[发明专利]表面脱碳受限的钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面脱碳受限的钢及其制造方法，更具体地，涉及如下的钢，其包含一个在其表面形成的硼(B)富集层，以防止钢中所含的碳与大气中的氧接触，从而抑制钢脱碳，本发明还涉及所述钢的制造方法。

背景技术

近来，为有效使用有限的矿物燃料能源并确保经济效益领先于飞涨的油价，钢的强度需要处于较高水平。提供高水平强度的钢可减少制造各种产品所需的钢组分的数量并使所述各种产品具有高级功能，这可能能使耗油量大的产品(例如汽车)行驶更多的英里数(燃料效率)，从而极大地减少能量消耗。

为确保钢强度，碳是最通常添加的元素之一，特别是，汽车部件所使用的钢含有比某种预定水平更大量的碳。但是，在通常用作汽车部件材料等的高强度结构钢的制造中，钢的表面层可能会脱碳。即，当碳溶解度高的奥氏体组织转变成碳溶解度低的铁素体组织时，碳的活性增加，在此情况下，高活性的碳会在钢的表面与氧化性大气接触，从而反应并产生脱碳现象。换言之，脱碳现象通常发生在材料在高温范围下进行热处理时，此时碳可充分扩散，从而使钢中存在的碳元素通过扩散快速移动到钢的表面层，然后与大气中的氧化性气体接触。在高强度结构钢的制造中，表面缺陷组织——表现为由材料的表面层诱发的脱碳作用所产生的脱碳组织——的存在导致多种问题。即，表面上存在的脱碳组织与基体材料相比，具有相当低的硬度和耐蚀性，因此含有脱碳组织的钢的功能变差，不足以用作高强度结构钢。即，如果高强度结构钢经受连续反复的疲劳而形成这种表面脱碳层，则该表面脱碳层会充当裂纹产生和传播的起点，导致关键性问题，例如材料寿命缩短，即材料在制造之后迅速失效等问题。

因此，人们认为将材料保持在高温范围内进行人为失效是一种抑制钢在制造过程中脱碳的方法。但是，该材料必须经过高温制造过程，例如轧制或锻造，以控制金属的形状并确保材料的质量，因此，避免脱碳反应绝非易事，有效抑制脱碳是关键点。

此外，因为材料的高强度水平要在使单位成本增加最小化的限度内实现，所有在现有技术中，在大多数情况下，会向高强度结构钢中添加硅(Si)，一种低价位的合金元素。但是，硅(Si)同碳(C)一样，是一种第四族元素，具有与碳(C)类似的行为，其不仅会增加碳(C)的活性，而且还会稳定铁素体区域，使铁素体易于形成，从而降低碳(C)的溶解度。即，添加硅(Si)扩大了奥氏体和铁素体共存的所谓的两相区域，并且在这种情况下，加速了氧化所造成的碳从钢表面部分中的表面层的逃逸，从而经过长时间穿过大的两相区域，促进脱碳反应。

在努力解决所述问题的过程中，已开始使用一种控制冷却模式来快速避免脱碳强化的两相区域的邻近区域被引入使用。但是，由于在材料冷却过程中毛圈密度(piling density)的差异，难以控制线圈中的温度偏差等，特别是，线圈重叠部分等中的温度偏差更为严重，使得难以完全地抑制部分急速发展的脱碳。此外，对于为实现高强度而含有大量硅的高硅钢而言，两相区域的温度截面与一般钢相比极大地扩大，这只能通过控制冷却速度来避免，因此迫切需要开发能基本抑制其脱碳敏感性的钢。

为此，已研究了一种方法，其中，向钢中添加氧化皮(scale)产生元素例如铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)等，以增加在高温加热过程中不可避免地产生的氧化皮的密度和改进其与基体材料的粘附性，从而防止钢表面层中的碳元素与氧化性气体等之间的接触。但是，该方法存在的问题为，所述基体材料与氧化皮之间的粘附性较小，不能完全抑制脱碳反应。

如上所述，仍需开发在制造过程中可有效抑制其表面脱碳的钢。

发明内容

技术问题

本发明的一方面提供一种如下的钢，其包含一个在其表面形成的致密的富集层，从而防止钢中的碳与氧化性大气接触。

技术方案

根据本发明的一方面，提供一种如下的钢，所述钢包含一个在其表面形成的厚度为3mm或更大的硼富集层。

所述硼富集层可为一个其中硼含量是钢平均组成的10倍或更大的区域。

所述钢可含有0.001wt％-0.02wt％的硼。

所述钢除所述硼组分外，还可含有0.02wt％或更少的氮(N)和0.005wt％-0.5wt％的钛(Ti)。

所述钢还可含有0.2wt％-1.0wt％的碳(C)、0.1wt％-3.5wt％的硅(Si)、0.3wt％-1.0wt％的锰(Mn)、0.1wt％或更少的铝(Al)、0.02wt％或更少的磷(P)，及0.02wt％或更少的硫(S)。