专利名称：超清洁钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有优良的冷加工性能及抗疲劳性能的超清洁钢，尤其是涉及一种应用作超高强钢丝、超细钢丝、高强度弹簧和超薄平板弹簧时具有优异性能的超清洁钢。
坚硬的非金属夹杂物对用于薄的平板弹簧和轮胎帘子线的钢有害是众所公知的，这些钢要承受强烈的冷加工，如冷轧和拉丝，该夹杂物对用于要求有高的疲劳强度的阀门弹簧的钢也有害，这是因为裂纹是以这类起着起始点作用的硬的非金属夹杂物进行扩展的。作为一种解决上述问题的措施，可能是通过使夹杂物变软以在热轧及冷轧或拉丝时将此夹杂物变长，以及使其尺寸缩小。比如，日本已审的专利公告No S54-7252公开了一种形成主要是锰铝榴矿组成的，并满足Al2O3/SiO2+Al2O3+MnO=0.15-0.40的等式的夹杂物的方法。但其中所述的夹杂物存在于横跨一个以刚玉为主要结晶的区域。因此，在实际的加工过程中难以防止形成坚硬而有害的刚玉，因此该被推荐的方法不能达到令人满足的结果。
此外，日本已审的专利公告No.H6-74484公开了一种钢，其中在经轧制的钢材的L截面处的，其长度(l)和宽度(d)满足l/d≤5的关系夹杂物；作为平均组成，含有50％或以下的CaO或及15％或以下的MgO中的一或两种，此外是20-60％的SiO2和10-80％的MnO。日本已审专利公告No.H6-74885也公开了一种钢，其中在被轧钢材的L截面处的长度(l)和宽度(d)满足l/d≤5的关系的夹杂物含有(平均组成)35-75％的SiO2、30％或以下的Al2O3、50％或以下的CaO及25％或以下的MgO的。虽然钢中的大多数夹杂物经热轧而被拉长，但其中的一些未被充分拉长。根据公开于上述专利中的各项发明，有可能通过冷轧或拔丝使满足l/d≤5的关系的非金属夹杂物破碎成小碎片并使其均匀地分散而获得具有优良冷加工和抗疲劳性能的超清洁钢，所述的夹杂物并未因热轧而被拉长。
为使钢中的夹杂物变软，日本已审专利公告No.H6-74484和H6-74485中所公开的发明构成了一些组成复杂的夹杂物，它们是通过加入铁合金复合脱氧而形成的，所述铁合金含Ca、Mg，以及需要时在钢水中加Si、Mn和其它必要元素后再加Al。由于钢水中所加的含Ca和Mg铁合金十分昂贵，故若能减少这种合金的消耗，就可降低生产成本。
本发明的目的在于提供一种有优良冷加工和抗疲劳性能的，可降低Ca和Mg铁合金消耗的超清洁钢。
本申请第一发明用Si、Mn以及Ca和Mg中的一或二种进行复合脱氧，但为最大限度地消除Al2O3而不用Al。第一发明的要点如下(1)一种冷加工和抗疲劳性能优良的超清洁钢，其特征是，在被轧钢材的L截面处的其长度(l)宽度(d)满足l/d≤5的非金属夹杂物中，具有规定于下的组成A1的夹杂物数占20％或以上，而具有规定于下的组成A1或B1的夹杂物总数占80％或以上，就满足l/d≤5的关系并具有规定于下的成分A1的非金属夹杂物而言，d为40μm或以下。
组成A1含60％以上的SiO2。
组成B1除20-60％的SiO2和10-80％的MnO外，还含50％或以下的CaO和15％或以下的MgO中的一或二种。
在这里，非金属夹杂物的组成是以SiO2、MnO、CaO、MgO、Al2O3的量之和为100的基准来确定的。这同样的规定也适用于本发明的下文内容。
(2)符合项(1)的冷加工和抗疲劳性能优良的超清洁钢，其特征在于，其长度(l)和宽度(d)满足l/d≤5的关系并且有规定于上的组成A1的非金属夹杂物数为1个/mm2或以下。
(3)具有优良冷加工和抗疲劳性能的超清洁钢，其特征在其，在被轧钢材L截面处的其宽度(d)和长度(l)满足关系l/d≤5的非金属夹杂物，作为平均组成，除30％或以上的SiO2和8-65％的MnO外，还含40％或以下的CaO和12％或以下的MgO中的一或二种，至于满足l/d≤5的非金属夹杂物，d为40μm或以下。
在本文中，非金属夹杂物的平均组成是通过计算在被轧钢材L截面处的一个视场内的，组成经过分析的非金属夹杂物的数目的平均值而确定的。同样的规定也适用于本发明的下述内容。
本申请第二发明是进行复合脱氧以有力地形成含有CaO、MgO和Al2O3的夹杂物。第二发明的要点如下(4)冷加工和抗疲劳性能优良的超清洁钢，其特征在于，在被轧钢材的L截面处的，其长度(l)和宽度(d)满足l/d≤5的关系的非金属夹杂物中，具有规定于下的组成A2的夹杂物数占20％或以上，而具有规定于下的组成A2或B2的夹杂物总数占80％或以上，而就满足关系l/d≤5并且有规定如下的组成A2的夹杂物而言，d为40μm或以下。
组成A2含75％以上的SiO2。
组成B2除35-75％的SiO2和30％或以下的Al2O3之外，还含50％或以下的CaO和15％或以下的MgO中的一或二种。
(5)符合项(4)的冷加工和抗疲劳性能优良的超清洁钢，其特征在于，其宽度(d)和长度(l)满足关系l/d≤5，并具有规定如下的组成A2的非金属夹杂物数为1个/mm2或以下。
(6)冷加工和抗疲劳性能优良的超清洁钢，其特征为，在被轧钢材的L截面处的，其长度(l)和宽度(d)满足l/d≤5的关系的非金属夹杂物，作为平均组成，除43％或以上的SiO2和24％或以下的Al2O3外，还含40％或以下的CaO和12％或以下的MgO，而就该满足关系l/d≤5的非金属夹杂物而言，d为40μm或以下。
在符合本发明的钢的化学组成中，为控制夹杂物的组成，必须含0.1％或以上的Si和Mn，但对其它元素则无特别的限制。因此，本发明适用于各种钢，如按要求添加合金元素的低碳钢、高碳钢和奥氏体不锈钢。下文将专门陈述符合本发明的钢的化学组成。
(7)符合(1)-(6)中任一项的具有优良冷加工性能和抗疲劳性能的超清洁钢，其特征为，它含(％重量)0.4-1.2％的C、0.1-1.5％的Si和0.1-1.5％的Mn。
(8)符合(1)-(6)中任一项的冷加工和抗疲劳性能优良的超清洁钢，其特征为，它含(％重量)0.4-1.2％的C、0.1-1.5％的Si、0.1-1.5％的Mn，及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及0.1-2％的Co中的一或几种。
由于热轧钢材中的低熔点夹杂物在轧制温度下比钢材软，所以这些夹杂物被纵向地拉伸。因此可通过测量夹杂物在被轧钢材的L截面处的长度(l)和宽度(d)的比值l/d来判断其软化程度。l/d值大的夹杂物，尤其是l/d＞5的夹杂物被高度拉长，而且由于它们在轧制时被拉长，因而是无害的。再一方面，就l/d值小的夹杂物而言，就不能仅凭l/d值的大小来判断它们是否有害，因为其中的一些在经受热轧后的冷轧或拔丝时破裂并分成小而无害的碎片，而其余的继续保持不变，因而有害。
上述的常规技术通过在其中形成复杂的组成使满足l/d≤5关系的夹杂物变软。因此规定这种夹杂物中的SiO2含量不大于60％或不大于70％。这是基本认识到当SiO2含量大于上述浓度时就形成坚硬的SiO2夹杂物。
本发明人经研究发现即使满足l/d≤5的关系的夹杂物中的SiO2含量高，若其尺寸小，则在热轧后的冷轧或拔丝时它们也是无害的。虽然SiO2夹杂物很硬，但它们比CaO、MgO或Al2O3夹杂物软。因此，若将夹杂物的尺寸保持在d≤40μm的范围，则钢材的冷加工和抗疲劳性能仍是足够地好的。将高SiO2夹杂物满足l/d≤5的关系的尺寸控制在d≤20μm的范围则更好。
在本发明中，组成B(B1、B2)表示足够地软，并在冷轧或拉丝时碎成无害的小碎片的夹杂物的组成范围，而组成A(A1,A2)则表示SiO2含量较组成B的夹杂物的该含量高的夹杂物的组成范围。
按该第一和第二发明，在满足l/d≤5关系的非金属夹杂物的数目中，将具有组成A的夹杂物数加以控制，使其占20％或以上，控制具有A或B组成的夹杂物总数，使其占80％或以上。
控制具有A或B组成的夹杂物的总数，使其占80％或以上的理由在于组成与A或B不符的夹杂物是坚硬的，它们甚至是，比如，CaO、MgO或Al2O3系的夹杂物，当这些硬夹杂物超过20％时，钢材的冷加工和抗疲劳性能变差。
此外，控制具有组成A的夹杂物数，使其占20％或以上的原因在于具有组成A的夹杂物的数目随Ca和Mg铁合金在钢水中的添加量的减少而增大，若Ca和Mg铁合金添加量减到使组成A的夹杂物的数目占20％或以上，则可达到作为本发明目的的，降低成本的效果。若组成A的夹杂物数增大到占40％或以上的程度，则能达到进一步降低成本的效果。
下面陈述对于第一和第二发明规定化学组成B的范围的理由。
在第一发明中将化学组成B1限定为含50％或以下的CaO、和15％或以下的MgO，此外是20-60％的SiO2和10-80％的MnO的理由如下当SiO2含量低于20％时，则形成坚硬的CaO或MgO夹杂物，它们都不能通过热或冷轧而充分破碎。超过60％的SiO2含量范围与化学组成A1相符，按常规一直避开SiO2的这一含量范围，因为在此情况下形成坚硬的夹杂物。可在用Si和Mn脱氧而形成Mn的硅酸盐后加适量的含Ca和Mg的铁合金来得到符合本发明化学组成的夹杂物。但在本发明中重要的是尽管事实上当加Ca和Mg铁合金时，MnO趋于减少，仍要通过适当控制Mg、Ca铁合金的添加量以保持10-80％的MnO来防止坚硬夹杂物形成。当CaO含量大于50％时，形成硬的CaO夹杂，当MgO大于15％时，形成MgO夹杂，因此在这2种情况下都达不到预想的目的。最好是，为确保复合脱氧的，使夹杂物软化的效果，使CaO为5％或更高。类似地，为确保复合脱氧的使夹杂物变软的效果，最好使MgO含量为3％或更高。
为防止形成坚硬的夹杂物，最好尽可能多地消除Al2O3。第一发明不涉及A1，但即使控制脱氧方法而不用A1时，也不可避免地大致生成20％或以下的Al2O3。但与常规技术不同，当夹杂物的化学组成符合本发明时，即使存有上限量的Al2O3，也不形成坚硬的刚玉和尖晶石，因此20％或以下的Al2O3是以容许的。
下面陈述在第二发明中将化学组成B2定义为，除35-75％的SiO2和30％或以下的Al2O3之外还含50％或以下的CaO和15％或以下的MgO中的一或二种的理由。
即使采用倾向于形成坚硬夹杂物的Si、Ca、Mg、Al及其它脱氧元素时，通过使CaO、MgO或Al2O3与特定量的SiO2共存就能使夹杂物变得非常软。当SiO2含量低于35％时，形成坚硬的CaO、MgO或Al2O3夹杂物，它们中的任一种都不能因热轧或冷加工而碎成足够小的碎片。SiO2超过75％的含量范围是化学组成A1的范围，在该范围内因形成硬的夹杂物，所以是被常规技术一直避免的。此外，当CaO超过50％、MgO超过15％或Al2O3超过30％时形成坚硬的CaO、MgO或Al2O3夹杂物及它们的组合夹杂物。为保证复合脱氧使夹杂物变软的效果，CaO含量最好为5％或以上。同样，为保证复合脱氧使夹杂物变软的效果，MgO含量以3％或以上为佳。
第二发明的明显特征在于，即使实际上按上述水平加CaO、MgO或Al2O3时，不象常规技术的情况那样形成刚玉、尖晶石或其它有害坚硬夹夹物的，非常稳定的工艺也是可行的。不专门限定MnO含量的原因在于当加入Ca、Mg、Al或其它强脱氧元素时，不出现MnO，而且尤其是当CaO、MgO或Al2O3含量象本发明一样高时，MnO含量一般为20％或以下。此外，MnO对于使夹杂物变软是有效的，因此它的存在无损于本发明的效果，而且这也是为何不限定MnO的另一原因。未就Al2O3规定下限。由于按第二发明实际添加Al2O3时，在落入本发明化学组成B2的夹杂物中通常含有5％或更多的Al2O3。
本发明的重点是控制满足l/d≤5的关系并落入化学组成A1或A2中的夹杂物尺寸，使d不大于40μm。虽然落入化学组成A1或A2的夹杂物比落入化学组成B1或B2的夹杂物稍硬，但它们尺寸受控而不大于40μm时，夹杂物变软的效果未受损害。
d大于40μm的大夹杂物主要由形成于钢水中的初次脱氧产物构成。在复合脱氧中使用了Ca或Mg，从而使满足l/d≤5的关系的夹杂物具有符合化学组成B的基本化学组成的情况下，所述的初次脱氧产物最终变软，而且所有的满足d≥40μm的大夹杂物变成满足l/d＞5的拉长的夹杂物。如上所述，本发明成功地将满足l/d≤5的关系，并落入化学组成A1或A2范围的夹杂物的尺寸控制在不大于40μm的范围内。
本发明在通过将夹杂物的尺寸和化学组成控制在上述水平从而保证优良的冷加工及抗疲性能方面取得了成功。根据本发明，通过将满足l/d≤5的关系并具有A1或A2的化学组成的夹杂物数控制1个/mm2或以下(显微镜观察，一个视场(5.5mm×11mm))，从而提高拔丝模具的寿命也是可能的。通过按上述项(3)和(6)规定满足l/d≤5的关系的夹杂物的平均化学组成，而不是通过在满足l/d≤5的夹杂物中规定落入化学组成A中的非金属夹杂物的比例及规定落入化学组成A或B中的夹杂物的比例也可限定本发明。下文将陈述细节。这里的非金属夹杂物的平均化学组成是通过求出一个视场中的非金属夹杂物化学组成的平均值而得到的，该夹杂物是在被轧材料的L截面处的一个视场中的夹杂物，其化学组成已被分析出来的。视场的适宜的尺寸，比如，大致是5.5mm×11mm(在钢丝的情况下)。
在第一发明中，其长度(l)和宽度(d)满足l/d≤5的关系的非金属夹杂物，作为平均化学组成，除30％或以上的SiO2和8-65％的MnO外，它还含40％或以下的CaO、12％或以下的MgO中的一或二种，至于满足l/d≤5的非金属夹杂物，d为40μm或更小。当加入Ca或Mg合金，从而使平均化学组成中的SiO2含量变为30％或以上时就达到了本发明预期的降低成本的效果。将MnO含量控制为8％或以上，从而防止了硬夹杂物的形成。为使SiO2含量为30％或以上，MnO的上限为65％。当CaO含量大于40％时形成硬的CaO夹杂，而MgO含量大于12％时形成硬的MgO夹杂，因而在上述任一情况下，都得不到预期的目的。满足l/d≤5的关系的非金属夹杂物的d必须为40μm或以下的原因已陈述如前。
为确保复合脱氧使夹杂物软化的效果，最好使CaO含量为5％或以上，同样，为确保复合脱氧使夹杂物变软的效果，MgO含量最好为3％或以上。通过使SiO2含量大于60％可进一步降低成本。在此情况下，MnO和CaO的上限均为32％，而MgO上限为30％。
按第二发明，长度(l)和宽度(d)满足l/d≤5的关系的非金属夹杂物，作为平均化学组成，含有43％或以上的SiO2,24％或以下的Al2O3、40％或以下的CaO、和12％或以下的MgO，该满足l/d≤5关系的非金属夹杂物的d为40μm或以下。当添加的Ca或Mg铁合金减少，以使平均化学组成中的SiO2含量为43％或以上时，可达到本发明预期的降低成本的效果。当CaO大于40％、MgO大于12％或Al2O3大于24％时，则分别形成坚硬的CaO、MgO或Al2O3夹杂及它们的复合夹杂物，而且在此任何的情况下都不会达到预期的目标。满足l/d≤5的非金属夹杂物的d必须为40μm或以下的原因已陈述如前。
为保证复合脱氧使夹杂物变软的效果，CaO含量为5％或以上。同样为保证复合脱氧使夹杂物变软的效果，使MgO含量为3％或以上。通过使SiO2含量大于75％，可使成本进一步下降。在此情况下，Al2O3、CaO和MgO的上限分别为17％、20％和15％。
如上所述，本发明在冷加工和抗疲劳性能方面达到了与常规场合所要求的同样良好的结果。但近来在某些轮胎帘子线中使用大直径的芯线，其中对冷加工性能的要求比以前稍低。至于拔丝模的使用寿命，在润滑及其它因素方面的改进使得连续拉丝工序不受钢材中夹杂物含量水平的影响。本发明的超清洁钢在这些应用方面有特别优好的效果。
下文陈述钢的化学组成。由于本发明限定了夹杂物的性质，所以不必再特别限定钢的化学组成。但下文将陈述本发明的应用领域。
一个例子是热轧后被拉拔以作钢丝、弹簧之用的碳钢和低合金碳钢的钢丝和钢棒。本发明在作防止拉拔和绞股成形时断裂的超细软钢丝和直径0.3mm或以下的硬钢丝及加强疲劳强度的弹簧方面特别有效。
用于这些用途的钢材除0.6-1.2％的C、0.1-1.5％的Si和0.1-1.5％的Mn外，当需要时还含(％重量)0.05-0.5％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及0.1-2％的Co。
C是经济而有效地使钢强化的元素，为达到硬钢丝所需的强度，应有0.4％或以上的C。但当C含量大于1.2％时，它使钢的延展性下降，结果使钢变脆并难以2次加工。因此C含量必须为1.2％或以下。
另一方面，Si和Mn对于脱氧和控制夹杂物的化学组成而言是必不可少的。当添加量小于0.1％时，二者中的任一种均无效。此二种元素对于钢的强化均有效，但它们中的任一种超过1.5％时，则使钢变脆。
必须将Cr控制在0.05-1.0％的范围内，因为在细化片状珠光体和提高钢的强度的作用方面，Cr的最少必需量为0.05％，因此加0.05％或以上的Cr是合乎要求的。但当Cr超过1.0％时，则使钢的延展性下降。因此加Cr量的上限被定为1.0％。
Ni通过类似于Cr的作用使钢强化，因此加0.05％的Ni，此时其作用开始体现，或更多时，该作用也是符合需要的，但Ni含量必须为1.0％或以下，以便不使延展性下降。
由于Cu提高抗起皮性能和抗腐蚀疲劳性能，所以加0.05％的Cu时，开始体现Cu的作用，更多的加Cu是符合要求的，但其含量不得超过1.0％以免使延展性下降。
B是提高钢的淬透性的元素。按本发明，可通过加B来提高钢的强度，但过量加B则因B析出物的增加而使钢的韧性下降，因此，B的上限为0.01％。加B过少则无任何效果，因而其下限被定为0.001％。
Ti、Nb和V通过沉淀硬化提高钢丝的强度。当添加量小于0.001％则毫无效果，但当加入量大于0.2％时则它们引起沉淀脆化。因此，它们各自的含量不得大于0.2％。对于在韧化处理期细化γ晶粒而言，这些元素也是有效的。
Mo是另一种提高钢的淬透性的元素。按本发明，加Mo可提高钢的强度，但过量加Mo则使钢的硬度过份地提高，结果导致加工性能变差。因此Mo的含量范围被定为0.05-1.0％。Co通过抑制过共析钢的先共析渗碳体的形成提高钢的延展性。
此外，就高C钢而言，因P和S不仅恶化拔丝性能，而且还恶化拉拔后的延展性，所以最好将P和S控制在0.02％或以下。
本发明的其它的有效的应用领域是用于超薄平板弹簧的奥氏体不锈钢，该弹簧的厚度在0.3mm或以下的是经热轧后的冷轧制成的。本发明对于提高弹簧的抗疲劳强度也很有效。用于这种用途的钢材一般含0.15％或以下的C、0.1-1％的Si、0.1-2％的Mn、16-20％的Cr、及3.5-22％的Ni。
再一应用领域是用于深冲的低C钢板，它是在热轧，冷轧成1.2mm或以下的板，经退火和表面精轧后经受深冲的。本发明对于防止表面缺陷和提高深冲性能是有效的。这种用途的钢材一般含不大于0.12％的C、不大于0.3％的Si及不大于0.50％的Mn。
此后，为评价拔丝工序中的模具工作寿命和钢丝的断裂比，进行拔丝。评价结果也示于表1和2中。使模具使用寿命超过常规处理法所得模具的平均使用寿命(该平均寿命比标准的模具使用寿命长)的钢材被标为0，意思是优，而使模具使用寿命低于平均寿命的钢材则标为X，意思是差。至于钢丝断裂比，使钢丝断裂比小于用常规方法处理的材料的平均断裂率(该平均断裂率比标准的可容许的断裂率低)的钢材被标为0，意思是优，而断裂率大于平均断裂率的钢材则标为X，意思是差。
表1
★1满足l/d≤5并符合化学组成A1的非金属夹杂物的比率及满足l/d≤5并符合化学组成A1或B1的非金属夹杂物的比率。★2满足l/d≤5并符合化学组成A1的非金属夹杂物的d的最大值。★3满足l/d≤5并符合化学组成A1的非金属夹杂物的数目。(个/mm2)
表2
★1满足l/d≤5并符合化学组成A1的非金属夹杂物的比率及满足l/d≤5并符合化学组成A1或B1的非金属夹杂物的比率。★2满足l/d≤5并符合化学组成A1的非金属夹杂物的的最大d值。★3满足l/d≤5并符合化学组成A1的非金属夹杂物数。(个/mm2)
表3
★4视场中全部满足l/d≤5的非金属夹杂物的平均化学组成。★5在视场中的满足l/d≤5的非金属夹杂物中的符合化学组成A1的非金属夹杂物的平均化学组成。★6视场中满足l/d≤5的非金属夹杂物中符合化学组成B1的非金属夹杂物的平均化学组成。
表4
★4一个视场中满足l/d≤5的全部非金属夹杂物的平均化学组成。★5一个视场中的满足l/d≤5的非金属夹杂物中的符化学组成A1的非金属夹杂物的平均化学组成。★6一个视场中的满足l/d≤5的非金属夹杂物中的符合化学组成B1的非金属夹杂物的平均化学组成。
表3和4展示了表1和2中所示的各钢丝的L截面处的满足l/d≤5的非金属夹杂物的平均化学组成。表3和4的左部展示了所有满足l/d≤5的非金属夹杂物的平均化学组成，而其中部展示了在满足l/d≤5的非金属夹杂物中，还符合化学组成A1的该夹杂物的平均化学组成，而其右部展示了在满足l/d≤5的非金属夹杂物中，还符合化学组成B1的该夹杂物的平均化学组成。
表1和3中的No.1-21钢是符合本发明的钢，它们的全部参数均落在本发明这限定的范围内。它们的钢丝断裂率及模具使用寿命均标有优的标记。
表2和4中No.22-29的钢是对比的钢材。在No.22钢材中，满足l/d≤5并符合化学组成A1的非金属夹杂物的d大于40μm，因而其钢丝断裂率差。在No.23钢材中，符合化学组成A1的夹杂物的比率及符合化学组成A1或B1的夹杂物的比率均过小，因而模具使用寿命差。在No.24钢材中，Si高，结果其符合化学组成A1或B1的非金属夹杂物比率过小，因而模具使用寿命差。在No.25钢材中，Mn高，结果符合化学组成A1或B1的非金属夹杂物的比率过小，因而模具使用寿命差。在No.26钢材中，Si低，结果符合化学组成A1的夹杂物比率过小，因而钢丝的断裂率差。No.27钢材具有本发明的钢丝断裂率的好的效果，但其Mn含量低，因而夹杂物数超过权利要求2所限定的范围，它显示出模具使用寿命差。在No.28钢材中，夹杂物数超出权利要求2限定的范围结果模具使用寿命差。在No.29钢材中，满足l/d≤5且符合化学组成A1的非金属夹杂物的d大于40μm，因而钢丝断裂率差。
表1所示的符合本发明的No.2材料及表2所示的No.23对比材料被热轧成直径5.5mm的钢丝，再将其直径拉至1.6mm，于950℃热处理后形成γ晶粒，为了最终韧化处理将其浸于560℃的铅浴中，结果制成珠光体组织的钢丝。将这样得到的钢丝连续拉至直径0.3mm，再通过Hunter疲劳试验比较产品丝的疲劳性能。
表5展示了0.3mm直径丝的抗拉强度及其以疲劳极限应力表示的Hunter疲劳实验结果。如该表所示，在符合本发明的及对比的材料之间，抗拉强度无区别，但符合本发明的材料在大致相同的强度的情况下有较高的疲劳极限应力。
表5
实施例2通过在250吨转炉出钢时往钢水中加Si、Mn及其它必要的构成元素，然后加含Ca、Mg和Al的铁合金来生产具有表6和7所示化学组成的钢。以80％或以上的压下率将这样得到的钢热轧成丝。以同于实施例1的方式进行L截面处的夹杂物检验、拔丝工序及质量评估。与实施例1的区别在于实施例2主动地向所有的钢中加了Al，并同时加了Ca和Mg。
表6
★1满足l/d≤5并符合化学组成A2的非金属夹杂物的比率及满足l/d≤5并符合化学组成A2或B2的非金属夹杂物的比率。★2满足l/d≤5并符合化学组成A2的非全属夹杂物的的最大d值。★3满足l/d≤5并符合化学组成A2的非金属夹杂物的数目。(个/mm2)
表7
★1满足l/d≤5并满足化学组成A2的非金属夹杂物的比率及满足l/d≤5并满足化学组成A2或B2的非金属夹杂物的比率。★2满足l/d≤5并满足化学组成A2的非金属夹杂物的的最大d值。★3满足l/d≤5并满足化学组成A2的非金属夹杂物的数目。(个/mm2)
表8
★4一个视场中所有满足l/d≤5的非金属夹杂物的平均化学组成。★5一个视场中的满足l/d≤5的非金属夹杂物中的符合化学组成A2的该夹杂物的平均化学组成。★6一个视场中的满足l/d≤5的非金属夹杂物中的符合化学组成B2的该夹杂物的平均化学组成。
表9
★4一个视场中所有满足l/d≤5的非金属夹杂物的平均化学组成。★5一个视场中的满足l/d≤5的非金属夹杂物中符合化学组成A2的该夹杂物的平均化学组成。★6一个视场中的满足l/d≤5的非金属夹杂物中符合化学组成B2的该夹杂物的平均化学组成。
表8和9展示了表6和7中所示各钢丝L截面处满足l/d≤5的非金属夹杂物的平均化学组成。表8和9的左部展示了所有满足l/d≤5的非金属夹杂物的平均化学组成，其中部是在满足l/d≤5的非金属夹杂物中的符合化学组成A2的该夹杂物的平均化学组成，而其右部是满足l/d≤5的非金属夹杂物中的符合化学组成B2的该夹杂物的平均化学组成。
表6和8中的No.31-51材料是符合本发明的钢材。它们所有的参数均在本发明所定义的范围中，因此它们均标有钢丝断裂率和模具使用寿命优良的标记。
表7和9中的No.52-59钢材是对比钢材。在No.52中，满足l/d≤5并符合化学组成A2的非金属夹杂物的d大于40μm，因而其钢丝断裂率差。在No.53中，符合化学组成A2或B2的非金属夹杂物的比率过小，因而其模具使用寿命差。在No.54中，Si高，结果符合化学组成A2的夹杂物和符合化学组成A2或B2的夹杂物的比率皆低，因而其模具使用寿命差。在No.55中，Mn高，结果符合化学组成A2或B2的非金属夹杂物比率过小，因而其模具使用寿命差。在No.56中，Si低，结果符合化学组成A2的夹杂物比率过小，因而其钢丝断裂率差。在No.57中，Mn低，结果满足l/d≤5并符合化学组成A2的非金属夹杂物的d大于40μm，因而夹杂物数目超出权利要求5限定的范围，结果其模具使用寿命差。在No.58中，夹杂物数目超出权利要求5限定的范围，因而其模具使用寿命低。在No.59中，满足l/d≤5并符合化学组成A2的非金属夹杂物的d大于40μm，因而其钢丝断裂率差。
本发明的超清洁钢有优良的冷加工和抗疲劳的性能，有用作超薄板弹簧、超细钢丝及高强度弹簧的钢的优异性能和优良的效果，而且由于减少了昂贵的Ca和Mg铁合金，还可降低制造成本。
权利要求
1．冷加工和抗疲劳性能优良的超清洁钢，其特征在于，在被轧钢材的L截面处的，其长度(l)和宽度(d)满足l/d≤5的关系的非金属夹杂物中，具有规定于下的组成A1的夹杂物占20％或以上，具有规定于下的组成A1或B1的夹杂物总数占80％或以上，以及就满足l/d≤5的关系并具有规定于下的组成A1的夹杂物而言，d为40μm或以下；组成A1含60％以上的SiO2、组成B1除20-60％的SiO2和10-80％的MnO外，还含50％或以下的CaO及15％或以下的MgO中的一或二种；其中非金属夹杂物的组成是基于SiO2、MnO、CaO、MgO和Al2O3的量之和为100而确定的。
2．权利要求1的冷加工和抗疲劳性能优良的超清洁钢，其特征在于，其长度(l)和宽度(d)满足关系1/d≤5并具有规定如上的组成A1的非金属夹杂物为1个/mm2或更少。
3．冷加工性能及抗疲劳性能优良的超清洁钢，其特征在于，被轧钢材L截面处的，其长度(l)和宽度(d)满足关系l/d≤5的非金属夹杂物，作为平均组成，除30％或以上的SiO2和8-65％的MnO外，还含40％或以下的CaO和12％或以下的MgO中的一或二种，而就该满足l/d≤5关系的非金属夹杂物而言，d为40μm或以下；其中的非金属夹杂物的平均组成是通过计算在被轧钢材L截面处的一个视场中的，其组成已经分析的非金属夹杂物的数值的平均值而确定的。
4．冷加工和抗疲劳性能优良的超清洁钢，其特征在于，在被轧钢材L截面处的，其长度(l)和宽度(d)满足关系l/d≤5的非金属夹杂物中，具有规定于下的组成A2的夹杂物数占20％或以上，具有规定于下的组成A2或B2的夹杂物总数占80％或以上，而且就该满足l/d≤5关系并且有规定于下的组成A2的非金属夹杂物而言，d不大于40μm；组成A2含75％以上的SiO2，组成B2除35-75％的SiO2和30％或以下的Al2O3之外，还含50％或以下的CaO和15％或以下的MgO中的一或二种。
5．权利要求4的有优良冷加工和抗疲劳性能的超清洁钢，其特征在于，其长度(l)和宽度(d)满足关系l/d≤5并具有规定如上的组成A2的夹杂物数为1个/mm2或以下。
6．具有优良冷加工和抗疲劳性能的超清洁钢，其特征为，在被轧钢材的L截面处的，其长度(l)和宽度(d)满足关系l/d≤5的非金属夹杂物，作为平均组成，除43％或以上的SiO2和24％或以下的Al2O3之外，还含40％或以下的CaO和12％或以下的MgO中的一或二种，而就该满足l/d≤5的关系的非金属夹杂物而言，d不大于40μm。
7．权利要求1-6中任一项的具有优良冷加工和抗疲劳性能的超清洁钢，其特征为，它以重量百分数计含0.4-1.2％的C、0.1-1.5％的Si和0.1-1.5％的Mn。
8．权利要求1-6中任一项的具有优良冷加工和抗疲劳性能的超清洁钢，其特征为，它以重量百分数计含0.4-1.2％的C、0.1-1.5％的Si、0.1-1.5％的Mn及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及0.1-2％的Co中的一或几种。
全文摘要
具有优良冷加工和抗疲劳性能高度清洁钢的特征在于,在被轧钢的L横截面处的,其长度(l)和宽度(d)满足关系l/d≤5,并具有下述组成A1的非金属夹杂物占20%或以上(数目),具有组成A1或B1的夹杂物总数占80%或以上,满足关系l/d≤5并具有组成A1的夹杂物的d为40μm或以下,组成A1:含SiO
文档编号C22C38/04GK1313912SQ00801137
公开日2001年9月19日 申请日期2000年6月16日 优先权日1999年6月16日
发明者山田亘, 西田世纪, 杉丸聪, 植山信二郎, 谷田部比吕志 申请人:新日本制铁株式会社