TWI683908B - 沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法。在此方法中，進行連鑄製程，以製備沃斯田鐵系鋼胚。沃斯田鐵系鋼胚包含碳、矽、錳、鉻、鎳、鈦、鋁、銅、硼、鐵、及無法避免的雜質。對沃斯田鐵系鋼胚進行熱軋延步驟。熱軋延步驟包含第一軋延階段與第二軋延階段，第一軋延階段包含數個第一軋延操作。進行熱軋延步驟包含控制軋延爐溫=1260-α *(鈦與鋁含量)-β *碳含量，其中α為約45至約75，β為約200至約300；以及控制每道第一軋延操作之厚度裁減量小於約18%。
Description
本發明是有關於一種鋼鐵板材之製造技術，且特別是有關於一種沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法。
不鏽鋼或鎳基合金一般添加超過8%的鎳元素，藉以在常溫維持面心立方的沃斯田鐵系結構。此外，不鏽鋼或鎳基合金常添加鈦與鋁等元素，來增加不鏽鋼或鎳基合金的高溫機械強度與耐蝕特性。不鏽鋼或鎳基合金可例如為不鏽鋼321與A286、以及鎳基合金800H與825，其中不鏽鋼321與A286、以及鎳基合金800H與825的成分如下表1所列。
在生產上述含鈦與鋁的鎳基合金材料的板材時，用以軋延成板材的扁胚一般需經過電渣重熔(electro slag remelting，ESR)方式熔煉製程先產製圓柱形鑄錠後，再將圓柱形鑄錠鍛造成方形扁胚來進行軋延。然，利用此方式來得到扁胚的成本較高。
近期已發展出利用電弧爐(electric arc furnace，EAF)來煉得鋼液，再進行氬氧脫碳(argon oxygen decarburization，AOD)精煉製程後，直接進行連鑄，而可直接得到軋延生產板材用的扁鋼胚。此技術較具有成本競爭力。
然而，由於鈦與鋁在凝固時擴散較慢，而容易在連鑄胚最後凝固成固體的厚度中心處發生成分集中的偏析現象。如此一來，將造成鑄胚之厚度中心區域的高溫延性下降而成為脆性區，進而於鑄胚進行高溫熱軋時，在鑄胚的厚度中心區域發生開裂現象。
因此，本發明之一目的就是在提供一種沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，其可有效改善沃斯田鐵系鎳
基合金板材之軋延成功率，而可大幅減少軋延剔退所造成的損失。
本發明之另一目的是在提供一種沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，其熱軋延步驟之軋延爐溫較利用電渣重熔製程所製得之沃斯田鐵系鋼胚的軋延爐溫低，且減少熱軋延初期之單道次軋延的厚度裁減率。利用熱軋延初期的多道次軋延所累積的應變量來誘使沃斯田鐵系鋼胚的厚度中心處發生再結晶，進而可緩和沃斯田鐵系鋼胚之中心偏析的程度，避免軋延時鋼胚發生端部開裂現象。
根據本發明之上述目的，提出一種沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法。在此方法中，進行連鑄製程，以製備沃斯田鐵系鋼胚，其中沃斯田鐵系鋼胚包含碳、矽、錳、鉻、鎳、鈦、鋁、銅、硼、鐵、及無法避免的雜質。對沃斯田鐵系鋼胚進行熱軋延步驟，其中熱軋延步驟包含第一軋延階段與第二軋延階段，第一軋延階段包含複數個第一軋延操作。進行熱軋延步驟包含控制軋延爐溫=1260-α *(鈦與鋁含量)-β *碳含量，其中α為約45至約75，β為約200至約300；以及控制每道第一軋延操作之厚度裁減量小於約18%。
依據本發明之一實施例，以沃斯田鐵系鋼胚為100wt%來計，沃斯田鐵系鋼胚包含約0.005wt%至約0.10wt%之碳、不超過約1.0wt%之矽、不超過約1.50wt%之錳、約15.0wt%至約28.0wt%之鉻、約8.0wt%至約45.0wt%之鎳、共約0.2wt%至約2.3wt%之鈦與鋁、不超
過約3.5wt%之銅、不超過約0.015wt%之硼、其餘為鐵及無法避免的雜質。
依據本發明之一實施例，上述之鈦含量為約0.15wt%至約2.3wt%。
依據本發明之一實施例，於進行連鑄製程前，上述之沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法更包含進行電弧爐煉鋼製程以及氬氧脫碳精煉製程，以製得沃斯田鐵系鋼液。
依據本發明之一實施例，上述之沃斯田鐵系鋼胚之厚度為約100mm至約300mm。
依據本發明之一實施例，上述每道第一軋延操作之厚度裁減量為約8%至約16%。
依據本發明之一實施例，上述之第一軋延操作之數量為2或3，且第一軋延階段之總厚度裁減量大於或等於約24%。
依據本發明之一實施例，上述之第二軋延階段包含複數個第二軋延操作，且每道第二軋延操作之厚度裁減量為約25%至約40%。
依據本發明之一實施例，於第一軋延階段與第二軋延階段之間，上述之熱軋延步驟更包含重新加熱處理。
根據本發明之上述目的，另提出一種沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法。在此方法中，進行連鑄製程，以製備沃斯田鐵系鋼胚，其中沃斯田鐵系鋼胚包含碳、矽、錳、鉻、鎳、鈦、鋁、銅、硼、鐵、及無法避免的雜質。對
沃斯田鐵系鋼胚進行熱軋延步驟，其中熱軋延步驟包含第一軋延階段與第二軋延階段，第一軋延階段包含複數個第一軋延操作，每道第一軋延操作之厚度裁減量小於約18%，且熱軋延步驟之軋延爐溫較利用電渣重熔製程所製得之另一沃斯田鐵系鋼胚之軋延爐溫低約3%至約6%。
510‧‧‧操作
520‧‧‧操作
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，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法的流程圖。
以常見之鎳基高溫合金800H為例，鎳基高溫合金800H之連鑄鋼胚一般先經加熱爐以1230℃至1260℃的爐溫加熱後，再以單道次厚度裁減率為約25%至約40%的方式將鋼胚軋延成板材。對於以電渣重熔方式所製作之鍛胚而言，這樣的軋延方式可順利產出板材。然而，利用連鑄方式所形成之鑄胚的中心偏析會使得其有組織鬆散或高溫脆性的性質，如此利用上述軋延方式對此鑄胚進行軋延時，鑄胚會發生開裂現象，而造成軋延失敗，且可能有得料率過低的問題。有鑑於此，本發明在此提出一種沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，其採用低於上述熱軋延製程之軋延爐溫，
且在熱軋延初期採低軋延裁減率，以利用多道次軋延所累積之應變量來誘使鑄胚的厚度中心處發生再結晶，藉此緩和鑄胚中心偏析的程度，進而可有效避免鑄胚在軋延時發生端部開裂的現象。
請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法的流程圖。本實施方式係採連鑄製程來製備沃斯田鐵系鋼胚。在一些實施例中，製造沃斯田鐵系鋼胚時，可進行電弧爐煉鋼製程，以利用電弧爐來煉製合金鋼液。接著，可選擇性地對合金鋼液進行氬氧脫碳精煉製程，以避免合金鋼液發生氧化反應或氮化反應，而可抑制合金鋼液中之氧化物或氮化物的含量，而製得沃斯田鐵系鋼液。製得沃斯田鐵系鋼液後，可進行操作510，以進行連鑄製程，而利用連鑄系統將沃斯田鐵系鋼液鑄造成沃斯田鐵系鋼胚。在一些示範例子中，所製得之沃斯田鐵系鋼胚之厚度為約100mm至約300mm。
在一些例子中，沃斯田鐵系鋼胚包含碳、矽、錳、鉻、鎳、鈦、鋁、銅、硼、鐵、及無法避免的雜質。在一些示範例子中，以沃斯田鐵系鋼胚之總重量為100wt%來計，沃斯田鐵系鋼胚包含約0.005wt%至約0.10wt%之碳、不超過約1.0wt%之矽、不超過約1.50wt%之錳、約15.0wt%至約28.0wt%之鉻、約8.0wt%至約45.0wt%之鎳、共約0.2wt%至約2.3wt%之鈦與鋁、不超過約3.5wt%之銅、不超過約0.015wt%之硼、其餘為鐵及無法避免的雜質。在共約0.2wt%至約2.3wt%之鈦與鋁中，鈦含量可例如
為約0.15%至約0.23wt%，亦即當鈦含量為約0.23wt%時，沃斯田鐵系鋼胚中沒含有鋁成分。在本實施方式中，依據應用需求，沃斯田鐵系鋼胚之各組成的含量可於範圍內隨意調整，以製得滿足需求之沃斯田鐵系高鎳合金鋼胚。
完成沃斯田鐵系鋼胚的製備後，可進行操作520，以對沃斯田鐵系鋼胚進行熱軋延步驟，而將沃斯田鐵系鋼胚熱軋成具有所需厚度之沃斯田鐵系鎳基合金板材。對沃斯田鐵系鋼胚進行熱軋延時，先將沃斯田鐵系鋼胚置於加熱爐中加熱，再對加熱後之沃斯田鐵系鋼胚進行軋延。在一些實施例中，沃斯田鐵系鋼胚之出爐溫度的範圍與沃斯田鐵系鋼胚中的鈦和鋁的總含量有關。與習知電渣重熔製程所產出之無中心偏析的均勻鋼胚相較，一些實施例之沃斯田鐵系鋼胚的合適軋延爐溫需降低，例如這些實施例之沃斯田鐵系鋼胚軋延爐溫較利用電渣重熔製程所製得之沃斯田鐵系鋼胚的軋延爐溫降低約3%至約6%。在一些例子中，對沃斯田鐵系鋼胚進行熱軋延時，可控制軋延爐溫的溫度，而使軋延爐溫=1260-α *(鈦與鋁含量)-β *碳含量，其中α為45至75，β為200至300。
沃斯田鐵系鋼胚從加熱爐出爐後，即可對沃斯田鐵系鋼胚進行熱軋延步驟。在本實施方式中，熱軋延步驟可包含第一軋延階段與第二軋延階段，其中第一軋延階段可稱為初始軋延階段，第二軋延階段係在第一軋延階段後進行且可稱為接續軋延階段。第一軋延階段可包含數個第一軋延操作，例如2道、3道、或3道以上第一軋延操作。對沃斯田
鐵系鋼胚進行熱軋延步驟時，除了採用較習知電渣重熔製程所製得之沃斯田鐵系鋼胚的軋延爐溫低的軋延爐溫外，可將初始軋延階段中每一道第一軋延操作的厚度裁減量控制在小於約18%。每道次的厚度裁減率=(該道次入料厚度-該道次的出料厚度)/該道次入料厚度。在一些示範例子中，每一道第一軋延操作的厚度裁減量為約8%至約16%。初始軋延階段中的這些第一軋延操作的厚度裁減量可彼此相同、或可彼此均不相同、或者可部分道次相同而其他道次不同。在一些例子中，第一軋延階段之總厚度裁減量可大於或等於約24%。
熱軋延步驟之第二軋延階段可包含多道第二軋延操作。熱軋延步驟可例如包含12道次的軋延操作，即熱軋延步驟之第一軋延階段與第二軋延階段的總軋延操作可為12道。在一些例子中，每一道第二軋延操作之厚度裁減量可為約25%至約40%。舉例而言，每一道第二軋延操作之厚度裁減量可為約25%至約35%。
由於在熱軋延步驟之第一軋延階段的第一軋延操作所累積之軋延厚度總裁減量已可驅使鋼胚之厚度中心的偏析處發生再結晶，而可使鋼胚材質的延性增加，不易開裂。因此，後續第二軋延階段中的每道第二軋延操作可增加單道次的厚度裁減量，例如增加為約25%至約34%的厚度裁減量，以避免熱軋延步驟中之軋延道次過多造成鋼胚溫降而使得軋延阻抗增加。
在一些例子中，若因沃斯田鐵系鋼胚之軋延爐溫較低、或沃斯田鐵系鎳基合金板材之目標板厚較薄，而使得後續之第二軋延操作的厚度裁減率雖已提高而仍不足以維持軋延需求的胚溫來將沃斯田鐵系鋼胚軋延至目標厚度時，可於第一軋延階段完成後，再將沃斯田鐵系鋼胚送回加熱爐來進行重新加熱處理，而後再對重新加熱後之沃斯田鐵系鋼胚進行第二軋延階段的第二軋延操作。
以下利用多個比較例與實施例，來更具體說明利用本實施方式的技術內容與功效。這些比較例與實施例係以厚度200mm之鎳基合金800H連鑄胚來生產板材為例，且熱軋延步驟之軋延操作的總道次為12道，軋延之目標厚度為約4mm至約6mm。實施例與比較例之鋼胚的熱軋延參數與結果如下表2所列示。
比較實施例1與2後可知，於熱軋延步驟的初始階段，即上述實施方式的第一軋延階段，較低的爐溫可搭配略高的單道次厚度裁減率。當初始軋延階段的總軋延厚度裁減率(即上表2的第1~3道軋延裁減率)大於或等於30%後，此時鋼胚的厚度中心已發生再結晶，故後續軋延階段可恢復一般單道次25%~35%的厚度裁減率來進行軋延，而可將鎳基合金800H鋼胚成功完軋成鎳基合金800H板材。
在實施例3中，因軋延爐溫較低，後續軋延操作之厚度裁減率的提高可能仍不足以維持軋延需求的胚溫來軋延至目標厚度，因此讓鋼胚再回加熱爐加熱後再進行軋延。實施例3之鋼胚再回加熱爐加熱的爐溫為約1200℃。
比較例1之軋延爐溫高，以低厚度裁減率進行軋延仍然可能發生開裂的情況。比較例2之軋延爐溫較低，但比較例2之初始軋延的厚度裁減率超過20%，因而發生端部開裂且鋼胚翹曲，進而無法繼續軋延的情況。比較例3係在軋延爐溫降至1150℃以下軋延連鑄胚，這樣雖可避免鋼胚產生高溫脆性現象，但容易因高溫合金的軋延阻抗較高，而
增加軋延設備的負擔，進而增加軋延設備損傷的風險，甚至發生軋延設備跳機而無法將鋼胚軋至預期的厚度。
由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法之熱軋延步驟之軋延爐溫較利用電渣重熔製程所製得之沃斯田鐵系鋼胚的軋延爐溫低，且減少熱軋延初期之單道次軋延的厚度裁減率。利用熱軋延初期的多道次軋延所累積的應變量來誘使沃斯田鐵系鋼胚的厚度中心處發生再結晶，進而可緩和沃斯田鐵系鋼胚之中心偏析的程度，避免軋延時鋼胚發生端部開裂現象。
由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法可有效改善沃斯田鐵系鎳基合金板材之軋延成功率，而可大幅減少軋延剔退所造成的損失。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此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，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。
510‧‧‧操作
520‧‧‧操作
Claims (9)
- 一種沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，包含：進行一連鑄製程，以製備一沃斯田鐵系鋼胚，其中該沃斯田鐵系鋼胚未經一電渣重熔製程，且以該沃斯田鐵系鋼胚為100wt%來計，該沃斯田鐵系鋼胚包含0.005wt%至0.10wt%之碳、不超過1.0wt%之矽、不超過1.50wt%之錳、15.0wt%至28.0wt%之鉻、8.0wt%至45.0wt%之鎳、共0.2wt%至2.3wt%之鈦與鋁、不超過3.5wt%之銅、不超過0.015wt%之硼、其餘為鐵及無法避免的雜質；以及對該沃斯田鐵系鋼胚進行一熱軋延步驟，其中該熱軋延步驟包含一第一軋延階段與一第二軋延階段，該第一軋延階段包含複數個第一軋延操作，進行該熱軋延步驟包含：控制一軋延爐溫=1260-α*(鈦與鋁含量)-β*碳含量，其中α為45至75，β為200至300；以及控制每一該些第一軋延操作之一厚度裁減量小於18%，藉以降低該沃斯田鐵系鋼胚之中心偏析的程度、以及避免該沃斯田鐵系鋼胚在該熱軋延步驟時發生端部開裂。
- 如申請專利範圍第1項之沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，其中鈦含量為0.15wt%至2.3wt%。
- 如申請專利範圍第1項之沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，於進行該連鑄製程前，更包含進行一電弧爐煉鋼製程以及一氬氧脫碳精煉製程，以製得一沃斯田鐵系鋼液。
- 如申請專利範圍第1項之沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，其中該沃斯田鐵系鋼胚之厚度為100mm至300mm。
- 如申請專利範圍第1項之沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，其中每一該些第一軋延操作之該厚度裁減量為8%至16%。
- 如申請專利範圍第1項之沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，其中該些第一軋延操作之數量為2或3，且該第一軋延階段之總厚度裁減量大於或等於24%。
- 如申請專利範圍第6項之沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，其中該第二軋延階段包含複數個第二軋延操作，且每一該些第二軋延操作之一厚度裁減量為25%至40%。
- 如申請專利範圍第1項之沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，其中於該第一軋延階段與該第二軋延階段之間，該熱軋延步驟更包含一重新加熱處理。
- 一種沃斯田鐵系鎳基合金板材之製造方法，包含：進行一連鑄製程，以製備一沃斯田鐵系鋼胚，其中該沃斯田鐵系鋼胚未經一電渣重熔製程，且以該沃斯田鐵系鋼胚為100wt%來計，該沃斯田鐵系鋼胚包含0.005wt%至0.10wt%之碳、不超過1.0wt%之矽、不超過1.50wt%之錳、15.0wt%至28.0wt%之鉻、8.0wt%至45.0wt%之鎳、共0.2wt%至2.3wt%之鈦與鋁、不超過3.5wt%之銅、不超過0.015wt%之硼、其餘為鐵及無法避免的雜質；以及對該沃斯田鐵系鋼胚進行一熱軋延步驟，其中該熱軋延步驟包含一第一軋延階段與一第二軋延階段，該第一軋延階段包含複數個第一軋延操作，每一該些第一軋延操作之一厚度裁減量小於18%，且該熱軋延步驟之一軋延爐溫較利用該電渣重熔製程所製得之另一沃斯田鐵系鋼胚之一軋延爐溫低3%至6%，藉以降低該沃斯田鐵系鋼胚之中心偏析的程度、以及避免該沃斯田鐵系鋼胚在該熱軋延步驟時發生端部開裂。
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