专利名称：制备表面脱碳的热轧带的方法
制备表面脱碳的热轧带的方法本发明涉及一种制备脱碳热轧带的方法，其中所述脱碳热轧带由含有至少0. 4重 量％碳的可热处理的钢制成。由这类钢制备的热轧带具有高硬度，因此特别适合于制备这 样的制品，该制品在使用中要经受高的、但限于局部的负荷。例如，在冲刀和类似的切削工 具中就是这种情况，其中，在实际应用中，刀刃和带有刀刃的刀体在切削过程中都不得不承 受高的作用力。使用碳含量比较高的可热处理的钢所带来的优点被下列缺点所抵消由于这类钢具有高的硬度，它们只能相当困难地经历成形过程。这意味着(例如)当由高硬度的可热 处理的钢制备的薄钢板经历成形过程时，在钢板的表面处会形成裂纹，然后在由给定的钢 板制备的部件内，这些裂纹可能成为破裂的起点。基本上，已知钢的成形性能可以通过脱碳退火而得以改善。按照这种方式，由软钢 制备的、旨在用于深冲压的钢要经历脱碳退火。在该情况下要达到的目的是在钢片或钢板 的整个横截面上尽可能均勻地降低碳含量，以便确保在成形时其行为尽可能地均勻。在专利文献GB 1，189，464中描述了对旨在用于通过深冲压而加工的冷轧带进行 脱碳退火的例子，其中该冷轧带由具有较低碳含量(通常略低于0.03重量％)的钢制成。 在该已知的方法中，在850°C至950°C的最终轧制温度下对扁钢坯进行热轧而得到热轧带。 然后将获得的热轧带在600°C的卷绕温度下卷绕，随后冷轧至所需的最终厚度。在冷轧后，将冷轧带通过已知方法卷成松卷并以松卷的形式进行脱碳退火。这种 松卷被卷得足够松，使得其形成的松卷中的各层能够以一定的间隔彼此分开。按照这种方 式，反应性气体可以流过该卷的各个层之间的缝隙，这意味着如果以最优化的方式引导气 体流，则气体可以以同样的方式扫过该卷的每个表面。为了达到专利文献GB 1，189，464中所要求的脱碳程度，需要较长的退火时间。按 照专利文献GB 1，189，464的这种方式，首先要将含有0. 04重量％碳的钢在基本上干燥的 气氛中加热8至12小时以达到所要求的脱碳退火温度。然后将水蒸气以200 1的比例 输入炉内气氛中以启动脱碳过程。然后使脱碳退火操作在按照这种方式形成的还原气氛中 另外持续10小时，直到碳含量的减少达到所希望的程度为止。旨在用于深冲压目的的、含有0. 03-0. 06重量％碳的冷轧带的另一种可能的脱碳 退火方式在DE-OS 2 105 218中有所描述。在该方法中，冷轧带以连续运行的方式穿过炉 子，在该炉子中还原气氛被保持在低于780°C的退火温度。该带穿过退火炉的时间被设定为 使得当其从退火炉中出来时，其碳含量低于0. 01重量％。在这种背景下，本发明的目的是提供这样一种方法，该方法可以制备高硬度与良 好成形性能以最佳方式彼此组合的钢带。根据本发明，这一目的是通过权利要求1限定的方法而实现的。该方法的有利的 实施方案在从属于权利要求1的那些权利要求中限定。根据本发明，首先以已知方式从含有至少0. 4重量％碳的可热处理的钢制备钢 带。该钢带可为冷轧带或热轧带，本发明的方法特别适于处理要在给定的超过冷轧带厚度 的厚度下进行加工的热轧带。
根据本发明，将钢带卷成松卷，并且以松卷的形式被加热足够长的时间以达到脱 碳退火温度。该温度可比给定的可热处理的钢的Ael温度最多低20°C、特别是最多低10°C， 并且不可超过给定的可热处理的钢的A。3温度。然后，在脱碳气氛中对松卷形式的钢带进行脱碳退火，脱碳退火时间至少达90分钟。在脱碳退火期间，形成脱碳气氛的脱碳气体流过位于松卷的各层之间的缝隙。根据本发明对卷成松卷的钢带进行脱碳退火的优点在于以下事实按照这种方 式，在给定情况下加工的钢带可以在其整个长度和宽度内实现均勻的温度分布，同时还节 约时间。在根据本发明的这种情况下，退火条件被选择为使得在整个带材内存在均勻分布 的显微组织状态。按照这种方式，根据本发明规定的退火温度范围确保了在给定情况下加 工的带材中仍然存在足够量的铁素体，以便能够使碳快速扩散。这一扩散在铁素体中比在 奥氏体中快了高达一百倍。为了获得尽可能短的退火时间，根据本发明，脱碳退火温度优选被设定在比Acl温 度低10°C至20°C的范围内。按照这种方式设定脱碳退火温度确保了在给定情况下加工的 钢带中的可热处理的钢具有铁素体显微组织，这意味着碳获得了最佳的扩散速率。在脱碳退火后，将松卷以加速的速率冷却，藉此防止由于卷内存在的热而导致发 生任何不希望的碳的后扩散(其程度不确定)从而硬碳进入之前已进行了选择性脱碳的表 层内。在该情况下，加速冷却应尽可能快地开始，并且如有可能，应在脱碳退火时间结束后 立刻开始，并且应该以至少l°c /分钟的冷却速率进行。在保护气体中进行加速冷却也是有益的。这种防备措施还起到了极大程度地防止 钢带在冷却期间发生不受控脱碳的作用。在以本发明的方式进行了处理的钢片或钢板内存在脱碳表面层，从钢带的给定表 面开始测量，该脱碳表面层的深度总是小于钢带厚度的四分之一，这意味着只有靠近该表 面的区域参与了本发明的脱碳作用。在实践中，本发明方法的参数被优选选择为获得最大 为120微米、特别是最大为30微米至120微米的脱碳深度。因此，通过本发明方法获得的钢带其特征在于，由于脱碳处理，该钢带具有高的通 过在近表面层的区域内弯曲而成形的能力。同时，根据本发明处理过的带材具有高的芯部 硬度，这是因为下列事实在完全脱碳时在钢带的芯部区域内仍然保持初始的高碳含量。总而言之，由于根据本发明热处理的钢带为软的退火状态(在退火后无珠光体形 成)，因此该钢带具有与其初始状态相比降低的强度，并且该强度对于可用以对其进行进一 步加工的可行方式而言具有有益的影响。因为本发明的脱碳退火温度比较低，退火时间短，因此可以特别便宜地并且高效 地实施本发明的方法。由可热处理的钢制成并根据本发明进行了处理的钢片或钢板的性质的特定组合 允许这类钢带经历成形加工，而无产生裂纹的风险。这样，根据本发明制备的钢片或钢板可 以(例如)特别令人满意地用于制备冲刀或类似的制品，其中，当需要时，它们必须急剧弯 曲以便使其产生所希望具有的形状。在该情况下，从根据本发明制备的钢片或钢板来生产半成品的过程包括切割操作 (诸如冲压或切削)和成形操作(诸如深冲压或弯曲)。如果需要的话，以这种方法制备的 半成品还可经历最终退火处理。
当进行本发明的方法时，在任何给定的情况下选择的脱碳时间将根据在给定的情 况下所要求的脱碳深度而进行调整。脱碳时间典型地是至少90分钟。在本发明所规定的 操作参数下，经验表明，使用(例如)碳含量为0. 55重量％的可热处理的钢，在该时间内可 以获得至少30微米的脱碳深度。从根本上讲，在给定的脱碳温度、规定的脱碳深度和规定的脱碳气氛的露点这些 条件下，从待处理的钢带的碳含量及其钢卷的重量，可以确定为了获得给定的脱碳深度而 必须进行的根据本发明的脱碳处理的持续时间。如果脱碳深度被限定为最大120微米，则 对于这一目的而言，经验表明，脱碳时间可被限定为最长120分钟。当以本身已知的方式进行本发明的脱碳处理时，还使用包含氮气、氢气和水蒸气的气体混合物作为脱碳气体。在20°C至28°C的露点、特别是在20°C至26°C的露点下，这类 脱碳气氛典型地含有85体积％至97体积％的氮气和3体积％至15体积％ 7体积％的氢 气，在实践中使用的气氛典型地含有93体积％的氮气和7体积％的氢气。在本发明的方法中，首先在保护气体气氛中加热到脱碳温度也是有用的。一旦达 到脱碳温度后，使钢带以松卷的形式暴露于脱碳气氛中。在加热期间维持的保护气体气氛 可包含85体积％至97体积％的氮气和3体积％至15体积％的氢气，在实践中使用的保护 气体气氛典型地含有93体积％的氮气和7体积％的氢气。一旦达到脱碳温度后，将水蒸气 输入所述气氛中以产生还原脱碳气氛，在这种气氛中开始发生C+H20 —CCHH2的脱碳反应。炉子中所需的用于脱碳反应的水的量可作为露点的函数而加以控制。为此，可以 在整个脱碳退火时间内测量脱碳气氛的露点。然后，作为设定值/真实值二者比较结果的 函数，将脱碳气氛中的水蒸气的比例设定为使得该气氛的露点保持在20%至26%的范围 内。为了除去在给定情况下加工的钢带上可能存在的任何氧化物层和残余量的润滑 齐 ，该钢带在被卷成松卷之前应进行酸洗。与此同时，从获得的钢带的尺寸精度、特别是平面性的角度考虑，还可能有益的 是，在对钢带进行酸洗之后并且在将其卷成松卷之前，对该钢带进行表皮光轧。如果松卷的加热和脱碳处理在间歇式退火炉中进行，则本发明的方法可以以特别 简单的方式进行。实际研究已经表明，如果脱碳退火温度是680°C至780°C，则可以从本发明方法的 制备过程获得特别良好的结果，如果退火温度被选择为接近Aca温度，则所述效果特别有益。典型的是，适合制备根据本发明加工的钢片或钢板的可热处理的钢的组成如下 (以重量％表示)C 0. 4-1. 0%Si 0. 1-0. 5%Mn 0. 3-1. 2%P < 0. 02%S < 0. 008%Al 0. 01-0. 05%Cr 0. 1-0. 5%
Ni :0. 1-0. 4%Mo ^ 0. 1%余量为铁和不可避免的杂质。在下文中，参照实施方案来详细说明本发明。通过常规的连续铸造法将可热处理的钢铸造成起始材料(诸如扁坯或薄板坯)，其中所述可热处理的钢含有(以重量％表示)0. 5% C.0, 2% Si、0. 75% Mn、< 0. 12% P、 < 0. 003% S、0. 02% Al和0. Cr、以及铁和不可避免的杂质。然后以本身已知的方式将扁坯热轧成钢带。在这种情况下热轧的最终温度在 850°C到950°C的范围内，在本方案中实际上选择的最终热轧温度为900°C。将处于所述最终热轧温度下的精轧生产线所输出的热轧带形式的钢带冷却到 600°C至620°C的卷绕温度，并卷成各层彼此紧密接触的常规的卷。实际的卷绕温度被选择 为 620 0C ο在卷绕后，将钢带退绕，同样，以本身已知的方式进行酸洗，然后直接进行表皮光 轧。然后以已知方式将经过表皮光轧的钢带卷成松卷。当完成该操作时，通过插入线 材或以某些其它合适的手段将卷状钢带的各层保持为彼此分开一定的距离，使得在每对相 邻的层之间形成气体可流过的空间。然后，将钢带以松卷的形式置于间歇式退火炉中并在含有93体积％的氮气和7体 积％氢气的保护气体气氛中加热，加热时间达10小时，直到整个钢卷都处于700°C的脱碳 退火温度下为止。在已经达到脱碳退火温度后，将水蒸气引入到保护气体气氛中以开始脱碳反应。 在该情况下输入的水蒸气的量被设置成使得该气氛的露点在脱碳期间恒定在26°C。将所述的松卷在该气氛下保持90分钟的脱碳退火时间。在该脱碳退火时间内对 存在于间歇式加热炉中的气氛的露点连续地进行测量并且与所需值进行比较。作为这一比 较结果的函数，对脱碳气氛的组成、特别是其水蒸气含量进行设定，使得其露点基本保持恒 定在26"C。在脱碳退火时间终止之后立刻将仍然置于间歇式加热炉中并处于保护气体气氛 中的松卷以rc /分钟的冷却速率冷却。以这种方法获得的表面脱碳的钢带具有与其表面相邻的40微米厚的脱碳表面 层，而其与脱碳表面层相邻的内部芯区域仍然具有与起始钢相同的碳含量。
图1是针对以上述方式脱碳的钢带绘制的图，其中，以碳含量(％ C，以重量％表 示)相对于距该钢带表面(距离A = 0微米)的距离A作图。在任何给定的情况下所获得 的脱碳深度At典型地在30微米至120微米的范围内。
权利要求
一种制备表面脱碳的钢带的方法，其中该表面脱碳的钢带由含有至少0.4重量％碳的可热处理的钢制成，该方法包括以下操作步骤-从所述可热处理的钢制备钢带；-在所述钢带被卷成松卷时，将该钢带加热至脱碳退火温度，所述脱碳退火温度可比给定的所述可热处理的钢的Ac1温度最多低20℃，并且不超过给定的所述可热处理的钢的Ac3温度；-将所述松卷形式的钢带在脱碳气氛中退火，脱碳退火时间至少达90分钟，形成所述脱碳气氛的脱碳气体流过所述松卷的层与层之间的缝隙；-将所述钢带加速冷却，由此使得从所述钢带的给定表面开始测量的脱碳深度总是被限定为低于所述钢带的厚度的四分之一。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的卷被施加有增加量的保护气体以 用于所述的加速冷却。
3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述脱碳深度是30微米至 120微米。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述脱碳退火时间最长为 120分钟。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述脱碳气氛含有85体积％ 至97体积％的氮气和3体积％至15体积％的氢气。
6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述松卷形式的钢带暴露 于所述脱碳气氛下经历所述的脱碳退火时间之前，将该松卷形式的钢带在保护气体气氛中 加热至所述的脱碳退火温度。
7.根据权利要求5和6所述的方法，其特征在于，在所述加热期间维持的所述保护气体 气氛含有85体积％至97体积％的氮气和3体积％至15体积％的氢气，并且当达到所述脱 碳退火温度时，将水蒸气输入所述保护气体气氛中以产生所述的脱碳气氛。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在整个所述的脱碳退火时间内，通过调节 所述脱碳气氛中所含水蒸气的比例而将该脱碳气氛的露点保持在20°C至28°C的范围内。
9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述钢带被卷成松卷之前， 对该钢带进行酸洗。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在对所述钢带进行酸洗之后并且在将其 卷成松卷之前，对该钢带进行表皮光轧。
11.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述松卷的加热和脱碳退火 在间歇式退火炉中进行。
12.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述脱碳退火温度是680°C 至 780 0C ο
13.根据权利要求1至11中的一项所述的方法，其特征在于，所述脱碳温度比所述Aca 温度低10_20°C。
14.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述可热处理的钢的组成如 下(以重量％表示)C 0. 4-1. 0%Si :0. 1-0. 5% Mn :0. 3-1. 2% P < 0. 02% S < 0. 008% Al :0. 01-0. 05% Cr :0. 1-0. 5% Ni :0. 1-0. 4% Mo ^ 0. 1%余量为铁和不可避免的杂质。
15.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在制备所述钢带的过程中完 成以下操作步骤-将所述可热处理的钢熔融；-将所述可热处理的钢铸造成起始材料，诸如扁坯或薄板坯； -将所述起始材料在850°C至900°C的最终热轧温度下热轧成所述钢带； -将所述钢带在600°C至620°C的卷绕温度下卷绕。
全文摘要
本发明涉及一种用于生产钢带的方法，该钢带具有高硬度和良好成形性能的最佳组合。为此目的，采取以下的操作步骤由含有至少0.4重量％碳的可热处理的钢来制备表面脱碳的钢带从所述可热处理的钢制备钢带；将卷成松卷的钢带加热至脱碳退火温度，所述脱碳退火温度可比给定的可热处理的钢的Ac1温度最多低20℃，并且不超过给定的可热处理的钢的Ac3温度；将所述松卷形式的钢带在脱碳气氛中退火，脱碳退火时间至少为90分钟，形成所述脱碳气氛的脱碳气体流过所述松卷的层与层之间的缝隙；将所述钢带加速冷却，由此使得从所述钢带的给定表面开始测量的脱碳深度(At)总是被限定为低于所述钢带的厚度的四分之一。
文档编号C21D8/02GK101802232SQ200880103385
公开日2010年8月11日 申请日期2008年8月7日 优先权日2007年8月17日
发明者J·卞, 乔瓦尼·萨巴蒂诺, 阿克塞尔·格拉芬 申请人:蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司