DE60124999T2

DE60124999T2 - Hochfestes warmgewalztes stahlblech mit ausgezeichneten reckalterungseigenschaften und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE60124999T2
Application number: DE60124999T
Authority: DE
Inventors: Chiba Works Akio Chiba-shi TOSAKA; Technical Res. Lab. Sinjiro Chiba-shi KANEKO; JFE STEEL CORPORATION Yoichi TOMINAGA; JFE STEEL CORPORATION Noriyuki KATAYAMA; Technical Res. Lab. Nobutaka Chiba-shi KUROSAWA; Technical Res. Lab. Kei Chiba-shi SAKATA; Technical Res. Lab. Osamu Chiba-shi FURUKIMI
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: US20030041932A1; DE60124999D1; EP1191114A1; US20040031547A1; KR20010112945A; CA2369510A1; EP1191114A4; CN1366558A; DE60124792T2; EP1493832A1; EP1191114B1; KR100614026B1; CN1183268C; WO2001062997A1; JP2009041104A; CA2369510C; TW558569B; JP5163356B2; DE60124792D1; US20090202384A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft hochfeste warmgewalzte Stahlbleche mit ausgezeichneten Reckalterungseigenschaften. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein hochfestes warmgewalztes Stahlblech mit einer TS (Zugfestigkeit) von 440 MPa oder mehr und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Das hochfeste warmgewalzte Stahlblech wird hauptsächlich für Kraftfahrzeuge als ein dünnes warmgewalztes Stahlblech mit hoher Verarbeitbarkeit verwendet. Außerdem wird das hochfeste warmgewalzte Stahlblech als ein Ersatz für ein dünnes kaltgewalztes Stahlblech mit einer Dicke von ungefähr 4,0 mm oder weniger und welches eingesetzt wurde, weil es schwierig war, ein Stahlblech mit solch einer dünnen Dicke durch Warmwalzen herzustellen, benutzt. Das Anwendungsgebiet des Stahlblechs gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt sich über einen großen Bereich von Nutzungen für relativ leichte Verarbeitung, wie beispielsweise geringes Biegen und Formen von Rohren durch Profilwalzen bis hin zu schwerer Verarbeitbarkeit, wie beispielsweise Ziehen durch eine Presse.
Die vorliegende Erfindung betrifft nicht nur warmgewalzte Stahlbleche, sondern auch galvanisierte und feuerverzinkte Stahlbleche, welche das warmgewalzte Stahlblech als Ausgangsplatte verwenden.
Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet „mit ausgezeichneter Reckalterungseigenschaft", dass die folgenden Eigenschaften vorhanden sind;

1) wenn ein Stahlblech einer Vorverformung mit einer Zugverformung (tensile strain) von 5% und dann einer Alterungsbehandlung durch Halten des Stahlblechs für 20 Minuten bei 170°C unterworfen wird, dann ist die Erhöhung des Umform-Widerstands (deformation stress) vor und nach der Alterungsbehandlung (nachfolgend bezeichnet als BH; BH = Fließspannung nach Alterungsbehandlung-Vorumform-Widerstand bevor Alterungsbehandlung) 80 MPa oder mehr; und
2) eine Erhöhung der Zugfestigkeit vor und nach Reckalterungsbehandlung (die Vorverformung + Alterungsbehandlung) (nachfolgend bezeichnet als ΔTS; ΔTS = Zugfestigkeit nach Alterungsbehandlung – Zugfestigkeit bevor Vorverformung) 40 MPa oder mehr.

Stand der Technik
Eine Vielzahl von dünnen Stahlblechen werden als Materialien für Kraftfahrzeugkarosserien verwendet. Kaltgewalzte Stahlbleche wurden für Anwendungen verwendet, welche ausgezeichnete Formbarkeit verlangten. Aufgrund der Anpassung der Stahlzusammensetzung (chemische Bestandteile) und Optimierung der Warmwalzbedingungen wurde es jedoch möglich, warmgewalzte Stahlbleche mit hoher Formbarkeit (hoher Verarbeitbarkeit) herzustellen und deshalb werden die warmgewalzten Stahlbleche zunehmend als Materialien für Kraftfahrzeugkarosserien verwendet.
Um hinsichtlich der globalen Umweltverträglichkeit die Abgasbestimmungen zu erfüllen, ist die Verringerung des Gewichts der Kraftfahrzeugkarosserie sehr wichtig. Um das Gewicht der Kraftfahrzeugkarosserie zu verringern, ist es wirksam, die Zugfestigkeit von Stahlblechen zu erhöhen und die Dicke der Stahlbleche zu verringern. Kraftfahrzeugbauteile, für welche höhere Zugfestigkeit und dünnere Stahlbleche verwendet werden, müssen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die erforderlichen Eigenschaften enthalten beispielsweise: statische Festigkeit gegenüber Biegung und Torsionsverformung, Dauerfestigkeit und Schlagbiegefestigkeit. Deshalb müssen die für Kraftfahrzeugbauteile verwendeten hochfesten Stahlbleche solche Eigenschaften aufweisen, nachdem Umformen und Verarbeiten durchgeführt worden ist.
Andererseits wird Pressformen an Stahlblechen durchgeführt, wenn die Kraftfahrzeugbauteile hergestellt werden. Zu hohe Festigkeit der Stahlbleche führt zu Problemen, wie beispielsweise Verschlechterung der Formgenauigkeit und Defekte, wie beispielsweise Risse und Einschnürungen, die aufgrund der verringerten Duktilität verursacht werden. Solche Probleme haben die Verbreitung der Anwendung von hochfesten Stahlblechen für Kraftfahrzeugbauteile verhindert.
Um diese oben beschriebenen Probleme zu überwinden, wie beispielsweise hinsichtlich der kaltgewalzten Stahlbleche für äußere Blenden, ist ein Stahlblechherstellungsverfah ren bekannt, bei welchem Stahl mit sehr niedrigem Kohlenstoff als ein Ausgangsmaterial benutzt wird und die C-Menge, die letztendlich in dem aufgelösten Zustand verbleibt, wird innerhalb eines geeigneten Bereichs beschränkt. Bei diesem Verfahren wird ein Reckalterungsphänomen verwendet, welches bei einem Paint-Baking-Schritt, durchgeführt bei 170°C·ungefähr 20 Minuten nach Pressformen eintritt. Formgenauigkeit und Duktilität werden während der Umformung durch Beibehalten der Weichheit gesichert und der Einbeulungswiderstand wird nach der Umformung durch eine Erhöhung der YS (Fließspannung) aufgrund der Reckalterung gesichert. Um Fließfiguren, die zu Oberflächendefekten führen zu verhindern, kann bei diesem Verfahren jedoch eine Menge der Erhöhung von YS nicht ausreichend erhöht werden, und da ΔTS nur in der Größenordnung von mehreren MPa ist, kann die Dicke des Stahlblechs nicht ausreichend verringert werden.
Bei Anwendungen, bei welchen die Erscheinung kein allzu großes Problem ist, wurde andererseits ein Stahlblech, bei welchem die Bake-Härtungsmenge weiterhin durch Nutzung von aufgelösten N erhöht wurde (japanische geprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 7-30408) und ein Stahlblech, bei welchem die Bake-Härtbarkeit weiterhin durch Nutzung einer Zweiphasen-Struktur bestehend aus Ferrit und Martensit verbessert wurde, (japanische geprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 8-23048) offenbart.
Bei solchen Stahlblechen ist es jedoch nicht möglich, die TS (Zugfestigkeit) zu erhöhen, obwohl eine höhere Bake-Härtungsmenge aufgrund der Erhöhung von YS (Fließspannung) zu einem bestimmten Maß nach Paint-Baking erzielt werden kann, und keine große Verbesserung der Dauerfestigkeit und Schlagbiegefestigkeit nach Umformen ist erwartet. Deshalb können die Stahlbleche nicht für Bauteile benutzt werden, für welche Dauerfestigkeit, Schlagbiegefestigkeit, etc. erforderlich ist, was nachteilig ist. Da die Menge der Zunahme der Fließspannung YS unstabil ist, ist es nicht möglich, die Dicke der Stahlbleche auf solch eine Art und Weise zu verringern, um zur Gewichtsreduzierung der Kraftfahrzeugbauteile beizutragen, was ebenfalls nachteilig ist.
EP 0 943 696 A1 offenbart ein Stahlblech umfassend unter anderem C, Al und N als zwingende Elemente. Das aus diesem Stand der Technik bekannte Stahlblech weist jedoch nicht zufrieden stellende Reckalterungseigenschaften auf.
Wenn ein dünnes Stahlblech mit einer Dicke von 2,0 mm oder weniger hergestellt wird, ist es außerdem sehr schwierig das Stahlblech zu Pressformen, da die Form des Stahlblechs während des Warmwalzprozesses ungeeignet wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochfestes warmgewalztes Stahlblech mit ausgezeichneten Reckalterungseigenschaften bereitzustellen, welches die Beschränkungen der oben beschriebenen konventionellen Techniken überwindet, welches hohe Formbarkeit und stabile Qualitätseigenschaften hat und bei welchem zufrieden stellende Festigkeit erhalten wird, wenn das Stahlblech zu einem Kraftfahrzeugbauteil umgeformt wird, wodurch ein großer Beitrag zur Gewichtsreduzierung der Kraftfahrzeugkarosserie geleistet wird. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur industriellen Herstellung solch eines Stahlblechs bei niedrigen Kosten und ohne Beeinträchtigung der Form davon bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, haben die gegenwärtigen Erfinder unterschiedliche Stahlbleche durch Verändern der Zusammensetzung und Herstellungsverfahren hergestellt und haben eine Vielzahl von Materialauswertungsversuchen durchgeführt. Als ein Ergebnis hat man herausgefunden, dass eine Verbesserung der Formbarkeit und eine Zunahme der Festigkeit nach Umformen auf einfache Weise miteinander verbindbar sind, indem N als ein Verfestigungselement benutzt wird, welches in dem Gebiet, in welchem hohe Verarbeitbarkeit erforderlich ist, nicht vorteilhaft verwendet wurde, und in dem ein hohes Reckalterungsphänomen erhalten durch die Wirkung von N als ein Verfestigungselement wirksam benutzt wird. Um das Reckalterungsphänomen durch N wirksam zu verwenden, muss das Reckalterungsphänomen wirksam mit den Paint-Baking-Bedingungen für Kraftfahrzeuge und Wärmebehandlungsbedingungen nach Umformen kombiniert werden. Die gegenwärtigen Erfinder haben herausgefunden, dass es wirksam ist, das Mikrogefüge und die Menge an gelöstem N in einem Stahlblech innerhalb vorbestimmten Bereichen durch Optimieren der Warmwalzbedingungen einzustellen. Es wurde auch herausgefunden, dass es besonders wichtig ist, die Menge an Al gemäß dem N-Anteil hinsichtlich der Zusammensetzung zu kontrollieren, um das Reckalterungsphänomen durch N stabil zu erzeugen.
Es ist somit möglich, ein Stahlblech (Stahlblech der vorliegenden Erfindung) mit signifikant verbesserter Formbarkeit und Reckalterungseigenschaften im Vergleich zu einem konventionellen fest lösungsverfestigten C-Mn-Stahlblechtyp und einem durch Ausfällungen verfestigten Stahlblech (konventionelle Stahlbleche) zu erhalten, indem N als ein Verfestigungselement benutzt wird, der Anteil an Al, welches ein Schlüsselelement ist, in einem geeigneten Bereich festgelegt wird und indem die Warmwalzbedingungen auf geeignete Art und Weise festgelegt werden, so dass das Mikrogefüge und der gelöste N optimiert werden.
Um die Bake-Härtbarkeit auszuwerten, wird generell ein Zugversuch durchgeführt. Da eine große Variation der Festigkeit eingetroffen war, wenn die konventionellen Stahlbleche einer plastischen Verformung unter den tatsächlichen Pressbedingungen unterworfen wurden, konnten die konventionellen Stahlbleche nicht für Bauteile verwendet werden, für welche eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich war, auch wenn die konventionellen Stahlbleche bei der Auswertung eine erwünschte Bake-Härtbarkeit bei dem Zugversuch zeigten. Im Gegensatz dazu sind die Variationen der Festigkeit gering, wenn das Stahlblech der vorliegenden Erfindung einer plastischen Verformung unter den tatsächlichen Pressbedingungen unterworfen wird. Außerdem hat das Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung eine höhere Auswertung der Bake-Härtbarkeit gemäß dem Zugversuch im Vergleich zu den konventionellen Stahlblechen. Man hat herausgefunden, dass stabile Komponentenfestigkeitseigenschaften durch Verwendung der Stahlbleche gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Das für Kraftfahrzeugkarosserien verwendete dünne warmgewalzte Stahlblech muss eine sehr hohe Formgenauigkeit und Größe aufweisen. Man hat herausgefunden, dass die Formgenauigkeit und Dimension durch Einsetzen eines kontinuierlichen Walzverfahrens sehr verbessert wurden, welches seit kurzem in der Praxis bei dem Warmwalzverfahren zum Herstellen der Stahlbleche gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wurde. Außerdem hat man herausgefunden, dass die Variationen der Materialeigenschaften durch Teilerwärmung oder Abkühlung des gewalzten Materials sehr verringert werden konnten, so dass die Temperaturprofile in Breitenrichtung und in Längsrichtung einheitlich werden.
Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis der oben beschriebenen Entdeckungen erzielt und ist wie folgt zusammengefasst. Die obigen Aufgaben werden durch ein Produkt wie in Anspruch 1 angegeben und einem Verfahren wie in Anspruch 5 angegeben gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Produkts und Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert.
Kurze Zusammenfassung der Zeichnungen
1 ist ein Graph, welcher BH (eine Zunahme des Umform-Widerstands) in Bezug auf die Beispiele der vorliegenden Erfindung und der Vergleichsbeispiele zeigt.
2 ist ein Graph, welcher ΔTS (eine Zunahme der Zugfestigkeit) in Bezug auf die Beispiele der vorliegenden Erfindung und der Vergleichsbeispiele zeigt.
Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
Zuerst wird die chemische Zusammensetzung des Stahls gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Anteil (%) von jedem Bestandteil ist als Massenprozent angegeben.

C: 0,005% bis 0,15%.

C ist ein Element, welches die Festigkeit der Stahlbleche erhöht, und um die erwünschte Festigkeit zu gewährleisten, ist der C-Anteil auf 0,005% oder mehr festgelegt. Der C-Anteil ist auch deshalb vorzugsweise auf 0,005% oder mehr festgelegt, um die Kornvergröberung zu unterdrücken. Wenn der C-Anteil 0,15% überschreitet, entstehen die folgenden Probleme. (1) Die Formbarkeit wird verschlechtert, da der Anteil an Carbiden in dem Stahl übermäßig wird und die Duktilität des Stahlblechs wird sehr verschlechtert. (2) Punktschweißbarkeit oder Lichtbogenschweißbarkeit werden sehr verschlechtert. (3) Hinsichtlich des Warmwalzens eines Stahlblechs mit einer großen Breite und einer geringen Dicke erhöht sich der Verformungswiderstand unterhalb des niedrigen Austenit-Temperaturbereichs sehr und die Walzkraft erhöht sich schlagartig, was zu Schwierigkeiten beim Walzen führt. Deshalb wird der C-Anteil auf 0,15% oder weniger festgelegt. Im Hinblick auf die Verbesserung der Formbarkeit ist der C-Anteil vorzugsweise 0,08% oder weniger und bei Anwendungen, für welche eine gute Duktilität von besonderer Bedeutung ist, ist der C-Anteil besonders bevorzugt 0,05% oder weniger.
Hinsichtlich eines Stahlblechs gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltend insgesamt 0,1% oder weniger von wenigstens einem oder mehreren von 0,02% bis 0,1% an Nb und mehr als 0,02% bis 0,1% an V, dann ist der C-Anteil vorzugsweise auf 0,03% bis 0,01% festgelegt. C ist ein Element, welches die Festigkeit von Stahlblechen erhöht und die erwünschte Festigkeit durch Bildung von Carbonitriden mit Nb und V (Ausfällungen) gewährleistet, und somit ist der C-Anteil vorzugsweise auf 0,03% oder mehr festgelegt. Um Kornvergröberung zu unterdrücken, ist der C-Anteil vorzugsweise auch auf 0,03% oder mehr festgelegt. Wie nachfolgend beschrieben wird, müssen anderseits die Carbonitride, nachdem Warmwalzen beendet ist, in der Niedrigtemperatur-Ferrit-Phase ausgefällt werden, um somit Carbonitride von Nb und V fein auszufällen. Wenn der C-Anteil bei diesem Zustand 0,01% überschreitet, so werden grobe Carbonitride während des Warmwalzens geformt, was zu einer Verringerung der Festigkeit des Stahlblechs führt. Deshalb ist der C-Anteil auf 0,1% oder weniger festgelegt.

Si: 2,0% oder weniger

Si ist ein wirksames Element, welches die Festigkeit von Stahlblechen erhöht, ohne die Duktilität des Stahls sehr zu verringern. Da Si anderseits die Ar₃- Umwandlungstemperatur sehr erhöht, neigt eine große Menge der Ferritphase dazu, sich während des Endwalzens zu bilden. Si beeinflusst die Stahlbleche auch nachteilig, beispielsweise durch Verschlechterung der Oberflächeneigenschaften und der glänzenden Oberfläche. Um den festigkeitserhöhenden Effekt signifikant zu erhalten, ist der Si-Anteil vorzugsweise bei 0,1% oder mehr festgelegt. Wenn der Si-Anteil 2,0% oder weniger ist, ist es möglich, eine große Erhöhung der Umwandlungstemperatur durch Einstellen der Menge an Mn, welches zu dem Stahl in Kombination mit Si hinzugefügt wird, zu hemmen und zufrieden stellende Oberflächeneigenschaften werden ebenfalls gewährleistet. Deshalb wird der Si-Anteil auf 2,0% oder weniger festgelegt. Um eine hohe Duktilität mit einem TS von mehr als 500 MPa zu gewährleisten, ist der Si-Anteil hinsichtlich der Balance zwischen Festigkeit und Duktilität vorzugsweise auf 0,3% oder mehr festgelegt.

Mn: 0,2% bis 3,0%

Mn verringert die Ar₃-Umwandlungstemperatur und es ist möglich, dass Mn die Wirkung von Si zum Erhöhen der Umwandlungstemperatur entgegenwirkt. Mn ist ein Element, welches zum Verhindern von Warmversprödung aufgrund von S wirksam ist, und um Warmversprödung zu verhindern, wird Mn vorzugsweise gemäß der Menge an S hinzugefügt. Da Mn einen Kornverfeinerungseffekt hat, ist es erwünscht, dass Mn aktiv hinzugefügt wird, so dass Mn zum Verbessern der Materialeigenschaften verwendet wird. Hinsichtlich der stabilen Fixierung von S wird der Mn-Anteil auf ungefähr 0,2% oder mehr festgelegt, und um die Festigkeitserfordernisse der TS 500 MPa-Kategorie zu sichern, wird der Mn-Anteil vorzugsweise auf 1,2% oder mehr und besonders bevorzugten auf 1,5% oder mehr festgelegt. Durch Erhöhen des Mn-Anteils auf solch ein Niveau werden Variationen der mechanischen Eigenschaften und der Reckalterungseigenschaft der Stahlbleche hinsichtlich der Veränderung der Wärmebehandlungsbedingungen reduziert und ist somit wirksam zum Stabilisieren der Qualität.
Wenn der Mn-Anteil jedoch 3,0% überschreitet, treten die folgenden Probleme auf. (1) Obwohl detaillierte Mechanismen unbekannt sind, neigt sich der Verformungswiderstand bei erhöhten Temperaturen des Stahlblechs zu erhöhen. (2) Schweißbarkeit und Formbarkeit in der Schweißzone neigen dazu verschlechtert zu werden. (3) Da die Erzeugung von Ferrit sehr unterdrückt wird, verschlechtert sich die Duktilität. Deshalb ist der Mn-Anteil auf 3,0% oder weniger beschränkt. Bei Anwendungen, welche bessere Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit erfordern, ist der Mn-Anteil vorzugsweise auf 2,5% oder weniger festgelegt.
Im Hinblick auf ein Produkt mit besonders geringer Dicke ist es wichtig, die Wirkung von Mn zum Verringern der Umwandlungstemperatur und die Wirkung von Si zum Erhöhen der Umwandlungstemperatur noch strenger zu balancieren, weil die Qualität und Form sehr durch die Variation der Umwandlungstemperatur geändert werden. Unter solch einem Gesichtspunkt ist das Verhältnis Mn/Si (Verhältnis zwischen Mn-Anteil und Si-Anteil) bei dem Stahlblech, welches für Kraftfahrzeugbauteile mit einer Dicke von ungefähr 4,0 mm oder weniger benutzt wird, vorzugsweise auf 3 oder mehr festgelegt.
Hinsichtlich eines Stahlblechs gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltend insgesamt 0,1% oder weniger von wenigstens einem oder mehrere von 0,02% bis 0,1% an Nb und mehr als 0,02% bis 0,1% an V ist der Mn-Anteil vorzugsweise auf 1,0 bis 3,0% festgelegt. Wenn der Mn-Anteil weniger als 1,0% ist, dann erhöht sich die Ar₃-Umwandlungstemperatur und Carbonitride werden erstaunlicherweise in der Hochtemperatur-Ferritphase geformt, und da sich die Carbonitride vergröbern, wird des schwierig, eine erwünschte Festigkeit zu gewährleisten. Der Mn-Anteil muss deshalb auf 1,0% oder mehr festgelegt werden.

P: 0,08% oder weniger

Obwohl P als ein Festlösungs-Verfestigungselement effektiv ist, wird der Stahl versprödet und die Stretch-BÖrdeleigenschaft des Stahlblechs verschlechtert, wenn der P-Anteil übermäßig ist. P neigt auch dazu, sich in dem Stahl abzusondern, was zu Versprödung in der Schweißzone führt. Deshalb ist der P-Anteil auf 0,08% oder weniger festgelegt. Wenn die Stretch-BÖrdeleigenschaft und Zähigkeit der Schweißzone als besonders wichtig erachtet werden, dann ist der P-Anteil vorzugsweise auf 0,04% oder weniger festgelegt.

S: 0,02% oder weniger

S ist ein Element, welches als ein Einschluss vorhanden ist und verschlechtert die Duktilität des Stahlblechs und verschlechtert auch die Korrosionsbeständigkeit. Deshalb ist der S-Anteil auf 0,02% oder weniger beschränkt. Bei Anwendungen, welche eine besonders gute Verarbeitbarkeit erfordern, ist der S-Anteil vorzugsweise auf 0,015% festgelegt. Wenn das erwünschte Niveau der Stretch-BÖrdeleigenschaft, die sehr von der S-Menge beeinflusst wird, hoch ist, wird der S-Anteil vorzugsweise auf 0,008% oder weniger festgelegt. Obwohl die detaillierten Mechanismen unbekannt sind, neigt die Reckalterungseigenschaft des warmgewalzten Stahlblechs dazu, sich bei einem höheren Niveau zu stabilisieren, wenn der S-Anteil auf 0,008% oder weniger festgelegt wird. Aus diesem Grund ist der S-Anteil ebenfalls vorzugsweise 0,008% oder weniger.

Al: 0,001% bis 0,02% oder weniger

Al wird dem Stahl als ein Desoxidationsmittel hinzugefügt, welches zum Verbessern der Reinheit des Stahls effektiv ist und Al wird vorzugsweise auch zu dem Stahl hinzugefügt, um eine Gefügeverfeinerung zu erzielen. Wenn der Al-Anteil jedoch übermäßig ist, treten die folgenden Probleme auf. (1) Die Oberflächeneigenschaften der Stahlbleche werden verschlechtert. (2) Die Menge an gelöstem N, welche bei der vorliegenden Erfindung wichtig ist, wird verringert. (3) Auch wenn gelöster N gewährleistet ist, erhöhen sich Variationen der Reckalterungseigenschaft aufgrund der Veränderung der Produktionsbedin gungen, wenn der Al-Anteil 0,02% überschreitet. Deshalb ist der Al-Anteil auf 0,02 oder weniger festgelegt. Hinsichtlich der Materialstabilität ist der Al-Anteil vorzugsweise auf 0,001% bis 0,016% festgelegt.

N: 0,0050% bis 0,0250%

N ist der wichtigste Bestandteil bei der vorliegenden Erfindung. Durch Hinzufügung von einer geeigneten Menge an N zum Kontrollieren der Produktionsbedingungen ist es möglich, eine notwendige und ausreichende Menge an N in dem gelösten Zustand in dem Ausgangsblech (warmgewalzt) zu sichern. Dadurch wird der Effekt von Erhöhung der Festigkeit (YS, TS) aufgrund der Festlösungsverfestigung und Reckalterung zufrieden stellend erzeugt, und es ist möglich, die mechanischen Eigenschaftsbedingungen des Stahlblechs der vorliegenden Erfindung, d. h. TS von 440 MPa oder mehr, BH von 80 MPa oder mehr und ΔTS von 40 MPa oder mehr stabil zu erfüllen. N verringert auch die Ar₃-Umwandlungstemperatur. Da es möglich ist, ein dünnes Stahlblech, dessen Temperatur auf einfache Weise während des Warmwalzens verringert werden kann, davon abzuhalten, bei einer Temperatur geringer als die Ar₃-Umwandlungstemperatur zu walzen, ist N wirksam, um die Verarbeitung zu stabilisieren.
Wenn der N-Anteil weniger als 0,0050% ist, ist es nicht möglich, den Festigkeits-Erhöhungseffekt zu erhalten. Wenn andererseits der N-Anteil 0,0250% überschreitet, erhöht sich die Rate an inneren Defekten in dem Stahlblech und auch Brammen-Rissbildung während des Stranggießens, etc. tritt häufig auf. Deshalb ist der N-Anteil auf 0,0050% bis 0,0250% festgelegt. Hinsichtlich der Materialstabilität und Verbesserungen der Ausstoßrate hinsichtlich des gesamten Herstellungsprozesses ist der N-Anteil vorzugsweise auf 0,0070% bis 0,0170% festgelegt. Wenn der N-Anteil in dem Bereich der vorliegenden Erfindung festgelegt ist, entstehen keine nachteiligen Effekte hinsichtlich der Schweißbarkeit.
Auch wenn N hinzugefügt wird, entsteht im Wesentlichen keine Erhöhung des Verformungswiderstandes bei erhöhten Temperaturen während der Herstellung von Stahlblechen, wenn der N-Anteil in dem Bereich der vorliegenden Erfindung ist. Man hat herausgefunden, dass die Nutzung von Verfestigung mittels N sehr vorteilhaft für die Herstellung von hochfesten, dünnen, warmgewalzten Stahlblechen ist.

N in dem aufgelösten Zustand: 0,0030% oder mehr

Um eine ausreichende Festigkeit in dem Ausgangsblech zu gewährleisten und um eine zufrieden stellende Reckalterungseigenschaft aufgrund von N zu erhalten, d. h. um BH auf 80 MPa oder mehr und ΔTS auf 40 MPa oder mehr festzulegen, muss 0,0030% oder mehr an N in dem aufgelösten Zustand (nachfolgend bezeichnet als „aufgelöster N") in dem Stahl vorhanden sein. Die Menge an aufgelöstem N wird durch Subtrahieren der Menge an ausgefälltem N von der Gesamtmenge an N in dem Stahl erhalten. Als ein Verfahren zum Extrahieren von ausgefälltem N, d. h. als ein Verfahren zum Auflösen von Ferrit, können eine Säurehydrolyse, Halogenverfahren oder ein elektrolytisches Verfahren benutzt werden. Als ein Ergebnis von Vergleichsstudien unter diesen Verfahren zum Auflösen von Ferrit haben die gegenwärtigen Erfinder herausgefunden, dass das elektrolytische Verfahren am besten ist. Bei dem elektrolytischen Verfahren kann nur Ferrit stabil aufgelöst werden, ohne unstabile Ausfällungen wie beispielsweise Carbide und Nitride signifikant abzubauen. Bei der vorliegenden Erfindung wird somit ausgefällter N durch aufgelösten Ferrit unter Verwendung des elektrolytischen Verfahrens extrahiert. Als eine elektrolytische Lösung wird eine Acetylaceton-basierende Lösung benutzt und Elektrolyse wird bei Gleichspannung durchgeführt. Der bei dem elektrolytischen Verfahren extrahierte Rest wird chemisch analysiert, um die N-Menge in dem Rest festzustellen, welche als die Menge an ausgefälltem N definiert ist.
Mit der oben genannten aufgelösten N-Menge können außerdem hohe BH und ΔTS erzielt werden.

N/Al (Verhältnis zwischen der N-Menge und der Al-Menge): 0,3 oder mehr

Wie oben beschrieben muss die Menge an Al, welches ein Element zum starken Fixieren von N ist, auf 0,02% oder weniger beschränkt werden, um 0,0030% oder mehr an aufgelöstem N stabil, ohne dass es durch die Herstellungsbedingungen beeinflusst wird, beizubehalten. Als ein Ergebnis der Suche nach den Bedingungen, bei welchen die Menge an aufgelöstem N nach dem Warmwalzen 0,0030% oder mehr hinsichtlich der Stähle ist, bei welchen die Kombination der N-Menge und der Al-Menge, die innerhalb des Zusammensetzungsbereichs der vorliegenden Erfindung geändert wird, hat man herausgefunden, dass das Verhältnis N/Al 0,3 oder mehr sein muss. Außerdem müssen die Abkühlungsbedingungen und die Aufwickeltemperaturbedingungen nach dem End walzen in den Bereichen wie nachfolgend beschrieben festgelegt werden. Deshalb ist die Al-Menge auf N/0,3 oder weniger festgelegt.

Gruppe a: insgesamt 1,0% oder weniger von wenigstens einem von Cu, Ni, Cr und Mo.

Da alle der Elemente Cu, Ni, Cr und Mo in Gruppe a zu einer Erhöhung der Festigkeit der Stahlbleche beitragen, können diese allein oder in Kombination hinzugefügt werden. Wenn jedoch eine übermäßige Menge hinzugefügt wird, wird der Verformungswiderstand bei erhöhten Temperaturen erhöht, die chemischen Umwandlungseigenschaften und Oberflächenbehandlungseigenschaften im weitesten Sinne verschlechtert, Formbarkeit in der Schweißzone aufgrund der Härtung der Schweißzone verschlechtert usw. Deshalb ist die Gesamtmenge von Gruppe a vorzugsweise 1,0% oder weniger.

Gruppe b: insgesamt 0,1% oder weniger von Nb, Ti und V

Da alle der Elemente Nb, Ti und V in Gruppe b zu der Verfeinerung und Einheitlichkeit der Korngröße beitragen, können diese allein oder in Kombination hinzugefügt werden. Wenn die Menge jedoch übermäßig ist, wird der Verformungswiderstand bei hohen Temperaturen erhöht, die chemischen Umwandlungseigenschaften und Oberflächenbehandlungseigenschaften im weitesten Sinne, wie beispielsweise Anstreicheigenschaft verschlechtert, die Formbarkeit in der Schweißzone aufgrund der Härtung der Schweißzone verschlechtert usw. Deshalb ist die Gesamtmenge an Gruppe b vorzugsweise 0,1% oder weniger.

Gruppe c: 0,0030% oder weniger an B:

Das Element B in Gruppe c verbessert die Härtbarkeit des Stahls. B wird auf geeignete Art und Weise zu dem Stahl hinzugefügt, um die Festigkeit des Stahls durch Verändern der Gefügephasen außer von Ferrit zu Niedrigtemperatur-Umwandlungsphasen zu erhöhen. Wenn die Menge jedoch übermäßig ist, ist es nicht möglich, den aufgelösten N zu gewährleisten, da B als BN ausfällt. Der B-Anteil muss deshalb auf 0,0030% oder weniger beschränkt werden.

Gruppe d: insgesamt 0,0010% bis 0,010% von wenigstens einem von Ca und REM

Die Elemente Ca und REM in Gruppe d kontrollieren die Form der Einschlüsse und wenn insbesondere die Stretch-BÖrdeleigenschaft erforderlich ist, werden diese allein oder in Kombination hinzugefügt. In solch einem Fall ist der Kontrolleffekt ungenügend, wenn die Gesamtmenge weniger als 0,0010% ist. Wenn die Gesamtmenge andererseits 0,010% überschreitet, ist das Auftreten von Oberflächendefekten wahrscheinlich. Deshalb ist die hinzuzufügende Gesamtmenge von Gruppe d vorzugsweise in dem Bereich von 0,0010% bis 0,010% festgelegt.
Als Nächstes werden das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften der Stahlbleche beschrieben.
Flächenverhältnis der Ferritphase:
Die für Kraftfahrzeuge benutzten Stahlbleche müssen zufrieden stellende Verarbeitbarkeit aufweisen. Um die für Stahlbleche für Kraftfahrzeuge notwendige Duktilität zu gewährleisten, ist das Flächenverhältnis der Ferritphase vorzugsweise 50% oder mehr.
Das Flächenverhältnis der Ferritphase wird auf weniger als 50% festgelegt und das Flächenverhältnis der Bainitphase oder der Martensitphase wird auf 35% oder mehr festgelegt, oder das Flächenverhältnis insgesamt davon wird auf 35% oder mehr festgelegt, wenn hohe Festigkeit erforderlich ist. Durch Nutzung solch einer Gefügezusammensetzung ist ein Stahlblech mit einer Zugfestigkeit von 780 MPa oder mehr als Stahlblech-Festigkeitseigenschaften einfach erzielbar. Bei solch einem Fall wird das Stahlblech vorzugsweise an einem Abschnitt angewandt, bei welchem das Hauptaugenmerk auf die Festigkeit statt auf die Duktilität in der Kraftfahrzeugnutzung gerichtet ist.
Wenn zufrieden stellende Duktilität erforderlich ist, dann ist das Flächenverhältnis der Ferritphase vorzugsweise auf 70% oder mehr festgelegt, und wenn eine noch zufrieden stellendere Duktilität erforderlich ist, dann ist das Flächenverhältnis der Ferritphase vorzugsweise auf 80% oder mehr festgelegt. Beispiele des Ferrits enthalten zusätzlich zu dem so genannten Ferrit (polygonalen Ferrit) auch bainitischen Ferrit und nadelförmigen Ferrit, welche keine Carbide enthalten,.
Obwohl die Phasen außer der Ferritphase nicht besonders beschränkt sind, wird hinsichtlich der Erhöhung der Festigkeit jede einzelne Phase von Bainit, Martensit und Abschreckaustenit oder eine gemischte Phase davon bevorzugt.

Durchschnittliche Korngröße der Ferritphase: 10 μm oder weniger

Bei der vorliegenden Erfindung wird die durchschnittliche Korngröße durch den Wert bestimmt, welcher beim Vergleich zwischen dem Wert, gemessen durch Messung gemäß ASTM basierend auf einer Fotografie des Querschnittsgefüges, und der Nennkorngröße, gemessen durch ein Höhenverfahren (siehe beispielsweise "Thermal Treatment" 24 (1984) 334 von Umemoto, et al.), größer ist.
Obwohl aufgelöster N in dem Ausgangsblech gewährleistet ist, werden gemäß den von den gegenwärtigen Erfindern durchgeführten Experimenten und Auswertungen, auch wenn die Menge an aufgelöstem N bei einem bestimmten Niveau beibehalten wird, bei der vorliegenden Erfindung Variationen der Reckalterungseigenschaft erhöht, wenn die durchschnittliche Korngröße der Ferritphase 10 μm überschreitet. Obwohl die detaillierten Mechanismen für das obige unbekannt sind, wird angenommen, dass die Absonderung und Ausfällung von Legierungselementen in den Korngrenzen und Verarbeitung und Wärmebehandlung an diesen die Variationen beeinflussen. Unabhängig von den Gründen muss die durchschnittliche Korngröße der Ferritphase auf 10 μm oder weniger festgelegt werden, um die Reckalterungseigenschaft zu stabilisieren. Außerdem wird die durchschnittliche Korngröße vorzugsweise auf 8 μm oder weniger festgelegt, um BH und ΔTS weiterhin zu verbessern und zu stabilisieren.
Wenn die Martensitphase (M-Phase) in dem Gefüge der vorliegenden Erfindung enthalten ist, dann ist das Flächenverhältnis der M-Phase vorzugsweise 5% oder mehr. Die in dem Gefüge bei dem Flächenverhältnis von 5% oder mehr enthaltene M-Phase ist bei der vorliegenden Erfindung wirksam. Dadurch erhält das Stahlblech eine zufrieden stellende Duktilität trotz der hohen Festigkeit und ein hohes BH und ΔTS. Wenn das Flächenverhältnis der M-Phase weniger als 5% ist, dann wird der Effekt davon nicht ausreichend erzielt. Aufgrund des Vorhandenseins der Martensitphase bei dem Flächenverhältnis von 5% oder mehr wird zusätzlich zu der Verbesserung der Duktilität, das Fließverhältnis = YS/TS verringert und der Effekt der verbesserten Formgenauigkeit ist insbesondere bei Verarbeitung in dem geringen Umformungsbereich erstaunlich.
Hinsichtlich der Duktilität und dem geringen Fließverhältnis ist das Flächenverhältnis der M-Phase vorzugsweise geringer als 35% und besonders bevorzugt 7% bis 20%. Bei solch einem Fall kann bei dem Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu dem Ferrit und dem Martensit, die Bainitphase, die Pearlitphase, etc. in dem Gefüge enthalten sein, wenn das Flächenverhältnis davon mehrere Prozent ist.
Hinsichtlich der Erhöhung der Festigkeit ist andererseits das Flächenverhältnis der M-Phase vorzugsweise 35% oder mehr, oder das Gesamtflächenverhältnis der M-Phase und der Bainitphase ist vorzugsweise 35% oder mehr. Bei solch einem Fall kann das Gefüge die Pearlitphase und die Abschreckaustenitphase bei dem Flächenverhältnis von mehreren Prozent zusätzlich zu der Ferrit-, Bainit- und Martensitphase enthalten.

Zugfestigkeit (TS): 440 MPa oder mehr

Ein für Konstruktionsbauteile einer Kraftfahrzeugkarosserie benutztes Stahlblech muss eine TS von 440 MPa oder mehr haben. Ein für Konstruktionsbauteile verwendetes Stahlblech, bei dem weiterhin erhöhte Festigkeit verlangt wird, muss eine TS von 540 MPa oder mehr haben.
Reckalterungseigenschaft
Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet „mit ausgezeichneter Reckalterungseigenschaft" wie oben beschrieben, dass die folgenden Eigenschaften vorhanden sind:

1) wenn ein Stahlblech einer Vorverformung mit einer Zugverformung (tensile strain) von 5% und dann einer Alterungsbehandlung durch Halten des Stahlblechs für 20 Minuten bei 170°C unterworfen wird, dann ist die Erhöhung des Umform-Widerstands (deformation stress) vor und nach der Alterungsbehandlung (nachfolgend bezeichnet als BH; BH = Fließspannung nach Alterungsbehandlung-Vorumform-Widerstand bevor Alterungsbehandlung) 80 MPa oder mehr; und
2) Erhöhung der Zugfestigkeit vor und nach Reckalterungsbehandlung (die Vorverformung + Alterungsbehandlung) (nachfolgend bezeichnet als ΔTS; ΔTS = Zug festigkeit nach Alterungsbehandlung – Zugfestigkeit bevor Vorverformung) 40 MPa oder mehr.

Vorverformung mit einer Zugverformung von 5
Wenn die Reckalterungseigenschaft definiert wird, ist eine Vordehnung (Vorverformung) ein wichtiger Faktor. Die gegenwärtigen Erfinder haben den Einfluss der Vordehnung (prestrain) auf die Reckalterungseigenschaft unter Annahme des Verformungszustands, der an den für Kraftfahrzeuge verwendeten Stahlblechen angewandt wird, untersucht. Als ein Ergebnis hat man herausgefunden, dass (1) der Umform-Widerstand in dem Verformungszustand wie oben beschrieben im Wesentlichen in eine einachsige Spannung (Zugverformung) integriert werden kann, außer für extremes Tiefziehen; (2) bei einem reellen Bauteil die einachsige Spannung generell 5% überschreitet; und (3) die Festigkeit des Bauteils (Festigkeit eines reellen Bauteils) gut mit der Festigkeit erhalten nach der Reckalterungsbehandlung mit einer Vorverformung von 5% übereinstimmt. Basierend auf den obigen Erkenntnissen wird die Vorverformung für die Reckalterungsbehandlung als eine Zugverformung von 5% definiert.

Alterungsbehandlungsbedingungen: (Erwärmungstemperatur) 170°C × (Rückhaltezeit) 20 Minuten

Bei konventionellen Paint-Baking-Behandlungsbedingungen wird 170°C × 20 Minuten als der Standard angenommen. Deshalb werden 170°C × 20 Minuten als die Alterungsbehandlungsbedingungen definiert. Wenn außerdem eine Verformung von 5% oder mehr an einem Stahlblech der vorliegenden Erfindung enthaltend eine große Menge an aufgelöstem N angelegt wird, wird durch die Behandlung Härtung bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt. Mit anderen Worten, die Alterungsbedingungen können erweitert werden. Generell gilt, dass zum Erhöhen der Härtungsmenge Rückhaltung bei einer höheren Temperatur für eine längere Zeit vorteilhaft ist, sofern Enthärtung verhindert wird.
Bei dem Stahlblech der vorliegenden Erfindung ist die untere Grenze der Erwärmungstemperatur, bei welcher Härtung nach Vorverformung erkennbar ist, ungefähr 100°C. Wenn die Erwärmungstemperatur andererseits 300°C überschreitet, erreicht die Härtung den Höchstwert und wenn die Erwärmungstemperatur 400°C oder höher ist, tritt eine Neigung von gewisser Enthärtung auf und auch Wärmeverformung und Anlassfarbe kön nen auftreten. Hinsichtlich der Rückhaltezeit wird die Härtung zufrieden stellend erzielt, wenn die Rückhaltezeit auf ungefähr 30 Sekunden bei einer Erwärmungstemperatur von ungefähr 200°C festgelegt wird. Um die größere Menge an Härtung und eine stabile Härtung zu erzielen, ist die Rückhaltezeit vorzugsweise auf 60 Sekunden oder mehr festgelegt. Wenn Rückhaltung jedoch für mehr als 20 Minuten durchgeführt wird, wird kein weiteres Härten erzielt und die Produktionseffizienz wird verringert, was zu keinem praktischen Nutzen führt.
Aus den oben beschriebenen Gründen wird nach Durchführen der Verarbeitung, wenn das Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird, die Erwärmungstemperatur vorzugsweise auf 100 bis 300°C festgelegt und die Rückhaltezeit auf 30 Sekunden bis 20 Minuten als die Alterungsbehandlungsbedingungen festgelegt. Bei der vorliegenden Erfindung kann eine große Härtungsmenge erzielt werden, sogar unter den Alterungsbedingungen von Niedrigtemperatur-Erwärmung und Kurzzeit-Rückhaltung, bei welchen ausreichende Härtung bei den konventionellen Paint-Baking-Stahlblechtypen nicht erzielt wurde. Außerdem ist das Erwärmungsverfahren nicht besonders beschränkt und zusätzlich zu atmosphärischem Erwärmen durch Nutzung eines Ofens, welcher für generelles Paint-Baking eingesetzt wird, können vorzugsweise Induktionserwärmung, Erwärmung durch nicht-oxidierende Flamme, Laserstrahl oder Plasma oder dergleichen benutzt werden.

BH: 80 MPa oder mehr, ΔTS: 40 MPa oder mehr

Kraftfahrzeugbauteile müssen eine hohe Festigkeit haben, welche komplexen Belastungsbedingungen von außerhalb standhalten. Deshalb ist es für das Material des Stahlblechs wichtig, eine Festigkeitseigenschaft sowohl in dem geringen Verformungsbereich als auch eine Festigkeitseigenschaft in dem großen Verformungsbereich zu haben. Unter diesem Gesichtspunkt haben die gegenwärtigen Erfinder BH auf 80 MPa oder mehr und TS auf 40 MPa oder mehr in Bezug auf das Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung, welches als ein Material für Kraftfahrzeugbauteile verwendet wird, beschränkt. Besonders bevorzugt wird BH auf 100 MPa oder mehr und ΔTS auf 50 MPa oder mehr festgelegt. Es soll verstanden werden, dass die obigen Beschränkungen BH und ΔTS unter den Alterungsbehandlungsbedingungen von 170°C·20 Minuten, nachdem eine Vorverformung von 5% angelegt worden ist, definieren. BH und ΔTS können auch durch Festlegen einer höheren Erwärmungstemperatur und/oder durch Festlegen einer längeren Rückhaltezeit erhöht werden.
Bei dem Stahlblech der vorliegenden Erfindung kann nur durch Beibehalten des Stahlblechs bei Raumtemperatur eine Zunahme der Festigkeit entsprechend wenigstens ungefähr 40% bei vollständiger Alterung erwartet werden, auch wenn beschleunigte Alterung durch Erwärmen (künstliches Erwärmen) nicht nach dem Umformen und Verarbeiten durchgeführt wird. Wenn andererseits in dem Zustand, bei welchem Umformen und Verarbeitung nicht durchgeführt werden, dann tritt Alterungsverschlechterung, d. h. ein Phänomen, bei welchem YS sich erhöht und El (Dehnung) sich verringert, nicht auf, auch wenn das Stahlblech bei Raumtemperatur für eine lange Zeit beibehalten wird, welches eine hervorragende Eigenschaft ist, die im Stand der Technik nicht beobachtet wurde.
Wenn die Dicke des hergestellten Stahlblechs 4,0 mm überschreitet, gehen die Vorteile der vorliegenden Erfindung verloren, weil auch die konventionellen Stahlbleche mit hohem Umform-Widerstand bei hohen Temperaturen auf einfache Art und Weise warmgewalzt werden können und weil Stahlbleche mit einer Dicke von mehr als 4,0 mm nicht im großen Maße für Kraftfahrzeuge verwendet werden. Deshalb hat das Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung eine Dicke von vorzugsweise 4,0 mm oder weniger.
Ein plattiertes Stahlblech, erhalten durch Galvanisieren oder Feuerverzinken des Stahlblechs gemäß der vorliegenden Erfindung hat auch ein TS, BH und ΔTS, welche im Wesentlichen die gleichen wie vor dem Plattieren sind. Hinsichtlich der Art des Plattierens kann irgendeines von galvanischem Verzinken, Feuerverzinken, Feuerverzinken mit anschließender Wärmebehandlung, galvanischer Verzinnung, elektrolytischem Verchromen und elektrolytischem Nickelplattieren vorzugsweise benutzt werden.
Als Nächstes wird das Verfahren zum Herstellen des Stahlblechs gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Wesentlichen hergestellt durch: ein Warmwalzverfahren, bei welchem eine Stahlbramme mit der Zusammensetzung innerhalb der Bereiche der vorliegenden Erfindung erwärmt wird, Grobwalzen der Stahlbramme zum Formen eines Vorblechs, Endwalzen des Vorblechs und Durchführen von Aufwickeln nach Abkühlen. Obwohl die Bramme vorzugsweise durch Strangguss zum Vermeiden von mikroskopischen Absonderungen der Bestandsteile gegossen wird, kann die Bramme durch ein Blockgussverfahren oder ein Dünnbramme-Stranggussverfahren geformt werden. Statt des herkömmlichen Prozesses, bei welchem die produzierte Bramme auf Raumtemperatur abgekühlt und Erwärmen erneut durchgeführt wird, kann ein energiesparender Prozess, wie beispielsweise ein Prozess, bei welchem eine warme Bramme ohne Abkühlen in einen Ofen eingeführt wird, oder ein Direktwalzverfahren, bei welchem eine produzierte Bramme direkt nach kurzer Rückhaltung der Wärme gewalzt wird, verwendet werden. Um N in dem aufgelösten Zustand effektiv zu sichern, ist Direktwalzen eines der effektivsten Verfahren.
Die Warmwalzbedingungen werden wie folgt definiert.

Brammen-Erwärmungstemperatur. 1000°C oder mehr

Um die Ausgangsmenge von aufgelöstem N zu sichern und die Zielsetzung (0,0010% oder mehr) von aufgelöstem N in dem Produkt zu erreichen, wird die Brammen-Erwärmungstemperatur (nachfolgend bezeichnet als „SRT") auf 1000°C oder höher festgelegt. Um eine Erhöhung des Verlusts aufgrund von Oxidations-Gewichtszunahme zu vermeiden, ist SRT vorzugsweise 1280°C oder weniger. Grobwalzen der erwärmten Bramme kann durch ein bekanntes Verfahren durchgeführt werden.
Nachdem Grobwalzen durchgeführt worden ist, wird das Vorblech Endwalzen unterworfen. Bei der vorliegenden Erfindung wird Endwalzen vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt, indem aufeinander folgende Vorbleche zwischen Grobwalzen und Endwalzen miteinander Verbunden werden. Als die Verbindungsmittel können Schmelzdruckschweißen, Laserstrahlschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder dergleichen genutzt werden.
Dadurch werden die Verhältnisse der nichtstabilen Abschnitte (vorderen Enden und hinteren Enden der verarbeiteten Bauteile), bei welchen die Form während des Endwalzens und des anschließenden Abkühlens einfach verstört werden kann, verringert und die stabile Walzlänge (die kontinuierliche Länge, welche unter den gleichen Bedingungen gewalzt werden kann) und die stabile Abkühlungslänge (die kontinuierliche Länge, welche unter Spannung abgekühlt werden kann) werden erweitert, und dadurch werden die Formgenauigkeit und Dimension und die Ausstoßrate des Produkts verbessert. Schmierwalzen, welches aufgrund der Stabilität beim kontinuierlichen Walzen und der Reißeigenschaften (Biting) bei den konventionellen Einzelwalzen für jedes Vorblech schwierig war, kann auf einfache Weise durchgeführt werden, um breite Vorbleche zu verdünnen und die Walzkraft und die Auflagespannung werden reduziert, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Walze führt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise wenigstens eine von Vorblechkanten-Wärmeeinheit zum Erwärmen eines Endes in Breitenrichtung des Vorblechs und eine Vorblech-Wärmeeinheit zum Erwärmen eines Endes in Längsrichtung des Vorblechs zwischen den Schritten von Grobwalzen und Endwalzen benutzt, so dass die Temperaturprofile in Breitenrichtung und in Längsrichtung einheitlich werden. Dadurch können die Variationen der Materialeigenschaften innerhalb des Stahlblechs weiterhin verringert werden. Eine Vorblechkanten-Wärmeeinheit oder Vorblech Wärmeeinheit von Induktionserwärmungstyp wird vorzugsweise benutzt.
Zuerst wird die Temperaturvariation in Breitenrichtung durch die Vorblechkanten-Wärmeeinheit ausgeglichen. Bei diesem Zustand wird die Erwärmung vorzugsweise derart durchgeführt, so dass der Temperaturbereich in Breitenrichtung bei der abschließenden Seite beim Endwalzen innerhalb ungefähr 20°C ist, obwohl es von der Stahlzusammensetzung, etc. abhängt. Als Nächstes wird die Temperaturvariation in Längsrichtung durch die Vorblech-Wärmeeinheit ausgeglichen. Bei diesem Zustand wird die Erwärmung vorzugsweise derart eingestellt, so dass die Temperatur bei dem länglichen Ende ungefähr 20° höher als die Temperatur in dem mittleren Bereich ist.

Abschließende Temperatur beim Endwalzen: 800°C oder mehr

Beim Endwalzen wird die abschließende Temperatur beim Endwalzen (nachfolgend bezeichnet als „FDT") auf 800°C oder höher festgelegt, um das Gefüge des Stahlblechs einheitlich und fein einzustellen. Wenn die FDT weniger als 800°C ist, dann ist die abschließende Temperatur zu niedrig, und das Gefüge wird uneinheitlich und Verformungsstrukturen verbleiben teilweise, was zu unterschiedlichen Problemen während des Pressformens führen kann. Obwohl das Verbleiben von solchen Verformungsstrukturen durch Hochtemperaturaufwickeln vermieden werden kann, wenn Hochtemperaturaufwickeln durchgeführt wird, werden grobe Körner erzeugt und die Festigkeit verringert und auch die Menge an aufgelöstem N wird sehr verringert. Deshalb wird es schwierig, eine Ziel-TS von 440 MPa zu erhalten. Außerdem ist die FDT vorzugsweise auf 820°C oder höher festgelegt, um die mechanischen Eigenschaften weiterhin zu verbessern.
Beim Endwalzen ist es zum Vereinheitlichen der Form und der Materialeigenschaften effektiv, Schmierwalzen zum Reduzieren der Belastung während des Warmwalzens durchzuführen. Bei solch einem Fall ist der Reibungskoeffizient vorzugsweise in dem Bereich von 0,25 bis 0,10 und es ist erwünscht, dass im Hinblick auf die Verarbeitungsstabilität beim Warmwalzen das Schmierwalzen in Kombination mit dem kontinuierlichen Walzen durchgeführt wird.
Abkühlen nach dem Walzen: Wasserabkühlung bei einer Abkühlungsrate von 20°C/s oder mehr, initiiert innerhalb 0,5 Sekunden nach dem Walzen.
Nachdem das Walzen abgeschlossen ist, wird das Abkühlen unverzüglich (innerhalb ungefähr 0,5 Sekunden) initiiert und die Abkühlung muss schnell bei einer durchschnittlichen Abkühlungsrate von 20°C/s oder mehr durchgeführt werden. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, dann wird die Verfeinerung der Korngröße nicht erzielt, da die Körner übermäßig wachsen und auch die Menge an aufgelöstem N wird ungenügend, da AIN ausgiebig aufgrund der Verformungsenergie, introduziert durch Walzen, ausgefällt wird. Um außerdem einheitliche Materialeigenschaften und Form zu gewährleisten, wird die durchschnittliche Abkühlungsrate vorzugsweise auf 300°C/s oder weniger festgelegt.
Hinsichtlich des Abkühlungsmusters, wenn die M-Phase in dem Gefüge bei einem Flächenverhältnis von 5% oder mehr enthalten ist, kann bei der vorliegenden Erfindung Abkühlung kontinuierlich, wie es auch normalerweise der Fall ist, durchgeführt werden, oder um die γ zu α Umwandlung während der Abkühlung zu kontrollieren und die Phasentrennung in dem Gefüge vorteilhaft zu erzielen, ist es auch effektiv, langsames Abkühlen (Unterbrechung von schnellem Abkühlen) für ungefähr 1 bis 5 Sekunden bei einer Rate von 10°C/s oder weniger in dem Temperaturbereich von 700 bis 800°C durchzuführen. Nach dem langsamen Abkühlen muss jedoch schnelles Abkühlen wieder bei einer Rate von 20°C/s oder mehr durchgeführt werden.

Aufwickeltemperatur: 650°C oder weniger

Während sich die Aufwickeltemperatur (nachfolgend bezeichnet als „CT") verringert, erhöht sich die Festigkeit des Stahlblechs, und um die Ziel-TS von 440 MPa oder mehr bei CT 650°C oder weniger zu erzielen, ist CT auf 650°C oder weniger festgelegt. Wenn die CT weniger als 200°C ist, dann wird die Form des Stahlblechs auf einfache Art und Weise zerstört und Probleme können bei praktischer Nutzung auftreten und deshalb ist CT vorzugsweise 200°C oder höher. Hinsichtlich der Materialeinheitlichkeit ist CT vorzugsweise 300°C oder höher und besonders bevorzugt höher als 450°C.
Wenn die M-Phase in dem Gefüge bei einem Flächenverhältnis von 5% oder mehr enthalten ist, dann ist die Aufwickeltemperatur bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise auf 450°C oder weniger festgelegt. Die Festigkeit des Stahlblechs erhöht sich während sich die Aufwickeltemperatur verringert. Bei einer CT von 450°C oder weniger, wird das Gefüge verfeinert und das Flächenverhältnis der M-Phase erreicht 5% oder mehr und dadurch wird die Ziel-TS von 440 MPa oder mehr erzielt. Deshalb wird die CT auf 450°C oder weniger festgelegt. Um die M-Phase stabil zu erhalten, ist 40°C/s oder mehr bevorzugt. Wenn die CT weniger als 100°C ist, wird die Form des Stahlblechs auf einfache Weise zerstört und die Gefahr der Verursachung von Problemen bei praktischer Nutzung erhöht sich. Deshalb ist die CT vorzugsweise 100°C oder höher. Hinsichtlich der Materialeinheitlichkeit ist CT vorzugsweise 150°C oder höher.
Bei der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise Verarbeitung (Verarbeitung nach Warmwalzen) durch wenigstens Kaltnachwalzen und Ausgleichen mit einer Dehnung von 1,5% bis 10%, nachdem Aufwickeln durchgeführt worden ist, durchgeführt. Zusätzlich ist die Dehnung des Kaltnachwalzens so hoch wie die Reduktionsrate des Kaltnachwalzens.
Kaltnachwalzen und Ausgleichen werden normalerweise zum Bearbeiten der Rauheit und zum Korrigieren der Form durchgeführt. Bei der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich dazu Kaltnachwalzen und Ausgleichen effektiv zur Erhöhung und Stabilisierung von BH und ΔTS eingesetzt werden. Solch ein Effekt wird bei einer Dehnung von 1,5 oder höher erstaunlich verursacht. Wenn jedoch die Dehnung 10% überschreitet, verringert sich die Duktilität. Deshalb wird Verarbeitung nach dem Warmwalzen vorzugsweise mit einer Dehnung von 1,5 bis 10% durchgeführt. Obwohl der Verarbeitungsvorgang zwischen Kaltnachwalzen und Ausgleichen (das Vorherige ist Walzen und das Letztere ist wiederholtes Biegen und Ziehen) unterschiedlich ist, ist die Wirkung der Dehnung auf die Reckalterungseigenschaft des Stahlblechs der vorliegenden Erfindung bei beiden Verarbeitungen im Wesentlichen die gleiche. Bei der vorliegenden Erfindung kann Säurebeizen vor oder nach der Verarbeitung nach dem Warmwalzen durchgeführt werden.
BEISPIEL 1
Jeder der Stähle mit den Zusammensetzungen wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde in einem Konverter geschmolzen und eine Bramme wurde durch Strangguss geformt. Die Bramme wurde unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen zum Produzieren eines warmgewalzten Stahlblechs warmgewalzt. Beim Endwalzen wurden die Vorbleche nicht miteinander verbunden und Tandemwalzen wurde für die einzelnen Vorbleche durchgeführt. Hinsichtlich des resultierenden warmgewalzten Stahlblechs wurden der aufgelöste N, das Mikrogefüge, die Festigkeitseigenschaften, die Reckalterungseigenschaft und die Verbesserung der Dauerfestigkeit und Schlagbiegefestigkeit aufgrund der Reckalterungsbehandlung ausgewertet.
Die Menge an aufgelöstem N wurde durch das oben beschriebene Verfahren gemessen.
Um das Mikrogefüge hinsichtlich des C-Querschnitts (der Querschnitt senkrecht zu der Walzrichtung) ausschließlich der Abschnitte 10% von der Oberfläche in Dickenrichtung zu begutachten, wurde die vergrößerte Abbildung des Gefüges, welches aufgrund der Korrosion auftritt, analysiert.
Die Zugversuche zum Auswerten der Festigkeitseigenschaften und der Reckalterungseigenschaft wurden gemäß JIS Z 2241 unter Verwendung von JIS Nr. 5-Probestücken durchgeführt.
Die Reckalterungsbehandlung wurde mit einer Vorverformung von 5% unter den Alterungsbehandlungsbedingungen: 170°C·20 Minuten durchgeführt.
Die Dauerfestigkeit wurde durch die Dauerfestigkeitswerte, erhalten durch Dauerzugversuch gemäß JIS Z 2273 ausgewertet.
Die Schlagbiegefestigkeit wurde durch die absorbierte Energie ausgewertet, die durch Integrieren von Spannung in den Verformungsbereich von 0 bis 30% in Bezug auf die Spannungs-Verformungskurve gemessen, bei einer Umformgeschwindigkeit von 2000/s gemäß eines Hochgeschwindigkeits-Zugversuchsverfahrens, beschrieben in "Journal of the Society of Materials Science Japan. 47,10(1998)1058", entdeckt wurde.
Die Ergebnisse davon sind in Tabelle 3 angegeben. Bei den Beispielen gemäß der vorliegenden Erfindung wurden signifikant höhere BH und ΔTS im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen beobachtet und die Verbesserung der Dauerfestigkeit und Schlagbiegefestigkeit aufgrund der Reckalterungsbehandlung waren größer im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen.
Außerdem waren die Eigenschaften der plattierten Stahlbleche, erhalten durch Feuerverzinken der Stahlnummern C und D im Wesentlichen die gleichen wie die der Stahlbleche vor dem Plattieren. Um die Plattierungsbehandlung durchzuführen, wurde das Stahlblech in ein Galvanisierungsbad eingetaucht, und nachdem das eingetauchte Stahlblech herausgenommen wurde, wurde das Flächengewicht (areal weight) durch Gaswischen eingestellt. Die Plattierungsbehandlung wurde unter den Bedingungen der Blechtemperatur: 475°C, Plattierungsbad: 0,13% Al-Zn, Badtemperatur: 475°C, Eintauchzeit: 3 Sekunden und Flächengewicht: 45 g/m² durchgeführt.
BEISPIEL 2
Der Stahl mit der Zusammensetzung wie in Tabelle 4 gezeigt wurde zu einer Bramme auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 gegossen und die Bramme wurde unter den in Tabelle 5 gezeigten Bedingungen warmgewalzt. Dadurch wurden warmgewalzte Stahlbleche (mit einer Dicke von 1,6 mm), bei welchen die durchschnittlichen Abkühlungsraten sehr variiert wurden, erhalten. In dem Fall, dass Endwalzen durchgeführt wurde, wurden aufeinanderfolgende Vorbleche mit einer Dicke von 25 mm durch Schmelzdruckschweißen bei dem Ausgangsgerüst miteinander verbunden und Tandemwalzen wurde kontinuierlich durchgeführt. Zwischen Grobwalzen und Endwalzen wurde die Temperatur des Vorblechs durch eine Vorblechkanten-Wärmeeinheit und eine Vorblech-Wärmeeinheit des Induktionserwärmungstyps eingestellt. Die resultierenden warmgewalzten Stahlbleche wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 ausgewertet.
Die Ergebnisse davon sind in Tabelle 6 gezeigt. Bei allen Stahlblechen ist es offensichtlich, dass die Reckalterungseigenschaft bei einem hohen Niveau stabil war. Bei Beispiel 2 wurde die Dickengenauigkeit und die Form im Vergleich zu Beispiel 1 aufgrund des kontinuierlichen Walzens und der Temperatureinstellung des Vorblechs verbessert. Da Endwalzen kontinuierlich durch Verbinden von aufeinanderfolgenden Vorblechen miteinander durchgeführt wurde, wurden die Walzbedingungen und Abkühlungsbedingungen für ein Vorblech für die gesamte Länge in Längsrichtung einheitlich festgelegt. Als ein Ergebnis wurde eine stabile Reckalterungseigenschaft für die gesamte Länge des Stahlblechs erhalten.
BEISPIEL 3
In Bezug auf Stahlblechnummern A, N und J, wie in Tabelle 3 gezeigt, wurden BH (Zunahme des Umform-Widerstands) und ΔTS (Zunahme der Zugfestigkeit) mit variierten Alterungsbehandlungsbedingungen ausgewertet. Die Ergebnisse davon sind in den 1 und 2 gezeigt. Bei den Beispielen gemäß der vorliegenden Erfindung (A und N) wurde signifikant höhere Härtung im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel (J) gemäß der niedrigtemperaturbereich, Kurzzeitalterungsbehandlung beobachtet. Dadurch ist es offensichtlich, dass das Stahlblech der vorliegenden Erfindung eine überlegene Reckalterungseigenschaft hat. Es ist auch offensichtlich, dass die Beispiele A und N der vorliegenden Erfindung eine überlegene Reckalterungseigenschaft unter den Reckalterungsbehandlungsbedingungen in dem breiten Bereich von 100 bis 300°C × 30 Sekunden bis 20 Minuten aufweisen.
Industrielle Anwendbarkeit
In Bezug auf das hochfeste warmgewalzte Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung wurde aufgrund der geeigneten Nutzung von aufgelöstem N die Festigkeit des Ausgangsblechs mit einer TS von 440 MPa oder mehr erzielt und überlegene Reckalterungseigenschaft mit einem BH von 80 MPa oder mehr und einem ΔTS von 40 MPa oder mehr, nachdem die Reckalterungsbehandlung durchgeführt worden ist, erzielt. Die gleichen Eigenschaften werden auch, nachdem Plattieren durchgeführt worden ist, erzielt und außerdem ist es möglich, Warmwalzen ohne Beeinflussung der Form günstig durchzuführen. Die Dicke des Stahlblechs, welches für Kraftfahrzeugbauteile verwendet wird, kann verringert werden, beispielsweise von ungefähr 2,0 mm auf ungefähr 1,6 mm, was sehr zur Gewichtsreduzierung der Kraftfahrzeugkarosserie beiträgt. Tabelle 1

(Der Rest ist Fe und zufällige Verunreinigungen)

SRT: Brammen-Erwärmungstemperatur
FDT: Abschließende Temperatur beim End-Walzen
CT: Aufwickeltemperatur
Δt: Verzögerte Abkühlzeit
V: Durchschnittliche Abkühlungsrate
HCR: Warme-Bramme (900°C oder höher) wurde in einen Ofen eingeführt.
LV: Ausgleichen nach Aufwickeln (Dehnung 1,5%)
SK: Kaltnachwalzen nach Aufwickeln (Höhenabnahme 2,0%)

(Der Rest ist Fe und zufällige Verunreinigungen)

Claims

Ein hochfestes warmgewalztes Stahlblech mit ausgezeichneter Reckalterungseigenschaft mit einer Zugfestigkeit von 440 MPa oder mehr umfassend; in Masse-%: 0,005% bis 0,15% an C; 2,0% oder weniger an Si; 0,2% bis 3,0% an Mn; 0,08% oder weniger an P; 0,02% oder weniger an S; 0,001% bis 0,02% an Al; 0,0050% bis 0,0250% an N; ferner wahlweise umfassend: wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den folgenden Gruppen a bis d: Gruppe a: insgesamt 1,0% oder weniger von wenigstens eines von Cu, Ni, Cr und Mo; Gruppe b: insgesamt 0,1% oder weniger von wenigstens eines von Nb, Ti und V; Gruppe c: 0,0030% oder weniger an B; Gruppe d: insgesamt 0,0010% bis 0,010% von wenigstens eines von Ca und REM; und der Rest ist Fe und zufällige Verunreinigungen, das Verhältnis N (Masse%)/Al (Masse-%) ist 0,3 oder mehr, N in dem aufgelösten Zustand ist 0,0030% oder mehr, wobei das warmgewalzte Stahlblech ein Gefüge hat, in welchem das Flächenverhältnis der Ferritphase mit einer durchschnittlichen Korngröße von 10 μm oder weniger 50% oder mehr ist.
Ein Stahlblech gemäß Anspruch 1, wobei das hochfeste warmgewalzte Stahlblech eine Dicke von 4,0 mm oder weniger hat.
Ein hochfestes warmgewalztes galvanisiertes Stahlblech, hergestellt durch Galvanisieren oder Feuerverzinken eines Stahlblechs gemäß Anspruch 1 oder 2.
Ein hochfestes warmgewalztes Stahlblech nach Anspruch 1, wobei das warmgewalzte Stahlblech ein Gefüge hat, in welchem das Flächenverhältnis der Ferritphase mit einer durchschnittlichen Korngröße von 10 μm oder weniger 70% oder mehr ist und das Flächenverhältnis der Martensitphase 5% oder mehr ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten warmgewalzten Stahlblechs mit ausgezeichneter Reckalterungseigenschaft mit einer Zugfestigkeit von 440 MPa oder mehr, umfassend die Schritte: Erwärmen einer Stahlbramme auf 1000°C oder höher, die Stahlbramme umfasst in Masse%, 0,005% bis 0,15% an C; 2,0% oder weniger an Si; 0,2% bis 3,0% an Mn; 0,08% oder weniger an P; 0,02% oder weniger an S; 0,001% bis 0,02% an Al; 0,0050% bis 0,0250% an N; und umfasst wahlweise ferner wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den folgenden Gruppen a bis d; wobei das Verhältnis N (Masse-%)/Al (Masse-%) 0,3 oder mehr ist: Gruppe a: insgesamt 1,0% oder weniger von wenigstens eines von Cu, Ni, Cr und Mo; Gruppe b: insgesamt 0,1% oder weniger von wenigstens eines von Nb, Ti und V; Gruppe c: 0,0030% oder weniger an B; Gruppe d: insgesamt 0,0010% bis 0,010% von wenigstens eines von Ca und REM; Grobwalzen der Stahlbramme zum Formen eines Vorblechs; Endwalzen des Vorblechs bei einer abschließenden Temperatur von 800°C oder höher; Abkühlen bei einer Abkühlrate von 20°C/Sek. oder höher innerhalb von 0,5 Sekunden nach dem Endwalzen; und Aufwickeln bei einer Temperatur von 650°C oder weniger.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 5, ferner umfassend den Schritt zum Durchführen von wenigstens eines von Kaltnachwalzen und Ausgleichen bei einer Dehnung von 1,5% bis 10% nach dem der Aufwickelschritt durchgeführt ist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend den Schritt von Verbinden von aufeinanderfolgenden Vorblechen miteinander zwischen den Schritten von Grobwalzen und Endwalzen.
Ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner umfassend den Schritt von Verwenden von wenigstens einer Vorblechkanten-Wärmeeinheit zum Erwärmen eines Endes in Breitenrichtung des Vorblechs und einer Vorblech-Wärmeeinheit zum Erwärmen eines Endes in Längsrichtung des Vorblechs zwischen den Schritten von Grobwalzen und Endwalzen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten warmgewalzten Stahlblechs nach Anspruch 5, wobei Aufwickeln bei einer Temperatur von 450°C oder weniger durchgeführt wird.