CN104662181A

CN104662181A - 马氏体时效钢卷材的制造方法

Info

Publication number: CN104662181A
Application number: CN201380049147.3A
Authority: CN
Inventors: 吉田朋久; 稻叶荣吉
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-09-19
Also published as: EP2899285A1; EP2899285B1; WO2014046181A1; EP2899285A4; JPWO2014046181A1; CN104662181B; JP5776846B2

Abstract

本发明提供一种能够抑制热轧后的卷材的局部硬度上升的马氏体时效钢卷材的制造方法。该马氏体时效钢卷材的制造方法包含：准备工序，在该准备工序中，准备马氏体时效钢的热轧用材料；材料加热工序，在该材料加热工序中，对所述热轧用材料进行加热；热轧工序，在该热轧工序中，对通过所述材料加热工序加热后的热轧用材料进行热轧；卷绕冷却工序，在卷绕冷却工序中，将通过所述热轧工序所得到的热轧材料卷绕成卷材，并对所述卷材进行冷却，在所述卷绕冷却工序中，以在将卷绕后的所述热轧材料冷却到低于Ms点的温度后、不再回升到Ms点以上的温度的方式，一边冷却热轧材料一边将热轧材料卷绕成卷材。

Description

马氏体时效钢卷材的制造方法

技术领域

本发明涉及一种马氏体时效钢卷材的制造方法。

背景技术

由于马氏体时效钢具有2000MPa左右的非常高的抗拉强度，因此被应用于要求高强度的构件。使用了马氏体时效钢的构件存在各种形状的构件，其中，例如，汽车发动机的无级变速机用零件(CVT)等所使用的马氏体时效钢通过热轧被加工为钢带，然后，通过冷轧被加工成0.5mm左右的薄板形状。

作为上述的马氏体时效钢的热轧方法，例如，在日本特开昭60-234920号公报(专利文献1)中公开有一种马氏体时效冷轧钢板的制造方法，在该马氏体时效冷轧钢板的制造方法中，将1000℃以下的累积压下率设为60％以下并且将950℃以下的累积压下率设为20％以下，在900℃以上的温度下对由以下组分构成的钢完成热轧，在300℃～600℃的温度下进行卷绕，接着在冷轧后进行再结晶退火和固溶化处理，上述钢含有C≤0.02％、Si≤0.1％、Mn≤0.2％、P≤0.01％、S≤0.01％、N≤0.01％并且含有15％～25％的Ni、Co≤10.0％、Mo≤7.0％、Al≤0.2％、Ti≤1.5％中的任两种或三种以上，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

本发明中的“卷材”指的是在热轧完成后被卷绕成卷状的热轧材料。卷绕成卷状的原因是为了保管、运输的方便。马氏体时效钢卷材中的一般的热轧材料的厚度范围是2mm～6mm，另外，每卷卷材的一般的总重量的范围是几百kg至几吨。

专利文献1：(日本)特开昭60-234920号公报

发明内容

发明要解决的问题

上述专利文献1中公开的马氏体时效钢的热轧条件为：在900℃以上的温度下完成热轧，并且在300℃～600℃的温度下进行卷绕，防止在输出辊道上的不均匀相变，并在卷绕后进行马氏体相变。

根据本发明人的研究，确认了：在卷绕后，即使为了引起马氏体相变而进行温度管理，也会在卷绕成的马氏体时效钢卷材上发生局部***的硬度不均。这样的话，就需要将硬化的地方切断的工序。于是，例如，在欲通过冷轧获得要求高板厚精度的汽车发动机的无级变速机用零件用的带材的情况下，产生如下的大问题：由于硬度的不均直接影响到冷轧时的变形能的差值，因此无法满足板厚精度。

本发明的目的在于提供一种能够抑制热轧后的卷材的局部硬度上升的马氏体时效钢卷材的制造方法。

用于解决问题的方案

本发明是鉴于上述问题而做成的。

即，本发明是一种马氏体时效钢卷材的制造方法，其包含：

准备工序，在该准备工序中，准备马氏体时效钢的热轧用材料；

材料加热工序，在该材料加热工序中，对所述热轧用材料进行加热；

热轧工序，在该热轧工序中，对通过所述材料加热工序被加热后的热轧用材料进行热轧；

卷绕冷却工序，在卷绕冷却工序中，将通过所述热轧工序所得到的热轧材料卷绕成卷材，并对所述卷材进行冷却，其中，

在所述卷绕冷却工序中，以在将卷绕后的所述热轧材料冷却到低于Ms点的温度后、不再回升到Ms点以上的温度的方式一边冷却热轧材料一边将热轧材料卷绕成卷材。

优选的是，其是如下马氏体时效钢卷材的制造方法：卷绕结束而成的卷材的卷材外表面、卷材内表面以及卷材侧面的中央部的温度从卷绕结束起经过两分钟后达到比Ms点高50℃以上的温度，卷材外表面、卷材内表面以及卷材侧面的中央部的温度均为700℃以下，并且，卷材外表面、卷材内表面以及卷材侧面的中央部的温度差在300℃以内。

发明的效果

采用本发明的马氏体时效钢卷材的制造方法，能够抑制热轧后的卷材的局部硬度上升，因此，能够省去由硬化导致的切断等工序，在经济性、生产率方面也较优异。

附图说明

图1是表示卷绕而成的马氏体时效钢卷材的形态的示意图。

具体实施方式

本发明人通过对于热轧后的卷材研究马氏体时效钢的热轧材料局部***的原因，获得以下的见解。

首先，局部硬度上升被认为是由于通过冷却发生了马氏体相变后的组织引起的、马氏体时效钢特有的时效效应所导致的问题，而且，由该时效效应所导致的局部硬度上升的部分与在暂时冷却的部位处温度再一次上升的部分一致，暂时冷却后的部位的温度再次上升的原因是来自卷材内部的传热。

也就是说，单纯地逐渐冷却的部位不会发生硬度不均，但在马氏体相变后明显地发生温度再次上升的部位会产生局部的时效效应，导致硬度不均。

详细地说明该马氏体时效钢所特有的时效效应。

本发明者们从作为马氏体时效钢的代表性组成、即以质量％计为18％Ni-9％Co-5％Mo-0.45％Ti-0.1％Al-bal.Fe的马氏体时效钢材料中，采集了用于调查由于暂时冷却后的部位的温度上升(回热)所导致的硬度上升的试验片。回热的影响调查如下所述：将暂时发生了马氏体相变后的所述试验片再加热，并调查出温度与时间的关系。

出现由回热导致的时效效应为，卷材内的马氏体时效钢热轧材料的局部为低于Ms点的温度，且再次发生了温度上升的情况。因此，在将试验片以850℃保持一小时后，在水冷或者气冷的条件下进行固溶化处理。水冷设想为在输出辊道上进行喷淋冷却的情况。气冷设想为在热轧后直接做成卷材的情况。任一试验片均呈现出马氏体组织，维氏硬度为310HV。

通过将上述的试验片分别在200℃、300℃、400℃以及500℃各温度下进行5分钟、10分钟、30分钟以及60分钟的再加热，测量出由于时效效应导致的硬度上升。使用维氏硬度计进行硬度测量。表1中表示其结果。另外，表1所表示的马氏体时效钢的Ms点为220℃。

[表1]

如表1所示，对于以Ms点以下的200℃进行了再加热后的试验片未发现硬度的上升。但是，在以Ms点以上的300℃进行再加热中，在保持5分钟的条件下硬度稍微开始上升，该上升倾向随着再加热温度越高而变得越明显，当再加热温度为400℃以上时则变为超过350HV的硬度。此外，水冷后的试验片与气冷后的试验片虽然硬度有些许不同，但表示出大致相同的倾向。

由此，若暂时被冷却至低于Ms的温度的马氏体时效钢的金属组织变为马氏体，则在之后产生由再次回热导致的再加热时，会在短时间内显现时效效应。另外，可知：再加热温度越高、并且时间越长，时效效应变得越明显。

因此，在对马氏体时效钢进行热轧并将其卷绕成卷材的情况下，为了不显现时效效应，在冷却至低于Ms点的温度后，务必不会再次达到Ms点以上的温度。若局部地显现出时效效应，则硬度会如上述表1所示地上升，引起硬度不均，从而直接导致后续工序中的轧制精度的劣化。也就是说，马氏体时效钢的时效效应的显现对温度敏感。

根据上述的见解，在本发明中，为了消除马氏体时效钢卷材的硬度不均，应用了以下的方法。以下详细说明本发明中规定的结构。

在本发明中，准备需要进行热轧的马氏体时效钢的热轧用材料。对马氏体时效钢的热轧用材料例如进行真空熔化和真空电弧再熔化而形成钢块，通过对该钢块进行热锻等热加工而形成可用于热轧的钢坯。另外，本发明所使用的马氏体时效钢可以使用包含以下元素的材料：以质量％计含有C：0.15％以下、Ni：8％～22％、Co：3％～20％、Mo：2％～9％、Ti：0％～2％、Al：2.5％以下、Cr：0％～4％、氧：低于10ppm、氮：低于15ppm，其余部分为Fe和杂质。此外，作为选择元素，还可以含有Mg：0.01％以下、Ca：0.01％以下、B：0.01％以下中的任一种或两种以上的元素。

接着，执行对所述热轧用材料进行加热的材料加热工序。在材料加热工序中，若热轧用材料的加热温度过低，则热轧时的马氏体时效钢材料的热加工性降低。另一方面，若加热温度过高，则存在马氏体时效钢材料的延展性反而降低的危险性。因此，优选的是，热轧用材料的加热温度在1000℃～1300℃的范围内。

接着，在本发明中，执行对被加热后的热轧用材料进行热轧的热轧工序。热轧使用串联式轧机、反转式轧机等公知的轧机即可，并未特别限定。

在本发明的热轧工序中，优选的是，预先稍微降低热轧的完成温度。具体而言，优选的是，热轧的完成温度为950℃以下的温度，更加优选的是，低于900℃。其原因在于，若热轧的完成温度过高，则在被卷绕而成的卷材中，热轧材料的温度的不均将会变大，被冷却至低于Ms点的温度的卷材的局部由于卷材内部的余热而回热至Ms点以上的温度，从而存在引起时效硬化的危险性。

针对上述的温度不均，描述不同部位的倾向时，存在如下倾向：在热轧材料的边缘部较快地进行冷却，而在热轧材料的宽度方向中心部的冷却较为缓慢。

另外，热轧完成温度的优选下限为700℃。其原因在于，若低于700℃，则对轧机施加过度的负荷。

另外，为了利用后述的卷绕冷却工序中的冷却来迅速地执行热轧材料的冷却，优选热轧材料的厚度为5mm以下。优选3mm以下，更加优选2.5mm以下。

接着，在本发明中，执行将利用热轧工序热轧后的热轧材料卷绕成卷材、并对所述卷材进行冷却的卷绕冷却工序。在本发明中，要防止在该卷绕冷却工序之后的工序中使热轧材料的温度过度地回热。尤其是，若在热轧材料的温度降低到低于Ms点后，再一次使热轧材料的温度回热到Ms点以上，会几分钟左右显现出时效效应，因此，重要的是，防止在暂时冷却到低于Ms点的温度后、会再一次回热到Ms点以上的温度。

因此，为了防止热轧过的热轧材料的回热，需要一边冷却热轧材料一边将热轧材料卷绕成卷材，而使热轧材料的温度降低。卷绕中的热轧材料的冷却优选使用喷淋冷却。优选通过喷淋冷却使卷绕后的卷材表面温度例如达到600℃以下的温度。

该喷淋冷却能够使用以下方法：朝向卷绕部的输出辊道上的热轧材料，对卷材进行喷淋冷却的方法、以及对连续地卷绕在轴上时的被卷绕成卷状的热轧材料一边进行喷淋冷却一边进行卷绕的方法。

在本发明中，一边冷却热轧材料一边将热轧材料卷绕成卷材，在将所述热轧材料冷却到低于Ms点的温度后，进行不再使热轧材料达到Ms点以上的温度的冷却，因此为了防止回热带来的时效效应，调整卷材的温度变得很重要。

作为用于防止回热的方法，主要有两个方法。

第一个方法是将卷材或者卷绕成卷材前的热轧材料强制地急速冷却至低于Ms点的温度。采用该方法，可以使卷材整体可靠地冷却到低于Ms点的温度。但是，在设备的冷却能力不充足的情况下，不能采用第一个方法。

第二个方法是调整上述的喷淋冷却的条件、在卷绕卷材时使热轧材料整体达到Ms点以上的温度的方法。在该第二个方法中，为了调整喷淋冷却的条件并判断热轧材料整体是否达到Ms点以上的温度，可以对图1所示的卷材1的外表面2、卷材内表面3以及卷材侧面的中央部4的卷材各部位的温度进行测量为佳。实际上，由于难以准确地对卷绕成卷材的状态下的热轧材料的温度进行测量，所以对冷却较快的卷材1的外表面2、卷材内表面3以及冷却较慢的卷材侧面的中央部4这三处部位进行测量。另外，冷却较快的卷材1的外表面2、卷材内表面3是在回热时温度升高的部位，因此，也最适合将这两个部位作为回热时执行温度检测的部位。

在本发明中，在使用上述第二个方法的情况下，优选的是，例如，完成卷绕的卷材的三处部位各自在经过两分钟后达到比Ms点高50℃以上的温度，并且，上述卷材的各部位的温度均在700℃以下，并且，温度差在300℃以内。

若卷材的三个部位均超过700℃，或者卷材的三个部位中的最高温度的部位和最低温度的部位的温度差超过300℃，则在冷却工序中卷材的表面和内部的温度差变大，可能在卷材的内部和表面产生硬度不均。采用该第二个卷绕冷却方法，暴露在外部空气中而温度下降显著的卷材外表面和卷材内表面的温度受到来自温度升高得最高的卷材中央部的热传递而暂时回热，在卷材内的温度差减少后，可使卷材整体以大致相同的冷却速度冷却至低于Ms点的温度，因此，即使设备的冷却能力不足以达到能够采用第一个方法的程度的情况下，也能够防止局部的回热所带来的时效效应。因此，无需引入特别强力的冷却设备，在经济性方面有利。另外，“完成卷绕”指的是将热轧过的热轧材料的后端卷绕到卷材上的瞬间。

另外，完成卷绕后的卷材能够通过放置冷却(气冷)、鼓风冷却等来进行冷却。

即使是任何一种方法，也能够防止局部的回热所带来的时效效应，因此，根据所拥有的设备进行适当选择为佳。

实施例

利用以下实施例更详细地说明本发明。

利用真空熔化制造消耗电极，使用所述消耗电极进行真空电弧再熔化，从而获得马氏体时效钢块。对获得的马氏体时效钢块进行热锻而形成厚度为60mm的热轧材料。在表2中表示马氏体时效钢块的组成。另外，Ms点为220℃。

[表2]

C	Ni	Cr	Co	Mo	Ti	Al	[O]	[N]	[Co]	[Mg]	[B]
												0.004	18.54	0.01	9.33	5.00	0.47	0.13	2	5	1	2	2

注1：上述所示的元素以外的元素为Fe和杂质。

注2：单位为mass％。但是，()所示的元素以ppm来表示。

使用上述厚度为60mm的热轧用材料进行热轧。另外，不进行在输出辊道上的强制水冷。此外，开始对即将卷绕成卷材的热轧材料进行喷淋冷却，对正在卷绕的卷状的热轧材料也进行喷淋冷却，卷绕完成时，将卷绕而成的卷材放置冷却。

利用红外线热象仪测量热轧材料和卷材的温度。刚刚完成卷绕的卷材的温度为260℃～410℃，在热轧材料的全长范围内达到Ms点以上的温度。此外，在卷材冷却至Ms点以下的温度后，不再回热至Ms点以上的温度。

表3、表4中表示热轧完成温度、热轧后的热轧材料的厚度、刚完成卷绕后(经过2分钟后)的卷材的温度以及由时间的经过所带来的温度变化。另外，在表3所示的三个部位的温度测量中，“内表面”和“外表面”为图1表示的卷材内表面4和卷材外表面2，并且，为热轧材料在宽度方向上的中央附近的测量温度。此外，“中央部”为测量图1表示的卷材侧面的卷材中央部4的结果。另外，测量结果具有幅度，是因为在利用红外线热象仪测量出的范围内存在温度差。

硬度的测量通过以下的方式进行：在冷却完成后解开卷材，从相当于所述“内表面”、“外表面”以及“中央部”的部位的马氏体时效钢带上采集硬度测量用试验片。去除采集到的硬度测量用试验片的氧化皮，进一步进行研磨，并自表面侧测量其硬度。

[表3]

[表4]

如上所述，采用本发明的制造方法，能够减少卷材内的温度差。

此外，利用本发明规定的卷绕方法获得的马氏体时效钢卷材不存在由于因局部的时效效应导致的硬度上升而产生硬度不均，也不存在变形等形状不良。

此外，利用本发明规定的卷绕方法获得的马氏体时效钢卷材能够在全长范围内实现350HV以下的硬度。特别是，硬度的波动在卷材全长范围内能够在20HV以内，也能够形成为硬度均匀。

产业上的可利用性

本发明的制造方法除了能够应用于马氏体时效钢以外，还能够应用于在对具有金属组织的相变点的材料进行热轧、卷绕时存在硬度变化的问题的材料。

附图标记说明

1 卷材

2 卷材外表面

3 卷材内表面

4 卷材中央部(卷材侧面)

Claims

1.一种马氏体时效钢卷材的制造方法，其包含：

卷绕冷却工序，在卷绕冷却工序中，将通过所述热轧工序所得到的热轧材料卷绕成卷材，并对所述卷材进行冷却，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的马氏体时效钢卷材的制造方法，其特征在于，

卷绕结束而成的卷材的卷材外表面、卷材内表面以及卷材侧面的中央部的温度从卷绕结束起经过两分钟后达到比Ms点高50℃以上的温度，卷材外表面、卷材内表面以及卷材侧面的中央部的温度均为700℃以下，并且，卷材外表面、卷材内表面以及卷材侧面的中央部的温度差在300℃以内。