TW477822B - Manufacturing method for steel with ultra fine texture - Google Patents

Description

477822 A7 五、發明說明（1 ) [發明所屬之技術領域] :: 本發明係關於一種超微細組織鋼之製造方法。更詳細 地說，本發明係關於適用於高強度銲接用鋼等超微細組織 鋼的高生產率製造方法。 ' [以往之技術及其課題] 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 以往，控制壓延-加速冷卻之技術是於低合金鋼形成肥 粒鐵的有效方法。亦即，藉由控制沃斯田鐵的未再結晶區 域的累積軋縮率及其後之加速冷卻，即可獲致微細的組 織。但是，所得之肥粒鐵粒徑最多只能低到10 "m、Nb鋼5 V m為其極限。而如特公昭62_39228、特公 昭62-7247所敘述揭示的，對於在包含雙相區域的μ至 Ar3 + 100°C之溫度範圍施以累積面積縮減率75%以上之軋 縮，然後以20K/S以上之速率冷卻，可得3至4//m之程 度的肥粒鐵粒。然而，例如，如特公平5_65564號案所敘 述的’若要達到3 // m以下，則必須要以極高的軋縮量及 冷卻速率（40K/S以上）才有可能。而2〇K/s以上之高速冷 卻，只是適用於低板厚的情況之手段，難以切實廣泛應用 於一般之銲接構造用鋼的製造方法中。再者，至於強烈加 工的本身，以輥軋壓延來說，要於沃斯田鐵之低溫範圍施 以超過50%的大幅度軋縮，由於受限於其變形阻力之大小 及札親的咬合，-般說來是有其困難的。而未再結晶區域 的累積札縮’一般而言必須在70%以上，由於鋼板的溫度 降低，也有困難。 控制乳延鋼之變態肥粒鐵相，一般已知會形成集合紐 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱了 1 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 311179 477822 A7

五、發明說明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 織，但是，強烈壓下的結果所得之肥粒鐵相其傾斜角粒界 小。亦即，以單純的強烈加工，會形成集合組織，無法製 得由大傾斜角粒界所成的肥粒鐵粒。因此，即使施以高過 如特公昭62-39228、特公昭62_7247所敘述之強烈加工， 要大傾斜角粒界所形成之更微細的肥粒鐵組織仍是有其困 難的。 在此情況下，本申請案之發明人等開發出一種加熱至 Ac3點以上以沃斯田鐵化之後，在Ar3以上之溫度，施以 壓下率5 0 %以上之壓縮加工，然後冷卻而製得以平均粒徑 3 // m以下之肥粒鐵為母相的超微細組織鋼之方法（特願平 9-25 6682、特願平 9-256802、特願平 10-52545)。根據此一 新穎製造方法，可以製得平均粒徑3 // m以下、由方位差 角15°以上之大傾斜角粒界所包圍的肥粒鐵為母相的超 微細組織鋼。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 然而，實際上關於該新方法也還有尚待改進之處。因 為’第一’還有希能製得更微細的組織之需求，其次是， 從工業上的觀點來說’在熱加工時之變形阻力希儘可能降 低。特別是於沃斯田鐵的低溫領域進行i軋（{)^〇5〇%以上 之加工時，其變形阻力大，故有必要儘可能予以降低。易 言之’要以沃斯田鐵低溫領域加工及控制冷卻製得以平均 粒徑3 // m以下、或甚至更理想的2 β m以下的肥粒鐵為母 相之組織時，依然希望能以較低的變形阻力、較小的軋縮 量、及尤其是較為遲緩的冷卻速率來製得。 本申請案之發明係鑑於以上事實而研發完成的，其目 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） 2 311179 //822 A7 B7 五、發明說明（3 ) 的在提供一種能以較低的變形抵抗、較小的軋縮量、以及 特別是較為遲緩的冷卻速率製得超微細組織鋼的新穎製造 方法。 ' [解決課題之手段] 為解決上述課題，本發明首先係在提供一種將原料熔 鑄後，加熱至Ac3點以上之溫度使之沃斯田鐵化，再於 心3點以下，Ar3_15(rc、或55〇t以上之溫度施以軋縮 率50%以上之壓縮加工，然後加以冷卻而製得以3 y皿以 下之肥粒鐵為母相的超微細組織鋼之製造方法中，其特徵 在壓縮加工時之應變速率係選自〇 〇〇1至1〇/s之範圍。 準此，其次，本發明提供一種藉由以上方法所製造而 其母相為平均粒徑2//m以下的肥粒鐵之超微細組織鋼， 第二則提供應變逮率係選自0·01至l/s之範圍的製造方 法，第四係提供加工後之冷卻速率係選在10K/S以下的製 造方法。 [發明之實施形態] 如上所述，本發明係基於發明人等的研討結果，發現 壓縮加工時之溫度以及應變速率之控制，對於組織之微細 化及變形阻力之降低極為有效，更具體來說，於Ae3點以 下之溫度，以超越50%之強烈加工-控制冷卻形成肥粒鐵一 波來鐵組織時，當應變速率係在l/s以下可以製得平均粒 徑3/zm以下、甚至於2/zm以下之微細肥粒鐵粒徑等之事 實而完成。 在此，就本發明之製造方法作更詳細的說明，亦即， 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐） 3 311179 477822 A7

五、發明說明（4 ) 本發明之製造方法係以： <A>原料熔鑄後，加熱至Ac3點以上之溫度， 斯田鐵化，及 夭 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) <B>於Ae3點以下，Ar3-150°C或550°c以上之溫声， 作軋縮率50%以上之壓縮加工， <C>然後冷卻 為其基本的製程要素。又，在此，Ae3點乃是沃斯田鐵_ 肥粒鐵之平衡變態點，在狀態圖上是（除Deita_肥粒鐵之外） 肥粒鐵能夠存在的最高溫度。而，Αγ3點是代表在無加工 時之沃斯田鐵-肥粒鐵變態的開始溫度。因此，在本發明 中，在進行<Β>壓縮加工時，係將應變速率選定在〇 〇〇1 至l〇/s之範圍内。 例如，藉由如第1圖所示之上下作動之鐵砧進行平面 壓縮加工時，由於壓縮加工之進行，若材料厚度於丨秒之 時間内從1〇變形為1，則應變（ε )可以用 ε =ln(l“l)表示之， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 而應變速率則可以用ε /t，亦即 ln(lG/l)/t 表示之。 在本發明中，如以上所述，應變速率係在上述之〇 〇〇1 至ίο/s範圍内，而以〇 〇1至i/s更為適當。 當應變速率大於1〇/8時，變形阻力大，而且肥粒鐵之 微細化效果低；而當應變速率小於〇 001/s時，加工所需 時間變為極長；不論前者或後者，在工業上都是不利的。 在本發明中，較為適當的壓縮加工係採用如第1圖所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 4 31Π79 477822 A7 B7 五、發明說明（5 ) 示之鐵砧加工方法 例如在進行此一鐵站壓縮加工之情況下，減面率超過 1軋90%之強烈加工亦為可能，藉由控制位於試枓上下之 鐵砧的驅動速率，對於壓縮加工時之應變速率就得以^ 再者，在本發明的製造方法之中，在<C>冷卻步驟中， 冷卻速率係以設在l〇K/s以下者為有效 齡 藉由本發明的製造方法，使得平均粒徑3 // m以下、 甚至於2.5//m以下之肥粒鐵，以及母相係為方位差角15 以上之大傾斜角粒界所圍繞的肥粒鐵的超微細組織鋼之製 造成為可能。位於肥粒鐵-肥粒鐵粒界之大傾斜角粒界的比 率在80%以上。於是獲致可銲接的高強度鋼之經濟性製造 方法。至於此種鋼之化學組成並無特殊限制，而以由〇 3 重量％以下的C(碳），及Si、Mu、P、s、N，以及含有無 可避免之雜質的Fe所構成者為佳。而更佳之組成應為，以 重量％計之，Si在2%以下，Μη在3%以下，P在〇 1%以 下，S在0.02%以下，而Ν在0.005%以下者 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 另一方面，以重量％計之，也可以含有3%以下之cr、 Ni、Mo、Cu，及 0·003%至 〇 1%之 Ti，及 〇 〇〇3 至 〇 之Nb ’及0.005至〇·2%之V。但也可以不用Ni、Cr、M〇

Cu等的昂貴元素，而可製得償袼低廉的具有超微細組織之 南強度鋼。 為作炼鑄用之原料，可以對應上述化學組成而選定各 元素之添加比率 ^氏張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格⑽χ 297公髮） 5 311179 A7

477822 五、發明說明（6 ) 以下利用實施例對本發明作 货Θ作更加詳細之說明。 ί實施例] 复H列1至5 列 1 將具有表1之組成的鋼⑴加熱至9〇〇。。，完全沃斯田 鐵化之後，冷卻到表2之加工溫度，隨即以75%之礼縮率 進行如第1圖所例示之平面應變壓縮加工。Ae3點為817 °c。而以溫度控制裝置所測定之Αγ3點則為67(rc。應變 速率及壓縮加工後之冷卻—速率等條件則如表2所示。所製 得之組織的肥粒鐵之平均粒徑、第2相之種類及其體積分 率、大傾斜角粒界（方位差角-15。）之比率、及加工時之 平均變形阻力等也列於表2。肥粒鐵粒之方位差角是以電 子線背面散射（EBSD)方法測定。平均粒徑則是以直線切斷 法測定。而第2相是以波來鐵及碳化物為主。 [表1] ------------裝-------^ — 訂 1--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 鋼種編號 C Si Μη Ρ S N A1 1 0.15 0.3 1.5 0.02 0.005 0.002 0.04 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公® ) 311179 477822 A7 B7 五、發明說明（7 ) [表2] 實施例 加工温度 (V) 應變速率 〇/s) 冷卻速率 (K/s) 平均變形 阻 力 (kg/mm2) 肥粒鐵粒 徑（/z m) 大傾斜角 粒界之比 率（％) 1 750 1 10 43 1.9 95 2 750 0.1 10 32 1.8 94 3 750 0.01 10 21 1.8 95 4 750 0.001 10 10 2.6 95 5 750 0.1 2.5 32 2.0 92 比較例 1 750 20 10 50 2.5 95 I---裝·-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 由以上之實施例1至5及比較例1的對照可知，當應 變速率在0.01至Ι/s之範圍時，可得最為微細的肥粒鐵 粒’並且，也可以確認變形抵抗會跟隨應變速率之降低而 顯著降低。 再者，由實施例2及5可知，當冷卻速率高時，肥粒 鐵之粒徑可得以微細化。

實施例6牵1R 如同實施例1至5，依表3之條件在進行壓縮加工之 後予以冷卻。 其結果如表3所顯示，由表3可以看出，在〇· 〇〇丨至 1 Ο/s之應變速率下，可得微細之肥粒鐵粒。此外也能得知， 加工溫度之降低，有利於組織之微細化。 訂 線 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製

311179 477822 A7 B7 五、發明說明（ [表3] 實施例 加工溫度 (°C) 應變速率 (1/S) 冷卻速率 (K/S) 平均變形 阻 力 (kg/mm2) 肥粒鐵粒 徑（// m) 大傾斜角 粒界之比 率（％) 6 7〇〇 10 10 57 1.5 95 7 7〇〇 1 10 49 1.0 ------- 95 7 700 0.1 10 39 1.8 ---— 95 8 700 0.01 10 28 1.7 " ~--— 95 8 700 0.001 10 17 2.0 ~ 95 9 650 10 10 --- 65 0.8 ^ _ 93 10 650 ------- ----—^ 1 10 58 0.6 ----~~~__ 93 11 650 0.1 10 49 0.8 93 12 650 0.01 10 40 1.4 93 13 650 0.001 ' ------ 10 30 1.9 93 14 600 10 10 86 0.8 -~~~———. 85 15 600 1 10 74 0.5 -------— 81 16 600 0.1 10 64 0.6 ' ---- 90 17 ---- 600 0.01 10 53 0.9 —~~~—. 91 18 600 0.001 -—-- 10 43 1.1 -----—. 90 1®^^------ί I -------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 8 f施例19 比較例2莰6 上述實施例之中，相對於沃斯田粒徑為17”之材 料，對以加工溫度75〇。(：、札縮率75%、應變速率〇 i/s 冷卻速率lOK/s所製造之材料的SEM切面影像加以觀察 第2圖所示即其SEM照片。 ' L本紙張尺度& t國國家標準（CNS)A4規格_(210 X 297公髮） 311179 477822 五、發明說明（1 2 而第3圖則顯示應變速率為10/s時所製造之材料的 SEM照片。 由該二圖可知，降低應變速率可得肥粒鐵粒之微細 化。 而第4圖是顯示以相同方法製得之微細組織鋼的肥粒 鐵組織中，其肥粒鐵粒徑d與維氏硬度（Hv)之關係，由此 圖可以看出其係具有霍耳-珀其型之直線關係。圖中之溫度 是指加工溫度。 肥粒鐵之平均粒徑為2.3//m的材料，其維氏硬度為 203，而根據TS = 3.435Hv之關係式，抗拉強度相當於 7 OOMPa。為供參考起見，另製作微小的抗拉強度試片（平 行部份長 3.5mmx 寬 2mmx 厚 〇.5mm)，並以 〇.13mm/min 之夾具速率進行抗拉試驗，得抗拉強度6 7 5MPa。 表4顯示加工溫度在超過Ae3點（817°C )的850°C時的 比較例。可以看出其粒徑在所有情況下均超過5 “ m。 [表4] ^--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 比較例 加工溫度 rc) 應變速率 (1/s) 冷卻速率 (°c/s) 平均變形 阻 力 (kg/mm2) 肥粒鐵粒 徑（"m) 大傾斜角 粒界之比 率（％) 2 850 10 10 32 5.3 - 3 850 1 10 27 5.2 - 4 850 0.1 10 22 5.4 - 5 850 0.01 10 15 6 - 6 850 0.001 10 8 6 - 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2忉x 297公釐） 2 311179 藉由本發明之製造方法，提供 以較小的軋縮量，以及特別是 可以製得以平均粒徑在3 “ m 圖 477822 _B7 五、發明說明（) [發明之效果] 經由以上之詳細說明 了在較低的變形阻力之下 較為遲緩的冷卻速率之下 以下之肥粒鐵為母相的超微細組織鋼 [圖面之簡單說明] 第1圖顯示鐵砧壓縮加工及應變的重要部位之剖視 第2圖顯示本發明之鋼材的代表性斷面之照片 弟3圖顯示比較例之鋼材的代表性斷面之sem照片 第4圖顯示肥粒鐵粒徑與維氏硬度之關係的圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 10 311179

Claims (1)

1. 477822

   申請專利範圍 一種超微細組織鋼之製造方法’係在原料溶鑄後，加熱 至Ac3點以上之溫度’使之沃斯田鐵化，再於—點 j下e3 150 C或550 C以上之溫度，施以軋縮率5〇% 以^之壓縮加工’然後冷卻而製得以3心以下之肥粒 :時細組織鋼之製造方法’其特徵在壓縮加 時之應變速率係選在0·001至1〇/s之範圍内 乂申請專利範圍帛1項之製造方法，其中，係所製造的 超微細組織鋼係平均粒徑2…下之肥粒鐵=的 3.如申請專利範圍…2項之製造方法’其二為：相： 之冷卻速率係選在10K/S以下。 工後 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311179 11