CN102414334B - 成形性、形状冻结性、表面外观优良的冷轧钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供成形性、形状冻结性、表面外观均优良的冷轧钢板及其制造方法,该冷轧钢板能够在低碳钢的情况下兼顾加工性和形状冻结性,并且能够进行拉延加工、弯曲加工、鼓凸加工,在能够确保大型部件所要求的形状的同时,其平坦度高,不会发生外观不良。该冷轧钢板的特征在于,其组成为以质量%计含有C:0.030~0.060%、Si:0.05%以下、Mn:0.1~0.3%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Al:0.02~0.10%、N:0.005%以下、余量为铁和不可避免的杂质构成;该冷轧钢板的轧制方向、轧制直角方向的r值为0.7~1.4、且r值的面内各向异性(Δr)为-0.2≤Δr≤0.2,轧制方向、轧制45°方向、轧制直角方向这3个方向上的平均屈服强度为230MPa以下,且平均伸长率为40%以上,在上述3个方向的全部方向上170℃下保持60分钟后的屈服伸长率为2%以下。
Description
技术领域
本发明涉及最适合作为大型液晶电视的背光源底座等大型平板形状的部件的构件的、成形性、形状冻结性、表面性状优良的冷轧钢板及其制造方法。
背景技术
近年来,随着薄型电视的大型化,液晶电视的背光源底座也不断大型化。而且,还强烈要求电视的轻量化、减少原材费,背光源底座也不断薄壁化。但是,另一方面,对背光源底座要求具有用于支撑光源的刚性、以及为了不使光源碰到液晶部或发生破碎,使其平坦度良好而不易发生弯曲,没有所谓的“扭曲感(べこつき感)”等。随着背光源底座的大型化、薄壁化,对刚性、平坦度等的要求越来越严格。
为了确保刚性,有效的是在背光源底座的平板面通过鼓凸成形而形成加强筋。但是,对平板面进行加工时,会产生平坦度变差、“扭曲感”变大等新的问题。此外,在通过端部的弯折加工来确保刚性的情况下也会产生同样的问题。由于此种平坦度的劣化等是由于冲压成形时的形状冻结性差而产生的现象,因此对于作为构件的钢板越发地要求加工性和形状冻结性。
作为现有的形状冻结性优良的钢板,例如有专利文献1中公开的钢板,其特征在于,对集合组织进行了控制,并且轧制方向、轧制直角方向的r值中的至少1个为0.7以下。公开了该钢板的弯曲加工时的回弹量小。此外,专利文献2中公开了通过控制局部伸长率、均匀伸长率的各向异性来抑制弯曲加工时的回弹、壁翘曲的方法。此外,专利文献3中公开了通过使{100}面与{111}面之比为1.0以上来抑制弯曲加工时的回弹的方法。
此外,在大型电视的背光源底座的拉延成形中还存在成形后“扭曲”的问题,这是由于在拉延成形中板的导入不均匀而使成形部的板厚不均匀而产生的问题。
此外,在上述成形时产生称为拉伸应变的皱褶,从而产生背光源底座的平坦度不良的问题、外观不良的问题。专利文献4中公开了适量添加B、并且在冷轧中使作为表面粗糙度的指标的中心线谷深(Rv)为0.5~10μm、中心线平均粗糙度(Ra)为0.5μm以上的方法,作为降低导致拉伸应变的低碳钢的屈服伸长率的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第3532138号公报
专利文献2:日本特开2004-183057号公报
专利文献3:国际公开第00/06791号小册子
专利文献4:日本特开平04-276023号公报
发明内容
发明所要解决的问题
近年来,就市场中不断普及的32英寸以上的大型液晶电视的背光源底座等而言,为了在薄壁化的情况下也能够确保刚性,应对鼓凸高度上升、鼓凸部位增加的情况较多,在这些加工中要求高伸长率。但是,在专利文献1~3记载的技术中,存在无法获得用于确保所要求的部件形状、刚性的加工性的问题。
为了抑制回弹,已知有效的是降低屈服强度。通常由于低碳钢的屈服强度高、伸长率也不充分,因此在加工严格的部位使用极低碳钢。为了降低屈服强度,有效的是使钢软质化,作为其方法,有效的是提高退火温度、提高冷轧轧制率。但是,由于钢的软质化,会导致(111)取向的织构发达,r值增高。认为通过实现为了抑制回弹而使钢软质化、以及为了抑制由于弯曲加工而发生的变形而降低r值这两者,才能够使低碳钢应用于大型TV的背光源底座那样的部件。但是,就迄今为止的低碳钢而言,主要表现出钢的软质化和高r值。
此外,就形状的平坦度、外观不良的问题而言,重要的是不仅在制造钢板后不久、而且直到钢板成形为止,屈服伸长率较小,即时效后的特性。但是,专利文献4中记载的技术存在以下问题:需要满足冷轧材的表面粗糙度的规定,并且还需要满足再结晶退火时的冷却速度和过时效条件的全部规定,因而制造条件的控制较为复杂。
本发明的目的在于解决上述现有技术的问题。即,本发明的目的在于提供成形性、形状冻结性、表面外观均优良的冷轧钢板及其制造方法,该冷轧钢板在低碳钢的情况下兼顾加工性和形状冻结性,能够进行拉延加工、弯曲加工、鼓凸加工,能够确保大型部件所要求的形状,并且其平坦度高,不会发生外观不良。
用于解决问题的方法
为了解决上述技术问题,本发明的特征如下。
(1)一种冷轧钢板,其特征在于,
具有如下组成:以质量%计,C:0.030~0.060%,Si:0.05%以下,Mn:0.1~0.3%,P:0.05%以下,S:0.02%以下,Al:0.02~0.10%,N:0.005%以下,余量为铁和不可避免的杂质;
并且,下述(a)式所示的平均屈服强度(YSm)为230MPa以下,且下述(b)式所示的平均伸长率(Elm)为40%以上,轧制方向和轧制直角方向的r值为0.7~1.4,下述(c)式所示的r值的面内各向异性(Δr)为-0.2≤Δr≤0.2,在轧制方向、轧制45°方向、轧制直角方向的所有方向上,在170℃下保持60分钟后的屈服伸长率均为2%以下。
平均屈服强度YSm=(YSL+2YSD+YSC)/4 …(a)
平均伸长率Elm=(ElL+2ElD+ElC)/4 …(b)
r值的面内各向异性Δr=(rL-2rD+rC)/2 …(c)
其中,YSL:轧制方向的屈服强度,YSD:轧制45°方向的屈服强度,YSC:轧制直角方向的屈服强度,ElL:轧制方向的伸长率,ElD:轧制45°方向的伸长率,ElC:轧制直角方向的伸长率,rL:轧制方向的r值,rD:轧制45°方向的r值,rC:轧制直角方向的r值。
(2)一种冷轧钢板的制造方法,其特征在于,将具有(1)所述组成的钢的钢坯,以1200℃以上的加热温度进行加热,然后,进行在(Al相变点-50℃)~(Al相变点+100℃)下结束终轧的热轧,在550~680℃下进行卷取后,实施酸洗,然后,以50~85%的轧制率进行冷轧后,使600℃以上时的平均加热速度为1~30℃/s而加热至700℃以上的退火温度,然后,使到600℃为止的平均冷却速度为3℃/s以上来进行冷却。
本发明是为了解决上述问题而反复进行深入研究而得出的结果。这里,从钢板裁取大的长方形的平板后,加工成所要求的部件时,该长方形的长边侧与钢板的轧制方向、或者与轧制直角方向平行地截取,这点从材料的成品率、操作的方面来看是有利的。本发明在以此种方式得到材料时,即使是在大型部件的情况下也能够兼顾加工性和表面性状。即,通过增大平均伸长率,能够进行拉延加工、鼓凸加工,从而能够确保部件所要求的形状。此外,通过降低屈服强度,抑制了加工后回弹的发生,从而能够确保形状冻结性。此外,通过使轧制方向和轧制直角方向的r值为0.7~1.4,且-0.2≤Δr≤0.2,能够确保形状冻结性。
而且,最重要的一点在于,通过使时效后的屈服伸长率为2%以下,抑制了加工时的拉伸应变的产生,因而表面外观优良,抑制了加工后回弹的发生,因而能够确保形状冻结性。
推测本发明中的伸长率的提高、屈服强度降低的机制如下。即,进行热轧时,使终轧温度为(Al相变点-50℃)~(Al相变点+100℃),并在为铁素体而并非奥氏体的状态下结束轧制,由此能够使铁素体组织的结晶粒径粗大化。由此,能够使冷轧、再结晶退火后的结晶粒径粗大化而实现软质化。
另一方面,通过在热轧中以(Al相变点-50℃)~(Al相变点+100℃)的温度范围内结束终轧,从而在热轧板表层形成(110)取向,即使使其经过冷轧、再结晶退火,(110)取向仍然发达,因此能够维持低r值。由此,在低r值的状态下,能够通过铁素体晶粒粗大化来实现软质化。而且,屈服伸长率完全消失,时效后的屈服伸长率也变小,因此,能够抑制成形后的拉伸应变的产生,从而得到表面外观优良的钢板。本发明中有关屈服伸长率消失的详细原因尚未明确,推测其机制如下。即,(110)取向可以说是应变容易蓄积的取向,由于该取向在表层发达,因此容易引入由冷轧、表面光轧所带来的应变。由此容易引入所谓的位错,因此推测难以产生拉伸应变。
需要说明的是,本发明的冷轧钢板是在制成板厚1.0~0.5mm的薄冷轧钢板时不产生拉伸应变的表面外观优良的钢板,本发明的对象冷轧钢板中还包括对冷轧钢板实施了电镀锌、热镀锌等表面处理的钢板。而且,还包括在此基础上通过化学转化处理等而带有被膜的钢板。
此外,本发明的钢板不仅能够用于大型TV的背光源底座,而且能够广泛地用于冰箱的面板、空调室外机等具有平面部、且实施了弯曲、鼓凸、轻度的拉延加工等的家电用途的一般部件。若使用本发明,则例如能够使用板厚0.8mm的钢板制造约850mm×约650mm(42V型)的背光源底座。
发明效果
根据本发明,能够得到具有如下特性的冷轧钢板,即能够得到低屈服伸长率和优良的伸长率、低屈服强度、低时效后的屈服伸长率,兼顾加工性和形状冻结性,能够进行拉延加工、弯曲加工、鼓凸加工的成形性和形状冻结性优良,并且表面外观优良。由此能够确保大型部件所要求的平板形状,能够制造大型液晶电视的背光源底座等部件。
具体实施方式
对本发明的钢板的化学成分进行说明。需要说明的是,在以下的说明中,成分元素的含量%均指质量%。
C:0.030~0.060%
再结晶退火时形成渗碳体而降低固溶C,此时,C量不足0.030%时,由于促使碳化物析出的过饱和度小,碳化物的析出不充分,因此无法使屈服强度为230MPa以下。因此,使下限为0.030%。另一方面,以超过0.060%的量来添加时,加工性显著变差。因此,使上限为0.060%。
Si:0.05%以下
Si在大量含有时,因硬质化而使加工性变差,或者因退火时的Si氧化物的生成而妨碍镀覆性。此外,在热轧时,在表面形成Si富集的氧化皮,可能会有损表面外观。因此,使上限为0.05%。
Mn:0.1~0.3%
Mn使钢中有害的S成为MnS的形式而无害化,因此需要使其为0.1%以上。另一方面,大量的Mn会导致由硬质化所致的加工性的劣化、抑制退火时的铁素体的再结晶,因此需要使其为0.3%以下。
P:0.05%以下
P在晶界偏析而使延展性、韧性变差,因此需要使其为0.05%以下。优选为0.03%以下。
S:0.02%以下
S使热延展性显著降低,从而诱发热裂纹,表面性状显著变差。而且,S不仅基本上无助于强度,而且作为杂质元素而形成粗大的MnS,从而降低延展性。这些问题在S量超过0.02%时变得显著,优选尽可能地降低S量。因此,需要使S量为0.02%以下。
Al:0.02~0.10%
Al以氮化物的形式来固定N,由此能够抑制由固溶N所致的时效硬化。为了得到这样的效果,需要使Al量为0.02%以上。另一方面,大量的Al会使加工性变差。因此,需要使Al量为0.10%以下。
N:0.005%以下
N在大量含有时,热轧中伴随钢坯裂纹可能会发生表面缺陷。此外,在冷轧、退火后以固溶N的形式存在时,会引起时效硬化。因此,需要使N量为0.005%以下。
上述以外的成分由铁和不可避免的杂质构成。作为不可避免的杂质,可列举例如容易从废金属中混入的0.05%以下的Cu、Cr,以及除此之外的0.01%以下的Sn、Mo、W、V、Ti、Nb、Ni、B等。
本发明的钢板的金属组织大致由铁素体和渗碳体构成。此外,铁素体组织的平均铁素体粒径为7μm以上。粗大的铁素体晶粒如下所示通过热轧工序来实现。
就本发明的钢板而言,使通过上述(a)式求得的平均屈服强度为230MPa以下。平均屈服强度超过230MPa时,有时发生回弹等形状不良。因此,使平均屈服强度为230MPa以下。
就本发明的钢板而言,使轧制方向和轧制直角方向的r值为0.7~1.4。如上所述视为由形状冻结性导致的现象的“扭曲”,已知是由于弯曲加工、鼓凸加工时的棱边翘曲所引起的,其可通过降低r值而得以抑制。另一方面,在低r值下,拉延成形变困难。本发明人等发现,抑制棱边翘曲、且能够进行拉延加工的r值的指标需要为0.7以上且1.4以下。
如上所述,在将大的长方形的平板加工成所要求的部件时,该长方形的长边侧与钢板的轧制方向、或与轧制直角方向平行地截取,这点从材料的成品率、操作的方面出发是有利的,就本发明的钢板而言,也使按照上述方式截取材料制成部件,但为了在大型部件中也能够兼顾加工性和平坦度,通过使轧制方向和轧制直角方向的r值的上限为1.4,特别是在对长方形平板的长边和短边侧的端部进行弯曲加工时,能够抑制其角部的材料的流入,从而能够保持部件的平坦度。进而,通过使r值的下限为0.7,能够抑制随着角部的板厚減少而发生的部件的刚性降低。更优选的是使r值的下限超过0.7,优选使其为0.75以上。
就本发明的钢板而言,使由上述(b)式求得的平均伸长率为40%以上。在上述特性的基础上,通过使平均伸长率增大为40%以上,能够进行拉延加工、鼓凸加工,从而能够确保部件所要求的形状。
就本发明的钢板而言,使由上述(c)式求得的r值的面内各向异性(Δr)为-0.2≤Δr≤0.2。对大型TV的背光源底座等进行拉延成形时,有时在成形后发生“扭曲”。这是由于拉延成形时板的导入不均匀,因而由成形部的板厚不均匀所导致的,因此,理想的是r值的各向异性(Δr)为“0”附近,因而从各方向的板的导入均匀,因此将Δr规定在-0.2以上且0.2以下的范围内。
在上述的基础上,使本发明的钢板在轧制方向、轧制45°方向、轧制直角方向的所有方向上、在170℃下保持60分钟后的时效后的屈服伸长率为2%以下。通过不仅降低钢板制造不久后的屈服伸长率、还降低时效后的屈服伸长率,从而抑制了成形后的拉伸应变,因此能够制造表面外观优良的钢板。
下面对本发明的钢板的制造条件进行说明。本发明中,通过在热轧中使具有上述组成的低碳钢钢坯的终轧温度为(Al相变点-50℃)~(Al相变点+100℃),从而使热轧时的铁素体粒径粗大、并且使热轧板的表层上(110)取向发达来制造热轧钢板,通过对其进行冷轧、再结晶退火,从而形成粗大的铁素体晶粒,由此能够得到低屈服强度和优良伸长率,并且能够使屈服伸长率完全消失,成为适当的r值。
加热温度:1200℃以上
进行热轧时,由于需要在加热中使AlN等碳化物暂时固溶,并在卷取后微细析出,因此需要使热轧的加热温度为1200℃以上。
终轧结束温度:(Al相变点-50℃)~(Al相变点+100℃)
本发明的重点在于需要使热轧时的终轧温度为(Al相变点-50℃)至(Al相变点+100℃)。由此,在使钢组织为铁素体而并非奥氏体的状态下结束轧制。由于以铁素体组织结束轧制,通过终轧完成了从奥氏体向铁素体的相变,在大致700℃~800℃下赋予由轧制所致的应变,从而使铁素体晶粒粗大化。由此,热轧板的结晶粒径粗大化。这里,Al相变点大致为720℃。
卷取温度:550℃~680℃
对卷材进行卷取时,使结晶粒径粗大化,同时使碳化物凝集,从而降低固溶C。
终轧后的卷取温度低时,由于针状铁素体的生成,钢板硬质化,之后的冷轧时轧制载荷变高,因此伴随有操作上的困难。此外,碳化物的凝集不充分,固溶C大量残留,无法降低屈服强度。因此,需要使卷取温度为550℃以上,优选为600℃以上。另一方面,卷取温度高至超过680℃时,钢板卷材(卷取成卷材形状的钢板)的边缘部的温度相对降低,卷材内的温度控制变困难,成品率降低。此外,发生钢板卷材的烧结,或大量产生氧化皮,利用冷轧前进行的酸洗的氧化皮剥离不充分,冷轧时形成缺陷。因此,需要使卷取温度为680℃以下。
冷轧时的轧制率(冷压率):50%~85%
冷压率在通常进行的范围即可,冷压率低时,用于得到所期望厚度的钢板的热轧板的厚度过薄,热轧时的负荷变大,因此使冷压率的下限为50%。另一方面,使上限为通常的冷轧机所进行程度的85%即可。
600℃以上的平均加热速度:1~30℃/s
冷轧板的退火中,从600℃至退火温度的加热速度小时,在热轧板中生成的碳化物熔解,固溶C增加,因此需要使从600℃至退火温度的平均加热速度为1℃/s以上。另一方面,加热速度大时,C向析出的碳化物的富集变得不充分,固溶C大量残留,无法降低屈服伸长率。因此,使平均加热速度为30℃/s以下。
退火温度:700℃以上
退火温度只要是发生再结晶的温度即可,在低碳钢的情况下,通常只要为700℃以上即发生再结晶,因此使退火温度为700℃以上。需要说明的是,退火温度超过Ac3相变点温度时,钢板硬质化,因此优选使其为Ac3相变点温度以下,更加优选为800℃以下。
需要说明的是,保持在上述退火温度(也称作均热温度)的时间(均热时间)短时,无法完成再结晶,或者即使完成再结晶而晶粒生长也受到抑制,因此有时无法确保充分的伸长率。因此,优选使均热时间为30s以上。另一方面,均热时间变得过长时,晶粒生长而变大,因此在加工时出现表面粗糙的问题,有表面性状变差的倾向。因此,优选使均热时间为200s以下。
到600℃为止的平均冷却速度:3℃/s以上
加热到上述退火温度后,冷却钢板,从退火温度到600℃的平均冷却速度比3℃/s慢时,以碳化物形式析出的C重固溶,屈服强度上升。因此,需要使从退火温度到600℃的平均冷却速度为3℃/s以上。另一方面,该冷却速度超过30℃/s以上来进行冷却时,铁素体晶粒的晶粒生长容易变得不充分,屈服强度高,容易硬质化。因此,优选使平均冷却速度为30℃/s以下。
在实施本发明时,熔炼方法可以适用采用通常的转炉法、电炉法等。熔炼的钢可以在铸造成钢坯后直接、或冷却后加热来实施热轧。热轧时在上述的终轧条件下进行终轧后,在上述的卷取温度下进行卷取。终轧后直到卷取为止的冷却速度,没有特别的规定,只要为空气冷却以上的冷却速度即充分。此外,还可以根据需要进行100℃/s以上的急冷。之后,在通常的酸洗后实施上述冷轧。对于冷轧后的退火处理,实施前述条件的加热、冷却。低于600℃的区域内的冷却速度是任意的,也可根据需要,在480℃附近通过热镀锌进行镀覆。并且,也可以在镀覆后再次加热到500℃以上,使镀层合金化。或者,也可以采取在冷却中途进行保持等的热历程。进而,也可以根据需要以约0.5%~约2%的伸长率进行表面光轧。此外,在退火中途不实施镀覆的情况下,为了提高耐腐蚀性,也可以进行电镀锌等。进而,也可以在冷轧钢板、镀覆钢板上通过化学转化处理等赋予被膜。
实施例1
下面对本发明的实施例进行说明。
表1示出了供试体的化学组成、制造条件、特性值。
对具有表1所示化学组成的钢坯进行熔炼后,以表中的加热温度(RT)加热钢坯1小时,粗轧后使其为表中所示的终轧温度(FT)和卷取温度(CT)。需要说明的是,本发明钢的Al相变点大致为720℃。使热轧板的板厚为2.0~3.5mm。将热轧板酸洗后,在表1所示的条件下进行冷轧,然后进行退火处理。需要说明的是,使冷轧后的板厚为0.6~1.0mm。这里,加热速度是从600℃至均热温度的平均加热速度,冷却速度是从均热温度至600℃的平均冷却速度。需要说明的是,在600℃之后也以同样的冷却速度冷却至室温。退火后进行轧制率1.0%的表面光轧,调查铁素体组织的铁素体粒径和机械特性。这里,就拉伸特性而言,从轧制方向(L方向)、轧制45°方向(D方向)、轧制直角方向(C方向)切割JIS5号拉伸试验片,以10mm/分钟的拉伸速度进行拉伸试验。从L、C、D各方向切割JIS5号拉伸试验片,以预应变15%测定r值。然后,求出L方向的r值(rL)、C方向的r值(rC)、D方向的r值(rd)、平均屈服强度(YSm)、平均伸长率(Elm)。进而,在轧制方向(L方向)、轧制45°方向(D方向)、轧制直角方向(C方向)的所有方向上测定屈服伸长率,还测定了在170℃下保持60分钟后的时效后屈服伸长率。
其中,
Elm=(ElL+2ElD+ElC)/4
下标L、D、C表示各方向的El。
此外,铁素体平均粒径基于JIS G 0551(2005)求得。
将各测定结果一并示于表1中。屈服伸长率表示在各方向上的测定结果的最大值。
根据表1,就具有本发明的组成、且通过本发明的制造方法制造的钢板而言,其铁素体平均粒径为7μm以上,在轧制方向、轧制45°方向、轧制直角方向的平均屈服强度(YSm)为230MPa以下,且平均伸长率(Elm)为40%以上,轧制方向和轧制直角方向的r值(rL,rC)为0.7~1.4,r值的面内各向异性(Δr)为-0.2≤Δr≤0.2,时效后的屈服伸长率为0%。与此相对,组成在本发明的范围外或组成虽在本发明的范围内但制造方法在本发明的范围外的钢板,其YSm、Elm、rL、rC、Δr、屈服伸长率均较差。
Claims (2)
1.一种冷轧钢板,其特征在于,
具有如下组成:以质量%计,C:0.030~0.060%,Si:0.05%以下,Mn:0.1~0.3%,P:0.05%以下,S:0.02%以下,Al:0.02~0.10%,N:0.005%以下,余量为铁和不可避免的杂质;
铁素体组织的平均铁素体粒径为7μm以上;
并且,下述(a)式所示的平均屈服强度YSm为230MPa以下,且下述(b)式所示的平均伸长率Elm为40%以上,轧制方向和轧制直角方向的r值为0.7~1.4,下述(c)式所示的r值的面内各向异性Δr为-0.2≤Δr≤0.2,在轧制方向、轧制45°方向、轧制直角方向的所有方向上,在170℃下保持60分钟后的屈服伸长率均为2%以下,
平均屈服强度YSm=(YSL+2YSD+YSC)/4…(a)
平均伸长率Elm=(ElL+2ElD+ElC)/4…(b)
r值的面内各向异性Δr=(rL-2rD+rC)/2…(c)
其中,YSL:轧制方向的屈服强度,YSD:轧制45°方向的屈服强度,YSC:轧制直角方向的屈服强度,ElL:轧制方向的伸长率,ElD:轧制45°方向的伸长率,ElC:轧制直角方向的伸长率,rL:轧制方向的r值,rD:轧制45°方向的r值,rC:轧制直角方向的r值。
2.一种冷轧钢板的制造方法,其特征在于,将具有权利要求1所述组成的钢的钢坯,以1200℃以上的加热温度进行加热,然后,进行在比Al相变点低50℃的温度至比Al相变点高100℃的温度下结束终轧的热轧,在550~680℃下进行卷取后,实施酸洗,然后,以50~85%的轧制率进行冷轧后,使600℃以上时的平均加热速度为1~30℃/s而加热至700℃以上且800℃以下的退火温度,然后,使到600℃为止的平均冷却速度为3℃/s以上来进行冷却。
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