专利名称：拉丝加工性优异的高碳钢线材的制作方法
技术领域：
本发明涉及在拉丝后,被广泛用作例如建筑、桥梁等的钢筋混凝土(prestressedconcrete)结构物的加强材的PC钢丝、吊桥用缆索、各种钢缆等所使用的高碳钢线材，特别是涉及改善了拉丝加工性的高碳钢线材。
背景技术：
PC钢丝、吊桥用缆索、各种钢缆等所使用的高碳钢线材，在拉丝后除了要求高强度、高延展性以外，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,对应上述要求的高品质的高碳钢线材得到各种各样地开发。
作为涉及钢线材的技术，例如在专利文献I中，提出有一种通过规定低C(0.35 0.65% )和高Si (1.5 2.5% )的弹簧用钢线材中的形成氮化物、硫化物和碳化物的Ti的量，使晶粒的微细化效果和氢陷阱效果发挥，改善耐氢脆性的技术。
但是，该技术的适用领域，设想的是弹簧用钢，认为拉丝前组织为铁素体+珠光体组织。因此，与高碳钢线材相比，抗拉强度低，在拉丝加工性这一点上也说不上优异。
另一方面，在专利文献2中，提出有一种通过规定在线材横截面存在的晶内相变上贝氏体的生成面积、晶内贝氏体的生长尺寸，而使拉丝加工提高的技术。但是，贝氏体组织在拉丝加工中的加工硬化能力比珠光体低，拉丝加工后得不到充分的强度。
先行技术文献
专利文献
专利文献1:专利第4423253号公报
专利文献2:特开平8-295930号公报发明内容
本发明为了解决现有技术的课题而形成，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的高碳钢线材。
能够解决上述课题的所谓本发明的高碳钢线材，具有如下内点要旨，其分别含有C:0.6 1.5% ( “质量的意味，关于化学成分组成下同)、S1:0.1 1.5%,Mn:0.1 1.5%、P:0.02% 以下(不含 0% )、S:0.02% 以下(不含 0%)、T1:0.03 0.12 %、B:0.001 0.01%,N:0.001 0.005%，并且固溶 B 为 0.0002% 以上，固溶 N 为 0.0010% 以下，余量由铁和不可避免的杂质构成，并且满足下述(I)式和(2)式的关系。
[sol.Ti] = [Ti]-[Ti with N]-[Ti with C]-[Ti with S] > 0.002 (质量％ )...(I)
[Ti with C]≥ 0.020(质量％ )...(2)
其中，[sol.Ti]:表示钢中固溶的Ti的量(质量％ )
[Ti]:表示总Ti的量(质量％ )
[Ti with N]:表示形成氮化物的Ti的量(质量％ )
[Ti with C]:表示形成碳化物的Ti的量(质量％ )
[Ti with S]:表示形成硫化物的Ti的量(质量％ )
在本发明的高碳钢线材中，根据需要，进一步含有(a)Al:0.1%以下(不含0% );(b)Cr:0.45%以下(不含0%)和/或V:0.5%以下(不含0%)等也有用，通过含有这样的元素，对应其种类，高碳钢线材的特性得到进一步改善。
在本发明中，通过适当地调整化学成分组成，并且将固溶T1、形成碳化物的Ti的量确保在规定量以上，能够实现拉丝加工性优异的高强度的高碳钢线材，这样的高碳钢线材，作为PC钢丝、吊桥用缆索、各种钢缆等的原材极其有用。
图1是表示固溶Ti的 量[sol.Ti]与可以进行拉丝加工的极限应变的关系的图形。
图2是表示形成碳化物的Ti的量[Ti with C]与可以进行拉丝加工的极限应变的关系的图形。
具体实施方式
本发明者们，为了改善高强度高碳钢线材的拉丝加工性，从各种的角度进行研究。其结果发现，通过添加充分量的Ti，使固溶N变成Ti氮化物，使钢中的固溶N极力减少，并且确保规定量的固溶B，拉丝加工性提高，以及通过达成下述(I)式和(2)式的关系，拉丝加工性飞跃性地提高，从而完成了本发明。
[sol.Ti] = [Ti]-[Ti with N]-[Ti with C]-[Ti with S] > 0.002 (质量％ )...(I)
[Ti with C]彡 0.020 (质量％ )...(2)
其中，[sol.Ti]:表示钢中固溶的Ti量(质量％ )
[Ti]:总 Ti 的量(质量％ )
[Ti with N]:表示形成氮化物的Ti量(质量％ )
[Ti with C]:表示形成碳化部物的Ti量(质量％ )
[Ti with S]:表示形成硫化物的Ti量(质量％ )。
关于通过采用上述构成，拉丝加工性变得良好的理由，能够以如下方式考虑。SP，通过在铁素体中使Ti固溶，固溶Ti妨碍因拉丝加工应变而扩散的固溶C的扩散，抑制固溶C的位错粘着，其结果认为，拉丝加工应变造成的固溶C的位错粘着引起的时效脆化得到抑制。另外认为，通过规定量确保形成碳化物的Ti的量(即，使TiC等析出)，铁素体中的固溶C虽然有一些减少，但拉丝加工应变导致的固溶C的位错粘着造成的时效脆化得到抑制。
上述(I)式，规定根据总Ti量和形成Ti的各种化合物(例如，TiN, TiC和TiS)的Ti的关系而求得的固溶Ti的量[sol.Ti]。通过在铁素体中使Ti固溶，固溶Ti妨碍因拉丝加工应变带来的固溶C的扩散，抑制固溶C的位错粘着，其结果是将抑制拉丝加工造成的时效脆化(参照后述图1)。通过满足上述(I)式的关系(即，通过固溶Ti量[sol.Ti]为0.002%以上)，拉丝极限应变急剧提高。还有，固溶Ti量[sol.Ti]优选为0.003%以上(更优选为0.004%以上)。
上述⑵式，规定形成碳化物的Ti的量(TiC等的析出量)。通过使Ti系碳化物析出一定量以上，虽然铁素体中的固溶C有一些减少，但能够抑制因拉丝加工应变带来的固溶C的位错粘着造成的时效脆化。通过满足上述(2)式(即，通过形成Ti系碳化物的Ti的量为0.020%以上)，拉丝极限应变急剧提高。还有，形成Ti系碳化物的Ti的量[Tiwith C]优选为0.021%以上(更优选为0.022%以上)。
在本发明的高碳钢线材中，其化学成分组成也需要适当调整。也包括上述的固溶B量和固溶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:0.6 1.5%]
C是经济且有效的强化元素，随着C的含量的增加，拉丝时的加工硬化量、拉丝后的强度增大。若C含量低于0.6%，则得到拉丝加工硬化优异的珠光体组织困难。因此C含量为0.6%以上(优选为0.65%以上，更优选为0.7%以上)。另一方面，若C含量变得过剩，则在奥氏体晶界生成网状的初析渗碳体，不仅在拉丝加工时容易发生断线，而且最终拉丝后的线材的韧性/延展性显著劣化。由此，C含量为1.5%以下(优选为1.4%以下，更优选为1.3%以下)。
[S1:0.I 1.5% ]
Si是用于钢的脱氧所需要的元素。另外其固溶于珠光体组织中的铁素体相，还发挥着提高铅淬火(patenting)后的强度的效果。Si的含量少而低于0.1%时，脱氧效果和强度提高效果不充分，因此下限为0.1% (优选为0.15%以上，更优选为0.2%以上)。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，使拉丝后的钢丝的延展性降低，因此将其上限规定为1.5% (优选为1.4%以下，更优选为1.3%以下)。
[Mn:0.I 1.5% ]
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。此夕卜，Mn将钢中的S作为MnS固定，也有防止热脆化的效果。为了发挥这样的效果，Mn的含量需要为0.1%以上。优选为0.2%以上，更优选为0.3%以上。另一方面，Mn是容易偏析的元素，若其含量超过1.5%，则特别在线材的中心部偏析，在其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1.5%以下(优选为1.4%以下，更优选为1.3%以下)。
[P:0.02% 以下(不含 0% )]
P是不可避免的杂质，优选尽可能少的一方。特别是使铁素体固溶强化，因此对拉丝加工性的劣化的影响变大。由此，在本发明中P含量为0.02%以下(优选为0.01%以下，更优选为0.005%以下)。
[S:0.02 % 以下(不含 O % )]
S是不可避免的杂质，尽可能少的一方为宜。特别是生成MnS系夹杂物而使拉丝加工性劣化。由此，在本发明中，S含量为0.02%以下(优选为0.01%以下，更优选为0.005%以下)。
[T1:0.03 0.12% ]
Ti作为脱氧剂有效，作为固溶Ti存在于铁素体中，除了抑制固溶C的扩散以外，还形成Ti碳/氮化物(碳化物、氮化物和碳氮化物)，从而具有减少因拉丝加工造成的、构成脆化的原因的固溶C的效果。另外，Ti碳/氮化物也有防止奥氏体晶粒的粗大化的效果。其结果是，拉丝加工性提高，并且对于高延展性化也是有效的元素。为了发挥这样的效果，Ti含量为0.03%以上(优选为0.04%以上，更优选为0.05%以上)。另一方面，若Ti含量变得过剩，则奥氏体中产生粗大的Ti碳/氮化物，拉丝性有可能降低。因此Ti含量为0.12%以下(优选为0.11%以下，更优选为0.10%以下)。
[B:0.001 0.01% (其中，固溶 B 为 0.0002% 以上)]
B具有抑制铁素体的析出的效果。有助于铁素体的析出抑制，作为拉丝材的纵裂纹抑制元素有效地发挥作用。这样的效果发挥时的B的存在形态为固溶B，需要使固溶B为0.0002%以上。另外B含量低于0.001%时，难以确保一定量的固溶B，不能期待拉丝材的纵裂纹抑制效果。因此，B含量为0.001%以上(优选为0.0015%以上，更优选为0.0020%以上)。另一方面，若过剩地含有B而超过0.01%，则Fe23(CB)6等的化合物生成，作为固溶B存在的B降低，因此拉丝材的纵裂纹抑制效果也减小。因此，B含量为0.01%以下(优选为0.009%以下，更优选为0.008%以下)。
[N:0.001 0.005% (其中，固溶 N 为 0.0010% 以下)]
N在固溶状态下在拉 丝中引起脆化，使拉丝性劣化，因此需要利用Ti使Ti碳/氮化物析出，使固溶N为0.0010%以下。若N含量变得过剩，则由Ti进行的固定不充分，固溶N增加，因此使其上限为0.005%以下(优选为0.004%以下，更优选为0.003%以下)。另一方面，为了使N含量低于0.001 %，从制造成本出发无法现实，因此其下限为0.001 %以上(优选为0.0015%以上，更优选为0.0020%以上)。
本发明的高碳钢线材的基本成分如上述，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入的元素的混入。另外，在本发明的高碳钢线材中，根据需要，还含有(a)Al:0.1%以下(不含0% ) ； (b) Cr:0.45%以下(不含0% )和/或V:0.5%以下(不含0% )等也有用，通过含有这样的元素，根据其种类，高碳钢线材的特性得到进一步改善。
[Al:0.I % 以下(不含 0% )]
Al作为脱氧元素有效，另外通过形成AlN而对于防止奥氏体晶粒度的粗大化防止有效。但是，使之过剩含有，其效果也是饱和，并且成为损害经济性的要因，因此Al含量优选为0.1%以下(更优选为0.09%以下，进一步优选为0.08%以下)。还有，用于使上述的效果发挥的优选的Al含量为0.005%以上，更优选为0.010%以上，进一步优选为0.015%以上。
[Cr:0.45% 以下(不含 0% )和 / 或 V:0.5% 以下(不含 0% )]
Cr和V均对于提高线材的强度和拉丝加工性等有效。其中Cr使珠光体的片层间隔微细化，使线材的强度和拉丝加工性等提高。但是，若Cr的含量变得过剩，则未溶解渗碳体容易生成，或相变结束时间变长，除了有可能在热轧线材中产生马氏体和贝氏体等的过冷组织以外，机械除锈性也变差。因此，优选Cr含量为0.45%以下，更优选为0.40%以下，进一步优选为0.35%以下。还有，用于使上述的效果发挥的优选的Cr含量为0.01%以上，更优选为0.03%以上，进一步优选为0.05%以上。
另一方面，V作为微细的碳氮化物分散，具有使奥氏体粒度和结粒尺寸(nodulesize)微细化，也使珠光体片层间隔狭窄的效果，因此对于提高强度和拉丝加工性有效。奥氏体粒度结粒尺寸的微细化，防止在拉丝加工途中容易发生的微裂纹，另外抑制发生的微裂纹的进展，因此具有也使断线发生率减少的效果。另外V也使线材的耐腐蚀性提高。但是，若V的含量变得过剩，则不仅耐腐蚀性的提高饱和，而且还带来韧性和延展性的劣化。因此优选V含量为0.5%以下，更优选为0.45%以下，进一步优选为0.40%以下。还有，用于使上述的效果发挥的优选的V含量为0.01 %以上，更优选为0.015%以上，进一步优选为0.02%以上。
以满足上述(I)式和(2)式的方式控制Ti量而制造本发明的高碳钢线材时，铸造调整为上述这样的化学成分组成的熔钢，进行热轧而制造线材时，以下述方式控制这些工序即可。
首先，通过连续铸造进行铸造时，将1500 1400°C的温度范围的冷却速度(凝固速度)控制在0.80C /秒以下有效。通过对于1500 1400°C的温度范围慢慢地冷却，能够使Ti对于游离N的固定充分地进行。优选的冷却速度为0.6°C /秒以下，更优选为0.5°C /秒以下。还有，若冷却速度过慢，则析出物有粗大化的倾向，因此冷却速度优选为0.050C /秒以上，更优选为0.1°C /秒以上，进一步优选为0.2°C /秒以上。
钢片(钢坯等)的热轧前的加热温度(钢片的最高到达温度)达到1200°C以上有效。通过充分提高加热温度，能够充分地由Ti对于游离的N进行固定。优选的加热温度为1210°C以上，更优选为1220°C以上。还有，若这时的加热温度过高，则析出物有粗大化的倾向，因此加热温度优选为1300°C以下，更优选为1290°C以下，进一步优选为1280°C以下。
加热的钢片，一般在热轧前用水进行喷雾而进行脱氧化皮。使该喷雾条件强，热轧开始温度(粗轧之前的温度)处于950°C以下有效。通过降低热轧开始温度，能够使Ti碳化物充分地析出。优选的热轧开始温度为945°C以下，更优选为940°C以下。如果是该温度范围，则也能够防止析出物的粗大化。但是，该热轧开始温度预先在850°C以上有效。不使热轧开始温度过度，能够使Ti对于游离的N的固定充分地进行。优选的热轧加热温度为855°C以上，更优选为860°C以上。
热轧后，使冷却开始温度(轧制后冷却开始温度:向斯太尔摩(Stelmor)的载置温度等)为800°C以上、950°C以下，能够使Ti碳化物充分地析出。另外，使冷却开始温度至700°C的冷却速度为20°C /秒以上(优选为25°C /秒以上，更优选为30°C /秒以上)、100°C/秒以下(优选为90°C/秒以下，更优`选为80°C/秒以下)也有效。通过加快该温度域的冷却速度，能够一边使需要量的Ti碳化物析出，一边确保需要量的固溶Ti量。关于上述以外的制造条件，采用一般的条件即可。
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、后述的宗旨的范围同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。
熔炼80吨下述表I所示的化学成分组成的钢(钢种A V)，进行连续铸造，制作截面形状:430mmX300mm的铸片。还有，表I中，意思是无添加。另外，连续铸造时的1500 1400°C之间的冷却速度(凝固速度)如下述表2所示。
对于该连续铸片进行开还轧制，制作截面形状:155mmX 155mm的钢还，以下述表2所示的条件(热轧前加热温度、热轧开始温度、轧制后冷却开始温度、从冷却开始至700°C的冷却速度)进行热轧，制作线径:6.0mm的高碳钢线材。还有，表中所示的Ti含量(总Ti量)、B含量(总B量)和N含量(总N量)，是在成为线材后通过下述的测量方法求得的值。
[测量方法]
总Ti量:遵循ICP发射光谱分析法(JISG1258-1)求得。
总B量:遵循姜黄素吸光光度法(JISG1227附属文件2)求得。
总N量:遵循惰性气体熔解-热传导法(JISG1228附属文件4)求得。
表I
权利要求
1.一种拉丝加工性优异的高碳钢线材，其特征在于，以质量％计含有C:0.6 1.5%,Si:0.1 L 5%, Mn:0.1 L 5%, P:0.02% 以下但不含 0%、S:0.02% 以下但不含 0%、Ti:0.03 0.12%,B:0.001 0.01%,N:0.001 0.005%，并且固溶 B 为 0.0002% 以上，固溶N为0.0010%以下，余量是铁和不可避免的杂质，并且满足下述(I)式和(2)式的关系，[sol.Ti] = [Ti]-[Ti with N]-[Ti with C]-[Ti with S] > 0.002 质量％…(I) [Ti with C]彡 0.020 质量(2) 其中，[sol.Ti]:表示钢中固溶的Ti的质量百分比含量 [Ti]:表示总Ti的质量百分比含量 [Ti with N]:表示形成氮化物的Ti的质量百分比含量 [Ti with C]:表示形成碳化物的Ti的质量百分比含量 [Ti with S]:表示形成硫化物的Ti的质量百分比含量。
2.根据权利要求1所述的高碳钢线材，其中，以质量％计还含有Al:0.1 %以下但不含0%。
3.根据权利要求1所述的高碳钢线材，其中，以质量％计还含有Cr:0.45%以下但不含0%和/或V:0.5%以下但不 含0%。
全文摘要
具有作为钢线材的高强度，并且具有优异的拉丝加工性的本发明的高碳钢线材，分别含有C0.6～1.5％、Si0.1～1.5％、Mn0.1～1.5％、P0.02％以下(不含0％)、S0.02％以下(不含0％)、Ti0.03～0.12％、B0.001～0.01％、N0.001～0.005％，并且固溶B为0.0002％以上，固溶N为0.0010％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成，并且，钢中固溶的Ti量为0.002质量％以上，形成碳化物的Ti量为0.020质量％以上。
文档编号C21D8/06GK103154295SQ20118005007
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月24日 优先权日2010年10月29日
发明者大浦宏之, 吉原直 申请人:株式会社神户制钢所