CN101341270A - 高延性的高碳钢线材 - Google Patents

Abstract

本发明提供在拔丝加工中断线少的用于钢丝帘线等的高延性的高碳钢线材，本发明的高延性的高碳钢线材，是通过热轧而制造的碳含量为0.7％以上的高碳钢线材，其95％以上由珠光体组织构成，热轧线材的中心部的珠光体的珠光体块粒径最大值为65μm以下。本发明所涉及的高延性的高碳钢线材，其抗拉强度在{248+980×(C质量％)}±40MPa的范围，并且断面收缩率值为{72.8－40×(C质量％)}％以上。本发明所涉及的高延性的高碳钢线材，其特征在于，热轧线材中心部的由采用EBSP装置测定的9度以上的取向差构成的铁素体晶界所构成的珠光体块粒径的平均值为10μm～30μm。

Description

高延性的高碳钢线材

技术领域

本发明涉及主要的组织含有珠光体的热轧后的高延性的高碳钢线材。更详细地讲，涉及JIS标准中的钢琴线或高碳钢线，涉及最终制品的钢线的线径为0.1～2mm左右的细径线，例如钢丝帘线、线锯、软管钢线、以及细径钢缆等所使用的高碳钢的热轧线材。

背景技术

轮胎、传送带、耐压软管等橡胶制品的增强所用的钢丝帘线等的增强线由高碳钢线材制造。这些高碳钢线材通过热轧而制造，然后经去氧化皮后，进行成为载体涂覆(Carrier coat)的硼砂处理或磷化处理之后，根据需要采用中间铅浴淬火处理，加工成线径0.8～1.2mm的钢线。再有，在本发明中，将热轧材记载为线材，将通过其后的加工而制作的比热轧材细的直径的钢材记载为钢线从而进行区别。

这些钢线进行铅浴淬火处理后，在用于钢丝帘线的场合实施黄铜镀覆，再进行拔丝加工，加工成直径为0.15～0.35mm的钢线，进而进行捻丝加工，并埋入橡胶中而使用。为了提高这样的二次加工工序中二次加工的加工性、和提高拔丝用拉模的耐磨性等，正在进行更进一步的研究。

例如，在特开平3-60900号公报中曾经公开了一种线材，其C含量为0.59～0.86％，抗拉强度为87.5×C当量+27±2(kg/mm²)(C当量＝C+Mn/5)，且在500倍显微镜下测定线材组织中所占的粗大的珠光体，占有面积调整为-60×C当量+69.5±3(％)。该线材是以拔丝模的寿命优异为目的的，通过规定抗拉强度，并且将粗大珠光体组织的体积分率调整为一定范围，来提高拉模寿命。在该专利文献1中着眼于粗大珠光体组织，以提高拔丝模的寿命为目标，但丝毫没有公开本发明作为目标的与直接拔丝后的断丝原因的关系。

特开2000-6810号公报曾经公开一种拔丝加工性优异的高碳钢线材，其中，90％以上的组织为珠光体组织，而且珠光体的平均层间距为0.1～0.4μm，平均群体粒径为150μm以下。通过一般的热轧而得到的群体粒径小于150μm，另外，即使调整到150μm以下所得到的延性也不恒定，实际状况是不一定能够得到断丝的改善。

在日本专利第3681712号公报中曾经公开一种拔丝性优异的高碳钢线材，其中，95％以上的线材组织为珠光体组织，而且珠光体的平均球粒的径(P)为30μm以下，平均层间距(S)为100nm以上，并且，P以μm表示、S以nm表示时，F式 $(F=350.3/\sqrt{S}+130.3/\sqrt{P}-51.7)$ 在F＞0的范围。该专利文献3所述的发明，是通过在热轧中的斯太尔摩(Stelmor；盘条轧制控制冷却)冷却中采用等温保持的冷却工序，来调整层间距和球粒尺寸的。在通常的斯太尔摩冷却中，由于成为连续冷却，因此层间距值的范围大、球粒尺寸值的范围也大。在这种场合，无论如何地减小平均值，都不能得到良好的可加工性，相反存在伴有内部缺陷的问题。另外，虽然通过改变线材轧制后的冷却条件，按上述F式所记载的范围进行组织调整，由此可以得到高速拔丝加工性，但是为了将组织调整为上述F式的范围，需要一般难以采用的特殊的热处理，存在上述这一问题。

发明内容

近年来，从提高二次加工的经济性的观点出发，要求开发：在拔丝加工中难以发生内部缺陷的线材或者即使在一次拔丝中进行加工量较大的加工也不会增加其后的断线的线材。

因此，本发明涉及钢丝帘线、传送带、橡胶软管用钢线、钢缆用钢线等的细拔丝用途所使用的钢琴线、和硬钢线材等所使用的高碳钢线材，提供热轧后的拔丝加工性优异、拔丝加工时难以发生内部缺陷、可省略中间铅浴淬火处理的高延性的高碳钢线材。

本发明者们对于即使省略中间铅浴淬火处理也不影响其后的二次加工性的热轧线材的珠光体组织进行反复潜心研究，从而完成了本发明。本发明的要旨如下。

(1)一种高延性的高碳钢线材，是碳含量为0.7质量％以上的高碳钢线材，其特征在于，该线材的金属组织含有95％以上的珠光体组织，并且该线材的与轴向垂直的断面的中心部的珠光体的珠光体块粒径最大值为65μm以下。

(2)根据(1)所述的高延性的高碳钢线材，其特征在于，上述线材的抗拉强度在{248+980×(C质量％)}±40MPa的范围，并且断面收缩率值为{72.8-40×(C质量％)}％以上。

(3)根据(1)或(2)所述的高延性的高碳钢线材，其特征在于，上述线材的与轴向垂直的断面的珠光体的中心部的珠光体块粒径平均值为10μm～30μm。

(4)根据(1)～(3)的任一项所述的高延性的高碳钢线材，其特征在于，上述线材的金属组织中含有体积分率为2％以下的先共析铁素体。

(5)根据(1)～(4)的任一项所述的高延性的高碳钢线材，其特征在于，上述线材的成分按质量％计含有C：0.7～1.1％、Si：0.1～1.0％、Mn：0.1～1.0％、P：0.02％以下、S：0.02％以下，其余量由Fe以及不可避免的杂质组成。

(6)根据(5)所述的高延性的高碳钢线材，其特征在于，上述线材的成分按质量％计，还含有Cr：0.05～1.0％、Mo：0.05～1.0％、Cu：0.05～1.0％、Ni：0.05～1.0％、V：0.001～0.1％、Nb：0.001～0.1％、Ti：0.005～0.1％、B：0.0005～0.006％、O：18～30ppm、N：0～40ppm之中的1种或2种。

附图说明

图1是表示进行一般的斯太尔摩处理的场合在拔丝中发生的裂纹(a)与珠光体块粒径(b)的对应关系的图。

图2是表示轧制线材的从表层至中心的珠光体块粒径的变化的图。

具体实施方式

本发明者们发现，由线材不经中间铅浴淬火处理，加工到进行最终铅浴淬火处理的线径的场合，当加工量增加时，即使钢材的延性一时不降低的场合，内部也发生缺陷，在其后的铅浴淬火处理和其后的拔丝加工中助长缺陷，有时甚至断线。

在一次拔丝加工中进行苛刻的加工(加工量按真应变计为2以上)的场合，为了不影响其后的铅浴淬火处理以后的工序，在一次拔丝工序中需要进行线材的组织调整以使得极力不发生内部缺陷，同时进行不易发生缺陷的一次拔丝。

因此，本发明者们对一次拔丝后的内部缺陷部位进行观察，从机械性质、加工条件、线材组织的很多因素复杂地影响的状态之中发现，作为容易发生内部缺陷的组织特征，是线材中心部的珠光体组织的采用EBSP(电子背散射衍射；Electron Back Scatter Pattern)装置测定的珠光体块粒径大。这在采用一般的光学显微镜测定的方法中不能准确地测定珠光体块粒径，因此不能判定损害加工性的组织状态。所以，珠光体块粒径的测定需要使用EBSP装置。

珠光体块粒径的测定，是使用在日立公司制的热电子型的FE-SEM(S4300SE)中组合TSL公司制的EBSP装置而成的装置进行测定。珠光体块的定义，作为高桥等人在“日本金属学会志”42卷(1978)p702中所述的铁素体的结晶取向相等的区域，利用EBSP装置求得。采用光学显微镜观察的组织或通过SEM观察得到的二次电子像中，测定极为困难，因此从由可以得到铁素体的结晶取向图的EBSP装置测定的结果求出珠光体块粒径。另外，珠光体钢中的铁素体晶粒，与低碳钢的铁素体单相的场合不同，即使是铅浴淬火材料，也存在无数的小倾角的边界。

因此，调查了适度的阈角以使得作为一般的晶界可以识别的为15度以上的取向差的晶界大致达到90％以上，其结果，在为使用由9度以上构成的边界得到的晶界的场合，可以得到最佳的结果。因此，将由具有9度以上的取向差的边界构成的单元作为珠光体块粒。

本发明者们潜心调查了珠光体块粒径的控制方法的结果发现，在通过氧含量的调整和轧制后的精轧温度的调整，从而将精轧出料侧的γ粒径整齐化的状态下进行斯太尔摩冷却，可以防止粗大的珠光体块的出现。在γ晶粒为混合粒径的晶粒的场合，在γ粒径小的部分中容易引起珠光体相变，珠光体相变核不均匀地存在，因此珠光体块容易生长，粒径变大。

为了减小精轧后的γ粒径，钢材中的氧含量需至少为18ppm以上，优选为20ppm以上的氧含量。另一方面，当氧含量增加时，夹杂物量增加，产生粗大的夹杂物，由此延性降低，因此将上限值确定为30ppm。

在采用通常的连续冷却的场合，珠光体块粒径在从线材的表层到中心之间发生变化，如图2所示，进行一般的斯太尔摩处理的场合，离开中心的位置的珠光体块粒径也变化。再有，在图2中，珠光体块粒径是在8个部位测定的各自的情形下的平均值。即使平均值相同，在中心部存在的珠光体块粒径大大不同，因此在连续冷却的场合，探索以何为基准进行控制方可。本发明者们发现，中心的珠光体块粒径大的部分，珠光体层也变得粗大，该粗大的珠光体部成为拔丝加工中的破坏的起点。因此，为了在一次拔丝后不残留缺陷，需要珠光体块粒径的最大值调整为65μm以下。调查珠光体块粒径与最终拔丝中的断线指数的关系的结果判明，在中心部的珠光体块粒径为65μm以下的场合，拔丝加工性提高，可降低在其后的拔丝工序中的断线。

其次，叙述规定珠光体块粒径的平均值的理由。被测定的珠光体块粒径，由于采用连续冷却，因此珠光体块粒为混合粒径的晶粒，在该混合粒径的晶粒状态下即使将平均的珠光体块粒径单纯平均化，由于小的珠光体块多数地存在，因此值过小，不能反映断线特性。因此，采用混合粒径的晶粒为前提的粒集团的平均粒径的求法，即Johnson-Saltykov的测定方法(参阅“计量形态学”内田老鹤圃新社，S47.7.30发行，原著：R.T.DeHoff.F.N.Rbiness.P189)，得到的珠光体块粒径的平均值，按线材表层、1/4厚度部、中心部(1/2厚度部)的各自的情形下各8个部位合计24个部位的平均而求得。

所得到的平均值为10μm以下的场合，难以将珠光体组织调整为95％以上，珠光体组织中铁素体的体积分率增高至2％以上。因此，平均粒径需为10μm以上。另外，当平均值超过30μm时，在连续冷却的场合，含有粗大的晶粒的几率极高，因此需要调整为30μm以下。

当抗拉强度小于{248+980×(C质量％)}-40MPa时，珠光体组织层间距过大，不能得到良好的可加工性，因此抗拉强度需调整为{248+980×(C质量％)}-40MPa或以上。另外，当抗拉强度超过{248+980×(C质量％)}+40MPa时，加工硬化加大，拔丝加工后的强度升高，延性下降，因此需要调整为{248+980×(C质量％)}+40MPa或以下。

进而，断面收缩率值优选调整为{72.8-40×(C质量％)}％以上。在断面收缩率值不足40％的场合，拔丝加工时容易发生内部缺陷。另外，为了抑制断面收缩率值小于40％的情况，将进行斯太尔摩冷却而得到的线材内部观察到的先共析铁素体的体积率调整为2％以下。在其超过2％的场合，先共析铁素体容易成为拔丝加工时的内部缺陷的起点，或者容易成为拉伸试验中的内部缺陷的起点，因此将先共析铁素体调整为2％以下。先共析铁素体成为问题的是碳含量小于0.85质量％的区域，在碳含量为0.85质量％以上的区域，由于C量多，因此一般地先共析铁素体可调整到2％以下。

以下，说明本发明的高碳钢线材的钢成分的限定理由，成分全部为质量％。

C是对强化有效的元素，为了得到高强度的钢线，C含量需为0.7％以上，但C含量过高时，容易析出先共析渗碳体，延性容易下降，因此，其上限确定为1.1质量％。

Si是钢脱氧所需的元素，因此其含量太少时脱氧效果不充分，因此添加0.1％以上。另外，Si固溶在热处理后形成的珠光体中的铁素体相内，提高铅浴淬火后的强度，但另一方面，损害热处理性，因此确定为1.0％以下。

P容易形成偏析，偏析部分的P富集，固溶于铁素体中，使加工性降低，因此调整为0.02％以下。

S在大量含有时，大量地形成MnS，使钢的延性降低，因此调整为0.02％以下。

Mn，为了确保钢的淬透性，添加0.1％以上的Mn。但是，添加大量的Mn时，会过于延长铅浴淬火时的相变时间，因此确定为1.0％以下。

Cr，为了提高钢的强度而添加。在添加的场合，添加可发挥其效果的0.05％以上，并确定为不引起钢线延性下降的1.0％以下。

Mo，为了提高钢的强度而添加。在添加的场合，添加可发挥其效果的0.05％以上，并确定为不引起钢线延性下降的1.0％以下。

Cu，为了提高耐蚀性、腐蚀疲劳特性而添加。在添加的场合，可添加出现其添加效果的0.05％。但是，当大量添加时，在热轧时容易发生脆化，因此其上限确定为1.0％。

Ni具有提高钢的强度的效果。在添加的场合，添加出现其添加效果的0.05％以上。但是，当添加量过多时，延性下降，因此确定为1.0％以下。

V具有提高钢的强度的效果。在添加的场合，添加出现其添加效果的0.001％以上。但是，当添加量过多时，延性下降，因此上限确定为0.1％。

Nb具有提高钢的强度的效果。在添加的场合，添加出现其添加效果的0.001％以上。但是，当添加量过多时，延性下降，因此上限确定为0.1％。

B在奥氏体化时具有使奥氏体粒径变细的效果。由此提高断面收缩率等延性。因此，在添加的场合，添加出现其效果的0.0005％以上。但是，当添加量超过0.006％时，通过热处理而进行相变时的相变时间过长，因此其上限确定为0.006％。

再者，作为获得本发明的高延性的高碳钢线材的制造方法，优选：在含有上述的成分组成的钢坯的热轧中，在热精加工温度为800℃～1050℃的条件下进行热轧，接着在10秒以内在800～830℃下进行卷取后，进行斯太尔摩冷却、或者浸渍在500～570℃的熔融盐中的直接铅浴淬火处理。

实施例

表1表示试制时使用的供试钢的化学成分。No.1～No.18按照本发明调整了钢的成分。No.19、No.20是用于比较的钢。比较钢19是氧含量比本发明钢的少的钢，比较钢20的氧含量为比本发明钢的氧含量多的水平。

在实际炉中熔炼这些钢并使得成为表1所示的成分的钢，通过连续铸造而制造出断面尺寸为500×300mm的大钢坯。然后进行再加热，采用初轧工序制成122mm见方的钢坯。然后再次加热到γ区，通过热轧制成为5.5mm直径的线材，精轧后用10秒将卷取温度调整至850～900℃，连续地进行分割成4个区段的斯太尔摩冷却。线材的制造条件示于表2。另外，示出了采用表2所示的制造条件得到的线材的机械性质以及珠光体块所测定出的最大值及平均值。

表2的No.1、No.2、No.6～No.21是按照本发明而制造的，No.3～No.5、No.22、No.23是为了比较而制造的。

在表2中，为了观察一次拔丝性，将拉模主偏角规定为20度，进行从5.5mm直径拉拔至1.0mm直径的拔丝加工，将没有断线、和进行在各道次下的拉伸试验没有异常的情形用“○”表示。另外，从5.5mm直径拔丝加工至1.56mm直径后，进行镀黄铜，并从1.56mm直径加工成0.2mm直径，在0.2mm直径下进行重量为100kg以上的量的拔丝加工，求出断线指数。该断线指数良好的情形用“○”表示。

本发明的No.1、No.2、No.6～No.21，其一次拔丝性、二次拔丝性均显示出良好的结果。

比较钢No.3，由于精加工温度高，因此珠光体块的最大值超过65μm，一次拔丝性和二次拔丝性均为不良的结果。

比较钢No.4由于卷取温度高，因此珠光体块的最大值超过65μm，一次拔丝性和二次拔丝性均为不良的结果。

比较钢No.5，为减缓了斯太尔摩冷却中的风量的水准，因此是TS低于本发明的情况。即使这样，一次拔丝性和二次拔丝性也为不良的结果。

比较钢No.22，是钢成分中的氧含量低于本发明的情况，在这种场合下，中心部的珠光体块的最大值比本发明的大。

比较钢No.23，是钢成分中的氧含量高于本发明的情况，在这种场合下，中心部的珠光体块的最大值与本发明的相同，但由于氧含量高、夹杂物总量多，因此二次拔丝性降低。

工业实用性

根据本发明，可制造比以往的高碳钢线材更优异的高疲劳强度的极细线，橡胶制品的轻量化和高寿命化成为可能。

本发明中表示数值范围的“以上”和“以下”均包括本数。

Claims (6)

1.一种高延性的高碳钢线材，是碳含量为0.7质量％以上的高碳钢线材，其特征在于，该线材的金属组织含有95％以上的珠光体组织，并且该线材的与轴向垂直的断面的中心部的珠光体的珠光体块粒径最大值为65μm以下。

2.根据权利要求1所述的高延性的高碳钢线材，其特征在于，上述线材的抗拉强度在{248+980×(C质量％)}±40MPa的范围，并且断面收缩率值为{72.8-40×(C质量％)}％以上。

3.根据权利要求1或2所述的高延性的高碳钢线材，其特征在于，上述线材的与轴向垂直的断面的珠光体的中心部的珠光体块粒径平均值为10μm～30μm。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的高延性的高碳钢线材，其特征在于，上述线材的金属组织中含有体积分率为2％以下的先共析铁素体。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的高延性的高碳钢线材，其特征在于，上述线材按质量％计含有C：0.7～1.1％、Si：0.1～1.0％、Mn：0.1～1.0％、P：0.02％以下、S：0.02％以下，其余量由Fe以及不可避免的杂质组成。

6.根据权利要求5所述的高延性的高碳钢线材，其特征在于，上述线材按质量％计，还含有Cr：0.05～1.0％、Mo：0.05～1.0％、Cu：0.05～1.0％、Ni：0.05～1.0％、V：0.001～0.1％、Nb：0.001～0.1％、Ti：0.005～0.1％、B：0.0005～0.006％、O：18～30ppm、N：0～40ppm之中的1种或2种。

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