專利名稱：音樂弦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不銹鋼音樂弦。
背景技術(shù)：
音樂弦例如供電吉他用的弦，需要具備一定的性質(zhì)。重要的性質(zhì)是弦的抗屈強度和抗張強度，即機械強度。弦需要具有足夠高的抗張強度，從而在將弦裝在樂器上以及演奏時能夠承受典型的張力。對機械強度的要求取決于弦的直徑。表I列出了適合于電吉他的音樂弦對于不同尺寸的音樂弦的最小抗張強度的典型要求。另一個性質(zhì)是生產(chǎn)所需尺寸的金屬絲的可能性。必須有可能在沒有金屬絲變脆或甚至斷裂的情況下將弦材料冷拉成細金屬絲直徑。不銹鋼中這種脆性的主要原因是奧氏體相的嚴重變形和由此導(dǎo)致的應(yīng)變誘導(dǎo)的馬氏體相的形成。脆性原因的另一個實例是材料含·有金屬間相或粒子，當(dāng)該材料在金屬絲生產(chǎn)期間遭受大幅變形時，所述金屬間相或粒子起到破裂起始點的作用。此外，弦可以構(gòu)成單根金屬絲、一根或多根絞合的金屬絲、或包裹的金屬絲。這又使得需要金屬絲材料具有足夠的延展性，從而在成為金屬絲形式即已變形的狀態(tài)時能夠被扭曲。對于將弦錨定到要被演奏的樂器上而言，弦的可扭曲性同樣是重要的。通常通過使用中心有槽的圓筒形球端來縛上音樂弦。弦自身成環(huán)，使得該環(huán)沿著球端周圍的凹槽。然后將弦扭曲使得球端被環(huán)固定。通常情況下，用于電吉他的音樂弦應(yīng)能夠承受表I所列的最小捻數(shù)。
尺寸，I尺寸，I最小抗張強度I最小搶數(shù) 英、j- mm(MPa)__0,010 "1).254263583
~0.013 0.330~ 244263
~0.017 0.432227948表I :對用于電吉他的音樂弦的典型要求。在用于電樂器例如電吉他的弦的情況下，由弦產(chǎn)生的聲音高度取決于弦的電磁性質(zhì)。大多數(shù)電吉他采用電磁拾音器，但也可以使用壓電拾音器。電磁拾音器由永久磁鐵線圈構(gòu)成。振動的弦造成通過線圈的磁通量的變化，從而在線圈中引起電信號。然后，電信號被轉(zhuǎn)移到吉他放大器，在吉他放大器中處理并放大信號。弦的磁化率越高，產(chǎn)生的電壓就越高。這將導(dǎo)致更高的向放大器的輸入水平和更穩(wěn)定的信號。因此重要的是，弦具有高磁性相含量，從而獲得聞品質(zhì)的聲首。樂器的弦可受到幾種不同類型的腐蝕，造成弦的壽命衰退。隨著時間的推移，腐蝕將影響機械性質(zhì)和調(diào)音性質(zhì)兩者。腐蝕也將影響弦的表面質(zhì)量和演奏者所感受到的觸感。弦所遭受到的一種腐蝕類型是由保存或操作樂器時的環(huán)境引起的大氣腐蝕。該腐蝕在例如潮濕的條件下或溫暖的場所中可能是可觀的。例如，用于戶外演奏的樂器隨著時間的推移可遭受到可觀的大氣腐蝕。此外，在演奏弦時，諸如汗液或油脂的物質(zhì)可從樂師的手指轉(zhuǎn)移至弦。含有氯化鈉的人體汗液本身將造成弦的腐蝕。被轉(zhuǎn)移至弦的油脂物質(zhì)將充當(dāng)可腐蝕弦的其它物質(zhì)的結(jié)合工具，從而在弦的表面上形成涂層或膜。
音樂弦通常由拉成不同金屬絲直徑的常規(guī)高碳鋼合金制成，一類鋼絲通常被稱為“音樂金屬絲”，但在某些情況下也使用由尼龍制成的弦。還使用由包裹有金屬線圈的尼龍或碳鋼芯制成的弦。碳鋼作為音樂弦材料具有許多優(yōu)良品質(zhì)，但也有一些重大缺點。很容易將碳鋼拉成高抗張強度和抗屈強度，而不遇到脆性問題。碳鋼還具有幾乎完全由磁性相材料構(gòu)成的優(yōu)點，因為在通常用于弦應(yīng)用的材料的結(jié)構(gòu)中，鐵素體是主導(dǎo)相。然而，碳鋼的抗腐蝕性質(zhì)是不夠的。如前所述，碳鋼弦的主要缺點是腐蝕，已進行了阻止腐蝕的多種嘗試，但沒有成功。用不同材料例如金屬或天然和合成的聚合物涂覆鋼弦是解決腐蝕問題的一個實例。然而，涂層通常降低了弦的振動，從而導(dǎo)致音質(zhì)變差。涂層還影響弦的表面質(zhì)量，并且涂層中的小裂縫或雜質(zhì)可充當(dāng)腐蝕的起始點。W02007/067135公開了由析出淬火的馬氏體不銹鋼制成的音樂弦。根據(jù)W02007/067135所述的弦具有高的磁性相的量和良好的抗腐蝕性質(zhì)。然而，對于某些應(yīng)用來
說，進一步提高延展性是重要的。W02007/058611公開了由雙相(鐵素體-奧氏體)不銹鋼制成的音樂弦。這種鋼具 有良好的抗腐蝕性質(zhì)和高機械強度。該材料還具有足夠的延展性，使得弦能夠被扭曲。然而，對于電樂器來說，具有更高的磁性相的量，產(chǎn)生更高和更穩(wěn)定的電信號是有利的。因此，需要這樣的不銹鋼音樂弦，它具有抗張強度使得它能夠被裝到樂器上并在樂器上演奏，具有高延展性使得它能夠被扭曲，并具有高磁性相含量使得它在電樂器上被演奏時產(chǎn)生向放大器的高輸入水平和穩(wěn)定的信號。從生產(chǎn)的角度來看，用于音樂弦的不銹鋼合金應(yīng)具備良好的可冷加工性，并使得能夠成本有效地生產(chǎn)。發(fā)明概述目標問題是提供具有高抗張強度、高磁性相含量和高延展性的不銹鋼音樂弦。通過如權(quán)利要求I中定義的不銹鋼音樂弦解決所述問題。本發(fā)明提供了不銹鋼音樂弦，所述音樂弦按重量百分比(重量％)計包含0.01 彡 C彡 0.04，O. 01 ^ N ^ O. 06,O. I 彡 Si 彡 I. O,O. 2 彡 Mn 彡 2.0，5. O 彡 Ni 彡 10，16 彡 Cr 彡 20，O. 2 彡 Cu 彡 3. 0，O 彡 Mo 彡 2. 0，O ^ W ^ O. 5,O ^ V ^ O. 5,O ^ Ti ^ I. O,OddO 彡 Nb 彡 I. 0，O 彡 Co 彡 I. 0，余量為鐵和通常存在的雜質(zhì)。所述不銹鋼音樂弦應(yīng)包含至少90體積％的馬氏體相。在下文中，根據(jù)本發(fā)明所述的不銹鋼音樂弦被稱為音樂弦。根據(jù)本發(fā)明所述的音樂弦的優(yōu)點是，音樂弦的高抗張強度和高磁性馬氏體相含量與保留的延展性組合。另一個優(yōu)點是，有可能通過冷加工以成本有效的生產(chǎn)途徑得到這些性質(zhì)。


將參考附圖詳細描述本發(fā)明，其中圖I顯示了不同的實驗金屬絲樣品的抗張強度
(S)相對于磁性相含量(M)的圖
發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明所述的音樂弦由不銹鋼合金制成，所述不銹鋼合金按重量百分比計包含O. 01 彡 C 彡 O. 04O. 01 ^ N ^ O. 06O. I ^ Si ^ I. OO. 2 彡 Mn 彡 2. O,5. O 彡 Ni 彡 10，16 彡 Cr 彡 20，O. 2 彡 Cu 彡 3.0，O 彡 Mo 彡 2. 0，O ^ W ^ O. 5,O ^ V ^ O. 5,O 彡 Ti 彡 I. O,OddO 彡 Nb 彡 I. 0，O 彡 Co 彡 I. 0，余量為鐵和通常存在的雜質(zhì)。所述音樂弦包含至少90體積％的磁性馬氏體相。已發(fā)現(xiàn)，在具有以上組成的弦中有可能達到該變形馬氏體相的量，而沒有致使弦過脆。通過考慮到各獨立元素的效應(yīng)和若干元素的組合效應(yīng)兩方面來小心平衡下述合金元素的量，已發(fā)現(xiàn)獲得了具有優(yōu)異的延展性和可加工性質(zhì)的鋼合金。與碳鋼弦或其它類似材料相比，由所述鋼合金制成的音樂弦也表現(xiàn)出極度改良的抗腐蝕性。此外，這以不損害音樂弦的磁性或抗張強度而獲得。以下是對鋼合金的各種元素的效應(yīng)和各元素的適當(dāng)范圍的描述。碳(C)在高溫和低溫下穩(wěn)定鋼合金的奧氏體相。碳還通過增加馬氏體相的硬度來促進變形淬火，這在一定程度上是鋼合金中所希望的。碳進一步提高了機械強度，在用于弦應(yīng)用的需要低松弛的鋼合金中，機械強度是一個重要的性質(zhì)。然而，高碳量大幅降低鋼合金的延展性和抗腐蝕性。因此碳的量應(yīng)被限制在O. 01至O. 04重量％的范圍內(nèi)。氮(N)提高了鋼合金對點腐蝕的抗性。氮還在冷加工期間促進奧氏體的形成并抑制奧氏體轉(zhuǎn)變成變形的馬氏體相。除此之外，氮還在完成冷加工后增加了鋼合金的機械強度,這可以通過析出淬火來進一步擴大。然而,較高的氮量導(dǎo)致增加奧氏體相的變形淬火，這對變形力具有負面影響。為了在奧氏體相的穩(wěn)定效應(yīng)與所形成的變形馬氏體相的量即最終產(chǎn)品的變形淬火與機械性質(zhì)/磁性之間達到正確平衡，鋼合金中的氮含量應(yīng)被限制在
0.Ol至O. 06重量％的范圍內(nèi)。硅(Si)是在制造鋼合金期間從鋼熔體去除氧所必需的。硅還促進鐵素體相的形成，硅在高含量時增加了析出金屬間相的傾向。因此，鋼合金中硅的量應(yīng)被限制在O. I至
1.O重量％的范圍內(nèi)。猛(Mn)通過在鋼合金中形成猛硫化物來穩(wěn)定奧氏體相，因此,為了控制金屬基質(zhì)中游離硫的量，錳是一個重要的元素。錳還降低了在鋼合金中形成的鐵素體相的量，并 促進氮在固相中的溶解度。然而，錳將增加鋼合金的變形淬火，這增加了變形力并降低延展性，導(dǎo)致在冷加工期間在鋼合金中形成裂縫的風(fēng)險變大。增加錳的量還降低了鋼合金的抗腐蝕性，特別是對點腐蝕的抗性。因此，鋼合金中錳的量應(yīng)被限制在O. 2至2.0重量％的范圍內(nèi)；優(yōu)選猛的量被限制在O. 5至I. 5重量％的范圍內(nèi)。鎳(Ni)促進奧氏體的形成，從而抑制鐵素體的形成以及提高延展性和一定程度的抗腐蝕性。鎳還控制奧氏體相的穩(wěn)定性以及它在冷加工期間轉(zhuǎn)變成馬氏體相(變形的馬氏體)的能力，這影響鋼合金的機械性質(zhì)和磁性。然而，為了在鋼合金的結(jié)構(gòu)相和性質(zhì)之間達到適合的平衡，鎳的量應(yīng)在5. O至10重量％的范圍內(nèi)，優(yōu)選鎳的量被限制在8至9重量％的范圍內(nèi)。鉻(Cr)是不銹鋼合金的一個重要元素，因為它通過在鋼合金表面形成氧化鉻層而提供了抗腐蝕性。鉻影響冷加工期間形成的變形馬氏體的量，并由此間接控制微觀結(jié)構(gòu)的可冷加工性與磁性之間的平衡。然而，在高溫下，鐵素體相(S鐵素體)的量隨著鉻含量的增加而增加，這降低了鋼合金的可熱加工性。鉻還促進氮在固相中的溶解度，這對鋼合金的機械強度具有積極的影響。因此鋼合金中鉻的量應(yīng)在16至20重量％的范圍內(nèi)，優(yōu)選鉻的量被限制在17至19重量％的范圍內(nèi)。銅(Cu)增加了鋼的延展性并穩(wěn)定奧氏體相，從而在變形期間抑制奧氏體至馬氏體的相轉(zhuǎn)變，這對鋼合金的可冷加工性和磁性而言是至關(guān)重要的。由于鋼合金的層錯能增加，銅還將在冷加工期間降低未轉(zhuǎn)變的奧氏體相的變形淬火。在高溫下，由于超出銅在基質(zhì)中的溶解限的風(fēng)險擴大，以及由于形成脆相的風(fēng)險，過高的銅量急劇降低了鋼的可熱加工性。此外，銅促進氮化鉻的形成，這可降低鋼合金的抗腐蝕性和延展性。因此，鋼合金中銅的量應(yīng)被限制在O. 2至3. O重量％、優(yōu)選O. 5至I. 5重量％的范圍內(nèi)。鑰(Mo)大大提高了在大多數(shù)環(huán)境中的抗腐蝕性。然而，鑰還對鐵素體相具有強烈的穩(wěn)定效應(yīng)。因此，鋼合金中鑰的量應(yīng)被限制在O至2. O重量％、優(yōu)選O至I. O重量％、和更優(yōu)選O至O. 5重量％的范圍內(nèi)。鶴(W)穩(wěn)定鐵素體相并對碳具有聞未和力。然而，聞鶴含量與聞Cr和Mo含量組合增加了形成脆性金屬間沉淀的風(fēng)險。因此，鎢應(yīng)被限制在O至O. 5重量％、優(yōu)選O至O. 3重量％的范圍內(nèi)。釩(V)穩(wěn)定鐵素體相并對碳和氮具有高親和力，充當(dāng)了析出淬火元素。在鋼合金中，釩應(yīng)被限制在O至O. 5重量％、優(yōu)選O至O. 3重量％的范圍內(nèi)。
鈦(Ti)穩(wěn)定δ鐵素體相并對氮和碳具有高親和力。因此，鈦可用來降低基質(zhì)中氮和碳的游離量，從而在熔化和焊接期間降低碳化鉻和氮化鉻的形成。然而，碳化物和氮化物在鑄造期間析出可擾亂鑄造過程。所形成的碳氮化物也會充當(dāng)造成抗腐蝕性、韌性、延展性和疲勞強度降低的缺陷。鈦應(yīng)被限制在O至I. O重量％、優(yōu)選O至O. 5重量％的范圍內(nèi)。鋁(Al)在鋼合金的熔化和鑄造期間用作脫氧劑。鋁還穩(wěn)定鐵素體相并促進析出淬火。鋁應(yīng)被限制在O至I. O重量％的范圍內(nèi)。鈮(Nb)穩(wěn)定鐵素體相并對氮和碳具有高親和力。因此，鈮可用來降低基質(zhì)中氮和碳的游離量，從而在熔化和焊接期間降低碳化鉻和氮化鉻的形成。鈮應(yīng)被限制在O至I. O重量％、優(yōu)選O至O. 5重量％的范圍內(nèi)。鈷(Co)具有的性質(zhì)介于鐵和鎳中間。因此，用Co少量代替這些元素，或使用含Co的原料將不會對鋼合金的性質(zhì)造成任何重大變化。Co也可用來增加對高溫腐蝕的抗性。鈷 是一種昂貴的元素，因此它應(yīng)被限制在O至I. O重量％的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明所述的音樂弦包含至少90%的馬氏體相。合金元素之間的關(guān)系控制了馬氏體相在鋼合金中形成，因此對鋼合金的強度和延展性而言是重要的。室溫下的低延展性在一定程度上取決于變形淬火，變形淬火是奧氏體在鋼合金的冷加工期間轉(zhuǎn)變成馬氏體相而造成的。馬氏體相提高鋼合金的強度和硬度。相反，如果在鋼合金中形成了過多的馬氏體相，由于變形力增加，它在冷條件下可能是難以加工的。過多的馬氏體相也降低了延展性，并在冷加工期間可造成鋼合金破裂。然而，由于不同于奧氏體相，馬氏體相是磁性的，因此在冷加工期間在微觀結(jié)構(gòu)中形成的馬氏體相的量控制了鋼合金的磁性。除此以外，馬氏體相的性質(zhì)完全取決于鋼合金的化學(xué)組成。在本發(fā)明中，已發(fā)現(xiàn)，盡管馬氏體相的量大，但首樂弦具有聞延展性。通過鋼合金的MD30值可確定在冷變形期間鋼合金中奧氏體相的穩(wěn)定性。MD30是在相當(dāng)于ε =0. 30(對數(shù)應(yīng)變)的變形導(dǎo)致50%的奧氏體轉(zhuǎn)化成變形的馬氏體的情況下，用。C表示的溫度。因此，MD30溫度降低相當(dāng)于奧氏體穩(wěn)定性增加，由于變形馬氏體的形成減少，這將在冷加工期間降低變形淬火。本發(fā)明鋼合金的MD30值被定義為MD30= {551-462*([% C] + [% N])-9. 2*[% Si]-8. 1*[% Mn]-13. 7*[% Cr]- (I)29*([% Ni] + [% Cu])-68*[% Nb]-18. 5*[% Mo]}° C。參考K. Nohara, Y. Ono 和 N. Ohashi, Transactions ISIJ,第 17 卷，第 306 頁，1977根據(jù)一個實施方式，調(diào)整鋼合金的合金元素，使得等式I滿足條件-20°C <MD30<20V。 ⑵當(dāng)滿足該條件時，在音樂弦中獲得了非常好的冷加工性質(zhì)和磁性以及最佳的機械強度和高延展性。根據(jù)本發(fā)明所述的音樂弦含有至少90體積％的馬氏體相，但仍顯示出高延展性。根據(jù)一個實施方式，所述音樂弦包含至少93體積％的馬氏體相。根據(jù)本發(fā)明所述的音樂弦可被用作例如用于電吉他或產(chǎn)生的聲音取決于音樂弦的磁性的其它電樂器的弦。然而，使用不限于電樂器，聲樂器例如小提琴和鋼琴也可以有利地裝有根據(jù)本發(fā)明所述的音樂弦。所述音樂弦可用于所有弦樂器，包括弓弦樂器。根據(jù)本發(fā)明所述的音樂弦不限于單根金屬絲，還可以是包裹或纏繞的音樂弦的形式。根據(jù)本發(fā)明所述的音樂弦還可包含由本發(fā)明鋼合金制成的包裹有金屬線的芯。
生產(chǎn)具有根據(jù)本發(fā)明所述的組成的金屬絲樣品A和對比金屬絲樣品B、C和
D。表2中顯示了實驗樣品的組成。對比例B由傳統(tǒng)的亞穩(wěn)奧氏體合金制成，實施例C
如同W02007/067135中使用的由可析出淬火的馬氏體不銹鋼合金制成，實施例D如同
W02007/058611中使用的由雙相(鐵素體-奧氏體)不銹鋼合金制成。供參考用，還測試了
用于音樂弦類型的碳鋼金屬絲樣品。
權(quán)利要求
1.不銹鋼音樂弦，特征在于按重量百分比(重量％)計其包含，O.Ol ≤ C ≤ O. 04，O.01 ≤ N ≤ O. 06，O.I ≤ Si ≤ I. O,O.2 ≤ Mn ≤ 2. O,5.O ≤ Ni ≤ 10，16 ≤ Cr ≤ 20，O.2 ≤ Cu ≤ 3. O,O ≤ Mo ≤ 2. 0，O ≤ W ≤ O. 5,O ≤ V ≤ O. 5,O ≤ Ti ≤ I. 0，O ≤ Al ≤ I. 0，O ≤ Nb ≤ I. 0，O ≤ Co ≤ I. 0， 余量為鐵和通常存在的雜質(zhì)，并且所述音樂弦包含至少90體積％的馬氏體相。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的不銹鋼音樂弦，其中O.5彡Mn彡I. 5。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼音樂弦，其中8.O < Ni < 9. O。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼音樂弦，其中17< Cr < 19。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼音樂弦，其中O.5 < Cu < I. 5。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼音樂弦，其中O< Mo < I. O。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼音樂弦，其中O< Mo < O. 5。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼音樂弦，其中O< W < O. 3。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼音樂弦，其中O< V < O. 3。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼音樂弦，其中O< Ti < O. 5。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼音樂弦，其中O< Nb < O. 5。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼音樂弦，其中所述音樂弦包含至少93體積％的馬氏體相。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的不銹鋼音樂弦，其中_20°C<MD30〈20°C，其中 MD30= {551-462*([% C] + [% N])-9. 2*[% Si]-8. 1*[% Mn]-13. 7*[% Cr]- 29*([% Ni] + [% Cu])-68*[% Nb]-18. 5*[% Mo]}。C。
全文摘要
本發(fā)明涉及不銹鋼音樂弦，所述音樂弦包含，按重量百分比(重量%)計，0.01≤C≤0.04、0.01≤N≤0.06、0.1≤Si≤1.0、0.2≤Mn≤2.0、5.0≤Ni≤10、16≤Cr≤20、0.2≤Cu≤3.0、0≤Mo≤2.0、0≤W≤0.5、0≤V≤0.5、0≤Ti≤1.0、0≤Al≤1.0、0≤Nb≤1.0、0≤Co≤1.0，余量為鐵和通常存在的雜質(zhì)，所述音樂弦包含至少90體積%的馬氏體相。
文檔編號C22C38/44GK102712984SQ201080061179
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者安德斯·瑟德曼, 拉爾斯·尼洛夫 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司