TW202120711A - 提高鉻鉬鋼材之球化率之方法 - Google Patents

Abstract

一種提高鉻鉬鋼材之球化率的方法。在此方法中，提供鋼胚。進行模擬計算操作，以獲得鋼胚之連續冷卻相變曲線圖。依據連續冷卻相變曲線圖決定鋼胚之變韌鐵相變起始溫度。熱軋鋼胚，以得到軋延鋼板。在盤捲溫度盤捲軋延鋼板，以得到鋼捲，其中盤捲軋延鋼板時包含將盤捲溫度控制在不高於變韌鐵相變起始溫度。退火鋼捲，以得到退火鋼捲。

Description

提高鉻鉬鋼材之球化率之方法

本揭露實施例是有關於一種提高鉻鉬鋼材之球化率的方法。

當鋼材中的碳化物之球化率越高時，可提高鋼材的延展性，並降低加工抵抗性，使其後續之切削加工或塑性加工易於進行。

一般習知提高鋼材之球化率的技術有兩種。第一種方法為從熱軋組織著手。由恆溫變態曲線圖可以得知若熱軋後的盤捲操作的溫度較高時，鋼捲冷卻速率較慢且會得到粗波來鐵(coarse pearlite)組織；而若降低熱軋後的盤捲操作的溫度至約620℃至650℃，則會導致鋼捲冷卻速率加快，使組織由沃斯田鐵(austenite)變態成細波來鐵(fine pearlite)。由於細波來鐵中的肥粒鐵(ferrite)與雪明碳鐵(cementite)之層間間距較小，所以碳所需擴散路徑也較短。而且，細波來鐵內的肥粒鐵與雪明碳鐵之界面也較粗波來鐵多，而能進一步提高碳的擴散速率，因此在相同的退火 條件下，細波來鐵組織能夠明顯提高球化率。雖然上述方式可提高球化率至57%，仍是不符需求，且帶狀組織明顯。

第二種提高球化率的方法為提高退火溫度與增加退火時間。提高退火溫度可以增加碳的擴散速率，而增加退火時間則可以增加碳的擴散時間，使碳可以充分擴散，進而形成表面積最小且能量最低的球狀碳化物，而使球化率提升。雖然提高退火溫度與增加退火時間二者均可以提高球化率，卻會增加退火成本。

本揭露之目的在於提出一種提高鉻鉬鋼材之球化率之方法，藉由在變韌鐵(bainite)相變溫度範圍內進行盤捲操作，而能大幅提升鉻鉬鋼材之球化率，甚至使鉻鉬鋼材之球化率到達90%至99%。

根據本揭露之上述目的，提出一種提高鉻鉬鋼材之球化率的方法。在此方法中，提供鋼胚。進行模擬計算操作，以獲得鋼胚之連續冷卻相變曲線圖。依據連續冷卻相變曲線圖決定鋼胚之變韌鐵相變起始溫度。熱軋鋼胚，以得到軋延鋼板。在盤捲溫度盤捲軋延鋼板，以得到鋼捲，其中盤捲軋延鋼板包含將盤捲溫度控制在不高於變韌鐵相變起始溫度。對鋼捲進行退火，以得到退火鋼捲。

在一些實施例中，鋼胚之成分包含碳含量約0.35wt%至約0.38wt%、矽含量0.10wt%至約0.14wt%、鉻含量約0.90wt%至約1.2wt%、鉬含量約0.15wt%至約 0.30wt%、錳含量約0.60wt%至約0.85wt%、磷含量約0.02wt%以下、硫含量約0.002wt%以下、鋁含量約0.010wt%至約0.035wt%、以及鐵。

在一些實施例中，熱軋鋼胚包含將鋼胚加熱至約1050℃至約1300℃。

在一些實施例中，盤捲溫度高於鋼胚之變韌鐵相變最低溫度，變韌鐵相變最低溫度經由連續冷卻相變曲線圖而決定。

在一些實施例中，鋼捲之組織內之變韌鐵比例為40%至95%。

在一些實施例中，退火鋼捲包含在約700℃至約750℃之溫度退火鋼捲10小時至24小時。

在一些實施例中，退火鋼捲之組織包含肥粒鐵與球狀碳化物。

在一些實施例中，退火鋼捲之球化率為90%至99%。

在一些實施例中，熱軋鋼胚包含將完軋溫度控制在約820℃至約920℃。

在一些實施例中，盤捲溫度為約500℃至約580℃。

綜上所述，本揭露之提高鉻鉬鋼材之球化率之方法係在不增加退火成本的目標下，從熱軋組織著手來提高鉻鉬鋼材之球化率。此方法之一實施例將盤捲溫度大幅降低至變韌鐵相變起始溫度以下，使熱軋後的鋼材組織由肥粒鐵 與細波來鐵轉為變韌鐵與細波來鐵。因為變韌鐵的結構為細小肥粒鐵內有大量雪明碳鐵析出，與細波來鐵相較，變韌鐵組織可以增加界面，提供碳快速擴散路徑。而且，變韌鐵內有大量差排，差排亦可提高碳的擴散速率。因此，在相同退火條件下，本案之方法可大幅提升鉻鉬鋼材之球化率。在本揭露實施例中，利用模擬軟體計算得知鉻鉬鋼之變韌鐵相變溫度，並藉由降低盤捲溫度至變韌鐵相變溫度以下，促使在冷卻過程中，發生變韌鐵相變態，提升熱軋組織均勻性，並大幅增加可快速擴散之界面，使鉻鉬鋼材退火後之球化率由57%大幅提升至99%。

為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

101-106‧‧‧步驟

Ta‧‧‧溫度

從以下結合所附圖式所做的詳細描述，可對本揭露之態樣有更佳的了解。需注意的是，根據業界的標準實務，各特徵並未依比例繪示。事實上，為了使討論更為清楚，各特徵的尺寸都可任意地增加或減少。

〔圖1〕為本揭露實施例之提高鉻鉬鋼材之球化率之方法的流程圖。

〔圖2〕為本揭露實施例之鉻鉬鋼材之連續冷卻相變曲線圖之示意圖。

〔圖3〕為習知鉻鉬鋼盤捲後之金相組織的示意圖。

〔圖4〕為本揭露實施例之鉻鉬鋼盤捲後之金相組織的示意圖。

以下仔細討論本揭露的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論與揭示的實施例僅供說明，並非用以限定本揭露之範圍。本揭露的所有實施例揭露多種不同特徵，但這些特徵可依需求而單獨實施或結合實施。另外，關於本文中所使用之「第一」、「第二」、...等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。此外，本揭露所敘述之二元件之間的空間關係不僅適用於圖式所繪示之方位，亦適用於圖式所未呈現之方位，例如倒置之方位。此外，本揭露所稱二個部件的「連接」、「耦接」、「電性連接」或之類用語並非僅限制於此二者為直接的連接、耦接、或電性連接，亦可視需求而包含間接的連接、耦接、或電性連接。

圖1為本揭露實施例之提高鉻鉬鋼材之球化率之方法的流程圖。如圖1所示，在提高鉻鉬鋼材之球化率的方法中，可先進行步驟101，以提供鋼胚。此鋼胚係鉻鉬鋼。在一些例子中，鋼胚之成分可包含碳含量約0.35wt%至約0.38wt%、矽含量約0.10wt%至約0.14wt%、鉻含量約0.90wt%至約1.2wt%、鉬含量約0.15wt%至約0.30wt%、錳含量約0.60wt%至約0.85wt%、磷含量約0.02wt%以 下、硫含量約0.002wt%以下、鋁含量約0.010wt%至約0.035wt%、實質的鐵、以及不顯著的雜質。鉻鉬鋼材的優點是在經過熱處理之後，其硬度在整個厚度上會更平均，更適於後續加工處理。

然後進行步驟102，以利用模擬軟體，例如JMatPro，來計算鋼胚之連續冷卻相變(continuous cooling transformation，CCT)曲線，而獲得鋼胚之連續冷卻相變曲線圖。由於每一種鋼材並非純物質，而且組成成分也不完全相同，因此可藉由模擬軟體計算得知其一些相態的相變起始溫度，例如肥粒鐵的相變起始溫度、波來鐵的相變起始溫度、變韌鐵的相變起始溫度等。模擬軟體之模擬計算所需參數可例如包含鋼材的組成成分、沃斯田鐵的晶粒大小等。圖2為本揭露實施例之鉻鉬鋼材之連續冷卻相變曲線圖之示意圖。圖2中包含不同冷卻速率的曲線、以及不同組織的相變溫度曲線。以圖2為例來說，冷卻速率曲線包含每秒下降100℃、每秒下降10℃、每秒下降1℃、以及每秒下降0.1℃之曲線，而相變溫度曲線包含肥粒鐵、波來鐵與變韌鐵的相變溫度曲線。

在得到連續冷卻相變曲線圖之後，可進行步驟103，以依據連續冷卻相變曲線圖決定鋼胚之變韌鐵相變起始溫度。在本實施例中，以圖2為例，變韌鐵的相變溫度大約穩定在約581℃，此即為變韌鐵的相變起始溫度。另外，從圖2中亦可得到其他資訊，例如波來鐵的相變起始溫度約為743℃。

之後，可進行步驟104，熱軋鋼胚以得到軋延鋼板。舉例而言，在本實施例中，可將鋼胚加熱至約1050℃至約1300℃，並在這樣的溫度下對鋼胚進行熱軋，以得到數百公尺之軋延鋼板。在一些例子中，對鋼胚進行熱軋更可包含將完軋溫度控制在約820℃至約920℃。

在得到軋延鋼板之後，可進行步驟105，以盤捲軋延鋼板而得到鋼捲。在本實施例中，盤捲軋延鋼板時可將盤捲溫度控制在不高於變韌鐵相變起始溫度，亦即盤捲操作的盤捲溫度係控制在變韌鐵相變起始溫度以下。在此盤捲操作中，可例如利用淋水使軋延鋼板降溫到變韌鐵相變起始溫度以下，再對軋延鋼板進行盤捲。這裡的盤捲溫度是指實際上在進行盤捲時，軋延鋼板的表面溫度。如果模擬軟體計算得到的變韌鐵相變起始溫度是約581℃，則軋延鋼板在盤捲時的表面溫度在約581℃以下才會開始變韌鐵的相變。

在一實施例中，盤捲溫度可位在變韌鐵相變之溫度範圍內。此溫度範圍的上限可例如為上述之變韌鐵相變起始溫度。此溫度範圍的下限可例如為變韌鐵相變最低溫度，如圖2中的溫度Ta所示、或者可為變韌鐵相變溫度曲線中的某一溫度。在一些實施例中，盤捲溫度可例如為約500℃至約580℃。盤捲溫度之溫度範圍的上限與下限亦可依據圖2之肥粒鐵與波來鐵的相變溫度曲線、鋼胚的實驗結果及/或客戶需求(如硬度需求)來考量。

需注意的是，在進行盤捲操作時，是例如藉由淋水來使鋼材從熱軋製程之完軋溫度(例如約820℃至約 920℃)下降至所需的盤捲溫度。由於熱軋後之軋延鋼板的長度可達數百公尺，再加上相變所產生的放熱反應，因此盤捲操作中的軋延鋼板不會只有一個溫度，而是會有一個溫度分佈範圍。也就是說，實際上現場溫控的溫度不一定要鎖在變韌鐵的相變起始溫度以下才能導致變韌鐵的相變，例如基於600℃之盤捲操作的溫控亦可能會導致鋼材的表面溫度在580℃而發生變韌鐵的相變。因此，在一實施例中，現場的溫控可例如鎖定在500℃至600℃之範圍之其中某一溫度，而能使盤捲中的鋼材開始變韌鐵的相變。

在一實施例中，軋延鋼板經過盤捲的部分會對自身產生保溫的效果，亦即以緩慢的速率降溫，因此並不必要對已盤捲的部分進行溫控，已盤捲的部分會在變韌鐵相變溫度的範圍內進行變韌鐵的相變。本實施例之變韌鐵組織可包含上變韌鐵(upper bainite)、下變韌鐵(lower bainite)、或其組合，其中上變韌鐵是由較高溫度導致，下變韌鐵是由較低溫度導致。

圖3為習知鉻鉬鋼盤捲後之金相組織的示意圖，圖4為本揭露實施例之鉻鉬鋼盤捲後之金相組織的示意圖。請參照圖3，由於習知的鉻鉬鋼之盤捲溫度為620℃至650℃，因此其金相組織以肥粒鐵與細波來鐵為主，且帶狀組織明顯。圖3中較灰白的部分為肥粒鐵，較黑的部分為波來鐵。請參照圖4，本揭露在盤捲操作中，將盤捲溫度降低至變韌鐵相變起始溫度以下，因而其金相組織以大量變韌鐵與少量細波來鐵構成。圖4中較黑的部分為波來鐵，較灰白 的部分為變韌鐵。在一實施例中，變韌鐵比例可達約40%至約95%。在一些例子中，變韌鐵的比例可由金相組織圖中的變韌鐵所佔面積之比例來計算。

在盤捲操作後，可進行步驟106，對鋼捲進行退火處理，以得到退火鋼捲。在本實施例中，退火鋼捲係例如以700℃至750℃退火鋼捲10小時至24小時。舉例來說，先使鋼捲升溫到700℃至750℃之範圍並維持一段時間，例如12小時後，再使鋼捲自然降溫。退火鋼捲之組織包含肥粒鐵與球狀碳化物，球狀碳化物為雪明碳鐵(Fe₃C)，並且退火鋼捲之球化率可達90%至99%。原則上，鋼捲的變韌鐵比例越高，退火鋼捲的球化率越高。在一些例子中，球化率可由金相組織圖中雪明碳鐵所佔的面積來計算。

由以上說明可知，本揭露之提高鉻鉬鋼材之球化率之方法係在不增加退火成本的目標下，從熱軋組織著手來提高鉻鉬鋼材之球化率。此方法之一實施例將盤捲溫度大幅降低至變韌鐵相變起始溫度以下，使熱軋後的鋼材組織由肥粒鐵與細波來鐵轉為變韌鐵與細波來鐵。因為變韌鐵的結構為細小肥粒鐵內有大量雪明碳鐵析出，與細波來鐵相較，變韌鐵組織可以增加界面，提供碳快速擴散路徑。而且，變韌鐵內有大量差排，差排亦可提高碳的擴散速率。因此，在相同退火條件下，本案之方法可大幅提升鉻鉬鋼材之球化率。在本揭露實施例中，利用模擬軟體計算得知鉻鉬鋼之變韌鐵相變溫度，並藉由降低盤捲溫度至變韌鐵相變溫度以下，促使在冷卻過程中，發生變韌鐵相變態，提升熱軋組織 均勻性，並大幅增加可快速擴散之界面，使鉻鉬鋼材退火後之球化率由57%大幅提升至99%。

以上概述了數個實施例的特徵，因此熟習此技藝者可以更了解本揭露的態樣。熟習此技藝者應了解到，其可輕易地把本揭露當作基礎來設計或修改其他的製程與結構，藉此實現和在此所介紹的這些實施例相同的目標及/或達到相同的優點。熟習此技藝者也應可明白，這些等效的建構並未脫離本揭露的精神與範圍，並且他們可以在不脫離本揭露精神與範圍的前提下做各種的改變、替換與變動。

101-106‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種提高鉻鉬鋼材之球化率的方法，包含：

   提供一鋼胚；

   進行一模擬計算操作，以獲得該鋼胚之一連續冷卻相變曲線圖；

   依據該連續冷卻相變曲線圖決定該鋼胚之一變韌鐵相變起始溫度；

   熱軋該鋼胚，以得到一軋延鋼板；

   在一盤捲溫度盤捲該軋延鋼板，以得到一鋼捲，其中盤捲該軋延鋼板包含將該盤捲溫度控制在不高於該變韌鐵相變起始溫度；以及

   退火該鋼捲，以得到一退火鋼捲。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該鋼胚之成分包含碳含量0.35wt%至0.38wt%、矽含量0.10wt%至0.14wt%、鉻含量0.90wt%至1.2wt%、鉬含量0.15wt%至0.30wt%、錳含量0.60wt%至0.85wt%、磷含量0.02wt%以下、硫含量0.002wt%以下、鋁含量0.010wt%至0.035wt%、實質之鐵、以及不顯著的雜質。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中熱軋該鋼胚包含將該鋼胚加熱至1050℃至1300℃。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中 該盤捲溫度高於該鋼胚之一變韌鐵相變最低溫度，該變韌鐵相變最低溫度經由該連續冷卻相變曲線圖而決定。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該鋼捲之一組織內之變韌鐵比例為40%至95%。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中退火該鋼捲包含在700℃至750℃之溫度退火該鋼捲10小時至24小時。
7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該退火鋼捲之一組織包含肥粒鐵與球狀碳化物。
8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該退火鋼捲之球化率為90%至99%。
9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中熱軋該鋼胚包含將一完軋溫度控制在820℃至920℃。
10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該盤捲溫度為500℃至580℃。

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