CN101067187A - 辐条用不锈钢丝及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辐条用不锈钢丝，其成分配比为C≤0.06、Mn2.00－3.50、Cr 17.00－18.00、Ni 7.00－8.00、N 0.07－0.14、Si≤1.00、P≤0.035、S≤0.030、余量Fe以及不可避免的杂质。所述方法的工艺为：对Φ5.5mm线材表面进行皮膜处理，烘干，连续多道次拉拔，第一道采用30％－35％减面率，以后逐次递减减面率，共进行6－7道次拉拔后，收线，采用连续光亮热处理炉，工字轮放线后首先采用清冼剂清洗，然后水洗、吹干进入管式炉，炉温1100℃±10℃，线速度20－30M/分，管内通入氨分解后75％H₂、25％N₂混合气体保护，水冷，水洗，烘干；采用单道次倒立式拉丝机油拉，减面率22－24％，拉拔到成品规格。本发明不但节约贵重金属Ni，而且加入Mn、N成分后，力学性能、抗拉强度比304牌号有一定的提升。

Description

辐条用不锈钢丝及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种辐条用不锈钢丝及其制造方法，主要用作自行车、摩托车辐条。属金属制品技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，自行车和摩托车已成为人们最基本的代步工具。但是，自行车、摩托车拥有者最头痛之一是辐条锈蚀、断丝等问题。究其原因是辐条所用钢丝为冷拉碳素结构40号或45号。虽然辐条表面镀薄薄一层铬金属，用一段时间就会剥落掉，原来的金属就要遭受到腐蚀，为了解决这一难题，2000年以来开始采用304牌号不锈钢丝制造自行车辐条。众所周知，304牌号中含Ni量达10％。据统计，全世界的镍产量中约有60％用于生产不锈钢，镍是比较稀缺且价格昂贵的金属，属于战略物质，往往不锈钢的成本和售价也常随镍价的涨跌而波动，近二年来镍价暴涨，几乎翻一翻，不锈钢价格也随着不断攀升，为此，近年来国内外冶金专家不断地开发出一系列奥氏体不锈钢新牌号，以部分取代价格昂贵的金属Ni。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种在保证钢中铬含量稳定的前题下，能降低Ni的用量，使钢的综合性能指标达到使用要求的辐条用不锈钢丝及其制造方法。

本发明的目的是这样实现的：一种辐条用不锈钢丝，它主要是由以下重量百分比的合金元素组成：C≤0.06、Mn 2.00-3.50、Cr 17.00-18.00、Ni7.00-8.00、N 0.07-0.14、Si≤1.00、P≤0.035、S≤0.030、余量Fe以及不可避免的杂质。

本发明各合金元素设计的理论依据：

合金元素系是人们为了获得所需要的组织和各种性能向不锈钢中加入的具有一定含量范围的元素。本发明主要元素的确定是C、Mn、Cr、Ni、N等，其余合金元素为通常使用的含量范围。

1、镍当量

首先确定形成奥氏体的元素：C、N、Ni、Mn。

镍当量＝％Ni+30×％(C+N)+0.5×％Mn。

各元素前的数字为该元素形成奥氏体化能力相当于镍形成奥氏体能力的倍数。

1)Ni含量的确定

从镍当量公式中可见，镍是奥氏体不锈钢中重要元素，它是形成奥氏体的首选元素，因为镍对不锈钢的贡献是多方面的，除了能形成稳定奥氏体外，由于不锈钢中铬与镍共存，镍可促进不锈钢钝化膜稳定性，可显著强化不锈钢塑、韧性，可降低不锈钢的脆性转变温度，具有抗低温性和抗磁性及提高冷成型性和焊接性等特征。如果，降低1％Ni含量，再相应添加其他合金元素，这就是本发明设计的基本理念。

2)C含量的确定

从镍当量公式中可见，C与N是形成奥氏体能力最强的两个元素，是Ni的30倍；但是在奥氏体不锈钢中一般不采用C作为形成奥氏体的元素，因为，随着钢中碳量的增加，虽然可以提高强度，但是钢的塑、韧性、耐蚀性、冷成型性、焊接性要显著降低，一般认为其弊远远大于利。因此，C含量要尽量降低，一般为≤0.08％，本发明碳含量确定为≤0.06％。

3)N元素的确定

氮是在不锈钢中应用的唯一一种气态含量元素，N在不锈钢中广泛应用是近十多年来不锈钢材料领域最重大的进展之一。过去，人们一直把N视为钢中有害元素，尽量降低。一是害怕钢表面出现气泡问题；二是如何在冶炼不锈钢时N的加入方法。冶金专家，通过钢水吸氮的动力学及N在钢中作用机理研究发现，清楚N在钢中的溶解度数据，合金化可以通过氮铁合金及向钢水中吹氮来提高钢水中含N量，同时，N又是取之不尽，价格低廉，添加方便，有益作用显著，副作用少的合金元素。

N不但是形成奥氏体的有利元素，同时，N通过固溶强化等可显著提高奥氏体不锈钢强度，在Cr-Ni奥氏体不锈钢中加入0.1％N，可使钢的强度提高60～100MPa；只要控N适宜时，并不降低钢的塑、韧性；研究表明，有时氮在不锈钢中的耐点蚀、耐缝隙腐蚀的能力约为铬的16～30倍。本发明中N含量确定为0.07～0.014％。

4)Cr含量的确定

Cr对钢的不锈性和耐点蚀是有绝对性影响的，随着不锈钢中铬量的增加，不仅在氧化性酸介质耐蚀增加，而且，对不锈钢在氯化物溶液中耐应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等能力都有提高，所以Cr元素在不锈钢中是不可缺少的重要元素，一般不能少于13％，本发明比标准304牌号Cr含量上限降低1％，下限Cr含量17.00％不变是合适的。

5)Mn含量的确定

从Ni当量公式可以看出，Mn是较弱的奥氏体形成元素，它是不锈钢中一种脱氧剂，一般Mn含量为1％～2％，研究表明，随着钢中Mn量增加，可显著提高N在钢中的溶解度，氮化锰铁合金复合加入常常用来代替钢中昂贵、稀缺的Ni、从组织上为获得奥氏体而代Ni是可行的，2％Mn可以代替1％Ni；但是，Mn是降低耐点蚀指数的元素，因此，钢中Mn含量不宜过高，所以本发明中Mn含量确定为2％～3.5％是适宜的。

本发明辐条用不锈钢丝的制造方法，所述方法的工艺步骤如下：

步骤一、皮膜处理、烘干

采用皮膜剂对Φ5.5mm线材表面进行皮膜处理，然后在烘干炉烘干，炉温100-150℃，时间0.5-1.0小时；

步骤二、粗拉、收线

皮膜处理后的线材在拉丝机上连续多道次拉拔，第一道采用30％-35％减面率，以后逐次递减减面率，共进行6-7道次拉拔后，收线，成品前钢丝预留22-24％轻拉成品减面率规格尺寸；

步骤三、清洗剂表面清洗、连续炉光亮退火

采用连续光亮热处理炉，工字轮放线后首先采用清冼剂清洗，然后水洗、吹干进入管式炉，炉温1100℃±10℃，线速度20-30M/分，管内通入氨分解后75％H₂、25％N₂混合气体保护，水冷，水洗，烘干；

步骤四、油拉

采用单道次倒立式拉丝机油拉，减面率22-24％，拉拔到成品规格。

制造工艺过程的控制：

1、Cr、Ni量对冷加工硬化系数K值影响

当Cr含量一定时，随着Ni含量的降低，Mn含量的增加，同时添加N元素后，冷加工硬化系数K值增大，钢丝在拉拔时比较困难，例如当Cr含量17％，Ni含量10％时，K＝12.5；当Ni含量8％时，K＝14.5；当Ni含量6.5％，K＝16.5。由于K值的增大，第一道次拉拔减面率应加大，本发明第一道次拉拔减面率30％-35％，以后逐次递减减面率，其他道次减面率按递减分配，经过6-7道次拉拔，总减面率达到84-86％。然后经过氨分解气体保护下连续炉光亮退火，光亮退火温度1100℃±10℃，最终成品再经过一道次油拉拉拔减面率为22-24％。

这样工艺过程控制有以下四个创新点：

1、随着硬化系数K值增大，第一道次拉拔减面率由一般25-30％加大到30-35％，是工艺控制第一个创新点；

2、光亮退火温度由一般1050℃提高到1100℃±10℃，促使碳、氮的化合物充分溶解，以利于后面的加工，是工艺控制的第二个创新点；

3、最后一道次成品油拉拉拔采用较大减面率，一般减面率为15％以下，这里采用22-24％减面率，从而使成品钢丝抗拉强度达到1300MPa左右，是工艺控制的第三个创新点；

4、成品钢丝采用倒立式拉丝机，同时采用润滑剂为油性的，从而使成品钢丝达到光亮美观，得到用户的青睐，这是工艺控制的第四个创新点。

本发明在保证钢中铬含量稳定的前题下(即保证钢耐腐蚀)，采用降Ni，提Mn加N的方法，同时，在制造钢丝过程，通过增加总减面率和加大最终成品钢丝拉拔减面率等手段，这样一来钢的综合性能指标完全达到用户使用要求，同时钢的成本也得到降低。

综上所述，本发明不但节约贵重金属Ni，而且加入Mn、N成分后，力学性能、抗拉强度比304牌号有一定的提升，同时也完全满足用户技术条件要求。

图1为本发明辐条用不锈钢丝的制造工艺流程图。

具体实施方式

本发明为一种辐条用不锈钢丝，它主要是由以下重量百分比的合金元素组成：C≤0.06、Mn 2.00-3.50、Cr 17.00-18.00、Ni 7.00-8.00、N 0.07-0.14、Si≤1.00、P≤0.035、S≤0.030、余量为Fe以及不可避免的杂质。其制造方法如下：

步骤一、皮膜处理、烘干

采用皮膜剂对Φ5.5mm线材表面进行皮膜处理，然后在烘干炉烘干，炉温100-150℃，时间0.5-1.0小时。

步骤二、粗拉、收线

皮膜处理后的线材在560/6滑轮式拉丝机上连续拉拔，第一道采用30％减面率，由ф5.5mm拉到ф4.6mm，以后逐次递减减面率，共进行6-7道次拉拔后，收线，成品前钢丝直径为2.05或2.2mm，成品前钢丝预留22-24％轻拉成品减面率规格尺寸。

步骤三、清洗剂表面清洗、连续炉光亮退火(氨分解气体保护)、水冷、水洗、烘干

采用20-24头7M连续光亮热处理炉，工字轮放线后首先采用清冼剂清洗，然后水洗、吹干进入7M管式炉，炉温1050-1100℃，线速度20-30M/分，管内通入氨分解后75％H₂、25％N₂混合气体保护，水冷、水洗、烘干，气体露点一般为-60℃，从而得到的钢丝表面是光亮的。

步骤四、油拉

采用单道次倒立式拉丝机油拉，减面率22-24％，拉拔到成品规格。成品钢丝直径为1.8或2.0mm。

步骤五、性能检测、称重、包装、入库。

所得产品的各项性能指标如下：

1、按照GB/T4240-93标准中规定，钢丝直径d＝1-3mmlCr18Ni9抗拉强度780-1130MPa，日本标准JISG4309-1999软质2号(相当国内轻拉状态)，钢丝直径d＝1.60-5.00mm，SUS304-W₂，抗拉强度为780-1130MPa，本发明钢丝直径＝1.00-3.00mm，抗拉强度为1050-1300MPa。表1、2、3为本发明不锈钢丝的工艺性能表。

                    表1拉力试验

从表1可以看出，本发明钢丝塑性指标还是比较好的，尤其是断面收缩率比较高。同时，与304钢丝比较力学性能指标基本相当。

                    表2弯曲、扭转、缠绕试验

2、显微组织及晶粒度

显微组织及晶粒度取一个试样，d＝1.98mm，显微组织按GB/T13298-91方法标准测试，晶粒度按GB/T6394-2002方法标准检验。

检验结果：显微组织放大500倍，均为单一奥氏体组织，没见其他组织。

晶粒度评级为8.5级，属细晶粒。

3、盐雾腐蚀试验

盐雾腐蚀是一种常见和最有破坏性的大气腐蚀，是人工模拟盐雾环境条件来考核金属材料耐腐蚀性能的一种加速腐蚀试验方法，其盐雾环境的氯化物的盐浓度，即氯化钠的含量是一般天然环境Nacl含量高几倍或几十倍，使腐蚀速度大大提高，对金属材料进行盐雾试验，得出结果的时间也大大缩短，如在天然暴露环境下某样品进行试验，其腐蚀可能要1年时间，而在人工模拟盐雾环境条件下试验，只要24小时即可得到相似的结果。

盐雾腐蚀试验条件如下：

Nacl浓度    温度    PH      时间

50.1g/L     35℃    6.99    48小时

试验样品为康瑞304M2d1.97mm、1.96mm与韩国KOS 304H 0.6mm、日本精线304H 1.41mm作对比试验。

检验结果判定：所有试样表面均无锈斑且无失重。

结论：选用本发明试制辐条用不锈钢丝是比较理想的，与常用的304牌号比较节Ni1％，节Cr1％，增加了Mn2％，同时添加了N元素，从盐雾腐蚀试验证明耐腐蚀性能没有降低，与304牌号对比耐盐雾腐蚀性能基本相同，而综合力学性能还有提高。从而说明本发明钢种设计是正确的。

Claims (2)

1、一种辐条用不锈钢丝，它主要是由以下重量百分比的合金元素组成：C≤0.06、Mn 2.00/3.50、Cr 17.00/18.00、Ni 7.00-8.00、N 0.07-0.14、Si≤1.00、P≤0.035、S≤0.030、余量Fe以及不可避免的杂质。

2、一种如权利要求1所述辐条用不锈钢丝的制造方法，其特征在于：所述方法的工艺步骤如下：

步骤一、皮膜处理、烘干

采用皮膜剂对Φ5.5mm线材表面进行皮膜处理，然后在烘干炉烘干，炉温100-150℃，时间0.5-1.0小时；

步骤二、粗拉、收线

皮膜处理后的线材在拉丝机上连续多道次拉拔，第一道采用30％-35％减面率，以后逐次递减减面率，共进行6-7道次拉拔后，收线，成品前钢丝预留22-24％轻拉成品减面率规格尺寸；

步骤三、清洗剂表面清洗、连续炉光亮退火、水冷、水洗、烘干

采用连续光亮热处理炉，工字轮放线后首先采用清冼剂清洗，然后水洗、吹干进入管式炉，炉温1100℃±10℃，线速度20-30M/分，管内通入氨分解后75％H₂、25％N₂混合气体保护，水冷，水洗，烘干；

步骤四、油拉

采用单道次倒立式拉丝机油拉，减面率22-24％，拉拔到成品规格。

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