高抗拉強(qiáng)度鋼絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高抗拉強(qiáng)度鋼絲，一種用于制造高抗拉強(qiáng)度鋼絲的方法以及這樣 的高抗拉強(qiáng)度鋼絲作為彈簧絲或用于生產(chǎn)繩的元件的用途或應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 彈簧通常由鋼合金制成。最常用的彈簧鋼是琴鋼絲、油回火鋼絲、鉻硅、鉻釩以及 302和17-7不銹鋼。由鉻硅、鉻釩制造的彈簧鋼絲是油回火鋼絲的更高質(zhì)量、更高強(qiáng)度變型。
[0003] 被用于諸如汽車閥彈簧的應(yīng)用中的彈簧鋼一般被要求具有非常高的抗拉強(qiáng)度和 抗屈強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度是材料抵抗試圖拉開(kāi)或拉伸它的能力?？估瓘?qiáng)度對(duì)用于彈簧應(yīng)用的絲 是重要特性。例如，高于其抗拉強(qiáng)度工作的拉伸彈簧將斷裂。
[0004] -般來(lái)說(shuō)，當(dāng)生產(chǎn)小尺寸、高強(qiáng)度彈簧時(shí)，用于高強(qiáng)度彈簧用途的拉拔鋼絲被淬火 和回火以在拉拔鋼絲中給予較高的材料強(qiáng)度，然后被冷卷以獲得螺旋彈簧形狀。由于這個(gè) 原因，要求用于高強(qiáng)度彈簧應(yīng)用首先被拉拔然后被熱處理的鋼絲不僅具有高強(qiáng)度，而且還 具有足夠高的可加工性，其不會(huì)在冷卷時(shí)斷裂。
[0005] 彈簧，特別是被用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器等的彈簧被要求提供先進(jìn)的性能，以便應(yīng) 付朝向更輕重量和更先進(jìn)性能的汽車的趨勢(shì)。出于這個(gè)原因，具有更高強(qiáng)度和更高耐久性 的鋼絲是彈簧所期望的。用于提高性質(zhì)的主要趨勢(shì)是調(diào)整用于彈簧鋼絲的鋼的組成。在 US2012/0291927A1中公開(kāi)了一個(gè)示例，其中，鋼絲中C、Si、Mn和Cr的含量被提出以嚴(yán)格控 制，并且其間鋼絲中的Cr和Si兩者被設(shè)定在合適的量。然而，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，考慮到關(guān)于彈簧絲 必須進(jìn)行的預(yù)成形和彎曲操作，增加機(jī)械強(qiáng)度超出一定極限將導(dǎo)致這種鋼具有不足的延展 性。已經(jīng)進(jìn)行大量的努力來(lái)改善鋼絲以具有更高的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)具有可接受的延展性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有可接受的延展性的高抗拉強(qiáng)度鋼絲。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種適合用作彈簧鋼絲的高抗拉強(qiáng)度鋼絲。
[0008] 本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供合適的方法來(lái)制造具有可接受的延展性的高抗拉強(qiáng) 度鋼絲。
[0009] 本發(fā)明描述了由于定向馬氏體微觀結(jié)構(gòu)具有非常高強(qiáng)度和延展性的鋼絲，以及在 連續(xù)過(guò)程中生產(chǎn)這樣的鋼絲的方法。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種具有如下鋼組成的高抗拉強(qiáng)度鋼絲：
[0011] 碳含量，范圍為從0.20 %重量百分比至1.00 %重量百分比，例如從0.3 %重量百分 比至0.85 %重量百分比，例如從0.4 %重量百分比至0.7 %重量百分比，例如從0.5 %重量百 分比至0.6 %重量百分比，
[0012] 硅含量，范圍為從0.05%重量百分比至2.0%重量百分比，例如從0.2%重量百分 比至1.8%重量百分比，例如從1.2%重量百分比至1.6%重量百分比，
[0013] 錳含量，范圍為從0.40%重量百分比至1.0%重量百分比，例如從0.5%重量百分 比至0.9 %重量百分比，
[0014] 鉻含量，范圍為從0.0%重量百分比至1.0%重量百分比，例如從0.5%重量百分比 至0.8 %重量百分比，
[0015] 硫和磷含量，被分別限制到0.05%重量百分比，例如限制到0.025%重量百分比，
[0016] 鎳、釩、鋁、銅或其它微合金元素的含量，都被分別地限制到0.5%重量百分比，例 如限制到0.2%重量百分比，例如限制到0.08%重量百分比
[0017] 其余的是鐵，
[0018] 所述鋼絲具有馬氏體結(jié)構(gòu)，
[0019] 其中馬氏體的至少10 %體積百分比被定向。
[0020] 優(yōu)選地，馬氏體的至少20%體積百分比被定向。更優(yōu)選地，馬氏體的至少30%體積 百分比被定向。最優(yōu)選，馬氏體的至少40%體積百分比被定向。
[0021 ]已知的是馬氏體鋼是一種多晶材料。當(dāng)多晶材料的晶粒被隨機(jī)定向時(shí)，多晶材料 沒(méi)有被定向或無(wú)紋理。在特定條件下，多晶材料的晶粒可以被優(yōu)選地定向，并且在這種情況 下，多晶材料被稱為被"定向的"或"紋理化的"。常常面對(duì)兩種類型的定向，即"結(jié)晶定向"和 "微觀結(jié)構(gòu)定向"。結(jié)晶定向是指晶粒被結(jié)晶定向，諸如具有某些晶面或晶向的優(yōu)選排列或 定向。優(yōu)選的結(jié)晶定向通常是從衍射峰強(qiáng)度(諸如通過(guò)X射線衍射(XRD)分析或電子背向散 射衍射(EBSD))的定向依賴性分析來(lái)確定的，其已經(jīng)在樣品的坐標(biāo)系內(nèi)在不同的空間方向 上被測(cè)量。另一方面，如果多晶材料的晶粒具有各向異性的形態(tài)形狀，在多晶形成期間晶粒 也可以通過(guò)諸如單軸壓縮具有"微觀結(jié)構(gòu)定向"。"微觀結(jié)構(gòu)定向"意味著各向異性形狀的晶 粒在優(yōu)選方向或平面內(nèi)被形態(tài)學(xué)定向。這可通過(guò)圖像分析，諸如掃描電子顯微鏡(SEM)來(lái)檢 測(cè)。另外，結(jié)晶定向通常與微觀結(jié)構(gòu)定向有關(guān)，因?yàn)榫Я５男螤罡飨虍愋酝ǔＥc它們的結(jié)晶 學(xué)相關(guān)。
[0022]馬氏體出現(xiàn)如條狀或板狀晶粒。當(dāng)在橫截面看時(shí)，透鏡狀(透鏡形）晶粒有時(shí)被描 述為針狀(針形）。根據(jù)本申請(qǐng)，在所產(chǎn)生的馬氏體鋼絲中，馬氏體中的至少10%體積百分比 被定向。術(shù)語(yǔ)"定向的"指的是透鏡狀晶粒被結(jié)晶定向或微觀結(jié)構(gòu)定向，或結(jié)晶和微觀結(jié)構(gòu) 都定向。
[0023]結(jié)晶排列或定向的％體積百分比可以通過(guò)X射線衍射(XRD)分析或電子背向散射 衍射(EBSD)獲得。微觀結(jié)構(gòu)排列或定向的％體積百分比可以通過(guò)圖像分析進(jìn)行評(píng)估。
[0024] 在本文中，術(shù)語(yǔ)"定向的"并不僅意味著結(jié)晶軸或透鏡狀晶粒的軸線與圖1中由ai 和a 2所示的相同方向被準(zhǔn)確定向，而且也指公差范圍內(nèi)的定向。當(dāng)晶粒(或某些結(jié)晶方向） 的某些軸的方向如在圖1中由角度α表示，在20°內(nèi)，優(yōu)選在10°內(nèi)，更優(yōu)選在5°內(nèi)偏離時(shí)，這 些晶粒也被認(rèn)為是定向的。
[0025] 排列或定向至少是指例如在垂直于透鏡狀晶粒平面的方向（如由圖1中ai，a2所示 的方向，例如[00 1 ])上，一維優(yōu)選定向。對(duì)于一維定向，透鏡狀晶粒在透鏡狀平面上的方向 (如在圖1中a4，a5所示的方向）上隨機(jī)分布。
[0026]優(yōu)選地，根據(jù)本申請(qǐng)，鋼絲具有抗屈強(qiáng)度RpO . 2，其是抗拉強(qiáng)度Rm的至少80 %。 RpO. 2是在0.2 %永久伸長(zhǎng)下的抗屈強(qiáng)度。更優(yōu)選地，屈拉比，即RpO. 2/Rm是在80 %至95 %之 間。因此，彈性變形后的鋼絲仍然可以在斷裂之前變形到一定程度。
[0027]根據(jù)本申請(qǐng)的鋼絲優(yōu)選具有耐腐蝕涂層。更優(yōu)選地，該鋼絲具有選自鋅、鎳、銀、銅 或它們的合金中的任一項(xiàng)的耐腐蝕涂層。在這種情況下，即使在苛刻的腐蝕環(huán)境下，鋼絲也 具有延長(zhǎng)的壽命。
[0028] 根據(jù)本申請(qǐng)的鋼絲可以處于冷拉拔狀態(tài)并具有圓形橫截面。鋼絲可以具有用于高 于5.0mm的鋼絲直徑的至少2000MPa的抗拉強(qiáng)度Rm，用于高于3.0mm的鋼絲直徑的至少 2100MPa的抗拉強(qiáng)度，用于高于0.5mm的鋼絲直徑的至少2200MPa的抗拉強(qiáng)度用于直徑大于 0.5mm的鋼絲。優(yōu)選地，該鋼絲具有至少45%的斷裂后面積減少，并且更優(yōu)選具有至少50% 的斷裂后面積減小。
[0029] 在本文中，通過(guò)抗拉試驗(yàn)得到鋼絲的延展性。鋼絲的延展性是由斷裂后的面積減 小指示的。"面積減少"是樣本的原始橫截面積和試驗(yàn)后其最小橫截面積之間的差。它通常 被表示為原始橫截面的百分比減少。最小橫截面在鋼絲斷裂后測(cè)量。
[0030] 拉絲是用來(lái)借助通過(guò)單個(gè)或一系列拉模拉拔絲來(lái)減小絲的橫截面的金屬加工方 法。已知的是拉絲提高鋼絲的抗拉強(qiáng)度Rm并同時(shí)降低延展性。然而，與傳統(tǒng)的冷拉拔鋼絲相 比，具有特定組成的本發(fā)明的鋼絲具有相當(dāng)?shù)难诱剐院蜆O高抗拉強(qiáng)度。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，鋼絲可以被用作彈簧鋼絲或用于生產(chǎn)繩子的元件。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種制造具有高抗拉強(qiáng)度鋼絲的方法，所述鋼絲 具有如鋼組成：
[0033] 碳含量，范圍為從0.20 %重量百分比至1.00 %重量百分比，例如從0.3 %重量百分 比至0.85 %重量百分比，例如從0.4 %重量百分比至0.7 %重量百分比，例如從0.5 %重量百 分比至0.6 %重量百分比，
[0034] 硅含量，范圍為從0.05%重量百分比至2.0 %重量百分比，例如從0.2%重量百分 比至1.8%重量百分比，例如從1.2%重量百分比至1.6%重量百分比，
[0035] 錳含量，范圍為從0.40%重量百分比至1.0 %重量百分比，例如從0.5%重量百分 比至0.9 %重量百分比，
[0036] 鉻含量，范圍為從0.0%重量百分比至1.0%重量百分比，例如從0.5%重量百分