專(zhuān)利名稱(chēng)：具有優(yōu)良拉拔性能和拉拔后疲勞抗力的高碳鋼線(xiàn)材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拉拔后的疲勞抗力和拉拔性能都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材，這種鋼絲在拉拔后被用于例如橋梁纜線(xiàn)、各種用于飛行器的線(xiàn)材、長(zhǎng)橡膠帶、輪胎用鋼芯線(xiàn)等。
背景技術(shù)：
拉拔用的高碳鋼線(xiàn)材通常需要承受高速拉拔并且它在拉拔后要具有優(yōu)良的疲勞抗力。硬氧化物型非金屬夾雜物是不利地影響這些性能的一個(gè)因素。
在氧化物夾雜物中，象Al2O3、SiO2、CaO、TiO2、MgO等單成分夾雜物通常是堅(jiān)硬的并且沒(méi)有粘性。因此，眾所周知地需要提高鋼水潔凈度和增加軟氧化物型夾雜物以便制造成拉拔性能優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材。
作為提高鋼潔凈度和無(wú)粘性的軟夾雜物含量的方法，日本審查專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朣57-22969公開(kāi)了一種制造拉拔性能優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材的方法，日本未審查專(zhuān)利S55-24961公開(kāi)了一種制造超細(xì)線(xiàn)材的方法。但是，這些技術(shù)的主要構(gòu)想局限于控制Al2O3-SiO2-MnO三元化合物中的氧化物型非金屬夾雜物的成分。
同時(shí)，日本未審查專(zhuān)利S50-71507提出了通過(guò)使非金屬夾雜物成分落入Al2O3-SiO2-MnO的三元化合物相圖的錳鋁榴石范圍內(nèi)來(lái)提高產(chǎn)品拉拔性能的方案。日本未審查專(zhuān)利S50-81907披露了一種通過(guò)控制加入鋼水中的鋁量地減少有害夾雜物的方式來(lái)提高拉拔性能的方法。
另外，日本審查專(zhuān)利S57-35243就制造無(wú)粘性?shī)A雜物指數(shù)不大于20的輪胎鋼芯線(xiàn)方面提出了一種方法，即在初次脫氧后，通過(guò)將含CaO的熔劑和載體氣體(惰性氣體)一起注入鋼包的鋼水中而完全控制鋁地注入含有Ca、Mg、REM中的至少一種元素的合金，從而軟化夾雜物。
在上述提案中，在重整三元非金屬夾雜物的情況下，穩(wěn)定的控制成分是不容易的，而在控制多元非金屬夾雜物的情況下，減小夾雜物的尺寸和數(shù)量并確保延展性是很難實(shí)現(xiàn)的，因而，不能指望能夠提高拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力。在日本審查專(zhuān)利H4-8499中，通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)了具有很優(yōu)良的拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力的高碳鋼線(xiàn)材將含氧量規(guī)定在預(yù)定范圍內(nèi)并且控制非粘性?shī)A雜物的成分和含量；通過(guò)確保減少非粘性?shī)A雜物的數(shù)量和大小及確保其延展性而獲得非粘性?shī)A雜物的大小和數(shù)量的有利分配情況；通過(guò)把夾雜物成分重整為包括SiO2-MnO并有選擇地包括Al2O3、MgO、CaO和TiO2在內(nèi)的多組分體系的氧化物型夾雜物來(lái)軟化夾雜物。
在日本審查專(zhuān)利H4-8499所述的發(fā)明中，含Al和Mg、Ca、Ba、Ti、V、Zr、Na中的至少兩種元素的二次脫氧劑被加入鋼水中，以便將夾雜物重整為包括SiO2和KnO和選擇性地包括Al2O3、MgO、CaO、TiO2在內(nèi)的多組分體系的氧化物型夾雜物。但是，這些脫氧合金是昂貴的并因而為了降低生產(chǎn)成本而最好限制這些昂貴合金的使用。
就是說(shuō)，本發(fā)明的要點(diǎn)在于(1)一種拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材，其特征在于，總含氧量是15ppm-50ppm，在其中所含的非金屬夾雜物中，在光學(xué)顯微鏡的視場(chǎng)內(nèi)，非粘性?shī)A雜物的數(shù)量平均不超過(guò)1.5個(gè)/mm2，在非粘性?shī)A雜物中，那些其成分落入下述成分A的范圍內(nèi)的夾雜物的數(shù)量超過(guò)20％，而其成分落入下述成分B或A范圍內(nèi)的夾雜物的總量不小于80％，其成分落入下述成分A的范圍內(nèi)的非粘性?shī)A雜物的厚度不超過(guò)40微米，其中，成分A含有超過(guò)70％的SiO2，成分B含有25％-70％的SiO2,8％-30％的MnO，不超過(guò)40％的MgO，不超過(guò)35％的Al2O3，不超過(guò)25％的CaO，不超過(guò)6％的TiO2,Al2O3與MgO中的一種或兩種的含量為至少5％，另外，CaO和TiO2中的一種或兩種的含量為至少2％。
(2)如第(1)項(xiàng)所述的拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材，其特征在于，具有上述成分B的夾雜物含有不超過(guò)5％的其它氧化物(是V、Ba、Zr、Na中的氧化物以及痕量不可避免混入的其它氧化物中的至少一種，以下稱(chēng)為“其它氧化物”)。
(3)如第(1)或(2)項(xiàng)所述的拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材，其特征在于，其成分落入成分A范圍內(nèi)的非粘性?shī)A雜物的數(shù)量在觀察視場(chǎng)內(nèi)為不超過(guò)1個(gè)/mm2。
(4)如第(1)項(xiàng)-第(3)項(xiàng)之一所述的拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材，其特征在于，它按照重量百分比地含有0.4％-1.2％的C、0.1％-1.5％的Si和0.1％-1.5％的Mn。
(5)如第(1)項(xiàng)-第(3)項(xiàng)之一所述的拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材，其特征在于，它按照重量百分比地含有0.4％-1.2％的C、0.1％-1.5％的Si和0.1％-1.5％的Mn，還含有分別控制到不超過(guò)0.02％的P和S以及至少以下一種元素，即0.05％-1.0％的Cr,0.05％-1.0％的Ni的，0.05％-1.0％的Cu,0.001％-0.01％的B,0.001％-0.2％的Ti,0.001％-0.2％的V,0.001％-0.2％的Nb,0.05％-1.0％的Mo,0.1％-2％的Co。
在這里，非粘性?shī)A雜物是指其長(zhǎng)度或厚度至少為5微米的夾雜物，其中在觀察包括線(xiàn)材中心線(xiàn)在內(nèi)的縱截面的光學(xué)顯微鏡視場(chǎng)內(nèi)，每個(gè)夾雜物的長(zhǎng)度(l)和厚度(d)滿(mǎn)足公式l/d≤5。
眾所周知的是，當(dāng)夾雜物大量含有單一成分氧化物或特定氧化物時(shí)，它們很硬并且其塑性很差。本發(fā)明的最重要的特征就是發(fā)現(xiàn)了這樣的事實(shí)，即大量含有所述SiO2的夾雜物比那些大量含有Al2O3和MgO的夾雜物要軟，即使大量含有所述SiO2的夾雜物超過(guò)20％，鋼絲拉拔后的疲勞抗力和拉拔性能仍然沒(méi)有受到不利影響，只要所述夾雜物的厚度(d)被控制得不超過(guò)40微米就行。
確定非粘性?shī)A雜物的數(shù)量在鋼絲的氧化物型非金屬夾雜物中的非粘性?shī)A雜物的數(shù)量影響著拉拔后的疲勞抗力和拉拔性能。從這個(gè)角度出發(fā)，對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，也需要盡可能減少非粘性?shī)A雜物的數(shù)量。通過(guò)把非粘性?shī)A雜物的數(shù)量控制在不超過(guò)1.5個(gè)/mm2，可以通過(guò)與權(quán)利要求所述的其它要求一起的綜合效果獲得優(yōu)良的拉拔后的疲勞抗力和拉拔性能。當(dāng)非粘性?shī)A雜物的數(shù)量超過(guò)1.5個(gè)/mm2時(shí)，斷線(xiàn)速度明顯加快并且模具使用壽命縮短。最好把非金屬夾雜物的數(shù)量控制在不超過(guò)1.0個(gè)/mm2。
非粘性?shī)A雜物的成分在傳統(tǒng)技術(shù)中，通過(guò)復(fù)合夾雜物成分來(lái)軟化非粘性?shī)A雜物。在那些技術(shù)中，夾雜物的SiO2含量被確定為不超過(guò)70％，因?yàn)轱@然當(dāng)SiO2含量超過(guò)上述百分比時(shí)形成了堅(jiān)硬的SiO2夾雜物。
作為本發(fā)明的研究成果，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了，即使非粘性?shī)A雜物含有大量SiO2并且甚至是在連續(xù)拉拔的過(guò)程中，它們也是無(wú)害的，只要這種夾雜物的尺寸小就行。SiO2夾雜物確實(shí)是堅(jiān)硬的，但它們要比MgO或Al2O3類(lèi)型的夾雜物軟。因此，只要這種夾雜物的尺寸被控制得d≤40微米，則拉拔后的疲勞抗力和拉拔性能就足夠高。最好把含有大量SiO2的非粘性?shī)A雜物的尺寸控制得d≤20微米。
在本發(fā)明中，成分B是指足夠軟并且因在拉拔過(guò)程中被破碎細(xì)分而無(wú)害的夾雜物的組成范圍，而成分A表示其SiO2含量高于成分B的SiO2含量的夾雜物的成分范圍。已經(jīng)規(guī)定了，成分A的非粘性?shī)A雜物的總數(shù)不小于20％，成分A或成分B的夾雜物的總數(shù)不小于80％。
成分A或成分B的夾雜物的總數(shù)不小于80％的原因是，其成分不在成分A和成分B之一范圍的夾雜物例如是MgO和Al2O3類(lèi)型的夾雜物，它們是堅(jiān)硬的，當(dāng)這些堅(jiān)硬的夾雜物的含量超過(guò)20％時(shí)，它們有損于線(xiàn)材拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力。
另外，成分A的夾雜物的數(shù)量不小于20％的原因是，成分A的夾雜物隨著加入鋼水中的Ca、Al、Mg、Ti的鐵合金量減少而增多，當(dāng)這些鐵合金添加量減少到將成分A的夾雜物的量提高到不小于20％的程度時(shí)，可以獲得降低成本的效果，這也是本發(fā)明的目的之一。
在本發(fā)明中，成分B的范圍確定如下(1)含有25％-70％的SiO2,8％-30％的MnO，不超過(guò)40％的MgO，不超過(guò)35％的Al2O3，不超過(guò)25％的CaO，不超過(guò)6％的TiO2,Al2O3與MgO中的一種或兩種的含量為至少5％，另外，CaO和TiO2中的一種或兩種的含量為至少2％，(2)含有不超過(guò)5％的其它氧化物(V、Ba、Zr、Na的氧化物以及痕量的不可避免地混入的其它氧化物中至少一種，以下稱(chēng)為“其它氧化物”)。
以下將解釋為什么如此限定成分B的范圍。
為了減少非粘性?shī)A雜物的數(shù)量并軟化它們(這是本發(fā)明的目的之一)，需要象上述那樣以多組分系方式對(duì)氧化物成分進(jìn)行復(fù)合。一種復(fù)合方式就是首先并不可避免地含有SiO2、MnO以及含有Al2O3與MgO中的一種或兩種和CaO和TiO2中的一種或兩種的至少四元的復(fù)合系的氧化物。另一種復(fù)合方式就是除了上述氧化物外還含有最多5％的其它氧化物的至少四元的復(fù)合系的氧化物。在這里，混入最多5％的其它氧化物有助于進(jìn)一步軟化非粘性?shī)A雜物。如果符合成分B的非粘性?shī)A雜物具有本發(fā)明的上述復(fù)合方式之一，則本發(fā)明的鋼就不會(huì)不成為拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力都優(yōu)良的鋼絲。
當(dāng)SiO2的含量低于25％時(shí)，不可能獲得象多組分系夾雜物這樣的與其它氧化物的良好組合。超過(guò)70％的SiO2含量范圍符合成分A的范圍，作為形成堅(jiān)硬夾雜物的成分，這是在過(guò)去已經(jīng)避免的夾雜物領(lǐng)域。
由于MnO被用于脫氧Al、Mg代替或與之組合，沒(méi)有形成至少30％的MnO。另一方面，當(dāng)其含量低于8％時(shí)，非粘性?shī)A雜物變得堅(jiān)硬。為此，MnO范圍被設(shè)定為8％-30％。
當(dāng)MgO含量超過(guò)40％時(shí)，形成了堅(jiān)硬的MgO夾雜物，因此，其含量限定為不超過(guò)40％。優(yōu)選的范圍為5％-25％。
當(dāng)Al2O3的含量超過(guò)35％時(shí)，良好平衡的多組分系組合被破壞了，這造成夾雜物中的其它氧化物成分比較低，結(jié)果形成了堅(jiān)硬的夾雜物。為避免該問(wèn)題，Al2O3的上限為35％并且最好是25％。
至于Al2O3與MgO的組合，在制造本發(fā)明的鋼絲時(shí)，其中懸浮于鋼水中的SiO2型氧化物在二次脫氧過(guò)程中與Ca、Mg、Al等組合而形成了復(fù)合夾雜，非粘性?shī)A雜物變軟，并且當(dāng)在形成于鋼絲中的非粘性?shī)A雜物的Al2O3與MgO中的一種或兩種的總量至少為5％時(shí)，上述非粘性?shī)A雜物是無(wú)害的。因此，Al2O3與MgO中的一種或兩種的含量的下限被設(shè)定為5％。
至于CaO，當(dāng)CaO含量高時(shí)，通常來(lái)說(shuō)，形成了球形非粘性?shī)A雜物。但是，當(dāng)CaO含量不超過(guò)25％并且?jiàn)A雜物屬于本發(fā)明所述的多組分系的夾雜物時(shí)，CaO也有助于降低氧化物型夾雜物的硬度并減少非粘性?shī)A雜物的數(shù)量。因此，CaO含量的上限被設(shè)定為25％。最好的CaO含量范圍為1％-20％。
Ti是常用于控制奧氏體晶粒大小的一種元素。但是，它對(duì)軟化象本發(fā)明中的多組分系氧化物的非金屬夾雜物也是有效的。當(dāng)TiO2的含量在多組分系的非粘性?shī)A雜物中不超過(guò)6％時(shí)，這對(duì)于軟化特別有效。因此，TiO2含量被設(shè)定為不超過(guò)6％。更好的含量范圍為不超過(guò)4％。
至于CaO和TiO2的組合，當(dāng)CaO和TiO2中的一種或兩種的含量至少為2％時(shí)，進(jìn)一步軟化了非粘性?shī)A雜物。
最后，下面描述被限定為不超過(guò)5％的其它氧化物的含量。
上述成分對(duì)獲得本發(fā)明的多組分系非粘性?shī)A雜物是很重要的。另外，除了二次脫氧元素外，還加入了V、Ba、Zr、Na等元素。這些氧化物和其它氧化物如Cr、K等不可避免地極少量混入鋼中的氧化物被統(tǒng)一稱(chēng)為其它氧化物。當(dāng)其它氧化物含量不超過(guò)5％時(shí)，它們有助于軟化非粘性?shī)A雜物。為此，至少一種其它氧化物的組合含量的上限被設(shè)定為5％。
現(xiàn)在，說(shuō)明上述氧化物的組合。
首先，解釋為什么在任何情況下SiO2和MnO都是必不可少的。
如在上述例子中描述的那樣，可以如此獲得包括本發(fā)明的多組分系氧化物的非粘性?shī)A雜物，即在初次脫氧時(shí)形成SiO2+MnO的脫氧產(chǎn)物，隨后在二次脫氧時(shí)形成SiO2復(fù)合脫氧產(chǎn)物。因而，構(gòu)成脫氧產(chǎn)物基礎(chǔ)的SiO2和MnO理所當(dāng)然不能不在非粘性?shī)A雜物中。
接著，描述Al2O3與MgO的組合。
作為脫氧形成本發(fā)明的多組分系氧化物的非金屬夾雜物的脫氧技術(shù)之一，一個(gè)重要的技術(shù)就是利用Al、Mg的強(qiáng)氧化效果以及所述夾雜物在鋼水中的凝結(jié)和漂浮效果。至于在鋼水精煉后留在鋼水中的上述夾雜物，存在著這樣一種在所述精煉后鋼水中的Al2O3與MgO的關(guān)系，即在本發(fā)明的非粘性?shī)A雜物的組成范圍內(nèi)，當(dāng)Al2O3含量高時(shí)，MgO含量會(huì)低，相反地，當(dāng)Al2O3含量低時(shí)，MgO含量會(huì)高。因此，本發(fā)明規(guī)定了必須含有Al2O3與MgO中的至少一種。
接著，說(shuō)明為什么規(guī)定必須含有CaO和TiO2中的至少一種。
象本發(fā)明那些的多組分系氧化物的非金屬夾雜物根據(jù)脫氧條件而表現(xiàn)出了變化范圍很寬的成分變化。在這樣的背景條件下，尤其是為了減少多組分系夾雜物中的非粘性?shī)A雜物的數(shù)量并軟化它們，在非粘性?shī)A雜物中必須含有CaO和TiO2中的至少一種。
本發(fā)明的一個(gè)重點(diǎn)就是要控制符合成分A的非粘性?shī)A雜物的大小，即使其保持d≤40微米。這是因?yàn)?，?dāng)滿(mǎn)足公式d≤40微米時(shí)，符合成分A的夾雜物沒(méi)有影響夾雜物軟化效果，盡管它們要比其成分落入成分B范圍內(nèi)的夾雜物硬一些。
d超過(guò)40微米的大夾雜物主要是在脫氧時(shí)形成于鋼包鋼水中的鋼包脫氧產(chǎn)物。當(dāng)進(jìn)行牽涉到Ca、Al、Mg、Ti的復(fù)合脫氧并由此大多數(shù)非粘性?shī)A雜物具有符合本發(fā)明所述成分B的成分時(shí)，所述鋼包中脫氧產(chǎn)物得到軟化，d超過(guò)40微米的大多數(shù)大夾雜物被拉長(zhǎng)而滿(mǎn)足了l/d＞5。在這種情況下，由于大多數(shù)符合成分A條件的富SiO2夾雜物是在鋼水凝固過(guò)程中形成的夾雜物，所以它們不可能增大并且保持了d≤40微米。因而，其成分落入成分A和成分B中的非粘性?shī)A雜物的d可以被控制得不超過(guò)40微米。
如上所述，在本發(fā)明中，必須控制非粘性?shī)A雜物數(shù)量到不超過(guò)1.5個(gè)/平方毫米。在其中進(jìn)行了復(fù)合脫氧并由此使符合成分A的非粘性?shī)A雜物以及符合成分B的非粘性?shī)A雜物的總數(shù)至少為80％的本發(fā)明中，可能由此穩(wěn)定地保持非粘性?shī)A雜物的數(shù)量不超過(guò)1.5個(gè)/平方毫米。最好是通過(guò)把非粘性?shī)A雜物的數(shù)量控制得不超過(guò)1.0個(gè)/平方毫米，從而穩(wěn)定了拉拔性能和拉絲后的疲勞抗力。
本發(fā)明可以通過(guò)如上所述地控制夾雜物的成分和大小及數(shù)目而確保優(yōu)良的拉拔性能和拉絲后的疲勞抗力。此外，本發(fā)明可以通過(guò)把符合成分A的非粘性?shī)A雜物數(shù)目減少到平均不超過(guò)1.0個(gè)/平方毫米并且最好減少到不超過(guò)0.5個(gè)/平方毫米來(lái)延長(zhǎng)拉絲模具的使用壽命。
如上所述，在象常規(guī)的嚴(yán)格條件那樣需要拉絲后的疲勞抗力和拉拔性能的應(yīng)用場(chǎng)合中，本發(fā)明獲得了很好的結(jié)果。但是近年來(lái)，在某些輪胎芯線(xiàn)應(yīng)用場(chǎng)合中使用了更粗的鋼芯線(xiàn)，其中對(duì)所需鋼絲拉拔性能的要求要比過(guò)去略微松一些。至于拉絲模具的使用壽命，在潤(rùn)滑和其它因素方面的改進(jìn)已經(jīng)允許連續(xù)進(jìn)行不受鋼材中的夾雜物物含量影響的拉絲過(guò)程。本發(fā)明的超純鋼尤其在這些應(yīng)用場(chǎng)合中獲得優(yōu)良的效果。
以下說(shuō)明本發(fā)明的鋼材化學(xué)成分規(guī)定。用于遵照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)G3502、G3506的鋼琴弦棒材和硬鋼線(xiàn)棒材的鎮(zhèn)靜鋼被廣泛地用作高碳鋼線(xiàn)材的鋼材。在這些JIS鋼種的基礎(chǔ)上并且在考慮了便于生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用的情況下，本發(fā)明按照重量百分比如此規(guī)定了鋼材化學(xué)成分，所述鋼含0.4％-1.2％的C,0.1％-1.5％的Si和0.1％-1.5％的Mn，還根據(jù)需要地含有一種或多種以下元素，即0.05％-1.0％的Cr,0.05％-1.0％的Ni,0.05％-1.0％的Cu,0.001％-0.01％的B,0.001％-0.2％的Ti,0.001％-0.2％的V,0.001％-0.2％的Nb,0.05％-1.0％的Mo,0.1％-2％的Co。
C是加強(qiáng)鋼強(qiáng)度的一種經(jīng)濟(jì)且有效的元素，需要至少0.4％的碳以便獲得硬鋼絲所需的強(qiáng)度。但當(dāng)含碳量超過(guò)1.2％時(shí)，鋼材延展性降低，這導(dǎo)致了脆性和難于進(jìn)行二次加工。因此，含碳量被設(shè)定為不超過(guò)1.2％。
另一方面，Si和Mn對(duì)于脫氧和控制夾雜物成分是必不可少的。當(dāng)添加量小于0.1％時(shí)，Si和Mn中的任何一種元素都是無(wú)效的。這兩種元素對(duì)于提高鋼材強(qiáng)度也是有效的，但是當(dāng)其中任一種元素超過(guò)1.5％時(shí)，鋼變脆了。
必須將Cr控制在0.05％-1.0％的范圍內(nèi)，這是因?yàn)楸ＷC鉻細(xì)化片狀珠光體和提高鋼強(qiáng)度的效果而所需的最低含量是0.05％，因此，至少為0.05％的Cr添加量是理想的。但是，當(dāng)添加量超過(guò)1.0％時(shí)，延展性變差。因此，上限設(shè)定為1.0％。
Ni通過(guò)與Cr相似的效果提高了鋼的強(qiáng)度，因此，為顯示出效果的至少為0.05％的Ni添加量是理想的，但其含量必須不超過(guò)1.0％，這才不會(huì)造成延展性降低。
由于Cu提高了鋼絲的氧化皮性能和腐蝕疲勞性能，所以顯示出效果的至少0.05％的添加量是理想的，但其含量必須不超過(guò)1.0％，這才不會(huì)造成延展性降低。
B是提高鋼淬透性的一種元素。在本發(fā)明中，可以通過(guò)添加B來(lái)提高鋼材強(qiáng)度，但是過(guò)多的加入B將因增加硼沉淀析出而降低鋼的韌性，因此，其上限被設(shè)定為0.01％。B含量過(guò)低將不起任何效果，因此，其下限被設(shè)定為0.001％。
Ti、Nb、V通過(guò)沉淀硬化而提高了鋼絲強(qiáng)度。當(dāng)添加量低于0.001％時(shí)，這些元素都沒(méi)有效果，但當(dāng)添加量超過(guò)0.2％時(shí)，會(huì)造成沉淀脆化。因此，其各自含量必須不超過(guò)0.2％。添加這些元素對(duì)在鉛淬火時(shí)細(xì)化γ晶也是有效的。
Mo是提高鋼淬透性的另一種元素。在本發(fā)明中，可以通過(guò)添加Mo來(lái)提高鋼材強(qiáng)度，但是過(guò)多的添加Mo過(guò)度地提高了鋼硬度，結(jié)果鋼材加工性能變差，因此，其添加量的范圍被指定為0.05％-1.0％。Co通過(guò)抑制過(guò)共析鋼的先共析滲碳體的形成而提高了鋼材延展性。
此外，在高碳鋼中，最好分別把P、S的含量控制在不超過(guò)0.02％的范圍內(nèi)，這是因?yàn)檫@兩種元素不僅有損于鋼絲拉拔性能，而且對(duì)拉絲后的延展性也不利。
注意，本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于鋼絲，而且也可以被應(yīng)用于熱軋鋼材產(chǎn)品。
例子利用LD轉(zhuǎn)爐進(jìn)行用于這些例子的鋼水精煉并且通過(guò)使用渣塞球(slag stopper ball)盡可能減少在出鋼時(shí)從轉(zhuǎn)爐倒到鋼包中的溢渣量(厚度不超過(guò)50毫米)。
一種增碳劑和脫氧鐵合金如Fe-Mn、Fe-Si、Si-Mn在出鋼時(shí)被加入鋼水中以便調(diào)節(jié)C、Mn、Si的含量，接著從鋼包底部向鋼水中注入氬氣。
出鋼后的鋼包中的鋼水是用Si、Mn等脫氧的鎮(zhèn)靜鋼。鋼包隨后被轉(zhuǎn)移到一個(gè)精煉位置，在經(jīng)過(guò)一個(gè)渣成分調(diào)整過(guò)程后，向鋼水中加入鐵合金形式的且含有Al和選自Mg、Ca、Ba、Ti、V、Zr、Na、REM中的至少兩種元素的二次脫氧劑。合金穿過(guò)一個(gè)通過(guò)氬氣底吹發(fā)泡凈化的鋼水液面被送入鋼水中。
在加入鐵合金時(shí)，包括來(lái)自用于脫氧和其它目的的鐵合金中的鋁的鋁的總投入量被控制在5.0克/噸鋼水-9.5克/噸鋼水范圍內(nèi)。在傳統(tǒng)對(duì)比鋼材中，適當(dāng)?shù)丶尤肓薓g、Ca的鐵合金。
在加入鐵合金后，在完成鋼包精煉之前，鋼水還接受了微細(xì)的成分調(diào)整。隨后，鋼水通過(guò)中間包從鋼包中被連鑄并在再加熱爐中接受加熱，被軋制成板坯，在經(jīng)過(guò)表面處理后，通過(guò)另一個(gè)再加熱爐和線(xiàn)棒材軋機(jī)被軋制成5.5毫米粗的線(xiàn)材。
在例子中，按照以下方式檢查非粘性?shī)A雜物的成分和數(shù)量從一卷5.5毫米直徑的鋼絲上切下一段0.5米長(zhǎng)的樣品；沿每段樣品的長(zhǎng)度，在隨機(jī)選定的10個(gè)位置上切斷出11毫米長(zhǎng)的小樣品；觀察每個(gè)小樣品的包括其縱向中心線(xiàn)的縱截面的整個(gè)表面。本例子所指的非粘性?shī)A雜物數(shù)量是所有樣品的平均值。
隨后，5.5毫米粗細(xì)的鋼絲被拉拔成不超過(guò)0.175毫米粗細(xì)的細(xì)絲以便調(diào)查研究其拉拔性能和模具使用壽命。通過(guò)把一定拉絲量的斷線(xiàn)次數(shù)轉(zhuǎn)換成斷線(xiàn)指數(shù)地來(lái)評(píng)估拉拔性能。不超過(guò)5的斷線(xiàn)指數(shù)表示良好。使用這樣的指數(shù)來(lái)評(píng)估模具壽命，其中利用傳統(tǒng)材料的最短模具允許使用壽命是100，指數(shù)值隨著壽命壽命延長(zhǎng)而增大。至少為100的模具使用壽命指數(shù)表示良好。
表1、2表示本發(fā)明材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表3、4表示對(duì)比材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表2、4分別表示表1、3所評(píng)估材料的非金屬夾雜物的評(píng)估結(jié)果，即平均成分，成分A和成分B。
表1

*1非粘性?shī)A雜物的數(shù)密度，所有視場(chǎng)中的平均數(shù)(個(gè)/毫米2)*2符合成分A的非粘性?shī)A雜物的數(shù)密度，所有視場(chǎng)中的平均數(shù)(個(gè)/毫米2)*3符合成分A的非粘性?shī)A雜物和符合成分A或B的非粘性?shī)A雜物占所有非粘性?shī)A雜物的比例。*4符合成分A的非粘性?shī)A雜物的最大d。
表2

*5視場(chǎng)中所有非粘性?shī)A雜物的平均成分。*6視場(chǎng)中所有非粘性?shī)A雜物中符合成分A的非粘性?shī)A雜物的平均成分。*7視場(chǎng)中所有非粘性?shī)A雜物中符合成分B的非粘性?shī)A雜物的平均成分。
表3

*1非粘性?shī)A雜物的數(shù)密度，所有視場(chǎng)中的平均數(shù)(個(gè)/毫米2)*2符合成分A的非粘性?shī)A雜物的數(shù)密度，所有視場(chǎng)中的平均數(shù)(個(gè)/毫米2)*3符合成分A的非粘性?shī)A雜物和符合成分A或B的非粘性?shī)A雜物占所有非粘性?shī)A雜物的比例。*4符合成分A的非粘性?shī)A雜物的最大d。
表4

*5視場(chǎng)中所有非粘性?shī)A雜物的平均成分。*6視場(chǎng)中所有非粘性?shī)A雜物中符合成分A的非粘性?shī)A雜物的平均成分。*7視場(chǎng)中所有非粘性?shī)A雜物中符合成分B的非粘性?shī)A雜物的平均成分。
本發(fā)明的所有材料即表1、2所示的第1號(hào)-第18號(hào)材料顯示出了良好的結(jié)果。
以下描述表3、4所示的對(duì)比材料實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第19號(hào)是含氧量低于本發(fā)明范圍的情況。由于強(qiáng)脫氧效果，形成了大量含有Al2O3與MgO的堅(jiān)硬夾雜物，結(jié)果，斷線(xiàn)指數(shù)高。第20號(hào)是含氧量高于本發(fā)明范圍的情況。在這里，夾雜物數(shù)量大并且模具使用壽命短。在第21號(hào)和第22號(hào)中，Si、Mn的含量分別低于本發(fā)明的范圍。在這兩種情況下，含有大量Al2O3的(不在本發(fā)明的成分A、B內(nèi))夾雜物的比例超過(guò)20％，斷線(xiàn)指數(shù)高。在第23號(hào)中，Si含量高于本發(fā)明的范圍，由于在脫氧時(shí)形成了只由SiO2構(gòu)成的夾雜物并且?jiàn)A雜物尺寸大，所以斷線(xiàn)指數(shù)高。在第24號(hào)中，Mn含量高于本發(fā)明的范圍，因?yàn)镾i-Mn復(fù)合脫氧效果太強(qiáng)，所以SiO2-MnO雙元夾雜物的比例高，這導(dǎo)致了高斷線(xiàn)指數(shù)。在第25號(hào)中，夾雜物數(shù)量因在精煉過(guò)程中沒(méi)有充分地除去夾雜物而太高，這導(dǎo)致了高一些的斷線(xiàn)指數(shù)以及短模具使用壽命。第26號(hào)是符合成分A的非粘性?shī)A雜物的最大直徑大于本發(fā)明范圍的情況，因此，斷線(xiàn)指數(shù)高。
評(píng)估本發(fā)明材料和對(duì)比材料的疲勞抗力。表1、2所示的本發(fā)明第2號(hào)材料和表3、4所示的第19號(hào)對(duì)比材料被熱軋成5.5毫米粗細(xì)的鋼絲并被拉拔成1.6毫米粗細(xì)，隨后在950℃下熱處理而形成γ晶，隨后在560℃下浸泡在鉛淬火槽中進(jìn)行最后的鉛淬火，從而形成了具有珠光體組織的鋼絲。如此獲得的鋼絲接著被連續(xù)拉成0.3毫米粗細(xì)，通過(guò)亨特疲勞實(shí)驗(yàn)來(lái)比較成品鋼絲的疲勞抗力。表5表示0.3毫米粗細(xì)的鋼絲的拉伸實(shí)驗(yàn)及亨特疲勞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
如表5所示，在本發(fā)明第2號(hào)材料與第19號(hào)對(duì)比材料之間沒(méi)有抗拉強(qiáng)度差異。相反地，至于基于亨特疲勞實(shí)驗(yàn)的疲勞極限應(yīng)力，如表5所示，本發(fā)明第2號(hào)材料比第19號(hào)對(duì)比材料表現(xiàn)出更高的疲勞極限應(yīng)力。
表5

工業(yè)實(shí)用性由于減少了昂貴合金的使用，所以可以低成本地制造出本發(fā)明的高碳鋼線(xiàn)材，并且本發(fā)明的鋼絲保持著與常規(guī)情形下的同樣優(yōu)良的拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力。
權(quán)利要求
1．一種拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材，其特征在于，總合氧量是15ppm-50ppm，在其中所含的非金屬夾雜物中，在光學(xué)顯微鏡的視場(chǎng)內(nèi)，非粘性?shī)A雜物的數(shù)量平均不超過(guò)1.5個(gè)/mm2，在非粘性?shī)A雜物中，那些其成分落入下述成分A的范圍內(nèi)的夾雜物的數(shù)量超過(guò)20％，而其成分落入下述成分B或A范圍內(nèi)的夾雜物的總量不小于80％，其成分落入下述成分A的范圍內(nèi)的非粘性?shī)A雜物的厚度不超過(guò)40微米，其中，成分A含有超過(guò)70％的SiO2，成分B含有25％-70％的SiO2,8％-30％的MnO，不超過(guò)40％的MgO，不超過(guò)35％的Al2O3，不超過(guò)25％的CaO，不超過(guò)6％的TiO2,Al2O3和MgO中的一種或兩種的含量為至少5％，另外，CaO和TiO2中的一種或兩種的含量為至少2％。
2．如權(quán)利要求1所述的拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材，其特征在于，具有上述成分B的夾雜物含有最多5％的其它氧化物，其它氧化物指V、Ba、Zr、Na的氧化物以及痕量的不可避免地混入的其它氧化物中至少一種。
3．如權(quán)利要求1或2所述的拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材，其特征在于，其成分落如成分A范圍內(nèi)的非粘性?shī)A雜物的數(shù)量在觀察視場(chǎng)內(nèi)為不超過(guò)1個(gè)/mm2。
4．如權(quán)利要求1-3之一所述的拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材，其特征在于，它按照重量百分比地含有0.4％-1.2％的C、0.1％-1.5％的Si和0.1％-1.5％的Mn。
5．如權(quán)利要求1-3之一所述的拉拔性能和拉拔后的疲勞抗力都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材，其特征在于，它按照重量百分比地含有0.4％-1.2％的C、0.1％-1.5％的Si和0.1％-1.5％的Mn，還含有分別受控制而不超過(guò)0.02％的P和S以及至少以下一種元素，即0.05％-1.0％的Cr,0.05％-1.0％的Ni,0.05％-1.0％的Cu,0.001％-0.01％的B,0.001％-0.2％的Ti,0.001％-0.2％的V,0.001％-0.2％的Nb,0.05％-1.0％的Mo,0.1％-2％的Co。
全文摘要
本發(fā)明因減少了昂貴合金的使用而低成本地提供了一種拉拔后的疲勞抗力和拉拔性能都優(yōu)良的高碳鋼線(xiàn)材。本發(fā)明的高碳鋼線(xiàn)材在拉拔后的疲勞抗力和拉拔性能方面極其出色,它的特征是,總含氧量是15ppm－50ppm,在其中所含的非金屬夾雜物中,在光學(xué)顯微鏡的視場(chǎng)內(nèi),非粘性?shī)A雜物的數(shù)量不超過(guò)1.5個(gè)/mm
文檔編號(hào)C22C38/02GK1313913SQ00801138
公開(kāi)日2001年9月19日 申請(qǐng)日期2000年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月16日
發(fā)明者山田亙, 西田世紀(jì), 杉丸聰, 疋田尚志, 高橋宏美 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社