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CN104040000A - 高碳热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

高碳热轧钢板及其制造方法 Download PDF

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CN104040000A CN201280066106.0A CN201280066106A CN104040000A CN 104040000 A CN104040000 A CN 104040000A CN 201280066106 A CN201280066106 A CN 201280066106A CN 104040000 A CN104040000 A CN 104040000A
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Abstract

本发明提供一种稳定地得到优良的冷加工性和淬透性的高碳热轧钢板及其制造方法。一种高碳热轧钢板，具有如下组成：以质量％计，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和不可避免的杂质构成，并具有由铁素体和渗碳体构成的显微组织，所述铁素体的平均粒径为10～20μm，所述渗碳体的球化率为90％以上。

Description

高碳热轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及冷加工性(cold workability)和淬透性优良的高碳热轧钢板及其制造方法。
背景技术
目前，齿轮、变速器、座椅调角器等汽车用部件是通过对作为JISG4051规定的机械结构用碳钢钢材的热轧钢板进行冷加工而加工为所希望的形状，然后实施用于确保所希望硬度的淬火处理而制造的。因此，对于原材料的热轧钢板来说，要求优良的冷加工性、淬透性，并且迄今已提出了多种钢板。
例如，在专利文献1中公开了一种淬火后的韧性优良的热轧钢板，作为钢成分，以质量％计含有C：0.10～0.37％、Si：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，并且当右边≤0时，满足N*＝0，且余量由Fe和不可避免的杂质构成，作为钢中析出物的TiN的平均粒径为0.06～0.30μm，并且淬火后的原奥氏体粒径为2～25μm。
在专利文献2中公开了一种冷加工性、淬透性、热处理后的韧性优良的回火省略型Ti－B系高碳钢板的制造方法，该钢板以质量％计含有C：0.15～0.40％、Si：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％，并且满足B≤0.0032－0.014×sol.Al－0.029×Ti，且余量由Fe和不可避免的杂质构成。
在专利文献3中公开了一种冷加工性优良的高碳热轧钢板，具有如下组成：以质量％计，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％，其中Ti－(48/14)N≥0.005，且余量由Fe和不可避免的杂质构成，并具有如下组织：铁素体平均粒径为6μm以下，碳化物平均粒径为0.1μm以上且小于1.20μm，实质不含有碳化物的铁素体晶粒的体积分数为5％以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4265582号公报
专利文献2：日本特开平5-98356号公报
专利文献3：日本特开2005-97740号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，对于专利文献1至3所记载的热轧钢板而言，存在有无法稳定地得到冷加工性和淬透性均优良的钢板的问题。
本发明目的在于提供一种稳定地得到优良的冷加工性和淬透性的高碳热轧钢板及其制造方法。
用于解决问题的方法
本发明人对于添加了B的高碳热轧钢板的冷加工性和淬透性进行了研究，结果发现以下见解。
i)通过形成由铁素体和渗碳体构成的显微组织，并且使铁素体的平均粒径为10～20μm，使渗碳体的球化率为90％以上，可以稳定地得到优良的冷加工性。
ii)通过使sol.Al量大于0.10％，可以有效地表现出提高淬透性的固溶B(solute B)的效果，可以稳定地得到优良的淬透性。
iii)由于可以有效地表现出淬透性提高效果，因此能够减少作为固溶强化元素的Si量、Mn量，并且即使是热轧后的状态也可以得到稳定的冷加工性。
本发明基于上述见解而完成，其提供一种高碳热轧钢板，具有如下组成：以质量％计，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和不可避免的杂质构成，并具有由铁素体和渗碳体构成的显微组织，所述铁素体的平均粒径为10～20μm，所述渗碳体的球化率为90％以上。
本发明的高碳热轧钢板优选在上述组成的基础上以质量％计同时或者分别地进一步含有合计为2％以下的Cu、Ni中的至少一种、合计为1.0％以下的Cr、Mo中的至少一种、合计为0.1％以下的Sb、Sn中的至少一种。
本发明的高碳热轧钢板能够通过下述方法制造，对具有上述组成的钢进行粗轧后，在850℃以上的终轧温度下进行精轧，在600℃以上的卷取温度下卷取，然后在680℃以上且Ac1相变点以下的退火温度下退火。
发明效果
根据本发明，能够制造稳定地得到优良的冷加工性和淬透性的高碳热轧钢板。本发明的高碳热轧钢板适合于汽车的齿轮、变速器、座椅调角器等。
附图说明
图1是表示渗碳体的最大径a和最小径b为a/b≤3的a/b＝1.5时的图。
图2是表示渗碳体的最大径a和最小径b为a/b>3的a/b＝6时的图。
具体实施方式
以下，对本发明的高碳热轧钢板及其制造方法进行详细说明。需要说明的是，作为成分含量单位的“％”，只要没有特别说明，则表示“质量％”。
1)组成
C：0.20～0.48％
C是用于得到淬火后的强度的重要元素。在冷加工为部件后，为了通过热处理而得到所希望的硬度，必须使C量至少为0.20％以上。但是，如果C量超过0.48％，则会发生硬质化，冷加工性变差。因此，将C量设定为0.20～0.48％。为了得到充分的热处理后的硬度，优选使C量为0.26％以上。
Si：0.1％以下
Si是通过固溶强化而提高强度的元素。但是，如果Si量超过0.1％，则会发生硬质化，冷加工性变差。因此，将Si量设定为0.1％以下。Si量即使为零也没有问题。
Mn：0.5％以下
Mn是通过固溶强化而提高强度的元素。但是，如果Mn量超过0.5％，则会发生硬质化，或者形成因偏析所导致的带状组织(bandstructure)，因此冷加工性变差。因此，将Mn量设定为0.5％以下，优选为0.4％以下。Mn量即使为零也没有问题，但是在减少Mn时，容易析出石墨，因此优选将Mn量设定为0.2％以上。
P：0.03％以下
P是通过固溶强化而提高强度的元素。但是，如果P量超过0.03％，则导致晶界脆化，淬火后的韧性变差。因此，将P量设定为0.03％以下。为了得到优良的淬火后的韧性，优选使P量为0.02％以下。P量即使为零也没有问题，但由于过度的减少会提高制造成本，因此考虑到成本方面，优选将P量设定为0.005％以上。
S：0.01％以下
S形成硫化物而导致冷加工性和淬火后的韧性变差，因此是必须减少的元素。如果S量超过0.01％，则冷加工性和淬火后的韧性显著变差。因此，将S量设定为0.01％以下。为了得到优良的冷加工性和淬火后的韧性，优选使S量为0.005％以下。S量即使为零也没有问题。
sol.Al：大于0.10％且1.0％以下
sol.Al促进渗碳体的球化，使冷加工性提高。但是，在含B钢的情况下，如果sol.Al量为0.10％以下，则在渗碳淬火、光亮淬火中，在含有为了控制碳势而混合的N2气的气氛中加热时，容易形成BN，使淬透性提高的固溶B减少，有时钢板表层部的淬透性显著下降。如果sol.Al量超过0.10％，则AlN优先形成而抑制了BN的形成，因此，尽管奥氏体晶粒因AlN的形成而微细化，但由于确保了固溶B量，因此可以稳定地表现出淬透性。另一方面，如果sol.Al量超过1.0％，则因固溶强化而导致过度硬质化，冷加工性变差。
N：0.005％以下
如果N量超过0.005％，则在进行淬火处理的加热时，因BN的形成而导致固溶B量下降，此外，由于大量的BN、AlN的形成而导致奥氏体晶粒过度微细化，在冷却时促进了铁素体的生成，淬火后的韧性变差。因此，将N量设定为0.005％以下。N量即使为零也没有问题。
B：0.0005～0.0050％
B是提高淬透性的重要元素。但是，当B量小于0.0005％时，无法确认到充分提高淬透性的效果。另一方面，如果B量超过0.0050％，则热轧的负荷变大，操作性下降，同时还会导致冷加工性的劣化。因此，将B量设定为0.0005～0.0050％。
余量为Fe和不可避免的杂质，但为了促进渗碳体的球化，进一步提高冷加工性、淬透性，优选同时或者分别地含有合计为2％以下的Cu、Ni中的至少一种、合计为1.0％以下的Cr、Mo中的至少一种、合计为0.1％以下的Sb、Sn中的至少一种。需要说明的是，对于Sb和Sn来说，和前述的sol.Al同样，新确认了通过抑制B的氮化而改善淬透性的效果。因此，为了更确实地提高淬透性，特别优选添加这些元素。
2)显微组织
为了稳定地得到优良的冷加工性，必须形成由铁素体和渗碳体构成的显微组织，并且使铁素体的平均粒径为10～20μm，使渗碳体的球化率为90％以上。其原因在于，当铁素体的平均粒径小于10μm时，发生硬质化，而当铁素体的平均粒径超过20μm、或者渗碳体的球化率小于90％时，即使软质化，延展性也下降，因此冷加工性变差。
此处，铁素体的平均粒径如下求出：研磨钢板轧制方向的板厚截面，然后用硝酸乙醇腐蚀液(nital)进行腐蚀，使用扫描型电子显微镜以1000倍的倍率观察板厚中央部附近10个位置，并通过根据JISG0552：1998的切断法求出各个位置的铁素体的平均粒径，再将10个位置的平均粒径进行平均而求出。需要说明的是，这时，还可以同时确认显微组织的相构成。
此外，渗碳体的球化率如下求出：通过上述的组织观察计算各渗碳体的最大径a与最小径b之比a/b，并由该比值为3以下的渗碳体的个数相对于渗碳体总个数的比例(％)而求出。例如，可以如图1、2所示，确定最大径a和最小径b。
3)制造条件
终轧温度：850℃以上
本发明的高碳热轧钢板是通过对上述组成的钢进行由粗轧和精轧构成的热轧而形成所希望板厚的钢板。这时，当终轧温度低于850℃时，由于奥氏体晶粒变得微细，因此在之后的冷却过程中形成的铁素体的平均粒径小于10μm。因此，将终轧温度设定为850℃以上。需要说明的是，终轧温度的上限没有特别规定，但如果过高，则有时显微组织混晶化，淬透性容易发生不均，因此优选使上限为1000℃。
卷取温度：600℃以上
当卷取温度低于600℃时，铁素体的平均粒径小于10μm。因此，将卷取设定为600℃以上。需要说明的是，卷取温度的上限没有特别规定，但为了避免因氧化皮所导致的表面性状的劣化，优选使上限为750℃。
退火温度：680℃以上且Ac1相变点以下
对于卷取后的钢板，为了在酸洗后不生成珠光体，而形成由铁素体和渗碳体构成的显微组织，并且使渗碳体的球化率为90％以上，必须在680℃以上且Ac1相变点以下的退火温度下进行退火。如果退火温度低于680℃，则无法使渗碳体的球化率为90％以上，而如果超过Ac1相变点，则在加热中生成奥氏体，在冷却中生成珠光体，冷加工性变差。此外，维持在上述温度的退火时间优选为20小时以上且40小时以下。如果退火时间为20小时以上，则容易将渗碳体的球化率调整至所希望的范围，因此优选，而如果为40小时以下，则可以充分地获得退火的效果，同时还可以抑制因长时间进行退火所导致的制造成本上升，因此优选。
需要说明的是，对于Ac1相变点而言，例如，可以通过加热速度为100℃/小时的热膨胀(Formastor)实验求出热膨胀曲线，并由其转变点而求出。
熔炼本发明的高碳钢可以使用转炉、电炉中的任一种。此外，如此熔炼后的高碳钢通过铸锭-开坯轧制或连铸而形成钢坯。钢坯通常在加热后，进行热轧。需要说明的是，在通过连铸所制造的钢坯的情况下，可以应用直接进行轧制、或者为了抑制温度下降而进行保温后进行轧制的直送轧制。此外，在加热钢坯后进行热轧时，为了避免氧化皮而导致的表面状态变差，优选将钢坯加热温度设定为1280℃以下。在热轧中，为了确保终轧温度，可以在热轧中利用薄板坯加热器等加热机构进行被轧制材料的加热。
实施例
熔炼具有表1所示的钢编号A～O的组成的高碳钢，接着按照表2所示的热轧条件进行热轧，然后酸洗，在表2所示的退火温度下进行退火，制造板厚为4.0mm的热轧退火板(钢板No.1～18)。
对于如此制造的钢板，通过上述方法求出显微组织的相构成、铁素体的平均粒径、和渗碳体的球化率。此外，与轧制方向平行地裁取JIS5号试验片，根据JIS Z2201求出拉伸强度和伸长率。再通过以下方法评价淬透性。
淬透性：通过气氛淬火法(controlled atmosphere hardening)进行淬火试验，测定洛氏硬度(HRC)，其中，所述气氛淬火法是从钢板上裁取平板试验片(宽50mm×长50mm)，在RX气体(RX gas)中混合了空气并且以使碳势与钢中的C量相等的方式进行控制的气氛中，在900℃下加热保持1小时，然后立即投入到50℃的油中对油进行搅拌的方法。并且，根据钢中的C量，如果C：0.20％时HRC≥42，C：0.35％时HRC≥54，C：0.48％时HRC≥58，则视为淬透性优良。
将结果示于表2。
本发明例的钢板，具有由铁素体和渗碳体构成的显微组织，铁素体的平均粒径为10～20μm，渗碳体的球化率为90％以上，可知其伸长率高，冷加工性优良，并且淬火后根据C量可以获得充分的硬度，淬透性也优良。
表2
*：F铁素体、C渗碳体

Claims (5)

1.一种高碳热轧钢板，具有如下组成：以质量％计，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和不可避免的杂质构成，
具有由铁素体和渗碳体构成的显微组织，所述铁素体的平均粒径为10～20μm，所述渗碳体的球化率为90％以上。
2.如权利要求1所述的高碳热轧钢板，以质量％计，进一步含有合计为2％以下的Cu、Ni中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的高碳热轧钢板，以质量％计，进一步含有合计为1.0％以下的Cr、Mo中的至少一种。
4.如权利要求1～3中任一项所述的高碳热轧钢板，以质量％计，进一步含有合计为0.1％以下的Sb、Sn中的至少一种。
5.一种高碳热轧钢板的制造方法，对具有权利要求1～4中任一项所述的组成的钢进行粗轧后，在850℃以上的终轧温度下进行精轧，在600℃以上的卷取温度下卷取，然后在680℃以上且Ac1相变点以下的退火温度下退火。
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