专利名称：拉丝加工性和拉丝后的疲劳特性优异的高碳钢线材的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢帘线，半导体切断用锯丝，胶管钢丝等所使用的高碳钢线材，特别是涉及改善了拉丝加工性和拉丝后的疲劳特性的高碳钢线材。
背景技术：
钢帘线，半导体切断用锯丝，胶管钢丝等所使用的高·碳钢线材，除了高强度、高疲劳特性以外，从生产率的观点出发，还要求有良好的拉丝加工性。由此，一直以来，应对上述要求的高品质的钢丝用线材、钢丝得到各种各样的开发。例如在专利文献I中提出了一种技术，其是对拉丝前组织进行回火，成为下贝氏体，从而改善冷拉线用硬钢线材的拉丝加工性和疲劳特性。在该技术中，通过对从碳化物形状出发被认为是适合于拉丝加工的下贝氏体组织进行拉丝，从而实现优异的拉丝加工性和拉丝后的疲劳特性。然而，贝氏体组织的加工硬化能力比珠光体组织低，最终的线材强度停留在3500MPa左右。另外在专利文献2中提出有一种技术，其是通过控制总氧量和非粘性夹杂物组成及个数，从而使拉丝加工性和拉丝后的耐疲劳性提高。然而，在该技术中，对于抗拉强度的疲劳极限应力只有O. 3左右，不能说发挥出了充分的疲劳特性。在专利文献3中公开有一种技术，其是通过控制钢丝中的夹杂物的长宽比，而使高强度线材的疲劳特性提高。然而，在该技术中，对于抗拉强度的疲劳极限应力最大约O. 3左右，与上述专利文献2同样，达不到取得充分的疲劳强度。在专利文献4中公开有一种技术，其是用非晶态渗碳体形成拉线材的珠光体组织中的片层状渗碳体，并将线材强度控制在由线径和碳量所规定的范围，由此使高强度高碳钢丝的耐应变时效脆化特性提高。根据该技术，能够制造使纵裂纹性提高的细径高强度高碳钢丝，但达不到满足高强度、高疲劳强度。另一方面，在专利文献5中提出有一种技术，其是通过控制珠光体团尺寸和第二相铁素体的最大长度，而使拉丝性、扭转性提高。根据该技术，能够得到拉丝性优异的高强度高碳钢线材，但达不到满足高强度、高疲劳强度。先行技术文献专利文献专利文献I :特开平07-258787号公报专利文献2 :专利第3294245号公报专利文献3 :特开平06-340950号公报专利文献4 :特开2003-82437号公报专利文献5 :特开2002-146479号公报
发明内容
本发明是为了解决这样的现有技术中的课题而完成的，其目的在于，提供一种具有作为钢线材的高强度，并且具有优异的拉丝加工性，而且拉丝后的疲劳特性也优异的高碳钢线材。能够解决上述课题的本发明的高碳钢线材，具有如下特征对于其化学成分组成而言，分别含有C :0· 70 I. 20质量％、Si 0. I I. 5质量％、Mn 0. I I. 5质量％、P
O.015质量％以下(不含O质量％ )、S :0. 015质量％以下(不含O质量％)、Al :0. 005质量％以下(不含O质量％ )、B :0. 0005 O. 010质量％、N :0. 002 O. 005质量％，并且固溶N为O. 0015质量％以下(含O质量％ ),余量由铁和不可避免的杂质构成,珠光体组织的面积率为90%以上，珠光体组织2000 μ m2中，当量圆直径为IOOnm以上且低于IOOOnm的BN系化合物为100个以下(含O个)，当量圆直径为IOOOnm以上的BN系化合物为10个以下(含O个)。 还有，在本发明中，所谓“当量圆直径”，意思是着眼于BN系化合物的大小，将其换算成同等面积时的直径。另外，本发明中作为对象的所谓“BN系化合物”，是以BN为主体的化合物，但允许含有以MnS为核的BN化合物。在本发明的高碳钢线材中，根据需要，含有如下等元素也是有用的，(a)Cu:0.25质量％以下(不含O质量％) ;(b)Cr :1.0质量％以下(不含O质量％)，通过含有这样的元素，可根据其种类进一步改善高碳钢线材的特性。在本发明中，通过适当调整化学成分组成，并且调整珠光体组织的面积比例，且针对珠光体组织中所含的BN系化合物，根据其大小规定个数，从而能够实现拉丝加工性和拉丝后的疲劳特性优异的高强度的高碳钢线材，这样的高碳钢线材，作为钢帘线、半导体切断用锯丝、胶管钢丝等的原材极其有用。
具体实施例方式本发明者们，为了改善高强度高碳钢线材的拉丝加工性和拉丝后的疲劳特性,从各种角度进行了研究。其结果是得出了如下结论。发现如果对于珠光体组织以冷态实施强力的拉丝加工，则拉丝加工性和疲劳特性劣化，但是，如果使拉丝前组织的珠光体组织的面积率为90%以上，并且用B固定固溶N而使之降低，针对析出的BN系化合物以如下方式使之微细化，即使珠光体组织2000 μ m2中，当量圆直径为IOOnm以上且低于IOOOnm的BN系化合物在100个以下(含O个)，另外使当量圆直径为IOOOnm以上的BN系化合物在10个以下(含O个)，则能够抑制拉丝加工性和疲劳特性的劣化，发挥出优异的特性，从而完成了本发明。本发明的高碳钢线材，有如下几个重要的要件(a)规定固溶N量；(b)规定拉丝加工前组织的珠光体面积率；(c)使BN系化合物的析出尺寸和个数在既定的范围。S卩，在拉丝加工时使构成时效脆化的原因的固溶N以BN系化合物的形式析出，从而能够抑制拉丝加工中和拉丝后的时效脆化。另外，通过使拉丝加工前组织的珠光体面积率达到90%以上，能够抑制初析铁素体造成的拉丝加工中的时效脆化。而且，在本发明的线材中，使当量圆直径低于IOOnm的微细的BN系化合物在珠光体相中析出很重要，当量圆直径为IOOnm以上的BN系化合物会给拉丝性和疲劳特性带来不利影响。因此，优选当量圆直径为IOOnm以上的BN系化合物不存在，通过限制在本发明的规定范围内，就能够最小限度地限制其影响。在本发明的高碳钢线材中，规定珠光体面积率、BN系化合物的析出形态(析出尺寸和个数)等的要件的理由如下。[珠光体组织的面积率90%以上]本发明的高碳钢线材，以珠光体组织为主相。除珠光体组织以外，还含有由初析铁素体相和贝氏体相构成的组织，但若这些组织增加，则引起加工硬化能力的降低。由此，需要使珠光体组织的面积率为90%以上，优选为93质量％以上。[BN系化合物的析出形态]通过调整开坯轧制前的加热温度、开坯轧制开始后的冷却速度(后述)，使析出的BN系化合物的当量圆直径微细化至低于lOOnm，可改善线材的拉丝加工性和疲劳强度。虽然优选当量圆直径为IOOnm以上的BN系化合物不存在，但限制在本发明规定的范围内，就能够使其影响处于最小限度，因此，根据其大小，以下述方式规定当量圆直径为IOOnm以上 的BN系化合物的析出形态。(在珠光体组织2000μ m2中，当量圆直径为IOOnm以上且低于IOOOnm的BN系化合物在100个以下(含O个))使利用N的固定而析出的BN系化合物微细化，从而可有效地改善拉丝加工性和疲劳强度，需要达到既定范围的尺寸。将比较微细的BN系化合物的尺寸以当量圆直径计，控制在IOOnm以上且低于lOOOnm，在珠光体组织2000 μ m2中控制在100个以下，优选在70个以下(含O个)，能够改善拉丝加工性和疲劳强度。(在珠光体组织2000μ m2中，当量圆直径为IOOOnm以上的BN系化合物为10个以下(含O个))在本发明的高碳钢线材中，抑制当量圆直径为IOOOnm以上和比较偏大的尺寸的BN系化合物的析出也很重要。若这样的BN系化合物的析出个数多，则使拉丝加工性和疲劳强度显著降低，因此将析出个数在珠光体组织2000 μ m2中控制在10个以下，优选为7个以下(含O个)，从而能够改善拉丝加工性和疲劳强度。在本发明的高碳钢线材中，也需要适当调整其化学成分组成。包括上述的固溶N量在内，其化学成分组成的各成分(元素)的范围限定理由如下。[C :0· 70 I. 20 质量％ ]C是经济且有效的强化元素，随着C的含量增加，拉丝时的加工硬化量、拉丝后的强度增大。若C含量低于O. 70质量％，则难以得到以面积率计达90%以上的珠光体组织。另一方面，若C含量过剩，在奥氏体晶界生成网状的初析渗碳体相，不仅容易在拉丝加工时发生断线，而且还使最终拉丝后的极细线材的韧性/延展性显著劣化。由此，C含量规定为
O.70 I. 20质量％，优选为O. 75 I. 15质量％。[Si 0. I I. 5 质量％ ]Si是用于钢的脱氧所需要的元素。另外其固溶在珠光体组织中的铁素体相中，也有提高钢丝韧化处理(patenting)后的强度的效果。C的含量少于O. I质量％时，脱氧效果和强度提高效果不充分，因此下限为O. I质量％。另一方面，若Si的含量变得过剩，则使所述珠光体组织中的铁素体相的延展性降低，拉丝后的极细线的延展性降低，因此将其上限规定为I. 5质量％。优选Si的含量为O. 15 I. 4质量％。[Mn :0· I I. 5 质量％ ]Mn与Si同样，是作为脱氧剂有用的元素。另外对于提高线材的强度也有效。此外，Mn具有提高钢的淬火性，使轧制材的初析铁素体降低的效果。为了发挥这样的效果，Mn的含量需要为O. I质量％以上。另一方面,Mn是容易偏析的元素,若含量超过I. 5质量％ ,则特别在线材的中心部偏析，在此偏析部生成马氏体和贝氏体，因此拉丝加工性降低。由此，Mn含量为O. I I. 5质量％，优选为O. 2 I. 4质量％。[P 0. 015质量％以下(不含O质量％ )]P是不可避免的杂质，优选尽可能少。由于其会在晶界偏析，引起脆化，所以对于拉丝加工性的劣化的影响大，因此在本发明中为O. 015质量％以下，优选为O. 01质量％以下。[S 0. 015质量％以下(不含O质量％ )]S是不可避免的杂质，优选尽可能少。由于其在晶界偏 析，引起脆化，所以对于拉丝加工性的劣化的影响大，因此在本发明中为O. 015质量％以下，优选为O. 01质量％以下。[Al 0. 005质量％以下(不含O质量％ )]Al作为脱氧元素有效，但生成硬质非变形的氧化铝系非金属夹杂物(Al2O3)。该非金属夹杂物阻碍极细钢丝的延展性，显著妨碍拉丝加工性，因此在本发明的钢线材中需要在O. 005质量％以下，优选在O. 003质量％以下。[B :0· 0005 O. 010 质量％ ]B将固溶N作为BN系化合物而微细析出，因此是对于提高线材的拉丝加工性和拉丝后的疲劳特性是有效的元素。为了使BN系化合物充分地析出，B含量需要为O. 0005质量％以上。另外若超过O. 010质量％而过剩地含有，则BN系化合物容易粗大化，会使疲劳强度劣化。在本发明中，B含量为O. 0005 O. 010质量％，优选为O. 002 O. 008质量％。另外，使B的一部分为固溶B，对于初析铁素体的生成抑制也有效，优选使B添加量除以N添加量的值为0.9以上，更优选为1.0以上。[N :0· 002 O. 005质量％ (其中，固溶N为O. 0015质量％以下)]N在固溶状态下，在拉丝中引起脆化，使拉丝加工性劣化，因此需要利用B而使BN系化合物析出，使固溶N在O. 0015质量％以下。为了使固溶N在O. 0015质量％以下，满足下式⑴即可。B- (N-0. 0015) X0. 77 彡 O. 0000…(I)在此，B、N为各自的添加量。另外，若N过多，则由B进行的固定不充分，固溶N增加，因此使其上限为O. 005质量％，优选为O. 0045质量％。另一方面，使N含量低于O. 002质量％，从制造成本出发是不现实的，因此其下限为O. 002质量％以上。本发明的高碳钢线材的基本成分如上所述，余量是铁和不可避免的杂质(上述P、S以外的杂质)，但作为该不可避免的杂质，能够允许因原料、物资、制造设备等的状况而掺杂的元素的混入。另外，在本发明的高碳钢线材中，根据需要，还可含有(a)Cu:0. 25质量％以下(不含O质量％)、(b)Cr :1.0质量％以下(不含O质量％)等，通过含有这样的元素，可根据其种类进一步改善高碳钢线材的特性。[Cu 0. 25质量％以下(不含O质量％ )]Cu提高钢丝的耐腐蚀性，并且提高机械除鳞(MD)时的氧化皮剥离性，对于防止拉模的热胶着等的问题是有效的元素。然而，若过剩地使之含有，则即便使热轧后的线材载置温度达到900°C左右的高温时，在线材表面也会生成泡疤，在该泡疤下的钢母材上生成四氧化三铁锈层，因此MD性劣化。此外，Cu与S反应而在晶界中偏析CuS，因此在线材制造过程中使钢锭和线材等发生瑕疵。为了防止这样的不良影响，优选Cu含量为O. 25质量％以下，更优选为O. 03 O. 23质量％。[Cr :1· O质量％以下(不含O质量％ )]Cr使珠光体的层间隔微细化，对于提高线材的强度和拉丝加工性等有效。然而，若Cr含量过剩，则未溶解渗碳体易生成，或相变完成时间变长，在热轧线材中有可能产生马氏体和贝氏体等的过冷组织，除此之外MD性也变差，因此优选使其上限为I. O质量％以下，更优选为O. 03 O. 8质量％。控制在上述这样的BN化合物的形态下，制造本发明的高炭钢线材时，对于具有上述这样的化学成分组成的铸片，控制开坯轧制的加热温度和其后的冷却速度即可。即，使开坯轧制前的加热温度为1300°C以上，并且将开坯轧制开始后的1300 1100°C的温度范围下的冷却速度控制在O. 5°C /秒以上有效。
通过使开坯轧制前的加热温度为1300°C以上，使BN系化合物充分固溶在钢中，其后，将开坯轧制开始后的1300 1100°C的温度范围下的冷却速度控制在O. 5°C /秒以上，能够使珠光体组织2000 μ m2中，当量圆直径为IOOnm以上且低于IOOOnm的BN系化合物在100个以下，使当量圆直径为IOOOnm以上的BN系化合物在10个以下，由此，能够实现拉丝加工性和拉丝后的疲劳特性优异的高碳钢线材。本发明的高碳钢线材中，使珠光体组织的面积率为90%以上，而为了成为这样的组织，只要控制热轧后的卷取温度和其后的冷却速度即可。即，使热轧后的卷取温度为850°C以、950°C以下而进行卷取，然后使冷却至600°C之前的冷却速度为10 35°C /秒，如此进行冷却(例如，斯太尔摩(Stelmor)鼓风冷却)即可。热轧后的卷取温度需要为850°C以上，以使之对轧制机的负荷不会过大，而使该卷取温度950°C以下，能够控制再结晶、晶粒生长而使结核微细化。其后为了抑制初析铁素体，使冷却至600°C的冷却速度为10°C /秒以上，急冷需要35°C /秒以下，以使马氏体和贝氏体组织不要生成。实施例以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明当然不受下述实施例限制，在能够符合前、后述的宗旨的范围内，当然也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术的范围内。(实施例I)对于下述表1、2所示的化学成分组成的钢(钢种A T、A1 NI)，在转炉出钢后，进行二次精炼处理而熔炼，铸造通过连续铸造法铸造的铸片。还有，下述表1、2所示的固溶N量由下述的方法进行测量。[固溶N量的测量方法]本发明的“固溶N量”的值是依据JIS G 1228，从钢中的总N量减去总N化合物量，从而计算出钢中的固溶N量。(a)钢中的总N量使用惰性气体熔解法-热传导度法。从供试钢原材上切下试样，将试样放入坩埚，在惰性气体气流中进行熔解而提取N，输送到热传导度元件而测量热传导度的变化。
(b)钢中的总N化合物量使用氨蒸馏分离靛酚蓝吸光光度法。从供试钢原材上切下试样，在10% AA系电解液(不会在钢表面生成钝态皮膜的非水溶剂系的电解液，具体来说就是10%乙酰丙酮、10%四甲基氯化铵、余量甲醇)中，进行恒电流电解。使约0.5g试样溶解，对于不溶解残渣(N化合物)用孔尺寸为O. Iym的聚碳酸酯制的过滤器过滤。在硫酸、硫酸钾和纯Cu片中加热分解不溶解残渣，调配在滤液中。用氢氧化钠使该溶液达到碱性后，进行水蒸气蒸馏，使稀硫酸吸收蒸馏出的氨。添加苯酚、次氯酸钠和亚硝基铁(III)酸钠而使蓝色络合物生成，使用光度计，测量其吸光度。从根据上述的方法求得的钢中的总N量中减去总N化合物量，计算出钢中的固溶N量。[表 I]
权利要求
1.一种拉丝加工性和拉丝后的疲劳特性优异的高碳钢线材，其特征在于， 对于其化学成分组成而言，分别含有 0C 0. 70 I. 20 质量％、 Si 0. I I. 5 质量％、 Mn 0. I I. 5 质量％、 P :0. 015质量％以下且不含O质量％、 S :0. 015质量％以下且不含O质量％、 Al :0. 005质量％以下且不含O质量％、 B 0. 0005 O. 010质量％以及 N 0. 002 O. 005 质量％， 其中固溶N为O. 0015质量％以下且含O质量％， 余量由铁和不可避免的杂质构成， 珠光体组织的面积率为90%以上， 在珠光体组织2000 μ m2中，当量圆直径为IOOnm以上且低于IOOOnm的BN系化合物为100个以下且含O个，当量圆直径为IOOOnm以上的BN系化合物在10个以下且含O个。
2.根据权利要求I所述的高碳钢线材,其中， 还含有Cu :0. 25质量％以下且不含O质量％。
3.根据权利要求I或2所述的高碳钢线材，其中， 还含有Cr :1. O质量％以下且不含O质量％。
全文摘要
本发明提供一种具有作为钢线材的高强度，并且具有优异的拉丝加工性，而且拉丝后的疲劳特性也优异的高碳钢线材。本发明的高碳钢线材，适当地调整化学成分组成的同时将珠光体组织的面积率在90％以上，在珠光体组织2000μm2中，当量圆直径为100nm以上且低于1000nm的BN系化合物为100个以下(含0个)，当量圆直径为1000nm以上的BN系化合物在10个以下(含0个)。
文档编号C22C38/06GK102791900SQ20118001285
公开日2012年11月21日 申请日期2011年3月17日 优先权日2010年4月1日
发明者吉原直, 大浦宏之 申请人:株式会社神户制钢所