本發(fā)明涉及一種耐腐蝕性優(yōu)異的高強度線材、利用此線材的鋼絲及它們的制造方法。

背景技術(shù)：

鎧裝電纜(armourcable)、封閉式鋼絲繩(lockedcoilrope)等是具有代表性的海上電纜，被用作輸送原油的撓性(flexible)管，用于支撐平臺等。為了承受彎拉荷載、維持內(nèi)/外部壓力，這些電纜需具有高強度，而且除了高強度之外，還必需具有耐腐蝕性。

并且，近期隨著其使用環(huán)境從大陸架變?yōu)樯詈＃啾扔诂F(xiàn)有鋼材，需具有更高的強度及優(yōu)異的耐腐蝕性。

鎧裝電纜(armorcable)、封閉式鋼絲繩(lockedcoilrope)等一般使用碳含量為0.3％以上的鋼琴線材(jis或astm)，這些組織大部分為珠光體。具有珠光體組織的鋼絲的高強度化是根據(jù)1960年代由embury-fisher提議的實驗式，通過1)增加c、cr等合金元素或2)對組織進行細化來實現(xiàn)。

據(jù)此，近年來為了在深海使用現(xiàn)有的海上電纜，采用將碳含量增加到0.7％以確保高強度的方法。

但是，所述方法的問題在于，隨著碳含量的增加，雖然能夠確保高強度，但耐腐蝕性會大大降低。對其理由至今還沒有明確的說法，但認為是因表面鈍化層的形成隨著碳含量增加而變得不順暢，從而削弱耐腐蝕性。

因此，需要開發(fā)出一種不僅具有高強度，還能確保優(yōu)異的耐腐蝕性而能夠優(yōu)選適用于深海中使用的海上電纜的耐腐蝕性優(yōu)異的高強度線材、利用此線材的鋼絲及它們的制造方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的一方面的目的在于提供一種耐腐蝕性優(yōu)異的高強度線材、利用此線材的鋼絲及它們的制造方法。

另外，本發(fā)明的技術(shù)問題并不限定于上述的內(nèi)容。可通過本說明書的整體內(nèi)容來理解本發(fā)明的技術(shù)問題，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠毫無困難地理解本發(fā)明的附加技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明一方面涉及一種耐腐蝕性優(yōu)異的高強度線材，以重量％計，包含：c：0.1～0.2％、si：0.1％以下、mn：5.0～8.5％、cr：1.0～2.0％、p：0.015％以下、s：0.015％以下、剩余fe及其他不可避免的雜質(zhì)，且微細組織包含99面積％以上的針狀馬氏體。

并且，本發(fā)明另一方面涉及一種耐腐蝕性優(yōu)異的高強度線材的制造方法，包括如下步驟：

在ae3+150℃～ae3+250℃的溫度范圍下，將鋼坯加熱并維持120分鐘以上，所述鋼坯以重量％計，包含：c：0.1～0.2％、si：0.1％以下、mn：5.0～8.5％、cr：1.0～2.0％、p：0.015％以下、s：0.015％以下、剩余fe及其他不可避免的雜質(zhì)；

在ae3+100℃以上的溫度下，軋制所述被加熱的鋼坯并獲得線材；

在850～950℃的溫度范圍下，將所述線材收卷；及

將所述被收卷的線材以5～10℃/s的冷卻速度冷卻至480～520℃的第一次冷卻終止溫度后，再以1℃/s以下的冷卻速度冷卻至180～220℃的第二次冷卻終止溫度。

并且，本發(fā)明又一方面涉及一種耐腐蝕性優(yōu)異的高強度鋼絲，以重量％計，包含：c：0.1～0.2％、si：0.1％以下、mn：5.0～8.5％、cr：1.0～2.0％、p：0.015％以下、s：0.015％以下、剩余fe及其他不可避免的雜質(zhì)，

微細組織包含99面積％以上的針狀馬氏體，

表面上形成有50～100nm厚度的cr氧化物層。

并且，本發(fā)明的又一方面涉及一種耐腐蝕性優(yōu)異的高強度鋼絲的制造方法，包括如下步驟：

以總減面量40％以下拉伸本發(fā)明的線材；

所述拉伸后，以總軋制量50％以上進行平輥軋制；及

進行熱處理，即，所述平輥軋制后，在惰性氣氛中且在900～1000℃的溫度范圍下，維持5～10分鐘后進行淬火。

進一步說，所述技術(shù)方案并未全部列舉本發(fā)明的特征。可參照如下具體實施方式來更詳細地理解本發(fā)明的多種特征和由此具有的優(yōu)點及效果。

(三)有益效果

本發(fā)明能夠提供一種耐腐蝕性優(yōu)異的高強度線材、利用此線材的鋼絲及它們的制造方法，因此具有能夠優(yōu)選適用于使用環(huán)境正在變成深海的海上電纜等的效果。

并且，因確保針狀馬氏體組織而能夠省略lp熱處理工藝，從而能夠降低制造成本、在產(chǎn)品競爭力上占優(yōu)勢。

附圖說明

圖1是拍攝發(fā)明例2的線材的微細組織的照片。

圖2是比較示出現(xiàn)有制造方法(a)與本發(fā)明的制造方法(b)的一例的模式圖。

具體實施方式

下面說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。但是，本發(fā)明的實施方式可變形為多種不同形態(tài)，本發(fā)明的范圍并不受限于以下說明的實施方式。并且，本發(fā)明的實施方式是為了能夠向本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更完整地說明本發(fā)明而提供的。

對于為了在深海中使用現(xiàn)有海上電纜而通過將碳含量增加到0.7％來確保高強度的方法，隨著碳含量的增加，雖然能夠確保高強度，但存在耐腐蝕性大幅降低的問題，本發(fā)明人認知到這些問題并為了解決該問題而進行了深入的研究。

馬氏體一般是較硬的組織，其加工性不佳，因此通過后續(xù)熱處理賦予其韌性而用于加工量為20％以下的產(chǎn)品群。但是，若碳含量低，會形成針狀馬氏體，針狀馬氏體因韌性優(yōu)異而加工性方面沒有大問題。另外，若碳含量少，因淬透性差而需要急速冷卻，當添加mn等淬透性元素時，會帶來較大的淬透效果，即使添加較多mn等，因c含量低而韌性不會大幅降低。并且，cr會提高強度，當添加1.0％以上時，因氧親和力大，在表面形成cr氧化層，這種氧化物因美觀且堅硬而能夠提高耐腐蝕性。

因此，向低碳鋼添加mn：5.0～8.5％以形成針狀馬氏體組織，添加cr：1.0～2.0％并由加工公司最終軋制后，通過熱處理而在鋼絲表面人為形成cr氧化層，從而確認能夠確保高強度以及優(yōu)異的耐腐蝕性之后，完成了本發(fā)明。

下面詳細說明本發(fā)明一方面的耐腐蝕性優(yōu)異的高強度線材。

本發(fā)明一方面的耐腐蝕性優(yōu)異的高強度線材以重量％計，包含：c：0.1～0.2％、si：0.1％以下、mn：5.0～8.5％、cr：1.0～2.0％、p：0.015％以下、s：0.015％以下、剩余fe及其他不可避免的雜質(zhì)，且微細組織包含99面積％以上的針狀馬氏體。

首先，詳細說明本發(fā)明的耐腐蝕性優(yōu)異的高強度線材的合金組成。

c：0.1～0.2％

c是為了確保材料強度添加的元素，從奧氏體相沿淬火時形成的馬氏體的c軸方向侵入而引起晶格畸變，從而起到使材料具有較高強度的作用。

當c含量小于0.1％時，雖然拉伸加工性優(yōu)異，但存在難以確保高強度的問題。與此相反，當c含量超過0.2％時，反而會增加比針狀馬氏體硬的板狀馬氏體的比例，因此存在加工性變差的問題。

si：0.1％以下

si是鐵素體內(nèi)強化元素，易于通過鐵素體的硬化而提高強度，但si含量超過0.1％時，會降低馬氏體的韌性而在加工中引發(fā)斷線，因此優(yōu)選控制在0.1％以下。

另外，無需特別限定si的下限，但控制在0％時，可能會增加制造費用，因此si含量為0％的情況可除外。并且，考慮到從爐渣流入的si，其下限可以是0.06％。

mn：5.0～8.5％

mn以置換型固溶體固溶于本發(fā)明的微細組織內(nèi)而被使用，除了起到增加強度的作用之外，還為了確保淬透性而被添加。據(jù)此，可通過在斯太爾摩冷卻臺上控制冷卻而形成本發(fā)明所需的針狀馬氏體。

當mn含量小于5.0％時，可能難以確保高強度，因此mn含量的下限優(yōu)選為5.0％，可以更優(yōu)選為5.5％，可以更佳優(yōu)選為6.0％。

當mn含量超過8.5％時，因mn偏析嚴重而在軋制中沿長度方向分裂，增加斷線發(fā)生率，因此優(yōu)選添加為8.5％以下。

cr：1.0～2.0％

當額外添加0.1％cr時，可以預期強度提高約40mpa，能夠有效提高強度，僅次于c，是起到淬透性效果的元素。并且，本發(fā)明中，除了強度增加效果之外，在線(in-line)熱處理后冷卻時，為了在表面形成50～100nm厚度的cr氧化物層以提高耐蝕性而添加cr。

cr含量小于1.0％時，上述的效果不充分，cr含量超過2.0％時，會提高制造成本，中心部會形成粗大的cr碳化物。

p：0.015％以下

p為雜質(zhì)，雖然未特別規(guī)定其含量，但與現(xiàn)有的鋼絲相同地，從確保延展性的觀點上看，優(yōu)選為0.015％以下。

s：0.015％以下

s為雜質(zhì)，雖然未特別規(guī)定其含量，但與現(xiàn)有的鋼絲相同地，從確保延展性的觀點上看，優(yōu)選為0.015％以下

本發(fā)明的剩余成分為鐵(fe)。但是，在一般的制造過程中，會從原料或周圍環(huán)境不可避免地混入意想不到的雜質(zhì)，這是不可排除的。只要是一般制造過程的技術(shù)人員，就會知道這些雜質(zhì)，因此本說明書不特別提及其全部內(nèi)容。

本發(fā)明線材的微細組織包含99面積％以上的針狀馬氏體。

馬氏體一般是較硬的組織，其加工性不佳，因此通過后續(xù)熱處理賦予其韌性而用于加工量為20％以下的產(chǎn)品群。但是，若如本發(fā)明的線材一樣碳含量低，會形成針狀馬氏體，針狀馬氏體因韌性優(yōu)異而加工性優(yōu)異。

當針狀馬氏體小于99面積％而包括硬的板狀馬氏體時，加工性可能會變差。

此時，所述針狀馬氏體束內(nèi)1～15nm大小的(fe、cr、mn)23c6碳化物可以是5.4個/μm²以上。針狀馬氏體束(packet)是指以具有特定方位的方式形成的集團組織，與塊(block)的含義相同。束內(nèi)存在的碳化物越微細，越能確保高強度、高韌性等特性，這些越均勻，越能產(chǎn)生類似于彌散強化的效果。

并且，本發(fā)明線材的抗張強度可以是1500mpa以上。

下面詳細說明本發(fā)明另一方面的耐腐蝕性優(yōu)異的高強度線材的制造方法。

本發(fā)明另一方面的耐腐蝕性優(yōu)異的高強度線材的制造方法包括如下步驟：在ae3+150℃～ae3+250℃的溫度范圍下，將滿足上述合金組成的鋼坯加熱并維持120分鐘以上；在ae3+100℃以上的溫度下，軋制所述被加熱的鋼坯并獲得線材；在850～950℃的溫度范圍下，將所述線材收卷；及將所述被收卷的線材以5～10℃/s的冷卻速度冷卻至480～520℃的第一次冷卻終止溫度后，再以1℃/s以下的冷卻速度冷卻至180～220℃的第二次冷卻終止溫度。

鋼坯加熱步驟

在ae3+150℃～ae3+250℃的溫度范圍下，將滿足上述合金組成的鋼坯加熱并維持120分鐘以上。

ae3+150℃～ae3+250℃的溫度范圍是維持奧氏體單相且不會使奧氏體晶粒粗化的溫度范圍，是能夠有效去除殘存碳化物的溫度范圍。當超過ae3+250℃時，會使奧氏體晶粒非常粗大，冷卻后形成的最終微細組織的粗化傾向較強，因此優(yōu)選控制為ae3+250℃以下。與此相反，當小于ae3+150℃時，不能通過加熱來獲得充分的效果。

當維持時間小于120分鐘時，因不足以溶解殘存的碳化物，優(yōu)選為120分鐘以上。雖然無需特別限定其上限，但長時間維持會顯著降低生產(chǎn)率，可將維持時間設(shè)定為180分鐘以下。

軋制步驟

在ae3+100℃以上的溫度下，軋制所述被加熱的鋼坯并獲得線材。當軋制溫度小于ae3+100℃時，軋制過程中會因變形而形成微細組織，碳化物會在晶界析出。

此時，所述軋制依次執(zhí)行粗軋、中間粗軋、中間精軋、精軋及最終軋制(reducingandsizingmill，rsm)，最終軋制入口溫度可以是ae3+100℃～ae3+150℃。將最終軋制入口溫度控制在ae3+100℃～ae3+150℃是為了使得收卷時的材質(zhì)偏差最小化。

收卷步驟

在850～950℃的溫度范圍下，將所述線材收卷。

冷卻步驟

將所述被收卷的線材以5～10℃/s的冷卻速度冷卻至480～520℃的第一次冷卻終止溫度后，再以1℃/s以下的冷卻速度冷卻至180～220℃的第二次冷卻終止溫度。

如上所述地進行多階段冷卻的理由是因用于進行冷卻的斯太爾摩冷卻臺的長度存在局限性，可能會在尚未完成相變的狀態(tài)下成卷而對線材的機械特性造成影響。

當冷卻至第一次冷卻終止溫度的冷卻速度小于5℃/s時，可能尚未完成馬氏體相變，第一次冷卻終止后冷卻至第二次終止溫度的冷卻速度即使超過1℃/s，也不會提高機械特性，因此優(yōu)選維持在1℃/s以下。

下面詳細說明本發(fā)明另一方面的耐腐蝕性優(yōu)異的高強度鋼絲。

本發(fā)明另一方面的耐腐蝕性優(yōu)異的高強度鋼絲具有上述的合金組成，且微細組織包含99面積％以上的針狀馬氏體，鋼絲表面上形成有50～100nm厚度的cr氧化物層。

當cr氧化物層的厚度小于50nm時，耐腐蝕性可能差。

所述鋼絲的微細組織與線材相同，針狀馬氏體占99％以上。但是與線材不同的是要經(jīng)過拉伸及軋制工藝，因此可觀察到沿長度方向延伸的組織。

此時，優(yōu)選地，所述cr氧化物層不存在龜裂。

當cr氧化物層存在龜裂時，即使cr氧化物層的厚度為50～100nm，耐腐蝕性也可能會差。

另外，本發(fā)明鋼絲的抗張強度可以是1700mpa以上，均勻延伸率可以是10％以上，在5％h2so4的條件下進行腐蝕評估時，腐蝕量為200g/m²/hr以下，因此耐腐蝕性優(yōu)異。

下面詳細說明本發(fā)明另一方面的耐腐蝕性優(yōu)異的高強度鋼絲的制造方法。

本發(fā)明另一方面的耐腐蝕性優(yōu)異的高強度鋼絲的制造方法包括如下步驟：以總減面量40％以下拉伸通過上述本發(fā)明線材的制造方法制造的線材；所述拉伸后，以總軋制量50％以上進行平輥軋制；以及進行熱處理，即，所述平輥軋制后，在惰性氣氛中且在900～1000℃的溫度范圍下，維持5～10分鐘后進行淬火。

拉伸步驟

以總減面量40％以下(包括0％)拉伸通過本發(fā)明線材的制造方法制造的線材。

本發(fā)明的線材因具有針狀馬氏體的微細組織而抗張強度高，如圖2所示，平輥軋制前進行的拉伸加工時，總減面量可低于現(xiàn)有的制造方法(圖2(a))，僅通過平輥軋制也能確保抗張強度時，可省略拉伸工藝。

并且，當前用于撓性管(flexiblepipe)的高碳鋼線材必需進行鉛浴淬火(lp：leadpatenting)熱處理，但本發(fā)明中可省略。

平輥軋制步驟

所述拉伸后，以總軋制量50％以上進行平輥軋制。這是為了確保最終產(chǎn)品的形狀及抗張強度。

熱處理步驟

所述平輥軋制后，在惰性氣氛中且在900～1000℃的溫度范圍下，維持5～10分鐘后進行淬火，在鋼絲表面形成均勻的cr氧化物層。

在惰性氣氛下進行是為了防止除cr氧化物之外的其他氧化物的形成。

當熱處理溫度小于900℃時，可能不會形成cr氧化物層，當超過1000℃時，cr氧化物層的生長會飽和，因此優(yōu)選為1000℃以下。

并且，當維持小于5分鐘時，cr氧化物層的厚度會薄，從而耐腐蝕性會不充分，當維持超過10分鐘時，cr氧化物層的生長會飽和，因此優(yōu)選為10分鐘以下。

此時，以900～1000℃溫度范圍進行加熱的升溫速度可以是20℃/s以上，維持后的冷卻速度可以是50℃/s以上。

下面將通過實施例更具體地說明本發(fā)明。但應(yīng)留意的是，以下記載的實施例僅用于通過例示更詳細地說明本發(fā)明，而不在于限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。本發(fā)明的權(quán)利范圍由權(quán)利要求書中記載的事項和由此合理類推的事項來決定。

(實施例)

在1150℃下，將具有下表1示出的組成成分的鋼坯維持125分鐘后，在1050℃下進行軋制，在910℃下進行收卷，以10℃/s冷卻至500℃后，以1℃/s冷卻至200℃而獲得線材。

但是，比較例1適用現(xiàn)有制造方法，將當前用作產(chǎn)品的jis標準鋼swrs72b進行收卷后，以5℃/s進行均勻冷卻。

觀察所述制造出的線材的抗張強度及微細組織并記載到下表1。但是，下表1中(fe、mn、cr)23c6是測定并記載了具有1～15nm大小的(fe、mn、cr)23c6數(shù)量/μm²。

以總減面量35％拉伸所述已制造線材后，以總軋制量60％進行平輥軋制，在氮氣氣氛中以950℃維持7分鐘后進行淬火并熱處理從而制造鋼絲。

但是，比較例1是適用現(xiàn)有制造方法進行l(wèi)p熱處理后，以總減面量60％進行拉伸，然后以總軋制量50％進行軋制而制造最終鋼絲。

測定所述制造出的鋼絲的抗張強度、均勻延伸率、耐腐蝕性、cr氧化物層厚度及是否存在龜裂并記載到下表2。

在5％h2so4條件下進行腐蝕評估并測定腐蝕量(g/m²/hr)來評估耐腐蝕性。

【表1】

【表2】

比較例1是當前正在使用的常用鋼，具有珠光體組織且具有1600mpa以上的強度，但耐腐蝕性非常差。

發(fā)明例2如所述表1、2及圖1所示，微細組織為針狀馬氏體，針狀馬氏體束內(nèi)1～15nm大小的(fe、cr、mn)23c6碳化物為5.8個/μm²，抗張強度為1766mpa而優(yōu)異，耐腐蝕性也優(yōu)異。

比較例2、3及發(fā)明例1、2示出根據(jù)碳含量產(chǎn)生的變化。

比較例2的碳含量小于0.1％，鋼絲的抗張強度低。比較例3的碳含量為0.3％而過多，具有針狀馬氏體和板狀馬氏體并存的微細組織，抗張強度低，均勻延伸率為4％而非常差。這是因為具有針狀馬氏體(80面積％)和板狀馬氏體(20面積％)并存的微細組織而在拉伸及平輥軋制過程中針狀馬氏體與板狀馬氏體的界面邊界部上形成龜裂，導致加工性及延展性的降低。

比較例4、發(fā)明例1、3及比較例5示出根據(jù)錳含量產(chǎn)生的變化。

當mn含量小于5％時，難以確保目標強度，當包含9％以上時，在平輥軋制過程中出現(xiàn)了斷裂。這是因大量添加mn而產(chǎn)生中心偏析，因此對加工性造成了影響。

比較例6、發(fā)明例1、4及比較例7示出根據(jù)cr含量變化而產(chǎn)生的變化。

cr含量低的比較例6難以確保目標強度，比較例7因cr含量超過2％而強度雖然達到目標強度，但均勻延伸率為1％，幾乎沒有延展性。

并且，當cr含量為1％以上時，比較例與發(fā)明例形成幾乎類似的具有61～92nm厚度的cr氧化物層，但當cr含量小于1％時，cr氧化物層厚度小于50nm，未能確保充分的厚度。

相反，當cr含量超過2％時，雖然能夠充分確保厚度，但因cr氧化物層內(nèi)形成龜裂而耐腐蝕性差。

以上通過實施例說明了本發(fā)明，但在不脫離權(quán)利要求書范圍內(nèi)記載的本發(fā)明的思想及領(lǐng)域的范圍內(nèi)，相應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域的熟練的普通技術(shù)人員能夠?qū)Ρ景l(fā)明進行多種修改及變更。