专利名称：音乐弦的制作方法
技术领域：
本发明涉及不锈钢音乐弦。
背景技术：
音乐弦例如供电吉他用的弦，需要具备一定的性质。重要的性质是弦的抗屈强度和抗张强度，即机械强度。弦需要具有足够高的抗张强度，从而在将弦装在乐器上以及演奏时能够承受典型的张力。对机械强度的要求取决于弦的直径。表I列出了适合于电吉他的音乐弦对于不同尺寸的音乐弦的最小抗张强度的典型要求。另一个性质是生产所需尺寸的金属丝的可能性。必须有可能在没有金属丝变脆或甚至断裂的情况下将弦材料冷拉成细金属丝直径。不锈钢中这种脆性的主要原因是奥氏体相的严重变形和由此导致的应变诱导的马氏体相的形成。脆性原因的另一个实例是材料含·有金属间相或粒子，当该材料在金属丝生产期间遭受大幅变形时，所述金属间相或粒子起到破裂起始点的作用。此外，弦可以构成单根金属丝、一根或多根绞合的金属丝、或包裹的金属丝。这又使得需要金属丝材料具有足够的延展性，从而在成为金属丝形式即已变形的状态时能够被扭曲。对于将弦锚定到要被演奏的乐器上而言，弦的可扭曲性同样是重要的。通常通过使用中心有槽的圆筒形球端来缚上音乐弦。弦自身成环，使得该环沿着球端周围的凹槽。然后将弦扭曲使得球端被环固定。通常情况下，用于电吉他的音乐弦应能够承受表I所列的最小捻数。
尺寸，I尺寸，I最小抗张强度I最小抢数 英、j- mm(MPa)__0,010 "1).254263583
~0.013 0.330~ 244263
~0.017 0.432227948表I :对用于电吉他的音乐弦的典型要求。在用于电乐器例如电吉他的弦的情况下，由弦产生的声音高度取决于弦的电磁性质。大多数电吉他采用电磁拾音器，但也可以使用压电拾音器。电磁拾音器由永久磁铁线圈构成。振动的弦造成通过线圈的磁通量的变化，从而在线圈中引起电信号。然后，电信号被转移到吉他放大器，在吉他放大器中处理并放大信号。弦的磁化率越高，产生的电压就越高。这将导致更高的向放大器的输入水平和更稳定的信号。因此重要的是，弦具有高磁性相含量，从而获得闻品质的声首。乐器的弦可受到几种不同类型的腐蚀，造成弦的寿命衰退。随着时间的推移，腐蚀将影响机械性质和调音性质两者。腐蚀也将影响弦的表面质量和演奏者所感受到的触感。弦所遭受到的一种腐蚀类型是由保存或操作乐器时的环境引起的大气腐蚀。该腐蚀在例如潮湿的条件下或温暖的场所中可能是可观的。例如，用于户外演奏的乐器随着时间的推移可遭受到可观的大气腐蚀。此外，在演奏弦时，诸如汗液或油脂的物质可从乐师的手指转移至弦。含有氯化钠的人体汗液本身将造成弦的腐蚀。被转移至弦的油脂物质将充当可腐蚀弦的其它物质的结合工具，从而在弦的表面上形成涂层或膜。
音乐弦通常由拉成不同金属丝直径的常规高碳钢合金制成，一类钢丝通常被称为“音乐金属丝”，但在某些情况下也使用由尼龙制成的弦。还使用由包裹有金属线圈的尼龙或碳钢芯制成的弦。碳钢作为音乐弦材料具有许多优良品质，但也有一些重大缺点。很容易将碳钢拉成高抗张强度和抗屈强度，而不遇到脆性问题。碳钢还具有几乎完全由磁性相材料构成的优点，因为在通常用于弦应用的材料的结构中，铁素体是主导相。然而，碳钢的抗腐蚀性质是不够的。如前所述，碳钢弦的主要缺点是腐蚀，已进行了阻止腐蚀的多种尝试，但没有成功。用不同材料例如金属或天然和合成的聚合物涂覆钢弦是解决腐蚀问题的一个实例。然而，涂层通常降低了弦的振动，从而导致音质变差。涂层还影响弦的表面质量，并且涂层中的小裂缝或杂质可充当腐蚀的起始点。W02007/067135公开了由析出淬火的马氏体不锈钢制成的音乐弦。根据W02007/067135所述的弦具有高的磁性相的量和良好的抗腐蚀性质。然而，对于某些应用来
说，进一步提高延展性是重要的。W02007/058611公开了由双相(铁素体-奥氏体)不锈钢制成的音乐弦。这种钢具 有良好的抗腐蚀性质和高机械强度。该材料还具有足够的延展性，使得弦能够被扭曲。然而，对于电乐器来说，具有更高的磁性相的量，产生更高和更稳定的电信号是有利的。因此，需要这样的不锈钢音乐弦，它具有抗张强度使得它能够被装到乐器上并在乐器上演奏，具有高延展性使得它能够被扭曲，并具有高磁性相含量使得它在电乐器上被演奏时产生向放大器的高输入水平和稳定的信号。从生产的角度来看，用于音乐弦的不锈钢合金应具备良好的可冷加工性，并使得能够成本有效地生产。发明概述目标问题是提供具有高抗张强度、高磁性相含量和高延展性的不锈钢音乐弦。通过如权利要求I中定义的不锈钢音乐弦解决所述问题。本发明提供了不锈钢音乐弦，所述音乐弦按重量百分比(重量％)计包含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，余量为铁和通常存在的杂质。所述不锈钢音乐弦应包含至少90体积％的马氏体相。在下文中，根据本发明所述的不锈钢音乐弦被称为音乐弦。根据本发明所述的音乐弦的优点是，音乐弦的高抗张强度和高磁性马氏体相含量与保留的延展性组合。另一个优点是，有可能通过冷加工以成本有效的生产途径得到这些性质。
将参考附图详细描述本发明，其中图I显示了不同的实验金属丝样品的抗张强度
(S)相对于磁性相含量(M)的图
发明内容
根据本发明所述的音乐弦由不锈钢合金制成，所述不锈钢合金按重量百分比计包含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，余量为铁和通常存在的杂质。所述音乐弦包含至少90体积％的磁性马氏体相。已发现，在具有以上组成的弦中有可能达到该变形马氏体相的量，而没有致使弦过脆。通过考虑到各独立元素的效应和若干元素的组合效应两方面来小心平衡下述合金元素的量，已发现获得了具有优异的延展性和可加工性质的钢合金。与碳钢弦或其它类似材料相比，由所述钢合金制成的音乐弦也表现出极度改良的抗腐蚀性。此外，这以不损害音乐弦的磁性或抗张强度而获得。以下是对钢合金的各种元素的效应和各元素的适当范围的描述。碳(C)在高温和低温下稳定钢合金的奥氏体相。碳还通过增加马氏体相的硬度来促进变形淬火，这在一定程度上是钢合金中所希望的。碳进一步提高了机械强度，在用于弦应用的需要低松弛的钢合金中，机械强度是一个重要的性质。然而，高碳量大幅降低钢合金的延展性和抗腐蚀性。因此碳的量应被限制在O. 01至O. 04重量％的范围内。氮(N)提高了钢合金对点腐蚀的抗性。氮还在冷加工期间促进奥氏体的形成并抑制奥氏体转变成变形的马氏体相。除此之外，氮还在完成冷加工后增加了钢合金的机械强度,这可以通过析出淬火来进一步扩大。然而,较高的氮量导致增加奥氏体相的变形淬火，这对变形力具有负面影响。为了在奥氏体相的稳定效应与所形成的变形马氏体相的量即最终产品的变形淬火与机械性质/磁性之间达到正确平衡，钢合金中的氮含量应被限制在
0.Ol至O. 06重量％的范围内。硅(Si)是在制造钢合金期间从钢熔体去除氧所必需的。硅还促进铁素体相的形成，硅在高含量时增加了析出金属间相的倾向。因此，钢合金中硅的量应被限制在O. I至
1.O重量％的范围内。猛(Mn)通过在钢合金中形成猛硫化物来稳定奥氏体相，因此,为了控制金属基质中游离硫的量，锰是一个重要的元素。锰还降低了在钢合金中形成的铁素体相的量，并 促进氮在固相中的溶解度。然而，锰将增加钢合金的变形淬火，这增加了变形力并降低延展性，导致在冷加工期间在钢合金中形成裂缝的风险变大。增加锰的量还降低了钢合金的抗腐蚀性，特别是对点腐蚀的抗性。因此，钢合金中锰的量应被限制在O. 2至2.0重量％的范围内；优选猛的量被限制在O. 5至I. 5重量％的范围内。镍(Ni)促进奥氏体的形成，从而抑制铁素体的形成以及提高延展性和一定程度的抗腐蚀性。镍还控制奥氏体相的稳定性以及它在冷加工期间转变成马氏体相(变形的马氏体)的能力，这影响钢合金的机械性质和磁性。然而，为了在钢合金的结构相和性质之间达到适合的平衡，镍的量应在5. O至10重量％的范围内，优选镍的量被限制在8至9重量％的范围内。铬(Cr)是不锈钢合金的一个重要元素，因为它通过在钢合金表面形成氧化铬层而提供了抗腐蚀性。铬影响冷加工期间形成的变形马氏体的量，并由此间接控制微观结构的可冷加工性与磁性之间的平衡。然而，在高温下，铁素体相(S铁素体)的量随着铬含量的增加而增加，这降低了钢合金的可热加工性。铬还促进氮在固相中的溶解度，这对钢合金的机械强度具有积极的影响。因此钢合金中铬的量应在16至20重量％的范围内，优选铬的量被限制在17至19重量％的范围内。铜(Cu)增加了钢的延展性并稳定奥氏体相，从而在变形期间抑制奥氏体至马氏体的相转变，这对钢合金的可冷加工性和磁性而言是至关重要的。由于钢合金的层错能增加，铜还将在冷加工期间降低未转变的奥氏体相的变形淬火。在高温下，由于超出铜在基质中的溶解限的风险扩大，以及由于形成脆相的风险，过高的铜量急剧降低了钢的可热加工性。此外，铜促进氮化铬的形成，这可降低钢合金的抗腐蚀性和延展性。因此，钢合金中铜的量应被限制在O. 2至3. O重量％、优选O. 5至I. 5重量％的范围内。钥(Mo)大大提高了在大多数环境中的抗腐蚀性。然而，钥还对铁素体相具有强烈的稳定效应。因此，钢合金中钥的量应被限制在O至2. O重量％、优选O至I. O重量％、和更优选O至O. 5重量％的范围内。鹤(W)稳定铁素体相并对碳具有闻未和力。然而，闻鹤含量与闻Cr和Mo含量组合增加了形成脆性金属间沉淀的风险。因此，钨应被限制在O至O. 5重量％、优选O至O. 3重量％的范围内。钒(V)稳定铁素体相并对碳和氮具有高亲和力，充当了析出淬火元素。在钢合金中，钒应被限制在O至O. 5重量％、优选O至O. 3重量％的范围内。
钛(Ti)稳定δ铁素体相并对氮和碳具有高亲和力。因此，钛可用来降低基质中氮和碳的游离量，从而在熔化和焊接期间降低碳化铬和氮化铬的形成。然而，碳化物和氮化物在铸造期间析出可扰乱铸造过程。所形成的碳氮化物也会充当造成抗腐蚀性、韧性、延展性和疲劳强度降低的缺陷。钛应被限制在O至I. O重量％、优选O至O. 5重量％的范围内。铝(Al)在钢合金的熔化和铸造期间用作脱氧剂。铝还稳定铁素体相并促进析出淬火。铝应被限制在O至I. O重量％的范围内。铌(Nb)稳定铁素体相并对氮和碳具有高亲和力。因此，铌可用来降低基质中氮和碳的游离量，从而在熔化和焊接期间降低碳化铬和氮化铬的形成。铌应被限制在O至I. O重量％、优选O至O. 5重量％的范围内。钴(Co)具有的性质介于铁和镍中间。因此，用Co少量代替这些元素，或使用含Co的原料将不会对钢合金的性质造成任何重大变化。Co也可用来增加对高温腐蚀的抗性。钴 是一种昂贵的元素，因此它应被限制在O至I. O重量％的范围内。根据本发明所述的音乐弦包含至少90%的马氏体相。合金元素之间的关系控制了马氏体相在钢合金中形成，因此对钢合金的强度和延展性而言是重要的。室温下的低延展性在一定程度上取决于变形淬火，变形淬火是奥氏体在钢合金的冷加工期间转变成马氏体相而造成的。马氏体相提高钢合金的强度和硬度。相反，如果在钢合金中形成了过多的马氏体相，由于变形力增加，它在冷条件下可能是难以加工的。过多的马氏体相也降低了延展性，并在冷加工期间可造成钢合金破裂。然而，由于不同于奥氏体相，马氏体相是磁性的，因此在冷加工期间在微观结构中形成的马氏体相的量控制了钢合金的磁性。除此以外，马氏体相的性质完全取决于钢合金的化学组成。在本发明中，已发现，尽管马氏体相的量大，但首乐弦具有闻延展性。通过钢合金的MD30值可确定在冷变形期间钢合金中奥氏体相的稳定性。MD30是在相当于ε =0. 30(对数应变)的变形导致50%的奥氏体转化成变形的马氏体的情况下，用。C表示的温度。因此，MD30温度降低相当于奥氏体稳定性增加，由于变形马氏体的形成减少，这将在冷加工期间降低变形淬火。本发明钢合金的MD30值被定义为MD30= {551-462*([% C] + [% N])-9. 2*[% Si]-8. 1*[% Mn]-13. 7*[% Cr]- (I)29*([% Ni] + [% Cu])-68*[% Nb]-18. 5*[% Mo]}° C。参考K. Nohara, Y. Ono 和 N. Ohashi, Transactions ISIJ,第 17 卷，第 306 页，1977根据一个实施方式，调整钢合金的合金元素，使得等式I满足条件-20°C <MD30<20V。 ⑵当满足该条件时，在音乐弦中获得了非常好的冷加工性质和磁性以及最佳的机械强度和高延展性。根据本发明所述的音乐弦含有至少90体积％的马氏体相，但仍显示出高延展性。根据一个实施方式，所述音乐弦包含至少93体积％的马氏体相。根据本发明所述的音乐弦可被用作例如用于电吉他或产生的声音取决于音乐弦的磁性的其它电乐器的弦。然而，使用不限于电乐器，声乐器例如小提琴和钢琴也可以有利地装有根据本发明所述的音乐弦。所述音乐弦可用于所有弦乐器，包括弓弦乐器。根据本发明所述的音乐弦不限于单根金属丝，还可以是包裹或缠绕的音乐弦的形式。根据本发明所述的音乐弦还可包含由本发明钢合金制成的包裹有金属线的芯。
生产具有根据本发明所述的组成的金属丝样品A和对比金属丝样品B、C和
D。表2中显示了实验样品的组成。对比例B由传统的亚稳奥氏体合金制成，实施例C
如同W02007/067135中使用的由可析出淬火的马氏体不锈钢合金制成，实施例D如同
W02007/058611中使用的由双相(铁素体-奥氏体)不锈钢合金制成。供参考用，还测试了
用于音乐弦类型的碳钢金属丝样品。
权利要求
1.不锈钢音乐弦，特征在于按重量百分比(重量％)计其包含，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， 余量为铁和通常存在的杂质，并且所述音乐弦包含至少90体积％的马氏体相。
2.根据权利要求I所述的不锈钢音乐弦，其中O.5彡Mn彡I. 5。
3.根据上述权利要求中任一项所述的不锈钢音乐弦，其中8.O < Ni < 9. O。
4.根据上述权利要求中任一项所述的不锈钢音乐弦，其中17< Cr < 19。
5.根据上述权利要求中任一项所述的不锈钢音乐弦，其中O.5 < Cu < I. 5。
6.根据上述权利要求中任一项所述的不锈钢音乐弦，其中O< Mo < I. O。
7.根据上述权利要求中任一项所述的不锈钢音乐弦，其中O< Mo < O. 5。
8.根据上述权利要求中任一项所述的不锈钢音乐弦，其中O< W < O. 3。
9.根据上述权利要求中任一项所述的不锈钢音乐弦，其中O< V < O. 3。
10.根据上述权利要求中任一项所述的不锈钢音乐弦，其中O< Ti < O. 5。
11.根据上述权利要求中任一项所述的不锈钢音乐弦，其中O< Nb < O. 5。
12.根据上述权利要求中任一项所述的不锈钢音乐弦，其中所述音乐弦包含至少93体积％的马氏体相。
13.根据上述权利要求中任一项所述的不锈钢音乐弦，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
本发明涉及不锈钢音乐弦，所述音乐弦包含，按重量百分比(重量%)计，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，余量为铁和通常存在的杂质，所述音乐弦包含至少90体积%的马氏体相。
文档编号C22C38/44GK102712984SQ201080061179
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年1月11日
发明者安德斯·瑟德曼, 拉尔斯·尼洛夫 申请人:山特维克知识产权股份有限公司