加工性优异的钢材及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种加工性优异而特别适合作为工具用材料的钢材及其制造方法。


背景技术：

2.通常，已知钢材的物理性能中的硬度和加工性是难以兼得的物理性能。这是因为，钢材的强度增加引起硬度增加，但钢材的强度增加时，显示出钢材的加工性变差的特性。
3.在用于制造工具用构件的工具用钢材的情况下，制成构件形状时需要优异的加工性，而最终加工后的构件需要具有高硬度以确保耐磨特性和耐冲击特性等。特别地，在用于制造工具用构件的工具用钢材的情况下，为了确保一定水平以上的硬度和强度，主要利用含有相对大量的碳(c)的钢材，因此难以确保所期望的水平的加工性。
4.在工具用钢材的情况下，通常应用以下方法：通过球化退火确保钢材的加工性后加工成构件形状，然后通过淬火在钢材中引入马氏体组织以确保硬度。球化退火是为了使板状的层状渗碳体成为球形而在高温下进行的热处理，为了确保所期望的水平的加工性，需要长时间，因此在生产性和经济性方面不优选。
5.专利文献1提出了在a1以上的温度下进行短时间的热处理后在低于a1的温度下进行长时间的热处理以缩短退火热处理时间的退火热处理工艺条件。但是，如上所述的加热模式难以在常规的加热炉中实现，而且存在为了确保高碳钢材的加工性依然需要长时间的问题，因此不评价为制造高碳工具用钢材的现实的方法。
6.(现有技术文献)
7.(专利文献1)韩国公开专利公报第10-2015-0075290号(2015年07月03日公开)


技术实现要素：

本发明要解决的技术问题
8.根据本发明的一个方面，可以提供一种加工性优异的钢材及其制造方法。
9.本发明的技术问题不限定于上述内容。本领域技术人员可以由本说明书中的整体内容容易地理解本发明的附加技术问题。解决技术问题的技术手段
10.本发明的一个方面的加工性优异的钢材中，以重量％计，可以包含：c：0.8-1.0％、si：0.1-0.3％、mn：0.2-0.5％、cr：0.1-0.3％、p：0.03％以下、s：0.005％以下、余量的fe和其它不可避免的杂质，微细组织可以是包含球化碳化物的铁素体单相组织，所述碳化物的平均粒度可以为0.8μm以下，所述碳化物的数密度可以为2*105个/mm2至7*105个/mm2。
11.所述碳化物的球化率可以为95％以上。
12.所述钢材的常温表面硬度可以为230-270hv。
13.所述钢材的冲压加工后的毛刺高度可以为20μm以下，所述钢材的弯曲加工性(r/t)可以为2以下。
14.所述碳化物的平均粒度可以为0.55μm以上。
15.将所述钢材加热至800-950℃并保持30分钟以下的时间，以50-150℃/秒的冷却速度进行冷却至50℃以下的温度范围，在200-300℃下进行热处理10-60分钟后的所述钢材的表面硬度可以为56hrc以上。
16.本发明的另一个方面的制造加工性优异的钢材的方法可以包括以下步骤：将板坯进行再加热、热轧和收卷，以重量％计，所述板坯包含：c：0.8-1.0％、si：0.1-0.3％、mn：0.2-0.5％、cr：0.1-0.3％、p：0.03％以下、s：0.005％以下、余量的fe和其它不可避免的杂质；向收卷的钢材施加机械外力以对所述钢材的碳化物进行碎裂；以及将所述碳化物被碎裂的钢材进行加热，然后在650-700℃的温度范围内保持5-20小时以进行球化退火。
17.在对所述碳化物进行碎裂的步骤中，可以以30-50％的压下率，将收卷的所述钢材进行冷轧以对所述钢材的碳化物进行碎裂。
18.可以在1000-1300℃的温度范围内，将所述板坯进行再加热，在850-1150℃的温度范围内，将再加热的所述板坯进行热轧，在600-650℃的温度范围内，将热轧的所述钢材进行收卷。发明效果
19.根据本发明的优选的一个方面，可以提供一种具有优异的硬度特性和加工性的工具用钢材及其制造方法。
附图说明
20.图1是观察试片a的微细组织的照片，图2是观察试片h的微细组织的照片。最佳实施方式
21.本发明涉及一种加工性优异的钢材及其制造方法，下面对本发明的优选的具体实施方案进行说明。本发明的具体实施方案可以变形为各种形式，不应解释为本发明的范围限定于下面说明的具体实施方案。本具体实施方案是为了向本发明所属技术领域中的技术人员更详细地说明本发明而提供的。
22.以下，对本发明的一个方面的加工性优异的钢材进行更详细的说明。
23.本发明的一个方面的加工性优异的钢材中，以重量％计，可以包含：c：0.8-1.0％、si：0.1-0.3％、mn：0.2-0.5％、cr：0.1-0.3％、p：0.03％以下、s：0.005％以下、余量的fe和其它不可避免的杂质，微细组织可以是包含球化碳化物的铁素体单相组织，所述碳化物的平均粒度可以为0.8μm以下，所述碳化物的数密度可以为2*105个/mm2至7*105个/mm2。
24.以下，对本发明的合金组成进行更详细的说明。以下，除非另有特别说明，否则与合金组成的含量相关的％和ppm是以重量为基准。
25.本发明的一个方面的加工性优异的钢材中，以重量％计，可以包含：c：0.8-1.0％、si：0.1-0.3％、mn：0.2-0.5％、cr：0.1-0.3％、p：0.03％以下、s：0.005％以下、余量的fe和其它不可避免的杂质。
26.碳(c)：0.8-1.0％
27.碳(c)是代表性的提高淬透性的元素，在本发明中碳(c)是为了确保淬火后的硬度所必须添加的元素。因此，为了如上所述的效果，本发明中可以包含0.8％以上的碳(c)。优选的碳(c)含量可以超过0.8％，更优选的碳(c)含量可以为0.82％以上。另一方面，当钢中的碳(c)含量超过一定范围时，钢中碳化物的分数变得过高，可能会促进脆性断裂。因此，本
发明中可以将碳(c)含量的上限限制为1.0％。优选的碳(c)含量可以小于1.0％，更优选的碳(c)含量可以为0.98％以下。
28.硅(si)：0.1-0.3％
29.硅(si)是有助于提高钢的强度的成分，因此为了实现如上所述的效果，本发明中可以包含0.1％以上的硅(si)。优选的硅(si)含量的下限可以为0.12％，更优选的硅(si)含量的下限可以为0.15％。但是，当钢中的硅(si)含量超过一定范围时，不仅冷轧性变差，而且热处理时脱碳的可能性增加，并且可能会引发钢材表面的表面氧化皮缺陷的增加，因此本发明中可以将硅(si)含量的上限限制为0.3％。优选的硅(si)含量的上限可以为0.28％，更优选的硅(si)含量的上限可以为0.25％。
30.锰(mn)：0.2-0.5％
31.锰(mn)是有助于提高淬透性的元素，而且是通过固溶强化有效地有助于提高钢的强度的元素。此外，锰(mn)与钢中的硫(s)结合并析出为mns，因此可以有效地防止硫(s)引起的红热脆性。为了实现如上所述的效果，本发明中可以包含0.2％以上的锰(mn)。优选的锰(mn)含量的下限可以为0.25％，更优选的锰(mn)含量的下限可以为0.3％。但是，当钢中的锰(mn)含量超过一定范围时，不仅冷轧性变差，而且因中心偏析而可能会引发加工性的降低，因此本发明中可以将锰(mn)含量的上限限制为0.5％。优选的锰(mn)含量的上限可以为0.45％，更优选的锰(mn)含量的上限可以为0.4％。
32.铬(cr)：0.1-0.3％
33.与锰(mn)相同，铬(cr)是有效地有助于提高淬透性的元素。因此，为了如上所述的效果，本发明中可以包含0.1％以上的铬(cr)。优选的铬(cr)含量的下限可以为0.13％，更优选的铬(cr)含量的下限可以为0.16％。但是，当钢中的铬(cr)含量超过一定范围时，不仅冷轧性可能会降低，而且通过热处理的碳化物的分解会延迟，即使通过球化退火，也可能无法完成碳化物的球化。因此，本发明中可以将铬(cr)含量的上限限制为0.3％。优选的铬(cr)含量的上限可以为0.28％，更优选的铬(cr)含量的上限可以为0.25％。
34.磷(p)：0.03％以下(包括0％)
35.钢中的磷(p)是代表性的杂质元素，但也是在不显著损害成型性的情况下确保强度的最有利的元素。但是，当添加过多的磷(p)时，脆性断裂的可能性增加，因此在热轧过程中可能会引发板坯的板断裂，而且可能会大幅降低镀覆钢板的表面特性。因此，本发明中可以将磷(p)含量的上限限制为0.03％。
36.硫(s)：0.005％以下(包括0％)
37.硫(s)是不可避免地引入到钢中的杂质元素，优选尽可能将硫(s)控制在低含量。特别地，钢中的硫(s)可能会引发红热脆性，因此本发明中可以将硫(s)含量的上限限制为0.005％。
38.本发明的一个方面的加工性优异的钢材中，除了上述成分之外，还可以包含余量的fe和其它不可避免的杂质。但是，在通常的制造过程中可能会从原料或周围环境中不可避免地混入不期望的杂质，因此不能完全排除这些杂质。这些杂质对于本技术领域的普通技术人员而言是众所周知的，因此在本说明书中不特别提及其所有内容。而且，并不排除除了上述组成之外的有效成分的添加。
39.本发明的一个方面的钢材的微细组织可以是包含球化碳化物的铁素体单相组织。
本发明的球化碳化物可以是指所有碳化物被球化的情况，而且还可以是指碳化物中的一部分碳化物被球化的情况。所述碳化物的平均粒度可以为0.8μm以下，所述碳化物的数密度可以为2*105个/mm2至7*105个/mm2。即，本发明的一个方面的钢材中，不仅在钢中形成微细的球化碳化物，而且大量的碳化物均匀分布，因此可以有效地确保钢材的加工性。
40.本发明的一个方面的钢材中包含的碳化物的球化率可以为95％以上，优选的碳化物的球化率可以为99％以上。其中，碳化物的球化率是指纵横比(长轴与短轴之比)为2以下的球化碳化物的面积与整个碳化物的面积之比。即，本发明的一个方面的钢材中，钢材中包含的碳化物大部分是球化的碳化物，因此可以有效地确保钢材的加工性。
41.此外，当所述钢材中包含的碳化物的平均粒度在一定水平以下时，可能表示碳化物的球化未充分实现，因此本发明中可以将碳化物的平均粒度的下限限制为0.55μm。
42.本发明的一个方面的钢材的常温表面硬度可以为230-270hv。此外，本发明的一个方面的加工性优异的钢材的冲压加工后的毛刺(burr)高度可以为20μm以下，所述钢材的弯曲加工性(r/t)可以为2以下。毛刺高度可以通过在间隙为5
°
的条件下进行冲裁加工后用粗糙度测量仪测量表面边缘的高度差来获得，弯曲加工性可以根据用末端部的曲率半径为r(mm)的三棱柱的超硬合金挤压材料的同时弯曲90
°
时材料表面是否产生裂纹来进行测量。弯曲加工性的t表示钢材厚度(mm)。
43.本发明的一个方面的钢材中，将上述钢材加热至800-950℃并保持30分钟以下的时间，以50-150℃/秒的冷却速度进行冷却至50℃以下的温度范围，在200-300℃下进行热处理10-60分钟后的所述钢材的表面硬度可以为56hrc以上。即，本发明的一个方面的钢材可以在淬火之前确保优异的加工性的同时在淬火之后确保优异的硬度特性。
44.以下，对本发明的一个方面的加工性优异的钢材的制造方法进行更详细的说明。
45.本发明的一个方面的加工性优异的钢材的制造方法可以包括以下步骤：将板坯进行再加热、热轧和收卷，以重量％计，所述板坯包含：c：0.8-1.0％、si：0.1-0.3％、mn：0.2-0.5％、cr：0.1-0.3％、p：0.03％以下、s：0.005％以下、余量的fe和其它不可避免的杂质；向收卷的钢材施加机械外力以对所述钢材的碳化物进行碎裂；以及将所述碳化物被碎裂的钢材进行加热，然后在650-700℃的温度范围内保持5-20小时以进行球化退火。
46.板坯的再加热、热轧和收卷
47.准备具有规定的合金组成含量的板坯后可以进行再加热。本发明的板坯的合金组成对应于上述钢材的合金组成，因此用对上述钢材的合金组成的说明来代替对本发明的板坯的合金组成的说明。此外，本发明的板坯的再加热温度可以利用常规的板坯的再加热中利用的条件，但作为非限制性的实例，本发明的板坯的再加热温度可以为1000-1300℃的范围。
48.在850-1150℃的温度范围内，可以将再加热的板坯进行热轧以提供热轧钢材。当热轧温度过高时，由于微细组织的粗大化，存在不能确保所期望的物理性能的问题，因此本发明中可以将热轧温度范围的上限限制为1150℃。另一方面，当热轧温度低于一定水平时，过度的轧制负荷可能会成为问题，因此本发明中可以将热轧温度的下限限制为850℃。
49.在600-650℃的温度范围内，可以将热轧的钢材进行收卷。当收卷温度过高时，珠光体组织中的渗碳体的厚度变厚，而且由于收卷后的相变，可能会发生形状不良，因此本发明中可以将收卷温度的上限限制为650℃。另一方面，当收卷温度低于一定水平时，由于强
度过高，在收卷后的工艺中可能发生板断裂，因此本发明中可以将收卷温度的下限限制为600℃。此外，为了防止在后述的碳化物的碎裂步骤中因材质偏差而发生板断裂，可以将热轧卷材的整个长度方向的温度偏差控制在20℃以下。
50.通过施加机械外力来对碳化物进行碎裂
51.将收卷的钢材开卷之后，可以根据开卷的钢材的表面质量选择性地应用酸洗工艺，之后向钢材施加机械外力，从而可以对碳化物(层状渗碳体)进行机械碎裂。向钢材施加机械外力的方法只要是可以对层状渗碳体进行碎裂的方法，则可以利用任何方法，作为非限制性的实例，可以利用冷轧或锻造等。作为一个实例，在利用冷轧向钢材施加机械外力时，考虑到渗碳体的有效的碎裂，可以利用30-50％的冷轧压下率。
52.本发明的情况下，向热轧钢材施加机械外力来对层状渗碳体进行碎裂，因此可以有效地提高后续进行的球化退火中的球化效率。即，本发明中在分布有大量的碎裂的微细碳化物的状态下开始球化退火，因此可以在相对短的时间内有效地对碳化物进行球化。
53.球化退火
54.可以将通过施加机械外力来对碳化物进行碎裂的钢材进行加热至650-700℃的温度范围并保持5-20小时的球化退火。当球化退火的温度和时间低于一定水平时，可能无法实现碳化物的充分球化，因此本发明中可以将球化退火的温度和时间的下限分别限制为650℃和5小时。另一方面，当球化退火的温度和时间超过一定水平时，不仅碳化物变得过于粗大，而且钢材的硬度可能会降低，因此本发明中可以将球化退火的温度和时间的上限分别限制为700℃和20小时。
55.通过上述制造方法制造的钢材的微细组织可以是包含球化碳化物的铁素体单相组织。所述碳化物的平均粒度可以为0.55μm以上，所述碳化物的球化率可以为95％以上。
56.通过上述制造方法制造的钢材的常温表面硬度可以为230-270hv，冲压加工后的毛刺高度可以为20μm以下，弯曲加工性(r/t)可以为2以下。
具体实施方式
57.以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明。但是，需要注意的是，下述实施例仅仅是用于例示本发明以进行更具体的说明，并不是用于限制本发明的权利范围。
58.(实施例)
59.准备具有表1的合金组成的板坯，然后在1200℃的温度范围内进行加热，并在950℃的温度范围内进行热轧。酸洗后以50％的压下率进行冷轧，从而轧制成厚度为1.0mm的薄钢板。对各钢种的冷轧时的轧制性进行评价，并一同记载于表1中。将冷轧时不发生板断裂和边缘部裂纹，或者即使产生边缘部裂纹，也形成少于5个的尺寸小于10mm的裂纹的情况评价为
○
。此外，将冷轧时发生板断裂和边缘部裂纹，并且边缘部裂纹尺寸为10mm以上，或者形成5个以上的尺寸小于10mm的裂纹的情况评价为
×
。
60.[表1]
[0061]
之后，根据表2的条件进行球化退火，对各试片的硬度和微细组织进行比较和分析，并将其结果一同记载于表2中。其中，试片k是指不进行冷轧并直接进行球化退火的试片。此时，对于各试片的硬度，利用布氏硬度测量仪测量hrc后换算成hv，对于各试片的微细组织，在切割试片并进行镜面抛光后进行蚀刻，并利用扫描电子显微镜观察截面组织。此外，对于各试片，在间隙(clearance)为5％的条件下进行冲压加工后测量毛刺的高度，并且进行90
°
弯曲试验来测量弯曲加工性(r/t)。并且，对各试片分别依次进行加热至900℃的温度并快速冷却的淬火处理以及加热至250℃的温度的回火处理，然后测量表面硬度，并将其结果一同记载于表2中。此时的表面硬度也利用布氏硬度测量仪测量hrc。
[0062]
[表2][表2]
[0063]
可以确认满足本发明中限制的所有合金组成和工艺条件的试片均满足优异的硬度特性和加工性，但不满足本发明中限制的合金组成和工艺条件中的任一个的试片不能同时确保本发明所期望的水平的硬度特性和加工性。
[0064]
图1是观察试片a的微细组织的照片，可以确认均匀地分布有大量的球化的微细碳化物。另一方面，图2是观察试片h的微细组织的照片，可以确认碳化物的球化率低，而且局部分布有粗大的碳化物。
[0065]
以上，通过实施例对本发明进行了详细说明，但也可以包括其它形式的实施例。因此，权利要求的技术思想和范围并不受限于实施例。