CN101285152A - 耐腐蚀性、冷加工性和韧性优异的具有磁性的不锈钢线材或钢丝 - Google Patents

耐腐蚀性、冷加工性和韧性优异的具有磁性的不锈钢线材或钢丝 Download PDF

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Abstract

本发明是一种铁素体系不锈钢线材和钢丝，其提高铁素体系不锈钢线材的耐腐蚀性、冷加工性和韧性，降低表面缺陷，以与奥氏体系不锈钢产品相同的通用的制造工艺制造产品，降低以往产品的成本，同时赋予磁性，因此其特征在于，以质量％计，含有C：0.003～0.04％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.05～0.5％、P：0.04％或其以下、S：0.005％或其以下、Cr：15.1～18.0％、O：0.010％或其以下、N：0.003～0.04％，Nb：大于0.2％小于等于0.8％，且[O]+[S]≤0.010％、[Mn]+[Cr]+[Si]≤20％。进而还可含有Ti：0.01～0.5％，进而，还可含有Al：0.1％或其以下、V：0.03～1.0％的1种或其以上，而且[Al]×[N]≤0.0020、[V]×[N]≤0.016。

Description

耐腐蚀性、冷加工性和韧性优异的具有磁性的不锈钢线材或钢丝
本申请是申请号为200510080458.3、申请日为2005年7月1日、发明名称为“耐腐蚀性、冷加工性和韧性优异的具有磁性的不锈钢线材或钢丝”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及与要求磁性和耐腐蚀性的廉价的不锈钢线材相关的产品有关的，例如紧固件、机械锻造部件、电磁部件、钢丝绳、钢丝网·筛网、扁钢丝等，用与以往的奥氏体系不锈钢相同的通用的制造工艺就可以制造的铁素体系不锈钢线材及其产品。
背景技术
至今，对于必需具有冷加工性、耐腐蚀性及韧性的紧固件等产品，都是通过使SUS304、SUSXM7等的奥氏体系不锈钢线材拉丝、分股退火、冷加工等来制造的。但是，由于奥氏体系不锈钢产品要大量添加高价的Ni，所以尽管使用的是廉价的制造工艺，也存在产品价格高的缺点。
另外，由于奥氏体系不锈钢不具有磁性，所以会因为不具有磁性而产生诸如在紧固件的连接操作时因不能附着在工具上而操作性差，在用作钢丝网·筛网(特别是食品用传送带)时，在其材料缺损脱落而混入食品的情况下，不能通过磁性传感器检查其混入情况等不便。
另一方面，对于由铁素体系不锈钢线材制造的必需具有磁性、耐腐蚀性和韧性的产品，提出了在低C、N的条件下添加Nb的铁素体系不锈钢线材(日本专利第2906445号公报)的方案。
特别是对于添加了Nb等的这种不锈钢，还提出了将轧制加热温度控制在1200℃或其以上、将碳氮化合物的尺寸控制在20μm或其以下从而提高韧性的方案(日本专利第2817266号公报)。
但是，由于这些铁素体系不锈钢线材与通常的线材的轧制条件不同，会发生褶皱缺陷、热粘结缺陷等的表面缺陷，因此不能廉价地制造。
进而，由于以往这些铁素体系不锈钢钢丝要在850℃或其以下的温度下进行分批退火然后酸洗，所以存在着制造成本比进行约900℃或其以上的分股退火(光亮退火)的奥氏体系不锈钢丝更高的问题。
这样，由于虽然在至今的铁素体系不锈钢钢丝中使用的是廉价的原材料可是制造成本却很高，所以在必需具有耐腐蚀性·韧性的制品中，特别是不是必需具有磁性时，都使用冷加工性优异的奥氏体系不锈钢钢丝。
发明内容
本发明的目的在于，提供冷加工性、耐腐蚀性及韧性优异的具有磁性的廉价的铁素体系不锈钢线材，进而通过以通用的制造工艺来制造产品，大幅度地降低以往使用奥氏体系不锈钢的产品的制造成本，并且赋予其磁性。
为了解决上述课题，本发明者们进行了种种研究，结果发现：以添加了Nb的低C的具有磁性的铁素体系不锈钢线材为基材，控制影响结晶粒径的AlN和V系碳氮化物，通过限制影响冷加工性、耐腐蚀性、韧性的S和O来抑制粗大的夹杂物，进而，限制影响表面缺陷的Cr、Si和Mn，就可以提高耐腐蚀性、韧性、冷加工性，而且可以抑制表面缺陷。进而还发现，通过抑制Cr、控制碳氮化物，就可以使用与奥氏体系不锈钢钢丝相同的通用条件进行退火(参照表1)。
表1本发明的观念
Figure A20081010072800061
本发明是基于以上见解的发明，其要旨如下。
(1)一种耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢线材和钢丝，其特征在于，以质量％计，含有C：0.003～0.04％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.05～0.5％、P：0.04％或其以下、S：0.005％或其以下、Cr：15.1～18.0％、O：0.010％或其以下、N：0.003～0.04％，Nb：大于0.2％小于等于0.8％，其余由Fe和实质上不可避免的杂质构成，并且[O]+[S]≤0.010％、[Mn]+[Cr]+[Si]≤18.5％。
(2)如(1)所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢线材和钢丝，进而还含有Ti：0.01～0.5％。
(3)如(1)或(2)所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢线材和钢丝，其特征在于，以质量％计，还含有Al：0.1％或其以下、V：0.03～1.0％的1种或其以上，而且[Al]×[N]≤0.0020、[V]×[N]≤0.016。
(4)如(1)～(3)中任意一项所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢线材和钢丝，其特征在于，以质量％计，还含有B：0.0003～0.010％、Ni：1.0％或其以下、Cu：1.0％或其以下、Mo：3.0％或其以下的1种或其以上。
(5)如(1)～(4)中任意一项所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的铁素体系不锈钢线材和钢丝，其特征在于，作为紧固件类或者机械锻造部件来使用。
(6)如(1)～(4)中任意一项所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的铁素体系不锈钢线材和钢丝，其特征在于，作为钢丝绳类或者钢丝网·筛网产品来使用。
(7)如(1)～(4)中任意一项所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的铁素体系不锈钢线材和钢丝，其特征在于，作为扁钢丝来使用。
(8)一种耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢钢丝的制造方法，其特征在于，通过将具有上述(1)～(4)的任一项所述的成分组成的线材进行冷拉丝加工，然后在超过850℃、1100℃或其以下的温度范围内实施退火，由此使铁素体的平均结晶粒度成为JIS G 0052规定的粒度编号：5～9。
另外，分别以质量％表示[O]、[S]、[Mn]、[Cr]、[Si]、[Al]、[V]、[N]的元素的含量。
如上所述，根据本发明的高冷加工性·耐腐蚀性·高韧性的铁素体系不锈钢线材，尽管不合有多少高价的Ni，也可以采用与奥氏体系不锈钢钢丝相同的通用的分股退火，从而发挥在大幅度地降低耐腐蚀性·高韧性的产品的制造成本的同时赋予其磁性的效果。
具体实施方式
下面，首先对根据本发明的钢线材和钢丝的成分组成的限定理由进行说明。
C、N用于确保钢的强度而添加0.003％或其以上。另一方面，它们会与Nb结合形成Nb碳化物，添加量超过0.04％时就会生成Cr碳氮化物，从而使耐腐蚀性、冷加工性、韧性劣化。因此将其上限取为0.04％。优选的范围是0.005～0.02％或其以下。
Si用于脱氧而添加0.05％或其以上。但是，如果添加量超过1.0％，冷加工性和韧性就会劣化。因此将其上限限定为1.0％。优选的范围是0.1～0.4％。
Mn用于脱氧而添加0.05％或其以上。但是，如果添加量超过0.5％，耐腐蚀性和冷加工性就会劣化。因此将其上限限定为0.5％。优选的范围是0.1～0.3％。
P会使冷加工性和韧性劣化，所以限定为0.04％或其以下。优选是0.025％或其以下。
S也会使冷加工性和韧性或者耐腐蚀性劣化。所以限定为0.005％或其以下。优选是0.003％或其以下。
Cr用于确保基本的耐腐蚀性而添加10.5％或其以上，但是如果添加量超过18.0％，在线材轧制过程中就难以再结晶，不仅容易发生褶皱缺陷，而且会发生与轧辊的热粘结，使线材表面缺陷多发。因此将其上限限定为18.0％。优选的范围是12.0～17.0％。
Nb形成碳氮化物而固定C，从而抑制Cr的碳氮化物的生成，可以提高耐腐蚀性、韧性(特别是提高焊接部的耐腐蚀性和韧性)。因此添加0.1％或其以上。但是，如果添加超过0.8％就会形成粗大的碳氮化物，因而其冷加工性和韧性反而劣化。因此将其上限限定为0.8％。优选的范围是0.2～0.6％、并且(Nb+Ti)/(C+N)≥10。
Ti与Nb同样形成碳氮化物而固定C，从而抑制Cr的碳氮化物的生成，可以提高耐腐蚀性、韧性。另外，因通过微细的Ti碳氮化物得到微细的铁素体晶粒而确保韧性。因此添加0.01％或其以上。但是，如果添加量超过0.5％就会形成粗大的碳氮化物或氧化物等，相反地不仅冷加工性、韧性而且表面缺陷都会劣化。所以将其上限限定为0.5％。优选的范围是0.01～0.2％。
在这里，由于Nb难以形成粗大的氧化物，所以从表面缺陷的方面来看，与Ti相比更加优选单独添加Nb。
O用于确保韧性，因而限定为0.010％或其以下。优选是0.008％或其以下。
[O]+[S]是粗大夹杂物的生成元素，影响耐腐蚀性、冷加工性和韧性。因此，为了提高耐腐蚀性、冷加工性和韧性，将其限定为0.010％或其以下。优选在0.008％或其以下。在这里，对于低(C+N)系的铁素体系不锈钢，在量产的过程中，为了降低[O]+[S]，优选在例如减压情况下(100Torr或其以下)进行AOD精炼。
[Mn]+[Cr]+[Si]影响表面缺陷，如果其超过18.5％，就会因与热轧轧辊的热粘结特性而多发线材的轧制缺陷。另一方面，如果在18.5％或其以下，其热粘结性就会降低从而表面缺陷也减少。因此将其上限限定为18.5％。优选是17.5％或其以下。
对本发明的权利要求2所述的限定理由进行说明。
Al是为了在进行脱氧的同时由微细的氮化物(AlN)得到微细的铁素体晶粒从而确保韧性而添加的，但是如果添加量超过0.1％，其韧性反而会劣化。因此将其上限限定为0.1％。优选的范围是0.002～0.06％。
V是为了由微细的碳氮化物得到微细的铁素体晶粒从而确保韧性而添加0.03％或其以上的，但是如果添加量超过1.0％，就会生成粗大的V系碳氮化物，其韧性反而会劣化。因此将其上限限定为1.0％。优选是0.03～0.15％的范围。
[Al]×[N]影响韧性，如果超过0.0020就会生成粗大的AlN因而其韧性劣化。另一方面，如果是0.0020或其以下，就可以由微细的AlN的析出而得到微细的铁素体晶粒从而确保韧性。因此，将其上限限定为0.0020。优选是0.0010或其以下。
[V]×[N]影响韧性，如果超过0.016就会生成粗大的V系碳氮化物因而其韧性劣化。另一方面，如果是0.016或其以下，就可以由微细的V系碳氮化物的析出而得到微细的铁素体晶粒从而确保韧性。因此，将其上限限定为0.016。优选是0.010或其以下。
其次，根据本发明的钢线材和钢丝也可以含有B、Ni、Cu、Mo的1种或其以上。
B用于抑制晶界的P偏析、进一步提高冷加工性，根据必要添加0.0003％或其以上。但是，如果添加量超过0.010％，其冷加工性和韧性反而会因为粗大的硼化物而劣化。因此，将其上限限定为0.010％。优选的范围是0.001～0.008％。
Ni、Cu、Mo对于在限制Cr量的添加的同时提高耐腐蚀性是有效的，根据必要添加Ni：1.0％或其以下、Cu：1.0％或其以下、Mo：3.0％或其以下。但是，添加量在其以上时，冷加工性就会劣化。优选为Ni：0.05～0.8％、Cu：0.05～0.8％、Mo：0.1～2.5％。
进而，对本发明的钢线材和钢丝的平均结晶粒度和用于得到它的条件进行说明。
以往，对于铁素体系不锈钢钢丝，由于担心异常的晶粒成长，所以实施850℃或其以下的低温的分批退火或者分股退火。因此，生产率低，制造成本高。本发明的铁素体系不锈钢钢丝的特征在于，通过限制Cr量、除控制Nb、Ti系析出物以外还控制AlN和V系碳氮化物，即使与奥氏体系不锈钢钢丝同样在高温下实施退火，也难以发生异常的晶粒成长。另一方面，在退火温度在850℃或其以下的情况下，再结晶就会不充分，冷加工性也会劣化。相反，如果超过1100℃，铁素体粒径就会粗大化，韧性就会劣化，所以将其上限限定为1100℃。只要优选的范围是950～1050℃的范围，就可以与通用的奥氏体系不锈钢钢丝同样进行退火，从而提高生产率。特别是作为退火工艺，分股退火(光亮退火)最能提高生产率，因而优选。
钢丝的铁素体的平均结晶粒度如果低于5，其韧性就会显著劣化。另一方面，要得到结晶粒度超过9的微细晶粒，退火需要低温·长时间地进行等，生产率就会下降而成本升高。因此，从韧性和成本的观点出发，铁素体的结晶粒度5～9是最佳的范围。优选的范围是结晶粒度6～9。在这里，控制晶粒度的方法为，如上述那样的除了限制Cr的量以外，还限制有AlN、V系碳氮化物(添加适量的Al、V、C、N)并组合超过850℃、1100℃或其以下的分股退火(在炉时间10分钟或其以下)。
对这样得到的钢线材和钢丝的用途进行说明。
以往，在耐腐蚀性优异的紧固件类(螺钉、螺栓、螺母、钉等)、机械锻造部件、钢丝绳类、钢丝网·筛网制品(蛇笼)、扁钢丝中，使用的是以SUS304为中心的奥氏体系不锈钢。
紧固件类、机械锻造部件是通过将线材进行拉丝加工、然后实施分股退火(光亮退火)、然后进行冷锻来制造的。另外，优选紧固件类、机械锻造部件在设置操作时具有磁性。
钢丝绳类是通过以拉丝加工和分股退火(光亮退火)的组合将线材制成细线、然后进行绞线加工来制造的。另外，钢丝绳类优选可以使用磁性传感器作为断裂·脱落的检测装置。
钢丝网·筛网类是通过以拉丝加工和分股退火(光亮退火)的组合将线材制成细线、然后进行钢丝网加工来制造的。另外，钢丝网·筛网类优选在脱落时可以使用磁性传感器。
扁钢丝是通过以拉丝加工和分股退火(光亮退火)的组合将线材制成细线、然后进行扁平轧制来制造的。另外，从处理缺陷的观点出发，扁钢丝优选在处理操作时使用由磁铁实现的自动处理。
由于这些产品的制造工艺很简单，因此想进行在此以上的大幅度的低成本化是很困难的。但是，如果能够由本发明的铁素体系不锈钢线材或者钢丝来制造这些产品，所述的铁素体系不锈钢线材或者钢丝是能够以与奥氏体系不锈钢相同的工艺(特别是分股退火)来制造的，则不仅可以显著地使产品低成本化、而且还可以赋予磁性，特别是经济效果和方便性增大。因此，用途限定在这些产品中。
实施例
下面对本发明的实施例进行说明。
表2、表3表示了本发明的实施例的钢和比较例的钢的化学组成。
Figure A20081010072800131
将这些化学组成的钢，用100kg的真空熔化炉熔化，铸造成Φ180mm的铸坯，将该铸坯热轧成线材直至Φ5.5mm，在1000℃下结束热轧，接着在1000℃下进行3分钟的连续退火，用水冷冷却至室温。而且进行酸洗，调查表面缺陷。然后，进行直至Φ3.85mm的冷拉丝加工。
然后，在1050℃(在奥氏体系不锈钢钢丝中所进行的温度)下进行分股退火(光亮退火、急冷)，调查冷加工性(锻压加工性)、韧性、耐腐蚀性、结晶粒度。将结果示于表4。
表4化学组成的影响
Figure A20081010072800151
下划线：在本发明范围外的例子。
线材的表面缺陷是通过表面观察酸洗后的线材卷来调查的。在无深度0.1mm或其以上的缺陷的情况下，将表面缺陷的评价取为○；在有缺陷的情况下，将表面缺陷的评价取为×。本发明钢的表面缺陷的评价是○。
冷加工性是用双击冷镦机锻压为镦锻率为80～94％的平头形状的销，以头部的极限加工率(极限镦锻率)来评价的。锻压速度是90个/分钟，润滑材料使用的是机油。本发明钢的极限加工率是90％或其以上。
韧性是在加工10根镦锻率为86％的平头形状的销后，由滚轧加工进行螺纹加工，在常温(25℃)下进行JIS B 1055的15°倾斜的头部的韧性试验，根据头部下边是否有折损来判定的。在完全无折损的情况下，将韧性的评价取为○；只要有1根折损，就将韧性的评价取为×。本发明钢的韧性的评价全部是○。
耐腐蚀性是在将钢丝的表层用#500研磨后，根据JIS Z 2371的盐水喷雾试验进行100小时的喷雾试验，由是否生锈来评价的。如果没有生锈和点锈水平，耐腐蚀性为○；在带状锈、完全生锈的情况下，耐腐蚀性的评价为×。本发明钢的耐腐蚀性的评价全部是○。
结晶粒度是将钢丝以纵断面埋入的方式进行研磨，用王水腐蚀，按照JIS G 0552来测定的。以晶粒度等级计，本发明例的结晶粒度在5～9的范围内。
另一方面，比较例No.27～43与本发明相比，耐腐蚀性、韧性、冷加工性和线材表面缺陷的任意一项都比较差。
接下来，为了调查钢丝的分股退火温度对特性(韧性)的影响，对于具有上述的本发明钢E的化学组成的Φ3.85mm的钢丝(拉丝原样)，由700℃至1200℃变化分股退火(光亮退火)的温度。然后以上述方法评价钢丝的结晶粒度、冷加工性和韧性。评价结果如表5所示。
表5分股退火温度的影响
Figure A20081010072800171
下划线：在本发明范围外的例子。
在850～1100℃的范围内进行分股退火的本发明例No.44～47的冷加工性和韧性优异。特别是本发明例No.45、46由于可以在与奥氏体系不锈钢钢丝相同的温度区域(通用性高的温度区域)内进行分股退火，所以生产性优异。另一方面，分股退火低于850℃的比较例No.48、49的再结晶不完全，冷加工性差。相反，分股退火温度超过1100℃的比较例No.50，因结晶粒度低于5而粗大化，所以韧性很差。
接下来，为了确认用途限定的效果，用具有上述的本发明钢E的化学组成的Φ5.5mm的线材(固溶处理结束)和SUS304的Φ5.5mm线材，以上述的通常的制造工序进行加工成为紧固件(螺钉)、钢丝绳、钢丝网、扁钢丝。然后，由前述的方法与SUS304相比较来评价耐腐蚀性。结果示于表6。
表6各用途的耐腐蚀性的评价
 钢种   紧固件(螺钉)   钢丝绳   钢丝网   扁钢丝
 SUS304   ○   ○   ○   ○
 本发明钢B   ○   ○   ○   ○
使用本发明的铁素体系不锈钢，以奥氏体系不锈钢的通用工序制造的上述产品的耐腐蚀性的评价全部是○，完全可以作为SUS304的产品的代替而使用，而且可以赋予磁性，其经济效果比较大。
如以上实施例所表明的那样，显然本发明例具有优势。

Claims (8)

1.一种耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢线材和钢丝，其特征在于，以质量％计，含有C：0.003～0.04％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.05～0.5％、P：0.04％或其以下、S：0.005％或其以下、Cr：15.1～18.0％、O：0.010％或其以下、N：0.003～0.04％，Nb：大于0.2％小于等于0.8％，其余由Fe和实质上不可避免的杂质构成，并且[O]+[S]≤0.010％、[Mn]+[Cr]+[Si]≤18.5％。
2.如权利要求1所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢线材和钢丝，其特征在于，以质量％计，还含有Ti：0.01～0.5％。
3.如权利要求1或2所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢线材和钢丝，其特征在于，以质量％计，还含有Al：0.1％或其以下、V：0.03～1.0％的1种或其以上，而且[Al]×[N]≤0.0020、[V]×[N]≤0.016。
4.如权利要求1～3的任一项所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢线材和钢丝，其特征在于，以质量％计，还含有B：0.0003～0.010％、Ni：1.0％或其以下、Cu：1.0％或其以下、Mo：3.0％或其以下的1种或其以上。
5.如权利要求1～4的任一项所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢线材和钢丝，其特征在于，作为紧固件类或者机械锻造部件来使用。
6.如权利要求1～4的任一项所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢线材和钢丝，其特征在于，作为钢丝绳类或者钢丝网·筛网产品来使用。
7.如权利要求1～4的任一项所述的耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢线材和钢丝，其特征在于，作为扁钢丝来使用。
8.一种耐腐蚀性·冷加工性·韧性优异的具有磁性的不锈钢钢丝的制造方法，其特征在于，通过将具有权利要求1～4的任一项所述的成分组成的线材进行冷拉丝加工，然后在超过850℃、1100℃或其以下的温度范围内实施退火，由此使铁素体的平均结晶粒度成为JIS G 0052规定的粒度编号：5～9。
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