專利名稱：具有優(yōu)良強度和延性的拉拔用線材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有優(yōu)良強度和延性的拉拔用線材及其制造方法，所述線材用于輪胎 簾布、鋼絲繩、鋼琴絲、橋用鋼絲等；更具體地，涉及通過將C含量控制在合適的范圍并同時 加入Si和Cr以使珠光體片層狀組織成為細小珠光體微觀組織而具有高強度和高延性的拉 拔用線材及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般而言，有如下三種已知的制造高強度拉拔用線材的方法。第一，可通過向鋼基中加入大量強化元素而增強鋼基的強度。碳(C)是所述強化 元素的代表性實例。所需線材的強度隨著C含量從亞共析區(qū)增加至共析區(qū)以及從共析區(qū)增 加至過共析區(qū)而不斷增加。C含量的增加導致所述線材內(nèi)硬質(zhì)滲碳體分數(shù)的增加，并使珠光體組織的層間隙 變得緊密，從而改善了鋼材的強度。第二，通過對軋制線材進行拉拔和熱處理并最終將所述軋制線材加工為線材而制 備拉拔用線材。在這種情況下，可對所述軋制線材進行固化以顯著改善其強度。由于在所 述線材加工中珠光體組織的層間隙變得細密，應(yīng)變硬化系數(shù)增加，并且累積了勢能，因此可 對所述線材進行固化。第三，與上述方法無關(guān)地，可通過增強材料的拉絲應(yīng)變而增強線材的強度。此處， 材料的拉絲應(yīng)變與材料的延性緊密相關(guān)。如果材料在拉拔時不斷裂，則可容易地處理所述 鋼材并可有利地改善線材強度。然而，上述操作并非獨立地進行，而是相互關(guān)聯(lián)，從而使線材強度發(fā)生變化。因此， 由于各個操作的參數(shù)都受到獨立的控制，所以上述方法對于強度的改善具有局限性。此外，當只是加入大量合金元素來增強線材強度時，線材的延性可能很差，從而在 軋制操作后的制造過程中斷裂。此外，增加C含量可改善線材的強度，但更會導致線材延性 的下降。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明旨在解決本領(lǐng)域的問題，因此本發(fā)明的一個目標是提供一種通過將C含量 控制在合適的范圍并同時加入Si和Cr以使珠光體片層狀組織成為細小珠光體微觀組織而 具有高強度和高延性的拉拔用線材。此外，本發(fā)明的另一個目標是提供一種制造具有高強度和高延性的拉拔用線材的 方法。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種具有優(yōu)良強度和延性的拉拔用線材，包含以重量 計的以下物質(zhì)碳(C) :0· 87-1.0%，錳(Mn) 0. 1-0. 60%，硅(Si) :0.3_1.0%，硫(S)
30.010%或更低(不包括0%)，磷(P) :0. 011%或更低(不包括0%)，鉻(Cr) 0. 1-0.5%, 氮(N) :0. 007%或更低(不包括0%)，以及余量的鐵(Fe)和其他不可避免的雜質(zhì)，其中Si 和Cr的含量之和(重量％ )滿足下面的等式0. 6 ( Si+Cr ( 1. 2，并且所述線材具有一種 珠光體組織。技術(shù)效果如上所述，本發(fā)明的一個示例性的實施方案可提供一種拉拔用線材，其通過將C 含量控制在合適的范圍并同時加入Si和Cr而具有高強度和高延性。此外，本發(fā)明的另一個示例性的實施方案可提供一種制造具有高強度和高延性的 拉拔用線材的方法。


圖1是說明拉拔用線材的抗張強度和斷面收縮率相對于碳(C)含量的圖表。圖2是說明拉拔用線材的抗張強度和斷面收縮率相對于線材中組分的組成范圍 的圖表。
具體實施例方式為增加常規(guī)拉拔用線材的強度，通常向鋼板中加入大量的碳。基于這一事實，發(fā)明 人充分研究了碳含量和拉拔用線材的強度之間的關(guān)系，得出下面的結(jié)論。線材的強度隨碳(C)含量從亞共析區(qū)增加至過共析區(qū)而增加。圖1是說明線材的 抗張強度和斷面收縮率相對于碳(C)含量的圖表。如圖1所示，當C含量增加至一個固定 的C含量水平時，難以再期望線材強度的改善，線材強度不再增強，甚或由于斷面收縮率小 而下降。因此，為確保拉拔用線材的強度和延性，可將C含量調(diào)整至可確保線材斷面收縮 率而又不需繼續(xù)增加C含量的含量水平，并同時加入其他合金元素，特別是Si和Cr，以使珠 光體的片層狀組織成為細小珠光體微觀組織。下面更詳細地描述本發(fā)明一個示例性實施方案的鋼板中的組分的組成范圍。在整 篇說明書中，示例性具體實施方案中所用的術(shù)語“百分比(％ )”都是指“重量％ ”，另有指明 的除外。碳(C):0· 87-1. 0%碳(C)是確保鋼強度的核心元素。就此而言，當C含量超過1. 0%時，鋼的斷面收 縮率(RA)下降，從而不可能期望通過拉拔操作來改善鋼的強度，而當C含量小于0. 87%時， 難以確保所需的鋼強度。因此，需要將C含量限定為0. 87-1. 0%。錳(Mn):0· 1-0. 6%錳(Mn)是一種可有效增強鋼的淬硬性但會造成嚴重中心偏析的元素。就此而言， 當Mn含量超過0. 6%時，Mn很可能引起低溫組織的形成。相反，當Mn含量低于0. 時， 無法充分顯示出Mn的添加效果。因此，需要將Mn含量限定為0. 1-0. 6%。硅(Si):0· 3-1. 0%除組分Cr以外，硅(Si)也是一種在本發(fā)明中起極其重要作用的元素。C的作用是 隨著其含量的增加而增強鋼的強度，但會導致鋼的斷面收縮率下降，這似乎是對鋼強度改
4善的限制。此外，C還用于在超過過共析的組成范圍時沉淀粗的先共析滲碳體，其在拉拔過 程中提供主要的裂紋萌生位置。Si的加入雖然不利于在過共析組成范圍內(nèi)形成先共析滲碳 體，但可通過溶液強化而增強鋼的強度。由于Si在煉鋼過程中用作脫氧劑，因此鋼中含有微量的Si。當加入的Si的含 量低于0.3%時，不能有效改善鋼的強度和延性。然而，當加入的Si的含量超過1.0%時， 會嚴重破壞片層狀鐵素體的延性，從而降低鋼絲的可拉拔性。因此，需要將Si含量限定為 0. 3-1. 0%。鉻(Cr):0· 1-0. 5%除組分Si以外，鉻(Cr)也是一種在本發(fā)明中起極其重要作用的元素。Cr的作用 是通過使珠光體的片層狀組織成為細小珠光體微觀組織而改善鋼的強度和延性。當Cr的 含量低于0. 時，珠光體的片層狀組織不能完全成為細小珠光體微觀組織，而當Cr的含 量超過0.5%時，常溫下珠光體的轉(zhuǎn)變速度很慢，從而對鋼的生產(chǎn)率產(chǎn)生負面影響。因此，需 要將Cr含量限定為0. 1-0.5%。硅(Si)+鉻(Cr) 0. 6-1. 2%同時加入Si和Cr組分是有效的。此處，當加入的組分Si和Cr的重量之和為 0. 6-1. 2%時，鋼的強度和延性改善。當Si+Cr的含量小于0. 6%時，鋼的強度不怎么改善， 而當Si+Cr的含量超過1. 2%時，鋼的延性可能降低。因此，需要將Si+Cr的含量限定為 0. 6-1. 2%。硫⑶0.010%或更低(不包括0% )，磷(P) :0.011%或更低(不包括0% )，以 及氮(N) 0. 007%或更低(不包括0% )硫⑶、磷⑵和氮(N)是線材制造過程中存在的雜質(zhì)。大量的雜質(zhì)會導致鋼材的 脆化，從而使線材在拉拔處理過程中斷裂。因此，所述雜質(zhì)含量的上限分別限定為0. 010%、 0. 011% 和 0. 007% O此外，滿足上述組成范圍相關(guān)要求的線材還可包含鎳(Ni)。Ni的作用是改善線材 的強度和延性，因為它可通過驅(qū)動一個或多個滲碳體的滑移系而促進拉拔過程中滲碳體的 塑性變形。當Ni的含量低于0. 3%時，線材的強度和延性與不含Ni但滿足上述組成范圍相 關(guān)要求的線材相比無明顯改變。因此，所述線材需要包含0.3%或更多的附。相反，當M的 含量超過1. 0%時，昂貴的Ni的添加對強度和延性的改善不顯著，因此是不經(jīng)濟的。因此， 所用的Ni的含量可更優(yōu)選為0. 3-1.0%。除上述組分以外，本發(fā)明的一個示例性實施方案的拉拔用線材的余量物質(zhì)為鐵 (Fe)和其他不可避免的雜質(zhì)。具有上述組成范圍的線材的抗張強度為1300Mpa或更高，斷面收縮率為30%或更
尚ο下面更詳細地描述本發(fā)明的一個示例性實施方案的線材的組織。對于具有上述組成范圍的線材，珠光體組織的層間隙為130nm或更小。在對所述線材進行鉛淬火處理(LP，拉拔前的熱處理)后，所述線材的珠光體組織 的層間隙為50nm或更小。珠光體組織的層間隙越細密，線材的強度越高。下面更詳細地描述本發(fā)明的一個示例性具體實施方案的制造拉拔用線材的方法。本發(fā)明的一個示例性實施方案的制造拉拔用線材的方法包括在1100-1300°C的溫度下加熱線材以使線材均化并保持線材的熱軋溫度，其中所述線材包含以重量計的以下 物質(zhì)碳(C) 0. 87-1. 0%, M (Mn) 0. 1-0. 60%，硅(Si) :0.3_1.0%，硫(S) :0.010% 或 更低(不包括0% )，磷⑵0· 011%或更低(不包括0% )，鉻(Cr) 0. 1-0.5%，氮(N) 0.007%或更低(不包括0% )，以及余量的鐵(Fe)和其他不可避免的雜質(zhì)，其中Si和Cr 的含量之和(重量％ )滿足下面的等式0.6 = Si+Cr = 1.2 (Si和Cr的含量以“重量％” 表示)；將所述加熱的線材熱軋；將所述熱軋線材以10-20°C /s的速率冷卻，以獲得細小均 勻的珠光體組織。實施例下面更詳細地描述本發(fā)明的示例性實施方案。(實施例1)將組分及其含量如下表1所列的每種鋼坯在1100-1300°C下加熱，熱軋，然后以 10-20°C /s的速率冷卻以獲得線材。然后，測量每種所制備的線材的抗張強度(TS)、斷面收 縮率(RA)和珠光體組織的層間隙。如下表1所列，可看出對比鋼1-6的線材的抗張強度為1119_1249MPa，并且除對比 鋼1以外，它們的斷面收縮率都為30%或更低。對于對比鋼1，可看出該線材由于C含量低 (0.82重量％)，因而具有高斷面收縮率，但由于鋼的強度非常低(1119MPa)，因而不適合作 為高強度鋼。相反，可看出發(fā)明鋼1-5的抗張強度為1300MPa或更高，并且斷面收縮率為30% 或更高。比較發(fā)明鋼1與對比鋼4，可看出發(fā)明鋼的抗張強度隨著Si含量的增加而增加了 121Mpa,并且斷面收縮率也增加了 6. 6 %。圖2是說明除0. 92重量％的C以外還加入Cr和 Si的拉拔用線材的抗張強度和斷面收縮率的圖表。在圖2中，最右側(cè)的柱形圖表示發(fā)明鋼 1的抗張強度和斷面收縮率?？煽闯鲭S著發(fā)明鋼1-3中的Si含量的增加，發(fā)明鋼1-3的強度增強而斷面收縮率 未發(fā)生很大下降。然而，可看出當加入的C的含量大于1. 0重量％時，對比鋼7的強度通過 加入1. 512重量％的Si而增強，但其斷面收縮率陡然降低到19. 3%。此外，還可看出當加入0. 496重量％的Cr時，發(fā)明鋼4具有優(yōu)良的強度和延性， 即抗張強度為1364MPa，斷面收縮率為38. 7%。此外，還可看出當Si和Cr的含量之和在 0. 6-1. 2重量％的范圍內(nèi)時，發(fā)明鋼4的抗張強度為1300MP或更高，斷面收縮率為30%或 更高。此外，可看出當加入0.5重量％的M時，發(fā)明鋼5表現(xiàn)出優(yōu)良的抗張強度和斷面收 縮率。對于發(fā)明鋼的線材，其特征在于，它們的珠光體組織的層間隙為130nm或更小，并 且它們由于細密的層間隙而具有優(yōu)良的強度和斷面收縮率。表 1 (實施例2)將按照實施例1的方法制備的每種線材(發(fā)明鋼1、對比鋼4和5)在1050°C下奧 氏體化，并在溫度為550°C的熔爐中進行鉛淬火，以得到鋼板。然后，測量每種鋼板的抗張強 度和層間隙。結(jié)果示于下表2。如表2所列，可看出與對比鋼4相比，發(fā)明鋼1的抗張強度由于Si含量的增加而 增加了 88MPa。此外，還可看出發(fā)明鋼1與C含量比發(fā)明鋼1更高的對比鋼5相比，具有更優(yōu)的抗張強度。還可看出，由于Si和Cr的共同加入，發(fā)明鋼1即使在LP處理(即熱處理) 后也表現(xiàn)出優(yōu)良的抗張強度。在這種情況下，可看出發(fā)明鋼1的層間隙為26nm，約為對比鋼 層間隙的一半。這就是為什么加入組分Si會導致共熔溫度上升、從而成核速率隨過冷程度 的增加而加快的原因。
表 2 (實施例3)將按照實施例1和2的方法制備的每種線材(發(fā)明鋼1、對比鋼4和5)拉拔，以得 到鋼板。然后，測量每種鋼板的物理性能。結(jié)果示于下表3。拉拔過程在3. 2%或更高的恒 定應(yīng)變下進行，最終鋼絲的直徑為2. 7mm?？煽闯雠c對比鋼4和5相比，發(fā)明鋼1的全部物理性能均更優(yōu)，例如抗張強度、扭 轉(zhuǎn)度(twist)和疲勞性能。扭轉(zhuǎn)度表示鋼絲在保持優(yōu)良強度條件下的可加工性和延性。此處可看出發(fā)明鋼與 對比鋼相比具有更優(yōu)的物理性能。線材的優(yōu)良延性的作用是減少線材在拉拔過程中的斷裂 率并抑制線材層離。此外，疲勞性能表示線材使用壽命和耐用性的增加。此處可看出發(fā)明鋼的疲勞性 能是對比鋼的兩倍。因此，可看出，由于Si和Cr的共同加入，發(fā)明鋼1即使在拉拔處理后 也表現(xiàn)出優(yōu)良的延性和疲勞性能以及抗張強度。表 權(quán)利要求
一種具有優(yōu)良強度和延性的拉拔用線材，包含以重量計的以下物質(zhì)碳(C)0.87 1.0％，錳(Mn)0.1 0.60％，硅(Si)0.3 1.0％，硫(S)0.010％或更低(不包括0％)，磷(P)0.011％或更低(不包括0％)，鉻(Cr)0.1 0.5％，氮(N)0.007％或更低(不包括0％)，以及余量的鐵(Fe)和其他不可避免的雜質(zhì)，其中Si和Cr的含量之和(重量％)滿足下面的等式0.6≤Si+Cr≤1.2，并且所述線材具有一種珠光體組織。
2.權(quán)利要求1的拉拔用線材，還包含0.3重量％或更多的鎳(Ni)。
3.權(quán)利要求1的拉拔用線材，其中所述線材的抗張強度為1300Mpa或更高，斷面收縮率 為30%或更多。
4.權(quán)利要求1的拉拔用線材，其中所述線材的珠光體組織的層間隙為130nm或更小。
5.權(quán)利要求1的拉拔用線材，其中，在對所述線材進行鉛淬火處理(LP，拉拔前的熱處 理)后，所述線材的珠光體組織的層間隙為50nm或更小。
6.權(quán)利要求1-5任一項的拉拔用線材，其中，在對所述線材進行拉拔處理后，所述線材 具有50或更大的扭轉(zhuǎn)度。
7.—種制造具有優(yōu)良強度和延性的拉拔用線材的方法，包括在1100-1300°C的溫度下加熱一種線材，其中所述線材包含以重量計的以下物質(zhì)碳(C) :0. 87-1.0%，錳(Mn) 0. 1-0. 60%, 硅(Si) :0· 3-1.0%，硫(S) :0. 010% 或更低(不包括0% )，磷(P) :0. 011% 或更低(不 包括0% )，鉻(Cr) 0. 1-0. 5%，氮(N) :0. 007%或更低(不包括0% )，以及余量的鐵 (Fe)和其他不可避免的雜質(zhì)，其中Si和Cr的含量之和(重量％)滿足下面的等式 0. 6 ( Si+Cr ^ 1.2,并且所述線材具有一種珠光體組織；將所述加熱的線材熱軋；以及將所述熱軋線材以10-20°C /s的速率冷卻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有優(yōu)良強度和延性的拉拔用線材及其制備方法。所述拉拔用線材包含以重量計的以下物質(zhì)碳(C)0.87-1.0％，錳(Mn)0.1-0.60％，硅(Si)0.3-1.0％，硫(S)0.010％或更低(不包括0％)，磷(P)0.011％或更低(不包括0％)，鉻(Cr)0.1-0.5％，氮(N)0.007％或更低(不包括0％)，以及余量的鐵(Fe)和其他不可避免的雜質(zhì)，其中Si和Cr的含量之和滿足下面的等式0.6≤Si+Cr≤1.2(Si和Cr的含量以“重量％”表示)，并且所述線材具有一種珠光體組織。
文檔編號C22C38/00GK101910440SQ200880123271
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者李忠烈 申請人:Posco公司