CN108138285A - 拉丝加工用钢丝材 - Google Patents

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Abstract

一种拉丝加工用钢丝材，其以质量％计含有C：0.90～1.20％、Si：0.10～1.30％、Mn：0.20～1.00％、Cr：0.20～1.30％和Al：0.005～0.050％，剩余部分由Fe和杂质构成，并且作为所述杂质所含有的N、P和S的含量以质量％计分别为N：0.0070％以下、P：0.030％以下和S：0.010％以下，其中，所述拉丝加工用钢丝材具有以体积率计95％以上为片状珠光体组织的金属组织，所述片状珠光体组织的平均片间距离为50～75nm，所述片状珠光体组织中的渗碳体的平均长度为1.0～4.0μm，在所述片状珠光体组织中的渗碳体中长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例为20％以下。

Description

拉丝加工用钢丝材
技术领域
本发明涉及拉丝加工用钢丝材。
背景技术
就输电线用电缆、吊桥用缆线等各种钢索而言，为了应对轻量化、施工期限的缩短等要求，强烈需要高强度化。伴随着钢索的高强度化，对于用作钢索的原材料的钢丝而言，高强度化的要求也在提高。
钢丝一般是通过在对钢丝材进行了铅淬火处理后、进行钢丝材的拉丝加工来制造的。如此操作而得到的钢丝通过进行绞线加工而使多条绞合在一起，成为钢索。
在使钢丝高强度化上所面临的最大课题是：确保延展性，抑制绞线加工时等扭转时在钢丝的长度方向上所产生的裂纹(层离；Delamination)。
作为抑制层离的现有的技术，例如有专利文献1和专利文献2中所记载的技术。
在专利文献1中记载了一种PC钢丝，其通过适当地控制表面的残余应力和屈服比，从而兼顾了高强度和纵向裂纹(层离)防止性。
在专利文献2中记载了一种技术，其尽可能防止钢丝组织内的N原子向位错的固定，使钢丝的延展性提高，防止层离的发生。
此外，在专利文献3中记载了一种耐延迟断裂性优异的高强度线材，该线材由含有C：0.5～1.0％(是质量％的意思，以下相同)的钢制成，其是抑制先共析铁素体、先共析渗碳体、贝氏体和马氏体中的1种或2种以上的组织生成而使珠光体组织的面积率成为80％以上的线材，并且是通过强拉丝加工而制成了具有1200N/mm2以上的强度和优异的耐延迟断裂性的线材。
另外，在专利文献4中记载了一种线材，该线材的与线材的长度方向垂直的断面的97％以上的面积被珠光体组织占有，上述断面的中心区域的0.5％以下的面积和上述断面的第1表层区域的0.5％以下的面积被先共析渗碳体组织占有。
另外，在专利文献5中记载了一种线材，该线材的组织的主相是珠光体，而且AlN量为0.005％以上，并且在以长度a和厚度b的几何平均值(ab)1/2所表示的AlN的直径dGM的最大值极值分布中，dGM为10～20μm的AlN的比例以个数作为基准为50％以上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-232549号公报
专利文献2：日本特开2005-126765号公报
专利文献3：日本特开平11-315347号公报
专利文献4：国际公开WO2011/089782号公报
专利文献5：日本专利5833485号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，以往的具有高强度的钢丝的扭转特性并不充分，不能充分防止扭转时的层离的发生。
另外，就以往的技术而言，在拉丝加工中钢丝材有可能断线，无法稳定地进行拉丝加工。
本发明的一个方案是鉴于上述的情况而完成的，其课题在于，提供一种能够抑制拉丝加工中的断线而稳定地制造具有适合作为钢索等的原材料的高强度和优异的扭转特性的钢丝的拉丝加工用钢丝材。
用于解决课题的手段
本发明的发明者们为了解决上述课题，对于拉丝加工用钢丝材的化学组成和显微组织(金属组织)对拉丝加工中的断线和拉丝加工后所得到的钢丝的拉伸强度和扭转特性所产生的影响反复进行了调查和研究。对其结果进行仔细地解析并研究，得到了以下的(a)～(e)的见解。
(a)如果使拉丝加工用钢丝材中充分含有Cr、Si、Mn，则可以得到高强度的钢丝。但是，随着钢丝的高强度化，在扭转试验中变得容易发生层离。
(b)如果增加拉丝加工用钢丝材中的Cr、Si、Mn的含量，则拉丝加工用钢丝材的片状珠光体组织中的渗碳体的长度变短，并且长度为0.5μm以下的接近粒状的形状的渗碳体有增加的倾向。如果拉丝加工用钢丝材的片状珠光体组织中的渗碳体的长度较短、长度为0.5μm以下的接近粒状的形状的渗碳体较多，则拉丝加工后所得到的钢丝在扭转试验中变得容易发生层离。
(c)但是，即便使拉丝加工用钢丝材中充分含有Cr、Si、Mn，如果将珠光体相变温度稍微提高，则渗碳体的长度也不太会变短，长度为0.5μm以下的接近粒状的形状的渗碳体也不太会增加。因此，拉丝加工后所得到的钢丝在扭转试验中变得难以发生层离。
(d)另一方面，如果提高珠光体相变温度，则拉丝加工用钢丝材的片状珠光体组织的片间距离会变大，强度降低。
因此，为了实现高强度并具有优异的扭转特性的钢丝，需要将珠光体相变温度调整至适当的范围内。珠光体相变温度可以通过铅淬火处理时的铅浴温度或者流化床炉温度来控制。
(e)如果将珠光体相变结束后的钢丝材保持在铁原子能够长距离扩散的温度区域即550℃以上，则渗碳体的粒状化就会进行。因此，珠光体相变结束后的钢丝材的温度管理也是必要的。
本发明的发明者们基于上述的(a)～(e)的见解，进一步反复进行了详细的实验和研究。其结果发现了：只要分别适当地调整拉丝加工用钢丝材的化学组成、片状珠光体组织的体积率、片状珠光体组织的平均片间距离、片状珠光体组织中的渗碳体的平均长度、片状珠光体组织中的长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例即可。然后，根据上述各项目为适当的范围内的拉丝加工用钢丝材，确认到能够解决上述课题、能够抑制拉丝加工中的断线而稳定地制造具有适合作为钢索等原材料的高强度和优异的扭转特性的钢丝，并想到了本发明。
本发明的要旨如下所述。
(1)一种拉丝加工用钢丝材，其以质量％计含有：
C：0.90～1.20％、
Si：0.10～1.30％、
Mn：0.20～1.00％、
Cr：0.20～1.30％、和
Al：0.005～0.050％，
剩余部分由Fe和杂质构成，并且作为所述杂质所含有的N、P和S的含量以质量％计分别为：
N：0.0070％以下、
P：0.030％以下、和
S：0.010％以下，
其中，所述拉丝加工用钢丝材具有以体积率计95％以上为片状珠光体组织的金属组织，所述片状珠光体组织的平均片间距离为50～75nm，所述片状珠光体组织中的渗碳体的平均长度为1.0～4.0μm，在所述片状珠光体组织中的渗碳体中长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例为20％以下。
(2)根据(1)所述的拉丝加工用钢丝材，其以质量％计进一步含有Mo：0.02～0.20％。
(3)根据(1)或(2)所述的拉丝加工用钢丝材，其以质量％计进一步含有：
V：0.02～0.15％、
Ti：0.002～0.050％、和
Nb：0.002～0.050％
中的1种或2种以上。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的拉丝加工用钢丝材，其以质量％计进一步含有B：0.0003～0.0030％。
(5)根据(1)所述的拉丝加工用钢丝材，其以质量％计进一步含有：
Mo：0.02～0.20％、
V：0.02～0.15％、
Ti：0.002～0.050％、
Nb：0.002～0.050％、和
B：0.0003～0.0030％
中的1种或2种以上。
(6)根据(1)～(5)中任一项所述的拉丝加工用钢丝材，其中，所述Al的含量以质量％计为0.005～0.035％。
根据本发明的一个方案的拉丝加工用钢丝材，能够抑制拉丝加工中的断线而稳定地制造具有适合作为钢索等的原材料的高强度和优异的扭转特性的钢丝，在产业上极其有用。
附图说明
图1是用于说明片状珠光体组织的平均片间距离的测定方法的图。
图2是用于说明片状珠光体组织中的渗碳体的平均长度的测定方法的图。
具体实施方式
以下，对本发明的拉丝加工用钢丝材的一个例子的实施方式进行详细说明。
需要说明的是，在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指包含“～”前后所记载的数值作为下限值和上限值的范围。
本实施方式的拉丝加工用钢丝材是通过进行拉丝加工来得到适合作为输电线用电缆、吊桥用缆线等各种钢索等的原材料的钢丝的拉丝加工用钢丝材。
用于钢索的原材料的钢丝优选拉伸强度为2300MPa以上、更优选为2400MPa以上、进一步优选为2500MPa以上。另外，用于钢索的原材料的钢丝优选直径为1.3～3.0mm。另外，用于钢索的原材料的钢丝优选进行10根后述的扭转试验、1次层离也不会发生。
下面，对本实施方式的拉丝加工用钢丝材(以下有时简称为“钢丝材”。)的化学组成和显微组织(金属组织)进行详细说明。需要说明的是，各元素的含量的“％”是指“质量％”的意思。
<化学组成>
首先，对本实施方式的钢丝材的化学组成进行说明。
本实施方式的钢丝材的化学组成以质量％计含有C：0.90～1.20％、Si：0.10～1.30％、Mn：0.20～1.00％、Cr：0.20～1.30％和Al：0.005～0.050％，剩余部分由Fe和杂质构成，并且作为杂质所含有的N、P和S分别为N：0.0070％以下、P：0.030％以下和S：0.010％以下。
C：0.90～1.20％
C是用于提高钢丝材的拉伸强度的有效成分。但是，C含量如果低于0.90％，则拉伸强度不足。因此，对于通过拉丝加工钢丝材而得到的钢丝，难以稳定地赋予例如拉伸强度为2300MPa以上的高强度。为了获得2400MPa以上的拉伸强度的钢丝，优选将钢丝材的C含量设定为1.00％以上。另一方面，钢丝材的C含量如果过多，则钢丝材会硬质化，导致拉丝加工后所得到的钢丝的扭转特性的下降。钢丝材的C含量如果超过1.20％，则抑制先共析渗碳体(沿着原奥氏体晶界所析出的渗碳体)的生成在工业上变得困难。因此，将钢丝材的C含量设定为0.90～1.20％的范围内。钢丝材的C含量优选为0.95％～1.10％。
Si：0.10～1.30％
Si是对提高钢丝材的强度有效的成分。另外，Si作为脱氧剂也是必要的成分。但是，钢丝材的Si含量低于0.10％时，无法充分获得含有Si所带来的效果。另一方面，钢丝材的Si含量如果超过1.30％，则拉丝加工后所得到的钢丝的扭转特性会降低。因此，将钢丝材的Si的含量设定为0.10～1.30％的范围内。另外，Si也是影响钢材的淬透性、先共析渗碳体的生成的元素。从该观点出发，为了稳定地获得具有所期望的显微组织的钢丝材，优选将钢丝材的Si含量调整为0.10～1.00％的范围内，更优选调整为0.20～0.50％的范围内。
Mn：0.20～1.00％
Mn可提高钢丝材的强度。另外，Mn是将钢中的S作为MnS来固定，具有防止热脆性的作用的成分。但是，钢丝材的Mn含量低于0.20％时，无法充分获得由含有Mn所带来的效果。另一方面，Mn是容易偏析的元素。在钢丝材中如果含有的Mn超过1.00％，则Mn会在钢丝材的特别是中心部浓集，在中心部生成马氏体、贝氏体，拉丝加工性下降。因此，将钢丝材的Mn含量设定为0.20～1.00％的范围内。另外，Mn是影响钢的淬透性、先共析渗碳体的生成的元素。从该观点出发，为了稳定地获得具有所期望的显微组织的钢丝材，优选将钢丝材的Mn含量调整为0.30～0.50％的范围内。
Cr：0.20～1.30％
Cr具有使钢丝材的片状珠光体组织的片间距离变小、提高拉丝加工后所得到的钢丝的强度的作用。为了稳定地获得拉伸强度为2300MPa以上的钢丝，需要0.20％以上的Cr含量。但是，钢丝材的Cr含量如果超过1.30％，则拉丝加工性和拉丝加工后所得到的钢丝的扭转特性会下降。因此，将钢丝材的Cr含量设定为0.20～1.30％的范围内。Cr含量优选设定为0.30～0.80％。
Al：0.005～0.050％
Al是具有脱氧作用的元素，是为了降低钢丝材中氧量所必要的。但是，钢丝材的Al含量低于0.005％时，难以获得由含有Al所带来的效果。另一方面，Al是容易形成硬质的氧化物系夹杂物的元素。钢丝材的Al含量如果超过0.050％，则容易显著形成粗大的氧化物系夹杂物，拉丝加工性的下降变得显著。因此，将钢丝材的Al的含量设定为0.005～0.050％。Al含量的优选的下限为0.010％，更优选的下限为0.020％。Al含量的优选的上限为0.040％，更优选的上限为0.035％，进一步优选的上限为0.030％。
相对于以上的各元素(C、Si、Mn、Cr、Al)的剩余部分为杂质和Fe。在本实施方式的钢丝材中，将作为杂质所含有的N、P、S的含量如下所述地进行规定。
需要说明的是，所谓杂质是指在原材料中所含有的成分或者是在制造的工序中混入的成分，而不是有意含有的成分。
N：0.0070％以下
N是在冷拉丝加工中固定于位错上而使钢丝材的强度上升、但使拉丝加工性下降的元素。钢丝材的N含量如果超过0.0070％，则拉丝加工性的降低变得显著。因此，将钢丝材的N含量限制为0.0070％以下。N含量的优选的上限为0.0040％。N含量的下限为0.0000％。即，钢丝材中可以不含N。但是，从脱N的成本和生产率的观点出发，优选将N含量的下限设定为0.0010％。
P：0.030％以下
P是偏析于钢丝材的晶界而使拉丝加工性降低的元素。钢丝材的P含量如果超过0.030％，则拉丝加工性的降低变得显著。因此，将钢丝材的P含量限制为0.030％以下。优选P含量的上限为0.025％。P含量的下限为0.000％。即，钢丝材中可以不含P。但是，从脱P的成本和生产率的观点出发，优选将P含量的下限设定为0.001％。
S：0.010％以下
S是使拉丝加工性降低的元素。而且，钢丝材的S含量如果超过0.010％，则拉丝加工性的降低变得显著。从该观点出发，将钢丝材的S含量限制为0.010％以下。S含量的优选的上限为0.007％。S含量的下限为0.000％。即，钢丝材中可以不含S。但是，从脱S的成本和生产率的观点出发，优选将S含量的下限设定为0.001％。
此外，在本实施方式的钢丝材中，除了上述说明的成分以外，还可以含有Mo：0.02～0.20％。
Mo：0.02～0.20％
Mo的添加是任选的。Mo会发挥提高通过对钢丝材进行拉丝加工而得到的钢丝的拉伸强度与扭转特性的均衡性的效果。为了获得该效果，优选将钢丝材的Mo含量设定为0.02％以上。从获得拉丝加工后所得到的钢丝的拉伸强度与扭转特性的均衡性的观点出发，更优选将钢丝材的Mo含量设定为0.04％以上。但是，钢丝材的Mo含量如果超过0.20％，则容易生成马氏体组织，拉丝加工性有可能降低。因此，在钢丝材中积极地添加Mo的情况下的Mo含量优选为0.02～0.20％的范围内。更优选的Mo含量为0.10％以下。
此外，在本实施方式的钢丝材中，除了上述说明的成分以外，还可以含有V：0.02～0.15％、Ti：0.002～0.05％和Nb：0.002～0.05％中的1种或2种以上。
V：0.02～0.15％
V的添加是任选的。V在钢丝材中会形成碳化物或碳氮化物，将珠光体块(PearliteBlock)尺寸减小，使拉丝加工性提高。为了获得该效果，优选将钢丝材的V含量设定为0.02％以上。从稳定地提高拉丝加工性的观点出发，更优选将钢丝材的V含量设定为0.05％以上。但是，钢丝材的V含量如果超过0.15％，则变得容易形成粗大的碳化物或碳氮化物，拉丝加工性有可能降低。因此，优选钢丝材的V含量为0.02～0.15％。更优选的V含量为0.08％以下。
Ti：0.002～0.050％
Ti的添加是任选的。Ti在钢丝材中会形成碳化物或碳氮化物，将珠光体块尺寸减小，使拉丝加工性提高。为了获得该效果，优选将钢丝材的Ti含量设定为0.002％以上。从稳定地提高拉丝加工性的观点出发，更优选将钢丝材的Ti含量设定为0.005％以上。但是，钢丝材的Ti含量如果超过0.050％，则变得容易形成粗大的碳化物或碳氮化物，拉丝加工性有可能降低。因此，优选将钢丝材的Ti含量设定为0.002～0.050％。更优选的Ti含量为0.010％～0.030％。
Nb：0.002～0.050％
Nb的添加是任选的。Nb在钢丝材中会形成碳化物或碳氮化物，将珠光体块尺寸减小，使拉丝加工性提高。为了获得该效果，优选将钢丝材的Nb含量设定为0.002％以上。从稳定地提高拉丝加工性的观点出发，更优选将钢丝材的Nb含量设定为0.005％以上。但是，钢丝材的Nb含量如果超过0.050％，则变得容易形成粗大的碳化物或碳氮化物，拉丝加工性有可能降低。因此，优选钢丝材的Nb含量为0.002～0.050％。更优选的Nb含量为0.020％以下。
此外，在本实施方式的钢丝材中，除了上述说明的成分以外，还可以含有B：0.0003～0.0030％。
B：0.0003～0.0030％
B的添加是任选的。B在钢丝材中会与固溶的N结合而形成BN，减少固溶N而使拉丝加工性提高。为了获得该效果，优选将钢丝材的B含量设定为0.0003％以上。从稳定地提高拉丝加工性的观点出发，更优选将钢丝材的B含量设定为0.0007％以上。但是，钢丝材的B含量如果超过0.0030％，则变得容易形成粗大的碳化物，拉丝加工性有可能降低。因此，优选钢丝材的B的含量为0.0003～0.0030％。更优选的B含量为0.0020％以下。
<显微组织(金属组织)>
下面，对本实施方式的钢丝材的金属组织进行说明。
本实施方式的钢丝材的金属组织具有以体积率计95％以上为片状珠光体组织(以下也会简称为“珠光体组织”)的金属组织，珠光体组织的平均片间距离为50～75nm，珠光体组织中的渗碳体的平均长度为1.0～4.0μm，在珠光体组织中的渗碳体中长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例为20％以下。
<珠光体组织的体积率>
钢丝材需要具有以体积率计95％以上为珠光体组织的金属组织。具有这样的金属组织的钢丝材由于加工硬化能力大，能够通过拉丝加工以较小的加工量来实现高强度化，因此拉丝加工后能够得到拉伸强度为2300MPa以上且具有优异的扭转特性的钢丝。另外，钢丝材的珠光体组织的体积率如果为95％以上，则能够获得优异的拉丝加工性。钢丝材的珠光体组织的体积率优选为98％以上。在钢丝材的金属组织中，除了珠光体组织之外的剩余部分的组织为渗碳体、铁素体、贝氏体中的任1种或2种以上。此外，在本实施方式的钢丝材中，渗碳体具有接近粒状的形状的伪珠光体包含在珠光体组织内。
<珠光体组织的平均片间距离>
钢丝材的珠光体组织的平均片间距离需要为50～75nm。通过具有这样的金属组织的钢丝材，使得在拉丝加工后可以稳定地得到拉伸强度为2300MPa以上且扭转特性优异的钢丝。钢丝材的珠光体组织中的平均片间距离如果超过75nm，则拉丝加工后所得到的钢丝的拉伸强度或扭转特性有可能变得不充分。另外，珠光体组织的平均片间距离如果低于50nm，则拉丝加工后所得到的钢丝的扭转特性会降低，有可能无法充分地抑制扭转试验中的层离的发生。因此，将珠光体组织中的平均片间距离设定为50～75nm的范围内，优选设定为55～70nm的范围内。
<珠光体组织中的渗碳体的平均长度>
钢丝材中的珠光体组织中的渗碳体的平均长度为1.0～4.0μm。珠光体组织中的渗碳体的平均长度如果低于1.0μm，则即使满足其它的必要条件，由于珠光体组织中的渗碳体的连续性变小，因此拉丝加工后无法得到扭转特性优异的钢丝。另外，渗碳体的平均长度如果超过4.0μm，则钢丝材的拉丝加工性或扭转特性的降低会变得显著。因此，将钢丝材中的珠光体组织中的渗碳体的平均长度设定为1.0～4.0μm的范围内，优选设定为1.2～3.0μm。
<在珠光体组织中的渗碳体中长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例>
就钢丝材而言，在珠光体组织中的渗碳体中长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例为20％以下。上述的渗碳体的个数的比例如果超过20％，则即使满足其它的必要条件，也会由于珠光体组织中的渗碳体接近粒状者增加，因此拉丝加工后无法得到扭转特性和拉伸强度优异的钢丝。因此，将在珠光体组织中的渗碳体中长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例设定为20％以下，优选设定为15％以下。上述的渗碳体的个数的比例的下限没有特别限定，但从工业上稳定地制造的观点出发，优选设定为2％以上。<金属组织条件测定方法>
下面，对于本实施方式的钢丝材中所规定的金属组织的各条件，就测定方法进行说明。
(珠光体组织的体积率)
对钢丝材的横断面(即与钢丝材的长度方向垂直的剖面)进行了镜面研磨后，用苦味醇进行腐蚀，使用场发射型扫描型电子显微镜(FE-SEM)以5000倍观察任意位置的10个地方，并拍摄照片。每1个视场的面积设定为4.32×10-4mm2(长18μm，宽24μm)。接着，在得到的各照片上重叠透明片材(例如高射投影仪(OHP，Over Head Projector)片材)。在该状态下，对各透明片材中的“与珠光体组织以外的非珠光体组织重叠的区域”进行涂色。接着，通过图像解析软件(美国国立卫生研究所(NIH：National Institues of Health)开发的免费软件Image J ver.1.47s)求出各透明片材的“涂了色的区域”的面积率，算出其平均值作为非珠光体组织的面积率的平均值。此外，由于珠光体组织是各向同性的组织，因此钢丝材的横断面处的组织的面积率与钢丝材的组织的体积率是相同的。因此，将由全体(100％)减掉珠光体组织以外的非珠光体组织的面积率的平均值而得到的值设定为珠光体组织的体积率。
(珠光体组织的平均片间距离)
对钢丝材的横断面进行了镜面研磨后，用苦味醇进行腐蚀，使用场发射型扫描型电子显微镜(FE-SEM)以10000倍观察任意位置的10个地方，并拍摄照片。每1个视场的面积设定为1.08×10-4mm2(长9μm，宽12μm)。接着，对于得到的各照片，珠光体组织的薄片的取向一致，能够测定5个片间距离量，并且特定片间距离最小的地方和片间距离第二小的地方。接着，在各照片的片间距离最小的地方和片间距离第二小的地方，垂直于薄片的延伸方向来画直线，测定5个片间距离量的直线上的片间距离，(参照图1：这里，图1中，LP表示珠光体组织、FE表示铁素体、CE表示渗碳体、L表示垂直于薄片的延伸方向所画的直线、R表示5个片间距离量的长度)。用得到的5个片间距离量的片间距离的数值除以5来作为片间距离最小的地方和片间距离第二小的地方的片间距离。接着，算出这样操作所求出的钢丝材中的10个地方(每1个视场为2个地方(合计20个地方))的片间距离的平均值作为钢丝材的珠光体组织的平均片间距离。
(珠光体组织中的渗碳体的平均长度)
如图2所示，在上述的非珠光体组织的面积率的测定中所使用的各照片上，沿着正交的2个方向每隔2μm分别画直线。测定位于直线的交点上的渗碳体(在交点上没有渗碳体的情况下，即为最接近于交点的渗碳体)的长度。此外，渗碳体的长度设定为沿着渗碳体的形状从一端至另一端的长度。此时，在渗碳体较长而超出了照片的视场的情况下，记为不可测定而不进行测定。对各照片测定70个地方以上的渗碳体的长度，算出钢丝材中的2张照片即2个视场(每1个视场最低为70个地方、最大为108个地方(合计为140～216个地方))的渗碳体的长度的平均值作为钢丝材的珠光体组织中的渗碳体的平均长度。但是，在70个地方以上的渗碳体的长度无法测定的情况下，就测定另外的视场。
此外，图2中，LP表示珠光体组织、FE表示铁素体、CE表示渗碳体、CL表示沿着正交的2个方向每隔2μm分别所画的直线。
(珠光体组织中的渗碳体中长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例)
在算出上述的渗碳体的平均长度时测定的合计为140～216个地方的渗碳体的长度中，求出长度为0.5μm以下的渗碳体的个数，算出长度为0.5μm以下的渗碳体的比例，由此而求得。
<制造方法>
下面，对制造本实施方式的拉丝加工用钢丝材的方法的一个例子进行说明。需要说明的是，制造本实施方式的钢丝材的方法当然不限于下面说明的方法。
在制造本实施方式的钢丝材的情况下，为了能够切实地满足化学组成和显微组织(金属组织)的各条件，可根据化学组成、目标性能、钢丝直径等来设定各制造工序中的条件。
作为本实施方式的钢丝材的制造方法的一个例子，对使用了下述钢的情况进行说明，该钢含有C：0.90～1.20％、Si：0.10～1.30％、Mn：0.20～1.00％、Cr：0.20～1.30％和Al：0.005％～0.050％，剩余部分由Fe和杂质构成，作为杂质而含有N：0.0070％以下、P：0.030％以下和S：0.010％以下。
熔炼具有上述化学组成的钢之后，通过连续铸造来制造铸坯，对铸坯进行开坯轧制而制成钢坯。
钢坯也可以使用以下所示的方法来制造。将具有上述化学组成的钢熔化，使用模具铸造钢锭。然后，也可以通过热锻造钢锭来制造钢坯。另外，也可以将通过热锻造钢锭而制造的热锻造材进行切削加工，并将得到的切削加工材用作钢坯。
接着，进行钢坯的热轧。钢坯的热轧如下进行：例如在氮气氛中或氩气氛中使用一般的加热炉和方法进行加热，使得钢坯的中心部达到1000～1100℃，将终轧温度设定为900～1000℃，形成直径为7.5～5.0mm的范围内的钢丝材。终轧后得到的钢丝材通过组合水冷和采用大气的风冷，以50℃/秒以上的平均冷却速度一次冷却至700～750℃。
需要说明的是，在本说明书中，在热轧中使用的加热炉内的钢坯的温度是指钢坯的表面温度。另外，本说明书中的终轧温度是指刚刚进行终轧后的钢丝材的表面温度。终轧后的平均冷却速度是指终轧后的钢丝材的表面冷却速度。
接着，为了使一次冷却至700～750℃的钢丝材发生珠光体相变，将其浸渍于铅浴中(铅淬火处理、二次冷却)。在本实施方式的钢丝材的制造方法中，将铅淬火处理中的铅浴的温度(珠光体相变温度)设定为605～615℃，将浸渍时间设定为30～70秒，设定得比以往的一般的铅淬火处理时的铅浴的温度稍高些。铅浴的温度如果为605℃以上，则可防止珠光体组织中的渗碳体的平均长度变短或长度为0.5μm以下的渗碳体的个数变多。铅浴的温度如果为615℃以下，则可防止珠光体组织的片间距离变得过大。在浸渍时间为30秒以上的情况下，珠光体相变会充分完成。如果浸渍时间在70秒以内，则可以抑制长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的急剧增加。通过将铅浴的温度设定为605～615℃，将浸渍时间设定为30～70秒，使得珠光体组织的片间距离、珠光体组织中的渗碳体的平均长度和长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例达到规定的范围，能够切实地得到满足上述各条件的珠光体主体的金属组织。
在本实施方式的钢丝材的制造方法中，被冷却至700～750℃的钢丝材达到铅浴的温度为止的平均冷却速度没有特别限定，但优选为25～60℃/秒。铅浴中的钢丝材的冷却速度如果为25℃/秒以上，则能够充分确保珠光体组织的体积率。另外，铅浴中的钢丝材的冷却速度如果为60℃/秒以下，则能够充分确保珠光体组织的体积率，并且珠光体组织中的渗碳体的平均长度和长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例会达到规定的范围，能够切实地得到满足上述各条件的珠光体主体的金属组织。
此外，就被冷却至700～750℃的钢丝材而言，1)可以在被冷却至700～750℃之后，立即浸渍于铅浴中，2)也可以在冷却至700～750℃之后，过一段时间后(例如自然冷却后)浸渍于铅浴中。即，被冷却至700～750℃的钢丝材达到铅浴的温度为止的平均冷却速度是钢丝材的温度达到700～750℃之后、直至达到铅浴的温度为止的平均冷却速度。
在本实施方式的钢丝材的制造方法中，将从605～615℃的铅浴中取出的钢丝材在达到低于550℃的温度为止，优选直至500℃为止以3℃/秒～10℃/秒进行冷却(3次冷却)。如果将珠光体相变结束后的钢丝材保持在铁原子能够长距离扩散的温度区域即550℃以上，则渗碳体的粒状化就会进行。通过以10℃/秒以下进行冷却，使得钢丝材中的珠光体组织中的渗碳体的平均长度变短，长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例增加，成为满足上述各条件的组织。另一方面，如果以低于3℃/秒进行冷却，则长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例会增加直至超过20％，因此设定为3℃/秒以上。通过如上所述地将从605～615℃的铅浴中取出的钢丝材以3℃/秒～10℃/秒冷却至低于550℃的温度，从而能够更可靠地得到满足上述各条件的珠光体主体的金属组织。此外，在3次冷却后，直至室温为止的冷却速度没有限定。
通过进行以上的工序而得到本实施方式的热轧线材。
根据本实施方式的钢丝材的制造方法，能够得到满足上述的化学组成和显微组织(金属组织)的各条件的钢丝材。此外，根据钢丝材的化学组成、直至铅淬火处理为止的加工条件、热处理的过程等的不同，最适合的铅淬火处理条件和其以外的工艺条件当然也会不同。
作为本实施方式的钢丝材的制造方法，对利用了采用铅浴的铅淬火处理的钢丝材的制造方法进行了说明，但本实施方式的钢丝材的制造方法并不限于该制造方法，也可以是利用了采用熔盐浴的盐浴淬火处理(DLP)的钢丝材的制造方法。
本实施方式的钢丝材具有规定的化学组成，并且具有以体积率计95％以上为珠光体组织的金属组织，珠光体组织的平均片间距离为50～75nm，珠光体组织中的渗碳体的平均长度为1.0～4.0μm，在珠光体组织中的渗碳体中长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例为20％以下。
因此，本实施方式的钢丝材可以抑制拉丝加工中的断线，能够通过进行拉丝加工来稳定地制造钢丝。具体而言，例如，即使对50kg的本实施方式的钢丝材进行拉丝加工至直径为2.0mm为止，也能够将断线次数抑制在1次以下，能够充分防止断线。另外，通过使用本实施方式的钢丝材，能够得到直径为1.3～3.0mm、具有2300MPa以上的高拉伸强度、具有即使进行10根后述的扭转试验也不会发生层离的优异的扭转特性的钢丝。这样操作所得到的钢丝适合作为钢索等的原材料。
实施例
下面，对本发明的实施例进行说明。实施例的条件是为了确认本发明的可实施性和效果而采用的一个条件例。本发明并不限定于这一个条件例。只要不超出本发明的主旨而能够达成本发明的目的，本发明可采用各种条件。
将具有表1所示的化学组成的钢A～R在50kg真空熔炼炉中进行熔解，铸造成钢锭。此外，表1中的各成分量的空栏处表示不含该成分或该成分的含量为可看作杂质的水平以下。
将上述的各钢锭在1250℃加热1小时，按照使精整温度达到950℃以上的方式热锻造到直径为15mm之后，自然冷却至室温。通过对得到的热锻造材进行切削加工，使直径成为10mm，通过将其切断而制成长度为1000mm的切削加工材。
表1
将具有表1所示的化学组成的各切削加工材在表2所示的热处理条件a～p下进行热处理，得到了表3～表4所示的试验番号1～36的钢丝材。
具体而言，对切削加工材在表2所示的热处理条件a～l、p下进行热处理时，通过以下所示的方法来制造钢丝材。
将各切削加工材在氮气氛中在1050℃的温度下加热15分钟，中心温度设定为1000℃以上，按照使终轧温度达到950℃～1000℃的范围内的方式进行热轧，制成了直径为6.2mm的钢丝材。然后，将温度为900℃以上的钢丝材通过组合水冷和采用大气的风冷以表2所示的平均冷却速度一次冷却至720℃。然后，将冷却至720℃的钢丝材在表2所示的浴温的铅浴中浸渍表2所示的浴浸渍时间，以表2所示的平均冷却速度从720℃实施二次冷却至浴温。此外，二次冷却的平均冷却速度是通过改变铅浴温度和钢丝材达到720℃之后直至使钢丝材浸渍于铅浴为止时的时间来控制的。然后，从铅浴中取出钢丝材，以表2所示的平均冷却速度从浴温实施三次冷却至500℃之后，在大气中自然冷却至室温(30℃)，得到了钢丝材。
将从热轧开始到720℃为止的钢丝材的平均冷却温度、浴温、浴浸渍时间、铅浴浸渍后的从720℃开始到浴温为止的钢丝材的平均冷却速度、从浴温开始到500℃为止的钢丝材的平均冷却温度示于表2中。
另外，对切削加工材在表2所示的热处理条件m～o下进行热处理时，通过以下所示的方法制造了钢丝材。
将各切削加工材在氩气氛中在1050℃的温度下加热15分钟，中心温度设定为1000℃以上，按照使终轧温度达到950℃～1000℃的范围内的方式进行热轧，制成了直径为6.2mm的钢丝材。然后，将温度为900℃以上的钢丝材通过组合水冷和采用大气的风冷以表2所示的平均冷却速度冷却至720℃。然后不将冷却至720℃的钢丝材浸渍于铅浴中，而是通过在大气中的自然冷却或采用风扇进行的风冷来冷却至室温，得到了钢丝材。将从720℃开始到室温为止的钢丝材的平均冷却速度示于表2中。
表2
对如此操作所得到的试验番号1～36的钢丝材使用上述的方法求出了珠光体组织的体积率、珠光体组织的平均片间距离、珠光体组织中的渗碳体的平均长度、珠光体组织中的渗碳体中长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例。将其结果示于表3～表4中。对本发明中规定的范围外的值标注了下划线。
表3
表4
接着，在各钢丝材的表面使用通常的方法形成了磷酸锌被膜。然后，对被覆有磷酸锌被膜的各钢丝材，使用各拉模的平均减面率达到20％的孔型系统进行拉丝加工直到直径达到2.0mm，得到了试验番号1～36的钢丝。
对各钢丝材通过以下所示的方法评价了得到钢丝时的拉丝加工中的拉丝加工性。将其结果示于表3～表4中。
对50kg的各钢丝进行拉丝加工，记录下拉丝加工中的断线次数。此外，在断线次数为3次以上的情况下，中止了第3次断线以后的拉丝加工。而且，在进行从直径6.2mm到直径2.0mm的50kg拉丝时的断线次数为0次的情况下，将拉丝加工性评价为良好，在断线次数为1次以上的情况下，将拉丝加工性评价为差。
另外，对拉丝加工后所得到的各钢丝进行了以下所示的拉伸试验和扭转试验。将其结果示于表3～表4中。
对各钢丝，每个进行3根的根据JIS Z 2241(2011年)的拉伸试验，将其平均值设定为拉伸强度。将拉伸强度为2300MPa以上的情况评价为良好。
就扭转试验而言，将钢丝直径的100倍的长度的钢丝以15rpm进行扭转直到断线为止，用扭矩(扭曲的强度)曲线判定是否发生了层离。采用扭矩曲线的判定是通过下述方法来进行：在断线前一旦扭矩发生减少的情况下就判断为发生了层离。扭转试验是对各钢丝每个进行10根，将1根也未发生层离的情况评价为扭转特性良好。
如表3～表4所示，就满足本发明中规定的全部条件的试验番号2、4、5、7、9、11、12、15、17、20、29而言，断线次数为0次，拉丝加工性良好，具有2300MPa以上的拉伸强度，层离为0次，扭转特性良好。
与此相对，就平均片间距离较宽的试验番号1、13、19、22而言，拉伸强度低于2300MPa。
就渗碳体的平均长度较短的试验番号3、8、16、21而言，层离发生了多次，扭转特性不充分。
另外，就以低于50℃/秒的冷却速度将钢丝材从热轧后的900℃以上缓慢冷却至720℃的试验番号10、14、30、36而言，由于渗碳体的析出使得珠光体组织的体积率变低，因此断线次数较多。
另外，就将钢丝材从720℃风冷至室温的试验番号6而言，由于珠光体组织的体积率较低，因此断线次数较多。
另外，就将钢丝材从720℃自然冷却至室温的试验番号18而言，渗碳体的平均长度较长，断线次数较多。
另外，就在铅浴中的浸渍时间较短的试验番号31而言，珠光体相变未完成，渗碳体的平均长度变短。
另外，就在铅浴中的浸渍时间较长的试验番号32和从铅浴中取出后进行了自然冷却的试验番号34而言，在珠光体相变后，0.5μm以下的渗碳体的比例增加。
另外，就增长了从720℃开始到浸渍于铅浴温度为止的时间、并减慢了钢丝材达到铅浴温度为止的平均冷却速度的试验番号33而言，非珠光体组织增加，发生了层离。
另外，就从铅浴中取出后进行了骤冷的试验番号35而言，渗碳体平均长度较长。
就C含量较少的试验番号23和Cr含量较少的试验番号27而言，拉伸强度低于2300MPa。
另外，就Si含量较少的试验番号25而言，拉伸强度低于2300MPa。另外，就Si含量较少的试验番号25而言，珠光体组织的体积率较低。
就Si含量较大的试验番号24而言，拉伸强度虽然良好，但扭转特性不充分。
就Cr含量较大的试验番号26而言，拉丝加工性和扭转特性均不充分。
就Mo含量较多的试验番号28而言，由于在铅浴中的浸渍(铅淬火处理)中，珠光体相变未结束，变成了马氏体组织，因此断线次数多。
以上，对本发明的优选的实施方式和实施例进行了说明，但这些实施方式、实施例仅是本发明主旨范围内的一个例子，在不超出本发明的主旨的范围内，可以进行构成的附加、省略、置换以及其它的变更。即本发明不受上述的说明的限定，仅受权利要求书的记载的限定，在其范围内当然可以进行适当变更。
此外，日本专利申请第2015-208935号的公开的全部内容通过参照而引入本说明书中。
本说明书中记载的全部文献、专利申请和技术标准通过参照而引入本说明书中，其程度如同各个文献，专利申请和技术规格通过参照而引入被具体地并且单独地记载的情况。

Claims (6)

1.一种拉丝加工用钢丝材，其以质量％计含有：
C：0.90～1.20％、
Si：0.10～1.30％、
Mn：0.20～1.00％、
Cr：0.20～1.30％、和
Al：0.005～0.050％，
剩余部分由Fe和杂质构成，并且作为所述杂质所含有的N、P和S的含量以质量％计分别为：
N：0.0070％以下、
P：0.030％以下、和
S：0.010％以下，
其中，所述拉伸加工用钢丝材具有以体积率计95％以上为片状珠光体组织的金属组织，所述片状珠光体组织的平均片间距离为50～75nm，所述片状珠光体组织中的渗碳体的平均长度为1.0～4.0μm，在所述片状珠光体组织中的渗碳体中长度为0.5μm以下的渗碳体的个数的比例为20％以下。
2.根据权利要求1所述的拉丝加工用钢丝材，其以质量％计进一步含有Mo：0.02～0.20％。
3.根据权利要求1或2所述的拉丝加工用钢丝材，其以质量％计进一步含有：
V：0.02～0.15％、
Ti：0.002～0.050％、和
Nb：0.002～0.050％
中的1种或2种以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的拉丝加工用钢丝材，其以质量％计进一步含有B：0.0003～0.0030％。
5.根据权利要求1所述的拉丝加工用钢丝材，其以质量％计进一步含有：
Mo：0.02～0.20％、
V：0.02～0.15％、
Ti：0.002～0.050％、
Nb：0.002～0.050％、和
B：0.0003～0.0030％
中的1种或2种以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的拉丝加工用钢丝材，其中，所述Al的含量以质量％计为0.005～0.035％。
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