本發(fā)明涉及具有優(yōu)異材料均勻度的高碳熱軋鋼板，更具體而言，涉及可用于機(jī)器零件、工具、汽車零件等的具有優(yōu)異材料均勻度的高碳熱軋鋼板，并涉及其制造方法。

背景技術(shù)：
使用高碳鋼的高碳熱軋鋼板已用于各種應(yīng)用，例如機(jī)器零件、工具、汽車零件等。適合于上述應(yīng)用的這些鋼板通過以下步驟制造：形成具有相應(yīng)目標(biāo)厚度的熱軋鋼板；對熱軋鋼板進(jìn)行沖裁、彎曲和壓制成型以獲得所需形狀；最后對熱軋鋼板進(jìn)行熱處理過程以賦予熱軋鋼板高硬度。高碳熱軋鋼板可能需要優(yōu)良的材料均勻度，這是因?yàn)楦咛紵彳堜摪逯械母卟牧掀畈粌H使成型過程中的尺寸精度變差并且在加工過程中引起缺陷，而且導(dǎo)致甚至在最終的熱處理過程中不均勻的結(jié)構(gòu)分布。雖然許多發(fā)明已建議改善高碳熱軋鋼板的成型性能，但多數(shù)發(fā)明僅關(guān)注的是在冷軋過程和退火過程之后控制微觀結(jié)構(gòu)中的碳化物的尺寸和分布，還未有關(guān)于熱軋鋼板的成型性能和熱處理均勻度的發(fā)明。更具體而言，專利文件1涉及在冷軋和退火后獲得的高碳退火鋼板的成型性能，其公開了若通過控制退火條件得到如下的碳化物分布：碳化物的平均顆粒直徑是1μm以下，并且粒徑為0.3μm以下的碳化物部分為20％以下，則可改善鋼板的成型性能。然而，所述文件沒有提及熱軋鋼板的成型性能。并且，在具有優(yōu)異成型性能的熱軋鋼板退火之后不一定形成具有1μm以下粒徑的碳化物。此外，專利文件2中通過適當(dāng)控制退火條件限制鐵素體的粒徑為5μm以上且碳化物的粒徑標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.5以下，即使在專利文件2中也沒有提及熱軋后的結(jié)構(gòu)，并且具有優(yōu)異均勻度的熱軋鋼板在常規(guī)退火條件下處理之后也不一定保持同上述發(fā)明相同的碳化物分布。專利文件3公開了當(dāng)鐵素體的晶粒尺寸滿足10μm至20μm范圍，同時珠光體和滲碳體份數(shù)保持在10％以下水平時，精細(xì)沖裁可加工性提高。盡管公開的發(fā)明具體說明了控制退火鋼板的微結(jié)構(gòu)，但公開的發(fā)明中的成型性能遠(yuǎn)不是熱軋后結(jié)構(gòu)的成型性能。相反，作為一種改善熱軋后結(jié)構(gòu)成型性能的方法，如果鐵素體的形成受到抑制并得到均相分布，則可使材料偏差最小化。專利文件4提出了規(guī)定熱軋后結(jié)構(gòu)的方法，所述方法獲得約10％以下的鐵素體份數(shù)，其通過將退火后的鐵素體粒徑調(diào)節(jié)至6μm以下且將退火后的碳化物粒徑調(diào)節(jié)至0.1μm至1.2μm范圍內(nèi)，并以每秒120℃以上的速率冷卻熱軋鋼板而實(shí)現(xiàn)。然而，該已公開的發(fā)明是為了改善退火鋼板的延伸凸緣性能(stretch-flangeability)，而且并不總是需要120℃/秒的快速冷卻速率來形成鐵素體份數(shù)為約10％以下的熱軋鋼板。專利文件5提出了改善退火鋼板成型性能的方法，所述方法通過分別調(diào)節(jié)先共析體鐵素體和珠光體份數(shù)至5％以下，形成具有90％以上貝氏體份數(shù)的高碳貝氏體結(jié)構(gòu)，并且形成在退火后有細(xì)小滲碳體分布于其中的結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)。然而，該已公開的發(fā)明僅是為了通過精細(xì)地調(diào)節(jié)碳化物的平均尺寸至1μm以下且晶粒尺寸至5μm以下而改善退火鋼板的成型性能，而不涉及熱軋鋼板的成型性能。(專利文件1)日本專利申請公開號2005-344194(專利文件2)日本專利申請公開號2005-344196(專利文件3)日本專利申請公開號2001-140037(專利文件4)日本專利申請公開號2006-063394(專利文件5)韓國專利申請公開號2007-0068289

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
技術(shù)問題為了解決上述問題，本發(fā)明的一方面可提供能通過控制合金元素及其結(jié)構(gòu)的種類和含量來保證優(yōu)異材料均勻度的高碳熱軋鋼板，和制造所述高碳熱軋鋼板的方法。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一方面，具有優(yōu)異材料均勻度的高碳熱軋鋼板可包含0.2重量％至0.5重量％的碳(C)、大于0重量％至0.5重量％的硅(Si)、0.2重量％至1.5重量％的錳(Mn)、大于0重量％至1.0重量％的鉻(Cr)、大于0重量％至0.03重量％的磷(P)、大于0重量％至0.015重量％的硫(S)、大于0重量％至0.05重量％的鋁(Al)、0.0005重量％至0.005重量％的硼(B)、0.005重量％至0.05重量％的鈦(Ti)、大于0重量％至0.01重量％的氮(N)，和余量的鐵(Fe)及不可避免的雜質(zhì)，其中高碳熱軋鋼板可包含面積份數(shù)為95％以上的珠光體相。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造具有優(yōu)異材料均勻度的高碳熱軋鋼板的方法可包括：制造高碳鋼板坯，其包含0.2重量％至0.5重量％的C、大于0重量％至0.5重量％的Si、0.2重量％至1.5重量％的Mn、大于0重量％至1.0重量％的Cr、大于0重量％至0.03重量％的P、大于0重量％至0.015重量％的S、大于0重量％至0.05重量％的Al、0.0005重量％至0.005重量％的B、0.005重量％至0.05重量％的Ti、大于0重量％至0.01重量％的N，和余量的Fe及不可避免的雜質(zhì)；重新加熱板坯至1100℃至1300℃范圍的溫度；熱軋所述重新加熱的板坯使得最終熱軋溫度在800℃至1000℃范圍內(nèi)；以滿足下式1或1’的冷卻速率CR1冷卻所述熱軋鋼板直至熱軋鋼板的溫度從最終熱軋溫度降至550℃；以滿足下式2的卷曲溫度CT卷曲所述冷卻的鋼板，[式1]Cond1≤CR1(℃/秒)<100,Cond1＝175-300×C(重量％)-30×Mn(重量％)-100×Cr(重量％)和10二者中的較大值[式1’]Cond1≤CR1(℃/秒)≤Cond1+20,Cond1＝175-300×C(重量％)-30×Mn(重量％)-100×Cr(重量％)和10二者中的較大值[式2]Cond2≤CT(℃)≤650,Cond2＝640-237×C(重量％)-16.5×Mn(重量％)-8.5×Cr(重量％)。有益效果根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，提供了具有優(yōu)異材料均勻度的高碳熱軋鋼板和其制造方法，其中，控制鋼板的元素、微結(jié)構(gòu)和加工條件以在高碳熱軋鋼板的熱軋后結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的材料均勻度，由此確保零件形成后的優(yōu)異的尺寸精度，防止加工過程中的缺陷，并確保即使在最終熱處理過程后也具有均勻的結(jié)構(gòu)和硬度分布。附圖說明圖1為熱軋鋼板隨冷卻速率的轉(zhuǎn)化曲線。具體實(shí)施方式本發(fā)明的發(fā)明人已做了大量研究來設(shè)計(jì)具有優(yōu)異材料均勻度的鋼材料，優(yōu)異的材料均勻度為高碳熱軋鋼板所需的性能。利用研究的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人在證實(shí)具有優(yōu)異材料均勻度的鋼材料可以通過精確控制合金元素含量和加工條件獲得95％以上的珠光體結(jié)構(gòu)——尤其是根據(jù)合金元素變化的冷卻條件和卷曲條件——而得到之后完成了本發(fā)明。在下文中，具有優(yōu)異材料均勻度的高碳熱軋鋼板將作為本發(fā)明的一方面來進(jìn)行描述。本發(fā)明的一個實(shí)施方案的高碳熱軋鋼板可包含0.2重量％至0.5重量％的C、大于0重量％至0.5重量％的Si、0.2重量％至1.5重量％的Mn、大于0重量％至1.0重量的Cr、大于0重量％至0.03重量％的P、大于0重量％至0.015重量％的S、大于0重量％至0.05重量％的Al、0.0005重量％至0.005重量％的B、0.005重量％至0.05重量％的Ti、大于0重量％至0.01重量％的N，和余量的Fe及不可避免的雜質(zhì)。所述高碳熱軋鋼板可優(yōu)選地包含0.2重量％至0.4重量％的C。此外，所述高碳熱軋鋼板可優(yōu)選地包含0.4重量％至0.5重量％的C。在下文中，在本發(fā)明的實(shí)施方案中，將對如上所述的高碳熱軋鋼板的元素的具體限定的原因進(jìn)行詳細(xì)描述。在下面的描述中，組成元素的含量以重量百分?jǐn)?shù)(重量％)給出。C：0.2重量％至0.5重量％碳(C)為確保熱處理過程中的硬化性和熱處理后的硬度所需的一種元素，并且C的含量優(yōu)選為0.2重量％以上，以確保熱處理過程中的硬化性和熱處理后的硬度。然而，若C的含量大于0.5重量％，則由于保持了極高的熱軋硬度，會增加材料偏差的絕對值和劣化成型性能，可能難以獲得本發(fā)明期望的優(yōu)異的材料均勻度。若C的含量在0.2重量％至0.4重量％之間，則由于鋼板在最終熱處理過程之前是軟的，因此很容易進(jìn)行拉出、鍛造和拉制等成型過程，以制造復(fù)雜的機(jī)器零件。此外，若C的含量在0.4重量％至0.5重量％之間，盡管在成型過程中的加工相對困難，但是由于鋼板在最終熱處理后的高硬度，高碳熱軋鋼板的耐磨性和抗疲勞性卻是優(yōu)異的，因此鋼板可有益地用于制造在高負(fù)載條件下操作的機(jī)器零件。Si：大于0重量％至0.5重量％硅(Si)是與Al一同添加的元素，目的是為了脫氧。若添加Si，則會抑制生成紅色氧化皮的不利影響，同時可穩(wěn)定鐵素體，使材料偏差增加。因此，Si含量的上限可優(yōu)選設(shè)置為0.5重量％。Mn：0.2重量％至1.5重量％錳(Mn)是有助于提高硬化性和確保熱處理后硬度的元素。若Mn的含量非常低，在少于0.2重量％的范圍內(nèi)，則鋼板將由于粗FeS的形成而變得非常易碎。另一方面，如果Mn的含量大于1.5重量％，將會增加合金化成本，并且形成殘留的奧氏體。Cr：大于0重量％至1.0重量％鉻(Cr)是有助于提高硬化性和確保熱處理后硬度的元素。此外，Cr通過精細(xì)地調(diào)節(jié)珠光體的層間距有助于改善鋼板的成型性能。當(dāng)Cr的含量大于1.0重量％時，將會增加合金化成本，并且過度延遲相變，從而導(dǎo)致在輸出輥道(ROT)中冷卻鋼板時難以獲得充足的相變。因此，Cr含量的上限可優(yōu)選地設(shè)置為1.0重量％。P：大于0重量％至0.03重量％磷(P)是鋼板中的雜質(zhì)元素。P含量的上限可優(yōu)選設(shè)置為0.03重量％。若P的含量大于0.03重量％，則鋼板的焊接性將會劣化，并且鋼板將變得易碎。S：大于0重量％至0.015重量％同磷一樣，硫(S)是使鋼板的延展性和焊接性變差的雜質(zhì)元素。因此，S含量的上限可優(yōu)選設(shè)置為0.015重量％。若S的含量大于0.015重量％，則鋼板的延展性和焊接性降低的可能性將會增加。Al：大于0重量％至0.05重量％鋁(Al)是為了脫氧并在煉鋼過程中作為脫氧劑的元素。大于0.05重量％的Al含量的必要性較低，并且若Al含量過高，則在連續(xù)的鑄造過程中可能會堵塞噴嘴。因此，Al含量的上限可優(yōu)選設(shè)置為0.05重量％。B：0.0005重量％至0.005重量％硼(B)是極有助于確保鋼板硬化性的元素，并因此可以0.0005重量％以上的量添加以獲得硬化性增強(qiáng)效果。然而，若B添加過量，在晶粒邊界處可形成碳化硼，進(jìn)而形成成核位點(diǎn)并使硬化性顯著變差。因此，B含量的上限可優(yōu)選設(shè)置為0.005重量％。Ti：0.005重量％至0.05重量％由于鈦(Ti)通過與氮(N)反應(yīng)形成TiN，因此鈦(Ti)是為抑制BN形成而添加的元素，即所謂硼保護(hù)。若Ti的含量低于0.005重量％，則不會有效固定鋼板中的氮。另一方面，若Ti的含量過高，則鋼板將由于形成粗TiN而變得易碎。因此，Ti的含量可調(diào)節(jié)至鋼板中的氮被充分固定的范圍。因此，Ti的上限可優(yōu)選設(shè)置為0.05重量％。N：大于0重量％至0.01重量％氮(N)是一種有助于鋼材料硬度的元素，但是N也是一種難以控制的元素。若N的含量大于0.01重量％，則可極大增加脆性，并且可通過在TiN形成后殘留的剩余N以BN的形式消耗有助于硬化性的B。因此，N的上限可優(yōu)選設(shè)置為0.01重量％。除了上述組成元素之外，本發(fā)明實(shí)施方案中的高碳熱軋鋼板還包含F(xiàn)e和不可避免的雜質(zhì)。還需限制具有上述組分的鋼板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的類型和形狀，以使得鋼板可成為具有優(yōu)異材料均勻度的高碳熱軋鋼板。即，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，可優(yōu)選高碳熱軋鋼板的微結(jié)構(gòu)可具有95％以上的面積份數(shù)的珠光體。如果珠光體相份數(shù)低于95％，即，若先共析體鐵素體相、貝氏體相或馬氏體相形成的部分為5％以上，則會增加鋼板的材料偏差，從而使鋼板難以獲得材料均勻度。此外，可優(yōu)選珠光體相的面積份數(shù)在卷曲之前為75％以上。珠光體相使熱軋鋼板獲得材料均勻度。如果珠光體的面積份數(shù)在卷曲之前為75％以上，則可形成被傾斜晶界——具有15°以上的取向差角——環(huán)繞的珠光體晶團(tuán)，其平均尺寸為15μm以下，由此獲得精細(xì)的均勻結(jié)構(gòu)。因此，所述精細(xì)的均勻結(jié)構(gòu)使得熱軋鋼板具有更加均勻的材料偏差。如果卷曲之前形成的珠光體相具有不充足的份數(shù)——低于75％，則在卷曲后將在線圈中積累大量的轉(zhuǎn)化潛熱，這使得珠光體結(jié)構(gòu)發(fā)生部分球化，從而由于轉(zhuǎn)化熱而導(dǎo)致高硬度偏差并使層結(jié)構(gòu)粗化。因此，部分地形成低硬度結(jié)構(gòu)。此外，在轉(zhuǎn)化過程中可形成鐵素體相或貝氏體相。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在卷曲之前多數(shù)珠光體的轉(zhuǎn)化發(fā)生在相對低的溫度范圍內(nèi)，從而在鋼板的最終微結(jié)構(gòu)中可獲得0.1μm以下的較小的平均層間距，因此可進(jìn)一步改善鋼板的材料均勻度。為了制造滿足如上所述的本發(fā)明實(shí)施方案目的的高碳熱軋鋼板，將在下文中詳細(xì)描述由本發(fā)明的發(fā)明人設(shè)計(jì)的一個實(shí)施例。然而，本發(fā)明的實(shí)施方案不局限于此實(shí)施例。制造本發(fā)明的實(shí)施方案的高碳熱軋鋼板的方法通?？砂ǎ杭訜釢M足上述元素體系和微結(jié)構(gòu)的鋼板坯；軋制加熱的板坯；在經(jīng)軋制的板坯上于800℃至1000℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行最終軋制；冷卻并卷曲最終軋制的鋼板。在下文中，將描述各個過程的詳細(xì)條件。重新加熱：1100℃至1300℃由于板坯的加熱是為順利進(jìn)行后續(xù)軋制過程和充分獲得鋼板目標(biāo)物理性能的加熱過程，所述加熱過程在合適的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，以獲得目標(biāo)物理性能。當(dāng)重新加熱板坯時，存在的問題是若加熱溫度低于1100℃，則熱軋負(fù)載迅速增加。另一方面，若加熱溫度高于1300℃，則板坯的表面氧化皮的量將會增加，從而增加材料損失的量和加熱成本。軋制條件當(dāng)熱軋重新加熱的板坯以形成鋼板時，最終熱軋溫度設(shè)置在800℃至1000℃范圍內(nèi)。在熱軋過程中，若最終熱軋溫度低于800℃，則會極大增加軋制負(fù)載。另一方面，若最終熱軋溫度高于1000℃，則鋼板結(jié)構(gòu)可能會變得粗糙并且呈脆性，并且在鋼板上可形成厚的氧化皮而使鋼板的表面質(zhì)量變差。冷卻條件當(dāng)冷卻熱軋鋼板時，熱軋鋼板在水冷卻ROT中冷卻直至鋼板溫度從最終熱軋溫度降至550℃。此時，鋼板以低于100℃/秒但等于或高于如下式1所示的Cond1的冷卻速率CR1進(jìn)行冷卻。若冷卻速率CR1低于如下式1所計(jì)算的Cond1，則在冷卻過程中形成鐵素體相，從而導(dǎo)致30Hv以上的硬度差。另一方面，若冷卻速率CR1超過100℃/秒，則鋼板的形狀將明顯劣化。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，添加硼(B)，并控制C、Mn和Cr的含量。因此，甚至是在通常的冷卻速率下也可獲得目標(biāo)的材料均勻度。[式1]Cond1≤CR1(℃/秒)<100,Cond1＝175-300×C(重量％)-30×Mn(重量％)-100×Cr(重量％)和10二者中的較大值此外，冷卻速率CR1可調(diào)節(jié)至如下式1’所示的不小于Cond1至不大于Cond1+20℃/秒的范圍內(nèi)。若冷卻速率CR1如式1’所示控制，則可防止鐵素體相的形成，并且鋼板的溫度不會明顯偏離于相轉(zhuǎn)變的鼻溫(nosetemperature)，從而有利于后續(xù)過程的珠光體轉(zhuǎn)變。[式1’]Cond1≤CR1(℃/秒)≤Cond1+20,Cond1＝175-300×C(重量％)-30×Mn(重量％)-100×Cr(重量％)和10二者中的較大值卷曲條件在鋼板通過水冷卻ROT之后，將鋼板卷曲成卷。此時，將鋼板的溫度通過換熱或額外冷卻調(diào)節(jié)至滿足式2的卷曲溫度CT。若卷曲溫度超過650℃，則盡管滿足制造條件如上述冷卻條件，但在卷曲過程后的保留階段仍會形成鐵素體相。另一方面，若卷曲溫度低于如式2計(jì)算的Cond2，則會形成貝氏體相，從而增加鋼板的硬度差異。[式(2)]Cond2≤CT(℃)≤650,Cond2＝640-237×C(重量％)-16.5×Mn(重量％)-8.5×Cr(重量％)當(dāng)制造高碳熱軋鋼板時，控制組成元素，同時控制冷卻速率和卷曲溫度，如圖1所示。然后，在卷曲過程之前可形成面積份數(shù)為75％以上的珠光體相。若在卷曲過程之前形成了面積份數(shù)為75％以上的珠光體相，則鋼板中的珠光體相的面積份數(shù)在卷曲過程之后可變?yōu)?5％以上。此外，控制制造條件如組成元素和冷卻速率，從而形成平均尺寸為15μm以上的珠光體晶團(tuán)，并且調(diào)節(jié)平均層間距至0.1μm以下，由此降低熱軋鋼板微結(jié)構(gòu)之間的硬度差至30HV以下，并使得熱軋鋼板具有優(yōu)異的材料均勻度。此時，硬度差定義為當(dāng)熱軋鋼板中測定的最大硬度值和最小硬度值分別設(shè)置為100％和0％時，95％硬度水平和5％硬度水平之差。通過本發(fā)明實(shí)施方案的方法制備的熱軋鋼板無需進(jìn)行額外處理便可使用，或者可在進(jìn)行如退火處理等處理之后使用。在下文中，將通過實(shí)施例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方案。然而，本發(fā)明的實(shí)施方案并不局限于此。具體實(shí)施方式(實(shí)施例)在具有如下表1所示的合金組成的鋼真空熔融成30Kg鋼錠之后，在所述真空熔融的鋼錠上進(jìn)行定徑軋制(sizingrolling)過程以制造厚度為30mm的板坯。在1200℃下重新加熱板坯1小時之后，在重新加熱的板坯上進(jìn)行熱軋過程，其中最終熱軋過程在900℃在重新加熱的板坯上進(jìn)行，以制造最終厚度為3mm的熱軋鋼板。在最終熱軋過程之后，鋼板在水冷卻ROT中以CR1的冷卻速率冷卻至550℃。將冷卻的鋼板放置在已加熱至目標(biāo)卷曲溫度的熔爐中，并在熔爐中保持1小時。隨后，在爐冷卻后，在鋼板上進(jìn)行試驗(yàn)性的熱軋卷曲過程。此時，鋼板使用如下表2所示的冷卻速率CR1和卷曲溫度CT。此外，分析通過完成卷曲過程而獲得的最終熱軋鋼板的微結(jié)構(gòu)，測量最終熱軋鋼板的Vickers硬度值，如下表2所示。此時，使用500g重物測量Vickers硬度的硬度值，且硬度差定義為當(dāng)通過將測量重復(fù)30次以上而測得的硬度值中的最大硬度值和最小硬度值分別設(shè)置為100％和0％時，95％硬度水平和5％硬度水平之差。作為測量結(jié)果，使用表1中比較鋼C和L的比較例C和L中，其中硼(B)含量不滿足由本發(fā)明實(shí)施方案所提供的范圍，雖然制造條件如冷卻條件和卷曲條件滿足本發(fā)明的實(shí)施方案，但珠光體份數(shù)分別是83％和87％，即珠光體份數(shù)不滿足本發(fā)明實(shí)施方案所提出的范圍，并且也測量到30Hv以上的硬度偏差。此外，在表2的比較例I中，其中卷曲溫度條件不滿足本發(fā)明的實(shí)施方案，可以看出，由于鐵素體相在高卷曲溫度下形成，珠光體份數(shù)為95％以下，且硬度偏差為79Hv，即鋼板的材料均勻度較差。另一方面，特別是在滿足由本發(fā)明的實(shí)施方案提供的組成范圍和制造條件的本發(fā)明實(shí)施例中的本發(fā)明實(shí)施例F中，珠光體份數(shù)為99％，且也測量到硬度偏差為16Hv。此外，作為測量本發(fā)明實(shí)施例的層間距的結(jié)果，所測量的層間距均為0.1μm以下。因此，可以確認(rèn)形成了非常微細(xì)的結(jié)構(gòu)。從上述結(jié)果可以看出，當(dāng)滿足由本發(fā)明實(shí)施方案所提供的組成范圍和制造條件時，可以獲得具有優(yōu)異材料均勻度的高強(qiáng)度熱軋鋼板。