TW202030343A - 碳合金鋼板及碳合金鋼板的製造方法 - Google Patents

Abstract

省略晶界氧化層的去除步驟，或減少晶界氧化層去除步驟中的去除量。本發明一態樣之碳合金鋼板的製造方法，其係包含：針對含有C：0.25~1.2質量%、Cr：2.0~10.0質量%、P≦0.03質量%及S≦0.03質量%的碳合金鋼板，在去除熱軋後的氧化垢之前，將上述碳合金鋼板升溫至570~720℃，且藉由均熱5~40小時實施退火，然後冷卻至室溫。

Description

碳合金鋼板及碳合金鋼板的製造方法

本發明係關於中、高碳合金添加鋼的鋼板(以下，單純稱為「碳合金鋼板」)及碳合金鋼板的製造方法，且前述碳合金鋼板係作為機器構成部件和鋸子、刀片、工具及模具等的原料來使用。本用途的碳合金鋼板係能夠藉由沖壓、雷射加工或切削等處理，加工成所欲形狀後，進行淬火與回火等熱處理來使用。因為於熱處理後要求非常高的強度，故使用添加有合金元素的中、高碳鋼。本發明係關於如此之碳合金鋼板及碳合金鋼板的製造方法。

碳合金鋼板一般為硬質的，且加工性及鋼板的製造性不佳。特別是，因為熱軋後鋼板變得非常硬質，在此情況下，通常鋼板難以通過在去除熱軋產生於表面上氧化垢的步驟(酸洗、研磨、噴丸(Shot blast)處理等)。舉例來說，硬質鋼板產生線張力不足、剪切能力不足、由於線彎曲而導致鋼板斷裂等情形。

專利文獻1揭示一種含有0.2質量%以上的碳(C)之熱軋鋼板的製造方法。在此製造方法中，藉由利用熱軋鋼板的保溫熱進行組織控制，來製造加工性優異的高碳熱軋鋼板。

又，在此製造方法中，於熱軋的精軋後，將其在跳動台(Run-out table)上冷卻至550~650℃的中間溫度，並在600~700℃的捲繞溫度下捲繞。此時，滿足[捲繞溫度]≥[中間溫度+20℃]的條件。接著，在捲繞之後，將其在20分鐘以內裝入緩冷蓋中，並在600~720℃下滯留10小時(h)以上。

[先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本國公開專利公報「特開2001-200316號公報(2001年7月24日公開)」

[發明所欲解決的課題] 然而，在上述習知的熱軋鋼板的製造方法中，因為必須在跳動台上藉由重複加熱而使[捲繞溫度]≥[中間溫度+20℃]，故具有用於軟質化的冷卻控制複雜之問題點。又，在上述熱軋鋼板的製造方法中，為了將其軟質化，則需要緩冷蓋及用於設置緩冷蓋的設備；又，亦有必須確保在裝入緩冷蓋的狀態下，有設置10h以上的空間。

又，在先前技術中，因為鋼板係硬質的，必須在未去除鋼板的氧化層下實施退火步驟。結果，在退火步驟中，於碳合金鋼板的表面形成晶界氧化層。因此，必須藉由研磨、切削等，來機械地去除晶界氧化層。

本發明的一態樣係鑒於以上問題點所完成者，本發明的目的在於實現一種碳合金鋼板的製造方法，其係基於下述知識而能夠省略去除晶界氧化層的步驟或減少晶界氧化層去除步驟中的去除量：使一定量之厚度的晶界氧化層對於機械性質不會造成影響的知識；以及用於使退火後的鋼板通過之鋼板軟質化的知識。

[用於解決課題的手段] 為了解決上述課題，本發明一態樣的碳合金鋼板的製造方法，其係包含：針對含有C：0.25~1.2質量%、Si≦1.0質量%、Mn≦2.0質量%、Cr：2.0~10.0質量%、P≦0.03質量%及S≦0.03質量%的碳合金鋼板，在去除熱軋後的氧化垢(scale)之前實施退火，然後冷卻至室溫。

為了解決上述課題，本發明一態樣的碳合金鋼板，其構成包含：該碳合金鋼板係含有C：0.25~1.2質量%、Cr：2.0~10.0質量%、P≦0.03質量%及S≦0.03質量%的碳合金鋼板；其中，形成在該碳合金鋼板表面之晶界氧化層的深度為8μm以下。

[發明的效果] 含有C：0.25~1.2質量%、Si≦1.0質量%、Mn≦2.0質量%、Cr：2.0~10.0質量%、P≦0.03質量%及S≦0.03質量%的碳合金鋼板係較為硬質。又，在上述方法中，因為碳合金鋼板的軟質化僅需要在去除熱軋後的氧化垢之前，以一定溫度區域的溫度進行退火即可，故用於軟質化的冷卻控制係為簡單的。

[化學成分] 本發明一態樣的碳合金鋼板係包含：C：0.25~1.2質量%、Si≦1.0質量%、Mn≦2.0質量%、Cr：2.0~10.0質量%、P≦0.03質量%、S≦0.03質量%、Mo≦4.0質量%、Ni≦2.0質量%、V≦0.5質量%、Nb≦0.5質量%、Ti≦0.3%、W≦4.0質量%，且其餘部分為Fe及不可避的雜質而成。以下，針對碳合金鋼板所含有之各元素的含量之意義進行說明。又，本發明一態樣的碳合金鋼板可含有C：0.25~1.2質量%、Cr：2.0~10.0質量%、P≦0.03質量%及S≦0.03質量%。

碳(C)在0.25質量%以下且1.2質量%以下的鋼板係可作為機器構成部件和鋸子、刀片及工具等來使用之中、高碳鋼板。又，因為在C小於0.25質量%的鋼板中，即使添加合金元素，熱軋材料的強度也相對較低，並且製造性不太會成為問題，故其被排除在本實施形態的對象之外。若C大於1.2重量%，則碳化物的體積分率增加，即使將其退火也無法充分地軟質化。

鉻(Cr)具有提升淬火性及抗回火軟化的效果，且具有提升強度及耐磨耗性的效果。為了在鋸子、刀片及工具等賦予必要特性，必須添加鉻2.0質量%以上。但是，如果添加大量的Cr，則碳化物的球狀化延遲，且熱軋材料不會因為退火而軟質化，故其上限為10.0質量%。

因為磷(P)、硫(S)會各自對韌性造成不利的影響，希望其含量較少，故不會產生材質上不利影響之P及S各自的添加量基準大約在0.03質量%以下。

[化學成分(選擇元素)] 接著，在本發明一態樣的碳合金鋼板中，作為選擇元素，亦可包含Si≦1.0質量%、Mn≦2.0質量%、Mo≦4.0質量%、Ni≦2.0質量%、V≦0.5質量%、Nb≦0.5質量%、Ti≦0.3質量%及W≦4.0質量%中的一種以上。以下，針對被含於碳合金鋼板之各選擇元素的含量意義進行說明。

矽(Si)具有脫氧效果。若Si的添加量多，則由於超低碳鋼透過固溶強化而硬化，故不能藉由退火使熱軋材料軟質化。為了藉由退火使熱軋材料軟質化而添加之Si的極限約為1.0質量%。

錳(Mn)具有提升淬火性的作用，但如果添加大於2.0質量%，則其藉由退火而使碳化物的球狀化延遲，同時藉由固溶強化使超低碳鋼硬化，故熱軋材料不會因為退火而軟質化。

鉬(Mo)係因應必要而添加。Mo係具有提升淬火性的效果，且其藉由與Ni複合添加，而具有提升鋼板強韌性的效果。又，藉由形成特殊碳化物，Mo具有提升強度及耐磨耗性的效果。為了發揮上述效果，Mo可添加至4.0質量%為止。

鎳(Ni)具有提升韌性的效果，且其與Mn相同地提升淬火性，但其添加量在2.0質量%以上時，在成本的比例上提升韌性的效果不佳。

釩(V)及鈮(Nb)各自對淬火時的奧氏體(Austenite)結晶粒徑的微細化具有效果。為了對先前的γ結晶粒徑的微細化發揮作用，V和Nb各自的添加量為0.5質量%係充分的。

鈦(Ti)係對淬火時的奧氏體結晶粒徑的微細化具有效果。為了對先前的γ結晶粒徑的微細化發揮作用，Ti的添加量為0.3%係充分的。

鎢(W)係藉由形成特殊碳化物，而具有提升強度及耐磨耗性的效果。若添加W過多，則因為即使施加退火熱軋材料也不會軟質化，故W的添加量較佳係4.0質量%以下。

[熱軋製(熱軋)條件] 本發明一態樣之碳合金鋼板的熱軋條件係：板坯加熱溫度為1200℃~1350℃，精軋溫度為800℃~950℃，捲繞溫度為500℃~700℃。

為了使板坯溶體化，板坯加熱溫度必須要在1200℃以上。雖然將板坯加熱溫度提升至1350℃以上也不會對材質產生影響，但其會因為由氧化垢所造成之鐵的損失及用於加熱至高溫的燃料費等，而導致成本增加。

若精軋溫度低於800℃，則變形阻抗變高，熱軋中的鋼板通過性變差。若精軋溫度高於950℃，則表層的氧化垢變厚，產生表面瑕疵的擔憂增加。

若捲繞溫度低於500℃，則在熱軋TOP部中，生成硬質的馬氏體(Martensite)組織之擔憂增加。若在熱軋TOP部生成馬氏體組織，則捲繞時心軸(Mandrel)被咬住時會有斷裂的危險性。又，當捲繞溫度大於700℃時，需要花費時間進行冷卻，故成為阻礙生產性的要因。

又，熱軋TOP部係指，表示熱軋步驟中所製造之鋼板長邊方向位置的用語。在一個熱軋捲中，將最初軋製的部分稱為「熱軋TOP部」，最後軋製的部分稱為「熱軋END部」。因為熱軋TOP部在捲繞時與心軸(用於捲繞鋼板的心骨(core grid))接觸，故容易急速冷卻。因此，若捲繞溫度低，則在更被急速冷卻至低溫的熱軋TOP部生成馬氏體的擔憂增加。

[退火條件] 又，在本發明一態樣之碳合金鋼板的製造方法中，在進行上述熱軋後，於去除氧化垢之前實施退火。本發明一態樣之碳合金鋼板的製造方法係包含圖1所示的各步驟。首先，開始碳合金鋼板的製造方法，進入步驟S(以下，省略「步驟」)101。在S101中，進行熱軋，並進入S102。在S102中，進行退火，並進入S103。在S103中，進行氧化垢的去除，並進入S104。在S104中，移行至後續步驟並結束。上述S102中的退火係在下述條件下實施：在570℃~720℃的溫度範圍內，於均熱(soaking)5~40小時後冷卻至室溫為止。

至少含有C：0.25~1.2質量%、Cr：2.0~10.0質量%、P≦0.03質量%及S≦0.03質量%的碳合金鋼板係相對地硬質。此係因為，若在中、高碳鋼添加合金元素，熱軋材料的金屬結構係變成以微細真珠岩(Perlite)或貝氏體(Bainite)組織為主體，故提高強度(硬度)。

又，因為碳合金鋼板的軟質化僅需要在去除熱軋後的氧化垢之前進行退火即可，故用於軟質化的冷卻控制係為簡單的。藉此，能夠使用於軟質化的冷卻控制變得簡單，且使硬質鋼板軟質化，並能夠確保後續步驟的板通過性。

又，在習知方法(在熱軋後進行垢的去除之方法)中，雖然能夠製造軟質的低合金鋼，但作為本實施形態之方法的鋼板的合金量多，且熱軋鋼板係非常硬質，故習知方法具有直接於熱軋後鋼板無法通過進行垢去除步驟的問題。本實施形態的方法係解決如此之問題者。

在本實施形態中，退火係在570℃~720℃的溫度範圍內，均熱5~40小時。在小於570℃的低溫下，無法進行碳化物的球狀化、粗大化，故鋼板不會軟質化。另一方面，在高於720℃的高溫下，雖然鋼板能夠藉由退火而軟質化，但是因為在鋼板表面上存在氧化垢的狀態下而保持於高溫，故起因於氧化垢中的氧所造成之鋼板表層的脫碳及晶界氧化變得顯著。因此，在適當地抑制鋼板表層的脫碳及晶界氧化的同時，為了達到使鋼板成為可以通過後續步驟程度的軟質化，適合在570℃~720℃的溫度範圍下進行退火。

又，若均熱時間小於5小時，無法進行碳化物的球狀化、粗大化，故鋼板不會軟質化。另一方面，若均熱超過40小時，則軟質化的效果飽和。

能夠因應必要進行退火及冷軋，將鋼板作為各種用途的素材而調整至必要的板厚及材質。換言之，為了調整至所欲的板厚，亦可進行冷軋。在藉由冷軋的加工硬化成為所欲的板厚前，冷軋變得困難的情況下，能夠適當進行退火，於軟質化後追加冷軋。能夠如以上般多次地進行退火及冷軋。

施加於熱軋板的退火之目的為，主要是使鋼板通過用於去除氧化垢之酸洗步驟，並在酸洗後進行冷軋。另外，當需要進一步軟質化來作為鋼板製品時，可以在去除氧化垢之後或在冷軋之後進行退火。

接著，使退火溫度在570℃~720℃的溫度範圍，使均熱時間為5~40小時。

此處，藉由使退火溫度在570℃~720℃的溫度範圍，能夠使形成於鋼板表層之晶界氧化層的深度為8μm以下。晶界氧化層的深度為8μm以下之鋼板，係成為具備與去除晶界氧化層後的鋼板同等的拉伸強度或衝擊值之鋼板。又，即使晶界氧化層的深度為8μm以上，因為將晶界氧化層研磨至使晶界氧化層的深度為8μm以下即可，故能夠減少晶界氧化層去除步驟中的去除量。

[實施例] 圖2係顯示本發明實施例所用之鋼板的化學組成的圖。又，圖2所示之數值係表示質量%。圖3係顯示碳合金鋼板10的晶界氧化層1及鐵氧體(Ferrite)脫碳層2之形成狀態的一例的圖。

將圖2所示之化學成分的試驗鋼，在1300℃的板坯加熱溫度下連續鑄造製成鑄片，並在粗軋之後，在800~950℃的熱軋的精軋溫度下進行精軋後，在捲繞溫度為500~700℃下進行捲繞。此時的熱軋材料的板厚約為3.5mm。

接著，針對獲得的熱軋板，在未去除鋼板表面的氧化垢之情況下進行退火。退火時的均熱溫度在540~780℃下變化、均熱時間在3~60小時之間變化。將製造各鋼板時相關的條件及下述試驗的結果顯示於圖4。

(調查方法) 針對熱軋後的鋼板(熱軋板)，進行維克斯(Vickers)硬度(HV)測定及彎曲性試驗。又，測定退火後的鋼板(退火板)之維克斯硬度(HV)及表層晶界氧化層的深度(換言之，晶界氧化層的厚度)。就熱軋材料之板厚剖面的彎曲性而言，進行R50mm的重複三點彎曲，將重複10次往復後產生斷裂的情況記為○，將未產生斷裂的情況記為×。又，將退火後熱軋材的硬度為400HV以下時記為○，將硬度大於400HV時記為×。又，將晶界氧化層的深度為8μm以下時記為○，將深度大於8μm時記為×。

如圖4所示，因為不論鋼板種類而使退火溫度(均熱溫度)成為高的，故No.13、16及24的鋼板雖然產生軟質化，但表層之晶界氧化層的深度變大。另一方面，因為退火溫度低，故雖然No.5鋼板的表層之晶界氧化層的深度變小，但未產生軟質化。

因為退火時間短，故雖然No.1鋼板的表層之晶界氧化層的深度變小，但未產生軟質化。另一方面，因為退火時間(均熱時間)長，故雖然No.10鋼板產生軟質化，但表層之晶界氧化層的深度變大。

因為使用鋼種F之鋼板(No.17及18)係含有較多Cr，故雖然表層之晶界氧化層的深度變小，但鋼板未產生軟質化。

因為使用鋼種G之鋼板(No.20及21)係含有較多Si，故雖然表層之晶界氧化層的深度變小，但鋼板未產生軟質化。

因為使用鋼種H之鋼板(No.21)係於鋼板中含有較少C，故在彎曲試驗中未產生斷裂。

因為使用鋼種I之鋼板(No.23及24)係於鋼板中含有較多C，故雖然表層之晶界氧化層的深度變小，但鋼板未產生軟質化。

如圖4所示，在本發明之發明例(參照備註欄)的鋼板中，晶界氧化層的深度在8μm以下，且鋼板軟質化至小於400HV。又，作為本發明之發明例的鋼板，其拉伸強度及衝擊耐性皆良好。

又，將退火溫度與鋼板硬度或晶界氧化層的深度之關係顯示於圖5，將該鋼板剖面的外觀顯示於圖6。

圖5所示之鋼板係由以下方法製備。 首先，將圖2的鋼種B熔化並鍛造後，藉由切斷以獲得厚度為30mm、寬度為150mm、長度為50mm的鋼塊。接著，在將該鋼塊加熱至1300℃後，在850℃的熱軋的精軋溫度下，進行精軋30分鐘，並獲得厚度為4.5mm的鋼板。接著，將熱軋鋼板從850℃急冷至550℃，然後從550℃逐漸冷卻至室溫，並研磨成厚度為3.5mm的鋼板。

之後，將獲得之鋼板在850℃下大氣氧化30分鐘後，以550℃保持一分鐘後逐漸冷卻。接著，針對獲得之鋼板，藉由在570℃、620℃、670℃或780℃下均熱13小時，進行退火。

在620℃及670℃下均熱13小時的鋼板中，所有鋼板的維克斯硬度皆在400HV以下，且晶界氧化層的深度在8μm以下。藉此，能夠獲得一種鋼板，其在氧化垢去除步驟中容易通過，且能夠減少晶界氧化層之去除步驟中的去除量。

又，在將鋼板均熱之溫度為570℃的情況下，雖然其未產生晶界氧化層，但維克斯硬度硬至500HV，成為在氧化垢去除步驟中不容易通過的鋼板。另一方面，在將鋼板均熱之溫度為780℃的情況下，雖然其維克斯硬度為400HV以下，但晶界氧化層的深度約為13μm左右，成為晶界氧化層的厚度為厚之鋼板。

[附記事項] 本發明並不限於上述實施形態，能夠在請求項所示之範圍內進行各種的變更，藉由適當組合不同實施形態所各自揭示之技術手段而獲得之實施形態亦被包含在本發明的技術範圍內。又，藉由組合各實施形態所各自揭示之技術手段，能夠形成新的技術特徵。

1:晶界氧化層 2:鐵氧體脫碳層 10:碳合金鋼板 S101~S104:步驟

[圖1]係顯示本發明實施形態之碳合金鋼板的製造方法之流程的流程圖。 [圖2]係顯示本發明實施例之碳合金鋼板的化學成分的圖。 [圖3]係顯示碳合金鋼板表層的晶界氧化層及脫碳層之例子的圖。 [圖4]係顯示本發明實施例之碳合金鋼板及比較例之碳合金鋼板的熱軋條件及退火條件等的圖。 [圖5]係顯示本發明實施例之碳合金鋼板中的熱軋溫度與鋼板硬度及晶界氧化層的深度之關係的圖。 [圖6]係顯示本發明實施例之碳合金鋼板中厚度方向之剖面的圖。

S101~S104:步驟

Claims (5)

1. 一種碳合金鋼板的製造方法，其係包含： 針對含有C：0.25~1.2質量%、Cr：2.0~10.0質量%、P≦0.03質量%及S≦0.03質量%的碳合金鋼板，在去除熱軋後的氧化垢之前，將上述碳合金鋼板升溫至570~720℃，且藉由均熱5~40小時實施退火，然後冷卻至室溫。
2. 如請求項1所述之碳合金鋼板的製造方法，其中，退火係在下述條件下實施：在570℃~720℃的溫度範圍內，於均熱5~40小時後冷卻至室溫為止。
3. 如請求項1或2所述之碳合金鋼板的製造方法，其中，上述碳合金鋼板係含有下列選擇中的一種以上：Si≦1.0質量%、Mn≦2.0質量%、Mo≦4.0質量%、Ni≦2.0質量%、V≦0.5質量%、Nb≦0.5質量%、Ti≦0.3質量%、W≦4.0質量%。
4. 一種碳合金鋼板，其係包含： 該碳合金鋼板係含有C：0.25~1.2質量%、Cr：2.0~10.0質量%、P≦0.03質量%及S≦0.03質量%的碳合金鋼板；其中， 形成在該碳合金鋼板表面之晶界氧化層的深度為8μm以下。
5. 如請求項4所述之碳合金鋼板，其中，上述碳合金鋼板係含有下列選擇中的一種以上：Si≦1.0質量%、Mn≦2.0質量%、Mo≦4.0質量%、Ni≦2.0質量%、V≦0.5質量%、Nb≦0.5質量%、Ti≦0.3質量%、W≦4.0質量%。

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