高碳熱軋鋼板及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種穩(wěn)定地得到優(yōu)良的冷加工性和淬透性的高碳熱軋鋼板及其制造方法。一種高碳熱軋鋼板,具有如下組成:以質(zhì)量%計(jì),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、sol.Al:大于0.10%且1.0%以下、N:0.005%以下、B:0.0005~0.0050%,且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成,并具有由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織,所述鐵素體的平均粒徑為10~20μm,所述滲碳體的球化率為90%以上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高碳熱軋鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冷加工性(cold workability)和淬透性?xún)?yōu)良的高碳熱軋鋼板及其制
造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,齒輪、變速器、座椅調(diào)角器等汽車(chē)用部件是通過(guò)對(duì)作為JISG4051規(guī)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳鋼鋼材的熱軋鋼板進(jìn)行冷加工而加工為所希望的形狀,然后實(shí)施用于確保所希望硬度的淬火處理而制造的。因此,對(duì)于原材料的熱軋鋼板來(lái)說(shuō),要求優(yōu)良的冷加工性、淬透性,并且迄今已提出了多種鋼板。
[0003]例如,在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了一種淬火后的韌性?xún)?yōu)良的熱軋鋼板,作為鋼成分,以質(zhì)量%計(jì)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%,其中 B — (10.8/14)N* ≥ 0.0005%, N* = N — (14/48)Ti,并且當(dāng)右邊≤ O 時(shí),滿(mǎn)足N* = 0,且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成,作為鋼中析出物的TiN的平均粒徑為0.06~0.30 μ m,并且淬火后的原奧氏體粒徑為2~25 μ m。
[0004]在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了一種冷加工性、淬透性、熱處理后的韌性?xún)?yōu)良的回火省略型Ti 一 B系高碳鋼 板的制造方法,該鋼板以質(zhì)量%計(jì)含有C:0.15~0.40%, S1:0.35%以下、Mn:0.6 ~1.50%、P:0.030% 以下、S:0.020% 以下、sol.Al:0.01 ~0.20%、N:0.0020 ~0.012 %、Ti:0.005 ~0.1 %、B:0.0003 ~0.0030 %,并且滿(mǎn)足 B ≤ 0.0032 —0.014Xsol.Al - 0.029XTi,且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0005]在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了一種冷加工性?xún)?yōu)良的高碳熱軋鋼板,具有如下組成:以質(zhì)量 % 計(jì),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、T1:0.005 ~0.05%, B:0.0005 ~
0.003%,Cr:0.05~0.3%,其中Ti — (48/14)N≥0.005,且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成,并具有如下組織:鐵素體平均粒徑為6μπι以下,碳化物平均粒徑為0.Ιμπι以上且小于1.20 μ m,實(shí)質(zhì)不含有碳化物的鐵素體晶粒的體積分?jǐn)?shù)為5%以下。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利第4265582號(hào)公報(bào)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)平5-98356號(hào)公報(bào)
[0010]專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2005-97740號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0012]然而,對(duì)于專(zhuān)利文獻(xiàn)I至3所記載的熱軋鋼板而言,存在有無(wú)法穩(wěn)定地得到冷加工性和淬透性均優(yōu)良的鋼板的問(wèn)題。[0013]本發(fā)明目的在于提供一種穩(wěn)定地得到優(yōu)良的冷加工性和淬透性的高碳熱軋鋼板及其制造方法。
[0014]用于解決問(wèn)題的方法
[0015]本發(fā)明人對(duì)于添加了 B的高碳熱軋鋼板的冷加工性和淬透性進(jìn)行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)以下見(jiàn)解。
[0016]i)通過(guò)形成由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織,并且使鐵素體的平均粒徑為10~20 μ m,使?jié)B碳體的球化率為90%以上,可以穩(wěn)定地得到優(yōu)良的冷加工性。
[0017]ii)通過(guò)使sol.Al量大于0.10%,可以有效地表現(xiàn)出提高淬透性的固溶B (soluteB)的效果,可以穩(wěn)定地得到優(yōu)良的淬透性。
[0018]iii)由于可以有效地表現(xiàn)出淬透性提高效果,因此能夠減少作為固溶強(qiáng)化元素的Si量、Mn量,并且即使是熱軋后的狀態(tài)也可以得到穩(wěn)定的冷加工性。
[0019]本發(fā)明基于上述見(jiàn)解而完成,其提供一種高碳熱軋鋼板,具有如下組成:以質(zhì)量%計(jì),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、sol.Al:大于 0.10%且 1.0% 以下、N:0.005% 以下、B:0.0005 ~0.0050%,且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成,并具有由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織,所述鐵素體的平均粒徑為10~20 μ m,所述滲碳體的球化率為90%以上。
[0020]本發(fā)明的高碳熱軋鋼板優(yōu)選在上述組成的基礎(chǔ)上以質(zhì)量%計(jì)同時(shí)或者分別地進(jìn)一步含有合計(jì)為2%以下的Cu、Ni中的至少一種、合計(jì)為1.0 %以下的Cr、Mo中的至少一種、合計(jì)為0.1%以下的Sb、Sn中的至少一種。
[0021]本發(fā)明的高碳熱軋鋼板能夠通過(guò)下述方法制造,對(duì)具有上述組成的鋼進(jìn)行粗軋后,在850°C以上的終軋溫度下進(jìn)行精軋,在600°C以上的卷取溫度下卷取,然后在680°C以上且Ac1相變點(diǎn)以下的退火溫度下退火。
[0022]發(fā)明效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明,能夠制造穩(wěn)定地得到優(yōu)良的冷加工性和淬透性的高碳熱軋鋼板。本發(fā)明的高碳熱軋鋼板適合于汽車(chē)的齒輪、變速器、座椅調(diào)角器等。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是表不滲碳體的最大徑a和最小徑b為a/b ≤ 3的a/b = 1.5時(shí)的圖。
[0025]圖2是表不滲碳體的最大徑a和最小徑b為a/b>3的a/b = 6時(shí)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下,對(duì)本發(fā)明的高碳熱軋鋼板及其制造方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是,作為成分含量單位的“ ”,只要沒(méi)有特別說(shuō)明,則表示“質(zhì)量% ”。
[0027]I)組成
[0028]C:0.20 ~0.48%
[0029] C是用于得到淬火后的強(qiáng)度的重要元素。在冷加工為部件后,為了通過(guò)熱處理而得到所希望的硬度,必須使C量至少為0.20%以上。但是,如果C量超過(guò)0.48%,則會(huì)發(fā)生硬質(zhì)化,冷加工性變差。因此,將C量設(shè)定為0.20~0.48%。為了得到充分的熱處理后的硬度,優(yōu)選使C量為0.26%以上。[0030]S1:0.1% 以下
[0031]Si是通過(guò)固溶強(qiáng)化而提高強(qiáng)度的元素。但是,如果Si量超過(guò)0.1 %,則會(huì)發(fā)生硬質(zhì)化,冷加工性變差。因此,將Si量設(shè)定為0.1%以下。Si量即使為零也沒(méi)有問(wèn)題。
[0032]Mn:0.5% 以下
[0033]Mn是通過(guò)固溶強(qiáng)化而提高強(qiáng)度的元素。但是,如果Mn量超過(guò)0.5%,則會(huì)發(fā)生硬質(zhì)化,或者形成因偏析所導(dǎo)致的帶狀組織(band structure),因此冷加工性變差。因此,將Mn量設(shè)定為0.5%以下,優(yōu)選為0.4%以下。Mn量即使為零也沒(méi)有問(wèn)題,但是在減少M(fèi)n時(shí),容易析出石墨,因此優(yōu)選將Mn量設(shè)定為0.2%以上。
[0034]P:0.03% 以下
[0035]P是通過(guò)固溶強(qiáng)化而提高強(qiáng)度的元素。但是,如果P量超過(guò)0.03 %,則導(dǎo)致晶界脆化,淬火后的韌性變差。因此,將P量設(shè)定為0.03%以下。為了得到優(yōu)良的淬火后的韌性,優(yōu)選使P量為0.02%以下。P量即使為零也沒(méi)有問(wèn)題,但由于過(guò)度的減少會(huì)提高制造成本,因此考慮到成本方面,優(yōu)選將P量設(shè)定為0.005%以上。
[0036]S:0.01% 以下
[0037]S形成硫化物而導(dǎo)致冷加工性和淬火后的韌性變差,因此是必須減少的元素。如果S量超過(guò)0.01%,則冷加工性和淬火后的韌性顯著變差。因此,將S量設(shè)定為0.01%以下。為了得到優(yōu)良的冷加工性和淬火后的韌性,優(yōu)選使S量為0.005%以下。S量即使為零也沒(méi)有問(wèn)題。
[0038]sol.Al:大于 0.10%且 1.0% 以下
[0039]sol.Al促進(jìn)滲碳體的球化,使冷加工性提高。但是,在含B鋼的情況下,如果sol.Al量為0.10%以下,則在滲碳淬火、光亮淬火中,在含有為了控制碳勢(shì)而混合的N2氣的氣氛中加熱時(shí),容易形成BN,使淬透性提高的固溶B減少,有時(shí)鋼板表層部的淬透性顯著下降。如果sol.Al量超過(guò)0.10%,則AlN優(yōu)先形成而抑制了 BN的形成,因此,盡管奧氏體晶粒因AlN的形成而微細(xì)化,但由于確保了固溶B量,因此可以穩(wěn)定地表現(xiàn)出淬透性。另一方面,如果sol.Al量超過(guò)1.0%,則因固溶強(qiáng)化而導(dǎo)致過(guò)度硬質(zhì)化,冷加工性變差。
[0040]N:0.005% 以下
[0041]如果N量超過(guò)0.005%,則在進(jìn)行淬火處理的加熱時(shí),因BN的形成而導(dǎo)致固溶B量下降,此外,由于大量的BN、AlN的形成而導(dǎo)致奧氏體晶粒過(guò)度微細(xì)化,在冷卻時(shí)促進(jìn)了鐵素體的生成,淬火后的韌性變差。因此,將N量設(shè)定為0.005%以下。N量即使為零也沒(méi)有問(wèn)題。
[0042]B:0.0005 ~0.0050%
[0043]B是提高淬透性的重要元素。但是,當(dāng)B量小于0.0005%時(shí),無(wú)法確認(rèn)到充分提高淬透性的效果。另一方面,如果B量超過(guò)0.0050%,則熱軋的負(fù)荷變大,操作性下降,同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致冷加工性的劣化。因此,將B量設(shè)定為0.0005~0.0050%。
[0044]余量為Fe和不可避免的雜質(zhì),但為了促進(jìn)滲碳體的球化,進(jìn)一步提高冷加工性、淬透性,優(yōu)選同時(shí)或者分別地含有合計(jì)為2%以下的Cu、Ni中的至少一種、合計(jì)為1.0%以下的Cr、Mo中的至少一種、合計(jì)為0.1%以下的Sb、Sn中的至少一種。需要說(shuō)明的是,對(duì)于Sb和Sn來(lái)說(shuō),和前述的sol.Al同樣,新確認(rèn)了通過(guò)抑制B的氮化而改善淬透性的效果。因此,為了更確實(shí)地提高淬透性,特別優(yōu)選添加這些元素。[0045]2)顯微組織
[0046]為了穩(wěn)定地得到優(yōu)良的冷加工性,必須形成由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織,并且使鐵素體的平均粒徑為10~20μπι,使?jié)B碳體的球化率為90%以上。其原因在于,當(dāng)鐵素體的平均粒徑小于10 μ m時(shí),發(fā)生硬質(zhì)化,而當(dāng)鐵素體的平均粒徑超過(guò)20 μ m、或者滲碳體的球化率小于90%時(shí),即使軟質(zhì)化,延展性也下降,因此冷加工性變差。
[0047]此處,鐵素體的平均粒徑如下求出:研磨鋼板軋制方向的板厚截面,然后用硝酸乙醇腐蝕液(nital)進(jìn)行腐蝕,使用掃描型電子顯微鏡以1000倍的倍率觀察板厚中央部附近10個(gè)位置,并通過(guò)根據(jù)JISG0552:1998的切斷法求出各個(gè)位置的鐵素體的平均粒徑,再將10個(gè)位置的平均粒徑進(jìn)行平均而求出。需要說(shuō)明的是,這時(shí),還可以同時(shí)確認(rèn)顯微組織的相構(gòu)成。
[0048]此外,滲碳體的球化率如下求出:通過(guò)上述的組織觀察計(jì)算各滲碳體的最大徑a與最小徑b之比a/b,并由該比值為3以下的滲碳體的個(gè)數(shù)相對(duì)于滲碳體總個(gè)數(shù)的比例(% )而求出。例如,可以如圖1、2所示,確定最大徑a和最小徑b。
[0049]3)制造條件
[0050]終軋溫度:850°C以上
[0051]本發(fā)明的高碳熱軋鋼板是通過(guò)對(duì)上述組成的鋼進(jìn)行由粗軋和精軋構(gòu)成的熱軋而形成所希望板厚的鋼板。這時(shí),當(dāng)終軋溫度低于850°C時(shí),由于奧氏體晶粒變得微細(xì),因此在之后的冷卻過(guò)程中形成的鐵素體的平均粒徑小于10 μ m。因此,將終軋溫度設(shè)定為850°C以上。需要說(shuō)明的是,終軋溫度的上限沒(méi)有特別規(guī)定,但如果過(guò)高,則有時(shí)顯微組織混晶化,淬透性容易發(fā)生不均,因此優(yōu)選使上限為1000°C。
[0052]卷取溫度:600°C以上
[0053]當(dāng)卷取溫度低于600°C時(shí),鐵素體的平均粒徑小于10 μ m。因此,將卷取設(shè)定為600°C以上。需要說(shuō)明的是,卷取溫度的上限沒(méi)有特別規(guī)定,但為了避免因氧化皮所導(dǎo)致的表面性狀的劣化,優(yōu)選使上限為750°C。
[0054]退火溫度:680°C以上且Ac1相變點(diǎn)以下
[0055]對(duì)于卷取后的鋼板,為了在酸洗后不生成珠光體,而形成由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織,并且使?jié)B碳體的球化率為90%以上,必須在680°C以上且Ac1相變點(diǎn)以下的退火溫度下進(jìn)行退火。如果退火溫度低于680°C,則無(wú)法使?jié)B碳體的球化率為90%以上,而如果超過(guò)Ac1相變點(diǎn),則在加熱中生成奧氏體,在冷卻中生成珠光體,冷加工性變差。此外,維持在上述溫度的退火時(shí)間優(yōu)選為20小時(shí)以上且40小時(shí)以下。如果退火時(shí)間為20小時(shí)以上,則容易將滲碳體的球化率調(diào)整至所希望的范圍,因此優(yōu)選,而如果為40小時(shí)以下,則可以充分地獲得退火的效果,同時(shí)還可以抑制因長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行退火所導(dǎo)致的制造成本上升,因此優(yōu)選。
[0056]需要說(shuō)明的是,對(duì)于Ac1相變點(diǎn)而言,例如,可以通過(guò)加熱速度為100°C /小時(shí)的熱膨脹(Formastor)實(shí)驗(yàn)求出熱膨脹曲線,并由其轉(zhuǎn)變點(diǎn)而求出。
[0057]熔煉本發(fā)明的高碳鋼可以使用轉(zhuǎn)爐、電爐中的任一種。此外,如此熔煉后的高碳鋼通過(guò)鑄錠-開(kāi)坯軋制或連鑄而形成鋼坯。鋼坯通常在加熱后,進(jìn)行熱軋。需要說(shuō)明的是,在通過(guò)連鑄所制造的鋼坯的情況下,可以應(yīng)用直接進(jìn)行軋制、或者為了抑制溫度下降而進(jìn)行保溫后進(jìn)行軋制的直送軋制。此外,在加熱鋼坯后進(jìn)行熱軋時(shí),為了避免氧化皮而導(dǎo)致的表面狀態(tài)變差,優(yōu)選將鋼坯加熱溫度設(shè)定為1280°C以下。在熱軋中,為了確保終軋溫度,可以在熱軋中利用薄板坯加熱器等加熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行被軋制材料的加熱。
[0058]實(shí)施例
[0059]熔煉具有表1所示的鋼編號(hào)A~O的組成的高碳鋼,接著按照表2所示的熱軋條件進(jìn)行熱軋,然后酸洗,在表2所示的退火溫度下進(jìn)行退火,制造板厚為4.0mm的熱軋退火板(鋼板N0.1~18)。
[0060]對(duì)于如此制造的鋼板,通過(guò)上述方法求出顯微組織的相構(gòu)成、鐵素體的平均粒徑、和滲碳體的球化率。此外,與軋制方向平行地裁取JIS5號(hào)試驗(yàn)片,根據(jù)JIS Z2201求出拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。再通過(guò)以下方法評(píng)價(jià)淬透性。
[0061]淬透性:通過(guò)氣氛淬火法(controlled atmosphere hardening)進(jìn)行淬火試驗(yàn),測(cè)定洛氏硬度(Ηκ。),其中,所述氣氛淬火法是從鋼板上裁取平板試驗(yàn)片(寬50mmX長(zhǎng)50mm),在RX氣體(RXgas)中混合了空氣并且以使碳勢(shì)與鋼中的C量相等的方式進(jìn)行控制的氣氛中,在900°C下加熱保持I小時(shí),然后立即投入到50°C的油中對(duì)油進(jìn)行攪拌的方法。并且,根據(jù)鋼中的C量,如果C:0.20%時(shí)Hkc≥42,C:0.35%時(shí)Hkc≥54,C:0.48%時(shí)Hkc≥58,則視為淬透性?xún)?yōu)良。
[0062]將結(jié)果示于表2。
[0063]本發(fā)明例的鋼板,具有由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織,鐵素體的平均粒徑為10~20 μ m,滲碳體的球化率為90%以上,可知其伸長(zhǎng)率高,冷加工性?xún)?yōu)良,并且淬火后根據(jù)C量可以獲得充分的硬度,淬透性也優(yōu)良。
[0064]
【權(quán)利要求】
1.一種高碳熱軋鋼板,具有如下組成:以質(zhì)量%計(jì),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、sol.Al:大于 0.10%且 1.0% 以下、N:0.005%以下、B:0.0005~0.0050%,且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成, 具有由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織,所述鐵素體的平均粒徑為10~20 μ m,所述滲碳體的球化率為90%以上。
2.如權(quán)利要求1所述的高碳熱軋鋼板,以質(zhì)量%計(jì),進(jìn)一步含有合計(jì)為2%以下的Cu、Ni中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高碳熱軋鋼板,以質(zhì)量%計(jì),進(jìn)一步含有合計(jì)為1.0%以下的Cr、Mo中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的高碳熱軋鋼板,以質(zhì)量%計(jì),進(jìn)一步含有合計(jì)為0.1%以下的Sb、Sn中的至少一種。
5.一種高碳熱軋鋼板的制造方法,對(duì)具有權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的組成的鋼進(jìn)行粗軋后,在850°C以上的終軋溫度下進(jìn)行精軋,在600°C以上的卷取溫度下卷取,然后在6800C以上且Ac1相變 點(diǎn)以下的退火溫度下退火。
【文檔編號(hào)】C22C38/00GK104040000SQ201280066106
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月5日
【發(fā)明者】中村展之, 小林崇, 船川義正 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社