專利名稱：不銹鋼絲及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小直徑的不銹鋼絲，它具有高的機(jī)械性能，主要可用于制造彈簧或使彈性材料強(qiáng)化的鋼絲。
具有很高機(jī)械性能的細(xì)拉拔鋼絲是已知的，它由1.4310型(根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN 10088和Pr EN 10270.3)不穩(wěn)定奧氏體不銹鋼構(gòu)成，其化學(xué)成分(重量％)包括Cr16-19％，Ni 6-9.5％，Mo≤0.8％，N≤0.11％和C0.05-0.15％。該拉拔鋼絲獲得的機(jī)械性能起因于冷加工和通過此拉絲冷加工產(chǎn)生的α’馬氏體的形成。這些鋼絲可用于制造彈簧，該彈簧通過鋼絲成形，然后消除應(yīng)力和硬化熱處理來獲得。這種技術(shù)具有至少一個(gè)起因于拉拔期間的很大強(qiáng)化的缺點(diǎn)。由于這種強(qiáng)化的程度，當(dāng)鋼絲直徑小時(shí)，至少需要進(jìn)行數(shù)次交替拉拔和超急冷熱處理周期。這使制造復(fù)雜化并增加其成本。
已有具有很高機(jī)械性能及主要可用于制造彈簧的細(xì)拉拔鋼絲，它由1.4568型(根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN10088和Pr EN 10270)奧氏體不銹鋼組成，該鋼絲通過NiAl析出而二次硬化，其化學(xué)成分(重量％)包括Cr16-18％，Ni6.5-7.8％和Al0.7-1.5％。這些鋼絲也是已知的。
這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可由這樣機(jī)械性能的鋼絲制造彈簧該鋼絲的機(jī)械性能大大低于彈簧所需的機(jī)械性能，因而這使其很容易進(jìn)行成形操作。事實(shí)上，最終機(jī)械性能可通過產(chǎn)生沉淀硬化的時(shí)效熱處理來獲得。另一方面，這種技術(shù)首先具有這樣的缺點(diǎn)它采用的鋼種含有易氧化或氮化的元素，它導(dǎo)致有害于彈簧疲勞強(qiáng)度的夾雜物的形成，其次，如前述的情況下，這些鋼種在拉絲期間產(chǎn)生很大的強(qiáng)化，這就同樣需要一系列的交替的拔絲和超急冷處理周期。
本發(fā)明的目的是通過提供能沉淀硬化的奧氏體不銹鋼絲來克服這些缺點(diǎn)，該鋼絲在時(shí)效前的冷加工狀態(tài)下，該鋼絲直徑在0.4和0.5mm之間時(shí)抗拉強(qiáng)度大于2200MPa，直徑在0.3和0.4之間時(shí)大于2225MPa，直徑在0.2和0.3之間時(shí)大于2250MPa，直徑小于0.2mm時(shí)大于2275MPa，并且該鋼絲易于拉拔或冷軋。
該鋼絲截面可為圓形、橢圓形或多邊形，例如三角形、正方形、矩形或六邊形。當(dāng)其截面為圓形時(shí)其尺寸按其直徑確定；當(dāng)其截面不是圓形時(shí)，其尺寸由截面面積相同的圓截面鋼絲直徑確定。在所有情況下指的都是鋼絲直徑。
所以，本發(fā)明主題是直徑小于2mm，抗拉強(qiáng)度大于2100MPa的不銹鋼絲，它由化學(xué)成分(重量％)如下元素的鋼構(gòu)成0％≤C≤0.03％0％≤Mn≤2％0％≤Si≤0.5％8％≤Ni≤9％17％≤Cr≤18％0％≤Mo≤0.4％3％≤Cu≤3.5％0％≤N≤0.03％S≤0.01％P≤0.04％余為Fe和來自生產(chǎn)時(shí)的雜質(zhì)。
該鋼絲主要可用于制造彈簧或用于生產(chǎn)鋼絲繩或可構(gòu)成強(qiáng)化彈性體的鋼絲的芯。
本發(fā)明還涉及制造本發(fā)明鋼絲的方法。該方法的要點(diǎn)是提供直徑大于或等于5mm的，由奧氏體鋼構(gòu)成的機(jī)制鋼絲，所述鋼的化學(xué)成分與上述鋼一致，為使該鋼絲有完全的奧氏體組織，將此鋼絲經(jīng)超急冷處理，然后酸洗并通過冷塑性變形成形，一般沒有中間熱處理，或在最小直徑的情況下，有中間超急冷，接著是大于300截面收縮。冷塑性變形成形的目的主要是減小截面，任選地使鋼絲截面成希望的形狀(圓形、方形、三角形等)。該塑性變形可由拔絲、軋制或任何以冷塑性變形來制造鋼絲的其它方法來實(shí)現(xiàn)。該方法可對強(qiáng)冷加工鋼絲進(jìn)行時(shí)效熱處理來加以補(bǔ)充，它包括在400-475℃之間的溫度下保持5分-3小時(shí)之間的時(shí)間。
最后，本發(fā)明涉及奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分(重量％)包括0％≤C≤0.03％0％≤Mn≤2％0％≤Si≤0.5％8％≤Ni≤9％17％≤Cr≤18％0％≤Mo≤0.4％3％≤Cu≤3.5％0％≤N≤0.03％S≤0.01％P≤0.04％余為Fe和來自生產(chǎn)時(shí)的雜質(zhì)。
現(xiàn)在更準(zhǔn)確而沒有任何限制地?cái)⑹霰景l(fā)明并通過下述實(shí)施例來說明本發(fā)明。
要制造直徑小于或等于2mm的細(xì)拉拔鋼絲，采用直徑大于或等于5mm的，由奧氏體不銹鋼制成的機(jī)制鋼絲，所述鋼的化學(xué)成分(重量％)包括—小于0.03％的C，因?yàn)楦哂谒?，在拉拔鋼絲中出現(xiàn)的高比例的馬氏體變得對延遲斷裂敏感，然后該彈簧在成形殘余應(yīng)力作用下可能開裂；一般，碳含量大于0.005％，因?yàn)樵诰珶挷僮鲿r(shí)降碳是非常困難的；—0-2％，最好不大于2％的Mn，與硫結(jié)合從而防止低熔點(diǎn)的硫化鉻形成；Mn大于2％的鋼不經(jīng)錳再氧化則變得很難脫碳，因此這明顯地增加了制造成本；—Si0-0.5％，硅的存在(一般大于0.1％)來源于鋼的生產(chǎn)過程，它使冷加工鋼絲中出現(xiàn)的馬氏體大為硬化；為了避免形變操作之前過分硬化，將硅含限制到0.5％；—8-9％的Ni確保熱軋期間和超急冷處理之后的奧氏體組織；—17-18％的Cr產(chǎn)生足夠的耐蝕性，而不使熱軋后酸洗產(chǎn)生太多的困難；—0-0.4％的Mo改善腐蝕性能而不損害其它性能；—3-3.5％的Cu可使拉絲后的時(shí)效處理期間有沉淀硬化；將其含量限制到3.5％，是因?yàn)楦哂谒?，銅增加熱軋中的困難；—0-0.03％的N，它來自于生產(chǎn)過程；它的含量一般大于0.005％，且必須保持在0.03％以下，以避免延遲斷裂的危險(xiǎn)；—小于0.01％的S，硫是雜質(zhì)，其含量必須限制，因?yàn)槠淞刻髸r(shí)使此拉拔的鋼絲變脆；—小于0.04％的P，磷是雜質(zhì)，在熱軋期間它可引起缺陷；余為Fe和來自生產(chǎn)過程的雜質(zhì)。
所有這些元素對熱軋期間和超急冷后的奧氏體組織的穩(wěn)定性都有影響，還對凝固組織有影響。每個(gè)元素的成分范圍要這樣選擇使凝固組織為鐵素體并沒有高的偏析。
如本發(fā)明人意想不到地觀察到的，該鋼的優(yōu)點(diǎn)是它能通過拔絲和組織硬化而不需要任何中間退火就達(dá)到高的機(jī)械性能，甚至在直徑收縮大于20倍情況下也是這樣。
用剛才定義的鋼，通過熱軋制造直徑大于或等于5mm的機(jī)制鋼絲，然后為使它有完全的奧氏體組織，進(jìn)行超急冷處理，然后酸洗，該處理的要點(diǎn)在于加熱到800-1250℃之間的溫度，接著空冷或更快的冷卻。
然后將這樣獲得的經(jīng)超急冷和酸洗的機(jī)制鋼絲以一個(gè)或多個(gè)步驟，每步幾次，拉拔到直徑小于2mm，只要將初截面與終截面之比保持至少小于485，則不需要進(jìn)行中間熱處理。要制造最小的直徑，特別是小于0.25mm的直徑的鋼絲，則需要進(jìn)行中間超急冷以恢復(fù)該金屬的變形能力。但是，在這種情況下，為了獲得需要的機(jī)械性能，最終冷加工，就是說在中間超急冷后進(jìn)行的冷加工，必須與大于300的截面收縮比(終截面/初截面≤1/300)相適應(yīng)。
為獲得合乎要求的最終機(jī)械性能，即作為直徑的函數(shù)的，符合標(biāo)準(zhǔn)的，并列于下表中的抗拉強(qiáng)度，進(jìn)行時(shí)效熱處理。
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度
這種時(shí)效處理的要點(diǎn)在于在400-475℃之間的溫度加熱5分鐘到3小時(shí)。它產(chǎn)生源于體心立體結(jié)構(gòu)(拉絲變形誘發(fā)α’馬氏體)中εCu(c.f.c)析出而導(dǎo)致的硬化，在其它條件相同時(shí)，該硬化與α’馬氏體含量的變高按比例地增大。
按照設(shè)想的用途，時(shí)效處理可在拔絲后直接進(jìn)行，或在鋼絲完成其它操作后進(jìn)行，例如在它被成形以制造螺旋彈簧后進(jìn)行。
按實(shí)施例的方法，由奧氏體不銹鋼構(gòu)成的直徑5.5mm機(jī)制鋼絲開始，按照本發(fā)明制造直徑1mm、0.5mm和0.25mm的拉拔鋼絲，該鋼的化學(xué)成分(重量％)如下
通過再加熱到1080℃再用水冷卻對機(jī)制鋼絲超冷淬火，然后酸洗。
然后將該機(jī)制鋼絲按下列方案拉拔—直徑1mm鋼絲按12次從5.5mm降到1mm，—直徑0.5mm鋼絲；從1mm的冷加工后的鋼絲，以8次從1mm降到0.5mm；—直徑0.25mm鋼絲從1mm的冷加工后的鋼絲，以5次從1mm降到0.7mm，接著以8次，從0.7mm降到0.25mm，沒有中間熱處理。
拉拔后，在435℃保溫1小時(shí)將鋼絲時(shí)效。
時(shí)效前后獲得機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度Rm和在0.2％塑性變形時(shí)的強(qiáng)度，Rp0.2)以及α’馬氏體含量為
用這樣獲得的鋼絲制造上述的彈簧呈現(xiàn)出的性能的優(yōu)點(diǎn)是至少等于按1.4310標(biāo)準(zhǔn)牌號鋼制造的彈簧的性能，及相等的或甚至是改進(jìn)的回復(fù)能力，同時(shí)能簡單和成本低地制造。
因?yàn)樗鼈兊倪@些性能，本發(fā)明鋼絲還可用來制造增強(qiáng)彈性體，例如生產(chǎn)增強(qiáng)輪胎的鋼絲。這些增強(qiáng)鋼絲包括用本發(fā)明的拉拔鋼絲構(gòu)成的芯，該芯用如鎳和黃銅鍍覆(該鍍層是用來保證與橡膠生產(chǎn)好的結(jié)合的)。
權(quán)利要求
1.直徑小于2mm，抗拉強(qiáng)度大于2100MPa的不銹鋼絲，其特征在于它由包含如下化學(xué)成分(重量％)的鋼構(gòu)成0％≤C≤0.03％0％≤Mn≤2％0％≤Si≤0.5％8％≤Ni≤9％17％≤Cr≤18％0％≤Mo≤0.4％3％≤Cu≤3.5％0％≤N≤0.03％S≤0.01％P≤0.04％余為Fe和由生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的鋼絲，其特征在于其直徑小于或等于0.5mm，而其抗拉強(qiáng)度大于或等于2200Mpa。
3.權(quán)利要求1或2的鋼絲，其特征在于其直徑小于或等于0.3mm，而其抗拉強(qiáng)度大于或等2250Mpa。
4.權(quán)利要求1、2或3的鋼絲，其特征在于其直徑小于或等于0.2mm，而其抗拉強(qiáng)度大于或等于2275Mpa。
5.彈簧，其特征在于它由權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的鋼絲構(gòu)成。
6.用于增強(qiáng)彈性體的鋼絲，該鋼絲包括至少一個(gè)用不銹鋼制成的芯，其特征在于該芯由權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的鋼絲構(gòu)成。
7.制造權(quán)利要求1鋼絲的方法，其特征在于提供直徑大于或等于5mm，由包含如下化學(xué)成分(重量％)的鋼制成的機(jī)制鋼絲0％≤C≤0.03％0％≤Mn≤2％0％≤Si≤0.5％8％≤Ni≤9％17％≤Cr≤18％0％≤Mo≤0.4％3％≤Cu≤3.5％0％≤N≤0.03％S≤0.01％P≤0.04％余為Fe和由生產(chǎn)產(chǎn)生的雜質(zhì)，為了獲得完全的奧氏體組織，對該機(jī)制鋼絲進(jìn)行超急冷；以及進(jìn)行冷塑性變形成形，以獲得小于2mm的直徑。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征在于進(jìn)行該冷塑性變形成形無需中間熱處理。
9.權(quán)利要求7的方法，其特征在于進(jìn)行冷塑性變形成形在有中間超急冷時(shí)進(jìn)行，其中在此中間超急冷后達(dá)得到的截面收縮比大于300。
10.權(quán)利要求8或9的方法，其特征在于另外還進(jìn)行時(shí)效熱處理，它由在400-475℃之間溫度下保持5分和3小時(shí)組成。
11.制造權(quán)利要求1鋼絲的鋼，其特征在于其化學(xué)成分(重量％)包括0％≤C≤0.03％0％≤Mn≤2％0％≤Si≤0.5％8％≤Ni≤9％17％≤Cr≤18％0％≤Mo≤0.4％3％≤Cu≤3.5％0％≤N≤0.03％S≤0.01％P≤0.04％余為Fe和由生產(chǎn)產(chǎn)生的雜質(zhì)。
12.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的鋼絲，其特征在于其截面為圓形。
13.權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)的方法，其特征在于該冷塑性變形成形是數(shù)次的拔絲。
全文摘要
直徑小于2mm,抗拉強(qiáng)度大小2100MPa,由化學(xué)成分(重量%)如下的鋼構(gòu)成的不銹鋼絲:0%≤C≤0.03%,0%≤Mn≤2%,0%≤Si≤0.5%,8%≤Ni≤9%,17%≤Cr≤18%,0%≤Mo≤0.4%,3%≤Cu≤3.5%,0%≤N≤0.03%,S≤0.01%,P≤0.04%,余為Fe和由生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)。該鋼絲的制造方法和用途。
文檔編號C22C38/42GK1192482SQ97108588
公開日1998年9月9日 申請日期1997年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月31日
發(fā)明者J·馬蘭德爾, J－M·豪瑟 申請人:斯普林特金屬公司, 安費(fèi)公司, 尤吉納薩瓦依股份有限公司