DE69427474T2

DE69427474T2 - Hochkohlenstoffhaltiger stahldraht oder stahl für solchen draht mit hervorragender ziehbarkeit und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE69427474T2
Application number: DE69427474T
Authority: DE
Inventors: Akifumi Kawana; Seiki Nishida; Hiroshi Oba; Ikuo Ochiai
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-05-25
Filing date: 1994-04-06
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2014-04-07
Also published as: EP0707089A4; US5665182A; EP0707089B1; JP3018268B2; EP0707089A1; JPH06330240A; WO1994028188A1; DE69427474D1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf eine(n) hochkohlenstoffhaltige(n) Stahldrahtstange und Draht mit hervorragender Ziehbarkeit sowie auf Herstellungsverfahren derselben.

Stand der Technik

Eine Drahtstange und ein Draht werden normalerweise zum Endprodukt, passend für den Gebrauchszweck, gezogen. Vor der Durchführung des Ziehprozesses ist es jedoch notwendig, die Drahtstange oder den Draht in einen geeigneten Zustand für das Ziehen zu bringen.
Als eine konventionelle Maßnahme offenbart die japanische Patent-Veröffentlichung Nr. Sho 60-56215 eine Methode zur Wärmebehandlung einer Stahldrahtstange mit hoher Festigkeit und geringen Festigkeitsschwankungen, dadurch charakterisiert, dass die Drahtstange aus Stahl C: 0,2-1,0%, Si < 0,30% und Mn: 0,30-0,90% enthält und die Temperatur bei der Austenit-Transformation zwischen 800 und 600 ºC mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 15-60ºC/sec durch Eintauchen in geschmolzenes Salz aus Kaliumnitrat und/oder Natriumnitrat, das durch Erwärmen auf eine Temperatur von 350-600ºC geschmolzen und mit Hilfe eines Gases verrührt wurde, abgekühlt wird.
Allerdings beinhaltet die Drahtstange mit Perlit-Textur, die durch die Wärmebehandlungsmethode erzeugt wird, die in der obigen Patentveröffentlichung beschrieben wird, Probleme hinsichtlich der Verschlechterung der Verformbarkeit während des Ziehens bei einer hohen (Querschnitts-)Flächenabnahme und einer Rissbildung im Torsionstest (im Nachfolgenden als "Delaminierung" bezeichnet).
JP-A-51005965 offenbart eine verformbare hochfeste Stahldrahtstange mit einer Zusammensetzung die sich mit der der vorliegenden Erfindung überschneidet, wobei die Zusammensetzungen laut der Erfindung beispielhaft genannt werden. Ein Zwischenstufengefüge bzw. Bainit-Struktur wird durch isothermes Patentieren bei 450-500ºC erzeugt, was zu einer Härte führt, die bedeutend höher ist als HV 450.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine hochkohlenstoffhaltige Stahldrahtstange und einen hochkohlenstoffhaltigen Draht mit hervorragender Ziehbarkeit sowie Herstellungsverfahren derselben zur Verfügung zu stellen, welche die zuvor genannten Probleme des Standes der Technik vorteilhaft bewältigen.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung wird in Bezug auf das Produkt im Anspruch 1 definiert; Verfahren zur Produktherstellung sind in den Ansprüchen 3 und 4 definiert.
Das Wesentliche der Erfindung ist wie unten dargestellt.
1. Hochkohlenstoffhaltige Stahldrahtstange oder hochkohlenstoffhaltiger Draht mit hervorragender Ziehbarkeit, die (der) dadurch charakterisiert ist, dass sie (er), in Gewichtsprozent, enthält:
C: 0,90-1,10%
Si: nicht mehr als 0,40% und
Mn: nicht mehr als 0,50%,
beschränkt ist auf:
P: nicht mehr als 0,02%,
S: nicht mehr als 0,01% und
Al: nicht mehr als 0,003%,
wobei der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen ist, eine Mikrostruktur, ausgedrückt als Flächenverhältnis, von nicht weniger als 80% der oberen Bainit-Textur, die durch eine 2-stufige Umwandlung erreicht wird, und einen HV-Wert von nicht mehr als 450 hat.
2. Hochkohlenstoffhaltige Stahldrahtstange oder hochkohlenstoffhaltiger Draht mit hervorragender Ziehbarkeit nach obigem Paragraph 1, die (der) weiterhin Cr: 0,10-0,30% als Legierungskomponente enthält.
3. Ein Verfahren zur Herstellung einer hochkohlenstoffhaltigen Stahldrahtstange mit hervorragender Ziehbarkeit, das charakterisiert ist durch, Walzen eines Stahlblocks zu einer Drahtstange, dessen Zusammensetzung, in Gewichtsprozent, enthält:
C: 0,90-1,10%,
Si: nicht mehr als 0,40% und
Mn: nicht mehr als 0,50%,
beschränkt ist auf:
P: nicht mehr als 0,02%,
S: nicht mehr als 0,01% und
Al: nicht mehr als 0,003%,
wobei der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen ist, Abkühlen der gewalzten Drahtstange von einem Temperaturbereich von 1100-755ºC auf einen Temperaturbereich von 350-500ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 60-300ºC/sec,
Halten der Temperatur in diesem Temperaturbereich für eine vorgeschriebene Dauer in einem Bereich, in dem die Bainit-Transformation nicht beginnt, oder in einem Bereich von nach dem Start der Bainit-Transformation bis vor der Vollendung der Bainit-Transformation, und
Erhöhen und Halten der Temperatur, bis die Bainit-Transformation vollständig beendet ist.
4. Ein Verfahren zur Herstellung einer hochkohlenstoffhaltigen Stahldrahtstange mit hervorragender Ziehbarkeit nach obigem Paragraph 3, wobei der anfängliche Stahlblock weiter Cr: 0,10-0,30% als Legierungskomponente enthält.
5. Ein Verfahren zur Herstellung einer hochkohlenstoffhaltigen Stahldrahtstange mit hervorragender Ziehbarkeit nach den obigen Paragraphen 3 oder 4, das charakterisiert ist durch
Abkühlen der gewalzte Drahtstange, nachdem der Stahlblock zu dieser gewalzt worden ist, von einem Temperaturbereich von 1100-755ºC auf einen Temperaturbereich von 350-500ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 60-300ºC/sec,
Haften der Temperatur in diesem Temperaturbereich für nicht weniger als 1 sec und nicht mehr als eine Dauer von X sec innerhalb eines Bereiches, in dem die Bainit-Transformation nicht beginnt, wobei X durch die folgende Gleichung (1) festgelegt ist,
Erhöhen der Temperatur um nicht weniger als 10ºC und nicht mehr als 600-T&sub1;ºC (T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen) und Halten der Temperatur, bis die Bainit-Transformation vollständig beendet ist,
X = exp (16,03 - 0,0307 · T&sub1;) (1)
mit
T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen.
6. Ein Verfahren zur Herstellung einer hochkohlenstoffhaltigen Stahldrahtstange mit hervorragender Ziehbarkeit nach obigen Paragraphen 3 oder 4, das charakterisiert ist durch
Abkühlen der gewalzte Drahtstange, nachdem der Stahlblock in diese gewalzt worden ist, von einem Temperaturbereich von 1100-755ºC auf einen Temperaturbereich von 350-500ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 60-300ºC/sec,
Halten der Temperatur in diesem Temperaturbereich für eine Dauer von nach dem Start der Bainit-Transformation bis vor der Vollendung der Bainit- Transformation, speziell für eine Dauer von nicht mehr als Y sec, die durch die folgende Gleichung (2) festgelegt ist,
Erhöhen der Temperatur um nicht weniger als 10ºC und nicht mehr als 600-T&sub1;ºC (T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen) und Halten der Temperatur, bis die Bainit-Transformation vollständig beendet ist,
Y = exp (19,83 - 0,0329 · T&sub1;) (2)
mit
T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen.
7. Ein Verfahren zur Herstellung eines hochkohlenstoffhaltigen Stahldrahtes mit hervorragender Ziehbarkeit, das charakterisiert ist durch Erwärmen des Drahtes auf einen Temperaturbereich von 1100-755ºC, dessen Zusammensetzung, in Gewichtsprozent, enthält:
C: 0,90-1,10%,
Si: nicht mehr als 0,40% und
Mn: nicht mehr als 0,50%,
beschränkt ist auf:
P: nicht mehr als 0,02%,
S: nicht mehr als 0,01% und
Al: nicht mehr als 0,003%,
wobei der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen ist, Abkühlen des erwärmten Drahtes auf einen Temperaturbereich von 350-500ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 60-300ºC/sec,
Halten der Temperatur in diesem Temperaturbereich für eine vorgeschriebene Dauer in einem Bereich, in dem die Bainit-Transformation nicht beginnt, oder in einem Bereich von nach dem Start der Bainit-Transformation bis vor der Vollendung der Bainit-Transformation,
Erhöhen und Halten der Temperatur, bis die Bainit-Transformation vollständig beendet ist.
8. Ein Verfahren zur Herstellung von hochkohlenstoffhaltigem Stahldraht mit hervorragender Ziehbarkeit nach dem obigen Paragraphen 7, wobei der Anfangsdraht weiter Cr: 0,10-0,30% als Legierungskomponente enthält.
9. Ein Verfahren zur Herstellung von hochkohlenstoffhaltigem Stahldraht mit hervorragender Ziehbarkeit nach den obigen Paragraphen 7 oder 8, das charakterisiert ist durch
Abkühlen des Anfangsdrahtes von einem Temperaturbereich von 1100-755ºC auf einen Temperaturbereich von 350-500ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 60-300ºC,
Halten der Temperatur in diesem Temperaturbereich für nicht weniger als 1 sec und nicht mehr als eine Dauer von X sec innerhalb eines Bereiches, in dem die Bainit-Transformation nicht beginnt, wobei X durch die folgende Gleichung (1) festgelegt ist,
Erhöhen der Temperatur um nicht weniger als 10ºC und nicht mehr als 600-T&sub1;ºC (T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen) und Halten der Temperatur, bis die Bainit-Transformation vollständig beendet ist,
X = exp (16,03 - 0,0307 · T&sub1;) (1)
mit
T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen.
10. Ein Verfahren zur Herstellung von hochkohlenstoffhaltigem Stahldraht mit hervorragender Ziehbarkeit nach den obigen Paragraphen 7 oder 8, das charakterisiert ist durch
Abkühlen des Ausgangsdrahtes von einem Temperaturbereich von 1100-755ºC auf einen Temperaturbereich von 350-500ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 60-300ºC,
Halten der Temperatur in diesem Temperaturbereich für eine Dauer von nach dem Start der Bainit-Transformation bis vor der Vollendung der Bainit- Transformation, speziell für eine Dauer von nicht mehr als Y sec, die durch die folgende Gleichung (2) festgelegt ist,
Erhöhen der Temperatur um nicht weniger als 10ºC und nicht mehr als 600-T&sub1;ºC (T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen) und Halten der Temperatur, bis die Bainit-Transformation vollständig beendet ist,
Y = exp (19,83 - 0,0329 · T&sub1;) (2)
mit
T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein Diagramm, das ein Wärmebehandlungsmuster der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beste Weise, die Erfindung auszuführen

Die Erfindung wird im Folgenden im Detail erklärt.
Die Gründe für die Restriktionen bei einer bainitischen hochkohlenstoffhaltigen Stahldrahtstange und einem bainitischen hochkohlenstoffhaltigen Draht zum Ziehen und bei dem Herstellungsverfahren derselben werden jetzt diskutiert.
Die Erfinder entdeckten, dass bei normalem Patentieren das pro-eutektoide Zementit an den alten austenitischen Korngrenzen abgeschieden bzw abgesetzt wird, sogar in einer eutektoiden Zusammensetzung mit einem C-Gehalt in der Umgebung von 0,8%, und dass dieses pro-eutektoide Zementit ein Grund für die Verschlechterung der Verformbarkeit nach dem Ziehen ist. C ist ein wirtschaftliches und effektives Festigungselement und auch ein effektives Element, um die Menge dieser proeutektoiden Zementit-Ablagerung zu verringern. Daher muss die Menge des zugesetzten C für einen hauchdünnen bzw. ultra-feinen Draht mit einer Zugfestigkeit von nicht weniger als 3500 MPa und einer verbesserten Verformbarkeit bei nicht weniger als 0,90% festgesetzt werden. Da allerdings die Verformbarkeit reduziert und die Ziehbarkeit verschlechtert wird, wenn die Menge des Zusatzes zu hoch wird, wird die obere Grenze auf 1,10% festgesetzt.
Si ist ein erforderliches Element, um den Stahl zu desoxidieren, und der Desoxidierungs-Effekt ist dabei ungenügend, wenn die enthaltene Menge zu gering ist. Des weiteren erhöht Si die Festigkeit nach dem Patentieren durch Eintritt in feste Lösung in der Ferrit-Phase in dem Perlit, die nach der Wärmebehandlung gebildet wird. Ist der Gehalt allerdings andererseits zu hoch, verringert dies die Verformbarkeit des Ferrits und wiederum die Verformbarkeit des hauchdünnen Drahtes nach dem Ziehen. Die obere Grenze seines Gehaltes wird daher auf 0,40% festgesetzt.
Ein kleine Menge Mn wird vorzugsweise zur Gewährleistung der Härte hinzugegeben. Eine Zugabe einer großen Menge induziert jedoch eine Abscheidung, was zu einer Bildung von unterkühlten Texturen, namentlich Bainit und Martensit, führt, welche anschließend die Ziehbarkeit verschlechtern. Sein Gehalt wird daher auf nicht mehr als 0,50% festgesetzt.
Zur Gewährleistung der Verformbarkeit, vergleichbar mit dem Stand der Technik für einen hauchdünnen Draht, wird der S-Gehalt auf nicht mehr als 0,01% festgesetzt. Da P, wie S, ebenfalls die Verformbarkeit der Drahtstange oder des Drahtes verschlechtert, wird sein Gehalt auf nicht mehr als 0,02% festgesetzt.
Die Anwesenheit von nicht verformbaren Einschlüssen, deren Hauptkomponente Al&sub2;O&sub3;, ist wie z. B. Al&sub2;O&sub3;, MgO-Al&sub2;O&sub3; und ähnliche, ist eine Ursache für die Verringerung der Verformbarkeit von hauchdünnem Draht. Daher wird bei dieser Erfindung der Al-Gehalt auf nicht mehr als 0,003% festgesetzt, um die Verringerung der Verformbarkeit durch nicht verformbare Einschlüsse zu vermeiden.
Im Fall eines hyper-eutektoiden Stahls, wie der nach dieser Erfindung, bildet sich nach dem Patentieren leicht ein Zementit-Netzwerk in der Textur, und es finden leicht dicke Zementit-Abscheidungen statt. Um die hohe Festigkeit und die hohe Verformbarkeit in einem solchem Stahl zu sichern, ist es notwendig, einen feinkörnigen Perlit zu erzeugen und weiter das zuvor erwähnte Zementit-Netzwerk und den zuvor erwähnten dicken Zementit zu eliminieren. Das Cr, das bei Bedarf zugeführt wird, wird bei dieser Erfindung verlangt und unterdrückt das Auftauchen solcher unnormalen Zementit-Anteile und hat den weiteren Effekt, einen feinkörnigen Perlit zu erzeugen. Allerdings lässt die Zugabe einer großen Menge die Versetzungsdichte im Ferrit nach der Wärmebehandlung anwachsen und folglich die Verformbarkeit des hauchdünnen Drahtes nach dem Ziehen merklich verringern. Der Cr-Gehalt wird daher auf nicht weniger als 0,10% eingestellt, bei denen sein Effekt erwartet werden kann, und auf nicht mehr als 0,30%, bei denen die Verformbarkeit nicht durch die anwachsende Versetzungsdichte im Ferrit abnimmt, festgesetzt.
Die Gründe für die Beschränkungen im Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung sind wie folgt.
Die Abkühlungs-Starttemperatur (T&sub0;) nach dem Walzen der Drahtstange oder nach dem Erwärmen des Drahtes wirkt sich auf die Textur nach der Umwandlung aus. Die untere Grenze wird bei nicht weniger als dem Austenit-Transformations- bzw. Bildungspunkt (755ºC) festgesetzt, was die Gleichgewichts-Transformations- Starttemperatur (equilibrium transformation start temperature) ist. Die obere Grenze wird auf 1100ºC festgesetzt, um ein abnormales Austenit-Kristallwachstum zu unterdrücken.
Die Abkühlungsgeschwindigkeit (Vi) nach dem Walzen der Drahtstange oder nach dem Erwärmen des Drahtes ist ein wichtiger Faktor, um den Start der Perlit- Transformation zu unterdrücken. Dies wurde experimentell durch die Erfinder festgestellt. Im Fall einer allmählichen Abkühlung bei einer anfänglichen Abkühlungsgeschwindigkeit von weniger als 60ºC/sec beginnt die Umwandlung auf der Hochtemperaturseite der Perlit-Transformation-Nasen-Position (pearlite transformation nose position), die es unmöglich macht, eine perfekte Bainit-Textur aufgrund der Bildung der Perlit-Textur zu erhalten. Während sich die Bainit-Textur bei einer Temperatur unter 500ºC bildet, braucht die Bildung einer perfekten Bainit- Textur eine schnelle Abkühlung bei der anfänglichen Abkühlungsstufe. Die untere Grenze der Abkühlungsgeschwindigkeit (Vi) wird daher auf 60ºC/sec festgesetzt, während die obere Grenze auf industriell machbare 300ºC/sec festgesetzt wird.
Die isotherme Haltetemperatur (T&sub1;) nach dem Abkühlen ist ein wichtiger Faktor, der die gebildete Textur bestimmt. Bei einer Haltetemperatur, die 500ºC überschreitet, steigert die Perlit-Textur, die sich am Mittelteil der Drahtstange oder des Drahtes bildet, die Zugfestigkeit und verschlechtert die Ziehbarkeit. Bei einer Haltetemperatur unter 350ºC beginnt die Kornbildung des Zementits in der Bainit-Struktur, wobei die Zugfestigkeit anwächst und die Ziehbarkeit sich verschlechtert. Die obere Grenze der isothermen Umwandlungs-Temperatur wird daher auf 500ºC festgesetzt, und die untere Grenze wird auf 350ºC festgesetzt.
Eine unterkühlte Austenit-Textur wird durch Halten bei 350-500ºC für eine angegebene Zeitspanne erhalten. Wenn die Temperatur danach erhöht wird, ist die Zementit-Ablagerung bzw. -Ausscheidung in der Bainit-Textur, welche auftritt, gröber als bei einer isothermen Umwandlung. Als ein Resultat wird die obere, 2-stufig umgewandelte Bainit-Textur weicher.
Im Fall einer vollständigen 2-stufigen Umwandlung ist die Unterkühlungszeit (t&sub1;), die in einen Temperaturbereich von 350-500ºC gebraucht wird, nicht geringer als die Zeit, die zur Bildung eines unterkühlten Austenits benötigt wird, und ihre obere Grenze geht bis vor den Beginn der Bainit-Transformation. Sie ist bevorzugt nicht weniger als 1 sec und nicht mehr als X sec, die sich aus folgender Gleichung ergeben:
X = exp (16,03 - 0,0307 · T&sub1;)
(T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen)
Der Temperaturanstieg (ΔT) im Fall der Durchführung einer 2-stufigen Umwandlung nach der Unterkühlung wird festgesetzt auf eine untere Grenze von 10ºC, der Temperatur, bei der ein Erweichungseffekt durch die 2-stufige Umwandlung erscheint; da die obere Grenze der Temperatur nach dem Temperaturanstieg nicht mehr als 600ºC sein darf, wird die untere Grenze (an sich obere Grenze) von ΔT durch die folgende Gleichung festgesetzt:
ΔT = 600 - T&sub1;
(T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen)
Die Haltezeit (T&sub2;) nach der Temperaturerhöhung wird auf die Dauer festgesetzt, um die Beendigung der Umwandlung zu komplettieren.
Im Fall einer gemischten 2-stufigen Umwandlung nach der Temperaturerhöhung wird die Unterkühlungszeit (T&sub1;), die in dem Temperaturbereich von 350-500ºC benötigt wird, auf eine Zeitspanne nach dem Start der Bainit-Transformation von nicht mehr Y sec, die durch folgende Gleichung festgelegt sind, festgesetzt:
Y = exp (19,83 - 0,0329 · T&sub1;)
(T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen)
Wie im Fall einer vollständigen 2-stufigen Umwandlung, wird der Temperaturanstieg (ΔT) im Fall einer durchgeführten 2-stufigen Umwandlung nach einer Unterkühlung auf eine untere Grenze von 10ºC festgesetzt, der Temperatur, bei der der Erweichungseffekt durch die 2-stufige Umwandlung erscheint; da die obere Grenze der Temperatur nach dem Temperaturanstieg nicht mehr als 600ºC sein darf, wird die untere Grenze (an sich obere Grenze) von ΔT durch die folgende Gleichung festgesetzt:
ΔT = 600 - T&sub1;
(T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen)
Die Perlit-Textur bildet sich am Drahtstangen- oder Draht-Mittelteil einer perlitischen Drahtstange oder eines perlitischen Drahtes, die (der) bei einer isothermen Umwandlungstemperatur behandelt wird, die 500ºC übersteigt. Da die Perlit-Textur eine laminare Struktur von Zementit und Ferrit hat, hat sie einen großen Anteil an der Arbeits- bzw. Kalthärtung, jedoch kann eine Abnahme der Verformbarkeit nicht verhindert werden. In dem Bereich großer Querschnittsflächenabnahme (area reduction region) wächst daher die Zugfestigkeit mit einer begleitenden Abnahme der Verdrehungscharakteristik, was das Auftreten der Delaminierung begründet. Im Gegensatz dazu wird die Arbeits- bzw. Kalthärtung in der Drahtstange oder im Draht, die (der) nach dieser Erfindung in 2 Stufen umgewandelt wird, unterdrückt, da sie (er) in einem Zustand ist, in dem grobkörniges Zemenit in Ferrit verteilt ist. Als ein Ergebnis ist es möglich, das Auftreten der Delaminierung zu unterdrücken und das Ziehen bis zum Bereich großer Querschnittsflächenabnahme (area reduction region) zu ermöglichen.
Das Bainit-Textur-Flächenverhältnis wird vom betrachteten Textur-Abschnitt gemessen, indem man die Strukturfehlerpunktmethode (lattice point method) benutzt. Das Flächenverhältnis ist ein wichtiger Index, der den Zustand der Bainit- Textur-Bildung anzeigt, und er beeinflusst die Ziehbarkeit. Die untere Grenze des Flächenverhältnisses wird auf 80% festgesetzt, wo der 2-stufige Umwandlungseffekt erkennbar erscheint.
Die Vickershärte der oberen Bainit-Struktur ist ein wichtiger Faktor, um die Charakteristika des Musters bzw. der Probe anzuzeigen. Die Zementit-Abscheidung bzw. -ablagerung in einer bainitischen Drahtstange oder einem bainitischen Draht, welche (welcher) 2-stufig durch Zusammenführen eines Abkühlungsschrittes und eines Temperaturerhöhungsschrittes gebildet wird, ist grobkörniger als im Fall einer isothermen Transformation. Als ein Ergebnis wird die obere 2-stufig umgewandelte Bainit-Textur weicher. Mit Rücksicht auf den Effekt des C-Gehalts wird die obere Grenze für die Vickers-Härte auf nicht mehr als 450 festgesetzt.

Beispiele

Beispiel 1

Tabelle 1 zeigt die chemischen Zusammensetzungen der getesteten Stahlmuster.
A-D in Tabelle 1 sind erfindungsgemäße Stähle, und E und F sind Vergleichsstähle.
Stahl E hat einen C-Gehalt, der die obere Grenze übersteigt, und Stahl F hat einen Mn-Gehalt, der die obere Grenze übersteigt.
Die Muster wurden hergestellt, indem 300 · 500 mm Platten mit einer kontinuierlichen Gießmaschine gegossen und diese danach zu 122 mm²-Platten vorgepresst wurden.
Nachdem aus diesen Platten Drahtstangen gewalzt worden waren, wurden sie einem DLP (direct lead patenting für direktes Blei-Patentieren) unterzogen, indem sie unter den Bedingungen, wie in Tabelle 2 dargestellt, gekühlt wurden.
Die Drahtstangen wurden bis zu 1,00 mm Durchmesser bei einer durchschnittlichen Abnahme der Querschnittsfläche von 17% gezogen und einem Zug- und Torsionstest unterzogen.
Der Zugtest wurde unter Verwendung der Testprobe Nr. 2 von JISZ2201 und des in JJISZ2241 beschriebenen Verfahrens durchgeführt.
Im Torsionstest wurde das Muster zu einem Probenkörper der Länge 100d + 100 zugeschnitten und mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 10 U/min zwischen Spannfuttern, die einen Abstand von 100d hatten, bewegt. d stellt den Drahtdurchmesser dar.
Die charakteristischen Werte, die man auf diese Weise erhält, werden auch in Tabelle 2 gezeigt.
Nr. 1 - Nr. 4 sind Stähle nach der Erfindung.
Nr. 5 - Nr. 10 sind Vergleichsstähle.
Im Vergleichsstahl Nr. 5 verringerte der Perlit, der sich bildete, weil die Abkühlungsgeschwindigkeit zu langsam war, die Ziehbarkeit, was zu einem Bruch während des Ziehens führte.
Im Vergleichsstahl Nr. 6 bildete sich die 2-stufig umgewandelte Bainit-Textur nicht, da der Temperaturanstieg zu gering war, wodurch die Ziehbarkeit abnahm, was zu einem Bruch während des Ziehens führte.
Im Vergleichsstahl Nr. 7 bildete sich Martensit, da eine ausreichende isotherme Umwandlungs-Dauer nicht erzielt wurde, wodurch die Ziehbarkeit abnahm, was zu einem Bruch während des Ziehens führte.
Im Vergleichsstahl Nr. 8 nahm das Verhältnis der 2-stufig umgewandelten Bainit- Textur ab, da die Behandlungszeit der Unterkühlung zu lang war, wodurch die Ziehbarkeit abnahm, was zu einem Bruch während des Ziehens führte.
Im Vergleichsstahl Nr. 9 verringerte das pro-eutektoide Zementit, das sich bildete, da der C-Gehalt zu hoch war, die Ziehbarkeit.
Im Vergleichsstahl Nr. 10 verringerte das Micromartensit, das sich in Verbindung mit einer zentralen Abscheidung verursacht durch einen äußerst hohen Mn-Gehalt bildete, die Ziehbarkeit. Tabelle 1 Chemische Zusammensetzungen der getesteten Stahlproben Tabelle 2 Walzlbedingungen für die Drahtstange und charakteristische Werte der getesteten Stahlproben
T&sub0;: Starttemperatur der Abkühlung
V&sub1;: Kühlgeschwindkkeit
T&sub1;: Haltemperatur nach dem Kühlen
t&sub1;: Haltezeit nach dem Kühlen
ΔT: Temperaturanstieg
t&sub2;: Wärmebehandlungszeit

Beispiel 2

Tabelle 3 zeigt die chemischen Zusammensetzungen der getesteten Stahlmuster bzw. -proben.
A-D in Tabelle 3 sind erfindungsgemäße Stähle, und E und F sind Vergleichsstähle.
Die Muster wurden hergestellt, indem 300 · 500 mm Platten mit einer kontinuierlichen Gießmaschine gegossen, diese zu 122 mm²-Platten vorgepresst und Drähte aus diesen Platten gefertigt wurde.
Nach dem Erwärmen wurden die Drähte einem DLP (direktes Blei-Patentieren) unterzogen, indem sie unter den Bedingungen, wie in Tabelle 4 dargestellt, gekühlt wurden
Die Drähte wurden bis zu 1,00 mm Durchmesser bei einer durchschnittlichen Abnahme der Querschnittsfläche von 17% gezogen und einem Zug- und Torsionstest unterzogen.
Der Zugtest wurde unter der Verwendung der Testprobe Nr. 2 von JISZ2201 und des in JISZ2241 beschriebenen Verfahrens durchgeführt.
Im Torsionstest wurde das Muster zu einem Probenkörper der Länge 100d + 100 zugeschnitten und mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 10 U/min zwischen Spannfuttern, die einen Abstand von 100d hatten, bewegt. d stellt den Drahtdurchmesser dar.
Die charakteristischen Werte, die man auf diese Weise erhält, werden auch in Tabelle 4 gezeigt.
Nr. 1 - Nr. 4 sind Stähle nach der Erfindung.
Nr. 5 - Nr. 10 sind Vergleichsstähle.
Im Vergleichsstahl Nr. 5 verringerte der Perlit, der sich bildete, weil die Abkühlungsgeschwindigkeit zu langsam war, die Ziehbarkeit, was zu einem Bruch während des Ziehens führte.
Im Vergleichsstahl Nr. 6 bildete sich die 2-stufig umgewandelte Bainit-Textur nicht, da der Temperaturanstieg zu gering war, wodurch die Ziehbarkeit abnahm, was zu einem Bruch während des Ziehens führte.
Im Vergleichsstahl Nr. 7 bildete sich Martensit, da eine ausreichende isotherme Umwandlungs-Dauer nicht erzielt wurde, wodurch die Ziehbarkeit abnahm, was zu einem Bruch während des Ziehens führte.
Im Vergleichsstahl Nr. 8 nahm das Verhältnis der 2-stufig umgewandelten Bainit- Textur ab, da die Behandlungszeit der Unterkühlung zu lang war, wodurch die Ziehbarkeit abnahm, was zu einem Bruch während des Ziehens führte.
Im Vergleichsstahl Nr. 9 verringerte das pro-eutektoide Zementit, das sich bildete, da der C-Gehalt zu hoch war, die Ziehbarkeit.
Im Vergleichsstahl Nr. 10 verringerte der Micromartensit, der sich in Verbindung mit einer zentralen Abscheidung durch einen äußerst hohen Mn-Gehalt bildete, die Ziehbarkeit. Tabelle 3 Chemische Zusammensetzungen der getesteten Stahlproben
Tabelle 4 Wärmebehandlungsbedingungen für einen Draht und charakteristische Werte der getesteten Stahlproben
T&sub0;: Starttemperatur der Abkühlung
V&sub1;: Kühlgeschwindkkeit
T&sub1;: Haltemperatur nach dem Kühlen
t&sub1;: Haltezeit nach dem Kühlen
ΔT: Temperaturanstieg
t&sub2;: Wärmebehandlungszeit

Industrielle Anwendbarkeit

Da, wie zuvor besprochen, die Drahtstange oder der Draht, die (der) entsprechend dieser Erfindung gefertigt wurden, bis zu einer deutlich höheren Querschnittsflächenabnahme als es durch das Verfahren nach dem Stand der Technik möglich war, gezogen werden kann, hat dies die Widerstandsfähigkeit bezüglich der Delaminierung verbessert. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung einer bainitischen Drahtstange oder eines bainitischen Drahtes mit hervorragender Ziehbarkeit, den Verzicht auf die zwischenzeitliche Wärmebehandlung in der zweiten Prozessstufe, eine große Senkung der Kosten, eine Verkürzung der Produktionszeit und eine Verringerung der Anlagenkosten.

Claims

1. Hochkohlenstoffhaltige(r) Stahldrahtstange oder Draht mit hervorragender Ziehbarkeit, die bzw. der, in Gewichtsprozent, enthält:

C: 0,90-1,10%

Si: nicht mehr als 0,40% und

Mn: nicht mehr als 0,50%,

beschränkt ist auf:

P: nicht mehr als 0,02%

S: nicht mehr als 0,01% und

Al: nicht mehr als 0,003%,

wobei der Rest Fe und nicht zu vermeidende Verunreinigungen ist, und

eine Mikrostruktur, ausgedrückt als Flächen-Verhältnis (area ratio), von nicht weniger als 80% der oberen Bainit-Textur in einem Zustand von grobem Zementit, dispergiert in Ferrit, und ein Hv von nicht mehr als 450 hat, wobei die Struktur durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 erreichbar ist.

2. Hochkohlenstoffhaltige(r) Stahldrahtstange oder Draht mit hervorragender Ziehbarkeit nach Anspruch 1, weiterhin Cr: 0,10-0,30% als Legierungsmittel enthaltend.

3. Verfahren zur Herstellung einer(s) hochkohlenstoffhaltigen Stahldrahtstange oder eines Drahtes mit hervorragender Ziehbarkeit mit den folgenden Schritten:

Walzen eines Stahlblocks zu einer Drahtstange oder Erwärmen eines Drahtes auf eine Temperatur im Bereicht von 1100 bis 755ºC, wobei sowohl der Block als auch der Draht eine Zusammensetzung haben, die, in Gewichtsprozent, enthält:

C: 0,90-1,10%,

Si: nicht mehr als 0,40% und

Mn: nicht mehr als 0,50%,

und sind beschränkt auf:

P: nicht mehr als 0,02%

S: nicht mehr als 0,01% und

Al: nicht mehr als 0,003%,

wobei der Rest Fe und nicht zu vermeidende Verunreinigungen ist,

Abkühlen der gewalzten Drahtstange oder des erwärmten Drahtes von einer Temperatur im Bereich von 1100 bis 755ºC, die entweder nach dem Heißwalzen oder nach dem Erwärmen auf diese Temperatur erhalten wird, auf eine Temperatur im Bereich von 350 bis 500ºC mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 60 bis 300ºC/sec,

Halten in diesem Temperaturbereich für nicht weniger als eine Sekunde und nicht mehr als eine Zeitspanne von X sec. in dem Bereich, in dem die Bainit- Transformation nicht beginnt, wobei X durch die folgende Gleichung (1) festgelegt wird, Erhöhen der Temperatur um nicht weniger als 10ºC und nicht mehr als 600- T&sub1;ºC (T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen) und Halten der Temperatur bis die Bainit-Transformation vollständig beendet ist,

X = exp (16,03 - 0,0307 · T&sub1;)

mit

T&sub1;: Haltetemperatur nach dem Abkühlen.

4. Verfahren zur Herstellung einer(s) hochkohlenstoffhaltigen Stahldrahtstange oder eines Drahtes mit hervorragender Ziehbarkeit mit den folgenden Schritten:

Walzen eines Stahlblocks zu einer Drahtstange oder Erwärmen eines Drahtes auf eine Temperatur im Bereich von 1100 bis 755ºC, wobei sowohl der Block als auch der Draht eine Zusammensetzung haben, die, in Gewichtsprozent, enthält:

C: 0,90-1,10%,

Si: nicht mehr als 0,40% und

Mn: nicht mehr als 0,50%

und beschränkt sind auf:

P: nicht mehr als 0,02%,

S: nicht mehr als 0,01% und

Al: nicht mehr als 0,003%,

wobei der Rest Fe und nicht zu vermeidende Verunreinigungen ist,

Kühlen der gewalzten Drahtsstange oder des erwärmten Drahtes von einer Temperatur im Bereich von 1100 bis 755ºC, die entweder nach dem Heißwalzen oder nach dem Erwärmen auf diese Temperatur erhalten wird, auf eine Temperatur im Bereicht von 350 bis 500ºC mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 60 bis 300ºC/sec.,

Halten in diesem Temperaturbereich für eine nach dem Start der Bainit- Transformation beginnende Periode bis zu einem Zeitpunkt vor der Beendigung der Bainit-Transformation, nämlich für eine Periode von nicht mehr als Y sec., die durch die folgende Gleichung (2) festgelegt wird, und

Erhöhen der Temperatur um nicht weniger als 10ºC und nicht weniger als 600-T&sub1;ºC (T&sub1; Haltetemperatur nach der Abkühlung) und Halten der Temperatur, bis die Bainit-Transformation vollständig beendet ist,

Y = exp (19,83 - 0,0329 · T&sub1;)

mit T&sub1; Haltetemperatur nach dem Abkühlen.

5. Verfahren zur Herstellung einer(s) hochkohlenstoffhaltigen Stahldrahtstange oder eines Drahtes nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Ausgangs-Block oder der Ausgangs-Draht weiterhin

Cr: 0,10-0,30%

als Legierungskomponente enhält.