热处理钢材以及钢材的热处理方法与流程

本发明涉及热处理钢材以及钢材的热处理方法。

背景技术：

1、钢线以及将多根钢线捻合而成的钢缆由在制铁厂商中通过热轧制成的被称为盘条的钢材、具体而言由硬钢线材(jis g 3506)、钢琴线材(jis g 3502)等制成。在该制铁厂商中制成的硬钢线材、钢琴线材等盘条的长度方向的拉伸强度的偏差通常较大，为了制造使长度方向的品质稳定的高品质的钢线、钢缆等而对盘条进行热处理。由制铁厂商制作的盘条的最小直径通常为约5.5mm。在制造更细的钢线的情况下，对热处理后的盘条进行拉丝加工。若试图通过一次拉丝加工而使盘条的直径急剧地减径，则有时韧性劣化，为了避免这种情况，有时也交替地进行多次热处理和拉丝加工。

2、为了品质稳定而对盘条和拉丝加工材料进行的热处理一般被称为“韧化(patenting)”。在韧化中，将韧化前的盘条及拉丝加工材料(热处理前钢材)加热至给定温度，然后使热处理前钢材通过加热至比加热温度低的给定温度的介质(例如熔融铅)而进行冷却。通过经过韧化，能够制作长度方向的拉伸强度偏差小且具有适度韧性的热处理钢材(钢线)。热处理钢材例如有时在镀覆后进行编网而用作金属网或蛇形篮，也有时对热处理钢材进行拉丝加工。拉丝加工后的热处理钢材有时直接出货，也有时在镀敷处理、包覆处理后出货。也可以将多根拉丝加工后的热处理钢材捻合来制造钢缆，或者进一步进行镀黄铜来制造钢帘线。总之，韧化是在高品质的钢线、钢缆、钢帘线等的制造工序中非常重要的工序。

3、为了抑制拉丝加工时的断线等故障，拉伸强度和韧性的兼顾是不可缺少的。因此，热处理钢材(拉丝加工前的状态，通常为拉丝加工的对象的钢材)优选铁素体和渗碳体(fe(铁)和c(碳)的金属间化合物)以层状交替排列的被称为珠光体的组织的钢材。珠光体是如上所述通过加热钢材而得到晶体结构从体心立方相变为面心立方的(奥氏体化)的钢材，并将其骤冷而出现的(例如参照专利文献1)。

4、若用于得到奥氏体化的钢材的加热不充分，则渗碳体在加热中不固溶，其结果是，热处理钢材的拉伸强度降低，拉丝加工后的钢材的韧性劣化。例如，若进行热处理的钢材的厚度(直径)大，则钢材的表面(表层)部的加热充分，但在中心(中心层)部产生加热不足的可能性。通常，为了避免加热不足(使奥氏体化完全进行)(不残留未溶解碳化物，渗碳体的碳在奥氏体内均匀地扩散)，对钢材进行预计了余量的长时间的加热处理，但如此一来，特别是表面部的晶粒(奥氏体晶粒)有时会生长，若晶粒直径大，则金属组织变粗糙，韧性变小。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：日本专利第3599551号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、本发明的目的在于提供拉伸强度和韧性这两者均优异的热处理钢材。

3、本发明的目的还在于抑制冷却介质槽的保温时的放射热，实现燃料费的成本降低。

4、本发明的目的还在于能够由同一组成(同一钢种)得到与以往相比在高强度侧具有更宽范围的拉伸强度的热处理钢材。

5、本发明的目的还在于无需为了高强度化而在热处理钢材中添加高价的合金元素，就能够得到与添加了合金元素的热处理钢材同等的拉伸强度。

6、用于解决课题的技术方案

7、如上所述，兼顾拉伸强度和韧性的热处理钢材迄今为止优选铁素体和渗碳体以层状交替排列的珠光体的钢材，而根据发明人的试验和研究，能够得到如下见解：即使不具有铁素体和渗碳体以层状交替排列的珠光体(即使是这样的珠光体少的金属组织)，也能够提供兼顾拉伸强度和韧性的热处理钢材。

8、还确认了通过本发明提供的热处理钢材具有与以往的热处理钢材不同的多种特性。如以下说明的那样，根据(1)晶粒直径、(2)晶粒数、(3)gos(grain orientationspread)值、(4)截面、(5)断面收缩率、(6)s-s曲线，能够规定本发明的热处理钢材。

9、(1)着眼于晶粒直径，由第一观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有c：0.38～1.05％、mn：0.0～1.0％、cr：0.0～0.50％以及si：0.0～1.5％且余量为fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，晶界设定角度15°下的平均晶粒直径为10×c+7(μm)以下(c为碳含量(％))。

10、同样地，着眼于(1)晶粒直径，由第一观点的发明提供的热处理钢材进一步地，(晶界设定角度15°下的表面部的平均晶粒直径)/(晶界设定角度15°下的中心部的平均晶粒直径)为0.70以上且1.10以下。

11、(2)着眼于晶粒数，由第二观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有c：0.38～1.05％、mn：0.0～1.0％、cr：0.0～0.50％以及si：0.0～1.5％且余量为为fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，(晶界设定角度5°下的晶粒数)/(晶界设定角度15°下的晶粒数)的值为5.4×c-0.95以下，或者(晶界设定角度2°下的晶粒数)/(晶界设定角度15°下的晶粒数)的值为9.8×c-1.9以下(c为碳含量(％))。

12、(3)着眼于gos值，由第三观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有c：0.38～1.05％、mn：0.0～1.0％、cr：0.0～0.50％以及si：0.0～1.5％且余量为fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，晶界设定角度15°下的gos值平均为11×(c-0.42)+5.3以下(c为碳含量(％))。

13、同样地，着眼于(3)gos值，由第四观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有c：0.38～1.05％、mn：0.0～1.0％、cr：0.0～0.50％以及si：0.0～1.5％且余量为fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，晶界设定角度15°下的gos值0°～10°的范围的累积频数为-0.1c3-1.3c2+1.1c+0.7以上(c为碳含量(％))。

14、本发明提供的热处理钢材有时包含与以往已知的珠光体组织及贝氏体组织中所含的渗碳体(fe3c)不同的铁碳化物(fe2～2.5c、fe2～3c等)。另外，本发明提供的热处理钢材中所含的铁碳化物(实施例中称为“特殊渗碳体”)具有与以往已知的珠光体组织及贝氏体组织中所含的渗碳体不同的形状、即分支、弯折或弯曲的部分多这样的特征。

15、(4)着眼于截面，由第五观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有c：0.38～1.05％、mn：0.0～1.0％、cr：0.0～0.50％及si：0.0～1.5％且余量为fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，在通过反射电子像(bse)观察组织时，在铁氧体与铁碳化物的层状组织中，分支、弯折或弯曲的铁碳化物的面积比在视野中包含9％以上。在bse图像中分支、弯折或弯曲的铁碳化物也能够看到斑驳图样。

16、同样地，着眼于(4)截面，由第六观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有c：0.38～1.05％、mn：0.0～1.0％、cr：0.0～0.50％及si：0.0～1.5％且余量为fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，在通过电子扫描显微镜(sem)观察组织时，在包含铁氧体和铁碳化物的层状组织中，在上述铁碳化物的表面观察到球状的凸部。

17、进而，着眼于(4)截面，由第七观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有c：0.38～1.05％、mn：0.0～1.0％、cr：0.0～0.50％及si：0.0～1.5％且余量为fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，在通过电子扫描显微镜(sem)观察组织时，在铁氧体与铁碳化物的层状组织中，在上述铁碳化物的表面有凹凸，生成了立体地成为梳状、网眼状的棒状或板状的相对各向同性的铁碳化物。

18、(5)着眼于断面收缩率，由第八观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有c：0.38～1.05％、mn：0.0～1.0％、cr：0.0～0.50％及si：0.0～1.5％且余量为fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，在将拉伸强度设为ts(mpa)时，断面收缩率为-0.000064ts2+0.09ts+46(％)以上。

19、进而，着眼于(6)s-s曲线，由第九观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有c：0.38～1.05％、mn：0.0～1.0％、cr：0.0～0.50％及si：0.0～1.5％且余量为fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，从在s-s曲线中求出的0.4％屈服强度减去在上述s-s曲线中求出的0.2％屈服强度而得到的屈服强度差为45×c-3(mpa)以下(c为碳含量(％))。

20、根据本发明，能够提供拉伸强度高且韧性也优异的热处理钢材。

21、本发明的钢材的热处理方法包括：准备以质量％计含有c：0.38～1.05％、mn：0.0～1.0％、cr：0.0～0.50％及si：0.0～1.5％且余量为fe及不可避免的杂质钢材的工序；通过使上述钢材自身发热而直接加热上述钢材的工序；以及通过使上述加热后的钢材通过储存有能够进行等温相变的冷却介质的浴槽来冷却上述钢材的工序，在上述加热工序中加热最终阶段的温度梯度最大，在上述加热工序的加热最终阶段中上述钢材刚达到给定加热最高温度后，使上述加热后的钢材进入上述冷却介质，由此不保持上述给定加热最高温度而开始冷却。加热工序考虑使用通电或高频等的加热。能够将熔融铅等熔融金属以及其他冷却介质用于钢材的冷却。

22、本发明的钢材的热处理方法也可以如下规定。即，其他观点的本发明的钢材的热处理方法将以质量％计含有c：0.38～1.05％、mn：0.0～1.0％、cr：0.0～0.50％及si：0.0～1.5％且余量为fe及不可避免的杂质的钢材在数秒内从常温加热至800℃以上，不保持加热最高温度而将加热后的钢材在数秒内冷却至620℃以下。

23、发明效果

24、通过经过该热处理方法，能够制造拉伸强度高且韧性也优异的上述热处理钢材。