Таким образом, цинк может испаряться, а Fe-Al слой, присутствующий в поверхности раздела, замедляет диффузию Zn. Таким образом, может образоваться толстая оксидная пленка, состоящая, главным образом, из цинка.
[Концентрация Mn в поверхностном слое стального листа]
Содержание Mn в стальном листе на участке от поверхности раздела стального листа и пленки нанесенного гальванического покрытия до глубины 5 мкм предпочтительно равно или более 0,3 мас.%. Когда концентрация Mn в поверхностном слое стального листа равна заданной величине или более, то Mn может легко диффундировать в слой нанесенного гальванического покрытия при нагревании перед формовкой в горячем состоянии. Когда большое количество Mn присутствует в пленке нанесенного цинка, оксид Mn может легко образоваться, чтобы подавлять окисление цинка. Для того, чтобы достигать такого эффекта, содержание Mn в стальном листе на участке от поверхности раздела стального листа и пленки нанесенного гальванического покрытия до глубины 5 мкм равно или более 0,3 мас.%. Причиной того, что Mn в стальном листе на глубине более 5 мкм имеет маленький эффект, является большое расстояние диффузии из пленки нанесенного цинка, хотя, когда количество Mn на участке от поверхности раздела стального листа и пленки нанесенного гальванического покрытия до глубины 5 мкм составляет менее 0,3 мас.%, ожидаемый эффект не может быть достигнут.
[Металлографическая структура стального листа]
Затем, чтобы легко диффундировал Mn в пленке нанесенного гальванического покрытия во время нагревания перед формовкой в горячем состоянии с целями улучшения свариваемости методом точечной сварки, металлографическая структура стальных листов на участке от поверхности раздела стального листа и пленки нанесенного гальванического покрытия до глубины 5 мкм имеет площадь феррита, равную или более 60%. Когда площадь феррита равна или более 60%, Mn может легко диффундировать в пленке нанесенного гальванического покрытия во время нагревания перед формовкой в горячем состоянии. С другой стороны, когда содержание С-содержащего перлита, бейнита или мартенсита равно или более 40%, то диффузия Mn задерживается с помощью С.
3. Формовка в горячем состоянии
Гальванизированный стальной лист согласно настоящему изобретению обычно нагревают до температуры примерно 700-1000°C и затем осуществляют формовку в горячем состоянии, такую как штамповка.
Примеры способов нагрева включают в себя, например, нагрев с помощью электропечей и газовых печей, а также пламенный нагрев, электрический нагрев, высокочастотный нагрев, индукционный нагрев и другой нагрев. Когда также ожидается достижение упрочнения материала путем нагревания, применяется способ, который включает в себя после нагрева материала до температуры упрочнения (обычно примерно 700-1000°C), который обеспечивает целевую твердость, выдержку температуры в течение заданного периода времени, подвергая материал воздействию прессования в высокотемпературном режиме в пресс-форме, через которую, например, проходит охлаждающая трубка, и в этом случае обеспечивается быстрое охлаждение материала посредством контакта с пресс-формой. Может быть, конечно, способ, в котором свойства продукта после формовки в горячем состоянии регулируются путем изменения температуры упрочнения или скорости охлаждения в подогретой пресс-форме.
4. Способ изготовления
Как описано выше, при формовке в горячем состоянии стального листа стальной лист нагревают при формовке в горячем состоянии до температуры аустенитной области или близкой, а штамповку осуществляют в этой области температур. Следовательно, механические свойства основного стального листа при комнатной температуре перед нагреванием не являются важными. Таким образом, металлографическая структура основного стального листа перед нагреванием особенно не ограничивается. То есть основной стальной лист перед гальванизацией может быть одним из горячекатаного стального листа и холоднокатаного стального листа, и может быть изготовлен любым способом без особенного ограничения. Тем не менее, будут описаны способы изготовления, пригодные с точки зрения производительности.
[Горячая прокатка]
Горячая прокатка предпочтительно является чистовой прокаткой при температуре листа 960°C или ниже, так чтобы количество Mn в поверхностном слое не уменьшалось окислением. Смотку в рулон осуществляют в течение двух секунд после чистовой прокатки при скорости охлаждения 20°C/с или выше и при температуре листа 650°C или ниже. Причина этого заключается в том, что для концентрации Mn на поверхности стального листа, когда стальной лист выдерживают в окислительной атмосфере, поскольку Mn окисляется легче, чем железо, поверхность стального листа селективно окисляется и концентрация Mn вблизи поверхности понижается. Таким образом, после горячей прокатки стальной лист должен быстро охладиться. С другой стороны, когда температура смотки в рулон CT 500°C или ниже, то ферритное превращение происходит менее вероятно, и, таким образом, не может гарантироваться площадь области феррита, равная 60% или более, в металлографической структуре на участке от поверхности раздела стального листа и пленки нанесенного гальванического покрытия до глубины 10 мкм. Таким образом, температура смотки в рулон составляет предпочтительно 500-650°C. Затем, после смотки в рулон охлаждение предпочтительно проводят при температуре листа от 650 до 400°C со скоростью меньшей или равной 20°C/ч. При этой обработке в интервале температур листа 650°C или ниже скорость диффузии Mn внутри стального листа подавляется, и, таким образом, окисление Mn протекает на поверхности стального листа, приводя к пониженной концентрации Mn на участке, очень близком к стальному листу, а с другой стороны, эта обработка имеет эффект восстановления общего количества Mn в диапазоне 5 мкм от поверхностного слоя, что эффективно действует при формовке в горячем состоянии. К тому же, для того, чтобы достигать более значительного эффекта, после смотки в рулон термообработку предпочтительно осуществляют при температуре листа между 650 и 450°C в течение 10 ч или дольше. В частности, обработку выдерживанием предпочтительно осуществляют при температуре листа между 650 и 500°C в течение 10 ч или дольше. Это может усилить эффект восстановления общего количества Mn в диапазоне 5 мкм от поверхностного слоя, что эффективно действует при формовке в горячем состоянии.
[Холодная прокатка]
Холодную прокатку осуществляют обычным способом. В стальном листе согласно настоящему изобретению количество углерода является столь большим, что холодная прокатка при избыточно высоком обжатии прокатки приводит к повышенной нагрузке на прокатный стан. Избыточно усиленная прочность после холодной прокатки вследствие деформационного упрочнения ставит проблему прочности сварного шва в межрулонном соединении или характере прохождения в линии гальванизации. Таким образом, обжатие при прокатке предпочтительно равно или менее 90%, более предпочтительно равно 80% или менее.
[Гальванизация]
При формировании нанесенного слоя гальванического покрытия предпочтительно использование линии непрерывной гальванизации погружением, имеющей высокую эффективность производства. Когда подложкой является горячекатаный стальной лист, рулон перематывают с последующей гальванизацией. С другой стороны, когда подложка является холоднокатаным листом, отжиг, как правило, сопровождается гальванизацией погружением.
Способ гальванизации будет описан на примере гальванизации погружением и гальванизации погружением с легированием на линии непрерывной горячей гальванизации.
С3
С3
При непрерывной гальванизации, прежде всего, стальной продукт нагревают в нагревательной печи для отжига. Наивысшая температура нагрева стального продукта в нагревательной печи является температурой (А - 50°C) или ниже. Когда наивысшая температура нагрева превышает температуру (А- 50°C), то происходит аустенизация структуры стального листа, полученного при горячей прокатке на участке от поверхности стального листа до глубины 5 мкм и площадь области феррита в металлографической структуре на участке от поверхности раздела стального листа и пленки нанесенного гальванического покрытия до глубины 5 мкм не может стать равной 60% или более. С другой стороны, поскольку нижний предел наивысшей температуры нагрева едва влияет на относительную площадь феррита в металлографической структуре стального листа, полученного в горячей прокатке, на участке от поверхности стального листа до глубины 5 мкм и, таким образом, поддерживается в непрерывно отжигаемом листе, нижний предел наивысшей температуры нагрева конкретно не указывается.
В атмосфере отжига на линии непрерывной гальванизации погружением температура конденсации составляет -30°C или ниже. Когда температура конденсации превышает -30°C, то часть, близкая к поверхностному слою стального листа может охлаждаться перед гальванизацией погружением и количество Mn в поверхностном слое невыгодно уменьшается за счет окисления поверхности стального листа. Предпочтительно, что температура конденсации составляет 35°C или ниже, потому что эффект может быть достигнут. Когда температура конденсации атмосферы отжига составляет -30°C или ниже, селективное окисление Mn поверхности стального листа ограничивает поступление кислородного компонента (например, кислорода или влаги) к поверхности и тем самым окисление подавляется, способствуя увеличению в общем количестве Mn внутри 5 мкм от поверхностного слоя перед горячей обработкой.
Скорость охлаждения после нагрева не влияет на относительную площадь области феррита на участке от поверхности стального листа до глубины 5 мкм, и, таким образом, охлаждение можно осуществлять с любой скоростью. Предпочтительно, стальной лист охлаждают со скоростью, равной 70°C/с или менее с точки зрения размягчения стального листа.
Гальванизация погружением может осуществляться погружением стального листа в ванну гальванизации погружением и поднятием стального листа согласно обычному способу. Удельный вес покрытия регулируют путем скорости поднятия и путем регулирования скорости потока зачищающего газа, выдуваемого из сопла. Концентрация Al в пленке нанесенного гальванического покрытия может регулироваться путем регулирования композиции ванны цинкования, а также времени погружения в ванну. Содержание Al в пленке нанесенного гальванического покрытия может быть также достигнуто путем регулирования веса гальванического покрытия.
С1
Легирующую обработку осуществляют после обработки гальванизацией погружением путем подогревания материала, например в газовой печи или индукционной нагревательной печи. Диффузия металлов осуществляется между слоем нанесенного гальванического покрытия и основным стальным листом, и происходит легирование пленки нанесенного гальванического покрытия (образование сплава Zn-Fe). Для того чтобы увеличить содержание (%) Fe в слое нанесенного покрытия, температуру легирования предпочтительно доводят до 480°C или выше. Когда температура ниже 480°C, скорость легирования является такой низкой, что скорость линии снижается, а также снижается производительность, или необходимо принять меры в оборудовании, такие как увеличение в длину печи для легирования. Чем выше температура легирования, тем выше скорость легирования. В точке А или выше стальной лист невыгодно увеличивается в прочности по той же причине, что и высокая температура нагрева. Температура легирования находится предпочтительно в интервале 500-650°C.
Когда дрессировку листов осуществляют после гальванизации погружением или легирующей обработки, можно регулировать плоскостность и поверхностную шероховатость стального листа. Таким образом, дрессировка листов может осуществляться в некоторых применениях.
В гальванизированном стальном листе, как хорошо известно в данной области техники, пленка, полученная химической конверсией, может формироваться на поверхности слоя нанесенного покрытия с точки зрения усиления коррозионной стойкости или окрашиваемости. Обработку химической конверсией предпочтительно осуществляют с помощью бесхромового раствора обработки химической конверсией.
[Примеры]
Слябы марок сталей A-J, имеющие химические составы, указанные в таблице 1, прокатали в горячем состоянии. Чистовую прокатку осуществляли при температуре листа 900°C с точки зрения исключения уменьшения количества Mn в поверхностном слое. Через одну секунду после чистовой прокатки стальные листы охлаждали со скоростью 50°C/с и сматывали в рулон при температуре 600°C. После этого, для того, чтобы получать общее содержание Mn на участке равной 5 мкм или менее от поверхностного слоя, которое эффективно действует при формовке в горячем состоянии, стальной лист помещали в печь для выдержки и постепенно охлаждали от 600 до 400°C со скоростью 5°C/ч, чтобы получать горячекатаный стальной лист, имеющий толщину 2,8 мм. Горячекатаный стальной лист травили и затем прокатывали в холодном состоянии с обжатием при прокатке 60% для получения холоднокатаного стального листа толщиной 1,2 мм. Некоторые горячекатаные стальные листы не прокатывали в холодном состоянии после травления.
Таблица 1
Марка стали
Химический состав (единицы: мас.%, остальное: Fe и примеси)
C
Si
Mn
P
S
N
Al
Cr
Ni
B
Другое
A
0,22
0,50
1,6
0,01
0,002
0,004
0,03
-
-
-
B
0,22
0,06
1,5
0,01
0,002
0,004
0,03
-
-
-
Mg 0,001Ca 0,002
C
0,21
0,04
1,2
0,01
0,001
0,0004
0,04
0,2
0,02
0,0016
D
0,20
0,30
1,3
0,02
0,002
0,004
0,03
0,2
0,02
0,0014
Bi 0,002
E
0,21
0,21
1,2
0,01
0,002
0,003
0,04
0,5
0,02
0,0015
F
0,21
0,07
2,1
0,01
0,001
0,004
0,04
0,2
0,03
0,0020
G
0,21
0,07
2,1
0,01
0,001
0,004
0,80
0,2
0,03
0,0020
РЗМ:0,001
H
0,13
0,07
2,0
0,01
0,001
0,005
0,04
0,2
0,03
0,0023
I
0,10
0,06
2,3
0,02
0,001
0,004
0,04
0,2
0,02
0,0022
Cu 0,2, Ni 0,2, Mo 0,2
J
0,30
0,20
1,7
0,01
0,001
0,003
0,04
0,2
0,03
0,0013
Nb 0,08, V 0,2, W 0,1
2
Горячекатаные стальные листы и холоднокатаные стальные листы подвергали гальванизации в оборудовании для гальванизации погружением. Отжиг осуществляли в условиях 750°C×200 с при температуре конденсации -40°C с последующим охлаждением до 540°C при 6°C/с. Нанесение покрытия осуществляли при различных условиях температуры ванны: 450-460°C, концентрации Al в ванне: 0,10-0,15%, и удельный вес покрытия на одну сторону: 40-80 г/м. После гальванизации погружением легирование осуществляли при температуре листа 500-600°C для приготовления легированных (отожженных) гальванизированных погружением стальных листов. Некоторые гальванизированные погружением стальные листы не подвергали воздействию легирующей обработки.
Количество Mn на участке от поверхности раздела стального листа и слоя нанесенного гальванического покрытия до глубины 5 мкм измеряли с помощью спектроскопии тлеющего разряда (GDS) (glow discharge spectroscopy). Для трех мест для каждого из стальных листов исследовали с помощью GDS профиль количества Mn на участке от поверхности раздела гальванизированного стального листа до глубины 50 мкм. Количество Mn внутри 5 мкм от поверхности выражали показателем средней величины количества Mn на участке от поверхности раздела оцинкованного стального листа до глубины 5 мкм. Кроме этого, величины измерений количества Mn на участке от поверхности раздела оцинкованного стального листа до глубины 50 мкм для трех мест измерения усредняли.
Площадь области феррита определяли следующим образом. Брали стальной лист и подвергали его травлению ниталем. Часть, близкую к поверхностному слою, исследовали для десяти зон видимости при увеличении в 500 раз с помощью оптического микроскопа, а относительную площадь области феррита рассчитывали.
Образцы для горячего прессования (размер образца: 250 мм в ширину × 200 в длину) отбирали от изготовленных, гальванизированных погружением стальных листов и легированных гальванизированных погружением стальных листов. Температуре образца стального листа внутри нагревательной печи давали достичь 900°C. Образец стального листа выдерживали при температуре в течение 3 минут и затем вынимали и сразу после этого осуществляли горячее прессование с помощью пресс-формы с последующим быстрым охлаждением стального листа.
В таком состоянии, что два образца, прессованных в горячем состоянии, стального листа накладывали на верхнюю часть друг друга, проводили точечную сварку в следующих условиях, с последующим испытанием по непрерывному выставлению 1000 точек для оценки свариваемости. Число раз искры подсчитывали, и образец, который вызывал наплавку в испытании по непрерывному выставлению 1000 точек, описывали как "наплавленный".
- Приложенное давление: 400 килограмм-сила
- Время сварки: 15 циклов
- Время выдерживания: 9 циклов
- Ток сварки: ток непосредственно перед пылью
- Форма рабочего конца электрода: DR-тип, край рабочего конца составляет 6 мм ϕ-40 R
Результаты испытания по свариваемости методом точечной сварки вместе с условиями изготовления (холодная прокатка и легирующая обработка - проведена или не проведена) и результаты анализа пленки нанесенного гальванического покрытия суммированы в таблице 2.
Таблица 2
Класси-фикация
Испы-тание №
Марка стали
Холодная прокатка проведена или непроведена
Легирую-щая обработка проведена или не проведена
Содержание Mn на участке от поверхности раздела стального листа и пленки нанесенного гальванического покрытия до глубины 5 мкм (масс.%)
Площадь области феррита на участкеот поверхности раздела стального листа и пленки нанесенного гальванического покрытия доглубины 5 мкм (масс.%)
Результаты анализа пленки нанесенного гальванического покрытия перед горячим прессованием
Число раз возник-новения искры при точечной сварке после формовки в горячем состоянии (разы)
Удель-ный вес покрытия (г/м<sup>2</sup>)
Коли-чество Al (мг/м<sup>2</sup>)
Концен-трацияAl (%)
Концен-трацияFe (%)
Пример настоящего раскрытия
1
A
Проведена
Проведена
1,0
64
43
154
0,37
11,5
0
2
B
Проведена
Проведена
0,8
60
64
170
0,27
13,6
0
3
C
Проведена
Проведена
0,3
81
61
152
0,26
11,2
0
4
C
Проведена
Проведена
0,7
62
54
194
0,36
11,4
0
5
C
Не проведена
Проведена
0,8
80
55
186
0,34
10,7
0
6
D
Проведена
Проведена
0,3
54
78
152
0,24
10,0
3
7
E
Проведена
Проведена
0,7
58
60
166
0,28
12,7
5
8
E
Проведена
Не проведена
0,6
65
63
174
0,28
0,5
9
E
Проведена
Проведена
0,3
62
65
152
0,30
10,5
0
10
F
Проведена
Проведена
1,1
5,8
60
162
0,27
12,5
2
11
F
Проведена
Проведена
0,3
67
62
151
0,26
11,5
0
12
G
Проведена
Проведена
1,0
65
48
156
0,33
12,4
0
13
H
Проведена
Проведена
1,3
54
60
192
0,32
13,4
1
14
I
Проведена
Проведена
1,5
75
54
158
0,30
11,9
0
15
J
Проведена
Проведена
1,1
74
64
160
0,25
12,0
0
Сравнительный пример
16
A
Проведена
Проведена
<u>0,1</u>
50
43
<u>94</u>
0,22
11,2
303 (Испытание остановлено из-за адгезии на 500-ом точечном выставлении)
17
B
Проведена
Проведена
0,1
65
44
<u>98</u>
0,22
10,6
158
18
C
Проведена
Проведена
0,2
62
45
<u>100</u>
0,22
10,4
102
19
C
Проведена
Проведена
0,2
69
38
<u>94</u>
0,25
10,9
80
20
D
Проведена
Проведена
0,1
68
53
<u>126</u>
0,24
11,7
121
21
D
Проведена
Проведена
0,2
63
53
<u>130</u>
0,25
10,7
20
22
D
Проведена
Проведена
0,2
70
64
178
0,26
10,2
54
23
E
Проведена
Проведена
0,2
65
62
160
0,28
11,5
25
24
E
Проведена
Не проведена
0,2
67
65
189
0,30
10,8
58
25
E
Проведена
Проведена
0,2
62
58
152
0,32
10,6
21
26
F
Проведена
Проведена
0,2
65
52
<u>136</u>
0,27
11,0
56
27
G
Проведена
Проведена
0,1
64
56
<u>142</u>
0,25
11,0
60
28
H
Проведена
Проведена
0,2
63
52
<u>118</u>
0,23
11,6
75
29
I
Проведена
Проведена
0,2
67
46
<u>130</u>
0,29
11,1
80
30
J
Проведена
Проведена
0,2
68
41
<u>128</u>
0,31
11,2
85
2
В таблице 2 №№1-15 испытания являются примерами настоящего изобретения, а №№16-30 испытания являются примерами, где быстрое охлаждение после горячей прокатки и извлекающая обработка количества Mn при смотке в рулон или непрерывном отжиге не проводились, то есть сравнительные примеры, где содержание Mn на участке от поверхности раздела стального листа и нанесенной пленки покрытия до глубины 5 мкм является низким и количество Al в пленке нанесенного гальванического покрытия является избыточно малым. В №№1-15 испытания, которые являются примерами настоящего раскрытия, число раз возникновения искры является малым в испытании по непрерывному выставлению точек точечной сварки, и во всех №№1-15 испытаниях свариваемость методом точечной сварки была хорошей. С другой стороны, в №№16-30 испытания, которые являются сравнительными примерами, число раз возникновения искры является столь большим, что свариваемость методом точечной сварки была плохой. Из приведенных выше результатов оказалось, что когда содержание Mn на участке от поверхности раздела стального листа и пленки нанесенного гальванического покрытия до глубины 5 мкм равно или более чем 0,3%, и когда содержание Al в пленке нанесенного гальванического покрытия составляет более чем 150 г/м, ухудшение свариваемости методом точечной сварки штампованного в горячем состоянии гальванизированного стального листа может быть предотвращено.