專利名稱：冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲、鋼棒或高強(qiáng)度成形制品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲、鋼棒或者利用了這些特性的螺釘和螺栓等高強(qiáng)度成形制品，還涉及這些鋼絲或棒鋼和高強(qiáng)度成形制品的制造方法。
背景技術(shù)：
過(guò)去，利用冷鐓、滾軋和/或切削加工等冷加工來(lái)成形鋼絲或棒鋼從而制造螺釘和螺栓及其它高強(qiáng)度的機(jī)械結(jié)構(gòu)用部件，其中，通過(guò)冷加工將由熱加工制造的鋼線材加工成所希望絲直徑的鋼絲，通過(guò)在700℃的溫度將得到的鋼絲加熱從十幾小時(shí)到一晝夜左右的長(zhǎng)時(shí)間，使金屬組織中的滲碳體球化，實(shí)施所謂的球化退火處理，在使材料軟化從而提高冷鐓等的冷加工性能后，成形加工成各種用途的制品形狀。但是，這樣加工的成形制品由于通過(guò)上述軟化處理不能達(dá)到作為最終制品的必要的強(qiáng)度，必須對(duì)其實(shí)施淬火和回火等調(diào)質(zhì)處理。
而且，之后，實(shí)施適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚鳛橹破氛Ｑb運(yùn)。這樣，在過(guò)去的高強(qiáng)度機(jī)械結(jié)構(gòu)用部件等的制造方法中，由于事先對(duì)原材料的軟化處理和對(duì)冷加工后成形制品的調(diào)質(zhì)處理，需要的時(shí)間長(zhǎng)同時(shí)很復(fù)雜，熱能損失大，且生產(chǎn)性低，還存在熱處理費(fèi)用增加及交付時(shí)間管理等方面的問(wèn)題。
作為能解決這種問(wèn)題的方案，為了提高由熱加工制造的鋼線材的冷鐓性，提出了不進(jìn)行通常進(jìn)行的對(duì)鋼線材的球化退火而制造冷加工性能優(yōu)異的冷鐓用鋼的方法(例如，專利文獻(xiàn)1)。該方法在比滲碳體生成溫度更高的溫度，使鋼中的C作為Fe3C以外的碳化物生成，由此實(shí)質(zhì)上減少鋼中固溶C量，不僅抑制阻礙變形阻力、變形能的滲碳體的生成，還抑制珠光體的生成；另一方面使首先析出的鐵素體量大幅增加，從而大幅提高冷加工性能。
但是，按照該方法，雖然省略了球化退火處理，但得到的鋼絲的拉伸強(qiáng)度僅達(dá)到500MPa。因此，作為冷鐓得到的成形制品，在要求高強(qiáng)度時(shí)，必須進(jìn)行淬火和回火等調(diào)質(zhì)處理。而且，為了使鋼中的C作為Fe3C以外的碳化物生成，需要添加比較昂貴的合金元素V等，還留下帶來(lái)成本上升的問(wèn)題。
而且，也提出了在進(jìn)行包含冷鐓的成形制成制品形狀后不需要實(shí)施淬火和回火等調(diào)質(zhì)處理的方法(例如，專利文獻(xiàn)2)。在該方法中，在過(guò)去制造的鋼線材內(nèi)選擇這樣的材料作為使用的原材料，即，金屬組織具有淬火和回火組織，屈服強(qiáng)度和加工硬化指數(shù)的乘積滿足特定的條件范圍，在規(guī)定的壓縮試驗(yàn)中不發(fā)生裂紋。但是，在該方法中，對(duì)用于冷鐓為六角螺栓等的原材料的鋼絲，雖然不需要實(shí)施需要長(zhǎng)時(shí)間的球化退火處理，但對(duì)于進(jìn)行冷鐓之前的鋼絲必須實(shí)施淬火和回火處理。
在這種情況下，本申請(qǐng)的發(fā)明者，通過(guò)解決上述問(wèn)題，開發(fā)了既能省略過(guò)去在冷加工前進(jìn)行球化退火等軟化處理同時(shí)也能省略在冷加工后進(jìn)行的調(diào)質(zhì)處理的技術(shù)，從而以此提出了新的發(fā)明(專利文獻(xiàn)3)。
在該發(fā)明中，為了在350-800℃軋制溫度范圍內(nèi)對(duì)C含量低于0.45質(zhì)量％的鋼錠或鋼材引入所要求的規(guī)定應(yīng)變，要進(jìn)行高溫孔型(カリパ-)軋制。
由此，可以制造以垂直于軋制方向的斷面的平均粒徑1-2μm以下的鐵素體組織為主相的鋼，而不用實(shí)施淬火或者淬火和回火處理，可以制造作為機(jī)械性能的斷面收縮在70％以上且拉伸強(qiáng)度為800MPa以上的冷鐓性優(yōu)異的鋼。而且，如果使用這種鋼，通過(guò)包含冷鐓的冷加工，能夠制造強(qiáng)度優(yōu)異的螺釘和螺栓等成形制品。根據(jù)該發(fā)明技術(shù)，本申請(qǐng)的發(fā)明者，就在確保由該技術(shù)得到的鋼的所具有的優(yōu)異特性和效果的同時(shí)，使冷加工性能保持在高水平，進(jìn)一步對(duì)使強(qiáng)度更進(jìn)一步提高的方法進(jìn)行了研究。此時(shí)，關(guān)于要制造的鋼的機(jī)械特性，在其目標(biāo)值的提出發(fā)明(專利文獻(xiàn)3)中設(shè)定如下作為目標(biāo)的拉伸強(qiáng)度TS要超過(guò)600MPa以上(希望在800MPa以上)的水平，希望要大幅超過(guò)這些值，并且，在相同的上述專利文獻(xiàn)中，作為目標(biāo)的斷面收縮RA要能保持65％以上(希望70％以上)的水平，希望要超過(guò)這些值。并且，具體地，其目標(biāo)為要得到具有以下數(shù)值的鋼絲或棒鋼第1種TS≥700MPa，且RA≥65％，其中更希望RA高達(dá)70％以上，第2種TS≥1000MPa，且RA≥70％，第3種TS≥1500MPa，且RA≥60％。
這樣，如果是在高水平拉伸強(qiáng)度TS下且具有高水平的用拉伸強(qiáng)度和斷面收縮RA代表的強(qiáng)度-延展性平衡的鋼絲或棒鋼，除螺釘和螺栓等連接部件以外，即使對(duì)于象軸類這些過(guò)去主要通過(guò)切削加工進(jìn)行成形加工的部件的制造，通過(guò)冷鐓成形也變得容易，可以大幅度提高由鋼絲或棒鋼構(gòu)成的高強(qiáng)度軸類的成形加工有效率(過(guò)去水平較低為60-65％)。
并且，在發(fā)明者研究的過(guò)程中，目的在于能否制造比過(guò)去更高一級(jí)的高強(qiáng)度且冷加工性能優(yōu)異的鋼絲或棒鋼以及能制造高強(qiáng)度成形制品，通過(guò)以化學(xué)成分組成實(shí)質(zhì)上為無(wú)滲碳體的成分體系的鋼為原材料，對(duì)其使用上述提出發(fā)明的技術(shù)，進(jìn)一步以其作為坯料(鋼線材)，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦浼庸?，?shí)現(xiàn)了上述目的。但是，為了使其實(shí)際可行，作為化學(xué)成分組成，熔融制造鋼使其標(biāo)準(zhǔn)組織中實(shí)質(zhì)上不生成滲碳體的鋼是必要的。例如，需要用于制造電磁鋼板用高純度純鐵或使C含量降低更多的鋼的精煉工序。為此，作為制鋼工序中的精煉爐，即使使用轉(zhuǎn)爐或電爐中的任一種，對(duì)于從這些精煉爐出鋼得到的鋼水，在適當(dāng)?shù)恼婵站珶挔t中通過(guò)真空精煉促進(jìn)了進(jìn)一步的脫碳反應(yīng)，由此，在精煉成極低碳鋼的同時(shí)，即使在連續(xù)鑄造等的鑄造工序中，還需要通過(guò)防止鋼水再氧化確保鋼的潔凈性的方法。
專利文獻(xiàn)1日本專利公開公報(bào)2000-273580號(hào)專利文獻(xiàn)2日本專利公開公報(bào)2003-113422號(hào)專利文獻(xiàn)3日本專利申請(qǐng)2003-435980號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
作為前述問(wèn)題的解決方案，在第1方面，本申請(qǐng)發(fā)明提供了冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，具有在垂直于鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下且無(wú)滲碳體的鐵素體組織。
在第2方面，提供了冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，C含量為在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限以下，具有在垂直鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
在第3方面，提供了冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，C含量在0.010質(zhì)量％以下，具有在垂直鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
在第4方面，提供了高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，具有在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中平均粒徑為500nm以下且無(wú)滲碳體的鐵素體組織。
在第5方面，提供了高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，C含量為在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限以下，具有在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
在第6方面，提供了高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，C含量在0.010質(zhì)量％以下，具有在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
在第7方面，提供了冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％，主相為在垂直鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織，具有拉伸強(qiáng)度為700MPa以上且斷面收縮為65％以上的機(jī)械性能。
在第8方面，提供了冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％，主相為在垂直鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織，具有拉伸強(qiáng)度為1500MPa以上且斷面收縮為60％以上的機(jī)械性能。
在第9方面，提供了冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％，主相為在垂直鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織，硬度為維氏硬度HV285以上。
在第10方面，提供了高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％，主相為在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織，且在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中硬度為維氏硬度HV285以上。
在第11方面，提供了高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％，具有在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織，且拉伸強(qiáng)度TS為900MPa以上.
在第12方面，提供了卷狀鋼線材或鋼絲，其特征在于，在被軋制材料的C斷面的90％以上面積區(qū)域中，使平均結(jié)晶粒徑細(xì)粒化為1.0μm以下。
在第13方面，提供了冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)具有無(wú)滲碳體的鐵素體組織的鋼錠、鑄坯、鋼坯或鋼材半成品實(shí)施熱加工，調(diào)制在垂直縱向的斷面中平均粒徑為3μm以下的材料，然后通過(guò)實(shí)施冷加工，形成在垂直縱向的斷面中平均結(jié)晶粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
在第14方面，提供了冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)C含量為在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限以下的鋼錠、鑄坯、鋼坯或鋼材半成品實(shí)施熱加工，調(diào)制在垂直縱向的斷面中平均結(jié)晶粒徑為3μm以下的材料，然后通過(guò)實(shí)施冷加工，形成在垂直縱向的斷面中平均結(jié)晶粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
在第15方面，提供了高強(qiáng)度成形制品的制造方法，其特征在于，使用由前述13和14的制造方法制造的冷加工性能優(yōu)異的強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，通過(guò)冷鐓、冷鍛和/或切削加工進(jìn)行制造。
在第16方面，提供了冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)C含量超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％的鋼錠、鑄坯、鋼坯或鋼材半成品實(shí)施熱加工，調(diào)制在垂直縱向的斷面中平均結(jié)晶粒徑為3um以下的材料，然后通過(guò)實(shí)施冷加工，形成在垂直縱向的斷面中平均結(jié)晶粒徑為500nm以下的鐵素體主相組織。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1例示軋制條件參數(shù)Z和鐵素體平均粒徑的關(guān)系。
圖2示出了菱形、正方形和橢圓形孔型軋輥的孔型尺寸部位。
圖3是在制造本申請(qǐng)發(fā)明鋼的中間工序中，熱軋加工后的鋼(鋼線材)的L向斷面的鐵素體組織SEM照片的例子(實(shí)施例3)。
圖4示出了當(dāng)變換成工業(yè)的應(yīng)變e表示冷加工率時(shí)，隨著冷加工率的增加，拉伸強(qiáng)度TS上升的狀態(tài)，同時(shí)，示出了此時(shí)實(shí)施例和比較例之間的差異。
圖5示出了當(dāng)變換成工業(yè)的應(yīng)變e表示冷加工率時(shí)，隨著冷加工率的增加，斷面收縮RA下降的狀態(tài)，同時(shí)，示出了此時(shí)實(shí)施例和比較例之間的差異。
圖6就實(shí)施列和比較例中拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA的水平值的定量化以及該拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA的平衡狀態(tài)進(jìn)行了比較。
圖7比較了實(shí)施例和比較例中相對(duì)于鋼絲的C含量的拉伸強(qiáng)度TS的水平。
圖8比較了實(shí)施例和比較例中相對(duì)于鋼絲的C含量的斷面收縮RA的水平。
圖9是顯示放置M1.6盆頭小螺釘扭轉(zhuǎn)滯后破壞試樣的狀態(tài)的照片。
圖10示出了當(dāng)變換成工業(yè)的應(yīng)變e表示冷加工率時(shí)，隨著冷加工率的增加，拉伸強(qiáng)度TS上升的狀態(tài)，同時(shí)，示出了此時(shí)實(shí)施例和比較例之間的差異。
圖11示出了當(dāng)變換成工業(yè)的應(yīng)變e表示冷加工率時(shí)，隨著冷加工率的增加，斷面收縮RA下降的狀態(tài)，同時(shí)，示出了此時(shí)實(shí)施例和比較例之間的差異。
圖12就實(shí)施列和比較例中拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA的水平值的定量化，以及該拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA的平衡狀態(tài)進(jìn)行了比較。
圖13是由本申請(qǐng)發(fā)明的制造方法得到的冷加工后的鋼(鋼絲)的L方向斷面的鐵素體組織TEM照片的例子(實(shí)施例2)。
圖14比較了實(shí)施例和比較例中相對(duì)于鋼絲的C含量的拉伸強(qiáng)度TS的水平。
圖15比較了實(shí)施例和比較例中相對(duì)于鋼絲的C含量的斷面收縮RA的水平。
優(yōu)選實(shí)施方式本申請(qǐng)發(fā)明具有如上述構(gòu)成的特點(diǎn)。下面說(shuō)明本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式及實(shí)施方式中狀態(tài)的限定理由。
金屬結(jié)晶組織的主相是鐵素體且C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％的碳鋼乃至低合金鋼，以及金屬結(jié)晶組織的主相實(shí)質(zhì)上無(wú)滲碳體、C含量為在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限以下、C含量為0.010質(zhì)量％以下的碳鋼乃至低合金鋼。
(1)化學(xué)成分組成的規(guī)定和結(jié)晶組織本申請(qǐng)發(fā)明的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼以及高強(qiáng)度成形制品的化學(xué)成分組成的第1特征是，金屬結(jié)晶組織的主相是鐵素體且C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％的碳鋼乃至低合金鋼，本發(fā)明申請(qǐng)的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼以及高強(qiáng)度成形制品的化學(xué)成分組成的第2特征是，冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼以及高強(qiáng)度成形制品的化學(xué)成分組成適用于碳鋼乃至低合金鋼，其中金屬結(jié)晶組織的主相實(shí)質(zhì)上無(wú)滲碳體且C含量為在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限以下或C含量為0.010質(zhì)量％以下。此處，在成分設(shè)計(jì)時(shí)，如何限定C含量適宜如下進(jìn)行，當(dāng)給出其它成分元素含量時(shí)，參照在本申請(qǐng)發(fā)明的說(shuō)明書中記載的C含量和拉伸強(qiáng)度TS的關(guān)系(例如，圖7，圖8)，以滿足要制造的對(duì)象用途所希望的機(jī)械性能等。
另外，也可以將超過(guò)上述C含量的下限值0.01質(zhì)量％作為超過(guò)在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限。
這樣設(shè)定C含量的固溶極限是因?yàn)椋词乖诤型ㄟ^(guò)用元素M(如Cr和Mo)置換Fe3C的Fe元素的一部分來(lái)生成Fe(3-x)MxC的金屬元素時(shí)，在由低合金鋼構(gòu)成的鋼絲或棒鋼中含有的合金元素的含量接近于碳鋼成分體系中Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳的固溶極限。
另外，Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限能用例如公知的計(jì)算軟件《Thermo-calc》推算(《Thermo-calc》是在平衡狀態(tài)下的計(jì)算，但由于實(shí)際制造時(shí)的冷卻條件不是平衡狀態(tài)，不能說(shuō)能完全推定)。進(jìn)一步，金屬組織要以鐵素體為主相。說(shuō)起來(lái)，作為本申請(qǐng)發(fā)明的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法的構(gòu)成要素之一，如果按照發(fā)明者前述的提出的發(fā)明，由熱軋制備的平均粒徑3μm以下的鋼線材的結(jié)晶組織應(yīng)當(dāng)是以鐵素體為主相的鋼。
另一方面，在限定上述化學(xué)成分組成時(shí)，為了提高材料的強(qiáng)度，在本申請(qǐng)發(fā)明中不必要依賴于合金元素的添加。因此，不必須添加促進(jìn)淬火性提高的元素，例如Cr和Mo及其它同類元素，以及固溶強(qiáng)化元素Cu和Ni及其它同類元素。不僅如此，從制造成本降低上來(lái)說(shuō)，也希望不添加上述合金元素。
而且，為了更確實(shí)地抑制材料中滲碳體的生成，以及為了不產(chǎn)生由多量添加合金元素所造成的制造成本上升，進(jìn)一步希望將Si含量限定為1.0質(zhì)量％以下，且將Mn含量限定為2.0質(zhì)量％以下。另外，關(guān)于以上本申請(qǐng)發(fā)明的化學(xué)成分組成的規(guī)定，無(wú)論是在鋼絲或棒鋼、以螺釘和螺栓等代表的成形制品、以及鋼錠及鋼坯等任一種中，作為C、Si、Mn、Cr和Ni等以外的成分元素，對(duì)于作為脫氧劑的A1等、作為彌散析出強(qiáng)化元素的Ti、Nb和V等有價(jià)元素、以及通常作為有害雜質(zhì)的對(duì)待的P、S和N等，雖然沒有規(guī)定這些成分的含量，但對(duì)于脫氧元素，應(yīng)當(dāng)確保在已有的精煉、鑄造技術(shù)中必須水平的含量，對(duì)于通常作為雜質(zhì)對(duì)待的元素，應(yīng)當(dāng)限定為不可避免的混入含量，特別是不要限定為超低含量，對(duì)于其它有價(jià)元素，雖然沒有特別限定含量，但不一定含有。這是因?yàn)楸旧暾?qǐng)發(fā)明充分解決了其技術(shù)問(wèn)題。
特別地，在本申請(qǐng)發(fā)明中，重要的特征還在于通過(guò)淬火處理不引起馬氏體相變的化學(xué)成分組成。其理由是，如果滿足本申請(qǐng)發(fā)明制造方法的構(gòu)成要素，能得到作為目標(biāo)的拉伸強(qiáng)度為800MPa以上，希望為900MPa以上，更希望為1200MPa以上，并且更希望為1500MPa以上，且能得到與這些拉伸強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的斷面收縮RA也保持在高水平的鋼。
這樣，能得到在高強(qiáng)度且高延展性兩方面的平衡優(yōu)異的機(jī)械性能，這主要依賴于實(shí)質(zhì)上沒有生成硬質(zhì)滲碳體，而硬質(zhì)滲碳體是冷加工性變差的主要原因。
另外，在本申請(qǐng)發(fā)明的鋼絲和棒鋼或成形制品中，作為一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，判斷是否是實(shí)質(zhì)上無(wú)滲碳體不一定容易。因此，可以通過(guò)日常操作中實(shí)際的C含量的定量分析值進(jìn)行推定。由此，在本申請(qǐng)發(fā)明中，根據(jù)金相學(xué)的判斷，規(guī)定C含量為在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限以下。進(jìn)一步，在通常的低合金鋼成分體系中，認(rèn)為不生成滲碳體的C含量范圍規(guī)定為0.010質(zhì)量％以下。
以上，由于在Ae1點(diǎn)的鐵素體相中的固溶C濃度(質(zhì)量％)以下，實(shí)際上形成了無(wú)滲碳體組織。無(wú)論在碳鋼還是低合金鋼中，得到這種實(shí)際上無(wú)滲碳體的C濃度(質(zhì)量％)能用例如公知的計(jì)算軟件《Thermo-calc》推定(《Thermo-calc》是在平衡狀態(tài)計(jì)算，但由于實(shí)際制造時(shí)的冷卻條件不是平衡狀態(tài)，所以不能說(shuō)完全推定)。這樣，在本申請(qǐng)發(fā)明中，在具有無(wú)滲碳體的鐵素體組織的鋼材中，使具有如上所述的高強(qiáng)度且冷加工性能也優(yōu)異的材料(強(qiáng)度和加工性平衡優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼)的設(shè)計(jì)成為可能。過(guò)去，沒有發(fā)現(xiàn)由這種成分設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的例子。
另一方面，為了更確實(shí)地抑制材料中滲碳體的生成，而且，為了不產(chǎn)生由多量添加合金元素所造成的制造成本上升，進(jìn)一步希望將Si含量限定為1.0質(zhì)量％以下，且將Mn含量限定為2.0質(zhì)量％以下。
在本申請(qǐng)發(fā)明中，作為得到如上所述高強(qiáng)度特性的基本原理，強(qiáng)調(diào)的是無(wú)滲碳體鋼。因此，即使在規(guī)定上述化學(xué)成分組成時(shí)，也不必依賴于合金元素的添加。因此，不必特意添加促進(jìn)淬火性提高的元素，例如Cr和Mo及其它同類元素，以及固溶強(qiáng)化元素Cu和Ni及其它同類元素。不僅如此，從制造成本降低上來(lái)說(shuō)，也希望不添加上述合金元素。從而，對(duì)于上述元素中任一種，不希望是鋼的精煉、熔制工序中不可避免混入量以上的含量。
進(jìn)一步，雖然本申請(qǐng)發(fā)明沒有特別規(guī)定，也不必添加對(duì)析出強(qiáng)化有效的元素Ti和Nb及其它合金元素。按照本申請(qǐng)發(fā)明的無(wú)滲碳體的成分體系，既能確保足夠的拉伸強(qiáng)度，又在制造成本降低方面有效。
如上所述，本申請(qǐng)發(fā)明鋼(鋼絲或棒鋼及成形制品)的C含量設(shè)計(jì)成基本上無(wú)滲碳體。從而，該鋼的標(biāo)準(zhǔn)組織總是鐵素體組織。
另外，關(guān)于以上化學(xué)成分組成的規(guī)定，無(wú)論是在鋼絲或棒鋼、以螺釘和螺栓等代表的成形制品、以及鋼錠及鋼坯等任一種中，作為C、Si、Mn、Cr和Ni等以外的成分元素，對(duì)于作為脫氧劑的Al等、作為彌散析出強(qiáng)化元素的Ti、Nb和V等有價(jià)元素、以及通常作為有害雜質(zhì)的對(duì)待的P、S和N等，雖然沒有規(guī)定這些成分的含量，但對(duì)于脫氧元素，應(yīng)當(dāng)確保在已有的精煉、鑄造技術(shù)中必須水平的含量，對(duì)于作為通常雜質(zhì)對(duì)待的元素，應(yīng)當(dāng)限定為不可避免的混入含量，特別是不要限定為超低含量，對(duì)于其它有價(jià)元素，雖然沒有特別限定含量，但不一定含有。因此，本申請(qǐng)發(fā)明充分解決了其技術(shù)問(wèn)題。
(2)鐵素體的平均粒徑、以及拉伸強(qiáng)度TS、斷面收縮RA的規(guī)定無(wú)論在本申請(qǐng)發(fā)明的鋼絲或棒鋼、以螺釘和螺栓等代表的成形制品的任一種中，都規(guī)定了本申請(qǐng)發(fā)明中的鐵素體的平均粒徑。具體地說(shuō)，在垂直縱向的斷面(C方向斷面)中，規(guī)定為500nm以下。之所以這樣規(guī)定鐵素體的平均粒徑，是為了確保該鋼絲或棒鋼以及成形制品的強(qiáng)度在所希望的水平以上。即，這是為了在鋼絲或棒鋼中得到拉伸強(qiáng)度至少要為700MPa以上，根據(jù)用途拉伸強(qiáng)度TS為1000MPa以上，更希望為1500MPa以上的優(yōu)異特性，并且是為了確保與這些拉伸強(qiáng)度TS對(duì)應(yīng)的延展性，得到斷面收縮RA也保持在高水平的拉伸強(qiáng)度和斷面收縮良好平衡的鋼。在此，該拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA的平衡是指如前所述且如下面示出的平衡第1種TS≥700MPa，且RA≥65％，更希望斷面收縮RA水平進(jìn)一步提高時(shí)，TS≥700MPa，且RA≥70％，第2種TS≥1000MPa，且RA≥70％，第3種TS≥1500MPa，且RA≥60％。
通過(guò)使這種拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA的各水平的組合，能夠根據(jù)用途將鋼絲或棒鋼提供給所需目的。
之所以這樣規(guī)定的原因是，在成形制品的加工時(shí)，加工合格效率升高且可以提供過(guò)去沒有實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量水平的成形制品。而且，對(duì)于象軸類這種過(guò)去由鋼絲或棒鋼切削加工制造的制品，通過(guò)按照用途適當(dāng)?shù)毓┙o本申請(qǐng)發(fā)明的高強(qiáng)度且延展性優(yōu)異的鋼絲或棒鋼，能大幅度提高加工效率。
進(jìn)一步，如果使上述鐵素體的平均粒徑細(xì)微到200nm以下，可以更進(jìn)一步高度容易和穩(wěn)定地得到本申請(qǐng)發(fā)明鋼的上述拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA的組合。另外，在以螺釘和螺栓等代表的成形制品中，可以認(rèn)為任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面的平均粒徑和線材或棒鋼中C方向斷面的平均粒徑大致相同。
按照本申請(qǐng)發(fā)明的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼的制造方法，在低碳鋼乃至極低碳鋼中，可以設(shè)計(jì)具有上述高強(qiáng)度且加工性優(yōu)異的材料(在強(qiáng)度和加工性平衡方面優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼)，而過(guò)去沒有發(fā)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)的例子?；谶@種材料設(shè)計(jì)，進(jìn)一步，可以預(yù)期在強(qiáng)度和加工性平衡方面優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼的新的開發(fā)。
(3)硬度的規(guī)定在本申請(qǐng)發(fā)明的鋼絲或棒鋼中，規(guī)定了用硬度代替拉伸強(qiáng)度TS作為強(qiáng)度特性表示。希望硬度為維氏硬度HV285以上。若維氏硬度HV在285以上時(shí)，這可以確保拉伸強(qiáng)度大致為900MPa。另一方面，在本申請(qǐng)發(fā)明的以螺釘和螺栓等代表的成形制品中，由于其形狀的緣故，也不容易制備拉伸試樣。因此，應(yīng)該充分地規(guī)定作為代替拉伸強(qiáng)度的機(jī)械特性的硬度。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)于以螺釘和螺栓等代表的成形制品，規(guī)定代替拉伸強(qiáng)度的硬度作為實(shí)用制品特性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更具有重要性。對(duì)于成形制品，更希望維氏硬度HV可以是300以上，這相當(dāng)于拉伸強(qiáng)度TS約1000MPa。
下面，陳述具有上述特征的本申請(qǐng)發(fā)明的鋼絲或棒鋼及成形制品的制造方法的實(shí)施方式及其限定理由。
(4)本申請(qǐng)發(fā)明的制造方法的基本構(gòu)成(熱加工+冷加工的組合工序的規(guī)定)在本申請(qǐng)發(fā)明的制造方法的基本特征中，首先，為了制造本申請(qǐng)發(fā)明的冷加工性能優(yōu)異的鋼絲或棒鋼所使用的原材料的制造方法為在適當(dāng)?shù)臈l件下對(duì)規(guī)定的材料實(shí)施熱加工，通過(guò)該熱加工制備細(xì)微晶粒組織鋼。在此得到的材料的結(jié)晶粒徑希望盡可能的小，具體地，在垂直由熱加工得到的材料的縱向的斷面(C方向斷面)中平均粒徑必須為3μm以下。然后，就是對(duì)這樣的材料實(shí)施在適當(dāng)條件下的冷加工，通過(guò)該冷加工，得到在垂直冷加工后材料的縱向的斷面(C方向斷面)的結(jié)晶粒進(jìn)一步細(xì)化的細(xì)微晶粒組織鋼。此處得到的細(xì)微組織的主相是鐵素體，由于實(shí)施了冷加工，呈現(xiàn)出通常在冷加工方向延伸的所謂竹節(jié)狀(パンブ-)結(jié)構(gòu)形態(tài)。
這樣，能得到冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼。此時(shí)，在該冷加工中，當(dāng)以由上述熱加工制備的細(xì)微晶粒組織鋼為原材料時(shí)，雖然材料強(qiáng)度顯著上升，但由于極好的配合關(guān)系，發(fā)現(xiàn)加工性的降低極小。過(guò)去預(yù)想是困難的這種新發(fā)現(xiàn)構(gòu)成本申請(qǐng)發(fā)明的基礎(chǔ)。這樣，對(duì)于在實(shí)施冷加工剛剛之前已經(jīng)形成細(xì)微晶粒的材料，實(shí)施下面陳述的適當(dāng)冷加工的理由是因?yàn)楫a(chǎn)生了極大的優(yōu)點(diǎn)，即，在成形加工前對(duì)得到的鋼不必進(jìn)行球化退火處理，并且即使在成形加工后也不必對(duì)得到的成形制品實(shí)施淬火、回火的調(diào)質(zhì)處理。
(5)熱加工條件(加工溫度、塑性應(yīng)變、斷面減小率的規(guī)定)作為上述冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造工序的實(shí)施方式，首先，在對(duì)于規(guī)定的鋼錠、鑄坯或鋼坯乃至鋼材所希望的熱加工條件中，加工溫度應(yīng)當(dāng)是在350-800℃范圍內(nèi)。進(jìn)一步，此時(shí)應(yīng)當(dāng)確保引入到材料中并保留下來(lái)的塑性應(yīng)變。該塑性應(yīng)變量，能通過(guò)3元有限元法計(jì)算求出(其值用“ε”表示)，希望ε為0.7以上。之所以采用這種熱加工條件，是因?yàn)樽鳛閷?shí)質(zhì)上未利用相變?cè)斐傻膹?qiáng)化機(jī)制而實(shí)現(xiàn)鋼高強(qiáng)度化的方法，是為了使晶粒細(xì)微化。發(fā)明者在前述專利文獻(xiàn)3的發(fā)明中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)這種做法，使鋼的斷面收縮RA在規(guī)定的水平以上，對(duì)于形成冷鐓性等冷加工性能優(yōu)異的鋼是非常有效的。在上述熱加工條件中，為了替代指標(biāo)ε，可以用能在操作上比較方便地求出的材料應(yīng)變(在本申請(qǐng)發(fā)明說(shuō)明書中稱為“工業(yè)應(yīng)變”，用“e”表示)來(lái)實(shí)際代替。工業(yè)應(yīng)變e是材料的總斷面減小率R的函數(shù)，用下式(3)表示e＝-ln(1-R/100) (3)其中，R為用下面(1)式表示的總斷面減小率R。
R＝{(S0-S)/S0}×100 (1)其中，R對(duì)鑄坯或鋼坯實(shí)施的總斷面減小率(％)S0熱加工開始剛剛之前鑄坯或鋼坯的C方向斷面面積S熱加工完成后得到的材料的C方向斷面面積利用上述(3)式和(1)式，當(dāng)計(jì)算相當(dāng)于ε≥0.7的R值時(shí)，能得到R≥50％。從而，在熱加工中，也可以采用材料的總斷面減小率R≥50％來(lái)代替塑性變形ε≥0.7。進(jìn)一步，另一方面，本申請(qǐng)發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，由熱強(qiáng)加工(一個(gè)熱道次形成的大變形加工)形成的超細(xì)微晶粒的平均粒徑依賴于加工溫度和應(yīng)變速度，著眼于此，軋制條件參數(shù)記為下述(4)式Z＝log[(ε/t)exp{Q/(8.31(T+273))}](4)其中，ε平均塑性應(yīng)變t從軋制開始到完成的時(shí)間(s)Q常數(shù)(結(jié)晶組織為bcc時(shí)為254000J/mol)T軋制溫度(℃)，在用多道次軋制時(shí)，引入用各道次的軋制溫度的平均溫度表示的Zener-Hollonon參數(shù)(其中，用對(duì)數(shù)形式表示)，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶粒徑隨軋制條件參數(shù)Z的增加細(xì)微化。圖1例示了軋制條件參數(shù)Z和平均鐵素體粒徑的關(guān)系。即，圖1表示了通過(guò)控制軋制使Z≥11，得到了平均鐵素體粒徑為1μm以下的細(xì)微晶粒組織。從而，通過(guò)控制熱軋溫度以滿足Z≥11，可以使原材料的平均鐵素體粒徑為3μm以下。進(jìn)一步，作為熱加工方法，可以任意采用熱軋和熱鍛，此時(shí)，通過(guò)多個(gè)道次(熱鍛時(shí)為多次鍛造程序)在多個(gè)方向進(jìn)行加工，能實(shí)現(xiàn)向材料內(nèi)的塑性應(yīng)變的均勻化，因此是所希望的。
(6)冷加工條件(加工溫度、塑性變形、斷面減小率的規(guī)定)然后，對(duì)于由上述熱加工制備的具有細(xì)微晶粒組織、高強(qiáng)度且加工性優(yōu)異的材料，希望預(yù)先需實(shí)施的冷加工條件是，冷加工溫度低于350℃。由于加工會(huì)產(chǎn)生熱量，當(dāng)在冷加工中也由此達(dá)到高于該溫度的溫度時(shí)，不希望降低拉伸強(qiáng)度的上升程度。其次，必須確保由冷加工引入到材料中并保留下來(lái)的應(yīng)變與所希望的拉伸強(qiáng)度對(duì)應(yīng)。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，希望實(shí)施的冷加工使得由3元有限元法求出的塑性應(yīng)變?chǔ)胖辽贋?.05以上。由此，結(jié)晶的冷加工組織呈現(xiàn)出在加工方向延伸的形態(tài)，相對(duì)加工方向的C方向斷面的粒徑也細(xì)?；艽_保拉伸強(qiáng)度提高。此時(shí)，能將斷面收縮RA的降低量抑制到較小。在上述冷加工條件中，使在前述(3)式中說(shuō)明的“工業(yè)應(yīng)變”e代替作為加工量指標(biāo)的ε，當(dāng)計(jì)算相當(dāng)于ε≥0.05的材料的總斷面減小率R時(shí)，能得到R≥5％。從而，在冷加工中，也可以采用材料的總斷面減小率R≥5％代替上述塑性變形ε≥0.05。
作為上述冷加工法，也可以采用公知的冷拉絲法和冷軋法中的任一種。在冷軋法中，希望是通過(guò)公知的聯(lián)合軋制法。如果由冷加工制造的鋼的形態(tài)是鋼絲或棒鋼，即使在JISG3539冷鐓用碳鋼絲中，也能提供特別需要高強(qiáng)度且良好冷加工性的成形制品用途，進(jìn)一步，即使在JISG3505硬鋼絲中，也能在較低C含量范圍的鋼種中提供特別需要高強(qiáng)度且良好冷加工性的制品用途。
實(shí)施例<金屬結(jié)晶組織的主相是鐵素體，C含量為從超過(guò)0.01質(zhì)量％至到0.45質(zhì)量％的寬范圍的碳鋼乃至低合金鋼>
對(duì)于實(shí)施例1和實(shí)施例2，本申請(qǐng)發(fā)明的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造工序一部分不相同；而且，對(duì)于實(shí)施例1和2與實(shí)施例3，除制造工序以外化學(xué)成分組成也不相同。因此，分別說(shuō)明實(shí)施例1和2及實(shí)施例3的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果。
<1>實(shí)施例1和實(shí)施例2 <1>-1)實(shí)施例1和實(shí)施例2共同的試驗(yàn)(熱軋工序和得到的試驗(yàn)材料的表征試驗(yàn))實(shí)施例1和實(shí)施例2進(jìn)行下面的試驗(yàn)。用真空熔化爐熔化具有表1所示化學(xué)成分組成的鋼，鑄造成鋼錠。該化學(xué)成分組成，例如在屬于JISG3507冷鐓用碳鋼線材的SWRCH5A所規(guī)定的化學(xué)成分組成中，對(duì)于Si含量為0.10質(zhì)量％以下，含有超過(guò)該值的0.30質(zhì)量％的Si。
但是，C含量低至0.0245質(zhì)量％是特點(diǎn)。
表1

通過(guò)熱鍛將上述得到的鋼錠成形為80mm見方的棒鋼。這些棒鋼的金屬組織是鐵素體主相，C方向斷面中鐵素體的平均粒徑約為20μm以下。如下制備棒鋼采用來(lái)自上述80mm見方的棒鋼的軋制用原材料，通過(guò)高溫多方向多道次孔型軋制形成18mm見方，并水冷。該熱軋制備本申請(qǐng)發(fā)明的鋼絲或棒鋼用的原材料，并在使垂直由該熱軋得到的材料的縱向的斷面中的平均結(jié)晶粒徑為3μm以下的條件下進(jìn)行該熱軋。
在下面的條件下實(shí)施上述使平均結(jié)晶粒徑為3μm以下的熱孔型軋制方法。在550℃加熱由上述熱鍛成形的80mm見方的軋制用原材料后，在軋制溫度450-530℃的范圍內(nèi)，如表2所示，首先，通過(guò)菱形孔型軋輥(圖2，參照上圖)進(jìn)行每道次的斷面減小率為約17％的19道次的熱軋，形成24mm見方。接下來(lái)，利用最大短軸長(zhǎng)度為11mm、長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為52mm的橢圓形孔型軋輥(圖2，下圖中分別為a，b，其中R＝64mm)進(jìn)行熱軋，最后，用正方形孔型軋輥進(jìn)行1道次的熱軋，通過(guò)共計(jì)21道次形成18mm見方。從熱軋用原材料(80mm見方)到該18mm見方材的總斷面減小率為95％。表2中簡(jiǎn)要示出了道次流程。
表2

在由上述橢圓形孔型軋輥進(jìn)行的1道次熱軋中，由于通過(guò)上述橢圓形孔型軋輥對(duì)24mm方棒進(jìn)行了軋制，軋制后材料的C向斷面最大短軸長(zhǎng)度11mm相對(duì)于該軋制前材料的C向斷面的對(duì)邊長(zhǎng)度24mm的比例相當(dāng)小，為(11mm/24mm)×100＝46％，并且，此時(shí)由孔型尺寸計(jì)算的斷面減小率相當(dāng)大，為38％。從而，由該橢圓形孔型軋輥進(jìn)行的1道次熱軋成為進(jìn)一步促進(jìn)熱軋完成后18mm方棒鋼中的鐵素體粒徑細(xì)微化的條件。另外，在直到前述第19道次的菱形孔型軋輥的軋制過(guò)程中，為了使材料的斷面形狀盡可能地接近于正方形，適宜用同一孔型軋輥進(jìn)行連續(xù)通過(guò)每2道次的軋制(所謂“雙道次”)，各雙道次分別作為2道次計(jì)數(shù)。而且，在軋制的每道次，使材料在長(zhǎng)度方向軸心的周圍旋轉(zhuǎn)并使壓下方向變化，進(jìn)行多方向多道次軋制。進(jìn)一步，再加上加工放熱，即使熱軋的軋制溫度區(qū)域在較低溫側(cè)區(qū)域放熱量較小，軋制中材料的溫度較低所導(dǎo)致的中間加熱也是不必要的。其次，通過(guò)切削加工使由上述熱軋方法制備的18mm方棒鋼減小直徑，加工成直徑6.0mmφ的鋼線材。
此處，如下面所述，由18mm見方通過(guò)切削減小直徑成6.0mmφ的理由是為了形成原材料在該實(shí)施例中，由于鋼絲的用途選定為在JISB1111中規(guī)定的M1.6盆頭小螺釘(螺釘部分的有效斷面的直徑為1.27mmφ)，通過(guò)目標(biāo)拉絲率為95％的冷拉絲加工成目標(biāo)總斷面減小率為95％的冷軋加工，能得到直徑1.3mmφ的原材料。選擇M1.6盆頭小螺釘?shù)睦碛墒?，為了在其頭部壓制成形十字形的凹槽(用改錐施加扭矩的凹部)，要求極優(yōu)異的冷鐓性能，因此，通過(guò)后述的M1.6盆頭小螺釘?shù)氖中巍鞍疾鄢尚卧囼?yàn)”，可評(píng)價(jià)是否具有特別優(yōu)異的冷鐓性能。
另外，在上述由熱軋制備的18mm方棒鋼的C方向斷面中粒徑在整個(gè)范圍都是均等的。
采用該6.0mmφ表征用試驗(yàn)材料，進(jìn)行下述項(xiàng)目的試驗(yàn)。另外，在采用該表征用試驗(yàn)材料后，將加工成6.0mmφ的鋼線材連續(xù)供給實(shí)施例1和實(shí)施例2的試驗(yàn)。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)在該試驗(yàn)中，目的在于得到材料評(píng)價(jià)的基本數(shù)據(jù)，即評(píng)價(jià)材料是否在強(qiáng)度特別優(yōu)異的同時(shí)，冷加工性也相當(dāng)優(yōu)異，即，在強(qiáng)度和冷加工性中具有高水平平衡。
2)通過(guò)維氏硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度測(cè)定試驗(yàn)作為強(qiáng)度特性之一，由于確認(rèn)了和拉伸強(qiáng)度的相關(guān)性，而且在采用拉伸試樣因難時(shí)是有效的。根據(jù)JIS Z 2244中規(guī)定的方法進(jìn)行。
3)通過(guò)顯微鏡試驗(yàn)的鐵素體粒徑(d)的測(cè)定試驗(yàn)從各試驗(yàn)材料制備適當(dāng)?shù)娘@微鏡試樣，測(cè)定在金屬結(jié)晶的顯微組織中構(gòu)成主相的鐵素體的平均粒徑，測(cè)定在試驗(yàn)材料的縱向(與上述18mm方棒鋼的縱向一致)的垂直方向的斷面(C方向斷面)的平均鐵素體粒徑。此時(shí)，實(shí)際上是通過(guò)觀察L方向斷面的顯微組織求出C方向斷面的平均鐵素體粒徑。
上述熱軋材料的上述試驗(yàn)結(jié)果示于表3中。
表3

由表3結(jié)果得知以下事項(xiàng)。該通過(guò)熱軋的鋼線材是C含量為0.0245質(zhì)量％的低碳鋼，沒有添加特殊的強(qiáng)化元素，雖然是原樣的熱軋狀態(tài)，但是在確保拉伸強(qiáng)度TS為702MPa的高強(qiáng)度的同時(shí)，能得到斷面收縮RA為78.6％的極高水平的特性，形成強(qiáng)度和成形性優(yōu)異平衡的原材料。這是因?yàn)?，按照本申?qǐng)發(fā)明范圍內(nèi)的條件，得到了金屬結(jié)晶顯微組織以鐵素相為主相、鐵素體粒徑為0.7μm的細(xì)微晶粒組織鋼。這樣，即使在C含量為0.0245質(zhì)量％、沒有發(fā)現(xiàn)通常實(shí)際應(yīng)用中作為冷鐓用鋼線材類別的低碳鋼中，拉伸強(qiáng)度也達(dá)到700MPa以上的高水平，并且也確保斷面收縮RA為極高水平。
另一方面，在采用上述6.0mmφ表征用試驗(yàn)材料后，使用6.0mmφ鋼線材，在實(shí)施例1中采用冷拉絲，而在實(shí)施例2中采用冷軋，均通過(guò)冷加工從6.0mmφ到1.3mmφ，進(jìn)行鋼絲制造試驗(yàn)。
<1>-2)實(shí)施例1和實(shí)施例2不同的試驗(yàn)(冷加工工序和得到的試驗(yàn)材料的表征試驗(yàn))[II]<1>-2)-(a)[實(shí)施例1中冷拉絲方法和得到的鋼絲的表征試驗(yàn)]如表4所示，利用模具No.1-No.17的拉絲模依次拉絲常溫的上述6.0mmφ鋼線材(如前述，熱軋加工成18mmφ，接著切削加工成6.0mmφ的鋼線材)，制造1.3mmφ鋼絲。拉絲中材料溫度低于200℃。
表4

備注*)其中，拉絲用原材料的初始直徑為6.0mmφ。
在實(shí)施例1全部的拉絲工序中，能夠容易地從6.0mmφ拉絲到1.3mmφ，而不要實(shí)施所有球化退火及其它軟化處理。而且，由1.3mmφ(拉絲總斷面減小率95.3％)鋼絲制取拉絲原樣的表征用試驗(yàn)材料。表征試驗(yàn)方法如下述，1)2)3)是和前述相同的試驗(yàn)。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)2)通過(guò)維氏硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度測(cè)定試驗(yàn)3)通過(guò)顯微鏡試驗(yàn)的鐵素體粒徑(d)的測(cè)定試驗(yàn)4)小螺釘凹槽成形試驗(yàn)按照J(rèn)IS B1111中規(guī)定的M1.6盆頭小螺釘?shù)闹圃旃ば?，通過(guò)鐓頭加工對(duì)線徑1.3mmφ的鋼絲進(jìn)行預(yù)備成形，然后，在頭部通過(guò)冷鐓以成形規(guī)定的十字形凹槽(用于由改錐緊固該螺釘?shù)氖中蔚劝疾?。用10倍放大鏡觀察成形時(shí)該凹槽發(fā)生裂紋的情況。通常，凹槽裂紋發(fā)生情況根據(jù)小螺釘凹槽形狀而大為不同，M1.6盆頭小螺釘十字形凹槽成形是極嚴(yán)酷的鐓制成形，在本說(shuō)明書中作為實(shí)用的試驗(yàn)的同時(shí)，尤其定位為優(yōu)異的冷鐓性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)。不能觀察到裂紋的記為“好”，能觀察到微小裂紋但大體良好的記為“略好”，有裂紋的記為“裂紋”，發(fā)生大裂紋的記為“大裂紋”。
5)小螺釘?shù)呐まD(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)通過(guò)冷鍛具有上述鐓制成形的凹槽的來(lái)自線徑1.3mmφ的鋼絲的螺釘中間體形成扭轉(zhuǎn)部，從而制備M1.6盆頭小螺釘。接下來(lái)，按照J(rèn)IS B 1060“實(shí)施滲碳淬火回火的計(jì)量式螺紋軋制螺釘?shù)臋C(jī)械性質(zhì)和性能”的5.4“扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)”中規(guī)定的方法，通過(guò)適當(dāng)?shù)呐ぞ販y(cè)定裝置，增大扭矩直到螺釘破壞。測(cè)定引起螺釘破壞需要的扭矩值(斷裂扭矩(kgf·cm))。該試驗(yàn)的目的在于，評(píng)價(jià)作為螺釘及螺栓等連接部件的機(jī)械性能特性之一的“扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度”。以下在本說(shuō)明書中相同。希望M1.6盆頭小螺釘?shù)臄嗔雅ぞ貫?.0kgf·cm。
上述實(shí)施例1的試驗(yàn)結(jié)果示于表5中。
表5

由表5結(jié)果可知以下事項(xiàng)。即，實(shí)施例1中得到的1.3mmφ鋼絲是C含量為0.0245質(zhì)量％的低碳鋼，雖然沒有添加特殊的強(qiáng)化元素，沒有實(shí)施淬火、回火等熱處理或一切軟化處理，但其拉伸強(qiáng)度TS顯著增高到1567MPa，并且，斷面收縮RA也處于60.2％的相當(dāng)高水平。如表3中所示那樣，這是因?yàn)?，該原材料由熱軋產(chǎn)生的拉伸強(qiáng)度TS已經(jīng)極高(達(dá)到702MPa)，維氏硬度HV也達(dá)到355的極高水平，而且，斷面收縮RA為78.6％，全都是已經(jīng)達(dá)到高水平的細(xì)微鐵素體組織鋼(C方向斷面平均鐵素體粒徑為0.7μm)，通過(guò)拉絲對(duì)其實(shí)施了95.3％的總斷面減小率的冷加工。
這樣，實(shí)施例1的鋼絲是低碳鋼，同時(shí)，附予了冷加工后的鋼絲高強(qiáng)度和高延伸性，原因在于該鋼絲的晶粒由細(xì)微鐵素體主相構(gòu)成。具體地，實(shí)施例1的1.3mmφ鋼絲是鐵素體主相，C方向斷面中平均鐵素體粒徑為182nm，并呈現(xiàn)出在冷拉絲加工方向竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)。
此處，從通過(guò)加工應(yīng)變量來(lái)控制該冷加工后C方向斷面中的鐵素體粒徑的思路出發(fā)，由冷加工前后的粒徑測(cè)定值進(jìn)行研究。在實(shí)施例1中，通過(guò)熱軋制備的鋼線材(冷加工開始剛剛之前的鋼線材)中C方向斷面的平均鐵素體粒徑為0.7μm(參照表3)。另一方面，用d1表示由熱加工得到的鋼線材(線徑6.0mmφ)的C方向斷面的鐵素體粒徑，當(dāng)由對(duì)鋼線材的冷拉絲所造成的總斷面減小率設(shè)為R時(shí)，用下式(5)推算出冷拉絲后的鋼絲(線徑1.3mmφ)的C方向斷面的平均鐵素體粒徑d2d2＝(1-R/100)1/2×d1 (5)R為95.3％，d1為0.7μm時(shí)可推算d2＝152nm。該計(jì)算值152nm與實(shí)測(cè)值182nm相當(dāng)一致。
從而，在本申請(qǐng)發(fā)明的鋼絲或棒鋼的制造方法中，在通過(guò)對(duì)熱軋材的鋼線材的冷加工制造鋼絲時(shí)，作為該鋼線材C方向斷面中鐵素體粒徑的控制手段，使用上述(5)式是有效的。
其次，這樣制造的本申請(qǐng)發(fā)明的鋼絲，在沒有淬火、回火等調(diào)質(zhì)處理的狀態(tài)，實(shí)施象M1.6盆頭小螺釘那樣的極嚴(yán)酷的冷鐓，對(duì)于作為上述成形過(guò)程的凹槽的形成，作為延伸性水平指標(biāo)的斷面收縮RA為60.2％時(shí)，出現(xiàn)了裂紋。但是，當(dāng)實(shí)施扭轉(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)時(shí)，得到了滿足M1.6盆頭小螺釘所希望的斷裂扭矩值為3.0kgf·cm以上的3.38kgf·cm，可見具有高扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。
<1>-2>-(b)[實(shí)施例2中的冷軋方法和得到的鋼絲的表征試驗(yàn)]進(jìn)行制造鋼絲的試驗(yàn)，如表6所示那樣，通過(guò)采用第1工序至第3工序中的各聯(lián)合軋輥的冷軋，將常溫的上述6.0mmφ鋼線材(如前述，由熱軋加工成18mmφ，然后切削加工成6.0mmφ鋼線材)軋制成1.3mmφ。
表6

備注*)其中，軋制用原材料的初始直徑為6.0mmφ即，通過(guò)第一工序的8道次，從6.0mmφ軋制到3.3mmφ，通過(guò)第2工序的10道次，從3.3mmφ軋制到1.8mmφ，而且，通過(guò)第3工序的5道次，從1.8mmφ軋制到1.3mmφ，由此制造鋼絲。軋制中材料溫度低于200℃。在所有這些軋制工序中，能夠不施加一切球化退火及其它軟化處理而從6.0mmφ容易地冷軋到1.3mmφ。在該期間，作為表征用試驗(yàn)材料，在3.3mmφ(總斷面減小率69.8％)、1.8mmφ(總斷面減小率91.0％)和1.3mmφ(總斷面減小率95.3％)這三階段中，取得保持冷軋?jiān)瓨拥谋碚饔迷囼?yàn)材料。和前述一樣，表征試驗(yàn)方法如下。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)2)通過(guò)維氏硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度測(cè)定試驗(yàn)3)通過(guò)顯微鏡試驗(yàn)的鐵素體粒徑(d)的測(cè)定試驗(yàn)4)小螺釘凹槽成形試驗(yàn)5)小螺釘扭轉(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)上述試驗(yàn)結(jié)果示于表7中。
表7

由以上試驗(yàn)結(jié)果可知以下事項(xiàng)。另外，實(shí)施例2的制造條件與實(shí)施例1的不同之處在于，用冷軋代替冷拉絲進(jìn)行加工。其它條件完全相同。在實(shí)施例2中，使用的試驗(yàn)材料的線徑和實(shí)施例1不同，線徑為3.3mmφ(總斷面減小率69.8％)時(shí)其拉伸強(qiáng)度TS為922MPa，線徑為1.8mmφ(總斷面減小率91.0％)拉伸強(qiáng)度TS為1147MPa，均為高水平。而且，線徑為1.3mmφ(總斷面減小率95.3％)時(shí)維氏硬度HV達(dá)到328的極高水平。
比較實(shí)施例2和實(shí)施例1在線徑為1.3mmφ時(shí)的維氏硬度HV可知，實(shí)施例2(冷軋法)為328，實(shí)施例1(冷拉絲法)為355，在其它條件相同時(shí)，由冷拉絲形成與由冷軋形成相比，僅僅是硬度上升較大。這樣，對(duì)原材料(鋼線材)的冷加工方法無(wú)論是冷拉絲法還是冷軋法，如果冷加工剛剛之前原材料(鋼線材)具有化學(xué)成分組成、結(jié)晶組織狀態(tài)、特別是C方向斷面平均鐵素體粒徑都相同的鐵素體主相組織，拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA相同的話，就能得到同樣的高強(qiáng)度鋼絲。而且進(jìn)一步，即使不施加球化退火而保持冷軋?jiān)瓨?，M1.6盆頭小螺釘?shù)呐まD(zhuǎn)斷裂扭矩為2.92kgf·cm，呈現(xiàn)出與所希望的水平3.0kgf·cm接近的高扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。
<2>實(shí)施例3作為本申請(qǐng)發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)施例3，進(jìn)行如下的試驗(yàn)。使用的鋼線材為在JIS G 3507規(guī)定的冷鐓用碳鋼線材范圍內(nèi)，屬于SWRCH5A，具有表8所示的化學(xué)成分組成，由熱軋制造的市售的13mmφ鋼線材。該鋼線材的成分和前述實(shí)施例1和實(shí)施例2提供的鋼的成分組成類似，其碳C為0.03質(zhì)量％。但是，該實(shí)施例3的試樣鋼的Si含量為0.03質(zhì)量％，與實(shí)施例1和2的Si＝0.30質(zhì)量％不同，滿足SWRCH5A的Si含量規(guī)定(Si≤0.10質(zhì)量％)。
表8

在軋制溫度450-530℃的范圍內(nèi),由孔型軋輥多方向、多道次熱軋，將上述13mmφ熱軋鋼線材制成6.0mmφ鋼線材。熱軋方法是，按照向?qū)嵤├?和實(shí)施例2的提供的試樣鋼線材的制備方法進(jìn)行準(zhǔn)備，進(jìn)行將菱形、正方形和橢圓形適當(dāng)?shù)亟M合起來(lái)的孔型軋輥軋制。由通過(guò)這樣熱軋得到的上述6.0mmφ鋼線材取得表征用試驗(yàn)材料，進(jìn)行以下項(xiàng)目的試驗(yàn)。另外，將制取該表征用試驗(yàn)材料后的6.0mmφ鋼線材連續(xù)提供給實(shí)施例3的試驗(yàn)(同前)。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)2)通過(guò)顯微鏡試驗(yàn)的鐵素體粒徑(d)的測(cè)定試驗(yàn)上述試驗(yàn)結(jié)果示于表9中。
表9

由表9的試驗(yàn)結(jié)果可知以下事項(xiàng)。實(shí)施例3的鋼線材的金屬結(jié)晶的顯微組織以鐵素體為主相，鐵素體粒徑如圖3的通過(guò)SEM(掃描電子顯微鏡)的L方向斷面中顯微組織照片所示，C方向斷面的平均鐵素體粒徑為0.8μm的細(xì)微晶粒。由此可知，雖然是C含量為0.03質(zhì)量％的低碳鋼，但在拉伸強(qiáng)度TS確保為817MPa高強(qiáng)度的同時(shí)，能得到斷面收縮RA為75.0％的高水平性質(zhì)，能成為強(qiáng)度和成形性優(yōu)異平衡的原材料。這是因?yàn)?，滿足用于制造本申請(qǐng)發(fā)明的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的坯料(鋼線材)的制備條件(制造條件)，且是通過(guò)熱軋制備的材料。
其次，在實(shí)施例3中，使用通過(guò)如上述的熱軋制備的6.0mmφ鋼線材作為原材料，進(jìn)行通過(guò)以下的冷軋制造鋼絲的試驗(yàn)。冷軋方法是，按照表6所示實(shí)施例2的冷軋第1工序-第3工序，通過(guò)冷加工至1.3mmφ制造鋼絲。取得2.1mmφ(總斷面減小率87.8％)、1.8mmφ(總斷面減小率91.0％)和1.3mmφ(總斷面減小率95.3％)的冷軋?jiān)瓨拥匿摻z試驗(yàn)材料作為該期間的表征用試驗(yàn)材料。
對(duì)于上述試驗(yàn)材料，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行前述的以下試驗(yàn)。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)2)通過(guò)維氏硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度測(cè)定試驗(yàn)3)通過(guò)顯微鏡試驗(yàn)的鐵素體粒徑(d)的測(cè)定試驗(yàn)上述試驗(yàn)結(jié)果示于表10中。
表10

由上述結(jié)果可知以下事項(xiàng)。
在實(shí)施例3中，鋼絲的拉伸強(qiáng)度TS是高水平的，線直徑1.8mmφ(總斷面減小率91.0％)時(shí)為1140MPa，線直徑1.3mmφ(總斷面減小率95.3％)時(shí)為1202MPa。而且，此時(shí)的斷面收縮RA分別為72.3％、70.2％的高水平。而且，維氏硬度HV在線直徑為1.3mmφ(總斷面減小率95.3％)時(shí)達(dá)到310的極高水平。這樣，并且C方向斷面的平均鐵素體粒徑細(xì)微化為186μm。通過(guò)對(duì)熱軋材的冷軋，不僅拉伸強(qiáng)度TS進(jìn)一步提高，而且斷面收縮RA也保持在高水平，可知兩者的平衡是良好的。這是因?yàn)?，和?shí)施例1中同樣，實(shí)施例3的1.3mmφ鋼絲形成鐵素體主相，C方向斷面的平均鐵素體粒徑為186nm，并呈現(xiàn)出在冷拉絲加工方向延伸成竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)。在此，比較實(shí)施例3和實(shí)施例1的結(jié)果。就兩者線直徑同為1.3mmφ(總斷面減小率95.3％)時(shí)的拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA對(duì)二兩進(jìn)行比較，與Si含量為較高的0.30質(zhì)量％的實(shí)施例1相比，Si含量為較低的0.03質(zhì)量％的實(shí)施例3的拉伸強(qiáng)度TS較低(實(shí)施例31202MPa，實(shí)施例11567MPa)，但在斷面收縮RA方面兩者相反，實(shí)施例3明顯變高(實(shí)施例370.2％，實(shí)施例160.2％)。另外，在C含量方面，認(rèn)為兩者之間沒有明顯的差別(實(shí)施例30.03質(zhì)量％，實(shí)施例10.0245質(zhì)量％)。
(比較例1-比較例3)接下來(lái)，作為本申請(qǐng)發(fā)明范圍以外的比較例的第1組，進(jìn)行下面的試驗(yàn)。
從已完成在已有技術(shù)通常熱軋條件的A3相變點(diǎn)以上加工的市售的鋼線材取得表征用試驗(yàn)材料，同時(shí)將取得試驗(yàn)材料后的鋼絲連續(xù)供給比較例1-3的試驗(yàn)，所述鋼線材是JIS G 3507中規(guī)定的冷鐓用碳鋼線材，并是具有和表11所提供的比較例1-3的SWRCH5A、SWRCH10A以及SWRCH18對(duì)應(yīng)的各成分組成的6.0mmφ鋼線材。對(duì)上述表征用試驗(yàn)材料進(jìn)行和前述相同的如下項(xiàng)目的試驗(yàn)。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)2)通過(guò)顯微鏡試驗(yàn)的鐵素體粒徑(d)的測(cè)定試驗(yàn)這些試驗(yàn)結(jié)果示于表12中。
表11

表12

由上述結(jié)果可知以下事項(xiàng)。另外，該表征用試驗(yàn)材料是通常的熱軋材料，即在A3相變點(diǎn)以上完成軋制加工的鋼線材。這是本申請(qǐng)發(fā)明的制造方法范圍外的鋼線材的制造條件。因此，當(dāng)作為金屬結(jié)晶主相組織的鐵素體的C方向斷面的平均粒徑為16-20μm左右時(shí)，沒有形成細(xì)微晶粒組織化。因此，斷面收縮RA良好，為高水平的80.1-85.9％，但拉伸強(qiáng)度TS為350-550MPa，與在前述實(shí)施例1-3中提供的C含量為0.0245-0.03質(zhì)量％且由熱軋制造的鋼線材的817MPa(參照表9)相比，明顯降低。
接著，使用取得上述表征用試驗(yàn)材料后的6.0mmφ熱軋鋼線材，作為下面比較例1-3中鋼絲制造試驗(yàn)，利用冷拉絲或冷軋，通過(guò)冷加工到1.3mmφ來(lái)制備鋼絲。
首先，(i)對(duì)于和比較例1的SWCH5A對(duì)應(yīng)的熱軋鋼線材，通過(guò)實(shí)施冷拉絲來(lái)制造鋼絲。以和前述實(shí)施例1中相同的條件進(jìn)行冷拉絲(參照表4，拉絲溫度低于200℃)。在該冷拉絲工序中，取得表征用的2.1mmφ(拉絲總斷面減小率87.8％)、1.8mmφ(拉絲總斷面減小率91.0％)和1.3mmφ(拉絲總斷面減小率95.3％)的冷拉絲原樣的鋼絲試驗(yàn)材料。與此對(duì)應(yīng)，(ii)對(duì)于和比較例2的SWCH10A對(duì)應(yīng)以及和比較例3的SWCH18A對(duì)應(yīng)的熱軋鋼線材，通過(guò)實(shí)施冷軋來(lái)制造鋼絲。冷軋條件與前述實(shí)施例2中的相同(參照表6。軋制溫度低于200℃)在該冷軋工序中，取得表征用的3.3mmφ(拉絲總斷面減小率69.8％)、2.3mmφ(拉絲總斷面減小率85.3％)和1.3mmφ(拉絲總斷面減小率95.3％)的冷軋?jiān)瓨拥匿摻z試驗(yàn)材料。
對(duì)上述試驗(yàn)材料進(jìn)行以下試驗(yàn)。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)2)小螺釘凹槽成形試驗(yàn)同前。但在比較例2中，對(duì)于線直徑1.3mmφ的鋼絲，通過(guò)對(duì)冷軋?jiān)瓨拥匿摻z試驗(yàn)材料實(shí)施球化退火處理來(lái)制造冷加工性能提高的試驗(yàn)材料，也對(duì)其進(jìn)行小螺釘凹槽成形試驗(yàn)。
3)小螺釘?shù)呐まD(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)同前，由1.3mmφ的鋼絲通過(guò)冷鐓、鍛制可以成形M1.6盆頭小螺釘?shù)牟牧?，?duì)其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)。
上述試驗(yàn)結(jié)果示于表13中。
表13

冷加工總斷面減小率表示由冷拉絲或冷軋?jiān)斐傻目倲嗝鏈p小率。
由上述結(jié)果可知以下事項(xiàng)。即，這些試驗(yàn)材料是利用在本申請(qǐng)發(fā)明范圍外的比較例1-3的試驗(yàn)過(guò)程得到的鋼絲試驗(yàn)材料，C含量為0.04-0.18％的水平。對(duì)由熱軋制備的前述鋼線材實(shí)施冷拉絲或冷軋，隨著其總斷面減小率增大，拉伸強(qiáng)度TS上升，斷面收縮RA降低(示于后述圖4，5中)?？芍?，對(duì)于在比較例2和3中的線直徑1.3mmφ為使拉伸強(qiáng)度TS超過(guò)1000MPa的總斷面減小率大致為95.3％。但是，拉伸強(qiáng)度TS超過(guò)1000MPa時(shí)，斷面收縮RA的行為從冷軋前的85.9-83.0％(參照表12、比較例2和3)大幅降低到62.5-64.4％，降低了約20％。另一方面，在比較例1中，由于冷拉絲前鋼線材的拉伸強(qiáng)度TS低為350MPa，即使在95.3％總斷面減小率的線直徑1.3mmφ的鋼絲中，拉伸強(qiáng)度TS也剩下962MPa。不僅如此，斷面收縮RA從80.1％大大降低到64.9％。
實(shí)施例1-3和比較例1-3的試驗(yàn)結(jié)果比較、研究[IV]<1>拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA無(wú)論在實(shí)施例1-3還是比較例1-3中，隨著冷加工造成的總斷面減小率的增加，拉伸強(qiáng)度TS上升、斷面收縮RA降低。用變換成前述工業(yè)應(yīng)變e的值(按照前述(3)式)表示總斷面減小率R，通過(guò)將其作為X軸，相對(duì)于工業(yè)應(yīng)變e的變化，拉伸強(qiáng)度TS或斷面收縮RA的變化狀態(tài)分別示于圖4和5中。
首先，從圖4和圖5可知，在實(shí)施例1-3中，拉伸強(qiáng)度TS從原材料(6.0mmφ鋼線材熱軋材、e＝0)的大于700-大于800MPa大致線性的地顯著上升到線徑1.3mmφ鋼絲(總斷面減小率R＝95.3％、e＝3.06)的1200-1570MPa。
伴隨著500-770MPa的這種極大的拉伸強(qiáng)度TS的大致增加量，斷面收縮RA從原材料的75-不足80％降低到線直徑1.3mmφ鋼絲的60-75％，其大致降低量為10％左右。對(duì)此，在比較例1-3中，拉伸強(qiáng)度TS從原材料(6.0mmφ鋼線材熱軋材、e＝0)的350-550MPa的水平大致線性的地顯著上升到線徑1.3mmφ鋼絲(總斷面減小率R＝95.3％、e＝3.06)的大于1000-大于1150MPa的水平。伴隨著其600-650MPa的大致增加量，斷面收縮RA從原材料的80-85％的水平降低到線徑1.3mmφ鋼絲的不足65-不足70％，其大致降低量為20％左右，與實(shí)施例1-3相比變大了。
在圖6中，進(jìn)一步示出了實(shí)施例1-3和比較例1-3中拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA的關(guān)系。據(jù)此明確了實(shí)施例中的強(qiáng)度-延展性平衡的優(yōu)勢(shì)。即，在實(shí)施例中，由于原材料的拉伸強(qiáng)度TS已經(jīng)比比較例明顯高，通過(guò)冷加工更顯著增加，因此能得到超過(guò)1500MPa的高強(qiáng)度，而在比較例中，由于原材料的拉伸強(qiáng)度TS停留在現(xiàn)有水平，即使通過(guò)冷加工使拉伸強(qiáng)度增加，最多也低于1200MPa。而且，在實(shí)施例中，隨著高強(qiáng)度化斷面收縮RA的降低量比比較例明顯較小，其降低后的斷面收縮RA水平也在比較例的水平之上，可以認(rèn)為這是極其有利的。而且，在本申請(qǐng)發(fā)明的鋼絲中，能得到高強(qiáng)度且延展性也保持在相當(dāng)高水平、強(qiáng)度-延展性平衡優(yōu)異的鋼絲。
<2>M1.6盆頭小螺釘十字形凹槽的成形性另一方面，按照凹槽成形性試驗(yàn)，就拉伸強(qiáng)度TS超過(guò)1000MPa的比較例2和3來(lái)說(shuō)，在對(duì)試驗(yàn)材料預(yù)先實(shí)施球化退火處理的比較例2中，沒有產(chǎn)生凹槽裂紋，狀況良好；而在比較例3中，即使實(shí)施了球化退火處理，還是產(chǎn)生了裂紋。在冷加工原樣未實(shí)施球化退火處理時(shí)，比較例2和3中都產(chǎn)生了裂紋。但是，在拉伸強(qiáng)度TS低于1000MPa的比較例1(總斷面減小率為95.3％的線直徑1.3mmφ鋼絲中為962MPa)中，凹槽裂紋是良好的。
而且，在未產(chǎn)生凹槽裂紋的比較例1，以及即使在比較例2中實(shí)施球化退火處理的情形中，扭轉(zhuǎn)斷裂扭矩均為約2.3kfg×cm，沒有達(dá)到希望的3.0kfg×cm水平。
/-t-hm這樣，在本申請(qǐng)發(fā)明范圍外的比較例中，當(dāng)通過(guò)增大對(duì)原材料的冷拉絲或冷軋的總斷面減小率使拉伸強(qiáng)度上升到一定值以上時(shí)，如果不實(shí)施球化退火等適當(dāng)?shù)能浕幚?，在要求極嚴(yán)酷冷鐓性能的M1.6盆頭小螺釘?shù)陌疾鄢尚蜁r(shí)，產(chǎn)生裂紋。對(duì)此，在實(shí)施例中，即使不實(shí)施球化退火而保持冷拉絲或冷軋?jiān)瓨?，在要求這種嚴(yán)格的冷鐓性能的凹槽成形時(shí)，沒有產(chǎn)生裂紋。而且，從這種特殊的冷鐓性能以外的冷加工性能觀點(diǎn)出發(fā)，即使在以斷面收縮RA的水平為指標(biāo)時(shí)，實(shí)施例1-3也比比較例1-3優(yōu)異。
其次，從鋼材成分不同的角度比較實(shí)施例1-3和比較例1-3可知，按照本申請(qǐng)發(fā)明的高強(qiáng)度鋼的制造方法，以C含量大致為0.03質(zhì)量％的低碳鋼為原材料，能夠在不進(jìn)行球化退火而保持冷加工原樣的狀態(tài)得到冷鐓性能優(yōu)異的鋼絲，所述鋼絲的拉伸強(qiáng)度TS為例如1000MPa以上的高水平，而且，斷面收縮RA也可保持在相當(dāng)高的水平，例如65％以上。
圖7區(qū)別示出了實(shí)施例和比較例的相對(duì)于鋼絲的C含量的拉伸強(qiáng)度TS的水平；圖8區(qū)別示出了實(shí)施例和比較例的相對(duì)于鋼絲的斷面收縮RA的水平。其中，作為以冷加工率為一定條件的例子，示出了線直徑為1.3mmφ(工業(yè)應(yīng)變?yōu)?.06)的情形。據(jù)此可知，在實(shí)施例中，即使與比較例相比C含量相對(duì)低，但拉伸強(qiáng)度TS高，且斷面收縮RA為同等水平以上。
<3>比較例作為比較例的第2組，以由現(xiàn)有技術(shù)制造的市售SWCH16A鋼絲制造的生螺釘和滲碳淬火螺釘作為比較例4。該螺釘是M1.6盆頭小螺釘，其化學(xué)成分組成示于表14中。
表14

該M1.6盆頭小螺釘?shù)闹圃旆椒ㄊ峭ㄟ^(guò)現(xiàn)有技術(shù)的方法，該方法通過(guò)熱軋制造鋼線材，接著按照現(xiàn)有技術(shù)冷拉絲制造1.3mmφ鋼絲，通過(guò)對(duì)其實(shí)施球化退火處理改善冷鐓性能后，通過(guò)冷鐓、滾軋形成M1.6盆頭小螺釘(生螺釘)，并且，對(duì)生螺釘實(shí)施滲碳淬火、回火處理，成為具有規(guī)定強(qiáng)度的M1.6盆頭小螺釘(滲碳淬火螺釘)的2種。
作為比較例4的表征試驗(yàn)，以生螺釘和滲碳淬火螺釘作為試驗(yàn)材料，進(jìn)行扭轉(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)(試驗(yàn)方法同前)。其試驗(yàn)結(jié)果示于表15中。
表15

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知以下事項(xiàng)。即，在用本申請(qǐng)發(fā)明范圍外的制造方法制造的比較例4中，就生螺釘試驗(yàn)材料來(lái)說(shuō)，M1.6盆頭小螺釘?shù)呐まD(zhuǎn)斷裂扭矩是1.82kgf·cm的較低值，而為滲碳淬火螺釘時(shí)，能得到2.96kgf·cm的高扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，具有希望的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。
在前述比較例1和2中進(jìn)行的扭轉(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)中是2.25-2.43kgf·cm的低水平，但在前述實(shí)施例1和2中，分別為3.38kgf·cm和2.923.38kgf·cm。這些實(shí)施例的扭轉(zhuǎn)斷裂扭矩水平和市售品比較例4的水平相同，任一個(gè)都大致滿足所希望的扭轉(zhuǎn)斷裂扭矩的3.0kgf·cm。
通過(guò)以上試驗(yàn)，可以確認(rèn)本申請(qǐng)發(fā)明的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼及高強(qiáng)度成形制品的工業(yè)有用性及其制造方法的工業(yè)有用性。
實(shí)施例<金屬結(jié)晶組織的主相實(shí)質(zhì)上是無(wú)滲碳體，C含量為在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限以下，或者C含量為0.010質(zhì)量％以下的碳鋼乃至低合金鋼> -<1>實(shí)施例1-5及實(shí)施例6-9共同的試驗(yàn)要領(lǐng)對(duì)本申請(qǐng)發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)施例1-9進(jìn)行以下試驗(yàn)。
用真空熔融爐熔融制造具有表16所示成分No.1-5的化學(xué)成分組成的各個(gè)鋼，鑄造成鋼錠。其中成分特征是極低碳鋼，其碳C在0.0014-0.0109質(zhì)量％的C含量范圍內(nèi)變化，并且成分No.4的Si＝1.01質(zhì)量％，相比其它成分為較高水平，成分No.5的N＝0.0080質(zhì)量％，與其它成分相比較高。
表16

通過(guò)熱鍛將得到的鋼錠成形為80mm見方的棒鋼。這些棒鋼的金屬組織包括鐵素體，C向斷面中鐵素體的平均粒徑約為20μm以下。由上述80mm見方的各棒鋼取得軋制用原材料，通過(guò)高溫多方向多道次孔型軋制形成18mm見方，通過(guò)水冷制備棒鋼。該熱軋是制備本申請(qǐng)發(fā)明的鋼絲或棒鋼用原材料，并是在使垂直由該熱軋得到的材料的縱向的斷面中的平均結(jié)晶粒徑為3μm以下的條件下進(jìn)行。
在下面的條件下實(shí)施上述使平均結(jié)晶粒徑為3μm以下的熱孔型軋制方法。在550℃加熱由上述熱鍛成形的80mm見方的軋制用原材料后，在軋制溫度450-530℃的范圍內(nèi)，如表2所示，首先，通過(guò)菱形孔型軋輥(參照?qǐng)D2上圖)進(jìn)行每道次的斷面減小率為約17％的19道次的熱軋，形成24mm見方。接下來(lái)，利用最大短軸長(zhǎng)度為11mm、長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為52mm的橢圓形孔型軋輥(圖2，下圖中分別為a，b，其中R＝64mm)進(jìn)行熱軋，最后，用正方形孔型軋輥進(jìn)行1道次的熱軋，共計(jì)21道次形成18mm見方。從熱軋用原材料(80mm見方)到該18mm方材的總斷面減小率為95％。表2中簡(jiǎn)要示出了道次流程。
在由上述橢圓形孔型軋輥進(jìn)行的1道次熱軋中，由于通過(guò)上述橢圓形孔型軋輥對(duì)24mm方棒進(jìn)行了軋制，軋制后材料的C向斷面最大短軸長(zhǎng)度11mm相對(duì)于該軋制前材料的C向斷面的對(duì)邊長(zhǎng)度24mm的比例相當(dāng)小，為(11mm/24mm)×100＝46％，并且，此時(shí)由孔型尺寸計(jì)算的斷面減小率相當(dāng)大，為38％。從而，由該橢圓形孔型軋輥進(jìn)行的1道次熱軋成為進(jìn)一步促進(jìn)熱軋完成后18mm方棒鋼中的鐵素體粒徑細(xì)微化的條件。另外，在直到前述第19道次的通過(guò)菱形孔型軋輥的軋制過(guò)程中，為了使材料的斷面形狀盡可能地接近于正方形，適宜用同一孔型軋輥進(jìn)行連續(xù)每2道次的軋制(所謂“雙道次”)，各雙道次分別作為2道次計(jì)數(shù)。
而且，在軋制的每個(gè)道次，使材料在長(zhǎng)度方向軸心的周圍旋轉(zhuǎn)并使壓下方向變化，進(jìn)行多方向多道次軋制。進(jìn)一步，再加上加工放熱，即使熱軋的軋制溫度區(qū)域在較低溫側(cè)區(qū)域放熱量較小，軋制中材料的溫度較低所導(dǎo)致的中間加熱也是不必要的。其次，通過(guò)切削加工使由上述熱軋方法制備的18mm方棒鋼減小直徑，加工成直徑6.0mmφ的線材。
此處，如下面所述，由18mm見方通過(guò)切削減小直徑成6.0mmφ的理由是為了形成原材料，在該實(shí)施例中，作為鋼絲的用途選定為在JISB1111中規(guī)定的M1.6盆頭小螺釘(螺釘?shù)挠行嗝娴闹睆綖?.27mmφ)，通過(guò)目標(biāo)拉絲率為95％的冷拉絲加工或目標(biāo)總斷面減小率為95％的冷軋加工，能得到直徑1.3mmφ的原材料。選擇M1.6盆頭小螺釘?shù)睦碛墒牵瑸榱嗽谄漕^部鐓制成形十字形的凹槽(用改錐施加扭矩的凹部)，要求極優(yōu)異的冷鐓性能，因此，通過(guò)后述的M1.6盆頭小螺釘?shù)氖中巍鞍疾鄢尚卧囼?yàn)”，可評(píng)價(jià)是否具有特別優(yōu)異的冷鐓性能。
另外，在上述由熱軋制備的18mm方棒鋼的C向斷面中粒徑在整個(gè)范圍都是均等的。
取得這些6.0mmφ表征用試驗(yàn)材料(以下稱為“A0組試驗(yàn)材料”，其構(gòu)成數(shù)量包括表16的成分No.1-5對(duì)應(yīng)的5種)，進(jìn)行下述項(xiàng)目的試驗(yàn)。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)在該試驗(yàn)中，目的在于得到材料評(píng)價(jià)的基本數(shù)據(jù)，即評(píng)價(jià)材料是否在強(qiáng)度特別優(yōu)異的同時(shí)，冷加工性也相當(dāng)優(yōu)異，即在強(qiáng)度和冷加工性中具有高水平的平衡。
2)通過(guò)維氏硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度測(cè)定試驗(yàn)作為強(qiáng)度特性之一，由于確認(rèn)了和拉伸強(qiáng)度的相關(guān)性，而且在取得拉伸試樣因難時(shí)是有效的。根據(jù)JIS Z 2244中規(guī)定的方法進(jìn)行。
3)通過(guò)顯微鏡試驗(yàn)的鐵素體粒徑(d)的測(cè)定試驗(yàn)由各試驗(yàn)材料制取適當(dāng)?shù)娘@微鏡試樣，測(cè)定在金屬結(jié)晶的顯微組織中構(gòu)成主相的鐵素體的平均粒徑，測(cè)定在試驗(yàn)材料的縱向(與上述18mm方棒鋼的縱向一致)的垂直方向的斷面(C方向斷面)的平均鐵素體粒徑。此時(shí)，實(shí)際上通過(guò)觀察L方向斷面的顯微組織，求出C方向斷面的平均鐵素體粒徑。以下在本說(shuō)明書中相同。
關(guān)于上述熱軋材料的上述試驗(yàn)結(jié)果示于表17中。
表17

根據(jù)表17的結(jié)果可知以下事項(xiàng)。A0組試驗(yàn)材料是提供給實(shí)施例1-9中進(jìn)行的冷加工的原材料表征試驗(yàn)材料。A0組試驗(yàn)材料是通過(guò)滿足本申請(qǐng)發(fā)明的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法的構(gòu)成要素中的原材料(鋼線材)的制備條件(制造條件)的熱軋制備的材料，而且原材料的化學(xué)成分組成具有金相學(xué)上無(wú)滲碳體的碳鋼成分。因此，能得到金屬結(jié)晶顯微組織是無(wú)滲碳體、平均鐵素體粒徑為0.7-0.9μm的細(xì)微晶粒。由此可知，在確保拉伸強(qiáng)度TS為635MPa以上的高強(qiáng)度的同時(shí)，能得到斷面收縮RA為78％以上的極高水平的特性，形成了強(qiáng)度和成形性優(yōu)異平衡的原材料。本申請(qǐng)發(fā)明的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法及通過(guò)該方法得到的產(chǎn)品，是通過(guò)對(duì)具有這種材料特性的原材料實(shí)施冷加工得到的。特別地，即使在所謂C含量為0.0014-0.0109質(zhì)量％以下的極低碳鋼中，拉伸強(qiáng)度也具有600MPa以上的高水平。
<2>實(shí)施例1-5及實(shí)施例6-9的各試驗(yàn)接著，使用取得A0組試驗(yàn)材料后的6.0mmφ的各鋼線材，通過(guò)在實(shí)施例1-5中的冷拉絲或者通過(guò)在實(shí)施例6-9中的冷軋，均從6.0mmφ冷加工到1.3mmφ，進(jìn)行制造鋼絲的試驗(yàn)。
<2>-1)實(shí)施例1-5(通過(guò)冷拉絲的鋼絲的制造試驗(yàn))以由前述熱軋制備的成分No.1-5(參照表16)的5種6.0mmφ鋼線材為原材料，通過(guò)冷拉絲拉絲到1.3mmφ，進(jìn)行制造鋼絲的試驗(yàn)(以下分別稱為“實(shí)施例1-5”)。這些實(shí)施例中的冷拉絲條件全部如下所述。即，如表18中所示，通過(guò)模具No.1-17的拉絲模順序拉絲常溫的6.0mmφ鋼線材(同前述，通過(guò)熱軋加工成18mmφ接著切削加工成6.0mmφ的鋼線材)，制造1.3mmφ的鋼絲。拉絲中材料的溫度低于200℃。
表18

備注*)其中，拉絲用原材料的初始直徑為6.0mmφ。
在全部這些實(shí)施例的拉絲工序中，能夠容易地從6.0mmφ拉絲到1.3mmφ，而不要實(shí)施所有球化退火及其它軟化處理。在此期間，在2.1mmφ(拉絲總斷面減小率87.8％)、1.8mmφ(拉絲總斷面減小率91.0％)和1.3mmφ(拉絲總斷面減小率95.3％)各階段中，取得拉絲原樣的表征用試驗(yàn)材料(以下稱為“A1組試驗(yàn)材料”)。另外，A1組試驗(yàn)材料的線徑相對(duì)于實(shí)施例1-5的5種各有3種規(guī)格，合計(jì)包括5種×3＝15種。進(jìn)一步，對(duì)于其中的1.3mmφ試驗(yàn)材料，進(jìn)行冷成形為M1.6盆頭小螺釘?shù)脑囼?yàn)。對(duì)于實(shí)施例1-5的試驗(yàn)材料“A1組試驗(yàn)材料”，進(jìn)行以下項(xiàng)目的試驗(yàn)。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)(同前述)2)通過(guò)維氏硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度測(cè)定試驗(yàn)(同前述)3)通過(guò)顯微鏡試驗(yàn)的鐵素體粒徑(d)的測(cè)定試驗(yàn)(同前述)4)小螺釘凹槽成形試驗(yàn)在此只對(duì)線直徑1.3mmφ鋼絲進(jìn)行。如前述，按照J(rèn)IS B1111中規(guī)定的M1.6盆頭小螺釘?shù)闹圃旃ば?，通過(guò)鐓制加工對(duì)線直徑1.3mmφ的鋼絲進(jìn)行預(yù)備成形，然后，在頭部通過(guò)冷鐓成形規(guī)定的十字形凹槽(用于由改錐緊固該螺釘?shù)氖中蔚劝疾?。用10倍放大鏡觀察成形時(shí)該凹槽發(fā)生裂紋的情況。通常，凹槽裂紋發(fā)生情況根據(jù)小螺釘凹槽形狀大為不同，但M1.6盆頭小螺釘十字形凹槽成形是極嚴(yán)酷的鐓制成形，因此在作為實(shí)用的試驗(yàn)的同時(shí)，尤其定位為優(yōu)異的冷鐓性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)。不能觀察到裂紋的記為“好”，能觀察到微小裂紋但大體良好的記為“略好”，有裂紋的記為“裂紋”，發(fā)生大裂紋的記為“大裂紋”。
5)小螺釘?shù)呐まD(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)通過(guò)冷鍛具有上述鐓制成形的凹槽的來(lái)自線直徑1.3mmφ的鋼絲的螺釘中間體形成扭轉(zhuǎn)部，從而制備M1.6盆頭小螺釘。接下來(lái)，按照J(rèn)IS B 1060“實(shí)施滲碳淬火回火的計(jì)量式螺紋軋制螺釘?shù)臋C(jī)械性質(zhì)和性能”的5.4“扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)”中規(guī)定的方法，通過(guò)適當(dāng)?shù)呐ぞ販y(cè)定裝置，增大扭矩直到螺釘破壞。測(cè)定引起螺釘破壞需要的扭矩值(斷裂扭矩(kgf·cm))。該試驗(yàn)的目的在于，評(píng)價(jià)作為螺釘及螺栓等連接部件的機(jī)械性能特性之一的“扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度”。以下在本說(shuō)明書中相同。希望M1.6盆頭小螺釘?shù)臄嗔雅ぞ貫?.0kgf·cm以上。
6)小螺釘扭轉(zhuǎn)滯后破壞試驗(yàn)如圖9照片所示那樣，在由斷裂扭矩試驗(yàn)得到的斷裂扭矩值的70％值處、在該扭轉(zhuǎn)試樣的狀態(tài)下，封閉放置從線徑1.3mmφ的鋼絲制造的M1.6盆頭小螺釘，通過(guò)在72小時(shí)以內(nèi)是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)斷裂來(lái)評(píng)價(jià)耐滯后破壞特性。每組扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)件的個(gè)數(shù)為10個(gè)。另外，該扭轉(zhuǎn)滯后破壞試驗(yàn)只對(duì)實(shí)施例2進(jìn)行。上述試驗(yàn)結(jié)果示于表19和表20中。
表19

表20

由表19和表20的試驗(yàn)結(jié)果可知以下事項(xiàng)。即，首先，A1組試驗(yàn)材料全部是由本申請(qǐng)發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)施例得到的鋼絲取得的試驗(yàn)材料。更具體地，A1組試驗(yàn)材料成分的C含量極低(C0.0014-0.0109質(zhì)量％)、是上述的無(wú)滲碳體的細(xì)微鐵素體結(jié)晶(平均粒徑d≤0.9μm)，是拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA水平高且其平衡優(yōu)異的原材料，對(duì)該原材料實(shí)施拉絲總斷面減小率88％以上的冷拉絲。因此，在實(shí)施例1-5的任一個(gè)中，隨著冷拉絲造成的總斷面減小率的增加，得到的鋼絲的拉伸強(qiáng)度TS明顯上升。不僅如此，斷面收縮RA的降低量也非常小。圖10和11中示出了該狀態(tài)(后述的比較例1-3的結(jié)果也一同表示在兩圖中)，綜合參照兩圖可明確得知。其中，在圖10和11中，在橫軸上，用轉(zhuǎn)換成前述工業(yè)應(yīng)變e的值(按照前述(3)式)表示冷拉絲的總斷面減小率R。而且，在兩表中一并記載了工業(yè)應(yīng)變e。在后面也相同。
由此可見，拉伸強(qiáng)度TS從原材料的635-795MPa水平開始，拉絲總斷面減小率為87.8％時(shí)上升到1070-1252MPa水平，拉絲總斷面減小率為91.0％時(shí)上升到1142-1322MPa水平，并且，拉絲總斷面減小率為95.3％時(shí)顯著上升到1370-1568MPa水平。盡管拉伸強(qiáng)度TS如此顯著上升，斷面收縮RA的降低量非常小。即，拉絲前原材料為78.1-81.9％的水平，拉絲總斷面減小率為87.8％時(shí)，降低到73.1-81.2％的水平，拉絲總斷面減小率為91.0％時(shí)，降低到69.8-76.6％，并且，拉絲總斷面減小率為95.3％時(shí)，降低到62.1-71.8％，其降低量非常小。而且，由于無(wú)滲碳體，在該工序中不用實(shí)施一切球化退火等軟化處理。
進(jìn)一步從兩圖觀察工業(yè)應(yīng)變?chǔ)藕屠鞆?qiáng)度之間的關(guān)系可知，原材料的拉伸強(qiáng)度TS已經(jīng)處于635-795MPa的高水平，通過(guò)稍微的應(yīng)變就會(huì)使其拉伸強(qiáng)度TS進(jìn)一步增大。例如，按照實(shí)施例3，即使通過(guò)工業(yè)應(yīng)變?chǔ)牛?.17的冷加工，C含量為0.0095質(zhì)量％時(shí)，能得到超過(guò)800MPa的高強(qiáng)度。ε＝0.17時(shí)，計(jì)算出拉絲總斷面減小率R為17％，因此，此時(shí)鋼絲的線直徑為5.5mmφ。在本實(shí)施例中，由于冷拉絲剛剛之前的原材料直徑(相當(dāng)于鋼線材的直徑)為6.0mmφ，通過(guò)將其設(shè)定的更大，即使對(duì)于5.5mmφ以上的較粗線徑，也可以制造超過(guò)800MPa的鋼絲，此時(shí)確保斷面收縮75％。按照上述試驗(yàn)結(jié)果，在圖12中示出了拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA的關(guān)系。根據(jù)該圖可知可以制造(1)TS≥1000MPa且確保RA≥70％，(2)TS≥1200MPa且確保RA≥65％，或者(3)TS≥1500MPa且確保RA≥60％的、強(qiáng)度和延伸性平衡優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼。
由此可見，上述本申請(qǐng)發(fā)明的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼在冷拉絲原樣狀態(tài)，在不實(shí)施淬火、回火等調(diào)質(zhì)處理的鋼絲中能得到上述材料特性。而且，具有這樣優(yōu)異材料特性的鋼絲的結(jié)晶組織是無(wú)滲碳體的鐵素體，其呈現(xiàn)出在冷拉絲加工方向伸長(zhǎng)成竹節(jié)結(jié)構(gòu)狀的形態(tài)，線直徑為1.3mmφ的鋼絲的C向斷面的平均鐵素體粒徑為138-175nm的超微晶粒(參照表20)。在圖13中例示了實(shí)施例2的TEM(透射電子顯微鏡)組織照片。其平均鐵素體粒徑為150nm。其中，從通過(guò)加工應(yīng)變量來(lái)控制該冷加工后C向斷面中的鐵素體粒徑的思路出發(fā)，由冷加工前后的粒徑測(cè)定值進(jìn)行研究。例如，在實(shí)施例2中，通過(guò)熱軋制備的鋼線材(冷加工開始剛剛之前的鋼線材)中C方向斷面的平均鐵素體粒徑為0.8μm(參照表17)。
因此，具有本實(shí)施例的化學(xué)成分組成及本鋼線材的制造過(guò)程的鋼絲的C方向斷面的平均鐵素體粒徑(＝d2)由下式(5)推算。
d2＝(1-R/100)1/2×d1 (5)其中，R冷加工的總斷面減小率(％)d1冷加工開始剛剛之前C向斷面的鐵素體粒徑在此，通過(guò)從鋼線材的線直徑6.0mmφ到鋼絲的線直徑1.3mmφ的總斷面減小率計(jì)算出R，為R＝95.3％。由d1為0.8μm，可計(jì)算d2＝173nm。該計(jì)算值173nm與實(shí)測(cè)值150nm相當(dāng)一致。
因此，在本申請(qǐng)發(fā)明的鋼絲或棒鋼的制造方法中，在通過(guò)對(duì)熱軋材的鋼線材冷加工來(lái)制造鋼絲時(shí)，作為該鋼線材C方向斷面中鐵素體粒徑的控制手段，使用上述(5)式是有效的。其次，這樣制造的本申請(qǐng)發(fā)明的鋼絲，在沒有淬火、回火等調(diào)質(zhì)處理的狀態(tài)下，實(shí)施象M1.6盆頭小螺釘那樣的極嚴(yán)酷的冷鐓，即使對(duì)于上述成形過(guò)程的凹槽的形成，實(shí)施例1和2均良好，實(shí)施例3也達(dá)到了基本沒有問(wèn)題的水平。而且，由具有這種優(yōu)異冷鐓性能的鋼絲通過(guò)所謂冷鐓、冷滾軋的冷加工方法成形的M1.6盆頭小螺釘具有其扭轉(zhuǎn)斷裂扭矩大致為3.0kgf·cm的高扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。
<2>-2)實(shí)施例6-9(通過(guò)冷軋的鋼絲制造試驗(yàn))同樣，以前述由熱軋制備的成分No.1-4(參照表16)的4種6.0mmφ鋼線材作為原材料，進(jìn)行通過(guò)冷軋拉絲到1.3mmφ的制造鋼絲的試驗(yàn)(以下分別稱為“實(shí)施例6-9”)。相對(duì)于實(shí)施例1-5中對(duì)熱軋鋼線材冷拉絲的那些，在實(shí)施例6-9中，在冷軋同樣的熱軋鋼線材方面，鋼絲的制造方法是不同的。該冷軋條件全部如下。如表21所示那樣，由第1工序至第3工序中的各聯(lián)合軋輥冷軋常溫的6.0mmφ鋼線材(如前述，由熱軋加工成18mmφ，然后切削加工成6.0mmφ鋼線材)。
表21

備注*)其中，軋制用坯料的初始直徑為6.0mmφ即，利用第一工序的8道次，從6.0mmφ軋制到3.3mmφ，利用第2工序的10道次，從3.3mmφ軋制到1.8mmφ，而且，利用第3工序的5道次，從1.8mmφ軋制到1.3mmφ，由此制造鋼絲。軋制中材料溫度低于200℃。在所有這些實(shí)施例的軋制工序中，能夠不施加一切球化退火及其它軟化處理而從6.0mmφ冷軋到1.3mmφ。在該期間，作為表征用試驗(yàn)材料，在3.3mmφ(總斷面減小率69.8％)、2.3mmφ(總斷面減小率85.3％)、1.8mmφ(總斷面減小率91.0％)和1.3mmφ(總斷面減小率95.3％)這4階段中，取得軋制原樣的試驗(yàn)材料(以下稱為“A2組試驗(yàn)材料”)。另外，A2組試驗(yàn)材料的線徑相對(duì)于實(shí)施例6-9的4種各有4種規(guī)格，合計(jì)由4種×4＝16種組成。進(jìn)一步，對(duì)于其中的1.3mmφ試驗(yàn)材料，進(jìn)行冷成形為M1.6盆頭小螺釘?shù)脑囼?yàn)。
對(duì)于實(shí)施例6-9的試驗(yàn)材料(A2組試驗(yàn)材料)，進(jìn)行以下項(xiàng)目的試驗(yàn)。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)(同前述)2)通過(guò)維氏硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度測(cè)定試驗(yàn)(同前述)3)小螺釘凹槽成形試驗(yàn)僅以線直徑1.3mmφ鋼絲為對(duì)象(同前述)。
4)小螺釘扭轉(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)僅以M1.6盆頭小螺釘為對(duì)象(同前述)。上述試驗(yàn)結(jié)果示于表22和23中。
表22

表23

由表22和表23的試驗(yàn)結(jié)果可知以下事項(xiàng)。即，首先，A2組試驗(yàn)材料全部是由本申請(qǐng)發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)施例得到的鋼絲取得的試驗(yàn)材料。而且，作為鋼絲原材料的鋼線材全部和實(shí)施例1-5相同，該材料由適當(dāng)?shù)臒彳堉圃欤珻含量極低(C0.0014-0.0109質(zhì)量％)，結(jié)晶組織為無(wú)滲碳體的細(xì)微鐵素體晶粒(平均粒徑d＝0.7-0.9μm)，拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA水平高且其平衡優(yōu)異。對(duì)這樣的材料實(shí)施總斷面減小率69.8％(6.0mmφ→3.3mmφ)以上的冷軋。
這樣，實(shí)施例6-9的制造條件與實(shí)施例1-5的不同點(diǎn)在于，用冷軋代替冷拉絲進(jìn)行加工。這樣得到的鋼絲的材料特性一同記錄在前述圖10、11和12中。由此也得知，隨著冷軋?jiān)斐傻目倲嗝鏈p小率的增加，得到的鋼絲的拉伸強(qiáng)度TS明顯上升。
并且，盡管拉伸強(qiáng)度TS明顯上升，斷面收縮RA的降低量也非常小。該材質(zhì)特性的變化在實(shí)施例6-9任一例中都是相同的，而且，和實(shí)施例1-5的結(jié)果類似。而且，冷軋鋼絲的拉伸強(qiáng)度TS和斷面收縮RA保持在高水平，且兩者具有良好的平衡。
可以明了，在保持冷軋加工原樣的狀態(tài)，即使不實(shí)施淬火、回火等調(diào)質(zhì)處理也能得到這種材質(zhì)特性的優(yōu)勢(shì)。更進(jìn)一步，即使不實(shí)施球化退火保持冷軋?jiān)瓨樱贑含量低的實(shí)施例6、7和8中也能成形M1.6盆頭小螺釘，可以確認(rèn)冷加工性能極優(yōu)異。該材質(zhì)特性也以實(shí)施例1-3一致。
而且，具有這種材質(zhì)特性水平的實(shí)施例7和8中，在形成M1.6盆頭小螺釘后，即使在不進(jìn)行淬火、回火等調(diào)質(zhì)處理的狀態(tài)，扭轉(zhuǎn)斷裂扭矩也為大致3.0kgf·cm，展現(xiàn)出優(yōu)異的高扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。這樣，比較實(shí)施例1-4和實(shí)施例6-9的結(jié)果可知，在本申請(qǐng)發(fā)明的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼材的制造方法中，作為對(duì)熱軋的鋼線材進(jìn)行冷加工的方法，可以是冷拉絲法和冷軋法中的任意一種。
<3>比較例進(jìn)一步，對(duì)本申請(qǐng)發(fā)明范圍外的比較例進(jìn)行以下試驗(yàn)。比較例分為第1組和第2組。
<3>(a)第1組比較例(比較例1-3)作為比較例的第1組，是JIS G 3507中規(guī)定的冷鐓用碳鋼線材，并且是具有和表24的成分No.6-8示出的SWRCH5A、SWRCH10A以及SWRCH18相當(dāng)?shù)母鞒煞纸M成的6.0mmφ鋼線材，從已完成在現(xiàn)有技術(shù)通常熱軋條件的A3相變點(diǎn)以上加工的市售的鋼線材取得表征用試驗(yàn)材料(以下稱為“B0組實(shí)驗(yàn)材料”)，進(jìn)行如下項(xiàng)目的試驗(yàn)。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)(同前)2)通過(guò)顯微鏡試驗(yàn)的鐵素體粒徑(d)的測(cè)定試驗(yàn)(同前)這些試驗(yàn)結(jié)果示于表24、25中。
表24

表25

根據(jù)表24、25的試驗(yàn)結(jié)果，可知以下事項(xiàng)。即，首先，B0組試驗(yàn)材料是供給比較例1-3中進(jìn)行的冷加工的原材料的表征用試驗(yàn)材料。該B0組試驗(yàn)材料是由熱軋制造的材料(鋼線材)，該熱軋是本申請(qǐng)發(fā)明范圍外鋼材制造方法中原材料的制造條件。因此，金屬結(jié)晶主相組織的鐵素體在C方向斷面中的平均粒徑為16-20μm。這比實(shí)施例1-9中作為鋼線材使用的材料的平均鐵素體粒徑(0.7-0.9μm)大很多。
因此，盡管C含量比實(shí)施例1-9明顯高出，但斷面收縮RA是優(yōu)異的高水平80.1-85.9％。但是，盡管C含量高，拉伸強(qiáng)度TS為350-550MPa，比實(shí)施例1-9中使用的鋼線材的拉伸強(qiáng)度TS635-795MPa明顯低。另一方面，使用取得上述B0組試驗(yàn)材料后的上述6.0mmφ的熱軋鋼線材，通過(guò)冷拉絲或冷軋以冷加工到1.3mmφ，制造鋼絲。
(1)首先，對(duì)成分No.6(相當(dāng)于SWCH5A)的熱軋鋼線材實(shí)施冷拉絲制造鋼絲。以和實(shí)施例1-5中相同的條件進(jìn)行冷拉絲(參照表18，拉絲溫度低于200℃)，稱此為“比較例1”。在該冷拉絲工序中，取得作為表征用的2.1mmφ(拉絲總斷面減小率87.8％)、1.8mmφ(拉絲總斷面減小率91.0％)和1.3mmφ(拉絲總斷面減小率95.3％)的冷拉絲原樣的鋼絲試驗(yàn)材料。
(2)與此相對(duì)應(yīng)，對(duì)成分No.7(相當(dāng)于SWCH10A)和成分No.8(相當(dāng)于SWCH18A)的熱軋鋼線材實(shí)施冷軋制造鋼絲。冷軋條件和實(shí)施例6-9中的相同(參照表21，軋制溫度低于200℃)。在該冷軋工序中，取得作為表征用的3.3mmφ(拉絲總斷面減小率69.8％)、2.3mmφ(拉絲總斷面減小率85.3％)和1.3mmφ(拉絲總斷面減小率95.3％)的冷軋?jiān)瓨拥匿摻z試驗(yàn)材料。這些試驗(yàn)分別稱為“比較例2”、“比較例3”。集中以上比較例1-3的試驗(yàn)材料，稱為“B1組試驗(yàn)材料”，對(duì)這些材料進(jìn)行以下試驗(yàn)。
1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度(TS)和斷面收縮(RA)的測(cè)定試驗(yàn)(同前)2)通過(guò)小螺釘凹槽成形試驗(yàn)(同前)對(duì)于線徑1.3mmφ的鋼絲，對(duì)冷軋?jiān)瓨拥脑囼?yàn)材料，進(jìn)行M1.6盆頭小螺釘?shù)陌疾鄢尚卧囼?yàn)。并且，對(duì)比較例2和3的線直徑1.3mmφ的鋼絲，實(shí)施球化退火處理，而不是冷軋?jiān)瓨拥匿摻z試驗(yàn)材料，由此制造冷加工性能提高的試驗(yàn)材料，對(duì)該材料也進(jìn)行M1.6盆頭小螺釘?shù)陌疾鄢尚卧囼?yàn)。
3)小螺釘扭轉(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)(同前)對(duì)于由1.3mmφ的鋼絲通過(guò)冷鐓、冷鍛成形M1.6盆頭小螺釘?shù)目赡埽瑢?duì)其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)。
上述試驗(yàn)結(jié)果示于表26中。
表26

根據(jù)表26(實(shí)施例1-3)的試驗(yàn)結(jié)果可知以下事項(xiàng)。B1組試驗(yàn)材料是在本申請(qǐng)發(fā)明范圍外的比較例1-3的試驗(yàn)過(guò)程中得到的鋼絲試驗(yàn)材料，C含量為0.04-0.18質(zhì)量％的水平。對(duì)于熱軋制備的原材料(鋼線材)，當(dāng)實(shí)施冷拉絲或冷軋時(shí)，隨著其總斷面減小率的增大，拉伸強(qiáng)度TS上升，斷面收縮RA下降。對(duì)于拉伸強(qiáng)度TS超過(guò)1000MPa的總斷面減小率，達(dá)到與比較例2和3中線直徑1.3mmφ時(shí)對(duì)應(yīng)的95.3％。但是，此時(shí)的斷面收縮RA降低到64.4-66.2％。由原材料引起的斷面收縮RA的降低狀況為85.9-83.0％→64.4-62.5％，降低約20％左右，其降低量明顯較大。而且，與實(shí)施例1-9中拉伸強(qiáng)度TS超過(guò)1000MPa時(shí)的斷面收縮RA70-75％左右相比(參照?qǐng)D12)，降低后的斷面收縮RA值的水平也降低到相當(dāng)?shù)偷乃健?br> 這樣，隨著對(duì)原材料的冷加工中總斷面減小率的增加，拉伸強(qiáng)度TS上升，與此相反，斷面收縮RA降低，這種材質(zhì)特性的變化趨勢(shì)在比較例1-3中和在實(shí)施例1-9中都相同。但是，從定量的角度看，此時(shí)斷面收縮RA的降低量在實(shí)施例1-9中明顯較小((6mmφ熱軋材78.1-81.9％)→(1.3mmφ冷拉絲材62.1-71.8％)或者→(1.3mmφ冷軋材64.0-80.1％)，在比較例1-3中，則相當(dāng)大((6mmφ熱軋材80.1％)→(1.3mmφ冷拉絲材64.9％)、(6mmφ熱軋材83.0-85.9％)→(1.3mmφ冷軋材62.5-64.4％)。
上述材質(zhì)特性的變化一同記錄在圖10-12中。
在各圖中，通過(guò)比較實(shí)施例和比較例，可更明確上述事項(xiàng)。另一方面，按照小螺釘凹槽成形性試驗(yàn)，在拉伸強(qiáng)度TS超過(guò)1000MPa時(shí)，在比較例2和3中，在預(yù)先對(duì)試驗(yàn)材料實(shí)施球化退火處理時(shí)，雖然有不發(fā)生凹槽裂紋的良好情況(比較例2)(但，比較例3中發(fā)生裂紋)，但在未實(shí)施球化退火的冷軋?jiān)瓨訒r(shí)，在比較例2、3中都產(chǎn)生了凹槽裂紋。但是，在拉伸強(qiáng)度TS低于1000MPa的比較例1(總斷面減小率95.3％的線直徑1.3mmφ時(shí)為962MPa)中，凹槽裂紋狀況良好。
這樣，在本申請(qǐng)發(fā)明范圍外的比較例中，當(dāng)通過(guò)增大原材料的冷拉絲或冷軋的總斷面減小率使拉伸強(qiáng)度上升到一定值以上時(shí)，如果不實(shí)施球化退火等適當(dāng)?shù)能浕幚?，在成形要求極嚴(yán)酷冷鐓性能的M1.6盆頭小螺釘?shù)陌疾蹠r(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋。與此相反，在實(shí)施例中，即使不實(shí)施球化退火保持冷拉絲或冷軋?jiān)瓨?，如果拉伸?qiáng)度TS不充分超過(guò)1500MPa，即使在這樣嚴(yán)格的凹槽試驗(yàn)中也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。而且，從這種特別嚴(yán)格的冷鐓性能以外的冷加工性能觀點(diǎn)出發(fā)，即使在以斷面收縮RA水平為指標(biāo)時(shí)，實(shí)施例1-9也比比較例1-3優(yōu)異。其次，從鋼材成分不同的觀點(diǎn)比較實(shí)施例1-9和比較例1-3可知(參照?qǐng)D12)，按照本申請(qǐng)發(fā)明的高強(qiáng)度鋼的制造方法，以C含量為0.0014-0.0109質(zhì)量％的極低碳鋼為原材料，能夠在不進(jìn)行球化退火而保持冷加工原樣的狀態(tài)得到冷鐓性能優(yōu)異的鋼絲，所述鋼絲的拉伸強(qiáng)度TS可為例如1000-1400MPa的高水平范圍，而且，斷面收縮RA也保持在相當(dāng)高的水平，例如65％以上(參照?qǐng)D12)。
圖14示出了比較了實(shí)施例1-9和比較例1-3中線直徑為1.3mmφ時(shí)，對(duì)于鋼絲C含量的拉伸強(qiáng)度TS水平的圖形，圖1示出了比較了實(shí)施例1-9和比較例1-3中同樣線直徑為1.3mmφ時(shí)，對(duì)于鋼絲C含量的斷面收縮RA水平的圖形。另外，線徑1.3mmφ的冷加工率是不變條件，相當(dāng)于工業(yè)應(yīng)變3.06。
<3>(b)第2組比較例(比較例4)作為第2組比較例，以由現(xiàn)有技術(shù)制造的市售SWCH16A相當(dāng)?shù)匿摻z制造的生螺釘和滲碳淬火螺釘作為比較例4。
該螺釘是M1.6盆頭小螺釘，其化學(xué)成分組成如表27的成分No.9所示。
表27

其制造方法是現(xiàn)有技術(shù)，通過(guò)熱軋制造鋼線材，接著按照現(xiàn)有技術(shù)冷拉絲制造1.3mmφ鋼絲，在對(duì)其實(shí)施球化退火處理改善冷鐓性能后，通過(guò)冷鐓、滾軋形成M1.6盆頭小螺釘(生螺釘)，并且對(duì)生螺釘實(shí)施滲碳淬火、回火處理，成為具有規(guī)定強(qiáng)度的M1.6盆頭小螺釘(滲碳淬火螺釘)的兩種。作為比較例4的表征試驗(yàn)，以生螺釘和滲碳淬火螺釘作為試驗(yàn)材料(稱為“B2組試驗(yàn)材料”)，進(jìn)行扭轉(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)(同前)。其試驗(yàn)結(jié)果示于表28中。
表28

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知以下事項(xiàng)。在用本申請(qǐng)發(fā)明范圍外的制造方法制造的比較例4中，就生螺釘試驗(yàn)材料來(lái)說(shuō)，M1.6盆頭小螺釘?shù)呐まD(zhuǎn)斷裂扭矩是1.82kgf·cm的較低值，當(dāng)為滲碳淬火、回火螺釘時(shí)，能得到2.96kgf·cm的高扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，具有希望的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。在前述實(shí)施例中進(jìn)行的扭轉(zhuǎn)扭矩試驗(yàn)中，雖然實(shí)施例6是2.63kgf·cm，但在其它實(shí)施例中進(jìn)行的試驗(yàn)中，全部超過(guò)了2.9kgf·cm，具有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。通過(guò)以上試驗(yàn)可以確認(rèn)本申請(qǐng)發(fā)明的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼及高強(qiáng)度成形制品的工業(yè)有用性，以及作為用于制造這些產(chǎn)品的制造方法，本發(fā)明的鋼絲或棒鋼及高強(qiáng)度成形制品的制造方法的工業(yè)有用性。
權(quán)利要求
1.一種冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，具有在垂直鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下且無(wú)滲碳體的鐵素體組織。
2.一種冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，C含量在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限以下，具有在垂直鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
3.一種冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，C含量在0.010質(zhì)量％以下，具有在垂直鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
4.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，拉伸強(qiáng)度TS為900MPa以上。
5.按照權(quán)利要求4記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，拉伸強(qiáng)度TS為1000MPa以上且斷面收縮RA為70％以上。
6.按照權(quán)利要求4記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，拉伸強(qiáng)度TS為1200MPa以上且斷面收縮RA為65％以上。
7.按照權(quán)利要求4記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，拉伸強(qiáng)度TS為1500MPa以上且斷面收縮RA為60％以上。
8.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，硬度為維氏硬度Hv285以上。
9.按照權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，前述鐵素體組織的平均粒徑為200nm以下。
10.按照權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，不含有不可避免含量以上的Cr和Mo等其它淬火性促進(jìn)元素以及Cu和Ni等其它固溶強(qiáng)化元素中的任一個(gè)。
11.按照權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，Si含量為1.0質(zhì)量％以下，且Mn含量為2.0質(zhì)量％以下。
12.一種高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，具有在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中平均粒徑為500nm以下且無(wú)滲碳體的鐵素體組織。
13.一種高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，C含量為在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限以下，具有在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
14.一種高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，C含量在0.010質(zhì)量％以下，具有在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
15.按照權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，拉伸強(qiáng)度TS為1000MPa以上。
16.按照權(quán)利要求15記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，拉伸強(qiáng)度TS為1500MPa以上。
17.按照權(quán)利要求15記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，硬度為維氏硬度Hv285以上。
18.按照權(quán)利要求15記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，硬度為維氏硬度Hv300以上。
19.按照權(quán)利要求12-18中任一項(xiàng)記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，前述鐵素體組織的平均粒徑為200nm以下。
20.按照權(quán)利要求12-19中任一項(xiàng)記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，不含有不可避免含量以上的Cr和Mo等其它淬火性促進(jìn)元素以及Cu和Ni等其它固溶強(qiáng)化元素中的任一個(gè)。
21.按照權(quán)利要求12-20中任一項(xiàng)記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，Si含量為1.0質(zhì)量％以下，且Mn含量為2.0質(zhì)量％以下。
22.按照權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，由冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼制造。
23.按照權(quán)利要求22記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，通過(guò)冷鐓、冷鍛和/或切削加工制造前述成形制品。
24.按照權(quán)利要求12-23中任一項(xiàng)記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，對(duì)前述成形制品不施加調(diào)質(zhì)處理。
25.一種冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％，主相為在垂直鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織，具有拉伸強(qiáng)度為700MPa以上且斷面收縮為65％以上的機(jī)械性能。
26.按照權(quán)利要求25記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，斷面收縮為70％以上。
27.按照權(quán)利要求26記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，拉伸強(qiáng)度為1000MPa以上。
28.一種冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％，主相為在垂直鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織，具有拉伸強(qiáng)度為1500MPa以上且斷面收縮為60％以上的機(jī)械性能。
29.一種冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％，主相為在垂直鋼絲或棒鋼縱向的斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織，硬度為維氏硬度HV285以上。
30.按照權(quán)利要求25-29中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，其特征在于，C含量為超過(guò)在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限，且為0.45質(zhì)量％以下。
31.按照權(quán)利要求25-30中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的鋼絲或棒鋼，其特征在于，鐵素體組織的平均粒徑為200nm以下。
32.按照權(quán)利要求25-31中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的鋼絲或棒鋼，其特征在于，不含有不可避免含量以上的Cr和Mo等其它淬火性促進(jìn)元素以及Cu和Ni等其它固溶強(qiáng)化元素中的任一個(gè)。
33.按照權(quán)利要求25-32中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的鋼絲或棒鋼，其特征在于，Si含量為1.0質(zhì)量％以下，且Mn含量為2.0質(zhì)量％以下。
34.一種高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％，主相為在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織，且在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中硬度為維氏硬度HV285以上。
35.一種高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％，具有在任意方向斷面中的至少一個(gè)斷面中平均粒徑為500nm以下的鐵素體組織，且拉伸強(qiáng)度TS為900MPa以上。
36.按照權(quán)利要求34或35記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，平均粒徑為200nm以下。
37.按照權(quán)利要求25-33中任一項(xiàng)記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，由冷加工性能優(yōu)異的鋼絲或棒鋼制造。
38.按照權(quán)利要求34-37中任一項(xiàng)記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，通過(guò)冷鐓、冷鍛和/或切削加工制造。
39.按照權(quán)利要求34-38中任一項(xiàng)記載的高強(qiáng)度成形制品，其特征在于，不施加調(diào)質(zhì)處理。
40.一種冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)具有無(wú)滲碳體的鐵素體組織的鋼錠、鑄坯、鋼坯或鋼材半成品實(shí)施熱加工，制備在垂直于縱向的斷面中平均結(jié)晶粒徑為3μm以下的材料，然后通過(guò)實(shí)施冷加工，形成在垂直于縱向的斷面中平均結(jié)晶粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
41.一種冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)C含量為在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限以下的鋼錠、鑄坯、鋼坯或鋼材半成品實(shí)施熱加工，制備在垂直于縱向的斷面中平均結(jié)晶粒徑為3μm以下的材料，然后通過(guò)實(shí)施冷加工，形成在垂直于縱向的斷面中平均結(jié)晶粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
42.按照權(quán)利要求41記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，前述C含量在0.010質(zhì)量％以下。
43.按照權(quán)利要求40-42中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，在實(shí)施前述冷加工后，鐵素體組織的前述平均結(jié)晶粒徑為200nm以下。
44.按照權(quán)利要求40-43中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，前述熱加工是指，在加工溫度350-800℃范圍內(nèi)，以用3元有限元法計(jì)算的前述材料中的平均塑性應(yīng)變計(jì)，通過(guò)軋制和/或鍛造引入并保留在材料中的塑性應(yīng)變?yōu)?.7以上的加工。
45.按照權(quán)利要求40-43中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，前述熱加工是指，在加工溫度350-800℃范圍內(nèi)、通過(guò)軋制和/或鍛造使得用下式(1)表示的總斷面減小率R為50％以上的加工，R＝{(SO-S)/SO}×100(1)其中，R對(duì)鑄坯或鋼坯實(shí)施的總斷面減小率(％)SO熱加工開始剛剛之前鑄坯或鋼坯的C方向斷面面積S熱加工完成后得到的材料的C方向斷面面積
46.按照權(quán)利要求40-45中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，前述熱加工以多個(gè)道次且在多個(gè)方向?qū)嵤?br> 47.按照權(quán)利要求40-46中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，前述冷加工是指，加工溫度小于350℃，以用3元有限元法計(jì)算的前述材料中的平均塑性應(yīng)變計(jì)，通過(guò)軋制和/或拉拔引入并保留在材料中的塑性應(yīng)變?yōu)?.05以上的加工。
48.按照權(quán)利要求40-46中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，前述冷加工是指，加工溫度小于350℃、通過(guò)軋制和/或拉拔使得用下式(2)表示的總斷面減小率R’為5％以上的加工，R’＝{(SO’-S’)/SO’}×100 (2)其中，R’對(duì)熱加工材料實(shí)施的總斷面減小率(％)SO’冷加工開始剛剛之前材料的C方向斷面面積S’冷加工完成后得到的材料的C方向斷面面積
49.按照權(quán)利要求40-48中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，在前述熱加工和前述冷加工任一項(xiàng)工序中，不包括球化退火處理和/或淬火、回火處理。
50.一種高強(qiáng)度成形制品的制造方法，其特征在于，使用由權(quán)利要求40-49中任一項(xiàng)記載的制造方法制造的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，通過(guò)冷鐓、冷鍛和/或切削加工制造。
51.按照權(quán)利要求50記載的高強(qiáng)度成形制品的制造方法，其特征在于，對(duì)前述成形制品不施加調(diào)質(zhì)處理。
52.按照權(quán)利要求50或51記載的高強(qiáng)度成形制品的制造方法，其特征在于，對(duì)前述成形制品不施加去除應(yīng)力退火處理和/或焙燒處理。
53.一種冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)C含量為超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％的鋼錠、鑄坯、鋼坯或鋼材半成品實(shí)施熱加工，制備在垂直于縱向的斷面中平均結(jié)晶粒徑為3μm以下的材料，然后通過(guò)實(shí)施冷加工，形成在垂直于縱向的斷面中平均結(jié)晶粒徑為500nm以下的鐵素體主相組織。
54.按照權(quán)利要求53記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，實(shí)施冷加工后的鐵素體組織的前述平均結(jié)晶粒徑為200nm以下。
55.按照權(quán)利要求53或54記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，熱加工是對(duì)前述鑄坯或鋼坯實(shí)施的以下加工在加工溫度350-800℃的范圍內(nèi)，以用3元有限元法計(jì)算的前述材料中的平均塑性應(yīng)變計(jì)，通過(guò)軋制和/或鍛造引入到材料中并保留的塑性應(yīng)變?yōu)?.7以上。
56.按照權(quán)利要求53或54中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，熱加工是對(duì)前述鑄坯或鋼坯實(shí)施的以下加工加工溫度在350-800℃范圍內(nèi)，通過(guò)軋制和/或鍛造使得用下式(1)表示的總斷面減小率R為50％以上，R＝{(SO-S)/SO}×100 (1)其中，R對(duì)鑄坯或鋼坯實(shí)施的總斷面減小率(％)SO熱加工開始剛剛之前鑄塊或鋼坯的C方向斷面面積S熱加工完成后得到的材料的C方向斷面面積
57.按照權(quán)利要求53-56中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，熱加工以多個(gè)道次且在多個(gè)方向?qū)嵤?br> 58.按照權(quán)利要求53-57中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，冷加工是對(duì)前述熱加工的材料實(shí)施的以下加工加工溫度小于350℃，以用3元有限元法計(jì)算的前述材料中的平均塑性應(yīng)變計(jì)，通過(guò)軋制和/或拉拔引入到材料中并保留的塑性應(yīng)變?yōu)?.05以上。
59.按照權(quán)利要求53-57中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，冷加工是對(duì)前述熱加工的材料實(shí)施的以下加工加工溫度小于350℃，通過(guò)軋制和/或拉拔使得用下式(2)表示的總斷面減小率R’為5％以上，R’＝{(SO’-S’)/SO’}×100 (2)其中，R’對(duì)熱加工材料實(shí)施的總斷面減小率(％)SO’冷加工開始剛剛之前材料的C方向斷面面積S’冷加工完成后得到的材料的C方向斷面面積
60.按照權(quán)利要求53-59中任一項(xiàng)記載的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼的制造方法，其特征在于，在高強(qiáng)度鋼的制造方法中，在前述熱加工和前述冷加工任一項(xiàng)工序中，不包括球化退火處理和/或淬火、回火處理。
61.一種高強(qiáng)度成形制品的制造方法，其特征在于，使用由權(quán)利要求53-60中任一項(xiàng)記載的制造方法制造的冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼，通過(guò)冷鐓、冷鍛和/或切削加工制造。
62.按照權(quán)利要求61記載的高強(qiáng)度成形制品的制造方法，其特征在于，對(duì)前述成形制品不施加調(diào)質(zhì)處理。
63.按照權(quán)利要求61或62記載的高強(qiáng)度成形制品的制造方法，其特征在于，對(duì)前述成形制品不施加去除應(yīng)力退火處理和/或焙燒處理。
全文摘要
在冷加工性能優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼絲或棒鋼、高強(qiáng)度成形制品及其制造方法中，C含量為在Ae1點(diǎn)的鐵素體相的碳固溶極限以下，并且為0.010質(zhì)量％以下的無(wú)滲碳體，或者，C含量超過(guò)0.01質(zhì)量％至0.45質(zhì)量％，在350－800℃溫度范圍內(nèi)，對(duì)具有上述C含量的鋼錠、鑄坯、鋼坯或鋼材半成品實(shí)施熱軋，制備成在垂直于縱向的斷面中的平均晶粒粒徑為3μm以下的材料，接著實(shí)施冷加工，形成在垂直于縱向的斷面中的平均晶粒粒徑為500nm以下的鐵素體組織。
文檔編號(hào)C21D8/06GK1954088SQ20058001464
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者鳥塚史郎, 村松榮次郎, 長(zhǎng)井壽 申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人物質(zhì)·材料研究機(jī)構(gòu)