具有优异的激光切割特性的钢及其制造方法与流程

1.本公开内容涉及具有优异的激光切割特性的钢材及其制造方法，更特别地，涉及用于需要精确切割工作的机械、建筑、各种材料和部件等的钢材及其制造方法。


背景技术：

2.激光切割是指利用激光对金属材料的精确切割。激光切割可以主要用于通常需要复杂形状和非常精确的尺寸的部件和材料工业领域。
3.在激光切割期间，钢材的切割特性可以根据其产品的厚度、表面条件和合金组成而改变。通常，激光切割可能仅应用于厚度小于30mm的产品，以及当厚度超过所限定的厚度时，可以应用等离子体切割或气体切割。在表面状态下，根据在将钢材热轧然后空冷时产生的二次氧化皮的厚度和附着力而可能出现激光切割的品质的差异。通常，当氧化皮的厚度薄时，可激光切割性可以较好，以及当氧化皮的厚度厚时，由于在切割期间氧化皮从产品的表面剥离，切割的品质可能较差。然而，即使氧化皮的厚度相对厚，当基材与氧化皮之间的附着力高时，在激光切割期间也可能不发生剥离，从而获得优异的切割品质。
4.[现有技术文献]
[0005]
[专利文献]
[0006]
(专利文献1)日本专利公开第jp 2012-142251号
[0007]
(专利文献2)日本专利公开第jp 1997-311094号


技术实现要素：

[0008]
技术问题
[0009]
因此，本公开内容的一个目的是提供具有优异的激光切割特性同时满足245mpa或更大的屈服强度的钢材及其制造方法。
[0010]
此外，本公开内容解决的技术问题不限于上述技术问题，并且本领域技术人员从以下描述可以清楚地理解未提及的其他技术问题。
[0011]
技术方案
[0012]
本公开内容的一个方面涉及具有优异的激光切割特性的厚板钢材，所述厚板钢材按重量计包含：
[0013]
碳(c)：0.15％至0.30％、硅(si)：0.1％至0.5％、锰(mn)：1.5％或更少(不包括0)、钼(mo)：0.5％或更少(不包括0)、磷(p)：0.05％或更少(不包括0)、硫(s)：0.01％或更少(不包括0)、铝(al)：0.05％或更少(不包括0)、以及剩余部分的fe和其他不可避免的杂质，所述厚板钢材满足以下关系式1，具有厚度为30μm或更小的表面氧化皮层，并且具有28mm或更小的厚度。
[0014]
[关系式1]
[0015]
c/mo＜6
·0[0016]
所述钢材可以具有包含铁素体和珠光体的显微组织。
[0017]
本公开内容的另一个方面涉及制造具有优异的激光切割特性的厚板钢材的方法，所述方法包括：
[0018]
在1050℃至1180℃的温度范围内将钢坯加热，其中所述钢坯按重量计包含：碳(c)：0.15％至0.30％、硅(si)：0.1％至0.5％、锰(mn)：1.5％或更少(不包括0)、钼(mo)：0.5％或更少(不包括0)、磷(p)：0.05％或更少(不包括0)、硫(s)：0.01％或更少(不包括0)、铝(al)：0.05％或更少(不包括0)、以及剩余部分的fe和其他不可避免的杂质，并且所述钢坯满足以上关系式1；
[0019]
在950℃至1050℃的温度范围内对经加热的钢坯进行粗轧；以及
[0020]
在800℃至950℃的温度范围内对经粗轧的钢坯进行精热轧以制备厚度为28mm或更小的热轧钢板。
[0021]
可以在热轧期间进行去氧化皮，使得在钢材的表面上形成的氧化皮层的厚度为30μm或更小。
[0022]
有益效果
[0023]
根据具有上述配置的本公开内容，可以具有以下效果：提供具有优异的激光切割特性同时满足245mpa或更大的屈服强度，并且具有厚度为30μm或更小的氧化皮层的钢材。
附图说明
[0024]
图1为本公开内容的一个实施方案中通过激光切割过程切割的发明例1的钢板的截面照片。
具体实施方式
[0025]
在下文中，将描述本公开内容。
[0026]
本发明人重复进行了研究和实验以开发可以在高炉公司制造的具有优异的激光切割品质的厚板钢材。因此，与不添加si或尽可能限制si的使用的常规技术不同，可以确定，可以通过添加适当量的si并且同时一起添加适当量的mn和mo来确保优异的激光切割品质，并且可以提出本公开内容。
[0027]
本公开内容的具有优异的激光切割特性的厚板钢材按重量计包含：碳(c)：0.15％至0.30％、硅(si)：0.1％至0.5％、锰(mn)：1.5％或更少(不包括0)、钼(mo)：0.5％或更少(不包括0)、磷(p)：0.05％或更少(不包括0)、硫(s)：0.01％或更少(不包括0)、铝(al)：0.05％或更少(不包括0)、以及剩余部分的fe和其他不可避免的杂质，所述厚板钢材满足以下关系式1并且具有厚度为30μm或更小的表面氧化皮层。
[0028]
首先，可以描述本公开内容的合金组成。在这种情况下，待描述的合金组成的量为重量％。
[0029]
碳(c)：0.15％至0.30％
[0030]
碳(c)可以为确保钢的强度的最有效的元素，并且应添加适当量的碳(c)以在热轧之后不进行单独的冷却过程的情况下确保一定水平或更大的强度。通常，可以添加0.15％或更多的碳(c)以充分地确保上述效果，但是当其量超过0.30％时，可能存在不仅钢的韧性劣化，而且在再加热期间出现裂纹的问题。因此，在本公开内容中，可以将c的量控制为0.15％至0.30％。更优选地，可以将c的量控制为0.16％至0.29％。
[0031]
硅(si)：0.1％至0.5％
[0032]
硅(si)可以为在炼钢过程期间对脱氧有效的主要元素，但是在高温下与氧结合，从而在钢的表面上产生氧化皮。可以添加0.1％或更多的硅(si)从而连同脱氧效果控制加热和热轧期间产生的氧化皮，但是当其量超过0.5％时，最终产品的表面氧化皮可能变得过厚，并且可能引起诸如压痕瑕疵的缺陷。因此，在本公开内容中，可以将si的量控制为0.1％至0.5％。更优选地，可以将si的量控制为0.2％至0.4％。
[0033]
锰(mn)：1.5％或更少(不包括0)
[0034]
锰(mn)可以为代表性可硬化元素，可以抑制铁素体的产生，并且可以通过降低ar3温度来有效地提高淬透性，以改善钢的强度。在切割期间与氧的反应可能增加放热能量并且可能使切割品质劣化。因此，在本公开内容中，可以将mn的量控制为1.5％或更少以确保强度和切割品质，更优选地，可以将mn的量控制为1.2％或更少。
[0035]
钼(mo)：0.5％或更少(不包括0)
[0036]
钼(mo)可以为通过提高钢的淬透性来有效地改善强度的元素，并且当在高温下产生细小mo2c析出物时，可以确保高的屈服强度。此外，与mn等相比，在切割过程期间与氧的反应期间的放热能量可以是相对低的。因此，在本公开内容中，可以将mo的量控制为0.5％或更少以确保强度和切割品质，更优选地，可以将mo的量控制为0.47％或更少。
[0037]
磷(p)：0.05％或更少(不包括0)
[0038]
磷(p)可以是不可避免地包含在钢中的元素，并且可以是损害钢的韧性的元素。因此，可以尽可能降低p的量并且可以将其控制为0.05％或更少，但是考虑到其不可避免的水平，可以不包括0％。
[0039]
硫(s)：0.01％或更少(不包括0)
[0040]
硫(s)可以是由于在钢中产生mns夹杂物而使钢的韧性劣化的元素。因此，可以尽可能降低s的量并且可以将其控制为0.01％或更少，但是考虑到其不可避免的水平，可以不包括0％。
[0041]
铝(al)：0.05％或更少(不包括0)
[0042]
铝(al)可以为作为用于钢的脱氧剂而用于降低钢水中的氧含量的有效元素。当al的量超过0.05％时，其不是优选的，因为可能存在损害钢的洁净度的问题。因此，在本公开内容中，可以将al的量控制为0.05％或更少，并且考虑到炼钢过程期间的负荷、制造成本的增加等，可以不包括0％。
[0043]
关系式1
[0044]
此外，在本公开内容中，为了改善厚板钢材的激光切割特性，需要包含满足以下关系式1的范围内的c和mo。当以下关系式1中限定的c/mo量比超过6.0时，可能存在以下问题：作为结果，使切割品质劣化，例如出现诸如在激光切割期间由于具有高温的热而过度产生熔化的浮渣的缺陷。在本公开内容中，期望的是包含c和mo使得其量比优选为5.5或更小，更优选为5.0或更小。
[0045]
[关系式1]
[0046]
c/mo＜6
·0[0047]
本公开内容的剩余组分之一可以为铁(fe)。然而，由于在正常制造过程中，来自原材料或周围环境的非预期的杂质可能不可避免地混合在内，因此无法将其排除。由于这些
杂质对于普通制造过程中的技术人员而言是已知的，因此在本说明书中没有具体地提及它们中的全部。
[0048]
本公开内容的用于激光切割的钢材的显微组织可以由铁素体和珠光体的双相组织构成。该显微组织可以有益于确保钢材的强度，但是可能不与激光切割的品质直接相关。
[0049]
此外，在本公开内容中，为了确保激光切割的品质，可以将在钢材的表面上形成的氧化皮层的厚度限制为30μm或更小。在激光切割中，可以用作为热源的激光使钢材的钢表面熔化，并且可以通过吹氧气以实现在切割表面上与fe的氧化反应来使材料局部熔化，并且熔化的金属可以被氧气的压力推到材料的下部。在这种情况下，当材料的表面上的氧化皮层的厚度超过30μm时，在切割期间氧化皮的一部分可能被剥离，并且可能发生燃烧，从而使切割品质劣化。此外，通过由于磨削等从表面除去所有氧化皮，可能使激光切割的品质劣化。这可能是因为如上所述激光切割应首先用激光热源使表面熔化，并且当在表面上不存在氧化皮层时，由于激光的散射反射，切割本身可能是困难的。因此，在本公开内容中，可以将钢材的表面氧化皮层的厚度限制为30μm或更小，并且其最小厚度没有单独限制。
[0050]
在下文中，将详细地描述根据本公开内容的制造具有优异的激光切割特性的厚板钢材的方法。
[0051]
本公开内容的方法包括：在1050℃至1180℃的温度范围内将满足以上组成的钢坯加热，在950℃至1050℃的温度范围内对经加热的钢坯进行粗轧，以及在800℃至950℃的温度范围内对经粗轧的钢坯进行精热轧以制备厚度为28mm或更小的热轧钢板。
[0052]
首先，在本公开内容中，可以在1050℃至1180℃的温度范围内将具有上述组成的钢坯加热。当加热钢坯的温度低于1050℃时，铸造组织可能反向转变并且不能进行完全奥氏体化。当温度超过1180℃时，奥氏体晶粒可能过度粗大化，从而形成不均匀的组织。由于氧化皮在加热炉中过度生长，可能存在在热轧之前氧化皮没有被完全除去的担心。因此，在本公开内容中，加热钢坯的温度可以在1050℃至1180℃的范围内。
[0053]
随后，在本公开内容中，可以在950℃至1050℃的温度范围内对经加热的钢坯进行粗轧。当粗轧期间的温度低于950℃时，轧制负荷可能增加并且轧制中的压力可能是相对弱的，使得变形可能无法充分地在厚度方向上传递至钢坯的中心。因此，可能存在没有除去诸如空隙的缺陷的担心。当温度超过1050℃时，可能与轧制同时发生再结晶，并且晶粒可能生长。因此，可能存在初始奥氏体晶粒可能过度粗大化的担心。
[0054]
此外，在本公开内容中，可以在800℃至950℃的温度范围内对经粗轧的钢坯进行精热轧以制备厚度为28mm或更小的热轧钢板。当精热轧的温度低于800℃时，可能存在以下问题：显微组织由于双相区域轧制而不均匀，并且轧制形状可能劣化，使得板通过性差。就氧化皮而言，当轧制温度太低时，氧化皮可能变薄，但是氧化皮层可能由于相对不足的延性而容易破裂，并且氧可能通过破裂的裂纹流入而与基材反应，从而形成红色的氧化皮。由于红色氧化皮的淡红色外观，可以将红色氧化皮确定为在品质方面失效。当温度超过950℃时，可以存在轧制生产率提高以及板通过性改善的优点。可能存在以下问题：在轧制之后将板冷却至室温时氧化皮生长，从而过度地增加最终氧化皮的厚度，从而使激光切割的品质劣化。更优选地，在840℃至900℃的温度范围内使经粗轧的钢坯经受精热轧。
[0055]
在本公开内容中，在上述热轧期间，可以在钢板的表面上喷洒高压水以对氧化皮层的表面去氧化皮，从而具有30μm或更小的厚度。例如，去氧化皮可以通过在热轧期间在钢
材的表面上喷洒高压水来进行，使得在钢材的表面上形成的氧化皮层的厚度为30μm或更小。
[0056]
在厚钢板的热轧期间可以施加通常被称为去氧化皮的过程，并且随着喷洒的水的压力增加，氧化皮除去效果可以是良好的。在本公开内容中，应用于去氧化皮的高压水的喷洒压力没有特别限制。当高压水的喷洒压力为至少100巴或更大时，在除去上述轧制温度范围内产生的氧化皮方面不存在问题。
[0057]
如上所述制造的本公开内容的热轧钢板可以为厚度为28mm或更小的厚钢板。这可能是因为在厚度大于28mm的厚钢板中，在常规的激光切割机器的输出的情况下，切割本身是不可能的。
[0058]
通常，在厚度小于16mm的钢板中，可以确保激光切割的品质而不单独控制制造条件例如合金组分、热轧温度等。当钢板的厚度逐渐增加高至28mm的最大厚度时，与上述厚度相比，最终切割的品质可以根据材料因素例如合金组分、氧化皮厚度等确定。因此，在本公开内容中，考虑到这一点，更优选的是将待被激光切割的厚钢板的厚度设定为16mm至28mm的范围。
[0059]
发明实施方式
[0060]
在下文中，将通过实施例更详细地描述本公开内容。
[0061]
(实施例)
[0062]
在制备具有下表1的合金组成的钢坯之后，使钢坯在下表2的条件下经受加热-粗轧-热轧-空冷(室温)，以制备最终的厚钢板。测量厚钢板的屈服强度和氧化皮的厚度，并将其结果示于下表3中。此外，在对所制备的厚钢板进行自激光切割测试之后，评估其可切割性并示于下表3中。
[0063]
在这种情况下，根据ks标准编号5处理屈服强度，使得厚钢板的宽度方向变成拉伸试样的长度方向，并且使用室温下三(3)次测试之后的屈服强度的平均值。
[0064]
此外，用胶带贴钢板的表面以防止切割期间氧化皮的剥离，使金刚石切割轮的热的产生最小化，以及进行其精确切割，通过扫描电子显微镜测量氧化皮的厚度。
[0065]
此外，对厚度为16mm至28mm的厚钢板，在0.5巴的气体压力下用3.5kw的功率以600mm/分钟的速度进行激光切割，然后目视观察其切割表面以确定存在或不存在缺陷，并最终判断其切割品质。在优异的可激光切割性方面，由于不存在通常被定义为缺陷的切痕、燃烧和浮渣，因此其处于可以被商业化的水平，以及当观察到任意这些缺陷时，将其分类为有缺陷的材料。
[0066]
[表1]
[0067][0068]
*表1中的剩余组分可以为fe和不可避免的杂质
[0069]
[表2]
[0070][0071]
[表3]
[0072][0073]
如表1至表3中所示，在本公开内容的满足本公开内容提出的制造条件例如合金组成、热轧温度等的发明例1至6中，保证了优异的激光切割品质连同目标屈服强度和目标氧化皮厚度。
[0074]
相比之下，其中合金组成在本公开内容的范围之外的比较例1至9不能获得期望的特性。具体地，在比较例1和2中，屈服强度小于标准值，在比较例3中，合金组成以及精热轧温度在本公开内容的以上范围之外，并且形成了红色氧化皮，以及比较例4至9具有过量的浮渣和切痕，从而导致差的激光切割品质特性。
[0075]
此外，其中合金组成组分在本公开内容的范围内，但是制造工艺条件在本公开内
容的范围之外的比较例10至12也具有差的激光切割品质特性。具体地，在其中加热温度和精热轧温度分别过高的比较例10和比较例12中，发生燃烧和氧化皮剥离，以及在其中粗轧温度和精热轧温度太低的比较例11中，产生了红色氧化皮。
[0076]
图1为本公开内容的一个实施方案中通过激光切割过程切割的发明例1的钢板的截面照片，并且与比较例不同，不存在缺陷例如浮渣或切痕，并且在产品的表面没有产生红色氧化皮。因此，可以看出切割品质非常良好。
[0077]
如上所述，已关于本公开内容的优选实施例描述了本公开内容的详细描述，但是在不偏离本公开内容的范围的情况下，本公开内容所属领域的技术人员可以进行各种修改。因此，本公开内容的范围不应限于所描述的实施方案，而是应不仅由前面描述的权利要求而且由与其等同的那些限定。

技术特征：
1.一种具有优异的激光切割特性的厚板钢材，按重量计包含：碳(c)：0.15％至0.30％、硅(si)：0.1％至0.5％、锰(mn)：1.5％或更少(不包括0)、钼(mo)：0.5％或更少(不包括0)、磷(p)：0.05％或更少(不包括0)、硫(s)：0.01％或更少(不包括0)、铝(al)：0.05％或更少(不包括0)、以及剩余部分的fe和其他不可避免的杂质，满足以下关系式1，具有厚度为30μm或更小的表面氧化皮层，以及具有28mm或更小的厚度：[关系式1]c/mo＜6.0。2.根据权利要求1所述的厚板钢材，具有包含铁素体和珠光体的显微组织。3.一种制造具有优异的激光切割特性的厚板钢材的方法，包括：在1050℃至1180℃的温度范围内将钢坯加热，其中所述钢坯按重量计包含：碳(c)：0.15％至0.30％、硅(si)：0.1％至0.5％、锰(mn)：1.5％或更少(不包括0)、钼(mo)：0.5％或更少(不包括0)、磷(p)：0.05％或更少(不包括0)、硫(s)：0.01％或更少(不包括0)、铝(al)：0.05％或更少(不包括0)、以及剩余部分的fe和其他不可避免的杂质，并且所述钢坯满足以下关系式1；在950℃至1050℃的温度范围内对经加热的钢坯进行粗轧；以及在800℃至950℃的温度范围内对经粗轧的钢坯进行精热轧以制备厚度为28mm或更小的热轧钢板：[关系式1]c/mo＜6.0。4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述热轧期间进行去氧化皮，使得在所述钢材的表面上形成的氧化皮层的厚度为30μm或更小。

技术总结
提供了具有优异的激光切割特性的钢及其制造方法。本发明的具有优异的激光切割特性的钢按重量％计包含：0.15％至0.30％的碳(C)、0.1％至0.5％的硅(Si)、1.5％或更少的锰(Mn)(不包括0)、0.5％或更少的钼(Mo)(不包括0)、0.05％或更少的磷(P)(不包括0)、0.01％或更少的硫(S)(不包括0)、0.05％或更少的铝(Al)(不包括0)，以及剩余部分为Fe和其他不可避免的杂质，所述钢满足相关表达式1并且具有厚度为30μm或更小的表面氧化皮层。μm或更小的表面氧化皮层。μm或更小的表面氧化皮层。


技术研发人员：刘承皓 洪承甲 赵南泳
受保护的技术使用者：浦项股份有限公司
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2023/8/24