CN110036130A - 具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度钢丝，并且更具体地涉及一种可以省去热处理并具有高耐腐蚀性和高强度的钢丝及其制造方法。

Description

具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝及其制造方法

技术领域

本公开涉及高强度钢丝，并且更具体地涉及具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝及其制造方法。

背景技术

铠装线缆(armor cable)是下述增强材料：该增强材料承受在海上输送原油的柔性管(flexible pipe)上的负荷并且需要高强度以及腐蚀性环境下的耐腐蚀性。

用于获得铠装线缆中所需的物理性质的方法可以如下。

首先是通过添加大量使钢的强度提高的元素来使材料本身的强度提高的方法。钢的强度提高元素的代表性示例是碳。随着碳含量的增加，线材中的渗碳体(硬质相)的分数增大，并且珠光体组织的片层间距变得非常小，从而提高材料的强度。

然而，碳对于提高强度是有效的，但是抑制了耐腐蚀性。因此，在根据使用环境选择适当的含量方面存在限制。

其次是通过拉拔出线材并为线材赋予加工硬化来显著提高强度的方法。拉拔材料是通过对待处理的经轧制线材进行拉拔及热处理以形成最终线材而获得的。当进行这样的线材拉拔处理时，片层间距变得非常小，加工硬化系数增大，并且位错累积，从而赋予加工硬化。

第三，可以通过增加轮胎帘线材料上的拉拔应变来改善轮胎帘线材料的强度。在这种情况下，由于材料的拉拔应变与材料的延展性密切相关，因此如果在拉拔处理期间工件本身没有断开并且该处理是便利的，则对提高强度而言该材料可能是有利的。

然而，由于合金组成、制造条件、组织等相互关联而改变钢材的强度，因而上述方法在通过独立地控制合金组成、制造条件、组织等来提高强度方面具有局限性。另外，上述方法在高强度钢丝的耐腐蚀性方面没有考虑，因此，在提高耐腐蚀性方面存在限制。

发明内容

技术问题

本公开的一方面是提供一种即使在省去热处理的情况下仍具有高强度和高耐腐蚀性的钢丝及其制造方法。

技术方案

根据本公开的一方面，具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝包含以重量％计的：0.07％至0.15％的碳(C)、2.7％至3.5％的锰(Mn)、0.10％至0.50％的硅(Si)、0.8％或更少(包含0％)的铬(Cr)、0.01％至0.02％的钛(Ti)、0.001％至0.003％的硼(B)、以及余量的铁(Fe)和其他不可避免的杂质。作为高强度钢丝的显微组织，其中包含贝氏体相。

根据本公开的另一方面，制造具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝的方法包括：生产满足上述合金组成的线材；以40％至80％的总压缩率(reduction ratio)对线材进行冷拔以生产冷拔线材；以50％至90％的总压缩率对冷拔线材进行冷轧以生产冷轧材料。

有益效果

根据本公开的一个实施方案，可以提供即使在省去LP热处理过程的情况下仍具有高强度的钢丝，并且根据本公开的一个实施方案的钢丝具有确保优异耐腐蚀性的效果。

因此，根据本公开的实施方案的钢丝能够有利地应用于要求高强度和高耐腐蚀性的用途。

具体实施方式

本发明人已经进行了深入研究，以提供可以适用于要求高耐腐蚀性和高强度的环境的钢丝。结果发现，通过对钢的合金组成和制造条件进行优化，可以提供具有有利于同时确保高强度和高耐腐蚀性两者的显微组织的钢丝，并因此已经获得了本公开。

在下文中，将对本公开的一个实施方案进行详细描述。

根据本公开的一个实施方案的具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝可以包含以重量％计的：0.07％至0.15％的碳(C)、2.7％至3.5％的锰(Mn)、0.10％至0.50％的硅(Si)、0.8％或更少(包含0％)的铬(Cr)、0.01％至0.02％的钛(Ti)以及0.001％至0.003％的硼(B)。

在下文中，将对如上所述地控制本公开中提供的钢丝的合金组成的原因进行详细描述。在这种情况下，除非另有说明，否则各元素的含量是指重量％。

C：0.07％至0.15％

碳(C)是有利于提高钢丝的强度的元素。如果C含量小于0.07％，则强度降低。另一方面，如果C含量超过0.15％，则强度提高，而延展性降低。详细地，钢丝的耐腐蚀特性倾向于随着C含量的增加而降低。

在本公开中，就确保钢丝的强度和耐腐蚀性而言，可以将C含量控制为0.07％至0.15％。更详细地，C含量可以为0.09％至0.13％。

锰：2.7％至3.5％

锰(Mn)是确保钢丝的预期的显微组织以及改善淬火性能的元素。如果Mn含量小于2.7％，则可能难以确保淬火性能，并因此存在不能获得所需的显微组织和强度的问题。另一方面，如果Mn含量超过3.5％，则存在延展性显著降低的问题。

因此，在本公开中，可以将Mn含量控制为2.7％至3.5％，更详细地为2.8至3.3％。

Si：0.10％至0.50％

硅(Si)是有利于脱氧效果的元素，并且Si可以以0.10％或更多的量添加以获得充分的脱氧效果。如果Si含量小于0.10％，则脱氧效果不充分，并且存在夹杂物将增多的可能性，这导致延展性和耐腐蚀性降低的高可能性。另一方面，如果Si含量超过0.50％，则可拉拔性和板轧制性能劣化。

因此，在本公开中，可以将Si含量控制为0.10％至0.50％，更详细地为0.15％至0.40％。

Cr：0.8％或更少

铬(Cr)是通过确保淬火性能而有利于确保贝氏体相作为钢丝的显微组织的元素，并且还是用于提高强度的元素。

在本公开中，为了上述效果，还可以包含Cr，但是如果含量超过0.8％，则担心可能形成马氏体相作为显微组织，从而使可拉拔性劣化。

因此，在本公开中，当添加Cr时，可以将Cr含量控制为0.8％或更少，并且甚至在不添加Cr的情况下，由于可以确保所需的显微组织和强度，因此也包含0％。

Ti：0.01％至0.02％

钛(Ti)是与氮(N)反应最强的元素，并且在钢中形成氮化物。在本公开中，通过添加Ti以形成TiN，钢中的大部分氮被耗尽，使得可以显著减少因硼(B)与N反应而形成的BN。例如，通过允许B在可溶状态下存在，可以获得淬透性的提高。

对于上述效果，Ti可以以0.01％或更多的量添加，但是当含量超过0.02％时，形成粗氮化物，从而使机械性能劣化。

因此，在本公开中，可以将Ti含量控制为0.01％至0.02％，更详细地为0.012％至0.07％。

B：0.001％至0.003％

硼(B)是有利于提高钢的淬透性的元素，并且硼(B)提供了向奥氏体晶界系统扩散以在冷却期间抑制铁素体的形成并提高淬火性能的效果。

为了充分获得上述效果，B可以以0.001％或更多的量添加。但是如果含量超过0.003％，则不仅上述效果饱和，而且硼基氮化物析出，从而使晶界强度劣化并降低热可加工性。

因此，在本公开中，可以将B含量控制为0.001％至0.003％。

在本公开的一个实施方案中，余量为铁(Fe)。然而，在普通的制造工艺中，可能不可避免地从原材料或周围环境中掺入非预期的杂质，这是不能排除的。这些杂质是制造领域的技术人员已知的，并且因此在本说明书中没有具体提及。

另一方面，如上所述，形成TiN的氮(N)的上限可以限制为0.005％，使得钢中的硼(B)可以保持处于固溶状态，而不是析出物(例如BN)，从而充分发挥提高淬透性的效果。

此外，由于硫(S)形成低熔点硫化物而使热轧性能劣化并且使拉拔加工性劣化，因此S的上限可以限制为0.015％。

根据本公开的一个实施方案的满足上述合金组成的钢丝可以包含贝氏体单相作为显微组织。

为了确保本公开的一个实施方案中的钢丝的高强度，代替形成具有细小的片层间距的珠光体相，可以形成具有均匀贝氏体相的显微组织，从而提供具有高强度和高耐腐蚀性的钢丝，并且同时因为可以省去现有的LP热处理工艺而提供技术意义。

除了上述合金组成之外，根据本公开的一个实施方案的具有贝氏体相作为显微组织的钢丝具有1100MPa或更高的屈服强度以及1200MPa或更高的拉伸强度。因此，根据一个实施方案的钢丝不仅具有高强度而且具有优异的耐腐蚀性，其中，硫酸腐蚀损失(sulfuricacid corrosion loss)为800g/mm²·h或更低。

在下文中，将对根据本公开的另一实施方案的制造具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝的方法进行详细描述。

根据本公开的实施方案的钢丝可以通过制造满足上述合金组成的线材并且然后对线材进行拉拔的过程来生产。

尽管线材可以通过本领域已知的各种线材制造技术来制造，但是详细地，线材可以通过下面将要描述的一系列过程来制造。

首先，制造满足上述合金组成的小方坯，然后可以使小方坯经受使小方坯均质化的加热过程。

小方坯的显微组织可以通过加热过程而形成为奥氏体单相。

为此，可以在1000℃至1100℃的温度范围内进行加热。如果加热温度低于1000℃，则在随后的线材轧制中可能难以确保温度区域。如果加热温度超过1100℃，则奥氏体晶粒形成得粗，并且可能难以确保目标强度水平。

如上所述地加热的小方坯可以经受线材轧制，然后可以冷却以生产为线材。

在这种情况下，作为线材轧制，可以在950℃至1100℃的温度范围内进行精热轧。如果精热轧期间的温度低于950℃，则存在由于轧制负荷增加而使辊寿命缩短的问题。另一方面，如果温度超过1100℃，则晶粒尺寸变粗，因此，延展性可能降低。此外，在这种情况下，脱碳可能过度发生，从而使可拉拔性劣化。

此后，可以通过以1℃/s至3℃/s的冷却速率冷却来制造具有贝氏体相的线材。如果冷却速度低于1℃/s，则担心除了贝氏体相之外，可能形成诸如珠光体等的组织作为显微组织，而如果冷却速率超过3℃/s，则担心可能形成马氏体相。

可以通过对如上所述地制造的线材进行拉拔来制造钢丝。在本公开中，将省去通常在对线材进行拉拔之前执行的LP热处理的描述。

根据本公开的实施方案，由于具有均匀贝氏体相而不具有铁素体组织的线材经受拉拔处理，因此可以在无需进行单独的LP热处理的情况下确保均质性和相对高的加工硬化率。

更详细地，可以在没有LP热处理过程的情况下直接对线材进行冷拔，并且在这种情况下，可以通过以总共40％至80％的压缩率对线材进行冷拔来制造冷拔线材。

如果在冷拔中压缩率小于40％，则由于拉拔处理量的不足，可能无法确保足够的强度。另一方面，如果压缩率超过80％，则可能产生裂纹。

如上所述的冷拔线材可以具有1000MPa或更高的屈服强度以及1100MPa或更高的拉伸强度。

随后，可以对经冷拔线材进行冷轧，并且在这种情况下，可以通过以50％至90％的总压缩率进行冷轧来生产经冷轧材料。

冷轧是为了获得具有板状形状的钢丝。如果这种情况下的压缩率小于50％，则处理量不足并且可能无法确保足够的强度。另一方面，如果压缩率超过90％，则可能产生裂纹。

如上所述的经冷轧材料可以具有1100MPa或更高的屈服强度以及1200MPa或更高的拉伸强度。

在下文中，将通过示例进一步详细描述本公开中的实施方案。然而，应当指出的是，以下实施方案意在更详细地说明本公开，而不是限制本公开的范围。本公开的范围由权利要求中阐述的主题和由此合理推断的主题确定。

发明实施方式

(实施方案)

准备具有下表1中所示的合金组成的小方坯，然后在1000℃至1100℃下对小方坯进行加热，然后在1000℃下对小方坯进行热轧以生产线材。之后，以1℃/s至3℃/s的冷却速率将线材冷却至500℃，随后空气冷却至室温。

然后，满足本公开提出的合金组成的本发明钢1至6在以40％至80％的总压缩率进行拉拔之后以50％至90％的总压缩率进行冷轧，从而生产钢丝。比较钢1至4经受LP热处理，然后经受拉拔处理(总压缩率为40％至80％)和冷轧(总压缩率为50％至90％)。

通过室温拉伸试验评估上面制造的各个线材和钢丝的拉伸性能。通过将钢丝浸入5％硫酸溶液中来测量各个钢丝的腐蚀损失。结果如下表2所示。

【表1】

【表2】

(在表2中，YS是指屈服强度，TS是指拉伸强度，并且单位是MPa。)

如表1和表2中所示，可以确认的是，在满足根据本公开的实施方案的合金组成的本发明钢1至6的情况下，与比较钢1至4相比，线材的强度(屈服强度和拉伸强度)得到提高。此外，可以确认的是，本发明钢1至6的钢丝的强度还高于经受LP热处理的比较钢1至4的钢丝的强度。

换言之，在具有贝氏体相作为显微组织的本发明钢1至6的情况下，加工硬化率相对较高，并且因此，与具有珠光体相的比较钢1至4相比，可以通过拉拔处理和冷轧获得所需的高强度而无需执行LP热处理。

另外，本发明钢1至6具有550g/mm²·h或更低的腐蚀损失，这表明：在与比较钢1至4相同的条件下，腐蚀速率降低了约50％。

结果，可以通过消除对钢丝的耐腐蚀特性产生不利影响的铁素体相并形成贝氏体相来改善耐腐蚀性。

Claims (7)

1.一种具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝，包含：

以重量％计，0.07％至0.15％的碳(C)、2.7％至3.5％的锰(Mn)、0.10％至0.50％的硅(Si)、0.8％或更少且包含0％在内的铬(Cr)、0.01％至0.02％的钛(Ti)、0.001％至0.003％的硼(B)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，

其中，作为所述钢丝的显微组织，所述钢丝中包含贝氏体相。

2.根据权利要求1所述的具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝，其中，所述钢丝具有800g/mm²·h或更低的硫酸腐蚀损失。

3.根据权利要求1所述的具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝，其中，所述钢丝具有1100MPa或更高的屈服强度以及1200MPa或更高的拉伸强度。

4.一种制造具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝的方法，所述方法包括：

生产线材，所述线材包含以重量％计的：0.07％至0.15％的碳(C)、2.7％至3.5％的锰(Mn)、0.10％至0.50％的硅(Si)、0.8％或更少且包含0％在内的铬(Cr)、0.01％至0.02％的钛(Ti)、0.001％至0.003％的硼(B)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质；

以40％至80％的总压缩率对所述线材进行冷拔以生产冷拔线材；以及

以50％至90％的总压缩率对所述冷拔线材进行冷轧以生产经冷轧的材料。

5.根据权利要求4所述的制造具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝的方法，其中，生产所述线材包括：准备小方坯；在1000℃至1100℃的温度下对小方坯进行加热；在950℃至1100℃的温度下对经加热的小方坯进行线材精轧以生产线材；以及以1℃/s至3℃/s的冷却速率对所述线材进行冷却。

6.根据权利要求4所述的制造具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝的方法，其中，所述冷拔线材具有1000MPa或更高的屈服强度以及1100MPa或更高的拉伸强度。

7.根据权利要求4所述的制造具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝的方法，其中，所述经冷轧的材料具有1100MPa或更高的屈服强度以及1200MPa或更高的拉伸强度。