CN1043062C - 疲劳性能优良的高强度钢线材及高强度钢丝 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强度钢线材和疲劳性能优良的高强度钢丝，它们用于高强度与高延伸性的高级优质钢丝以及高强度的钢丝等；该高级优质钢丝用于钢丝帘线、钢带以及钢筋橡皮与有机材料如轮胎、皮带和软管；该钢丝用于钢丝绳和PC(预应力混凝土)钢丝。本发明钢包含(按质量%)0.7～1.1%的C0.1～1.5%的Si、0.1～1.5%的Mn、不大于0.02%的P、不大于0.02%的S，其它是Fe和不可避免的杂质，它含有的不少于80%的非金属夹杂物包含4～60%的CaO+MnO、22～87%的SiO2和0～46%的Al2O3，它的熔点不高于1,500℃。

Description

疲劳性能优良的高强度钢线材及高强度钢丝
本发明涉及一种高强度钢线材(Wire rod)及疲劳性能优良的高强度钢丝，它们用于高强度与高可延伸性的高级优质钢丝以及高强度的钢丝等；该高级优质钢丝用于钢丝帘线(Steel cord)、钢丝带和钢筋橡皮与有机材料如轮胎、皮带及软管；该钢丝用于钢丝绳和PC(预应力混凝土)钢丝。
一般任选地通过热轧钢材、受控冷却热轧钢材给出具有4.0～5.5mm直径的线材、初拔线材、最终韧化处理钢丝、用黄铜镀敷钢丝、最后湿拔钢丝等工序来生产用于钢丝帘线的高碳钢拉拔高级优质钢丝。在很多情况下，这种高级优质钢丝是多股的，例如，2股帘线或5股帘线，它们用作钢丝帘线。要求这些钢丝具有下述性能：
a.高强度。
b.高速时的优良拉拔性，
c.优良的疲劳性能，和
d.优良的高速绞合特性。
因此，根据该要求已经在研制高质量的钢材。
例如，日本待审的专利公报(公开)No.60-204865公开了一种用于钢丝帘线的高级优质钢丝和高碳钢线材的生产方法，通过调整使Mn含量低于0.3％，以在铅淬火和控制C、Si和Mn元素含量后防止形成过冷组织，而使该钢丝帘线显示出绞合时断裂少、高强度和高延伸性。此外，日本待审的专利公报(公开)No.63-24046公开了一种利用铅淬火钢丝制成的用于高韧性和高延伸性的高级优质钢丝的钢线材，该铅淬火钢丝通过调整使Si含量至少为1.00％两具有钢丝拉拔的高抗拉强度(低加工比时)。
另一方面，作为对这些性能产生有害影响的因素中的一种，可以提及氧化物类型的非金属夹杂物。
在氧化物类型的夹杂物中，具有单一组成和Al2O3、SiO2、CaO、TiO2和MgO的夹杂物通常是极为坚硬和无塑性的。因此，提高钢水纯度并使氧化物型夹杂物易熔化和软化，对于生产拉拔性优良的高碳钢线材是必要的。
如上所述作为提高钢的纯净度并使无塑性的夹杂物软化的方法，日本已经审定的专利公报(公告)No.57-22969公开了一种生产用于具有良好拉拔性的高碳钢丝条钢的方法，日本待审的专利公报(公开)No.55-24961公开了一种生产高级优质钢丝的方法。这些技术的主要内容是控制Al2O2-SiO2-MnO三元体系的氧化物型非金属夹杂物的组成。
另一方面，日本待审的专利公报(公开)No.50-71507建议通过使钢丝的非金属夹杂物位于Al2O3、SiO2和MnO三元相图中的锰铝榴矿区域内来提高钢丝的拉拔性。此外，日本待审的专利公报(公开)No.50-81907公开了一种通过控制向钢水添加的铝量以减少有害夹杂物，来提高钢丝的拉拔性。
此时，关于生产无塑性夹杂物指数不大于20的钢丝帘线，日本已经审定的专利公报(公告)No.57-35243建议了一种使夹杂物软化的方法，该方法包括以下步骤：在完全控制Al的情况下，将含CaO的助熔剂连同载气(惰性气体)吹入盛钢桶的钢水中、使钢水预脱氧和吹入含合金的一种或至少两种选自Ca、Mg和REM的物质。
然而，甚至要求具有更高强度、更高延伸性和更高疲劳强度的钢丝。
为了提供一种普通钢丝无法达到的高强度、高延伸性和优良疲劳性能的钢线材和钢丝而提出了本发明。
本发明的要点如下：
(1)一种高强度的热轧钢线材，它包含(按质量％)0.7～1.1％的C、0.1～1.5％的Si、0.1～1.5％的Mn、不大于0.02％的P、不大于0.02％的S，其余是Fe和不可避免的杂质，它含有的至少80％的非金属夹杂物包含4～60％的CaO+MnO、22～87％的SiO2和0～46％的Al2O3，它的熔点不高于1500℃。
(2)一种高强度的热轧钢线材，它包含(按质量％)0.7～1.1％C、0.1～1.5％的Si、0.1～1.5％的Mn不大于0.02％的P、不大于0.02％的S、不大于0.3％的Cr不大于1.0％的Ni、不大于0.8％的Cu，其余是Fe和不可避免的杂质，它含有的至少80％的非金属夹杂物包含4～60％的CaO+MnO、22～87％的SiO2和0～46％的Al2O3，它的熔点不高于1500℃。
(3)根据(1)或(2)的高强度热轧钢线材，其中该线材的组织包含至少95％的珠光体组织。
(4)根据(1)或(2)的高强度热轧钢线材，其中该线材的组织包含至少70％的贝氏体组织。
(5)根据(1)～(4)任一项的高强度热轧钢线材，其中该线材具有不小于261+1,010×(C质量％)-140MPa和不大于261+1,010×(C质量％)+240MPa的抗拉强度。
(6)一种疲劳性能优良的高强度钢丝，它包含(按质量％)0.7～1.1％的C、0.1～1.5％的Si、0.1～1.5％的Mn不大于0.02％的P、不大于0.02％的S，其余是Fe和不可避免的杂质，它含有的不少于80％的非金属夹质物包含4～60％的Cao+MnO、22～87％的SiO2和0～46％的Al2O3，它的熔点不高于1,500℃，至少70％的非金属夹杂物具有至少为10的纵横比。
(7)一种高强度的钢丝，它包含(按质量％)0.7～1.1％的C、0.1～1.5％的Si、0.1～1.5％的Mn、不大于0.02％的P、不大于0.02％的S、不大于0.3％的Cr、不大于1.0％的Ni、不大于0.8％的Cu，其余是Fe和不可避免的杂质，它含有的至少80％的非金属夹杂物含4～60％的CaO+MnO、22～87％的SiO2和0～46％的Al2O3，它的熔点不高于1,500℃，至少70％的该夹杂物具有至少为10的纵横比。
(8)根据(6)和(7)的疲劳性能优良的高强度钢丝，其中该钢丝的组织包含至少95％的珠光体组织。
(9)根据(6)或(7)的疲劳性能优良的高强度钢丝，其中该钢丝的组织包含至少70％的贝氏体组织。
图1是表示具有纵横比至少为10的非金属夹杂物的比例与钢丝疲劳性能之间相互关系的曲线。
图2是表示热轧钢线材中非金属夹杂物形态与拉拔钢丝中非金属夹杂物形态之间相互关系的曲线。
图3是表示测量非金属夹杂物纵横比方法的视图。
图4是表示根据本发明非金属夹杂物最佳组成的示意图。
图5是表示钢中非金属夹杂物熔点与钢坯中无塑性非金属夹杂物数量之间相互关系的曲线。
图6是表示非金属夹杂物最佳比例与钢丝拉拔性和疲劳性能之间相互关系的曲线。
图7是表示确定疲劳极限方法的曲线。
本发明是根据完全不同于普通知识的非金属夹杂物知识而完成的。迄今已经考虑希望低熔点非金属夹杂物作为适宜用于钢丝帘线一类材料的高碳钢线材铸钢，因为已经认识到这种夹杂物在轧制钢线材期间能够进行拉伸。这一考虑是基于以下知识，即低熔点组成的非金属夹杂物通常在其约为其熔点一半的温度下发生塑性变形。迄今认为非金属夹杂物通过加工可以变形并且不会损坏，只要在轧制期间保持低熔点就行。同普通知识相反，本发明是在下述知识的基础上而完成的。
在生产用于钢丝帘线一类材料的本发明高碳钢线材中，由于炼钢期间的脱氧和造渣精炼必然形成CaO-MnO-SiO2-Al2O3类型的非金属夹杂物。当简单地根据夹杂物的熔点来确定非金属夹杂物组成的最佳区域时，从图4的相图显然可看出，存在许多熔点不大于1400℃的区域。
虽然在相图中未显示以下情况，在低SiO2含量区中，除了熔点为1,455℃的12CaO 0.7 Al2O3晶体作为主相外，具有1,605℃高熔点的CaO Al2O3和1,535℃高熔点的3CaO·Al2O3还作为析出相而形成。因此，有利于按照以下方式选择用于生产钢丝帘线一类材料的高碳钢线材铸钢中的非金属夹杂物最佳组成：确定组成使得不仅平均组成两且在固化时形成的析出相组成都具有低熔点。本发明是根据以下知识而完成的，即析出相和平均组成应该具有低熔点，而且应该将非金属夹杂物进一步调整，使其组成根据想法转变到特定范围。
此外，在本发明中已经注意到钢线材和钢丝中非金属夹杂物的纵横比取决于所含的上述非金属夹杂物的状态。结果，在钢线材中非金属夹杂物的纵横比至少为4，而在拉拔钢丝中，非金属夹杂物的纵横比至少为10，也就是说，第一次得到了具有极好可加工性的非金属夹杂物，因而完成了本发明。
以下详细说明在本发明中的一些限制原因。
首先，解释本发明中限制化学组成和非金属夹杂物的一些原因。
此外，在下文中％号表示按质量％。
在发明中限制钢的化学组成的原因说明如下。
C是一种经济和有效的强化元素，它还是一种降低先共析铁素体析出量的有效元素。因此，至少0.7％的C含量对于增强用作具有至少3,500MPa抗拉强度的高级优质钢丝钢的延伸性是必要的。然而，当C含量过高时，延伸性降低，而且拉拔性也变坏。因此，C含量的上限被规定为1.1％。
Si是一种对钢进行脱氧所必需的元素，因此，当Si含量太低时脱氧作用不完全。况且，虽然Si固溶于热处理后形成的珠光体的铁素体相中以提高铅淬处理后钢的强度，但降低了铁素体的延伸性，也降低了拉拔后高级优质钢丝的延伸性。因此，将Si含量规定不大于1.5％。
为了确保钢的淬透性，要求添加少量的Mn。然而，添加大量的锰引起偏析，在铅淬处理期间形成贝氏体和马氏体的过冷组织会使后续拉拔工序中的拉拔性变差。因此，将Mn含量规定为不大于1.5％。
在本发明中处理过共析钢时，在铅淬处理后的组织中很可能形成渗碳体网状物，而厚渗碳体很可能沉淀下来。为了获得高强度和高延伸性的钢，要求珠光体细化，还要求不会形成上述那种渗碳体网状物和厚渗碳体。Cr对于阻止上述异常渗碳体部分的形成并使珠光体变细是有效的。然而，由于添加大量的Cr会在热处理后的铁素体中增加位错密度，会显著地削弱拉拔后高级优质钢丝的延伸性。因此，当添加Cr时，添加量必须达到预期添加效果的程度。将添加量规定为不大于0.3％，即不会增加位错密度，从而不会削弱延伸性。
由于Ni具有与Cr的相同作用，如果决定添加Ni，应添加能获得预期效果的Ni量。添加过量的Ni会降低铁素体相的延伸性，故其上限被规定为1.0％。
由于Cu是提高钢线材腐蚀疲劳性能的元素，如果决定添加Cu，应添加能获得预期效果的Cu量。因为添加过量的Cu会降低铁素体相的延伸性，故其上限被规定为0.8％。
像普通高级优质钢丝一样，将确保延伸性的S含量规定为不大于0.02％。由于P类似于S会削弱钢线材的延伸性，故要求将P含量规定为不大于0.02％。
以下说明本发明中限制非金属夹杂物组成的原因。
众所周知钢丝中低熔点的非金属夹杂物尤其在加工期间可以被拉伸，能够更有效地在拉拔钢线材期间防止钢丝断裂。
然而，尚未明确用在拉拔状态中非金属夹杂物对钢丝帘线等疲劳性能的影响。
由于研究结果，本发明人已经发现在钢丝拉拔期间形成的不可变形的非金属夹杂物附近出现裂纹，这会导致疲劳性能明显变差。因此，当考虑提高拉拔钢丝的疲劳性能时，必须使铸钢中的非金属夹杂物是可变形的。
如图5所示，当铸钢中的非金属夹杂物具有MnO+CaO、SiO2和Al2O3四元体系组成而使该夹杂物的熔点不高于1,500℃时，在将铸钢轧制成钢坯和钢丝拉拔期间将急剧地增加能被拉伸的非金属夹杂物的比例。如上所述对铸钢中的非金属夹杂物组成进行调整而提高了拉拔钢丝的延伸性和疲劳强度。因此，控制铸钢或线材中非金属夹杂物的组成使其位于图4中被字母a、b、c、d、e、f、g、h、i和j所包围的I区内，可以有效地增加可延伸性非金属夹杂物的含量。
在图4中，存在一个靠近I区的区域，在该区中非金属夹杂物具有不高于1,500℃的熔点。然而，虽然在相图中没有表示出来，在低SiO2含量区中，除了具有1455℃熔点的12CaO·7Al2O3晶体作为主相以外，具有1,605℃熔点的CaO.Al2O3和具有1,535℃熔点的3CaO·Al2O3在固化时沉淀，这些坚硬的高熔点相在钢丝拉拔时会引起断裂。由于研究的结果，在本发明已经发现，如图6所示，由于组成位于图4 I区中非金属夹杂物比例的增加而提高了疲劳性能，而且当该非金属夹杂物的比例接近80％时疲劳性能的提高也近于饱和。因此，考虑要求至少有80％的非金属夹杂物应位于图4的I区内。
此外，本发明人已经注意到通过拉拔制备的钢丝中的夹杂物形态，考虑到阻止在非金属夹杂物附近形成会使钢丝疲劳性能变差的裂纹。可以通过使非金属夹杂物在钢丝纵向上具有拉伸形状而提高钢丝的疲劳性能，因为解除了集中于非金属夹杂物裂纹端部的应力。图1表示在钢丝中具有至少为10的纵横比的非金属夹杂物的比例与疲劳性能(通过Hunter疲劳试验所得疲劳强度被抗拉强度所除得到的数值)之间的相互关系。如图1所示，具有相同钢丝强度的钢丝疲劳强度随着纵横比不小于10的非金属夹杂物比例的增加而增加，而且当该比例不小于70％时钢丝的疲劳强度接近饱和。因此，将钢丝中不小于70％的非金属夹杂物的纵横比规定为不小于10。
从图2可以看出，为了使非金属夹杂物在钢丝拉拔期间具有不小于10的纵横比，在热轧期间该夹杂物的纵横比应该被调整到不小于4。
如图3所示，一个夹杂物在拉拔方向上具有长度L，而它与另一个夹杂物的距离在2L内，在此情况下，假设这两个夹杂物相互连接来确定其纵横比。
此外，在上述图1中，当抗拉强度不小于2,800～1,200log D(MPa，其中D表示相当于圆钢丝的直径)时上述夹杂物形状的作用变得特别明显，因此，抗拉强度最好不小于2,800～1,200logD。
为了提高热轧钢材的疲劳性能，要求该组织包含不小于95％的珠光体组织。当抗拉强度低于TS[其中TS＝261+10，10×(C质量％)-140Mpa]时，在钢丝拉拔期间拉伸夹杂物的作用变得不明显。当抗拉强度超过TS[其中TS＝261+10，10×(C质量％)+240MPa]时，很难使该组织包含不小于95％的珠光体组织。因此，当该组织包含珠光体组织时，抗拉强度被规定如下：
不小于261+1,010×(C质量％)-140MPa和
不大于261+1,010×(C质量％)+240MPa
在使热轧后的钢组织包含贝氏体组织的情况下，为了提高疲劳性能要求该组织包含至少70％的贝氏体组织。
以下说明本发明的生产方法。
对本发明具有上述化学组成并含有上述范围非金属来杂物的钢进行热轧，以获得直径为不小于4.0mm和不大于7.0mm的线材。该线材直径是等圆直径，而实际横截面形状可能是多面体如圆、椭圆和三角形中的任一种。当确定该线材直径小于4.0mm时，生产率明显降低。此外，当该线材直径超过7.0mm时，在受控冷却中不能得到足够的冷却速率。因此，将该线材直径规定为不大于7.0mm。
拉拔这种热轧钢丝条以获得直径为1.1～2.7mm的钢丝。当确定该钢丝直径不大于1.0mm时，在拉拔的钢丝中产生裂纹。由于这种裂纹对随后的加工产生有害影响，故将该钢丝直径规定为不小于1.1mm。此外，当拉拔钢丝具有不小于2.7mm的直径时，在确定最终产品的钢丝直径不大于0.4mm的情况下拉拔钢丝后不能得到钢丝的足够延伸性。因此，将最终韧化处理前的钢丝直径规定为不大于2.7mm。此时，可以通过拉拔或通过辊轮拉丝模拉拔钢丝。
当该钢丝被加工到具有不小于3.4和不大于4.2的实际应力时，通过铅淬处理将抗拉强度调整到(530+980×C％)MPa的钢丝显示出最佳的强度一延伸性平衡。当钢丝具有抗拉强度不大于{(530+980×C质量％)-50}MPa时，在钢丝拉拔后不能得到足够的抗拉强度。当钢丝具有抗拉强度不小于{(530+980×C质量％)+50}MPa时，尽管钢丝具有高强度，但在珠光体组织中产生大量的贝氏体组织。因此，出现以下缺点：在钢丝拉拔期间加工硬度比降低；在相同面缩率下所得强度降低；延伸性也降低。从而，要求通过铅淬处理将该钢丝的抗拉强度调整到{(530+980×C质量％)±50}MPa内。
可以通过干拔或者湿拔或者通过这些方法的联合方法来生产钢丝。为了使拉模磨损在钢丝拉拔期间尽可能的小，要求对钢丝进行镀敷。虽然从经济优点的观点来看最好镀敷如黄铜层、Cu层和Ni层。但也可以应用另一种镀敷技术。
当钢丝进行湿拔具有实际应变不小于(-1.43×logD+3.09)时，强度变得过高，结果疲劳性能变差。当钢丝进行湿拔具有实际应变不大于(-1.43×logD+2.49)时，不能得到不小于3,500MPa的强度。
当钢丝的拉抗强度超过(-1,590×logD+3,330)时，该钢丝变脆而且很难进一步加工。因此，要求将该钢丝的抗拉强度调整到不大于(-1,590×logD+3,330)。
当通过上述生产步骤生产具有0.15～0.4mm的等圆直径钢丝时，所得钢丝在许多情况下具有足够承受绞合期间搓捻的延伸性。因此，生产具有优良疲劳性能的单根钢丝帘线或多股钢丝帘线成为可能。
另外，当钢丝进行湿拔以具有实际应变不小于(-1.23×logD+4.00)时，其强度变得过高，结果使其疲劳性能变差。
此外，当钢丝进行湿拔以具有实际应变不大于(-1.23×logD+3.00)时，不能得到不小于4,000MPa的强度。
通过若干生产步骤来生产0.02～0.15mm等圆直径的钢丝能够得到具有长期疲劳寿命的钢丝。
根据以下实施例来详细地说明本发明。实施例1
从LD转炉放出钢水，并通过二次精炼进行化学组成调整使钢水具有表1所列的化学组成。通过连续浇铸将该钢水浇注成300×500mm的铸钢。
进一步将该扁钢坯轧制成坯段。热轧该坯段并进行受控制冷却以得到5.5mm直径的线材。按照反时效冷却(Stalemore cooling)来进行冷却控制。
所得钢线材进行钢丝拉拔和中间铅淬处理，以得到1.2～2.0mm直径的钢丝(参看表2和表3)。
                                                                 表1
                                         化学组成(质量％) 夹杂物组成(％)的符合性*(％)
    C     Si     Mn     Cr     Ni     Cu     P     S     Al
本发明钢    1     0.92     0.20     0.33     0.22     -     -     0.010   0.003   0.001     84
   2     0.92     0.39     0.48     0.10     -     -     0.008   0.004   0.001     100
   3     0.96     0.19     0.32     0.21     -     -     0.009   0.003   0.002     95
   4     0.96     0.19     0.32     0.21     -     -     0.009   0.003   0.002     80
   5     0.96     0.19     0.32     0.10     0.80     -     0.005   0.006   0.001     83
   6     0.98     0.30     0.32     -     -     0.20     0.007   0.005   0.002     96
   7     0.98     0.20     0.31     -     -     0.80     0.006   0.005   0.002     98
   8     1.02     0.21     0.20     0.10     0.10     -     0.008   0.003   0.002     100
   9     1.02     0.21     0.20     -     0.10     0.10     0.007   0.003   0.002     88
  10     1.06     0.19     0.31     -     0.10     -     0.007   0.004   0.002     86
  11     1.06     0.19     0.31     0.15     -     -     0.008   0.003   0.002     93
  12     1.06     0.19     0.31     0.15     -     -     0.008   0.003   0.002     93
对比钢   13     0.82     0.21     0.50     -     -     -     0.009   0.003   0.002     87
  14     0.96     0.19     0.32     0.21     -     -     0.009   0.003   0.002     66
  15     0.96     0.19     0.32     0.21     -     -     0.009   0.003   0.002     84
  16     0.96     0.19     0.32     0.21     -     -     0.009   0.003   0.002     84
  17     0.96     0.19     0.32     0.21     -     -     0.009   0.003   0.002     84
备注：*compsn.＝组成
                                              表2
   钢丝直径(mm)  先共折渗碳体                   步骤 热处理钢絲的直径(mm)
本发明钢   1    4.0     No     4.0→3.25(LP)→1.40(LP)→0.30(LP)→0.020     0.30
  2    5.5     No     5.5→3.25(LP)→0.80(LP)→0.062     0.80
  3    5.5     No     5.5→3.25(LP)→0.74(LP)→0.062     0.74
  4    7.0     No     7.0→3.25(LP)→0.80(LP)→0.062     0.80
  5    5.5     No     5.5→3.25(LP)→1.20(LP)→0.100     1.20
  6    5.0     No     5.0→3.25(LP)→0.90(LP)→0.080     0.90
  7    5.5     No     5.5→3.25(LP)→1.00(LP)→0.080     1.00
  8    5.5     No     5.5→3.25(LP)→0.74(LP)→0.080     0.74
  9    5.5     No     5.5→3.25(LP)→0.80(LP)→0.062     0.80
 10    5.5     No     5.5→3.25(LP)→0.90(LP)→0.080     0.90
 11    5.5     No     5.5→3.25(LP)→0.60(LP)→0.080     0.60
 12    5.5     No     5.5→3.25(LP)→0.60(LP)→0.080     0.60
对比钢  13    5.5     No     5.5→3.25(LP)→0.74(LP)→0.062     0.74
 14    5.5     No     5.5→3.25(LP)→0.74(LP)→0.062     0.74
 15    5.5     Yes     5.5→3.25(LP)→0.74(LP)→0.062     0.74
 16    5.5     No     5.5→3.25(LP)→0.74(LP)→0.062     0.74
 17    5.5     No     5.5→3.25(LP)→1.00(LP)→0.062     1.00
                                                     表3
   钢丝直径(mm) 铅淬处理钢丝的抗拉强度(MPa) 镀敷处理   最终钢丝直径(mm)         面缩率(％)ε＝21n(D0/D)     断裂的钢丝数目
本发明钢    1    4.0     1450 镀黄铜     0.020     5.42     0
   2    5.5     1454 镀黄铜     0.062     5.11     0
   3    5.5     1460 镀黄铜     0.062     4.96     0
   4    7.0     1465 镀黄铜     0.062     5.11     0
   5    5.5     1491 镀黄铜     0.100     4.97     0
   6    5.0     1491 镀黄铜     0.080     4.84     0
   7    5.5     1521 镀黄铜     0.080     5.05     0
   8    5.5     1530 镀黄铜     0.080     4.45     0
   9    5.5     1572 镀铜     0.062     5.11     0
  10    5.5     1590 镀镍     0.080     4.84     0
  11    5.5     1528 镀黄铜     0.080     4.03     0
  12    5.5     1528 镀黄铜     0.080     4.03     0
  对比钢   13    5.5     1310 镀黄铜     0.062     4.96     0
  14    5.5     1460 镀黄铜     0.062     4.96     3
  15    5.5     1460 镀黄铜     0.062     4.96     20↑
  16    5.5     1534 镀黄铜     0.062     4.96     5
  17    5.5     1460 镀黄铜     0.062     5.56     7
将所得钢丝加热到900℃，在550～600℃温度范围内进行最终韧化处理以调整该组织和抗拉强度、镀敷黄铜，并进行最终湿拔钢丝。表2和表3示出了韧化处理时的钢丝直径、韧化处理后的抗拉强度和在生产每种钢丝中进行拉拔钢丝后的最终钢丝直径。
通过抗拉试验、搓捻试验和疲劳试验来评价钢丝的特性。
                        表4
  抗拉强度(MPa)     面缩率(％) 疲劳性能
本发明钢   1     5684     34.0     ○
  2     4870     32.6     ○
  3     5047     38.4     ○
  4     5174     31.5     ○
  5     5124     32.5     ○
  6     4560     36.0     ○
  7     4964     33.8     ○
  8     4672     36.8     
  9     5324     38.4     ○
 10     4870     36.4     
 11     4125     40.1     ○
 12     4205     42.1     
对比钢  13     3875     35.8     ○
 14     5037     35.0     ×
 15     -     -     -
 16     4939     38.0     ×
 17     5320     18.4     ×
通过Hunter疲劳试验测量钢丝疲劳强度来评价表4中所列钢丝的疲劳性能，用以下符号表示：：疲劳强度至少是抗拉强度的0.33倍，○：疲劳强度至少是抗拉强度的0.3倍，以及×：疲劳强度小于抗拉强度的0.3倍。此外，通过Hunter疲劳试验来测量疲劳强度，将在重复循环多达106次的循环疲劳试验中钢丝不会断裂的强度定义为疲劳强度。
表中1～12号钢是本发明钢，13～17号钢是对比钢。
对比钢13的化学组成在本发明的范围以外，但是通过相同方法而生产的。
对比钢14的化学组成在本发明的范围以内。然而，铸钢中非金属夹杂物的符合性比本发明铸钢中非金属夹杂物的符合性低。除了该符合性以外，生产钢丝的方法与本发明的方法相同。
对比钢15具有本发明钢相同的化学组成和非金属夹杂物组成，但在热轧后的受控冷却中产生了初始渗碳体。
对比钢16具有本发明钢相同的化学组成和非金属夹杂物组成。然而，钢丝经最终铅淬处理的抗拉强度超过了本发明权利要求范围内的抗拉强度。
对比钢17具有本发明钢相同的化学组成和非金属夹杂物组成。然而，在最终铅淬处理后钢丝拉拔的面缩率大于本发明的面缩率。
另一方面，在对比钢13中，由于化学组成不同于本发明的钢，因此不能得到不小于4,000MPa的强度。
在对比钢14中，虽然得到了不小于4,000MPa的强度，但铸钢中非金属夹杂物的组成不同于本发明钢中的非金属夹杂物组成。结果，钢丝断裂的数量大，因而得不到良好的疲劳性能。
在对比钢15中，由于在热轧后产生了初始渗碳体，因而无法生产成品钢丝。
在对比钢16中，由于在最终铅淬处理后的抗拉强度过度，最终钢丝的疲劳强度变差，也不能得到良好的结果。
在对比钢17中，由于在最终湿拔钢丝中面缩率变得过高，从而使最终钢丝的疲劳性能变坏，也不能得到良好的结果。实施例2
表5列出了本发明钢丝和对比钢丝的化学组成。
通过表6和表7所示步骤对表5所示化学组成的钢线材进行拉拔和铅淬处理，以得到0.02～4.0mm直径的钢丝。
                                                                   表5
                                           化学组成(％)
    C     Si     Mn     Cr     Ni     Cu     P     S     Al
  本发明钢   18     0.72     0.20     0.49     -    -    -     0.012    0.008     0.001
  19     0.82     0.20     0.49     -    -    -     0.015    0.007     0.001
  20     0.82     0.20     0.33     0.20    -    -     0.010    0.006     0.001
  21     0.82     0.20     0.30     0.10    0.05    0.05     0.011    0.010     0.001
  22     0.87     0.20     0.30     0.10    -    0.10     0.012    0.008     0.001
  23     0.98     1.20     0.30     0.20    -    -     0.016    0.008     0.002
  24     0.82     1.00     0.80     -    -    -     0.014    0.006     0.001
  25     0.87     0.49     0.33     0.28    -    -     0.011    0.009     0.001
  26     0.92     0.20     0.30     0.22    -    0.22     0.012    0.007     0.001
  27     0.92     0.30     0.20     0.25    -    -     0.012    0.008     0.001
  28     0.92     0.20     0.33     0.22    -    -     0.014    0.003     0.001
  29     0.92     0.39     0.48     0.10    -    -     0.008    0.004     0.001
  30     0.96     0.19     0.32     -    0.80    -     0.009    0.003     0.002
  31     0.96     0.19     0.31     0.21    -    -     0.006    0.005     0.002
  32     0.98     0.30     0.32     -    -    0.20     0.007    0.005     0.002
  33     0.98     0.20     0.31     -    -    0.80     0.006    0.005     0.002
  34     1.02     0.21     0.20     0.10    0.10    -     0.008    0.003     0.002
  35     1.02     0.21     0.20     -    0.10    0.10     0.007    0.003     0.002
  36     1.06     0.19     0.31     -    0.10    -     0.007    0.004     0.002
  37     1.06     0.19     0.31     0.15    -    -     0.008    0.003     0.002
  38     0.98     1.20     0.30     0.20    -    -     0.012    0.005     0.001
  39     0.98     1.20     0.30     0.20    -    -     0.013    0.006     0.001
对比钢   40     0.82     0.21     0.50     -    -    -     0.009    0.003     0.002
  41     0.92     0.20     0.33     0.22    -    -     0.010    0.003     0.001
  42     0.92     0.20     0.33     0.22    -    -     0.010    0.003     0.001
  43     0.92     0.20     0.33     0.22    -    -     0.010    0.003     0.001
  44     0.92     0.20     0.33     0.22    -    -     0.010    0.003     0.001
                                       表6
  钢丝直径(mm)   热轧钢线材的组织   组织比率(％)     热轧钢线材的拉伸强度(MPa)     纵横比符合性(％)
 本发明钢   18    5.5   珠光体     98     1096     72
  19    5.5   珠光体     97     1190     80
  20    5.5   珠光体     96     1217     90
  21    5.5   珠光体     97     1220     77
  22    5.5   珠光体     96     1369     87
  23    5.5   珠光体     98     1404     74
  24    5.5   珠光体     96     1289     75
  25    5.5   珠光体     95     1040     81
  26    5.5   珠光体     97     1290     83
  27    5.5   贝氏体     92     1390     88
  28    4.0   贝氏体     78     1412     80
  29    5.5   珠光体     95     1210     85
  30    5.5   珠光体     93     1245     83
  31    7.0   珠光体     96     1268     92
  32    5.5   珠光体     97     1298     86
  33    5.5   珠光体     98     1221     82
  34    5.5   珠光体     99     1233     73
  35    5.5   珠光体     100     1255     86
  36    5.5   珠光体     100     1452     88
  37    5.5   珠光体     100     1468     92
  38    11.0   珠光体     98     1520     86
  39    11.0   珠光体     96     1478     87
 对比钢   40    5.5   珠光体     95     1087     63
  41    5.5   珠光体     96     1187     62
  42    5.5   珠光体     98     1345     50
  43    5.5   珠光体     98     1168     45
  44    5.5   珠光体     97     1265     59
                             表6(续)
           步骤
本发明钢  18     5.5→2.00(LP)→0.30
 19     5.5→2.05(LP)→0.30
 20     5.5→1.95(LP)→0.30
 21     5.5→2.05(LP)→0.30
 22     5.5→2.00(LP)→0.30
 23     5.5→2.00(LP)→0.30
 24     5.5→2.00(LP)→0.30
 25     5.5→2.00(LP)→0.30
 26     5.5→1.90(LP)→0.30
 27     5.5→2.00(LP)→0.30
 28     4.0→1.40(LP)→0.20
 29     5.5→1.80(LP)→0.30
 30     5.5→3.25(LP)→1.35(LP)→0.20
 31     7.0→3.5(LP)→1.90(LP)→0.30
 32     5.0→3.25(LP)→0.60(LP)→0.02
 33     5.5→3.25(LP)→1.00(LP)→0.08
 34     5.5→1.80(LP)→0.35
 35     5 5→3.25(LP)→1.10(LP)→0.15
 36     5.5→3.25(LP)→1.15(LP)→0.15
 37     5.5→1.80(LP)→0.40
 38     11.0(DLP)→4.0
 39     13.0(DLP)→5.0
对比钢  40     5.5--3.25(LP)--1.40(LP)--0.30
 41     5.5--3.25(LP)--1.70(LP)--0.30
 42     5.5--3.25(LP)--1.70(LP)--0.30
 43     5.5--3.25(LP)--1.70(LP)--0.30
 44     5.5--3.25(LP)--1.85(LP)--0.30
                                            表7
镀敷处理 最终钢丝直径(mm) 纵横比符合性(％) 抗拉强度(MPa)   面缩率％ 疲劳性能
本发明钢 18镀黄铜*     0.30     70     3300     40.1     ○
19镀黄铜*     0.30     82     3680     30.1     ○
20镀黄铜*     0.30     95     3610     36.5     ○
21镀黄铜*     0.30     75     3870     34.8     ○
22镀黄铜*     0.30     85     3570     37.9     ○
23镀黄铜*     0.30     72     3980     39.5     ○
24镀黄铜*     0.30     78     3980     40.2     ○
25镀黄铜*     0.30     82     3930     36.7     ○
26镀黄铜*     0.30     83     4020     38.9     ○
27镀黄铜*     0.30     85     4080     40.2     ○
28无镀敷     0.20     75     4020     34.0     ○
29无镀敷     0.30     81     3824     32.6     ○
30镀黄铜*     0.20     93     4025     38.4     ○
31镀黄铜*     0.30     81     3980     31.5     ○
32镀黄铜*     0.02     90     5410     36.0     ○
33镀黄铜*     0.08     85     5120     33.8     ○
34镀黄铜*     0.35     83     3625     36.8     ○
35镀铜*     0.15     78     4220     38.4     ○
36镀镍*     0.15     76     4310     36.4     ○
37镀黄铜*     0.40     88     3550     42.1     ○
38无镀敷     4.00     82     2357     38.0     ○
39无镀敷     5.00     88     2140     37.0     ○
对比钢 40镀黄铜*     0.30     52     3215     41.2     ×
41无镀敷     0.30     54     3674     35.0     ×
42无镀敷     0.30     49     3624     36.8     ×
43镀黄铜*     0.30     42     3633     38.0     ×
44镀黄铜*     0.30     57     4100     35.2     ×
表6列出了所用热轧钢线材中非金属夹杂物纵横比的符合性。表7列出了根据表6所示步骤制备的最终钢丝中非金属夹杂物纵横比的符合性。从这些表中可以看出，当在本发明钢18和39的任一热轧钢线材中至少70％的非金属夹杂物具有至少为4的纵横比时，在最终钢丝具有至少2,800～1,200×logD(MPa)抗拉强度的条件下，在最终钢丝中至少有70％的非金属夹杂物的纵横比不小于10。
对这些钢丝进行疲劳试验，试验结果示于表7。当钢丝直径不大于1mm时，使用Hunter疲劳试验机进行疲劳试验。当钢丝直径超过1mm时，使用Nakamura型疲劳试验机进行疲劳试验。用抗拉强度除所得疲劳极限即可得到用以下符号表示的数值：当该数值不小于0.3时用符号○表示，或者当该数值小于0.3时用符号×表示。
本发明钢丝18～39全部被调整到本发明的范围内。
在对比钢丝40～44中非金属夹杂物的形态不同于本发明钢丝中非金属夹杂物的形态。
本发明的钢能够得到具有不小于2,800～1,200logD(MPa)抗拉强度和优良疲劳性能的钢丝。虽然对比钢丝的抗拉强度等于本发明钢丝的抗拉强度，但同本发明相比其疲劳性能较差。实施例3
从LD转炉放出钢水，进行二次精炼使该钢的化学组成被调整到如表8所示。通过连续浇铸将该钢水浇注成300×500mm的铸钢。
                                      表8
                                   化学组成(质量％) 夹杂物组成的符合性(％)
    C    Si     Mn    Cr    Ni    Cu     P     S     Al
本发明钢   45     0.92    0.20     0.33    0.22    -    -   0.010     0.003    0.001     84
  46     0.92    0.39     0.48    0.10    -    -   0.008     0.004    0.001     100
  47     0.96    0.19     0.32    -    0.80    -   0.009     0.003    0.002     95
  48     0.96    0.19     0.32    0.21    -    -   0.006     0.005    0.002     80
  49     0.98    0.30     0.32    0.15    -    0.20   0.007     0.005    0.002     96
  50     0.98    0.20     0.31    -    0.20    0.80   0.006     0.005    0.002     98
  51     1.02    0.21     0.20    0.10    0.10    -   0.008     0.003    0.002     100
  52     1.02    0.21     0.20    -    0.10    0.10   0.007     0.003    0.002     88
  53     1.06    0.19     0.31    -    0.10    -   0.007     0.004    0.002     86
  54     1.06    0.19     0.31    0.15    -    -   0.007     0.003    0.002     93
  55     1.06    0.19     0.31    0.15    -    -   0.008     0.003    0.002     93
对比钢   56     0.82    0.21     0.50    -    -    -   0.009     0.003    0.002     87
  57     0.92    0.20     0.33    0.22    -    -   0.010     0.003    0.002     66
  58     0.92    0.20     0.33    0.22    -    -   0.010     0.003    0.002     84
  59     0.92    0.20     0.33    0.22    -    -   0.010     0.003    0.002     84
  60     0.92    0.20     0.33    0.22    -    -   0.010     0.003    0.002     84
将该扁钢坯进一步轧成坯段。热轧该坯段以得到4.0～7.0mm直径的钢线材，对其进行受控冷却。按照反时效冷却来进行冷却控制。
对该钢线材进行拉拔和中间铅淬处理。以得到1.2～2.0mm(参看表9和表10)直径的钢丝。
                                         表9
  钢丝直径(mm)   先共析渗碳体              步骤   热处理钢丝的直径(mm)
本发明钢   45     4.0     No   4.0→1.40(LP)→0.20(LP)     1.40
  46     5.5     No   5.5→1.70(LP)→0.30     1.70
  47     5.5     No   5.5→3.25(LP)→1.35(LP)→0.20     1.35
  48     7.0     No   7.0→3.50(LP)→1.90(LP)→0.30     1.90
  49     5.0     No   5.5→1.85(LP)→0.30     1.85
  50     5.5     No   5.0→3.25(LP)→1.70(LP)→0.35     1.70
  51     5.5     No   5.5→1.80(LP)→0.35     1.80
  52     5.5     No   5.5→3.25(LP)→1.10(LP)→0.15     1.10
  53     5.5     No   5.5→3.25(LP)→1.15(LP)→0.15     1.15
  54     5.5     No   5.5→1.80(LP)→0.40     1.80
  55     5.5     No   5.5→1.80(LP)→0.40     1.80
对比钢   56     5.5     N0   5.5→3.25(LP)→1.70(LP)→0.30     1.70
  57     5.5     No   5.5→3.25(LP)→1.70(LP)→0.30     1.70
  58     5.5     Yes   5.5→3.25(LP)→1.70(LP)→0.30     1.70
  59     5.5     No   5.5→3.25(LP)→1.70(LP)→0.30     1.70
  60     5.5     No   5.5→3.25(LP)→1.70(LP)→0.30     1.96
                                      表10
铅淬处理钢丝的抗拉强度(MPa)   镀敷处理     最终钢丝直径(mm)   钢丝拉拔中的面缩率ε＝21n(D0/D
本发明钢  45     1428 镀黄铜     0.200     3.89
 46     1450 镀黄铜     0.300     3.47
 47     1473 镀黄铜     0.200     3.82
 48     1482 镀黄铜     0.300     3.69
 49     1491 镀黄铜     0.300     3.64
 50     1521 镀黄铜     0.350     3.16
 51     1530 镀黄铜     0.350     3.28
 52     1572 镀铜     0.150     3.98
 53     1590 镀镍     0.150     4.07
 54     1528 镀黄铜     0.400     3.01
 55     1528 镀黄铜     0.400     3.01
对比钢  56     1310 镀黄铜     0.300     3.47
 57     1453 镀黄铜     0.300     3.47
 58     1453 镀黄铜     0.300     3.47
 59     1545 镀黄铜     0.300     3.47
 60     1448 镀黄铜     0.300     3.75
然后对该钢丝进行最终铅淬处理以调整组织和抗拉强度，进行镀敷和最终湿拔。表9和表10列出了铅淬处理时的钢丝直径、铅淬处理后的抗拉强度和最终钢丝直径。
通过抗拉试验、搓捻试验和疲劳试验来评价这些钢丝的特性。
通过Hunter疲劳试验测量钢丝的疲劳强度来评价表11中钢丝的疲劳性能，用以下符号表示：：该疲劳强度不小于抗拉强度的0.33倍，○：疲劳强度不小于抗拉强度的0.3倍，×：该疲劳强度小于抗拉强度的0.3倍。
                    表11
  抗拉强度(MPa)    面缩率(％) 疲劳性能
本发明钢   45     3662     34.0     ○
  46     3624     32.6     ○
  47     4025     38.4     ○
  48     3980     31.5     ○
  49     4150     32.5     ○
  50     3602     36.0     
  51     3625     33.8     
  52     4220     36.8     ○
  53     4310     38.4     ○
  54     3550     36.4     ○
  55     3640     42.1     
对比钢   56     3482     36.2     ○
  57     3674     28.6     ×
  58 - - -
  59     3633     28.4     ×
  60     3912     21.0     ×
此外，将在重复循环多达106次的循环疲劳试验中钢丝不会断裂的强度定义为Hunter疲劳试验的疲劳强度(参看表7)。
表中45～55号钢是本发明钢，而56～60号钢是对比钢。
对比钢56的化学组成在本发明的范围以外，但是用相同方法生产的。
对比钢57的化学组成在本发明的范围内。然而，铸钢中非金属夹杂物组成的符合性比本发明铸钢中非金属夹杂物组成的符合性低。除了夹杂物组成的符合性以外，生产钢丝的方法与本发明方法相同。
对比钢58的化学组成和非金属夹杂物组成与本发明钢的化学组成和非金属夹杂物组成相同。但在热轧后的受控冷却中产生了初始渗碳体。
对比钢59具有与本发明钢相同的化学组成和非金属夹杂物组成。然而，经过最终铅淬处理的钢丝的抗拉强度比通过本发明方法得到的钢丝的抗拉强度高。
对比钢60具有与本发明钢相同的化学组成和非金属夹杂物组成。然而，在最终铅淬处理后的钢丝拉拔中的面缩率大于本发明钢丝拉拔中的面缩率。
从表11可显然看出，使用本发明钢生产的任一种钢丝都具有不小于3,500MPa的强度和优良的疲劳寿命。
另一方面，在对比钢56中，由于C含量低于0.90％，钢的化学组成不同于本发明钢的化学组成。结果，不能得到不小于3,500MPa的强度。
在对比钢57中，虽然获得了不小于3,500MPa的强度，但铸钢中非金属夹杂物组成不同于本发明钢中的非金属夹杂物组成。结果，不能获得良好的疲劳性能。
在对比钢58中，由于在热轧后产生了初始渗碳体，在钢丝生产过程中多次发生钢丝断裂。结果，不能获得成品钢丝。
在对比钢59中，由于最终铅淬处理后所得抗拉强度过高，最终钢丝的疲劳性能变差，不能得到良好的结果。
在对比钢60中，由于在最终湿拔钢丝时，断面的缩减率过大，使成品钢丝的疲劳性能变差，并因此不能获得良好的效果。
工业应用
如上述实施例所述，在以下知识的基础上完成了本发明，即沉淀相和非金属夹杂物的平均组成应该具有低熔点，以及应该将非金属夹杂物的组成进一步根据本发明考虑的组成来调整到特定范围。本发明获得了在钢线材中纵横比不小于4而在拉拔钢丝中纵横比不小于10的非金属夹杂物，换言之，即获得了极好可加工性的非金属夹杂物。结果，能够获得高强度钢线材和具有高强度、高延伸性以及高抗拉强度与优良疲劳性能最佳平衡的高强度拉拔钢丝。

Claims (15)

1.一种高强度的热轧钢线材，其组成如下(按质量％)：0.7～1.1％的C、0.1～1.5％的Si、0.1～1.5％的Mn、不大于0.02％的P、不大于0.02％的S，其余是Fe和不可避免的杂质，而且含有的不少于80％的非金属夹杂物含有4～60％的CaO+MnO、22～87％的SiO2，其熔点不高于1500℃。
2.根据权利要求1的高强度热轧钢线材，其中含有的不少于80％的非金属夹杂物中还含有大于0小于等于46％的Al2O3。
3.根据权利要求1的高强度热轧钢线材，其组成中还含有(按质量％)：不大于0.3％的Cr、不大于1.0％的Ni、不大于0.8％的Cu。
4.根据权利要求2的高强度热轧钢线材，其组成中还含有(按质量％)：不大于0.3％的Cr、不大于1.0％的Ni、不大于0.8％的Cu。
5.根据权利要求1～4中任一项的高强度热轧钢线材，其中该线材的组织包含不少于95％的珠光体组织。
6.根据权利要求1～4中任一项的高强度热轧钢线材，其中该线材的组织包含不少于70％的贝氏体组织。
7.根据权利要求1～4任一项的高强度热轧钢线材，其中该线材具有不少于261+1,010×(C质量％)-140MPa和不大于261+1,010×(C质量％)+240Mpa的抗拉强度。
8.根据权利要求5的高强度热轧钢线材，其中该线材具有不少于261+1,010×(C质量％)-140MPa和不大于261+1,010×(C质量％)+240Mpa的抗拉强度。
9.根据权利要求6的高强度热轧钢线材，其中该线材具有不少于261+1,010×(C质量％)-140MPa和不大于261+1,010×(C质量％)+240Mpa的抗拉强度。
10.一种疲劳性能优良的高强度钢丝，其组成如下(按质量％)：0.7～1.1％的C、0.1～1.5％的Si、0.1～1.5％的Mn、不大于0.02％的P、不大于0.02％的S，其余是Fe和不可避免的杂质，而且含有的不少于80％的非金属夹杂物含有4～60％的CaO+MnO、22～87％的SiO2，其熔点不高于1500℃，不少于70％的非金属夹杂物具有不少于10的纵横比。
11.根据权利要求10的疲劳性能优良的高强度钢丝，其中含有的不少于80质量％的非金属夹杂物中还含有大于0小于等于46％的Al2O3。
12.根据权利要求10的疲劳性能优良的高强度钢丝，其组成中还含有(按质量％)：不大于0.3％的Cr、不大于1.0％的Ni、不大于0.8％的Cu。
13.根据权利要求11的疲劳性能优良的高强度钢丝，其组成中还含有(按质量％)：不大于0.3％的Cr、不大于1.0％的Ni、不大于0.8％的Cu。
14.根据权利要求10～13的疲劳性能优良的高强度钢丝，其中该钢丝的组织包含不少于95％的珠光体组织。
15.根据权利要求10～13的疲劳性能优良的高强度钢丝，其中该钢丝的组织包含不少于70％的贝氏体组织。
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