CN104451450B - 一种辐条用不锈钢丝 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种辐条用不锈钢丝，由以下质量百分比的合金元素构成：C≤0.1，Si≤0.5，Mn？2.0-2.4，Cr？16-18，Ni？6.0-6.8，Nb？1.5-2.5，Mo？0.5-1.5，N？0.08-0.15，P+S≤0.06，Fe余量。该辐条用不锈钢丝表面质量佳，力学性能好，Φ1.8-3mm产品的抗拉强度均在1200MPa以上，接近甚至超过1300Mpa，明显高于同等规格尺寸的不锈钢产品，弯曲疲劳试验结果和耐腐蚀性能优异，特别适用于自行车和摩托车。
Description
技术领域
本发明属于材料冶金和金属制品领域，具体涉及一种辐条用不锈钢丝及其制备方法。
背景技术
辐条是影响辐条式自行车和摩托车使用性能的关键部件之一，使用过程中其最常出现的问题有生锈、断裂等，这些问题不仅影响美观，而且不利于骑乘的舒适性和安全性。辐条材料是辐条性能的决定性因素。近年来，辐条材料由传统的碳钢逐渐向不锈钢转变。相比于碳钢产品，不锈钢制品在生产工艺环保性、力学强度、耐蚀性、外观等方面有明显优势。目前国内外已有多种牌号的辐条用不锈钢，例如SUS304、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Mo、12Cr18Ni9、06Cr18Mn3Ni8N等，但是寻找性能更优越的辐条用不锈钢材料仍然是业内的一个研发热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全新的辐条用不锈钢丝，其成分设计使其具有高强韧性和优越的耐腐蚀性，且加工性能优良，在性能上能够达到甚至超过国内外现有的同类产品。
为了实现本发明的目的，采用下列技术方案。
一种辐条用不锈钢丝，由以下质量百分比的合金元素构成：C ≤ 0.1，Si ≤ 0.5，Mn 2.0-2.4，Cr 16-18，Ni 6.0-6.8，Nb 1.5-2.5，Mo 0.5-1.5，N 0.08-0.15，P+S ≤ 0.06，Fe 余量。
作为优选方案，上述辐条用不锈钢丝由以下质量百分比的合金元素构成：C 0.04-0.08，Si 0.2-0.4，Mn 2.0-2.4，Cr 16-17，Ni 6.0-6.8，Nb 1.8-2.2，Mo 0.8-1.2，N 0.08-0.12，P+S ≤ 0.05，Fe 余量。
本发明的辐条用不锈钢丝具有奥氏体显微组织结构。
本发明的创新之处主要在于对不锈钢中合金元素的组成做了改进和优化，将C、Mn、Cr、Ni、Nb、Mo和N作为主要的合金元素，并且通过大量分析确定了最佳含量配方。
多元素合金钢中，合金元素的种类与含量对不锈钢性能的影响是一门极其复杂的学科，不锈钢性能是由Fe和合金元素彼此协同配合后的整体体现。不限于任何现有理论，本发明的研究人员发现，通过采用上述组成，本发明的辐条用不锈钢丝的力学性能特别是抗拉强度性能优异，明显优于现有不锈钢产品，且具有极佳的弯曲疲劳强度和耐腐蚀性能。
本发明的另一个目的在于提供上述辐条用不锈钢丝的制备方法，包括下列步骤：
（1）选用Φ5.0-6.5mm且具有上述合金元素构成的不锈钢线材；
（2）将不锈钢线材在拉丝机上进行多道次连续拉拔，其中第一道次的减面率控制在24-30％范围内，后续道次的减面率逐次递减，经6-9道次拉拔后，得到半成品，该半成品相对于成品的尺寸预留16-20％的轻拉成品减面率；
（3）清洗半成品表面并干燥，然后将其通入炉温为1020-1080℃且炉内保持惰性气氛的连续热处理炉中，钢丝在炉内时间1-4分钟，出炉后水冷、干燥；
（4）采用拉丝机对步骤（3）得到的钢丝进行单道次拉拔，减面率为步骤（2）中预留的16-20％，得到成品。
在冶金领域，不锈钢线材/盘条的制备工艺已经非常成熟。在元素组成和结构已明确的情况下，不锈钢线材/盘条的制备工艺对冶金领域的技术人员来说属于普通技术知识/常规技术。本发明的贡献主要在于不锈钢的新元素构成，并不需要特殊的线材制备工艺，仅需采用常规的不锈钢线材制备工艺即可。因而，本说明书中对此不再敷述。
从辐条加工成本考虑，目前市面上的辐条以Φ1.8-3mm为主，因此选择Φ5.0-6.5mm的不锈钢线材较为适宜。
任选地，在对不锈钢线材进行拉拔之前，可采用皮膜剂（磷化液）对其表面进行预处理，即皮膜处理（磷化处理），以提高其在后续加工中的润滑性。
在步骤（2）中，拉丝机可以是本领域中常用的那些连续多道次拉丝机，例如直线式拉丝机、滑轮式拉丝机、水箱式拉丝机等。适用的拉丝机对本领域技术人员而言是容易确定的。
步骤（3）中的热处理工艺是确保拉丝质量的关键，对钢丝的力学性能和表面质量有着重要影响。本发明中，在清洗半成品表面并干燥后，对其实施连续光亮热处理。炉温优选为1040-1060℃，惰性气氛可以是氮气或氩气，钢丝在炉内时间优选为1.5-3.0分钟。
步骤（4）中，可采用倒立式拉丝机进行最后的单道次拉拔。
本发明的辐条用不锈钢丝表面质量佳，力学性能好，Φ1.8-3mm产品的抗拉强度均在1200MPa以上，接近甚至超过1300Mpa，明显高于同等规格尺寸的不锈钢产品，弯曲疲劳试验结果和耐腐蚀性能优异。本发明的辐条用不锈钢丝综合性能优势明显，适用于自行车和摩托车。
具体实施方式
以下结合实施例以对本发明作进一步详细说明，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
（1）选用Φ5.5mm的不锈钢线材，其由以下质量百分比的合金元素构成：C 0.05，Si 0.3，Mn 2.2，Cr 17，Ni 6.4，Nb 2.0，Mo 1.0，N 0.1，P 0.03，S 0.02，Fe 余量；
（2）将上述不锈钢线材在LT-560水箱式拉丝机上进行多道次连续拉拔，其中第一道次的减面率控制在25％，后续道次的减面率逐次递减，经7道次连续拉拔后，得到Φ2.2mm的半成品钢丝；
（3）清洗半成品表面并干燥，然后将其通入炉温为1040℃且炉内保持氮气气氛的连续热处理炉中，钢丝在炉内时间2.0分钟，出炉后水冷、干燥；
（4）采用倒立式拉丝机对步骤（3）得到的钢丝进行单道次拉拔，得到直径为2.0mm的成品。
实施例2
（1）选用Φ6.0mm的不锈钢线材，其由以下质量百分比的合金元素构成：C 0.06，Si 0.3，Mn 2.1，Cr 17，Ni 6.6，Nb 2.2，Mo 1.2，N 0.08，P 0.02，S 0.02，Fe 余量；
采用磷化液对线材表面进行预处理，然后经水洗、干燥后备用；
（2）将不锈钢线材在LZ600型直进式拉丝机上进行多道次连续拉拔，其中第一道次的减面率控制在30％，后续道次的减面率逐次递减，经6道次拉拔后，得到Φ2.19mm的半成品钢丝；
（3）清洗半成品表面并干燥，然后将其通入炉温为1060℃且炉内保持氮气气氛的连续热处理炉中，钢丝在炉内时间2.5分钟，出炉后水冷、干燥；
（4）采用倒立式拉丝机对步骤（3）得到的钢丝进行单道次拉拔，得到直径为2.0mm的成品。
实施例3
（1）选用Φ6.5mm的不锈钢线材，其由以下质量百分比的合金元素构成：C 0.08，Si 0.4，Mn 2.3，Cr 17，Ni 6.6，Nb 2.0，Mo 1.1，N 0.11，P 0.02，S 0.02，Fe 余量；
采用磷化液对线材表面进行预处理，然后经水洗、干燥后备用；
（2）将不锈钢线材在LZ600型直进式拉丝机上进行多道次连续拉拔，其中第一道次的减面率控制在30％，后续道次的减面率逐次递减，经7道次拉拔后，得到Φ2.52mm的半成品钢丝；
（3）清洗半成品表面并干燥，然后将其通入炉温为1050℃且炉内保持氮气气氛的连续热处理炉中，钢丝在炉内时间3.0分钟，出炉后水冷、干燥；
（4）采用倒立式拉丝机对步骤（3）得到的钢丝进行单道次拉拔，得到直径为2.3mm的成品。
性能表征
1、力学性能
按照GB/T228.1-2010 《金属材料拉伸试验 第1部分：室温试验方法》和GB/T238-2002《金属材料 线材 反复弯曲试验方法》对实施例1-3的辐条用不锈钢丝进行表征，得出抗拉强度、断后伸长率和弯曲次数，结果如表1所示。
表1
| 实施例 | 抗拉强度，Rm/Mpa | 断后伸长率，A/% | 弯曲，次 |
| 1 | 1240 | 14.2 | 15 |
| 2 | 1235 | 14.0 | 15 |
| 3 | 1310 | 12.3 | 14 |
从 表1中可以看出，实施例1-3的辐条用不锈钢丝的抗拉强度很高，接近甚至超过了1300MPa，远高于现有的同类产品。作为对比，申请号为200710023511.5的中国发明专利申请公开了一种辐条用不锈钢丝，其相近规格的不锈钢丝的抗拉强度仅为1150MPa左右（可参见其说明书表1“拉力试验”）。同时，本发明的辐条用不锈钢丝在断后伸长率和弯曲疲劳强度方面也表现出了非常优异的性能。
2、表面质量和显微组织
实施例1-3制得的辐条用不锈钢丝表面光亮，不存在结疤、裂纹、毛刺、麻坑、划伤等有害缺陷。
按照GB/T13298-1991《金属显微组织检验方法》对实施例1-3制得的辐条用不锈钢丝的显微组织进行检验，结果显示是单一的奥氏体组织，未见其它组织存在。
3、耐腐蚀性能
参照GB/T10125-2012《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》，对实施例1-3制得的辐条用不锈钢丝进行盐雾腐蚀试验，对其耐腐蚀性能进行评价。试验条件如表2中所示。
表2
| 温度 | 氯化钠溶液的浓度 | pH值 | 试验周期 |
| 35℃ | 51g/L | 7.0 | 144小时 |
检验结果显示，本发明的不锈钢丝表面没有任何锈斑，外观和质量与试验前相比没有明显变化。
综上可知，通过改变不锈钢的元素组成，本发明的辐条用不锈钢丝力学性能优异，具有高强韧性和优越的耐腐蚀性，且表面质量和加工性能优良，整体性能明显高于国内外同等规格的不锈钢产品，有望在辐条领域得到推广和应用。
Claims (9)
1.一种辐条用不锈钢丝，由以下质量百分比的合金元素构成：C ≤ 0.1，Si ≤ 0.5，Mn 2.0-2.4，Cr 16-18，Ni 6.0-6.8，Nb 1.5-2.5，Mo 0.5-1.5，N 0.08-0.15，P+S ≤ 0.06，Fe 余量。
2.根据权利要求1所述的辐条用不锈钢丝，其特征在于，由以下质量百分比的合金元素构成：C 0.04-0.08，Si 0.2-0.4，Mn 2.0-2.4，Cr 16-17，Ni 6.0-6.8，Nb 1.8-2.2，Mo 0.8-1.2，N 0.08-0.12，P+S ≤ 0.05，Fe 余量。
3.根据权利要求1或2所述的辐条用不锈钢丝，其特征在于：具有奥氏体显微组织结构。
4.一种辐条用不锈钢丝的制备方法，包括下列步骤：
（1）选用Φ5.0-6.5mm且具有如权利要求1或2中所述合金元素构成的不锈钢线材；
（2）将不锈钢线材在拉丝机上进行多道次连续拉拔，其中第一道次的减面率控制在24-30％范围内，后续道次的减面率逐次递减，经6-9道次拉拔后，得到半成品，该半成品相对于成品的尺寸预留16-20％的轻拉成品减面率；
（3）清洗半成品表面并干燥，然后将其通入炉温为1020-1080℃且炉内保持惰性气氛的连续热处理炉中，钢丝在炉内时间1-4分钟，出炉后水冷、干燥；
（4）采用拉丝机对步骤（3）得到的钢丝进行单道次拉拔，减面率为步骤（2）中预留的16-20％，得到成品。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述辐条用不锈钢丝的直径是1.8-3mm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：在对不锈钢线材进行拉拔之前，采用磷化液对其表面进行预处理，即磷化处理。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，炉温为1040-1060℃。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，惰性气氛是氮气或氩气。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，钢丝在炉内时间为1.5-3.0分钟。
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