TW202409301A - 一種錳硼鋼材及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種錳硼鋼材及其製造方法，其中此錳硼鋼材包含0.1 wt%至0.6 wt%的碳、0.1 wt%至0.5 wt%的矽、0.1 wt%至0.5 wt%的鉻、0.6 wt%至3.0 wt%的錳、不大於0.03 wt%的磷、不大於0.005 wt%的硫、0.01 wt%至0.07 wt%的鋁、0.1 wt%至0.5 wt%的鈦、0.001 wt%至0.006 wt%的硼、平衡量的鐵與不可避免之雜質。藉由此製造方法製造的錳硼鋼材兼具高球化率與高強度。
Description
本發明係關於錳硼鋼材及其製造方法，特別是關於製造兼具高球化率與高強度的錳硼鋼材及其製造方法。
一般而言，為了提升鋼材之加工性，會對鋼材進行退火，使得鋼材的組織結構球化。透過調整退火前的鋼材組織結構或是調整退火條件，可提升鋼材組織結構的球化率。退火前的鋼材，若在盤捲製程時以較慢冷卻速率進行冷卻時，可獲得細波來鐵組織。相較於具有粗波來鐵組織的鋼材，在相同退火條件下，對具有細波來鐵組織的鋼材進行退火後，可明顯地提高球化率。調整退火條件的方式，則可藉由提高退火溫度與增加退火時間，來提升球化率。然而，無論是利用細波來鐵組織結構或是藉由調整退火溫度與退火時間來進行退火，雖然均可以提高鋼材的球化率，但會降低鋼材的硬度及/或強度。
有鑑於此，亟需提供一種製造錳硼鋼材的方法與錳硼鋼材，以獲得兼具高球化率與高強度的錳硼鋼材。
本發明之一態樣提供一種錳硼鋼材的製造方法，其中此製造方法可製造具有良好機械性質的錳硼鋼材。
本發明之另一態樣是在提供一種錳硼鋼材，其係藉由前述之製造方法所製，且此錳硼鋼材具有良好球化率與優良強度。
根據本發明之一態樣，提供一種錳硼鋼材的製造方法，包含：對鋼胚進行模擬計算操作，以獲得連續冷卻相變曲線圖與一升溫相變曲線圖；根據連續冷卻相變曲線圖，決定鋼胚之變韌鐵平衡變態溫度(T
B)與波來鐵相變起始溫度(T
P)，並根據升溫相變曲線圖，決定鋼胚之波來鐵逆相變起始溫度(Ac1)；對鋼胚進行熱軋製程，以獲得熱軋鋼材；對熱軋鋼材進行冷卻製程，以獲得冷卻鋼材；對冷卻鋼材進行盤捲製程，以獲得鋼捲，其中盤捲製程的盤捲溫度為大於或等於(T
B-100)℃且小於T
B℃；以及對鋼捲進行退火製程，以獲得錳硼鋼材，其中退火製程之退火溫度低於波來鐵逆相變起始溫度(Ac1)。
根據本發明的一些實施例，製造方法更包含在熱軋製程前，加熱鋼胚至1050℃至1250℃，並持溫至少3小時。
根據本發明的一些實施例，熱軋製程之完軋溫度為820℃至920℃。
根據本發明的一些實施例，冷卻製程之冷卻速率至少為30℃/s。
根據本發明的一些實施例，鋼捲之金相組織包含至少20%的變韌鐵。
根據本發明的一些實施例，鋼捲包含20%至99%變韌鐵與平衡量的波來鐵。
根據本發明的一些實施例，退火溫度為600℃至710℃。
根據本發明之一態樣，一種錳硼鋼材包含：0.1重量百分比至0.6重量百分比的碳；0.1重量百分比至0.5重量百分比的矽；0.1重量百分比至0.5重量百分比的鉻；0.6重量百分比至3.0重量百分比的錳；不大於0.03重量百分比的磷；不大於0.005重量百分比的硫；0.01重量百分比至0.07重量百分比的鋁；0.1重量百分比至0.5重量百分比的鈦；0.001重量百分比至0.006重量百分比的硼；平衡量的鐵；以及不可避免之雜質，且其中錳硼鋼材的降伏強度為至少380 MPa，且錳硼鋼材的球化率大於90%。
根據本發明的一些實施例，錳硼鋼材的鈦氮比值至少為3.4。
根據本發明的一些實施例，錳硼鋼材的抗拉強度至少為500 MPa，且錳硼鋼材之金相組織包含肥粒鐵與球狀雪明碳鐵。
應用本發明的製造錳硼鋼材的方法與錳硼鋼材，其係藉由連續冷卻相變曲線圖與升溫相變曲線圖，來快速地評估變韌鐵平衡變態溫度、波來鐵相變起始溫度與波來鐵逆相變起始溫度，以根據此些溫度來進行盤捲製程與退火製程。因此，此製造方法可有益於製造兼具良好球化率與優良強度的錳硼鋼材。其次，透過控制錳硼鋼材的初始組成，以確保依序經由盤捲與退火後的錳硼鋼材得以具有適合的加工性與機械強度。
為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下。
請參照圖1，其係繪示根據本揭露的一些實施例的錳硼鋼材之製造方法100的流程示意圖，其中用於製造錳硼鋼材之鋼胚組成包含0.1重量百分比至0.6重量百分比的碳、0.1重量百分比至0.5重量百分比的矽、0.1重量百分比至0.5重量百分比的鉻、0.6重量百分比至3.0重量百分比的錳、不大於0.03重量百分比的磷、不大於0.005重量百分比的硫、0.01重量百分比至0.07重量百分比的鋁、0.1重量百分比至0.5重量百分比的鈦、0.001重量百分比至0.006重量百分比的硼、平衡量的鐵以及不可避免之雜質。在一些實施例中，鋼胚的鈦氮比值至少為3.4，以藉由鈦元素與氮元素之間的親和力，來進一步提升鋼胚強度。當鈦氮比不小於3.4時，氮元素不易與硼元素結合，而使硼元素可有效地賦予鋼胚強化效果。
請同時參照圖1至圖3，如操作110所示，對前述之鋼胚進行模擬計算操作，以獲得圖2所示之連續冷卻相變曲線圖200與圖3所繪示的升溫相變曲線圖。藉此，如操作120所示，可決定波來鐵相變起始溫度T
P、變韌鐵平衡變態溫度T
B與波來鐵逆相變起始溫度Ac1。須說明的是，圖2所示之連續冷卻相變曲線圖200與圖3所對應的鋼胚均含有0.35重量百分比之碳、0.25重量百分比的矽、0.15重量百分比的鉻、1.25重量百分比的錳、0.013重量百分比的磷、0.002重量百分比的硫、0.025重量百分比的鋁、0.025重量百分比的鈦、0.0028重量百分比的硼、平衡量的鐵，以及不可避免之雜質。
接著，加熱前述之鋼胚，以使鋼胚充分地沃斯田鐵化。在一些實施例中，加熱鋼胚的溫度為1050℃至1250℃，以使鋼胚可於不液化之情形下，充分地沃斯田鐵化。在一些實施例中，加熱鋼胚的溫度並不特別限制，惟較佳的加熱時間至少為3小時，以確保鋼胚均勻地受熱。
如操作130所示，對均勻受熱後的鋼胚進行多道熱軋製程，以獲得熱軋鋼材。在一些實施例中，鋼胚會因為空冷而逐漸降溫。在一些實施例中，對鋼胚的表面適當地灑水，藉以達到除鏽與降溫之目的。在一些實施例中，最末道熱軋製程的溫度(即完軋溫度)為820℃至920℃。
如操作140所示，於熱軋製程後，對熱軋鋼材進行冷卻製程，以使熱軋鋼材冷卻至後述之盤捲溫度，且使熱軋鋼材的組織結構變化，來獲得冷卻鋼材。在一些實施例中，冷卻製程可利用冷卻水進行適當地降溫。在一些實施例中，冷卻製程的冷卻速率為10℃/s至100℃/s，較佳為至少30℃/s。當冷卻速率為前述範圍時，鋼材可有效地被冷卻，以使冷卻後之鋼材生成變韌鐵金相組織。
如操作150所示，對冷卻鋼材進行盤捲，以獲得鋼捲。請參照圖2，在固定冷卻速率下，與變韌鐵變態起始曲線(斜線方塊)相交之溫度係變韌鐵相變起始溫度，而在固定冷卻速率下，與波來鐵變態起始曲線(網狀線方塊)相交之溫度則係波來鐵相變起始溫度T
P。另外，依據圖2可知，於冷卻速率無限慢時，所對應之變韌鐵平衡變態溫度(T
B)約為577℃，而波來鐵平衡變態溫度約為717℃。為使所獲得之鋼捲具有大量的變韌鐵組織與少量的細波來鐵組織，而可接續製得兼具高球化率與高強度之錳硼鋼材，盤捲溫度係大於或等於(T
B-100)℃且小於T
B℃。若盤捲溫度小於(T
B-100)℃時，所生成的金相組織含有過多的麻田散鐵，而無法有效地滿足後續加工所需。若盤捲溫度不小於T
B時，所生成的金相組織含有過多的波來鐵，而無法有效地獲得大量差排，故無法獲得具有高強度的鋼捲。在一些具體例中，根據冷卻速率，盤捲溫度可大於或等於477℃且小於577℃。在一些實施例中，鋼捲的金相組織包含至少20%的變韌鐵組織。在一些實施例中，鋼捲包含20%至99%的變韌鐵組織與平衡量的細波來鐵。
如操作160所示，對鋼捲進行低溫退火製程，以獲得具有球化組織的錳硼鋼材。退火製程之退火溫度係低於波來鐵逆相變起始溫度Ac1。請參照圖3，當加熱速率為1℃/s時，波來鐵逆相變起始溫度Ac1為727℃。可理解的，於前述之圖2中，冷卻速率與波來鐵變態起始曲線相交之溫度是由沃斯田鐵組織冷卻相變態為波來鐵組織，故其所得之波來鐵相變起始溫度T
P會低於波來鐵平衡變態溫度；而圖3係升溫過程中由波來鐵組織逆變態為沃斯田鐵組織，故波來鐵逆相變起始溫度Ac1係高於波來鐵平衡變態溫度。
由於前述之鋼捲具有特定含量之變韌鐵組織，因此以特定加熱速率來進行低溫退火之升溫，且於此加熱速率所對應之特定溫度進行低溫退火後的錳硼鋼材還可以保有變韌鐵的差排，以使得退火後具有球化組織的錳硼鋼材可以兼具良好的強度與可加工性。若退火溫度不低於(即高於或等於)波來鐵逆相變起始溫度Ac1，鋼捲中的金相組織易發生逆變態，而使金相組織轉變為沃斯田鐵，並於冷卻時生成波來鐵，進而無法兼具高球化率與高強度的應用需求。可理解的，為確保鋼材具有較佳之球化效果，退火溫度不低於600℃。在一些具體例中，本案之退火溫度可為600℃至710℃，較佳為650℃。相較於習知技術，一般用來提升球化率之退火溫度係大於720℃。據此，本案之退火溫度係低於一般習知技術之退火溫度。在一些實施例中，退火時間控制在10小時至24小時。當退火製程之退火時間為前述範圍時，鋼捲中的碳化物有充裕時間充分地擴散，而可達到球化的效果，且鋼捲中的碳化物可適度地成長，以提升錳硼鋼材強度。在一些實施例中，退火製程後，錳硼鋼材的抗拉強度至少為500 MPa，且錳硼鋼材的金相組織包含肥粒鐵與球狀雪明碳鐵。
請參照圖4A與圖4B，其分別係顯示根據一些實施例的錳硼鋼材於退火製程前後之金相組織的顯微照片。圖4A顯示退火前的金相組織包含大量變韌鐵與少量細波來鐵，圖4B則顯示低溫退火後的金相組織中存在有球化碳化物。
以下利用應用例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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
實施例1係先對鋼胚進行模擬計算操作，以獲得連續冷卻相變曲線圖與升溫相變曲線圖，其中此鋼胚的組成包含0.1重量百分比至0.6重量百分比的碳、0.1重量百分比至0.5重量百分比的矽、0.1重量百分比至0.5重量百分比的鉻、0.6重量百分比至3.0重量百分比的錳、不大於0.03重量百分比的磷、不大於0.005重量百分比的硫、0.01重量百分比至0.07重量百分比的鋁、0.1重量百分比至0.5重量百分比的鈦、0.001重量百分比至0.006重量百分比的硼、平衡量的鐵以及不可避免之雜質，且此鋼胚的鈦氮比值至少為3.4。藉由連續冷卻相變曲線圖與升溫相變曲線圖，可得到波來鐵平衡變態溫度為717℃，變韌鐵平衡變態溫度(T
B)為577℃與波來鐵逆相變起始溫度Ac1，且依據後續之冷卻速率可得到波來鐵相變起始溫度T
P。接著，在1050℃至1250℃的溫度下加熱鋼胚，使鋼胚充分地沃斯田鐵化。再來，對加熱後的鋼胚進行熱軋製程，以獲得熱軋鋼材。熱軋製程中，完軋的溫度為820℃至920℃。完成熱軋製程後，以至少30℃/s的冷卻速率進行冷卻，而可獲得冷卻鋼材。其中，依據至少30℃/s的冷卻速率，以及前述之連續冷卻相變曲線圖和升溫相變曲線圖，可獲得波來鐵逆相變起始溫度Ac1。接著，為使所獲得之鋼捲具有大量的變韌鐵組織與少量的細波來鐵組織，而可接續製得兼具高球化率與高強度之錳硼鋼材，如表1所示，在570℃下對冷卻鋼材進行盤捲，以獲得鋼捲，其中鋼捲具有大量的變韌鐵組織與少量的細波來鐵組織。接著，在650℃下對此鋼捲進行退火，以獲得具有球化組織的錳硼鋼材。如表2所示，退火後錳硼鋼材的球化率可由0%提升至90%，且同時具有降伏強度為431 MPa與抗拉強度為613 MPa的良好機械性質。其中，球化率、降伏強度與抗拉強度之檢測方法分別係採用具有通常知識者所熟知的儀器與方法來量測，故不另贅述。
實施例2至實施例3
實施例2至實施例3係使用與實施例1之錳硼鋼材相同的製造方法，不同之處在於實施例2至實施例3係改變退火製程時的退火溫度。實施例2至實施例3的退火溫度，以及球化率、降伏強度與抗拉強度等機械性質分別如表2所示，在此不另贅述。
比較例1至比較例3
比較例1至比較例3係使用與實施例1類似的製造方法，不同之處在於比較例1至比較例3分別係改變盤捲製程時的盤捲溫度，且係以不同之退火溫度來進行退火製程，盤捲溫度與退火溫度，以及比較例1至比較例3所製得之鋼材的機械性質分別如表1與表2所示，故在此不另贅述。
於實施例1至實施例3中，當盤捲溫度係大於或等於(T
B-100)℃且小於T
B℃時(T
B約為577℃)，則盤捲後的金相組織中具有大量變韌鐵與少量細波來鐵，且在低於波來鐵逆相變起始溫度Ac1(約為727℃)之退火溫度進行低溫退火製程後，所製得之錳硼鋼材可兼具較高球化率及較高強度的機械性質。
於比較例1至比較例3中，由於其盤捲溫度係高於變韌鐵平衡變態溫度，因此會造成所形成鋼材的金相組織主要包含肥粒鐵與細波來鐵。於接續進行退火製程時，球化率無法有效地被提升，且所製得之錳硼鋼材不具有良好之降伏強度與抗拉強度，而無法滿足應用需求。
據此，藉由前述之錳硼鋼材的製造方法，可藉由連續冷卻相變曲線圖與升溫相變曲線圖，來快速地評估變韌鐵平衡變態溫度、波來鐵相變起始溫度與波來鐵逆相變起始溫度，以根據此些溫度來進行盤捲製程與退火製程，因此得以獲得兼具良好球化率與優良強度的錳硼鋼材。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，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:操作
200:圖
為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下。
圖1係繪示根據本發明之一些實施例的錳硼鋼材之製造方法的流程示意圖。
圖2係繪示根據本發明之一些實施例的錳硼鋼材之連續冷卻相變曲線圖。
圖3係繪示根據本發明之一些實施例的錳硼鋼材之升溫相變曲線圖。
圖4A與圖4B分別係顯示根據一些實施例的錳硼鋼材於退火製程前後之金相組織的顯微照片。
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無
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無
100:方法
110,120,130,140,150,160:操作
Claims (10)
- 一種錳硼鋼材的製造方法，包含： 對一鋼胚進行一模擬計算操作，以獲得一連續冷卻相變曲線圖與一升溫相變曲線圖； 根據該連續冷卻相變曲線圖，決定該鋼胚之一變韌鐵平衡變態溫度(T B)與一波來鐵相變起始溫度(T P)，並根據該升溫相變曲線圖，決定該鋼胚之一波來鐵逆相變起始溫度(Ac1)； 對該鋼胚進行一熱軋製程，以獲得一熱軋鋼材； 對該熱軋鋼材進行一冷卻製程，以獲得一冷卻鋼材； 對該冷卻鋼材進行一盤捲製程，以獲得一鋼捲，其中該盤捲製程的一盤捲溫度為大於或等於(T B-100)℃且小於T B℃；以及 對該鋼捲進行一退火製程，以獲得該錳硼鋼材，其中該退火製程之一退火溫度低於該波來鐵逆相變起始溫度(Ac1)。
- 如請求項1所述之製造方法，更包含在該熱軋製程前，加熱該鋼胚至1050℃至1250℃，並持溫至少3小時。
- 如請求項1所述之製造方法，其中該熱軋製程之一完軋溫度為820℃至920℃。
- 如請求項1所述之製造方法，其中該冷卻製程之一冷卻速率至少為30℃/s。
- 如請求項1所述之製造方法，其中該鋼捲之一金相組織包含至少20%的變韌鐵。
- 如請求項5所述之製造方法，其中該鋼捲包含20%至99%變韌鐵與平衡量的波來鐵。
- 如請求項1所述之製造方法，其中該退火溫度為600℃至710℃。
- 一種錳硼鋼材，包含： 0.1重量百分比至0.6重量百分比的碳； 0.1重量百分比至0.5重量百分比的矽； 0.1重量百分比至0.5重量百分比的鉻； 0.6重量百分比至3.0重量百分比的錳； 不大於0.03重量百分比的磷； 不大於0.005重量百分比的硫； 0.01重量百分比至0.07重量百分比的鋁； 0.1重量百分比至0.5重量百分比的鈦； 0.001重量百分比至0.006重量百分比的硼； 平衡量的鐵；以及 不可避免之雜質，且 其中該錳硼鋼材的一降伏強度為至少380 MPa，且該錳硼鋼材的一球化率大於90%。
- 如請求項8所述之錳硼鋼材，其中該錳硼鋼材的一鈦氮比值至少為3.4。
- 如請求項8所述之錳硼鋼材，其中該錳硼鋼材的一抗拉強度至少為500 MPa，且該錳硼鋼材之一金相組織包含肥粒鐵與球狀雪明碳鐵。
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