DE10017069A1 - Unlegierter Stahldraht mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen Rißbildung in Längsrichtung,ein Stahlprodukt für denselben und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
Unlegierter Stahldraht mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen Rißbildung in Längsrichtung,ein Stahlprodukt für denselben und Verfahren zur Herstellung desselbenInfo
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Abstract
Offenbart wird ein unlegierter Stahldraht mit einer hohen Festigkeit und ausgezeichneter Beständigkeit gegen Rißbildung in Längsrichtung, ein Stahl für den unlegierten Stahldraht und ein Verfahren zur Herstellung des Stahls. Der unlegierte Stahldraht ist dadurch gekennzeichnet, daß die wesentlichen Komponenten C (0,65-1,2 Gewichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent), Mn (0,2-2,0 Gewichtsprozent) und Fe sind, die Hauptphase Perlit ist und das Ferrit-Flächenverhältnis weniger als 0,40% in der Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 _m von der Oberfläche beträgt. Der unlegierte Stahldraht kann außerdem B (0,0003-0,0050 Gewichtsprozent), Ti (weniger als 0,030 Gewichtsprozent) und N (weniger als 0,0050 Gewichtsprozent) enthalten, wobei die Mengen von B, Ti und N der Gleichung (1) genügen, DOLLAR A 0,03 6 B/(Ti/3,43 - N) 6 5,0. DOLLAR A Der in üblicher Weise hergestellte, erhaltene Stahldraht enthält Ferrit in einer Menge von weniger als 0,40 Gewichtsprozent in seiner Oberflächenschicht. Dieser geringe Ferritanteil ist für gute Beständigkeit gegen Rißbildung in Längsrichtung verantwortlich, da die Rißbildung in Längsrichtung von Ferrit ausgeht.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kohlenstoffstahldraht für
Stahldrahtcords, Drahtseile, usw., ein Stahlprodukt als Rohstoff für den Stahldraht
und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Dieser Kohlenstoffstahldraht wird
ohne Hitzebehandlung (wie Brünieren [bluing]) nach Kaltwalzen gefertigt.
Stahlradialreifen für Kraftfahrzeuge sind mit Stahldrähten, wie Cord
drähte und Wulstdrähte, verstärkt. Ihr Bestandteil ist ein Strang, der aus ver
zwirnten unlegierten Stahldrähten besteht, wobei jeder davon einen Durchmesser
0,2 mm und eine Festigkeit von mehr als 310 kgf/mm2 aufweist.
Jeder der den Strang ausmachenden Drähte wird durch Drahtziehen
aus eutektischem oder hypereutektischem, unlegiertem Stahl (high carbon steel;
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt bzw. unlegierter Stahl bzw. Hartstahl) gefertigt.
Dem Drahtziehen folgt Patentieren, Beizen, Messingplattieren (um gute Anhaftung
an Gummi zu gewährleisten). Fertigziehen gibt einen dünnen Draht von 0,2 mm
Durchmesser. Die Patentierungsbehandlung wandelt die Austenitstruktur bei etwa
500-550°C in die feine Perlitstruktur um, wodurch der Stahl zäher wird.
Seit einiger Zeit wird von Kraftfahrzeugreifen verbesserte Haltbarkeit
gefordert und von den Stahldrähten wird ebenfalls eine höhere Festigkeit als bis
lang gefordert. Eine wirksame Maßnahme zur Erhöhung der Festigkeit ist die Er
höhung des Kohlenstoffgehalts. Eine bloße Erhöhung des Kohlenstoffgehalts führt
jedoch zur Rißbildung in Längsrichtung, wenn der Draht verdrillt wird. Rißbildung
in Längsrichtung kann wirksam durch Einarbeiten von Chrom verhindert werden.
Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 194147/1990 beschreibt das Einarbeiten
von 0,10-0,30% Chrom. Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 049592/1994 be
schreibt das Einarbeiten von Chrom in einer speziellen Menge, die von dem Bor
gehalt bestimmt wird. Letzteres ist vorgesehen, um das Wachstum von Zementit
in Perlit zu fördern und um die Duktilität und die Ermüdungseigenschaften zu ver
bessern.
Die vorstehend genannte erste Technologie (Einarbeitung von Chrom)
ist hinsichtlich der Erhöhung der Zugfestigkeit (höchstens 360 kgf/mm2) und des
Verdrillungswertes (höchstens 25) begrenzt. Es ist auch erwünscht, kein Chrom
zuzugeben, wenn man die Chromreinigung und die Wiederaufbereitung der Stahl
produkte in Betracht zieht. Die vorstehend genannte zweite Technologie weist den
Nachteil auf, daß Chrom als wesentliche Komponente erforderlich ist und daß sie
beim Drahtziehen auf das einschränkende Arbeitsverhältnis (der übliche Wert von
3,6 darf nicht überschritten werden) begrenzt ist. Sie liefert keine feinen Stahl
drähte mit einer sehr hohen Festigkeit von mehr als 4000 MPa.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen unle
gierten Stahldraht bzw. Hartstahldraht bereitzustellen, der eine höhere Festigkeit
als bislang aufweist und dessen Beständigkeit gegen Rißbildung in Längsrichtung
gut ist, selbst wenn kein Chrom eingearbeitet wurde. Eine weitere Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Stahlprodukts für den
Stahldraht. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist außerdem die
Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung des Stahldrahtes und des Stahl
produkts. Die diese Aufgaben lösende Erfindung wird nachstehend definiert bzw.
erläutert.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem unle
gierten Stahldraht bzw. Hartstahldraht mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen
Rißbildung in Längsrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die wesentlichen
Komponenten C (0,65-1,2 Gewichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent), Mn
(0,2-2,0 Gewichtsprozent) und Fe sind, die Hauptphase Perlit ist und das Ferrit-
Flächenverhältnis weniger als 0,40% in der Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe
von 50 µm von der Oberfläche beträgt. Der Begriff "die Hauptphase ist Perlit" be
deutet, daß das Perlit-Flächenverhältnis mehr als 80% beträgt. Das bevorzugte
Perlit-Flächenverhältnis beträgt mehr als 90%.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem unle
gierten Stahldraht bzw. Hartstahldraht mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen
Rißbildung in Längsrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die wesentlichen
Komponenten C (0,65-1,2 Gewichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent), Mn
(0,2-2,0 Gewichtsprozent), B (0,0003-0,0050 Gewichtsprozent), Ti (weniger als
0,030 Gewichtsprozent), N (weniger als 0,0050 Gewichtsprozent) und Fe sind,
wobei die Mengen von B, Ti und N der Gleichung (1) genügen,
0,03 ≦ B/(Ti/3,43 - N) ≦ 5,0 (1),
die Hauptphase Perlit ist und das Ferrit-Flächenverhältnis weniger als
0,40% in der Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 µm von der Oberfläche
beträgt.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Stahl für
einen unlegierten Stahldraht bzw. Hartstahldraht mit derselben chemischen Zu
sammensetzung wie vorstehend im zweiten Aspekt definiert, dadurch gekenn
zeichnet, daß der maximale Teilchendurchmesser von TiN-Einschlüssen geringer
als 8,0 µm ist. Dieser Stahl wird zu dem vorstehend genannten unlegierten
Stahldraht durch Durchmesserverminderung (einschließlich Arbeiten nach Paten
tieren) und anschließendem Patentieren verarbeitet.
Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfah
ren zur Herstellung eines Stahls für einen unlegierten Stahldraht bzw. Hart
stahldraht, wobei das Verfahren Gießen eines Stahls mit derselben chemischen
Zusammensetzung wie vorstehend definiert, Kühlen des Gusses mit einer Ge
schwindigkeit von mehr als 5°C/s im Zeitraum vom Beginn des Gießens bis zum
Abschluß der Verfestigung und Warmwalzen des erhaltenen Walzblocks umfaßt.
Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem unle
gierten Stahldraht bzw. Hartstahldraht, dadurch gekennzeichnet, daß die wesent
lichen Komponenten C (0,65-1,2 Gewichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent),
Mn (0,2-2,0 Gewichtsprozent), B (0,0003-0,0050 Gewichtsprozent, wobei B in fe
ster Lösung mehr als 0,0003 Gewichtsprozent ausmacht), N (weniger als 0,0050
Gewichtsprozent) und Fe sind, der Anteil an Ti auf 0-0,005 Gewichtsprozent be
grenzt ist, die Hauptphase Perlit ist und das Ferrit-Flächenverhältnis weniger als
0,40% in der Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 µm von der Oberfläche
beträgt. Ein einzigartiges Merkmal dieses Aspektes besteht darin, daß der Anteil
an Ti im zweiten Aspekt begrenzt ist.
Der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Stahl
für einen unlegierten Stahldraht bzw. Hartstahldraht mit ausgezeichneter Bestän
digkeit gegen Rißbildung in Längsrichtung, wobei der Stahl dieselbe chemische
Zusammensetzung wie im fünften Aspekt definiert aufweist. Dieser Stahl wird zu
einem unlegierten Stahldraht (definiert im fünften Aspekt) durch Durchmesser
verminderung (einschließlich der Verarbeitung nach dem Patentieren) und an
schließendem Patentieren verarbeitet.
Der siebte Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfah
ren zur Herstellung eines Drahtstabs für einen unlegierten Stahldraht bzw. Hart
stahldraht, wobei das Verfahren Gießen eines Stahls, dessen wesentlichen Kom
ponenten C (0,65-1,2 Gewichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent), Mn (0,2-2,0
Gewichtsprozent), B (0,0003-0,0050 Gewichtsprozent), N (weniger als 0,0050
Gewichtsprozent) und Fe sind, wobei der Anteil an Ti auf 0-0,005 Gewichtspro
zent begrenzt ist, Kühlen des Gusses mit einer Geschwindigkeit von mehr als
5°C/s im Zeitraum vom Beginn des Gießens bis zum Abschluß der Verfestigung,
wodurch ein Walzblock gebildet wird, Erhitzen des erhaltenen Walzblocks und
Warmwalzen desselben derart, daß die End- bzw. Finishingtemperatur 900-
1100°C beträgt, und Kühlen des warmgewalzten Produkts auf 850°C innerhalb
von 30 Sekunden umfaßt. Dieses Verfahren liefert den Stahl für den unlegierten
Stahldraht, der im vorstehenden sechsten Aspekt der Erfindung definiert wurde.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das den Bereich für die Messungen der Fer
ritmenge in dem unlegierten Stahldraht zeigt. Fig. 1 zeigt auch die Meßergebnisse
des Ferrit-Flächenverhältnisses in der Oberflächenschicht (S) und im Kern (C) des
unlegierten Stahldrahtes, der aus Bor-freiem Stahl (A) und Bor-enthaltendem
Stahl (B) gefertigt wurde.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie die Erhitzungstem
peratur und die Haltezeit die Bormenge in der festen Lösung in dem Titan-freien,
Bor-enthaltenden, hypereutektischen Stahl (nach Halten und Abschrecken) beein
flußt. Die Bormenge ist in ppm-Werten aufgetragen.
Die Erfinder führten Untersuchungen hinsichtlich der Frage durch, war
um die Rißbildung in Längsrichtung stattfindet, wenn unlegierter Stahl in seiner
Festigkeit zunimmt. Es wurde festgestellt, daß in der Oberflächenschicht eines
Stahldrahtes, der einer Rißbildung in Längsrichtung unterliegt, pro- bzw. voreutek
tisches Ferrit auftritt, selbst wenn der Stahl Kohlenstoff in einer Menge enthält, die
der hypereutektischen Zusammensetzung entspricht. Dieses proeutektische Ferrit
scheint der Ausgangspunkt für die Rißbildung in Längsrichtung zu sein. Wie Fig.
1(A) zeigt, ist der Ferritanteil (hinsichtlich des Ferrit-Flächenverhältnisses) in der
Oberflächenschicht (S) (bis zu einer Tiefe von 50 µm) viel größer als jener im Kern
(C), im Fall eines unlegierten Stahldrahts (0,2 mm im Durchmesser), der kein Bor
enthält (mit einem mittleren Kohlenstoffgehalt von 0,90 Gewichtsprozent). (Dieser
Stahldraht ist jener, der in dem nachstehend genannten Beispiel als Probe Nr. 20
bezeichnet wird.) Nach Untersuchungen hinsichtlich der Ursache der Ferritbildung
wurde festgestellt, daß die Kohlenstoffkonzentration in der Oberflächenschicht des
Stahldrahts sehr gering ist. Es scheint, daß die Abnahme in der Kohlenstoffkon
zentration in der Oberflächenschicht aufgrund von Decarbonisierung im Verlauf
des Ziehens und der Wärmebehandlung stattfindet. Diese Erkenntnis führte zu der
Idee, daß es möglich sein müßte, die Festigkeit zu erhöhen und die Beständigkeit
gegen Rißbildung in Längsrichtung ohne Zusatz von Chrom zu verbessern, wenn
die Abnahme im Kohlenstoffgehalt in der Oberflächenschicht verhindert wird und
die Bildung von Ferrit, das die Rißbildung in Längsrichtung in der Oberflächen
schicht induziert, vermieden wird. Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis
dieser Idee ausgeführt. Die Erfindung wird genauer unter Bezugnahme auf die
nachstehenden Ausführungsformen beschrieben.
Die erste Ausführungsform betrifft einen unlegierten Stahldraht, der da
durch gekennzeichnet ist, daß die wesentlichen Komponenten C (0,65-1,2 Ge
wichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent), Mn (0,2-2,0 Gewichtsprozent) und
Fe sind, die Hauptphase Perlit ist und das Ferrit-Flächenverhältnis weniger als
0,40% in der Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 µm von der Oberfläche
beträgt.
Dieser unlegierte Stahldraht weist die Komponentengrenzen aus nach
stehend angegebenen Gründen auf.
C: 0,65-1,2 Gewichtsprozent
Kohlenstoff ist ein kostengünstiges Element, um die Festigkeit wirksam
zu erhöhen. Je höher die Menge an Kohlenstoff, desto größer ist das Ausmaß an
Härtungsarbeit während des Ziehens und der Festigkeit nach dem Ziehen. Je ge
ringer die Kohlenstoffmenge ist, desto schwieriger ist es, die Ferritmenge zu ver
mindern. Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte deshalb die untere Grenze des
Kohlenstoffanteils 0,65 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,7 Gewichtsprozent, be
vorzugter 0,8 Gewichtsprozent, betragen. Bei zu hohem Kohlenstoffgehalt kann
andererseits der Stahldraht während des Ziehens aufgrund des netzähnlichen
proeutektischen Zementits, das im Korngrenzbereich von Austenit gebildet wurde,
brechen. Dieses Zementit übt eine nachteilige Wirkung auf die Zähigkeit und Duk
tilität nach dem Fertigziehen zu Feindrähten aus. Die obere Grenze des Kohlen
stoffgehalts sollte 1,2 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1,1 Gewichtsprozent, be
tragen.
Si: 0,1-2,0 Gewichtsprozent
Silizium ist als Desoxidationsmittel geeignet. Es spielt eine wichtige
Rolle in der vorliegenden Erfindung, die hauptsächlich Aluminium-freie Stahl
drähte umfaßt. Silizium übt seine Desoxidationswirkung bei einem Gehalt von we
niger als 0,1 Gewichtsprozent nicht aus. Daher sollte die untere Grenze des Silizi
umgehalts 0,1 Gewichtsprozent betragen. Bei einer zu hohen Menge erschwert
Silizium andererseits, das Ziehen durch mechanisches Entzundern (nachstehend
kurz MD bezeichnet) auszuführen. Die obere Grenze des Siliziumgehalts sollte
2,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1,0 Gewichtsprozent, bevorzugter 0,5 Ge
wichtsprozent, betragen.
Mn: 0,2-2,0 Gewichtsprozent
Mangan ist ebenfalls ein Element, das, wie Silizium, als Desoxidati
onsmittel geeignet ist. Der erfindungsgemäße, Aluminium-freie Stahldraht erfor
dert Mangan, wie auch Silizium, für eine wirksame Desoxidation. Mangan erhöht
auch die Zähigkeit und Duktilität des Stahls, da es sich mit Schwefel im Stahl zu
stabilem MnS vereinigt. Außerdem verbessert es wirksam das Härtungsvermögen,
wodurch proeutektisches Ferrit in dem Walzmaterial vermindert wird. Damit diese
Wirkungen erzeugt werden, sollte die untere Grenze des Mangangehalts 0,2 Ge
wichtsprozent, vorzugsweise 0,3 Gewichtsprozent, betragen. Andererseits ist
Mangan ein Element, das zur Segregation neigt. Daher bildet Mangan in zu hohen
Mengen überkühlte Strukturen, wie Marterisit und Bainit in dem Teil, in dem Man
gan segregiert ist. Diese haben negative Wirkung auf das Ziehvermögen. Folglich
sollte die obere Grenze des Mangangehalts 2,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise
1,0 Gewichtsprozent, betragen.
Der erfindungsgemäße, unlegierte Stahldraht dieser Ausführungsform
besteht aus den vorstehend genannten, wesentlichen Komponenten, wobei der
Rest unvermeidliche Verunreinigungen darstellt. Zur Verbesserung der charakteri
stischen Eigenschaften kann er gegebenenfalls mit Elementen in einer Menge
versetzt werden, die die Wirkungen der wesentlichen Komponenten nicht nachtei
lig beeinflussen. Beispiele solcher Elemente werden nachstehend erläutert.
Der unlegierte Stahldraht weist die nachstehend erläuterte Struktur auf.
Er weist die Perlitstruktur als Hauptphase auf, die sich nach der Patentierungsbe
handlung bildet. Diese Struktur ist im wesentlichen ähnlich der üblichen, ist jedoch
dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrit-Flächenverhältnis weniger als 0,40% der
Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 µm von der Oberfläche des
Stahldrahtes beträgt.
Eine Rißbildung in Längsrichtung beginnt in der Oberflächenschicht bis
zu einer Tiefe von 50 µm von der Oberfläche des Stahldrahts. Daher entwickelt
sich eine gute Beständigkeit gegen Rißbildung in Längsrichtung, wenn die Ferrit
bildung in diesem Teil zurückgedrängt wird, so daß das Ferrit-Flächenverhältnis
weniger als 0,40% beträgt. Dies wird in den nachstehenden Beispielen gezeigt.
Eine Maßnahme, um die Bildung von Ferrit in der Oberflächenschicht
zu inhibieren, erfolgt durch Zusatz einer Komponente in den Stahl, die die Bildung
von Ferrit inhibiert, (wie in der zweiten, nachstehenden Ausführungsform gezeigt)
oder durch Karburierung während oder nach dem Ziehen, das dem Patentieren
vorangeht. Der erfindungsgemäße Stahldraht kann hauptsächlich in derselben
Weise wie vorstehend erzeugt werden. Sein Herstellungsverfahren besteht aus
Warmwalzen, Ziehen, Beizen, Patentieren und gegebenenfalls ein Fertigziehen
(Naßziehen).
Der unlegierte Stahl gemäß der zweiten Ausführungsform wird nach
stehend erläutert. Er unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, indem er
Bor, usw. als wesentliche Komponenten, um die Ferritbildung zu verhindern, ent
hält. Eine hinreichende Menge (0,0020 Gewichtsprozent) Bor inhibiert die Ferrit
bildung in der Oberflächenschicht (S) des Stahldrahts, wie in Fig. 1(B) hinsichtlich
Ferrit-Flächenverhältnis (α) in der Oberflächenschicht (S) und dem Kern (C) ge
zeigt, deutlich. Dieser Stahldraht (mit durchschnittlich 0,90 Gewichtsprozent Koh
lenstoff und einem Durchmesser von 0,02 mm) ist jener, der als Probe Nr. 11 in
dem Beispiel bezeichnet ist, das nachstehend angeführt wird. Diese Erkenntnis
legt die Grundlage für einen unlegierten Stahldraht gemäß der zweiten Ausfüh
rungsform.
Die zweite Ausführungsform betrifft einen unlegierten Stahldraht, der
dadurch gekennzeichnet ist, daß die wesentlichen Komponenten C (0,65-1,2 Ge
wichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent), Mn (0,2-2,0 Gewichtsprozent), B
(0,0003-0,0050 Gewichtsprozent), Ti (weniger als 0,030 Gewichtsprozent), N
(weniger als 0,0050 Gewichtsprozent) und Fe sind, wobei die Mengen von B, Ti
und N der Gleichung (1) genügen,
0,03 ≦ B/(Ti/3,43 - N) ≦ 5,0 (1),
die Hauptphase Perlit ist und das Ferrit-Flächenverhältnis weniger als
0,40% in der Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 µm von der Oberfläche
beträgt.
Dieser unlegierte Stahldraht weist Begrenzungen hinsichtlich seiner
drei Hauptkomponenten (C, Si und Mn) aus den gleichen, wie vorstehend er
wähnten Gründen auf. Er weist weitere Komponenten (B, Ti und N), die durch die
nachstehend erläuterten Gründe begrenzt sind, auf.
B: 0,0003-0,0050 Gewichtsprozent
Bor ist ein wichtiges Zusatzelement zur Inhibierung der Bildung von
Ferrit in der Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 µm von der Oberfläche.
Es wird im allgemeinen angenommen, daß Bor in hypereutektischem Stahl in der
Austenitkorngrenze segregiert, wodurch die intergranuläre Energie vermindert und
die Geschwindigkeit der Ferritbildung verringert wird und somit die Wirkung der
Inhibierung der Ferritbildung hervorgerufen wird. Allerdings erzeugt Bor diese Wir
kung in eutektischem Stahl oder hypereutektischem Stahl nicht. In der vorliegen
den Erfindung scheint der Kohlenstoffgehalt in der Oberflächenschicht aufgrund
der Decarbonisierung während der Wärmebehandlung jedoch abzunehmen. Bor
inhibiert daher die Ferritbildung und verhindert wirksam die Rißbildung in Längs
richtung, ungeachtet dessen, ob die mittlere bzw. durchschnittliche Zusammen
setzung eutektisch oder hypereutektisch ist. In diesem Fall liegt Bor in Form von
freiem Bor vor. In anderen Worten, es liegt im Stahl nicht als Verbindung, sondern
als Atom in fester Lösung vor. Mit einer Menge von weniger als 0,0003 Gewichts
prozent ruft Bor diese Wirkung zur Inhibierung der Bildung von Ferrit nicht hervor
und verhindert keine Rißbildung in Längsrichtung. Mit einer Menge von mehr als
0,0050 Gewichtsprozent bildet Bor eine Verbindung, wie Fe23(CB)6, die die Menge
an freiem Bor vermindert und folglich übt Bor seine Wirkung zur Verhinderung der
Rißbildung in Längsrichtung nicht vollständig aus. Grobe Fe23(CB)6-Körner rufen
häufig Bruchbildung während des Ziehens hervor. Die untere Grenze des Borge
haltes sollte 0,0003 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,0006 Gewichtsprozent, be
tragen, und die obere Grenze des Borgehaltes sollte 0,0050 Gewichtsprozent,
vorzugsweise 0,0040 Gewichtsprozent, betragen.
Ti: weniger als 0,030 Gewichtsprozent
Titan vereinigt sich mit Stickstoff (der unvermeidlich vorliegt), unter Bil
dung von TiN, wodurch verhindert wird, daß sich Bor mit Stickstoff vereinigt und
somit freies Bor vorliegen kann. Titan in zu hoher Menge ruft jedoch eine Ausfäl
lung von TiC und lamellarem Ferrit hervor, wodurch das Ziehvermögen nachteilig
beeinträchtigt wird. Außerdem veranlaßt eine zu hohe Titanmenge grobes TiN.
Daher sollte die Menge an Titan weniger als 0,030 Gewichtsprozent, vorzugswei
se weniger als 0,015 Gewichtsprozent, betragen. Die untere Grenze des Titange
halts wird durch die Gleichung (1), gemäß der Menge an Bor und Stickstoff, er
mittelt.
N: weniger als 0,0050 Gewichtsprozent
In dieser Ausführungsform wird Stickstoff durch Titan fixiert, so daß
freies Bor gewährleistet ist. Der Anteil an Stickstoff sollte möglichst gering sein, so
daß die Menge an zugegebenem Titan vermindert wird. Die Verminderung der
Menge an Stickstoff erhöht jedoch die Herstellungskosten von Stahl. Somit sollte
die obere Grenze für Stickstoff bei 0,0050 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,0035
Gewichtsprozent, bevorzugter 0,0020 Gewichtsprozent, liegen.
0,03 ≦ B/(Ti/3,43 - N) ≦ 5,0 Gleichung (1)
Der Ausdruck (Ti/3,43 - N) in dieser Gleichung gibt die Menge an über
schüssigem Titan wieder, wenn der gesamte Stickstoff durch Titan fixiert ist.
Wenn der Wert dieses Ausdrucks weniger als 0,03 beträgt, bedeutet dies, daß die
Menge an überschüssigem Titan bezüglich der Menge an zugegebenem Bor zu
hoch ist. Daher bildet überschüssiges Titan TiC und grobes TiN, wobei beide das
Ziehvermögen nachteilig beeinträchtigen. Wenn dieser Wert des Ausdrucks grö
ßer als 5,0 ist, bedeutet dies, daß die Menge an überschüssigem Titan bezüglich
der zugegebenen Bormenge zu gering ist. Das Ergebnis besteht darin, daß die
Menge an freiem Bor zu gering ist und die Bildung von Ferrit nicht wie gewünscht
gehemmt wird. Daher sollte die untere Grenze des Wertes in dem Ausdruck 0,03,
vorzugsweise 0,50, sein, und die obere Grenze des Wertes in dem Ausdruck
sollte 5,0, vorzugsweise 4,0 und bevorzugter 2,5, betragen.
Der erfindungsgemäße unlegierte Stahldraht gemäß der zweiten Aus
führungsform besteht aus den vorstehend genannten, wesentlichen Komponen
ten, wobei der Rest aus unvermeidlichen Verunreinigungen besteht. Zur Verbes
serung der charakteristischen Eigenschaften kann er gegebenenfalls mit Ele
menten versetzt werden, die, wie bei der ersten Ausführungsform, die Wirkungen
der wesentlichen Komponenten nicht nachteilig beeinträchtigen. Beispiele solcher
Elemente sind Cr (weniger als 0,8 Gewichtsprozent), Cu (weniger als 0,5 Ge
wichtsprozent), Ni (weniger als 0,5 Gewichtsprozent), Nb (weniger als 0,02 Ge
wichtsprozent) und V (weniger als 0,02 Gewichtsprozent). Ein beliebiges oder
mehrere dieser Elemente können zu den Grundkomponenten, die in dem ersten
oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgewiesen wurden, zugege
ben werden. Die erhaltene Zusammensetzung kann eine beliebige der nachste
henden Zusammensetzungen sein, wobei der Rest aus Eisen besteht.
- 1. Grundkomponenten + Cr
- 2. Grundkomponenten oder Zusammensetzung (1) + Cu
- 3. Grundkomponenten oder Zusammensetzung (1) oder (2) + Ni
- 4. Grundkomponenten oder Zusammensetzung (1), (2) oder (3) + ei nes oder beide von Nb und V.
Cr: weniger als 0,8 Gewichtsprozent
Chrom verfeinert die lamellaren Intervalle von Perlit und verbessert die
Festigkeit und das Ziehvermögen des Drahtziehstabs. Damit Chrom diese Wir
kungen erzeugt, sollte die Chrommenge mehr als 0,05 Gewichtsprozent, vor
zugsweise 0,1 Gewichtsprozent, betragen. Wenn andererseits Chrom in einer zu
hohen Menge vorliegt, wird in der Regel ungelöstes Zementit gebildet und es ver
längert sich die Zeit, die zur Fertigstellung der Umwandlung erforderlich ist. Au
ßerdem gibt es Anlaß zu überkühlter Struktur (wie Martensit und Bainit) in dem
warmgewalzten Drahtstab und es übt eine nachteilige Wirkung auf das mechani
sche Ziehvermögen aus. Daher sollte die obere Grenze für Chrom 0,8 Gewichts
prozent betragen.
Cu: weniger als 0,5 Gewichtsprozent
Kupfer verbessert die Korrosionsbeständigkeit von sehr feinen Stahldrähten. Es
verbessert auch die Entzunderungsfähigkeit (descalability) zum Zeitpunkt des me
chanischen Ziehens und verhindert auch das Festfressen der Ziehdüse. Damit
Kupfer diese Wirkungen erzeugt, sollte die Kupfermenge höher als 0,05 Ge
wichtsprozent sein. Wenn Kupfer andererseits in einer zu hohen Menge vorliegt,
ruft es Bläschenbildung auf der Drahtoberfläche hervor, selbst wenn der warmge
walzte Drahtstab bei einer hohen Temperatur von etwa 900°C gehalten wird. Un
ter den Bläschen im Stahl tritt Magnetit auf, das sich nachteilig auf das mechani
sche Ziehvermögen auswirkt. Wenn außerdem Kupfer mit Schwefel zur Bildung
von CuS reagiert, das an der Korngrenze segregiert, treten während der Drahts
tabherstellung Fehler im Walzblock und im Drahtstab auf. Solche nachteiligen
Wirkungen sollten durch Begrenzung des maximalen Kupferanteils auf 0,5 Ge
wichtsprozent vermieden werden.
Ni: weniger als 0,5 Gewichtsprozent
Nickel verbessert die Duktilität von Zementit und trägt folglich zum
Ziehvermögen bei. Nickel in einer Menge gleich oder etwas weniger als jene von
Kupfer, verhindert wirksam die von Kupfer verursachte Rißbildung bei Hitze. An
dererseits ist Nickel kostspielig und ist bei der Erhöhung der Festigkeit nicht so
wirksam; daher sollte die obere Grenze des Nickelgehalts 0,5 Gewichtsprozent
betragen.
Nb und V: jeweils weniger als 0,02 Gewichtsprozent
Nb und V verbessern das Härtungsvermögen und sind bei der Erhö
hung der Festigkeit wirksam. Zugegeben in einer zu hohen Menge, bilden sie je
doch zuviel Carbide, Senken den Kohlenstoff zur Bildung von lamellarem Zemen
tit, mit dem Ergebnis, daß die Festigkeit abnimmt und Ferrit der zweiten Phase
sich zu stark bildet. Deren jeweilige obere Grenze sollte daher 0,02 Gewichtspro
zent betragen.
Die Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 49592/1994 offenbart
einen Stahl für einen unlegierten Stahldraht, dem Chrom sowie Bor zugesetzt
wurde. Gemäß dieser Technologie wird Bor in einem solchen Verhältnis zu dem
Chromgehalt zugegeben, daß das Wachstum von Zementit in Perlit gefördert wird.
Die offenbarte Technologie unterscheidet sich daher vollständig von jener der vor
liegenden Erfindung in der Aufgabe und Wirkung des eingearbeiteten Bors.
Der erfindungsgemäße unlegierte Stahldraht der zweiten Ausfüh
rungsform kann aus einem Ti-enthaltenden unlegierten Stahlprodukt, das dieselbe
chemische Zusammensetzung wie der unlegierte Stahldraht aufweist, hergestellt
werden und weist TiN-Einschlüsse auf, deren maximaler Durchmesser geringer
als 8,0 µm ist.
Dieses Stahlprodukt kann leicht zu einem unlegierten Stahldraht mit
ausgezeichneter Beständigkeit gegen Rißbildung in Längsrichtung durch das übli
che Verfahren zur Herstellung von Draht verarbeitet werden, da es freies Bor ent
hält, das die Ferritbildung inhibiert, wodurch er weniger dazu neigt, auch nach
Warmwalzen, Ziehen und Patentieren den Ferritgehalt zu erhöhen (aufgrund der
Senkung des Kohlenstoffgehalts in der Oberflächenschicht des Drahtes). Da der
maximale Durchmesser der TiN-Einschlüsse außerdem auf 8,0 µm begrenzt ist,
neigt er während des Ziehens weniger zum Bruch und weist ein gutes Ziehvermö
gen auf.
Das vorstehend genannte Ti-enthaltende, unlegierte Stahlprodukt kann
leicht aus einem Stahl mit derselben chemischen Zusammensetzung wie der un
legierte Stahldraht der zweiten Ausführungsform durch Gießen, Kühlen mit einer
Geschwindigkeit von mehr als 5°C/s und Warmwalzen des erhaltenen Walzblocks
hergestellt werden. Die vorstehend ausgewiesene Geschwindigkeit (mehr als
5°C/s) für das Abkühlen vom Gießen zum Verfestigen inhibiert das Kornwachstum
der TiN-Einschlüsse, so daß ihr maximaler Korndurchmesser geringer als 8,0 µm
ist. Die Kühlgeschwindigkeit nach dem Gießen sollte vorzugsweise größer als
8°C/s, bevorzugter größer als 10°C/s, sein. Der Walzblock kann erhitzt und in üb
licher Weise gewalzt werden. Die Erhitzungstemperatur beträgt gewöhnlich etwa
1000-1300°C, die Walzendtemperatur ist höher als der Ar3-Punkt und die Wic
keltemperatur ist etwa 100-300°C.
Der unlegierte Stahl gemäß der dritten Ausführungsform wird nachste
hend erläutert. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß die wesentlichen Komponen
ten C (0,65-1,2 Gewichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent), Mn (0,2-2,0 Ge
wichtsprozent), B (0,0003-0,0050 Gewichtsprozent, wobei B in fester Lösung
mehr als 0,0003 Gewichtsprozent ausmacht), N (weniger als 0,0050 Gewichtspro
zent) und Fe sind, der Anteil an Ti auf 0-0,005 Gewichtsprozent begrenzt ist, die
Hauptphase Perlit ist und das Ferrit-Flächenverhältnis weniger als 0,40% in der
Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 µm von der Oberfläche beträgt.
Der unlegierte Stahldraht gemäß der dritten Ausführungsform ist da
durch gekennzeichnet, daß er freies Bor als wesentliche Komponente enthält, ob
wohl er kein Titan enthält. Gemäß der üblichen Technologie kann Stahl praktisch
kein freies Bor enthalten, sofern er nicht mit einem Nitrid-bildenden Element, wie
Ti, Nb und Al, versetzt ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß Bor selbst ein Ni
trid-bildendes Element ist und die technische Entwicklung wurde auf wenig oder in
mittlerem Umfang Kohlenstoff enthaltenden Stahl (weniger als 0,5 Gewichtspro
zent Kohlenstoff) oder niedrig legierten Stahl gerichtet. Die dritte Ausführungsform
beruht auf einer neuen Erkenntnis, nämlich, daß der Stahl freies Bor enthalten
kann, wenn die Menge an Stickstoff bei unlegiertem oder hypereutektischem Stahl
streng geregelt bzw. kontrolliert wird und die Heiztemperatur und die Kühlge
schwindigkeit (nach dem Walzen) streng kontrolliert werden. Daher ist der unle
gierte Stahl gemäß der dritten Ausführungsform vollständig frei von Titanein
schlüssen, die für das Ziehen nachteilig sind, so daß er zu hochfestem Draht ge
zogen werden kann, der niemals mit der üblichen Technologie erhalten werden
könnte. Das freie Bor in dem gemäß der dritten Ausführungsform erzeugten
Stahldraht bleibt während des Patentierens intakt und hemmt die Bildung von Fer
rit. (Das Patentieren für unlegierte Stahldrähte, wie Reifencord, wird gewöhnlich
innerhalb einer kurzen Zeit, etwa eine Minute, beendet.) Somit weist der Stahl ein
gutes Ziehvermögen auf und er neigt nicht zu Delaminierung (im Verdrilltest). Der
unlegierte Stahldraht gemäß der dritten Ausführungsform ist als hochfester
Stahldraht industriell verwendbar.
Der unlegierte Stahldraht der dritten Ausführungsform ist in seiner
chemischen Zusammensetzung (ausgenommen für Ti, B und N), der Hauptphase
und der Menge an Ferrit in der Oberflächenschicht aus demselben Grunde, wie
für die zweite Ausführungsform angegeben, eingeschränkt. Eine genaue Be
schreibung wird hinsichtlich des Grundes, warum die Menge an freiem Bor (oder
Bor in fester Lösung) und Titan eingeschränkt ist, nachstehend angeführt.
Titan (als Verunreinigung) sollte vorzugsweise nicht vorliegen und die
obere Grenze des Titangehalts sollte 0,005 Gewichtsprozent sein. Mit einem
Titangehalt innerhalb dieser Grenze enthält unter den nachstehend angeführten
Bedingungen erzeugter Stahl ausreichend freies Bor und weist ein gutes Zieh
vermögen auf.
Um die Anwesenheit von freiem Bor zu gewährleisten, das die Bildung
von Ferrit inhibiert, ist es erforderlich, Bor in einer Gesamtmenge von mindestens
0,0003 Gewichtsprozent zuzugeben. Andererseits bildet sich, wenn die Menge
0,0050 Gewichtsprozent übersteigt, Fe23(CB)6, wodurch sich das Ziehvermögen
verschlechtert. Die obere Grenze des Borgehalts sollte daher 0,0050 Gewichts
prozent, vorzugsweise 0,0040 Gewichtsprozent, sein. Das Bor, das die Ferritbil
dung inhibiert, ist nicht das zugegebene Bor, sondern das freie Bor, das keine
Verbindung in dem Stahl erzeugt. Damit freies Bor vorliegt, ist es erforderlich, daß
kein BN gebildet werden sollte. Folglich sollte die Menge an Stickstoff weniger als
0,0050 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 0,0035 Gewichtsprozent, be
tragen. Es ist außerdem auch erforderlich, die Walzbedingungen, wie später er
wähnt, zu steuern. Freies Bor sollte in einer Menge von mindestens 0,0003 Ge
wichtsprozent vorliegen, damit es die Ferritbildung inhibiert. Je höher die Menge
an freiem Bor, desto besser. Die obere Grenze der Menge an freiem Bor wird je
doch durch die Begrenzung der Menge an Bor, das zugegeben werden kann, na
türlich beschränkt.
Der unlegierte Stahldraht gemäß der dritten Ausführungsform besteht
außerdem aus den vorstehend genannten Grundkomponenten und der wesentli
chen Komponente (Eisen), kann allerdings eines oder mehrere von Cr, Cu, Ni, Nb
und V als das Material verbessernde Elemente, wie im Fall des unlegierten
Stahldrahts gemäß der zweiten Ausführungsform, enthalten.
Der unlegierte Stahldraht gemäß der dritten Ausführungsform kann aus
einem Ti-enthaltenden, unlegierten Stahlprodukt mit derselben chemischen Zu
sammensetzung, wie der unlegierte Stahldraht gemäß der dritten Ausführungs
form, durch Warmwalzen, Ziehen, Patentieren und gegebenenfalls Fertigziehen
hergestellt werden.
Dieses Stahlprodukt kann aus einem Stahl mit derselben chemischen
Zusammensetzung, wie der unlegierte Stahldraht gemäß der dritten Ausfüh
rungsform, durch Gießen, Kühlen mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5°C/s
(vom Gießen zum Verfestigen) und Warmwalzen des erhaltenen Walzblocks er
halten werden. (Die Menge an Bor in der chemischen Zusammensetzung bedeu
tet die Menge an Bor, die zugegeben wird, welche 0,0003-0,0050 Gewichtspro
zent beträgt.) Das Warmwalzen des Walzblocks sollte bei 900-1300°C, vorzugs
weise bei einer Temperatur unterhalb 1200°C, ausgeführt werden, und die End
temperatur des Warmwalzens sollte 900-1100°C betragen. Das Walzprodukt
sollte innerhalb von 30 Sekunden auf 850°C gekühlt werden.
Dem Gießen sollte Kühlen mit einer Geschwindigkeit von mehr als
5°C/s folgen, so daß Titaneinschlüsse zu feinen Teilchen werden, die während
des Ziehens kein Brechen des Drahts verursachen.
Während des Warmwalzens sollte der Walzblock oberhalb 900°C er
hitzt werden. Ansonsten kann der Walzblock aufgrund zu hoher Belastung nicht
gewalzt werden. Die untere Grenze der Erhitzungstemperatur sollte somit 900°C
betragen. Erhitzen oberhalb 900°C, vorzugsweise oberhalb 930°C, verursacht,
daß das meiste Bor in dem Stahl sich zu einer festen Lösung ausbildet, in der
freies Bor vorliegt. Die Menge an freiem Bor ist proportional der Erhitzungstempe
ratur. Eine zu hohe Erhitzungstemperatur führt allerdings zu groben Austenitkri
stallkörnern, die die Verminderung in der Fläche des Drahtstabes verringern. Da
her sollte die obere Grenze 1300°C, vorzugsweise 1200°C, betragen.
Sehr wichtig für das Vorliegen von freiem Bor ist die Endtemperatur
(die Temperatur, bei der das Fertigwalzen endet) und das Kühlen, das dem
Warmwalzen folgt. Die erwünschten Bedingungen werden hinsichtlich der Ergeb
nisse des Versuches zur Simulation von Warmwalzen und Gewährleisten von
Kühlen erstellt. Dieser Versuch wurde mit einem Titan-freien hypereutektischen
Stahl, mit einer chemischen Zusammensetzung von C (1,0 Gewichtsprozent), Si
(0,3 Gewichtsprozent), Mn (0,35 Gewichtsprozent), B (0,0030 Gewichtsprozent
oder 30 ppm) und N (0,0037 Gewichtsprozent), wobei der Rest Fe ist, ausgeführt.
Bei dem Versuch wurde Stahl auf 1000°C erhitzt und dann auf 950°C, 900°C,
850°C und 800°C abkühlen lassen (entsprechend der Endtemperatur). Nach dem
Kühlen auf eine spezielle Temperatur wurde die Probe bei der Temperatur 3 Se
kunden, 10 Sekunden, 30 Sekunden, 100 Sekunden und 180 Sekunden gehalten
und dann wassergekühlt. Nach dem Kühlen wurde die Menge an freiem Bor in
dem Stahl in nachstehender Weise bestimmt. Die Probe wurde elektrolytisch ex
trahiert und die Bormenge, die als eine Verbindung in dem Rückstand verblieben
war, wurde durch Curcumine-Absorptiometrie bestimmt. Die Menge an freiem Bor
wurde aus dem Unterschied zwischen der Menge an Bor als Verbindung und der
Menge an zugegebenem Bor berechnet. Die Ergebnisse des Versuchs sind in Fig.
2 dargestellt. Die Zahlen in der Figur weisen die Menge an freiem Bor (in ppm)
aus. Die Kurve A gibt das Kühlen von 1100°C bei einer Geschwindigkeit von
20°C/s wieder. Die Kurve B gibt das Kühlen von 1000°C bei einer Geschwindigkeit
von 20°C/s wieder. Die Kurve C gibt das Kühlen von 900°C bei einer Geschwin
digkeit von 20°C/s wieder.
In Fig. 2 wird angeführt, daß die Menge an freiem Bor gering ist, wenn
die Haltetemperatur geringer als 850°C ist. Es ist auch angemerkt, daß bei Tem
peraturen unterhalb 850°C die Menge an freiem Bor proportional der Haltezeit
abnimmt. Die Menge an freiem Bor nimmt auf 3 ppm (oder 0,0003 Gewichtspro
zent) ab, wenn die Temperatur 850°C beträgt und die Haltezeit 30 Sekunden ist.
Bei 800°C sinkt die Menge an freiem Bor in bezug auf die Haltezeit weniger, wo
bei 13 ppm (0,0013 Gewichtsprozent) nach Halten für 30 Sekunden verbleiben.
Fig. 2 läßt erkennen, daß die Abnahme an freiem Bor (oder Fällung von BN) in
dem hypereutektischen Stahl durch die Kurve C mit dem Nasentemperaturbereich
wiedergegeben wird. Dieser steht im Einklang mit dem bekannten Wissen.
Auf der Grundlage des Vorstehenden wurde ein Verfahren zur Ge
währleistung von freiem Bor erstellt. Gemäß diesem Verfahren folgt dem Fertig
walzen Abkühlen auf 850°C innerhalb von 30 Sekunden. Bei Temperaturen unter
halb 850°C verbleibt die Bor-enthaltende feste Lösung in dem Stahl wie sie ist,
auch nach dem Aufwickeln, ohne daß sich Bor mit Stickstoff verbindet, solange
Kühlen in üblicher Weise ohne Temperaturhalten ausgeführt wird.
Die Erfindung wird genauer unter Bezugnahme auf die nachstehenden
Beispiele beschrieben, die jedoch nicht vorgesehen sind, den Schutzbereich da
von einzuschränken.
Ein Stahl mit der in nachstehender Tabelle 1 gezeigten chemischen
Zusammensetzung wurde durch Vakuum-Induktionsschmelzen zu einem Walz
block gegossen. Der Walzblock wurde in der in Tabelle 1 gezeigten Geschwindig
keit gekühlt und dann zu einem quadratischen Stab mit 115 mm im Quadrat ge
schmiedet. Der Stab wurde zu einem Draht von 5,5 mm Durchmesser warmge
walzt. Der Draht wurde außerdem zu einem Draht mit 2,10-1,40 mm im Durch
messer gezogen. Der gezogene Draht wurde zum Patentieren in einem Fluidbett
auf 940°C erhitzt, so daß die Umwandlung zu Austenit statifand. Der Draht wurde
bei 540°C isothermer Umwandlung zu feinem Perlit, Beizen, Messingplattieren
und schließlich Naßziehen unterzogen. Somit wurde ein Stahldraht mit einem
Durchmesser von 0,2 mm erhalten.
Der Stahldraht wurde hinsichtlich der Ferritmenge in der Oberflächen
schicht (S), ausgewiesen in Fig. 1, mit einer SEM-Photographie der Struktur ge
prüft. Der Stahldraht wurde auch hinsichtlich Rißbildung in Längsrichtung
(Delaminierung) durch den Verdrilltest mit 40 mm langen Prüfstücken geprüft.
Verdrillen wurde 30-mal wiederholt oder bis das Prüfstück Rißbildung in Längs
richtung unterlag. Die Probe wurde als gut bezeichnet (O), wenn kein Brechen
durch Verdrillen (30-mal) stattfand, und die Probe wurde als mangelhaft bezeich
net (x), wenn sie durch Verdrillen (weniger als 30-mal) zerbrach. Der Stahldraht
wurde hinsichtlich der Zugfestigkeit geprüft. Der warmgewalzte Drahtstab (0,2 kg)
wies seine Stammphase gelöst auf und der Rest wurde hinsichtlich des maxima
len Teilchendurchmessers von TiN darin geprüft. Das Ziehvermögen wurde durch
die Beobachtung bewertet, ob der warmgewalzte Drahtstab (30 kg) vollständig zu
einem Draht (0,2 mm im Durchmesser) ohne Bruch gezogen wurde, oder nicht.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Die Probe wurde als mangelhaft (x)
bewertet, wenn sie einmal oder mehrmals zerbrach. Im Fall häufigen Bruchs wur
de Ziehen durch Spleißen gebrochener Drähte fortgesetzt, bis der Enddurchmes
ser erreicht war. Im Fall von häufigem Bruch wurde das Ziehen ausgesetzt und
der Verdrilltest wurde nicht ausgeführt. ("Kein Test" bedeutet "--" in der Tabelle.)
Es ist Tabelle 2 entnehmbar, daß jene Proben, welche die in der vorlie
genden Erfindung ausgewiesene Zusammensetzung aufweisen und die mit einer
Geschwindigkeit von mehr als 5°C/s nach dem Gießen gekühlt wurden, ein Ferrit-
Flächenverhältnis von weniger als 0,40% (in der Oberflächenschicht, bis zu einer
Tiefe von 50 µm von der Oberfläche), eine Festigkeit von mehr als 4000 MPa,
gutes Ziehvermögen und gute Beständigkeit gegen Rißbildung in der Längsrich
tung aufweisen.
Ein Stahl mit der chemischen Zusammensetzung, die in der nachste
henden Tabelle 3 angegeben ist, wurde zu einem Walzblock durch Vakuum-
Induktionsschmelzen gegossen. Der Walzblock wurde mit einer Geschwindigkeit,
dargestellt in Tabelle 3, abgekühlt. Der Walzblock wurde auf 1150°C erhitzt und
dann so warmgewalzt, daß die Endtemperatur 1000°C war. Dem Warmwalzen
folgte Luftkühlen für 12 s von 1000°C auf 850°C (bei einer Kühlgeschwindigkeit
von 12,5°C/s). Es wurde ein Drahtstab von 5,5 mm Durchmesser erhalten. Dieser
Drahtstab wurde zu einem Draht von 2,0-1,5 mm Durchmesser gezogen. Dieser
Draht wurde anschließend Patentieren in einem Fluidbett, Beizen, Messingplattie
ren und schließlich Naßziehen unterzogen. Es wurde ein Stahldraht mit einem
letztlichen Durchmesser, dargestellt in Tabelle 4, erhalten. (Im Fall des Bruches
während des Ziehens ist der Durchmesser des Stahldrahts, der vor dem Bruch
erhalten wurde, angegeben.) Der von dem Warmwalzen stammende Drahtstab
wurde schließlich hinsichtlich des Gehalts an freiem Bor in der festen Lösung
durch das vorstehend angeführte Verfahren geprüft. Die Ergebnisse sind in Ta
belle 3 dargestellt.
Der Stahl Nr. 27 in Tabelle 3 wurde zu drei Arten Drahtstäben (jeweils
5,5 mm im Durchmesser) durch Warmwalzen unter den nachstehenden Bedin
gungen verarbeitet. Warmwalzen folgte Kühlen, wobei die Kühlzeit durch die
Menge an Gebläseluft eingestellt wurde. Jeder Drahtstab wurde hinsichtlich der
Menge an freiem Bor in fester Lösung geprüft. Die Drahtstäbe wurden zu Stahl
drähten gezogen, die als Proben Nrn. 34 bis 36 in Tabelle 4 bezeichnet werden.
SRT: 1100°C, FDT: 1000°C, T850: 40 s, B: 0,0002%
SRT: 1030°C, FDT: 1000°C, T850: 18 s, B: 0,0020%
SRT: 1000°C, FDT: 850°C, T850: 0 s, B: 0,000%
(SRT steht für Erhitzungstemperatur, FDT steht für Endtemperatur und T850 steht für die Zeit, die erforderlich ist, auf 850°C zu kühlen.)
(SRT steht für Erhitzungstemperatur, FDT steht für Endtemperatur und T850 steht für die Zeit, die erforderlich ist, auf 850°C zu kühlen.)
Der Stahldraht wurde hinsichtlich der Bormenge in fester Lösung durch
das vorstehend angeführte Verfahren und auch hinsichtlich der Ferritmenge in der
Oberflächenschicht (S), wie in Fig. 1 gezeigt, durch SEM-Photographie der
Struktur untersucht. Der Stahldraht wurde auch hinsichtlich Rißbildung in Längs
richtung (Delaminierung) durch den Verdrillungstest mit einem Probestück mit ei
ner Länge von 40 mm geprüft. Verdrillen wurde 30-mal ausgeführt, bis das Prüf
stück Rißbildung in Längsrichtung unterlag. Die Probe wurde als gut (O) angese
hen, wenn sie durch Verdrillen (30-mal) nicht brach, und die Probe wurde als
mangelhaft (x) angesehen, wenn sie durch Verdrillen (weniger als 30-mal) zer
brach. Der Stahldraht wurde hinsichtlich Zugfestigkeit geprüft. Das Ziehvermögen
wurde durch die Beobachtung, ob der warmgewalzte Drahtstab (30 kg) vollständig
zu einem Draht (0,2 mm im Durchmesser) ohne Bruch gezogen werden konnte
oder nicht, bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Probe wur
de als mangelhaft (x) bezeichnet, wenn sie einmal oder mehrmals zerbrach. Im
Fall häufigen Brechens wurde Ziehen durch Spleißen gebrochener Drähte fortge
setzt, bis der Enddurchmesser erreicht war. Im Fall häufigen Bruches wurde Zie
hen ausgesetzt und der Verdrilltest wurde nicht ausgeführt. ("Kein Test" ist aus
gewiesen durch "--" in der Tabelle.) Die Markierung "-" weist "nicht gemessen" in
der Spalte für freies Bor in Tabelle 3 und in den Spalten von TS und freiem Bor in
Tabelle 4 aus.
Es ist Tabelle 4 zu entnehmen, daß Proben Nrn. 1 bis 18, die zum Ver
gleich aus dem Stahl hergestellt wurden, in der Zugfestigkeit (weniger als 4000
MPa) meistens mangelhaft waren und während des Ziehens zum Bruch neigten.
Selbst wenn einige von ihnen bis zum letztlichen Durchmesser gezogen wurden,
litten sie beim Verdrilltest unter Rißbildung in Längsrichtung. Es ist auch ent
nehmbar, daß Proben Nrn. 19 bis 32, die aus einem erfindungsgemäßen Stahl
hergestellt wurden, auch bei einer tatsächlichen Belastung von mehr als 4,0 (mehr
als 4000 MPa) zufriedenstellend zu einem Draht gezogen werden können und
eine hohe Zugfestigkeit ohne Delaminierung zeigen. Diese guten Eigenschaften
sind auf die ausreichende Menge an freiem Bor in fester Lösung zurückzuführen,
die die Menge an Ferrit in der Oberflächenschicht des Stahldrahts gering hält.
(Ferrit ruft Rißbildung in Längsrichtung, die davon ausgeht, hervor.)
Proben Nrn. 34 und 36 unterlagen Delaminierung, auch wenn sie aus
einem Stahl Nr. 27 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden. Die
Delaminierung in Probe Nr. 34 ist auf die unzureichende Kühlung trotz hinreichen
der Endtemperatur zurückzuführen. (Die Zeit, die zum Kühlen auf 850°C erforder
lich ist, war länger als die für die Erfindung ausgewiesene.) Delaminierung von
Probe Nr. 36 erfolgt aufgrund der unzureichenden Menge an freiem Bor. (Die
Endtemperatur war geringer als die in der Erfindung ausgewiesene.)
Der erfindungsgemäße, unlegierte Stahldraht wird so hergestellt, daß
das Ferrit-Flächenverhältnis in der Oberflächenschicht, bis zu einer Tiefe von 50
µm von der Oberfläche geringer als 0,40% ist. Dies impliziert, daß die Menge an
Ferrit, die für die Rißbildung in Längsrichtung verantwortlich ist, ausreichend ge
ring gehalten wird. Daher weist der Stahldraht eine hohe Festigkeit auf und ist in
der Beständigkeit gegen Rißbildung in Längsrichtung noch ausgezeichnet. Das
erfindungsgemäße Stahlprodukt kann leicht zu einem unlegierten Stahldraht mit
hoher Festigkeit und guter Beständigkeit gegen Rißbildung in Längsrichtung durch
Verminderung in der Fläche und Patentieren in üblicher Weise verfertigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine einfache Herstellung eines
Stahlprodukts für den vorstehend genannten Stahldraht.
Claims (7)
1. Unlegierter Stahldraht mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen Rißbildung
in Längsrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die wesentlichen Kompo
nenten C (0,65-1,2 Gewichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent), Mn
(0,2-2,0 Gewichtsprozent) und Fe sind, die Hauptphase Perlit ist und das
Ferrit-Flächenverhältnis weniger als 0,40% in der Oberflächenschicht bis zu
einer Tiefe von 50 µm von der Oberfläche beträgt.
2. Unlegierter Stahldraht mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen Rißbildung
in Längsrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die wesentlichen Kompo
nenten C (0,65-1,2 Gewichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent), Mn
(0,2-2,0 Gewichtsprozent), B (0,0003-0,0050 Gewichtsprozent), Ti (weniger
als 0,030 Gewichtsprozent), N (weniger als 0,0050 Gewichtsprozent) und
Fe sind, wobei die Mengen von B, Ti und N der Gleichung (1) genügen,
0,03 ≦ B/(Ti/3,43 - N) ≦ 5,0 (1),
die Hauptphase Perlit ist und das Ferrit-Flächenverhältnis weniger als 0,40% in der Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 µm von der Oberfläche beträgt.
0,03 ≦ B/(Ti/3,43 - N) ≦ 5,0 (1),
die Hauptphase Perlit ist und das Ferrit-Flächenverhältnis weniger als 0,40% in der Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 µm von der Oberfläche beträgt.
3. Stahl für einen unlegierten Stahldraht mit derselben chemischen Zusam
mensetzung wie in Anspruch 2 definiert, dadurch gekennzeichnet, daß der
maximale Teilchendurchmesser eines TiN-Einschlusses geringer als 8,0
µm ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Stahls für einen unlegierten Stahldraht,
wobei das Verfahren Gießen eines Stahls mit derselben chemischen Zu
sammensetzung wie in Anspruch 2 definiert, Kühlen des Gusses mit einer
Geschwindigkeit von mehr als 5°C/s im Zeitraum vom Beginn des Gießens
bis zum Abschluß der Verfestigung und Warmwalzen des erhaltenen Walz
blocks umfaßt.
5. Unlegierter Stahldraht, dadurch gekennzeichnet, daß die wesentlichen
Komponenten C (0,65-1,2 Gewichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent),
Mn (0,2-2,0 Gewichtsprozent), B (0,0003-0,0050 Gewichtsprozent, wobei B
in fester Lösung mehr als 0,0003 Gewichtsprozent ausmacht), N (weniger
als 0,0050 Gewichtsprozent) und Fe sind, der Anteil an Ti auf 0-0,005 Ge
wichtsprozent begrenzt ist, die Hauptphase Perlit ist und das Ferrit-
Flächenverhältnis weniger als 0,40% in der Oberflächenschicht bis zu einer
Tiefe von 50 µm von der Oberfläche beträgt.
6. Stahl für einen unlegierten Stahldraht mit ausgezeichneter Beständigkeit
gegen Rißbildung in Längsrichtung, wobei der Stahl dieselbe chemische
Zusammensetzung wie in Anspruch 5 definiert aufweist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Drahtstabs für einen unlegierten
Stahldraht, wobei das Verfahren Gießen eines Stahls, dessen wesentliche
Komponenten C (0,65-1,2 Gewichtsprozent), Si (0,1-2,0 Gewichtsprozent),
Mn (0,2-2,0 Gewichtsprozent), B (0,0003-0,0050 Gewichtsprozent), N
(weniger als 0,0050 Gewichtsprozent) und Fe sind, wobei der Anteil an Ti
auf 0-0,005 Gewichtsprozent begrenzt ist, Kühlen des Gusses mit einer
Geschwindigkeit von mehr als 5°C/s im Zeitraum vom Beginn des Gießens
bis zum Abschluß der Verfestigung, wodurch ein Walzblock gebildet wird,
Erhitzen des erhaltenen Walzblocks und Warmwalzen desselben derart,
daß die Endtemperatur 900-1100°C beträgt, und Kühlen des warmgewalz
ten Produkts auf 850°C innerhalb von 30 Sekunden umfaßt.
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