高抗拉强度钢丝的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高抗拉强度钢丝，一种用于制造高抗拉强度钢丝的方法以及这样 的高抗拉强度钢丝作为弹簧丝或用于生产绳的元件的用途或应用。
【背景技术】
[0002] 弹簧通常由钢合金制成。最常用的弹簧钢是琴钢丝、油回火钢丝、铬硅、铬钒以及 302和17-7不锈钢。由铬硅、铬钒制造的弹簧钢丝是油回火钢丝的更高质量、更高强度变型。
[0003] 被用于诸如汽车阀弹簧的应用中的弹簧钢一般被要求具有非常高的抗拉强度和 抗屈强度。抗拉强度是材料抵抗试图拉开或拉伸它的能力。抗拉强度对用于弹簧应用的丝 是重要特性。例如，高于其抗拉强度工作的拉伸弹簧将断裂。
[0004] -般来说，当生产小尺寸、高强度弹簧时，用于高强度弹簧用途的拉拔钢丝被淬火 和回火以在拉拔钢丝中给予较高的材料强度，然后被冷卷以获得螺旋弹簧形状。由于这个 原因，要求用于高强度弹簧应用首先被拉拔然后被热处理的钢丝不仅具有高强度，而且还 具有足够高的可加工性，其不会在冷卷时断裂。
[0005] 弹簧，特别是被用于汽车发动机、离合器等的弹簧被要求提供先进的性能，以便应 付朝向更轻重量和更先进性能的汽车的趋势。出于这个原因，具有更高强度和更高耐久性 的钢丝是弹簧所期望的。用于提高性质的主要趋势是调整用于弹簧钢丝的钢的组成。在 US2012/0291927A1中公开了一个示例，其中，钢丝中C、Si、Mn和Cr的含量被提出以严格控 制，并且其间钢丝中的Cr和Si两者被设定在合适的量。然而，业已发现，考虑到关于弹簧丝 必须进行的预成形和弯曲操作，增加机械强度超出一定极限将导致这种钢具有不足的延展 性。已经进行大量的努力来改善钢丝以具有更高的抗拉强度，同时具有可接受的延展性。
【发明内容】
[0006] 本发明的一个目的是提供一种具有可接受的延展性的高抗拉强度钢丝。
[0007] 本发明的另一个目的是提供一种适合用作弹簧钢丝的高抗拉强度钢丝。
[0008] 本发明的又一个目的是提供合适的方法来制造具有可接受的延展性的高抗拉强 度钢丝。
[0009] 本发明描述了由于定向马氏体微观结构具有非常高强度和延展性的钢丝，以及在 连续过程中生产这样的钢丝的方法。
[0010] 根据本发明的第一方面，提供了一种具有如下钢组成的高抗拉强度钢丝：
[0011] 碳含量，范围为从0.20 %重量百分比至1.00 %重量百分比，例如从0.3 %重量百分 比至0.85 %重量百分比，例如从0.4 %重量百分比至0.7 %重量百分比，例如从0.5 %重量百 分比至0.6 %重量百分比，
[0012] 硅含量，范围为从0.05%重量百分比至2.0%重量百分比，例如从0.2%重量百分 比至1.8%重量百分比，例如从1.2%重量百分比至1.6%重量百分比，
[0013] 锰含量，范围为从0.40%重量百分比至1.0%重量百分比，例如从0.5%重量百分 比至0.9 %重量百分比，
[0014] 铬含量，范围为从0.0%重量百分比至1.0%重量百分比，例如从0.5%重量百分比 至0.8 %重量百分比，
[0015] 硫和磷含量，被分别限制到0.05%重量百分比，例如限制到0.025%重量百分比，
[0016] 镍、钒、铝、铜或其它微合金元素的含量，都被分别地限制到0.5%重量百分比，例 如限制到0.2%重量百分比，例如限制到0.08%重量百分比
[0017] 其余的是铁，
[0018] 所述钢丝具有马氏体结构，
[0019] 其中马氏体的至少10 %体积百分比被定向。
[0020] 优选地，马氏体的至少20%体积百分比被定向。更优选地，马氏体的至少30%体积 百分比被定向。最优选，马氏体的至少40%体积百分比被定向。
[0021 ]已知的是马氏体钢是一种多晶材料。当多晶材料的晶粒被随机定向时，多晶材料 没有被定向或无纹理。在特定条件下，多晶材料的晶粒可以被优选地定向，并且在这种情况 下，多晶材料被称为被"定向的"或"纹理化的"。常常面对两种类型的定向，即"结晶定向"和 "微观结构定向"。结晶定向是指晶粒被结晶定向，诸如具有某些晶面或晶向的优选排列或 定向。优选的结晶定向通常是从衍射峰强度(诸如通过X射线衍射(XRD)分析或电子背向散 射衍射(EBSD))的定向依赖性分析来确定的，其已经在样品的坐标系内在不同的空间方向 上被测量。另一方面，如果多晶材料的晶粒具有各向异性的形态形状，在多晶形成期间晶粒 也可以通过诸如单轴压缩具有"微观结构定向"。"微观结构定向"意味着各向异性形状的晶 粒在优选方向或平面内被形态学定向。这可通过图像分析，诸如扫描电子显微镜(SEM)来检 测。另外，结晶定向通常与微观结构定向有关，因为晶粒的形状各向异性通常与它们的结晶 学相关。
[0022]马氏体出现如条状或板状晶粒。当在横截面看时，透镜状(透镜形）晶粒有时被描 述为针状(针形）。根据本申请，在所产生的马氏体钢丝中，马氏体中的至少10%体积百分比 被定向。术语"定向的"指的是透镜状晶粒被结晶定向或微观结构定向，或结晶和微观结构 都定向。
[0023]结晶排列或定向的％体积百分比可以通过X射线衍射(XRD)分析或电子背向散射 衍射(EBSD)获得。微观结构排列或定向的％体积百分比可以通过图像分析进行评估。
[0024] 在本文中，术语"定向的"并不仅意味着结晶轴或透镜状晶粒的轴线与图1中由ai 和a 2所示的相同方向被准确定向，而且也指公差范围内的定向。当晶粒(或某些结晶方向） 的某些轴的方向如在图1中由角度α表示，在20°内，优选在10°内，更优选在5°内偏离时，这 些晶粒也被认为是定向的。
[0025] 排列或定向至少是指例如在垂直于透镜状晶粒平面的方向（如由图1中ai，a2所示 的方向，例如[00 1 ])上，一维优选定向。对于一维定向，透镜状晶粒在透镜状平面上的方向 (如在图1中a4，a5所示的方向）上随机分布。
[0026]优选地，根据本申请，钢丝具有抗屈强度RpO . 2，其是抗拉强度Rm的至少80 %。 RpO. 2是在0.2 %永久伸长下的抗屈强度。更优选地，屈拉比，即RpO. 2/Rm是在80 %至95 %之 间。因此，弹性变形后的钢丝仍然可以在断裂之前变形到一定程度。
[0027]根据本申请的钢丝优选具有耐腐蚀涂层。更优选地，该钢丝具有选自锌、镍、银、铜 或它们的合金中的任一项的耐腐蚀涂层。在这种情况下，即使在苛刻的腐蚀环境下，钢丝也 具有延长的寿命。
[0028] 根据本申请的钢丝可以处于冷拉拔状态并具有圆形横截面。钢丝可以具有用于高 于5.0mm的钢丝直径的至少2000MPa的抗拉强度Rm，用于高于3.0mm的钢丝直径的至少 2100MPa的抗拉强度，用于高于0.5mm的钢丝直径的至少2200MPa的抗拉强度用于直径大于 0.5mm的钢丝。优选地，该钢丝具有至少45%的断裂后面积减少，并且更优选具有至少50% 的断裂后面积减小。
[0029] 在本文中，通过抗拉试验得到钢丝的延展性。钢丝的延展性是由断裂后的面积减 小指示的。"面积减少"是样本的原始横截面积和试验后其最小横截面积之间的差。它通常 被表示为原始横截面的百分比减少。最小横截面在钢丝断裂后测量。
[0030] 拉丝是用来借助通过单个或一系列拉模拉拔丝来减小丝的横截面的金属加工方 法。已知的是拉丝提高钢丝的抗拉强度Rm并同时降低延展性。然而，与传统的冷拉拔钢丝相 比，具有特定组成的本发明的钢丝具有相当的延展性和极高抗拉强度。
[0031] 根据本发明的第二方面，钢丝可以被用作弹簧钢丝或用于生产绳子的元件。
[0032]根据本发明的第三方面，提供了一种制造具有高抗拉强度钢丝的方法，所述钢丝 具有如钢组成：
[0033] 碳含量，范围为从0.20 %重量百分比至1.00 %重量百分比，例如从0.3 %重量百分 比至0.85 %重量百分比，例如从0.4 %重量百分比至0.7 %重量百分比，例如从0.5 %重量百 分比至0.6 %重量百分比，
[0034] 硅含量，范围为从0.05%重量百分比至2.0 %重量百分比，例如从0.2%重量百分 比至1.8%重量百分比，例如从1.2%重量百分比至1.6%重量百分比，
[0035] 锰含量，范围为从0.40%重量百分比至1.0 %重量百分比，例如从0.5%重量百分 比至0.9 %重量百分比，
[0036] 铬含量，范围为从0.0%重量百分比至1.0%重量百分比，例如从0.5%重量百分