[发明专利]无需软化处理的高含碳量软线材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高含碳量软线材，该线材的微结构在制造过程中经过球化处理以省去或减少热锻和冷锻或其它加工方法的软化处理，还涉及该线材的制造方法。

背景技术

线材一般采取球化热处理来软化。为提高冷成型时的冷加工性，球化热处理使渗碳体球化并诱导均匀的粒径分布。另外，球化热处理可使被加工的材料的硬度尽可能低，以提高加工模具的使用寿命。为达到两个上述目的，球化热处理用于软化材料，并在附加性地需要切削加工时可相比于常规铁素体+珠光体钢提高切削性。

所述球化热处理可分为两种。一种是在低于共析温度的温度下长时间进行加热的方法，其主要用于热轧产品的球化处理(亚临界退火，sub-critical annealing)，另一种是在共析温度和奥氏体化温度之间进行加热后极缓慢地冷却，从而获得球化结构的方法(临界间退火，inter-critical annealing)。

已知的是，最初结构由珠光体组成时，在球化热处理温度下进行球化，其中高温下的扩散导致的层状渗碳体的缺陷或端部部分与平坦的界面之间的曲率之差的碳浓度梯度将层状渗碳体隔开，之后，进行球化处理以降低界面能。

由此形成的球形颗粒通过类似于奥斯瓦德熟成(Ostwald ripening)的过程生长，形成球化结构。这种球化过程主要在低于奥氏体转变温度的温度下观察到，材料基体结构从铁素体和珠光体转变为含有球状渗碳体的铁素体形态。即，在最初结构中以珠光体存在的区域转变成铁素体和球状渗碳体，因此整个微观结构由铁素体和球状渗碳体组成。

已公开大量的对这种球化机理进行的研究，大部分是与盘状渗碳体失去其形状并转变为球状渗碳体的过程有关的各种理论，然而，在大部分报道中公开的是，以后的成长性具有奥斯瓦德熟成(Ostwald ripening)的形态。

形成球状渗碳体的过程的特征在于，在热处理最初阶段形成许多亚晶界或晶界，而该许多亚晶界或晶界在发生多边形化(polygonization)的铁素体的回复或重结晶过程中形成。由此热不稳定的盘状渗碳体以带状(band)或条状(ribbon)的形式隔开，隔开了的渗碳体为降低表面能而成为球状渗碳体后，通过奥斯瓦德熟成(Ostwald ripening)机理生长。

说明这种球化机理的模型大体有三种。第一种为微扰理论(perturbation theory)，指出棒状(rod)结构由于毛细管效应(capillarity)导入的微扰(perturbation)而不稳定的现象，并描述了按照微扰(perturbation)波的长度和棒状形状——即其长度——之间的关系进行球化的现象。

第二种，晶界沟槽模型(grain boundary groove model)，指出在通过变形或转变导入的亚晶界界面形成晶界沟槽(grain boundary groove)，这种界面沟槽(grain boundary groove model)在界面形成曲率(Curvature)，而该曲率表明势能(potential)之差。这种势能(potential)之差引起原子移动以至于沟槽(groove)持续生长，因此渗碳体发展成被隔开的形态。然而，长时间的球化处理过程中亚晶界减少，因此该模型(model)仅适用于球化热处理的初始阶段。

最后，断层迁移理论(fault migration theory)指出在层状结构中存在层状端部，并且该部分具有曲面的形态，因此与其它部分相比能量不稳定，从而从该部分开始球化。这种层状端部是指层状生长完成时形成的末端部和层状生长时产生的缺陷部分。

在球化机理和动力学方面，两相区域的加热的球化基本上不同于在低于共析温度的温度下的球化方法。当最初结构由珠光体和铁素体组成时，进行球化的过程如下，其中珠光体区域和一部分的铁素体区域在两相区域进行加热时转化为奥氏体，有珠光体存在的奥氏体区域中渗碳体颗粒未完全溶解而部分残留，以维持奥氏体+残留渗碳体形式，之后缓慢冷却时残留渗碳体起核心的作用，由此奥氏体不会转化为铁素体+珠光体，而转化以铁素体和残留渗碳体颗粒的生长形式进行，并在以后的缓慢冷却中已形成的球形颗粒通过类似于奥斯瓦德熟成的过程生长而形成球化结构。

对上述的方式形成的球化微结构的形成机理进行描述。将含有常规微结构的铁素体和珠光体的材料加热至两相区域并缓慢冷却以形成球化结构时，在铁素体和珠光体共存状态下的所有的珠光体均转化为奥氏体，且一部分铁素体也转化为奥氏体。因此，加热温度下的相为铁素体和珠光体。