TW202307231A

TW202307231A - 耐磨鋼板及其製造方法

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Publication number: TW202307231A
Application number: TW110128972A
Authority: TW
Inventors: 陳志慶; 王元聰
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2021-08-05
Filing date: 2021-08-05
Publication date: 2023-02-16
Also published as: TWI767815B

Abstract

本發明提供一種耐磨鋼板及其製造方法，其係藉由微合金處理，以控制鋼板內介在物的種類及型態，並藉由特定淬火製程的條件，而使鋼板顯微組織中大部分為自回火麻田散鐵，進而獲得高強度、高延伸率、高彎曲性及具有良好加工成形性的耐磨鋼板。

Description

耐磨鋼板及其製造方法

本發明是關於一種鋼板及其製造方法，特別是關於一種耐磨鋼板及其製造方法。

耐磨鋼板係一種常用於採礦、運輸及煉鋼等重工業的板材。由於此類板材通常具有適當的硬度及良好的低溫韌性，故在使用過程中鋼板可抵抗所受到的磨耗與衝擊。

習知耐磨鋼板的製程係透過合金控制、淬火製程及回火處理，以使製得之鋼板具備高硬度。然而，藉此製程所得之鋼板的強度過高，故延伸率及彎曲性往往較一般鋼板差。因此，在利用耐磨鋼板加工製作機械設備時，鋼板容易因彎曲性不佳而產生表面裂縫，進而影響設備的加工製作。

有鑑於此，亟須提供一種耐磨鋼板及其製造方法，以改善耐磨鋼板的延伸率及彎曲性能，進而提升其加工成形性。

本發明之一態樣是提供一種耐磨鋼板，其係藉由包含特定介在物及高比例的自回火麻田散鐵，而具有良好的延伸率、彎曲性及加工成形性的耐磨鋼板。

本發明之另一態樣是提供一種耐磨鋼板的製造方法，其係藉由微合金處理，並控制後續的淬火製程，以製得具有良好的延伸率、彎曲性及加工成形性的耐磨鋼板。

根據本發明之一態樣，提供一種耐磨鋼板，其係包含0.12 wt%至0.18 wt%的碳、0.001 wt%至0.005 wt%的鈣、0.4 wt%以下的矽、1.0 wt%至1.5 wt%的錳、0.01 wt%以下的磷、0.005 wt%以下的硫、1.0 wt%以下的鉻、0.5 wt%以下的鉬、1.0 wt%以下的鎳、0.01 wt%至0.05 wt%的鋁、0.01 wt%以下的氮，其餘為鐵及不可避免的雜質。耐磨鋼板包含硫化鈣介在物，且耐磨鋼板包含大於95體積%的自回火麻田散鐵。

根據本發明之一實施例，上述硫化鈣介在物為一球形介在物。

根據本發明之一實施例，上述硫化鈣介在物之一粒徑尺寸為0.5微米至5.0微米。

根據本發明之一實施例，上述耐磨鋼板更包含小於5體積%的沃斯田鐵。

根據本發明之一實施例，上述耐磨鋼板更包含總量為0.02 wt%至0.07 wt%的鈦、釩及鈮。

根據本發明之另一態樣，提供一種耐磨鋼板的製造方法。方法包含對鋼水進行微合金處理、以鋼水鑄成鋼胚、對該鋼胚進行熱軋製程，以獲得完軋鋼板、對完軋鋼板進行淬火製程，以獲得耐磨鋼板。鋼水包含0.12 wt%至0.18 wt%的碳、0.001 wt%至0.005 wt%的鈣、0.4 wt%以下的矽、1.0 wt%至1.5 wt%的錳、0.01 wt%以下的磷、0.005 wt%以下的硫、1.0 wt%以下的鉻、0.5 wt%以下的鉬、1.0 wt%以下的鎳、0.01 wt%至0.05 wt%的鋁、0.01 wt%以下的氮，其餘為鐵及不可避免的雜質。淬火製程之冷卻速率為5℃/s至30℃/s且完冷溫度係小於250℃。

根據本發明之一實施例，在進行熱軋製程之前，上述方法更包含對鋼胚進行加熱製程，其中加熱製程之溫度為1050℃至1150℃。

根據本發明之一實施例，上述熱軋製程包含對鋼胚進行第一熱軋步驟，以獲得第一鋼板；以及對第一鋼板進行第二熱軋步驟，以獲得完軋鋼板。第一熱軋步驟之溫度為900℃至1150℃。第二熱軋步驟之啟動溫度為850℃至900℃，且完軋溫度為(Ar ₃+50)℃以上。

根據本發明之一實施例，上述淬火製程之起冷溫度為(Ar ₃+20)℃以上。

根據本發明之一實施例，在進行淬火製程後，不進行回火處理。

應用本發明之耐磨鋼板及其製造方法，其係藉由微合金處理，以控制鋼板內介在物的種類及型態，並藉由特定淬火製程的條件，而使顯微組織中大部分為自回火麻田散鐵，進而獲得高強度、高延伸率、高彎曲性及具有良好加工成形性的耐磨鋼板。

承上所述，本發明提供一種耐磨鋼板及其製造方法，藉由在製程中導入微合金處理技術，控制鋼板內介在物的種類及型態，以改善耐磨鋼板的延伸率、彎曲性及強度，進而提升其加工成形性。

請參閱圖1，其係繪示根據本發明一些實施例之耐磨鋼板的製造方法100的流程示意圖。首先，進行操作110，對鋼水進行微合金處理。鋼水係由習知煉鋼或電爐的方式所製得。在一些實施例中，鋼水包含0.12 wt%至0.18 wt%的碳、0.001 wt%至0.005 wt%的鈣、0.4 wt%以下的矽、1.0 wt%至1.5 wt%的錳、0.01 wt%以下的磷、0.005 wt%以下的硫、1.0 wt%以下的鉻、0.5 wt%以下的鉬、1.0 wt%以下的鎳、0.01 wt%至0.05 wt%的鋁、0.01 wt%以下的氮，其餘為鐵及不可避免的雜質。相較於習知用於耐磨鋼板的鋼水，本發明進行微合金處理後的鋼水具有較低的含碳量，並藉由調整其他合金元素的含量，進而控制鋼水內的介在物型態。在一些實施例中，鋼水內的介在物為硫化鈣(CaS)，故鈣的含量須為約0.001 wt%至0.005 wt%(較佳為約0.002 wt%至約0.005 wt %)，且鈣對硫的親和力較其他金屬高，可確保鋼水內產生硫化鈣介在物，而非習知製程中容易產生的硫化錳(MnS)介在物。

在一些實施例中，此鋼水可選擇性地包含鈦、釩及鈮，其總量為0.02 wt%至0.07 wt%。鈦、釩及鈮的添加有助於細化後續製程中產生的晶粒。

接著，進行操作120，提供由上述鋼水澆鑄成的鋼胚。本領域中具有通常知識者應可理解此鋼胚具有與上述鋼水相同的組成。

然後，進行操作130，對鋼胚進行熱軋製程，以獲得完軋鋼板。在一些實施例中，熱軋製程包括第一熱軋步驟及第二熱軋步驟。在一些實施例中，第一熱軋步驟(粗軋階段)係在900℃至1150℃的溫度下進行軋延。在此溫度範圍下進行第一軋延步驟，可有效使上述介在物大量析出於晶粒邊界，藉此可阻止晶粒成長。在一些實施例中，第一熱軋步驟的軋延率為60%以上。接續第一熱軋步驟，進行第二熱軋步驟(精軋階段)。在一些實施例中，第二熱軋步驟的啟動軋延溫度可為850℃至900℃。當第二熱軋步驟的啟動軋延溫度在此範圍內，可進一步使晶粒縮小，且晶粒不發生再結晶，故鋼板的組織會變得更細緻，進而優化低溫衝擊性能。在一些實施例中，第二熱軋步驟的軋延率為30%以上。

在一些實施例中，第二熱軋步驟的完軋溫度係在(Ar ₃+50)℃以上。補充說明的是，Ar ₃溫度是指鐵碳合金在冷卻時，自沃斯田鐵開始析出肥粒鐵的臨界溫度。在一些具體例中，Ar ₃可例如為912℃。在一些實施例中，熱軋製程係在高於沃斯田鐵之再結晶溫度的條件下進行軋延。本發明控制完軋溫度在(Ar ₃+50)℃以上係欲避免完軋鋼板具有肥粒鐵相。

在上述熱軋製程之後，所得之完軋鋼板內部會產生球狀的硫化鈣介在物。習知製程中，鋼板內部會有較多紡錘狀的硫化錳介在物，然而硫化錳介在物本質上較軟且尺寸較大，因此在進行後續之軋延後，硫化錳介在物易變得較細長，進而容易在後續製程或應用中破裂，造成所得鋼板的延伸率及彎曲性能不佳。本案藉由控制鋼胚的組成，以使鋼板內部產生硫化鈣介在物。因硫化鈣介在物之熔點較高，不會受後續製程影響，且不易破裂，故所得鋼板有較佳的延伸率、彎曲性及加工成形性。在一些實施例中，硫化鈣介在物之粒徑尺寸為0.5微米至5.0微米。

在一些實施例中，在進行操作130之前，可選擇性地對鋼胚進行加熱製程，以加熱至1050℃至1150℃。在一些實施例中，於進行操作130後，本發明之方法100不進行冷軋製程。

接著，進行操作140，對完軋鋼板進行淬火製程，以獲得耐磨鋼板。在一些實施例中，淬火製程的起冷溫度為(Ar ₃+20)℃以上，以確保完軋鋼板係在全為沃斯田鐵相下進行淬火。補充說明的是，由於肥粒鐵組織較軟，為避免後續製得之耐磨鋼板的硬度下降，故前述之完軋鋼板不具有肥粒鐵組織，且淬火製程的起冷溫度為(Ar ₃+20)℃以上。在一些實施例中，淬火製程的冷卻速率為5℃/s至30℃/s。若淬火製程的冷卻速率小於5℃/s時，所製得之耐磨鋼板易具有肥粒鐵與變韌鐵相，而降低其硬度。若淬火製程的冷卻速率大於30℃/s時，較快之冷卻速率雖可更有效地避免肥粒鐵與變韌鐵相之生成，但其設備成本以及所須耗用的冷卻水成本都將大幅上升。較佳地，淬火製程的冷卻速率可為10℃/s至20℃/s。在一些實施例中，淬火製程的完冷溫度係小於250℃，以得到由自回火麻田散鐵所構成的組織。若完冷溫度不小於250℃，所製得之耐磨鋼板具有較少之自回火麻田散鐵相，且易含有肥粒鐵或變韌鐵相，而降低耐磨鋼板之硬度。在一些實施例中，在進行操作140之後，不再進行回火製程。須理解的是，在操作140中，鋼板會在約350℃時開始產生麻田散鐵，藉由控制完冷溫度小於250℃(較佳是在約100℃至200℃時)，以使大部分組織都自回火變成麻田散鐵，進而使所製得之鋼板具有較佳的硬度及延伸率。

換言之，本發明不另外進行回火製程來得到麻田散鐵組織，而是藉由淬火製程之溫度控制，使其生成自回火麻田散鐵。在一些實施例中，耐磨鋼板包含大於95體積%的自回火麻田散鐵。較高含量的自回火麻田散鐵可提供耐磨鋼板較佳的低溫韌性。當耐磨鋼板的自回火麻田散鐵小於95體積%時，則耐磨鋼板的硬度會太低。在一些實施例中，耐磨鋼板可選擇性地包含小於5體積%的沃斯田鐵，較佳是0體積%。因為沃斯田鐵的硬度較低，易造成鋼板的耐衝擊性能下降。

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

實施例係以包含0.12 wt%至0.18 wt%的碳、0.001 wt%至0.005 wt%的鈣、0.4 wt%以下的矽、1.0 wt%至1.5 wt%的錳、0.01 wt%以下的磷、0.005 wt%以下的硫、1.0 wt%以下的鉻、0.5 wt%以下的鉬、1.0 wt%以下的鎳、0.01 wt%至0.05 wt%的鋁、0.01 wt%以下的氮，其餘為鐵及不可避免的雜質的鋼水進行微合金處理。接著，利用上述鋼水鑄成之鋼胚以1050℃至1150℃進行加熱並予以熱軋。熱軋操作包含以900℃至1150℃的溫度下進行軋延，然後進行精軋，並控制啟動軋延溫度為850℃至900℃及完軋溫度在(Ar ₃+50)℃以上。接著，並控制起冷溫度於(Ar ₃+50)℃以上，以直接淬火設備進行鋼板的淬火製程。淬火製程的冷卻速率為5℃/s至30℃/s，且完冷溫度小於250℃。冷卻後即獲得實施例的耐磨鋼板。 比較例

比較例係依上述實施例的製程，但不進行微合金處理，而獲得之耐磨鋼板。 評價方式 硬度試驗

將實施例及比較例之耐磨鋼板的表面分別磨除1mm厚度後，利用勃氏硬度試驗機，以3000kgf荷重搭配碳化鎢壓頭試驗。其結果如以下表1所示。 低溫衝擊試驗

將實施例及比較例之耐磨鋼板加工成具備V型凹槽的標準夏比衝擊試片尺寸(10mm×10mm×55mm)，接著，將試片冷卻至-40℃後進行衝擊試驗，量測縱向(L向)衝擊吸收能，且其結果如以下表1所示。 拉伸試驗

將實施例及比較例之耐磨鋼板以萬能試驗機進行拉伸試驗，以量測耐磨鋼板的降伏強度、抗拉強度及延伸率，且其結果如以下表1所示。 彎曲試驗

將實施例及比較例之耐磨鋼板進行彎曲試驗，在不同(彎折半徑/鋼板厚度)比下，彎折90度，觀察鋼板出現裂紋時的最小(彎折半徑/鋼板厚度)比。其結果如以下表1所示。 顯微組織觀察

將實施例及比較例之耐磨鋼板進行研磨及拋光後，以硝酸酒精溶液浸蝕後，利用光學顯微鏡觀察耐磨鋼板之介在物型態。

表1

根據表1，實施例的耐磨鋼板硬度可達400 HBW以上，且降伏強度及抗拉強度也分別大於1200 MPa及1310 MPa，顯然實施例的機械性質較比較例更優異。再者，實施例1的耐磨鋼板具有13%以上的延伸率且低溫衝擊吸收能亦較比較例更佳，且其(彎折半徑/板厚)比值可達2而不發生裂縫，故實施例的耐磨鋼板具備良好的加工成形性。

圖2A及圖2B係分別為實施例及比較例之耐磨鋼板的光學金相顯微組織照片。圖2A中可看出實施例的顯微組織由扁平狀的自回火麻田散鐵所構成，且其內部介在物的型態呈球狀(如箭頭所指示)。然而，圖2B所示之比較例的顯微組織同樣由扁平狀的自回火麻田散鐵所構成，但其內部介在物的型態則是呈紡錘狀(如箭頭所指示)。

根據上述實施例，本發明提供之耐磨鋼板及其製造方法係藉由微合金處理，以控制介在物的種類及型態，並藉由特定淬火製程的條件，而使顯微組織中大部分為自回火麻田散鐵，進而獲得高強度、高延伸率及具有良好加工成形性的耐磨鋼板。

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:操作

根據以下詳細說明並配合附圖閱讀，使本揭露的態樣獲致較佳的理解。需注意的是，如同業界的標準作法，許多特徵並不是按照比例繪示的。事實上，為了進行清楚討論，許多特徵的尺寸可以經過任意縮放。 [圖1]係繪示根據本發明一些實施例之耐磨鋼板的製造方法100的流程示意圖。 [圖2A]及[圖2B]分別係顯示實施例及比較例之耐磨鋼板的光學金相顯微組織照片。

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100:方法

110,120,130,140:操作

Claims

一種耐磨鋼板，包括： 0.12 wt%至0.18 wt%的碳； 0.001 wt%至0.005 wt%的鈣； 0.4 wt%以下的矽； 1.0 wt%至1.5 wt%的錳； 0.01 wt%以下的磷； 0.005 wt%以下的硫； 1.0 wt%以下的鉻； 0.5 wt%以下的鉬； 1.0 wt%以下的鎳； 0.01 wt%至0.05 wt%的鋁； 0.01 wt%以下的氮；其餘為鐵及不可避免的雜質，其中該耐磨鋼板包含硫化鈣介在物，且該耐磨鋼板包含大於95體積%的自回火麻田散鐵。
如請求項1所述之耐磨鋼板，其中該硫化鈣介在物為一球形介在物。
如請求項1所述之耐磨鋼板，其中該硫化鈣介在物之一粒徑尺寸為0.5微米至5.0微米。
如請求項1所述之耐磨鋼板，其中該耐磨鋼板更包含小於5體積%的沃斯田鐵。
如請求項1所述之耐磨鋼板，更包含一總量為0.02 wt%至0.07 wt%的鈦、釩及鈮。
一種耐磨鋼板的製造方法，包括：對一鋼水進行一微合金處理，其中該鋼水包含： 0.12 wt%至0.18 wt%的碳； 0.001 wt%至0.005 wt%的鈣； 0.4 wt%以下的矽； 1.0 wt%至1.5 wt%的錳； 0.01 wt%以下的磷； 0.005 wt%以下的硫； 1.0 wt%以下的鉻； 0.5 wt%以下的鉬； 1.0 wt%以下的鎳； 0.01 wt%至0.05 wt%的鋁； 0.01 wt%以下的氮；其餘為鐵及不可避免的雜質；以該鋼水鑄成一鋼胚；對該鋼胚進行一熱軋製程，以獲得一完軋鋼板；以及對該完軋鋼板進行一淬火製程，以獲得該耐磨鋼板，其中該淬火製程之一冷卻速率為5℃/s至30℃/s及一完冷溫度小於250℃。
如請求項6所述之耐磨鋼板的製造方法，在進行該熱軋製程之前，更包含對該鋼胚進行一加熱製程，其中該加熱製程之一溫度為1050℃至1150℃。
如請求項6所述之耐磨鋼板的製造方法，其中該熱軋製程包含：對該鋼胚進行一第一熱軋步驟，以獲得一第一鋼板，其中該第一熱軋步驟之一溫度為900℃至1150℃；以及對該第一鋼板進行一第二熱軋步驟，以獲得該完軋鋼板，其中該第二熱軋步驟之一啟動溫度為850℃至900℃，且一完軋溫度為(Ar ₃+50)℃以上。
如請求項6所述之耐磨鋼板的製造方法，其中該淬火製程之一起冷溫度為(Ar ₃+20)℃以上。
如請求項6所述之耐磨鋼板的製造方法，其中在進行該淬火製程後，不進行一回火處理。