[发明专利]高强度加磷钢及其制造方法

说明书

本申请发明涉及高强度加P钢及其制造方法。更详细地说，本申请发明涉及细化铁素体粒径提高强度的碳素钢及其制造方法。

在以往的低碳钢中，由于P(磷)给低温韧性恶劣影响，所以在精炼过程中费很大精力来去除P(磷)。而且不允许P的存在，以往的精炼工序很难简化，对钢材的再利用也成为障碍。

实际上，在含有例如0.1质量％的P的情况下，延性/脆性转变温度也增加40K。由此在碳素钢中存在P脆化问题，以往必须去除P仍然为精炼工序的很大负担的主要原因。

另一方面，本申请发明人以开发高强度钢为目的研究了铁素体晶粒细化。在该过程中，由于铁素体粒径细化和转变温度大幅度降低，可认为由于晶粒的细化而使P存在  导致脆化问题被克服。

但是，如何控制铁素体晶粒细化和该P的存在是在技术上未涉及过的课题。

本申请发明是从上述背景完成的，克服以往技术的界限，提供以P的存在作为积极因素且高强度的钢。

为此，本申请发明首先提供具有细微组织的高强度加P钢，其特征在于其平均铁素体粒径3μm以下，是含0.04-0.1质量％P的碳素钢，以1nm厚覆盖晶界的时候的体积率计，晶界P偏析量为0.3以下。

另外，本申请发明其次提供上述高强度加P钢，其基本化学组成(质量％)为：

C：0.3％以下，

Si：0.5％以下，

Mn：3.0％以下，

S：0.02％以下，

Fe：余。

而且，第三，本申请发明提供高强度加P钢的制造方法，即上述钢的制造方法，其特征在于在Ac₃点以上加热并奥氏体化后，在Ar₃点以上温度，进行50％以上压下率的砧压缩加工，接着冷却。

本申请发明具有如上所述的特征，下面更详细地说明其实施形式。

首先，具有本发明的细微组织的高强度加P(磷)钢依据以下观点。

(1)细化铁素体粒径转变温度大幅度降低，克服了P导致的脆化问题。

(2)P降低堆垛层错能，且增加退火孪晶密度。

(3)由于P在相界面偏析牵制效应降低了成长速度，对由加工硬化γ相变的铁素体晶粒细化是有效的。

(4)P是廉价的，固溶强化能力优越，不提高Ceq。

如上所述，由于积极利用P的特点谋求了铁素体粒径细化，得到具有本发明细微组织的钢。

关于本发明碳素钢，其必要条件如下：

<A>平均铁素体粒径3μm以下。

<B>含有0.04-0.1质量％的P。

<C>以1nm厚覆盖晶界时的体积率计，晶界P偏析量为0.3以下。

这些必要条件有相关的关系。首先本发明的[碳素钢]定义为含1.0重量％以下C(碳)的铁。而且关于铁素体平均粒径<A>，在本发明为3μm以下，该场合平均粒径的计算方法可由断面照片的切断法在测定的晶粒切片上乘上1.128(ASTM公称粒径)来完成。P的含量<B>为0.1质量％，可提高Hv(维氏硬度)20，为0.04质量％，可提高Hv10，以此为基准，不引起低温脆性的范围为0.04-0.1质量％。另外，铁素体粒径的细化降低延性/脆性转变温度，克服了P脆化，且从实现高强度碳素钢的观点看，铁素体粒径<A>为3μm以下。还有，上述P含量当然也包含随原料成分的不可避免的杂质。

晶界P偏析量<C>与P含量<B>和铁素体粒径<A>有关，按Mclean计算式(D.Mclean“Grain Boundaries in Metals”Clarendon Pres，Oxford(1957)116)以与铁素体粒径的关系可算出该偏析量。例如图1示出了使用该Mclean式以P的晶界偏析能为53KJ(H.Erhart and H.J.Grabke：Met.Sci.，15(1981)401.)计算的钢中P浓度在0.01％和0.1％时的在各种温度(500K，100K，1500K)的晶界P偏析量与粒径的关系。基于该计算结果，从P的晶界偏析防止脆化的观点出发，由于在钢中P含量0.1％的场合，在1000K，以晶界1nm厚范围的体积率计，其晶界偏析量在不越过0.3的范围内规范粒径，本发明支持粒径3μm以下。

而且，晶界P偏析量(C>以体积率计本发明为0.3以下.

在上述必要条件<A>、<B>、<C>范围之外，P的存在为阻碍主要原因，实现本发明高强度钢困难。