CN108474082A - 防振特性优异的高锰钢板及其制造方法 - Google Patents

防振特性优异的高锰钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高锰钢板及其制造方法，以重量％计，所述钢板包含：C：0～0.1％以下、Mn：8～30％、P：0.1％以下、S：0.02％以下、N：0.1％以下、Ti：0～1.0％及Fe和不可避免的杂质，微细组织由ε马氏体和奥氏体组成，马氏体和奥氏体的平均粒径为2μm以下。

Description

防振特性优异的高锰钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及防振特性优异的高锰钢板，所述钢板可以制造成汽车或建筑用钢板，从而能够使用于需要降低噪音的防振特性的地方。
背景技术
近年来，对于汽车制造及建筑材料而言，降低噪音是制造商必须要解决的问题。就汽车制造商而言，在产生很大的噪音的发动机部、油底壳等结构件上尤其需要优异的机械特性和防振特性。就建筑材料而言，近年来，由于层间噪音管制的加强，作为包括公寓在内的多层建筑的地板需要开发防振钢板。
高锰防振钢是在受到外部冲击时通过ε马氏体的界面滑移使噪音能量转换为热能而具有高防振特性和优异的机械性质的钢种，因此适合用于如上所述的目的。
发明内容
要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供防振特性优异的高锰钢板及其制造方法。
技术方案
本发明的优选的一个方面涉及防振特性优异的高锰钢板，以重量％计，所述钢板包含：C：0～0.1％以下、Mn：8～30％、P：0.1％以下、S：0.02％以下、N：0.1％以下、Ti：0～1.0％及Fe和不可避免的杂质，微细组织由ε马氏体和奥氏体组成，马氏体和奥氏体的平均粒径为2μm以下。
此外，本发明的优选的另一个方面涉及制造防振特性优异的高锰钢板的方法，所述方法包括以下步骤：以0.01～200℃/秒的升温速度，加热满足上述组成范围的钢板至Ac1～Ac3+50℃的热处理温度；在所述热处理温度下维持0.01秒～24小时；以及以0.01℃/秒以上的冷却速度进行冷却至常温。
有益效果
本发明能够提供防振特性优异的高锰钢板，因此可以利用于需要消除噪音的汽车用结构部件及建筑材料的地板材料等。
附图说明
图1是示出在600℃下进行热处理的实施例和在700～1000℃下进行热处理的比较例的微细组织的图。
图2是示出图1中示出的热处理的膨胀计周期(cycle)的图。
图3是通过内阻法测量实施例及比较例(4)的比阻尼容量(Specific DampingCapacity，SDC)的结果的图表。
最佳实施方式
下面，对本发明进行详细说明。
本发明涉及防振特性优异的高锰钢板及其制造方法，以重量％计，所述钢板包含：C：0～0.1％以下、Mn：8～30％、P：0.1％以下(包括0％)、S：0.02％以下(包括0％)、N：0.1％以下(包括0％)、Ti：1.0％以下(0除外)及Fe和不可避免的杂质，微细组织由ε马氏体和奥氏体组成，马氏体和奥氏体的平均粒径为2μm以下。
本发明的钢板的具体的钢组成和对其成分进行限制的理由为如下。
就C而言，当C的添加量超过0.1％时，会析出过多的碳化物，从而降低热加工性及延伸率，并大幅降低防振能力，因此C的添加量限制为0.1％以下。
Mn是稳定地确保奥氏体组织的必要元素，并且是提高堆垛层错能的元素，当Mn的添加量小于8％时，由于形成损害成型性的马氏体，虽然强度会增加，但是延展性会急剧降低。并且，堆垛层错能会降低，从而所形成的一部分奥氏体也容易相变为ε马氏体，因此Mn的下限限制为8％。另一方面，当Mn的添加量超过30％时，由于大量的锰而导致制造成本的增加，并且由于钢中的磷(P)含量的增加而成为板坯产生裂纹的原因。此外，Mn的添加量越增加，对板坯进行再加热时越会产生过度的内部晶界氧化，从而在钢板表面引起氧化物缺陷，并且在进行热浸镀锌时表面特性也会变差，因此Mn的添加量的上限限定为30％。
磷(P)和硫(S)是制造钢时不可避免地含有的元素，因此磷(P)的含量优选限制为0.1％以下(包括0％)，硫(S)的含量优选限制为0.02％以下(包括0％)。尤其，磷会产生偏析，从而降低钢的加工性，硫会形成粗大的硫化锰(MnS)，从而引起凸缘裂纹等缺陷，并降低钢板的扩孔性，因此需要最大限度地抑制磷和硫的添加量。
氮(N)是制造时不可避免地含有的元素，因此优选将N的添加范围限制为0.1％以下(包括0％)。
钛(Ti)是与碳结合形成碳化物的强碳化物形成元素，这时所形成的碳化物会阻碍晶粒的生长，因此Ti是对结晶粒度的微细化有效的元素。并且，复合添加钛和硼时，在柱状晶的晶界中形成高温化合物，从而防止晶界裂纹。此外，与C、N形成化合物，从而具有降低它们的分数的去除(Scavenging)效果，因此Ti是对提高防振能力所必需的元素。但是，当Ti的含量超过1.00％时，过量的钛偏析在晶界中，从而引起晶界脆化，或者析出相变得过于粗大化，从而降低晶粒的生长效果，因此将钛的添加量限定为1.0％以下。
以重量％计，本发明的另一个方面的高锰钢可以进一步包含：Si：0～3％、Cr：0.005％～5.0％、Ni：0.005～2.0％、Nb：0.005～0.5％、B：0.0001～0.01％、V：0.005～0.5％及W：0.005～1％中的一种或两种以上。
硅(Si)是固溶强化元素，并且是通过固溶效果减少结晶粒度而增加屈服强度的元素，为了确保强度需要添加硅。但是，当增加硅的添加量时，在进行热轧时钢板表面上形成硅氧化物，从而使酸洗性变差，因此具有使钢板的表面质量变差的缺点。不仅如此，在添加大量的硅时，会大幅降低钢的焊接性。因此，硅的添加量的上限可以限制为3％。
就Cr而言，在进行热轧或退火操作时，Cr与外部的氧反应而在钢板表面上优先形成厚度为20～50μm的Cr系氧化膜(Cr2O3)，从而防止钢中包含的Mn、Si等溶出到表层，由此有助于表层组织的稳定化，并可以起到提高镀覆表面特性的元素的作用。
但是，当Cr的含量小于0.005％时，上述效果微小，当Cr的含量超过5.0％时，形成铬碳化物，从而降低加工性和耐延迟断裂特性，因此Cr含量的上限可以限制为5.0％。
Ni不仅有助于奥氏体的稳定化而有利于提高延伸率，而且尤其是有效地有助于提高高温延展性的元素。Ni为提高高温韧性的强有力的元素，当Ni的含量小于0.005％时，对高温韧性的效果非常微小，并且Ni的添加量越增加，对防止耐延迟断裂和板坯裂纹越会显示明显的效果，但是，由于材料的成本高，导致生产成本上升，因此Ni的含量可以限制为0.005～2.0％。
Nb是与钢中的碳结合形成碳化物的碳化物形成元素，本发明中可以以提高强度和粒度微细化的目的来添加Nb。通常Nb在低于Ti的温度下形成析出相，因此Nb为晶粒尺寸的微细化和析出相的形成所带来的析出强化效果大的元素，可以添加0.005～0.5％的Nb。但是，当Nb的添加量小于0.005％时，其效果微小，另一方面，当Nb的添加量超过0.5％时，过量的Nb偏析在晶界中，从而引起晶界脆化，或者析出相变得过于粗大化，从而降低晶粒的生长效果，并且在热轧工序中延缓再结晶，从而增加轧制荷重，因此Nb的添加量可以限定为0.005～0.5％。
如同Ti，V和W是与C、N结合形成碳氮化物的元素，本发明中V和W在低温下形成微细的析出相，因此可以具有析出强化效果，并且可以是用于确保奥氏体的重要元素。但是，均以小于0.005％的微量添加V和W时，效果微小，另一方面，当V的添加量超过0.5％，W的添加量超过1.0％时，析出相变得过于粗大化，从而降低晶粒的生长效果，并且会成为热脆性的原因，因此V的添加量可以限定为0.005～0.5％，W的添加量可以限定为0.005～1％。
硼(B)可以与Ti一起添加并形成晶界的高温化合物，从而能够防止晶界裂纹。但是，以0.0001％以下的微量添加B时，没有效果，当B的添加量超过0.01％时，形成硼化合物，从而使表面特性变差，因此硼的范围可以限定为0.0001～0.01％。
下面，对本发明的制造防振特性优异的高锰钢板的方法进行说明。
本发明的制造高锰钢板的方法中，以0.01～200℃/秒的升温速度，加热具有上述成分及成分范围且微细组织由奥氏体主相组成的钢，并在Ac1～Ac3+50℃的热处理温度下维持0.01秒～24小时之后，以0.01℃/秒以上的冷却速度进行冷却至常温。
所述高锰钢板可以是冷轧钢板或热轧钢板。
所述高锰钢板的微细组织由ε马氏体和奥氏体组成。
所述加热步骤中的超过200℃/秒时，Ac1和Ac3温度会上升，从而即使在本发明的条件范围进行热处理，也会存在微细组织的平均粒径超过2μm的问题，因此升温速度的上限限定为200℃/秒。当以0.01℃/秒以下的升温速度操作时，由于相的不稳定，会生成粗大的碳化物，因此需要以0.01℃/秒以下的速度进行热处理。
当以低于Ac1的温度进行所述热处理时，不会进行相变，从而存在不会出现热处理效果的问题，当热处理温度超过Ac3+50℃时，存在微细组织的平均粒径超过2μm的问题，因此需要将热处理温度限定为Ac1～Ac3+50℃。
当所述热处理时间小于0.01秒时，再结晶和恢复效果微小，从而不会出现热处理效果，当所述热处理时间超过24小时时，产生过度的氧化，从而存在基础铁被腐蚀而消失且消耗过多的热处理成本的工艺问题，以及所生长的微细组织的平均粒径超过所期望的平均粒径的问题。
在所述冷却步骤中以小于0.01℃/秒的冷却速度进行冷却时，在冷却的过程中不仅微细组织的平均粒径会变大，而且还存在因相的不稳定而生成粗大的碳化物的问题，因此冷却速度的下限限定为0.01℃/秒。对于冷却速度不设置上限，冷却速度越快，越有利于确保ε马氏体和微细的平均粒径。
具体实施方式
下面，对本发明的实施例进行详细说明。以下的实施例仅用于理解本发明，并不限定本发明。
以5℃/秒的升温速度加热冷轧钢板，并在如下述表1所示的热处理温度下，在热处理时间段期间进行维持，然后以5℃/秒的冷却速度进行冷却至常温，以重量％计，所述冷轧钢板包含：C：0.02％、Mn：17％、N：0.01、P：0.008、S：0.008％、Ti：0.03％及Fe和不可避免的杂质。
对于如上所述进行热处理和冷却的钢板，调查微细组织的平均粒径和ε马氏体的分数，并将其结果示于下述表1和图1中。
[表1]
区分 热处理温度(℃) 热处理时间(分钟) 粒径(μm) ε马氏体的面积分数(％)
实施例 600 30 1.23 6.2
比较例1 700 30 2.3 3
比较例2 800 30 3.6 14.9
比较例3 900 10 6.7 16.8
比较例4 1000 30 6.7 34.6
如所述表1和图1中所示，比较在600℃下进行热处理的实施例和在700～1000℃下进行热处理的比较例(1-4)可以知道，与在600℃下进行热处理的实施例相比，热处理温度为700℃的比较例(1)的ε马氏体的面积分数更低且粒径更大。
此外，热处理温度分别为800℃、900℃及1000℃的比较例(2-4)的ε马氏体的面积分数大于在600℃下进行热处理的实施例，但是在600℃下进行热处理的实施例的粒径小于在700～1000℃下进行热处理的比较例(2-4)的粒径。
另外，可以知道本发明的在600℃下进行热处理的实施例的微细组织的平均粒径为2μm以下。
图2是示出图1中示出的热处理的膨胀计周期的图。
通过图2可以确认Ac1和Ac3，实施例是在Ac3+30℃下进行热处理的结果。
图3示出通过摩擦系数法测量在600℃下进行热处理的实施例和在1000℃下进行热处理的比较例(4)的比阻尼容量(Specific Damping Capacity，SDC)的结果。
其中，SDC表示阻尼性能(物体吸收振动的性质)。
参照图1和图3可以知道，与比较例(4)的防振钢相比，具有在600℃下进行热处理的实施例的微细组织的防振钢的常温SDC值具有高2.5倍的值。即，所测量的在600℃下进行热处理的实施例的SDC值为0.00025，所测量的在1000℃下进行热处理的比较例(4)的SDC值为0.0001。
在600℃下进行热处理的实施例的ε马氏体的面积分数相对低，但是粒径小，因此组织微细且分布均匀，从而在残余位错(dislocation)和界面与ε马氏体一起被施加外部冲击时，提高将能量转换为热能的比率，从而有助于提高阻尼性能，因此防振特性优异。
一般来说，常温SDC值为0.00015以上时，可以认为防振特性优异。
综合上述结果可以知道，根据本发明进行热处理时，能够确保2μm以下的平均粒径，从而能够确保优异的防振特性。
就比较例而言，除了在700℃下进行热处理的比较例以外，虽然ε马氏体的面积分数高于实施例，但是微细组织的平均粒径大，因此防振性能差。

Claims (6)

1.高锰钢板，以重量％计，其包含：C：0.1％以下、Mn：8～30％、P：0.1％以下、S：0.02％以下、N：0.1％以下、Ti：0～1.0％及Fe和不可避免的杂质，微细组织由ε马氏体和奥氏体组成，马氏体和奥氏体的平均粒径为2μm以下。
2.根据权利要求1所述的防振特性优异的高锰钢板，其特征在于，以重量％计，所述钢板进一步包含：Si：0～3％、Cr：0.005％～5.0％、Ni：0.005～2.0％、Nb：0.005～0.5％、B：0.0001～0.01％、V：0.005～0.5％及W：0.005～1％中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的防振特性优异的高锰钢板，其特征在于，所述钢板的常温SDC值为0.00015以上。
4.制造防振特性优异的高锰钢板的方法，其包括以下步骤：
以0.01～200℃/秒的升温速度，加热高锰钢板至Ac1～Ac3+50℃的热处理温度，以重量％计，所述高锰钢板包含：C：0～0.1％以下、Mn：8～30％、P：0.1％以下、S：0.02％以下、N：0.1％以下、Ti：0～1.0％及Fe和不可避免的杂质；
在所述热处理温度下维持0.01秒～24小时；以及
以0.01℃/秒以上的冷却速度进行冷却至常温。
5.根据权利要求4所述的制造防振特性优异的高锰钢板的方法，其特征在于，所述高锰钢板的微细组织由ε马氏体和奥氏体组成。
6.根据权利要求4所述的制造防振特性优异的高锰钢板的方法，其特征在于，以重量％计，所述钢板进一步包含：Si：0～3％、Cr：0.005％～5.0％、Ni：0.005～2.0％、Nb：0.005～0.5％、B：0.0001～0.01％、V：0.005～0.5％及W：0.005～1％中的一种或两种以上。
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