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預成形調質鋼製程與應用開發技術 摘要高性能鋼材的進展，主要是藉由合金元素的添加以達到強度性能的提升，但易造成後續成形及銲接加工之問題。本計畫開發之高強度鋼材係利用控制軋延(rolling control)、控制冷卻(cooling control)等方式，其製程是首先將鋼材施以預先成形，再藉由淬火回火(Quenching Tempering, QT)之熱處理製程對鋼材進行調質處理以得到高強度、高韌性、高銲接性鋼材。本計畫開發之高強度鋼材，可以減少合金添加與碳含量，減少後續製程之加工問題，創造出更高的應用價值。 技術簡介QT技術是利用強制冷卻方式以控制鋼材的組織相變行為，先以淬火(Quenching)製程將沃斯田鐵晶粒轉變為麻田散鐵而達到強化效果，再藉由後續的回火(Tempering)製程進行調質提升鋼材韌性。QT鋼主要是以熱處理製程控制鋼材的顯微組織，達到強化材料的目的，並可以減少合金添加與碳含量，一般合金含量在3.5％以下。經過QT製程處理之鋼材，具有高強度、高韌性、高耐磨等性質，可運用於工具機零件、車體結構件、夾治具、機械元件、民生建築及新興能源設備等產業。 全球發展現況70年代，美國、日本採用低合金高強度鋼代替一般壓延鋼板製造部分汽車安全零件(如保險桿、橫樑等)以減輕汽車重量。由於一般的低合金高強度鋼有難以沖壓成形或在延展製程發生嚴重破裂，儘管鋼板成形製程技術已有相當的進展，但降伏強度大於450MPa的低合金高強度鋼的成形問題仍需克服。1980 年日本鋼管株式会社NKK（現已與川崎鋼鐵合併為JFE）成功開發首套中厚板線上控冷 (OLAC，On-line Accelerated Cooling)系統設備，並實際投入福山廠的厚板生產線。中厚板軋後冷卻技術之發展歷程，大致上可分為兩個階段，第一階段是1980 年代開發的層流冷卻技術；第二階段是1998年開發的軋後冷卻技術（日本JFE 鋼鐵公司開發的Super-OLAC 是代表）。傳統層流冷卻技術之方式有帶壓力噴射冷卻、層流冷卻、噴淋冷卻、板湍流冷卻、水幕冷卻、水-氣噴霧冷卻等。表1 是國外主要廠家之板材控制冷卻設備。 表1國外部分典型的板材控制冷卻設備 公司 新日鐵(NSC) 福山厚板(NKK) 川崎製鐵(KSC) 住友金屬(SMI) 神戶製鐵(KSL) 法國敦刻爾克厚板廠(RAC) 法國Clecim公司 設備名稱 CLC OLAC MACS DAC I DAC II KCL RAC ADCO 冷卻方式 窄縫噴水或扁平噴淋 層流 噴嘴 窄縫層流 噴淋 管層流 層流 噴嘴 用途 軋後快冷或直接淬火 軋後快冷或直接淬火 軋後快冷或直接淬火 快速冷卻 直接淬火 軋後快冷或直接淬火 軋後快冷或直接淬火 加速冷卻或直接淬火 資料來源：金屬中心整理 國內現況發展趨勢中鋼主要採用TMCP(Thermal Mechanical Control Process)製程，又稱熱機處理製程，主要包含溫度控制軋延(TCR)及控制冷卻兩部份。控制冷卻部分，基本上是利用線上加速冷卻系統加快鋼板完軋後的冷卻速率，以控制鋼材在冷卻過程中的變態溫度及生成的組織，使所生產的鋼板具有優異性質。此製程產線命名為CSAC (China Steel Accelerated Cooling)產線(圖1)，設備規範如表2所示。 圖1CSAC (China Steel Accelerated Cooling)產線資料來源:中鋼公司 中鋼CSAC產線主要具有以下特點 ：冷卻精度 : 實際冷卻速率精度可達l0%以內，完冷溫度精度可達25以內。 冷卻均勻度 : 裝設有遮邊罩(Edge Masking)以避免鋼板邊緣部份過冷現象。表2中鋼CSAC設備之主要規範 CSAC加速冷卻系統設備規範 供應商Mannesmann Demac Sack 設備大小2.9M高*24.5M長 冷卻區面積4.1M寬*24M長 冷卻形式上表面 - 層流 下表面 - 噴流 最大水量12000M^3/hr 操作水壓2 atm 鋼板處理尺寸(10~80)mm厚* (1130~4065)mm寬*32M長 穿板速度0.5 ~ 2.5M/s 冷卻速率1.3 ~ 50 ℃/s (視水溫及板厚而定)\ 資料來源:中鋼公司 國內應用利基及未來發展趨勢國內鋼鐵軋製技術之發展起步較晚，冷卻技術處於落後階段。1980 年代開發應用的傳統層流冷卻技術是中厚板完軋後之重要冷卻方式，在中厚鋼板的開發發揮了巨大作用。目前的層流冷卻技術存在著冷卻能力偏低（冷卻速率低）、冷卻均勻性差（鋼板變形）等兩大問題（圖2）。 圖2鋼板層流冷卻過程的表面局部換熱區描述資料來源:東北大學R.A. Lab.『淬火製程』具有提升鋼板性能的優點，為國內外鋼鐵製造廠開發高