TWI595099B - 低降伏比鋼材及其製造方法 - Google Patents

Description

低降伏比鋼材及其製造方法

本發明是關於一種低降伏比鋼材及其製造方法，特別是關於一種兼具高延伸率及低降伏強度之低降伏比鋼材及其製造方法。

一般而言，具低降伏比性質的鋼材為雙相鋼鋼材，而典型的雙相鋼鋼材係包含軟質的肥粒鐵相與硬質的麻田散鐵相，其降伏比約為0.6至0.8。降伏比係定義為降伏強度與抗拉強度的比值，其中降伏強度係使材料開始產生塑性變形所需的應力，而抗拉強度為材料破裂前所能承受的最大應力。因此，降伏比愈小的材料，其加工成形性愈佳。

習知雙相鋼鋼材的成分組成中，碳含量通常高於0.05%，並且須添加大量的其他合金元素，例如：矽(Si)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鉬(Mo)等，以增加硬化能，並促使麻田散鐵相變態。由於雙相鋼鋼材的碳含量高，鋼材強度較高，雖然可具有較低的降伏比，但通常雙相鋼鋼材具有較高的降伏強度，例如大於370MPa，因此須透過液壓或油壓設備 以進行加工彎曲。再者，在進行加工時，習知雙相鋼鋼材之軟硬組織交接的界面易因受力而破裂。因此，一般雙相鋼鋼材的延伸率普遍不高，例如小於30%。

另一方面，一般低碳鋼鋼材的碳含量係小於0.1wt%，且不添加鉻、鉬。低碳鋼鋼材的晶相係包含肥粒鐵及少量波來鐵。因此，相較於雙相鋼鋼材，低碳鋼鋼材的延伸率較佳，且可具有較低的降伏強度，例如210MPa至240MPa，但缺點是具有較高的降伏比，例如大於0.7。

有鑑於此，亟須提供一種兼具低降伏強度及高延伸率的低降伏比鋼材及其製造方法，以改善習知鋼材無法兼具低降伏強度、高延伸率及低降伏比之缺點。

本發明之一態樣是提供一種低降伏比鋼材，其係具有特定成分及特定晶相的鋼材，且兼具有高延伸率及低降伏強度的特性。

本發明之另一態樣是提供一種低降伏比鋼材的製造方法，其係將具有特定成分之鋼胚，藉由控制其製程條件，以製得兼具有高延伸率及低降伏強度的鋼材。

根據本發明之一態樣，提供一種低降伏比鋼材。此低降伏比鋼材包含0.01wt%至0.05wt%的碳、0.10wt%至0.50wt%的錳、低於0.03wt%的磷、低於0.05wt%的矽、低於0.02wt%的硫、低於0.3wt%的鋁、低於0.01wt%的氮、其餘量為鐵、不可避免的雜質，且實質上不包含 鉻、鉬及鈮。前述鋼材包含至少80體積百分比之肥粒鐵相及不超過20體積百分比之高碳相，且實質上不包含麻田散鐵相。前述鋼材係具有0.5至0.65之降伏比、不高於200MPa之降伏強度以及至少40%之延伸率。

根據本發明之一實施例，上述鋼材具有90體積百分比至95體積百分比之肥粒鐵相。

根據本發明之一實施例，上述肥粒鐵相的平均粒徑為20微米至135微米。

根據本發明之一實施例，上述高碳相為波來鐵相。

根據本發明之一實施例，上述鋼材更包含分散於肥粒鐵相中的析出物，且此析出物係包含碳化物。

根據本發明之一實施例，上述碳化物之粒徑為不超過0.5微米。

根據本發明之另一態樣，提供一種低降伏比鋼材的製造方法。在此製造方法中，首先，提供鋼胚，其中此鋼胚包含0.01wt%至0.05wt%的碳、0.10wt%至0.50wt%的錳、低於0.03wt%的磷、低於0.05wt%的矽、低於0.02wt%的硫、低於0.3wt%的鋁、低於0.01wt%的氮、其餘量為鐵、不可避免的雜質，且實質上不包含鉻、鉬及鈮。接著，在第一溫度下，對鋼胚進行再加熱步驟，其中第一溫度係高於1000℃。

然後，對鋼胚進行熱軋製程，以形成完軋鋼材，其中熱軋製程之完軋溫度係低於Ar1溫度。接著，在第二溫 度下，對完軋鋼材進行盤捲步驟，以製得鋼材，其中第二溫度不小於600℃，且第二溫度小於完軋溫度。利用上述方法所製得之鋼材具有0.5至0.65之降伏比、不高於200MPa之降伏強度以及至少40%之延伸率。

根據本發明之一實施例，上述第一溫度為1100℃至1300℃。

根據本發明之一實施例，上述第二溫度為700℃至780℃。

根據本發明之一實施例，上述方法更包含在進行盤捲步驟前，對完軋鋼材進行冷卻處理。

應用本發明之低降伏比鋼材及其製造方法，其係具有特定成分比例的低碳鋼，且實質上不含鉻、鉬及鈮，再藉由製程條件控制鋼材的晶相，並增加晶粒的平均粒徑後，可製得兼具有高延伸率及低降伏強度的低降伏比鋼材。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供鋼胚

130‧‧‧對鋼胚進行再加熱步驟

150‧‧‧對鋼胚進行熱軋製程，以形成完軋鋼材

170‧‧‧對完軋鋼材進行盤捲步驟，以製得鋼材

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些實施例之低降伏比鋼材的製造方法之部分流程圖。

本發明之一實施例是提供一種低降伏比鋼材，其係具有特定成分比例及特定晶相的鋼材，並兼具有高延伸 率及低降伏強度的特性。

在一實施例中，上述低降伏比鋼材之成分係包含0.01wt%至0.05wt%的碳、0.10wt%至0.50wt%的錳、低於0.03wt%的磷、低於0.05wt%的矽、低於0.02wt%的硫、低於0.3wt%的鋁、低於0.01wt%的氮、其餘量為鐵、不可避免的雜質，且實質上不包含鉻、鉬及鈮。相較於習知為雙相鋼的低降伏比鋼材，本發明利用低碳鋼鋼材，其係碳含量較低，且不添加鉻、鉬及鈮，因此，可有益於降低鋼材的強度(例如：降伏強度、抗拉強度)，並使鋼材具有較高的延伸率。

在另一實施例中，上述低降伏比鋼材的晶相包含肥粒鐵相及高碳相，且實質上不包含麻田散鐵相。在一實施例中，上述鋼材係包含至少80體積百分比之肥粒鐵相及不超過20體積百分比之高碳相，然又以具有90體積百分比至95體積百分比之肥粒鐵相及5體積百分比至10體積百分比之高碳相為較佳。在一實施例中，前述高碳相可為波來鐵相。本發明之低降伏比鋼材係接近單相的結構，即晶相中大部分為軟質的肥粒鐵相，而少部分的高碳相為強度較麻田散鐵相低的波來鐵相，因此，可降低鋼材的強度。若鋼材包含小於80體積百分比之肥粒鐵相或大於20體積百分比之高碳相，由於高碳相的強度較肥粒鐵相高，則鋼材具有較高的降伏強度及抗拉強度。

再者，在一實施例中，肥粒鐵相的平均粒徑可例如為20微米至135微米。由於本發明之肥粒鐵相的平均粒 徑較大，因此晶粒數目較少，晶界相對少，有益於減少鋼材的強度。

在一實施例中，上述鋼材可選擇性包含分散於肥粒鐵相中的析出物，此析出物為碳化物，在一例示中，此碳化物的平均粒徑為0.5μm以下。在另一例示中，上述碳化物為雪明碳鐵(碳化三鐵，Fe₃C)。

在一實施例中，本發明之低降伏比鋼材的降伏比為0.50至0.65，又以0.50至0.60為較佳。在另一實施例中，低降伏比鋼材具有不高於200MPa之降伏強度以及不高於300MPa之抗拉強度，其中降伏強度較佳為130MPa至170MPa，而抗拉強度較佳為240MPa至290MPa。再一實施例中，上述低降伏比鋼材具有至少40%之延伸率，又以40%至55%為較佳。因此，本發明提供之低降伏比鋼材適用於要求易加工的工件、亦可徒手彎曲或以機械進行簡易彎曲的製程作業(例如：配管作業)。

本發明之另一實施例是提供一種低降伏比鋼材的製造方法，其係將具有特定成分比例之低碳鋼，且實質上不含鉻、鉬及鈮，藉由控制其製程條件，以製得兼具有高延伸率及低降伏強度的鋼材。

請參閱圖1，其係繪示根據本發明一些實施例之低降伏比鋼材的製造方法100之部分流程圖。首先，進行步驟110，提供鋼胚。在一實施例中，前述鋼胚包含0.01wt%至0.05wt%的碳、0.10wt%至0.50wt%的錳、低於0.03wt%的磷、低於0.05wt%的矽、低於0.02wt%的硫、低於 0.3wt%的鋁、低於0.01wt%的氮、其餘量為鐵、不可避免的雜質，且實質上不包含鉻、鉬及鈮。接著，進行步驟130，在第一溫度下，對上述鋼胚進行再加熱步驟。在一實施例中，第一溫度係高於1000℃，其中以1100℃以上為較佳，又以1100℃至1300℃為更佳。若第一溫度低於1000℃，則因為鋼胚在後續製程中會持續降溫，因此若第一溫度過低，將導致進行後續製程時的鋼胚溫度太低而無法製得具有特定晶相的鋼材。

於再加熱步驟後，進行步驟150，對上述鋼胚進行熱軋製程，以形成完軋鋼材。在一實施例中，此熱軋製程的完軋溫度係低於Ar1溫度。若完軋溫度高於Ar1溫度，將生成沃斯田鐵組織，而導致混晶現象，則鋼材易斷裂。補充說明的是，Ar1溫度係鋼材在冷卻過程中，沃斯田鐵相完全變態成肥粒鐵相的最終溫度；而Ar3溫度係鋼材在冷卻過程中，沃斯田鐵相開始變態成肥粒鐵相的溫度，其中Ar1溫度及Ar3溫度可藉由膨脹儀量測或用公式計算而得。在本發明一實施例中，所使用的Ar1溫度係以膨脹儀量測。習知控制完軋溫度高於Ar3溫度，是期望在沃斯田鐵相完成熱軋製程，而本發明藉由控制完軋溫度低於Ar1溫度，以在肥粒鐵相完成熱軋製程，且避免質硬的沃斯田鐵組織生成。

對上述完軋鋼材選擇性進行冷卻處理後，進行步驟170，在第二溫度下，對完軋鋼材進行盤捲步驟，以製得低降伏比鋼材。在一實施例中，第二溫度係低於完軋溫度，但不小於600℃，其中以700℃至780℃為佳。由於盤 捲步驟是在熱軋製程後進行，鋼材必然會降溫，因此第二溫度低於完軋溫度。然而，若第二溫度低於600℃，則無法製得具有本發明特定晶相的鋼材。

應用上述低降伏比鋼材的製造方法100，藉由控制鋼材成分與製程條件，而降低高碳相比例並粗化晶粒，所製得之低降伏比鋼材具有0.5至0.65之降伏比、不高於200MPa之降伏強度以及至少40%之延伸率。

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

實施例1是依據表1之鋼胚組成成分調配後，依照上述之低降伏比鋼材的製造方法100及表1之製程條件進行煉鋼。首先，使鋼胚於高溫爐中進行再加熱步驟，其加熱溫度為1190℃。接著，將此加熱後之鋼胚進行熱軋步驟，其完軋溫度為815℃，以形成完軋鋼材。然後，使完軋鋼材冷卻後，以750℃的盤捲溫度進行盤捲步驟，以製得實施例1的鋼材。

將所製得之鋼材依JIS Z2241的規範進行拉伸試驗。測試得此鋼材的降伏強度為158MPa，抗拉強度為263MPa，延伸率為45%，及降伏比為0.60。以上鋼胚組成成分、製程條件及評價結果如表1所示。

實施例2至4及比較例1至3

實施例2至4及比較例1至3皆依照實施例1的製程方法製造鋼材，其中差異為鋼胚組成成分及進行各製程的溫度，如表1所示。分別將所製得之鋼材以相同試驗進行鋼材拉伸效果的評價，同樣將其結果列於表1。

根據以上實施例及比較例的結果，實施例1至4係利用特定組成的低碳鋼鋼胚，並以較低溫完軋溫度進行熱軋製程，及較高的盤捲溫度進行盤捲步驟，可製得具有143MPa至158MPa的降伏強度、263MPa至283MPa的抗拉強度及延伸率達42%至47%的低降伏比鋼材。然而，比較例1至3所製得之鋼材為雙相鋼，雖然具有與實施例相近的 降伏比，但其具有較高的降伏強度、抗拉強度及較小的延伸率，因此，比較例之鋼材無法如實施例之鋼材做為配合易加工等需求的工件。

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‧‧‧提供鋼胚

130‧‧‧對鋼胚進行再加熱步驟

150‧‧‧對鋼胚進行熱軋製程，以形成完軋鋼材

170‧‧‧對完軋鋼材進行盤捲步驟，以製得鋼材

Claims (9)

1. 一種低降伏比鋼材，包含：0.01wt%至0.05wt%的碳；0.10wt%至0.50wt%的錳；低於0.03wt%的磷；低於0.05wt%的矽；低於0.02wt%的硫；低於0.3wt%的鋁；低於0.01wt%的氮；以及其餘量為鐵、不可避免的雜質且實質上不包含鉻、鉬及鈮，且其中該鋼材包含至少80體積百分比之一肥粒鐵相及不超過20體積百分比之一高碳相，該鋼材實質上不包含一麻田散鐵相，其中該肥粒鐵相的平均粒徑為20微米至135微米，且該鋼材具有0.5至0.65之降伏比、130MPa至158MPa之降伏強度以及至少40%之延伸率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低降伏比鋼材，其中該鋼材具有90體積百分比至95體積百分比之該肥粒鐵相。
3. 如申請專利範圍第1項所述之低降伏比鋼材，其中該高碳相為一波來鐵相。
4. 如申請專利範圍第1項所述之低降伏比鋼 材，其中該鋼材更包含分散於該肥粒鐵相中的一析出物，且該析出物包含碳化物。
5. 如申請專利範圍第4項所述之低降伏比鋼材的製造方法，其中該碳化物之粒徑為不超過0.5微米。
6. 一種低降伏比鋼材的製造方法，包含：提供一鋼胚，其中該鋼胚包含：0.01wt%至0.05wt%的碳；0.10wt%至0.50wt%的錳；低於0.03wt%的磷；低於0.05wt%的矽；低於0.02wt%的硫；低於0.3wt%的鋁；低於0.01wt%的氮；以及其餘量為鐵、不可避免的雜質且實質上不包含鉻、鉬及鈮；在一第一溫度下，對該鋼胚進行一再加熱步驟，其中該第一溫度高於1000℃；對該鋼胚進行一熱軋製程，以形成一完軋鋼材，其中該熱軋製程之一完軋溫度係低於Ar1溫度；以及在一第二溫度下，對該完軋鋼材進行一盤捲步驟，以製得該鋼材，其中該第二溫度不小於600℃，且該第二溫度小於該完軋溫度，而該鋼材具有0.5至0.65之降伏比、不高於200MPa之降伏強度以及至少40%之延伸率。
7. 如申請專利範圍第6項所述之低降伏比鋼材的製造方法，其中該第一溫度為1100℃至1300℃。
8. 如申請專利範圍第6項所述之低降伏比鋼材的製造方法，其中該第二溫度為700℃至780℃。
9. 如申請專利範圍第6項所述之低降伏比鋼材的製造方法，更包含在進行該盤捲步驟前，對該完軋鋼材進行一冷卻處理。