專利名稱：扭絞特性優異的拉伸用鋼絲棒及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種拉伸用鋼絲棒及其制造方法，當拉伸成鋼絲簾線、鋼絲鋸條以及PC鋼纜用的鋼絲時，所述的鋼絲棒表現出良好的扭絞特性。
按照日本工業標準規定的“扭絞試驗”對上述硬鋼絲的質量作了檢測。它必需符合該標準中規定的扭絞數、斷裂狀態、扭絞均勻性等要求。(在下文中將這些要求稱為“扭絞特性”)。硬鋼絲所需的特性之一是耐縱向斷裂性，即所謂的層離。
通常在上述鋼絲的生產中采用珠光體轉變法。根據該方法，將鋼絲棒在高于奧氏體轉變(或γ-轉變)的A3轉變點的溫度(譬如說，900-1100℃)下加熱，淬火，并在550-600℃進行等溫轉變(淬火)以得到珠光體結構，然后進行冷拉伸。
需要拉伸成鋼絲的鋼絲棒必需具有良好的拉伸特性和良好的扭絞特性。
為了滿足這種需要，日本專利公報No.302120/1993披露了一種使網狀或濃滲碳體結構減至最小的方法，因為該文獻認為這種滲碳體結構對拉伸性能有影響。根據該公開，通過在低于A1轉變點的溫度下進行轉化之前或之中使鋼絲進行奧氏體轉變并對鋼絲淬火，達到了目的。
該項披露提出，所得到的鋼絲在扭絞測試中沒有發生層離。然而，實際上，所得到的鋼絲在扭絞特性方面改進不大，因為所披露的方法基本上是為了改善拉伸性。
此外，日本專利公報No.199978/1999披露了一種拉伸用鋼絲棒，它是從改進扭絞特性的觀點出發而生產的，從而使共析鋼或超一共析鋼的鐵氧體粒徑平均為4.0μm。然而，該公開的技術尚不能滿足最近對拉伸性和扭絞特性的需要。
本發明涉及一種扭絞特性優良的拉伸用鋼絲棒，其特征在于它的原料為含有0.1-2.0質量％的Si和0.2-2.0質量％的Mn的共析鋼或超共析鋼，其中的珠光體結構占據不小于微結構的80面積％，以及其中作為第二相的鐵氧體的最大長度不大于10μm。優選實施方案中的鋼絲棒的特征在于其中的珠光體瘤狀物的尺寸不大于20μm。
本發明的鋼絲棒，是由含有特定量的Si和Mn的共析鋼或超共析鋼(具有0.65-1.2質量％的C)制成。它可任選含有任何一種或多種選自如下元素的物質(a)小于0.1質量％的Cu(不包括0質量％)，(b)不超過0.8質量％的Cr(不包括0質量％)，(c)不超過1質量％的Ni(不包括0質量％)，(d)0.0003-0.005質量的B(在固體溶液中，不小于0.0003質量％的B)，(e)不超過0.1質量％的V(不包括0質量％)，不超過0.1質量％的Ti(不包括0質量％)，不超過0.1質量％的Nb(不包括0質量％)，以及不超過0.1質量％的Mo(不包括0質量％)。
鋼絲棒各特性方面的改進的差別取決于所加入的各元素。
在本發明中作為特定的拉伸用鋼絲棒是通過以1.5或1.5以上的真應變進行拉伸并于下式(1)所限定的溫度(T℃)下淬火來制造的。354[C]+5.15[Cr]+1000[B]+600≤T≤354[C]+5.15[Cr]+1000[B]+620…(1)式中[C]，[Cr]，和[B]分別是指C、Cr和B的含量(質量％)。
為了實現滿足上述需要的拉伸用鋼絲棒，本發明者進行了深入的研究。結果發現，如果鋼絲棒是由含有特定量的Si和Mn的共析鋼或超共析鋼(其中珠光體結構構成不小于微結構的80面積％，作為第二相的鐵氧體的最大長度不大于10μm)制成，則可以達到上述目的。由這一發現引出了本發明。
本發明者繼續研究，并設想扭絞特性受到作為第二相的鐵氧體的最大長度的影響。結果發現，控制鐵氧體的最大長度的主要因素是奧氏體的應變尺寸和淬火中由加熱不足產生的不溶解碳化物的含量。不溶解碳化物起著鐵氧體成核位點的作用并且還防止奧氏體晶粒生長。
從消除鐵氧體成核點的角度，希望能夠幾乎完全消除不溶解碳化物；但是，為了控制奧氏體的粒徑必需含有少量不溶解碳化物。根據本發明，已確定淬火的條件來控制奧氏體的粒度和不溶解碳化物的用量，以此來規定鐵氧體的最大長度。因而有可能得到扭絞特性優良的拉伸用鋼絲棒。
順便提及，日本專利公報No.199978/1999中建議鐵氧體的最大粒度(或主軸的長度)不應大于12μm以防止縱向開裂。然而，并未透露達到此目的的具體方法。其目的在于通過規定鐵氧體平均粒徑來代替較為困難的對鐵氧體實際粒徑的控制和檢測，由此改善扭絞特性。相反，本發明通過規定組成和熱處理條件有可能保持鐵氧體的最大長度不大于10μm。
作為第二相的鐵氧體的最大長度是指不具有珠光體結構的鐵氧體的晶體顆粒的主軸長度。根據本發明，當鐵氧體的最大長度不大于10μm時，鋼絲棒表現出良好的扭絞特性。如果鐵氧體的最大長度超過10μm，則鋼絲棒的扭絞特性變壞并容易產生稱為層離的縱向開裂。
本發明的鋼絲棒含有通過淬火形成的珠光體結構的主相。在鋼絲棒中的珠光體結構的含量應不小于80面積％。否則，由于貝氏體結構增加，鋼絲棒的拉伸性能會變壞。此外，從上述可清楚地看出，本發明的鋼絲棒應最好不含鐵氧體。然而，鐵氧體的作用可以通過充分控制鐵氧體的顆粒大小降低到最低限度。
控制作為第二相的鐵氧體的最大長度同控制奧氏體的顆粒大小一樣重要。然而，實際上不可能測量出經過淬火處理的鋼絲棒中奧氏體的顆粒大小，因為在淬火之后奧氏體的顆粒邊界便消失了。鑒于奧氏體的顆粒大小與瘤狀物大小(或塊體大小)具有良好的對應關系，如果保持瘤狀物大小不大于30μm，就有可能有效地控制奧氏體的顆粒大小。換言之，如果保持瘤狀物大小不大于30μm，作為第二相的鐵氧體的最大長度就不大于10μm。
按照本發明，拉伸用鋼絲棒的原料是如下所述的含有0.65-1.2質量％的C和足夠量的其它成分(Si，Mn，等)的共析鋼或超一共析鋼C0.65-1.2質量％這種價格便宜的元素在增加強度上是有效的。由于拉伸的加工硬化和拉伸后的強度是以正比于C的量而增加。用少量C來還原鐵氧體是難以達到的。本發明的鋼絲棒應由含有不少于0.65質量％的C的共析鋼或超共析鋼制成。然而，過大的C量會在奧氏體的顆粒的邊界上形成網狀滲碳體，使鋼絲棒在拉伸時易于斷裂。由這樣的鋼絲棒拉制的細金屬絲的韌性和耐久性相當差。因而，最大C含量應為1.2質量％。C含量的下限應優選0.7質量％，更優選0.8質量％。碳含量的上限應優選1.1質量％。Si0.1-2.0質量％該元素用作脫氧劑。它在本發明的鋼絲棒中起著重要作用，其基本上不含有會形成氧化鋁(Al2O3)雜質的Al，而Al雜質會誘導形成凹洞斷裂。為使Si充分發揮其作用，Si的含量應不低于0.1質量％。過多含量的Si會防礙在拉伸過程中的機械除鱗作用(短期MD)。Si含量的上限應為2.0質量％，優選1質量％，更優選0.5質量％。Mn0.2-2質量％同Si一樣，該元素也起著脫氧劑的作用。對于未積極引入Al的本發明的鋼絲棒來說，必須用Si和Mn進行有效脫氧。為了達到最大效果，Mn含量應不低于0.2質量％。然而，Mn含量應不超過2.0質量％，因為Mn容易偏析，而過量的Mn會在偏析部分形成過—冷卻結構(例如馬氏體和貝氏體)，因而使可拉伸性變壞。Mn含量的優選下限為0.3質量％，Mn含量的優選上限為1質量％。
本發明的拉伸用鋼絲棒基本上是由上述成分組成的，其余的基本上是Fe。還可任選含有選自如下元素的一種或多種組份
(a)小于0.1質量％的Cu(不包括0質量％)，(b)不超過0.8質量％的Cr(不包括0質量％)，(c)低于1質量％的Ni(不包括0質量％)，(d)0.0003-0.005質量的B(在固體溶液中不低于0.0003質量％的B)，(e)不超過0.1質量％的V(不包括0質量％)，不超過0.1質量％的Ti(不包括0質量％)，不超過0.1質量％的Nb(不包括0質量％)，以及不超過0.1質量％的Mo(不包括0質量％)。
特性改善根據所加入的各組份而有所變化。
各任選組份的含量是特定的，原因如下。本發明的鋼絲棒可含有痕量的沒有負作用的附加成份(例如作為不可避免的雜質的P，S，As，Sb，和Sn)。含有這些成份的鋼絲棒也在本發明的范圍之內。Cu小于0.1質量％(不包括0質量％)。
這種元素能有效地增加鋼絲的耐腐蝕性。它還可以改善在MD時的鱗的可剝離性并防止模具的滯塞。為達到最大效果，Cu的含量應不少于0.05質量％。然而，熱軋制之后甚至當熱輥后的金屬棒保持在約900℃的高溫下時，過量的Cu會導致金屬棒表面起泡。起泡導致在氣泡下面的鋼基質中形成磁鐵體，而這種磁鐵體會損害MD。此后，Cu與S反應會在顆粒邊界處偏析CuS。在鋼絲棒的生產過程中這種偏析會使鋼絲棒產生斑點。為了防止這種副作用，銅含量應小于0.1質量％。Cr不超過0.8質量％(不包括0質量％)這種元素能減少珠光體的層片間隙，以此可改善鋼絲棒的強度和可拉伸性。為了得到最佳效果，Cr的含量應不小于0.05質量％。然而，過量的Cr會形成不溶解的滲碳體或延長轉變至完全所需要的時間。這便在熱輥軋后的鋼絲棒中形成過冷卻的結構(例如馬氏體和貝氏體)。因此，Cr含量的上限不應當超過0.8質量％。Ni不超過1質量％(不包括0質量％)這種元素可改善滲碳體的延展性，因而對可拉伸性有貢獻。如果它的加入量等于或稍小于Cu，它可防止由Cu誘導產生的熱開裂。Ni含量的上限應當不超過1質量％，因為Ni價錢昂貴而對強度沒有太大貢獻。
B0.0003-0.005質量％(在固體溶液中不低于0.0003質量％的B)這種元素能防止鐵氧體的形成。一般認為硼能防止鐵氧體的形成，因為它在亞共析鋼中的顆粒邊界上會發生偏析，從而降低顆粒邊界能量并降低鐵氧體形成速率，但是硼在共析鋼和亞共析鋼中不能發揮其作用。然而，現在知道，硼能抑制在共析鋼和超共析鋼以及亞共析鋼中鐵氧體的形成并有效地防止縱向開裂。(參見日本專利公報No.356902/1999)。為了在鋼中產生這種效果，硼不能以化合物形式，而應以構成固體溶液的原子形式(所謂游離硼)存在。硼的用量低于0.0003質量％時，不足以產生防止鐵氧體形成和防止縱向開裂的效果。用量超過0.005質量％的硼會形成如Fe23(CB)6的化合物，它會降低游離硼的量并因而降低了防止縱向開裂的效果。而且，Fe23(CB)6通常是以粗大的顆粒出現，在拉伸時它會誘發斷裂。硼含量的下限為0.0003質量％，優選0.0006質量％，而硼含量的上限應為0.005質量％，優選0.004質量％。溶于固體溶液的B的量應當不小于0.0003質量％。
V不大于0.1質量％(排除0質量％)Ti不大于0.1質量％(排除0質量％)Nb不大于0.1質量％(排除0質量％)Mo不大于0.1質量％(排除0質量％)這些元素可改善可淬性并有助于得到較高強度。然而，如果過量，它們會形成碳化物，從而減少用于層狀滲碳體的碳量。這會降低強度或形成過量的鐵氧體作為第二相。這些元素含量的上限應為0.1質量％。
上述鋼絲棒是通過下述方法生產的。本發明的方法中，首先以具有1.5或1.5以上的真應變進行拉伸。這種初步拉伸使鐵氧體在淬火韌化時迅速形成固體溶液。在拉伸后緊接著加熱以淬火。這種加熱使滲碳體在奧氏體晶體顆粒快速生長之前足以形成固體溶液。為了產生這種效果，在拉伸時必需采取1.5或1.5以上的真應變。對真應變的上限沒有規定，但應優選低于3.0，更優選低于2.5，以便鋼絲棒能平滑地拉伸而不斷裂。
進行上述拉伸后應接著通過在上述公式(1)所限定的溫度下加熱進行淬火。雖然用于淬火的加熱溫度通常約為900-1100℃，但本發明的研究結果顯示，如要使不溶解碳化物的溶解和沉淀得到適當地控制，應參照狀態圖(用于滲碳體沉淀的邊界線)中的Acm線確定加熱溫度。
換句話說，上面給出的公式(1)表示基于Acm線的加熱溫度。在公式(1)所限定的溫度下加熱在防止奧氏體顆粒的反常生長并抑制由不溶解碳化物成核的作為第二相的鐵氧體方面是有效的。在低于公式(1)所限定的溫度下淬火，會對扭絞特性產生副作用，這是由于不溶解碳化物的量增加所致。另一方面，在高于公式(1)所限定的溫度下淬火，會引起奧氏體的反常生長，使作為第二相的鐵氧體的粒度大于10μm。公式(1)一般適用于鋼絲棒，無論它是否含有硼。如果鋼絲棒含有Cr和B(在此情況下，Acm線稍微上升)，則公式(1)具有5.15[Cr]和1000[B]作為附加的參數。
將上述所制得的鋼絲棒，最后拉伸成直徑為0.2mm的鋼絲。對鋼絲的扭絞特性進行測試，測量長度為40mm。計算使鋼絲斷裂所需要的扭絞數，并觀察斷裂狀態。如果任何樣品在扭絞超過30次之后發生正常斷裂而無層離現象，便認為該樣品是可接受的。結果示于表2中。(在表2和表4中符號“×”是指那些發生正常斷裂的樣品，而在表2和表4中符號“○”是指那些可以接受的樣品)。在表2中，帶有星號*的數值是在本發明范圍之外。同樣適用于表3和表4。表2
從表2可清楚地看出，在本發明規定的溫度下經過淬火的這些鋼樣品(測試編號1-10)具有本發明規定的鐵氧體粒子大小和粒子瘤狀物大小，并得到了扭絞特性優良的鋼絲(直徑為0.2mm)。反之，一些在本發明規定范圍之外的溫度下進行淬火處理的鋼樣品(測試編號11-20)的鐵氧體粒子尺寸和瘤狀物尺寸超出了本發明的給定范圍，所得到的鋼絲(直徑為0.2mm)的扭絞特性差。
將得到的鋼絲棒(直徑為3.2mm和2.0mm)通過以1.96和1.02的真應變進行拉伸并在表4中所示的不同溫度下進行淬火而制得更細的鋼絲棒(直徑為1.2mm)。這樣便得到了所需要的拉伸用鋼絲棒樣品。將上述得到的鋼絲棒最后拉伸成直徑為0.2mm的鋼絲。以與實施例1同樣的方法對鋼絲的扭絞特性進行測試。結果列于表4中。表4
由表4可看到以下情況。編號21的試樣由于碳含量過高而不能滿意地拉伸，而編號22的試樣(它符合本發明的所有要求)能夠滿意地拉伸。
由于在加熱之前真應變不足，因而鐵氧體尺寸過大(13μm，15μm)，所以試樣23和25不能滿意地拉伸。
編號24的試樣，由于硅含量過高不能滿意地拉伸。編號26的試樣，由于錳含量過高而使得到的鋼絲扭絞特性差。
編號27的試樣(符合本發明的所有技術)，呈現出良好的可拉伸性，而測試中編號28的樣品，由于存在過量的鋼含量而其可拉伸性較差。
編號29至33的這些試樣(其化學組成不在本發明規定的范圍內)，其拉伸性不好或者得到的鋼絲在扭絞特性方面較差。
發明效果如上所述，本發明提供了一種拉伸用鋼絲棒，其可拉伸性優良，能夠提供扭絞特性優良的鋼絲。本發明還提供了生產這種鋼絲棒的方法。
權利要求
1.一種拉伸用鋼絲棒，其特征在于它的原料為含有0.1-2.0質量％的Si和0.2-2.0質量％的Mn的共析鋼或超共析鋼，所述鋼中的珠光體結構構成不小于80面積％的微結構，其中作為第二相的鐵氧體的最大長度不大于10μm。
2.如權利要求1所限定的拉伸用鋼絲棒，其中所述珠光體具有不大于30μm的瘤狀物尺寸。
3.如權利要求1所限定的拉伸用鋼絲棒，其中所述的原料還含有不大于0.1質量％的Cu(不包括0質量％)。
4.如權利要求1所限定的拉伸用鋼絲棒，其中所述的原料還含有不超過0.8質量％的Cr(不包括0質量％)。
5.如權利要求1所限定的拉伸用鋼絲棒，其中所述的原料還含有不超過1質量％的Ni(不包括0質量％)。
6.如權利要求1所限定的拉伸用鋼絲棒，其中所述的原料還含有0.0003-0.005質量％的B，并且形成固體溶液的B的量不小于0.0003質量％。
7.如權利要求1所限定的拉伸用鋼絲棒，其中所述的原料還含有一種或多種選自不超過0.1質量％的V(不包括0質量％)、不超過0.1質量％的Ti(不包括0質量％)、不超過0.1質量％的Nb(不包括0質量％)和不超過0.1質量％的Mo(不包括0質量％)的物質。
8.一種生產權利要求1所述拉伸用鋼絲棒的方法，所述方法包括用1.5或1.5以上的真應變拉伸所述鋼絲棒，并將所述鋼絲棒在下式(1)所限定的加熱溫度下進行淬火354[C]+5.15[Cr]+1000[B]+600≤T≤354[C]+5.15[Cr]+1000[B]+620……(1)式中[C]、[Cr]和[B]分別是指C、Cr和B的含量(質量％)。
全文摘要
一種可拉伸性和扭絞特性優良的拉伸用鋼絲棒,以及用于生產這種鋼絲棒的方法。該鋼絲棒的特征在于其原料是一種含有0.1－2.0質量%的Si和0.2－2.0質量%的Mn共析鋼或超共析鋼,其中的珠光體結構構成不小于80面積%的微結構,其中作為第二相的鐵氧體的最大長度不大于10μm。該鋼絲棒是通過以1.5或更大的真應變進行拉伸,并使鋼絲棒在以特定公式限定的加熱溫度下淬火制得的。
文檔編號C22C38/04GK1354271SQ0113666
公開日2002年6月19日 申請日期2001年10月25日 優先權日2000年11月6日
發明者長尾護, 落合憲二, 茨木信彥, 南田高明, 家口浩 申請人:株式會社神戶制鋼所