TWI606120B - 沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法 - Google Patents

Description

沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法

本發明係有關一種沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法，特別是提供一種可去除表面缺陷，並抑制邊裂缺陷之沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法。

由於沃斯田鐵系合金鋼材具有較多之鎳元素，而具有面心立方之沃斯田鐵相結構，進而具有較佳之高溫機械性質。因此，沃斯田鐵系合金鋼材多使用於高溫環境中，如發動機組件、引擎緊固件、高溫軸承、加熱爐外罩或石化廠管線等。

一般沃斯田鐵系合金鋼材之製作係採用連鑄或模鑄鋼胚之方式，以熱軋製程來生產。惟，由於胚料內存在之原始缺陷，完軋後之鋼材表面易具有剝片狀之表面缺陷，而無法滿足應用需求。

為了使所製得之鋼材符合應用需求，一般係藉由退火製程及研磨製程去除前述之表面缺陷。然而，此些表面缺陷之分佈深度一般最深係約0.24公釐(mm)，故研磨步驟之單面研磨料損一般為4.2%。因此，習知沃斯田鐵系合 金鋼材之表面處理方法雖可去除表面缺陷，但其研磨料損過多，而降低鋼材之成材率，並降低鋼材之生產效能。

此外，若沃斯田鐵系合金鋼材之形狀不佳或表面具有邊波之外型缺陷時，經研磨後所製得之鋼材易有研磨不均(如局部研磨過深)及引發邊裂缺陷等缺點。

有鑑於此，亟須提供一種沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法，以改進習知表面處理方法之缺陷。

因此，本發明之一態樣是在提供一種沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法，其藉由對沃斯田鐵系合金鋼材進行一表面處理製程，而可去除表面缺陷，抑制邊裂缺陷，提高成材率，更大幅降低研磨步驟之料損。

根據本發明之一態樣，提出一種沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法。此方法係先提供沃斯田鐵系合金鋼材，且此沃斯田鐵系合金鋼材之表面包含至少一表面缺陷。然後，對此沃斯田鐵系合金鋼材進行表面處理製程。其中，此表面處理製程係先對沃斯田鐵系合金鋼材進行冷加工步驟，以使此沃斯田鐵系合金鋼材形成加工鋼材。接著，對加工鋼材之表面進行研磨步驟，以去除此至少一表面缺陷。

依據本發明之一實施例，前述之沃斯田鐵系合金鋼材包含熱軋鋼捲或熱軋鋼板。

依據本發明之另一實施例，基於前述沃斯田鐵系合金鋼材之總重量為100重量百分比，此沃斯田鐵系合金 鋼材包含7重量百分比至75重量百分比之鎳及15重量百分比至35重量百分比之鉻，且其餘為鐵。

依據本發明之又一實施例，基於前述沃斯田鐵系合金鋼材之總重量為100重量百分比，此沃斯田鐵系合金鋼材更包含0重量百分比至0.2重量百分比之碳、0重量百分比至6.0重量百分比之鈦、0重量百分比至16.0重量百分比之鋁、0重量百分比至12.0重量百分比之鉬、0重量百分比至12.0重量百分比之鎢、0重量百分比至20.0重量百分比之鈷、0重量百分比至5.0重量百分比之鈮及0重量百分比至12.0重量百分比之鉭。

依據本發明之再一實施例，前述之冷加工步驟可包含軋延步驟、鍛造步驟、擠壓步驟或沖壓步驟。

依據本發明之又另一實施例，前述冷加工步驟之裁減率係大於0%且小於或等於15.0%。

依據本發明之再另一實施例，前述冷加工步驟之裁減率為2.5%至15.0%。

依據本發明之更另一實施例，前述研磨步驟之研磨料損小於4.2%。

依據本發明之更另一實施例，於進行前述之表面處理製程後，此方法更包含進行固溶熱處理製程、進行噴砂製程與進行酸洗製程等步驟。

應用本發明沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法，所製得之沃斯田鐵系合金鋼材實質上不具有表面缺陷，且此表面處理方法具有較高之成材率，更大幅降低研磨步驟 之料損。其次，此方法亦可抑制鋼材之邊裂缺陷，而具有較佳之表面品質。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供沃斯田鐵系合金鋼材之步驟

120‧‧‧表面處理製程

121‧‧‧進行冷加工步驟，以形成加工鋼材之步驟

123‧‧‧進行研磨步驟之步驟

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1A〕係顯示依照本發明之一實施例之沃斯田鐵系合金鋼材之邊裂缺陷之光學顯微鏡圖。

〔圖1B〕係顯示依照本發明之一實施例之沃斯田鐵系合金鋼材之邊裂缺陷之局部放大的光學顯微鏡圖。

〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施例之沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法之流程圖。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

本發明所稱之「邊裂缺陷」係指因鋼材之形變過大(例如裁減量過大)，而造成鋼材邊緣產生裂紋，進而須進一步裁切，因此降低鋼材品質及其應用價值。請參照圖1A及圖1B，其分別係顯示依照本發明之一實施例之沃斯田 鐵系合金鋼材之邊裂缺陷之光學顯微鏡圖，以及邊裂缺陷之局部放大的光學顯微鏡圖。根據圖1A及圖1B可知，當鋼材具有邊裂缺陷時，鋼材須進一步裁切，以滿足應用需求，但其料損將大幅增加。

其次，本發明所稱之「表面缺陷之分佈範圍」係指表面缺陷於鋼材表面之分佈面積，且「表面缺陷之分佈深度」係指由鋼材表面起算，表面缺陷之深度。

請參照圖2，其係繪示依照本發明之一實施例之沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法之流程圖。方法100係先提供沃斯田鐵系合金鋼材，如步驟110所示。其中，此沃斯田鐵系合金鋼材之表面包含至少一表面缺陷。在一實施例中，此沃斯田鐵系合金鋼材不包含邊裂缺陷。

在一具體例中，本發明之沃斯田鐵系合金鋼材可包含但不限於熱軋鋼捲、熱軋鋼板、其他適當之沃斯田鐵系合金鋼材或上述鋼材之任意組合。

此沃斯田鐵系合金鋼材主要包含面心立方(Face Center Cubic；FCC)的沃斯田鐵相結構。且此沃斯田鐵系合金鋼材之材料可包含但不限於Alloy 800H、Alloy A-286、Alloy 625或Alloy 718等之鎳基合金，309不鏽鋼或310不鏽鋼等之沃斯田鐵系不鏽鋼，Alloy 400或Alloy 500K等之鎳銅合金，其他適當之材料或上述材料之任意混合。

基於前述沃斯田鐵系合金鋼材之總重量為100重量百分比，此沃斯田鐵系合金鋼材包含7重量百分比至75 重量百分比之鎳及15重量百分比至35重量百分比之鉻，且其餘為鐵。

在一實施例中，基於沃斯田鐵系合金鋼材之總重量為100重量百分比，此沃斯田鐵系合金鋼材更包含0重量百分比至0.2重量百分比之碳、0重量百分比至6.0重量百分比之鈦、0重量百分比至16.0重量百分比之鋁、0重量百分比至12.0重量百分比之鉬、0重量百分比至12.0重量百分比之鎢、0重量百分比至20.0重量百分比之鈷、0重量百分比至5.0重量百分比之鈮及0重量百分比至12.0重量百分比之鉭。

進行步驟110後，對前述之沃斯田鐵系合金鋼材進行表面處理製程120。其中，表面處理製程120包含冷加工步驟和研磨步驟。

首先，對前述之沃斯田鐵系合金鋼材進行冷加工步驟，以形成加工鋼材，如步驟121所示。冷加工步驟可包含但不限於軋延步驟、鍛造步驟、擠壓步驟、沖壓步驟、其他適當之加工步驟或上述步驟之任意組合。

當進行冷加工步驟時，所施加之應力可使鋼材受力變形，且鋼材表面之表面缺陷會受力產生加工硬化之現象，而降低表面缺陷之機械性質(如硬度下降，且變的較脆裂)，進而使得表面缺陷之組織較為鬆散。其中，由於表面缺陷之組織變的較鬆散，加以鋼材受力變形之影響，當鋼材變形時，表面缺陷之組織亦會連帶產生「移動」。舉例而言，當冷加工步驟係軋延步驟時，受到軋延應力之影響，鋼材之 表層部分會往軋延方向拉長變形，而使鋼材之厚度變薄。其次，所施加之軋延力可破壞並拉長表面缺陷之組織，進而帶動表面缺陷之組織的表層部分「移動」，因此增加表面缺陷之分佈範圍，並降低表面缺陷之分佈深度。換言之，當對沃斯田鐵系合金鋼材進行冷加工步驟時，表面缺陷之分佈範圍可變廣，但分佈深度變淺。

在一實施例中，冷加工步驟之裁減率係大於0%且小於或等於15.0%，且較佳為2.5%至15.0%。前述之裁減率(△h/h₀)係指裁減厚度(△h)與入料鋼材厚度(h₀)之百分比，其中裁減厚度(△h)為入料鋼材厚度(h₀)與出料鋼材厚度(h₁)之差值。據此，本發明所稱之裁減率可以下式(I)表示：

若冷加工步驟之裁減率大於15.0%時，過大之裁減率會使得鋼材過度變形，而使得鋼材邊緣易產生裂紋，進而產生邊裂缺陷。

此外，藉由前述之冷加工步驟所施加之加工應力，原始形狀不佳或表面具有邊波等外型缺陷之沃斯田鐵系合金鋼材亦可被消除，而提升後續所製得沃斯田鐵系合金鋼材之品質。

進行前述之冷加工步驟後，對步驟121所製得之加工鋼材的表面進行研磨步驟，如步驟123所示，以完整去除前述之至少一表面缺陷。其中，藉由前述之冷加工步驟，表面缺陷之結構變的較脆裂，故研磨步驟可輕易去除表 驟，表面缺陷之結構變的較脆裂，故研磨步驟可輕易去除表面缺陷。其次，前述之冷加工步驟亦可降低表面缺陷之分佈深度(亦即表面缺陷之分佈較靠近鋼材表面)，故本發明之研磨步驟僅須移除較少之鋼材，即可完全去除表面缺陷。據此，研磨步驟之料損可大幅降低。在一實施例中，研磨步驟之研磨料損係小於4.2%。

在一實施例中，當進行前述之研磨步驟後，本發明之方法可進一步包含對所製得之沃斯田鐵系合金鋼材進行固溶熱處理製程、噴砂製程及酸洗製程等加工製程，而可進一步提升沃斯田鐵系合金鋼材之表面品質，進而滿足各種應用需求。

在一應用例中，利用本發明之方法處理後之沃斯田鐵系合金鋼材，其不具有表面缺陷與邊裂缺陷。其次，藉由本發明之方法，沃斯田鐵系合金鋼材中之表面缺陷的分佈深度變的較淺，且表面缺陷之組織較鬆散且脆裂，故所製得之沃斯田鐵系合金鋼材可具有較高之成材率。

在另一應用例中，本發明之表面處理方法亦可適用於氧化程度較少，延展性佳，且冷加工時不易脆裂之鋼材，而可去除其表面缺陷，同時抑制邊裂缺陷之發生。

以下利用實施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

首先，提供一沃斯田鐵系合金鋼板，且其厚度為6.15公釐(mm)。然後，對此鋼板進行軋延步驟，以形成厚度為6mm之加工鋼材(亦即裁減率為2.5%)。接著，以每道次研磨0.05mm之條件進行研磨步驟。經研磨4道次後，即可完全去除鋼板之表面缺陷。以目視之方式觀察之，所製得鋼板之邊緣不具有邊裂缺陷。

之後，對所製得之鋼板依序進行固溶熱製程、噴砂製程及酸洗製程。其中，固溶熱製程之溫度為1125℃，且時間為5分鐘至10分鐘。噴砂製程係利用編號為SAE-110之鋼珠進行，且其粒徑為0.3mm至0.6mm。酸洗製程係利用硝酸與氫氟酸之酸洗液進行，且酸洗液包含濃度為120g/L之硝酸及25g/L之氫氟酸。

實施例2至實施例6及比較例1與比較例2

實施例2至實施例6及比較例1與比較例2分別係使用與實施例1之表面處理方法大致相同之流程步驟，不同之處在於實施例2至實施例6及比較例1與比較例2分別係使用不同厚度之鋼板進行表面處理製程，且實施例2至實施例6及比較例1與比較例2之冷加工步驟具有不同之裁減率。接著，依據表面缺陷之分佈深度進行研磨步驟，以完全去除表面缺陷。相同地，進行表面處理製程後，以目視之方式，觀察所製得鋼板之邊緣是否具有邊裂缺陷，所得之結果及前述之製程條件如第1表所示。其中，「○」代表鋼板邊緣不具有邊裂缺陷，且「×」代表鋼板邊緣具有邊裂缺陷。

比較例3

比較例3之沃斯田鐵系合金鋼板係使用習知之方法處理。首先，提供厚度為6mm之沃斯田鐵系合金鋼板。然後，對鋼板進行退火製程，其中退火製程之條件為於1050℃持溫3分鐘。接著，以每道次研磨0.05mm之條件，對退火後之鋼板進行研磨製程。經研磨5道次後，即可完全去除鋼板之表面缺陷。其次，以目視之方式觀察所製得鋼板之邊緣是否具有邊裂缺陷。所得結果如第1表所示。

根據第1表所載之內容及評價結果可知，本發明之表面處理製程的冷加工步驟可使表面缺陷之組織變的較鬆散，並減少表面缺陷之分佈深度，而可藉由後續之研磨步驟輕易且完整地去除表面缺陷。其中，由於表面缺陷之分佈深度減少之緣故，後續研磨步驟之研磨深度可大幅減少，而降低研磨步驟之研磨料損，進而增加鋼材之成材率，並縮短鋼材之時間成本，因此可提升沃斯田鐵系合金鋼材之生產效益。

其次，當冷加工步驟之裁減率為前述之範圍時，進行表面處理製程後之沃斯田鐵系合金鋼材不具有邊裂缺陷，而具有更佳之表面品質。

據此，利用本發明之表面處理方法可完整去除鋼材之表面缺陷，並提升鋼材之成材率。其次，當冷加工步 驟之裁減率為前述之範圍時，本發明之表面處理方法亦可進一步抑制鋼材之邊裂缺陷。

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‧‧‧提供沃斯田鐵系合金鋼材之步驟

120‧‧‧表面處理製程

121‧‧‧進行冷加工步驟，以形成加工鋼材之步驟

123‧‧‧進行研磨步驟之步驟

Claims (6)

1. 一種沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法，包含：提供一沃斯田鐵系合金鋼材，其中該沃斯田鐵系合金鋼材之一表面包含至少一表面缺陷；以及對該沃斯田鐵系合金鋼材進行一表面處理製程，其中該表面處理製程包含：對該沃斯田鐵系合金鋼材進行一冷加工步驟，以形成一加工鋼材，其中該冷加工步驟之一裁減率為12.5%至15.0%；以及對該加工鋼材之該表面進行一研磨步驟，以完全去除該至少一表面缺陷，其中該研磨步驟之一研磨料損小於4.2%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法，其中該沃斯田鐵系合金鋼材包含一熱軋鋼捲或一熱軋鋼板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法，其中基於該沃斯田鐵系合金鋼材之總重量為100重量百分比，該沃斯田鐵系合金鋼材包含7重量百分比至75重量百分比之鎳及15重量百分比至35重量百分比之鉻，且其餘為鐵。
4. 如申請專利範圍第3項所述之沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法，其中基於該沃斯田鐵系合金鋼材之總重量為100重量百分比，該沃斯田鐵系合金鋼材更包含0重量百分比至0.2重量百分比之碳、0重量百分比至6.0重量百分比之鈦、0重量百分比至16.0重量百分比之鋁、0重量百分比至12.0重量百分比之鉬、0重量百分比至12.0重量百分比之鎢、0重量百分比至20.0重量百分比之鈷、0重量百分比至5.0重量百分比之鈮及0重量百分比至12.0重量百分比之鉭。
5. 如申請專利範圍第1項所述之沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法，其中該冷加工步驟包含一軋延步驟、一鍛造步驟、一擠壓步驟或一沖壓步驟。
6. 如申請專利範圍第1項所述之沃斯田鐵系合金鋼材之表面處理方法，於進行該表面處理製程後，更包含：進行一固溶熱處理製程；進行一噴砂製程；以及進行一酸洗製程。