淬透性優(yōu)良且面內(nèi)各向異性小的高碳熱軋鋼板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種淬透性優(yōu)良且面內(nèi)各向異性小的高碳熱軋鋼板及其制造方法，所述高碳熱軋鋼板的特征在于，具有如下組成：以質(zhì)量％計，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、sol.Al：0.10％以下、N：0.005％以下、B：0.0005～0.0050％，且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，并具有由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織，所述滲碳體的平均粒徑為1.0μm以下，r值的面內(nèi)各向異性Δr的絕對值為0.1以下。
【專利說明】淬透性優(yōu)良且面內(nèi)各向異性小的高碳熱軋鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及淬透性優(yōu)良且面內(nèi)各向異性(in-plane anisotropy)、特別是r值的面內(nèi)各向異性△ (以后僅稱為Ar)小的高碳熱軋鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，齒輪、變速器、座椅調(diào)角器等汽車用部件是通過對作為JISG4051規(guī)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳鋼鋼材的熱軋鋼板進(jìn)行冷加工而加工為所希望的形狀，然后實施用于確保所希望硬度的淬火處理而制造的。因此，對于原材料的熱軋鋼板來說，要求優(yōu)良的冷加工性、淬透性，迄今已提出了多種鋼板。
[0003]例如，在專利文獻(xiàn)I中公開了一種淬火后的韌性優(yōu)良的熱軋鋼板，作為鋼成分，以質(zhì)量％計含有 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%，其中 B — (10.8/14)N* ≥ 0.0005%, N* = N — (14/48)Ti，并且當(dāng)右邊≥ O 時，滿足N* = 0，且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，作為鋼中析出物的TiN的平均粒徑(average particle size)為0.06~0.30 μ m,并且淬火后的原奧氏體粒徑(grain size)為2 ~25 μ m0
[0004]在專利文獻(xiàn)2中公開了一種冷加工性、淬透性、熱處理后的韌性優(yōu)良的T1-B系高碳鋼板的制造方法，其中，所述鋼板以質(zhì)量％計含有C:0.15~0.40%, S1:0.35%以下、Mn:0.6 ~1.50%,P:0.030% 以下、S:0.020% 以下、sol.Al:0.01 ~0.20%,N:0.0020 ~0.012%,Ti:0.005 ~0.1%,B:0.0003 ~0.0030%，并且滿足 B ≥ 0.0032 — 0.014Xsol.Al - 0.029XTi，且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0005]在專利文獻(xiàn)3中公開了一種冷加工性優(yōu)良的高碳熱軋鋼板，具有如下組成:以質(zhì)量 ％ 計，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、T1:0.005 ~0.05%, B:0.0005 ~
0.003%,Cr:0.05~0.3%，其中Ti — (48/14)N≥0.005，且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，并具有如下組織:鐵素體平均粒徑為6 μ m以下，碳化物平均粒徑為0.1 μ m以上且小于1.20 μ m，實質(zhì)不含有碳化物的鐵素體晶粒的體積分?jǐn)?shù)為5%以下。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本專利第4265582號公報
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本特開平5-98356號公報
[0010]專利文獻(xiàn)3:日本特開2005-97740號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明所要解決的問題[0012]然而，對于專利文獻(xiàn)I至3所記載的熱軋鋼板而言，雖然通過添加B而得到了優(yōu)良的淬透性，但由于Ar大，因此在加工為齒輪、變速器、座椅調(diào)角器等圓筒狀部件時，導(dǎo)致圓度下降、周向板厚分布不均勻等尺寸精度的劣化。
[0013]本發(fā)明目的在于提供一種淬透性優(yōu)良并且Ar小的高碳熱軋鋼板及其制造方法。
[0014]用于解決問題的方法
[0015]本發(fā)明人對于添加了 B的高碳熱軋鋼板的淬透性和Ar進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以下見解。
[0016]i)通過使?jié)B碳體的平均粒徑為Ι.Ομπι以下，可以得到優(yōu)良的淬透性。
[0017]ii)為了即使加工為齒輪、變速器、座椅調(diào)角器等圓筒狀部件也不會導(dǎo)致尺寸精度變差，必須使Ar的絕對值為0.1以下。
[0018]iii)對于i)而言，有效的是在精軋后以50°C/秒以上的平均冷卻速度冷卻至600°C以下，并在該溫度范圍卷取，對于ii)而言，有效的是不添加Ti，在850°C以上的終軋溫度下精軋之后，在以50°C /秒以上的平均冷卻速度急速冷卻之前，在Ar3相變點+30°C以上保持5秒以上。
[0019]本發(fā)明基于上述見解而完成，其提供一種淬透性優(yōu)良且面內(nèi)各向異性小的高碳熱軋鋼板，特征在于，具有如下組成:以質(zhì)量％計，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、sol.Al:0.10% 以下、N:0.005% 以下、B:
0.0005~0.0050%，且余 量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，并具有由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織，所述滲碳體的平均粒徑為1.0ym以下，Ar的絕對值為0.1以下。
[0020]本發(fā)明的高碳熱軋鋼板可以在上述組成的基礎(chǔ)上以質(zhì)量％計進(jìn)一步含有合計為
1.5%以下的N1、Cr、Mo中的至少一種，并且可以和這些元素同時、或者分別地含有合計為0.1%以下的Sb、Sn中的至少一種。
[0021]本發(fā)明的高碳熱軋鋼板能夠通過下述方法制造，對具有上述組成的鋼進(jìn)行粗軋后，在850°C以上的終軋溫度下進(jìn)行精軋，在Ar3相變點+30°C以上保持5秒以上，然后以50°C /秒以上的平均冷卻速度冷卻至600°C以下，在該溫度范圍卷取后，在Ac1相變點以下的退火溫度下退火。
[0022]發(fā)明效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明，能夠制造淬透性優(yōu)良并且Ar小的高碳熱軋鋼板。本發(fā)明的高碳熱軋鋼板適合于汽車的齒輪、變速器、座椅調(diào)角器等圓筒狀部件。
【具體實施方式】
[0024]以下，對作為本發(fā)明的高碳熱軋鋼板及其制造方法進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，作為成分含量單位的“ ％ ”，只要沒有特別說明，則表示“質(zhì)量％ ”。
[0025]I)組成
[0026]C:0.20 ~0.48%
[0027]C是用于得到淬火后強(qiáng)度的重要元素。在加工為部件后，為了通過熱處理而得到所希望的硬度，必須使C量至少為0.20%以上。但是，如果C量超過0.48%，則會發(fā)生硬質(zhì)化，冷加工性變差。因此，將C量設(shè)定為0.20~0.48 %。為了得到充分的熱處理后的硬度，優(yōu)選使C量為0.26%以上。[0028]S1:0.1% 以下
[0029]Si是在提高淬透性的同時通過固溶強(qiáng)化而提高硬度的元素。但是，如果Si量超過0.1%，則會發(fā)生硬質(zhì)化，冷加工性變差。因此，將Si量設(shè)定為0.1%以下。
[0030]Mn:0.5% 以下
[0031]Mn是在提高淬透性的同時通過固溶強(qiáng)化而提高硬度的元素。但是，如果Mn量超過0.5%，則會發(fā)生硬質(zhì)化，或者形成因偏析所導(dǎo)致的帶狀組織，因此冷加工性變差。因此，將Mn量設(shè)定為0.5%以下。Mn量的下限沒有特別規(guī)定，但優(yōu)選將Mn量設(shè)定為0.2%以上。
[0032]P:0.03% 以下
[0033]P是在提高淬透性的同時通過固溶強(qiáng)化而提高硬度的元素。但是，如果P量超過0.03%，則會導(dǎo)致晶界脆化，淬火后的韌性變差。因此，將P量設(shè)定為0.03%以下。為了得到優(yōu)良的淬火后的韌性，優(yōu)選使P量為0.02%以下。
[0034]S:0.01% 以下
[0035]S形成硫化物而導(dǎo)致冷加工性和淬火后的韌性變差，因此是必須減少的元素。如果S量超過0.01%，則冷加工性和淬火后的韌性顯著變差。因此，將S量設(shè)定為0.01%以下。為了得到優(yōu)良的冷加工性和淬火后的韌性，優(yōu)選使S量為0.005%以下。
[0036]sol.Al:0.10% 以下
[0037]如果sol.Al量超過0.10%，則在淬火處理的加熱時生成A1N，奧氏體晶粒過度微細(xì)化，在冷卻時促進(jìn)了鐵素體的生成，形成鐵素體與馬氏體的復(fù)合組織，淬火后的韌性變差。因此，將sol.Al量設(shè)定為0.10%以下，優(yōu)選為0.06%以下。
[0038]N:0.005% 以下
[0039]如果N量超過0.005%，則因BN的形成而導(dǎo)致固溶B量下降，此外，由于大量的BN、AlN的形成而導(dǎo)致在淬火處理的加熱時奧氏體晶粒過度微細(xì)化，在冷卻時促進(jìn)了鐵素體的生成，淬火后的韌性變差。因此，將N量設(shè)定為0.005%以下。N量的下限沒有特別規(guī)定，但通過形成適量的BN、A1N，抑制了淬火處理的加熱時奧氏體晶粒的生長，提高了淬火后的韌性，因此優(yōu)選將N量設(shè)定為0.0005%以上。
[0040]B:0.0005 ~0.0050%
[0041]B是提高淬透性的重要元素。但是，當(dāng)B量小于0.0005%時，無法確認(rèn)到充分提高淬透性的效果。另一方面，如果B量超過0.0050%,則精軋后奧氏體的再結(jié)晶延遲，熱軋鋼板的織構(gòu)發(fā)達(dá)，Ar的絕對值超過0.1。因此，將B量設(shè)定為0.0005~0.0050%。
[0042]余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，而為了進(jìn)一步提高淬透性，可以含有合計為1.5%以下的N1、Cr、Mo中的至少一種。進(jìn)而，為了在光亮淬火、滲碳氮化處理時，通過脫碳、氮化而抑制淬透性的下降，還可以含有合計為0.1%以下的Sb、Sn中的至少一種。
[0043]2)顯微組織
[0044]為了提高冷加工性，必須形成由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織。此外，為了提高淬透性，必須使?jié)B碳體的平均粒徑為1.0 μ m以下。
[0045] 此處，滲碳體的平均粒徑如下求出:研磨鋼板軋制方向的板厚截面，然后用硝酸乙醇腐蝕液進(jìn)行腐蝕，使用掃描型電子顯微鏡以3000倍的倍率觀察板厚中央部附近10個位置，通過圖像處理求出各個位置的滲碳體的平均粒徑，再將10個位置的平均粒徑進(jìn)行平均而求出。需要說明的是，這時，還可以同時確認(rèn)顯微組織的相構(gòu)成。[0046]3) Ar的絕對值:0.1以下
[0047]為了使齒輪、變速器、座椅調(diào)角器等圓筒狀部件在圓度、周向板厚分布上不存在問題，即尺寸精度良好地進(jìn)行加工，必須使Ar的絕對值為0.1以下。
[0048]此處，Ar的絕對值如下求出:使用從相對于鋼板的軋制方向為0°、45°、90°的方向上裁取的JIS5號試驗片，根據(jù)JIS Z2254，測定各個方向的r值Ovr9t^r45)，并通過下式計算Ar0
[0049]Ar = (r0+r90 — 2 X r45) / 2
[0050]4)制造條件
[0051]精軋:850°C以上的終軋溫度
[0052]本發(fā)明的高碳熱軋鋼板是通過對上述組成的鋼進(jìn)行由粗軋和精軋構(gòu)成的熱軋而形成所希望板厚的鋼板。這時，當(dāng)終軋溫度低于850°C時，在之后的平均冷卻速度為50°C /秒以上的急速冷卻前，奧氏體的再結(jié)晶未充分進(jìn)行，因此織構(gòu)發(fā)達(dá)，難以使Ar的絕對值為
0.1以下。因此，精軋必須在850°C以上的終軋溫度下進(jìn)行。終軋溫度的上限沒有特別規(guī)定，但從操作的觀點考慮，優(yōu)選將終軋溫度設(shè)定為1000°c以下。 [0053]精軋后至急速冷卻的處理:在Ar3相變點+30°C以上保持5秒以上
[0054]如上所述，即使控制終軋溫度，也有時在急速冷卻前也無法使奧氏體的再結(jié)晶充分進(jìn)行，無法使Ar的絕對值為0.1以下。因此，為了在急速冷卻前使奧氏體的再結(jié)晶充分進(jìn)行，使Ar的絕對值確實地為0.1以下，必須在上述控制終軋溫度的基礎(chǔ)上，將精軋后的鋼板在Ar3相變點+30°C以上保持5秒以上。對于在Ar3相變點+30°C以上保持5秒以上，例如只要在精軋后進(jìn)行空冷即可。
[0055]需要說明的是，對于Ar3相變點而言，例如，可以通過冷卻速度為10°C /秒的加工熱膨脹實驗(加工7 —7 7夕一実験)求出熱膨脹曲線，并由其轉(zhuǎn)變點而求出。
[0056]在Ar3相變點+30°C以上保持5秒以上后的冷卻:50°C /秒以上的平均冷卻速度
[0057]在Ar3相變點+30°C以上保持5秒以上后，為了抑制在卷取前生成粗大的珠光體，并且在之后的退火溫度為Ac1相變點以下的退火中使?jié)B碳體的平均粒徑為1.0 μ m以下，必須以50°C /秒以上的平均冷卻速度進(jìn)行冷卻。
[0058]卷取溫度:600°C以下
[0059]在以50°C /秒以上的平均冷卻速度進(jìn)行冷卻后，為了抑制卷取后生成粗大的珠光體，并且在之后的退火溫度為Ac1相變點以下的退火中使?jié)B碳體的平均粒徑為1.0μπι&下，必須在600°C以下的卷取溫度下進(jìn)行卷取。卷取溫度的下限沒有特別規(guī)定，但如果考慮到鋼板的形狀，優(yōu)選將卷取溫度設(shè)定為200°C以上。
[0060]退火:ACl相變點以下的退火溫度
[0061]對于卷取后的鋼板，為了在酸洗后不生成珠光體，形成由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織，并且使?jié)B碳體的平均粒徑為1.0 μ m以下，必須在Ac1相變點以下的退火溫度下進(jìn)行退火。如果退火溫度超過Ac1相變點，則在加熱中生成奧氏體，在冷卻中生成粗大的珠光體，淬透性下降。退火溫度的下限沒有特別規(guī)定，但從滲碳體的球化的觀點考慮，優(yōu)選將退火溫度設(shè)定為600°C以上。
[0062]需要說明的是，對于Ac1相變點而言，例如，可以通過加熱速度為100°C /小時的熱膨脹實驗求出熱膨脹曲線，并由其轉(zhuǎn)變點而求出。[0063]熔煉本發(fā)明的高碳鋼可以使用轉(zhuǎn)爐、電爐中的任一種。此外，如此熔煉后的高碳鋼通過鑄錠-開坯軋制或連鑄而形成鋼坯。鋼坯通常在加熱后，進(jìn)行熱軋。需要說明的是，在通過連鑄所制造的鋼坯的情況下，可以應(yīng)用直接進(jìn)行軋制、或者為了抑制溫度下降而進(jìn)行保溫后進(jìn)行軋制的直送軋制。此外，在加熱鋼坯后進(jìn)行熱軋時，為了避免由氧化皮而導(dǎo)致的表面狀態(tài)變差，優(yōu)選將鋼坯加熱溫度設(shè)定為1280°C以下。在熱軋中，為了確保終軋溫度，可以在熱軋中利用薄板坯加熱器等加熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行被軋制材料的加熱。
[0064]實施例
[0065]熔煉具有表1所示的鋼編號A~L的組成的高碳鋼，接著按照表2所示的制造條件進(jìn)行熱軋，然后酸洗，在Ac1相變點以下的退火溫度下進(jìn)行退火，制造板厚為3.0mm的熱軋退火板。
[0066]對于如此制造的熱軋退火板，通過上述方法求出顯微組織的相構(gòu)成、滲碳體的平均粒徑、和Ar的絕對值。此外，通過以下所示的方法評價淬透性。
[0067]淬透性:通過氣氛淬火法和高頻淬火法進(jìn)行淬火試驗，使用維氏硬度試驗機(jī)在載荷為200gf的條件下，在距離平板試驗片的板厚截面表層為0.1mm的位置測定10點硬度，求出平均硬度(Hv)，其中所述氣氛淬火法是從鋼板上裁取平板試驗片(寬50mmX長50mm)，在RX氣體中混合了空氣并且以使碳勢與鋼中的C量相等的方式進(jìn)行控制的氣氛中，在900°C下加熱保持I小時，然后立即投入到50°C的油中進(jìn)行攪拌的方法，所述高頻淬火法是從鋼板上裁取平板試驗片(寬30mmX長100mm)，一邊移動10kHz的高頻線圈一邊用4秒加熱至900°C，在不進(jìn)行保持的情況下進(jìn)行水冷的方法。并且，當(dāng)兩試驗中求出的平均硬度滿足對應(yīng)于鋼中C量的表3所示的Hv的條件時，視為淬透性優(yōu)良。
[0068]將結(jié)果不于表2。
[0069]本發(fā)明例的熱軋退火板，具有由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織，滲碳體的平均粒徑為Ι.Ομπι以下，可知其淬透性優(yōu)良。此外，由于Ar的絕對值為0.1以下時面內(nèi)各向異性小，因此即使加工為齒輪、變速器、座椅調(diào)角器等圓筒狀部件，也可以得到圓度良好、周向板厚分布均勻的尺寸精度優(yōu)良的部件。
[0070]
【權(quán)利要求】
1.一種淬透性優(yōu)良且面內(nèi)各向異性小的高碳熱軋鋼板， 具有如下組成:以質(zhì)量％計，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、sol.Al:0.10% 以下、N:0.005% 以下、B:0.0005 ~0.0050%,且余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， 具有由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的顯微組織，所述滲碳體的平均粒徑為Ι.Ομπι以下，r值的面內(nèi)各向異性Ar的絕對值為0.1以下。
2.如權(quán)利要求1所述的熱軋鋼板，以質(zhì)量％計，進(jìn)一步含有合計為1.5%以下的選自由N1、Cr、Mo所構(gòu)成組中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熱軋鋼板，以質(zhì)量％計，進(jìn)一步含有合計為0.1 %以下的選自由Sb、Sn所構(gòu)成組中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項所述的熱軋鋼板，其中，所述C含量為0.26~0.48%。
5.如權(quán)利要求1~4中任一項所述的熱軋鋼板，其中，所述Mn含量為0.2~0.5%。
6.如權(quán)利要求1 ~5中任一項所述的熱軋鋼板,其中，所述P含量為0.02%以下。
7.如權(quán)利要求1~6中任一項所述的熱軋鋼板，其中，所述S含量為0.005%以下。
8.如權(quán)利要求1~7中任一項所述的熱軋鋼板，其中，所述sol.Al含量為0.06%以下。
9.如權(quán)利要求1~8中任一項所述的熱軋鋼板，其中，所述N含量為0.0005~0.005%。
10.一種淬透性優(yōu)良且面內(nèi)各向異性小的高碳熱軋鋼板的制造方法，對具有權(quán)利要求1~9中任一項所述組成的鋼進(jìn)行粗軋后，在850°C以上的終軋溫度下進(jìn)行精軋，在Ar3相變點+30°C以上保持5秒以上，然后以50°C /秒以上的平均冷卻速度冷卻至600°C以下，在該溫度范圍卷取后，在Ac1相變點以下的退火溫度下退火。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述退火溫度為600°C以上且Ac1相變點以下。
【文檔編號】C22C38/60GK104039999SQ201280066100
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月5日
【發(fā)明者】宮本友佳, 小林崇, 中村展之, 船川義正 申請人:杰富意鋼鐵株式會社