專利名稱：具有優(yōu)良拉拔性能的拉拔用線材、超高強(qiáng)度鋼絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于大直徑高強(qiáng)度鋼絲的拉拔用線材(wire rod)、一種鋼絲及其制備方法，更具體而言，涉及一種具有優(yōu)良拉拔性能的拉拔用線材，其可在不添加Si的情況下確保超高強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)特性，涉及一種超高強(qiáng)度鋼絲及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著工業(yè)化的進(jìn)步，連接大陸和島嶼的跨海橋梁正在建成，以增加一個(gè)國(guó)家的領(lǐng)土的利用效率。這類橋梁是超長(zhǎng)跨距橋，具有超過(guò)2km的中央跨距。在超長(zhǎng)跨距橋中，使用大直徑高強(qiáng)度鋼絲來(lái)承載負(fù)荷。此外，由于大陸架油田已逐漸枯竭，已在進(jìn)行在深海領(lǐng)域中勘探或開(kāi)采油田的工作。在這類企業(yè)中，也使用大直徑高強(qiáng)度鋼絲。大直徑高強(qiáng)度鋼絲的典型實(shí)例包括在吊橋或斜拉橋的線纜或隧道工程中用于加強(qiáng)混凝土的PC鋼絲、用于大型建筑物或結(jié)構(gòu)的線纜，以及用于支撐海上油田或多種結(jié)構(gòu)的錨索。此外，為滿足多種工業(yè)中的不同需求，鋼絲需要具有高強(qiáng)度。此外，當(dāng)鋼絲實(shí)際應(yīng)用于橋梁或建筑物時(shí)，其通過(guò)將幾股鋼絲擰繞在一起以束的形式使用，因此它們還需具有優(yōu)良的扭轉(zhuǎn)特性(torsion characteristics)。鋼絲的強(qiáng)度由拉絲之前鋼材的強(qiáng)度和拉絲過(guò)程中通過(guò)加工硬化而增加的鋼強(qiáng)度來(lái)保證。如本領(lǐng)域所已知，鋼絲的強(qiáng)度與延性有關(guān)，例如當(dāng)拉絲之前鋼材的強(qiáng)度較高時(shí)，拉絲限度降低，由此使加工硬化的量相對(duì)較小。另一方面，當(dāng)鋼絲強(qiáng)度較低時(shí)，加工硬化的量相對(duì)較大，因?yàn)槠淅蜗薅瓤稍黾?。此外，隨著鋼的加工硬化量變大，鋼材的延性快速降低， 由此使其扭轉(zhuǎn)特性劣化。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，為不使其扭轉(zhuǎn)特性劣化，鋼絲以這樣一種方式制備在拉絲之前使鋼材的強(qiáng)度最大化，而不是通過(guò)拉絲增加其強(qiáng)度。一般，拉拔用鋼絲的強(qiáng)度已通過(guò)Si 的固溶強(qiáng)化效應(yīng)而最大化，所述Si以給定量或更大量包含在鋼絲中。但是，當(dāng)拉拔這類鋼絲時(shí)，鋼絲的延性降低，由此劣化了其扭轉(zhuǎn)特性。此外，由于線材的拉拔限度較低，與作為最終產(chǎn)品的鋼絲的直徑對(duì)應(yīng)的拉拔用線材應(yīng)單獨(dú)制備，由此降低了其生產(chǎn)率。因此需要具有所有優(yōu)良強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)特性的鋼絲。為此目的，需要對(duì)能通過(guò)增加拉絲限度確保強(qiáng)度而不會(huì)使扭轉(zhuǎn)特性劣化的方法進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種具有優(yōu)良拉拔性能的線材、一種具有優(yōu)良抗拉強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)特性的超高強(qiáng)度鋼絲，及其制備方法。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種具有優(yōu)良拉拔性能的拉拔用線材，該線材中包含以重量％計(jì)的0. 8-1. 0%的C、0. 3-0. 7%的Μη、0. 2-0. 6%的Cr和余量的!^e及不可避免的雜質(zhì)。所述線材可具有由顆粒尺寸為IOOym或更大的原奧氏體(prior austenite)形成的精細(xì)珠光體組織。所述珠光體組織可具有IOOnm或更小的層間距，其中所述層間距的偏差為50nm或更小。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種以每道次(pass) 30 %或更小的壓下率且總壓下率為85%或更大來(lái)拉拔上述線材而制備的超高強(qiáng)度鋼絲。所述鋼絲可為具有2000MPa或更高抗拉強(qiáng)度的超高強(qiáng)度鋼絲。鋼絲在因扭轉(zhuǎn)而斷裂時(shí)可具有矩形斷面形狀，并且具有20次/100D(D 鋼絲直徑) 或更大的扭轉(zhuǎn)次數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制備超高強(qiáng)度鋼絲的方法，該方法包括 第一熱處理步驟，加熱一種線材，該線材包含以重量％計(jì)的0. 8-1. 0%的C、0. 3-0. 7% Mn、 0. 2-0. 6%的Cr和余量的狗及不可避免的雜質(zhì)，并將該加熱的線材保持在1100-1200°C ； 第二熱處理步驟，保持該加熱的線材在900-1000°C;將第二熱處理步驟的線材在540-640°C 實(shí)施鉛淬火的步驟；和拉拔經(jīng)鉛淬火的線材的步驟。第一熱處理步驟可保持5分鐘或更久。通過(guò)第一熱處理步驟，線材可包含具有100 μ m或更大顆粒尺寸的原奧氏體。拉拔步驟可以每道次30%或更小的壓下率且總壓下率為85%或更大而進(jìn)行。此夕卜，其也可以1.0-3.0%的拉拔應(yīng)變而進(jìn)行。有益效果根據(jù)本發(fā)明，可提供一種具有2000MPa或更高抗拉強(qiáng)度和優(yōu)良扭轉(zhuǎn)特性的超高強(qiáng)度鋼絲。此外，可使用直徑與鋼絲直徑相同的材料提供具有多種直徑的鋼絲。


圖1為展示本發(fā)明實(shí)施例1和對(duì)比實(shí)施例1的珠光體中層間距內(nèi)的分布的圖表。圖2為展示在各溫度下的轉(zhuǎn)變完成時(shí)間的一組TTT曲線圖，其通過(guò)將具有 0. 92C-0. 5Mn-0. 6Cr合金組分的樣品的原奧氏體顆粒尺寸分別控制為44. 9 μ m (a)和 110. 6 μ m(b)，然后將試樣在540-640°C的鉛浴中進(jìn)行恒溫轉(zhuǎn)變而獲得。
具體實(shí)施例方式鋼絲的強(qiáng)度可由拉絲之前鋼材的強(qiáng)度和拉絲過(guò)程中通過(guò)加工硬化而產(chǎn)生的強(qiáng)度來(lái)保證。在含有Si的常規(guī)鋼絲中，Si分布于鐵素體(ferrite)組織中，用于發(fā)揮固溶強(qiáng)化效應(yīng)，從而增加拉絲之前鋼材的強(qiáng)度。但是，所述線材雖具有高強(qiáng)度，但其延性較低，為此， 在拉絲過(guò)程中其拉拔量降低，且其扭轉(zhuǎn)特性也不足。為解決這類缺陷，根據(jù)本發(fā)明，使用不含Si的拉拔用線材來(lái)提供超高強(qiáng)度鋼絲。由于該拉拔用線材不含Si，其無(wú)法獲得由Si產(chǎn)生的固溶強(qiáng)化效應(yīng)。但是，在拉拔之后具有改進(jìn)的強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)特性的超高強(qiáng)度鋼絲可通過(guò)如下方式提供增加線材的奧氏體化溫度以增大原奧氏體的平均顆粒尺寸，從而延遲其珠光體的轉(zhuǎn)變，由此獲得精細(xì)且均勻的珠光體，這樣增加了線材的拉絲量的限度。本文所用術(shù)語(yǔ)“線材”涉及一種經(jīng)鉛淬火的狀態(tài)，術(shù)語(yǔ)“鋼絲”涉及一種通過(guò)拉拔所述線材獲得的狀態(tài)。下文中，將詳細(xì)描述本發(fā)明各組分。C(碳)0· 8-1. 0wt%C是添加至鋼材中以確保鋼材強(qiáng)度的一種基本元素。如果C的含量小于0. Swt %, 則珠光體組織中滲碳體的分率將相對(duì)較低，從而無(wú)法確保鋼所需的最低強(qiáng)度。但是如果 C的含量大于1. Owt %，則在鉛淬火過(guò)程中可在線材中產(chǎn)生先共析滲碳體(proeutectoid cementite)，從而明顯降低線材的拉拔性能。為此，C的含量可限制在0. 8-1. 0wt%。Mn (錳)0. 3-0. 7wt%Mn是一種包含于鋼中有利于通過(guò)增加鋼的淬透性來(lái)確保鋼的強(qiáng)度的一種元素。如果Mn的含量小于0. 3wt%，則將難以獲得鋼所需的足夠強(qiáng)度和淬透性。如果Mn的含量大于0. 7wt%，則將明顯延遲奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變，使得鋼在完成轉(zhuǎn)變之前被水冷卻，由此而不利地產(chǎn)生馬氏體。為此，Mn的含量可限制在0. 3-0. 7wt%。Cr (鉻)0.2-0.6wt%Cr是一種在強(qiáng)化固溶體、穩(wěn)定滲碳體和改進(jìn)抗氧化性方面有效且還可用于使珠光體層間距精細(xì)(fine)的元素。如果Cr的含量小于0.2wt%，則使珠光體層間距精細(xì)的效果將不充分，且將難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定滲碳體的效果。另一方面，如果Cr的含量大于0.6wt%，則將增加時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線)上的鼻溫(nose temperature)和使珠光體組織中滲碳體的形狀不均一，由此難以獲得精細(xì)和均一的珠光體。為此，Cr的含量可限制在 0. 2-0. 6wt%。在本發(fā)明的鋼組成中，其余組分為鐵(Fe)。此外，無(wú)法排除非預(yù)期的雜質(zhì)，因?yàn)樗鼈兛赡懿豢杀苊獾卦诔Ｒ?guī)鋼制備工藝過(guò)程中由原料或由周圍環(huán)境引入鋼中。這些雜質(zhì)對(duì)鋼制備領(lǐng)域的任何技術(shù)人員而言是可以理解的，因此所有雜質(zhì)將不在本文中具體描述。但是，在雜質(zhì)中，氧(0)、磷⑵和硫⑶將在下文進(jìn)行簡(jiǎn)要描述，因?yàn)樗鼈兪潜唤?jīng)常提及的雜質(zhì)。0(氧)0. 0015wt%或更少0的含量限制在0.0015襯％或更少。如果0的含量大于0.0015wt%，則基于氧化物的非金屬夾雜物變得粗糙，由此降低鋼的拉拔性能。P:0.02wt% 或更少P是一種在鋼制備過(guò)程中不可避免地包含在鋼中的元素。因?yàn)镻在晶界偏析會(huì)降低鋼的韌性，因此其含量可控制在可能的最低水平。雖然理論上有利的是限制P的含量為 0%,但是在制備過(guò)程中P不可避免地會(huì)被添加到鋼中。為此，重要的是控制P含量的上限。 在本發(fā)明中，P含量的上限可為0. 02wt%。S:0.02wt% 或更少S是一種在鋼制備過(guò)程中不可避免地包含在鋼中的元素。它是一種低沸點(diǎn)元素， 在晶界偏析會(huì)降低鋼的韌性。此外，其可以形成硫化物，硫化物對(duì)鋼的拉拔性能具有不利影響。為此，S的含量可控制在可能的最低水平。雖然理論上有利的是限制S的含量為0%， 但是在制備過(guò)程中S不可避免地會(huì)被添加到鋼中。為此，重要的是控制S含量的上限。在本發(fā)明中，S含量的上限可為0. 02wt%。本發(fā)明中，鋼組成中優(yōu)選不含Si。即使當(dāng)作為雜質(zhì)所含的Si的量為0. 或更小時(shí)，仍可確保本發(fā)明所追求的鋼絲的強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)特性。如上文所述，Si分布于鐵素體結(jié)構(gòu)中從而降低了鐵素體結(jié)構(gòu)的延性，由此降低了鋼的拉拔性能。為此，鋼絲中不含Si，這樣可顯著提高其拉拔性能。但是，鋼絲強(qiáng)度的降低一因鋼絲中不含Si而產(chǎn)生一可如下文所述通過(guò)在拉絲過(guò)程中使用加工硬化而進(jìn)行補(bǔ)充。雖然本發(fā)明的鋼絲中存在高的加工硬化程度，但是可確保鋼絲的延性，使得其扭轉(zhuǎn)特性良好，因?yàn)殇摻z中不含Si。本發(fā)明線材的精細(xì)結(jié)構(gòu)包括由100 μ m或更大顆粒尺寸的原奧氏體形成的珠光體組織。所述珠光體組織根據(jù)下文所述制備方法形成。此外，珠光體組織可具有IOOnm或更小的層間距，其中層間距的偏差優(yōu)選為50nm或更小。為此，本發(fā)明可提供一種線材，其由于精細(xì)的珠光體組織而具有優(yōu)良的拉拔性能，即使其不含Si。下文將描述本發(fā)明的制備方法。本發(fā)明提供一種制備超高強(qiáng)度鋼絲的方法，該方法包括第一熱處理步驟，加熱一種線材，該線材包含以重量％計(jì)的0. 8-1. 0%的C、0. 3-0. 7%m Μη、0· 2-0. 6%的Cr和余量的狗及不可避免的雜質(zhì)，并將該加熱的線材保持在1100-1200°C;第二熱處理步驟，保持該加熱的線材在900-1000°C ；將第二熱處理步驟的線材在540-640°C實(shí)施鉛淬火的步驟；和拉拔經(jīng)鉛淬火的線材的步驟。圖2為展示在各溫度下的轉(zhuǎn)變完成時(shí)間的一組TTT曲線圖，其通過(guò)將各線材在 540-640°C的鉛浴中進(jìn)行恒溫轉(zhuǎn)變而獲得，一種情形中將原奧氏體的顆粒尺寸通過(guò)常規(guī)熱處理方法控制在44. 9 μ m (圖2 (a))，一種情形中將原奧氏體的顆粒尺寸通過(guò)本發(fā)明的熱處理方法控制在110. 6 μ m(圖2 (b))。給定組分的共析溫度為733°C，使用Thermocalc——一種熱力學(xué)計(jì)算程序——計(jì)算得到。當(dāng)由共析溫度計(jì)算珠光體轉(zhuǎn)變的過(guò)冷度時(shí)，可以看到，相比原奧氏體顆粒尺寸為44. 9 μ m的情形，原奧氏體顆粒尺寸為110 μ m時(shí)線材表面和中心之間的過(guò)冷度的差值更小。即，在原奧氏體顆粒變粗時(shí)，線材表面和中心之間的溫度差較小。 在本發(fā)明中，下文將描述使原奧氏體顆粒粗化的方法。熱處理步驟在本發(fā)明中，實(shí)施兩個(gè)熱處理步驟，之后立即進(jìn)行鉛淬火。首先，可實(shí)施第一熱處理步驟，其中將線材加熱(奧氏體化)至1100-1200°C并保持在該溫度。此處，保持時(shí)間可為5分鐘或更久。原奧氏體顆粒的平均顆粒尺寸可通過(guò)升高線材的奧氏體化溫度和將該材料在該溫度下保持5分鐘或更久而粗化至100 μ m或更大。但是，鑒于處理裝置的功能 (functioning)和經(jīng)濟(jì)因素，奧氏體化溫度可限制在1200°C，且可適當(dāng)限制保持時(shí)間的上限。此外，也可根據(jù)溫度和時(shí)間范圍確定原奧氏體顆粒尺寸的上限。由于在第一熱處理步驟之后線材表面和中心的冷卻速率彼此不同，因此可在 900-1000°C對(duì)線材實(shí)施第二熱處理步驟以使冷卻速率彼此相等。在第一熱處理步驟之后， 可通過(guò)任何冷卻方法冷卻線材，可以是空氣冷卻。當(dāng)線材表面和中心的冷卻速率保持在相同水平時(shí)，線材表面和中心處的珠光體轉(zhuǎn)變?cè)诨鞠嗤臏囟葧r(shí)開(kāi)始，由此可使線材表面和中心之間的精細(xì)結(jié)構(gòu)的差異最小化，從而確保均一的精細(xì)結(jié)構(gòu)。此外，在通常的鐵素體組織中，當(dāng)原奧氏體的顆粒尺寸增加時(shí)，鐵素體晶粒的尺寸也將增加，由此將降低鐵素體組織的強(qiáng)度和延性。但是，在珠光體組織的情況下，珠光體組織的層間距與原奧氏體顆粒尺寸無(wú)關(guān)，而僅由珠光體組織的過(guò)冷度決定，所述過(guò)冷度是決定珠光體組織的強(qiáng)度和延性的一個(gè)主要微結(jié)構(gòu)因素。為此，需對(duì)珠光體組織實(shí)施鉛淬火(熱處理)。鉛淬火步驟對(duì)已實(shí)施了第一和第二熱處理步驟的線材進(jìn)行鉛淬火。此處，所述鉛淬火步驟優(yōu)選在540-640°C、更優(yōu)選在580-600°C的溫度下進(jìn)行。當(dāng)線材在上述溫度范圍內(nèi)進(jìn)行恒溫轉(zhuǎn)變時(shí)，可得到精細(xì)的珠光體組織。珠光體組織的層間距小于lOOnm，且層間距的偏差可控制在50nm或更小。拉拔步驟對(duì)經(jīng)鉛淬火的線材進(jìn)行拉拔。該拉拔步驟可以每道次30%或更小的壓下率且總壓下率為85%或更大而進(jìn)行。此外，由于可充分確保拉絲的限度，因此可使用直徑與鋼絲直徑相同的材料以多種壓下率來(lái)制備具有多種直徑的鋼絲。線材的拉絲應(yīng)變(ε)可為 1. 0-3. 0%。根據(jù)上述制備方法制備的鋼絲可具有2000MPa或更大的抗拉強(qiáng)度。此外，其可具有25次/IOOD (D 鋼絲直徑)或更大的扭轉(zhuǎn)次數(shù)，且在因扭轉(zhuǎn)而斷裂時(shí)具有矩形斷面形狀。 斷裂故障是由多種因素造成的，但如果線材不適合于拉絲，則將出現(xiàn)多種微結(jié)構(gòu)失效，包括螺旋形、剪切形(shear shape)、圓錐形和撕裂形。在本發(fā)明中，由于在拉拔之前，線材的內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)是均一的，因此可得到具有很大程度的扭曲的鋼絲。此外，鋼絲中的斷裂形狀屬于正常狀態(tài)，垂直于鋼絲的長(zhǎng)度方向。下文，將參照實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。(實(shí)施例)將一個(gè)具有下表1所示組分(省略了 P、S和0)的鑄錠鑄成坯段，然后將其軋制成片材。將該片材切成直徑為13Φπιπι的線材。在本發(fā)明的實(shí)施例1和2中，將線材加熱至1100°C，在該溫度保持10分鐘，空氣冷卻至1000°C，然后在590°C鉛淬火5分鐘。在對(duì)比實(shí)施例1中，將線材加熱至1000°C，在該溫度保持10分鐘，在590°C鉛淬火5分鐘。對(duì)線材的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果示于下表2中。將線材拉拔至直徑為7. 44ΦΙ πι(壓下率67. 2%),5. 95Φι πι(壓下率79. 1%),5. 32ΦΙ ΠΙ(壓下率83. 3%),4. 92ΦΙ ΠΙ(壓下率 85. 7% ),4. 40Φπιπι(壓下率88. 5% )和3. 96Φι πι(壓下率90. 7% )，對(duì)經(jīng)拉拔的各線材的抗拉強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)次數(shù)(斷裂形狀)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果示于下表2中。此外，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1和對(duì)比實(shí)施例1的各自的層間距進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果示于可以比較間距大小的圖表——圖1中。表 權(quán)利要求
1.一種具有優(yōu)良拉拔性能的拉拔用線材，該線材中包含以重量％計(jì)的0. 8-1. 0%的C、 0. 3-0. 7%的Μη、0. 2-0. 6%的Cr和余量的!^e及不可避免的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的線材，其中所述線材含有由具有100μ m或更大顆粒尺寸的原奧氏體形成的精細(xì)珠光體組織。
3.權(quán)利要求1的線材，其中所述珠光體組織具有IOOnm或更小的層間距，其中所述層間距的偏差為50nm或更小。
4.一種超高強(qiáng)度鋼絲，通過(guò)以每道次30%或更小的壓下率且總壓下率為85%或更大拉拔權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的線材而制備。
5.權(quán)利要求4的超高強(qiáng)度鋼絲，其中所述鋼絲的抗拉強(qiáng)度為2000MPa或更高。
6.權(quán)利要求4的超高強(qiáng)度鋼絲，其中所述鋼絲在因扭轉(zhuǎn)而斷裂時(shí)具有矩形斷面形狀， 并且具有20次/IOOD (D 鋼絲直徑)或更大的扭轉(zhuǎn)次數(shù)。
7.一種制備超高強(qiáng)度鋼絲的方法，該方法包括第一熱處理步驟，加熱一種線材，該線材包含以重量％計(jì)的0. 8-1.0%的C、 0. 3-0. 7% Μη、0. 2-0. 6%的Cr和余量的!^e及不可避免的雜質(zhì)，并將該加熱的線材保持在 1100-1200°C ；第二熱處理步驟，保持該加熱的線材在900-100(TC ；將第二熱處理步驟的線材在540-640°C實(shí)施鉛淬火的步驟；和拉拔經(jīng)鉛淬火的線材的步驟。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述第一熱處理步驟保持5分鐘或更久。
9.權(quán)利要求7的方法，其中通過(guò)第一熱處理步驟，所述線材包含100μ m或更大顆粒尺寸的原奧氏體。
10.權(quán)利要求7的方法，其中所述拉拔步驟以每道次30%或更小的壓下率且總壓下率為85%或更大而進(jìn)行。
11.權(quán)利要求7的方法，其中所述拉拔步驟以1.0-3. 0%的拉拔應(yīng)變(ε )而進(jìn)行。
全文摘要
一種具有優(yōu)良拉拔性能的線材，包括以重量％計(jì)的0.8-1.0％的C、0.3-0.7％的Mn、0.2-0.6％的Cr和余量的Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種制備超高強(qiáng)度鋼絲的方法，包括第一熱處理步驟，加熱一種具有上述鋼組成的線材，并將該加熱的線材保持在1100-1200℃；第二熱處理步驟，保持該加熱的線材在900-1000℃；將第二熱處理步驟的線材在540-640℃實(shí)施鉛淬火的步驟；和拉拔經(jīng)鉛淬火的線材的步驟。
文檔編號(hào)C21D6/00GK102575312SQ201080041880
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者樸秀東, 李忠烈, 石炳契, 金鉉鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:Posco公司