ПРОВОЛОКА ИЗ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ С ПРЕВОСХОДНЫМИ СВОЙСТВАМИ СПОСОБНОСТИ К ВОЛОЧЕНИЮ И УСТАЛОСТНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПОСЛЕ ВОЛОЧЕНИЯ
WIRE FROM HIGH-CARBON STEEL WITH EXCELLENT PROPERTIES OF ABILITY TO DRAWING AND FATIGUE CHARACTERISTICS AFTER DRAWING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к проволоке из высокоуглеродистой стали, используемой для стального корда, проволочной пилы для резки полупроводников, армирующей проволоки, и тому подобного; и в частности, к проволоке из высокоуглеродистой стали, имеющей улучшенные свойства способности к волочению и усталостные характеристики после волочения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Относительно проволоки из высокоуглеродистой стали, используемой для стального корда, проволочной пилы для резки полупроводников, армирующей проволоки, и тому подобного, требуется, чтобы она имела хорошие свойства способности к волочению, с точки зрения производительности, в дополнение к свойствам высокой прочности и высоким усталостным характеристикам. В этом контексте, разработаны различные стержни для стальной проволоки и стальные проволоки с высоким качеством, удовлетворяющие указанным выше требованиям.
Например, Патентный документ 1 предлагает технологию улучшения свойства способности к волочению и усталостных характеристик проволоки из твердой стали для холодного волочения посредством формирования нижнего бейнита отпуска в структуре перед волочением проволоки. В соответствии с этой технологией, превосходная способность проволоки к волочению и усталостные характеристики после волочения проволоки получают посредством волочения структуры нижнего бейнита, которая, как считается, является пригодной для волочения проволоки вследствие формы карбида. Однако упрочняемость структуры бейнита ниже, чем у структуры перлита и конечная прочность проволоки составляет только примерно 3500 МПа.
Кроме того, Патентный документ 2 предлагает технологию улучшения способности проволоки к волочению и усталостной стойкости после волочения проволоки посредством контроля общего количества кислорода и композиции и количества невязких включений. Однако для такой технологии, отношение предельного усталостного напряжения к предельной прочности на разрыв составляет только примерно 0,3 и усталостные характеристики не обязательно проявляются в достаточной степени.
Патентный документ 3 описывает технологию улучшения усталостных характеристик высокопрочной проволоки посредством контроля одношения длины и ширины включений в стальной проволоке. Однако, в соответствии с этой технологией, отношение предельного усталостного напряжения к предельной прочности на разрыв составляет самое большее примерно 0,3 и достаточно высокая усталостная прочность не достигается, подобно Патентному документу 2.
Патентный документ 4 описывает технологию улучшения стойкости к охрупчиванию при деформационном состаривании высокопрочной проволоки из высокоуглеродистой стали посредством формирования аморфного цементита как пластинчатого цементита в перлитной структуре проволоки и контроля прочности проволоки в пределах, обусловленных диаметром проволоки и количеством углерода. С помощью этой технологии, можно производить тонкую высокопрочную проволоку из высокоуглеродистой стали, имеющую улучшенную продольную растрескиваемость, но достаточно высокая прочность и высокая усталостная прочность все еще не достигаются.
В то же время, Патентный документ 5 предлагает технологию улучшения способности к волочению и скручиваемости проволоки посредством контроля размеров вкраплений перлита и максимальной длины феррита второй фазы феррита. С помощью этой технологии, можно получать высокопрочную проволоку из высокоуглеродистой стали, превосходную по способности к волочению, но достаточно высокая прочность и высокая усталостная прочность все еще не достигаются.
СПИСОК УКАЗАННЫХ ДОКУМЕНТОВ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
Патентный документ 1: JP-A № H07-258787
Патентный документ 2: JP № 3294245
Патентный документ 3: JP-A № H06-340950
Патентный документ 4: JP-A № 2003-82437
Патентный документ 5: JP-A № 2002-146479
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Проблема, которая должна решаться с помощью изобретения
Настоящее изобретение создано для решения проблем существующих технологий, и объектом настоящего изобретения является создание проволоки из высокоуглеродистой стали, имеющей высокую прочность в виде стальной проволоки, превосходную способность к волочению и превосходные усталостные характеристики после волочения.
СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
2
Проволока из высокоуглеродистой стали в соответствии с настоящим изобретением, которая решает указанные выше проблемы, характеризуется тем, что: стальная проволока содержит C: 0,70% - 1,20% (в величинах "% масс", это же относится к последующим химическим компонентам), Si: 0,1%-1,5%, Mn: 0,1%-1,5%, P: 0,015% или меньше (не включая 0%), S: 0,015% или меньше (не включая 0%), Al: 0,005% или меньше (не включая 0%), B: 0,0005%-0,010%, N: 0,002%-0,005%, и в твердом растворе N: 0,0015% или меньше (включая 0%), при этом остаток состоит из железа и неизбежных примесей; относительная площадь структуры перлита составляет 90% или более; и, в структуре перлита площадью 2000 мкм, количество зерен соединений системы BN, имеющих диаметр эквивалентной окружности от 100 нм или более до менее чем 1000 нм, составляет не более чем 100 штук (включая 0 штук) и количество зерен соединений системы BN, имеющих диаметр эквивалентной окружности 1000 нм или более, составляет не более чем 10 штук (включая 0 штук).
В настоящем изложении "диаметр эквивалентной окружности" означает диаметр окружности, имеющий площадь, идентичную размеру соединения системы BN. Далее, термин "соединение системы BN", используемый в настоящем описании, представляет собой вещество, имеющее BN в качестве главного компонента, но которое может включать соединения системы BN, имеющие MnS в качестве ядра.
Является эффективным, когда проволока из высокоуглеродистой стали в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит (a) Cu: 0,25% или меньше (не включая 0%), (b) Cr: 1,0% или меньше (не включая 0%), и тому подобное, если это необходимо и когда она содержит эти элементы, свойства проволоки из высокоуглеродистой стали дополнительно улучшаются в соответствии с видами элементов.
ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
По настоящему изобретению, можно обеспечить высокопрочную проволоку из высокоуглеродистой стали, превосходную по способности к волочению и усталостным характеристикам после волочения, посредством соответствующего подбора химической композиции, регулировки относительной площади структуры перлита и обеспечения количества зерен соединений системы BN, содержащихся в структуре перлита, в соответствии с размерами, и такая проволока из высокоуглеродистой стали является очень полезной в качестве исходного материала для стального корда, проволочной пилы для резки полупроводников, армирующей проволоки, и тому подобного.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
Авторы настоящего изобретения изучали различные аспекты для улучшения способности к волочению проволоки и усталостных характеристик после волочения для высокопрочной проволоки из высокоуглеродистой стали. В результате, получена следующая информация. То есть авторы настоящего изобретения: обнаружили, что, хотя спсообность к волочению проволоки и усталостные характеристики ухудшаются, когда сильное холодное волочение проволоки применяют к структуре перлита, можно замедлить ухудшение способности к волочению проволоки и усталостных характеристик и продемонстрировать превосходные свойства посредством установки относительной площади структуры перлита перед волочением проволоки до 90% или более, фиксирования и уменьшения N твердом растворе с помощью B и микронизации выделившихся зерен соединений системы BN таким образом, что в структуре перлита площадью 2000 мкм, количество зерен соединений системы BN, имеющих диаметр эквивалентной окружности от 100 нм или более до менее чем 1000 нм, может составлять не более чем 100 штук (включая 0 штук), и количество зерен соединений системы BN, имеющих диаметр эквивалентной окружности 1000 нм или более, может составлять не более чем 10 штук (включая 0 штук); и завершили настоящее изобретение.
Важные требования к проволоке из высокоуглеродистой стали в соответствии с настоящим изобретением, представляют собой (a) количество N в твердом растворе, (b) относительная площадь перлита в структуре перед волочением проволоки, и (c) контроль размера и количества выделившихся зерен соединений системы BN в заданных диапазонах. То есть, можно замедлять охрупчивание, обусловленое старением, во время волочения проволоки и после него посредством выделения N в твердом растворе, вызывающего охрупчивание при старении, в виде соединений системы BN во время волочения проволоки. Кроме того, можно замедлить обусловленое старением охрупчивание во время волочения проволоки, вызываемое доэвтектоидным ферритом, посредством установки относительной площади перлита в структуре перед волочением проволоки до 90% или более. Затем в проволоке в соответствии с настоящим изобретением, важно выделить мелкие зерна соединений системы BN, имеющие диаметры эквивалентной окружности меньше чем 100 нм, в фазе перлита, причем зерна соединений системы BN, имеющие диаметры эквивалентной окружности не меньше чем 100 нм отрицательно влияют на свойства волочения проволоки и усталостные характеристики. Следовательно, хотя желательно, чтобы зерна соединений системы BN, имеющие диаметр эквивалентной окружности не меньше чем 100 нм, не существовали, их влияние может быть сведено к минимуму посредством ограничения зерен соединений системы BN в диапазонах, предусмотренных в настоящем изобретении.
Причины того, почему именно такие требования, как относительная площадь перлита и форма выделения (размер и количество зерен при выделении) зерен соединений системы BN, являются определенными в проволоке из высокоуглеродистой стали в соответствии с настоящим изобретением, являются следующими.
[Относительная площадь структуры перлита: 90% или более]
Проволока из высокоуглеродистой стали в соответствии с настоящим изобретением имеет структуру перлита в качестве главной фазы. Хотя структура, содержащая фазу проэвтектоидного феррита и фазу бейнита, включается наряду со структурой перлита, если количество таких структур увеличивается, ухудшается способность к деформационному упрочению. По этой причине, относительная площадь структуры перлита должна составлять 90% или более, а предпочтительно 93% или более.
[Форма выделения соединений системы BN]
Можно улучшить способность проволоки к волочению и усталостной прочности посредством регулировки температуры нагрева перед прокаткой в обжимоно стане и скорости охлаждения после завершения прокатки в обжимном стане (описано далее) и микронизации диаметров эквивалентной окружности выделившихся зерен соединений системы BN до менее чем 100 нм. Хотя желательно, чтобы зерна соединений системы BN, имеющие диаметры эквивалентной окружности 100 нм или более, отсутствовали, можно свести их влияние к минимуму посредством ограничения количества зерен соединений системы BN, имеющих диаметры эквивалентной окружности не меньше чем 100 нм, в диапазоне, определенном в настоящем изобретении, и, следовательно, форма выделения зерен соединений системы BN, имеющих диаметры эквивалентной окружности не меньше чем 100 нм, определяется следующим образом в соответствии с размером.
2
(Количество зерен соединений системы BN, имеющих диаметры эквивалентной окружности от 100 или более до менее чем 1000 нм, составляет не более чем 100 штук (включая 0 штук) в структуре перлита площадью 2000 мкм)
2
Для улучшения способности к волочению проволоки и усталостной прочности является эффективной микронизация выделившихся зерен соединений системы BN при связывании N, и зерна соединений системы BN должны контролироваться по размерам в заданном диапазоне. Можно улучшить способность проволоки к волочению и усталостную прочность посредством установки размеров сравнительно мелких зерен соединений системы BN до диаметров эквивалентной окружности 100 или более и менее чем 1000 нм, а их количества до не более чем 100 штук, а предпочтительно, не более чем 70 штук (включая 0 штук), в структуре перлита площадью 2000 мкм.
2
(Количество зерен соединений системы BN, имеющих диаметры эквивалентной окружности 1000 нм или более, составляет не более чем 10 штук (включая 0 штук) в структуре перлита площадью 2000 мкм)
2
В проволоке из высокоуглеродистой стали в соответствии с настоящим изобретением, является также важным уменьшение выделения зерен соединений системы BN с относительно большими размерами, имеющих диаметры эквивалентной окружности 1000 нм или более. Способность проволоки к волочению и усталостная прочность значительно ухудшаются, когда количество таких выделившихся зерен соединений системы BN увеличивается, и, следовательно, можно улучшить свойства способности к волочению и усталостной прочности, контролируя количество выделившихся зерен соединений системы BN до не более чем 10 штук, а предпочтительно, не более чем 7 штук (включая 0 штук), в структуре перлита площадью 2000 мкм.
В проволоке из высокоуглеродистой стали в соответствии с настоящим изобретением, ее химическая композиция должна регулироваться соответствующим образом. Причина ограничения диапазона каждого из компонентов (элементов), включая количество N в твердом растворе, обсуждаемого выше, в химической композиции является следующей.
[C: 0,70%-1,20%]
C представляет собой экономичный и эффективный упрочняющий элемент, и уровень способности к деформационному упрочению во время волочения проволоки и прочность после волочения проволоки увеличиваются пропорционально увеличению содержания C. Когда содержание C меньше чем 0,70%, относительную площадь структуры перлита 90% или более получить трудно. Наоборот, когда содержание C избыточно, не только формируется фаза проэвтектоидного цементита в форме сетки на границах зерен аустенита и появляется тенденция к разрыву проволоки во время волочения проволоки, но также ударная вязкость и пластичность ультратонкой проволоки после конечного волочения проволоки значительно ухудшаются. Следовательно, содержание C устанавливается как 0,70%-1,20%, а предпочтительно, как 0,75%-1,15%.
[Si: 0,1%-1,5%]
Si представляет собой элемент, необходимый для раскисления стали. Кроме того, Si растворяется в ферритной фазе в структуре перлита и имеет эффект повышения прочности после патентирования. Когда содержание Si становится меньше чем 0,1%, действия раскисления и повышения прочности являются недостаточными, и, следовательно, нижний предел устанавливается при 0,1%. Наоборот, когда содержание Si является избыточным, пластичность фазы феррита в структуре перлита и пластичность ультратонкой проволоки после волочения проволоки ухудшаются, и, следовательно, его верхний предел устанавливается как 1,5%. Предпочтительное содержание Si составляет 0,15%-1,4%.
[Mn: 0,1%-1,5%]
Mn представляет собой элемент, полезный для раскисления так же как и Si. Кроме того, Mn является эффективным для повышения прочности проволоки. Кроме того, Mn дает эффект повышения закаливаемости/упрочнемости стали и уменьшения количества проэвтектоидного феррита в катаном материале. Содержание Mn должно составлять 0,1% или более для обеспечения эффекта. Однако Mn представляет собой элемент, склонный к сегрегации, и когда содержание Mn превышает 1,5%, Mn сегрегирует, в частности, в центр проволоки, в области сегрегации образуются мартенсит и бейнит, и, следовательно, способность проволоки к волочению ухудшаются. Следовательно, содержание Mn устанавливается как 0,1%-1,5%, а предпочтительно, 0,2%-1,4%.
[P: 0,015% или менее (не включая 0%)]
P представляет собой неизбежную примесь, и чем его меньше, тем лучше. В частности, P сегрегирует на границы зерен, вызывая эффект охрупчивания, и, следовательно, в большой степени влияет на ухудшение свойств способности проволоки к волочению. Следовательно, в настоящем изобретении, P устанавливается как 0,015% или меньше, а предпочтительно, 0,01% или меньше.
[S: 0,015% или менее (не включая 0%)]
S представляет собой неизбежную примесь, и чем ее меньше, тем лучше. В частности, S сегрегируется на границы зерен, вызывает эффект охрупчивания и, следовательно, в большой степени влияет на ухудшение свойства способности проволоки к волочению. Следовательно, в настоящем изобретении, S устанавливается как 0,015% или меньше, предпочтительно, 0,01% или меньше.
[Al: 0,005% или меньше (не включая 0%)]
2
3
Al является эффективным в качестве раскисляющего элемента, но образует твердые недеформируемые неметаллические включения на базе оксида алюминия (AlO). Неметаллические включения значительно ухудшают пластичность ультратонкой проволоки и свойства способности проволоки к волочению. Следовательно, в стальной проволоке в соответствии с настоящим изобретением, содержание Al должно устанавливаться как 0,005% или меньше, а предпочтительно, 0,003% или меньше.
[B: 0,0005%-0,010%]
B представляет собой элемент, эффективный для улучшения способности проволоки к волочению и усталостных характеристик после волочения посредством выделения N твердого раствора в виде мелкодих включений системы BN. Содержание B должно составлять 0,0005% или более для эффективного выделения включений системы BN. Однако, когда содержание B превышает 0,010%, вклчюения системы BN имеют тенденцию к укрупнению и ухудшают усталостную прочность. В настоящем изобретении, содержание B устанавливается как 0,0005%-0,010%, а предпочтительно, 0,002%-0,008%. Кроме того, образование проэвтектоидного феррита эффективно уменьшается посредством перехода части B в бор в твердом растворе, и величина, получаемая делением добавляемого количества B на добавляемое количество N, предпочтительно составляет 0,9 или более, а еще предпочтительнее, 1,0 или более.
[N: 0,002%-0,005% (здесь, N твердого раствора составляет 0,0015% или меньше)]
N в состоянии твердого раствора вызывает охрупчивание во время волочения проволоки и ухудшает способность проволоки к волочению. Следовательно, является необходимым выделение соединений системы BN с помощью B и контролирование содержания N в твердом растворе до 0,0015% или меньше. Следующее выражение (1) должно удовлетворяться для контроля содержания N в твердом растворе до 0,0015% или меньше,
B-(N-0,0015)×0,77≥0,0000 (1).
Здесь, B и N представляют количества добавляемого B и N, соответственно.
В то же время, когда содержание N избыточно, связывание с помощью B является недостаточным, и количество N в твердом растворе увеличивается. Следовательно, верхний предел для N устанавливается как 0,005%, а предпочтительно, 0,0045%. С другой стороны, является нереальным установить содержание N до менее чем 0,002% с точки зрения стоимости производства, и, следовательно, его нижний предел устанавливается как 0,002% или более.
Основные компоненты проволоки из высокоуглеродистой стали в соответствии с настоящим изобретением являются такими, как сформулировано выше, и остаток состоит из железа и неизбежных примесей (примесей, иных, чем P и S, как указано выше). Как неизбежные примеси, элементы поступают в соответствии с характристиками шихтовых материалов, материалов, производственного оборудования, и тому подобного, что является доступным. Кроме того, в проволоке из высокоуглеродистой стали в соответствии с настоящим изобретением, является также полезным, чтобы она дополнительно содержала (a) Cu: 0,25% или меньше (не включая 0%), (b) Cr: 1,0% или меньше (не включая 0%), и тому подобное, если необходимо, и свойства проволоки из высокоуглеродистой стали дополнительно улучшаются, когда она содержит элементы и в соответствии с видами этих элементов.
[Cu: 0,25% или меньше (не включая 0%)]
Cu представляет собой элемент, эффективный для повышения коррозионной стойкости стальной проволоки, улучшения удаляемости окалины во время механического удаления окалины (MD), и предотвращения таких проблем как забивание фильеры. Однако при избыточном содержании Cu, даже в случае контролирования температуры выдерживания проволоки после горячей прокатки при высокой температуре примерно 900°C, на поверхности проволоки образуются раковины, магнетит образуется под раковинами в исходном материале стали, и, следовательно, свойства MD ухудшаются. Кроме того, Cu взаимодействует с S и сегрегирует как CuS на границы зерен, и, следовательно, возникают дефекты в стальном слитке, проволоке, и тому подобном, во время процессов получения проволоки. Для предотвращения таких вредных влияний, содержание Cu предпочтительно устанавливается как 0,25% или меньше, а еще более предпочтительно, как 0,03%-0,23%.
[Cr: 1,0% или меньше (не включая 0%)]
Cr является эффективным для микронизации межпалстинчатого расстояния перлита и улучшения свойств прочности и способности к волочению. Однако когда содержание Cr является избыточным, имеется тенденция к образованию нерастворенного цементита, время завершения превращения увеличивается, увеличивается вероятность образования переохлажденных структур мартенсита, бейнита, и тому подобного, в проволоке, полученной горячим волочением, и свойства MD также ухудшаются. Следовательно, предпочтительно верхний предел содержания Cr составляет 1,0% или меньше, а еще более предпочтительно, содержание Cr составляет 0,03%-0,8%.
Когда проволоку из высокоуглеродистой стали в соответствии с настоящим изобретением получают с контролем формы соединений системы BN, как сформулировано выше, необходимо контролировать в литой стали, имеющей такую химическую композицию, как сформулировано выше, температуру нагрева при прокатке на обжимном стане и скорость охлаждения после нее. То есть, является эффективным установка температуры нагрева перед прокаткой на обжимном стане как 1300°C или выше и скорости охлаждения после завершения прокатки на обжимном стане как 0,5°C/сек или выше в диапазоне температур от 1300°C до 1100°C.
2
Можно: в достаточной степени растворить соединения системы BN в стали посредством контроля температуры нагрева перед прокаткой на обжимном стане как 1300°C или выше; а после этого, установки, в структуре перлита площадью 2000 мкм, количества зерен соединений системы BN, имеющих диаметр эквивалентной окружности от 100 нм или более до менее чем 1000 нм, до не более чем 100 штук и количества зерен соединений системы BN, имеющих диаметр эквивалентной окружности от 1000 нм или более, до не более чем 10 штук посредством контроля скорости охлаждения после завершения прокатки на обжимном стане как 0,5°C/сек или более в диапазоне температур от 1300°C до 1100°C. Поступая так, можно получить проволоку из высокоуглеродистой стали, превосходную по свойствам способности к волочению и усталостным свойствам после волочения.
В проволоке из высокоуглеродистой стали в соответствии с настоящим изобретением, относительная площадь структуры перлита составляет 90% или более, и такую структуру можно получить посредством контроля температуры смотки после горячей прокатки и скорости охлаждения после этого. То есть, необходимо: устанавливать температуру смотки после горячей прокатки от 850°C или выше до 950°C или ниже; а после этого применять охлаждение (например, охлаждение продувкой сжатого воздуха по схеме Стелмор), так что скорость охлаждения до 600°C может составлять 10-35°C/сек.
Температура смотки после горячей прокатки должна устаналвиваться как 850°C или выше с тем, чтобы нагрузка на прокатный стан не могла быть избыточной, но можно было контролировать перекристаллизацию и рост зерен и микронизировать зародыши зерен посредством установки температуры смотки как 950°C или ниже. После этого, скорость охлаждения до 600°C нужно установить как 10°C/сек или более, для уменьшения образования проэвтектоидного феррита, и как 35°C/сек или менее, с тем, чтобы не образовывались структуры мартенсита и бейнита вследствие быстрого охлаждения.
ПРИМЕРЫ
Хотя настоящее изобретение далее описывается более подробно со ссылкой на примеры, разумеется, настоящее изобретение не ограничивается этими примерами и может модифицироваться соответствующим образом в пределах, совпадающих со смыслом того, что описано выше, и все эти модификации включаются в объем настоящего изобретения.
(Пример 1)
Стали (типы стали A-T и A1-N1), имеющие химические композиции, показанные в Таблицах 1 и 2, ниже, выпускают из конвертера, а затем рафинируют с помощью вторичной рафинирующей обработки, и отливают с помощью способа непрерывного литья, и при этом получают стальные отливки. В настоящем документе, количества N в твердом растворе, показанные в Таблицах 1 и 2, измеряют с помощью следующего способа.
[Способ измерения количества N в твердом растворе]
Величину "количество N в твердом растворе " в стали в соответствии с настоящим изобретением вычисляют посредством вычитания общего количества связаного N из общего количества N в стали. (a) Общее N количество в стали получают посредством использования метода плавления в атмосфере инертного газа - метода теплопроводности в соответствии с JIS G1228. Образец вырезают из куска стали, образец помещают в тигель и плавят в потоке инертного газа, N экстрагируют, образец переносят в ячейку для измерения теплопроводности, и измеряют изменение теплопроводности. (b) Общее количество связанного N в стали получают посредством использования абсорбционной спектрометрии с использованием индофенола синего с дистиляционным отделение аммиака. Образец вырезают из куска стали и подвергают воздействию электролиза при постоянном токе в электролите с 10% AA-системы (электролит с растворителем неводного типа, который не образует пленки пассивации на поверхности стали, а конкретно, 10% ацетилацетона, 10% хлорида тетраметиламмония, и остаток: метанол). Образец примерно из 0,5 г растворяют, и нерастворенный остаток (N соединения) фильтруют с помощью фильтра с размером пор 0,1 мкм, содержащего поликарбонат. Нерастворенный остаток нагревают и разлагают в серной кислоте, сульфате калия, и добавляют стружку из чистой Cu и смешивают с фильтратом. Раствор подщелачивают с помощью гидроксида натрия, затем применяют паровую дистилляцию, и дистиллированный аммиак поглощается в разбавленной серной кислоте. Синий комплекс генерируют посредством добавления фенола, гипохлорита натрия и натрий пентацианонитрозил феррата (III), и коэффициент поглощения измеряют с помощью фотометра.
Количество N в твердом растворе в стали вычисляют посредством вычитания общего количества N в соединениях (связанного) из общего количества N в стали, полученных с помощью указанных выше способов.
Таблица 1
Тип стали
Химическая композиция (% масс)
C
SI
Mn
P
S
Cu
Cr
AL
B
N
Количество N в твердом растворе
A
0,72
0,18
0,52
0,007
0,003
-
-
0,003
0,0040
0,0031
0,0004
B
0,73
0,30
0,46
0,005
0,005
-
-
0,001
0,0045
0,0027
0,0010
C
0,81
0,24
0,43
0,005
0,004
-
0,34
0,005
0,0040
0,0030
0,0005
D
0,82
0,72
0,81
0,005
0,006
-
-
0,002
0,0071
0,0029
0,0005
E
0,83
0,26
0,44
0,004
0,004
0,06
-
0,003
0,0038
0,0025
0,0006
F
0,92
0,25
0,21
0,005
0,004
-
0,71
0,002
0,0021
0,0021
0,0000
G
0,93
0,15
0,38
0,005
0,005
-
-
0,002
0,0030
0,0022
0,0004
H
0,91
0,23
0,31
0,004
0,005
-
0,21
0,002
0,0035
0,0021
0,0007
I
0,91
0,17
0,71
0,004
0,006
0,07
0,22
0,003
0,0045
0,0031
0,0006
J
0,97
0,20
0,33
0,005
0,003
-
-
0,002
0,0046
0,0031
0,0007
K
1,03
1,21
0,31
0,003
0,005
-
-
0,001
0,0023
0,0022
0,0001
L
1,04
0,19
0,37
0,007
0,005
-
-
0,001
0,0045
0,0027
0,0007
M
1,05
0,33
0,66
0,005
0,005
-
-
0,002
0,0081
0,0025
0,0004
N
1,05
0,38
0,48
0,006
0,004
-
0,57
0,002
0,0041
0,0028
0,0008
O
1,05
0,20
0,31
0,001
0,005
0,21
-
0,002
0,0036
0,0034
0,0001
P
1,06
0,22
1,25
0,001
0,004
-
-
0,003
0,0034
0,0028
0,0003
Q
1,11
0,16
0,38
0,006
0,003
-
0,15
0,003
0,0030
0,0027
0,0002
R
1,10
0,15
0,46
0,006
0,001
-
-
0,004
0,0041
0,0026
0,0004
S
1,15
0,24
0,48
0,005
0,005
0,07
0,22
0,003
0,0034
0,0026
0,0005
T
1,05
0,21
0,52
0,007
0,003
0,07
-
0,002
0,0020
0,0022
0,0003
* Остаток: железо и неизбежные примеси, иные, чем P и S
Таблица 2
Тип стали
Химическая композиция (% масс)
С
Si
Mn
P
S
Cu
Cr
AL
B
N
Количество N в твердом растворе
A1
1,40
0,15
0,53
0,005
0,006
-
-
0,003
0,0039
0,0030
0,0005
B1
0,55
0,28
0,33
0,004
0,003
-
-
0,002
0,0041
0,0028
0,0004
C1
0,82
1,62
0,30
0,006
0,003
-
-
0,002
0,0035
0,0026
0,0003
D1
0,83
0,35
0,46
0,006
0,005
-
-
0,002
-
0,0031
0,0025
E1
0,93
0,23
1,73
0,006
0,003
-
-
0,002
0,0025
0,0024
0,0001
F1
0,92
0,22
0,20
0,031
0,005
-
-
0,002
0,0071
0,0028
0,0007
G1
0,91
0,38
0,38
0,004
0,026
-
-
0,002
0,0035
0,0021
0,0004
H1
0,91
0,15
0,70
0,005
0,004
-
-
0,035
0,0046
0,0033
0,0005
I1
0,97
0,30
0,19
0,005
0,003
-
-
0,004
0,0142
0,0027
0,0000
J1
0,97
0,31
0,29
0,005
0,005
-
-
0,004
-
0,0031
0,0026
K1
0,97
0,22
0,26
0,006
0,006
-
-
0,003
0,0035
0,0138
0,0110
L1
0,82
0,23
0,35
0,003
0,003
-
-
0,003
0,0045
0,0037
0,0004
M1
0,92
0,15
0,31
0,004
0,006
-
-
0,002
0,0038
0,0031
0,0002
N1
1,05
0,18
0,33
0,005
0,005
-
-
0,003
0,0041
0,0034
0,0003
* Остаток: железо и неизбежные примеси, иные, чем P и S
Относительно каждой из стальных отливок из различных типов стали, температура нагрева перед прокаткой на обжимном стане, скорость охлаждения (скорость охлаждения при 1300°C - 1100°C) после завершения прокатки на обжимном стане, температуру смотки (температура смотки прокатки) после горячей прокатки, и скорость охлаждения до 600°C после сматывания (скорость охлаждения после сматывания) контролируют, как показано в Таблицах 3, 4, и 5, ниже. Кроме того, относительно каждой из проволок (проволок, полученных горячим волочением), полученных с помощью горячего волочения (оно будет описано далее) стальных отливок после прокатки на обжимном стане, относительную площадь перлита и форму включений системы BN (размер и количество) измеряют с помощью следующих далее способов. Результаты описаны в Таблицах 3, 4, и 5, ниже.
Таблица 3
№ Иссле-дования
Тип стали
Температура нагрева (°C) перед прокаткой на обжимном стане
Скорость охлажде-ния (°C/сек) в интервале 1300°C-1100°C
Температура смотки (°C) при прокатке
Относитель-ная площадь перлита, %
Скорость охлажде-ния (°C/сек) после смотки
Количество зерен соединений системы BN (штуки)
от 100 нм или более до 1000 нм или менее
1000 нм или более
1
A
1330
1,1
920
31
94
25
0
2
B
1316
2,5
929
19
93
38
0
3
C
1316
1,7
909
28
98
32
6
4
D
1330
0,9
912
13
97
61
1
5
E
1322
1,1
913
19
100
30
2
6
F
1328
0,9
883
15
95
41
0
7
G
1318
3,1
928
24
98
18
1
8
H
1326
2,1
927
20
99
21
0
9
I
1326
1,1
919
23
100
43
4
10
J
1328
0,9
932
32
99
12
3
11
K
1306
1,1
930
25
98
7
2
12
L
1304
1,6
913
33
100
46
0
13
M
1314
0,9
920
24
99
81
1
14
N
1325
2,4
917
19
100
28
1
15
O
1317
1,1
902
24
100
28
1
16
P
1326
0,7
920
26
99
19
0
17
Q
1330
1,9
918
34
100
31
2
18
R
1317
1,6
930
31
99
15
1
19
S
1307
1,0
932
32
98
58
1
20
T
1320
1,5
924
30
99
35
0
Таблица 4
№ Иссле-дования
Тип стали
Температура нагрева (°C) перед прокаткой на обжимном стане
Скорость охлаждения (°C/сек) в интервале 1300°C - 1100°C
Температура смотки (°C) при прокатке
Скорость охлажде-ния (°C/сек) после смотки
Относи-тельная площадь перлита %
Количество зерен соединений системы BN (штуки)
от 100 нм или более до 1000 нм или менее
1000 нм или более
21
A
1103
-
926
21
96
126
3
22
C
1064
-
939
30
98
116
5
23
E
1099
-
903
35
99
26
13
24
I
1063
-
917
17
100
131
5
25
J
1088
-
926
23
100
128
6
26
L
1084
-
905
30
100
116
11
27
O
1063
-
911
21
98
28
16
28
Q
1077
-
920
31
100
24
13
29
S
1069
-
926
24
98
105
6
30
A1
1311
0,9
897
13
97
38
0
31
B1
1335
1,1
936
16
87
10
0
32
C1
1329
2,6
894
27
96
32
1
33
D1
1310
1,1
919
21
98
-
-
34
E1
1305
0,9
900
30
100
16
0
35
F1
1330
2,1
900
23
97
41
4
36
G1
1321
1,2
909
35
97
15
1
37
H1
1325
1,4
923
29
98
28
2
38
I1
1304
1,5
917
31
100
119
3
39
J1
1326
0,9
911
14
99
-
-
40
K1
1306
1,1
901
34
100
21
1
41
L1
1307
0,3
914
16
97
121
7
42
M1
1306
0,4
931
30
100
112
11
43
N1
1306
0,3
934
30
100
109
11
Таблица 5
№ Иссле-дования
Тип стали
Температура нагрева (°C) перед прокаткой на обжимном стане
Скорость охлаждения (°C/сек) в интервале 1300°C - 1100°C
Температура смотки (°C) при прокатке
Скорость охлажде-ния (°C/сек) после смотки
Относи-тельная площадь перлита
Количество зерен соединений системы BN (штуки)
от 100 нм или более до 1000 нм или менее
1000 нм или более
44
B
1316
2,5
929
7
76
61
2
45
E
1322
1,3
919
43
63
48
1
46
I
1326
1,6
970
18
81
51
4
[Способ измерения относительной площади перлита]
Применительно относительной площади перлита, части проволоки, полученной горячим волочением, в положениях на поверхности при D/4 и D/2 (D: диаметр проволоки) в поперечном сечении, вырезают и полируют, подвергают воздействию химической коррозии с помощью ниталя, и впоследствии фотографируют в одном зрительном поле каждую, в четырех частях с образованием угла 90 градусов между ними, с помощью оптического микроскопа (при увеличении 400 в области 200 мкм×200 мкм). Изображение картинки оптической микрофотографии отпечатывают, белые части зачерняют с помощью черного маркера из наложенной поверх него перекрывающейся прозрачной пленки (белые части на изображении картинки оптической микрофотографии считаются ферритом и нижним бейнитом), затем прозрачную пленку помещают в персональный компьютер со сканером, и изображение картинки оцифровывают с помощью программного обеспечения для анализа изображений (торговое наименование "Image Pro Plus", от Media Cybernetics, Inc.), затем получают относительную площадь перлита и вычисляют среднее значение. В настоящем документе, когда в поверхностном слое существует обезуглероженный слой, всю обезуглероженную часть, определенную в JIS G0058, исключают из области измерения.
[Измерение формы соединения системы BN]
2
Четыре части, образующие угол 90 градусов между ними, из полученной горячим волочением проволоки в положении при D/4 (D: диаметр проволоки) в поперечном сечении фотографируют в одном зрительном поле, каждую, (наблюдение FE-SEM при увеличении 2000). Затем одно зрительное поле устанавливают как 2000 мкм, изображение картинки оцифровывают с помощью программного обеспечения для анализа изображений (торговое наименование "Image Pro Plus", Media Cybernetics, Inc.), затем включения, имеющие диаметры эквивалентной окружности от 100 нм или более до менее чем 1000 нм, и 1000 нм или более, оценивают, и композицию соединения системы BN подтверждают с помощью EDX (спектров дисперсии рентгеновского излучения). Затем измеряют количество зерен соединений системы BN в каждом зрительном поле и вычисляют среднее количество в четырех зрительных полях.
[Опытное получение стального корда]
Каждую из стальных отливок, полученных посредством прокатки на обжимном стане, нагревают от 900°C или выше и до 1100°C или ниже, затем подвергают горячему волочению и получают при этом бухту проволоки диаметром 5,5 мм. Полученную бухту подвергают предварительной обработке перед волочением проволоки, посредством механического удаления окалины и обработки бурой, и получают проволоку диаметром 1,4 мм с помощью сухого волочения проволоки. Части проволоки (№ исследований 10-19 в Таблице 6 и № исследований 30, 38-40, и 43 в Таблице 7, показанные ниже) подвергают промежуточной термической обработке посредством свинцового патентирования с диаметром 3,0 мм в течение способа сухого волочения проволоки. После этого применяют конечное патентирование посредством свинцового патентирования и обработки электроосаждением латуни и получают экспериментальный стальной корд диаметром 0,18 мм посредством влажного волочения проволоки (линейная скорость: 500 м/мин.) с помощью фильеры, имеющей входной угол фильеры 8 градусов.
Относительно каждого из стальных кордов, полученных с помощью указанных выше способов, измеряют усталостную прочность, и свойства способности к волочению проволоки оценивают с помощью следующих далее способов.
[Измерение усталостной прочности]
Усталостную прочность измеряют посредством применения усталостных исследований к каждому из полученных экспериментально стальных кордов. Установку для определения усталостной прочности Hunter, изготовленную Bekaert Corporation, используют в качестве установки для определения усталостной прочности Hunter, напряжение исследования σ устанавливают при 900-1900 МПа, модуль Юнга устанавливают при 196200 МПа, а длину образца L (мм) и длину захвата C (мм) находят из выражения (2), ниже. Напряжение исследования σ прикладывают с интервалами 50 МПа в диапазоне от 900 до 1900 Мпа, и исследуют по 5 образцов при каждом напряжении исследования. Самое высокое напряжение исследования, при котором все 5 образцов получают количество вращений 10 миллионов, считается усталостной прочностью образцов. Затем проволоку считают превосходной по усталостной прочности, когда величина (усталостная прочность/прочность элемента проволоки), полученная посредством деления усталостной прочности на прочность элемента проволоки (измеренную как скорость деформирования 10 мм/мин с помощью автографа, изготовленного Shimadzu Corporation), составляет 0,35 или более. Помещение для исследования усталостной прочности согласно Hunter обеспечивается при комнатной температуре 20°C и влажности 35%.
C=1,198×E×d/σ (2)
Здесь, d: диаметр элемента проволоки (мм), L=2,19×C + длина захвата мм).
[Оценка свойства способности к волочению]
Свойство способности к волочению проволоки оценивают посредством применения исследования скручивания к каждому из экспериментально полученных стальных кордов (0,18 мм в диаметре). При исследовании скручивания используют торсионный тестер, изготовленный Maekawa Testing Machine MFG. Co., Ltd. и GL (расстояние между зажимами) устанавливают при 50 мм. Стальной корд, не имеющий продольных трещин на поверхности разлома после разрушения, оценивают как имеющий хорошие свойства способности к волочению проволоки (o) и стальной корд, имеющий продольную трещину, оценивают как имеющий плохие свойства способности к волочению проволоки (×).
Результаты (прочность элемента проволоки, усталостная прочность, усталостная прочность/прочность элемента проволоки и свойство способности к волочению проволоки) показаны в Таблицах 6, 7, и 8, ниже, (№ исследований 1-46) вместе с используемыми типами стали.
Таблица 6
№ исследо-вания
Тип стали
Прочность элемента проволоки (МПа)
Усталостная прочность (МПа)
(Усталостная прочность)/(прочность элемента проволоки)
Свойства способности к волочению
1
A
3526
1550
0,44
o
2
B
3550
1500
0,42
o
3
C
3869
1650
0,43
o
4
D
3748
1700
0,45
o
5
E
3791
1600
0,42
o
6
F
4681
1750
0,37
o
7
G
4140
1650
0,40
o
8
H
4296
1700
0,40
o
9
I
4288
1750
0,41
o
10
J
4361
1700
0,39
o
11
K
4488
1750
0,39
o
12
L
4419
1750
0,40
o
13
M
4420
1750
0,40
o
14
N
4864
1900
0,39
o
15
0
4411
1800
0,41
o
16
P
4618
1800
0,39
o
17
Q
4759
1850
0,39
o
18
R
4618
1850
0,40
o
19
S
4868
1900
0,39
o
20
T
4620
1800
0,39
o
Таблица 7
№ исследования
Тип стали
Прочность элемента проволоки (МПа)
Усталостная прочность (МПа)
(Усталостная прочность)/ (прочность элемента проволоки)
Свойства способности к волочению
21
A
3328
850
0,26
o
22
C
3822
1000
0,26
×
23
E
3611
900
0,25
o
24
I
4221
1050
0,25
×
25
J
4318
1050
0,24
×
26
L
Не может подвергаться волочению
27
0
4310
1000
0,23
×
28
Q
Не может подвергаться волочению
29
S
4683
1100
0,23
×
30
A1
Не может подвергаться волочению
31
B1
2713
850
0,31
o
32
C1
Не может подвергаться волочению
33
D1
3561
1000
0,28
o
34
E1
Не может подвергаться волочению
35
F1
3917
1200
0,31
×
36
G1
3897
1150
0,30
×
37
H1
4127
1250
0,30
×
38
11
4351
1200
0,28
×
39
J1
4284
1150
0,27
×
40
K1
Не может подвергаться волочению
41
L1
3780
1100
0,29
×
42
M1
4014
1150
0,29
×
43
N1
4408
1100
0,25
×
Таблица 8
№ исследования
Тип стали
Прочность элемента проволоки (МПа)
Усталостная прочность (МПа)
(Усталостная прочность)/(прочность элемента проволоки)
Свойства способности к волочению проволоки
44
B
Не может подвергаться волочению
45
E
Не может подвергаться волочению
46
I
Не может подвергаться волочению
Результаты могут поясняться следующим образом (здесь, № ниже представляет № исследования в Таблицах 6, 7 и 8). №№ 1-20 являются случаями удовлетворения требований, обусловленных в настоящем изобретении, и очевидно, что химическая композиция и форма зерен соединений системы BN (размер и количество) контролируются соответствующим образом (Таблица 3, описанная ранее) и свойства способности к волочению и усталостные свойства после волочения являются хорошими.
В противоположность этому, №№ 21-43 представляют собой случаи отклонения от какого-либо из требований, определенных в настоящем изобретении (Таблица 4), и, по меньшей мере, одно из свойств ухудшается. Среди всех случаев, в №№ 21-29, хотя химическая композиция удовлетворяет требованиям, определенным в настоящем изобретении, температура нагрева перед прокаткой на обжимном стане является низкой, форма соединения системы BN не контролируется соответствующим образом, и не получается, по меньшей мере, хорошая усталостная прочность. В Таблице 7 в настоящем документе, описание "не может подвергаться волочению" означает, что происходит разрыв (разрыв проволоки) на стадии экспериментального получения стального корда (следовательно, прочность элемента проволоки, усталостная прочность, и тому подобное, не оцениваются).
№ 30 представляет собой случай, когда содержание C превышает диапазон, определенный в настоящем изобретении, и происходит разрыв во время волочения проволоки (не может подвергаться волочению). № 31 представляет собой случай, когда содержание C ниже, чем диапазон, определенный в настоящем изобретении, относительная площадь перлита не равна 90% или более, способность к деформационному упрочению ухудшается, и хорошая усталостная прочность не обеспечивается.
№ 32 представляет собой случай, когда содержание Si превышает диапазон, определенный в настоящем изобретении, пластичность феррита в перлите ухудшается, предел волочения проволоки понижается и происходит разрыв во время волочения проволоки (не может подвергаться волочению). В № 33, B не содержится, мелкие зерна соединений системы BN не выделяются, а, следовательно, усталостная прочность ухудшается.
№ 34 представляет собой случай, когда содержание Mn является избыточным, мартенсит и бейнит образуются в обалсти сегрегации Mn, предел прочности при волочении проволоки понижается, и происходит разрыв во время волочения проволоки (не может подвергаться волочению). № 35 представляет собой случай, когда содержание P является избыточным и ухудшаются как усталостная прочность, так и свойства способности проволоки к волочению.
№ 36 представляет собой случай, когда содержание S является избыточным и ухудшаются как усталостная прочность, так и способность проволоки к волочению. № 37 представляет собой случай, когда содержание Al является избыточным, в системе образуются неметаллические включения оксида алюминия, и ухудшаются как усталостная прочность, так и способность проволоки к волочению.
№ 38 представляет собой случай, когда содержание B является избыточным, зерна соединений системы BN выделяются в излишнем количестве, и, следовательно, ухудшаются как усталостная прочность, так и способность проволоки к волочению. В № 39, B не содержится, мелкие зерна соединений системы BN не выделются, а, ухудшаются как усталостная прочность, так и способность проволоки к волочению. № 40 представляет собой случай, когда содержание N является избыточным, выражение (1) не удовлетворяется, следовательно, происходит заметное охрупчивание при старении, ухудшается усталостная прочность, и происходит разрыв проволоки во время волочения проволоки (не может подвергаться волочению).
В №№ 41-43, скорость охлаждения является не соответствующей в диапазоне температур 1300°C-1100°C, следовательно, форма соединений системы BN не контролируется соответствующим образом, и ухудшаются как усталостная прочность, так и способность проволоки к волочению.
№№ 44-46 представляют собой случаи, где химическая композиция удовлетворяет требованиям, определенным в настоящем изобретении, и температура нагрева перед прокаткой на обжимном стане и скорость охлаждения в диапазоне температур 1300°C-1100°C являются соответствующими. В №№ 44 и 45, однако, хотя температура смотки при прокатке находится в определенном диапазоне от 850°C или выше до 950°C или ниже, скорость охлаждения после смотки отклоняется от определенного диапазона от 10°C/сек до 35°C/сек, относительная площадь перлита не равна 90% или более, и ухудшаются как усталостная прочность, так и способность проволоки к волочению. В № 46, хотя скорость охлаждения после смотки находится в определенном диапазоне от 10°C/сек до 35°C/сек, температура смотки при прокатке превышает определенный диапазон от 850°C или выше до 950°C или ниже, относительная площадь перлита не составляет 90% или более, и ухудшаются как усталостная прочность, так испособность проволоки к волочению.