高碳热轧钢板及其制造方法
【专利摘要】一种高碳热轧钢板，其具有如下成分组成：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、Al：0.1～0.6％、Cr：0.05～0.5％、B：0.0005～0.0050％、Ca：0.0010～0.0050％，从表面沿板厚方向进入0.1mm的表层部的平均N量为0.1％以上，板厚中央部的平均N量为0.01％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并且具有如下显微组织：由铁素体相和碳化物构成，铁素体相的平均粒径为10～20μm，所述碳化物的球化率为90％以上。
【专利说明】高碳热轧钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冲压成形性和淬透性优良的高碳热轧钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002]目前，齿轮、传动装置、座椅调角器等汽车用部件通过如下方法来制造:将作为JISG4051中规定的机械结构用碳钢钢材的高碳热轧钢板通过冷压成形而成形为期望的形状后，为了确保期望的硬度而实施淬火处理。因此，对于原材料的钢板要求优良的冲压成形性和淬透性，迄今为止提出了各种高碳热轧钢板。
[0003]例如，在专利文献I中公开了一种淬火后的冲击特性优良的热轧钢板，其中，作为钢成分，以质量％计，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，右边< O时，满足N* = 0，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0.06~0.30 μ m，且淬火后的原奥氏体粒径为2~25 μ m。
[0004]另外，在专利文献2中公开了一种成形性和韧性优良的回火省略型T1-B系高碳薄钢板的制造方法，其中，将板厚为6_以下的热轧钢板进行塑性加工后，在Ac3~950°C的温度范围内进行均热，然后在水中或油中进行淬火，所述热轧钢板具有如下钢组成:以质量％计，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，余量实质上由 Fe 构成。
[0005]此外，在专利文献3中公开了一种高碳热轧钢板，具有如下组成:以质量％计，含有 C:0.20 ~0.48%、Si:0.1% 以下、Mn:0.20 ~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%，满足T1-(48/14)N≥0.005 (式中的元素符号表示各元素的含量的质量％ )，余量由Fe和不可避免的杂质构成；并且具有如下组织:铁素体平均粒径为6μπι以下，碳化物平均粒径为0.1 μ m以上且小于1.20 μ m,实质上不含有碳化物的铁素体晶粒的体积率为5%以下。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本专利第4265582号公报
[0009]专利文献2:日本特开平5-98356号公报
[0010]专利文献3:日本特开2005-97740号公报
【发明内容】
[0011]发明所要解决的问题
[0012]但是，对于专利文献I~3记载的高碳热轧钢板而言，观察到延展性的降低、淬火后钢板表层部的硬度降低，难以稳定地具备优良的冲压成形性和淬透性。
[0013]本发明的目的在于提供稳定地具备优良的冲压成形性和淬透性、特别是钢板表层部的淬透性的高碳热轧钢板及其制造方法。
[0014]用于解决问题的方法
[0015]本发明人为了实现上述目的而进行了深入研究，结果发现了以下内容。
[0016]i)若形成由铁素体相和碳化物构成的显微组织，且使铁素体相的平均粒径为10~20 μ m、碳化物的球化率为90%以上，则发生软质化，可靠地实现延展性的提高，能够稳定地得到优良的冲压成形性。
[0017]ii)若使Al量为0.1质量％以上并在以氮气为主体的气氛中进行用于使碳化物球化的退火(以后，简称为球化退火)，则钢板表层部的平均N量达到0.1质量％以上，淬火后的钢板表层部的硬度降低得到抑制，能够稳定地得到优良的淬透性。
[0018]本发明是基于上述见解而完成的，提供一种高碳热轧钢板，具有如下成分组成(chemical composit1n):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、Al:0.1 ~0.6%、Cr:0.05 ~0.5%、B:0.0005 ~0.0050%, Ca:0.0010~0.0050 %，从表面沿板厚方向进入0.1mm的表层部的平均N量为0.1 %以上,板厚中央部的平均N量为0.01%以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并且具有如下显微组织:由铁素体相和碳化物构成，上述铁素体相的平均粒径为10~20 μ m，上述碳化物的球化率为90%以上。
[0019]本发明的 高碳热轧钢板中，也可以以质量％计还分别或同时含有:合计为2%以下的Cu、N1、Mo中的至少一种、或者合计为0.10%以下的T1、V中的至少一种。
[0020]本发明的高碳热轧钢板可以通过如下方法制造:对具有上述成分组成的钢进行粗轧后，在850~950°C的精轧温度(hot rolling finishing temperature)下进行热轧,在500°C以上的卷取温度(coiling temperature)下进行卷取,然后进行酸洗,在含有50体积％以上的氮气的气氛中，在680°C以上且Ac1相变点以下的退火温度下进行球化退火。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明，能够制造稳定地具备优良的冲压成形性和淬透性、特别是钢板表层部的淬透性的高碳热轧钢板。本发明的高碳热轧钢板适合于齿轮、传动装置、座椅调角器等汽车用部件。
【具体实施方式】
[0023]以下对作为本发明的高碳热轧钢板及其制造方法详细地进行说明。需要说明的是，只要没有特别说明，则作为成分含量的单位的“ ％ ”是指“质量％ ”。
[0024]I)成分组成
[0025]C:0.20 ~0.48%
[0026]C是用于得到淬火后的硬度的重要元素。为了得到冲压成形、淬火后的汽车用部件所需要的硬度，需要使C量至少为0.20%以上。另一方面，C量超过0.48%时，会发生硬质化、低延展性化，冲压成形性变差。因此，C量设定为0.20~0.48 %，优选为0.26~0.48 %。
[0027]S1:0.1% 以下
[0028]Si量超过0.1 %时，会发生硬质化、低延展性化，冲压成形性变差。因此，Si量设定为0.1 %以下，优选为0.05%以下。Si量即使为0(零)也没有问题。
[0029]Mn:0.5% 以下
[0030]Mn量超过0.5%时，不仅会发生硬质化、低延展性化，而且会使由偏析引起的带状组织(band structure)发达，从而使显微组织变得不均匀，因此，冲压成形性变差。因此，Mn量设定为0.5%以下，优选为0.4%以下。Mn量即使为0(零)也没有问题，但为了抑制石墨析出，优选使Mn量为0.2 %以上。
[0031]P:0.03% 以下
[0032]P量超过0.03%时，冲压成形性和淬火后的韧性显著变差。因此，P量设定为
0.03%以下，优选为0.02%以下。P量即使为0(零)也没有问题，但为了抑制成本升高，优选使P量为0.005%以上。
[0033]S:0.01% 以下
[0034]S量超过0.01%时，冲压成形性和淬火后的韧性显著变差。因此，S量设定为
0.01%以下，优选为0.005%以下。S量即使为0(零)也没有问题。
[0035]Al:0.1 ~0.6%
[0036]Al与N的化学亲和力大，因此，在以氮气为主体的气氛中进行球化退火时会促进N吸收使得钢板表层部的平均N量达到0.1 %以上，可防止淬火后的钢板表层部的硬度降低，提高淬透性。为了表现出这样的效果，需要使Al量为0.1%以上。另一方面，Al量超过
0.6%时，不仅会由于固溶强化而发生硬质化、低延展性化，冲压成形性变差，而且相变点会增高，因此，从奥氏体单相区域开始的淬火处理变难，淬透性降低。因此，Al量设定为0.1~
0.6%。
[0037]Cr:0.05 ~0.5%
[0038]Cr不仅提高淬透性，而且抑制对淬透性有害的石墨的生成。为了表现出这样的效果，需要使Cr量为0.05%以上。另一方面，Cr量超过0.5%时，会发生硬质化、低延展性化，冲压成形性变差。因此，Cr量设定为0.05~0.5%。
[0039]B:0.0005 ~0.0050%
[0040]B提高淬透性，因此，需要使B量为0.0005%以上。另一方面，B量超过0.0050%时，热轧的负荷升高、操作性降低，并且还导致冲压成形性变差。因此，B量设定为0.0005~
0.0050%。
[0041]Ca:0.0010 ~0.0050%
[0042]Ca在铸造含有0.1 %以上Al的钢时会使钢水的流动顺畅。为了表现出这样的效果，需要使Ca量为0.0010%以上。另一方面，Ca量超过0.0050%时，夹杂物增加，冲压成形性变差。因此，Ca量设定为0.0010~0.0050% ο
[0043]从钢板表面沿板厚方向进入0.1mm的表层部的平均N量:0.1%以上
[0044]如上所述，若 使Al量为0.1%以上并在以氮气为主体的气氛中进行球化退火，则会促进N吸收使得钢板表层部的平均N量达到0.1%以上。因此，对于表层部而言，在淬火处理时固溶Msolute N)量增加，不仅淬透性增大，而且淬火硬度也增大，因此，能够防止淬火后的钢板表层部的硬度降低。Al量低于0.1 %时，钢板表层部的平均N量不能达到0.1%以上，不能充分防止淬火后的钢板表层部的硬度降低。在此，钢板表层部是指从钢板表面到沿板厚方向进入0.1mm为止的整个区域。[0045]钢板板厚中央部的平均N量:0.01%以下
[0046]钢板板厚中央部的平均N量超过0.01%时，在热轧阶段就已经促进BN的形成，不能充分得到使淬透性提高的固溶B，因此，在淬火处理的冷却时促进铁素体相的生成，淬火后的韧性变差。因此，钢板板厚中央部的平均N量设定为0.01%以下。在此，钢板板厚中央部的平均N量是指球化退火前的钢板的N量。另外，钢板板厚中央部规定为从板厚1/4的位置到3/4的位置之间。N量即使为0(零)也没有问题，但若考虑到成本方面，则优选使N量为0.001%以上。
[0047]余量为Fe和不可避免的杂质，但出于促进碳化物的球化、提高淬透性的目的，可以含有合计为2%以下的Cu、N1、Mo中的至少一种，进而，或者出于抑制石墨的生成、提高淬透性的目的,可以另外含有合计为0.10%以下的T1、V中的至少一种。
[0048]2)显微组织
[0049]在本发明中，为了提高冲压成形性，需要在热轧后进行球化退火从而形成由铁素体相和碳化物构成的显微组织。特别是，为了具备优良的冲压成形性和淬透性，需要使铁素体相的平均粒径为10~20 μ m、使碳化物的球化率为90%以上。
[0050]在此，铁素体相的平均粒径是指，对钢板的轧制方向的板厚断面进行研磨后，进行硝酸乙醇溶液(nital)腐蚀，使用扫描电子显微镜在板厚中央部的10处位置，以1000倍进行组织观察，通过依照JIS G0552:1998的切断法求出各位置的粒径，对10处的粒径进行算术平均而得到的值。另外，碳化物的球化率是指，在上述进行组织观察后的各位置，计算碳化物的最大直径a与最小直径b之比a/b，以a/b为3以下的碳化物的数目相对总碳化物数目的比例)的形式求出，对10处的球化率进行算术平均而得到的值。
[0051]3)制造条件
[0052]热轧的精轧温度:850~950°C
[0053]对具有上述成分组成的钢进行由粗轧和精轧构成的热轧而形成期望板厚的钢板。此时，精轧温度低于850°C时，轧制时的奥氏体晶粒变得微细，因此，球化退火后的铁素体相的平均粒径小于ΙΟμπι，超过950°C时，铁素体相的平均粒径大于20μπι。因此，将热轧的精轧温度设定为850~950°C。
[0054]卷取温度:500°C以上
[0055]对热轧后的钢板进行卷取，但卷取温度低于500°C时，球化退火后的铁素体相的平均粒径和碳化物微细化，发生硬质化、低延展性化，从而使冲压成形性变差。因此，将卷取温度设定为500°C以上。需要说明的是，为了避免氧化皮所导致的表面性状的变差，优选将卷取温度设定为750°C以下。
[0056]球化退火:在含有50体积％以上的氮气的气氛中，680°C以上且Ac1相变点以下的退火温度
[0057]对于卷取后的钢板，通过酸洗除去氧化皮后，使碳化物球化，成为期望的铁素体相的平均粒径，并且，为了使钢板表层部的平均N量为0.1%以上，在含有50体积％以上的氮气的气氛中，在680°C以上且Ac1相变点以下的退火温度下进行球化退火。此时，气氛中的氮气量低于50体积％时，不能使从钢板表面沿板厚方向进入0.1mm的表层部的平均N量为
0.1%以上。 另外，退火温度低于680°C时，不能使碳化物的球化率为90%以上。此外，退火温度高于Ac1相变点时，在加热中生成奥氏体相，在冷却中生成珠光体，冲压成形性变差。因此，球化退火需要在含有50体积％以上的氮气的气氛中、在680°C以上且Ac1相变点以下的退火温度下进行。另外，维持于上述温度的退火时间优选为20~40小时。另外，Ac1相变点例如可以通过利用加热速度为100°C /小时的热加工模拟(formastor)实验求出热膨胀曲线并利用其变化点来求出。
[0058]对具有本发明的成分组成的高碳钢进行熔炼时，可以使用转炉、电炉中的任意一种。另外，这样熔炼后的高碳钢通过铸锭-开坯轧制或连铸而制成钢坯。钢坯通常在加热后进行热轧。另外，在通过连铸制造的钢坯的情况下，可以直接应用进行轧制的直送轧制或者出于抑制温度降低的目的而进行保温后应用进行轧制的直送轧制。另外，在对钢坯进行加热并进行热轧的情况下，为了避免氧化皮所导致的表面状态的变差，优选使钢坯加热温度为1280°C以下。热轧中，为了确保精轧温度，可以在热轧中利用薄板坯加热器等加热装置进行被轧制材料的加热。
[0059]实施例
[0060]将具有表1所示的钢A至M的成分组成的钢进行熔炼，接着按照表2所示的热轧条件进行热轧后，进行酸洗，在含有95体积％氮气和5体积％氢气的气氛中，在表2所示的退火温度下进行球化退火，从而制造板厚为3.0mm的热轧钢板的试样I~14。
[0061]对于这样制造的试样，对钢板表层部的N量进行分析，并且通过上述方法求出铁素体相的平均粒径和碳化物的球化率。另外，以与轧制方向平行的方式裁取JIS13号B拉伸试验片，求出拉伸强度TS、总伸长率E1。进而，裁取宽50mmX长50mm的试验片，在将RX气体(RX gas)混合 在空气中并以使碳势与钢中C量相等的方式调节后的气氛中，在870°C下加热30秒后投入至120°C的油中来进行淬火处理，求出钢板表层部的C标尺洛氏硬度(HRC) ο
[0062]并且，冲压成形性利用El进行评价，淬透性利用钢板表层部的HRC进行评价，但El、HRC的C量依赖性均较大，因此，若在C为0.20%时El≤42%、HRC≤35，在C为0.35%时为El≤35%,HRC≤45，在C为0.48%时为El≤30%,HRC≤45，则冲压成形性和淬透性优良。
[0063]将结果示于表2中。可知，具有由铁素体相和碳化物构成的显微组织、钢板表层部的平均N量为0.1质量％以上、铁素体相的平均粒径为10~20 μ m且碳化物的球化率为90 %以上的本发明例的冲压成形性和淬透性优良。
[0064]
【权利要求】
1.一种高碳热轧钢板， 具有如下成分组成:以质量％计，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 %，从表面沿板厚方向进入0.1mm的表层部的平均N量为0.1 %以上,板厚中央部的平均N量为0.01%以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成， 并且具有如下显微组织:由铁素体相和碳化物构成，所述铁素体相的平均粒径为10~20 μ m,所述碳化物的球化率为90%以上。
2.如权利要求1所述的高碳热轧钢板，其中，以质量％计还含有合计为2%以下的Cu、N1、Mo中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的高碳热轧钢板，其中，以质量％计还含有合计为0.10%以下的T1、V中的至少一种。
4.一种高碳热轧钢板的制造方法，其中，对具有权利要求1~3中任一项所述的成分组成的钢进行粗轧后，在850~950°C的精轧温度下进行热轧，在500°C以上的卷取温度下进行卷取，然后进行酸洗，在含有50体积％以上的氮气的气氛中，在680°C以上且Ac1相变点以下的退火温度下进行碳 化物的球化退火。
【文档编号】B21B3/00GK104040003SQ201280066256
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年12月26日 优先权日:2012年1月6日
【发明者】中村展之, 小林崇, 船川义正 申请人:杰富意钢铁株式会社