CN108350548B - 具有优异可冷锻性的线材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了线材及其制造方法。以重量百分比计所述线材包含：0.02％至0.15％的C；0.05％至0.3％的Si；0.5％至1.2％的Mn；0.3％至0.9％的Cr；0.02％或更小的P；0.02％或更小的S；0.01％至0.05％的sol.Al；0.01％或更小的N；作为余量的Fe；以及不可避免的杂质，其中，当在所述线材的直径方向上在1/2d位置处和1/4d位置处测量的所述线材的硬度分别为Hv,1/2d(Hv)和Hv,1/4d(Hv)(其中，d为所述线材的直径)时，其中所述线材满足以下式1和式2。[式1](Hv，1/2d+Hv，1/4d)/2≤150[式2]Hv，1/2d/Hv，1/4d≤1.2。

Description

具有优异可冷锻性的线材及其制造方法
技术领域
本公开涉及具有优异可冷锻性的线材及其制造方法，更具体地，涉及适用于用作车辆用材料或机械部件用材料的具有优异可冷锻性的线材及其制造方法。
背景技术
与热加工方法或机械切割方法相比，冷加工方法具有生产率优异且热处理成本降低的效果，因此被广泛用于制造车辆用材料或机械部件(例如螺母、螺栓等)用材料。
然而，如上所述，为了使用冷加工方法制造机械部件，钢的优异可冷加工性是必不可少的。详细地，钢需要在冷加工期间具有低抗变形性，并且需要具有优异的延展性。在这种情况下，因为如果钢的抗变形性高，则在冷加工期间使用的工具的使用寿命可能缩短；以及因为如果钢的延展性低，则在冷加工期间可能容易发生开裂，所以可能生产不合格产品。
因此，在根据相关技术的冷加工用钢的情况下，在冷加工之前对其进行球化退火热处理。在这种情况下，因为在球化退火热处理期间，钢软化、抗变形性降低、同时延展性被改善，因此可冷加工性得以改善。然而，在这种情况下，由于可能带来额外成本并且可能降低制造效率，因此需要开发能够确保优异的可冷加工性而无需额外热处理的线材。
发明内容
技术问题
本公开的一个方面可以提供线材及其制造方法，其中可以确保优异的可冷锻性而无需额外的热处理。
技术方案
根据本发明构思的一个方面，线材可包含碳(C)：0.02重量％至0.15 重量％；硅(Si)：0.05重量％至0.3重量％；锰(Mn)：0.5重量％至1.2 重量％；铬(Cr)：0.3重量％至0.9重量％；磷(P)：0.02重量％或更小；硫(S)：0.02重量％或更小；可溶性铝(sol.Al)：0.01重量％至0.05重量％；氮(N)：0.01重量％或更小；作为余量的铁(Fe)；以及不可避免的杂质，其中，当在所述线材的直径方向上在1/2d位置处和1/4d位置处测量的所述线材的硬度分别为Hv，1/2d(Hv)和Hv，1/4d(Hv)时，所述线材满足式1和式2，
[式1](Hv，1/2d+Hv，1/4d)/2≤150
[式2]Hv，1/2d/Hv，1/4d≤1.2
其中d为所述线材的直径。
根据本发明构思的一个方面，用于制造线材的方法可包括：加热坯料，所述坯料包含碳(C)：0.02重量％至0.15重量％；硅(Si)：0.05重量％至0.3重量％；锰(Mn)：0.5重量％至1.2重量％；铬(Cr)：0.3重量％至0.9重量％；磷(P)：0.02重量％或更小；硫(S)：0.02重量％或更小；可溶性铝(sol.Al)：0.01重量％至0.05重量％；氮(N)：0.01重量％或更小；作为余量的铁(Fe)；以及不可避免的杂质，其中由等式1限定的碳当量(Ceq)为0.23或更大且0.33或更小，并且其满足式3和式4；通过在精轧温度为900℃至1000℃的条件下对已经加热的所述坯料进行热轧来获得所述线材；以及在对所述线材进行卷绕之后将其冷却，
[等式1]Ceq＝[C]+[Si]/9+[Mn]/5+[Cr]/12
[式3]1.2≤[Mn]/[Cr]≤1.8
[式4]9.33[C]+0.97[Mn]+0.51[Cr]+0.26[Nb]+0.66[V]≤2.1
其中[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Nb]和[V]各自为相应元素的含量(％)。
有益效果
根据本公开的一个示例性实施方案，可以提供即使在省略球化退火热处理时也能够在冷加工期间充分抑制抗变形性的线材。
本发明的各种特征、优点和效果不限于以上描述，并且可以在描述本发明的具体实施方案时被更容易地理解。
具体实施方式
下文中，将详细描述根据本公开的一个方面的具有优异可冷锻性的线材。
本发明人已经从各个方面对线材进行了考查，以提供能够确保优异的可冷锻性同时在拔丝之后具有预定程度的强度的线材。结果，通过适当地控制线材的平均硬度，以及线材的中心偏析部分与非偏析部分的硬度比，本发明人发现可以提供使可冷锻性不劣化同时在拔丝之后具有预定程度的强度的线材，从而完成本发明。
本发明的线材满足式1和式2，当在线材的直径方向上在1/2d位置处和1/4d位置(其中，d为线材的直径)处测量时，线材的硬度分别为 Hv,1/2d(Hv)和Hv,1/4d(Hv)。如果线材不满足式1，则拔丝后的强度显著，因此可冷锻性可能劣化。如果线材不满足式2，则在拔丝后在冷锻期间线材中可能发生开裂。因此，可冷锻性可能劣化。
[式1]
(Hv，1/2d+Hv，1/4d)/2≤150
[式2]
Hv,l/2d/Hv,1/4d≤1.2
为了满足式1和式2，本发明的线材可以具有以下合金组成和组成范围。应预先注意，除非另有说明，否则下面描述的每种元素的含量都基于重量。
碳(C)：0.02％至0.15％
碳用于增加线材的强度。在本发明中，为了产生上述效果，碳优选以 0.02％或更大的量包含在内，更优选以0.03％或更大的量包含在内。然而，如果碳的含量过多，则钢的抗变形性快速增加，因此可能出现可冷锻性劣化的问题。因此，碳含量的上限优选为0.15％，更优选为0.14％。
硅(Si)：0.05％至0.3％
硅是可用作脱氧剂的元素。在本发明中，为了产生上述效果，硅优选以0.05％或更大的量包含在内。然而，如果硅的含量过多，则钢的抗变形性通过固溶强化而快速增加，因此可能出现可冷锻性劣化的问题。因此，硅含量的上限优选为0.3％，更优选为0.2％。
锰(Mn)：0.5％至1.2％
锰是可用作脱氧剂和脱硫剂的元素。在本发明中，为了产生上述效果，锰优选以0.5％或更大的量包含在内，更优选以0.52％或更大的量包含在内。然而，如果锰的含量过多，则钢本身的强度显著增加，因此钢的抗变形性快速增加。因此，可能出现可冷锻性劣化的问题。因此，锰含量的上限优选为1.2％，更优选为1.0％。
铬(Cr)：0.3％至0.9％
铬用于在热轧期间促进铁素体和珠光体的转变。此外，虽然钢本身的强度不会超过需要地增加，但是钢中的碳化物析出且固体碳的量减少，从而有助于减少由固体碳引起的动态变形时效。在本发明中，为了产生上述效果，铬优选以0.3％或更大的量包含在内，更优选以0.32％或更大的量包含在内。然而，如果铬的含量过多，则由于线材的中心偏析部分中铬的偏析，线材的各个区域中的硬度变化增加，并且钢本身的强度显著增加，因此钢的抗变形性快速增加。因此，可能出现可冷锻性劣化的问题。因此，铬含量的上限优选为0.9％，更优选为0.8％，还更优选为0.6％。
磷(P)：0.02％或更小
磷(不可避免地包含的杂质)在晶界偏析而降低钢的韧性，并且是主要导致耐延迟断裂性降低的元素。因此，磷的含量优选控制为尽可能低。理论上，将磷的含量控制为0％是有利的，但是在制造过程中不可避免地包含磷。因此，控制磷的上限是重要的。在本发明中，将磷含量的上限控制为0.02％。
硫(S)：0.02％或更小
硫(不可避免地包含的杂质)在晶界偏析而显著降低延展性，并且是通过在钢中形成硫化物而主要导致耐延迟断裂性和应力松弛特性劣化的元素。因此，硫的含量优选控制为尽可能低。理论上，将硫的含量控制为 0％是有利的，但是在制造过程中不可避免地包含硫。因此，控制硫的上限是重要的。在本发明中，将硫含量的上限控制为0.02％。
可溶性铝(Sol.Al)：0.01％至0.05％
铝是可用作脱氧剂的元素。在本发明中，为了产生上述效果，铝优选以0.01％或更大的量包含在内，更优选以0.015％或更大的量包含在内，还更优选以0.02％或更大的量包含在内。然而，如果铝的含量过多，则通过形成AlN，奥氏体晶粒细化效果增强，因此可冷锻性可能降低。因此，在本发明中，将铝含量的上限控制为0.05％。
氮(N)：0.01％或更小
氮是不可避免地包含的杂质。如果氮的含量过多，则固体氮的量增加，因此钢的抗变形性快速增加。因此，可能出现可冷锻性劣化的问题。理论上，将氮的含量控制为0％是有利的，但是氮气不可避免地存在于制造过程中。因此，控制氮气的上限是重要的。在本发明中，将氮含量的上限控制为0.01％，更优选控制为0.008％，还更优选控制为0.007％。
合金组成的余量是铁(Fe)。此外，本发明的线材可包含可能包含在根据相关技术的钢的工业生产过程中的其他杂质。这些杂质对于本领域技术人员而言可以是已知的，因此在本发明中杂质的类型和含量没有特别限制。
然而，由于Ti、Nb和V对应于要抑制含量的代表性杂质，因此为了获得本发明的效果，下面将提供其简要说明。
钛(Ti)：0.02％或更小
钛是碳氮化物形成元素。如果在钢中包含钛，则这可能有利于固定C 和N。然而，在这种情况下，Ti(C、N)在高温下析出为粗大的，因此可冷锻性可能劣化。因此，控制钛的上限是重要的。在本发明中，将钛含量的上限优选控制为0.02％，更优选控制为0.015％。
铌(Nb)和钒(V)：总计0.06％或更小
铌和钒也是碳氮化物形成元素。如果铌和钒的含量过多，则由于在冷却或晶粒细化期间因形成细碳氮化物而引起的析出强化，因此钢的强度超过需要地增加。因此，可冷锻性可能降低。因此，控制铌和钒的上限是重要的。在本发明中，将铌和钒的含量之和的上限优选控制为0.06％，更优选控制为0.05％。
例如，本发明的线材的碳当量(Ceq)可为0.23或更大且0.33或更小。此处，碳当量(Ceq)可以由等式1定义。如果碳当量(Ceq)小于0.23 或超过0.33，则可能难以确保目标强度。
[等式1]
Ceq＝[C]+[Si]/9+[Mn]/5+[Cr]/12
其中，[C]、[Si]、[Mn]和[Cr]各自为相应元素的含量(％)。
例如，Mn和Cr的含量可以满足式3。如果[Mn]/[Cr]小于1.2，则可能难以确保目标强度。如果[Mn]/[Cr]超过1.8，则由于在线材的中心偏析部分中锰和铬的偏析，线材的每个区域的硬度变化增加，因此在冷锻期间开裂的可能性可能快速增加。
[式3]
1.2≤[Mn]/[Cr]≤1.8
其中，[Mn]和[Cr]各自为相应元素的含量(％)。
例如，C、Mn、Cr、Nb和V中每一者的含量可以满足式4。如果其含量不满足式4，则由于在中心部分的偏析，因此线材的中心偏析部分和非偏析部分之间的硬度差快速增加。因此，在冷锻过程期间，内部开裂的可能性可能显著增加。
[式4]
9.33[C]+0.97[Mn]+0.51[Cr]+0.26[Nb]+0.66[V]≤2.1
其中，[C]、[Mn]、[Cr]、[Nb]和[V]各自为相应元素的含量(％)。
例如，本发明的线材可以包含铁素体和珠光体作为显微组织，更优选地，以面积分数计铁素体的量为70％或更大(不包括100％)，珠光体的量为30％或更小(不包括0％)。当确保上述组织时，其具有确保优异的可冷锻性以及在适当拔丝后确保强度的优点。
另外，例如，铁素体的平均晶粒尺寸可为10μm至30μm，更优选为 15μm至25μm。如果铁素体的平均晶粒尺寸小于10μm，则由于晶粒细化，强度增加，因此可冷锻性可能降低。另一方面，如果铁素体的平均晶粒尺寸超过30μm，则强度可能降低。
同时，与铁素体一起形成的珠光体的平均晶粒尺寸没有特别限制，因为珠光体的平均晶粒尺寸受铁素体的平均晶粒尺寸影响。在这种情况下，平均晶粒尺寸是指通过观察线材的纵向截面而检测的颗粒的平均等效圆直径。
例如，本发明的线材具有优异的延展性并且在线材的状态下断面收缩率(RA)为70％或更大的优点。
例如，当对本发明的线材以5％至25％的拉拔量(D)进行拉拔时，在拔丝之后线材的硬度可以满足式5。如果在拔丝之后线材的硬度不满足式5，则由加工硬化引起的强度增加是显著的，因此可冷锻性可能快速降低。
[式5]
Hv，1-10≤(Hv，D，1/2d+Hv，D，1/4d)/2≤Hv，1+10
其中，Hv,1是指“(Hv,1/2d+Hv,1/4d)/2+85.45x{1-exp(-D/11.41)}”，Hv,D,1/2d和Hv,D,1/4d各自是指在拔丝之后在线材的直径方向上在1/2d位置处和1/4d 位置处测量的线材的硬度。
上述用于拔丝的本发明的线材可以以各种方法制造，并且用于制造其的方法没有特别限制。然而，作为示例性实施方案，线材可以通过以下方法来制造。
下文中，将详细描述本公开的另一个方面，用于制造具有优异可冷锻性的线材的方法。
首先，加热满足组成的坯料。在这种情况下，加热温度可为1050℃至1250℃，优选为1100℃至1200℃。如果加热温度低于1050℃，则抗热变形性增加，因此生产率可能降低。另一方面，如果加热温度超过1250℃，则铁素体晶粒明显粗大，因此延展性可能降低。
其后，热轧已经加热的坯料并获得线材。在这种情况下，精轧温度可为900℃至1000℃，优选为920℃至1000℃。如果精轧温度低于900℃，则由于铁素体晶粒细化，强度增加，因此抗变形性可能增加。另一方面，如果精轧温度超过1000℃，则铁素体晶粒明显粗大，因此延展性可能降低。
其后，卷绕线材，然后将其冷却。在这种情况下，线材的卷绕温度可为800℃至900℃，优选为800℃至850℃。如果卷绕温度低于800℃，则在冷却期间产生的表面层中的马氏体无法通过热再生来恢复，同时产生回火马氏体，因此钢变硬且变脆。因此，可冷锻性可能降低。另一方面，如果卷绕温度超过900℃，则在表面上形成厚氧化皮，因此在去氧化皮期间可能容易产生麻烦，并且冷却时间变长，因此生产率可能降低。
同时，冷却期间的冷却速率可为0.1℃/秒至1℃/秒，优选为0.3℃/秒至0.8℃/秒。如果冷却速度小于0.1℃/秒，则珠光体组织中的层状间隔扩大，因此延展性可能不足。如果冷却速率超过1℃/秒，则铁素体分数减小，因此可冷锻性可能降低。
具体实施方式
下文中，将通过实施例更详细地描述本公开。然而，这些实施例的描述用于说明本公开的实践的目的，但是本公开不受这些实施例的描述限制。本公开的范围由所附权利要求中描述的主题和由其合理推出的主题决定。
将具有表1中所述组成的坯料在1200℃下加热8小时，然后热轧成直径为25mm的线材以制造线材。在这种情况下，精轧温度为恒定的 950℃，轧制率为恒定的80％。其后，在850℃的温度下卷绕线材，然后将其以0.5℃/秒的速率冷却。其后，观察已经冷却的线材的显微组织，并且在线材的直径方向上在1/2d位置处和1/4d位置处测量其硬度。其结果示于表2中。
另外，评估已经冷却的线材的可冷锻性，并示于表2中。使缺口压缩样品(notchcompression specimen)经历真实应变为0.8的压缩试验，通过是否发生开裂来评估可冷锻性。如果没有发生开裂，则将可冷锻性评估为“GO”。如果发生开裂，则将可冷锻性评估为“NG”。
【表1】
Figure GDA0002381417280000091
【表2】
Figure GDA0002381417280000101
其后，对各个线材施加10％、20％和30％的拉拔量并制造钢丝。在直径方向上在1/2d位置处和1/4d位置处测量已经制造的各个钢丝的硬度，并且评估可冷锻性。其结果示于表3中。
【表3】
Figure GDA0002381417280000111
从表3可以看出，在满足本发明中提出的合金组成和制造条件的本发明的实施例1至8的情况下，线材的平均硬度和线材的中心偏析部分与非偏析部分的硬度比满足本发明中提出的范围，并且可以看出可冷锻性是优异的。另一方面，在比较例1至11的情况下，线材的中心偏析部分与非偏析部分的硬度比超出本发明中提出的范围。因此，在拔丝后在冷锻期间在内部发生开裂，并且与本发明的钢相比，可冷锻性低劣。

Claims (11)

1.一种线材，包含：
碳(C)：0.02重量％至0.15重量％；硅(Si)：0.05重量％至0.3重量％；锰(Mn)：0.5重量％至1.2重量％；铬(Cr)：0.3重量％至0.9重量％；磷(P)：0.02重量％或更小；硫(S)：0.02重量％或更小；可溶性铝(sol.Al)：0.01重量％至0.05重量％；氮(N)：0.008重量％或更小；作为余量的铁(Fe)；以及不可避免的杂质，
其中，当在所述线材的直径方向上的1/2d位置处和1/4d位置处测量的所述线材的硬度分别为Hv，1/2d(Hv)和Hv，1/4d(Hv)时，所述线材满足式1和式2，
[式1](Hv，1/2d+Hv，1/4d)/2≤150
[式2]Hv，1/2d/Hv，1/4d≤1.2
其中d为所述线材的直径，以及
其中所述线材包含作为显微组织的70面积％或更大但不包括100面积％的铁素体和30面积％或更小但不包括0面积％的珠光体。
2.根据权利要求1所述的线材，其中所述不可避免的杂质包含钛(Ti)、铌(Nb)和钒(V)，并且Ti被抑制到0.02重量％或更小以及Nb和V总计被抑制到0.06重量％或更小。
3.根据权利要求1所述的线材，其中由等式1定义的碳当量(Ceq)为0.23或更大且0.33或更小，
[等式1]Ceq＝[C]+[Si]/9+[Mn]/5+[Cr]/12
其中[C]、[Si]、[Mn]和[Cr]各自为相应元素的含量(％)。
4.根据权利要求1所述的线材，其中所述线材满足式3，
[式3]1.2≤[Mn]/[Cr]≤1.8
其中[Mn]和[Cr]各自为相应元素的含量(％)。
5.根据权利要求1所述的线材，其中所述线材满足式4，
[式4]9.33[C]+0.97[Mn]+0.51[Cr]+0.26[Nb]+0.66[V]≤2.1
其中[C]、[Mn]、[Cr]、[Nb]和[V]各自为相应元素的含量(％)。
6.根据权利要求1所述的线材，其中所述铁素体的平均晶粒尺寸为10μm至30μm。
7.根据权利要求1所述的线材，其中，在拉拔量D为5％至25％的拔丝期间，在所述拔丝之后所述线材的硬度满足式5，
[式5]Hv，1-10≤(Hv，D，1/2d+Hv，D，1/4d)/2≤Hv，1+10
其中Hv，1为“(Hv，1/2d+Hv，1/4d)/2+85.45×{1-exp(-D/11.41)}”，Hv，D，1/2d和Hv，D，1/4d分别为在所述拔丝之后在所述线材的直径方向上的1/2d位置处和1/4d位置处测量的所述线材的硬度。
8.一种用于制造线材的方法，包括：
加热坯料，所述坯料包含碳(C)：0.02重量％至0.15重量％；硅(Si)：0.05重量％至0.3重量％；锰(Mn)：0.5重量％至1.2重量％；铬(Cr)：0.3重量％至0.9重量％；磷(P)：0.02重量％或更小；硫(S)：0.02重量％或更小；可溶性铝(sol.Al)：0.01重量％至0.05重量％；氮(N)：0.008重量％或更小；作为余量的铁(Fe)；以及不可避免的杂质，其中由等式1定义的碳当量(Ceq)为0.23或更大且0.33或更小，并且其满足式3和式4：
通过在精轧温度为900℃至1000℃的条件下对已经加热的所述坯料进行热轧来获得所述线材；以及
在对所述线材进行卷绕之后将其冷却，
[等式1]Ceq＝[C]+[Si]/9+[Mn]/5+[Cr]/12
[式3]1.2≤[Mn]/[Cr]≤1.8
[式4]9.33[C]+0.97[Mn]+0.51[Cr]+0.26[Nb]+0.66[V]≤2.1
其中[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Nb]和[V]各自为相应元素的含量(％)，以及
其中，在冷却期间，冷却速率为0.1℃/秒至1℃/秒。
9.根据权利要求8所述的用于制造线材的方法，其中所述不可避免的杂质包含钛(Ti)、铌(Nb)和钒(V)，并且Ti被抑制到0.02重量％或更小以及Nb和V总计被抑制到0.06重量％或更小。
10.根据权利要求8所述的用于制造线材的方法，其中，在加热期间，加热温度为1050℃至1250℃。
11.根据权利要求8所述的用于制造线材的方法，其中，在卷绕期间，卷绕温度为800℃至900℃。
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