專利名稱：不銹鋼絲及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種小直徑的不銹鋼絲，它具有高的機械性能，主要可用于制造彈簧或使彈性材料強化的鋼絲。
具有很高機械性能的細拉拔鋼絲是已知的，它由1.4310型(根據(jù)標準EN 10088和Pr EN 10270.3)不穩(wěn)定奧氏體不銹鋼構(gòu)成，其化學成分(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，然后消除應力和硬化熱處理來獲得。這種技術(shù)具有至少一個起因于拉拔期間的很大強化的缺點。由于這種強化的程度，當鋼絲直徑小時，至少需要進行數(shù)次交替拉拔和超急冷熱處理周期。這使制造復雜化并增加其成本。
已有具有很高機械性能及主要可用于制造彈簧的細拉拔鋼絲，它由1.4568型(根據(jù)標準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)點是可由這樣機械性能的鋼絲制造彈簧該鋼絲的機械性能大大低于彈簧所需的機械性能，因而這使其很容易進行成形操作。事實上，最終機械性能可通過產(chǎn)生沉淀硬化的時效熱處理來獲得。另一方面，這種技術(shù)首先具有這樣的缺點它采用的鋼種含有易氧化或氮化的元素，它導致有害于彈簧疲勞強度的夾雜物的形成，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，該鋼絲在時效前的冷加工狀態(tài)下，該鋼絲直徑在0.4和0.5mm之間時抗拉強度大于2200MPa，直徑在0.3和0.4之間時大于2225MPa，直徑在0.2和0.3之間時大于2250MPa，直徑小于0.2mm時大于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。當其截面為圓形時其尺寸按其直徑確定；當其截面不是圓形時，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，抗拉強度大于2100MPa的不銹鋼絲，它由化學成分(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。該方法的要點是提供直徑大于或等于5mm的，由奧氏體鋼構(gòu)成的機制鋼絲，所述鋼的化學成分與上述鋼一致，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現(xiàn)。該方法可對強冷加工鋼絲進行時效熱處理來加以補充，它包括在400-475℃之間的溫度下保持5分-3小時之間的時間。
最后，本發(fā)明涉及奧氏體不銹鋼，其化學成分(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)時的雜質(zhì)。
現(xiàn)在更準確而沒有任何限制地敘述本發(fā)明并通過下述實施例來說明本發(fā)明。
要制造直徑小于或等于2mm的細拉拔鋼絲，采用直徑大于或等于5mm的，由奧氏體不銹鋼制成的機制鋼絲，所述鋼的化學成分(重量％)包括—小于0.03％的C，因為高于它，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力作用下可能開裂；一般，碳含量大于0.005％，因為在精煉操作時降碳是非常困難的；—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可使拉絲后的時效處理期間有沉淀硬化；將其含量限制到3.5％，是因為高于它，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；—小于0.01％的S，硫是雜質(zhì)，其含量必須限制，因為其量太大時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)點是它能通過拔絲和組織硬化而不需要任何中間退火就達到高的機械性能，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的機制鋼絲，然后為使它有完全的奧氏體組織，進行超急冷處理，然后酸洗，該處理的要點在于加熱到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)超急冷和酸洗的機制鋼絲以一個或多個步驟，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，則需要進行中間超急冷以恢復該金屬的變形能力。但是，在這種情況下，為了獲得需要的機械性能，最終冷加工，就是說在中間超急冷后進行的冷加工，必須與大于300的截面收縮比(終截面/初截面≤1/300)相適應。
為獲得合乎要求的最終機械性能，即作為直徑的函數(shù)的，符合標準的，并列于下表中的抗拉強度，進行時效熱處理。
該標準規(guī)定的最小抗拉強度
這種時效處理的要點在于在400-475℃之間的溫度加熱5分鐘到3小時。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)析出而導致的硬化，在其它條件相同時，該硬化與α’馬氏體含量的變高按比例地增大。
按照設想的用途，時效處理可在拔絲后直接進行，或在鋼絲完成其它操作后進行，例如在它被成形以制造螺旋彈簧后進行。
按實施例的方法，由奧氏體不銹鋼構(gòu)成的直徑5.5mm機制鋼絲開始，按照本發(fā)明制造直徑1mm、0.5mm和0.25mm的拉拔鋼絲，該鋼的化學成分(重量％)如下
通過再加熱到1080℃再用水冷卻對機制鋼絲超冷淬火，然后酸洗。
然后將該機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小時將鋼絲時效。
時效前后獲得機械性能(抗拉強度Rm和在0.2％塑性變形時的強度，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)點是至少等于按1.4310標準牌號鋼制造的彈簧的性能，及相等的或甚至是改進的回復能力，同時能簡單和成本低地制造。
因為它們的這些性能，本發(fā)明鋼絲還可用來制造增強彈性體，例如生產(chǎn)增強輪胎的鋼絲。這些增強鋼絲包括用本發(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，抗拉強度大于2100MPa的不銹鋼絲，其特征在于它由包含如下化學成分(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中任一項的鋼絲構(gòu)成。
6.用于增強彈性體的鋼絲，該鋼絲包括至少一個用不銹鋼制成的芯，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，由包含如下化學成分(重量％)的鋼制成的機制鋼絲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，對該機制鋼絲進行超急冷；以及進行冷塑性變形成形，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，其特征在于進行冷塑性變形成形在有中間超急冷時進行，其中在此中間超急冷后達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行時效熱處理，它由在400-475℃之間溫度下保持5分和3小時組成。
11.制造權(quán)利要求1鋼絲的鋼，其特征在于其化學成分(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,抗拉強度大小2100MPa,由化學成分(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, 安費公司, 尤吉納薩瓦依股份有限公司