CN101702311A - 钢丝及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种在弦乐器中使用的钢丝(例如钢琴丝)，该钢丝被设计成具有特定的化学组分，其中磷含量的范围为0.015重量百分比至0.050重量百分比，其中形成在表面上的脱碳层的总脱碳层深度被减少到2μm或更小，该总脱碳层深度受到使用日本工业标准JIS G 0588中限定的显微镜方法进行的脱碳深度测量。包括在钢丝化学组分中的其它化学物质优选地被限定在涉及钢琴丝化学组分的标准JIS G 3502中。在制造中，辊轧钢材料在指定的条件下经受拔丝和退火，其中由安装在弦乐器中的钢丝所实现的声音质量的显著改善可以通过采用对化学组分的控制和总脱碳层深度的控制而获得。

Description

钢丝及其制造方法

本申请是雅马哈株式会社于2004年11月26日提交的名称为“钢丝及其制造方法”的申请号为200410095841.1的发明专利申请的分案申请。

本申请要求日本专利申请No.2003-399534的优选权，其内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及使在弦乐器中使用的钢丝，诸如钢琴的钢琴丝，以及该钢丝的制造方法。

背景技术

传统上，在日本工业标准，即JIS G 3522中所规定的诸如钢琴丝的钢丝是使用JIS G 3502中所规定的钢琴丝材料(辊轧钢丝材料)制造的，这种钢丝被用作所谓的琴用钢丝或用于诸如钢琴的弦乐器中的钢丝。

根据日本专利申请公开No.S53-95616，需要提供一种具有相对高拉伸强度以及相对高弹性的弦乐器的琴用钢丝，这种琴用钢丝会对弦乐器的音色质量产生显著的影响。还要求琴用钢丝应该具有整体特性，即它们的剖面应是均匀一致的并且是真正的圆形，并且它们抗腐蚀。

即使琴用钢丝在上述特性上有所发展，但是由传统琴用钢丝所实现的声音质量不够完美，因此已经在弦乐器的声音质量方面做出各种尝试来进一步改善琴用钢丝。

例如，日本专利申请公开No.S63-2524揭示了在模拉后使用矫直辊进行矫直处理的技术。日本专利申请公开No.H10-105155揭示了在钢丝表面上进行电镀从而展现抗腐蚀效果的技术。另外，各种文件公开了通过使用钢丝进一步改善乐器声音质量的方法，同时保持与传统乐器基本上相同的令人满意的性能。例如，日本专利申请公开No.S53-95616揭示了将被音槌打击的琴弦的指定部分制成与琴弦的其它部分相比具有不同的截面积。日本专利申请公开No.S53-95613揭示了用来部分改变围绕钢丝核心(或琴用钢丝)缠绕的绕线的缠绕密度的技术。

如上所述，已经对琴用钢丝做出了各种改进。但是，由于对产生完美声音质量的强烈要求，就需要生产进一步得到改善的琴用钢丝以应对对乐器声音质量进一步改善的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供用于弦乐器的钢丝，该钢丝在声音质量方面得到改善。

本发明的另一目的在于提供一种制造在弦乐器中使用的钢丝的方法。

本发明通过采用两种措施中的至少一个来实现上述目的，即在制造用于乐器中的钢丝(或琴用钢丝)时适当确定钢丝的化学组成和对脱碳层进行适当控制。

在本发明的第一方面，钢丝各含有预定重量百分比的磷，其范围从0.015％至0.050％。通常来说，磷主要存在于钢丝的晶粒界面中。可以认为磷可减少材料的韧性以及辊轧钢丝的可加工性。出于这个原因，关于钢琴丝的日本工业标准JIS G 305限定了磷含量的重量百分比应是0.025％或更少。制造商做出了各种努力尽可能地降低在市场上实际销售的钢琴丝中的磷含量；因此，磷含量被减少到0.015％左右，低于在上述标准中所规定的0.025％的上限数值。

我们，即发明人已经考虑到磷的影响从而对磷含量进行了各种试验，磷存在于钢丝的颗粒边缘中并且可以恶劣地影响通过钢丝传播的声波的阻尼特性。结果，我们发现，具有优于传统公知钢丝的声音质量的极佳声音质量的钢丝可以通过将磷含量的重量百分比控制在0.015％至0.050％之间，优选在0.015％至0.025％之间而生产出来。

优选地是采用除包含在钢丝中的磷以外的诸如在日本工业标准JIS G3502中所规定的涉及到钢琴丝的其它化学组分，其中钢丝优选地包含不同化学物质，即C(即碳，其重量百分比的范围从0.6％至0.95％)，Si(即硅，其重量百分比的范围从0.12％至0.32％)，Mn(即锰，其重量百分比的范围从0.30％至0.90％)，S(即硫，其重量百分比的范围是0.025％或更少)，以及Cu(即铜，其重量百分比的范围是0.20％或更少)。优选地是确定包括磷(P)和上述物质以及铁和不可逆转不纯物的化学组分。特别地，优选的是使用上述标准规定的所谓SWR82A和SWR83A类型的钢。

通常，所述钢丝在辊轧、退火以及拔丝的一系列步骤中进行生产，其中拔丝和退火可以被重复地执行。这里，优选地是所述拔丝是在温度控制下执行的，在该温度控制下，正好在拔丝之后所述钢丝的温度不会增加到高于150℃。随着磷含量的增加，钢丝的可加工性下降了。因此，有可能通过对钢丝温度进行控制从而在执行拔丝的过程中保证令人满意的可加工性，并且保证实际在钢琴中使用的钢丝有令人满意的韧性，由于在拔丝中进行加热，特别是刚好在穿过拔丝模之后通过对钢丝表面温度进行控制，钢丝的韧性趋向于增加。所述钢丝温度控制可以在拔丝过程中直接对所述钢丝进行水冷来实现。

在本发明的第二方面中，钢丝具有脱碳层，借助于使用显微镜方法的所谓脱碳深度测量所测量到的总脱碳层深度是2μm或更小，所述显微镜方法在日本工业标准JIS G 0558中进行了限定。优选地是，在钢丝中基本上没有观察到脱碳层。

我们，即发明人，对不可逆转地存在于传统公知钢丝表面上的脱碳层非常注意，其中我们发现，声音质量可以通过对脱碳层的厚度进行控制而改善。即琴用钢丝是由标准JIS G 3502所限定的辊轧钢丝材料制成，并且重复经受包括拔丝和退火的热处理，因此有可能生产出具有令人满意韧性和规定直径的琴用钢丝。即热辊轧通常在大约1000℃的规定温度下的气氛中进行，其中具有相对低碳浓度的脱碳层以大约50μm至100μm的一定厚度不可逆转地形成在辊轧钢丝材料的表面上。所述脱碳层在其它步骤中不会消失，诸如退火和拔丝步骤；因此，它们以一定厚度或者大约5μm的深度保留在钢丝的表面上，它们是最终产品。钢丝包括主要存在于金属结构的渗碳体部分中的碳颗粒，其中铁素体基本上没有包括替换地以分层形式存在的碳和渗碳体(即Fe₃C，其是碳和铁的化合物)。我们发现，所述脱碳层具有少量的渗碳体并且在声波阻尼特性方面不同于其它存在于相同剖面区域中的非碳部分，因此严重地影响声音质量。可以说，当总脱碳层深度超过2μm时，声音质量的改善会降低。

用于上述钢丝的制造方法包括用来在辊轧钢丝材料上执行拔丝以及退火的第一步骤，以及用来将存在于辊轧钢丝材料表面上的脱碳层除去的第二步骤。由于所述钢丝以一系列的步骤进行生产，即辊轧、退火和拔丝，所以脱碳层可以在辊轧之后的任何步骤中被去除。另外，有可能重复执行拔丝和退火。脱碳层不需使用特定的设备或装置去除，其中优选地是通过剥离将它们去除，这一步骤可以使用剥离模轻松地实现。

磷含量的所述限制和脱碳层的去除其中之一可单独对声音的改善有贡献。当然，通过将它们相结合有可能实现声音质量的进一步改善。

如上所述，本发明保证通过对在弦乐器中使用的钢丝采用下面两种措施中的一种，可以实现极佳的声音质量：

(1)将钢丝中的磷含量限制在规定的重量百分比范围内。

(2)在规定的尺寸范围内减少总脱碳层深度。

因此，本发明可以提供一种用简单方法制成的钢丝，从而在弦乐器中实现高的声音质量。

具体实施方式

本发明将会通过结合附图的示例方式进行详细说明。

具有表格1所示化学组分的辊轧丝材料(对各种采样限定指定化学物质的重量百分比)被用作供应材料，其中“对比钢1(即钢1)”，对应于标准JIS G 3520中所限定的钢琴丝材料SWRS82A。在表格1中，“示例1”和“示例2”在磷含量方面被包含在日本工业标准(JIS)中，其中示例1在磷含量方面被增加到0.017重量百分比，而示例2被增加到0.022重量百分比。另外，“示例3”在磷含量方面进一步增加超过了JIS所限定的范围，达到0.046重量百分比。而且，“对比钢2(即钢2)”在磷含量方面进一步增加到0.058重量百分比。根据钢琴丝材料SWRS82A的化学组分，其它化学物质(不同于磷)在含量中有所限定，其中示出在表格1中的每一种供应材料大致上包含相同数量的其它化学材料，铁也保留在其中。

表格1

	C	Si	Mn	P	S	Cu
							SWRS82A	0.80-0.85	0.12-0.32	0.30-0.60	0.025或更少	0.025或更少	0.20或更少
钢1	0.81	0.22	0.45	0.012	0.011	0.02
							示例1	0.82	0.20	0.47	0.017	0.012	0.03
示例2	0.81	0.18	0.46	0.022	0.011	0.03
							示例3	0.82	0.21	0.47	0.046	0.013	0.02
钢2	0.83	0.20	0.46	0.055	0.012	0.02

根据下列步骤使用所述辊轧钢丝材料产生出具有1.0mm直径的钢丝。

(a)提供辊轧钢丝材料(其直径是8.0mm)。

(b)使用一片模执行拔丝，因此在拔丝后实现7.2mm的直径。

(c)必要时进行剥离。

(d)在900℃的加热温度以及在550℃的等温转变温度下执行退火。

(e)使用七片模执行拔丝，因此在拔丝后实现3.3mm的直径。

(f)在900℃的加热温度以及在550℃的等温转变温度下执行退火。

(g)使用十片模执行拔丝，因此在拔丝后实现1.0mm的直径。

在上面，所述拔丝通过直接使钢丝材料水冷而实现，这样使所述钢丝温度在拔丝之后受控不会超过150℃。另外，相对于示出在表格2中所选择的示例在必要时执行剥离，其中剥离量(即，通过剥离去除的表面的深度)在一侧中被设定为70微米或100微米，即所述剥离直径被设定到140微米或200微米。这里，总脱碳层深度通过在JIS G 0558中所定义的显微镜方法进行测量，其中，术语“脱碳层”限定为由于施加于其上的热加工或者热处理而使表面的碳浓度减小的钢的规定部分，术语“总脱碳层深度”限定为所测得的脱碳层表面与一指定位置之间的距离，在所述指定位置，在脱碳层与其基底之间基本不能观察到化学或者物理性质。这一标准还限定了使用显微镜方法进行脱碳层深度测量的下述三个步骤：

(a)对垂直于测试材料的表面切割的平面进行抛光，从而形成测量表面，其中必需非常注意切割或抛光，测量表面的末端将不是圆整的。

(b)根据要测试的钢的类型，使用适合的腐蚀方法对测量表面进行腐蚀，其中使用显微镜来测量铁素体、珠光体和碳化物的面积比率，从而检测脱碳状态并且估计总脱碳层深度。

(c)如上所述，放大系数从“100”至“500”，其中利用具有读取刻度的眼镜来测量总脱碳层深度。

表格2示出总共涉及12个示样的剥离的开/关，剥离量以及脱碳层深度。

表格2

示样	供应的辊轧钢材料	剥离的开/关	剥离量	总脱碳层深度
					对比示例1	钢1	关	-	5.0μm
实施例1	钢1	开	70μm	2.0μm
					实施例2	钢1	开	100μm	无
实施例3	示例1	关	-	4.5μm
					实施例4	示例1	开	70μm	1.5μm

示样	供应的辊轧钢材料	剥离的开/关	剥离量	总脱碳层深度
					实施例5	示例1	开	100μm	无
实施例6	示例2	关	-	5.0μm
					实施例7	示例2	开	70μm	2.0μm
实施例8	示例2	开	100μm	无
					实施例9	示例3	关	-	4.5μm
实施例10	示例3	开	100μm	无
					对比示例2	钢2	关	-	4.5μm

所述的12个示样被实际安装在钢琴中，在50个听众面前弹秦它们从而与对比示例1相比较来判断这些示样的声音质量(或音色)，其中评估是通过计算听众‘A’的数量和听众‘B’的数量来进行的，听众‘A’感觉指定的示样在声音质量上要优于对比示例1，听众‘B’感觉指定的示样在声音质量上比对比示例1差。

表格3示出了判断的结果，所有的实施例1-10实现了显著的声音质量的改善，其中感觉指定示样在声音质量上优于对比示例1的听众‘A’的数量要比感觉指定示样在声音质量上比对比示例2差的听众‘B’的数量多出10个或更多。

表格3

示样	A	B	A-B
				对比示例1	-	-	-
实施例1	14	2	12
				实施例2	27	0	27
实施例3	24	0	24
				实施例4	42	0	42
实施例5	50	0	50
				实施例6	28	0	28
实施例7	44	0	44

示样	A	B	A-B
				实施例8	50	0	50
实施例9	16	1	15
				实施例10	41	0	41
对比示例2	5	4	1

对于磷含量，表格3清楚地示出了通过将对比示例1和对比示例2与实施例3、实施例6和实施例9进行比较，本发明示样提供了在声音质量上的改善，其中的磷含量在0.015重量百分比至0.050重量百分比的范围内。特别的是，因为感觉在声音质量上优于对比示例1的听众‘A’的数量超过了20个，所以所述指定示样提供了显著的声音质量上的改善，其中磷的含量在0.015重量百分比至0.025重量百分比的范围内。

对于脱碳层深度，通过在对比示例1和实施例1-2之间进行比较、以及在对比示例1和实施例3、4、5之间进行比较，可以说，相对多数量的听众感觉在其中通过执行70μm的剥离将总脱碳层深度减少到2μm或更少的指定示样在声音质量上要优于其它没有执行剥离的示样。特别的是，大量听众感觉在其中执行了100μm剥离从而基本上没有脱碳层被识别到的示样提供了好的声音质量。

对于在执行了磷含量控制和总脱碳层深度控制的实施例4、5、7、8和10，40或更多的听众感觉到它们提供了好的声音质量。也就是说，通过采用上述措施声音质量可以被有效地改善。特别的是，所有50个听众感觉实施例5和8提供了好的声音质量，在这些实施例中磷含量被控制在0.015重量百分比至0.025重量百分比的范围内，从而基本上没有观察到脱碳层。也就是说，通过将控制磷含量在所述范围内与控制总脱碳层深度相结合，声音质量可以得到改善。

最后需要强调的是，在本发明中所限定的钢丝可以优选地应用到诸如钢琴的弦乐器中。

因为本发明可以通过不背离本发明精神或实质特点的几种形式进行实施，所以所述的实施例是示例性的并且没有限制，由于本发明的范围由所附的权利要求限定而不是由前述的说明限定，因此所有落入权利要求范围内或该范围的等同物内的改变将由权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种用于制造在弦乐器中使用的钢丝的方法，包括以下步骤：

对辊轧钢丝材料进行拔丝和退火；以及

去除存在于辊轧钢丝材料表面上的脱碳层。

2.根据权利要求1所述的用于制造在弦乐器中使用的钢丝的方法，其中，所述辊轧钢丝材料的磷含量的范围为0.015重量百分比至0.050重量百分比。