本發明涉及一種中心偏析減少的線材、鋼絲及其制造方法。

背景技術：

線徑為10～20mm的高強度線材通過熱處理及加工制造成線徑為10mm以下的高強度鋼絲，鋼絲在整個產業的方方面面以多種形態用于支撐負載。其中代表性的形態為，懸索橋及斜拉橋等橋梁用線纜、混凝土橋墩等中的混凝土加強用pc鋼絲、大型建筑物或結構物用線纜、支撐海上油田或各種結構物的錨索(anchorrope)等。一般情況下，鋼絲以絞合方式適用于線纜中，因此鋼絲的扭轉特性非常重要。

將高強度線材加工成鋼絲時，為了將線徑減少至最終產品的大小并確保其強度，通常會利用拉拔(drawing)方法，此時，拉拔前材料的中心偏析程度會影響到最終鋼絲的扭轉特性。

作為固溶強化元素添加的c、si、mn、cr等的合金元素偏析到中心部，使材料內部的物理特性不均勻，從而抑制鋼絲的扭轉特性。并且，在所述合金元素偏析的區域形成作為誘發脆性組織的粗大滲碳體，在材料的變形條件下其作為破壞的開始點，削弱物理特性。并且，在對材料進行再加熱處理并使用的過程中，所述粗大滲碳體不完全溶解，并以球化滲碳體形式殘留，同樣作為破壞的開始點，引起相同的問題。因此減少偏析是非常重要的。

通常為了消除偏析，在高溫熱處理過程中利用所述元素的擴散過程，但將此方法適用于制造鋼絲的步驟會存在阻礙經濟性及最終鋼絲的其他物理特性的問題，因此不優選。

因此，所述偏析問題優選在制造線材的步驟解決。在制造線材的步驟中，為了消除偏析，一般在連鑄(continuouscasting)步驟中采用降低鑄造速度或利用輕壓下(softreduction)的方法等。

例如，專利文獻1中公開了在連鑄時通過控制冷卻速度等來減少偏析的方法。

但是，對于合金元素含量高的高強度線材，使用所述方法抑制偏析是存在局限性的。

因此，對于合金元素含量高的高強度線材，需要研發一種中心偏析減少的線材、鋼絲及其制造方法。

現有技術文獻

[專利文獻]

(專利文獻1)日本公開專利公報特開平11-140581號

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明的一個方面的目的在于提供一種中心偏析減少的線材、鋼絲及其制造方法。

另外，本發明要解決的技術問題不限定于上述內容。本發明要解決的技術問題能夠通過本說明書的整體內容來理解，對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，理解本發明的其他要解決的技術問題不會存在任何困難。

(二)技術方案

本發明的一個方面涉及一種中心偏析減少的線材，以重量％計，其包含：c：0.9～1.1％、si：0.7～1.5％、cr：0.6～1.2％、mn：0.4～0.8％、余量fe及不可避免的雜質，抗張強度(ts)和中心偏析部與周邊部的硬度值差(△hv)滿足以下關系式1，

[關系式1]△hv×ts≤105000，

其中，所述ts的單位為mpa，所述△hv的單位為hv。

另外，本發明的另一個方面涉及一種中心偏析減少的線材的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：加熱鋼坯，所述鋼坯包含上述的合金組成；將加熱的所述鋼坯進行熱軋來獲得線材；收卷所述線材后進行冷卻；其中，所述熱軋包括1道次以上的軋制，以使鋼坯的中心部溫度為1250℃以上，鋼坯中心部的變形速度為0.37/s以下，鋼坯中心部的變形量為0.3以上。

另外，本發明的另一個方面涉及一種利用所述線材制造的鋼絲及其制造方法。

并且，所述技術方案，并沒有列舉本發明的所有特征。可參照以下具體實施方式更加詳細地理解本發明的多種特征和由此帶來的長處和效果。

(三)有益效果

根據本發明，能夠提供中心偏析減少的線材、鋼絲及其制造方法，因此能夠提供高強度且扭轉特性優異的鋼絲。

附圖說明

圖1是表示以發明材料2的中心偏析部為中心通過電子探針顯微分析儀(epma)分析的偏析分布。

圖2是表示以比較材料3的中心偏析部為中心通過epma分析的偏析分布。

圖3是表示將中心偏析部和周邊部的定義以圖示方式說明的圖。

附圖說明標記

100：在線材的中心到線材半徑的1/2距離的區域內c濃度最高的點

200：半徑為rn的圓

300：由半徑分別為rn、rn+1的兩個圓的圓周包圍的區域

具體實施方式

下面，說明本發明的優選實施方式。但是，本發明的實施方式可變形為多種方式，且本發明的保護范圍并不限定于以下所說明的實施方式。并且，本發明的實施方式是為了將本發明更加完整地向本發明所屬技術領域的普通技術人員說明而提供的。

本發明的發明人認知到，當線材的中心偏析程度變高時，存在通過熱處理及拉拔加工制造的鋼絲的扭轉特性差的問題，尤其，對于合金元素的含量高的高強度線材，在現有的連鑄(continuouscasting)步驟中采用降低鑄造速度或利用輕壓下(softreduction)的方法等，無法有效地消除偏析，因此進行了深入研究以解決所述問題。

結果，確認到通過控制軋制條件等能夠有效地減少中心偏析，并完成本發明。

中心偏析減少的線材

下面，對本發明的一個方面的中心偏析減少的線材，進行詳細說明。

本發明的一個方面的中心偏析減少的線材，以重量％計，包含：c：0.9～1.1％、si：0.7～1.5％、cr：0.6～1.2％、mn：0.4～0.8％、余量fe及不可避免的雜質，

抗張強度(ts)及中心偏析部與周邊部的硬度值差(△hv)滿足以下關系式1。

[關系式1]△hv×ts≤105000

首先，對本發明的一個方面的中心偏析減少的線材的合金組成進行詳細說明。下面，各合金元素的單位是重量％。

c(碳)：0.9～1.1％

c是最能有效地提高材料強度的元素。當c的含量增加0.1％時，能夠將拉拔后的強度提高100mpa左右，但是添加超過0.9％時，其強度增加量逐漸減少。并且，c是形成珠光體組織的主要元素，除了細化珠光體組織以外，還提高加工硬化率。

當c含量小于0.9％時，存在難以確保高強度的問題，當c含量超過1.1％時，中心偏析大大增加，存在此區域的先共析滲碳體分數增加的問題。

因此，c的優選含量為0.9～1.1％。

si(硅)：0.7～1.5％

si具有增加基于鐵素體的固溶強化及珠光體組織的細化的強度的作用。當si的含量增加0.1％時，強度提高14～16mpa左右。并且，si存在于鐵素體和滲碳體的界面上，在熱處理時起到抑制c擴散的作用，因此在線纜或鋼索中的si含量高。

當si的含量小于0.7％時，上述效果不充分，當si的含量超過1.5％時，在表面形成與母材的粘附力大的fe2sio4氧化皮，存在降低氧化皮的剝離性的問題。

因此，si的優選含量為0.7～1.5％。

cr(鉻)：0.6～1.2％

cr是能夠細化珠光體組織且大大提高拉拔加工性的元素。cr作為鐵素體穩定化元素，增加共析轉變開始溫度，當添加cr時，起到提高珠光體形成轉變溫度，降低貝氏體形成溫度的作用。這種現象也類似出現在mo、v等上。并且，當cr的含量增加0.1％時，抗張強度增加40mpa以上。

當cr的含量小于0.6％時，存在難以確保高強度的問題，當cr的含量超過1.2％時，形成粗大的cr碳化物等，因此在拉拔中可能發生斷線。

因此，cr的優選含量為0.6～1.2％。

mn(錳)：0.4～0.8％

相比增加強度的作用，mn更是以確保淬透性的目的而添加，從而在客戶公司進行熱處理時，充分推遲相變點。并且，其容易與鋼內的s結合，因此也以脫硫的目的來使用。

當mn的含量小于0.4％時，難以確保充分的淬透性，當mn的含量超過0.8％時，由于中心mn偏析作用過強，存在拉拔中發生斷線的問題。

因此，mn的優選含量為0.4～0.8％。

p及s：分別為0.030％以下

p及s為雜質，雖然未特別規定其含量，但是與現有的鋼絲相同，從確保延展性的觀點上看，其含量分別優選為0.030％以下。

在本發明中，剩余成分為鐵(fe)。但是在通常的制造過程中，從原材料或周圍環境中不可避免地混入意想不到的雜質，因此無法排除。只要是本領域技術人員均知曉這種雜質，因此在本發明中不會特別地提及其全部內容。

本發明的線材的抗張強度(ts)及中心偏析部與周邊部的硬度差(△hv)滿足以下關系式1。

[關系式1]△hv×ts≤105000

其中，所述ts的單位為mpa，所述△hv的單位為hv。

所述關系式1是利用拉拔加工前材料的抗張強度(ts)及中心偏析部與周邊部的硬度差(△hv)加工鋼絲時能夠判斷其扭轉特性的實驗式。中心偏析部和周邊部的硬度差(△hv)與偏析程度成比，因此可通過所述關系式1，預測根據材料的強度級別允許的偏析程度。

當關系式1的值超過105000時，強度和偏析程度高，因此存在扭轉特性差的問題。與此相反，所述關系式1的值越小，扭轉特性越優異，因此不特別限定下限。

此時，所述中心偏析部和周邊部可定義為如下。下面，參照圖3進行說明。

首先，在線材的中心到線材半徑的1/2距離的區域內，通過epma分析c的濃度時，除了從滲碳體之外的碳化合物中測量的值以外，將c的濃度最高的一點定為中心點(圖3的100)。

以所述中心點為中心，定義半徑為由以下關系式2定義的rn的圓(圖3的200)。

[關系式2]rn＝0.2×n(mm)

隨后，當由半徑分別為rn、rn+1的兩個圓的圓周包圍的區域(圖3的300)的c的平均濃度設為cn，由半徑分別為rn+1、rn+2的兩個圓的圓周包圍的區域的c的平均濃度設為cn+1時，將由滿足以下關系式3的rn形成的圓的內部定義為中心偏析部，將由rn和rn+10的圓周形成的區域內部定義為周邊部。

[關系式3]cn/cn+1≥1.1

此時，所述線材的截面的中心偏析部晶界滲碳體的面積分數可為周邊部晶界滲碳體的面積分數的2.5倍以下。

存在于中心偏析部中的晶界滲碳體在材料破壞時成為裂紋的路徑，當晶界滲碳體厚時，使裂紋容易傳播，因此存在降低材料的扭轉特性的問題。并且，在線材狀態下較厚的晶界滲碳體在拉拔加工前的熱處理中，殘留為球化滲碳體，由此使拉拔性及鋼絲的扭轉特性變差。

在本發明中，使線材及鋼絲的偏析部的晶界滲碳體的面積分數為周邊部的晶界滲碳體的面積分數的2.5倍以下，從而確保鋼絲的扭轉特性。

中心偏析減少的線材的制造方法

下面，對本發明另一個方面的中心偏析減少的線材的制造方法進行詳細說明。

作為本發明另一個方面的中心偏析減少的線材的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：對滿足上述合金組成的鋼坯進行加熱；對所述加熱的鋼坯進行熱軋，從而獲得線材；以及收卷所述線材后進行冷卻，且所述熱軋包括1道次以上的軋制，以使鋼坯的中心部溫度為1250℃以上，鋼坯中心部的變形速度為0.37/s以下，鋼坯中心部的變形量為0.3以上。

在對被加熱的鋼坯進行熱軋來獲得線材的步驟中，包括1道次以上的軋制，以使鋼坯中心部的溫度為1250℃以上，鋼坯中心部的變形速度為0.37/s以下，鋼坯中心部的變形量為0.3以上。其中，將連鑄后進行軋制的中間產品統稱為鋼坯，所述鋼坯的中心部意味著中間產品的中心部。

此時，所述變形量可由以下關系式5來定義，所述變形速度可由以下關系式6來定義。

[關系式5]變形量＝-ln(1-ra)

[關系式6]變形速度＝變形量/t

其中，在所述關系式5中，ra是基于各軋制道次的減面率(ra<1)，在所述關系式6中，t是在相應軋制道次中通過軋輥所減面的時間，t的單位為秒(s)。

對鋼坯進行熱軋時，在鋼坯內部，反復出現基于軋制的電勢的增加和在高溫中的電勢的退火。此時，若通過進行一道次以上的軋制使鋼坯中心部的溫度為1250℃以上，鋼坯中心部的變形速度為0.37/s以下，鋼坯中心部的變形量為0.3以上時，在鋼坯內部伴隨有動態再結晶現象，但在所述條件下原子的擴散加快，從而具有緩解偏析的效果。

另外，所述鋼坯中心部溫度的上限不特別限定，但考慮到經濟性及通常的線材軋制的加熱條件，其溫度可為1300℃以下。并且，所述鋼坯中心部的變形速度也不特別地限定，但考慮到因變形速度降低而引起的整體生產性降低，其速度可為0.1/s以上。所述鋼坯中心部的變形量也不特別地限定，但由于提出的軋制溫度的范圍相當于通常線材軋制條件下的前半部分，因此考慮到對整體減面量的影響，其變形量可為0.5。

根據所述合金組成及制造方法制造的線材滿足△hv×ts≤105000，且中心偏析減少。

本發明的中心偏析減少的線材的制造方法中，對于其他制造條件不作特別限定。但作為優選一例，所述加熱鋼坯的步驟可在1200℃以上的溫度下加熱一個小時以上，所述收卷溫度可為800～950℃，所述冷卻可以以5～15℃/s的冷卻速度冷卻至300～500℃。

中心偏析減少的鋼絲及其制造方法

本發明的另一個方面的中心偏析減少的鋼絲，以重量％計，包含：c：0.9～1.1％、si：0.7～1.5％、cr：0.6～1.2％、mn:0.4～0.8％、余量fe及不可避免的雜質，且其扭轉特性為15次以上，具有優異的扭轉特性。

此時，所述鋼絲的抗張強度可為2000mpa以上。

并且，本發明的另一個方面的中心偏析減少的鋼絲的制造方法，包括以下步驟：將通過所述中心偏析減少的線材的制造方法制造的線材加熱至980℃以上并保持三分鐘以上；將所述加熱的線材在焊錫爐中以590℃以上的溫度保持一分鐘以上；以及將所述線材以總減面量為80％以上的方式進行拉拔獲得鋼絲。

線材加熱步驟

將通過所述中心偏析減少的線材的制造方法來制造的線材加熱至980℃以上并保持三分鐘以上。這是為了將線材的組織同質化為奧氏體(austenite)。

當加熱溫度小于980℃或者保持時間小于三分鐘時，線材內部的同質化進行不充分，因此部分未溶解，有可能殘存滲碳體。

焊錫爐熱處理步驟

將所述加熱的線材在焊錫爐中以590℃以上的溫度保持一分鐘以上。這是為了在拉拔之前獲得均勻的珠光體組織。

當焊錫爐溫度小于590℃或者保持時間小于一分鐘時，組織內部會殘留未相變的區域，在后續冷卻時，會形成如馬氏體等低溫組織，因此存在材料的扭轉特性變差的問題。

拉拔階段

將所述線材以總減面量為80％以上的方式進行拉拔獲得鋼絲。當總減面量小于80％時，有可能難以確保高強度。更優選地，可以以總減面量為83％以上的方式進行拉拔。

根據所述制造方法制造的鋼絲的扭轉特性為15次以上，扭轉特性優異，且抗張強度為2000mpa以上，因此可優選適用于橋梁用線纜、pc鋼絲、結構物用線纜等材料。

下面，將通過實施例對本發明進行更具體地說明。但是，應留意，下面的實施例只是為了通過舉例方式更加詳細地說明本發明，并不是為了限定本發明的保護范圍。因為本發明的保護范圍是由權利要求書中記載的事項和由此合理推導的事項而決定的。

(實施例)

制作具有以下表1中表示的成分組成的鋼坯，在1280℃溫度加熱約兩小時后提取，并以以下表1的軋制條件進行熱軋，使其具有13mm的直徑，從而制造線材。軋制鋼坯時，由于前2道次(pass)以后的鋼坯中心部的溫度小于1250℃，因此軋制條件只表示前2道次的情況。其中，p及s在所有發明例及比較例中分別滿足0.030％以下，因此沒有另行記載。

并且，熱精軋溫度為950℃，之后水冷至900℃，然后收卷為環(ring)形狀，在輥筒輸送機上以8℃/s的冷卻速度送風冷卻至450℃。

測量所述線材的抗張強度(ts)、偏析部與周邊部的硬度差(△hv)、其是否滿足關系式1以及偏析部與周邊部的晶界滲碳體的面積分數比，并表示在以下表2中，。

并且，以拉拔前熱處理工藝條件，將所述線材在高溫加熱爐以1000℃的溫度保持四分鐘，在焊錫爐中以600℃的溫度保持兩分鐘，以總減面量為85％的條件進行拉拔并制造鋼絲。測量所述鋼絲的抗張強度及扭轉次數，并表示在以下表2中。

扭轉次數以100d(d為鋼絲的直徑)為基準進行扭轉實驗，測量不發生分層的最大扭轉次數。

【表1】

【表2】

可確認發明材料1～8滿足本發明所控制的條件，其強度及扭轉特性優異。

比較材料1是c、mn及cr的含量低于本發明所控制的合金組成范圍，軋制條件中不滿足中心部的溫度的情況。并且，關系式1、偏析部與周邊部的晶界滲碳體的面積分數比沒有滿足本發明的范圍。

由比較材料1制造的鋼絲，其扭轉次數為15次，比較良好，但這是由于比本發明的合金組成低的合金含量確保了扭轉次數。但是，由于合金含量低，可確認線材及鋼絲的抗張強度差。

比較材料2～9是滿足本發明所控制的合金組成，但是不滿足軋制條件中的一個以上的條件的情況。由此可知，也沒有滿足關系式1、偏析部與周邊部的晶界滲碳體的面積分數比的條件，并且扭轉次數也差。

比較材料10是c、mn及cr的含量高于本發明所控制的合金組成范圍，但滿足所有軋制條件的情況。由此可知，其雖滿足關系式1、偏析部與周邊部的晶界滲碳體的面積分數比的條件，但由于合金含量高，延展性下降，扭轉特性差。

比較以發明材料2的中心偏析部為中心通過epma分析的偏析分布的圖1和以比較材料3的中心偏析部為中心通過epma分析的偏析分布的圖2，可確認其中心偏析差異較大。

雖然以上參照實施例進行了說明，但是，本發明所屬技術領域的普通技術人員應理解，在不脫離權利要求書所記載的本發明的思想及領域的范圍內，可以對本發明進行多種修改和變更。