DE112016005198T5

DE112016005198T5 - Walzdraht mit ausgezeichneter Kaltschmiedbarkeit und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE112016005198T5
Application number: DE112016005198.0T
Authority: DE
Inventors: Dong-Jun Mun; Geun-Soo Ryu; Sang-yoon Lee; Jae-Seung Lee
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Co Ltd Pohang Si Kr; POSCO CO., LTD, POHANG-SI, KR
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2018-08-02
Also published as: WO2017082684A1; KR101714916B1; MX2018004634A; JP2019500489A; CN108350548B; CN108350548A; JP6626571B2; US10988821B2; US20190085422A1; WO2017082684A8

Abstract

Offenbart werden ein Walzdraht und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Der Walzdraht umfasst in Gewichtsprozent: 0,02 bis 0,15 % C; 0,05 bis 0,3 % Si; 0,5 bis 1,2 % Mn; 0,3 bis 0,9 % Cr; 0,02 % oder weniger P; 0,02 % oder weniger S; 0,01 bis 0,05 % lösl. Al; 0,01 % oder weniger N; Fe als Rest; und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei der Walzdraht die folgenden Formeln 1 und 2 erfüllt, wobei, wenn die Härte des Walzdrahts, gemessen an einer Position 1/2d und an einer Position 1/4d in Richtung des Durchmessers des Walzdrahts, Hv,(Hv) bzw. Hv,(Hv) ist (d ist hier der Durchmesser des Drahts). [Formel 1] (Hv,+Hv,)/2 ≤ 150, [Formel 2] Hv,/Hv,1/4d ≤ 1,2

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Walzdraht mit ausgezeichneter Kaltschmiedbarkeit und ein Verfahren zu seiner Herstellung, und insbesondere einen Walzdraht mit ausgezeichneter Kaltschmiedbarkeit und ein Verfahren zu seiner Herstellung, wobei der Walzdraht zur Verwendung als Material für Fahrzeuge oder Material für Maschinenbauteile geeignet ist.
[Stand der Technik]
Ein Kaltbearbeitungsverfahren weist als Effekte eine ausgezeichnete Produktivität und eine Senkung der Wärmebehandlungskosten im Vergleich zu einem Warmbehandlungsverfahren oder einem spanabhebenden Bearbeitungsverfahren auf und ist daher weit verbreitet bei der Herstellung von Materialien für Fahrzeuge oder Materialien für Maschinenbauteile wie z.B. Muttern, Schrauben oder dergleichen.
Um wie oben beschrieben ein mechanisches Bauteil mithilfe eines Kaltbearbeitungsverfahrens herzustellen, ist jedoch eine ausgezeichnete Kaltbearbeitbarkeit des Stahls wesentlich. Genauer gesagt ist es notwendig, dass der Stahl einen geringen Verformungswiderstand während der Kaltbearbeitung aufweist und dass er eine ausgezeichnete Duktilität aufweist. In diesem Fall können fehlerhafte Produkte erzeugt werden, da die Lebensdauer eines bei der Kaltbearbeitung verwendeten Werkzeugs verkürzt sein kann, wenn der Verformungswiderstand des Stahls hoch ist, und da es während der Kaltbearbeitung leicht zu einem Splittern kommen kann, wenn die Duktilität des Stahls gering ist.
Im Fall von Stahl für Kaltbearbeitung gemäß dem Stand der Technik wird dieser daher vor der Kaltbearbeitung einer Kugelglühungs-Wärmebehandlung unterzogen. Da der Stahl während der Kugelglühungs-Wärmebehandlung erweicht, wird in diesem Fall der Verformungswiderstand verringert, während die Duktilität verbessert wird, wodurch die Kaltbearbeitbarkeit verbessert wird. Da jedoch in diesem Fall zusätzliche Kosten entstehen können und die Herstellungseffizienz sinken kann, war die Entwicklung eines Walzdrahts erforderlich, der imstande ist, eine ausgezeichnete Kaltbearbeitbarkeit ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Wärmebehandlung sicherzustellen.
[Offenbarung]
[Technisches Problem]
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung schafft einen Walzdraht, bei dem eine ausgezeichnete Kaltschmiedbarkeit ohne zusätzliche Wärmebehandlung sichergestellt wird, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
[Technische Lösung]
Gemäß einem Aspekt des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzepts kann ein Walzdraht Folgendes beinhalten: Kohlenstoff (C): 0,02 Gew.-% bis 0,15 Gew.-%, Silicium (Si): 0,05 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%, Mangan (Mn): 0,5 Gew.-% bis 1,2 Gew.-%, Chrom (Cr): 0,3 Gew.-% bis 0,9 Gew.-%, Phosphor (P): 0,02 Gew.-% oder weniger, Schwefel (S): 0,02 Gew.-% oder weniger, lösliches Aluminium (lösl. Al): 0,01 Gew.-% bis 0,05 Gew.-%, Stickstoff (N): 0,01 Gew.-% oder weniger, Eisen (Fe) als Rest und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei der Walzdraht die Formel 1 und die Formel 2 erfüllt, wenn die Härte des Walzdrahts, gemessen an einer Position 1/2d und an einer Position 1/4d in Richtung des Durchmessers des Walzdrahts, Hv,_1/2d(Hv) bzw. Hv,1/4d (Hv) ist: $(Hv,_{1 / 2 d} + Hv,_{1 / 4 d}) / 2 \leq 150$
$Hv,_{1 / 2 d} / Hv,_{1 / 4 d} \leq 1,2$
wobei d der Durchmesser des Drahts ist.
Gemäß einem Aspekt des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzepts kann ein Verfahren zur Herstellung eines Walzdrahts Folgendes beinhalten: Erhitzen eines Rohlings, der Folgendes beinhaltet: Kohlenstoff (C): 0,02 Gew.-% bis 0,15 Gew.-%; Silicium (Si): 0,05 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%; Mangan (Mn): 0,5 Gew.-% bis 1,2 Gew.-%; Chrom (Cr): 0,3 Gew.-% bis 0,9 Gew.-%; Phosphor (p): 0,02 Gew.-% oder weniger; Schwefel (S): 0,02 Gew. -% oder weniger; lösliches Aluminium (lösl. Al): 0,01 Gew.-% bis 0,05 Gew.-%; Stickstoff (N): 0,01 Gew.-% oder weniger; Eisen (Fe) als Rest; und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei ein Kohlenstoffäquivalent (Ceq), definiert durch die Gleichung 1, 0,23 oder mehr und 0,33 oder weniger beträgt, und der die Formel 3 und die Formel 4 erfüllt; Erzielen des Walzdrahts durch Warmwalzen des Rohlings, der unter Fertigwalztemperaturbedingungen von 900 °C bis 1000 °C erhitzt wurde; und Kühlen nach dem Aufwickeln des Walzdrahts, $Ceq = [C] + [Si] / 9 + [Mn] / 5 + [Cr] / 12$
$1,2 \leq [Mn] / [Cr] \leq 1,8$
$9,33 [C] + 0,97 [Mn] + 0,51 [Cr] + 0,26 [Nb] + 0,66 [V] \leq 2,1$
wobei [C], [Si], [Mn], [Cr], [Nb] und [V] jeweils der Gehalt (%) eines entsprechenden Elements sind.
[Vorteilhafte Wirkungen]
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Walzdraht geschaffen werden, bei dem der Verformungswiderstand während der Kaltbearbeitung ausreichend unterdrückt werden kann, selbst wenn auf eine Kugelglühungs-Wärmebehandlung verzichtet wird.
Die verschiedenen Merkmale, Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die obige Beschreibung beschränkt und werden durch die Beschreibung einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besser verständlich.
[Beste Ausführungsform der Erfindung]
Im Folgenden wird ein Walzdraht mit ausgezeichneter Kaltschmiedbarkeit gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung im Einzelnen beschrieben.
Die betreffenden Erfinder prüften einen Walzdraht unter verschiedenen Aspekten, um einen Walzdraht zu schaffen, bei dem eine ausgezeichnete Kaltschmiedbarkeit sichergestellt werden kann und der gleichzeitig nach dem Drahtziehen einen vorbestimmten Festigkeitsgrad aufweist. Als Ergebnis stellten die betreffenden Erfinder fest, dass durch eine entsprechende Kontrolle der durchschnittlichen Härte eines Walzdraht und eines Härteverhältnisses zwischen einem mittigen Abscheidungsabschnitt und einem Nichtabscheidungsabschnitt eines Walzdraht ein Walzdraht geschaffen werden kann, bei dem die Kaltschmiedbarkeit nicht beeinträchtigt ist und der gleichzeitig nach dem Drahtziehen einen vorbestimmten Festigkeitsgrad aufweist, wodurch die vorliegende Erfindung erzielt wird.
Ein Walzdraht gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt die Formel 1 und die Formel 2, wenn die Härte des Walzdrahts, gemessen an einer Position 1/2d und einer Position 1/4d (d ist hier der Durchmesser des Drahts) in Richtung des Durchmessers des Walzdrahts, Hv,_1/2d(Hv) bzw. Hv,_1/4d(Hv) ist. Wenn der Walzdraht die Formel 1 nicht erfüllt, ist die Festigkeit nach dem Drahtziehen erheblich, wodurch die Kaltschmiedbarkeit beeinträchtigt sein kann. Wenn der Walzdraht die Formel 2 nicht erfüllt, kann es in dem Walzdraht während des Kaltschmiedens nach dem Drahtziehen zu einer Rissbildung kommen. Auf diese Weise kann die Kaltschmiedbarkeit beeinträchtigt sein. $(Hv,_{1 / 2 d} + Hv,_{1 / 4 d}) / 2 \leq 150$
$Hv,_{1 / 2 d} /Hv,_{1 / 4 d} \leq 1,2$
Um die Formel 1 und die Formel 2 zu erfüllen, kann ein Walzdraht gemäß der vorliegenden Erfindung die folgende Legierungszusammensetzung und den folgenden Zusammensetzungsbereich aufweisen. Es wird vorab darauf hingewiesen, dass sich der Gehalt jedes unten beschriebenen Elements auf das Gewicht bezieht, sofern nichts anderes angegeben ist.
Kohlenstoff (C): 0,02 % bis 0,15 %
Kohlenstoff dient dazu, die Festigkeit eines Walzdrahts zu erhöhen. Um die oben beschriebene Wirkung zu erzielen, ist bei der vorliegenden Erfindung Kohlenstoff vorzugsweise in einer Menge von 0,02 % oder mehr enthalten und stärker bevorzugt in einer Menge von 0,03 % oder mehr enthalten. Wenn jedoch der Gehalt an Kohlenstoff zu hoch ist, steigt der Verformungswiderstand des Stahls rasch, wodurch das Problem auftreten kann, dass die Kaltschmiedbarkeit beeinträchtigt ist. Eine Obergrenze des Gehalts an Kohlenstoff beträgt somit vorzugsweise 0,15 %, stärker bevorzugt 0,14 %.
Silicium (Si): 0,05 % bis 0,3 %
Silicium ist ein Element, das als Desoxidationsmittel dient. Um die oben beschriebene Wirkung zu erzielen, ist bei der vorliegenden Erfindung Silicium vorzugsweise in einer Menge von 0,05 % oder mehr enthalten. Wenn jedoch der Gehalt an Silicium zu hoch ist, kommt es zu einem raschen Anstieg des Verformungswiderstands des Stahls durch eine Verfestigung der festen Lösung, wodurch das Problem auftreten kann, dass die Kaltschmiedbarkeit beeinträchtigt ist. Eine Obergrenze des Gehalts an Silicium beträgt somit vorzugsweise 0,3 %, stärker bevorzugt 0,2 %.
Mangan (Mn): 0,5 % bis 1,2 %
Mangan ist ein Element, das als Desoxidationsmittel und Entschwefelungsmittel dient. Um die oben beschriebene Wirkung zu erzielen, ist bei der vorliegenden Erfindung Mangan vorzugsweise in einer Menge von 0,5 % oder mehr enthalten und stärker bevorzugt in einer Menge von 0,52 % oder mehr enthalten. Wenn jedoch der Gehalt an Mangan zu hoch ist, kommt es zu einem erheblichen Anstieg der Festigkeit des Stahls selbst, wodurch der Verformungswiderstand des Stahls rasch steigt. Dadurch kann das Problem auftreten, dass die Kaltschmiedbarkeit beeinträchtigt ist. Eine Obergrenze des Gehalts an Mangan beträgt somit vorzugsweise 1,2 %, stärker bevorzugt 1,0 %.
Chrom (Cr): 0,3 % bis 0,9 %
Chrom dient dazu, die Ferrit- und Perlitumwandlung während des Warmwalzens zu fördern. Während die Festigkeit des Stahls selbst nicht mehr als notwendig erhöht wird, wird darüber hinaus Carbid in dem Stahl ausgefällt, und die Menge des festen Kohlenstoffs wird reduziert, was zu einer Reduktion der durch festen Kohlenstoff verursachten dynamischen Deformationsalterung führt. Um die oben beschriebene Wirkung zu erzielen, ist bei der vorliegenden Erfindung Chrom vorzugsweise in einer Menge von 0,3 % oder mehr enthalten und stärker bevorzugt in einer Menge von 0,32 % oder mehr enthalten. Wenn jedoch der Gehalt an Chrom zu hoch ist, kommt es durch eine Abscheidung von Chrom in einem mittigen Abscheidungsabschnitt eines Walzdrahts zu einer Zunahme der Härteschwankungen in jeder Region eines Walzdrahts, und die Festigkeit des Stahls selbst nimmt deutlich zu, wodurch der Verformungswiderstand des Stahls rasch zunimmt. Dadurch kann das Problem auftreten, dass die Kaltschmiedbarkeit beeinträchtigt ist. Eine Obergrenze des Gehalts an Chrom beträgt somit vorzugsweise 0,9 %, stärker bevorzugt 0,8 %, noch stärker bevorzugt 0,6 %.
Phosphor (P): 0,02 % oder weniger
Phosphor, eine Verunreinigung, die unvermeidlicherweise enthalten ist, wird an den Korngrenzen abgeschieden, um die Zähigkeit des Stahls zu reduzieren, und ist ein Element, das hauptsächlich für eine Senkung der Widerstandsfähigkeit gegenüber verzögertem Bruch verantwortlich ist. Der Gehalt an Phosphor wird somit vorzugsweise derart kontrolliert, dass er so niedrig wie möglich ist. Theoretisch ist es vorteilhaft, den Gehalt an Phosphor derart zu kontrollieren, dass er 0 % beträgt, Phosphor ist jedoch beim Herstellungsprozess unvermeidlicherweise enthalten. Daher ist es wichtig, eine Obergrenze von Phosphor festzulegen. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Obergrenze des Gehalts an Phosphor derart festgelegt, dass sie 0,02 % beträgt.
Schwefel (S): 0,02 % oder weniger
Schwefel, eine Verunreinigung, die unvermeidlicherweise enthalten ist, wird an den Korngrenzen abgeschieden, um die Duktilität erheblich zu reduzieren, wobei es sich um ein Element handelt, das eine Hauptursache für die Verschlechterung der Widerstandsfähigkeit gegenüber verzögertem Bruch und der Spannungsabbaueigenschaften durch die Bildung von Sulfid im Stahl ist. Der Gehalt an Schwefel wird somit vorzugsweise derart kontrolliert, dass er so niedrig wie möglich ist. Theoretisch ist es vorteilhaft, den Gehalt an Schwefel derart zu kontrollieren, dass er 0% beträgt, Schwefel ist jedoch beim Herstellungsprozess unvermeidlicherweise enthalten. Daher ist es wichtig, eine Obergrenze von Schwefel festzulegen. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Obergrenze des Gehalts an Schwefel derart festgelegt, dass sie 0,02 % beträgt.
Lösliches Aluminium (Lösl. Al): 0,01% bis 0,05%
Aluminium ist ein Element, das als Desoxidationsmittel dient. Um die oben beschriebene Wirkung zu erzielen, ist bei der vorliegenden Erfindung Aluminium vorzugsweise in einer Menge von 0,01 % oder mehr enthalten und stärker bevorzugt in einer Menge von 0,015 % oder mehr enthalten, noch stärker bevorzugt ist es in einer Menge von 0,02 % oder mehr enthalten. Wenn jedoch der Gehalt an Aluminium zu hoch ist, ist durch die Bildung von AlN der Effekt der Austenitkornverfeinerung erhöht, wodurch die Kaltschmiedbarkeit vermindert sein kann. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Obergrenze des Gehalts an daher derart festgelegt, dass sie 0,05 % beträgt.
Stickstoff (N): 0,01 % oder weniger
Stickstoff ist eine Verunreinigung, die unvermeidlicherweise enthalten ist. Wenn der Gehalt an Stickstoff zu hoch ist, steigt die Menge an festem Stickstoff, wodurch der Verformungswiderstand des Stahls rasch zunimmt. Dadurch kann das Problem auftreten, dass die Kaltschmiedbarkeit beeinträchtigt ist. Theoretisch ist es vorteilhaft, den Gehalt an Stickstoff derart zu kontrollieren, dass er 0% beträgt, Stickstoff ist jedoch beim Herstellungsprozess unvermeidlicherweise vorhanden. Daher ist es wichtig, eine Obergrenze von Stickstoff festzulegen. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Obergrenze des Gehalts an Stickstoff derart festgelegt, dass sie 0,01 % beträgt und stärker bevorzugt derart festgelegt, dass sie 0,008 % beträgt, und noch stärker bevorzugt wird sie derart festgelegt, dass sie 0,007% beträgt.
Der Rest einer Legierungszusammensetzung ist Eisen (Fe). Darüber hinaus kann der Walzdraht gemäß der vorliegenden Erfindung andere Verunreinigungen enthalten, die bei einem industriellen Stahlherstellungsprozess gemäß dem Stand der Technik vorhanden sein können. Diese Verunreinigungen sind dem Fachmann bekannt, wodurch es bei der vorliegenden Erfindung keine besonderen Einschränkungen bezüglich des Typs und des Gehalts der Verunreinigungen gibt.
Da jedoch Ti, Nb und V repräsentativen Verunreinigungen entsprechen, deren Gehalt zu beschränken ist, um die Wirkung gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzielen, werden sie im Folgenden kurz beschrieben.
Titan (Ti): 0,02 % oder weniger
Titan ist ein Element, das ein Carbonitrid bildet. Wenn Titan im Stahl enthalten ist, kann es vorteilhaft sein, C und N zu fixieren. In diesem Fall kommt es jedoch bei hohen Temperaturen zu einer grobkörnigen Ausfällung von Ti(C,N), wodurch die Kaltschmiedbarkeit beeinträchtigt sein kann. Daher ist es wichtig, eine Obergrenze von Titan festzulegen. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Obergrenze des Gehalts an Titan vorzugsweise derart festgelegt, dass sie 0,02 % beträgt, und stärker bevorzugt wird sie derart festgelegt, dass sie 0,015 % beträgt.
Niobium (Nb) und Vanadium (V): insgesamt 0,06 % oder weniger
Niobium und Vanadium sind ebenfalls Elemente, die Carbonitride bilden. Wenn der Gehalt an Niobium und Vanadium zu hoch ist, wird durch Ausfällungsverfestigung aufgrund der Bildung eines feinen Carbonitrids während der Abkühlung oder der Kornverfeinerung die Festigkeit des Stahls mehr als notwendig erhöht. Dadurch kann die Kaltschmiedbarkeit beeinträchtigt sein. Daher ist es wichtig, Obergrenzen von Niobium und Vanadium festzulegen. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Obergrenze der Summe der Gehalte an Niobium und Vanadium vorzugsweise derart festgelegt, dass sie 0,06 % beträgt und stärker bevorzugt derart festgelegt, dass sie 0,05 % beträgt.
Beispielsweise kann ein Kohlenstoffäquivalent (Ceq) eines Walzdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung 0,23 oder mehr und 0,33 oder weniger betragen. Das Kohlenstoffäquivalent (Ceq) kann hierbei durch die Gleichung 1 definiert sein. Wenn das Kohlenstoffäquivalent (Ceq) weniger als 0,23 beträgt oder 0,33 übersteigt, kann es schwierig sein, die angestrebte Festigkeit sicherzustellen. $Ceq = [C] + [Si] / 9 + [Mn] / 5 + [Cr] / 12$
wobei [C], [Si], [Mn], und [Cr] jeweils der Gehalt (%) eines entsprechenden Elements sind.
Beispielsweise kann der Gehalt von Mn und Cr die Formel 3 erfüllen. Wenn [Mn]/[Cr] weniger als 1,2 ist, kann es schwierig sein, die angestrebte Festigkeit sicherzustellen. Wenn [Mn]/[Cr] 1,8 übersteigt, kommt es durch eine Abscheidung von Mangan und Chrom in einem mittigen Abscheidungsabschnitt eines Walzdrahts zu einer Zunahme der Härteschwankungen in jedem Bereich eines Walzdrahts, wodurch die Möglichkeit einer Rissbildung während des Kaltschmiedens rasch zunimmt. $1,2 \leq [Mn] / [Cr] \leq 1,8$
wobei [Mn] und [Cr] jeweils der Gehalt (%) eines entsprechenden Elements sind.
Beispielsweise kann der Gehalt von C, Mn, Cr, Nb und V jeweils die Formel 4 erfüllen. Wenn der Gehalt die Formel 4 nicht erfüllt, kommt es durch Abscheidung in einem mittigen Teil zu einer raschen Zunahme des Härteunterschieds zwischen einem mittigen Abscheidungsabschnitt eines Walzdrahts und einem Nichtabscheidungsabschnitt. Während des Kaltschmiedeprozesses kann es daher zu einer erheblichen Zunahme der Möglichkeit der Bildung von inneren Rissen kommen. $9,33 [C] + 0,97 [Mn] + 0,51 [Cr] + 0,26 [Nb] + 0,66 [V] \leq 2,1$
wobei [C], [Mn], [Cr], [Nb] und [V] jeweils der Gehalt (%) eines entsprechenden Elements sind.
Beispielsweise kann ein Walzdraht gemäß der vorliegenden Erfindung Ferrit und Perlit als Mikrostruktur enthalten, wobei stärker bevorzugt Ferrit in einer Menge von 70 % oder mehr (exklusive 100 %) und Perlit in einer Menge von 30 % oder weniger (exklusive 0 %) in einem Flächenanteil enthalten ist. Die Sicherstellung der oben beschriebenen Struktur hat den Vorteil, dass eine ausgezeichnete Kaltschmiedbarkeit sichergestellt wird und die Festigkeit nach dem eigentlichen Drahtziehen sichergestellt wird.
Darüber hinaus kann eine durchschnittliche Korngröße von Ferrit zum Beispiel 10 µm bis 30 µm, stärker bevorzugt 15 µm bis 25 µm betragen. Wenn eine durchschnittliche Korngröße von Ferrit weniger als 10 µm beträgt, nimmt aufgrund der Kornverfeinerung die Festigkeit zu, wodurch die Kaltschmiedbarkeit verringert sein kann. Wenn hingegen die durchschnittliche Korngröße von Ferrit 30 µm übersteigt, kann die Festigkeit sinken.
Bei der durchschnittlichen Korngröße von Perlit, der zusammen mit Ferrit gebildet wird, gibt es jedoch keine besonderen Einschränkungen, da die durchschnittliche Korngröße von Perlit durch die durchschnittliche Korngröße von Ferrit beeinflusst wird. In diesem Fall bezieht sich die durchschnittliche Korngröße auf einen durchschnittlichen äquivalenten Kreisdurchmesser von Partikeln, die durch Beobachtung eines Querschnitts eines Walzdrahts in Längsrichtung detektiert werden.
Ein Walzdraht gemäß der vorliegenden Erfindung weist zum Beispiel den Vorteil auf, dass er bei einer Querschnittsreduktionsrate (RA) von 70 % oder mehr im Zustand eines Walzdrahts eine ausgezeichnete Duktilität aufweist.
Wenn ein Walzdraht gemäß der vorliegenden Erfindung zum Beispiel mit einem Ziehausmaß (D) von 5 % bis 25 % gezogen wird, kann die Härte des Walzdrahts nach dem Drahtziehen die Formel 5 erfüllen. Wenn die Härte des Walzdrahts nach dem Drahtziehen die Formel 5 nicht erfüllt, kommt es zu einem erheblichen Anstieg der durch Kalthärtung verursachten Festigkeit, wodurch die Kaltschmiedbarkeit rasch sinken kann. $Hv,_{1} - 10 \leq (Hv,_{D,1 / 2 d} + Hv,_{D,1 / 4 d}) / 2 \leq Hv,_{1} + 10$
wobei sich Hv,₁ auf „(Hv,_1/2D+Hv,_1/4D)/2+85, 45×{1-exp(-D/11,41)}‟ bezieht und sich Hv,_D,_1/2d und Hv,_D,_1/4d jeweils auf die Härte des Walzdrahts, gemessen an einer Position 1/2d und einer Position 1/4d in Richtung des Durchmessers des Walzdrahts nach dem Drahtziehen, beziehen.
Der oben beschriebene, zum Ziehen bestimmte Walzdraht gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, bei dem Verfahren zu seiner Herstellung gibt es jedoch keine besonderen Einschränkungen. Als beispielhafte Ausführungsform kann der Walzdraht jedoch durch das folgende Verfahren hergestellt werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Walzdrahts mit ausgezeichneter Kaltschmiedbarkeit, bei dem es sich um einen anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung handelt, im Einzelnen beschrieben.
Zunächst wird ein Rohling mit entsprechender Zusammensetzung erhitzt. In diesem Fall kann die Erhitzungstemperatur 1050 °C bis 1250 °C, vorzugsweise 1100 °C bis 1200 °C betragen. Wenn die Erhitzungstemperatur weniger als 1050 °C beträgt, nimmt der Heißverformungswiderstand zu, wodurch die Produktivität vermindert sein kann. Wenn die Erhitzungstemperatur hingegen 1250 °C übersteigt, ist das Ferritkorn sehr grob, wodurch die Duktilität vermindert sein kann.
Anschließend wird der erhitzte Rohling warmgewalzt, und es wird ein Walzdraht erzielt. In diesem Fall kann die Fertigwalztemperatur 900 °C bis 1000 °C, vorzugsweise 920 °C bis 1000 °C betragen. Wenn die Fertigwalztemperatur weniger als 900 °C beträgt, so steigt die Festigkeit aufgrund der Kornverfeinerung des Ferrits, wodurch der Verformungswiderstand erhöht sein kann. Wenn die Fertigwalztemperatur hingegen 1000 °C übersteigt, ist das Ferritkorn sehr grob, wodurch Duktilität vermindert sein kann.
Anschließend wird der Walzdraht aufgewickelt und danach gekühlt. Die Wickeltemperatur des Walzdrahts kann in diesem Fall 800 °C bis 900 °C, vorzugsweise 800 °C bis 850 °C betragen. Wenn die Wickeltemperatur weniger als 800 °C beträgt, wird der Martensit in einer Oberflächenschicht, der während der Abkühlung gebildet wird, durch Wärmerückgewinnung nicht rückgewonnen, während vergüteter Martensit erzeugt wird, wodurch der Stahl hart und brüchig wird. Dadurch kann die Kaltschmiedbarkeit vermindert sein. Wenn die Wickeltemperatur hingegen 900 °C übersteigt, wird eine dicke Walzhaut an der Oberfläche gebildet, wodurch es beim Entfernen der Walzhaut leicht zu Problemen kommen kann und die Abkühlungszeit länger ist, so dass die Produktivität vermindert sein kann.
Die Abkühlungsgeschwindigkeit während des Abkühlens kann 0,1 °C/sec bis 1 °C/sec, vorzugsweise 0,3 °C/sec bis 0,8 °C/sec betragen. Wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit weniger als 0,1 °C/sec beträgt, kommt es zu einer Verbreiterung des Lamellenabstands in der Perlitstruktur, wodurch die Duktilität ungenügend sein kann. Wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit 1 °C/sec übersteigt, sinkt der Ferritanteil, wodurch die Kaltschmiedbarkeit vermindert sein kann.
[Ausführungsform der Erfindung]
Im Folgenden wird die vorliegende Offenbarung durch Beispiele näher erläutert. Die Beschreibung dieser Beispiele dient jedoch lediglich dazu, die Ausführung der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen; die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht durch die Beschreibung dieser Beispiele beschränkt. Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die in den beiliegenden Ansprüchen beschriebenen Inhalte und die vernünftigerweise daraus abgeleiteten Inhalte bestimmt.
Ein Rohling mit der in Tabelle 1 beschriebenen Zusammensetzung wurde während 8 Stunden auf 1200 °C erhitzt und anschließend bis zu einem Drahtdurchmesser von 25 mm warmgewalzt, um einen Walzdraht herzustellen. In diesem Fall lag die Fertigwalztemperatur konstant bei 950 °C, und das Walzverhältnis lag konstant bei 80 %. Anschließend wurde der Walzdraht bei einer Temperatur von 850 °C aufgewickelt und danach mit einer Geschwindigkeit von 0,5 °C/sec abgekühlt. Anschließend wurde die Mikrostruktur des gekühlten Walzdrahts untersucht, und seine Härte wurde an einer Position 1/2d und einer Position 1/4d in Richtung des Durchmessers des Walzdrahts gemessen. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 dargestellt.

Darüber hinaus wurde die Kaltschmiedbarkeit des gekühlten Walzdrahts beurteilt und in Tabelle 2 dargestellt. Eine Kerbdruckversuchsprobe wurde einem Druckversuch unterzogen, wobei der Umformgrad 0,8 betrug, und die Kaltschmiedbarkeit wurde in Abhängigkeit davon bewertet, ob es zu einer Rissbildung kam. Wenn es zu keiner, Rissbildung kam, wurde die Kaltschmiedbarkeit mit „GUT“ beurteilt. Wenn es zu einer Rissbildung kam, wurde die Kaltschmiedbarkeit mit „SCHLECHT“ beurteilt. [Tabelle 1]

STAHL	LEGIERUNGSZUSAMMENSETZUNG (GEW.-%)											①	②	③
STAHL	C	Si	Mn	P	S	Cr	Al	Nb	V	Ti	N
ERF.-GEM. STAHL 1	0,04	0,15	0.92	0,012	0,005 0	0,58	0,02	-	-	-	0,004 5	0,289	1,59	1,56
ERF.-GEM. STAHL 2	0,06	0,16	0,83	0,011	0,006 2	0,51	0,03	0,004	0,040	-	0,004 4	0,286	1,63	1,65
ERF.-GEM. STAHL 3	0,08	0,17	0,75	0,011	0,005 4	0,42	0,04	-	0,050	-	0,004 2	0,284	1,79	1,72
ERF.-GEM. STAHL 4	0,09	0,11	0,56	0,010	0,005 7	0,32	0,02	-	-	-	0,005 3	0,241	1,75	1,55
ERF.-GEM. STAHL 5	0,11	0,16	0,68	0,013	0,006 4	0,43	0,03	-	-	-	0,005 2	0,300	1,58	1,91
ERF.-GEM. STAHL6	0,13	0,17	0,62	0,011	0,005 2	0,35	0,02			0,015	0,004 8	0,302	1,77	1,99
ERF.-GEM. STAHL 7	0,13	0,20	0,59	0,012	0,004 6	0,39	0,03	-	-	-	0,004 0	0,303	1,51	1,98
ERF.-GEM. STAHL 8	0,14	0,18	0,52	0,011	0,006 1	0,40	0,03	-	-	-	0,003 7	0,297	1,30	2,01
VERGL-STAHL 1	0,08	0,17	1,22	0,011	0,005 4	0,22	0,03	-	-	-	0,005 5	0,363	5,59	2,05
VERGL-STAHL 2	0,09	0,15	1,11	0,011	0,006 7	0,31	0,04	0,008	0,060	-	0,005 3	0,355	3,58	2,12
VERGL-STAHL 3	0,10	0,14	0,96	0,012	0,005 1	0,28	0,03	-	0,090	-	0,004 7	0,331	3,43	2,07
VERGL-STAHL 4	0,12	0,13	0,85	0,010	0,006 2	0,34	0,02	-	-	-	0,004 5	0,333	2,50	2,12
VERGL-STAHL 5	0,13	0,16	0,81	0,013	0,006 5	0,22	0,03	-	-	0,024	0,005 2	0,328	3,68	2,11
VERGL-STAHL 6	0,14	0,15	0,78	0,012	0,007 2	0,92	0,02				0,005 5	0,389	0,85	2,53
VERGL-STAHL 7	0,15	0,18	0,82	0,011	0,006 3	0,95	0,03	0,006	0,050		0,004 8	0,413	0,86	2,71
VERGL-STAHL 8	0,15	0,12	0,84	0,010	0,005 7	1,00	0,04				0,001 5	0,415	0,84	2,72
VERGL-STAHL 9	0,17	0,18	0,75	0,011	0,005 2	0,31	0,03	-	-	-	0,004 6	0,366	2,42	2,47
VERGL-STAHL 10	0,21	0,21	0,68	0,010	0,006 0	0,23	0,02	-	-	-	0,004 8	0,389	2,96	2,74
VERGL-STAHL 11	0,25	0,23	0,70	0,011	0,004 8	0,11	0,02	-	-	-	0,005 4	0,425	6,36	3,07
Hierbei gilt: ①=[C] +[Si]/9 +[Mn]/5 +[Cr]/12, ②= [Mn]/[Cr], und ③= 9,33[C]+ 0,97[Mn] +0,51 [Cr] + 0,26[Nb]+ 0,66[V]
[C], [Si], [Mn], [Cr], [Nb], [V] beziehen sich jeweils auf den Gehalt (%) des entsprechenden Elements

[Tabelle 2]

STAHL	MIKROSTRUKTUR	FERRITANTEIL (FLÄCHEN-%)	DURCHSCHNITTLICHE KORNGRÖSSE VON FERRIT (pM)	①	②	KALTVER-ARBEITBAR-KEIT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 1	FERRIT + PERLIT	85	23	121,5	1,03	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 2	FERRIT + PERLIT	83	22	140,6	1,05	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 3	FERRIT + PERLIT	82	20	140,5	1,06	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 4	FERRIT + PERLIT	80	21	121,2	1,02	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 5	FERRIT + PERLIT	78	18	136,3	1,08	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 6	FERRIT + PERLIT	77	19	141,5	1,11	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 7	FERRIT + PERLIT	76	17	140,7	1,10	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 8	FERRIT + PERLIT	74	16	142,5	1,14	GUT
VERGLEICHSSTAHL 1	FERRIT + PERLIT	82	20	145,8	1,22	GUT
VERGLEICHSSTAHL 2	FERRIT + PERLIT	81	12	170,0	1,27	GUT
VERGLEICHSSTAHL 3	FERRIT + PERLIT	80	13	165,5	1,23	GUT
VERGLEICHSSTAHL 4	FERRIT + PERLIT	77	18	146,3	1,28	GUT
VERGLEICHSSTAHL 5	FERRIT + PERLIT	76	11	152,2	1,26	GUT
VERGLEICHSSTAHL 6	FERRIT + PERLIT	73	19	159,4	1,30	GUT
VERGLEICHSSTAHL 7	FERRIT + PERLIT	72	16	177,0	1,31	GUT
VERGLEICHSSTAHL 8	FERRIT + PERLIT	70	17	168,6	1,32	GUT
VERGLEICHSSTAHL 9	FERRIT + PERLIT	73	17	161,3	1,30	GUT
VERGLEICHSSTAHL 10	FERRIT + PERLIT	71	16	170,3	1,32	GUT
VERGLEICHSSTAHL 11	FERRIT + PERLIT	68	15	185,8	1,36	GUT
①=(Hv,_1/2d+Hv,_1/4d)/2 , ②=Hv,_1/2d/Hv,_1/4d

Anschließend wurde ein Ziehen im Ausmaß von 10 %, 20 % und 30 % auf jeden Walzdraht angewendet, und es wurde ein Stahldraht hergestellt. Die Härte jedes hergestellten Stahldrahts wurde an einer Position 1/2d und einer Position 1/4d in Richtung des Durchmessers gemessen, und die Kaltschmiedbarkeit wurde beurteilt. Das Ergebnis ist in Tabelle 3 dargestellt. [Tabelle 3]

STAHL	(Hv,_D,_1/2d+Hv,_D,_1/4d)/2			KALTVERARBEITBARKEIT
STAHL	10%	20%	30%	10%	20%	30%
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 1	177,3	198,1	206,8	GUT	GUT	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 2	192,4	213,2	221,8	GUT	GUT	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 3	191,9	212,7	221,3	GUT	GUT	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 4	169,6	190,4	199,0	GUT	GUT	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 5	186,2	206,9	215,6	GUT	GUT	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 6	189,9	210,6	219,3	GUT	GUT	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 7	190,6	211,3	220,0	GUT	GUT	GUT
ERFINDUNGSGEMÄSSER STAHL 8	193,2	214,0	222,6	GUT	GUT	GUT
VERGLEICHSSTAHL 1	197,4	219,1	226,8	GUT	GUT	SCHLECHT
VERGLEICHSSTAHL 2	224,3	243,1	255,8	GUT	SCHLECHT	SCHLECHT
VERGLEICHSSTAHL 3	218,4	238,1	245,8	GUT	SCHLECHT	SCHLECHT
VERGLEICHSSTAHL 4	197,5	219,2	223,9	GUT	GUT	SCHLECHT
VERGLEICHSSTAHL 5	198,1	222,9	231,5	GUT	GUT	SCHLECHT
VERGLEICHSSTAHL 6	211,7	232,6	240,6	GUT	SCHLECHT	SCHLECHT
VERGLEICHSSTAHL 7	231,4	250,8	259,4	GUT	SCHLECHT	SCHLECHT
VERGLEICHSSTAHL 8	217,8	238,2	247,8	GUT	SCHLECHT	SCHLECHT
VERGLEICHSSTAHL 9	211,2	233,0	242,6	GUT	SCHLECHT	SCHLECHT
VERGLEICHSSTAHL 10	219,2	237,9	249,6	GUT	SCHLECHT	SCHLECHT
VERGLEICHSSTAHL 11	235,7	254,5	264,1	GUT	SCHLECHT	SCHLECHT

Wie aus der Tabelle 3 ersichtlich ist, befinden sich im Fall der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 8, die der Legierungszusammensetzung und den Herstellungsbedingungen entsprechen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen werden, die durchschnittliche Härte eines Walzdrahts und das Härteverhältnis zwischen einem mittigen Abscheidungsabschnitt und einem Nichtabscheidungsabschnitt eines Walzdrahts in einem im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Bereich, und es ist festzustellen, dass die Kaltschmiedbarkeit ausgezeichnet ist. Im Fall der Vergleichsbeispiele 1 bis 11 hingegen übersteigt das Härteverhältnis zwischen einem mittigen Abscheidungsabschnitt und einem Nichtabscheidungsabschnitt eines Walzdrahts einen im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Bereich. Dadurch kam es während des Kaltschmiedens nach dem Drahtziehen zu einer Rissbildung im Inneren, und die Kaltschmiedbarkeit war im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Stahl schlecht.

Claims

Walzdraht, umfassend: Kohlenstoff (C): 0,02 Gew.-% bis 0,15 Gew.-%, Silicium (Si): 0,05 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%, Mangan (Mn): 0,5 Gew.-% bis 1,2 Gew.-%, Chrom (Cr): 0,3 Gew.-% bis 0,9 Gew.-%, Phosphor (P): 0,02 Gew.-% oder weniger, Schwefel (S): 0,02 Gew.-% oder weniger, lösliches Aluminium (lösl. Al): 0,01 Gew.-% bis 0,05 Gew.-%, Stickstoff (N): 0,01 Gew.-% oder weniger, Eisen (Fe) als Rest, und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei der Walzdraht die Formel 1 und die Formel 2 erfüllt, wenn die Härte des Walzdrahts, gemessen an einer Position 1/2d und an einer Position 1/4d in Richtung des Durchmessers des Walzdrahts, Hv,_1/2d(Hv) bzw. Hv,_1/4d(Hv) ist, $(Hv,_{1 / 2 d} + Hv,_{1 / 4 d}) / 2 \leq 150$
$Hv,_{1 / 2 d} /Hv,_{1 / 4 d} \leq 1,2$
wobei d der Durchmesser des Drahts ist.
Walzdraht nach Anspruch 1, wobei die unvermeidbaren Verunreinigungen Titan (Ti), Niobium (Nb) und Vanadium (V) beinhalten und auf 0,02 Gew.-% oder weniger Ti sowie insgesamt 0,06 Gew.-% oder weniger Nb und V gesenkt werden.
Walzdraht nach Anspruch 1, wobei ein Kohlenstoffäquivalent (Ceq), definiert durch die Gleichung 1, 0,23 oder mehr und 0,33 oder weniger beträgt, $Ceq = [C] + [Si] / 9 + [Mn] / 5 + [Cr] / 12$
wobei [C], [Si], [Mn] und [Cr] jeweils der Gehalt (%) eines entsprechenden Elements sind.
Walzdraht nach Anspruch 1, wobei der Walzdraht die Formel 3 erfüllt, $1,2 \leq [Mn] / [Cr] \leq 1,8$
wobei [Mn] und [Cr] jeweils der Gehalt (%) eines entsprechenden Elements sind.
Walzdraht nach Anspruch 1, wobei der Walzdraht die Formel 4 erfüllt, $9,33 [C] + 0,97 [Mn] + 0,51 [Cr] + 0,26 [Nb] + 0,66 [V] \leq 2,1$
wobei [C], [Mn], [Cr], [Nb] und [V] jeweils der Gehalt (%) eines entsprechenden Elements sind.
Walzdraht nach Anspruch 1, beinhaltend Ferrit und Perlit als Mikrostruktur.
Walzdraht nach Anspruch 1, beinhaltend 70 Flächen-% oder mehr (exklusive 100 Flächen-%) Ferrit und 30 Flächen-% oder weniger (exklusive 0 Flächen-%) Perlit als Mikrostruktur.
Walzdraht nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine durchschnittliche Korngröße von Ferrit 10 µm bis 30 µm beträgt.
Walzdraht nach Anspruch 1, wobei beim Drahtziehen mit einem Ziehausmaß (D) von 5 % bis 25 % die Härte des Walzdrahts nach dem Drahtziehen die Formel 5 erfüllt, $Hv,_{1} - 10 \leq (Hv,_{D,1 / 2 d} + Hv,_{D,1 / 4 d}) / 2 \leq Hv,_{1} + 10$
wobei Hv,₁ „(Hv,_1/2d+Hv,_1/4d)/2+85, 45×{1-exp(-D/11,41)}“ ist, und Hv,_D,_1/2d und Hv,_D,_1/4d die Härte des Walzdrahts, gemessen an einer Position 1/2d bzw. einer Position 1/4d in Richtung des Durchmessers des Walzdrahts nach dem Drahtziehen sind.
Verfahren zur Herstellung eines Walzdrahts, umfassend: Erhitzen eines Rohlings, der Folgendes beinhaltet: Kohlenstoff (C): 0,02 Gew.-% bis 0,15 Gew.-%; Silicium (Si): 0,05 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%; Mangan (Mn): 0,5 Gew.-% bis 1,2 Gew.-%; Chrom (Cr): 0,3 Gew.-% bis 0,9 Gew.-%; Phosphor (P): 0,02 Gew.-% oder weniger; Schwefel (S): 0,02 Gew.-% oder weniger; lösliches Aluminium (lösl. Al): 0,01 Gew.-% bis 0,05 Gew.-%; Stickstoff (N): 0,01 Gew.-% oder weniger; Eisen (Fe) als Rest und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei ein Kohlenstoffäquivalent (Ceq), definiert durch die Gleichung 1, 0,23 oder mehr und 0,33 oder weniger beträgt, und der die Formel 3 und die Formel 4 erfüllt; Erzielen des Walzdrahts durch Warmwalzen des Rohlings, der unter Fertigwalztemperaturbedingungen von 900 °C bis 1000 °C erhitzt wurde; und Kühlen nach dem Aufwickeln des Walzdrahts, $Ceq = [C] + [Si] / 9 + [Mn] / 5 + [Cr] / 12$
$1,2 \leq [Mn] / [Cr] \leq 1,8$
$9,33 [C] + 0,97 [Mn] + 0,51 [Cr] + 0,26 [Nb] + 0,66 [V] \leq 2,1$
wobei [C], [Si], [Mn], [Cr], [Nb] und [V] jeweils der Gehalt (%) eines entsprechenden Elements sind.
Verfahren zur Herstellung eines Walzdrahts nach Anspruch 10, wobei die unvermeidbaren Verunreinigungen Titan (Ti), Niobium (Nb) und Vanadium (V) beinhalten und auf 0,02 Gew.-% oder weniger Ti sowie insgesamt 0,06 Gew.-% oder weniger Nb und V gesenkt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Walzdrahts nach Anspruch 10, wobei während des Erhitzens eine Erhitzungstemperatur 1050 °C bis 1250 °C beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Walzdrahts nach Anspruch 10, wobei während des Aufwickelns eine Wickeltemperatur 800 °C bis 900 °C beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Walzdrahts nach Anspruch 10, wobei während des Kühlens eine Abkühlungsgeschwindigkeit 0,1 °C/sec bis 1 °C/sec beträgt.