[发明专利]具有优良冷镦性能和淬火特性的钢丝及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于冷加工材料的钢丝的制造方法。特别是涉及一种具有优良冷加工性和淬火特性的钢丝及其制造方法，该钢丝即使在钢丝状态下不进行球化退火也具有显著的低强度，从而能容易地冷加工该钢丝，并确保之后能通过淬火而显著提高强度。 

背景技术

通常，由于冷加工比热加工或切削加工具有更高的生产率，因而其作为制造诸如螺栓、螺母、螺钉等汽车部件和机械部件的有效方法已被广泛应用。 

由于冷加工涉及直接对钢进行锻造操作而无专门的加热或切削加工，因此被冷加工的钢必须具有适当的机械性能。换言之，该钢必须具有足够低的抗拉强度以保证在低外力下具有足够的成形性，还必须具有良好的延展性以便在进行冷深拉延时不断裂。 

然而，由于如上所述冷加工制造的部件包括诸如螺栓、螺母、螺钉等汽车部件或机械部件，因此这些部件必须具有高强度。 

总之，用于冷加工的优等钢应当在冷加工前具有低强度和高延展性，而在制造成最终产品的加工过程中具有高强度。由于这些性能是互相矛盾的，因此必须在每个加工阶段进行适当的处理，以使钢同时具有这两种所需的性能。典型的是对冷加工制成的最终部件进行淬火以获得高强度。为了通过淬火使该部件满足所需的强度要求，该钢应含有适当量的能提高淬火特性的元素。 

通常，为提高淬火特性，钢含有高含量的碳。碳是一种提高淬火特性的代表性元素，能通过淬火显著提高部件的强度。 

但是，当钢含有如此高含量的碳时，即使不进行淬火，该钢也具有过高的硬度和强度，以至于不能直接进行冷锻，因此需要对其进行专门处理。换句话说，当碳溶解于钢中时，它引发固溶强化，使得钢的强度提高。其结果是，当钢进行冷加工以形成工具时，该工具不但使用寿命短，还会因延展性不足而产 生裂纹。 

因此，当冷加工含有高含量碳的钢时，为避免在机加工该钢时，其加工性因碳而降低，必须首先实施通过以球状渗碳体形式析出碳来抑制溶解于钢基体中的碳导致的固溶强化的处理。上述析出球状渗碳体的工艺称为“球化退火”。 

因此，为通过加工高碳钢丝制造高强度部件，对该钢丝依次进行球化退火、冷加工和淬火，通常进行退火处理作为最终处理以提高部件的韧性。 

然而，球化退火(spheroidizing annealing)需要数小时乃至数十小时的热处理，这不仅降低生产率，还增加生产成本。因此如果可能的话最好省略球化退火。 

为解决上述问题，日本公开专利No.2001-0303189公开了一种钢丝，以重量％计含有：B：0.0055％或更少和Zr：0.035％或更少中的至少一种；以及N：0.0005-0.0070％，其中B、Zr和N满足下述关系以抑制铁素体晶粒细化，从而抑制在室温或在工件加热范围内应变抗力的提高：-0.001≤[N]-1.3[B]-0.15[Zr]≤0.0020。 

该专利的特征在于，通过加入B或Zr，溶解的碳和氮被钉扎(pin)，铁素体晶粒的细化受到抑制，从而避免冷加工过程中应变抗力提高。但该发明并不考虑冷加工前钢的抗拉强度，该强度是不经球化退火制成的钢丝在冷加工中最重要的因素。尽管本领域众所周知冷加工前钢的抗拉强度越低，机加工方面的优点因低应变能而越多，但仅通过抑制铁素体晶粒细化来降低钢的强度存在着局限。其结果是，当钢丝进行冷加工而不进行球化退火时，会引发由该钢丝制成的工具的寿命缩短或钢丝产生裂纹等问题。 

发明内容

技术问题 

为解决现有技术中存在的上述问题而完成了本发明，本发明的目的之一是提供一种具有优良冷加工性和淬火特性的钢丝及其制造方法，该钢丝即使不进行球化退火也具有足够低的强度以提供冷加工性方面的优势，并确保之后能通过淬火显著提高强度。 

技术手段

根据本发明的一方面，上述以及其它目的通过提供下述钢丝而实现，该钢丝以重量％计含有：C：0.1-0.4％，Si：0.3-1.5％，Mn：0.3-1.7％，P：0.015％或更低，S：0.015％或更低，Cr：0.05-1.7％，Al：0.05％或更低，B：0.001-0.005％，Ti：0.01-0.05％，N：0.015％或更低，余量为Fe及其它不可避免的杂质。 

优选地，Ti与N之比(Ti/N)为1.39或更高(基于原子量)，B与Cr的重量比(B/Cr)为0.04或更低。 

优选地，该钢丝含有铁素体和珠光体结构。 

优选地，该钢丝含有50％或更高的铁素体结构。