本發(fā)明涉及一種鋼材及其制備方法，尤其涉及一種線材及其制備方法。

背景技術：

1、硬度、疲勞性能是評判鋼鐵材料優(yōu)劣的重要指標，一般來說硬度越高，材料的耐磨性越好，產品使用壽命則更高。另一方面，很多機械工具零部件除了需要具備高硬度以外，由于長期受到扭轉剪切的作用力，對耐扭轉疲勞性能也有一定要求。

2、目前，對鋼鐵材料的扭轉疲勞性能研究主要集中在中低碳鋼領域，而對于高碳鋼的研究較少。

3、例如，公開號cn?110760748?a，公開日為2020年2月7日，名稱為“一種疲勞壽命優(yōu)良的彈簧鋼及其制造方法”的中國專利文獻，公開了一種疲勞壽命優(yōu)良的彈簧鋼及其制造方法，該材料合金成分為：c：0.52～0.62％，si：1.20～1.45％，mn：0.25～0.75％，cr：0.30～0.80％，v：0.01～0.15％，nb：0.001～0.05％，n：0.001～0.009％，o：0.0005～0.0040％，p≤0.015％，s≤0.015％，al≤0.0045％，同時滿足0.02≤(2nb+v)/(20n+c)≤0.40。然而，該技術方案的含碳量較低，且未涉及扭轉性能。

4、又例如，公開號為cn107419175a，公開日為2017年12月1日，名稱為“疲勞壽命良好的經濟型工具鋼及其生產方法”的中國專利文獻，公開了一種疲勞壽命良好的經濟型工具鋼生產方法，該材料合金成分為：c：0.75～1.00％，si：0.15～0.35％，mn：0.50～1.20％，cr：0.30～1.10％，v：0.05～0.20％，alt≤0.040％，p≤0.020％，s≤0.010％，n≤0.006％，熱軋退火后獲得均勻的粒狀珠光體組織，經過淬火、回火后獲得細小的回火馬氏體組織。然而，該技術方案僅適用于板材，并不適用于線材。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種耐疲勞高碳鋼線材，其基于高碳鋼，通過合金成分優(yōu)化設計，配合特定的工藝實現組織調控，從而獲得優(yōu)良的抗扭轉斷裂性能，可以有效應用于機械行業(yè)高端產品上。

2、為了實現上述目的，本發(fā)明提出了一種耐疲勞高碳鋼線材，其含有fe和不可避免的雜質，此外還含有質量百分含量如下的下述各化學元素：

3、c：0.60～0.90％、si：1.00～3.00％、mn：0.45～1.00％、cr：0.45～1.00％、ni：0.10～0.30％、ti：0.01～0.20％、cu：0.05～0.50％、(la+ce)：0.01～0.10％。

4、進一步地，本發(fā)明還提供了一種耐疲勞高碳鋼線材，其各化學元素質量百分含量為：

5、c：0.60～0.90％、si：1.00～3.00％、mn：0.45～1.00％、cr：0.45～1.00％、ni：0.10～0.30％、ti：0.01～0.20％、cu：0.05～0.50％、(la+ce)：0.01～0.10％；余量為fe和其他不可避免的雜質。

6、在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，各化學元素的設計原理具體如下所述：

7、c：在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，c是最重要的元素，一方面c元素在鋼中可以起到固溶強化作用，另一方面c元素可以形成各種碳化物。需要說明的是，當鋼中的c元素含量過低時，難以保證鋼材硬度及耐磨性；而當鋼中的c元素含量過高時，則會對鋼的韌性產生不利影響，使偏析難以控制，加大冶煉及軋制的難度，易產生網狀碳化物等異常組織?？紤]到本技術方案中c元素對耐疲勞高碳鋼線材性能的影響，在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，將c的質量百分比控制在0.60～0.90％之間。

8、si：在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，si是一種非碳化物形成元素，si元素在鋼中具有較強的固溶強化效果，其能夠有效提高工具鋼的硬度。但需要注意的是，鋼中si元素含量不宜過高，當鋼中si元素含量過高時，會降低鋼材的韌性。因此，在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，將si元素的質量百分比控制在1.00～3.00％之間。

9、mn：在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，mn元素能有效提高鋼材的淬透性，提高奧氏體的穩(wěn)定性，延緩珠光體轉變，改善沖擊韌性?？紤]到本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材對淬透性的要求，將mn元素的質量百分比控制在0.45～1.00％之間。

10、cr：在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，cr元素能夠有效提高鋼的淬透性、淬硬性和回火穩(wěn)定性。cr作為碳化物形成元素，其在鋼中與c可形成碳化物，也可固溶于鐵素體中起到強化作用。因此，綜合考慮其強化作用及生產成本，在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，將cr元素的質量百分比控制在0.45～1.00％之間。

11、ni：在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，ni元素在鋼中的作用主要是起到降低低溫脆性轉變溫度的作用，其可以提高鋼的強度而不顯著降低韌性，同時提高鋼的耐腐蝕性能，減少鋼對缺口敏感性提高疲勞性能。綜合考慮ni的有利作用及成本，在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，可以將ni的質量百分比控制0.10～0.30％之間。

12、ti：在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，ti元素可以作為微合金元素添加在鋼中，作為強碳氮化物形成元素，它主要起到細化晶粒的作用，在提高鋼材的硬度同時對韌性有好處。因此，在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，可以將ti的質量百分比控制為0.01～0.20％。

13、cu：在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，cu元素可以提高鋼的耐腐蝕性能，但其含量過高會導致熱加工性下降、鋼的制造性降低，因此在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，可以將cu的質量百分比控制在0.05～0.50％之間。

14、la、ce：在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，la、ce有凈化和明顯的變質作用。鋼的潔凈度不斷提高，稀土元素的微合金化作用日益突出。稀土的微合金化包括微量稀土元素的固溶強化、稀土元素與其他溶質元素和化合物的交互作用、稀土元素的存在狀態(tài)、大小、形態(tài)和分布，特別是在晶界的偏聚以及稀土對鋼表面和基體組織結構的影響。在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，可以將(la+ce)的質量百分比控制為0.01～0.10％。

15、進一步地，在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材的其他不可避免的雜質中：p≤0.015％，s≤0.015％。

16、在技術條件允許情況下，為了獲得性能更好且質量更優(yōu)的鋼材，應盡可能降低耐疲勞高碳鋼線材中雜質元素的含量。本發(fā)明中不可避免的雜質主要是p、s。雜質元素p和s均易在晶界處產生偏析，降低鋼的韌性，對鋼的冷加工性能有較大影響?；诖?，在一些實施方式中，可以控制p≤0.015％，s≤0.015％。

17、進一步地，在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，其熱軋態(tài)微觀組織為上貝氏體+馬氏體。

18、進一步地，在本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材中，其調質等溫熱處理后的微觀組織為下貝氏體。

19、進一步地，本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材的抗扭強度＞1700mpa，扭轉疲勞壽命＞10000次。

20、本發(fā)明的另一目的在于提供一種耐疲勞高碳鋼線材的制造方法，其采用較為簡單的加工工藝，可以獲得具有優(yōu)異耐疲勞性能的線材。

21、基于上述目的，本發(fā)明還提供了一種耐疲勞高碳鋼線材的制造方法，其包括步驟：

22、冶煉和鑄造；

23、軋制成盤條；

24、斯太爾摩風機冷卻：采用斯太爾摩風冷線控制盤條冷卻速率為0.3～2℃/s；

25、球化退火；

26、拉拔。

27、本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材的制造方法，配合合金成分設計，通過冶煉、澆鑄、軋制成盤條及控制冷卻技術可以得到φ5.5～28mm規(guī)格的盤條。

28、其中，軋制成盤條后，斯太爾摩風機冷卻采取的緩冷措施，以控制盤條冷卻速率為0.3～2℃/s。

29、在一些實施方式中，其具體操作可以為：通過斯太爾摩風冷線，關閉所有風機并蓋上保溫罩。

30、進一步地，在本發(fā)明所述的制造方法中，在斯太爾摩風機冷卻步驟中，控制盤條在保溫罩內時間為600～800s，出保溫罩的溫度為540～780℃。此時，盤條的熱軋態(tài)組織為上貝氏體+馬氏體。

31、之后，通過球化退火和拉拔工藝，可以獲得耐疲勞高碳鋼線材。

32、進一步地，在本發(fā)明所述的制造方法中，在所述拉拔步驟后還包括：調質等溫熱處理：將線材加熱到奧氏體化溫度820～960℃，保溫0.5～1h，然后在鹽浴中冷卻到等溫溫度進行等溫處理，其中等溫溫度為200～400℃，等溫時間為2～5h。

33、更進一步地，在本發(fā)明所述的制造方法中，其中在鹽浴中的冷卻速度為10～50℃/s。

34、通過后續(xù)的調質等溫熱處理可得到抗扭強度＞1700mpa，扭轉疲勞壽命＞10000次的耐疲勞高碳鋼線材。

35、本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材具有如下所述的優(yōu)點以及有益效果：

36、本發(fā)明所述的耐疲勞高碳鋼線材基于高碳鋼可以獲得優(yōu)異的耐疲勞性能，其能夠實現抗扭強度＞1700mpa，扭轉疲勞壽命＞10000次，從而可有效應用于機械行業(yè)高端產品上，彌補該領域國內市場的空白，提升機械行業(yè)的加工水平。