专利名称：加工性优良的高碳钢线材的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过热轧制造的、热轧后的拉丝加工性优良的高碳钢线材。该线材的表面被赋予氧化皮，该氧化皮具有在运输到客户的过程中受到的应变下也不剥离的程度的高密合性、在客户的机械除氧化皮工序中良好地剥离的高机械除氧化皮性。本申请基于2009年11月5日在日本提出申请的特愿2009-2M172号并主张其优先权，这里引用其内容。
背景技术：
对于将共析成分附近的高碳钢进行热轧而得到的线材，在运输后，通常进行用于除去表面的氧化皮的除氧化皮处理、用于在进行拉丝加工时使润滑剂容易引入的表面处理。然后，通过进行1 2次包含铅浴淬火处理的拉丝加工，得到线直径小的高强度的钢丝。该钢丝可用于轮胎的钢帘线、传送带的皮带线、切割机的钢线锯等。对于这样的高碳钢线材，一直要求具有高的一次拉丝性(生引豸性)。所谓一次拉丝性，是表示热轧线材后的组织状态下的拉丝加工的容易性的指标。在对一次拉丝性优良的高碳钢线材进行拉丝加工时，可省略中间的热处理工序而制造线直径小的钢丝。专利文献1中公开了对碳含量为0. 6 1. 0质量％的高碳钢从精轧温度进行4阶段冷却的技术。根据该技术，能够对线材的表面赋予95面积％以上的珠光体组织。该珠光体组织具有30 μ m以下的平均球团粒径P和IOOnm以上的平均层状间隔S，在用μ m表示 P、用nm表示S时满足下述(式1)。F = (350. 3/S0.5) + (130. 3/P0.5) -51. 7 > 0 (式 1)在该文献1的技术中，通过在热轧后的鼓风冷却的第3段冷却中将冷却速度控制在2V /s以下的非常慢的冷却速度，将珠光体块的平均球团粒径P调整到30 μ m以下，将平均层状间隔S调整到IOOnm以上。由此，能够回避高速拉丝加工时的断丝，而且能够防止拉模寿命的降低。可是，在该方法中需要特殊的用于鼓风冷却的结构。另外，在该文献1中， 对于在增加拉丝加工量的情况下，是否仍能不降低延展性而保持延展性，没有任何表示。对于上述的高碳钢线，其加工性也受附着在表面上的氧化皮(氧化膜)的影响较大。因此，对氧化皮也进行了多种研究。对于钢帘线用线材等高碳钢线材要求高生产性。因此，采用机械除氧化皮处理进行生产。由于通过热轧制造线材，因此在其表面上附着氧化皮。对该氧化皮要求适合于生产的以下(1) (3)的特性。(1)为避免氧化皮损失，应尽量薄。(2)从防锈的观点出发，在客户的机械除氧化皮处理之前应不剥离。(3)在机械除氧化皮处理后，为了不使一次拉丝性劣化，氧化皮的残留率应尽量少。氧化皮的密合性和机械除氧化皮性具有相反的关系。即，如果氧化皮的厚度减薄， 则密合性提高，但机械除氧化皮性降低。因此，用薄的氧化皮难以兼顾密合性和机械除氧化皮性。作为相关技术，在专利文献2中公开了具备⑴及(3)的特性的线材。其通过将氧化皮中的狗0比率规定为80%以下，实现了较薄且剥离性良好的氧化皮，但没有考虑(2) 的特性。根据本发明人的经验，即使进行这样的调整，也不能得到热轧后以不剥离的状态保持的、且在运输中不剥离的氧化皮。此外，在专利文献3中，作为有关氧化皮密合性的技术，公开了含有0. 05 0. 15 质量％的Ni、且将表面粗糙度限制在1. 5μπι以下的高碳钢线材。根据该高碳钢线材，能够发挥2次氧化皮的高密合性和拉丝加工前的高机械除氧化皮性。但是，在采用该方法时，必须添加Ni，如果不添加Ni，则不能达到目的。此外，即使以添加M为前提，也不能确保充分的密合性。这样的氧化皮特性对钢材的一次拉丝性也有影响，因此希望开发钢材组织及氧化皮特性双方都良好的高碳钢线材。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2003-8 号公报专利文献2 日本特开平11-172332号公报专利文献3 日本特开平2-213448号公报
发明内容
发明所要解决的问题本发明的目的是提供一种加工性优良的高碳钢线材，其除了热轧后的拉丝加工性优良以外，还具备具有高密合性和高机械除氧化皮性的氧化皮，附着在钢线表面的氧化皮在运输到客户的过程中受到的应变下也不剥离、在客户的机械除氧化皮工序中能良好地剥
1 O用于解决问题的手段本发明为解决上述课题采用以下构成。(1)本发明的第1形态是热轧到直径为4 8mm的线材，其中，所述线材含有 0. 6 1. 1质量％的C、0. 1 0. 5质量％的Si、0. 2 0. 6质量％的Μη、0. 004 0. 015质量％的S、大于等于0. 02质量％且小于0. 05质量％的Cr、和剩余部分，其包含将P限制在 0. 02质量％以下、且将Al限制在0. 003质量％以下的不可避免的杂质及！^ ；所述线材在表面具有珠光体组织，所述珠光体组织中的铁素体的结晶面在所述线材的外周部具有在所述线材的横截面中聚集度为1. 2以上的{110}面。(2)在上述⑴所述的线材中，在所述线材的与长度方向垂直的断面，所述外周部的50%以下的面积可以被珠光体块粒径低于15 μ m的晶粒占有，中心部的23%以下的面积可以被珠光体块粒径为35 μ m以上的晶粒占有。(3)在上述⑴或⑵所述的线材中，所述热轧的精轧温度可以为1000°C以上。(4)在上述⑴或⑵所述的线材中，抗拉强度TS(MPa)可以满足下述(式2)，200+980 X (C 质量 ％ ) < TS < 400+980 X (C 质量 ％ )(式 2)。(5)在上述⑴或⑵所述的线材中，扭转次数可以为15次以上。(6)在上述⑴或⑵所述的线材中，可以进一步含有下述元素中的一种以上0. 0001 0. 0050 质量 ％的 B、0. 03 0. 10 质量 ％的 V、0. 01 0. 10 质量 ％的 Nb、0. 05 0. 80质量％的Cu、0. 05 0. 20质量％的Ni、和0. 001 0. 1质量％的Ti。(7)上述(1)或( 所述的线材，可以在表面具有氧化皮层，所述氧化皮层的附着率为70%以上。(8)上述(1)或( 所述的线材，可以在表面具有氧化皮层，所述氧化皮层在施加 6%应变时，残留氧化皮率为0. 07%以下，且厚度为6 15 μ m。(9)本发明的第2形态是热轧到直径为4 8mm的线材，其特征在于，所述线材含有0. 6 1. 1 质量％的 C、0. 1 0. 5 质量％的 Si、0. 2 0. 6 质量％&Μη、0. 004 0. 015 质量％的S、大于等于0. 02质量％且小于0. 05质量％的Cr、和剩余部分，其包含将P限制在0. 02质量％以下、且将Al限制在0. 003质量％以下的不可避免的杂质及！^ ；在所述线材的与长度方向垂直的断面，外周部的50%以下的面积被珠光体块粒径低于15μπι的晶粒占有，中心部的23%以下的面积被珠光体块粒径为35 μ m以上的晶粒占有。(10)上述(9)所述的线材，可以在表面具有珠光体组织，所述珠光体组织中的铁素体的结晶面在所述外周部具有在所述线材的横截面中聚集度为1.2以上的{110}面。(11)上述(9)或(10)所述的线材，所述热轧的精轧温度可以为1000°C以上。(12)上述(9)或(10)所述的线材，抗拉强度TS(MPa)可以满足下述(式3)，200+980 X (C 质量 ％ ) < TS < 400+980 X (C 质量 ％ )(式 3)。(13)上述(9)或(10)所述的线材，扭转次数可以为15次以上。(14)上述(9)或(10)所述的线材，可以进一步含有下述元素中的一种以上 0. 0001 0. 0050 质量％的 B、0. 03 0. 10 质量％的 V、0. 01 0. 10 质量％的 Nb、0. 05 0. 80质量％的Cu、0. 05 0. 20质量％的·、和0. 001 0. 1质量％的Ti中的一种以上。(15)上述(9)或(10)所述的线材，可以在表面具有氧化皮层，所述氧化皮层的附着率为70%以上。(16)上述(9)或(10)所述的线材，可以在表面具有氧化皮层，所述氧化皮层在施加6%应变时，残留氧化皮率为0. 07%以下，且厚度为6 15 μ m。发明的效果根据上述构成，可在表层附近得到良好的延展性，因此能够得到一次拉丝性、密合性、机械除氧化皮性优良的高碳钢线材。
图1是表示Cr量与铁素体的{110}面的聚集度的关系的图。图2是表示线材的与长度方向垂直的断面上的外周部A和中心部B的图。图3是表示实施例和比较例中的外周部A的珠光体块粒径与累积面积率的关系的曲线图。图4是表示实施例和比较例中的中心部B的珠光体块粒径与累积面积率的关系的曲线图。图5是表示拉丝加工量与抗拉强度的关系的图。
具体实施方式
首先，对本发明的一实施方式的高碳钢线材所含有的化学成分的限定理由进行说明。(1)必需成分〔C :0· 6 1. 1 质量％〕C对于强化线材是有效的元素。为了得到高强度的钢线，将下限值规定为0. 6质量％。此外，为了抑制初析渗碳体的析出造成的延展性下降，将上限值规定为1. 1质量％。〔Si :0. 1 0. 5 质量％〕Si对于钢的脱氧是必要的元素。为了确保充分的脱氧效果，将下限值规定为0. 1 质量％。此外，Si固溶于热处理后形成的珠光体中的铁素体中，提高铅浴淬火后的强度，但另一方面阻碍热处理性。因此，将上限值规定为0. 5质量％。〔Mn :0. 2 0. 6 质量％〕Mn确保钢的淬火性。因此，将下限值规定为0. 2质量％。可是，大量地添加Mn，则在铅浴淬火处理时的珠光体相变中需要长时间。因此，将上限值规定为0. 6质量％。〔S :0. 004 0. 015 质量％〕S在钢中与Mn结合形成MnS等夹杂物，另一方面如果增加S含量，则机械除氧化皮性提高。在本实施方式中，通过将S含量和Cr含量调整到最佳的范围，兼顾氧化皮的密合性和机械除氧化皮性。为了确保机械除氧化皮性，将下限值规定为0. 004质量％。S也是杂质元素，如果大量存在，则使拉丝钢丝的延展性下降。因此将上限值规定为0. 015质量％。 此外，S量越低氧化皮的密合性越提高，例如在长期保管线材时也难以引起锈的增加等，因此S量也可以在0. 010质量％以下。〔Cr :0· 02 0. 05 质量％〕添加微量的Cr，不仅用于提高钢的拉丝加工性，而且也用于提高氧化皮的密合性。 通过添加0. 02质量％以上，能够发挥对提高拉丝加工性的珠光体块粒径的分布和铁素体的结晶方位进行改善的效果。因此将下限值规定为0.02质量％。由此，扭转次数达到15 次以上，能够确保良好的拉丝加工性。认为这是因为珠光体中铁素体的表层织构的特定方位增加，使加工性提高。可是，如果添加0.05质量％以上则扭转次数恶化。认为这是因为珠光体块粒径的分布恶化。因此，将上限值规定为低于0. 05质量％。(2)不可避免的杂质〔P :0.02 以下〕P在钢中容易偏析，如果偏析则使共析相变明显延迟，因此在鼓风冷却中容易在共析相变没有结束时形成硬质的马氏体组织。为了防止其发生，将P含量限制在0. 02质量％ 以下。〔Al :0· 003 质量％〕Al形成硬质的Al2O3系夹杂物。为了使其影响实质上消失，将Al含量限制在0. 003 质量％以下。(3)任意成分〔V :0· 03 0. 10 质量％〕V具有提高钢的强度的效果，因此可以添加0.03质量％以上。可是，如果添加量过多则使延展性下降，因此将上限规定为0.10质量％。
〔B :0· 0001 0. 0050 质量％〕B具有将线材奥氏体化时的γ粒径细化的效果、及对珠光体相变时的非层状组织进行抑制的效果，使扭转次数提高。因此，可以添加0.0001质量％以上。可是，如果添加超过0. 0050质量％，则通过热处理使珠光体相变的时间延长。因此，将上限规定为0. 0050质量％。另外，所谓扭转次数，是指通过扭转试验得到的扭转到直至线材断裂的次数。〔Nb :0. 01 0. 10 质量％〕Nb具有提高钢的强度的效果，因此可以添加0.01质量％以上。可是，如果添加量过多则延展性下降，因此将上限规定为0. 1质量％。〔Cu :0· 05 0. 80 质量％〕Cu通常具有使氧化皮和基底金属的界面平滑的效果、改善耐腐蚀性(腐蚀疲劳特性等)的效果。因此从提高界面特性的观点出发，可以添加0.05质量％以上。此外，从提高耐腐蚀性的观点出发，也可以添加0. 1质量％以上。但是如果大量添加则热轧时容易脆化，因此将上限规定为0. 8质量％。〔Ni :0· 05 0. 20 质量％〕Ni提高耐腐蚀性、强度，因此可以添加0.01质量％以上。可是，如果大量添加，则热轧时容易脆化，因此将上限规定为0. 20质量％。〔Ti :0. 001 0. 1 质量％〕Ti具有通过固定钢中的N而提高延展性的效果，因此可以添加0. 001质量％以上。 可是，如果添加量过多，则延展性反而下降，因此将上限规定为0. 1质量％。接着，对本实施方式的高碳钢线材的扭转次数进行说明。〔扭转次数15次以上〕对于良好地确保线材的一次拉丝加工性而言，表层的组织的加工性是重要的，这与扭转试验中的扭转次数密切相关。扭转次数是否有15次以上，可通过将基于JIS-G3525的扭转试验按100D (线直径的100倍的计量部长度)进行20次来判断(将其表示为NT (/100D))。在该扭转试验中，在扭转次数低于15次时，需要在线材横截面上的表层部分的珠光体内的铁素体的结晶面中增加{110}面。在以聚集度测定该出现比例时，需要在1.2以上。〔铁素体的{110}面的聚集度1.2以上〕对于本实施方式的高碳钢线材，在横截面观察到的珠光体组织中的铁素体的 {110}面在外周部A上的聚集度为1.2以上。因此，能够抑制剪切应力造成的空隙的发生。在{110}面的聚集度低的情况下，因更多地需要表层附近的晶体旋转，因此拉丝加工性下降。关于在横截面观察到的珠光体的结晶方位的聚集度，采用FE-SEM-EBSD法进行测定。在通过胶体二氧化硅研磨等得到可进行EBSD测定的表面状态后，按0. 3 μ m间隔测定 180 μ mX 300 μ m的区域，判定方位的聚集度。聚集度可通过用EBSD (Electron Backscatter Diffraction)法从表层附近测定一定面积来算出。S卩，通过在线材中添加Cr，能够对从轧制再结晶Y晶粒生长珠光体组织时的珠光体组织的扭转进行抑制。由此，能够提高铁素体的{110}面的聚集度，能够消除扭转次数低的部分。如果能够进行这样的组织调整，则在扭转次数提高的同时还能提高拉丝加工性。另外，图1中示出Cr量与铁素体的{110}面的聚集度的关系。从该图能够看出，
8为了调整聚集度，将Cr控制在0. 02 0. 05质量％是有效果的。〔珠光体块粒径〕进行了斯太尔摩(stelmor)冷却的热轧线材的珠光体块粒径从中心到表层形成不同的珠光体块粒径的分布。加工中的空隙发生与线材的与长度方向垂直的断面上的珠光体块粒径的面积率(占有率)有关。图2中示出线材的与长度方向垂直的断面上的外周部A及中心部B。在本说明书中中，如该图2所示，将距表面为500 μ m以内的区域定义为外周部A，将距中心半径为500 μ m 以内的区域定义为中心部B。在线材的外周部A，在珠光体块粒径低于15 μ m的晶粒的面积率(占有率)超过 50%时，在通过热轧后的冷却调整从γ相变成珠光体时的相变温度降低时，空隙的发生增加。因此低于15 μ m的晶粒占有的面积优选为50%以下。图3中示出外周部A的累积面积比例相对于珠光体块粒径的变化。在线材的中心部B，如果珠光体块粒径为35 μ m以上的晶粒的面积率(占有率)超过23%，则在拉丝加工中容易发生人字纹破裂。因此中心部B的珠光体块粒径为35μπι以上的晶粒占有的面积率(占有率)优选为23%以下。图4中示出中心部B的累积面积比例相对于珠光体块粒径的变化。为了调整珠光体块粒径，除了将Cr量调整到0. 02 0. 05质量％以外，在线材中含有18 30ppm的0、10 40ppm的N也是有效的。表1中示出珠光体块粒径比例(面积率)。[表 1]
权利要求
1.一种线材，其是热轧到直径为4 8mm的线材，其特征在于， 所述线材含有0.6 1. 1质量％的(、0. 1 0. 5质量％的Si、0. 2 0. 6 质量 ％&Μη、0. 004 0. 015 质量％的 S、大于等于0. 02质量％且小于0. 05质量％的Cr、和剩余部分，其包含将P限制在0. 02质量％以下、且将Al限制在0. 003质量％以下的不可避免的杂质及狗；所述线材在表面具有珠光体组织，所述珠光体组织中的铁素体的结晶面在所述线材的外周部具有在所述线材的横截面中聚集度为1.2以上的{110}面。
2.根据权利要求1所述的线材，其特征在于，在所述线材的与长度方向垂直的断面，所述外周部的50%以下的面积被珠光体块粒径低于15 μ m的晶粒占有，中心部的23%以下的面积被珠光体块粒径为35 μ m以上的晶粒占有。
3.根据权利要求1或2所述的线材，其特征在于，所述热轧的精轧温度为1000°C以上。
4.根据权利要求1或2所述的线材，其特征在于，抗拉强度TS满足下述式1，所述抗拉强度TS的单位是MPa， 200+980 XC 质量 ％< TS < 400+980 XC 质量 ％ 式 1。
5.根据权利要求1或2所述的线材，其特征在于，扭转次数为15次以上。
6.根据权利要求1或2所述的线材，其特征在于，其进一步含有下述元素中的一种以上0. 0001 0. 0050 质量％的 B、 0. 03 0. 10质量％的乂、 0. 01 0. 10质量％的Nb、 0. 05 0. 80质量％的Cu、 0. 05 0. 20质量％的Ni、和 0. 001 0. 1质量％的Ti。
7.根据权利要求1或2所述的线材，其特征在于，所述线材在表面具有氧化皮层，所述氧化皮层的附着率为70 %以上。
8.根据权利要求1或2所述的线材，其特征在于，所述线材在表面具有氧化皮层，所述氧化皮层在施加6%应变时，残留氧化皮率为0. 07%以下，且厚度为6 15 μ m。
9.一种线材，其是热轧到直径为4 8mm的线材，其特征在于， 所述线材含有·0.6 1. 1质量％的(、·0. 1 0. 5质量％的Si、·0. 2 0. 6 质量 ％&Μη、·0. 004 0. 015 质量％的 S、大于等于0. 02质量％且小于0. 05质量％的Cr、和剩余部分，其包含将P限制在0. 02质量％以下、且将Al限制在0. 003质量％以下的不可避免的杂质及狗；在所述线材的与长度方向垂直的断面，外周部的50%以下的面积被珠光体块粒径低于 15 μ m的晶粒占有，中心部的23%以下的面积被珠光体块粒径为35 μ m以上的晶粒占有。
10.根据权利要求9所述的线材，其特征在于，所述线材在表面具有珠光体组织，所述珠光体组织中的铁素体的结晶面在所述外周部具有在所述线材的横截面中聚集度为1. 2 以上的{110}面。
11.根据权利要求9或10所述的线材，其特征在于，所述热轧的精轧温度为1000°C以上。
12.根据权利要求9或10所述的线材，其特征在于，抗拉强度TS满足下述式2，所述抗拉强度TS的单位是MPa， 200+980XC 质量％< TS < 400+980XC 质量％ 式 2。
13.根据权利要求9或10所述的线材，其特征在于，扭转次数为15次以上。
14.根据权利要求9或10所述的线材，其特征在于，其进一步含有下述元素中的一种以上0. 0001 0. 0050 质量％的 B、 0. 03 0. 10质量％的乂、 0. 01 0. 10质量％的Nb、 0. 05 0. 80质量％的Cu、 0. 05 0. 20质量％的Ni、和 0. 001 0. 1质量％的Ti。
15.根据权利要求9或10所述的线材，其特征在于，所述线材在表面具有氧化皮层，所述氧化皮层的附着率为70%以上。
16.根据权利要求9或10所述的线材，其特征在于，所述线材在表面具有氧化皮层，所述氧化皮层在施加6%应变时，残留氧化皮率为0. 07%以下，且厚度为6 15 μ m。
全文摘要
本发明提供一种线材，其含有0.6～1.1质量％的C、0.1～0.5质量％的Si、0.2～0.6质量％的Mn、0.004～0.015质量％的S、大于等于0.02质量％且小于0.05质量％的Cr、和剩余部分，其包含将P限制在0.02质量％以下、且将Al限制在0.003质量％以下的不可避免的杂质及Fe；线材在表面具有珠光体组织，所述珠光体组织中的铁素体的结晶面在外周部具有在所述线材的横截面中聚集度为1.2以上的{110}面。
文档编号C21D8/06GK102216482SQ201080003183
公开日2011年10月12日 申请日期2010年11月4日 优先权日2009年11月5日
发明者出町仁, 室贺也康, 西田世纪 申请人:新日本制铁株式会社