高强度热镀锌钢板及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种具有超过700MPa的拉伸强度的高强度热镀锌钢板，特别是涉及一种焊接时热影响区(HAZ)不易产生软化、加工性能优良的高强度热镀锌钢板及其制造方法。背景技术
具有超过440MPa的拉伸强度的高强度热镀锌钢板，以其优良的耐蚀性和高强度特性，被广泛应用于建筑构件、机械结构构件、汽车结构构件等。
近年，对加工性的要求日益严格，关于提高这种高强度热镀锌钢板的加工性能的提案也日渐增多。例如，特开平5-311244号公报提出的方法是，把Si-Mn-P系热轧钢板在连续热镀锌生产线上加热到Ac1相变点以上的温度后，急冷到Ms点以下，使整体或部分产生马氏体，之后利用热镀锌液和合金化处理炉的热量对马氏体进行回火处理的方法。另外，特开平7-54051号公报公开的方法是，对在Mn-P-Nb(-Ti)系的热轧后低温下卷绕的热轧钢板进行热镀锌处理，向微小的铁素体基质中细微地分散珠光体或渗碳体，以提高延伸法兰的性能(伸びフランジ性)的方法。
另一方面，最近，象特殊薄型板材(TWB)，把不同强度或不同板厚的钢板通过激光焊接或压薄滚焊等焊接得到的材料被用于汽车的结构构件，钢板地焊接部的特性开始被重视。
但是，利用特开平5-311244号公报记载的提高钢板自身的加工性的方法制造的高强度热镀锌钢板，是基于其强化结构使奥氏体急冷而得的第2相获得的，但由于铁素体及第2相未做到均一细微化，所以焊接时容易产生HAZ的软化，导致焊接部的加工性劣化和强度降低，不适用于汽车用结构构件等。这里所说的第2相是由选自马氏体和贝氏体的至少一种组织组成的相。另外，利用特开平7-54051号公报记载的方法制造的高强度热镀锌钢板，是向铁素体基质中细微地分散珠光体或渗碳体形成的组织，所以在稳定获得超过700MPa的拉伸强度、特别是超过780MPa以上的强度方面很困难。发明内容
本发明的目的是，提供一种焊接时不易产生HAZ的软化、且加工性优良、拉伸强度超过700MPa的高强度热镀锌钢板及其制造方法。
该目的是通过本质上由C：0.03-0.25质量％、Si：0.7质量％以下、Mn：1.4-3.5质量％以下、P：0.05质量％以下、S：0.01质量％以下、Cr：0.05-1质量％、Nb：0.005-0.1质量％、和余量的Fe组成、并且由铁素体和第2相的复合组织组成的高强度热镀锌钢板实现的，前述复合组织的平均粒径为10μm以下。
该高强度热镀锌钢板是通过包括下述工序的高强度热镀锌钢板的制造方法制得的：热轧工序，把本质上由C：0.03-0.25质量％、Si：0.7质量％以下、Mn：1.4-3.5质量％以下、P：0.05质量％以下、S：0.01质量％以下、Cr：0.05-1质量％、Nb：0.005-0.1质量％、和余量的Fe组成的钢坯，在Ar3相变点以上的温度下进行热轧；卷绕工序，对800-700℃的温度范围以5℃/秒以上的冷却速度进行冷却，在450-700℃的温度范围进行卷绕；和镀锌工序，在连续热镀锌生产线上，加热到760-880℃温度范围后，以1℃/秒以上的冷却速度冷却到600℃以下的温度范围，进行镀锌。附图说明
图1表示的是Δh和铁素体的平均粒径的关系图。
图2A、2B分别表示的是本发明例的钢板和比较例的钢板的激光焊接部截面的硬度分布图。实施方式
本发明者等对高强度热镀锌钢板的焊接后的特性进行了研究，结果得到以下发现，即，如果添加Nb、Cr，使形成平均粒径为10μm以下的铁素体和第2相的复合组织，就可以防止HAZ在焊接时软化，而且还可获得优良的加工性。可以这样考虑，利用位错密度高的马氏体和贝氏体的硬质第2相的存在、因Cr产生的2次析出强化、和因NbC的微细析出产生的位错回复抑制效果，能够防止HAZ软化，在此基础上进行组织的细粒化，还可以获得优良的加工性。以下，将作详细说明。
1)钢成分
本发明的高强度热镀锌钢板本质上是由下述元素及余量的Fe组成。
C：C是实现高强度化的必须元素。为得到超过700MPa的拉伸强度，其含量至少要在0.03％以上。但是，如果添加量超过0.25％，则第2相的体积率增加，使结晶粒相互间结合，粒径变大，在焊接时会产生HAZ的软化、加工性劣化等。因此，C量要控制在0.03-0.25％。
Si：Si是稳定获得铁素体+马氏体2相组织的有效元素。但是，如果含量超过0.7％，镀锌的密合性和表面外观会明显劣化。所以，Si量要控制在0.7％以下。
Mn：Mn和C一样，是实现高强度化的必须元素。为得到超过700MPa的拉伸强度，其含量至少要在1.4％以上。但是，如果添加量超过3.5％，则第2相的粒径变大，在焊接时会产生HAZ的软化、加工性劣化等。因此，Mn量要控制在1.4-3.5％。
P：P和Si一样，是稳定获得铁素体+马氏体2相组织的有效元素。但是，如果含量超过0.05％，会劣化焊接部的韧性。所以，P量要控制在0.05％以下。
S：S是不纯物，所以越少越好。如果其含量超过0.01％，和P一样，会显著劣化焊接部的韧性。所以，S量要控制在0.01％以下。
sol.Al(溶性Al)：sol.Al是很有效的脱氧元素，但其含量超过0.10％时，会劣化加工性。所以，sol.Al量最好控制在0.10％以下。
N：N含量如果超过0.007％，会劣化延展性，所以，N量最好控制在0.007％以下。
Cr：Cr是防止HAZ在焊接时软化的有效元素。因此，其含量需要在0.05％以上，但如果超过1％会劣化表面性质。所以，Cr量应控制为0.05-1％。
Nb：Nb是把铁素体粒径细微化、防止HAZ在焊接时软化、提高加工性的有效元素。因此，其含量需要在0.005％以上，但如果超过0.1％会劣化加工性。所以，Nb量应控制为0.005-1％。
在上述元素的基础上，添加从Mo：0.05-1％、V：0.02-0.5％、Ti：0.005-0.05％、B：0.0002-0.002％中选择的至少1种元素，把铁素体粒径进一步细微化，对防止HAZ在焊接时软化、提高加工性更有效果。特别是，Mo、V对提高淬火性有效果，Ti、B对提高强度有效果。
2)由铁素体+第2相组成的复合组织的平均粒径
如后面所详述，把复合组织的平均粒径控制在10μm以下，会得到更优良的加工性。这里所说的第2相是由选自马氏体和贝氏体的至少一种组织组成的相。另外，复合组织中，在这些第2相的基础上，再包含有不足10％的珠光体或残留的奥氏体时，也不会有损本发明的效果。
3)制造方法
上述高强度热镀锌钢板也可以通过，例如，把满足上述成分条件的钢坯在Ar3相变点以上的精加工温度下进行热轧后，以5℃/秒以上的冷却速度冷却到800-700℃的温度范围，在450-700℃温度范围进行卷绕，酸洗后，在连续热镀锌生产线上，加热到760-880℃温度范围，以1℃/秒以上的冷却速度冷却到600℃以下的温度范围，进行镀锌的制造方法制得。另外，也可以在镀锌后进行合金化处理。这样制得的高强度热镀锌钢板是热轧钢板。
热轧的精加工温度应在Ar3相变点以上，以避免在不到Ar3相变点以下时生成粗大的铁素体粒，形成不均一的组织。
热轧后，在800-700℃温度范围生成铁素体粒，但如果以小于5℃/秒的冷却速度冷却该温度范围，会使铁素体粒变粗大，形成不均一的组织。因此，该温度范围，需要以5℃/秒以上的冷却速度进行冷却。特别是，以100-300℃/秒以上的冷却速度进行冷却，对组织的细微化是非常有利的。
卷绕温度如果不足450℃，会造成NbC的析出不充分，而如果超过700℃又会析出粗大的NbC，都会导致得不到细微化的组织，HAZ在焊接时产生软化，加工性劣化。因此，卷绕温度应控制为450-700℃。
连续热镀锌生产线上的加热温度如果不足760℃就不能形成第2相，而超过880℃又会造成组织粗大化，所以，应控制为760-880℃。
加热后，如果以小于1℃/秒的冷却速度进行冷却，或即使以1℃/秒以上的冷却速度进行冷却，在超过600℃的温度下进行镀锌时，都会导致铁素体粒粗大化、不能形成第2相。因此，需要以1℃/秒以上的冷却速度，冷却到600℃以下后进行镀锌。
也可以把热轧后的热轧钢板，按照和冷轧后的连续热镀锌生产线相同的条件进行镀锌。这样制得的高强度热镀锌钢板是冷轧钢板。此时，为防止组织的粗大化，冷轧率需要在20％以上。
另外，钢坯的制造可以用铸锭法，也可以用连续铸造法制得。连续轧制法和直接输送轧制法都可适用于热轧。热轧过程中，也可以用感应加热器对钢板进行加热。热轧的轧制率增大时，对组织的细粒化很有利。在连续热镀锌生产线上进行镀锌前，也可以进行镀Ni。实施例1
表1表示的是把本发明成分范围内的钢A-R和成分范围外的钢a-k放在转炉中铸锭，通过连续铸造得到钢坯，在表2所示本发明范围内的条件下热轧后，以冷轧率60％进行冷轧，在连续热镀锌生产线上按照表2所示的本发明范围内的条件进行镀锌，制得的板厚1.4mm的高强度热镀锌钢板。
然后，利用电子显微镜观察第2相，利用X线衍射测定残留的奥氏体的量，利用拉伸试验测定拉伸强度TS。另外，为评价激光焊接后的HAZ的特性，对母材及激光焊接部做了埃里克森试验(杯突试验)，求得了母材的成形高度h0，焊接部的成形高度ht，以及它们的差Δh(＝h0-ht)。
激光焊接采用的是CO2激光(波长：10.6μm、光束模式：环形模式M＝2)，聚光系统采用ZnSe制透镜(焦距：254mm)，保护气体使用Ar气，流速为20升/分钟，激光输出功率4kW，焊接速度4米/分钟。
另外，还使用表1的钢C、I、J、Q、d，按表3所示条件制造了高强度热镀锌钢板，并做了与上述相同的试验。
其结果如表2及表3所示。
成分和铁素体和第2相的粒径在本发明范围内的钢板，其Δh小，HAZ不易软化。另一方面，在本发明范围外的钢板，其Δh大，HAZ易断裂。
图1表示的是表2及表3所示的钢板的Δh和铁素体粒径的关系。
第2相的粒径如表2及表3所示。
使用具有本发明的成分的钢，按照本发明的条件进行制造，可以得到铁素体粒径及第2相粒径在10μm以下、HAZ没有断裂、Δh在2mm以下、而且是高强度、HAZ不易软化的镀锌钢板。
另一方面，本发明范围外的钢板，其Δh超过2mm，HAZ产生软化，HAZ也出现了断裂。
图2A、2B分别表示的是本发明例的钢板17和比较例的钢板28的激光焊接部截面的硬度分布图。
本发明例的钢板基本不产生HAZ软化。表1 钢 C Si Mn P S sol.Al N Nb Cr 其他 备注 A 0.05 0.12 2.4 0.030 0.001 0.020 0.0025 0.015 0.10 - 本发明钢 B 0.13 0.01 3.3 0.010 0.0006 0.031 0.0014 0.043 0.20 0.07V 本发明钢 C 0.08 0.36 2.0 0.014 0.001 0.014 0.0023 0.020 0.06 - 本发明钢 D 0.11 0.10 1.8 0.016 0.003 0.019 0.0025 0.026 0.85 0.05Mo 本发明钢 E 0.05 0.02 2.8 0.023 0.007 0.020 0.0036 0.010 0.07 0.01Ti 本发明钢 F 0.19 0.25 2.2 0.026 0.003 0.021 0.0044 0.035 0.33 - 本发明钢 G 0.08 0.63 3.0 0.030 0.002 0.032 0.0036 0.026 0.15 0.1V 本发明钢 H 0.10 0.25 2.5 0.006 0.004 0.012 0.0021 0.031 0.05 - 本发明钢 I 0.06 0.23 1.9 0.032 0.002 0.024 0.0020 0.058 0.40 - 本发明钢 J 0.07 0.25 2.3 0.025 0.0002 0.022 0.0028 0.025 0.10 0.05V 本发明钢 K 0.10 0.15 2.7 0.026 0.002 0.023 0.0011 0.020 0.55 - 本发明钢 L 0.08 0.25 2.0 0.032 0.002 0.018 0.0048 0.045 0.15 0.15Mo 本发明钢 M 0.04 0.10 1.4 0.019 0.001 0.031 0.0032 0.005 0.23 0.03Ti，0.0005B 本发明钢 N 0.15 0.48 2.5 0.011 0.002 0.026 0.0033 0.018 0.07 - 本发明钢 O 0.13 0.10 2.3 0.011 0.002 0.022 0.0015 0.046 0.10 - 本发明钢 P 0.09 0.25 1.6 0.016 0.001 0.038 0.0019 0.040 0.20 - 本发明钢 Q 0.13 0.05 2.5 0.029 0.006 0.031 0.0022 0.080 0.15 0.03Ti，0.0003B 本发明钢 R 0.07 0.11 2.8 0.022 0.001 0.025 0.0019 0.033 0.20 - 本发明钢 a 0.14 0.15 1.3* 0.021 0.003 0.030 0.0016 0.035 - - 比较钢 b 0.07 0.13 2.5 0.020 0.0006 0.036 0.0021 0.003* 0.20 - 比较钢 c 0.08 0.25 2.7 0.030 0.001 0.024 0.0022 -* 0.15 0.035Ti 比较钢 d 0.16 0.02 2.2 0.012 0.002 0.028 0.0030 -* -* - 比较钢 e 0.07 0.10 1.6 0.030 0.002 0.021 0.0019 0.015 -* - 比较钢 f 0.12 0.01 3.7* 0.016 0.001 0.023 0.0026 0.015 0.10 0.05Ti，0.0003B 比较钢 g 0.11 0.30 3.9* 0.026 0.005 0.026 0.0022 0.038 -* - 比较钢 h 0.13 0.01 1.6 0.016 0.001 0.019 0.0026 0.055 -* 0.21Mo 比较钢 i 0.07 0.02 1.2* 0.015 0.001 0.040 0.0041 0.050 0.35 - 比较钢 j 0.09 0.25 3.7* 0.033 0.001 0.026 0.0029 -* 0.10 - 比较钢 k 0.05 0.45 2.1 0.045 0.003 0.028 0.0030 -* -* 0.04Ti 比较钢单位：质量％*：本发明范围外。
表2钢板钢热轧条件冷轧率 ％板厚mm热镀锌条件组织特性备注加热温度 ℃冷却速度 ℃/秒卷绕温度 ℃均热温度 ℃冷却速度 ℃/秒合金化构成铁素体粒径μm第2相体积率％第2相粒径μm残留γ体积率％TSPahOmmhtmmΔhmm断裂位置1A122010580601.48007是F+M827507969.49.10.3焊接线本发明例2B126010630601.48007否F+M5673311526.96.80.1焊接线本发明例3C123010600601.480012是F+M+B923707399.89.20.6焊接线本发明例4D117010530601.480015是F+M732518898.88.80焊接线本发明例5E122010620601.48003是F+M1038818619.08.01.0焊接线本发明例6F120010600601.48008是F+M+B6554610457.77.20.5焊接线本发明例7G120010580601.480020是F+M8625210977.37.30焊接线本发明例8H120010580601.480015否F+M+B350738609.09.00焊接线本发明例9I120010580601.480010是F+M241608429.19.10焊接线本发明例10J120010580601.480010是F+M446518159.39.10.2焊接线本发明例11K120010580601.48002是F+M7659110797.57.30.2焊接线本发明例12L127010580601.48007是F+M+B533508159.39.30焊接线本发明例13M123010580601.480025是F+M+B1028807649.78.51.2焊接线本发明例14N120010580601.480020是F+M846439598.37.70.6焊接线本发明例150120010550601.480010否F+M+B531728479.19.10焊接线本发明例16P120010550601.480010否F+M32510071910.09.90.1焊接线本发明例17Q120010620601.48005是F+M3553410717.57.30.2焊接线本发明例18R120010620601.48007是F+M643519778.28.10.1焊接线本发明例19a120010620601.48005是F+P8--O55211.18.62.5HAZ比较例20b120010580601.480028是F+M12391519058.74.93.8HAZ比较例21c120010580601.480010否F+M15461319538.32.06.3HAZ比较例22d120010580601.480013是F+M+B13232017779.64.45.2HAZ比较例23e120010580601.48009是F+M879054911.27.24.0HAZ比较例24f128010600601.48005是F+M58316313235.71.44.3HAZ比较例25g120010600601.480027是F+M36525511966.64.32.3HAZ比较例26h120010600601.480010是F+M+B7168064710.55.94.6HAZ比较例27i120010600601.480010是F+M13--064010.56.34.2HAZ比较例28J120010600601.480010是F+M107030211816.73.23.5HAZ比较例29k120010600601.480010是F+M+B162013171010.03.16.9HAZ比较例F：铁素体、M：马氏体、B：贝氏体、P：珠光体
表3 钢板 钢 热轧条件 冷轧率 ％ 板厚 mm 热镀锌条件 组织 特性 备注加热温度 ℃冷却速度 ℃/秒卷绕温度 ℃ 均热温度 ℃ 冷却速度 ℃/秒合金化 构成铁素体粒径μm 第2相 体积率％第2相粒径μm 残留γ 体积率％ TS MPa h0 mm Ht mm Δh mm 断裂 位置 41 C 1240 1 550 60 1.4 780 5 是 F+M+B 15 26 12 0 730 9.0 2.3 6.7 HAZ 比较例 42 C 1240 3 550 60 1.4 780 5 是 F+M+B 13 23 10 0 725 9.2 3.5 5.7 HAZ 比较例 43 C 1240 8 550 60 1.4 780 5 是 F+M+B 9 25 8 0 720 10.1 9.3 0.8 焊接线 本发明例 44 C 1240 15 550 60 1.4 780 5 是 F+M+B 7 24 7 0 733 9.8 9.3 0.5 焊接线 本发明例 45 C 1240 100 550 60 1.4 780 5 是 F+M+B 3 27 5 0 735 10.3 10.3 0 焊接线 本发明例 46 C 1240 15 550 - 3.5 780 5 否 F+M+B 7 25 8 0 720 11.5 11.3 0.2 焊接线 本发明例 47 C 1240 15 550 10 3.15 780 5 否 F+M+B 20 22 13 0 715 8.9 1.1 7.8 HAZ 比较例 48 C 1240 15 550 30 2.45 780 5 否 F+M+B 8 26 10 0 726 10.8 10.0 0.8 焊接线 本发明例 49 C 1240 15 550 80 0.7 780 5 否 F+M+B 3 25 5 0 725 9.5 9.5 0 焊接线 本发明例 50 I 1200 15 620 - 2.3 780 5 是 F+M 5 38 6 0 820 9.2 9.2 0 焊接线 本发明例 51 J 1250 15 580 60 1.4 700 8 是 F+P 11 - - 0 1121 4.2 1.5 2.7 HAZ 比较例 52 J 1250 15 580 60 1.4 750 8 是 F+P 11 - - 0 965 6.3 3.9 2.4 HAZ 比较例 53 J 1250 15 580 60 1.4 780 8 是 F+M 5 45 7 1 820 9.5 9.5 0 焊接线 本发明例 54 J 1250 15 580 60 1.4 830 8 是 F+M 6 48 6 1 808 9.8 9.8 0 焊接线 本发明例 55 J 1250 15 580 60 1.4 860 8 是 F+M 4 46 5 1 806 9.7 9.7 0 焊接线 本发明例 56 J 1250 15 580 60 1.4 900 8 是 F+M 15 45 14 0 795 9.1 3.6 5.5 HAZ 比较例 57 J 1250 15 580 60 1.4 800 0.5 是 F+P 7 - - 0 700 9.3 6.8 2.5 HAZ 比较例 58 J 1250 15 580 - 2.3 800 8 是 F+M 5 43 5 1 817 10.7 10.7 0 焊接线 本发明例 59 Q 1200 10 400 60 1.4 780 5 是 F+M 12 50 8 3 1050 7.3 3.1 4.2 HAZ 比较例 60 Q 1200 200 500 60 1.4 780 5 是 F+M 2 53 3 4 1061 7.6 7.5 0.1 焊接线 本发明例 61 Q 1200 10 680 60 1.4 780 5 是 F+M 4 48 6 4 1058 7.7 7.7 0 焊接线 本发明例 62 Q 1200 10 600 - 3.5 780 5 是 F+M 7 51 5 3 1055 9.0 9.0 0 焊接线 本发明例 63 d 1250 15 580 60 1.4 900 8 是 F+M+B 18 25 15 1 765 9.5 1.9 7.6 HAZ 比较例 64 d 1250 15 580 10 3.15 800 8 是 F+M+B 25 22 23 1 749 9.3 2.1 7.2 HAZ 比较例
F：铁素体、M：马氏体、B：贝氏体、P：珠光体