專利名稱：薄復(fù)合鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如汽車內(nèi)外板、薄板建材、容器用鋼材及電磁鋼板等所用的薄復(fù)合鋼板及其制造方法，更詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及下述鋼板及其制造方法由兩種以上的不同成分的層構(gòu)成的薄復(fù)合鋼板，使其不損失各層獨(dú)有特性地成為復(fù)合結(jié)構(gòu)。
近幾年用軋制接合法、澆注鑄造法、爆炸接合法等各種制造方法開發(fā)出具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合鋼板。構(gòu)成復(fù)合結(jié)構(gòu)的各層鋼有含碳量極少的極低碳鋼到低碳高強(qiáng)度鋼，以及高鉻不銹鋼、高合金鋼等多種鋼。把這些不同成分和特性的各種鋼作為表面層和內(nèi)層組合起來使其成為多層結(jié)構(gòu)的一張板材，并兼?zhèn)涓鲗釉屑庸ば?、耐蝕性等多種特性的高功能鋼板相繼作為復(fù)合鋼板被開發(fā)出來。對(duì)于這樣的復(fù)合鋼板來說，為使其在復(fù)合結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下仍保持由各單層材料特性所推測(cè)到的特性，當(dāng)然不希望在制造過程中各層成分產(chǎn)生變化。但是制造板厚度達(dá)到數(shù)毫米以下的薄鋼板時(shí)，在以再結(jié)晶退火為代表的熱處理過程中，如像碳等在鋼中高速擴(kuò)散的元素會(huì)跨越層界面產(chǎn)生擴(kuò)散，這點(diǎn)常成為制造薄復(fù)合鋼板的問題。
例如，表層為普通低碳鋼、內(nèi)層為加工性優(yōu)異的極低碳鋼的復(fù)合鋼板在退火過程中，因碳從表面層向內(nèi)層擴(kuò)散，阻礙內(nèi)層再結(jié)晶集聚組織的形成，招致再結(jié)晶溫度上升和加工性變壞。又如表層為不銹鋼，內(nèi)層為低碳鋼時(shí)，因內(nèi)層的碳向表層擴(kuò)散，與表層中的鉻形成碳化物，使耐蝕性下降等。這類問題明顯的例子不勝枚舉。在以往的技術(shù)中，作為避免這類因碳擴(kuò)散而招致材質(zhì)劣化的方法，已有日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_昭53-50007號(hào)，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_昭62-13332號(hào)公報(bào)等以碳擴(kuò)散為前提進(jìn)行成分設(shè)計(jì)的方法和日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_昭54-49916號(hào)，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_昭58-113326號(hào)公報(bào)等規(guī)定熱處理?xiàng)l件，以盡量抑制碳擴(kuò)散的方法等。但都不是從根本上避免碳擴(kuò)散的措施。
本發(fā)明的目的在于提供下述薄復(fù)合鋼板的成分設(shè)計(jì)及其制造方法由兩種以上不同成分的層組成的薄復(fù)合鋼板，使其不損失各層獨(dú)有特性地成為復(fù)合結(jié)構(gòu)，并為使其能兼?zhèn)涠喾N特性而徹底避免各層間碳的擴(kuò)散。
本發(fā)明通過下述薄復(fù)合鋼板及其制造方法來實(shí)現(xiàn)上述目的11一種薄復(fù)合鋼板，其特征在于在由成分不同的二種以上的層組成的薄復(fù)合鋼板中，各層內(nèi)板厚方向的平均碳濃度梯度極小。
2.一種各層內(nèi)板厚方向的平均碳濃度梯度極小的薄復(fù)合鋼板，其特征在于在由不同成分的二種以上的層組成的復(fù)合鋼板中，相鄰兩層i，j中的各平衡碳活度ac(i)，ac(j)在700℃-900℃時(shí)滿足(1)式｜ac(i)-ac(j)｜/(ac(i)-ac(j))＜0.02 (1)3.上述各層的板厚為0.01～1毫米的上述第1項(xiàng)或第2項(xiàng)記載的鋼板。
4.上述第1項(xiàng)～第3項(xiàng)的任一項(xiàng)所記載的鋼板，其特征在于上述各層內(nèi)的板厚方向的平均碳濃度梯度滿足(2)式0.8≤ci/c≤1.2 (2)式中c為層整體的平均碳濃度;ci為層界面等的板厚方向上局部部位的平均碳濃度。
5.各層內(nèi)板厚方向的平均碳濃度梯度極小的薄復(fù)合鋼板制造方法，其特征在于在不同成分的二種以上的層組成的薄復(fù)合鋼板的制造過程中，熱軋及冷軋后，相鄰兩層i，j中各平衡碳活度ac(i)、ac(j)以滿足(1)式的溫度進(jìn)行熱處理｜ac(i)-ac(j)｜/(ac(i))-ac(j))＜0.02 (1)6.在熱軋及冷軋后，由裝箱退火進(jìn)行處理的上述第5項(xiàng)記載的薄復(fù)合鋼板制造方法。
本發(fā)明提供通過各種層的組合可同時(shí)兼?zhèn)涠N以上特性的薄復(fù)合鋼板的有效制造方法。因?yàn)槟軓母旧媳苊庠蔀閺?fù)合鋼板制造過程中的大問題，即熱處理中碳的擴(kuò)散，所以可期待在產(chǎn)業(yè)上有極大的效果。
對(duì)附圖簡(jiǎn)單說明如下


圖1是表示從復(fù)合鋼板的表面朝向板材厚度方向的平均碳濃度變化的圖。
圖2是表示另外的實(shí)施例中從復(fù)合鋼板的表面朝向板材厚度方向的平均碳濃度變化的圖。
下面，詳細(xì)說明本發(fā)明。
在復(fù)合鋼板的制造中，是把不同成分的兩種以上的層組合起來成為多層結(jié)構(gòu)的一張板材，之后進(jìn)行熱軋、冷軋，然后在退火工序和回火工序中進(jìn)行熱處理。
發(fā)明者們經(jīng)反復(fù)研究發(fā)現(xiàn)，在不同成分的兩種層之間發(fā)生的碳的擴(kuò)散不僅起因于碳的濃度差，還要受各層鋼中所含硅、錳、鉻等其它成分的影響和隨著各層在熱處理時(shí)不同的組織狀態(tài)出現(xiàn)各種變化。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在極端情況下，從各層中碳的平均濃度來看，也有從低濃度層向高濃度層發(fā)生與濃度梯度相反方向擴(kuò)散的情形。并且明確，作為與碳濃度相關(guān)的擴(kuò)散條件的指標(biāo)，熱處理前各單層的成分和由熱處理溫度所決定的各層中的平衡碳活度是極為重要的因素。
以下，基于以上見解來敘述本發(fā)明的限定理由。
首先，說明成為擴(kuò)散條件的判定基準(zhǔn)的平衡碳活度。鋼中溶質(zhì)元素活度的表記方法有Henry基準(zhǔn)，Raoult基準(zhǔn)等各種方法。但本發(fā)明中，若著眼的兩層中的活度的表記相同，則不必有限定。由此在以下的實(shí)施例中，考慮到碳所在的相有區(qū)別的情況，以25℃時(shí)的石墨狀態(tài)為基準(zhǔn)進(jìn)行了表記。另一方面，本發(fā)明中復(fù)合鋼板的各層組織并非一定是單相組織。例如，也可以考慮在奧氏體中鉻系碳化物是分散的二相組織，在鐵素體中滲碳體和微細(xì)鈦、鈮系碳氮化物是混在的三相組織。
于是，本發(fā)明中如果像這樣各層都成為多相組織時(shí)，要考慮在熱處理溫度時(shí)由各層成分所決定的平衡狀態(tài)下的平衡活度。所以本發(fā)明中所限定的碳活度，不僅要考慮鋼成分，還要考慮熱處理溫度下的組織狀態(tài)之后才能確定。但這種碳活度只要是平衡碳活度，一般可根據(jù)成分組成和溫度，由熱力學(xué)的平衡計(jì)算求出。此種計(jì)算，例如使用像“THERMO-CALC”(The Thermo-calc Databank system.Sundman B;Jansson.B;Andersson.J-ocalphad，9，(2)，153-190 Apr-June 1985)那樣的把熱力學(xué)參數(shù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算工具就可計(jì)算。
下面說明本發(fā)明(1)式的活度條件的限定理由。
如上所述，以鋼中的碳為首的溶質(zhì)元素的活度并非只由鋼的成分決定，它還直接受該鋼的存在溫度的影響和間接地受組織變化的影響。反過來說，兩種鋼的碳活度在任何溫度下都相同的條件，除非兩種鋼的成分相同，否則是不會(huì)存在的。但是，即使活度隔著層界面不連續(xù)變化的場(chǎng)合，在500℃以下的低溫區(qū)域，元素不具有只能沿著內(nèi)分板厚的各層厚度距離擴(kuò)散的擴(kuò)散性，所以，起因于各層擴(kuò)散的濃度變化是微弱的。
在高溫狀態(tài)下，所有層中的元素參與擴(kuò)散，在無限長(zhǎng)的時(shí)間保持高溫的極端情況下，各層的成分完全均一化是熱力學(xué)常識(shí)。本發(fā)明所考慮的對(duì)象碳的擴(kuò)散，是指除了碳以外的元素很少擴(kuò)散，只有碳在產(chǎn)生擴(kuò)散的溫度范圍在層中跨越層界面產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象。板厚數(shù)毫米以下的薄鋼板的熱處理溫度約為600℃-1000℃。所以，該溫度區(qū)域內(nèi)的溫度，在復(fù)合鋼板的制造過程中，冷軋后的退火工序和回火工序常用作為熱處理溫度。
特別是在進(jìn)行以裝箱退火為代表的長(zhǎng)時(shí)間的熱處理時(shí)，這種現(xiàn)象容易明顯化。這是由于碳擴(kuò)散需要有溫度，同時(shí)還需要在該溫度下的擴(kuò)散時(shí)間。
即在該溫度進(jìn)行復(fù)合鋼板的熱處理時(shí)，只要相鄰兩個(gè)層中的平衡碳活度差大，就有碳從活度高的層向活度低的層產(chǎn)生擴(kuò)散的可能性。于是在本發(fā)明中，在熱處理過程中作為起因于碳擴(kuò)散的各層中碳濃度變化不顯著的條件，就要選定滿足(1)式的溫度，作為熱處理?xiàng)l件，從而限定出避免碳擴(kuò)散的制造條件。反過來說，在前面所指溫度范圍的中間溫度700℃-900℃時(shí)，由滿足(1)式的層組合而成的復(fù)合鋼板即為本發(fā)明鋼板。
根據(jù)本發(fā)明的薄復(fù)合鋼板及其制造方法，即使進(jìn)行以裝箱退火為代表的長(zhǎng)時(shí)間的熱處理，在熱處理時(shí)各構(gòu)成層間基本上也不產(chǎn)生碳擴(kuò)散，因此各層內(nèi)在板厚方向上幾乎不產(chǎn)生平均碳濃度梯度。
構(gòu)成本發(fā)明復(fù)合鋼板層結(jié)構(gòu)的各層鋼可用含碳量極微量的極低碳鋼到低碳高強(qiáng)度鋼、含硅7%以下的電磁鋼，還有高鉻不銹鋼及高合金鋼等。各層的厚度為0.01～1毫米，最佳厚度為0.02～0.6毫米。
在上述第1項(xiàng)中，所謂各層內(nèi)板厚方向上的平均碳濃度梯度，是指碳原子由于擴(kuò)散從各層界面流入、流出的結(jié)果所產(chǎn)生的層內(nèi)宏觀碳濃度梯度，在組織為多相組織和析出物分散組織的情況下，是指包含主相(matrix)的體積分率的算術(shù)平均值的梯度。
另外，所謂該梯度極小，是指在層界面等的板厚方向上局部部位的平均碳濃度Ci與各層內(nèi)整個(gè)層的平均碳濃度c的比值要滿足下述(2)式0.8≤ci/c≤1.2 (2)即在ci與c的比值超過(2)式的范圍時(shí)，則碳從外部向?qū)觾?nèi)流入或流出，在板厚方向上就會(huì)產(chǎn)生大的平均碳濃度梯度。
下面來說明本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例。
用表1所示三種成分的鋼，A材作為表層、表背各占板厚的10%，B1材作內(nèi)層，厚度占80%，用電子束焊制備成A-B1-A材，以同樣A材作為表層，B2材作為內(nèi)層制備成A-B2-A材，兩者都熱軋到3.0毫米，再經(jīng)冷軋到全厚0.6毫米后，以750℃溫度進(jìn)行3小時(shí)退火。在圖1上表示出退火前后從板表面到板厚中心方向120微米之間碳平均濃度(為防止因各層內(nèi)組織引起的局部碳濃度變化，取某厚度位置上的較寬廣平面的平均濃度)對(duì)板厚方向的變化。碳濃度是用SIMS(二次離子質(zhì)量分析)沿板厚斷面邊濺射邊分析。把所得離子強(qiáng)度用另外準(zhǔn)備好的由各種碳濃度鋼板測(cè)定所得的檢測(cè)線換算成濃度。
從圖1和圖2可知，在退火前A-B1-A材和A-B2-A材兩者大體上都在圖中央部以虛線表示的層界面為界，碳濃度相互分離，沒產(chǎn)生碳擴(kuò)散。但退火后，A-B1-A材與退火前一樣，碳濃度在層界面相互分離，且在B1層內(nèi)也幾乎沒有濃度變化。而A-B2-A材則在B2層一側(cè)明顯產(chǎn)生可認(rèn)為是碳從A層擴(kuò)散的濃度梯度。即以A材構(gòu)成的層的平均碳濃度梯度，對(duì)于A-B1-A材來說滿足(2)式，與此相反，對(duì)A-B2-A材來說則不滿足(2)式。在表1中還表示出由A、B1和B2材各自成分計(jì)算出的750℃時(shí)平衡碳活度和符合作為本發(fā)明指標(biāo)的(1)式的各復(fù)合材的數(shù)值。從此表中可知，A-B1-A材屬于本發(fā)明鋼板。由此可知，不能單靠碳濃度判定退火時(shí)有無碳擴(kuò)散的問題可用本發(fā)明預(yù)測(cè)出。即根據(jù)本發(fā)明可識(shí)別哪種組合在熱處理中沒有碳濃度的變化，同時(shí)為了避免由于碳擴(kuò)散而造成材質(zhì)劣化，可針對(duì)構(gòu)成復(fù)合鋼板之一層的成分來確定另一層的成分。
下面來說明本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。
用表2所示二種成分的鋼，以?shī)W氏體系不銹鋼A材作為表層，表背各占板厚的15%，以普通鋼B材作為內(nèi)層，占板厚的70%，澆注法鑄成復(fù)層鋼板后，熱軋至4毫米，再經(jīng)冷軋至全厚0.8毫米，然后以670℃和870℃進(jìn)行1小時(shí)退火處理。用光學(xué)顯微鏡觀察該退火板的板厚斷面。經(jīng)670℃退火的材料在表層一側(cè)的層界面附近沿奧氏體界觀察到鉻系碳化物，而在870℃退火的材料中卻未見鉻碳化物。再在上述鋼板上進(jìn)行食鹽水噴射試驗(yàn)和42%氯化鎂腐蝕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)870℃退火處理的復(fù)合鋼板腐蝕性與單獨(dú)A材的不銹鋼板腐蝕性相同，但經(jīng)670℃退火的材料耐蝕性顯著變壞，可能是由于析出而生成缺絡(luò)帶之故。
表2中還表示出由A、B各自材料成分計(jì)算出的在670℃和870℃溫度下的平衡碳活度和符合作為本發(fā)明指示的(1)式的復(fù)合材料的值。從此表可知，870℃的熱處理溫度是滿足本發(fā)明(1)式的條件。顯然從670℃退火的材料中所見到的A層中的碳化物的析出是由于B層里的碳擴(kuò)散來提供而新生成的。從碳化物在板材厚度方向上的存在狀態(tài)而言，在A層中板厚方向的平均碳濃度上產(chǎn)生很大梯度。
從上述可知，采用本發(fā)明的條件，可選定避免碳擴(kuò)散的熱處理溫度，可制造出不損失各層原有特性的復(fù)合鋼板。
權(quán)利要求
1.薄復(fù)合鋼板，其特征在于在由成分不同的二種以上的層組成的薄復(fù)合鋼板中，各層內(nèi)板厚方向的平均碳濃度梯度極小。
2.各層內(nèi)板厚方向的平均碳濃度梯度極小的薄復(fù)合鋼板，其特征在于在由不同成分的二種以上的層組成的復(fù)合鋼板中，相鄰兩層i、j中的各平衡碳活度ac(i)、ac(j)在700℃-900℃時(shí)滿足(1)式｜ac(i)-ac(j)｜/(ac(i)-ac(j))＜0.02 (1)
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋼板，上述各層的板厚為0.01～1毫米。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的鋼板，其特征在于上述各層內(nèi)的板厚方向的平均碳濃度梯度滿足(2)式;0.8≤ci/c≤1.2式中，c為層整體的平均碳濃度;ci為層界面等的板厚方向上局部部位的平均碳濃度。
5.各層內(nèi)板厚方向的平均碳濃度梯度極小的薄復(fù)合鋼板的制造方法，其特征在于在由不同成分的二種以上的層組成的薄復(fù)合鋼板的制造過程中，經(jīng)熱軋及冷軋后，相鄰兩層i、j中的各平衡碳活度ac(i)、a(j)以滿足(1)式的溫度進(jìn)行熱處理;｜ac(i)-ac(j)｜/(ac(i)-ac(j))＜0.02 (1)
6.如權(quán)利要求5所述的薄復(fù)合鋼板制造方法，在熱軋及冷軋后，進(jìn)行裝箱退火熱處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及由不同成分的二種以上的層組成的薄復(fù)合鋼板及其制造方法，使其在不損失各層獨(dú)有特性的條件下形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，并為使其能兼?zhèn)涠喾N特性而從根本上避免各層間碳的擴(kuò)散。在上述薄復(fù)合鋼板中，通過在相鄰兩層中各層平衡碳活度的差值所限定的溫度以下進(jìn)行熱處理，以從根本上避免各層間的碳擴(kuò)散，其結(jié)果可制造出各層板厚方向的平均碳濃度梯度極小的、兼?zhèn)涓鲗犹匦缘谋?fù)合鋼板。
文檔編號(hào)C21D9/00GK1078426SQ9310501
公開日1993年11月17日 申請(qǐng)日期1993年4月19日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月20日
發(fā)明者赤松聰, 松村義一, 瀨沼武秀 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社