本发明涉及一种高碳钢板及其制造方法。
背景技术：
随着进一步强化汽车安全标准，对提高弹簧耐久性的要求也越来越高。为了提高弹簧耐久性，用于弹簧的薄钢板材料需要具有更高的强度。为了顺应弹簧钢具有更高强度的趋势，亟需一种相对于已知的弹簧钢提高屈服强度及可轧制性等的材料。
现有技术中使用了由珠光体组织构成的弹簧用薄钢板，虽然珠光体组织有利于冷轧，但是在利用加工硬化来提高硬度方面受到限制。
为了解决这一问题，如专利文献1提出了一种使珠光体组织细化且抑制上贝氏体组织形成的方法。但是，等温转变温度范围在珠光体和上贝氏体的混合组织的区域，并没有提及可抑制上贝氏体形成的方案。
另外，还提出了一种作为基底组织利用硬化组织即下贝氏体或回火马氏体的方法。然而，仅凭所述基底组织不能具有充分的可轧制性，存在轧制途中会产生裂纹或者引起断裂的问题。因此，不能适用弹簧制造所需的高压冷轧等。
此外，如专利文献2提出了一种积极利用通过等温转变的上贝氏体的方法。由此，可以制造高强度钢板带，但是操作时会出现钢板断裂等不良，从而导致成品率降低，而且相对于珠光体组织冷轧压下率低。同时，由于弹簧的耐久性偏差大，不适合用于严格要求耐久性的高品质安全带弹簧钢。
为此，本发明提出了如下方法，以在制造安全带弹簧用钢板时提供高强度及耐久性优秀的钢板。更具体地，通过抑制降低冷轧性和弹簧耐久性以及导致钢板物理性质变差的上贝氏体组织生成的方法，可提供一种高强度的高碳钢板及其制造方法。
专利文献1：jp1995-136144，nisshinsteelcoltd
专利文献2：kr2006-0134943，posco
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种高碳钢板及其制造方法。
(二)技术方案
本发明的一个示例性实施方案的高碳钢板，相对于所述高碳钢板总量100重量％可包含c：0.78重量％至0.85重量％、si：0.2重量％至0.4重量％、mn：0.4重量％至0.6重量％、cr：0.05重量％至0.15重量％，余量为fe及其他不可避免的杂质。
所述高碳钢板可包含退化的珠光体组织及上贝氏体组织，相对于所述高碳钢板的整体显微组织100体积％，所述退化的珠光体组织及上贝氏体组织的体积分数之和可为0体积％至20体积％。
更具体地，相对于所述高碳钢板的整体显微组织100体积％，可包含3体积％至19体积％的退化的珠光体组织、0.3体积％以下的上贝氏体组织，余量为显微珠光体组织及先共析铁素体组织。
所述退化的珠光体组织(degeneratedpearlite)可以是渗碳体组织的长度为1μm以下的组织。
所述显微珠光体组织的片层间距可为0.05μm至0.1μm。
所述高碳钢板可满足如下公式(1)。
a＝1/λ2-2(dp％+50ub％)>100----------公式(1)
此时，所述λ表示珠光体组织的片层间距，所述dp％表示退化的珠光体组织的体积分数，所述ub％表示上贝氏体组织的体积分数。
所述高碳钢板的抗拉强度可为2300mpa以上。
本发明的另一个示例性实施方案的高碳钢板的制造方法可包括以下步骤：准备热轧钢板，所述热轧钢板相对于钢板总量100重量％包含c：0.78重量％至0.85重量％、si：0.2重量％至0.4重量％、mn：0.4重量％至0.6重量％、cr：0.05重量％至0.15重量％，余量为fe及其他不可避免的杂质；对所述热轧钢板进行退火；对所述退火的热轧钢板进行一次冷轧；对所述一次冷轧的钢板进行再加热；对所述再加热的钢板进行等温热处理；以及对所述等温热处理的钢板进行二次冷轧。
通过对所述再加热的钢板进行等温热处理的步骤会发生等温转变，所述等温转变温度可为tc-10℃至tc+10℃。
tc＝686.8-193.1[c]+102.4[c]2-31.2[mn]-4.6[si]-32.4[cr]–340.3[mn][cr]-公式(2)
其中，所述[c]、[mn]、[si]、[cr]表示各元素的重量％。
对所述再加热的钢板进行等温热处理的步骤可包括以下步骤：将所述再加热的钢板冷却至等温转变温度；以及对所述冷却至等温转变温度的钢板进行等温热处理。
在将所述再加热的钢板冷却至等温转变温度的步骤中，可以30℃/秒至200℃/秒的速度进行冷却。
在对所述冷却至等温转变温度的钢板进行等温热处理的步骤中，等温热处理可进行60秒至90秒。
在对所述等温热处理的钢板进行二次冷轧的步骤中，可在常温至120℃下进行二次冷轧。
在对所述一次冷轧的钢板进行再加热的步骤中，可在800℃至1100℃的温度范围内进行再加热。更具体地，再加热可进行1分钟至10分钟。
所述高碳钢板可包含退化的珠光体组织及上贝氏体组织，相对于所述高碳钢板的整体显微组织100体积％，所述退化的珠光体组织及上贝氏体组织的体积分数之和可为0体积％至20体积％。
更具体地，相对于所述高碳钢板的整体显微组织100体积％，可包含3体积％至19体积％的退化的珠光体组织、0.3体积％以下的上贝氏体组织，余量为显微珠光体组织及先共析铁素体组织。
所述退化的珠光体组织可以是渗碳体组织的长度为1μm的组织。
所述显微珠光体组织的片层间距可为0.05μm至0.1μm。
所述高碳钢板可满足如下公式(1)。
a＝1/λ2-2(dp％+50ub％)>100----------公式(1)
其中，所述λ表示显微珠光体组织的片层间距，所述dp％表示退化的珠光体组织的体积分数，所述ub％表示上贝氏体组织的体积分数。
(三)有益效果
根据本发明的一个示例性实施方案，通过控制基于钢板成分及组分的等温转变温度，可以抑制上贝氏体形成。因此，冷轧时不会产生裂纹，所以生产性优秀。
同时，通过提供显微珠光体组织的钢板，可以提供高强度及耐久性优秀的钢板。
附图说明
图1是对实施例1的显微组织用sem进行观察的照片。
图2是对比较例2的显微组织用sem进行观察的照片。
图3是示出本发明的一个示例性实施方案的等温转变温度及冷却行为的曲线图。
图4是示出实施例1至4及比较例1至4的公式(2)的值与抗拉强度关系的图表。
具体实施方式
参照附图和下述实施例，就可以清楚地理解本发明的优点、特征及实现这些的方法。然而，本发明能够以各种不同的方式实施，并不局限于下面公开的实施例。提供下述实施例的目的在于，充分公开本发明以使所属领域的技术人员对发明内容有整体和充分的了解，本发明的保护范围应以权利要求书为准。通篇说明书中相同的附图标记表示相同的构成要素。
因此，在一些实施例中，对于已众所周知的技术不再赘述，以避免本发明被解释得模糊不清。除非另有定义，否则本说明书中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义就是所属领域的技术人员通常理解的意思。在通篇说明书中，某一部分“包括(或包含)”某一构成要素时，除非有特别相反的记载，否则表示还可以包括其他构成要素而非排除其他构要素。除非另有说明，否则单数形式也意在包括复数形式。
本发明的一个示例性实施方案的高碳钢板，相对于总量100重量％可包含c：0.78重量％至0.85重量％、si：0.2重量％至0.4重量％、mn：0.4重量％至0.6重量％、cr：0.05重量％至0.15重量％，余量为fe及其他不可避免的杂质。
下面对限制高碳钢板的成分及组分的理由进行说明。
碳是用于确保强度的必要元素。因此，如果碳含量过低，则难以确保充分的强度。相反地，如果碳含量过高，则容易形成残留奥氏体，而且冷轧时应力诱导相变引发裂纹的可能性会变高。不仅如此，钢板的韧性及疲劳特性会变差。
硅是在珠光体基底中通过固溶强化作用提高强度的元素。因此，硅含量越增加钢板的强度及抗永久变形性越大。但是，如果硅含量过高，则冷轧性会变差。不仅如此，热处理时脱碳可能性变高，而且可能会导致钢材表面上鳞爆缺陷增加。
锰具有固溶强化效果，同时起到提高可硬化性(hardenability)的作用，还起到将固溶于钢中的硫以硫化锰(mns)的形式析出以防止硫导致的红热脆性的作用。但是，如果锰含量过高，则冷轧性会变差，而且中心偏析导致加工性会降低。
铬与锰一样提高钢的可硬化性，还提高基于珠光体组织的冷加工的强度。但是，如果铬含量过高，则可硬化性会变得过大。另外，基于再加热的渗碳体组织的分解变得过慢，因此可能会形成未固溶的渗碳体。
所述高碳钢板可包括退化的珠光体组织及上贝氏体组织。此时，相对于所述高碳钢板的整体显微组织100体积％，所述退化的珠光体组织及上贝氏体组织的体积分数之和可为0体积％至20体积％。
更具体地，如果所述退化的珠光体组织及所述上贝氏体组织的体积分数不能满足所述范围，则成型性及耐久性可能会变差。
在本说明书中，退化的珠光体(degeneratedpearlite)组织是指珠光体组织中渗碳体组织的长度为1μm以下的珠光体组织。
通过适当地控制所述退化的珠光体组织的分数，可以确保均匀的显微珠光体组织。
更具体地，相对于所述高碳钢板的整体显微组织100体积％，可包含3体积％至19体积％的退化的珠光体组织、0.3体积％以下的上贝氏体组织，余量为显微珠光体组织及先共析铁素体组织。
更具体地，所述显微珠光体组织的片层间距可为0.05μm至0.1μm。更具体地，珠光体组织的片层间距越细小越能获得强度优秀的钢板。
因此，根据本发明的一个示例性实施方案的高碳钢板可以提供最大限度地抑制上贝氏体的生成且包含退化的珠光体组织的高碳钢板。更具体地，所述上贝氏体组织可能会降低冷轧性及耐久性，还有可能导致钢板中物理性质的偏差。
因此，根据本发明的一个示例性实施方案的高碳钢板通过如上控制上贝氏体组织的体积分数，可以提供高强度及耐久性优秀的钢板。
所述高碳钢板可满足如下公式(1)。
a＝1/λ2-2(dp％+50ub％)>100----------公式(1)
此时，所述λ表示显微珠光体组织的片层间距，所述dp％表示退化的珠光体组织的体积分数，所述ub％表示上贝氏体组织的体积分数。
更具体地，如果满足所述公式(1)，则不会出现冷轧时钢板断裂现象或者裂纹等缺陷，可以获得强度及耐久性优秀的高碳钢板。更具体地，所述高碳钢板的抗拉强度可为2300mpa以上。
本发明的另一个示例性实施方案的高碳钢板的制造方法可包括以下步骤：准备热轧钢板，所述热轧钢板相对于钢板总量100重量％包含c：0.78重量％至0.85重量％、si：0.2重量％至0.4重量％、mn：0.4重量％至0.6重量％、cr：0.05重量％至0.15重量％，余量为fe及其他不可避免的杂质；对所述热轧钢板进行退火；对所述退火的热轧钢板进行一次冷轧；对所述一次冷轧的钢板进行再加热；对所述再加热的钢板进行等温热处理；以及对所述等温热处理的钢板进行二次冷轧。
首先，可以实施准备热轧钢板的步骤，所述热轧钢板相对于钢板总量100重量％包含c：0.78重量％至0.85重量％、si：0.2重量％至0.4重量％、mn：0.4重量％至0.6重量％、cr：0.05重量％至0.15重量％，余量为fe及其他不可避免的杂质。限制所述热轧钢板的成分及组分的理由如前所述，因此省略详细说明。
更具体地，在所述准备热轧钢板的步骤中，可对包含所述成分及组分的板坯在900℃至1200℃的温度范围下进行轧制。而且，相对于所述板坯初始厚度，可以95％至99.5％的压下率进行轧制。但，所述轧制不限于此，普通技术人员采用的轧制方法均可。
在本说明书中，压下率是指通过轧制步骤材料的厚度或截面积减小的比例。更具体地，压下率是指相对于材料初始厚度的通过轧制减小的厚度比例。
然后，可以实施对所述热轧钢板进行退火的步骤。
此时，所述热轧钢板的退火温度可为800℃至1100℃。更具体地，所述热轧钢板的退火时间可为10小时至30小时。
更具体地，对所述热轧钢板在所述温度及时间条件下进行退火时，可容易缓解热轧步骤中产生的应力。
可以实施对所述退火的热轧钢板进行一次冷轧的步骤。
此时，对于所述退火的热轧钢板，可在常温至120℃下进行冷轧。
另外，相对于所述退火的热轧钢板的厚度，可以0％至60％的压下率进行一次冷轧。通过所述一次冷轧可以调整初始厚度以进行二次冷轧。
然后，可以实施对所述一次冷轧的钢板进行再加热的步骤。
更具体地，对所述一次冷轧的钢板可以800℃至1100℃的温度范围进行再加热。可以将所述一次冷轧的钢板在所述再加热温度范围下保持1分钟至10分钟。
更具体地，通过在所述温度下进行再加热，可以有效地缓解一次冷轧步骤中产生的应力。
然后，可以实施对所述再加热的钢板进行等温热处理的步骤。
对所述再加热的钢板进行等温热处理的步骤可包括以下步骤：将所述再加热的钢板冷却至等温转变温度；以及对所述冷却至等温转变温度的钢板进行等温热处理。
更具体地，在将所述再加热的钢板冷却至等温转变温度步骤中，可以30℃/秒至200℃/秒的速度从所述再加热温度冷却至所述等温转变温度。
可以从所述再加热温度冷却1秒至10秒。
此后，通过对所述冷却至等温转变温度的钢板进行等温热处理的步骤会发生等温转变。此时，所述等温转变温度可为tc-10℃至tc+10℃。而且，对所述钢板在所述等温转变温度下可以进行等温热处理60秒以上。更具体地，等温热处理可以进行60秒至90秒。
tc＝686.8-193.1[c]+102.4[c]2-31.2[mn]-4.6[si]-32.4[cr]–340.3[mn][cr]-公式(2)
其中，所述[c]、[mn]、[si]、[cr]表示各元素的重量％。
更具体地，如上所述按照钢板的成分及组分通过公式来控制等温转变温度，可以获得具有显微珠光体组织的高碳钢。同时，通过在所述等温转变温度下将等温热处理时间控制为所述范围，可以最大限度地抑制上贝氏体的形成。
这一点通过本申请的图3也可以得到确认。
图3是示出本发明的一个示例性实施方案的等温转变温度及冷却行为的曲线图。
如图3所示，根据本发明的一个示例性实施方案的高碳钢板的制造方法，等温转变温度范围低于现有技术。因此，本发明的一个示例性实施方案可获得显微珠光体组织的高碳钢板。
更具体地，等温转变温度超出tc+10℃时，珠光体组织的片层(层状)间距变宽，从而无法获得所需强度的高碳钢板。相反地，等温转变温度低于tc-10℃时，上贝氏体组织会显著增加，从而难以确保弹簧的耐久性。
因此，通过将等温转变温度控制为如上，可以最大限度地抑制上贝氏体组织的形成，可获得显微珠光体组织的高碳钢板。
最后，可以实施对所述等温热处理的钢板进行二次冷轧的步骤。所述二次冷轧可在常温至120℃下实施，但不限于此。更具体地，通过对所述等温热处理的钢板进行二次冷轧的步骤，不会产生所述等温热处理的钢板的显微组织的变化。
通过所述二次冷轧步骤，可以对所述等温热处理的钢板以85％至92％的压下率实施二次冷轧。
更具体地，以所述条件实施二次冷轧时，可以获得所需强度的高碳钢板，从而可以确保耐久性。另外，在轧制过程中不会大量产生边缘裂纹等缺陷。因此，冷轧时加工性会优秀。
所述高碳钢板可包含退化的珠光体组织及上贝氏体组织，相对于所述高碳钢板的整体显微组织100体积％，所述退化的珠光体组织及上贝氏体组织的体积分数之和可为0体积％至20体积％。
更具体地，相对于所述高碳钢板的整体显微组织100体积％,可包含3体积％至19体积％的退化的珠光体组织、0.3体积％以下的上贝氏体组织，余量为显微珠光体组织及先共析铁素体组织。
所述显微珠光体组织的片层间距可为0.05μm至0.1μm。
所述高碳钢板可满足如下公式(1)。
a＝1/λ2-2(dp％+50ub％)>100----------公式(1)
其中，所述λ表示珠光体组织的片层间距，所述dp％表示珠光体组织的体积分数，所述ub％表示上贝氏体组织的体积分数。
通过所述本发明的一个示例性实施方案制造的高碳钢板可具有优秀的强度及耐久性。更具体地，所述高碳钢板的抗拉强度可为2300mpa以上。
下面通过实施例进行详细说明。但，下述实施例只是用于例示本发明，本发明的内容并不限于下述实施例。
实施例
对具有下表1所示的组分的钢材进行热轧以准备热轧钢板。然后，对所述热轧钢板进行退火以球化热处理后，对所述球化热处理的钢板进行一次冷轧以准备厚度为2.0mm的冷轧钢板。
将所述冷轧钢板在950℃的再加热温度下保持5分钟后，以112℃/秒的速度冷却至下表2所示的等温转变温度。
然后，在表2所示的等温转变温度下进行等温热处理60秒。
对所述等温热处理的钢板以0.19mm至0.3mm的厚度实施二次冷轧，从而获得高碳钢板。此时，二次冷轧在40℃至90℃下实施。
然后，对所述高碳钢板的可轧制性和耐久性进行评估并示于表3中，可轧制性及耐久性评估方法如下所述。
<可轧制性评估方法>
通过二次冷轧时是否产生钢板断裂或者是否存在钢板边缘部裂纹来评估了可轧制性。
ok表示如下情形：不会产生钢板断裂，且不存在边缘部裂纹；或者不会产生钢板断裂，虽然存在边缘部裂纹但所述裂纹小于10mm，且可轧制至最终目标厚度。
ng表示如下情形：产生钢板断裂，且存在边缘部裂纹，所述边缘部裂纹大小为10mm以上。
<耐久性评估方法>
将经二次冷轧而得到的高碳钢板以7mm的厚度切割后制成弹簧，对所述弹簧在240℃下实施热处理30分钟，然后通过重复旋转对耐久性进行评估。
更具体地，所述重复旋转是指将弹簧卷绕21圈后再退卷至8圈的行为作为一次旋转并重复20万次。
ok表示如下情形：20万次重复旋转中没有产生断裂。
ng表示如下情形：20万次重复旋转中产生断裂。
【表1】
【表2】
【表3】
将钢板的成分及组分、基于成分及组分的等温转变温度控制结果示于所述表1及表2中。
比较例1至3利用了本发明的一个示例性实施方案所包括的成分及组分的发明钢。但，比较例1是在超出tc+10℃的温度下实施了等温热处理，而比较例2及3是在低于tc-10℃的温度下实施了等温热处理。
结果显示，所述比较例1的显微珠光体组织的片层间距与本申请的实施例相比变宽了约1.5倍左右。另外，对于比较例2及3，上贝氏体组织的分数显著增加。对于比较例4，利用比较钢1在tc+10℃范围内实施了等温热处理，但是上贝氏体组织的分数大为增加。
对所述比较例1至4及实施例1至4的强度、可轧制性、耐久性等进行评估并示于所述表3中。
结果显示，等温转变温度较高的比较例1由于片层间距变宽的珠光体组织，与本申请的实施例相比强度变差。相比之下，等温转变温度较低的比较例2及3由于高分数的上贝氏体组织，与本申请的实施例相比耐久性和可轧制性变差。对于钢板的成分及组分不同于本申请实施例的比较例4，也因上贝氏体的分数高而导致可轧制性及耐久性变差。
同时，对于比较例1至4，表2的a值均没有超过100。更具体地，虽然比较例1及2的a值没有超过100，但显示为正值，分别是55.4及58.4。相比之下，比较例3及4的a值没有超过100，且显示为负值。结果显示，虽然如表3及图4所示比较例1及2的可轧制性评估结果满足要求，但耐久性变差，而比较例3及4的可轧制性及耐久性均变差。这一点通过本申请的图4也可以得到确认。
图4是示出实施例1至4及比较例1至4的公式(2)的值与抗拉强度关系的图表。由所述图4所示的内容，如前所述可以确认实施例和比较例的基于a值与强度、耐久性、及可轧制性的关系的结果。
相比之下，根据本发明的一个示例性实施方案制造的实施例1至4，珠光体组织的片层间距细小，同时上贝氏体组织的体积分数也为0.3体积％以下。
这一点通过本申请的图1也可以得到确认。
图1是对实施例1的显微组织用sem进行观察的照片。
如图1所示，本申请的实施例1几乎无法确认上贝氏体组织，而且可以确认珠光体组织的片层间距非常细小。不仅如此，可以确认还包含渗碳体组织的长度较短的退化的珠光体组织。
比较例2可通过图2进行确认及比较。
图2是对比较例2的显微组织用sem进行观察的照片。
如图2所示，可以观察到比较例2与实施例1相比上贝氏体组织稍微多一些。
因此，前述的钢板的成分及制造条件都被满足的实施例与钢板的成分或者制造条件未被满足的比较例相比上贝氏体组织的体积分数少，且具有均匀的显微珠光体组织。因此，通过本发明可以获得强度及耐久性优秀的高碳钢板。
以上参照附图对本发明的实施例进行了说明，但所属领域的技术人员可以理解，在不改变技术思想及必要特征的情况下，本发明能够以其他具体实施方式实施。
因此，上述实施例只是示例性的并非限制性的。本发明的保护范围应以权利要求书为准而非上述说明，由权利要求书的含义、范围及等效概念导出的所有变更或者变更的形式，均落入本发明的保护范围。