TWI498174B - Method for Reducing Surface Defects of High Hardness Steel - Google Patents

Description

降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法

本發明是有關於一種高硬度鋼材的製造方法，特別是指一種降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法。

鋼材的應用範圍相當廣泛，例如建築、汽車、機械等領域皆需使用，鋼材的強度及加工性也需因應各領域的不同而進行調整。以金屬製品業中的氣動起子頭用鋼為例，因氣動起子頭於使用時是以旋轉的機械能取代人力操作的方式，故該氣動起子頭用鋼必需具備高硬度、耐磨耗等特性。

現有的高硬度鋼材通常藉由添加多量的矽來提高其硬化能，但當矽含量增加時，鋼材在產製的過程中容易發生紅銹及銹皮鬆脫的問題，紅銹是以帶狀形式出現，而在紅銹帶下方的表面會較正常的區域粗糙，而銹皮鬆脫在嚴重時會有大面積的銹皮剝落，進而導致無法符合成品鋼材對於表面品質的要求。

例如日本專利JP 2004-25280公告號揭示一種藉由高壓噴水來除去此類銹垢的方法，並搭配調整其他各項製程參數，以達到最佳化的製程條件，可有效地提升鋼材 的表面品質。但其中，除銹的過程主要是以高壓噴水的方式去除銹皮，操作穩定性低，且需消耗大量的能源，生產難度高，亦會增加生產的成本。

再者，因高硬度鋼材是採用高矽含量及高硬化能的成分設計，以製成氣動起子頭為例，在形成鋼材成品時，表面常會出現如圖1、2所示多道群聚或呈現微裂形態的線縫缺陷，造成如圖3所示加工後的氣動起子頭表面出現裂縫，影響外觀而造成品相不佳的問題。

因此，如何改善上述的缺點並以較為節能的方式製造出表面品質優良的高硬度鋼材，係為本發明研究改良的目標。

因此，本發明之目的，即在提供一種可有效地降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法。

於是，本發明降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，包含以下步驟。

一準備步驟，將一鋼胚進行加熱，以總重為100 wt%計算，該鋼胚的合金組成為0.65 wt%至0.73 wt%的碳、1.00 wt%至1.25 wt%的矽、0.10 wt%至0.30 wt%的鎳、0.20 wt%至0.40 wt%的鉻、0.40 wt%至0.50 wt%的鉬、0.15 wt%至0.25 wt%的釩、平衡量的鐵及無法避免的雜質。

一軋延步驟，將該加熱過後的鋼胚進行軋延，得到一截面積縮小且長度變長的鋼材。

一減徑成形步驟，將該鋼材的溫度控制在920℃至960℃並經由減徑成形機組以73米/秒的速度進行完軋，獲得一完軋鋼材。

較佳地，前述降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，還包含一於該軋延步驟後的精軋步驟，將該鋼材的溫度控制在920℃至960℃並經由精軋機組再次進行軋延，得到一直徑不大於10 mm的鋼材。

更佳地，前述降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，該減徑成形步驟的完軋鋼材的直徑為8 mm。

更佳地，前述降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，該準備步驟是將該鋼胚的出爐溫度控制在950℃至1010℃。

更佳地，前述降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，該軋延步驟是將該加熱過的鋼胚先以一加熱爐進行加熱，再以粗軋機組、中軋機組，及預精軋機組進行軋延。

更佳地，前述降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，該加熱爐的溫度為950℃至1010℃。

更佳地，前述降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，該鋼胚的合金組成中矽含量為1.00 wt%至1.15 wt%。

1‧‧‧準備步驟

2‧‧‧軋延步驟

3‧‧‧精軋步驟

4‧‧‧減徑成形步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一金相分析圖，顯示鋼材的表面出現多道的線 縫缺陷；圖2是一金相分析圖，顯示鋼材的表面粗糙及多道的線縫缺陷；圖3是一氣動起子頭的實物照片；圖4是一流程圖，說明本發明降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法之較佳實施例；圖5是一比較圖，分別說明鋼材入精軋機組或入減徑成形機組的溫度對鋼材線縫深度的影響；圖6是一比較圖，說明鋼材入精軋機組與入減徑成形機組的溫度對鋼材線縫深度的影響。

參閱圖4，本發明降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法的較佳實施例包含一準備步驟1、一軋延步驟2、一精軋步驟3，及一減徑成形步驟4。

該準備步驟1為產製一鋼胚，以總重為100 wt%計算，該鋼胚的合金組成為0.65 wt%至0.73 wt%的碳、1.00 wt%至1.25 wt%的矽、0.10 wt%至0.30 wt%的鎳、0.20 wt%至0.40 wt%的鉻、0.40 wt%至0.50 wt%的鉬、0.15 wt%至0.25 wt%的釩、平衡量的鐵及無法避免的雜質，將該鋼胚進行加熱，以軟化該鋼胚的金屬組織，以利於後續的加工成形，並將該鋼胚的出爐溫度控制在950℃至1010℃。

上述提及的各成份分別具有不同的作用，以下將分別說明各種成份及其含量對於本發明高硬度鋼材的影 響。

碳：為影響鋼材硬度的主要元素，碳含量越高，硬度越高，但硬度過高會使得鋼材的韌性變差，脆性提升，故本發明的碳含量需控制在0.65 wt%至0.73 wt%。

矽：為固溶強化元素，可提升鋼材的抗塑性變形能力，鋼材的抗塑性變形能力越高，表示其抗扭力的程度也越高。此外，矽還可抑制雪明碳鐵的析出，於低溫回火時，抑制鋼材硬度的降低，因此本發明的矽含量需控制在1.00 wt%至1.25 wt%，較佳地，該矽含量可控制在1.00 wt%至1.15 wt%。

鎳：可提升鋼材的韌性及扭力值，並同時具有抗腐蝕及抗淬火變形的功效，由於鎳可增加鋼材的韌性，有助於抑制高硬度鋼材發生脆化，故本發明的鎳含量需控制在0.10 wt%至0.30 wt%。

鉻：為強碳化物的形成元素，碳化物可使鋼材具有耐磨強韌的特性，故鉻為提高鋼材硬化能與提升耐蝕性的重要元素，因此本發明的鉻含量需控制在0.20 wt%至0.40 wt%。

鉬：可提高鋼材的硬度及耐磨性，亦可抵抗高溫回火時的脆化及軟化效應，故本發明的鉬含量需控制在0.40 wt%至0.50 wt%。

釩：為晶粒細化元素，未固溶的細小釩化物可抑制晶粒的成長，使鋼材的韌性及強度提升，因此本發明 的釩含量需控制在0.15 wt%至0.25 wt%。

該軋延步驟2是將該鋼胚先以一溫度為950℃至1010℃的加熱爐進行加熱，再經粗軋機組、中軋機組及預精軋機組進行軋延，得到一截面積縮小且長度變長的鋼材。

該精軋步驟3是將經由該軋延步驟2軋延後且直徑不小於11 mm的鋼材利用精軋機組(NTM，No Twist Mill)再次進行軋延，以得到一直徑不大於10 mm的鋼材。其中，該鋼材入精軋機組的溫度是介於920℃至960℃。

該減徑成形步驟4是利用減徑成形機組(RSM，Reduce Sizing Mill)將直徑不大於10 mm的鋼材，以73米/秒的速度進行完軋，以獲得一直徑為8 mm的完軋鋼材。其中，該鋼材入減徑成形機組的溫度是介於920℃至960℃。

本發明降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法是將入精軋機組及入減徑成形機組的鋼材溫度控制在920℃至960℃，並同時將鋼材的完軋速度降低至73米/秒，即可在不增加成本的情況下，製得具有高表面品質的高硬度鋼材。

為驗證本發明降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法的功效，故分別針對該鋼材入精軋機組以及入減徑成形機組的溫度，就以下3個具體例及3個比較例作進一步說明。其中，具體例1及比較例1是只經由該精軋機組軋延後的鋼材，而具體例2及比較例2則是直接經由該減徑 成形機組軋延後的鋼材，具體例3及比較例3則為同時以精軋機組及減徑成形機組軋延後所得之鋼材，最後將上述不同製程條件所得的鋼材進行線縫深度的分析。

具體例1

準備步驟：產製一鋼胚，以總重100 wt%計算，該鋼胚的合金組成包括0.65 wt%至0.73 wt%的碳、1.00 wt%至1.25 wt%的矽、0.10 wt%至0.30 wt%的鎳、0.20 wt%至0.40 wt%的鉻、0.40 wt%至0.50 wt%的鉬、0.15 wt%至0.25 wt%的釩、平衡量的鐵及無法避免的雜質，將該組成的鋼胚進行加熱並將該鋼胚的出爐溫度控制在950℃至1010℃。

軋延步驟：將該鋼胚先以一加熱爐以950℃至1010℃的溫度進行加熱，再經粗軋機組、中軋機組及預精軋機組進行軋延，得到一截面積縮小且長度變長的鋼材。

精軋步驟：利用精軋機組將該鋼材再次進行軋延，其中，該鋼材入精軋機組的溫度是介於920℃至960℃。

具體例2

準備步驟：產製一鋼胚，以總重100 wt%計算，該鋼胚的合金組成包括0.65 wt%至0.73 wt%的碳、1.00 wt%至1.25 wt%的矽、0.10 wt%至0.30 wt%的鎳、0.20 wt%至0.40 wt%的鉻、0.40 wt%至0.50 wt%的鉬、0.15 wt%至0.25 wt%的釩、平衡量的鐵及無法避免的雜質，將該組成的鋼胚進行加熱並將該鋼胚的出爐溫度控制在950℃至1010℃。

軋延步驟：將該鋼胚先以一加熱爐以950℃至 1010℃的溫度進行加熱，再經粗軋機組、中軋機組及預精軋機組進行軋延，得到一截面積縮小且長度變長的鋼材。

減徑成形步驟：利用減徑成形機組將該鋼材再次進行軋延，其中，該鋼材入減徑成形機組的溫度是介於920℃至960℃。

具體例3

準備步驟：產製一鋼胚，以總重100 wt%計算，該鋼胚的合金組成包括0.65 wt%至0.73 wt%的碳、1.00 wt%至1.25 wt%的矽、0.10 wt%至0.30 wt%的鎳、0.20 wt%至0.40 wt%的鉻、0.40 wt%至0.50 wt%的鉬、0.15 wt%至0.25 wt%的釩、平衡量的鐵及無法避免的雜質，將該組成的鋼胚進行加熱並將該鋼胚的出爐溫度控制在950℃至1010℃。

軋延步驟：將該鋼胚先以一加熱爐以950℃至1010℃的溫度進行加熱，再經粗軋機組、中軋機組及預精軋機組進行軋延，得到一截面積縮小且長度變長的鋼材。

精軋步驟：利用精軋機組將該鋼材進行軋延，其中，該鋼材入精軋機組的溫度是介於920℃至960℃。

減徑成形步驟：將經由該精軋機組軋延後的鋼材再利用減徑成形機組再次進行軋延，其中，該鋼材入減徑成形機組的溫度是介於920℃至960℃。

比較例1

比較例1與具體例1的操作步驟大致相同，不同之處在於：該比較例1中鋼材入精軋機組的溫度是介於 880℃至920℃。

比較例2

比較例2與該具體例2的操作步驟大致相同，不同之處在於：該比較例2中鋼材入減徑成形機組的溫度是介於880℃至920℃。

比較例3

比較例3與該具體例3的操作步驟大致相同，不同之處在於：該比較例3中鋼材入精軋機組與減徑成形機組的溫度皆是介於880℃至920℃。

接著，將前述該具體例1至3及該比較例1至3所製得的鋼材進行線縫深度的量測，其線縫深度量測的結果如表1及圖5、6所示。

由表1比較結果可知，利用本發明製造方法所 產製之鋼材(具體例1至3)的線縫深度確實小於以現有的方法所產製之鋼材(比較例1至3)的線縫深度。

歸納上述結果顯示，提高該鋼材入精軋機組及減徑成形機組的溫度，可有效地改善鋼材的表面品質，減少線縫缺陷造成的剔退問題，故鋼材的溫度為影響鋼材表面品質的重要參數。

此外，由於直徑8 mm之鋼材的完軋速度快，可達到79米/秒，在高速變形時，也容易使鋼材的表面產生裂縫，因此降低完軋速度至73米/秒，使應變的速率降低，進而可降低鋼材表面產生裂縫的可能性。

接著，以上述該具體例3的操作步驟，再配合以73米/秒的完軋速度進行完軋，進行本發明與習知的製造方法的鋼材剔退率比較，結果如表2所示。

由表2的結果可知，藉由製程條件的改變，使製程改善前、後的剔退率由0.58%下降至0.09%，故利用本發明之製造方法所產製之鋼材的剔退率確實小於以習知的製造方法所產製之鋼材的剔退率。

綜上所述，本發明降低高硬度鋼材表面缺陷的 製造方法是利用生產製程條件的改變，且在不增加成本的情況下，有效地提升鋼材的表面品質，並成功解決鋼材線縫缺陷所造成的剔退問題，且產品品質及良率的提升，不但符合經濟效應亦有助於增加市場競爭力，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧準備步驟

2‧‧‧軋延步驟

3‧‧‧精軋步驟

4‧‧‧減徑成形步驟

Claims (7)

1. 一種降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，包含以下步驟：一準備步驟，將一鋼胚進行加熱，以總重為100 wt%計算，該鋼胚的合金組成為0.65 wt%至0.73 wt%的碳、1.00 wt%至1.25 wt%的矽、0.10 wt%至0.30 wt%的鎳、0.20 wt%至0.40 wt%的鉻、0.40 wt%至0.50 wt%的鉬、0.15 wt%至0.25 wt%的釩、平衡量的鐵及無法避免的雜質；一軋延步驟，將該加熱過後的鋼胚進行軋延，得到一截面積縮小且長度變長的鋼材；及一減徑成形步驟，將該鋼材的溫度控制在920℃至960℃並經由減徑成形機組以73米/秒的速度進行完軋，獲得一完軋鋼材。
2. 如請求項1所述的降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，還包含一於該軋延步驟後的精軋步驟，將該鋼材的溫度控制在920℃至960℃並經由精軋機組再次進行軋延，得到一直徑不大於10 mm的鋼材。
3. 如請求項2所述的降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，其中，該減徑成形步驟的完軋鋼材的直徑為8 mm。
4. 如請求項3所述的降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，其中，該準備步驟是將該鋼胚的出爐溫度控制在950℃至1010℃。
5. 如請求項4所述的降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，其中，該軋延步驟是將該加熱過的鋼胚先以一加熱爐進行加熱，再以粗軋機組、中軋機組，及預精軋機組進行軋延。
6. 如請求項5所述的降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，其中，該加熱爐的溫度為950℃至1010℃。
7. 如請求項1所述的降低高硬度鋼材表面缺陷的製造方法，其中，該鋼胚的合金組成中矽含量為1.00 wt%至1.15 wt%。