一種精細鋼簾線拉拔加工性能優的高碳鋼線材及制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于在拉拔至精細鋼絲后，可用作輪胎子午簾線的高碳鋼線材，尤其是改善了拉拔加工性能及拉拔工序優化的高碳鋼線材及其制造方法。
【背景技術】
[0002]隨著世界經濟的快速發展，特別是中國經濟的快速發展。公路、汽車、交通等行業還在快速發展，汽車全鋼載重子午胎、輕載子午胎的比例不斷提高，市場前景十分良好。汽車的輕量化要求鋼絲具有更高的強度。如精細鋼簾線在拔絲加工及進一步生產等過程中，因拉拔變形量大、鋼絲強度高，很容易發生斷線，導致生產率下降以及質量低下。為此拉絲后除了要求高強度、高延展性外，還要求有良好的拉絲加工性，由此一直以來，各種為滿足上述要求的高品質高碳鋼線材被廣泛地開發。
[0003]申請號201180050074.0公開的拉絲工藝優異的高碳鋼線材，為改善拉絲加工性能，通過添加充分的Ti含量，使N變成TiN，極力減少鋼種的固溶N，并且確保規定量的固溶B，提高拉絲性能;但是，為固溶N加Ti而形成TiN等Ti化合物在鋼中以脆性夾雜物存在，其硬度高，呈多邊形形貌，在鋼絲的拉拔及捻股過程容易產生斷絲，顯著影響鋼絲質量和生產效率。
[0004]申請號201180012852.7公開的拉絲加工性和拉絲后疲勞性優異的高碳鋼線材，為提高線材的拉拔性能和拉絲后的疲勞特性，添加充分的B含量，使B固溶N作為BN化合物而微細析出，但是為固溶N而添加的B形成過多的BC與Fe的化合物會在盤條中心沿珠光體晶界聚集析出，形成粗大的BC中心網狀化合物，導致線材在后道的拉拔過程中脆化，使拉絲加工性惡化。
[0005]申請號200980100006.3公開的延性優良的線材以及高強度鋼線以及他們的制造方法，通過添加Mo、W中的一種或兩種抑制600 °C以上高溫區珠光體的生長，進而抑制粗片狀珠光體的形成，同時提高淬火性抑制鐵素體的生成，提高索氏體比例，但是過剩的添加這些元素則抑制整個溫度區珠光體生長，使得冷卻時間變長，降低生產力，同時在盤條中心析出的Mo2C和W2C的化合物也會降低材料的拉絲加工性。
[0006]申請號200980100006.3公開的延性優良的線材以及高強度鋼線以及他們的制造方法，通過添加Mo、W中的一種或兩種抑制600 °C以上高溫區珠光體的生長，進而抑制粗片狀珠光體的形成，同時提高淬火性抑制鐵素體的生成，提高索氏體比例，但是過剩的添加這些元素則抑制整個溫度區珠光體生長，使得冷卻時間變長，降低生產力，同時在盤條中心析出的Mo2C和W2C的化合物也會降低材料的拉絲加工性。
[0007]綜上，現有鋼簾線鋼材為了滿足良好的拉拔性能，采用的是更加復雜的鋼元素成分，不僅提高了原料成本，所添加的微量元素往往也存在其他不良影響，給線材的制造工藝也增加了難度。基于上述鋼簾線的生產現狀，能夠生產出一種拉拔加工性能優的用于精細鋼簾線，成分簡單，且工藝簡單、生產效率高的高碳鋼線材是本領域技術人員迫切需要解決的技術問題。
【發明內容】
[0008]本發明目的在于提供一種拉拔精細鋼簾線高碳鋼線材，通過簡化元素種類，優化關鍵元素的含量，獲得一具備良好的力學性能、具有特定珠光體顯微組織結構且成分更加簡潔的鋼線材，并且該鋼線材也完全滿足優異鋼絲拉拔加工性能的要求。
[0009]本發明另外提供一種制造拉拔精細鋼簾線高碳鋼線材的制造方法。
[0010]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為，一種精細鋼簾線拉拔加工性能優的高碳鋼線材，該鋼線材的化學成分按質量百分比計為C:0.60?1.00%，S1:0.10?0.60%，Μη:0.10?0.20%，Cr:0.20?0.50%，S: <0.01%,P: <0.013%,Cu: <0.05%,Ca: <0.0010%,V< 0.005%，N:0.0010?0.0040%，并且固溶的N為0.0010%以下，Al: < 0.0030%,Mo: <0.02%,Ni: <0.02%,B: <0.0005%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。
[0011]本發明的高碳鋼線材中，根據需要鋼線材成分中還包含T1:0.0015%以下，但不包含O的情況。
[0012]本發明的高碳鋼線材中，根據需要鋼線材成分中還包含0:0.0025%以下，但不包含O的情況。
[0013]本發明的鋼線材成分中降低Al、Ti及N含量，減少拉拔硬化及脆性夾雜物引起的拉拔性能影響，添加Cr元素，增加淬透性，縮小珠光體的片層間距，有利于細片狀珠光體(索氏體)組織的形成比例及提高組織的均勻性，使得拉拔性能優異;另外，再減少Mn的含量，降低偏析、晶粒粗化的傾向，保證力學性能及碳當量Ceq值，根據Cr\Mn的設計范圍，進一步地將Mn+Cr所需含量之和控制在0.30?0.60%。具體設計原理如下:
本發明為了改善高強度高碳鋼線材的拉絲加工性能，從各種角度進行研究，其結果發現，通過添加充分量的Cr，Cr元素增加淬透性，并且細化珠光體的片層間距，有利于提高細片狀珠光體(索氏體)組織的形成比例及顯微組織的均勻性，從而有效提高線材的強度及塑性變形性能，有助于改善拉拔性能，并抑制微裂紋的擴展，甚至可減少拉拔道次及中間熱處理過程。為了使上述效果充分的發揮，實踐證明，Cr含量高于0.20%，(優選為0.25%以上，更優選為0.30%以上)，從而明顯改善了鋼材的塑性指標，顯著改善拉絲加工性能，實現大的拉拔變形，節省中間熱處理，提高生產效率、節約能源消耗，并提升了拉拔鋼絲的最終強度;若Cr含量過剩，則易生產未溶解的滲碳體相，使相變結束時間延長，易在熱乳線材或拉拔鋼絲中產生屈氏體、馬氏體或貝氏體等過冷組織，強度過高，塑性變差，顯著影響鋼材的拉拔加工性，因此本發明使其上限規定為0.50%(優選為0.45%以下，更優選為0.40%以下)。
[0014]Mn作為脫氧劑作用的元素，通過固溶強化提高鋼材的強度，此外Mn將鋼中的S以MnS形式固定，防止熱脆化的效果。為了發揮此效果，Mn需要控制在0.10%以上(優選為0.15%以上)；另一方面Mn是容易偏析元素，特別是線材的中心偏析，對拉拔加工性有不利影響，其次Mn元素促進晶粒長大的作用，對鋼的過熱敏感，且本鋼中的細化晶粒元素含量低;Mn含量過高，引起線材的抗拉強度升高，塑性指標下降，為了獲得優良的顯微組織、力學性能及拉拔加工性能，由此本發明使其Mn含量為0.20%以下；
根據以上Cr\Mn的設計范圍，為獲得滿足客戶及使用要求的最佳力學性能強度及碳當量Ceq值，Mn+Cr含量需要控制在0.30%以上，Mn+Cr含量需要控制在0.60%以下(優選為0.55%以下)。
[0015]B: < 0.0005%
B有抑制鐵素體析出的效果，提高淬透性；因鋼中的Al、Ti元素含量低，B與0、N親和力強，易形成BN，于晶界析出，不僅在拉絲過程中容易發生斷線，而且在最終拉絲的線材的韌性/延展性顯著劣化。由此本發明使其上限為0.0005%(優選為0.0004%以下，更優選為0.0003%以下)。
[0016]N:0.0010-0.0040%
N在固溶狀態下在拉絲過程中會引起脆化，使得拉絲性能劣化，因此需要利用T1、Al等以氮化物等形式析出，使得固溶N含量在0.0010%以下。若N含量過剩，則需增加T1、Al、B等進行固化，形成氮化物脆性夾雜物，對拉拔加工性不利，容易因脆性夾雜物導致拉拔斷絲；因此使其上限為0.0040%(優選為0.0035%以下，更優選為0.0030%以下)；另一方面，為了使N含量低于0.0010%，從制造成本出發無法實現，因此其下限為0.0010%以上(優選為0.0015%)。
[0017]Al: < 0.0030%
Al:作為脫氧有效元素，通過與N結合形成的AlN可有效地防止奧氏體晶粒粗化，起到防止晶粒長大的作用。可變形的氧化物夾雜的控制對鋼簾線鋼的拉