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高碳熱軋鋼板及其制造方法

文檔序號:3077115閱讀:196來源:國知局
高碳熱軋鋼板及其制造方法
【專利摘要】一種高碳熱軋鋼板,其具有如下成分組成:以質量%計,含有C:0.20~0.48%、Si:0.1%以下、Mn:0.5%以下、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Al:0.1~0.6%、Cr:0.05~0.5%、B:0.0005~0.0050%、Ca:0.0010~0.0050%,從表面沿板厚方向進入0.1mm的表層部的平均N量為0.1%以上,板厚中央部的平均N量為0.01%以下,余量由Fe和不可避免的雜質構成,并且具有如下顯微組織:由鐵素體相和碳化物構成,鐵素體相的平均粒徑為10~20μm,所述碳化物的球化率為90%以上。
【專利說明】高碳熱軋鋼板及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及沖壓成形性和淬透性優(yōu)良的高碳熱軋鋼板及其制造方法。
【背景技術】
[0002]目前,齒輪、傳動裝置、座椅調角器等汽車用部件通過如下方法來制造:將作為JISG4051中規(guī)定的機械結構用碳鋼鋼材的高碳熱軋鋼板通過冷壓成形而成形為期望的形狀后,為了確保期望的硬度而實施淬火處理。因此,對于原材料的鋼板要求優(yōu)良的沖壓成形性和淬透性,迄今為止提出了各種高碳熱軋鋼板。
[0003]例如,在專利文獻I中公開了一種淬火后的沖擊特性優(yōu)良的熱軋鋼板,其中,作為鋼成分,以質量%計,含有C:0.10~0.37%, S1:1%以下、Mn:1.4%以下、P:0.1%以下、S:0.03 % 以下、sol.Al:0.01 ~0.1 %、N:0.0005 ~0.0050 %、Ti:0.005 ~0.05 %、B:0.0003 ~0.0050%,并且 Β-(10.8/14)N* ≥ 0.0005%, N* = N-(14/48)Ti,其中,右邊< O時,滿足N* = 0,余量由Fe和不可避免的雜質構成,作為鋼中析出物的TiN的平均粒徑為0.06~0.30 μ m,且淬火后的原奧氏體粒徑為2~25 μ m。
[0004]另外,在專利文獻2中公開了一種成形性和韌性優(yōu)良的回火省略型T1-B系高碳薄鋼板的制造方法,其中,將板厚為6_以下的熱軋鋼板進行塑性加工后,在Ac3~950°C的溫度范圍內進行均熱,然后在水中或油中進行淬火,所述熱軋鋼板具有如下鋼組成:以質量%計,含有 C:0.15 ~0.40%, Si ( 0.35%, Mn:0 .6 ~1.50%, P ( 0.030%, S ( 0.020%,T1:0.005 ~0.l%,sol.Al:0.01 ~0.20%,N:0.0020 ~0.012%,B:0.0003 ~0.0030%,其中,B ( 0.0032-0.014Xsol.A1-0.029XTi,余量實質上由 Fe 構成。
[0005]此外,在專利文獻3中公開了一種高碳熱軋鋼板,具有如下組成:以質量%計,含有 C:0.20 ~0.48%、Si:0.1% 以下、Mn:0.20 ~0.60%、P:0.02% 以下、S:0.01% 以下、sol.Al:0.1% 以下、N:0.005% 以下、Ti:0.005 ~0.05%, B:0.0005 ~0.003%, Cr:0.05~0.3%,滿足T1-(48/14)N≥0.005 (式中的元素符號表示各元素的含量的質量% ),余量由Fe和不可避免的雜質構成;并且具有如下組織:鐵素體平均粒徑為6μπι以下,碳化物平均粒徑為0.1 μ m以上且小于1.20 μ m,實質上不含有碳化物的鐵素體晶粒的體積率為5%以下。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本專利第4265582號公報
[0009]專利文獻2:日本特開平5-98356號公報
[0010]專利文獻3:日本特開2005-97740號公報

【發(fā)明內容】

[0011]發(fā)明所要解決的問題
[0012]但是,對于專利文獻I~3記載的高碳熱軋鋼板而言,觀察到延展性的降低、淬火后鋼板表層部的硬度降低,難以穩(wěn)定地具備優(yōu)良的沖壓成形性和淬透性。
[0013]本發(fā)明的目的在于提供穩(wěn)定地具備優(yōu)良的沖壓成形性和淬透性、特別是鋼板表層部的淬透性的高碳熱軋鋼板及其制造方法。
[0014]用于解決問題的方法
[0015]本發(fā)明人為了實現上述目的而進行了深入研究,結果發(fā)現了以下內容。
[0016]i)若形成由鐵素體相和碳化物構成的顯微組織,且使鐵素體相的平均粒徑為10~20 μ m、碳化物的球化率為90%以上,則發(fā)生軟質化,可靠地實現延展性的提高,能夠穩(wěn)定地得到優(yōu)良的沖壓成形性。
[0017]ii)若使Al量為0.1質量%以上并在以氮氣為主體的氣氛中進行用于使碳化物球化的退火(以后,簡稱為球化退火),則鋼板表層部的平均N量達到0.1質量%以上,淬火后的鋼板表層部的硬度降低得到抑制,能夠穩(wěn)定地得到優(yōu)良的淬透性。
[0018]本發(fā)明是基于上述見解而完成的,提供一種高碳熱軋鋼板,具有如下成分組成(chemical composit1n):以質量 % 計,含有 C: 0.20 ~0.48 %、Si:0.1% 以下、Mn: 0.5%以下、P:0.03% 以下、S:0.01% 以下、Al:0.1 ~0.6%、Cr:0.05 ~0.5%、B:0.0005 ~0.0050%, Ca:0.0010~0.0050 %,從表面沿板厚方向進入0.1mm的表層部的平均N量為0.1 %以上,板厚中央部的平均N量為0.01%以下,余量由Fe和不可避免的雜質構成,并且具有如下顯微組織:由鐵素體相和碳化物構成,上述鐵素體相的平均粒徑為10~20 μ m,上述碳化物的球化率為90%以上。
[0019]本發(fā)明的 高碳熱軋鋼板中,也可以以質量%計還分別或同時含有:合計為2%以下的Cu、N1、Mo中的至少一種、或者合計為0.10%以下的T1、V中的至少一種。
[0020]本發(fā)明的高碳熱軋鋼板可以通過如下方法制造:對具有上述成分組成的鋼進行粗軋后,在850~950°C的精軋溫度(hot rolling finishing temperature)下進行熱軋,在500°C以上的卷取溫度(coiling temperature)下進行卷取,然后進行酸洗,在含有50體積%以上的氮氣的氣氛中,在680°C以上且Ac1相變點以下的退火溫度下進行球化退火。
[0021]發(fā)明效果
[0022]根據本發(fā)明,能夠制造穩(wěn)定地具備優(yōu)良的沖壓成形性和淬透性、特別是鋼板表層部的淬透性的高碳熱軋鋼板。本發(fā)明的高碳熱軋鋼板適合于齒輪、傳動裝置、座椅調角器等汽車用部件。
【具體實施方式】
[0023]以下對作為本發(fā)明的高碳熱軋鋼板及其制造方法詳細地進行說明。需要說明的是,只要沒有特別說明,則作為成分含量的單位的“ % ”是指“質量% ”。
[0024]I)成分組成
[0025]C:0.20 ~0.48%
[0026]C是用于得到淬火后的硬度的重要元素。為了得到沖壓成形、淬火后的汽車用部件所需要的硬度,需要使C量至少為0.20%以上。另一方面,C量超過0.48%時,會發(fā)生硬質化、低延展性化,沖壓成形性變差。因此,C量設定為0.20~0.48 %,優(yōu)選為0.26~0.48 %。
[0027]S1:0.1% 以下
[0028]Si量超過0.1 %時,會發(fā)生硬質化、低延展性化,沖壓成形性變差。因此,Si量設定為0.1 %以下,優(yōu)選為0.05%以下。Si量即使為0(零)也沒有問題。
[0029]Mn:0.5% 以下
[0030]Mn量超過0.5%時,不僅會發(fā)生硬質化、低延展性化,而且會使由偏析引起的帶狀組織(band structure)發(fā)達,從而使顯微組織變得不均勻,因此,沖壓成形性變差。因此,Mn量設定為0.5%以下,優(yōu)選為0.4%以下。Mn量即使為0(零)也沒有問題,但為了抑制石墨析出,優(yōu)選使Mn量為0.2 %以上。
[0031]P:0.03% 以下
[0032]P量超過0.03%時,沖壓成形性和淬火后的韌性顯著變差。因此,P量設定為
0.03%以下,優(yōu)選為0.02%以下。P量即使為0(零)也沒有問題,但為了抑制成本升高,優(yōu)選使P量為0.005%以上。
[0033]S:0.01% 以下
[0034]S量超過0.01%時,沖壓成形性和淬火后的韌性顯著變差。因此,S量設定為
0.01%以下,優(yōu)選為0.005%以下。S量即使為0(零)也沒有問題。
[0035]Al:0.1 ~0.6%
[0036]Al與N的化學親和力大,因此,在以氮氣為主體的氣氛中進行球化退火時會促進N吸收使得鋼板表層部的平均N量達到0.1 %以上,可防止淬火后的鋼板表層部的硬度降低,提高淬透性。為了表現出這樣的效果,需要使Al量為0.1%以上。另一方面,Al量超過
0.6%時,不僅會由于固溶強化而發(fā)生硬質化、低延展性化,沖壓成形性變差,而且相變點會增高,因此,從奧氏體單相區(qū)域開始的淬火處理變難,淬透性降低。因此,Al量設定為0.1~
0.6%。
[0037]Cr:0.05 ~0.5%
[0038]Cr不僅提高淬透性,而且抑制對淬透性有害的石墨的生成。為了表現出這樣的效果,需要使Cr量為0.05%以上。另一方面,Cr量超過0.5%時,會發(fā)生硬質化、低延展性化,沖壓成形性變差。因此,Cr量設定為0.05~0.5%。
[0039]B:0.0005 ~0.0050%
[0040]B提高淬透性,因此,需要使B量為0.0005%以上。另一方面,B量超過0.0050%時,熱軋的負荷升高、操作性降低,并且還導致沖壓成形性變差。因此,B量設定為0.0005~
0.0050%。
[0041]Ca:0.0010 ~0.0050%
[0042]Ca在鑄造含有0.1 %以上Al的鋼時會使鋼水的流動順暢。為了表現出這樣的效果,需要使Ca量為0.0010%以上。另一方面,Ca量超過0.0050%時,夾雜物增加,沖壓成形性變差。因此,Ca量設定為0.0010~0.0050% ο
[0043]從鋼板表面沿板厚方向進入0.1mm的表層部的平均N量:0.1%以上
[0044]如上所述,若 使Al量為0.1%以上并在以氮氣為主體的氣氛中進行球化退火,則會促進N吸收使得鋼板表層部的平均N量達到0.1%以上。因此,對于表層部而言,在淬火處理時固溶Msolute N)量增加,不僅淬透性增大,而且淬火硬度也增大,因此,能夠防止淬火后的鋼板表層部的硬度降低。Al量低于0.1 %時,鋼板表層部的平均N量不能達到0.1%以上,不能充分防止淬火后的鋼板表層部的硬度降低。在此,鋼板表層部是指從鋼板表面到沿板厚方向進入0.1mm為止的整個區(qū)域。[0045]鋼板板厚中央部的平均N量:0.01%以下
[0046]鋼板板厚中央部的平均N量超過0.01%時,在熱軋階段就已經促進BN的形成,不能充分得到使淬透性提高的固溶B,因此,在淬火處理的冷卻時促進鐵素體相的生成,淬火后的韌性變差。因此,鋼板板厚中央部的平均N量設定為0.01%以下。在此,鋼板板厚中央部的平均N量是指球化退火前的鋼板的N量。另外,鋼板板厚中央部規(guī)定為從板厚1/4的位置到3/4的位置之間。N量即使為0(零)也沒有問題,但若考慮到成本方面,則優(yōu)選使N量為0.001%以上。
[0047]余量為Fe和不可避免的雜質,但出于促進碳化物的球化、提高淬透性的目的,可以含有合計為2%以下的Cu、N1、Mo中的至少一種,進而,或者出于抑制石墨的生成、提高淬透性的目的,可以另外含有合計為0.10%以下的T1、V中的至少一種。
[0048]2)顯微組織
[0049]在本發(fā)明中,為了提高沖壓成形性,需要在熱軋后進行球化退火從而形成由鐵素體相和碳化物構成的顯微組織。特別是,為了具備優(yōu)良的沖壓成形性和淬透性,需要使鐵素體相的平均粒徑為10~20 μ m、使碳化物的球化率為90%以上。
[0050]在此,鐵素體相的平均粒徑是指,對鋼板的軋制方向的板厚斷面進行研磨后,進行硝酸乙醇溶液(nital)腐蝕,使用掃描電子顯微鏡在板厚中央部的10處位置,以1000倍進行組織觀察,通過依照JIS G0552:1998的切斷法求出各位置的粒徑,對10處的粒徑進行算術平均而得到的值。另外,碳化物的球化率是指,在上述進行組織觀察后的各位置,計算碳化物的最大直徑a與最小直徑b之比a/b,以a/b為3以下的碳化物的數目相對總碳化物數目的比例)的形式求出,對10處的球化率進行算術平均而得到的值。
[0051]3)制造條件
[0052]熱軋的精軋溫度:850~950°C
[0053]對具有上述成分組成的鋼進行由粗軋和精軋構成的熱軋而形成期望板厚的鋼板。此時,精軋溫度低于850°C時,軋制時的奧氏體晶粒變得微細,因此,球化退火后的鐵素體相的平均粒徑小于ΙΟμπι,超過950°C時,鐵素體相的平均粒徑大于20μπι。因此,將熱軋的精軋溫度設定為850~950°C。
[0054]卷取溫度:500°C以上
[0055]對熱軋后的鋼板進行卷取,但卷取溫度低于500°C時,球化退火后的鐵素體相的平均粒徑和碳化物微細化,發(fā)生硬質化、低延展性化,從而使沖壓成形性變差。因此,將卷取溫度設定為500°C以上。需要說明的是,為了避免氧化皮所導致的表面性狀的變差,優(yōu)選將卷取溫度設定為750°C以下。
[0056]球化退火:在含有50體積%以上的氮氣的氣氛中,680°C以上且Ac1相變點以下的退火溫度
[0057]對于卷取后的鋼板,通過酸洗除去氧化皮后,使碳化物球化,成為期望的鐵素體相的平均粒徑,并且,為了使鋼板表層部的平均N量為0.1%以上,在含有50體積%以上的氮氣的氣氛中,在680°C以上且Ac1相變點以下的退火溫度下進行球化退火。此時,氣氛中的氮氣量低于50體積%時,不能使從鋼板表面沿板厚方向進入0.1mm的表層部的平均N量為
0.1%以上。 另外,退火溫度低于680°C時,不能使碳化物的球化率為90%以上。此外,退火溫度高于Ac1相變點時,在加熱中生成奧氏體相,在冷卻中生成珠光體,沖壓成形性變差。因此,球化退火需要在含有50體積%以上的氮氣的氣氛中、在680°C以上且Ac1相變點以下的退火溫度下進行。另外,維持于上述溫度的退火時間優(yōu)選為20~40小時。另外,Ac1相變點例如可以通過利用加熱速度為100°C /小時的熱加工模擬(formastor)實驗求出熱膨脹曲線并利用其變化點來求出。
[0058]對具有本發(fā)明的成分組成的高碳鋼進行熔煉時,可以使用轉爐、電爐中的任意一種。另外,這樣熔煉后的高碳鋼通過鑄錠-開坯軋制或連鑄而制成鋼坯。鋼坯通常在加熱后進行熱軋。另外,在通過連鑄制造的鋼坯的情況下,可以直接應用進行軋制的直送軋制或者出于抑制溫度降低的目的而進行保溫后應用進行軋制的直送軋制。另外,在對鋼坯進行加熱并進行熱軋的情況下,為了避免氧化皮所導致的表面狀態(tài)的變差,優(yōu)選使鋼坯加熱溫度為1280°C以下。熱軋中,為了確保精軋溫度,可以在熱軋中利用薄板坯加熱器等加熱裝置進行被軋制材料的加熱。
[0059]實施例
[0060]將具有表1所示的鋼A至M的成分組成的鋼進行熔煉,接著按照表2所示的熱軋條件進行熱軋后,進行酸洗,在含有95體積%氮氣和5體積%氫氣的氣氛中,在表2所示的退火溫度下進行球化退火,從而制造板厚為3.0mm的熱軋鋼板的試樣I~14。
[0061]對于這樣制造的試樣,對鋼板表層部的N量進行分析,并且通過上述方法求出鐵素體相的平均粒徑和碳化物的球化率。另外,以與軋制方向平行的方式裁取JIS13號B拉伸試驗片,求出拉伸強度TS、總伸長率E1。進而,裁取寬50mmX長50mm的試驗片,在將RX氣體(RX gas)混合 在空氣中并以使碳勢與鋼中C量相等的方式調節(jié)后的氣氛中,在870°C下加熱30秒后投入至120°C的油中來進行淬火處理,求出鋼板表層部的C標尺洛氏硬度(HRC) ο
[0062]并且,沖壓成形性利用El進行評價,淬透性利用鋼板表層部的HRC進行評價,但El、HRC的C量依賴性均較大,因此,若在C為0.20%時El≤42%、HRC≤35,在C為0.35%時為El≤35%,HRC≤45,在C為0.48%時為El≤30%,HRC≤45,則沖壓成形性和淬透性優(yōu)良。
[0063]將結果示于表2中。可知,具有由鐵素體相和碳化物構成的顯微組織、鋼板表層部的平均N量為0.1質量%以上、鐵素體相的平均粒徑為10~20 μ m且碳化物的球化率為90 %以上的本發(fā)明例的沖壓成形性和淬透性優(yōu)良。
[0064]
【權利要求】
1.一種高碳熱軋鋼板, 具有如下成分組成:以質量%計,含有c:0.20~0.48%, S1:0.1%以下、Mn:0.5%以下、P:0.03% 以下、S:0.01% 以下、Al:0.1 ~0.6%、Cr:0.05 ~0.5%、B:0.0005 ~0.0050%, Ca:0.0010~0.0050 %,從表面沿板厚方向進入0.1mm的表層部的平均N量為0.1 %以上,板厚中央部的平均N量為0.01%以下,余量由Fe和不可避免的雜質構成, 并且具有如下顯微組織:由鐵素體相和碳化物構成,所述鐵素體相的平均粒徑為10~20 μ m,所述碳化物的球化率為90%以上。
2.如權利要求1所述的高碳熱軋鋼板,其中,以質量%計還含有合計為2%以下的Cu、N1、Mo中的至少一種。
3.如權利要求1或2所述的高碳熱軋鋼板,其中,以質量%計還含有合計為0.10%以下的T1、V中的至少一種。
4.一種高碳熱軋鋼板的制造方法,其中,對具有權利要求1~3中任一項所述的成分組成的鋼進行粗軋后,在850~950°C的精軋溫度下進行熱軋,在500°C以上的卷取溫度下進行卷取,然后進行酸洗,在含有50體積%以上的氮氣的氣氛中,在680°C以上且Ac1相變點以下的退火溫度下進行碳 化物的球化退火。
【文檔編號】B21B3/00GK104040003SQ201280066256
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月26日 優(yōu)先權日:2012年1月6日
【發(fā)明者】中村展之, 小林崇, 船川義正 申請人:杰富意鋼鐵株式會社
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