高强度热轧钢材的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢材，特别涉及一种高强度热轧钢材。
【背景技术】
[0002] 已知的高强度汽车用钢材的开发，大多朝向晶粒细化来发展。通常欲获得粒径小 于5微米的晶粒，较常使用的方式是采用相变化来达成，例如添加钥、硼等元素来产生变韧 铁相变化。然而，研究结果发现，以变韧铁为主要显微组织的钢材的伸长率不佳，因此，于常 温下不易加工成形，故目前冷加工成形的高强度钢材已多数转为以肥粒铁为主要相的方向 进行发展。
[0003] 现有以肥粒铁为主要相的冷加工成形高强度钢材，以双相钢（Dual-PhaseSteel) 最为著名，双相钢主要是通过轧延时的冷却控制，而在肥粒铁的基相中散布着10~30%的 麻田散铁，此双相钢的抗拉强度为300MPa~900MPa。然而，实际使用时发现，当麻田散铁等 低温相变化产物的含量越多时，虽可有效增加强度，却会导致加工性变差，因此，双相钢需 运用阶段冷却方式来控制钢材中的麻田散铁的量，以取得符合后续应用的强度及加工性。 然而，对热轧的连续轧延、冷却及盘卷制程而言，阶段冷却的控制相当不易，通常无法取得 符合业界要求的加工性。
[0004] 台湾公告专利第1373532号"高强度热轧钢材及其制法"公开了一种晶粒微米化 与析出纳米化的冶金设计，其利用Ti-v复合添加的方式制作热轧钢材，不过此种设计钢材 的抗拉强度达880Mpa时，就几乎已经达到极限，若要进一步增加强度就必须再增加 Ti、V、C 的添加量，因为其强度增加主要来自于碳化物的产生，碳化物析出量越多，强度越高。只是， Ti-V的添加量增加，钢胚在热轧时的再热温度就必须设定越高，以将钢胚中的（Ti，V)C固 溶，而太高的再热温度除了消耗更多的能源，同时也可能造成晶粒的不正常成长。此外，为 了促进碳化物析出而提高碳含量，也可能促进晶界上析出雪明碳铁，造成使用伸长率下降， 并导致加工性不佳。
[0005] 因此，有必要提供一种创新且具进步性的高强度热轧钢材，以解决上述问题。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种高强度热轧钢材，以总重为100wt%计算，包括0. 01~0. 25wt % 的碳、0· 50 ~3. OOwt% 的猛、0· 3 ~1. Owt% 的铜、0· 2 ~0· 5wt% 的镍、0· 05 ~0· 30wt% 的 钛、0· 02~0· 07wt%的钒、0· 1~0· 3wt%的铬以及0· 0020~0· 0150wt%的氮，而钛与氮的 含量比值大于3. 42,且该钢材的显微结构包含肥粒铁相及高碳相，该肥粒铁相的面积比率 为90%以上。
[0007] 本发明的高强度热轧钢材可产生非常大量的析出物，而发挥最大的析出强化效 果。此外，由于本发明的高强度热轧钢材组织主要是肥粒铁相（90%以上），因此可具备良 好的冷加工成形性。
[0008] 为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且 为了让本发明所述目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举优选实施方案，并配合附 图，详细说明如下。
【附图说明】
[0009] 图1显示本发明高强度热轧钢材的显微组织照片；及
[0010] 图2显示本发明高强度热轧钢材中大量析出物的显微照片。
【具体实施方式】
[0011] 本发明提供一种高强度热轧钢材，以总重为100wt%计算，包括0. 01~0. 25wt% 的碳、0· 50 ~3. OOwt% 的猛、0· 3 ~1. Owt% 的铜、0· 2 ~0· 5wt% 的镍、0· 05 ~0· 30wt% 的 钛、0· 02~0· 07wt%的钒、(λ 1~(λ 3wt%的铬以及0· 0020~0· 0150wt%的氮。该钢材的 显微结构包含肥粒铁相及高碳相，该肥粒铁相的面积比率为90%以上，且该肥粒铁相的粒 径为1至5微米。在本实施方案中，该高强度热轧钢材还具有多个分散于该肥粒铁相中的 析出物，这些析出物含有碳化物及富铜相（ε -Cu)粒子。优选地，碳化物的粒径为20纳米 以下，而富铜相（ε -Cu)粒子的粒径为30纳米以下。
[0012] 上述提及的各种成分分别具有不同的作用，在本发明中，除了碳、锰、铜、镍、钛、 钒、铬及氮为主要成分之外，其余成分可依据实际需要进行添加。以下分别针对各种成分及 其含量比例对该高强度热轧钢材的影响进行说明：
[0013] 碳：为钢材中重要的强化元素，且也是决定纳米析出物的重要元素。当碳含量太低 时，析出物不易生成。当碳含量太高时，则析出物容易粗化，使得钢材强度太强，也可能会使 钢材的硬化能提高而容易产生变韧铁或麻田散铁，进而使得该钢材的伸长率降低。因此，优 选地，碳含量应控制在〇. 01~〇. 25wt%。
[0014] 锰：为钢材中重要的固溶强化元素，用以提高钢材强度。当锰含量太高时，会造成 钢材的成形性不佳。因此，优选地，锰含量应控制在〇. 50~3. 00wt %。
[0015] 铜：为钢材中重要的固溶强化与耐候元素，本发明利用铜（Cu)在500~650°C所 产生的富铜相（ε -Cu)析出物来提高钢材强度。优选地，铜含量应控制在0. 3~1. Owt%。
[0016] 镍：为钢材中重要的固溶强化元素，添加镍可避免因铜的添加而造成钢胚于高温 产生热裂。优选地，镍含量应控制在0. 2~0. 5wt%，且镍含量应为铜含量的1/2。
[0017] 氮：为固溶强化元素，且氮与钛的结合性良好，在超过1400°C以上的高温就会开 始形成氮化钛（TiN)。本发明主要通过氮化钛的生成及运用氮化钛的高温稳定性，在热轧加 热炉内阻止沃斯田铁晶粒的过度成长。然而，当氮含量太高时，会造成氮化钛过度粗化而成 为破坏起始源。因此，优选地，氮含量应控制在〇. 0020~0. 0150wt%。
[0018] 钛：为常用的析出强化元素，钛除了可于高温产生氮化钛外，也可在喷水冷却的热 轧盘卷过程中，产生碳化钛（Tic)析出。优选地，钛与氮的含量比值大于3. 42,以使钛的过 饱和度提高，并可在短时间内大量成核产生纳米级析出物，进而达到析出强化的目的。然 而，当钛含量太高时，会使得析出的碳化钛粗化，并让析出强化效果下降。因此，优选地，钛 含量应控制在05~0· 30wt %。
[0019] 硅：为固溶强化元素，硅可延迟雪明碳铁的析出，使得过饱和的碳得以产生大量纳 米级析出物。
[0020] 磷：属于钢材中的不纯物，容易偏析至晶界，造成晶界脆化。当磷含量过高时，容易 造成热轧延时的边裂，且产品在使用时也会产生脆性问题。因此，优选地，磷含量应控制在 0. 02wt% 以下。
[0021] 硫：属于钢材中的不纯物，在