TWI768987B - 具低溫韌性之鋼材與其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明有關於一種具低溫韌性之鋼材與其製作方法。此鋼材具有特定的組成，且藉由具特定參數的熱軋製程、冷卻製程和盤捲製程，所製得之鋼材具有細緻且均勻分佈的晶相組織。故，本發明之鋼材於低溫環境下仍具有良好的耐衝擊性。
Description
本發明係有關一種鋼材，特別是提供一種具低溫韌性的鋼材與其製作方法。
由於鋼材具有較佳之強度，且可藉由施加外力來塑型，故鋼材常用以製作任何構件。其中，依據使用環境之差異，鋼材常須具有相應的性能，以滿足各種應用要求。一般而言，鋼材於低溫環境具有較差之韌性，故使得鋼材於低溫環境之應用多有限制。
為了提升鋼材之低溫韌性，一般係藉由調整鋼胚組成，以提升鋼材之低溫韌性。另外，一種習知方法係藉由添加鉻、銅與鎳至鋼胚組成中，並於較低之溫度(例如400℃至650℃或450℃至650℃)下進行盤捲製程。雖然所製得鋼材之低溫韌性可被提升，惟所添加合金之成本較高，且須使用急冷設備來進行盤捲，故具有較小之製程窗口，而難以滿足應用需求。
有鑑於此，亟須提供一種具低溫韌性之鋼材與其製作方法，以解決習知鋼材於低溫不具韌性的缺陷。
因此，本發明之一態樣是在提供一種具低溫韌性之鋼材，其具有特定的組成，而可同時兼具較低之原料成本與較佳的低溫韌性。
本發明之另一態樣是在提供一種具低溫韌性之鋼材的製作方法，其藉由特定的熱軋參數與冷卻製程，促使鋼材具有肥粒鐵組織與波來鐵組織的特定晶相組織，且確保鋼材中之晶相組織係均勻且細緻的，進而可提升鋼材的低溫韌性。
根據本發明之一態樣，提出一種具低溫韌性之鋼材。此鋼材包含0.03重量百分比至0.15重量百分比的碳、0.1重量百分比至0.8重量百分比的矽、1重量百分比至2重量百分比的錳、不大於0.05重量百分比的磷、不大於0.05重量百分比的硫、0.01重量百分比至0.17重量百分比的鋁、不顯著的雜質與平衡量的鐵。
依據本發明之一些實施例，前述之鋼材可選擇性地包含0.01重量百分比至0.08重量百分比的釩、0.01重量百分比至0.08重量百分比的鈦、0.01重量百分比至0.08重量百分比的鈮、0.05重量百分比至0.5重量百分比的鉬，及/或不大於0.05重量百分比的鈣。
依據本發明之一些實施例，前述之鋼材包含肥粒鐵組織與波來鐵組織，且肥粒鐵組織之含量為不小於70%。
依據本發明之一些實施例，前述鋼材之晶粒大小係不小於8號。
依據本發明之一些實施例，前述之鋼材於-40℃下的衝擊值不小於150 J。
根據本發明之另一態樣，提出一種具低溫韌性之鋼材的製作方法。此方法係先提供鋼胚，並對鋼胚進行熱軋製程，以形成完軋鋼材，其中熱軋製程之完軋溫度係不低於Ar
3溫度。然後，對完軋鋼材進行冷卻製程，以形成冷卻鋼材，其中冷卻製程的冷卻速率係不小於10℃/s。接著，對冷卻鋼材進行盤捲製程，以製得前述具低溫韌性之鋼材。
依據本發明之一些實施例，此製作方法可選擇性地於進行熱軋製程前，加熱鋼胚至不小於1150℃。
依據本發明之一些實施例，前述之冷卻速率為10℃/s至100℃/s。
依據本發明之一些實施例，前述之冷卻鋼材係於660℃至720℃進行盤捲製程。
依據本發明之一些實施例，於進行前述之盤捲製程後，對鋼材進行表面加工處理製程。
應用本發明具低溫韌性之鋼材與其製作方法，其係對具有特定組成的鋼胚進行熱軋製程，並使所形成之完軋鋼材具有特定之完軋溫度，而可促使完軋鋼材中之晶相組織轉變為適當之晶相組織與晶粒尺寸。然後，藉由較快速的冷卻速率，鋼材可具有細緻的肥粒鐵組織與波來鐵組織，其中晶粒尺寸亦不易析出變大。另外，於特定之溫度開始進行盤捲有助於使鋼材中之晶相組織同時析出，故所製得之鋼材具有均勻且細緻的晶相組織，而具有較佳之低溫韌性。
以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。
請參照圖1，其係繪示依照本發明之一些實施例之具低溫韌性之鋼材的製作方法之流程圖。於方法100中，先提供鋼胚，並對鋼胚進行熱軋製程，以形成完軋鋼材，如操作110與操作120所示。鋼胚可採用具有通常知識者所熟知的方法來製備，故在此不另贅述。根據後端應用之需求，鋼胚之組成可適當地被調整。在一些實施例中，鋼胚可具有碳、矽、錳、磷、硫與鋁等組成。在此些實施例中，基於鋼胚為100重量百分比，鋼胚可包含0.03重量百分比至0.15重量百分比的碳、0.1重量百分比至0.8重量百分比的矽、1重量百分比至2重量百分比的錳、不大於0.05重量百分比的磷、不大於0.05重量百分比的硫、0.01重量百分比至0.17重量百分比的鋁、不顯著的雜質與平衡量的鐵。在一些實施例中，鋼胚可選擇性地包含0.01重量百分比至0.08重量百分比的釩、0.01重量百分比至0.08重量百分比的鈦、0.01重量百分比至0.08重量百分比的鈮、0.05重量百分比至0.5重量百分比的鉬，及/或不大於0.05重量百分比的鈣。在一些實施例中，鋼胚可選擇性地包含不大於200 ppm的氮含量。在一些實施例中，基於較低之原料成本與後端應用之銲接需求，本發明之鋼胚較佳不包含鉻。在一些實施例中，為兼顧鋼胚之精煉成本與後端之銲接需求，鋼胚可包含不大於0.1重量百分比的鉻。在其他實施例中，本發明之鋼胚排除添加銅與/或鎳。惟須說明的是，在一些特定例子中，基於後端應用之需求，若應用環境含有硫化氫(H
2S)等特定物質時，本發明之鋼胚可選擇性地包含銅與/或鎳。
於進行熱軋製程時，鋼胚係被軋延至後端應用所需的尺寸規格。其中，熱軋製程的完軋溫度係不低於Ar
3溫度。舉例而言，本發明鋼胚的Ar
3溫度可例如約為686℃。其中，Ar
3溫度之量測與計算係具有通常知識者所熟知，故在此不另贅述。在一些實施例中，若完軋溫度低於Ar
3溫度時，雖然後續仍可進一步調整其他製程參數，以製得滿足需求的鋼材，但在不刻意變更其他參數的情形下，過低之完軋溫度會導致所製得之鋼材不具有所需的晶粒組織，而無法滿足應用需求。在一些實施例中，熱軋製程的完軋溫度較佳可為686℃至950℃。當熱軋製程的完軋溫度為此範圍時，所製得之完軋鋼材可具有較適當之晶相組織與尺寸，而可使後續所製得之鋼材可具有所需的晶相組織，進而滿足應用之需求。
在一些實施例中，於進行熱軋製程前，鋼胚可先藉由加熱設備來預熱，並使鋼胚之溫度均一。在一些具體例中，鋼胚可先被加熱至不低於1150℃，而有助於接續熱軋製程的進行。其次，當鋼胚先被加熱至不低於1150時，後續所製得之鋼材可具有較佳之低溫衝擊性。在其他具體例中，鋼胚可先被加熱至1200℃至1350℃，以進行熱軋製程。
於進行熱軋製程後，對完軋鋼材進行冷卻製程，並接續進行盤捲製程，以製得本發明具低溫韌性的鋼材，如操作130至操作150所示。在一些實施例中，本發明之鋼材的製作方法不須進行冷軋製程。
於進行冷卻製程時，完軋鋼材係以不小於10℃/s的冷卻速率被冷卻至660℃至720℃。當完軋鋼材被冷卻時，由於冷卻速率較快，故鋼材中之晶相組織不易析出變大，故可確保所製得之鋼材可具有較細小的晶粒尺寸。另外，於冷卻製程中，較快之冷卻速率亦有助於使鋼材中之組織轉變為肥粒鐵組織與波來鐵組織，而使所製得之鋼材具有適當的晶相組織。在一些實施例中，冷卻速率可為10℃/s至100℃/s。當冷卻速率為10℃/s至100℃/s時，經熱軋製程所製得之完軋鋼材中的晶相組織可具有較適當的析出時間，而可使後續所製得之鋼材具有更適當之晶相組成與尺寸。
當進行盤捲製程時，冷卻後之完軋鋼材係於660℃至720℃之初始溫度下開始盤捲，惟於盤捲時，鋼材係自然地冷卻。換言之，於鋼材進入盤捲機時，鋼材溫度為660℃至720℃，而於鋼材開始盤捲時，鋼材未額外地被加熱或冷卻。於進行盤捲製程時，鋼材中之晶相組織不會再析出變大，而可確保所製得之鋼材具有較細緻的晶粒尺寸，進而使其具有較佳的低溫衝擊性。若於盤捲製程額外地對盤捲鋼材加熱時，鋼材中之晶粒組織易粗化，而降低鋼材的低溫衝擊性。
在一些實施例中，於進行盤捲製程後，可進一步地對鋼材進行表面加工處理製程，以進一步提升鋼材品質。舉例而言，表面加工處理製程可例如為酸洗處理、其他表面加工處理，或上述處理方法之任意組合。表面加工處理製程可例如用以去除鋼材之表面鏽皮及/或其他表面雜質。
在一些具體例中，本發明所製得之鋼材包含肥粒鐵組織與波來鐵組織。在其他具體例中，本發明之鋼材係由70%以上之肥粒鐵組織，以及波來鐵組織與其他非特定相所組成。較佳地，肥粒鐵組織之含量為70%至90%。其次，本發明之鋼材具有均勻且細緻的晶粒尺寸。在一些具體例中，根據ASTM E112之量測規範，本發明鋼材中之晶粒大小係不小於8號。由於本發明之鋼材具有肥粒鐵組織與波來鐵組織，且具有均勻的細緻組織，故其具有良好的低溫衝擊性(例如：根據ASTM E23之量測規範，於-40℃時，鋼材之衝擊值不小於150 J。在其他例子中，鋼材之衝擊值較佳係不小於230 J)。再者，本發明之鋼材具有大於570 MPa之抗拉強度、大於485 MPa之降伏強度，以及不小於25%的伸長率。
在一些應用例中，本發明之鋼材可例如但不限於用以製成鋼管，且其可滿足美國石油學會(American Petroleum Institute；API)的管材規格(API 5L X70)之要求，或者其他相近強度的用途要求。
以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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。
實施例1
實施例1之鋼材係採用如下示之第1表中的鋼胚組成來製作鋼材。然後，將鋼胚預加熱至1241℃，以進行熱軋製程。待鋼胚軋延至9.3公釐時，結束熱軋製程，其中完軋鋼材的完軋溫度為850℃。接著，進行冷卻製程。待完軋鋼材冷卻至660℃後，接續進行盤捲製程，以製得實施例1之具低溫韌性的鋼材。所製得之鋼材以所屬技術領域慣用之方法與儀器設備來評價晶相組織、降伏強度、抗拉強度、延伸率與低溫衝擊性。所得之結果如第1表所示。
另外，將實施例1之鋼材製作為符合API 5L X70之規格的管材，並進一步進行銲接製管。所製得管材之銲道係以相同於前述之方法來評價低溫衝擊性，且銲道之低溫衝擊值係不小於124 J。
實施例2與實施例3及比較例1與比較例2
實施例2與實施例3及比較例1與比較例2之鋼材係使用與實施例1之鋼材的製作方法相同之流程步驟，不同之處在於實施例2與實施例3及比較例1與比較例2係改變鋼胚組成與不同之參數條件來製備鋼材。所得鋼材的晶相組織、降伏強度、抗拉強度、延伸率與低溫衝擊性之評價結果如第1表所示，在此不另贅述。
相同地，使用與實施例1之管材的製作方法相同之流程步驟來製作實施例2與實施例3及比較例1與比較例的管材，而管材銲道之低溫衝擊的評價結果如第1表所示。
依據第1表的評價結果可知，當鋼胚具有本發明所揭示之特定組成，熱軋製程之完軋溫度不低於Ar
3溫度時，且經熱軋之鋼材以不小於10℃/s的冷卻速率冷卻至特定溫度後，所製得之鋼材可由肥粒鐵組織與波來鐵組織所構成，而具有滿足應用需求的機械性質，且其於低溫環境亦具有較佳之衝擊性質。據此，本發明所製得之鋼材可具有良好的低溫衝擊性，而可滿足應用之需求。
於比較例1與比較例2中，雖然其低溫衝擊值分別為217 J與213 J，惟其鋼胚組成包含較多之鉻，故比較例1與比較例2具有較高的原料成本，且後續應用時之銲接性質較差。
另外，將各實施例與比較例之鋼材製作為管材時，針對銲道之低溫衝擊值，本發明之鋼材可具有優異的低溫衝擊性(低溫衝擊值不小於124 J)，但比較例之管材銲道的低溫衝擊值係不大於67 J。顯然，藉由特定之組成與製作流程和參數，利用本發明鋼材所製得之管材可具有較佳之低溫衝擊性，而具有較佳之應用性。
據此，本發明的製作方法可藉由較低的原料成本，並搭配特定的熱軋參數、冷卻速率與盤捲製程，而製得具有較佳低溫韌性之鋼材，進而可滿足應用需求。其中，本發明藉由特定的完軋溫度，並以較快的冷卻速率來冷卻熱軋後的鋼材，而可確保鋼材中之晶相組織轉變為肥粒鐵組織與波來鐵組織，以滿足鋼材的晶相組織要求。進一步地，藉由特定的盤捲初始溫度來進行盤捲，以使鋼材中之晶相組織同時地均勻析出生成，故所製得之鋼材可具有均勻且細緻的晶相組織，進而具有較佳之低溫韌性。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，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
110,120,130,140,150:操作
為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下。
圖1係繪示依照本發明之一些實施例之具低溫韌性之鋼材的製作方法之流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:方法
110,120,130,140,150:操作
Claims (7)
- 一種具低溫韌性之鋼材，包含：0.03重量百分比至0.15重量百分比的碳；0.1重量百分比至0.8重量百分比的矽；1重量百分比至2重量百分比的錳；不大於0.05重量百分比的磷；不大於0.05重量百分比的硫；0.01重量百分比至0.17重量百分比的鋁；以及不顯著的雜質與平衡量的鐵，其中該鋼材包含肥粒鐵組織與波來鐵組織，且肥粒鐵組織之含量不小於70%，且該鋼材於-40℃下的衝擊值不小於150J。
- 如請求項1所述之具低溫韌性之鋼材，更包含：0.01重量百分比至0.08重量百分比的釩；0.01重量百分比至0.08重量百分比的鈦；0.01重量百分比至0.08重量百分比的鈮；0.05重量百分比至0.5重量百分比的鉬；及/或不大於0.05重量百分比的鈣。
- 如請求項1所述之具低溫韌性之鋼材，其中該鋼材之一晶粒大小係不小於8號。
- 一種具低溫韌性之鋼材的製作方法，包含：提供一鋼胚；對該鋼胚進行熱軋製程，以形成一完軋鋼材，其中該熱軋製程之一完軋溫度不低於Ar3溫度；對該完軋鋼材進行一冷卻製程，以形成一冷卻鋼材，其中該冷卻製程的一冷卻速率為不小於10℃/s；以及於660℃至720℃下，對該冷卻鋼材進行一盤捲製程，以製得如請求項1至5中之任一項所述具低溫韌性之該鋼材。
- 如請求項4所述之具低溫韌性之鋼材的製作方法，更包含：於進行該熱軋製程前，加熱該鋼胚至不小於1150℃。
- 如請求項4所述之具低溫韌性之鋼材的製作方法，其中該冷卻速率為10℃/s至100℃/s。
- 如請求項4所述之具低溫韌性之鋼材的製作方法，更包含：於進行該盤捲製程後，對該鋼材進行一表面加工處理製程。
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Citations (3)
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| JP2012172243A (ja) * | 2011-02-24 | 2012-09-10 | Jfe Steel Corp | 靭性に優れる高張力鋼板とその製造方法 |
| JP2019119913A (ja) * | 2018-01-09 | 2019-07-22 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 造形用のステンレス鋼粉末 |
| TW202039884A (zh) * | 2019-03-29 | 2020-11-01 | 日商Ｊｆｅ鋼鐵股份有限公司 | 電焊鋼管及其製造方法以及鋼管樁 |
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2021
- 2021-06-28 TW TW110123488A patent/TWI768987B/zh active
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