高强度线材和钢丝及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用于轮胎帘布的线材和钢丝，更为具体地，涉及一种高强度线 材及钢丝和线材的制造方法。
【背景技术】
[0002] 轮胎帘布等因其使用特性，需要具备高强度及优异的扭转性能。其主要目的是提 高使用寿命，例如，将高强度钢丝使用于作为轮胎帘布的一种的钢丝帘线时，其疲劳寿命优 异，在彳丁驶中不易发生断线情况，能够大幅提尚彳丁驶安全性。
[0003] 使用于轮胎帘布的钢丝所要具备的最小强度为2800MPa，目前商用的钢丝的强度 能够达到4000MPa。为了使其具有优异的强度，需其组织采用微细珠光体组织，加工方法采 用拉伸或者拉延方法。这是因为，微细珠光体组织与其他组织不同，由于珠光体的可塑性 大，因此，当随机形成的珠光体使用总的减面量的50%以上时，沿拉伸方向拉得很长，具有 类似于复合组织的形状。在试验中，进行湿式拉伸时能够确保5000MPa以上的强度。
[0004] 高强度化是通过加工技术提高的两种方法来实现，所述两种方法为：DC-Si-Mn 合金系中C增量及Cr添加等合金成分的变化；2)除了拉伸速度增加、每道次的减面量增加 以外最有效的加工量增加等。但是，所添加的C、Cr等的合金量过多时，会出现转变完成的 时间变长，或者，在晶界形成先共析渗碳体的问题，另外，加工量对钢丝的合金元素和强度 的依赖性高，因此加工量增加存在局限性。
[0005] 并且，使用于轮胎帘布的钢丝是利用珠光体的碳钢，因此其成分简单，是 C-Si-Mn-Cr。这样的成分系在全世界都没有太大差别，因此，需要开发一种通过固有成分系 导出的新产品。
[0006] 因此，从90年代开始广泛地研究具有铁素体和马氏体的二相组织的材料。马氏体 是C在BCC结构中过饱和的相，相比渗碳体虽然硬度和强度低，但是具有很多滑移系，因此 容易塑性变形。这意味着进行拉伸时施加加工量的范围大。但是，马氏体是相比渗碳体更 韧更硬的相，需要能够吸收拉伸变形能量的铁素体基体相。因此，虽然针对具有铁素体和马 氏体的二相组织的材料进行广泛的研究，但是还没有应用在轮胎帘布等，这是因为还没有 确立最佳合金成分以及适于所述合金成分的热处理条件。
【发明内容】
[0007] (一）要解决的技术问题
[0008] 本发明的一个方面要提供一种高强度线材，通过控制合金成分及实施两个阶段的 热处理，形成由铁素体和马氏体组成的二相组织，由此提供高强度线材。
[0009] 本发明的另一个方面要提供一种高强度线材的制造方法，通过控制合金成分及实 施两个阶段的热处理，形成由铁素体和马氏体组成的二相组织，由此提供高强度线材的制 造方法。
[0010] 本发明的又一个方面要提供一种高强度钢丝，其利用本发明的高强度线材。
[0011] (二）技术方案
[0012] 根据本发明的一个方面，提供一种高强度线材，所述高强度线材，以重量％计，由 C :0· 05 ~0· 15%、Si :0· 5 ~I. 5%、Mn :1. 0 ~2· 0%、N :0· 005 ~0· 02%、P :0· 03% 以下、 S :0. 03%以下、余量Fe及其它不可避免的杂质组成，以面积分数计，微细组织由25~43% 的马氏体和余量铁素体组成。
[0013] 根据本发明的另一个方面，提供一种高强度线材的制造方法，包括以下步骤：通过 热乳钢板来得到线材，所述钢板，以重量％计，由C :0. 05~0. 15%、Si :0. 5~1. 5%、Mn : I. 0~2. 0%、N :0. 005~0. 02%、P :0. 03%以下、S :0. 03%以下、余量Fe及其它不可避免 的杂质组成；进行一次热处理，通过加热所述线材使其全部奥氏体化，然后通过冷却使所形 成的所述奥氏体转变为马氏体；进行二次热处理，为了稳定经过所述一次热处理的线材的 马氏体中的碳，将其保持在规定的温度，然后通过加热使其具有奥氏体与铁素体的混合组 织，并通过冷却使其具有马氏体与铁素体的混合组织。
[0014] 根据本发明的又一个方面，提供一种抗张强度优异的高强度钢丝，所述高强度 钢丝，以重量％计，由 C :0· 05 ~0· 15%、Si :0· 5 ~L 5%、Mn :L 0 ~2. 0%、N :0· 005 ~ 0.02%、P :0.03%以下、S :0.03%以下、余量Fe及其它不可避免的杂质组成，以面积分数 计，微细组织由25~43%的马氏体和余量铁素体组成。
[0015] 同时，上述的解决问题的方法并没有列举本发明的所有特征。本发明的各特征和 所述各特征所具有的优点及效果，可参照下面的具体实施例更为详细地理解。
[0016] (三）有益效果
[0017] 根据本发明，可通过控制合金成分及两个阶段的热处理，提供高强度线材，而且利 用所述线材可提供具有优异的抗张强度的高强度钢丝。
【具体实施方式】
[0018] 为了得到高强度线材及钢丝，本发明人进行了研究，结果确认，在形成铁素体和 马氏体来确保高强度的同时，通过添加 N所产生的动态时效来进一步提高强度，能够生产 出高强度线材及利用该高强度线材的高强度钢丝，本发明是在上述研究结果的基础上完成 的。
[0019] 以下，对本发明的线材及钢丝的组成进行详细说明。此时，成分元素的含量均表示 重量％。
[0020] C (碳）：0.05 ~0· 15%
[0021] C是用于确保材料强度而添加的元素，其用于马氏体的形成。当所述C含量小于 0.05%时，难以确保目标强度，当所述C含量大于0. 15%时，马氏体的强度高，且形成为块 状，因此，在拉伸过程中，在马氏体与铁素体的界面产生龟裂，在拉伸过程中造成断线，因 此，优选地，将所述C含量限制在0. 05~0. 15%，更优选地，限制在0. 07~0. 10%。
[0022] Si(硅）：0· 5 ~1. 5%
[0023] Si是作为稳定铁素体的元素而添加，例如，添加0. 1%的Si能够提高强度14~ 16MPa左右。并且，对二相区域进行热处理时，Si存在于铁素体与奥氏体的晶界，因此，具有 有助于使奥氏体的形状不变成块状的作用。当Si含量小于0. 5%时，奥氏体的界面形状变 得不均匀，难以确保针状马氏体，当Si含量大于1. 5%时，会形成厚的铁橄榄石（Fayalite， Fe2SiO4)氧化皮层，因此，优选地，将所述Si含量限制在0. 5~I. 5%。
[0024] Mn(锰）：1.0 ~2.0%
[0025] Mn是稳定奥氏体的元素，由于添加了 0.05~0. 15%的C，因此Mn是为了提高淬 透性而添加。当添加的Mn含量小于1.0%时，进行水冷淬火时难以充分地（fully)形成马 氏体，当添加的Mn含量为2. 0%以上时，形成严重的在拉伸过程中造成断线的中心Mn偏析 区，因此，优选地，将所述Mn含量限制在I. 0~2. 0%。
[0026] N(氮）：0· 005 ~0· 02%
[0027] N和C都固溶于铁素体，是有效提高强度的元素，当添加 0. 1 %时，具有强度提 高80MPa的效果。固溶于铁素体的N在拉伸过程中引发动态应变时效（dynamic strain aging)，由此引起的强度提高效果明显。
[0028] 当含量小于0. 005 %时，难以有效产生动态时效，当含量大于0. 02 %时，对拉伸加 工性能产生影响，而且有可能劣化扭转特性。因此，优选地，所述氮含量限制在0. 005~ 0· 02%，更优选地，限制在0· 008~0· 010%。
[0029] P (磷）和S (硫）：分别0· 03 %以下
[0030] P和S是杂质，其含量越低越好，但是要想将含量限制在很低的水平，在制钢工艺 中用于去除杂质的费用会增加。并且，当所述P和S的含量增加时材料的韧性降低。因此， 一般情况下，重要的是控制所述P和S含量的上限，在本发明中优选的是将所述P和S含量 的上限分别控制在0. 030%。
[0031] 本发明的其余成分为铁（Fe)。只是，在一般的制造过程中，可能从原料或者周围环 境不可避免地混入无意添加的杂质，因此无法排除。只要是一般的制造过程的技术人员都 会知道这些杂质，因此在本说明书中没有特别说明关于杂质的全部内容。
[0032] 根据本发明的一个方面，线材的微细组织优选为由铁素体和马氏体组成的二相组 织（Dual Phase)〇
[0033] 所述马氏体的面积分数优选为25~43 %。
[0034] 当所述马氏体的面积分数小于25 %时，难以确保最终拉伸后所要达到的目标强 度。与此相反，当所述马氏体的面积分数大于43%时，在铁素体与马氏体的界面产生龟裂， 存在无法进行拉伸的问题。因此，优选地，所述马氏体的面积分数限制在25~43 %，更优选 地，限制在41~43%。
[0035] 并且，所述线材的抗张强度可以是650~670MPa。
[0036] 同时，所述线材的截面收缩率（RA)优选为63%以上。
[0037] 如上所述，当钢丝的截面收缩率（RA)每道次小于63%时，为了实现总的减面率， 会过度增加所需的道次数，线材表面相比线材内部变形相对多，导致内外部的变形分布不 均匀，对最终产品的机械物理特性产生不利影响，因此不优选。
[0038] 对本发明的另一个方面的高强度线材的制造方法进行详细说明。
[0039] 所述制造方法包括以下步骤：
[0040] 通过热乳钢板来得到线材，所述钢板，以重量％计，由C :0.05~0. 15%、Si : 0· 5 ~I. 5%、Mn :1. 0 ~2· 0%、N :0· 005 ~0· 02%、P :0· 03% 以下、S :0· 03% 以下、余量 Fe 及其它不可避免的杂质组成；
[0041] 进行一次热处理，通过加热所述线材使其全部奥氏体化，然后通过冷却使所形成 的所述奥氏体转变为马氏体；
[0042] 进行二次热处理，为了稳定经过所述一次热处理的线材的马氏体中的碳，将其保 持在规定的温度，然后通过加热使其具有奥氏体与铁素体的混合组织，并通过冷却使其具 有马氏体与铁素体的混合组织。
[0043] 根据本发明的一个方面，为了制造线材，首先，通过热乳满足上述成分关系的钢板 来得到线材。此时，热乳采用通常使用的方法，并没有特别限定。
[0044] 对如上所述地制造的线材进行一次热处理和二次热处理。
[0045] 一次热处理
[0046] 通过加热如上所述地经过热乳的线材使其全部奥氏体化，然后进行一次热处理工 艺，用于使所形成的所述奥氏体转变为马氏体而进行冷却。
[0047] 在所述一次热处理工艺中，将所述线材保持在950~1150°C，然后以80°C /s以上 的速度冷却至常温。
[0048] 优选地，所述线材的保持温度限定在950~1150