TW202126820A - 汽車用鋼及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種汽車用鋼及其製造方法，其係將含有特定成分比例的鋼胚，經具特定條件之軋延製程與熱處理製程，而可改變所獲得汽車用鋼之金相組織。所獲得的汽車用鋼具有特定含量與比例的金相組織，而使汽車用鋼兼具高抗拉強度、高延伸率與高強塑積。

Description

汽車用鋼及其製造方法

本發明係有關於一種汽車用鋼及其製造方法，特別是有關於一種具有特定金相組織之汽車用鋼及其製造方法。

考量安全性與能源使用效率，汽車用鋼被要求需具有高強度、輕量化與高成形性。一般而言，抗拉強度高於340MPa以上可為高強度鋼，而抗拉強度高於780MPa以上可為超高強度鋼。

目前有使用雙相鋼與淬火配分(Quenching and Partitioning，QP)鋼作為汽車用鋼。雙相鋼具有高加工硬化率而可阻止沖壓過程中的局部變形，且雙相鋼的低降伏比及良好烘烤硬化性有利於提升鋼材之成形性、耐凹性及吸收碰撞能力。為了使雙相鋼同時具有高強度與良好的成形性，一般係大幅增加雙相鋼之金相組織中的麻田散鐵比例，且降低肥例鐵之比例，惟所製得之高強度雙相鋼具有較低的延伸率。舉例來說，抗拉強度為980MPa以上的雙相鋼，其延伸率可能為14%以下。因此，高強度的雙相鋼只能做簡單的折彎加工，無法進行冷加工成形，在應用上將受到限制。

其次，QP鋼的金相組織包含高於65%的麻田散鐵與回火麻田散鐵、高於25%的沃斯田鐵以及低於10%的肥粒鐵與變韌鐵。故，QP鋼的抗拉強度可高達980MPa至1862MPa，強塑積可高達20GPa%至32.5GPa%。然而，QP鋼是透過淬火配分製程製得。其中，淬火配分製程是將退火鋼板直接急冷。另外，QP鋼之製程包含回火步驟。據此，QP鋼之製程較為繁瑣，且設備較為昂貴，而難以滿足應用需求。

有鑑於此，亟需提供一種汽車用鋼及其製造方法，以解決上述問題。

因此，本發明之一態樣是提供一種汽車用鋼的製造方法，其係將含有特定成分比例的鋼胚，經具特定條件之軋延製程與熱處理製程，而可改變所獲得汽車用鋼之金相組織。

本發明之另一態樣係在提供一種汽車用鋼，其係利用前述方法所製得。所獲得的汽車用鋼具有特定含量與比例的金相組織，而使汽車用鋼兼具高抗拉強度、高延伸率與高強塑積。

根據本發明之上述態樣，提出一種汽車用鋼的製造方法，首先，對鋼胚進行加熱步驟後，以獲得加熱鋼胚，其中加熱步驟的加熱溫度為1150°C至1300°C。鋼胚包括0.10重量%至0.25重量%的碳、0.5重量%至2.0重量%的矽、1.5重量%至3.0重量%的錳、0.04重量%至1.0重量%的鋁、0.02重量%至0.7重量%的鉻、不大於0.02重量%的鉬、不大於0.02重量%的磷、不大於0.015重量%的硫，以及其餘量為鐵及不可避免的雜質。接著，對加熱鋼胚進行軋延製程，以形成軋延鋼板。然後，對軋延鋼板進行退火步驟，以形成退火鋼板，其中退火步驟係以740°C至860°C的退火溫度進行90秒至600秒。

再來，進行冷卻步驟，以冷卻退火鋼板到350°C至500°C，而形成冷卻鋼板。之後，對冷卻鋼板進行過時效製程，以獲得汽車用鋼，其中過時效製程係以350°C至500°C的過時效溫度處理2分鐘至25分鐘。其中製造方法排除回火步驟，且汽車用鋼中包含肥粒鐵、變韌鐵與沃斯田鐵，其中沃斯田鐵至少為10%。

依據本發明一實施例，上述之加熱步驟的加熱時間為2小時至4小時。

依據本發明一實施例，上述之軋延製程的完軋溫度為880°C至950°C。

依據本發明一實施例，上述之冷卻步驟是以5°C/秒至20°C/秒的冷卻速率冷卻退火鋼板至550°C至750°C，並以20°C/秒至100°C/秒的另一冷卻速率將退火鋼板由550°C至750°C冷卻到350°C至500°C。

依據本發明一實施例，於軋延製程後，上述之製造方法可選擇包含以500°C至700°C的盤捲溫度進行盤捲步驟。

依據本發明一實施例，於盤捲步驟後，上述之製造方法可選擇包含進行冷軋步驟，且冷軋步驟具有至少50%的冷軋率，以形成軋延鋼板。

根據本發明之又一態樣，提出一種汽車用鋼，其係利用上述之汽車用鋼的製造方法所獲得。汽車用鋼包含0.10重量%至0.25重量%的碳、0.5重量%至2.0重量%的矽、1.5重量%至30.重量%的錳、0.04重量%至1.0重量%的鋁、0.02重量%至0.7重量%的鉻、不大於0.02重量%的鉬、不大於0.02重量%的磷、不大於0.015重量%的硫，以及其餘量為鐵及不可避免的雜質。汽車用鋼中包含肥粒鐵、變韌鐵與沃斯田鐵，其中沃斯田鐵至少為10%。

依據本發明一實施例，上述之汽車用鋼可選擇包含不多於10%的麻田散鐵，肥粒鐵為30%至60%，且該變韌鐵為30%至60%。

依據本發明一實施例，上述之汽車用鋼的抗拉強度為至少780Mpa，且汽車用鋼的延伸率為至少20%。

依據本發明一實施例，上述之汽車用鋼的強塑積為至少20GPa%。

應用本發明之汽車用鋼及其製造方法，其係將含有特定成分比例的鋼胚，經具特定條件之軋延製程與熱處理製程，而可改變所獲得汽車用鋼之金相組織。所獲得的汽車用鋼，具有特定含量與比例的金相組織，而使汽車用鋼兼具高抗拉強度、高延伸率與高強塑積。

承上所述，本發明提供一種汽車用鋼及其製造方法，其係將含有特定成分比例的鋼胚，經具特定條件之軋延製程與熱處理製程，而可改變所獲得汽車用鋼之金相組織。所獲得的汽車用鋼，具有特定含量與比例的金相組織，使汽車用鋼兼具高抗拉強度、高延伸率與高強塑積，而無需使用較為繁瑣的步驟與較為昂貴的設備。

請參閱圖1，其係繪示根據本發明一實施例之汽車用鋼的製造方法100之流程圖。首先，如方法100之步驟110所示，提供鋼胚。鋼胚是經由造塊或連鑄所得，其包括0.10重量%至0.25重量%的碳、0.5重量%至2.0重量%的矽、1.5重量%至3.0重量%的錳、0.04重量%至1.0重量%的鋁、0.02重量%至0.7重量%的鉻、不大於0.02重量%的鉬、不大於0.02重量%的磷、不大於0.015重量%的硫，以及其餘量為鐵及不可避免的雜質。

當前述原料中之碳含量為少於0.10重量%，將導致鋼材硬度不足。倘碳含量多於0.25重量%，將導致鋼材延伸率不佳，而裂化加工性。

當前述原料中之矽含量少於0.5重量%，則無法有效提高鋼材強度。倘矽含量多於2.0重量%，則導致鋼材的回火脆性增加，而降低塑性。

當前述原料中之錳含量少於1.5重量%，則無法有效脫硫和脫氧，導致無法增加鋼材的耐磨性與強度。倘錳含量多於3.0重量%，則將降低鋼材的延伸率，而裂化加工性。

當前述原料中之鋁含量少於0.04重量%，則鋼材無法足夠延伸率及衝擊韌性。倘鋁含量多於1.0重量%，則將影響焊接性能並裂化加工性。

當前述原料中之鉻含量少於0.02重量%，則無法提升鋼材的硬度、強度與塑性。倘鉻為0.7重量%時，鋼材已達到所要求的機械性質。

當前述原料中之鉬含量大於0.02重量%，則導致鋼材之硬度過高且延伸率不足，而裂化加工性。當前述原料中之磷含量大於0.02重量%，則鋼材將產生常溫脆性，降低衝擊抵抗力。

接下來，如方法100之步驟120所示，對鋼胚進行加熱步驟後，以獲得加熱鋼胚。加熱步驟的加熱溫度為1150°C至1300°C，倘加熱溫度落於前述範圍之外，則將影響後續所獲得之金相組織的含量與比例，進而導致無法達到所欲要求的機械性質。在一實施例中，加熱步驟的加熱時間為2小時至4小時。

接著，如方法100之步驟130所示，對加熱鋼胚進行軋延製程，以形成軋延鋼板。在一實施例中，軋延製程的完軋溫度為880°C至950°C。

在一實施例中，於進行軋延製程後，本發明之製造方法可選擇性地包含以500°C至700°C的盤捲溫度進行盤捲步驟。又在其他實施例中，本發明之製造方法可選擇性地包含酸洗步驟，其中酸洗步驟是在盤捲步驟之後進行。又另一實施例中，於酸洗步驟後可選擇性地進行冷軋步驟，以形成軋延鋼板，其中冷軋步驟的冷軋率至少為50%。

然後，如方法100之步驟140所示，對軋延鋼板進行退火步驟，以形成退火鋼板，其中退火步驟係以740°C至860°C的退火溫度進行90秒至600秒，然以740°C至小於840°C為較佳。倘退火溫度低於740°C，則汽車用鋼將包含過多的麻田散鐵組織，倘退火溫度高於860°C，則汽車用鋼將包含過多的變認鐵組織，故無法獲得本發明所要求之金相組織的特定含量與比例，進而導致無法達到所欲要求的機械性質。

再來，如方法100之步驟150所示，冷卻退火鋼板，以形成冷卻鋼板。在一實施例中，本發明之冷卻步驟是將退火鋼板先以5°C/秒至20°C/秒的冷卻速率冷卻至550°C至750°C後，再以20°C/秒至100°C/秒的另一冷卻速率由550°C至750°C冷卻到350°C至500°C。

之後，如方法100之步驟160和步驟170所示，對冷卻鋼板進行過時效製程，以獲得本發明之汽車用鋼。過時效製程可將鋼材中的高溫的組織(即沃斯田鐵)轉變為中溫的組織(即變韌鐵)。在此實施例中，過時效製程係以350°C至500°C的過時效溫度處理2分鐘至25分鐘。倘過時效製程的溫度低於350°C，則汽車用鋼將包含過多的麻田散鐵組織，倘過時效製程的溫度高於500°C，則汽車用鋼將包含過多的肥粒鐵組織，故無法獲得本發明所要求之金相組織的特定含量與比例，進而導致無法達到所欲要求的機械性質。

所得的汽車用鋼係以肥粒鐵、變韌鐵與殘留之沃斯田鐵為基材，並摻雜少量之麻田散鐵相。其中，肥粒鐵之含量為30%至60%，變韌鐵之含量為30%至60%，沃斯田鐵之含量至少為10%，且麻田散鐵之含量不大於10%。

本發明另揭露一種汽車用鋼，其係利用上述之製造方法所獲得。此汽車用鋼包含0.10重量%至0.25重量%的碳、0.5重量%至2.0重量%的矽、1.5重量%至30.重量%的錳、0.04重量%至1.0重量%的鋁、0.02重量%至0.7重量%的鉻、不大於0.02重量%的鉬、不大於0.02重量%的磷、不大於0.015重量%的硫，以及其餘量為鐵及不可避免的雜質。

所製得之汽車用鋼，其抗拉強度為至少780Mpa，延伸率為至少20%，且強塑積為至少20GPa%。

應注意的是，本發明之製造方法於過時效製程之後排除其他額外的製程，即可獲得具有上述機械性質的汽車用鋼。在一具體例中，本發明之製造方法並不包含回火步驟。因此，使用本發明之製造方法時，可避免使用較為繁瑣的步驟與較為昂貴的設備，而可製得具有兼具高抗拉強度、高延伸率與高強塑積的汽車用鋼。

以下利用數個實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。實施例1

首先，以1150°C至1300°C之溫度加熱鋼胚(請參閱表1所示之鋼胚成分)2小時到4小時後，以880°C至950°C進行軋延製程。接著，以500°C至700°C進行盤捲，且經酸洗後，進行冷軋製程，其中冷軋製程的軋延率為50%以上。接下來，於740°C至860°C進行退火90秒至600秒，以形成退火鋼板。然後，先以5°C/秒至20°C/秒之冷卻速度冷卻退火鋼板至550°C至750°C，再以20°C/秒至100°C/秒之冷卻速度冷卻退火鋼板至350°C至500°C，或直接將退火鋼板冷卻至350°C至500°C，以形成冷卻鋼板。

再來，於350°C至500°C之溫度對冷卻鋼板進行過時效製程。於進行2分鐘至25分鐘後，冷卻至室溫，即可獲得實施例1之汽車用鋼。所製得之汽車用鋼分別以下述之評價方式來量測鋼材之金相組織、抗拉強度、延伸率及強塑積。其結果分別如表1所示。實施例2 至6

實施例2至6係使用與實施例1相同的方法來製作汽車用鋼，不同之處在於實施例2至6係使用與實施例1不同的鋼胚(實施例2至6之鋼胚組成如表1所示)。比較例1 至3

比較例1與3係市售之QP鋼，而比較例2為市售的雙相鋼(比較例1至3之鋼胚組成如表1所示)。評價方式

利用習知之儀器及方法測量鋼材之金相組織、抗拉強度、延伸率及強塑積，其評價結果如表1所示。在表1中，金相組織的「B」代表變韌鐵、「F」代表肥粒鐵、「M」代表麻田散鐵、「RA」代表殘留之沃斯田鐵且「TM」代表回火麻田散鐵。

表1顯示實施例1至6與比較例1均包含肥粒鐵、變韌鐵與沃斯田鐵。然而，經測量後，實施例1至6之鋼材中的肥粒鐵含量為30%至60%且沃斯田鐵含量至少為10%，而比較例1之鋼材中的肥粒鐵含量為少於30%且沃斯田鐵少於10%，故比較例1的金相組織不同於實施例1至6。

其次，請參閱圖2A及圖2B，其分別係依照本發明之實施例1與比較例3之鋼材的金相組織，且圖2A及圖2B之比例尺規代表10μm。

由圖2A可知，實施例1的金相組織包含肥粒鐵、變韌鐵、沃斯田鐵且摻雜少量的麻田散鐵。由圖2B可知，比較例3的金相組織包含回火麻田散鐵。

由表1中可知，實施例1至6具有優良的抗拉強度、延伸率與強塑積。相較之下，雖比較例1至2的抗拉強度可到達780MPa以上，然而，比較例1之延伸率低於20%，比較例2之延伸率低於20%且強塑積低於20GPa%。比較例3雖可達到本發明所要求的機械性質，然而比較例3淬火配分製程較為繁瑣，且設備較為昂貴。

由上述實施例可知，本發明之汽車用鋼及其製造方法，其優點在於將含有特定成分比例的鋼胚，經具特定條件之軋延製程與熱處理製程，而可改變所獲得汽車用鋼之金相組織。所獲得的汽車用鋼，具有特定含量與比例的金相組織，而使汽車用鋼兼具高抗拉強度、高延伸率與高強塑積。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:方法 110/120/130/140/150/160/170:步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下 〔圖1〕係繪示根據本發明一實施例之汽車用鋼的製造方法之流程圖。 〔圖2A〕及〔圖2B〕分別係顯示本發明之實施例1與比較例3所製得之汽車用鋼的金相組織。

100:方法

110/120/130/140/150/160/170:步驟

Claims (10)

1. 一種汽車用鋼的製造方法，包含： 對一鋼胚進行一加熱步驟後，以獲得一加熱鋼胚，其中該加熱步驟的一加熱溫度為1150°C至1300°C，且該鋼胚包括： 0.10重量%至0.25重量%的碳； 0.5重量%至2.0重量%的矽； 1.5重量%至3.0重量%的錳； 0.04重量%至1.0重量%的鋁； 0.02重量%至0.7重量%的鉻； 不大於0.02重量%的鉬； 不大於0.02重量%的磷； 不大於0.015重量%的硫；以及 其餘量為鐵及不可避免的雜質； 對該加熱鋼胚進行一軋延製程，以形成一軋延鋼板； 對該軋延鋼板進行一退火步驟，以形成一退火鋼板，其中該退火步驟係以740°C至860°C的一退火溫度進行90秒至600秒； 進行一冷卻步驟，以冷卻該退火鋼板到350°C至500°C，而形成一冷卻鋼板；以及 對該冷卻鋼板進行一過時效製程，以獲得該汽車用鋼，其中該過時效製程係以350°C至500°C的一過時效溫度處理2分鐘至25分鐘， 其中該製造方法排除一回火步驟，且該汽車用鋼中包含肥粒鐵、變韌鐵與沃斯田鐵，其中該沃斯田鐵至少為10%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之汽車用鋼的製造方法，其中該加熱步驟的一加熱時間為2小時至4小時。
3. 如申請專利範圍第1項所述之汽車用鋼的製造方法，其中該軋延製程的一完軋溫度為880°C至950°C。
4. 如申請專利範圍第1項所述之汽車用鋼的製造方法，其中該冷卻步驟是以5°C/秒至20°C/秒的一冷卻速率冷卻該退火鋼板至550°C至750°C，並以20°C/秒至100°C/秒的一另一冷卻速率將該退火鋼板由550°C至750°C冷卻到350°C至500°C。
5. 如申請專利範圍第1項所述之汽車用鋼的製造方法，於該軋延製程後，該製造方法更包含以500°C至700°C的一盤捲溫度進行一盤捲步驟。
6. 如申請專利範圍第5項所述之汽車用鋼的製造方法，其中於該盤捲步驟後，該製造方法更包含進行一冷軋步驟，且該冷軋步驟具有至少50%的一冷軋率，以形成該軋延鋼板。
7. 一種汽車用鋼，其係利用如申請專利範圍第1項至第6項任一項所述之汽車用鋼的製造方法所獲得，其中該汽車用鋼包含： 0.10重量%至0.25重量%的碳； 0.5重量%至2.0重量%的矽； 1.5重量%至30.重量%的錳； 0.04重量%至1.0重量%的鋁； 0.02重量%至0.7重量%的鉻； 不大於0.02重量%的鉬； 不大於0.02重量%的磷； 不大於0.015重量%的硫；以及 其餘量為鐵及不可避免的雜質，且該汽車用鋼中包含肥粒鐵、變韌鐵與沃斯田鐵，其中該沃斯田鐵至少為10%。
8. 如申請專利範圍第7項所述之汽車用鋼，其中該汽車用鋼更包含不多於10%的麻田散鐵，該肥粒鐵為30%至60%，且該變韌鐵為30%至60%。
9. 如申請專利範圍第7項所述之汽車用鋼，其中該汽車用鋼的一抗拉強度為至少780Mpa，且該汽車用鋼的一延伸率為至少20%。
10. 如申請專利範圍第7項所述之汽車用鋼，其中該汽車用鋼的一強塑積為至少20GPa%。

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