CN118679275A

CN118679275A - 钢线

Info

Publication number: CN118679275A
Application number: CN202380021412.0A
Authority: CN
Inventors: 平井慧; 中岛彻也; 松冈映史; 赤田匠
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2022-02-22
Filing date: 2023-02-02
Publication date: 2024-09-20
Also published as: WO2023162615A1; US20250092495A1; JPWO2023162615A1; DE112023001045T5

Abstract

钢线由钢构成，所述钢包含1.0质量％以上且1.1质量％以下的C、0.15质量％以上且0.25质量％以下的Si、0.25质量％以上且0.35％质量％以下的Mn以及0.15质量％以上且0.25％质量％以下的Cr，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。钢线(1)的线径D为0.15mm以上且0.42mm以下。上述钢具有珠光体组织。上述钢的位错密度为2.4×10¹⁶m^‑2以上且5.0×10¹⁶m^‑2以下。上述钢的Fe(211)晶面的德拜环的最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度为42°以上。

Description

钢线

技术领域

本公开涉及钢线。

本申请主张基于2022年2月22日提出申请的日本申请第2022－25608号的优先权，并援引所述日本申请所记载的所有记载内容。

背景技术

包含珠光体组织的钢线例如可以用作构成钢帘线的钢线。在钢帘线的制造中，多个钢线被绞合。因此，在用于这种用途的钢线中，不仅要求抗拉强度，从抑制绞合中的断线的观点来看，还要求韧性。提出了涉及以抗拉强度与韧性的兼具为目的的钢线的技术(例如，参照日本特开2019－56162号公报(专利文献1))。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019－56162号公报

发明内容

本公开的钢线由钢构成，所述钢包含1.0质量％以上且1.1质量％以下的C(碳)、0.15质量％以上且0.25质量％以下的Si(硅)、0.25质量％以上且0.35％质量％以下的Mn(锰)以及0.15质量％以上且0.25％质量％以下的Cr(铬)，剩余部分为Fe(铁)和不可避免的杂质。本公开的钢线的线径为0.15mm以上且0.42mm以下。上述钢具有珠光体组织。上述钢的位错密度为2.4×10¹⁶m^-2以上且5.0×10¹⁶m^-2以下。上述钢的Fe(211)晶面的德拜环的最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度为42°以上。

附图说明

图1是表示钢线的构造的概略立体图。

图2是表示钢线的制造方法的概略的流程图。

图3是表示位错密度与抗拉强度的关系的图。

具体实施方式

[本公开所要解决的问题]

如上所述，在钢线中，有时会要求抗拉强度与韧性的兼具。本公开的目的之一在于，提供能兼具高的抗拉强度和高的韧性的钢线。

[本公开的效果]

根据本公开的钢线，能兼具高的抗拉强度和高的韧性。

[本公开的实施方式的说明]

首先，列举本公开的实施方案来进行说明。本公开的钢线由钢构成，所述钢包含1.0质量％以上且1.1质量％以下的C、0.15质量％以上且0.25质量％以下的Si、0.25质量％以上且0.35％质量％以下的Mn以及0.15质量％以上且0.25％质量％以下的Cr，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。本公开的钢线的线径为0.15mm以上且0.42mm以下。上述钢具有珠光体组织。上述钢的位错密度为2.4×10¹⁶m^-2以上且5.0×10¹⁶m^-2以下。上述钢的Fe(211)晶面的德拜环的最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度为42°以上。

若增大制造钢线时的拉丝工序中的加工度(断面收缩率)，则能使钢线的强度提高。但是，伴随于此，钢线的韧性会降低。

根据本发明人们的研究，在由具有珠光体组织的钢构成的钢线的制造中，即使在增大拉丝工序中的加工度，提高位错密度，由此使抗拉强度上升的情况下，也能通过在构成钢线的钢中抑制晶体的取向性的上升来确保高的韧性。具体而言，在本公开的钢线中，尽管位错密度为2.4×10¹⁶m^-2以上且5.0×10¹⁶m^-2以下这样高的值，但构成钢线的钢的Fe(211)晶面的德拜环的最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度仍为42°以上。由此，尽管抗拉强度高，但本公开的钢线仍能确保优异的韧性。如此，根据本公开的钢线，能兼具高的抗拉强度和高的韧性。

需要说明的是，在本申请中，“线径”是指具有与钢线的与长尺寸方向垂直的截面的面积相同的面积的圆的直径。钢线的与长尺寸方向垂直的截面的形状没有特别限定，可以采用任意的形状。钢线的与长尺寸方向垂直的截面的形状例如为圆形。在该情况下，“线径”是指钢线的与长尺寸方向垂直的截面的直径。

在上述钢线中，也可以是，上述半值宽度为60°以上且90°以下。通过将上述半值宽度设为60°以上，更易于确保高的韧性。通过将上述半值宽度设为90°以下，高的位错密度被允许，从而易于获得高的抗拉强度。

在上述钢线中，也可以是，上述位错密度为3.0×10¹⁶m^-2以上且5.0×10¹⁶m^-2以下。通过将上述位错密度设为3.0×10¹⁶m^-2以上，更易于确保高的抗拉强度。通过将上述位错密度设为5.0×10¹⁶m^-2以下，易于抑制晶体的取向性并且确保高的韧性。

在上述钢线中，也可以是，线径为0.15mm以上且0.18mm以下，抗拉强度为4240MPa以上且4900MPa以下。

在上述钢线中，也可以是，线径为0.18mm以上且0.21mm以下，抗拉强度为4180MPa以上且4740MPa以下。

在上述钢线中，也可以是，线径为0.21mm以上且0.30mm以下，抗拉强度为4000MPa以上且4580MPa以下。

通过上述线径与抗拉强度的组合，能针对各线径实现足够的抗拉强度。抗拉强度例如可以基于JIS(Japanese Industrial Standards：日本工业标准)Z 2241来测定。

在此，对将构成钢线的钢的成分组成限定为上述范围的理由进行说明。

C：1.0质量％以上且1.1质量％以下

C是对具有珠光体组织的钢线的强度造成大的影响的元素。从获得作为钢线足够的抗拉强度的观点来看，C的含量需要设为1.0质量以上。若C的含量多，则韧性会降低。从确保足够的韧性的观点来看，C的含量需要设为1.1质量％以下。从提高韧性的观点来看，C的含量优选设为1.05质量％以下。

Si：0.15质量％以上且0.25质量％以下

Si是作为钢的精炼时的脱氧材料发挥功能的元素。此外，Si使珠光体组织中铁素体的强度增加。从确保高的抗拉强度的观点来看，Si的含量需要设为0.15质量％以上。若Si的含量变多，则韧性恐怕会降低。从确保足够的韧性的观点来看，Si素的含量需要设为0.25质量％以下。

Mn：0.25质量％以上且0.35质量％以下

Mn与Si同样，也是作为钢的冶炼时的脱氧剂发挥功能的元素。为了充分地发挥作为脱氧剂的效果，锰的含量需要设为0.25质量％以上。若Mn的添加量变多，则在拉丝工序前实施索氏体化处理(patenting)的情况下，在加热后的冷却时容易生成马氏体组织。如此生成的马氏体组织会使拉丝时的加工性降低。因此，Mn的含量需要设为0.35质量％以下。

Cr：0.15质量％以上且0.25质量％以下

Cr有助于钢线的抗拉强度上升。从确保高的抗拉强度的观点来看，Cr的含量需要设为0.15质量％以上。Cr的添加会导致原料成本的增大。从原料成本减少的观点来看，Cr的含量需要设为0.25质量％以下。

不可避免的杂质

在钢线的制造工序中，作为不可避免的杂质，P(磷)和S(硫)等会不可避免地混入至构成钢线的钢中。若P和S存在过多，则会产生晶界偏析或生成夹杂物，从而使钢的特性恶化。因此，P和S的含量分别优选设为0.025质量％以下。此外，优选的是，将包含P和S在内的不可避免的杂质的含量合计设为0.3质量％以下。

[本公开的实施方式的详情]

接着，参照附图来对本公开的钢线的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下的附图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记，不重复其说明。

图1是表示钢线的构造的概略立体图。在图1中，一并图示出了钢线的与长尺寸方向垂直的截面。参照图1，本实施方式中的钢线1是与长尺寸方向垂直的截面为圆形且外周面11为圆筒面形状的钢线。钢线1的线径D为0.15mm以上且0.42mm以下。钢线1的与长尺寸方向垂直的截面也可以为圆形以外的形状，例如也可以为椭圆形。

钢线1由钢构成，所述钢包含1.0质量％以上且1.1质量％以下的C、0.15质量％以上且0.25质量％以下的Si、0.25质量％以上且0.35％质量％以下的Mn以及0.15质量％以上且0.25％质量％以下的Cr，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。构成钢线1的钢具有珠光体组织。构成钢线1的钢的位错密度为2.4×10¹⁶m^-2以上且5.0×10¹⁶m^-2以下。构成钢线1的钢的Fe(211)晶面的德拜环的最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度为42°以上。

构成钢线1的钢的位错密度例如可以使用同步辐射XRD(X-ray diffractometer：X射线衍射仪)来进行测定。构成钢线1的钢的Fe(211)晶面的德拜环的最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度例如可以通过如下的方式获得：使用XRD二维地获取Fe(211)晶面的德拜环整周，并计算最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度。

接着，对钢线1的制造方法的一个例子进行说明。参照图2，在本实施方式中的钢线1的制造方法中，首先，作为工序S10，实施原料线材准备工序。在工序S10中，准备由钢构成的原料线材，所述钢包含1.0质量％以上且1.1质量％以下的C、0.15质量％以上且0.25质量％以下的Si、0.25质量％以上且0.35％质量％以下的Mn以及0.15质量％以上且0.25％质量％以下的Cr，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。原料线材的线径例如可以设为4mm以上且6mm以下。

接着，作为工序S20，实施第一拉丝工序。在工序S20中，实施在工序S10中准备好的原料线材的拉丝。在本实施方式中，在工序S20中，以原料线材的线径例如成为1mm以上且2mm以下的方式实施拉丝。

接着，作为工序S30，实施索氏体化处理工序。在该工序S30中，对在工序S20中实施了拉丝的原料线材实施索氏体化处理。具体而言，首先，将原料线材加热至构成线材的钢发生奥氏体化的温度以上的温度区域(Acm点以上的温度区域)，例如950℃以上且1000℃以下的温度区域，并保持5秒以上且10秒以下的时间(奥氏体化处理)。之后，急冷至比钢开始马氏体化的温度高的温度区域(MS点以上的温度区域)，例如500℃以上且600℃以下的温度区域，并保持在该温度区域(等温转变处理)。由此，原料线材的金属组织会成为微细的珠光体组织。在上述奥氏体化处理中，从抑制脱碳的发生的观点来看，也可以在惰性气体气氛中对原料线材进行加热。

接着，作为工序S40，实施取向性减轻工序。在该工序S40中，对在工序S20中实施了拉丝、在工序S30中实施了索氏体化处理的原料线材实施热处理。具体而言，在工序S40中，实施如下的热处理：加热至600℃以上且665℃以下的温度区域，并保持5秒以上且10秒以下的时间。通过该热处理，钢的取向性会降低。

接着，作为工序S50，实施第二拉丝工序。在该工序S50中，对在工序S30中实施了索氏体化处理、在工序S40中实施了取向性的减轻处理的原料线材实施拉丝。在本实施方式中，在工序S50中，以原料线材的线径成为0.15mm以上且0.42mm以下的方式实施拉丝。通过以上的工序，本实施方式的钢线完成。

在本实施方式的钢线的制造方法中，通过在工序S40中实施热处理，会减轻钢的取向性。在该工序S40中，通过采用适当的温度和保持时间，会减轻钢的取向性，并且会抑制位错密度的降低。并且，通过在工序S50中实施拉丝，位错密度上升，从而会获得高的抗拉强度。此时，虽然通过工序S50中的拉丝，钢的取向性也会上升，但在工序S40中减轻了取向性，由此，与不实施工序S40的情况相比，钢的取向性变低。其结果是，能实现2.4×10¹⁶m^-2以上且5.0×10¹⁶m^-2以下的位错密度，并且能使Fe(211)晶面的德拜环的最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度成为42°以上。

在本实施方式中的钢线1中，尽管位错密度为2.4×10¹⁶m^-2以上且5.0×10¹⁶m^-2以下这样高的值，但构成钢线的钢的Fe(211)晶面的德拜环的最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度仍成为42°以上。由此，钢线1成为兼具高的抗拉强度和高的韧性的钢线。该钢线1具有高的韧性，因此，能抑制绞合加工中的断线。因此，钢线1适合作为构成高强度的钢帘线的钢线。

在本实施方式中，优选的是，上述半值宽度为60°以上且90°以下。通过将上述半值宽度设为60°以上，更易于确保高的韧性。通过将上述半值宽度设为90°以下，高的位错密度被允许，从而易于获得高的抗拉强度。

在本实施方式中，优选的是，上述位错密度为3.0×10¹⁶m^-2以上且5.0×10¹⁶m^-2以下。通过将上述位错密度设为3.0×10¹⁶m^-2以上，更易于确保高的抗拉强度。通过将上述位错密度设为5.0×10¹⁶m^-2以下，易于抑制晶体的取向性并且确保高的韧性。

在本实施方式中，也可以是，线径D为0.15mm以上且0.18mm以下，抗拉强度为4240MPa以上且4900MPa以下。也可以是，线径D为0.18mm以上且0.21mm以下，抗拉强度为4180MPa以上且4740MPa以下。也可以是，线径D为0.21mm以上且0.30mm以下，抗拉强度为4000MPa以上且4580MPa以下。通过上述线径D与抗拉强度的组合，能针对各线径D实现足够的抗拉强度。

实施例

进行了确认上述本公开的钢线1能兼具高的抗拉强度和高的韧性的实验。实验的过程如下。

(1)位错密度与抗拉强度的关系

准备由C量不同的钢构成的两种原料线材(原料线材A和原料线材B)，按照与上述实施方式同样的过程制作出钢线。在表1中示出构成各原料线材的钢的成分组成。准备截面为圆形的线径4.0mm和5.5mm的原料线材，在第一拉丝工序中实施拉丝，形成了线径1.3mm和1.5mm。接着，加热至980℃并保持8秒之后，急冷至580℃，实施了索氏体化处理。接着，为了取向性降低，实施了加热至640℃并保持8秒的热处理。之后，在实施了镀铜和镀锌之后，使铜和锌相互扩散，形成了厚度2μm的镀黄铜层。然后，在第二拉丝工序中实施拉丝，获得了线径0.21mm的钢线(素线)。此时的断面收缩率为97％和98％。断面收缩率不同，由此获得了位错密度不同的钢线。在此，在线材(钢线)的与长尺寸方向垂直的截面中，将拉丝前的截面积设为S₀，将拉丝后的截面积设为S₁的情况下，断面收缩率r通过以下的算式(1)来定义。

r＝{(S₀－S₁)/S₀}×100(％)……(1)

[表1]

	C	Si	Mn	Cr Fe
					A	1.05	0.20	0.30	0.20余量
B	0.90	0.25	0.35	0.20余量

针对如此获得的钢线，测定了位错密度，并且调查了抗拉强度。位错密度如以下这样进行了测定。首先，从扩大X射线的照射面积的观点来看，将如上述那样制作出的钢线以20根左右排列配置来作为试样，并对该试样照射X射线。然后，获得了铁的(110)晶面、(200)晶面、(211)晶面、(220)晶面以及(310)晶面的衍射峰的谱线轮廓(1ine profile)。使用修正Williamson-Hall法和修正Warren-Averbach法来对该谱线轮廓进行解析，由此计算出位错密度。修正Williamson-Hall法和修正Warren-Averbach法是公知的方法，其详情例如记载于T.Ungar and A.Borbely，“The effect ofdislocation contrast on x-raylinebroadening：A new approach to line profile Analysis(位错衬度对X射线谱线增宽的影响：一种新的谱线轮廓分析方法)”Appl.Phys.Lett.，vol.69，no.21，p.3173，1996.以及T.Ungar，S.Ott，P.Sanders，A.Borbely，J.Weertman，“Dislocations，grain size andplanar faults in nanostructured copper determined by high resolution X-raydiffraction and a new procedure of peak profile analysis(用高分辨率X射线衍射法确定纳米结构铜中的位错、晶粒尺寸和平面缺陷以及一种新的峰值轮廓分析方法)”ActaMater.，vol.46，no.10，pp.3693-3699，1998.中。作为X射线源，采用了同步辐射。使用了Si(111)晶面二结晶分光器、镀铂金(Pt)镜。X射线的入射角为2.5mrad，X射线的波长为0.0689nm(能量：18.0keV)，检测器使用了NaI闪烁计数器。作为扫描方法，采用了2θ-θ扫描(2θ-θscan)。入射狭缝设为宽度4mm、高度0.5mm，受光狭缝采用了双狭缝(宽度4mm，高度0.5mm)。以如下方式设定了测定条件：在各衍射峰的半值宽度中测定点存在9点以上，峰值强度为2000counts以上，测定范围为半值宽度的10倍左右。

基于JIS Z 2241实施了抗拉试验。在图3中示出从实验的结果获得的位错密度与抗拉强度的关系。

在图3中，横轴对应于位错密度。纵轴对应于抗拉强度。实心的圆圈是从原料线材A制作出的钢线的数据点。空心的圆圈是从原料线材B制作出的钢线的数据点。实线和虚线分别表示原料线材A和原料线材B的位错密度与抗拉强度的关系。

参照图3可以确认，抗拉强度随着位错密度变大而变大。并且，可知通过使用碳量为1.0质量％以上的原料线材，并且将位错密度设为2.4×10¹⁶m^-2以上，能实现4000MPa以上的高的抗拉强度。

(2)半值宽度与韧性的关系

按照与上述(1)同样的过程，使用原料线材A制作出钢线。此外，制作出：样本1，是将工序S40中的加热温度设为665℃，将保持时间设为10秒而得到的；样本2，是将加热温度设为600℃，将保持时间设为5秒而得到的；以及样本3，是省略了工序S40而得到的。此外，还制作了样本4，该样本4与样本1～样本3相比，是将第一拉丝工序中的断面收缩率设定得小，并且省略了工序S40而得到的。然后，针对各样本，实施了半值宽度的测定和韧性的评价。

半值宽度的测定使用Pulstec公司制的X射线残余应力测定装置(型号：μ－X360s)来实施。作为X射线源，使用Cr球管，在使钢线的长尺寸方向与入射方向匹配的基础上，在钢线的表面与X射线的入射方向所成的角成为35度(入射角35度)的条件下，计算出Fe(211)晶面的德拜环的最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度。具体而言，按照以下的过程计算出半值宽度。首先，针对在上述条件下得到的Fe(211)晶面的德拜环，确定出成为最大峰值强度的点。接着，通过该点，在与德拜环成为同心圆的圆的圆周方向对峰值强度进行了计数。然后，计算出成为上述最大峰值强度的一半的峰值强度的两点之间的角度来作为半值宽度(角度)。将4根线径0.30mm的镀黄铜钢线捆扎并通过聚束绞线机在同一条件下进行绞合，计测每1t钢线中钢线发生了断线的次数，由此来实施韧性的评价。在表2中示出实验的结果。

[表2]

关于表2的韧性的评价，就钢线的断线数而言，考虑到钢帘线的量产中的成品率，将优选的评价设为A，将可以允许的评价设为B，将希望改善的评价设为C。需要说明的是，如表2所示，样本1～样本3的位错密度均为3.8×10¹⁶m^-2～4.3×10¹⁶m^-2。

参照表2可知，在样本1～样本3中，虽然位错密度是同等的，但Fe(211)晶面的德拜环的最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度不同，因此断线次数存在差异。并且，确认到，在该半值宽度为42°以上的样本1和样本2中获得了高的韧性。而且，确认到，在该半值宽度为60°以上的样本1中获得了更高的韧性。另一方面，如样本4那样，如果减小第一拉丝工序中的断面收缩率，则易于增大半值宽度，但伴随于此，位错密度会减小至1.9×10¹⁶m^-2。其结果是，如图3所示，难以获得例如4000MPa以上的高的抗拉强度。

如上所述，本公开的钢线能兼具高的抗拉强度和高的韧性，因此，适于作为构成例如钢帘线的钢线。本公开的钢线的用途并不限于钢帘线，除了可以应用于输送机用帘线、扶手用帘线之外，还可以应用于橡胶加强用钢丝。

应该理解，本次公开的实施方式和实施例在所有方面都是示例，而不是从任何方面进行限制。本公开的范围由权利要求书规定，而不是由上述的说明规定，意图在于包括与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。

附图标记说明：

1：钢线；11：外周面；D：线径；S10、S20、S30、S40、S50：工序。

Claims

1.一种钢线，由钢构成，所述钢包含：

1.0质量％以上且1.1质量％以下的C、

0.15质量％以上且0.25质量％以下的Si、

0.25质量％以上且0.35％质量％以下的Mn以及

0.15质量％以上且0.25％质量％以下的Cr，

剩余部分为Fe和不可避免的杂质，

所述钢线的线径为0.15mm以上且0.42mm以下，

所述钢具有珠光体组织，

所述钢的位错密度为2.4×10¹⁶m^-2以上且5.0×10¹⁶m^-2以下，

所述钢的Fe(211)晶面的德拜环的最大峰值强度处的圆周方向的半值宽度为42°以上。

2.根据权利要求1所述的钢线，其中，

所述半值宽度为60°以上且90°以下。

3.根据权利要求1或2所述的钢线，其中，

所述位错密度为3.0×10¹⁶m^-2以上且5.0×10¹⁶m^-2以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的钢线，其中，

所述线径为0.15mm以上且0.18mm以下，

所述钢线的抗拉强度为4240MPa以上且4900MPa以下。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的钢线，其中，

所述线径为0.18mm以上且0.21mm以下，

所述钢线的抗拉强度为4180MPa以上且4740MPa以下。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的钢线，其中，

所述线径为0.21mm以上且0.30mm以下，

所述钢线的抗拉强度为4000MPa以上且4580MPa以下。