DE69031915T2 - Herstellungsverfahren ultrafeiner, hochfester stahldrähte mit hoher duktilität - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein ultrafeine Stahldrähte mit hoher Festigkeit und hervorragender Duktilität, die vorzugsweise zur Herstellung eines Stahlkords, Stahlseils, Sägedrahts oder dergleichen verwendbar sind. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Stahldrähten, die jeweils einen sehr kleinen Durchmesser von 0,4 mm oder weniger, eine hohe Zugfestigkeit von 360 kp/mm² oder mehr und eine hervorragende Duktilität aufweisen, mittels eines Drahtziehschritts.
• Gewöhnlich sind ultrafeine Drähte aus kohlenstoffreichem Stahl bisher mittels der folgenden Schritte hergestellt worden: Ausführen eines gewünschten Walzvorgangs an einem Stahlmaterial, anschließend kontrollierbares Abkühlen des warmgewalzten Stahlwalzdrahts, primäres Ziehen des abgekühlten Stahlwalzdrahts zur Herstellung eines Stahldrahts mit einem Durchmesser von 5,0 bis 5,5 mm, Ausführen einer abschließenden Patentierbehandlung des Stahldrahts, danach Vermessingen des Stahldrahts und abschließendes Naßziehen. Viele ultrafeine Stahldrähte des obenerwähnten Typs sind praktisch in Form eines Stahlkords verwendet worden, der so hergestellt wird, daß er aus Strängen oder Bündeln besteht. Nach Wunsch wird wahlweise eine Drahtflecht- oder -bündelungsoperation ausgeführt, um einen Stahlkord mit zwei miteinander verflochtenen Stahldrähten, sieben miteinander verflochtenen Stahldrähten oder dergleichen herzustellen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, daß jeder Stahldraht eine hervorragende Duktilität aufweist, die ausreicht, um eine Drahtflecht- oder -bündelungsoperation unter harten Bedingungen auszuhalten, die mit hoher Geschwindigkeit (über 18000 U/min) ausgeführt wird.
• Außerdem ist erforderlich, daß jeder Stahldraht eine hohe Zugfestigkeit, eine ausreichende Zähigkeit und eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdungsbruch aufweist. Um die vorstehenden Bedingungen befriedigend zu erfüllen, sind bisher eine Reihe von Entwicklungsarbeiten durchgeführt worden, um ein Stahlmaterial von hoher Qualität herzustellen.
• Zum Beispiel werden in der JP-A-60-204 865 (Kokai) ultrafeine Stahldrähte mit ausreichender Zähigkeit sowie als Stahlkord verwendbare Stahldrähte aus kohlenstoffreichem Stahl offenbart, die beide mit geringem Vorkommen von Drahtbrüchen bei einer Flechtoperation hergestellt werden, indem ein Mangangehalt auf weniger als 0,3% beschränkt wird, um die Entstehung eines metallurgischen Unterkühlungsgefüges nach Beendigung einer Bleipatentierbehandlung zu unterdrücken, und indem außerdem der Gehalt an C, Si, Mn bzw. anderen Elementen beschränkt wird. Außerdem wird in der JP-A-63-24 046 (Kokai) ein Stahlwalzdraht offenbart, der für die Herstellung ultrafeiner Stahldrähte mit ausreichender Zähigkeit und hervorragender Duktilität verwendbar ist, die mit verminderter Ziehgeschwindigkeit unter Verwendung von Stahlwalzdrähten hergestellt werden, die jeweils einer Bleipatentierbehandlung zur Erhöhung der Zugfestigkeit unterworfen werden, wobei ein Siliciumgehalt auf 1,00% oder mehr festgesetzt wird. Ferner wird in der JP-A- 62-238 327 (Kokai) ein Stahlwalzdraht offenbart, dem die Elemente Al, Ti, Nb und Zr in Anteilen von 0,01% oder mehr zugesetzt wurden, um die Duktilität des Stahlwalzdrahts in Gegenwart eines Carbids und eines Nitrids zu verbessern, wobei die maximale Breite der Entmischungs- bzw. Seigerungszone, wo Kohlenstoff oder Mangan in einer Menge bis zum 1,3-fachen des mittleren Kohlenstoff- oder Mangangehalts innerhalb des Bereichs von weniger als dem halben Radius des Stahlwalzdrahts entmischt werden, gemessen vom Mittelpunkt einer Querschnittsebene des Stahlwalzdrahts aus, auf höchstens 0,01 des Durchmessers des Stahlwalzdrahts festgelegt wurde.
• Die in der JP-A-60-204 865 (Kokai) offenbarte ältere Erfindung betrifft einen Stahlwalzdraht aus kohlenstoffreichem Stahl, der bei der Herstellung von Stahldrähten mit sehr kleinem Durchmesser von höchstens 0,5 mm und einer Zugfestigkeit von 250 kp/mm² oder mehr mittels eines Drahtziehschritts verwendbar ist, und die in der JP-A-63-14 046 (Kokai) offenbarte ältere Erfindung betrifft einen Stahlwalzdraht aus kohlenstoffreichem Stahl, der bei der Herstellung von Stahldrähten mit sehr kleinem Durchmesser von höchstens 0,5 mm und einer Zugfestigkeit von 300 kp/mm² oder mehr verwendbar ist.
• In den letzten Jahren sind jedoch, entsprechend der jüngsten beschleunigten Gewichtsverminderung jedes Fahrzeugreifens und seiner erhöhten Leistung, dringende Forderungen von Anwendern nach einer Erhöhung der Zugfestigkeit jedes Stahldrahts zur Herstellung von Stahlkords erhoben worden. Um die vorerwähnten Forderungen zu erfüllen, sind bisher eine Reihe von Entwicklungsarbeiten durchgeführt worden, um Stahlkords mit einer Zugfestigkeit in der Größenordnung von jeweils 360 kp/mm² oder mehr herzustellen. Außerdem erwarten die Anwender, daß Stahlkords mit einer Zugfestigkeit von jeweils 360 kp/mm² oder mehr praktisch auf industrieller Basis hergestellt werden.
• Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die obenerwähnten, den bekannten Verfahren innewohnenden Nachteile zu beseitigen, und ihre Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von ultrafeinen Stahldrähten bzw. von Stahldrähten mit sehr kleinem Durchmesser und einer Zugfestigkeit von 360 kp/mm² oder mehr ohne Verschlechterung der Duktilität zu schaffen.
• Präzise gesagt, gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Stahldrähten mit sehr kleinem Durchmesser im Bereich von 0,4 bis 0,03 mm und einer Zugfestigkeit von 360 kp/mm² oder mehr geschaffen, wobei das Verfahren vorschreibt, daß ein Stahlmaterial mit einer Zusammensetzung von
• C: 0,090 bis 1,10 Gew.-%, Si: höchstens 0,4 Gew.-%,
• Mn: höchstens 0,5 Gew.-%, Cr: 0,10 bis 0,30 Gew.-% ,
• wobei der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, einer Diffusionsbehandlung gemäß Anspruch 1 unterworfen wird. Das Verfahren schreibt ferner vor, daß das Material warmgewalzt, der warmgewalzte Stahlwalzdraht einem primären Ziehvorgang zur Herstellung eines Stahlwalzdrahts mit kleinerem Durchmesser unterworfen wird, dieser Stahlwalzdraht einer Patentierbehandlung ausgesetzt wird, die bewirkt, daß der Stahlwalzdraht eine Festigkeit im Bereich von 140 bis 160 kp/mm² aufweist, um dadurch ein metallurgisches Gefüge mit einem voreutektoiden Ferrit und einem voreutektoiden Zementit mit einem Flächenanteil von höchstens 0,02% zu schaffen, und daß der Stahlwalzdraht anschließend einem Drahtfertigziehen in nassem Zustand mit einer wahren Formänderung von mindestens 3,50 ausgesetzt wird.
• Bei den ultrafeinen Stahldrähten, die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, wird der Kohlenstoffgehalt erhöht, um sicherzustellen, daß die Festigkeit jedes einzelnen Stahldrahts erhöht und das Auftreten des voreutektoiden Ferrits nach Beendigung der Patentierbehandlung unterdrückt wird, und das Auftreten des voreutektoiden Zementits sowie die durch den erhöhten Kohlenstoffgehalt auftretende Verschlechterung der Konfiguration einer Perlitlamelle werden durch einen Zusatz des Elements Chrom unterdrückt. Infolgedessen ist durch Verfeinerung der Perlitlamelle eine Erhöhung der Zugfestigkeit jedes Stahldrahts erreicht worden. Außerdem wird die Duktilität einer Zementitschicht durch Größenverfeinerung der Perlitlamelle auf die oben beschriebene Weise bis zum Duktilitätsgrad von herkömmlichem Stahlmaterial verbessert, wobei durch möglichst weitgehende Unterdrückung der zugesetzten Mengen der Elemente Cr, Si und Mn eine Erhöhung der Duktilität jedes Stahldrahts erreicht worden ist, um dadurch die Duktilität einer Ferritphase auf dem Niveau von herkömmlichem Stahlmaterial zu halten. Schließlich ist es den Erfindern gelungen, durch zweckmäßige Gestaltung einer Zusammensetzung jedes Stahlmaterials die Festigkeit und Duktilität jedes Stahldrahts über die Werte von herkömmlichem Stahlmaterial hinaus zu erhöhen, um die Erhöhung der Festigkeit jedes Stahldrahts zu erreichen und die Ausscheidung des voreutektoiden Ferrits und des voreutektoiden Zementits nach Beendigung der Patentierbehandlung lediglich durch Verfeinerung der Mikrostruktur von Stahl auf die oben beschriebene Weise zu unterdrücken. So garantiert das erfindungsgemäße Verfahren trotz der Erhöhung der Festigkeit jedes Stahldrahts nach Beendigung der Patentierbehandlung, daß die Duktilität der ultrafeinen Stahldrähte, die mit erhöhter Ziehgeschwindigkeit hergestellt werden, auf dem Niveau von herkömmlichem Stahlmaterial gehalten wird, wodurch ultrafeine Stahldrähte mit hoher Festigkeit und hervorragender Duktilität hergestellt werden können.
• Außerdem wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Öffnungswinkel einer Ziehdüse, die zur Ausführung eines Drahtziehvorgangs verwendet werden soll, verringert, um die Möglichkeit des Auftretens eines inneren Fehlers bei einem primären Drahtziehvorgang auf ein Mindestmaß zu reduzieren, und überdies wird für die Ausführung eines Drahtziehvorgangs im nassen Zustand eine Ziehdüse mit kleinem Öffnungswinkel verwendet. Auf diese Weise wird es möglich, ultrafeine Stahldrähte mit hoher Festigkeit und hervorragender Duktilität unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens herzustellen.
• Da ein Gehalt an unvermeidlichen Verunreinigungen, z. B. an Aluminium, auf höchstens 0,003% beschränkt wird, läßt sich eine Verschlechterung der Duktilität jedes Stahldrahts infolge der Gegenwart nichtmetallischer Einschlüsse vermeiden.
• Fig. 1 zeigt ein Diagramm, das eine Reihe von Schritten zur Herstellung von ultrafeinen Stahldrähten und Bedingungen für deren Herstellung unter Anwendung eines Verfahrens nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und
• Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zugfestigkeit jedes Stahlmaterials und einem Reduktionsgrad der Querschnittsfläche des Stahldrahts bis zu seiner Grenzbeanspruchung bezüglich der erfindungsgemäßen Stahlmaterialien und Vergleichs-Stahlmaterialien darstellt.
• Im folgenden wird die beste Ausführungsart der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• Zunächst wird nachstehend beschrieben, weshalb der Gehalt jeder Komponente in einem für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Stahlmaterial, wie oben erwähnt, beschränkt wird.
• Die Erfinder haben festgestellt, daß während der abschließenden Patentierbehandlung entlang einer alten Austenit- Korngrenze eine geringe Menge voreutektoiden Ferrits abgeschieden wird, wenn in dem Stahlmaterial eine kohlenstoffhaltige eutektoide Komponente in einem Anteil von annähernd 0,8% enthalten ist, und daß der voreutektoide Ferrit zu einem Faktor führt, der die Duktilität jedes Stahldrahts nach Beendigung des Drahtziehvorgangs verringert. Der Kohlenstoff ist nicht nur ein wirtschaftliches und wirksames Verstärkungselement, sondern auch ein Element, das eine Verringerung der abgeschiedenen Menge des voreutektoiden Ferrits bewirkt. Folglich muß ein Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,90% festgelegt werden, um die Duktilität der ultrafeinen Stahldrähte mit einer Zugfestigkeit von 360 kp/mm² zu verbessern. Eine zu starke Erhöhung des Kohlenstoffgehalts führt jedoch zu einer Verschlechterung der Duktilität, und überdies wird die Ziehfähigkeit jedes Drahtes auf unerwünschte Weise verringert. Aus diesem Grunde wird eine Obergrenze des Kohlenstoffgehalts von 1,10% festgelegt.
• Silicium ist ein Element, das zur Desoxidation eines Stahlmaterials benötigt wird. Wenn daher der Siliciumgehalt zu stark erniedrigt wird, dann wird die Desoxidationswirkung unbefriedigend. Außerdem wird das Silicium in der Ferritphase in dem Perlit gelöst, das nach Beendigung der Wärmebehandlung gebildet wird, um die Festigkeit jedes Stahldrahts nach Beendigung der Patentierbehandlung zu erhöhen. Im Gegensatz dazu verschlechtert jedoch das Silicium die Duktilität des Ferrits und verschlechtert überdies die Duktilität der ultrafeinen Stahldrähte nach Beendigung eines Drahtziehvorgangs. Aus diesem Grunde wird der Siliciumgehalt auf höchstens 0,4% beschränkt, und ein unterer Grenzwert des Siliciumgehalts wird auf 0,1% festgelegt wodurch eine von dem Zusatz von Silicium als Desoxidationsmittel herrührende Wirkung sichergestellt wird.
• Bezüglich des Elements Mangan ist der Zusatz einer geringen Manganmenge zu einem Stahlmaterial wünschenswert, damit das Stahlmaterial eine gewisse Abschreckeigenschaft behält. Wird jedoch dem Stahlmaterial eine zu große Manganmenge zugesetzt, dann wird ein Teil des zugesetzten Mangans unerwünschterweise daraus abgeschieden und verursacht beim Patentieren des Stahlmaterials ein bainit- und martensithaltiges metallurgisches Unterkühlungsgefüge im Stahlmaterial, mit dem Ergebnis, daß ein anschließender Drahtziehvorgang mit geringerem Wirkungsgrad ausgeführt wird. Aus diesem Grunde wird der Mangangehalt auf höchstens 0,5% beschränkt, und ein unterer Grenzwert des Mangangehalts wird auf 0,2% festgelegt, wodurch die Wirkung des Manganzusatzes zum Stahlmaterial sichergestellt wird.
• Falls zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein hypereutektoider Stahl verwendet wird, tritt nach Beendigung der Patentierbehandlung im metallurgischen Mikrogefüge wahrscheinlich ein Zementitnetz auf, und außerdem tritt darin wahrscheinlich Zementit von beträchtlicher Dicke auf. Um sicherzustellen, daß mit dem hypereutektoiden Stahl eine hohe Zugfestigkeit und eine hervorragende Duktilität erreicht werden, sind eine Verfeinerung des Perlits und die Entfernung des obenerwähnten Zementitnetzes sowie des dicken Zementits aus dem Stahlmaterial notwendig. Chrom bewirkt die Unterdrückung des Auftretens eines anomalen Anteils, wie z. B. des Zementits, und überdies eine Verfeinerung des Perlit-Lamellenabstands. Wird jedoch dem Stahlmaterial eine zu große Chrommenge zugesetzt, dann ist die Versetzungsdichte im Ferrit nach Beendigung der Wärmebehandlung auf unerwünschte Weise erhöht, was nach Beendigung des Drahtziehvorgangs zu einer erheblichen Verringerung der Duktilität der ultrafeinen Stahldrähte führt. Aus diesem Grunde wird der dem Stahlmaterial zugesetzte Chromgehalt einschränkend auf mindestens 0,10% festgelegt, wodurch sichergestellt wird, daß eine von dem Chromzusatz zum Stahlmaterial herrührende Wirkung erwartet werden kann, und eine Obergrenze des Chromgehalts wird auf höchstens 0,30% festgelegt, wodurch sichergestellt wird, daß keine Möglichkeit für einen unerwünschten Anstieg der Versetzungsdichte im Ferrit besteht, der zur Beeinträchtigung der Duktilität jedes Stahldrahts führen würde.
• Da das erfindungsgemäße Verfahren auf die oben beschriebene Weise zur Herstellung ultrafeiner Stahldrähte von höchstens 0,4 mm Durchmesser dienen soll, ist es erforderlich, daß insbesondere die Duktilität jedes Stahldrahts erhalten bleibt. Um diese Bedingung zu erfüllen, wird ein Gehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen, wie z. B. S, P, Al, Cu, Ni oder dergleichen, so weit wie möglich beschränkt.
• Um sicherzustellen, daß die Duktilität jedes Stahldrahts erhalten bleibt, ist es wünschenswert, den Gehalt an S und P jeweils auf höchstens 0,020% zu beschränken. Da außerdem Aluminium nichtmetallische Einschlüsse bildet, wie z. B. Al&sub2;O&sub3;, MgO-Al&sub2;O&sub3; oder dergleichen, die jeweils Al&sub2;O&sub3; als Hauptbestandteil enthalten, ist es wünschenswert, den Aluminiumgehalt auf höchstens 0,003% zu beschränken. Da außerdem Kupfer ein mischkristallverfestigendes Element ist, das eine Verschlechterung der Duktilität jedes Stahldrahts bewirkt, ist es wünschenswert, den Kupfergehalt auf weniger als 0,005% festzulegen. Da ferner Nickel ein Element ist, das die Umwandlungszeit verlängert, besteht im Falle einer Hochgeschwindigkeits- Wärmebehandlungsanlage, die in einem Stahlwerk zur Herstellung ultrafeiner Stahldrähte unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens installiert ist, die Möglichkeit, daß keine ausreichend lange Wärmebehandlungsdauer vorgesehen werden kann, wenn die Anlagengeschwindigkeit nicht verringert wird. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, den Nickelgehalt auf höchstens 0,05% zu beschränken.
• Anschließend wird das Stahlmaterial, das einer Diffusionsbehandlung unterzogen wurde, nach Wunsch warmgewalzt, um einen Walzdraht mit einem Durchmesser von 5,0 bis 5,5 mm herzustellen. Der warmgewalzte Walzdraht wird dann mit Hilfe einer Ziehdüse mit einem Düsenöffnungswinkel bzw. Ziehwinkel von 8 bis 12 Grad einem Primärdrahtziehen unterworfen, um einen Draht mit einem Durchmesser von 2,4 bis 2,7 mm herzustellen.
• Da, wie oben erwähnt, das für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Stahlmaterial ein hypereutektoider Stahl ist, treten in dem metallurgischen Mikrogefüge des nach Beendigung des Warmwalzens erhaltenen Stahlwalzdrahts leicht ungünstige Abschnitte auf. Jeder der fehlerhaften Abschnitte wird zu einer Quelle für Haarrißbildung während des primären Drahtziehschritts. Es ist jedoch praktisch schwierig, das Auftreten einer Haarrißbildung durch eine Verbesserung des metallurgischen Gefüges des Stahlwalzdrahts auf ein Mindestmaß herabzusetzen, da das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Stahlmaterial ein hypereutektoider Stahl ist. Die Erfinder haben festgestellt, daß das vorerwähnte Problem leicht durch Verwendung einer Ziehdüse mit einem Ziehwinkel von 8 bis 12 Grad gelöst werden kann, wobei eine Ziehdüse mit einem Ziehwinkel von 10 Grad als Bezugsdüse benutzt wird. Beim Ziehen eines Stahlwalzdrahts aus kohlenstoffreichem Stahl wird im allgemeinen eine Ziehdüse mit einem Ziehwinkel von 12 bis 16 Grad verwendet, und ein Ziehwinkel von 14 Grad, der sicherstellt, daß der Betrag der zum Ausführen eines Drahtziehvorgangs benötigten Kraft auf das Äußerste verringert wird, wird als Bezugswert genommen. Da jedoch in diesem Falle im mittleren Teil jedes Stahlwalzdrahts während des Drahtziehvorgangs eine Zugspannung auftritt, zeigt der Stahlwalzdraht in seinem Mittelteil eine Neigung zum Haarrißbildung. Um unter den obenerwähnten Umständen sicherzustellen, daß ein primärer Drahtziehvorgang mühelos und ohne Haarrißbildung ausgeführt wird, ist es vom Standpunkt der praktischen Anwendung her wünschenswert, eine Ziehdüse mit einem Ziehwinkel von 8 bis 12 Grad zu verwenden, und ein Ziehwinkel von 10 Grad, der sicherstellt, daß auf den mittleren Teil jedes Stahldrahts eine ausreichend starke Druckspannung einwirkt, wird als Bezugswert genommen.
• Als nächstes wird erläutert, weshalb das erfindungsgemäße Verfahren durch die obenerwähnten Schritte ausgeführt wird. Zunächst wird ein Stahlmaterial (ein Block oder dergleichen) mit der obenerwähnten Zusammensetzung einer Diffusionsbehandlung unterworfen. Diese Diffusionsbehandlung erfolgt aus dem nachstehend angegebenen Grunde.
• Sie ist, präzise ausgedrückt, wegen des für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten hypereutektoiden Stahls notwendig, um das Auftreten einer Entmischung in weit stärkerem Grade zu unterdrücken als bei irgendeinem herkömmlichen Verfahren, gleichgültig wie die Zusammensetzung des für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Stahlmaterials gestaltet ist. Aus diesem Grunde wird das Stahlmaterial einer 2- bis 15-stündigen Diffusionsbehandlung innerhalb des Temperaturbereichs von 1250 bis 1320ºC unterworfen, um das Auftreten einer Entmischung in dem Stahlmaterial so weit wie möglich zu reduzieren. Zu diesem Zweck wird die maximale Breite einer Entmischungs- bzw. Seigerungszone, wo ein Element C oder Mn in einer Menge von mehr als dem 1,3-fachen der mittleren Menge des Elements im Stahlmaterial innerhalb des Bereichs eines halben Radius des Stahlwalzdrahts abgeschieden wird, gemessen vom Mittelpunkt einer Querschnittsebene des Stahlwalzdrahts, auf höchstens 0,01 des Durchmessers des Stahlwalzdrahts festgesetzt. Da eine ideale Wärmebehandlung praktisch schwer ausführbar wird, weil die Umwandlungseigenschaften des Stahlmaterials außerordentlich stark variieren, wenn das Auftreten einer Chromentmischung bzw. -abscheidung nicht unterdrückt wird, ist es außerdem im Hinblick auf die Chromentmischung wünschenswert, die minimale Breite der Entmischungs- bzw. Seigerungszone, wo das Element Chrom in einer Menge von mehr als dem 1,3-fachen der mittleren Menge des Elements in dem Stahlmaterial innerhalb des Bereichs eines halben Radius des Stahlwalzdrahts abgeschieden wird, gemessen vom Mittelpunkt einer Querschnittsebene des Stahlwalzdrahts, auf höchstens 0,01 des Durchmessers des Stahlwalzdrahts festzusetzen.
• Falls eine leichte Verringerung oder Verschlechterung des Querschnittsflächen-Reduktionsgrades eines Endprodukts und der Verarbeitungsfähigkeit beim Drahtflechten oder -bündeln akzeptierbar ist, kann der Diffusionsbehandlungsschritt weggelassen werden. In diesem Falle ist es jedoch erforderlich, das Stahlmaterial unmittelbar nach dem Erhitzen auf eine erhöhte Temperatur von 1250 bis 1280ºC dem Warmwalzen zu unterziehen, um einen Stahlwalzdraht mit einem Durchmesser von 5,0 bis 5,5 mm herzustellen.
• Anschließend wird der so hergestellte Stahlwalzdraht einer Patentierbehandlung unterzogen. Um sicherzustellen, daß das Endprodukt von ultrafeinen Stahldrähten von höchstens 0,4 mm Durchmesser eine Zugfestigkeit von 360 kp/mm² aufweist, muß das Stahlmaterial nach Beendigung der Patentierbehandlung eine Festigkeit von 140 kp/mm² aufweisen. Wenn die Festigkeit des Stahlmaterials nach Beendigung der Patentierbehandlung 160 kp/mm² übersteigt, führt ein ungünstiger Anteil, wie z. B. an voreutektoidem Ferrit, voreutektoidem Zementit oder Bainit zur Verschlechterung der Duktilität jedes Stahldrahts. Aus diesem Grunde wird die Festigkeit des Stahldrahts nach Beendigung der Patentierbehandlung auf einen Wert innerhalb des Bereichs von 140 bis 160 kp/mm² festgesetzt.
• Um sicherzustellen, daß die Festigkeit des Stahlmaterials nach Beendigung der Patentierbehandlung, wie oben erwähnt, erreicht wird, muß der Stahldraht auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 900 bis 950ºC erhitzt werden, und der erhitzte Stahl muß dann in ein schmelzflüssiges Bleibad getaucht werden, dessen Temperatur innerhalb eines Bereichs von 550 bis 620ºC gehalten wird (zur Ausführung der Patentierbehandlung in dem schmelzflüssigen Bleibad), oder er muß dann in ein Fließbett eingetaucht werden, dessen Temperatur in einem Bereich von 490 bis 560ºC gehalten wird (zur Ausführung der Patentierbehandlung in dem Fließbett).
• Nach Beendigung der Patentierbehandlung weist der Stahlwalzdraht ein metallurgisches Mikrogefüge auf, das einen voreutektoiden Ferrit und einen voreutektoiden Zementit in einem Anteil von höchstens 0,02%, bezogen auf das Flächenverhältnis, enthält.
• Der Stahldraht, für den die Patentierbehandlung auf die oben beschriebene Weise ausgeführt worden ist, wird vermessingt, und der vermessingte Stahldraht wird dann einem abschließenden Drahtziehschritt bzw. Drahtfertigziehschritt zugeführt, der in nassem Zustand auszuführen ist. Um sicherzustellen, daß jeder Stahldraht nach Beendigung des Drahtfertigziehens eine Zugfestigkeit von 360 kp/mm² aufweist, wird empfohlen, das Drahtfertigziehen mit einer wahren Formänderung von mindestens 3,50 auszuführen. Um außerdem sicherzustellen, daß jeder Stahldraht nach Beendigung des Fertigziehens eine hervorragende Duktilität aufweist, ist es wünschenswert, eine Ziehdüse mit einem Ziehwinkel von 8 bis 12 Grad zu verwenden, wobei ein Ziehwinkel von 10 Grad als Bezugswert genommen wird. Der Grund dafür ist, daß die in jedem Stahldraht auftretende Druckspannung erhöht wird, wenn man eine Düsenöffnung mit kleinerem Ziehwinkel verwendet, was zu einer gleichmäßigeren Ausführung des Drahtfertigziehens führt.
• Wenn auf diese Weise ultrafeine Stahldrähte von 0,2 bis 0,4 mm Durchmesser unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, kann man als Ergebnis ultrafeine Stahldrähte mit einer hohen Zugfestigkeit von 360 bis 420 kp/mm² erhalten, die gleichzeitig eine ausgezeichnete Flecht- oder Bündelungsfähigkeit und eine hervorragende Duktilität aufweisen. Außerdem hat sich gezeigt, daß man bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ultrafeine Stahldrähte mit einem Durchmesser von 0,1 mm, einer Zugfestigkeit von 470 bis 510 kp/mm² und einem Querschnittsflächen-Reduktionsgrad von 20% oder mehr erhalten kann.
Ausführungsformen
• Unter Verwendung eines Stahlmaterials mit einer bestimmten Zusammensetzung, wie in Tabelle 1 dargestellt, wurde unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Stahlkord hergestellt.
• Dabei ist zu beachten, daß die Stahlmaterialien A bis J in der Tabelle zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Stahlmaterialien und die Stahlmaterialien K bis L Vergleichs-Stahlmaterialien darstellen und daß unter den in der Tabelle aufgeführten Stahlmaterialien die Stähle A und B Stahlmaterialien sind, in denen die Entmischung bzw. Abscheidung der Elemente C, Mn bzw. Cr nicht verringert wurde, während die Stähle C bis J Stahlmaterialien sind, in denen die Abscheidung der vorstehenden Elemente jeweils durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verringert wurde.
• Die Herstellungsschritte und Herstellungsbedingungen sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1. Chemische Zusammensetzung getesteter Stahlmaterialien
• Zunächst wird in Tabelle 2 eine Unterdrückungswirkung des Auftretens von Mikrorissen an einer Ziehdüse mit kleinem Ziehwinkel dargestellt. Wie aus der Tabelle ersichtlich, konnte durch Verwendung einer Ziehdüse mit einem Ziehwinkel von 10 Grad das Auftreten von Haarrissen weitestgehend reduziert werden. Tabelle 2. Vergleich der Anzahl der erkannten Mikrorisse
• Anmerkung: Ein Sternchen (*) bedeutet, daß der Durchmesser eines Stahldrahts durch einen Drahtziehschritt von 5,5 mm auf 2,50 mm reduziert wurde.
• Materialeigenschaften von Stahldrähten, die durch die in Fig. 1 dargestellten Produktionsschritte hergestellt wurden, sind in Tabelle 3 angegeben, wobei die Eigenschaften nach Beendigung der abschließenden Bleibadpatentierbehandlung (nachstehend einfach als abschließende LP bezeichnet) gemessen wurden. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde die Festigkeit jedes ultrafeinen Stahldrahts nach Beendigung der abschließenden Bleibadpatentierbehandlung (LP) so gesteuert, daß sie innerhalb des Bereichs von 140 bis 160 kp/mm² blieb. Außerdem sind Materialeigenschaften von Stahlkords, die durch einen Naßfertigziehschritt hergestellt wurden, in Tabelle 4 angegeben. In dieser Tabelle stellt die Bündelungsfähigkeit einen Wert dar, der durch Division einer Bruchspannung durch eine Zugfestigkeit abgeleitet wurde, wobei die obige Bruchspannung beim Bündeln von Stahldrähten mit einer Steigung von 5 mm bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 18000 U/min gemessen wurde. Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß bei Vergleichs-Stahlmaterialien (K, L) eine Festigkeit von 360 kp/mm² erzielt werden konnte, aber jedes der Vergleichs-Stahlmaterialien weist eine beträchtliche Verschlechterung der Bündelungsfähigkeit auf, während bei erfindungsgemäßen Stahlmaterialien (A bis J) eine hohe Festigkeit von 400 kp/mm² erzielt werden konnte und jedes der erfindungsgemäßen Stahlmaterialien (A bis J) eine hervorragende Widerstandsfähigkeit aufweist. Außerdem zeigt Fig. 2 eine Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und dem Reduktionsgrad einer Qerschnittsfläche jedes Stahldrahts bis zur Grenzbeanspruchung bezüglich der erfindungsgemäßen Stahlmaterialien und der Vergleichs-Stahlmaterialien. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist die Grenzbeanspruchung der erfindungsgemäßen Stahlmaterialien gegenüber den Vergleichs- Stahlmaterialien erhöht. Tabelle 3. Materialeigenschaften nach Beendigung der abschließenden Bleipatentierbehandlung (LP)
• Anmerkung: Ein Sternchen (*) bezeichnet einen voreutektoiden Zementit und einen voreutektoiden Ferrit. Tabelle 4. Materialeigenschaften nach Beendigung des Drahtziehvorgangs
[Anwendbarkeit in der Industrie]
• Ultrafeine Stahldrähte, die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, haben einen Durchmesser von jeweils 0,4 mm, weisen aber eine hohe Zugfestigkeit im Bereich von 360 bis 420 kp/mm² sowie eine hervorragende Drahtbündelungsfähigkeit auf. Folglich sind die Stahldrähte zur Verwendung bei der Herstellung von Stahlkords, Stahlseilen oder Sägedrähten besonders geeignet und haben außerdem einen breiten industriellen Verwendungsbereich.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Stahldrähten mit sehr kleinem Durchmesser, mit einer hohen Zugfestigkeit von 360 kp/mm² oder mehr und mit hervorragender Duktilität, wobei an einem Stahlmaterial mit einer Zusammensetzung, die

C: 0,90 bis 1,10 Gew.-%

Si: höchstens 0,4 Gew.-%

Mn: höchstens 0,5 Gew.-%

Cr: 0,10 bis 0,30 Gew.-%

aufweist, wobei der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: (a) eine Diffusionsbehandlung, durch welche die maximale Breite einer Entmischungs- bzw. Seigerungszone, wo die Elemente C, Mn oder Cr in einer Menge von mehr als dem 1,3-fachen der durchschnittlichen Menge jedes der Elemente in dem Stahlmaterial entmischt werden, auf höchstens 0,01 des Durchmessers des Stahlmaterials eingestellt wird, wobei die Elemente nach Beendigung der Diffusionsbehandlung innerhalb des Bereichs eines halben Radius des Stahlmaterials, gemessen von der Mitte der Querschnittsebene des Stahlmaterials, vorhanden sind, (b) Warmwalzen, (c) primäres Ziehen des entstandenen Stahlwalzdrahts, um einen Stahlwalzdraht mit kleinerem Durchmesser herzustellen, wonach (d) dieser Stahlwalzdraht einer Patentierbehandlung unterzogen wird, um ihm eine Festigkeit von 140 bis 160 kp/mm² zu erteilen, und anschließend (e) einem Naßfertigziehen mit einer wahren Formänderung von 3,50 oder mehr unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unvermeidbaren Verunreinigungen aufweisen: S: höchstens 0,020%, P: höchstens 0,020%, Al: höchstens 0,003% und Cu: weniger als 0,050% oder Ni: höchstens 0,05%.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsbehandlung für das Stahlmaterial ausgeführt wird, während dieses 2 bis 15 Stunden innerhalb eines Temperaturbereichs von 1250 bis 1320ºC warmgehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Patentierbehandlung durch Eintauchen der Stahldrähte in ein schmelzflüssiges Bleibad ausgeführt wird, das innerhalb des Temperaturbereichs von 550 bis 620ºC warmgehalten wird, nachdem die Stahldrähte auf eine Temperatur im Bereich von 900 bis 950ºC erwärmt wurden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Patentierbehandlung durch Eintauchen der Stahldrähte in ein Fließbett ausgeführt wird, das innerhalb des Temperaturbereichs von 490 bis 560ºC warmgehalten wird, nachdem die Stahldrähte auf eine Temperatur im Bereich von 900 bis 950ºC erwärmt wurden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ziehwinkel, der bei einer Ziehdüse zu verwenden ist, die zur Ausführung eines Drahtziehvorgangs benutzt wird, auf 8 bis 12 Grad festgesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Stahldrähte einen Durchmesser im Bereich von 0,4 bis 0,03 mm aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikrogefüge jedes Stahldrahts nach Beendigung der Patentierbehandlung in dem schmelzflüssigen Bleibad einen voreutektoiden Ferrit und einen voreutektoiden Zementit in einem Flächenverhältnis von höchstens 0,02% enthält.