CN103981346A - 低降伏比钢材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种低降伏比钢材的制造方法，包含下列步骤。提供钢胚，其包含碳含量0.08wt%～0.15wt%、硅含量0.1wt%以下、锰含量1.0wt%～1.5wt%、磷含量0.10wt%以下、硫含量0.05wt%以下、铬含量0.5wt%～1.0wt%、铌含量0.05wt%以下、钛含量0.05wt%以下、铝含量0.01wt%～0.05wt%、钙含量0.05wt%以下、氮含量200ppm以下及铁。对钢胚进行再加热处理，其制程温度控制在1200℃以上。对钢胚进行热轧制程，以获得完轧钢材。对完轧钢材进行层流冷却处理，以将完轧钢材降温至第一温度。第一温度从600℃至750℃。使完轧钢材维持在第一温度一预设时间。对完轧钢材进行冷却处理，以将完轧钢材降温至第二温度。第二温度小于150℃。对完轧钢材进行盘卷步骤。
Description
技术领域
本发明是有关于一种钢材的制造方法，且特别是有关于一种低降伏比(yield ratio)钢材的制造方法。
背景技术
典型的双相钢是由软质肥粒铁与硬质麻田散铁所构成。在此双相钢中，第一相的肥粒铁为基地，第二相的硬质麻田散铁散布在肥粒铁基地中。由于这种复合组织的钢材兼具质软及质硬的特性，因而可满足新一代汽车零组件钢材的所需，因为其除了可提供足够安全保障外，也具有优良的加工成形特性。
一种传统的双相钢材制作技术，例如日本专利公开号第2002-105589号，是通过在钢材中添加高硅(Si)合金，来达到固溶强化的效果。此外，此种传统技术若再配合铌(Nb)与钛(Ti)合金的添加，可进一步细化钢材中的晶粒，并可提升钢材的延性。然而，在钢材的成分中，硅含量过高时，容易在钢材的表面产生红锈，如此一来钢材在应用时需先对其表面进行额外处理，而造成钢材在应用上的问题。
另一种传统的双相钢材制作技术，例如日本专利公开号第2009-197282号，其通过适度降低钢材的硅含量，来改善钢材的表面品质。然而，在此种技术中，当钢材的成分中的钙硫比(Ca/S)较大时，容易使钢材中所形成的介在物呈长条状，而不利于钢材的弯曲及扩孔加工等。
又一种传统的双相钢材制作技术，是采高碳(C)合金设计，借此提升钢材强度。然而，在此种技术中，若忽略细化组织与晶粒的合金添加的影响，则不仅易使得钢材的组织粗大化，钢材中亦有相分布不均的情形。如此一来，此钢材进行加工处理时，易由肥粒铁及麻田散铁的软硬相界面或粗***田散铁晶粒内产生引裂情况，因而导致钢材的延性与加工性不佳。
发明内容
因此，本发明的一目的就是在提供一种低降伏比钢材的制造方法，其通过同时控制钢材的成分与制程条件的方式，可使钢材在相同强度等级下，兼具有低降伏比与高扩孔性的优点。
本发明的另一目的是在提供一种低降伏比钢材的制造方法，其是在低碳钢的成分中加入适量的合金元素，例如铌、钛与钙等，并使硅的含量小于0.1wt%，且使钙/硫比小于1。故，可避免钢材的表面产生红锈，并兼顾钢材的弯曲性与扩孔加工性。
本发明的又一目的是在提供一种低降伏比钢材的制造方法，其可将热轧双相钢材组织中的肥粒铁与麻田散铁所占的体积百分率比值(VF/VM)的范围控制在从1.2至2.3，且可使麻田散铁的平均粒径小于10μm，因此钢材具有高表面品质、抗拉强度在700MPa以上、及降伏比范围从0.55至0.75等优良机械性能。
根据本发明的上述目的，提出一种低降伏比钢材的制造方法，其包含下列步骤。提供一钢胚。此钢胚包含碳含量0.08wt%～0.15wt%、硅含量0.1wt%以下、锰(Mn)含量1.0wt%～1.5wt%、磷(P)含量0.10wt%以下、硫含量0.05wt%以下、铬(Cr)含量0.5wt%～1.0wt%、铌(Nb)含量0.05wt%以下、钛(Ti)含量0.05wt%以下、铝(Al)含量0.01wt%～0.05wt%、钙含量0.05wt%以下、氮(N)含量200ppm以下、以及铁(Fe)。对此钢胚进行一再加热处理，其中再加热处理的一制程温度控制在1200℃以上。对此钢胚进行一热轧制程，以获得一完轧钢材。对完轧钢材进行一层流冷却处理，以将此完轧钢材降温至一第一温度，其中此第一温度从600℃至750℃。使完轧钢材维持在第一温度一预设时间。对完轧钢材进行一冷却处理，以将完轧钢材降温至一第二温度，其中此第二温度小于150℃。对完轧钢材进行一盘卷步骤，以获得一钢卷。
依据本发明的一实施例，上述钢胚的成分包含铌、钛与钙中至少一种。
依据本发明的另一实施例，在上述钢胚的成分中，铌与钛的总含量大于0.025wt%。
依据本发明的又一实施例，在上述钢胚的成分中，钙含量与硫含量的比值小于1。
依据本发明的再一实施例，上述的再加热处理的制程温度控制在1200℃至1350℃。
依据本发明的再一实施例，上述的热轧制程的一完轧温度控制在沃斯田铁开始转换成肥粒铁的温度(Ar3)以上。
依据本发明的再一实施例，上述的层流冷却处理是以-20℃/s以上的冷却速度进行。
依据本发明的再一实施例，上述的预设时间的范围从3秒至15秒。
依据本发明的再一实施例，上述的冷却处理是以-20℃/s以上的冷却速度进行。
依据本发明的再一实施例，于盘卷步骤后，上述低降伏比钢材的制造方法还包含对钢卷进行一酸洗处理，以去除钢卷的锈皮。
依据本发明的再一实施例，上述经盘卷步骤后的完轧钢材的组织包含肥粒铁与麻田散铁，且肥粒铁与麻田散铁所占的体积百分率比值的范围从1.2至2.3，且麻田散铁的平均粒径小于10μm。
依据本发明的再一实施例，上述经盘卷步骤后的完轧钢材的抗拉强度为700MPa以上，以及降伏比为从0.55至0.75。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是绘示依照本发明的一实施方式的一种低降伏比钢材的制造方法的流程图。
具体实施方式
请参照图1，其是绘示依照本发明的一实施方式的一种低降伏比钢材的制造方法的流程图。在本实施方式中，利用方法100制造低降伏比钢材时，先如步骤102所述，提供钢胚。在一实施例中，此钢胚的成分包含碳含量0.08wt%～0.15wt%、硅含量0.1wt%以下、锰含量1.0wt%～1.5wt%、磷含量0.10wt%以下、硫含量0.05wt%以下、铬含量0.5wt%～1.0wt%、铌含量0.05wt%以下、钛含量0.05wt%以下、铝含量0.01wt%～0.05wt%、钙含量0.05wt%以下、氮含量200ppm以下、以及铁。一般而言，钢胚还包含有不显著的杂质。
在一示范例子中，钢胚的成分包含铌、钛与钙等元素合金中的至少一种，亦即钢胚的成分包含铌、钛、钙、铌与钛、铌与钙、钛与钙，或者铌、钛和钙。在一较佳实施例中，在钢胚的成分中，铌与钛的总含量可大于0.025wt%。此外，钙含量与硫含量的比值，亦即钙硫比(Ca/S)小于1。由于钢胚的成分中的硅含量小于0.1wt%，因此可避免后续形成的钢材的表面产生红锈。此外，铌与钛的合金总含量大于0.025%以上时，可有效细化晶粒，进而可使钢材具有相分布较为均匀的组织。再者，钢胚的成分中的钙硫比小于1，因此可有利于形成球状介在物，进而可提升钢材的弯曲与扩孔加工性。
接下来，可利用例如炼钢或电炉方式，来对钢胚进行处理。如步骤104所述，对钢胚进行再加热处理。在一实施例中，于再加热处理时，可将再加热处理的制程温度控制在1200℃以上。在一较佳实施例中，可将再加热处理的制程温度控制在1200℃至1350℃。
于再加热处理后，如步骤106所述，可对钢胚进行热轧制程，借以获得完轧钢材。在一示范例子中，此热轧制程的完轧温度可例如控制在沃斯田铁开始转换成肥粒铁的温度以上，即一般所称的Ar3温度以上。接着，如步骤108所述，对完轧钢材进行层流冷却处理，以利用例如喷水方式来降低完轧钢材的温度，以将钢材加速冷却到肥粒铁***区。在一实施例中，层流冷却处理时，可将完轧钢材的温度冷却至600℃至750℃。在一示范例子中，对完轧钢材进行层流冷却处理时，可例如以-20℃/s以上的冷却速度进行。
随后，如步骤110所述，对层流冷却处理后的完轧钢材进行持温处理，而使钢材维持在层流冷却处理后的温度一段预设时间，以使钢材中产生适量的肥粒铁及富碳的沃斯田铁。在一示范例子中，此预设时间可例如从3秒至15秒。
接下来，如步骤112所述，对经持温处理后的完轧钢材进行另一道冷却处理，以利用例如喷水将层流冷却处理后的完轧钢材的温度进一步加速冷却至150℃以下。借此，可使钢材中的沃斯田铁***而完全产生麻田散铁，进而使钢材成为由肥粒铁与麻田散铁所构成的双相组织。在一示范例子中，对完轧钢材进行冷却处理时，可例如以-20℃/s以上的冷却速度进行。
接着，如步骤114所述，可在冷却处理后的温度下，对完轧钢材进行盘卷。完轧钢材经盘卷后，可获得一钢卷。在一些例子中，可根据制程需求，而选择性地如步骤116所述，利用酸液来对钢卷进行酸洗处理，借以可去除形成在钢卷表面上的锈皮，而大致完成低降伏比钢材的制作。
本实施方式中是在低碳钢的成分中添加适量的铌、钛与钙合金元素，且减少硅的含量，并配合控制再加热处理、热轧制程的完轧温度、层流冷却处理后的温度、与盘卷的温度，以及在层流冷却处理与冷却处理步骤的间导入持温空冷处理。借此，可使所生成的钢材组织中的肥粒铁与麻田散铁所占的体积百分率比值从1.2至2.3，且麻田散铁平均粒径小于10μm。此外，还可使钢材具有700MPa以上的抗拉强度，以及范围从0.55至0.75的降伏比。而且，本实施例方式不仅可控制钢材的微结构组织型态与尺寸，还可进一步控制钢材的表面品质，因此可使钢材在相同强度等级下，具有优异的表面品质，以及低降伏比与高扩孔性等优良机械性能。
以下利用多个实施例与比较例，来更具体说明利用本实施方式的技术内容与功效。请参照下表一以及下表二，其中表一表列出数种比较例与实施例的钢材的合金成分及其含量(wt%)，而表二则表列出数种制程控制条件。
表一
表二
利用上表一所列的钢材成分、以及上表二所列的制程条件来制作钢材，所获得的钢材的表面品质、微观组织与机械性质列示于下表三中。制作方式可采用含有如表一的合金成分与含量的钢胚，并根据上表二的制程条件对这些钢胚依序进行再加热处理、热轧制程、层流冷却处理、持温处理、再次冷却处理、盘卷与酸洗等步骤。
表三
在一实施例中，进行钢材的组织体积百分率计算时，可利用10%重亚硫酸钠溶液，将钢材组织的肥粒铁基地蚀刻成黑色，而将麻田散铁染色蚀刻成白色；接着，利用影像解像仪来测量肥粒铁及麻田散铁的晶粒大小，与其所占的体积百分率。在表三中，微观组织中的组织栏位内的符号“F”表示肥粒铁，符号“M”表示麻田散铁，而符号“B”表示变韧铁。
此外，进行钢材的拉伸试验时，可先将钢材加工成日本工业规格(JIS)中的5号试片，再进行拉伸试验，以量测其降伏强度(YS)、抗拉强度(TS)和伸长率(El)等，并利用电子显微镜来进行钢材破断面的微观组织的观察。其中，降伏比为拉伸试验所得的数值，此数值为降伏强度除以抗拉强度所得的数值。另外，进行钢材的扩孔试验时，利用30°的圆锥冲头来对挖有直径10mm的圆形中孔的直径108mm且厚度3mm圆形钢片进行扩孔试验。当此圆形钢片被冲压到破裂时，量测并计算此钢片的扩孔率，并以电子显微镜进行冲孔破断面的微观组织观察。
根据表三可知，上述比较例1与实施例的钢胚经利用制程条件1的再加热1150℃的温度处理后，发现所形成的钢材组织中的晶粒并无明显细化。然而，随着钢胚的再加热温度提高至1200℃以上，即可有效改善钢材的组织粗化的问题。此外，对钢材的组织做进一步分析可知，当钢材成分中添加有铌与钛等合金元素一种或一种以上，且铌与钛的合金总含量大于0.025%以上时，可明显细化钢材的晶粒，并得到均匀分布的相组织。
具上述表一所列的成分的钢胚，经完轧温度于Ar3温度以上后，若经层流冷却处理而将完轧钢材降温至600℃～750℃时，可得到由肥粒铁与麻田散铁所组成的组织。但是，若层流冷却处理后的温度已降至600℃以下，例如制程条件4，则钢材内可能会有肥粒铁、变韧铁与麻田散铁的多相组织产生。而当层流冷却处理后的钢材降温至600℃～750℃，且持温处理的时间超过15秒时，例如制程条件3，则可能会造成双相钢组织中肥粒铁与麻田散铁所占的体积百分率比值(VF/VM)、以及麻田散铁的平均粒径变异过大情形。
从上表三中亦可知，经热轧的完轧温度控制在Ar3以上、以及适当控制层流冷却后的温度与持温时间后，若盘卷的温度高于150℃以上，可能会造成钢材中的麻田散铁晶粒粗化，而平均粒径大于10μm的情况。
比较例2的钢胚成分与本实施例1～4的钢胚成分经相同制程条件的热轧与冷却制程后，由钢材组织中可观察到比较例2的钢胚所形成的钢材组织中具有明显的长条状介在物生成。这样的长条状介在物不利于扩孔加工。其中，比较例2与实施例1～4的钢胚成分经上表二的不同制程条件后，比较例2所获得的钢材的扩孔率小于30，而实施例1～4所获得的钢材的扩孔率大于30。进一步分析此实验结果，可知若能将钢胚成分中钙硫比控制在1以下，如实施例1～4，可有利钢材组织形成球状介在物，因此可提升钢材的扩孔加工性。
根据上表三亦可知，若将钢胚成分中的硅含量控制在0.1wt%以下，经制程条件1～4的不同热轧、冷却与盘卷制程后，均无比较例的钢材表面红锈问题发生。
由上述的实施方式可知，本发明的一优点就是因为本发明通过同时控制钢材的成分与制程条件的方式，可使钢材在相同强度等级下，兼具有低降伏比与高扩孔性的优点。
由上述的实施方式可知，本发明的另一优点就是因为本发明是在低碳钢的成分中加入适量的合金元素，例如铌、钛与钙等，并使硅的含量小于0.1wt%，且使钙/硫比小于1。因此，可避免钢材的表面产生红锈，并兼顾钢材的弯曲性与扩孔加工性。
由上述的实施方式可知，本发明的又一优点为本发明可将热轧双相钢材组织中的肥粒铁与麻田散铁所占的体积百分率比值(VF/VM)的范围控制在从1.2至2.3，且可使麻田散铁的平均粒径小于10μm，因此钢材具有高表面品质、抗拉强度在700MPa以上、及降伏比范围从0.55至0.75等优良机械性能。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何在此技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，包含：
提供一钢胚，其中该钢胚的成分包含碳含量0.08wt%～0.15wt%、硅含量0.1wt%以下、锰含量1.0wt%～1.5wt%、磷含量0.10wt%以下、硫含量0.05wt%以下、铬含量0.5wt%～1.0wt%、铌含量0.05wt%以下、钛含量0.05wt%以下、铝含量0.01wt%～0.05wt%、钙含量0.05wt%以下、氮含量200ppm以下、以及铁；
对该钢胚进行一再加热处理，其中该再加热处理的一制程温度控制在1200℃以上；
对该钢胚进行一热轧制程，以获得一完轧钢材；
对该完轧钢材进行一层流冷却处理，以将该完轧钢材降温至一第一温度，其中该第一温度从600℃至750℃；
使该完轧钢材维持在该第一温度一预设时间；
对该完轧钢材进行一冷却处理，以将该完轧钢材降温至一第二温度，其中该第二温度为150℃以下；以及
对该完轧钢材进行一盘卷步骤，以获得一钢卷。
2.根据权利要求1所述的低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，该钢胚的成分包含铌、钛与钙中至少一种。
3.根据权利要求1所述的低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，在该钢胚的成分中，铌与钛的总含量大于0.025wt%。
4.根据权利要求1所述的低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，在该钢胚的成分中，钙含量与硫含量的比值小于1。
5.根据权利要求1所述的低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，该再加热处理的该制程温度控制在1200℃至1350℃。
6.根据权利要求1所述的低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，该热轧制程的一完轧温度控制在沃斯田铁开始转换成肥粒铁的温度以上。
7.根据权利要求1所述的低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，该层流冷却处理是以-20℃/s以上的冷却速度进行。
8.根据权利要求1所述的低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，该预设时间的范围从3秒至15秒。
9.根据权利要求1所述的低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，该冷却处理是以-20℃/s以上的冷却速度进行。
10.根据权利要求1所述的低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，于该盘卷步骤后，还包含对该钢卷进行一酸洗处理，以去除该钢卷的锈皮。
11.根据权利要求1所述的低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，经该盘卷步骤后的该完轧钢材的组织包含肥粒铁与麻田散铁，且肥粒铁与麻田散铁所占的体积百分率比值的范围从1.2至2.3，且麻田散铁的平均粒径小于10μm。
12.根据权利要求1所述的低降伏比钢材的制造方法，其特征在于，经该盘卷步骤后的该完轧钢材的抗拉强度为700MPa以上，以及降伏比为从0.55至0.75。
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