TWI684649B - 抗麻田散鐵回火脆性之鋼材及其製造方法 - Google Patents
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本發明有關於一種抗麻田散鐵回火脆性之鋼材及其製造方法，其利用包含特定總和的鈮、鈦及釩之鋼胚，於特定的啟動軋延溫度進行精軋步驟，製得抗麻田散鐵回火脆性之鋼材。此抗麻田散鐵回火脆性之鋼材具有{112}<110>結晶方位的集合組織，可提升鋼材的衝擊吸收能，使鋼材保有優異的低溫衝擊韌性。
Description
本發明係有關於一種鋼材，特別是有關於一種抗麻田散鐵回火脆性之鋼材及其製造方法。
麻田散鐵為一種具有超高強度之顯微結構，但也伴隨著明顯的脆性。因此，常藉由150℃至700℃的回火步驟來改變其機械性質。依照不同的回火溫度，麻田散鐵出現不同的顯微組織及機械性能的變化。當麻田散鐵經過250℃至400℃之回火脆性區域後，麻田散鐵的晶界所析出之片狀碳化物會嚴重破壞鋼材的韌性，導致麻田散鐵回火脆性大幅增加，而急遽降低鋼材之低溫衝擊吸收能，因此降低其低溫衝擊韌性。
有鑑於此，亟需提供一種抗麻田散鐵回火脆性之鋼材及其製造方法，以解決上述問題。
因此，本發明之一態樣是提供一種抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法，其係利用包含特定總和的鈮、鈦及釩之鋼胚，並以特定的啟動軋延溫度進行精軋步驟，而製得具有{112}<110>結晶方位的集合組織之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材。
本發明之另一態樣係在提供一種抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，其係利用上述之製造方法所製得，此抗麻田散鐵回火脆性之鋼材具有良好之衝擊吸收能，而保有優異的低溫衝擊韌性。
根據本發明之上述態樣，提出一種抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法。首先，對鋼胚進行熱軋步驟，以形成熱軋鋼板，其中鋼胚的鈮、鈦及釩之總和為0.01重量%至0.10重量%。接著，對熱軋鋼板進行精軋步驟，以獲得精軋鋼板，其中精軋步驟之啟動軋延溫度為850℃至低於900℃，且完軋溫度為至少Ar3+50℃，且Ar3係根據式(I)計算而得：Ar3=910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni-80Mo+0.35(h-8)......(I)
在式(I)中，C、Mn、Cu、Cr、Ni、及Mo係以重量%計，h係指精軋鋼板的板厚(mm)。然後，對精軋鋼板進行淬火步驟，以獲得抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，其中該淬火步驟係將該精軋鋼板以Ar3+20℃至Ar3+50℃之起冷溫度進行冷
卻處理，且抗麻田散鐵回火脆性之鋼材具有{112}<110>結晶方位的集合組織。
依據本發明一實施例，上述之熱軋步驟之熱軋溫度為1050℃至1200℃。
依據本發明一實施例，上述之冷卻處理係以10℃/s至50℃/s之冷卻速率進行。
依據本發明一實施例，上述之冷卻處理之完冷溫度為至多250℃。
依據本發明一實施例，上述之精軋步驟的一軋延率為50%至70%。
依據本發明一實施例，上述之{112}<110>結晶方位的該集合組織之平均極密度為4.0至6.0。
本發明之又一態樣，提出一種抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，其係利用上述之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法所製得。其中抗麻田散鐵回火脆性之鋼材包含0.10重量%至0.25重量%的碳、不大於0.40重量%的矽、0.7重量%至1.5重量%的錳、不大於0.01重量%的磷、不大於0.005重量%的硫、不大於1.00重量%的鉻、不大於0.50重量%的鉬、0.01重量%至0.10重量%的鈮、鈦及釩之總和、不大於1.00重量%的鎳、0.01重量%至0.05重量%的鋁、不大於0.05重量%的鈣、不大於0.01重量%的氮以及其餘量為鐵及不可避免的雜質。其中抗麻田散鐵回火脆性之鋼材具有{112}<110>結晶方位的集合組織，此{112}<110>結晶方位的該集合組織的一平均極密度為4.0至6.0，且抗麻田散鐵
回火脆性之鋼材在-40℃的L向低溫衝擊吸收能為至少70J及T向低溫衝擊吸收能為至少37J。
應用本發明之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材及其製造方法，其利用包含特定總和的鈮、鈦及釩之鋼胚，於特定的啟動軋延溫度進行精軋步驟，製得具有{112}<110>結晶方位的集合組織的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，可提升鋼材的衝擊吸收能，使鋼材保有優異的低溫衝擊韌性。
100‧‧‧方法
110‧‧‧對鋼胚進行熱軋步驟的步驟
120‧‧‧進行精軋步驟，以獲得精軋鋼板的步驟
130‧‧‧對精軋鋼板進行淬火步驟，以獲得抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的步驟
401/403/405/407/409/411/413/415/417/419/421/423‧‧‧點
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實施例之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法之流程圖。
〔圖2〕係顯示根據本發明之實施例3之經回火的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的顯微組織之SEM照片。
〔圖3〕係顯示根據本發明實施例1之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材之結晶方位織的集合組織之照片。
〔圖4〕係繪示根據本發明之實施例1至4與6至7和比較例1至4與6至7之經回火的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的衝擊吸收能之折線圖。
承上所述，本發明提供一種抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法，其係利用包含特定總和的鈮、鈦及釩
之鋼胚，於特定的啟動軋延溫度，製得具有{112}<110>結晶方位的集合組織之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，可提升鋼材的衝擊吸收能，使鋼材保有優異的低溫衝擊韌性。
請參閱圖1，其係繪示根據本發明一實施例之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法100之流程圖。首先，如方法100之步驟110所示，對鋼胚進行熱軋步驟。在此實施例中，鋼胚的成分包含鈮、鈦及釩，且鈮、鈦及釩的總和為0.01重量%至0.10重量%。倘鈮、鈦及釩的總和低於0.01重量%，則後續獲得的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材將無法形成{112}<110>結晶方位的集合組織，而降低鋼材之低溫衝擊吸收能。倘鈮、鈦及釩的總和高於0.10重量%，則成本過高。在其他實施例中，鋼胚可選擇性地為包含鐵、碳、鎳、銅、鉻、矽、鋯、鈷、鋁、錳、鎢、鉬、鈣、磷、硫、氮、其他類似的元素、不可避免的雜質及上述之任意組合的成分所組成之合金。在一實施例中，可使用習知的熱軋溫度進行熱軋步驟，然而本發明以1050℃至1200℃的熱軋溫度為較佳。
接著，如方法100之步驟120所示，進行精軋步驟，以獲得精軋鋼板。精軋步驟之啟動軋延溫度為850℃至低於900℃，且精軋步驟的完軋溫度為至少Ar3+50℃。倘啟動軋延溫度低於850℃，將因精軋鋼板之散熱速率較快，而導致完軋時的溫度無法符合前述之完軋溫度，進而降低後續製得的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的低溫衝擊吸收能。倘啟動軋延溫度等於或高於900℃，則後續獲得的抗麻田散鐵
回火脆性之鋼材將無法形成{112}<110>結晶方位的集合組織，導致無法增加抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的韌性。
倘完軋溫度低於Ar3+50℃，則將改變精軋鋼板的組織態樣，而無法於後續獲得包含截面具有至少95%的麻田散鐵組織之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材。前述之Ar3係根據下式(I)計算而得：Ar3=910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni-80Mo+0.35(h-8) (I)
在式(I)中，C、Mn、Cu、Cr、Ni、及Mo係以重量%計，而h係指該精軋鋼板的板厚(mm)。
在一實施例中，精軋步驟的軋延率為50%至70%。若軋延率落在前述的範圍值外，則後續所製得的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材無法達到應用時所需機械性質的要求，且無法得到本發明所欲形成之{112}<110>結晶方位的集合組織。
接著，如方法100之步驟130所示，對精軋鋼板進行淬火步驟，以獲得抗麻田散鐵回火脆性之鋼材。淬火步驟是將加熱到一定溫度的精軋鋼板，在水、鹽水或油等中進行冷卻處理，以獲得抗麻田散鐵回火脆性之鋼材。前述之冷卻處理溫度係以Ar3+20℃至Ar3+50℃之起冷溫度開始。倘起冷溫度低於Ar3+20℃，則易於冷卻過程中發生肥粒鐵相變態。倘起冷溫度高於Ar3+50℃，則精軋鋼板的晶粒將生長變粗，使淬火步驟後所得的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的機械性質劣化。
在一實施例中，冷卻處理係以10℃/s至50℃/s之冷卻速率進行。在一實施例中，冷卻處理之完冷溫度為至多250℃。基於所得的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材之截面面積為100%，抗麻田散鐵回火脆性之鋼材之截面具有至少95%的麻田散鐵組織，且其之降伏強度(Yield Strength，YS)為至少1150MPa，然以1164MPa為較佳。抗拉強度(Tensile Strength，TS)為至少1250MPa，然以1309MPa為較佳。伸長率為至少10%，以10.1%為較佳。採用碳化鎢壓頭量測之勃氏硬度(Brinell Hardness，BH)為370HBW至430HBW，然以393HBW為較佳。而抗麻田散鐵回火脆性之鋼材在-40℃的L向(Longitudinal direction)之低溫衝擊吸收能為至少70J，然以73J為較佳。其T向(Transverse direction)之低溫衝擊吸收能為至少37J。
在其他實施例中，可進一步對本發明的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材以250℃至400℃進行回火步驟，以使抗麻田散鐵回火脆性之鋼材具備後續運用所需的機械性能。倘回火溫度低於250℃時，則碳化物易於抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的α相之晶界析出，且原先呈體心正方結構(body-centered tetragonal，BCT)的麻田散鐵之部分，將轉變為體心立方結構(body-centered cubic，BCC)的肥粒鐵。而當回火溫度高於250℃時，習知之鋼材所產生的片狀碳化物，造成鋼材的脆性大幅增加。雖本發明的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材雖亦會析出片狀碳化物，然而，透過{112}<110>結晶方位的集合組織，可大幅提升本發明抗麻
田散鐵回火脆性之鋼材的低溫衝擊韌性。在另外一些實施例中，回火步驟可以習知的之回火時間進行，然本發明以1小時為較佳。
利用上述抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法所獲得之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，其為低合金高強度麻田散鐵鋼材，其具有{112}<110>結晶方位的集合組織，且{112}<110>結晶方位的集合組織之平均極密度為4.0至6.0。此些特定結晶方位之集合組織可在抗麻田散鐵回火脆性之鋼材中產生分層裂紋，使得抗麻田散鐵回火脆性之鋼材在經過250℃至400℃的回火脆性區域後，可藉由分層裂紋偏折片狀碳化物所產生的主裂紋，藉此提升鋼材的衝擊吸收能，使鋼材保有優異的低溫衝擊韌性。而習知技術之鋼材在經過250℃至400℃的回火脆性區域後，麻田散鐵的邊界所析出之片狀碳化物會嚴重破壞鋼材的韌性，且並無特定結晶方位的集合組織可偏折裂紋，導致麻田散鐵回火脆性大幅增加，造成低溫衝擊韌性不佳。
利用上述製造方法製得之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，其包含0.10重量%至0.25重量%的碳、不大於0.40重量%的矽、0.7重量%至1.5重量%的錳、不大於0.01重量%的磷、不大於0.005重量%的硫、不大於1.00重量%的鉻、不大於0.50重量%的鉬、0.01重量%至0.10重量%的鈮、鈦及釩之總和、不大於1.00重量%的鎳、0.01重量%至0.05重量%的鋁、不大於0.05重量%的鈣、不大於0.01重量%的氮以及其餘量為鐵及不可避免的雜質。在此實施例中，抗麻
田散鐵回火脆性之鋼材具有{112}<110>結晶方位的集合組織，此{112}<110>結晶方位的該集合組織的一平均極密度為4.0至6.0，且在-40℃的溫度具有至少70J的L向低溫衝擊吸收能和至少37J的T向低溫衝擊吸收能。
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。
首先，如表1所示，將含有0.01重量%至0.10重量%之鈮、鈦及釩的鋼胚加熱至1050℃至1200℃，以進行熱軋步驟。接著，以850℃至低於900℃啟動溫度開始精軋步驟的軋延，以至少Ar3+50℃的完軋溫度完成軋延。然後，以Ar3+20℃至Ar3+50℃之起冷溫度，10℃/s至50℃/s的冷卻速率，及至多250℃的完冷溫度，進行淬火步驟，以獲得抗麻田散鐵回火脆性之鋼材。其中，Ar3係根據上式(I)計算而得，此處不再贅述。
接下來，將抗麻田散鐵回火脆性之鋼材以250°C的回火溫度回火1小時，以獲得實施例1的經回火之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材。待經回火的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材冷卻後，測試其T向及L向之低溫衝擊吸收能。
實施例2至7係使用與實施例1相同的製造方法，進行相同的熱軋步驟、精軋步驟及淬火步驟，以獲得經回火之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材。不同之處在於，實施例2至7的回火溫度分別為300℃、350℃、400℃、450℃、150℃及200℃。
比較例1係使用與實施例1相同的製造方法，進行相同的熱軋步驟、淬火步驟、回火步驟，以獲得鋼材。不同之處在於比較例1的鋼胚所含的鈮、鈦及釩之總和為低於0.03重量%，且精軋步驟的啟動溫度為900℃至950℃。
比較例2至7係使用與比較例1相同的製造方法，進行相同的熱軋步驟、精軋步驟及淬火步驟，以獲得鋼材。不同之處在於，比較例2至7的回火溫度分別為300℃、350℃、400℃、450℃、150℃及200℃。
1.機械性能
對實施例1至7未經回火的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材進行T向的拉伸試驗，以測試其機械性能。其中，T向代表垂直於鋼板軋延方向之方向。結果顯示，實施例1至7的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材之降伏強度為1164
MPa，抗拉強度為1309MPa，伸長率為10.1%，勃氏硬度為393HBW。
2.顯微組織
(1)晶界顯微組織
利用掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察實施例3之經回火的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的顯微組織。
請參閱圖2，其係顯示根據本發明之實施例3之經回火的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的顯微組織之SEM照片。其中，比例尺為5μm。
於圖2中，實施例3之經350℃回火的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，在沿著晶界處具有析出的片狀碳化物(箭頭處)，易造成低溫衝擊吸收能降低。然而，雖實施例3具有片狀碳化物，透過低溫衝擊試驗的結果顯示，其L向低溫衝擊吸收能仍為高於60J(請參閱圖4中點409)。因此，{112}<110>結晶方位的集合組織可提升鋼材的衝擊吸收能。
其次，於實施例1至7之經回火的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材與比較例1至7之經回火的之鋼材中，實施例1至7的晶界係呈現薄餅狀結構，故具有較高之低溫衝擊吸收能，惟比較例1至7的晶界係等軸狀結構，故比較例1至7之經回火的之鋼材的脆性較高。
(2)結晶方位的集合組織
利用背向散射電子繞射(electron backscattered diffraction，EBSD)技術分析未經回火的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的顯微組織及集合組織。
請參閱圖3，其係繪示根據本發明實施例1之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材之顯微組織的集合組織之照片。
圖3顯示本發明抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，具有極密度為4.0至6.0之{112}<110>結晶方位的集合組織。
3.低溫衝擊試驗
(1)未經回火的鋼材
將未經回之鋼材冷卻至-40℃後，進行夏比衝擊試驗(Charpy impact test)，以測量鋼板的低溫衝擊吸收能。其係將前述之鋼材加工成具備V型凹槽的標準試片尺寸(10mm×10mm×55mm)。接著，將試片的兩端固定於衝擊試驗機上。然後，擺動衝擊試驗機的擺錘，以衝擊試片。當試片破斷時，以擺錘在衝擊前後的高度差計算低溫衝擊吸收能。
結果顯示，實施例1至7之未經回火的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的L向低溫衝擊吸收能為73J，T向低溫衝擊吸收能最低為至少37J。相較之下，比較例1至7之未經回火的之鋼材，其L向低溫衝擊吸收能為60J。
(2)經回火的鋼材
將經回火的之鋼材冷卻至-40℃後，進行夏比衝擊試驗，且夏比衝擊試驗係使用相同於前述未經回火之鋼材的低溫衝擊試驗的方法。
請參閱圖4，其係繪示根據本發明之實施例之1至4與6至7和比較例1至4與6至7之經回火的抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的衝擊吸收能之折線圖。其中，X軸代表回火步驟時的回火溫度，Y軸代表衝擊吸收能。
圖4之結果顯示，點401和點403(即實施例6和7)及點405至點411(即實施例1至4)之L向低溫衝擊吸收能均可維持在至少40J。而點413和點415(即比較例6和7)及點417至點423(即比較例1至4)之L向低溫衝擊吸收能最低為10J。
由上述實施例可知，本發明之耐抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，其優點在於利用包含特定總和的鈮、鈦及釩之鋼胚，於特定的啟動軋延溫度，製得具有{112}<110>結晶方位的集合組織之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，可提升鋼材的衝擊吸收能，使鋼材保有優異的低溫衝擊韌性。
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‧‧‧對鋼胚進行熱軋步驟的步驟
120‧‧‧進行精軋步驟，以獲得精軋鋼板的步驟
130‧‧‧對精軋鋼板進行淬火步驟，以獲得抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的步驟
Claims (7)
- 一種抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法，包含：對一鋼胚進行一熱軋步驟，以形成一熱軋鋼板，其中該鋼胚包含：0.10重量%至0.25重量%的碳；不大於0.40重量%的矽；0.7重量%至1.5重量%的錳；不大於0.01重量%的磷；不大於0.005重量%的硫；不大於1.00重量%的鉻；不大於0.50重量%的鉬；0.01重量%至0.10重量%的鈮、鈦及釩之一總和；不大於1.00重量%的鎳；0.01重量%至0.05重量%的鋁；不大於0.05重量%的鈣；不大於0.01重量%的氮；以及其餘量為鐵及不可避免的雜質；對該熱軋鋼板進行一精軋步驟，以獲得一精軋鋼板，其中該精軋步驟之一啟動軋延溫度為850℃至低於900℃，且一完軋溫度為至少Ar3+50℃，且該Ar3係根據式(I)計算而得：Ar3=910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni-80Mo+0.35(h-8) (I)在該式(I)中，該C、該Mn、該Cu、該Cr、該Ni、及該Mo係以重量%計，該h係指該精軋鋼板的一 板厚(mm)；對該精軋鋼板進行一淬火步驟，以獲得該抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，其中該淬火步驟係將該精軋鋼板以Ar3+20℃至Ar3+50℃之一起冷溫度進行一冷卻處理，且該抗麻田散鐵回火脆性之鋼材具有{112}<110>結晶方位的一集合組織；以及對該抗麻田散鐵回火脆性之鋼材以250℃至400℃進行一回火步驟。
- 如申請專利範圍第1項所述之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法，其中該熱軋步驟之一熱軋溫度為1050℃至1200℃。
- 如申請專利範圍第1項所述之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法，其中該冷卻處理之一冷卻速率為10℃/s至50℃/s。
- 如申請專利範圍第1項所述之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法，其中該冷卻處理之一完冷溫度為至多250℃。
- 如申請專利範圍第1項所述之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法，其中該精軋步驟的一軋延率為50%至70%。
- 如申請專利範圍第1項所述之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法，該{112}<110>結晶方位的該集合組織之一平均極密度為4.0至6.0。
- 一種抗麻田散鐵回火脆性之鋼材，其係利用申請專利範圍第1項至第6項任一項所述之抗麻田散鐵回火脆性之鋼材的製造方法製得，其中該抗麻田散鐵回火脆性之鋼材 包含：0.10重量%至0.25重量%的碳；不大於0.40重量%的矽；0.7重量%至1.5重量%的錳；不大於0.01重量%的磷；不大於0.005重量%的硫；不大於1.00重量%的鉻；不大於0.50重量%的鉬；0.01重量%至0.10重量%的鈮、鈦及釩之一總和；不大於1.00重量%的鎳；0.01重量%至0.05重量%的鋁；不大於0.05重量%的鈣；不大於0.01重量%的氮；以及其餘量為鐵及不可避免的雜質，且其中該抗麻田散鐵回火脆性之鋼材具有{112}<110>結晶方位的一集合組織，該{112}<110>結晶方位的該集合組織的一平均極密度為4.0至6.0，且該抗麻田散鐵回火脆性之鋼材在-40℃的一L向低溫衝擊吸收能為至少70J且一T向低溫衝擊吸收能為至少37J。
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2019
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| TWI222465B (en) * | 1998-09-30 | 2004-10-21 | Kobe Steel Ltd | Steel plate for paint use and manufacturing method thereof |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202039880A (zh) | 2020-11-01 |
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