TWI635189B - 鋼材之製造方法及其應用 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種鋼材之製造方法及其應用。此方法係先提供合金鋼液，並對合金鋼液進行成型製程、軋延製程、退火製程、第一冷卻製程、第二冷卻製程及過時效製程，以製得鋼材。於此鋼材中，肥粒鐵相與麻田散鐵相之總含量係不大於20%，且其餘為變韌鐵相。所製得之鋼材具有較佳之抗拉強度、降伏強度、延伸率及擴孔率。

Description

鋼材之製造方法及其應用

本發明係有關一種鋼材之製造方法，特別是提供一種可提升鋼材之機械形質的製造方法。

一般為了提升汽車安全性，汽車用鋼係朝向高強度、高加工硬化率與低降伏強度發展，以同時滿足後續成型時之要求及碰撞吸收能力之要求。為了符合前述之需求，一般汽車用鋼係採用含有肥粒鐵相與麻田散鐵相之雙相鋼。然而，隨著地球能源與資源之逐漸匱乏，汽車減重亦躍升為重要之發展趨勢。

因此，為了有效提升汽車安全性，並符合前述之發展趨勢，汽車用鋼須兼具超高強度、高擴孔率與高降伏強度。惟，當前述雙相鋼之強度提升至980MPa以上，並進行擴孔時，硬度較低之肥粒鐵相與硬度較高之麻田散鐵相間之界面易因受力而裂損，而具有較差之擴孔性。此外，前述雙相鋼之降伏強度過低，而易使肥粒鐵相內形成較多之自由差排，進而降低鋼材之鋼性。據此，高強度之雙相鋼僅能進行簡單之彎折處理，而無法進行較嚴苛之冷加工成型。

有鑑於此，亟須提供一種鋼材之製造方法及其應用，以改進習知鋼材之製造方法及其應用的缺陷。

因此，本發明之一態樣是在提供一種鋼材之製造方法，其係藉由具有特定組成之合金鋼液形成鋼胚，並利用特定之處理製程加工鋼胚，以製得同時具有高抗拉強度、高降伏強度、高延伸率與高擴孔率之鋼材。

本發明之另一態樣是在提供一種汽車用鋼，其係利用前述之方法製造。

根據本發明之一態樣，提出一種鋼材之製造方法。此方法係先提供合金鋼液，並對合金鋼液進行成型製程，以形成鋼胚。此合金鋼液包含0.1重量百分比至0.2重量百分比之碳，0.5重量百分比至1.5重量百分比之矽，1.5重量百分比至2.5重量百分比之錳，0.3重量百分比至0.7重量百分比之鉻，0.1重量百分比至0.2重量百分比之鉬，且其餘為鐵。然後，加熱鋼胚，並對鋼胚進行軋延製程，以形成軋延鋼板。其中，鋼胚係加熱至1150℃至1300℃。接著，對軋延鋼板進行退火製程，以形成退火鋼板。其中，退火製程之溫度不小於840℃。

進行退火製程後，對退火鋼板進行第一冷卻製程及第二冷卻製程，以形成第二冷卻鋼板。第一冷卻製程係冷卻至550℃至750℃，且第一冷卻製程之冷卻速率為5℃/秒至20℃/秒。第二冷卻製程係冷卻至350℃至500℃，且第 二冷卻製程之冷卻速率為20℃/秒至100℃/秒。然後，對第二冷卻鋼板進行過時效製程，以製得鋼材。過時效製程之溫度為200℃至400℃。於所製得之鋼材中，肥粒鐵相與麻田散鐵相之總含量係不大於20%，且其餘為變韌鐵相。

依據本發明之一實施例，前述之合金鋼液更包含不大於0.02重量百分比之磷，以及不大於0.015重量百分比之硫。

依據本發明之另一實施例，前述軋延製程之完軋溫度為880℃至950℃，且軋延鋼板盤捲溫度為500℃至700℃。

依據本發明之又一實施例，於進行軋延製程後，此製造方法更包含對軋延後之鋼胚進行酸洗製程，以形成酸洗鋼胚。然後，對酸洗鋼胚進行冷軋製程，以形成軋延鋼板，其中冷軋製程之冷軋率不小於50%。

依據本發明之又另一實施例，前述之退火製程為單一相退火製程，且退火鋼板之組織為沃斯田鐵相。

依據本發明之再另一實施例，前述過時效製程之進行時間為2分鐘至25分鐘。

依據本發明之更另一實施例，前述肥粒鐵相與該麻田散鐵相之含量比值為1至1.5。

根據本發明之另一態樣，提出一種汽車用鋼。此汽車用鋼係利用前述之方法所製造。於此汽車用鋼中，肥粒鐵相與麻田散鐵相之總含量係不大於20%，且其餘為變韌鐵相。

依據本發明之一實施例，前述汽車用鋼之抗拉強度不小於980MPa、降伏強度不小於750MPa、延伸率不小於10%，且擴孔率不小於50%。

應用本發明鋼材之製造方法及其應用，其利用合金鋼液之特定組成與後續加工處理之特定製程及其參數，使所製得鋼材之主要組織為變韌鐵相，且特定總含量之肥粒鐵相與麻田散鐵相係摻雜於變韌鐵相中，而可提升所製得鋼材之機械性質，進而使鋼材兼具高強度與高擴孔性，並可滿足應用之需求。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供合金鋼液之步驟

120‧‧‧進行成型製程之步驟

130‧‧‧進行軋延製程之步驟

140‧‧‧進行退火製程之步驟

150‧‧‧進行第一冷卻製程之步驟

160‧‧‧進行第二冷卻製程之步驟

170‧‧‧進行過時效製程之步驟

180‧‧‧製得鋼材之步驟

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1〕係繪示依照本發明之一實施例之冷軋延方法的流程圖。

〔圖2A〕係顯示依照本發明之實施例1所製得之鋼材的金相組織圖。

〔圖2B〕係顯示依照本發明之比較例3所製得之鋼材的金相組織圖。

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。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施例之鋼材之製造方法的流程圖。方法100係先提供合金鋼液，並對此合金鋼液進行成型製程，以形成鋼胚，如步驟110及步驟120所示。此合金鋼液包含0.1重量百分比至0.2重量百分比之碳、0.5重量百分比至1.5重量百分比之矽、1.5重量百分比至2.5重量百分比之錳、0.3重量百分比至0.7重量百分比之鉻、0.1重量百分比至0.2重量百分比之鉬，且其餘為鐵。若合金鋼液中之碳、矽、錳、鉻與鉬之含量不為前述之範圍時，當合金鋼液所製得之鋼胚於進行後續之冷卻製程時，鋼胚中之沃斯田鐵相易轉變為肥粒鐵相，而增加所製得鋼材之肥粒鐵相與變韌鐵相的總含量，進而降低所製得鋼材之機械性質。

在一實施例中，合金鋼液可選擇性地包含不大於0.02重量百分比之磷，以及不大於0.015重量百分比之硫。若合金鋼液中之磷含量及/或硫含量不為前述之範圍時，所製得鋼材之擴孔率會降低，且銲接性質均較差，而無法滿足後續應用之需求。在另一實施例中，合金鋼液亦可包含其他氮、鋁及/或其他雜質元素。舉例而言，氮之含量可不大於0.004重量百分比，且鋁之含量可不大於0.06重量百分比。

前述之成型製程可利用造塊方法、澆鑄方法、連鑄方法、其他適當之成型方法或上述方法之任意組合進行，以使合金鋼液凝固成型為鋼胚。

然後，對所製得之鋼胚進行軋延製程，以形成軋延鋼板，如步驟130所示。當進行軋延製程時，鋼胚係先加熱至1150℃至1300℃，以使鋼胚中之組織轉變為沃斯田鐵相，並進一步進行熱軋延，以裁減鋼胚尺寸。在一實施例中，鋼胚係先置於溫度為1150℃至1300℃之加熱爐中，待經過2小時至4小時，以確保鋼胚之組織轉變為沃斯田鐵相，而可利用軋延輥輪對鋼胚進行熱軋延。若鋼胚未加熱至1150℃至1300℃時，鋼胚中之組織不易轉變為沃斯田鐵相(亦即鋼胚中沃斯田鐵相之含量過少)，而降低後續所製得鋼材之機械性質，進而無法滿足應用需求。在一實施例中，軋延鋼板之完軋溫度可為880℃至950℃，且盤捲溫度為500℃至700℃。

在一實施例中，進行軋延製程後，步驟130所製得之軋延鋼板可進一步進行酸洗製程與冷軋製程，以使所製得之軋延鋼板可更滿足於應用之尺寸需求。當進行酸洗製程時，步驟120所製得之軋延鋼板係利用酸液去除軋延鋼板之表面缺陷，以形成酸洗鋼板，並提升軋延鋼板之表面品質。接著，依據應用之尺寸要求，酸洗鋼板可進一步進行冷軋製程，以裁減其尺寸，其中冷軋製程之冷軋率係不小於50%，以避免冷軋製程耗時過久，而使軋延鋼板溫度降低， 並改變所製得軋延鋼板中之組織，進而無法使軋延鋼板之組織維持為沃斯田鐵相。

於步驟130後，對軋延鋼板進行退火製程，以形成退火鋼板，如步驟140所示。其中，退火製程之溫度不小於840℃。在一實施例中，退火製程之時間可為90秒至10分鐘。在一實施例中，退火製程為單一相退火製程。在此實施例中，退火製程所製得退火鋼板之組織為沃斯田鐵相。換言之，當本發明之退火製程進行時，鋼板之組織不產生轉變，因此可於退火製程之期間持續維持為沃斯田鐵相。據此，於進行退火製程後，本發明之鋼板的組織仍保持為沃斯田鐵相。倘若退火製程之溫度小於840℃時，退火鋼板之部分組織會轉變為肥粒鐵相，而降低後續所製得鋼材之機械性質，進而無法滿足應用之需求。

然後，對前述之退火鋼板進行第一冷卻製程，以形成第一冷卻鋼板，如步驟150所示。第一冷卻製程係將退火鋼板冷卻至550℃至750℃，其中第一冷卻製程之冷卻速率為5℃/秒至20℃/秒。當進行第一冷卻製程時，退火鋼板之部分組織係由沃斯田鐵相逐漸轉變為變韌鐵相與肥粒鐵相，其中第一冷卻鋼板之主要組織為沃斯田鐵相，部分之沃斯田鐵相轉變為變韌鐵相與肥粒鐵相，且肥粒鐵相之含量係不大於20%。若第一冷卻製程之冷卻速率小於5℃/秒時，過慢之冷卻速率會使得退火鋼板之大部分組織由沃斯田鐵相轉變為肥粒鐵相，而增加肥粒鐵相之含量，進而降低所製得鋼材之機械性質(例如，剛性、擴孔率與降伏強度等)。若 第一冷卻製程之冷卻速率大於20℃/秒時，過快之冷卻速率使得退火鋼板之組織無法有效轉變為肥粒鐵相，而使所製得第一冷卻鋼板之組織不具有肥粒鐵相，進而降低所製得鋼材之機械性質。

進行步驟150後，對第一冷卻鋼板進行第二冷卻製程，以形成第二冷卻鋼板，如步驟160所示。第二冷卻製程係將第一冷卻鋼板冷卻至350℃至500℃，其中第二冷卻製程之冷卻速率為20℃/秒至100℃/秒。當第二冷卻製程進行時，第一冷卻鋼板中剩餘之沃斯田鐵相係轉變為變韌鐵相，且第一冷卻鋼板中部分之組織相轉變為麻田散鐵相，而使所製得第二冷卻鋼板之主要組織為變韌鐵相，且肥粒鐵相與麻田散鐵相之總含量不大於20%。若第二冷卻製程之冷卻速率小於20℃/秒時，過慢之冷卻速率會增加第二冷卻鋼板中麻田散鐵相之含量，而使得麻田散鐵相與肥粒鐵相之總含量大於20%，進而降低所製得鋼材之機械性質。若第二冷卻製程之冷卻速率大於100℃/秒時，所製得之鋼材不具有麻田散鐵相，而降低鋼材之機械性質。

接著，對第二冷卻鋼板進行過時效製程，如步驟170所示。待冷卻至室溫後，即可製得本發明之鋼材，如步驟180所示。其中，過時效製程之溫度可為200℃至400℃。在一實施例中，過時效製程之進行時間為2分鐘至25分鐘。當進行過時效製程時，鋼材中之組織趨於穩定，且鋼材製造過程所產生之內應力可有效被消除，而可提升鋼材之機械性質。若過時效製程之溫度小於200℃時，過低之溫度須 配合較長之過時效時間，而增加鋼材之製造成本。若過時效製程之溫度大於400℃時，過高之溫度雖可有效消除鋼材之內應力，惟鋼材中麻田散鐵相之含量增加，而使鋼材中肥粒鐵相與麻田散鐵相之總含量大於20%，因此降低所製得鋼材之機械性質。

在一實施例中，所製得鋼材中之肥粒鐵相與麻田散鐵相的含量比值為1至1.5。在一例子中，若肥粒鐵相與麻田散鐵相的含量比值小於1時，由於麻田散鐵相之硬度較高，而可增加所製得鋼材之剛性，惟其擴孔率及降伏強度相對較差，而無法滿足衝孔之需求。反之，若肥粒鐵相與麻田散鐵相的含量比值大於1.5時，由於肥粒鐵相之硬度較低，故所製得鋼材之剛性較差，且擴孔率與降伏強度亦難以滿足應用需求。舉例而言，基於肥粒鐵相與麻田散鐵相之總含量為100%，肥粒鐵相之含量可為50%至60%，且麻田散鐵相之含量可為40%至50%。

於本發明所製得之鋼材中，主要組織相為變韌鐵相，且肥粒鐵相與麻田散鐵相為次要組織相，其中肥粒鐵相與麻田散鐵相之總含量不大於20%。

在一具體例中，前述本發明之製造方法可製得汽車用鋼。其中，此汽車用鋼中之肥粒鐵相與麻田散鐵相之總含量不大於20%，且其餘為變韌鐵相。此汽車用鋼之抗拉強度不小於980MPa，降伏強度不小於750MPa，延伸率不小於10%，且擴孔率不小於50%。

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。

鋼材之製備

以下係根據第1表製備實施例1至實施例3及比較例1至比較例3之鋼材。

實施例1

首先，提供實施例1之合金鋼液，並對此合金鋼液進行成型製程，以形成鋼胚。其中，合金鋼液包含0.11重量百分比之碳、0.53重量百分比之矽、1.9重量百分比之錳、0.5重量百分比之鉻、0.16重量百分比之鉬、0.014重量百分比之磷、0.003重量百分比之硫、0.004重量百分比之氮及0.042重量百分比之鋁，且其餘為鐵。接著，將所形成之鋼胚加熱至1150℃至1300℃，並對其進行軋延製程，以形成軋延鋼板。然後，以不小於840℃之溫度對軋延鋼板進行退火製程，以形成退火鋼板。之後，依序對退火鋼板進行第一冷卻製程與第二冷卻製程，以形成冷卻鋼板。其中，第一冷卻製程係以5℃/秒至20℃/秒之冷卻速率，將退火鋼板冷卻至550℃至750℃，且第二冷卻製程係以20℃/秒至100℃/秒之冷卻速率，將鋼板冷卻至350℃至500℃。接著，以200℃至400℃之溫度對冷卻鋼板進行過時效製程，即可製得實施例1之鋼材。所得鋼材以習知之儀器及方法量測鋼 材之抗拉強度、降伏強度、延伸率與擴孔率，並觀測鋼材之金相組織，其結果分別如第1表所示。

於第1表中，鋼材組織中之「B」代表變韌鐵相，「F」代表肥粒鐵相，且「M」代表麻田散鐵相。於肥粒鐵相與麻田散鐵相之總含量中，「○」代表肥粒鐵相與麻田散鐵相之總含量不大於20%，且「×」代表肥粒鐵相與麻田散鐵相之總含量大於20%。

實施例2與實施例3及比較例1至比較例3

實施例2與實施例3及比較例1與比較例2係使用與實施例1之鋼材的製造方法相同之製備方法，不同之處在於實施例2與實施例3及比較例1與比較例2係改變合金鋼 液中之組成，其組成及評價結果分別如第1表所示。其次，比較例3係直接以習知常用之雙相鋼進行評價，其組成及評價結果分別如第1表所示。

請參照圖2A及圖2B，其中圖2A及圖2B分別係顯示依照本發明之實施例1與比較例3之鋼材的金相組織圖，且圖2A與圖2B中之比例尺規均代表10μm。依照金相組織圖可知，實施例1所製得鋼材之主要組織為變韌鐵相，且少量之肥粒鐵相與麻田散鐵相(兩者之總含量不大於20%)摻雜於變韌鐵相中。

其次，根據第1表之評價結果可知，實施例1至實施例3所製得之鋼材可同時具有良好之抗拉強度、降伏強度、延伸率與擴孔率，而可兼具高強度與擴孔性之應用需求，進而可滿足汽車用鋼之加工條件。

據此，本發明所載鋼材之製造方法係藉由具有特定組成之合金鋼液形成鋼胚，並依序進行特定之製程，以藉由特定之製程參數加工此鋼胚，即可製得兼具高抗拉強度、高降伏強度、高延伸率與高擴孔率之鋼材，而可避免於後續應用之冷加工製程時，所施加之應力造成鋼材裂損，進而可實現同時滿足高強度與高擴孔性之功效。

其次，本發明藉由退火製程與分階段之冷卻製程促使鋼板中之組織主要轉變為變韌鐵相，且特定含量之組織轉變為肥粒鐵相或麻田散鐵相，以製得主要基材為變韌鐵相，且摻雜肥粒鐵相與麻田散鐵相之鋼材。其中，此種金相 組織可有效提升鋼材之機械性質，而可滿足汽車用鋼之應用需求。

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。

Claims (8)

1. 一種鋼材之製造方法，包含：提供一合金鋼液，其中該合金鋼液包含：0.1重量百分比至0.2重量百分比之碳；0.5重量百分比至1.5重量百分比之矽；1.5重量百分比至2.5重量百分比之錳；0.3重量百分比至0.7重量百分比之鉻；0.1重量百分比至0.2重量百分比之鉬；以及其餘為鐵；對該合金鋼液進行一成型製程，以形成一鋼胚；加熱該鋼胚，並對該鋼胚進行一軋延製程，以形成一軋延鋼板，其中該鋼胚係加熱至1150℃至1300℃；對該軋延鋼板進行一退火製程，以形成一退火鋼板，其中該退火製程之一溫度不小於840℃；對該退火鋼板進行一第一冷卻製程，以形成一第一冷卻鋼板，其中該第一冷卻製程係冷卻至550℃至750℃，且該第一冷卻製程之一冷卻速率為5℃/秒至20℃/秒；對該第一冷卻鋼板進行一第二冷卻製程，以形成一第二冷卻鋼板，其中該第二冷卻製程係冷卻至350℃至500℃，且該第二冷卻製程之一冷卻速率為20℃/秒至100℃/秒；以及對該第二冷卻鋼板進行一過時效製程，以製得該鋼材，其中該過時效製程之一溫度為200℃至400℃，且 其中，於該鋼材中，肥粒鐵相與麻田散鐵相之一總含量係不大於20%，且其餘為變韌鐵相，其中該肥粒鐵相與該麻田散鐵相之一含量比值為1至1.5。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鋼材之製造方法，其中該合金鋼液更包含：不大於0.02重量百分比之磷；以及不大於0.015重量百分比之硫。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鋼材之製造方法，其中該軋延製程之一完軋溫度為880℃至950℃，且該軋延鋼板之一盤捲溫度為500℃至700℃。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鋼材之製造方法，進行該軋延製程後，該製造方法更包含：對軋延後之鋼胚進行一酸洗製程，以形成一酸洗鋼胚；以及對該酸洗鋼胚進行一冷軋製程，以形成該軋延鋼板，其中該冷軋製程之一冷軋率不小於50%。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鋼材之製造方法，其中該退火製程為單一相退火製程，且該退火鋼板之一組織為沃斯田鐵相。
6. 如申請專利範圍第1項所述之鋼材之製造方法，其中該過時效製程之一進行時間為2分鐘至25分鐘。
7. 一種汽車用鋼，其係藉由如前述第1至6項中之任一項所述之製造方法所製造，其中，於該汽車用鋼中，肥粒鐵相與麻田散鐵相之一總含量係不大於20%，且其餘為變韌鐵相。
8. 如申請專利範圍第7項所述之汽車用鋼，其中該汽車用鋼之抗拉強度不小於980MPa、降伏強度不小於750MPa、延伸率不小於10%，且擴孔率不小於50%。