中心偏析减少的线材、钢丝及其制造方法与流程

本发明涉及一种中心偏析减少的线材、钢丝及其制造方法。

背景技术：

线径为10～20mm的高强度线材通过热处理及加工制造成线径为10mm以下的高强度钢丝，钢丝在整个产业的方方面面以多种形态用于支撑负载。其中代表性的形态为，悬索桥及斜拉桥等桥梁用线缆、混凝土桥墩等中的混凝土加强用pc钢丝、大型建筑物或结构物用线缆、支撑海上油田或各种结构物的锚索(anchorrope)等。一般情况下，钢丝以绞合方式适用于线缆中，因此钢丝的扭转特性非常重要。

将高强度线材加工成钢丝时，为了将线径减少至最终产品的大小并确保其强度，通常会利用拉拔(drawing)方法，此时，拉拔前材料的中心偏析程度会影响到最终钢丝的扭转特性。

作为固溶强化元素添加的c、si、mn、cr等的合金元素偏析到中心部，使材料内部的物理特性不均匀，从而抑制钢丝的扭转特性。并且，在所述合金元素偏析的区域形成作为诱发脆性组织的粗大渗碳体，在材料的变形条件下其作为破坏的开始点，削弱物理特性。并且，在对材料进行再加热处理并使用的过程中，所述粗大渗碳体不完全溶解，并以球化渗碳体形式残留，同样作为破坏的开始点，引起相同的问题。因此减少偏析是非常重要的。

通常为了消除偏析，在高温热处理过程中利用所述元素的扩散过程，但将此方法适用于制造钢丝的步骤会存在阻碍经济性及最终钢丝的其他物理特性的问题，因此不优选。

因此，所述偏析问题优选在制造线材的步骤解决。在制造线材的步骤中，为了消除偏析，一般在连铸(continuouscasting)步骤中采用降低铸造速度或利用轻压下(softreduction)的方法等。

例如，专利文献1中公开了在连铸时通过控制冷却速度等来减少偏析的方法。

但是，对于合金元素含量高的高强度线材，使用所述方法抑制偏析是存在局限性的。

因此，对于合金元素含量高的高强度线材，需要研发一种中心偏析减少的线材、钢丝及其制造方法。

现有技术文献

[专利文献]

(专利文献1)日本公开专利公报特开平11-140581号

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的一个方面的目的在于提供一种中心偏析减少的线材、钢丝及其制造方法。

另外，本发明要解决的技术问题不限定于上述内容。本发明要解决的技术问题能够通过本说明书的整体内容来理解，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，理解本发明的其他要解决的技术问题不会存在任何困难。

(二)技术方案

本发明的一个方面涉及一种中心偏析减少的线材，以重量％计，其包含：c：0.9～1.1％、si：0.7～1.5％、cr：0.6～1.2％、mn：0.4～0.8％、余量fe及不可避免的杂质，抗张强度(ts)和中心偏析部与周边部的硬度值差(△hv)满足以下关系式1，

[关系式1]△hv×ts≤105000，

其中，所述ts的单位为mpa，所述△hv的单位为hv。

另外，本发明的另一个方面涉及一种中心偏析减少的线材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：加热钢坯，所述钢坯包含上述的合金组成；将加热的所述钢坯进行热轧来获得线材；收卷所述线材后进行冷却；其中，所述热轧包括1道次以上的轧制，以使钢坯的中心部温度为1250℃以上，钢坯中心部的变形速度为0.37/s以下，钢坯中心部的变形量为0.3以上。

另外，本发明的另一个方面涉及一种利用所述线材制造的钢丝及其制造方法。

并且，所述技术方案，并没有列举本发明的所有特征。可参照以下具体实施方式更加详细地理解本发明的多种特征和由此带来的长处和效果。

(三)有益效果

根据本发明，能够提供中心偏析减少的线材、钢丝及其制造方法，因此能够提供高强度且扭转特性优异的钢丝。

附图说明

图1是表示以发明材料2的中心偏析部为中心通过电子探针显微分析仪(epma)分析的偏析分布。

图2是表示以比较材料3的中心偏析部为中心通过epma分析的偏析分布。

图3是表示将中心偏析部和周边部的定义以图示方式说明的图。

附图说明标记

100：在线材的中心到线材半径的1/2距离的区域内c浓度最高的点

200：半径为rn的圆

300：由半径分别为rn、rn+1的两个圆的圆周包围的区域

具体实施方式

下面，说明本发明的优选实施方式。但是，本发明的实施方式可变形为多种方式，且本发明的保护范围并不限定于以下所说明的实施方式。并且，本发明的实施方式是为了将本发明更加完整地向本发明所属技术领域的普通技术人员说明而提供的。

本发明的发明人认知到，当线材的中心偏析程度变高时，存在通过热处理及拉拔加工制造的钢丝的扭转特性差的问题，尤其，对于合金元素的含量高的高强度线材，在现有的连铸(continuouscasting)步骤中采用降低铸造速度或利用轻压下(softreduction)的方法等，无法有效地消除偏析，因此进行了深入研究以解决所述问题。

结果，确认到通过控制轧制条件等能够有效地减少中心偏析，并完成本发明。

中心偏析减少的线材

下面，对本发明的一个方面的中心偏析减少的线材，进行详细说明。

本发明的一个方面的中心偏析减少的线材，以重量％计，包含：c：0.9～1.1％、si：0.7～1.5％、cr：0.6～1.2％、mn：0.4～0.8％、余量fe及不可避免的杂质，

抗张强度(ts)及中心偏析部与周边部的硬度值差(△hv)满足以下关系式1。

[关系式1]△hv×ts≤105000

首先，对本发明的一个方面的中心偏析减少的线材的合金组成进行详细说明。下面，各合金元素的单位是重量％。

c(碳)：0.9～1.1％

c是最能有效地提高材料强度的元素。当c的含量增加0.1％时，能够将拉拔后的强度提高100mpa左右，但是添加超过0.9％时，其强度增加量逐渐减少。并且，c是形成珠光体组织的主要元素，除了细化珠光体组织以外，还提高加工硬化率。

当c含量小于0.9％时，存在难以确保高强度的问题，当c含量超过1.1％时，中心偏析大大增加，存在此区域的先共析渗碳体分数增加的问题。

因此，c的优选含量为0.9～1.1％。

si(硅)：0.7～1.5％

si具有增加基于铁素体的固溶强化及珠光体组织的细化的强度的作用。当si的含量增加0.1％时，强度提高14～16mpa左右。并且，si存在于铁素体和渗碳体的界面上，在热处理时起到抑制c扩散的作用，因此在线缆或钢索中的si含量高。

当si的含量小于0.7％时，上述效果不充分，当si的含量超过1.5％时，在表面形成与母材的粘附力大的fe2sio4氧化皮，存在降低氧化皮的剥离性的问题。

因此，si的优选含量为0.7～1.5％。

cr(铬)：0.6～1.2％

cr是能够细化珠光体组织且大大提高拉拔加工性的元素。cr作为铁素体稳定化元素，增加共析转变开始温度，当添加cr时，起到提高珠光体形成转变温度，降低贝氏体形成温度的作用。这种现象也类似出现在mo、v等上。并且，当cr的含量增加0.1％时，抗张强度增加40mpa以上。

当cr的含量小于0.6％时，存在难以确保高强度的问题，当cr的含量超过1.2％时，形成粗大的cr碳化物等，因此在拉拔中可能发生断线。

因此，cr的优选含量为0.6～1.2％。

mn(锰)：0.4～0.8％

相比增加强度的作用，mn更是以确保淬透性的目的而添加，从而在客户公司进行热处理时，充分推迟相变点。并且，其容易与钢内的s结合，因此也以脱硫的目的来使用。

当mn的含量小于0.4％时，难以确保充分的淬透性，当mn的含量超过0.8％时，由于中心mn偏析作用过强，存在拉拔中发生断线的问题。

因此，mn的优选含量为0.4～0.8％。

p及s：分别为0.030％以下

p及s为杂质，虽然未特别规定其含量，但是与现有的钢丝相同，从确保延展性的观点上看，其含量分别优选为0.030％以下。

在本发明中，剩余成分为铁(fe)。但是在通常的制造过程中，从原材料或周围环境中不可避免地混入意想不到的杂质，因此无法排除。只要是本领域技术人员均知晓这种杂质，因此在本发明中不会特别地提及其全部内容。

本发明的线材的抗张强度(ts)及中心偏析部与周边部的硬度差(△hv)满足以下关系式1。

[关系式1]△hv×ts≤105000

其中，所述ts的单位为mpa，所述△hv的单位为hv。

所述关系式1是利用拉拔加工前材料的抗张强度(ts)及中心偏析部与周边部的硬度差(△hv)加工钢丝时能够判断其扭转特性的实验式。中心偏析部和周边部的硬度差(△hv)与偏析程度成比，因此可通过所述关系式1，预测根据材料的强度级别允许的偏析程度。

当关系式1的值超过105000时，强度和偏析程度高，因此存在扭转特性差的问题。与此相反，所述关系式1的值越小，扭转特性越优异，因此不特别限定下限。

此时，所述中心偏析部和周边部可定义为如下。下面，参照图3进行说明。

首先，在线材的中心到线材半径的1/2距离的区域内，通过epma分析c的浓度时，除了从渗碳体之外的碳化合物中测量的值以外，将c的浓度最高的一点定为中心点(图3的100)。

以所述中心点为中心，定义半径为由以下关系式2定义的rn的圆(图3的200)。

[关系式2]rn＝0.2×n(mm)

随后，当由半径分别为rn、rn+1的两个圆的圆周包围的区域(图3的300)的c的平均浓度设为cn，由半径分别为rn+1、rn+2的两个圆的圆周包围的区域的c的平均浓度设为cn+1时，将由满足以下关系式3的rn形成的圆的内部定义为中心偏析部，将由rn和rn+10的圆周形成的区域内部定义为周边部。

[关系式3]cn/cn+1≥1.1

此时，所述线材的截面的中心偏析部晶界渗碳体的面积分数可为周边部晶界渗碳体的面积分数的2.5倍以下。

存在于中心偏析部中的晶界渗碳体在材料破坏时成为裂纹的路径，当晶界渗碳体厚时，使裂纹容易传播，因此存在降低材料的扭转特性的问题。并且，在线材状态下较厚的晶界渗碳体在拉拔加工前的热处理中，残留为球化渗碳体，由此使拉拔性及钢丝的扭转特性变差。

在本发明中，使线材及钢丝的偏析部的晶界渗碳体的面积分数为周边部的晶界渗碳体的面积分数的2.5倍以下，从而确保钢丝的扭转特性。

中心偏析减少的线材的制造方法

下面，对本发明另一个方面的中心偏析减少的线材的制造方法进行详细说明。

作为本发明另一个方面的中心偏析减少的线材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：对满足上述合金组成的钢坯进行加热；对所述加热的钢坯进行热轧，从而获得线材；以及收卷所述线材后进行冷却，且所述热轧包括1道次以上的轧制，以使钢坯的中心部温度为1250℃以上，钢坯中心部的变形速度为0.37/s以下，钢坯中心部的变形量为0.3以上。

在对被加热的钢坯进行热轧来获得线材的步骤中，包括1道次以上的轧制，以使钢坯中心部的温度为1250℃以上，钢坯中心部的变形速度为0.37/s以下，钢坯中心部的变形量为0.3以上。其中，将连铸后进行轧制的中间产品统称为钢坯，所述钢坯的中心部意味着中间产品的中心部。

此时，所述变形量可由以下关系式5来定义，所述变形速度可由以下关系式6来定义。

[关系式5]变形量＝-ln(1-ra)

[关系式6]变形速度＝变形量/t

其中，在所述关系式5中，ra是基于各轧制道次的减面率(ra<1)，在所述关系式6中，t是在相应轧制道次中通过轧辊所减面的时间，t的单位为秒(s)。

对钢坯进行热轧时，在钢坯内部，反复出现基于轧制的电势的增加和在高温中的电势的退火。此时，若通过进行一道次以上的轧制使钢坯中心部的温度为1250℃以上，钢坯中心部的变形速度为0.37/s以下，钢坯中心部的变形量为0.3以上时，在钢坯内部伴随有动态再结晶现象，但在所述条件下原子的扩散加快，从而具有缓解偏析的效果。

另外，所述钢坯中心部温度的上限不特别限定，但考虑到经济性及通常的线材轧制的加热条件，其温度可为1300℃以下。并且，所述钢坯中心部的变形速度也不特别地限定，但考虑到因变形速度降低而引起的整体生产性降低，其速度可为0.1/s以上。所述钢坯中心部的变形量也不特别地限定，但由于提出的轧制温度的范围相当于通常线材轧制条件下的前半部分，因此考虑到对整体减面量的影响，其变形量可为0.5。

根据所述合金组成及制造方法制造的线材满足△hv×ts≤105000，且中心偏析减少。

本发明的中心偏析减少的线材的制造方法中，对于其他制造条件不作特别限定。但作为优选一例，所述加热钢坯的步骤可在1200℃以上的温度下加热一个小时以上，所述收卷温度可为800～950℃，所述冷却可以以5～15℃/s的冷却速度冷却至300～500℃。

中心偏析减少的钢丝及其制造方法

本发明的另一个方面的中心偏析减少的钢丝，以重量％计，包含：c：0.9～1.1％、si：0.7～1.5％、cr：0.6～1.2％、mn:0.4～0.8％、余量fe及不可避免的杂质，且其扭转特性为15次以上，具有优异的扭转特性。

此时，所述钢丝的抗张强度可为2000mpa以上。

并且，本发明的另一个方面的中心偏析减少的钢丝的制造方法，包括以下步骤：将通过所述中心偏析减少的线材的制造方法制造的线材加热至980℃以上并保持三分钟以上；将所述加热的线材在焊锡炉中以590℃以上的温度保持一分钟以上；以及将所述线材以总减面量为80％以上的方式进行拉拔获得钢丝。

线材加热步骤

将通过所述中心偏析减少的线材的制造方法来制造的线材加热至980℃以上并保持三分钟以上。这是为了将线材的组织同质化为奥氏体(austenite)。

当加热温度小于980℃或者保持时间小于三分钟时，线材内部的同质化进行不充分，因此部分未溶解，有可能残存渗碳体。

焊锡炉热处理步骤

将所述加热的线材在焊锡炉中以590℃以上的温度保持一分钟以上。这是为了在拉拔之前获得均匀的珠光体组织。

当焊锡炉温度小于590℃或者保持时间小于一分钟时，组织内部会残留未相变的区域，在后续冷却时，会形成如马氏体等低温组织，因此存在材料的扭转特性变差的问题。

拉拔阶段

将所述线材以总减面量为80％以上的方式进行拉拔获得钢丝。当总减面量小于80％时，有可能难以确保高强度。更优选地，可以以总减面量为83％以上的方式进行拉拔。

根据所述制造方法制造的钢丝的扭转特性为15次以上，扭转特性优异，且抗张强度为2000mpa以上，因此可优选适用于桥梁用线缆、pc钢丝、结构物用线缆等材料。

下面，将通过实施例对本发明进行更具体地说明。但是，应留意，下面的实施例只是为了通过举例方式更加详细地说明本发明，并不是为了限定本发明的保护范围。因为本发明的保护范围是由权利要求书中记载的事项和由此合理推导的事项而决定的。

(实施例)

制作具有以下表1中表示的成分组成的钢坯，在1280℃温度加热约两小时后提取，并以以下表1的轧制条件进行热轧，使其具有13mm的直径，从而制造线材。轧制钢坯时，由于前2道次(pass)以后的钢坯中心部的温度小于1250℃，因此轧制条件只表示前2道次的情况。其中，p及s在所有发明例及比较例中分别满足0.030％以下，因此没有另行记载。

并且，热精轧温度为950℃，之后水冷至900℃，然后收卷为环(ring)形状，在辊筒输送机上以8℃/s的冷却速度送风冷却至450℃。

测量所述线材的抗张强度(ts)、偏析部与周边部的硬度差(△hv)、其是否满足关系式1以及偏析部与周边部的晶界渗碳体的面积分数比，并表示在以下表2中，。

并且，以拉拔前热处理工艺条件，将所述线材在高温加热炉以1000℃的温度保持四分钟，在焊锡炉中以600℃的温度保持两分钟，以总减面量为85％的条件进行拉拔并制造钢丝。测量所述钢丝的抗张强度及扭转次数，并表示在以下表2中。

扭转次数以100d(d为钢丝的直径)为基准进行扭转实验，测量不发生分层的最大扭转次数。

【表1】

【表2】

可确认发明材料1～8满足本发明所控制的条件，其强度及扭转特性优异。

比较材料1是c、mn及cr的含量低于本发明所控制的合金组成范围，轧制条件中不满足中心部的温度的情况。并且，关系式1、偏析部与周边部的晶界渗碳体的面积分数比没有满足本发明的范围。

由比较材料1制造的钢丝，其扭转次数为15次，比较良好，但这是由于比本发明的合金组成低的合金含量确保了扭转次数。但是，由于合金含量低，可确认线材及钢丝的抗张强度差。

比较材料2～9是满足本发明所控制的合金组成，但是不满足轧制条件中的一个以上的条件的情况。由此可知，也没有满足关系式1、偏析部与周边部的晶界渗碳体的面积分数比的条件，并且扭转次数也差。

比较材料10是c、mn及cr的含量高于本发明所控制的合金组成范围，但满足所有轧制条件的情况。由此可知，其虽满足关系式1、偏析部与周边部的晶界渗碳体的面积分数比的条件，但由于合金含量高，延展性下降，扭转特性差。

比较以发明材料2的中心偏析部为中心通过epma分析的偏析分布的图1和以比较材料3的中心偏析部为中心通过epma分析的偏析分布的图2，可确认其中心偏析差异较大。

虽然以上参照实施例进行了说明，但是，本发明所属技术领域的普通技术人员应理解，在不脱离权利要求书所记载的本发明的思想及领域的范围内，可以对本发明进行多种修改和变更。