專利名稱：具有優(yōu)異可拉拔性和疲勞性能的鋼線材及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有優(yōu)異可拉拔性和疲勞性能的鋼線材，以及這種鋼線材的制造方法，特別涉及這樣一種鋼線材，其中硬質的且延性相當低的非金屬夾雜物減少，從而改善了可拉拔性和疲勞性能的，以及涉及一種制造這種鋼線材的有用方法。
背景技術：
當鋼線材中存在硬質的且延性相當低的非金屬夾雜物(特別是氧化物基夾雜物，下文有時僅稱為“夾雜物”)時，該非金屬夾雜物會在將該線材拉拔成諸如輪胎簾線的超細鋼絲的加工過程中引起斷裂。此外，當用該鋼線材制造彈簧時，會在加載重復應力獲得產品(彈簧)的條件下從非金屬夾雜物處開始疲勞斷裂。因此，必須將非金屬夾雜物減少到最低或軟化，以增加延性，從而消除夾雜物在鋼線材制造加工中的負面影響。
在改善鋼線材中非金屬夾雜物的柔軟性和延性上，已提出各種技術。例如，美國專利6,328,820、JP-A 2003-49244和JP-B6-74485提出了通過將鋼中非金屬夾雜物的組成控制在某一范圍內來改善夾雜物的柔軟性和延性的方法。具體地，美國專利6,328,820提出了，相對于鋼材L型截面中所有氧化物基夾雜物，將厚度為5μm或更小的氧化物基夾雜物的數量控制在某一范圍內，從而可以保證一定的疲勞性能。然而，厚度為5μm或更小的氧化物基夾雜物的數量僅限定在鋼材L型截面中至少80％的比例內，且為了可靠地改善疲勞性能，還需要考慮進一步的改進。
JP-A2003-49244規(guī)定了，在軋制鋼材的L型截面中檢測到的非金屬夾雜物中，至少80％非金屬夾雜物(其中長軸(L)與短軸(D)的L/D比大于5，且D為10μm或更大)包括10-40％的CaO、30-50％的SiO2、1-5％的MnO、1-10％的Al2O3和5-20％的Na2O。然而，該技術僅以粗夾雜物作為控制主體，且以上組成僅以存在的非金屬夾雜物的平均組成表示。因此，為了切實改善可拉拔性等，還需要進一步研究。
JP-B6-74485公開了具有優(yōu)異冷加工性能和疲勞性能的高清潔度鋼，包括軋制鋼材L型截面中長(1)與寬(d)之比1/d≤5的非金屬夾雜物，其平均組成為30-50％的SiO2、1-10％的Al2O3、50％或更少的CaO和50％或更少的MgO。然而，同樣在該技術中，非金屬夾雜物的組成僅以平均組成控制，因此很難切實改善疲勞性能。
另一方面，JP-A S53-76916、JP-A H4-272119、JP-A 2000-212636、JP-A H10-102132，以及the 182nd，183ndNishiyama Memorial TechnicalSeminar“Inclusion Control and Material Manufacturing Technology of HighCleanliness Steel”，由The Iron and Steel Institute of Japan編輯2004，p138公開了將鋼水精煉中的爐渣組成控制在某一范圍內，并攪拌鋼水和爐渣，使它們接觸和混合，以使使夾雜物重新成為變軟和有延性的方法。雖然使鋼水和爐渣接觸的方法被認為對夾雜物控制同樣重要，但JP-A S53-76916和JP-A H4-272119并沒有特別說明這種方法?！癐nclusion Controland Material Manufacturing Technology of High Cleanliness Steel”說明了將CaO/SiO2體系中CaO/SiO2為0.8-1.2的爐渣用于鋼水處理，從而使非延性夾雜物減少的現象。然而，當鋼水處理方法，即爐渣與鋼水的接觸混合方法不合適時，夾雜物很難被充分減少。而JP-A 2000-212636和JP-AH10-102132描述了精煉期間吹氣流量的控制，兩種情況的氣體流量都高，因此由于爐渣帶來的夾雜物很容易產生。

發(fā)明內容
適應的是提供一種鋼線材，其中堅硬和無延性的夾雜物減少，從而使可拉拔性和疲勞性能改善，以及提供一種制造該鋼線材的有用方法。
根據本發(fā)明的一個實施方案具有優(yōu)異可拉拔性和疲勞性能的鋼線材包含0.4-1.3％的C(質量百分數，以下對于鋼組成相同)，0.1-2.5％的Si，0.2-1.0％的Mn，和
0.003％或更少的Al(大于0％)；并在包括該鋼線材軸線的截面中含有氧化物基夾雜物，該夾雜物在垂直于該軸線的方向上具有2μm或更大的直徑，并滿足以下組成X組成X當假設Al2O3+MgO+CaO+SiO2+MnO＝100％(質量百分數，下面對夾雜物相同)時，得到Al2O3+CaO+SiO2≥70％；其中滿足以下組成A的氧化物基夾雜物數每100mm2包括鋼線材軸線的截面為1-20個，滿足以下組成B的氧化物基夾雜物數每100mm2包括鋼線材軸線的截面小于1個組成A當假定Al2O3+CaO+SiO2＝100％時，得到20％≤CaO≤50％和Al2O3≤30％；和組成B當假定Al2O3+CaO+SiO2＝100％時，得到CaO＞50％。
該鋼線材可以還含有以下作為其它元素(a)0.05-1％的Ni，(b)0.05-1％的Cu和/或0.05-1.5％的Cr，和(c)選自兇手0.02-20ppm的Li、0.02-20ppm的Na、3-100ppm的Ce和3-100ppm的La的組中的至少一種。
本發(fā)明的實施方案還規(guī)定了一種制造該鋼線材的方法，其中鋼水處理中氣體攪拌期間的氣體流量控制在每噸鋼水0.0005Nm3/min-0.004Nm3/min(N指標準的；298K和105Pa下的體積，下同)。
“鋼線材”是熱軋后和拉拔前的線材，并且區(qū)別于拉拔獲得的“鋼絲”。
根據本發(fā)明的實施方案，鋼線材中堅硬和非延性的夾雜物減少，并且獲得鋼線材，該鋼線材在拉拔期間表現出優(yōu)異的可拉拔性，并具有優(yōu)異的疲勞性能，因此可有效提供諸如輪胎簾線的高強度超細鋼絲，或最適于制造疲勞性能要求很高的彈簧的鋼線材。


圖1表示組成A夾雜物的數量與每10噸鋼線材斷裂的數量之間的關系曲線；
圖2表示組成A夾雜物的數量與疲勞試驗中的折損率之間的關系曲線；圖3表示組成B夾雜物的數量與疲勞試驗中的折損率之間的關系曲線；和圖4表示鋼包精煉中攪拌氣體流量對組成A夾雜物數量和組成B夾雜物數量的影響的圖。
具體實施例方式
本發(fā)明人對獲得具有更優(yōu)異的可拉拔性和疲勞性能的鋼線材進行了認真的研究，并對建立獲得這種鋼線材的制造方法進行了認真的研究。
為了獲得具有更優(yōu)異的可拉拔性和疲勞性能的鋼線材，控制鋼線材中夾雜物的形態(tài)是有效的，而且本發(fā)明發(fā)現，當每種夾雜物的尺寸和組成都清楚，使具有一定尺寸和組成的夾雜物數量得到控制，而不是像現有技術那樣控制所存在夾雜物的平均組成，就能更可靠地提高可拉拔性和疲勞性能。下面詳細描述由本發(fā)明實施方案規(guī)定的夾雜物形態(tài)學以及這樣規(guī)定的原因。
首先，本發(fā)明實施方案旨在包括鋼線材軸線的截面中作為控制目標的氧化物夾雜物，該夾雜物垂直于軸線方向的寬度，即垂直于軋制方向的寬度為2μm或更大。這是因為垂直于軋制方向的寬度小于2μm的夾雜物不會影響鋼線材的可拉拔性或疲勞壽命。這里，軸線是在線材縱向延伸的中心軸。包括鋼線材軸線的截面是在鋼線材軸向延伸并具有鋼線材中心軸的平面上切開線材時形成的截面。
本發(fā)明實施方案的鋼線材以這種方式獲得，即將含有由于脫氧元素產生的SiO2或由于加入的金屬材料中所含Al產生的Al2O3等的鋼水與爐渣精煉中用于精煉的CaO-SiO2-Al2O3體系爐渣混合。因此，鋼線材中氧化物基夾雜物主要含有CaO、SiO2和Al2O3三種成分。氧化物基夾雜物中含有MgO是由于鋼水的耐火材料，而含有MnO是由于添加了Mn作為鋼水成分，MgO和MnO在夾雜物中不可避免地混合?？尚纬裳趸锘鶌A雜物的其它成分(TiO2、ZrO2等)的含量相當低。
因此，包含根據上述一個方面制造的鋼線材的軸線的截面中的氧化物基夾雜物(該夾雜物垂直于軋制方向的寬度為2μm或更大)主要含有上述CaO、SiO2和Al2O3三種成分。在本發(fā)明實施方案中，假設氧化物基夾雜物滿足以下組成X，使得清楚的是，氧化物基夾雜物是控制目標組成X當夾雜物的組成轉換成Al2O3+MgO+CaO+SiO2+MnO＝100％(質量百分數)時，得到Al2O3+CaO+SiO2≥70％。
本發(fā)明對組成X的氧化物基夾雜物的詳細組成(即Al2O3、CaO和SiO2的成分比)與可拉拔性和疲勞性能之間的關系進行了進一步研究。
結果，發(fā)現下列·滿足以下組成A的氧化物基夾雜物的數量(在滿足組成X并在垂直于軋制方向上具有2μm或更大寬度的氧化物基夾雜物中，以這種方式滿足組成A的氧化物基夾雜物下面僅稱為“組成A夾雜物”)每100mm2包括鋼線材軸線的截面為1-20個，和·滿足以下組成B的氧化物基夾雜物的數量(在滿足組成X并在垂直于軋制方向上具有2μm或更大寬度的氧化物基夾雜物中，以這種方式滿足組成B的氧化物基夾雜物下面僅稱為“組成B夾雜物”)每100mm2包括鋼線材軸線的截面為少于1個；組成A當夾雜物的組成轉換成Al2O3+CaO+SiO2＝100％時，得到20％≤CaO≤50％和Al2O3≤30％；和組成B當夾雜物的組成轉換成Al2O3+CaO+SiO2＝100％時，得到CaO＞50％。
圖1表示下面描述的實施例1的拉拔過程中組成A夾雜物數量(每100mm2包括鋼線材軸線的截面)與斷裂數(每10噸鋼線材的斷裂數)之間的關系。從圖1可知，組成A夾雜物的數量必須控制在20個或更低(優(yōu)選15個或更低)，以控制每10噸鋼線材的斷裂數為10次或更少。當組成A夾雜物的數量超過20時，即使夾雜物的尺寸很小，該夾雜物也會對可拉拔性或疲勞壽命帶來相當顯著的負面影響。此外，從圖1可見，當組成A夾雜物的數量非常少時，每10噸鋼線材的斷裂數就突然增多。這被認為是由于相當少量的組成A夾雜物的數量指大量硬質夾雜物的狀態(tài)。在本發(fā)明實施方案中，組成A夾雜物的數量減少到至少1個(優(yōu)選至少2個)，以控制每10噸鋼線材的斷裂數為10或更少。
圖2表示組成A夾雜物數(每100mm2包括鋼線材軸線的截面)與下面描述的實施例2的疲勞試驗中的折損率之間的關系。從圖2可知，組成A夾雜物的數量必須像上面那樣控制在20個或更低(優(yōu)選15個或更低)，以控制疲勞試驗中的折損率為60％或更小。另一方面，當組成A夾雜物的數量非常少時，疲勞試驗中的折損率就突然增大。由此可知，從通過將疲勞試驗中的折損率控制到60％或更低以保證疲勞性能來看，組成A夾雜物的數量必須至少為1個(優(yōu)選至少為2個)。
本發(fā)明對硬質組成B夾雜物進行了控制。圖3表示組成B夾雜物的數量與疲勞試驗中的折損率之間的關系，并且表明當組成B夾雜物的數量增加到每100mm2包括鋼線材軸線的截面至少為1個時，疲勞試驗中的折損率超過60％。
組成B夾雜物的產生主要是由于鋼水處理前的加工(例如轉爐煉鋼法)中引入的CaO，當鋼水處理不當地進行時，鋼線材中就留下了含CaO作為主成分的組成B夾雜物。由于組成B夾雜物降低疲勞壽命，甚至夾雜物尺寸為5μm或更小時也如此，因此需要將其數量減少到最低。因此，在本發(fā)明實施方案中，組成B夾雜物的數量減少到少于1個(優(yōu)選0.7個或更少)。
在本發(fā)明實施方案的鋼線材中，組成中Al的量如下所示被特別控制，且C、Si和Mn的含量與如下所示的諸如鋼絲繩或彈簧鋼的典型拉拔用鋼中的含量相同。鋼線材可故意含有Ni、Cu、Cr、Li、Na、Ce或La，以增加諸如進一步改善強度的效果。
<C0.4-1.3％>
C是對改善強度有用的元素，因此至少含有0.4％。優(yōu)選至少含0.5％。然而過量的C會使鋼脆化，導致可拉拔性變差。因此，其含量應控制在1.3％或更低(優(yōu)選1.2％或更低)。
<Si0.1-2.5％>
Si有脫氧作用的元素，需含至少0.1％，以顯示其作用。優(yōu)選含至少0.2％。然而過量Si會產生大量作為脫氧產物的SiO2，導致可拉拔性破壞。因此，其含量應控制在2.5％或更低(優(yōu)選為2.3％或更低)。
<Mn0.2-1.0％>
Mn是具有類似Si的脫氧作用的元素，并有控制夾雜物的作用。為了有效表現其作用，應至少含0.2％的Mn(優(yōu)選至少0.3％)。另一方面，過量Mn會使鋼脆化，導致可拉拔性變差。因此，其含量應控制在1.0％或更低(優(yōu)選為0.9％或更低)。
<Al0.003％或更低(大于0％)>
Al是對控制夾雜物的有用元素，需要含約0.001％。然而，Al的含量增加會使夾雜物中Al2O3的濃度高，導致產生粗的Al2O3引起斷裂。因此，其含量應控制在0.003％或更低(優(yōu)選為0.002％或更低)。
本發(fā)明實施方案定義的組成元素如上，并且余量包括鐵和不可避免的雜質。作為不可避免的雜質，根據原料、材料、制造裝置等的情況會引入某些元素。此外，有效的是故意含有以下元素以進一步改善線材的特性。
<Ni0.05-1％>
Ni是顯示出改善拉制線材韌性作用的元素。為了表現出這種作用，Ni的含量優(yōu)選至少0.05％，更優(yōu)選至少含0.06％。然而，由于過量Ni只會導致這種效果飽和，因此Ni的優(yōu)選含量為1％或更低(更優(yōu)選為0.9％或更低)。
<Cu0.05-1％和/或Cr0.05-1.5％>
Cu和Cr是有助于提高鋼絲強度的元素，特別是Cu是通過析出硬化效應改善鋼絲強度有用的元素。為了顯示出Cu的作用，Cu的含量優(yōu)選至少0.05％，更優(yōu)選至少0.06％。然而，當Cu含量過高時，它會離析到晶界中，從而在鋼的熱軋加工中往往出現裂紋或缺陷。因此，Cu的含量優(yōu)選為1％或更低(更優(yōu)選為0.9％或更低)。
Cr有改善拉拔期間的加工硬化比率的作用，通過這種作用，即使在相對低的處理能力下，也很容易保證高的強度。另外，Cr有改善鋼的耐腐蝕性的作用，并且例如，當其用作諸如輪胎的橡膠的增強材料(超細鋼)時，它能有效起抑制超細鋼的腐蝕的作用。為了表現出這種作用，Cr的含量優(yōu)選至少0.05％，更優(yōu)選至少含0.06％。然而，過量的Cr會增加珠光體轉換中的淬火性，導致鉛淬火處理困難。此外，二次鐵鱗明顯變緊，導致機械脫鱗和酸浸漬性能變差。因此，Cr的含量優(yōu)選1.5％或更低，更優(yōu)選為1.4％或更低。
<選自包括0.02-20ppm的Li、0.02-20ppm的Na、3-100ppm的Ce和3-100ppm的La的組中的至少一種>
這些元素有軟化鋼中非金屬夾雜物的作用。為了表現出這種作用，鋼線材優(yōu)選含有0.02ppm或更高(更優(yōu)選為0.03ppm或更高)的Li、0.02ppm或更高(更優(yōu)選為0.03ppm或更高)的Na、3ppm或更高(更優(yōu)選為5ppm或更高)的Ce和3ppm或更高(更優(yōu)選為5ppm或更高)的La。然而，由于過量的這些元素只會導致這種作用飽和，因此Li和Na優(yōu)選分別控制在20ppm或更低(更優(yōu)選10ppm或更低)。Ce和La優(yōu)選分別控制在100ppm或更低(更優(yōu)選80ppm或更低)。
此外，本發(fā)明人發(fā)現，當爐渣和熔融金屬在鋼包精煉中攪拌時，可控制氣體流量，以獲得組成A夾雜物數為1-20個和組成B夾雜物數少于1個的鋼線材。
已經知道，通過用具有合適組成的爐渣進行鋼水處理，初軋鋼坯或坯料中的夾雜物被軟化，并且在熱軋或拉拔中容易拉拔。然而，如上所述，如果鋼水處理方法，即爐渣與鋼水的接觸混合方法不合適，就難以實現非延性夾雜物的數量充分降低。
本發(fā)明人研究了在可能影響夾雜物形態(tài)的各種金屬錠制造條件中，當在鋼包精煉中攪拌爐渣和熔融金屬時，攪拌氣體流量(下面有時簡稱“氣體流量”)與夾雜物形態(tài)之間的關系。具體而言，在改變氣體流量的情況下制造直徑5.5mm的線材，測量組成A夾雜物或組成B夾雜物的數量(每100mm2包含軸線的截面)(其它制造方法，以及組成A夾雜物或組成B夾雜物數量的測量方法與下述實施例1相同)，然后整理出氣體流量與組成A夾雜物或組成B夾雜物數量之間的關系。結果示于圖4。
從圖4可知，當氣體流量小于每噸鋼水0.0005Nm3/min時，組成A夾雜物的數量相當低，且組成B夾雜物明顯增加。這被認為是由于爐渣與鋼水在這種氣體流量下的接觸程度低，因此除了含有脫氧加工中產生的大量SiO2或Al2O3的硬質夾雜物外，還留下了含有在鋼水處理前的加工中引入的大量CaO的夾雜物。
在本發(fā)明實施方案中，對于混合爐渣和鋼水，將氣體流量控制在每噸鋼水至少0.0005Nm3/min，從而使含有在鋼水處理前的加工(例如轉爐煉鋼法)中引入的大量CaO的夾雜物或含有鋼水的脫氧加工中產生的大量SiO2或Al2O3的硬質夾雜物能重新成為軟的組成A夾雜物。
為了得到組成A夾雜物，以切實減少組成B夾雜物的數量，氣體流量優(yōu)選控制在每噸鋼水至少0.0006Nm3/min，更優(yōu)選至少0.0007Nm3/min。
優(yōu)選的是增加氣體流量，因為組成A夾雜物會成比例增加，且組成B夾雜物相對減少，然而，盡管組成A夾雜物是軟的，但過量的這種夾雜物會降低可拉拔性或疲勞強度。此外，當氣體流量增加時，氣體攪拌期間就會明顯磨損鋼包耐火材料，這對于運行是不利的，另外，耐火材料會混合到鋼水中，從而給產品帶來負面影響。因此，氣體流量應控制在每噸鋼水0.004Nm3/min或更低，優(yōu)選0.0035Nm3/min或更低，更優(yōu)選0.003Nm3/min或更低。
如此，在本發(fā)明實施方案中，鋼水處理中的氣體攪拌期間的氣體流量應控制在每噸鋼水0.0005Nm3/min-0.004Nm3/min的氣體流量范圍內，該范圍處于比常用水平低的水平，從而可實現鋼中氧化物基夾雜物的狀態(tài)，這是尚未發(fā)現的。
雖然用于攪拌的氣體種類沒有特別的限制，但氬氣是合適的，它不與鋼水反應，并能以較低價格獲得。此外，對吹氣方法不限，可采用從鋼水上面吹氣的方法和從鋼包底部或側面吹氣的方法。
鋼水處理中氣體攪拌期間的氣體流量的調節(jié)作用基于對爐渣與鋼水間接觸程度的調節(jié)。除氣體流量外，吹氣功率、吹氣位置和氣體攪拌時間也會影響爐渣與鋼水間的接觸程度。然而，從對鋼包耐火材料或溫度均勻性或鋼水組成的影響方面看，吹氣功率和吹氣位置很難改變。如果對于氣體攪拌時間能保證所要求的足夠的時間，即使攪拌更長時間，攪拌效果也飽和了。因此，氣體流量就大致決定了對爐渣與鋼水間接觸程度的影響。
作為爐渣，如上述JP-A S53-76916、JP-A H4-272119和JP-A 2000-212636中所公開的，CaO-SiO2-Al2O3基夾雜物可通過加入熔劑，例如加入其中CaO和SiO2以35-55質量百分數的CaO和45-65質量百分數的SiO2的比例混合的熔劑來形成，或將爐渣的組成控制在與下述實施例中的組成相同。備選地，可采用JP-A 2000-212636中描述的滿足0.6-1.2的CaO/SiO2、2-10質量百分數的Al2O3、30或更低質量百分數的CaF2(包括0％)和10或更少的質量百分數的NaF(包括0％)的爐渣。
本發(fā)明實施方案的鋼線材具有3-10mm的截面直徑，可用于制造要求在拉拔方法中具有高可拉拔性的諸如輪胎簾線或鋼琴鋼絲的超細高強度鋼絲。此外，也可用于制造需要高疲勞性能的彈簧、鋼絲等。
在下文中，雖然用給出的實施例更具體地描述本發(fā)明的實施方案，但本發(fā)明的實施方案基本上不受以下實施例的限制，并能以適應以上和以下描述的涵義的范圍內的合適修改方案實施，其中任何一種方案都包含在本發(fā)明實施方案的技術范圍內。
實施例<實施例1可拉拔性的評價>
將其中在鋼水預處理過程中已將P降到0.007-0.020％，且S已降到0.002-0.01％的240噸各種鋼水與0-5噸冷鐵(cold iron)和/或0-4噸廢鋼一起裝入轉爐中。當時，將鐵水、冷鐵和廢鋼一起混合，使所有鐵原料的平均P濃度為0.020％或更低。在轉爐中，將鐵原料進行脫碳吹煉到具有預定濃度，然后倒入鋼包中，然后在鋼包爐中進行組成調節(jié)(關于組成，參見下表1)和爐渣精煉。鋼包精煉中的爐渣為CaO/SiO2為0.7-1.7且Al2O3為4-25％的CaO-SiO2-Al2O3基爐渣。用氬氣作為鋼包精煉期間的攪拌氣體，氣體流量在0.0003-0.012Nm3/min每噸鋼水的范圍內變化。氣體攪拌時間在各種情況下為15分鐘或更長。
鋼包精煉后接著進行連鑄，結果，得到具有600mm×380mm的截面的初軋鋼坯。將連鑄中吹入中間包的氬氣流量控制在中間包中的每噸鋼水0.04-0.10Nm3/min，以防止由于鋼水再氧化而增加夾雜物總量或改變組成。然后，將初軋鋼坯加熱到1260℃，并且進行初軋，直到初軋鋼坯截面縮小到155mm2，然后進一步進行熱軋，最后獲得直徑5.5mm的線材。
按如下所述研究所得每種鋼線材中夾雜物的組成、尺寸和數量。即，將包含所得鋼線材的軸的截面切開到能觀察，然后通過EPMA(ElectronProbe MicroAnalyzer，JEOL制造(JXA-8000系列))觀察截面的整個面積(觀察面積108-280mm2)，并且通過下面詳細描述的方法證實，該截面中垂直于軋制方向上的寬度為2μm或更大的氧化物基夾雜物分別滿足以下組成X，然后通過下面詳細描述的方法分別測量在垂直于軋制方向上的寬度為2μm或更大的氧化物基夾雜物中，滿足組成A的夾雜物的數量和滿足組成B的夾雜物的數量，然后轉換成每100mm2包括鋼線材軸線的截面中的數量。由于寬度大于5μm的氧化物基夾雜物的數量相當少，就將寬度為2-5μm的氧化物基夾雜物取作觀察目標。結果一起示于表1。
組成X當夾雜物的組成轉換成Al2O3+MgO+CaO+SiO2+MnO＝100％(質量百分數)時，得到Al2O3+CaO+SiO2≥70％。
組成A當夾雜物的組成轉換成Al2O3+CaO+SiO2＝100％時，得到20％≤CaO≤50％和Al2O3≤30％。
組成B當夾雜物的組成轉換成Al2O3+CaO+SiO2＝100％時，得到CaO＞50％。
為了確定夾雜物的組成、尺寸和數量，將EPMA與Noran & Reeds Inc.制造的自動圖像分析儀結合使用。觀察放大倍數設定為500倍(將2-5μm直徑的物體作為1-2.5mm直徑的物體觀察的水平)，觀察1200-3000個視場(觀察面積為108-280mm2)，假定每個觀察視場面積為300μm×300μm。在20kV的雙倍加速電壓和0.01μA的樣品電流的條件下，通過特征X射線能量分布光譜進行定量分析。至于確定目標的元素，采用Al、Mn、Si、Mg、Ca、Ti、Zr、K、Na、S和O。在測定方法中，測量具有已知濃度的以上元素的物質的X射線強度，從而得知X射線強度與元素濃度之間的關系，并預先繪制這種關系的特性曲線，然后用該特性曲線從作為觀察物體的夾雜物的X射線強度得到每種元素的濃度。假定每種元素Al、Mn、Si、Mg、Ca、Ti、Zr、K、Na和S以Al2O3、MnO、SiO2、MgO、GaO、TiO2、ZrO2、K2O、Na2O和S的形式存在，夾雜物中Al2O3、MnO、SiO2、MgO、CaO、TiO2、ZrO2、K2O、Na2O和S的濃度基于通過測定獲得的每種元素的濃度計算。然后確定該夾雜物對應組成A還是組成B，然后得到對應于每種組成的夾雜物的數量。結果一起示于表示鋼線材化學組成的表1中。
作為夾雜物形態(tài)的詳細測量結果的實例，表1所示第3號測量結果示于表2，第7號測量結果示于表3。對其它實施例也進行類似測量。
然后，根據以下方法，評價將鋼線材用于輪胎簾線的情況下的可拉拔性。
評價將鋼線材從5.5mm直徑拉拔到0.2mm直徑的斷裂數。
用鹽酸除去直徑5.5mm的鋼線材的鐵鱗，然后通過連續(xù)拉拔機(ShowaKikai Corp.制造，型號CD-610-7+BD610)將線材干式拉拔到1.2mm直徑。用于拉拔過程中的拉模(drawing dices)的直徑為4.8、4.2、3.7、3.26、2.85、2.5、2.2、1.93、1.69、1.48和1.3(所有單位均為mm)。直徑為1.2mm時的鋼絲拉拔速度為400m/min。拉拔過程中，在線材表面預涂磷酸鋅涂層，并使用主要含硬脂酸鈉的潤滑劑。
將拉拔到1.2mm直徑的鋼線材加熱到1230K，然后在830K的鉛浴中進行鉛淬火處理，使其具有微珠光體結構，然后進行Cu∶Zn＝7∶3(質量比)的鍍黃銅(厚度約1.5μm)。最后，用濕式拉拔機(KOCH Inc.制造，型號KPZIII/25-SPZ250)將鋼線材拉拔過程到直徑為0.2mm。對于拉拔期間的浸浴，采用含有75質量百分數的水，并在水中混合天然脂肪酸、胺鹽和表面活性劑的溶液。用于拉拔過程中的拉模的直徑為1.176、0.959、0.880、0.806、0.741、0.680、0.625、0.574、0.527、0.484、0.444、0.408、0.374、0.343、0.313、0.287、0.260、0.237和0.216(所有單位均為mm)。直徑為0.2mm時的拉絲速度為500m/min。
結果一起示于下表1。
表1

包括鐵和不可避免的雜質表2

表3

從表1可作出以下結論(以下第幾號指表1中實驗號)。
可知，第1-10號滿足本發(fā)明實施方案的規(guī)定，它們在拉拔過程中有少量斷裂，或可拉拔性優(yōu)異。相反，第11-15號不滿足本發(fā)明實施方案的規(guī)定，在拉拔過程期間產生了大量斷裂，表明可拉拔性很差。具體而言，在第11-12號中，由于組成A夾雜物不足，但存在組成B夾雜物，因此不能保證優(yōu)異的可拉拔性。在第13-15號中，由于組成A夾雜物的含量過多，可拉拔性差。
<實施例2疲勞性能的評價>
如實施例1那樣進行鐵水預處理、轉爐操作、爐渣精煉、連鑄、初軋和熱軋，得到8mm直徑的鋼線材，然后以實施例1中相同的方法測量所得鋼線材中夾雜物的組成、尺寸和數量。作為夾雜物形態(tài)的詳細測量結果的實例，第18號測量結果示于表5，第22號測量結果示于表6。對其它實施例進行類似測量。
然后，根據以下方法，評價鋼線材用作彈簧的情況下的疲勞性能。
通過Nakamura型旋轉-彎曲疲勞試驗評價直徑為8.0mm的鋼線材的疲勞性能。
將直徑8.0mm的鋼線材進行油回火、矯直退火和噴丸硬化處理，然后重新進行矯直退火，然后用Nakamura型旋轉-彎曲疲勞試驗機在以下條件下進行疲勞試驗，從而獲得折損率以評價疲勞性能。
結果一起示于表示鋼線材化學組成的表4中。
試樣長度650mm
試樣數量30試驗負載98.8kgf/mm2(940MPa)旋轉速度4500rpm試驗的懸掛次數2×107次折損率的計算公式折損率＝折損數/(所有試樣的數量)×100％
表4

*其余包括鐵和不可避免的雜質表5

表6

從表4可得出以下結論(以下第幾號指表4中實驗號)。
由于第16-25號滿足本發(fā)明實施方案的規(guī)定，它們在拉拔過程中有少量斷裂，或可拉拔性優(yōu)異。相反，第26-30號不滿足本發(fā)明實施方案的規(guī)定，在拉拔過程期間產生了大量斷裂，表明疲勞性能差。具體而言，在第26-27號中，由于組成A夾雜物不足，但存在組成B夾雜物，不能保證優(yōu)異的疲勞性能。在第28-30號中，由于組成A夾雜物的含量過多，疲勞性能差。
權利要求
1.一種鋼線材，其包含0.4-1.3％的C(質量百分數，以下對于鋼組成相同)，0.1-2.5％的Si，0.2-1.0％的Mn，和0.003％或更少的Al(大于0％)；其中在包括鋼線材軸線的任何截面中的氧化物基夾雜物滿足以下組成X，所述的夾雜物在垂直于該軸線方向上的寬度為2μm或更大，組成X當將夾雜物的組成轉換成Al2O3+MgO+CaO+SiO2+MnO＝100％(質量百分數，以下對于夾雜物相同)時，得到Al2O3+CaO+SiO2≥70％；并且滿足以下組成A的氧化物基夾雜物的數量每100mm2截面為1-20個，并且滿足以下組成B的氧化物基夾雜物的數量每100mm2截面少于1個組成A當將夾雜物的組成轉換成Al2O3+CaO+SiO2＝100％時，得到20％＜CaO＜50％和Al2O3≤30％；和組成B當將夾雜物的組成轉換成Al2O3+CaO+SiO2＝100％時，得到CaO＞50％。
2.權利要求1的鋼線材，其還包含0.05-1％的Ni，作為另一種元素。
3.權利要求1的鋼線材，其還包含0.05-1％Cu和0.05-1.5％Cr中的至少一種，作為其它元素。
4.權利要求1的鋼線材，其還包含選自包括0.02-20ppm的Li、0.02-20ppm的Na、3-100ppm的Ce和3-100ppm的La的組中的至少一種，作為其它元素。
5.權利要求1的鋼線材的制造方法，其中鋼水處理中的氣體攪拌期間，將氣體流量控制在每噸鋼水0.0005Nm3/min-0.004Nm3/min。
全文摘要
得到了鋼線材，其中鋼水處理中氣體攪拌期間的氣體流量控制在每噸鋼水0.0005Nm
文檔編號C22C38/20GK1928142SQ20061012811
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月4日 優(yōu)先權日2005年9月5日
發(fā)明者木村世意, 三村毅, 出浦哲史 申請人:株式會社神戶制鋼所