TWI779686B - 熱沖壓用鋼材與鋼材製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種熱沖壓用鋼材與鋼材製造方法。在此鋼材製造方法中，首先提供一鋼基材，例如錳硼鋼之鋼基材。接著，對此鋼基材進行退火製程，以於此鋼基材上形成一緻密氧化層。此緻密氧化層具有網狀結構，此網狀結構之孔隙尺寸介於0.1微米(μm)至0.5微米之間，緻密氧化層包含10重量百分比以上的三氧化二鐵(Fe2O3)。退火製程之一均溫溫度介於600℃至750℃之間。
Description
本發明是有關於一種熱沖壓用鋼材與鋼材製造方法。
錳硼鋼材使用熱沖壓成形已行之有年。隨著汽車產業的發展，對於高強度機械性質的需求提高，更加速了錳硼鋼材與熱沖壓技術的發展。在現行的製程中，通常將鋼材升溫到沃斯田鐵化溫度以上，並在鋼材仍舊較軟的情況下，進行熱沖壓成形。例如，以模具使得鋼材形成所需形狀，並在模具內部進行冷卻，以形成高強度的全麻散鐵組織。
然而，在熱沖壓製程中，鋼材會產生鏽皮，這些鏽皮容易在鋼材成形的過程中脫落而污染模具表面，進而影響冷卻的效果。再者，鏽皮脫落也會因為四處飛散而造成環境汙染，或者鏽皮累積壓入成品造成缺陷，造成模具磨損縮短模具壽命等不良影響。
本發明之實施例提出一種熱沖壓用鋼材與鋼材製造方法，其可形成緻密氧化層(鏽皮)在鋼基材(例如錳硼鋼)表面上，使得此鋼基材在後續的熱沖壓製程中因保存此緻密氧化層而可以抵抗材料表面在沖壓成形過程中的鏽皮裂縫成長，進而阻止鏽皮破裂而剝落的現象。
根據本發明之一實施例，此熱沖壓用鋼材包含鋼基材以及緻密氧化層。緻密氧化層，形成於此鋼基材上，其中緻密氧化層具有一網狀結構，此網狀結構之孔隙尺寸介於0.1微米(μm)至0.5微米之間，以此緻密氧化層為100為重量百分比計，此緻密氧化層包含10重量百分比以上的三氧化二鐵(Fe2O3)。
在一些實施例中，緻密氧化層之厚度介於1微米至3微米之間。
在一些實施例中，緻密氧化層更包含四氧化三鐵(Fe3O4)。
在一些實施例中，鋼基材為錳硼鋼。
在一些實施例中，以此鋼基材為100為重量百分比計，鋼基材包含0.19~0.25重量百分比的碳(C)、1.10~1.40重量百分比的錳(Mn)、0.0008~0.005重量百分比的鈦(Ti)、0.10~0.35的鉻(Cr)，不顯著之雜質以及平衡量之鐵(Fe)。
根據本發明之一實施例，前述之鋼材製造方法包含：提供一鋼基材；以及對此鋼基材進行一退火製程，以於鋼
基材上形成一緻密氧化層，其中此緻密氧化層具有一網狀結構，此網狀結構之孔隙尺寸介於0.1微米至0.5微米之間，以此緻密氧化層為100為重量百分比計，以此緻密氧化層為100為重量百分比計，此緻密氧化層包含10重量百分比以上的三氧化二鐵(Fe2O3)。
在一些實施例中，上述之退火製程一均溫溫度介於600℃至750℃之間。
在一些實施例中，退火製程之一均溫退火時間介於60秒至70秒之間。
在一些實施例中，前述之鋼材製造方法更包含：於退火製程後，對鋼基材進行熱沖壓製程。
在一些實施例中，前述之熱沖壓製程之溫度介於900℃~930℃之間，且於1體積百分比之甲烷(CH4)以及99體積百分比之氮氣(N2)的環境下進行。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100:鋼材製造方法
110~150:步驟
210:緻密氧化層
220:鋼基材
圖1係繪示根據本發明一實施例之鋼材製造方法的流程示意圖。
圖2係繪示根據本發明之實施例之緻密氧化層的示意圖。
圖3為根據本發明實施例之緻密氧化層的掃描式電子顯微鏡照片。
圖4係繪示鋼基材在各種不同均溫退火溫度下的氧化鏽皮剝落現象。
請參照圖1，其係繪示根據本發明一實施例之鋼材製造方法100的流程示意圖。在本實施例中，鋼材製造方法100是用以製造出適合用於熱沖壓製程，可避免鏽皮剝落之熱沖壓用鋼材。
在鋼材製造方法100中，首先進行步驟110，以提供一鋼基材。在本實施例中，鋼基材為錳硼鋼(亦稱為22MnB5)之基材。在一些實施例中，以鋼基材為100重量百分比計，鋼基材可包含0.19~0.25重量百分比(wt%)的碳(C)、1.10~1.40重量百分比的錳(Mn)、0.0008~0.005重量百分比的鈦(Ti)、0.10~0.35的鉻(Cr)，不顯著之雜質以及平衡量之鐵(Fe)。
然後，進行步驟120，以對鋼基材進行鑄造製程。在一些實施例中，在步驟120中，通過轉爐冶煉，連鑄成扁鋼胚、熱軋再加熱、粗軋、精軋、層冷、冷軋等製程後，可將鋼基材加工成所需厚度的鋼基材(鋼板)。然而，本發明之實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，步驟120的鑄造製程可根據使用者需要來進行調整，以製造出符合使用者需求之鋼基材。
接著，進行步驟130，以對鋼基材進行退火製程，來於鋼基材表面上形成緻密氧化層(亦可視為氧化鏽皮)。
請參照圖2，其係繪示根據本發明之實施例之緻密氧化層的示意圖。緻密氧化層210係形成於鋼基材220上，且由三氧化二鐵(Fe2O3)與四氧化三鐵(Fe3O4)所組成。在本實施例中，三氧化二鐵大致形成於鋼基材220外側，而四氧化三鐵大致形成於鋼基材220與三氧化二鐵之間。
退火製程可為連續退火製程，其均溫溫度係介於600℃至750℃之間，以利形成緻密氧化層210。在本實施例中，退火製程爐氛為直火式爐氛，空燃比為1：1，均溫退火時間為60~70秒。然而，本發明之實施例並不受限於此。使用者可依照所需的氧化層厚度去調整，例如均溫退火時間，以滿足使用者之需求。
請參照圖3，其為根據本發明實施例之緻密氧化層210的掃描式電子顯微鏡照片。如圖3所示，緻密氧化層210具有緻密的網狀結構，網狀結構具有緊密排列的孔隙。在本實施例中，孔隙之尺寸介於0.1微米(μm)至0.5微米之間。在本發明之一些實施例中，以緻密氧化層210為100重量百分比計，緻密氧化層210可包含10重量百分比以上的三氧化二鐵。在本發明之另一實施例中，緻密氧化層可包含30重量百分比的三氧化二鐵。在本發明之再一實施例中，緻密氧化層可包含超過30重量百分比的三氧化二鐵。
請回到圖1，在步驟130後，接著進行步驟140，以對鋼基材進行沃斯田鐵化製程。在本實施例中，沃斯田鐵化製程係在溫度930℃、保護性氣氛為1體積百分比
(vol%)之甲烷(CH4)以及99體積百分比之氮氣(N2)的環境下進行，其中沃斯田鐵化製程的在爐時間為5分鐘。
然後，進行步驟150，以對鋼基材進行熱沖壓製程，而獲得使用者所需的成形鋼材。在本實施例中，熱沖壓製程之環境係類似於前述之斯田鐵化製程。例如，熱沖壓製程之溫度介於900℃~930℃之間，且於1體積百分比之甲烷以及99體積百分比之氮氣的環境下進行。
請參照圖4，其係繪示鋼基材在各種不同均溫退火溫度下的氧化鏽皮剝落現象。如圖4所示，在均溫退火溫度為室溫、400℃以及500℃的比較例1~3中，鋼基材經過熱沖壓後，會呈現嚴重的鏽皮脫落現象，其中比較例1的鏽皮已大部分剝落。相較之下，在均溫退火溫度為600℃以及700℃的本發明實施例1~2中，未有明顯的鏽皮脫落現象。由此可知，本發明實施例之緻密氧化層210可確實地阻擋因沖壓製程產生的裂痕。換句話說，緻密氧化層210僅存在細微裂痕(最大寬度約為0.1微米)，裂痕不會擴大和延伸。
綜合以上所述，本發明之實施例係利用鋼材生產中的退火製程來於鋼材表面形成緻密氧化層(鏽皮)。此緻密氧化層具有緻密網狀結構，且可於後續熱沖壓/熱處理製造過程中保存下來，以抵抗材料表面在熱沖壓過程中的裂縫成長/擴大，進而阻止了鏽皮破裂而剝落的現象。如此，可提升熱沖壓部件的生產效率，並增加模具壽命。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限
定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
210:緻密氧化層
220:鋼基材
Claims (9)
- 一種熱沖壓用鋼材，包含：一鋼基材，其中以該鋼基材為100為重量百分比計，該鋼基材包含0.19~0.25重量百分比的碳(C)、1.10~1.40重量百分比的錳(Mn)、0.0008~0.005重量百分比的鈦(Ti)、0.10~0.35的鉻(Cr)，不顯著之雜質以及平衡量之鐵(Fe)；以及一緻密氧化層，形成於該鋼基材上，其中該緻密氧化層具有一網狀結構，該網狀結構之孔隙尺寸介於0.1微米(μm)至0.5微米之間，以該緻密氧化層為100重量百分比計，該緻密氧化層包含10重量百分比以上的三氧化二鐵(Fe2O3)。
- 如請求項1所述之熱沖壓用鋼材，其中該緻密氧化層之厚度介於1微米至3微米之間。
- 如請求項1所述之熱沖壓用鋼材，其中該緻密氧化層更包含四氧化三鐵(Fe3O4)。
- 如請求項1所述之熱沖壓用鋼材，其中該鋼基材為錳硼鋼。
- 一種鋼材製造方法，包含：提供一鋼基材，其中以該鋼基材為100為重量百分比計， 該鋼基材包含0.19~0.25重量百分比的碳(C)、1.10~1.40重量百分比的錳(Mn)、0.0008~0.005重量百分比的鈦(Ti)、0.10~0.35的鉻(Cr)，不顯著之雜質以及平衡量之鐵(Fe)；以及對該鋼基材進行一退火製程，以於該鋼基材上形成一緻密氧化層，其中該緻密氧化層具有一網狀結構，該網狀結構之孔隙尺寸介於0.1微米至0.5微米之間，以該緻密氧化層為100重量百分比計，該緻密氧化層包含10重量百分比以上的三氧化二鐵(Fe2O3)。
- 如請求項5所述之鋼材製造方法，其中該退火製程之一均溫溫度介於600℃至750℃之間。
- 如請求項5所述之鋼材製造方法，其中該退火製程之一均溫退火時間介於60秒至70秒之間。
- 如請求項5所述之鋼材製造方法，更包含：於該退火製程後，對該鋼基材進行一熱沖壓製程。
- 如請求項8所述之鋼材製造方法，其中該熱沖壓製程之溫度介於900℃~930℃之間，且於1體積百分比之甲烷(CH4)以及99體積百分比之氮氣(N2)的環境下進行。
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