CN112041474A - 钢丝、制造钢丝的方法以及制造弹簧或医用丝制品的方法 - Google Patents

钢丝、制造钢丝的方法以及制造弹簧或医用丝制品的方法 Download PDF

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大卫.特雷沃
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Suzuki Kapton Co
Suzuki Sumiden Stainless Steel Wire Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种适用于制造弹簧或医用丝制品的钢丝，所述钢丝显著地改善了常规不锈钢丝的性能。所述钢包含(按重量％计)：C：0.02至0.15，Si：0.1至0.9，Mn：0.8至1.6，Cr：16至20，Ni：7.5至10.5，Mo：≤3，Al：0.5至2.5，Ti：≤0.15，N：≤0.05，可选的元素和杂质，余量的Fe，其中Cr和Ni的总量为25重量％至27重量％，并且其中所述钢具有包括按体积％(vol.％)计的以下组成的微观结构：马氏体：40至90；奥氏体：10至60；以及δ铁素体：≤5。

Description

钢丝、制造钢丝的方法以及制造弹簧或医用丝制品的方法
技术领域
本发明涉及钢丝、用于制造钢丝方法以及用于制造弹簧或医用丝制品的方法。特别地，本发明涉及适用于制造弹簧或医用丝制品的沉淀硬化不锈钢。
本申请要求2018年4月26日提交的瑞典专利申请第1850505-7号的优先权，其内容通过引用并入本文。
背景技术
沉淀硬化不锈钢包括许多合金，如17-7PH、17-4PH、15-5PH、PH 15-7Mo、PH 14-8Mo和PH 13-8Mo。
17-7PH类型的钢是具有高强度和硬度、优异的疲劳性能和良好的耐腐蚀性的钢。将17-7PH钢指定为：EN号：1.4568，EN名称：X7CrNiAl 17-7，ASTM：631，UNS：S17700和JIS：SUS631。17-7PH的化学组成为(按重量％计)：C：≤0.09、Si：≤1、Mn：≤1、P：≤0.04、S：≤0.03、Cr：16至18，Ni：6.50至7.75，Al：0.75至1.50，余量为Fe。然而，17-7PH的缺点是冷加工过程中的加工硬化显著，这是由于如下事实：在铸造钢的过程中容易产生δ-铁素体(delta铁素体)且δ-铁素体使钢产品的质量劣化，并且在化学组成为17-7PH的钢中形成的奥氏体的不稳定性容易在冷轧过程中或冷轧后引起应力开裂。过去曾试图弥补这些缺点。为此，GB2073249A公开了有意添加氮以减少δ-铁素体。此外，在非专利文献1中有关于应力开裂的研究。
该类型的钢通常用于要求高强度和良好韧性的零件。17-7PH钢的典型应用是航空器零件、弹簧和垫圈以及冷镦应用。特别的高要求应用是作为柴油喷射燃油泵的压缩弹簧，这是因为工作温度、腐蚀性环境以及因为当今使用的螺旋弹簧经常被加载超过108个循环的原因。WO 9931282A1公开了通过对钢进行ESR重熔以提供改善的纯净度，能够显著提高17-7PH类型的不锈钢丝的疲劳性能。
近年来，人们一直在努力用生物质衍生的液体燃料如生物原油(BCO)代替至少部分化石柴油，所述生物质衍生的液体燃料比常规柴油更酸(pH≈2.5)，并且水分含量更高。
因此，期望提供一种具有改善的性能特征的沉淀硬化钢丝。特别地，如果可以在确保与常规钢丝相似的耐腐蚀性的同时改善机械性能，则是有利的。
[引用文献列表]
[专利文献]
[专利文献1]
GB 2073249 A
[专利文献2]
WO 9931282 A1
[非专利文献1]
Berndt,S.和Bengt,B.“改进和控制用于弹簧应用的17-7PH材料的新方法(NEWMETHODS TO IMPROVE AND CONTROL 17-7 PH MATERIAL FOR SPRING APPLICATIONS)”，《弹簧(SPRINGS)》，1985年5月。
发明内容
[技术问题]
本发明涉及可沉淀硬化不锈钢丝的替代组成。
本发明的目的是提供具有改善的性能特征的钢丝。特别地，本发明旨在提供具有改善的机械性能，同时耐腐蚀性类似于常规钢丝的沉淀硬化不锈钢丝。
如上所提及的，由17-7PH钢制成的钢丝由于其出色的特性而被用于多种应用；与18-8系列不锈钢丝相比，17-7PH钢的抗疲劳性优越，但是其在拉丝过程中的耐腐蚀性和稳定性较差。
鉴于这样的现状，本发明的目的在于提供强度优异的不锈钢丝、其制造方法以及弹簧或医用丝制品。
另一个目的是提供可用于获得延长的弹簧疲劳寿命的钢丝。
通过提供如权利要求中所限定的钢丝，在很大程度上实现了前述目的以及另外的优点。
本发明在权利要求中进行限定。
[问题解决方案]
本发明的发明人使用了沉淀硬化型不锈钢，其中优化了Md30值、Ni+Cr+Mo含量的量和加工硬化指数CWH，所述Md30值是奥氏体相的稳定性指标。此外，使沉淀硬化型不锈钢经受包括在室温下拉丝的制造方法、包括冷却至零度以下温度并随后拉丝的制造方法、或组合这两者的制造方法。结果，发现在最终冷加工后包含40体积％至90体积％的马氏体、10体积％至60体积％的奥氏体和5体积％或更少的δ-铁素体的金属结构对于解决技术问题是有用的。具体地，最终拉伸后的马氏体的量优选为71％至73％，并且拉伸强度优选为1680MPa至1880MPa。此外，通过对钢丝在480℃下进行沉淀硬化处理1小时，获得了拉伸强度为2270MPa并且具有高度的沉淀硬化的钢丝，所述拉伸强度2270MPa大于常规钢的拉伸强度。这使得可以获得比常规的17-7PH钢丝高得多的强度，使用钢丝的弹簧具有高的疲劳强度，并且使用钢丝的医用制品能够获得高的弯曲刚度。
基于上述发现完成了本发明，并且要点如下所述。
(1)根据本发明的一个方面的适用于制造弹簧或医用丝制品的钢丝，其包括按重量％计的以下成分：C：0.02至0.15；Si：0.1至0.9；Mn：0.8至1.6；Cr：16至20；Ni：7.5至10.5；Mo：≤3；W：≤0.5；Co：≤1；Al：0.5至2.5；Ti：≤0.15；V：≤0.1；Nb：≤0.1；Zr：≤0.1；Ta：≤0.1；Hf：≤0.1；Y：≤0.1；N：≤0.05；B：≤0.01；Cu：≤2.5；S：≤0.05；P：≤0.05；Ca：≤0.01；Mg：≤0.01；REM：≤0.2，以及余量的Fe和杂质，其中Cr和Ni的总量为25重量％至27重量％，并且其中所述钢丝具有包括按体积％计的以下组成的微观结构：马氏体：40至90；奥氏体：10至60；以及δ铁素体：≤5。
(2)在根据(1)所述的钢丝中，所述钢丝可以满足以下要求中的至少一项(按重量％计)：C：0.04至0.08；Si：0.2至0.8；Mn：0.9至1.5；Cr：17.2至18.5；Ni：8.2至9.5；Mo：≤2；W：≤0.1；Co：≤0.3；Al：0.95至1.35；Ti：0.03至0.12；V：≤0.1；Nb：≤0.05；Zr：≤0.05；Ta：≤0.05；Hf：≤0.05；Y：≤0.05；N：≤0.018；B：≤0.005；Cu：≤0.3，以及S：≤0.005；可选地，所述钢丝可以具有包括按体积％计的以下组成的微观结构：马氏体：50至80；奥氏体：20至50；以及δ铁素体：≤3，并且可选地，所述钢丝可以满足Md30(℃)＝-40至10和CWH＝i13至133中的一项或两项，其中Md30和CWH由以下公式进行计算，
Md30(℃)＝551-462×(C+N)-9.2×Si-8.1×Mn-13.7×Cr-29×(Ni+Cu)-18.5×Mo-68×Nb-1.42×(ASTM晶粒尺寸-8.0)；
CWH＝392-7.3×Cr-17.2×Ni+135×C。
(3)在根据(1)或(2)所述的钢丝中，所述钢丝可以满足以下要求中的至少一项(按重量％计)：C：0.06至0.08；Si：0.25至0.75；Mn：0.9至1.5；Cr：17.4至18.2；Ni：8.5至9.1；Mo：≤2；W：≤0.1；Al：1.00至1.30；Ti：0.05至0.10；N：0.004至0.017；Cu：≤0.3，以及S：≤0.003；可选地，所述钢丝可以具有包括按体积％计的以下组成的微观结构：马氏体：50至80，以及奥氏体：20至50，并且可选地，所述钢丝可以满足
Md30(℃)＝-20至0和CWH＝118至130中的至少一项。
(4)在根据(3)所述的钢丝中，所述钢丝可以满足以下要求中的至少一项(按重量％计)：C：0.06至0.08；Si：0.25至0.75；Mn：0.9至1.5；Cr：17.4至18.2；Ni：8.5至9.1；Mo：≤1；W：≤0.1；Al：1.00至1.30；Ti：0.05至0.10；Cu：≤0.3，以及S：≤0.003；可选地，所述钢丝可以具有包括按体积％计的以下组成的微观结构：马氏体：50至80，以及奥氏体：20至50，并且可选地，所述钢丝可以满足
Md30(℃)＝-12至-2和CWH＝120至126中的至少一项。
(5)在根据(1)至(4)中任一项所述的钢丝中，所述钢丝的纯净度可以满足以下根据ASTM E45-97、方法A关于非金属夹杂物的最高要求：
A A B B C C D D
T H T H T H T H
1.0 0 1.5 1.0 0 0 1.5 1.0
表1
可选地，在350mm2的大检查区域中，最大尺寸在10μm至15μm范围内的非金属夹杂物的数量可以≤10，并且可选地，在所述区域中，尺寸大于15μm的非金属夹杂物的数量可以为零。
(6)在根据(1)至(5)中任一项所述的钢丝中，Cr、Ni和Mo的总量可以为25重量％至27重量％。
(7)在根据权利要求6所述的钢丝中，其中所述钢丝可以满足以下要求(按重量％计)：C：0.02至0.09；Si：0.1至0.9；Mn：0.8至1.6；Cr：17至19；Ni：8至10；Mo：≤1；W：≤0.5；Co：≤1；Al：0.9至1.4；Ti：≤0.15；V：≤0.1；Nb：≤0.1；Zr：≤0.1；Ta：≤0.1；Hf：≤0.1；Y：≤0.1；N：≤0.02；B：≤0.01；Cu：≤2.5；S：≤0.05；P：≤0.05；Ca：≤0.01；Mg：≤0.01；REM：≤0.2，以及余量的Fe和杂质。
(8)一种用于制造根据(1)至(7)中任一项所述的钢丝的方法包括：将具有如上所述的组成的原料熔融以获得铸锭或坯料；可选地，使所述铸锭或所述坯料经受选自电渣重熔法、真空电弧重熔法、电子束重熔法和等离子电弧重熔法的一种或多种方法；对所述铸锭或所述坯料进行热加工以获得线材；可选地，对所述线材进行刨削；可选地，对刨削过的线材进行退火；对所述线材进行中间拉伸以获得具有中间直径的中间拉丝；对所述中间拉丝进行退火；对所述中间拉丝进行预拉伸以获得具有预直径的预拉丝；在零度以下冷却所述预拉丝；以及对所述预拉丝进行最终拉伸以获得具有最终直径的钢丝。
(9)在根据(8)所述的用于制造钢丝的方法中，在对所述中间拉丝进行预拉伸的过程中的加工率可以为30％至60％。
(10)在根据权利要求8或9所述的用于制造钢丝的方法中，即将进行最终拉伸之前的所述预拉丝的表面温度可以为-130℃至-196℃，并且在对所述预拉丝进行最终拉伸的过程中的加工率可以为10％到30％。
(11)一种用于制造根据(1)至(7)中任一项所述的钢丝的方法包括：将具有如上所述的组成的原料熔融以获得铸锭或坯料；可选地，使所述铸锭或所述坯料经受选自电渣重熔法、真空电弧重熔法、电子束重熔法和等离子电弧重熔法的一种或多种方法；对所述铸锭或所述坯料进行热加工以获得线材；可选地，对所述线材进行刨削；可选地，对刨削过的线材进行退火；可选地，对所述线材进行一次或多次中间拉伸以获得具有中间直径的中间拉丝；可选地，对所述中间拉丝进行一次或多次退火；以及对所述线材、刨削过的线材或所述中间拉丝进行最终拉伸以获得具有最终直径的钢丝。
(12)在根据权利要求(11)所述的用于制造钢丝的方法中，在所述最终拉伸的过程中的加工率可以为70％至96％。
(13)一种用于制造根据本发明的另一方面所述的弹簧或医用丝制品的方法包括：对根据(1)至(7)中任一项所述的钢丝进行加工以获得所述弹簧或所述医用丝制品的形状；以及对所述弹簧或所述医用丝制品进行沉淀硬化。
(14)一种用于制造根据本发明的另一方面所述的弹簧或医用丝制品的方法包括：通过根据(8)至(12)中任一项所述的方法制造钢丝，对所述钢丝进行加工以获得所述弹簧或所述医用丝制品的形状；以及对所述弹簧或所述医用丝制品进行沉淀硬化。
[发明的有益效果]
根据本发明的上述方面，可以提供一种钢丝，其能够用于获得具有改善的性能特征的钢丝。特别地，根据本发明的上述方面，可以提供具有改善的机械性能，同时耐腐蚀性与常规钢丝相似的沉淀硬化不锈钢丝。此外，根据本发明的上述方面，可以提供强度优异的不锈钢丝、其制造方法以及弹簧或医用丝制品。而且，根据本发明的上述方面，可以提供能够用于获得延长的弹簧疲劳寿命的钢丝。
附图说明
图1是示出用于制造钢丝的方法的实例的流程图。
图2是示出用于制造钢丝的方法的其它实例的流程图。
图3是示出使用本发明的钢丝来制造钢制品的方法的实例的流程图。
图4是示出使用本发明的钢丝来制造弹簧的方法的实例的流程图。
图5是示出使用本发明的钢丝来制造医用制品(例如，外科针)的方法的实例的流程图。
图6是平行于轴线方向的钢丝的截面图。
具体实施方式
下面简要说明根据本实施方案的各个元素的重要性及其彼此之间的相互作用以及合金的化学成分的限度。在整个说明书中，按重量％(wt.％)给出了用于本发明的丝的钢的化学组成的所有百分比。微观结构中的相的量按体积％(vol.％)给出。各个元素的上限和下限可以在权利要求书所列出的范围内自由组合。
碳(0.02％至0.15％)
碳是强奥氏体形成剂，并且碳对于改善钢基体的强度和硬度也是有效的。C的最低含量应为0.02％。可以将下限设置为0.03％、0.04％、0.05％或0.06％。然而，如果含量太高，则钢可能容易形成碳化铬。因此，碳的上限为0.15％。可以将上限设置为0.10％、0.09％、0.08％或0.07％。
硅(0.1％至0.9％)
硅用于脱氧。Si也是强铁素体形成剂。因此，将Si限制在0.9％或更少。上限可以为0.85％、0.8％、0.75％或0.70％。下限可以为0.15％、0.2％或0.25％。
锰(0.8％至1.6％)
锰是奥氏体稳定元素并且有助于钢的脱氧和淬透性。如果含量太低，则淬透性可能太低。因此，锰的最低含量应为0.8％。可以将下限设置为0.9％、1.0％或1.1％。为了避免奥氏体过于稳定，可以将上限设置为1.5％、1.4％或1.3％。
铬(16％至20％)
为了使钢不锈并提供良好的耐腐蚀性，铬的含量至少为16％。然而，大量的Cr可能导致高温铁素体的形成，降低热加工性。下限可以为16.5％、17％、17.1％、17.2％、17.3％或17.4％。Cr的上限为20％，并且可以将Cr的量限制为19.5％、19％、18.8％、18.6％、18.5％、18.4％或18.2％。优选的范围为17.4％至18.2％。
镍(7.5％至10.5％)
镍是奥氏体稳定剂并且抑制δ铁素体的形成。镍使钢具有良好的淬透性和韧性。镍还有利于钢的机械加工性。镍对于沉淀硬化是必不可少的，因为镍与Al在时效过程中一起形成微小的金属间化合物NiAl-和/或Ni3Al-颗粒。然而，过量的Ni添加导致残留奥氏体的量太高。下限为7.5％并且可以将其设置为7.7％、8％、8.2％、8.3％、8.4％、8.4％、8.5％或8.6％。上限为10.5％并且可以将其设置为10.2％、10％、9.8％、9.7％、9.6％、9.5％、9.4％、9.3％、9.2％或9.1％。
铬+镍(25％至27％)
为了获得最佳的强度和韧性，期望的是Cr和Ni的总含量为25％至27％。较低的量可以为25.2％、25.3％、25.4％或25.5％。上限可以为26.9％、26.8％、26.7％或26.6％。
钼(≤3％)
Mo是强碳化物形成元素并且也是强铁素体形成剂。然而，当将Mo溶解在基体中时，Mo有助于奥氏体的稳定和耐腐蚀性的改善。在沉淀硬化处理过程中，含Mo的细团簇在马氏体中沉淀，导致高强度和改善的耐热性。然而，当过量添加Mo时，会抑制最终处理过程中的应变诱发马氏体的形成，导致用于沉淀硬化的应变诱发马氏体的量不足。为此，将Mo的量限制为3％或更少。上限可以为2.8％、2.5％、2％、1％、0.8％、0.6％、0.4％或0.2％。
铬+镍+钼(优选为25％至27％)
为了获得最佳的强度和韧性，期望的是Cr、Ni和Mo的总含量可以为25％至27％。较低的量可以为25.2％、25.3％、25.4％或25.5％。上限可以为26.9％、26.8％、26.7％或26.6％。
铝(0.5％至2.5％)
在本发明中，Al是提高强度的必要元素。在时效处理过程中，Al与Ni结合以形成金属间化合物，所述金属间化合物在马氏体结构中精细地沉淀并提供高强度性能。为了获得强化所需的沉淀量，必需添加0.5％或更多的Al。另一方面，如果过量添加Al，则沉淀的金属间化合物的量变得过多，基体相中的Ni的量减少，韧性降低，因此将上限限制为2.5％。上限可以为2.4％、2.2％、2.0％、1.8％、1.6％、1.4％、1.35％、1.30％、1.25％、1.20％或1.15％。可以将下限设置为0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、0.95％或1.00％。
钨(≤0.5％)
W的下限为0％。W的下限可以为0.001％、0.002％、0.005％或0.010％。另一方面，W是不仅对提高不锈钢的蠕变强度有效，而且对提高耐腐蚀性也有效的元素，可以包含W。然而，过量添加W会导致金属间化合物的形成，所述金属间化合物可能导致耐腐蚀性下降，因此W的含量应为0.5％或更少。W的上限可以为0.1％。
钴(≤1％)
Co的下限为0％。Co的下限可以为0.001％、0.002％、0.005％或0.010％。另一方面，为了确保延展性和提高耐热性，可以根据需要以0.1％或更多的量添加Co。然而，当其添加量超过1％时，强度降低并且耐热性变差，因此上限为1％。优选为0.3％或更少。
硼(≤0.01％)
B的下限为0％。B的下限可以为0.001％、0.002％、0.005％或0.010％。另一方面，B是可以少量使用的可选元素，以改善不锈钢丝的热加工性。B还具有提高晶界强度的功能。然而，当含量超过0.01％时，由于硼化合物的形成而使可加工性变差。因此，可以将上限设置为0.007％、0.006％、0.005％或0.004％。
氮(≤0.05％)
N的下限为0％。N是强奥氏体形成剂，也是强氮化物形成剂，如AlN。为了避免沉淀的AlN量过多，将氮含量的上限限制为0.05％。可以将上限设置为0.02％、0.019％、0.018％和0.017％。然而，少量的受控量的氮可有利于获得小的奥氏体晶粒尺寸，因为N与Ti和Al组合形成微小的氮化物。因此，可以将下限可选地设置为0.004％、0.005％或0.006％。
铜(≤2.5％)
Cu的下限为0％。Cu的下限可以为0.001％、0.002％、0.005％或0.010％。另一方面，Cu是奥氏体稳定元素。Cu可以有助于提高钢的硬度和耐腐蚀性。在时效过程中形成的ε-Cu相不仅通过沉淀硬化强化了钢，而且还影响了金属间相的沉淀动力学。
然而，一旦添加了铜就不可能从钢中提取铜。这使得废料处理更加困难。为此，在本发明中，铜是可选的元素，并且其上限可以为1.0％、0.5％、0.3％、0.2％或0.1％。
钛(≤0.15％)
Ti是与Al一样具有通过沉淀硬化来提高合金的强度的作用的元素。然而，Ti具有比Al更大的奥氏体稳定化功能，过量添加会抑制在冷加工过程中的应变诱发马氏体的形成并导致沉淀硬化所需的应变诱发马氏体的量不足，因此，将Ti设置为0.15％或更少。可以将上限设置为0.14％、0.13％、0.12％、0.11％、0.10％、0.09％或0.08％。此外，如果上述Al通过沉淀硬化而充分提高了强度，则不一定需要添加Ti，Ti可以为0％(不添加)。Ti的下限可以为0.001％、0.002％、0.005％、0.001％、0.01％、0.03％或0.05％。
V、Nb、Zr、Ta、Hf和Y(≤0.1％)
V、Nb、Zr、Ta、Hf和Y是强碳化物和氮化物形成剂。因此，为了避免形成不期望的碳化物和氮化物，应将这些元素中的每一种的含量限制为0.1％或更少。这些元素的最大量优选为0.05％或甚至0.01％。这些元素的量的下限可以为0％、0.001％、0.002％、0.005％或0.010％。
Ca、Mg和REM(稀土金属)
可以将这些元素以根据本实施方案所述的量添加到钢中以对非金属夹杂物进行改性。然而，当这些元素中的每一种的含量超过各自的上限值时，其可能变成粗夹杂物而导致钢丝的疲劳强度劣化。因此，将Ca和Mg的量分别设置为0.01％或更少，并且将REM的量设置为0.2％或更少。这些元素的量的下限可以为0％、0.001％、0.002％、0.005％或0.010％。
硫(≤0.05％)
S是杂质。因此，上限应为0.05％。然而，优选地将上限设置为0.015％、0.010％、0.005％、0.003％、0.002％或甚至0.001％。S的量的下限可以为0％、0.001％、0.002％或0.005％。
磷(≤0.05％)
P是杂质元素，其可能对钢的机械性能具有负面影响。因此，可以将P限制为0.05％、0.04％、0.03％、0.02％或0.01％。P的量的下限可以为0％、0.001％、0.002％、0.005％或0.010％。
根据本实施方案的钢丝的化学组成的剩余部分(余量)包含杂质和Fe作为余量。“杂质”是指在钢丝的工业生产过程中由于原料如矿物或废料或生产过程中的多种原因而混入钢丝中并且只要现有钢丝没有受到不利影响就允许包含在内的组分。
钢的微观结构可以根据预期用途进行调节。
18-8系列钢的Ms温度根据计算公式(1)计算为低于-273℃，其中所述18-8系列钢的EN编号：1.4325，EN名称：X12CrNi188，ASTM：302，UNS：S30200，JIS：SUS302或ASTM：304，UNS：S30400和JIS：SUS304，其为亚稳态奥氏体不锈钢的代表。这意味着这些亚稳态奥氏体不锈钢的金属结构即使在浸入液氮中(沸点-196℃)时也不会转变成马氏体。
Ms(℃)＝502-810×C-1230×N-13×Mn-30×Ni-12×Cr-54×Cu-46×Mo (1)
然而，由于冷加工促进奥氏体的分解，因此，在对钢进行冷加工时，马氏体在比Ms温度高的温度下开始形成。这发生的程度随组成和晶粒尺寸的不同而变化，如公式(2)所示。
Md30(℃)＝551-462×(C+N)-9.2×Si-8.1×Mn-13.7×Cr-29×(Ni+Cu)-18.5×Mo-68×Nb-1.42×(ASTM晶粒尺寸-8.0) (2)
这是50体积％的奥氏体将通过30％真实应变的冷变形(约减少25％的面积)转变为马氏体时的温度。较高的温度意味着钢中较高的变形硬化。根据本实施方案的钢丝的Md30温度可以为-40℃或更高、-20℃或更高或-12℃或更高。根据本实施方案的钢丝的Md30温度可以为10℃或更低、0℃或更低或-2℃或更低。
钢的冷加工硬化倾向可以通过使用冷加工硬化(CWH)系数来估算，如公式(3)所示：
CWH＝392-7.3×Cr-17.2×Ni+135×C (3)
CWH的下限可以为113、118或120。CWH的上限可以为133、130或126。
因此，微观结构中的马氏体的量将取决于钢的化学组成、奥氏体晶粒尺寸、面积减少以及变形温度。在本发明的一个优选实施方案中，用于制造钢丝的方法的实例(参见图1，以下称为“A型制造方法”)包括：
(S1)将具有如上所述的组成的原料熔融以获得铸锭或坯料；
(S2)可选地，使所述铸锭或所述坯料经受选自电渣重熔法(ESR)、真空电弧重熔法(VAR)、电子束重熔法(EBR)和等离子电弧重熔法(PAR)的一种或多种方法，以提高所述铸锭或所述坯料的纯净度；
(S3)对所述铸锭或所述坯料进行热加工以获得线材；
(S4)可选地，对所述线材进行刨削；
(S5)可选地，对刨削过的线材进行退火；
(S6)对所述线材进行中间拉伸以获得具有中间直径的中间拉丝；
(S7)对所述中间拉丝进行退火；
(S8)对所述中间拉丝进行预拉伸以获得具有预直径的预拉丝；
(S9)在零度以下冷却所述预拉丝；以及
(S10)对所述预拉丝进行最终拉伸以获得具有最终直径的钢丝。
在熔融S1中，将原料金属熔融以获得铸锭或坯料。原料的组成基本上等于根据本发明所述的钢丝的上述组成。进行熔融S1的条件不受限制，并且可以使用典型条件来进行熔融S1。
所述方法中可以包括重熔S2，如ESR、VAR、EBR和/或PAR。如果打算将钢丝用于对疲劳强度有很高要求的应用中，如用于柴油喷射的压缩弹簧，那么优选的是使用超纯净钢。因此，可以使所述铸锭或所述坯料经受选自电渣重熔法(ESR)、真空电弧重熔法(VAR)、电子束重熔法(EBR)和等离子电弧重熔法(PAR)和/或类似方法的一种或多种方法，以提高钢的纯净度。可以组合这些重熔法，因此，所述方法可以包括两种或更多种重熔法。进行重熔S2的条件不受限制，并且可以使用典型条件来进行重熔S2。
在热加工S3中，对铸锭或坯料进行加热和加工以获得线材。热加工的一个实例是热轧。进行热加工S3的条件不受限制，并且可以使用典型条件来进行热加工S3。
刨削S4可以包括在刨削之前的轻拉伸，并且可以将刨削S4和退火S5包括在A型制造方法中。刨削S4去除线材的表面层，从而去除线材的表面缺陷，所述表面缺陷使最终获得的钢丝的机械性能劣化。因此，刨削S4进一步提高了钢丝的机械性能。在刨削S4之后，对刨削过的线材进行退火。进行退火S5以软化被刨削S4硬化的刨削线材。因此，如果刨削S4和退火S5没有包括在A型制造方法中，则退火也不包括在其中。如果刨削S4和退火S5包括在A型制造方法中，则在退火S4过程中的加热温度可以为980℃至1100℃。
在中间拉伸S6中，对线材进行拉伸并获得具有中间直径的中间拉丝。在退火S7中，将被中间拉伸S6硬化的中间拉丝软化。在A型制造方法中，在避免丝断裂的情况下对线材进行多次(例如，两次或更多次)拉伸，以获得最终拉伸过程所需的奥氏体相与马氏体相(或奥氏体相、马氏体相和δ铁素体相)的比率。因此，所述制造方法可以进一步包括一次或多次中间拉伸。然而，作为如下所述的B型制造方法，可以一次将线材拉伸至最终直径。中间拉伸S6中的减小比不受限制，并且可以根据最终的丝径进行选择。因此，在最终拉伸时为细尺寸的情况下，中间拉伸过程将进行多次。中间直径不受限制，其小于即将中间拉伸S6之前的线材的直径并且大于预直径的直径。在退火S7的过程中的加热温度可以为980℃至1100℃。
在预拉伸S8中，对中间拉丝进行拉伸以获得具有预直径的预拉丝。在预拉伸S8中，加工率(即，面积减小)为30％至60％。加工率可以为40％至50％。另外，预拉丝包含10体积％或更少的应变诱发马氏体。预拉伸S8的加工率越大，预拉丝中的应变诱发马氏体的量就越大。
在A型制造方法中包括在零度以下冷却S9。为了在沉淀硬化中获得高强度，在钢中存在马氏体是必不可少的，并且为了进一步增加马氏体的量，对于A型制造方法，必需在即将对预拉丝进行最终拉伸之前将钢丝冷却至零度以下的温度。在零度以下冷却S9可以借助于所有常规已知的低温冷却介质来进行。然而，优选的是将液氮用于低温处理。
在最终拉伸S10中，进一步拉伸预拉丝以获得具有最终直径的钢丝。在最终拉伸S10中，加工率(即，面积减小)优选为10％至30％(更优选为15％至28％)，并且在即将进行最终拉伸S10之前的预拉丝的表面温度可以为-130℃至-196℃。即将进行最终拉伸S10之前的预拉丝的表面温度的上限更优选为-190℃。在最终拉伸S10中，预拉丝和最终拉丝可以通过常规模具形成，通过辊进行轧制或拉伸。另外，在最终加工之后的钢丝的截面形状不仅可以是圆形截面，还可以是蛋形、椭圆形、类似于这些的变型截面、扁平形或任何其它形状。可以将拉伸工具和截面形状应用于其它形状。
在本发明的一个优选实施方案中，用于制造钢板的方法的另一个实例(参见图2，以下称为“B型制造方法”)包括：
(s1)将具有如上所述的组成的原料熔融以获得铸锭或坯料；
(s2)可选地，使所述铸锭或所述坯料经受选自电渣重熔法(ESR)、真空电弧重熔法(VAR)、电子束重熔法(EBR)和等离子电弧重熔法(PAR)的一种或多种方法，以提高所述铸锭或所述坯料的纯净度；
(s3)对所述铸锭或所述坯料进行热加工以获得线材；
(s4)可选地，对所述线材进行刨削；
(s5)可选地，对刨削过的线材进行退火；
(s6)可选地，对所述线材进行一次或多次中间拉伸以获得具有中间直径的中间拉丝；
(s7)可选地，对所述中间拉丝进行一次或多次退火；以及
(s8)对所述线材、刨削过的线材或所述中间拉丝进行最终拉伸以获得具有最终直径的钢丝。人工直接冷却(例如，零度以下冷却)对于B型制造方法不是必需的，但是可以包括在其中。
B型制造方法中的熔融s1、重熔s2、热加工s3、刨削s4和刨削线材的退火s5分别类似于A型制造方法中的熔融S1、重熔S2、热加工S3、刨削S4和刨削线材的退火S5。
在B型制造方法中，中间拉伸s6和随后的退火s7是可选的。即，可以省略中间拉伸s6，并且可以在最终拉伸s8中对线材进行一次拉伸。最终拉伸s8中的加工率(即，面积减小)为70％至96％。另一方面，可以将中间拉伸s6和随后的退火s7进行一次或多次以控制最终拉伸s8中的加工率。
因此，可以将马氏体的量调节至期望值。对于许多应用，期望在微观结构中具有奥氏体和马氏体的混合物。微观结构可以包括40体积％至90体积％的马氏体、10体积％至60体积％的奥氏体和不大于5体积％的δ铁素体。
为了不影响热加工性，优选地，应将δ铁素体的量限制为3体积％。所述结构中的奥氏体的量可以为20体积％或者更多。马氏体的量可以为50体积％或者更多。所述结构中的奥氏体的量可以为50体积％或更少。马氏体的量可以为80体积％或更少。
根据以下公式(4)来评估根据本实施方案的钢丝中所包含的应变诱发马氏体的量，所述公式(4)公开在“用于弹簧的高强度不锈钢丝的研究(Study of the HighStrength Stainless Steel wires for Springs)”中(Koizumi等人，日本弹簧工程师协会学报(Transactions of Japan Society of Spring Engineers)第36期，第25至28页，1983年，日本弹簧工程师协会)。
VFM(％)＝σS(UK)/σS(M)×100 (4)
在公式(4)中，“VFM”是钢丝中包含的马氏体的体积分数，“σS(UK)”是钢丝的饱和磁化强度，“σS(M)”是马氏体的量为100体积％的参考样品的饱和磁化强度。
根据以下公式(5)计算“σS(UK)”。
σS(UK)＝BS(UK)/4πρ (5)
在公式(5)中，“ρ”是钢丝的密度，并且“BS(UK)”是钢丝的饱和磁通密度Bs，其通过用螺线管线圈和DC磁化装置(例如，横河电气公司(Yokogawa Electric Corporation)的3257型)向钢丝施加±1000Oe的磁化力以获得其B-H曲线(磁通密度-磁化曲线)、基于B-H曲线估算最大磁通密度Bm、并假设Bm为Bs而获得。
对于如上所述的钢丝的化学组成，可以根据以下公式(6)来估算“σS(M)”。
σS(M)＝214.5-3.12×{Cr(％)+(1/2)×Ni(％)} (6)
用公式(4)获得的VFM包括具有bcc结构的α’马氏体和具有bcc结构的δ铁素体的量，并且不包括具有hcp结构的ε马氏体的量。虽然ε马氏体的量非常少并且可以忽略，但是根据以下评估方法，从VFM中省略了δ铁素体的量，从而精确地接近根据本实施方案的钢丝中包含的应变诱发马氏体的量。
对线材进行δ铁素体的评估。在拉伸之前的钢丝即线材中，金属结构主要由奥氏体和δ铁素体构成。拉伸将奥氏体的一部分转变为应变诱发马氏体，但不转变δ铁素体。即，拉伸前的δ铁素体的量与拉伸后的δ铁素体的量基本上相等。另外，拉伸前的VFM基本上等于δ铁素体的量。因此，将拉伸前的VFM与拉伸后的VFM之差估算为拉伸后的应变诱发马氏体的量。
如果线材的δ铁素体的量(即，拉伸前的VFM)是未知的，并且钢丝的应变诱发马氏体的量不能据此进行估算，则拉伸前的δ铁素体的量可通过对钢丝进行退火以引起从应变诱发马氏体到奥氏体的转变(即，在钢丝中再现线材的金属结构)并测量退火钢丝的δ铁素体的量进行估算。
奥氏体的量基本上等于剩余的应变诱发马氏体和δ铁素体的量。
如果打算将钢用于对疲劳强度有很高要求的应用中，如用于柴油喷射的压缩弹簧，那么优选使用超纯净钢。因此，可使钢经受电渣重熔法(ESR)、真空电弧重熔法(VAR)或同时使用这两种方法和/或类似方法以提高钢的纯净度。
可以使用ESR、真空电弧重熔法(VAR)或同时使用这两种方法或/和类似的方法来生产钢，所述钢的纯净度满足以下根据ASTM E45-97、方法A关于非金属夹杂物的最高要求：
表2
A A B B C C D D
T H T H T H T H
1.0 0 1.5 1.0 0 0 1.5 1.0
此外，在350mm2大检查区域中，最大尺寸在10μm至15μm的范围内的非金属夹杂物的数量可以≤10，并且在所述区域中，尺寸大于15μm的非金属夹杂物的数量为零。在千兆周疲劳测试过程中(如疲劳寿命的107倍或更多)，非金属夹杂物是断裂的起因。因此，非金属夹杂物是降低疲劳强度的因素之一。因此，可以如下所述对非金属夹杂物的数量进行限制。
如下进行非金属夹杂物A的数量的估算。从线圈中取样一个或多个样品。检查应均匀分布在线圈之间。应对从表面到1mm深度的区域进行检查。将夹杂物尺寸测量为宽度w(参见图6，其为平行于轴线方向B的钢丝的截面图)。应检查350mm2的每个ESR热量。根据夹杂物浓度最高的区域上的JK标度对尺寸为10μm至15μm的夹杂物以及尺寸大于15μm的夹杂物进行计数。
尽管本发明的钢丝的用途不受限制，但是优选的是将钢丝用于获得弹簧或医用丝制品(例如，外科针)。用于制造弹簧和医用丝制品的方法的实例(请参见图3)包括：
(S51)对根据本发明所述的钢丝进行加工以获得所述弹簧或所述医用丝制品的形状，以及
(S54)对所述弹簧或所述医用丝制品进行沉淀硬化。
用于制造弹簧和医用丝制品的方法的其它实例包括：
通过根据本发明所述的方法制造钢丝(在图3中省略)，
(S51)对所述钢丝进行加工以获得所述弹簧或所述医用丝制品的形状，以及
(S54)对所述弹簧或所述医用丝制品进行沉淀硬化。
在所述方法是用于制造弹簧的方法的情况下，如图4所示，加工S51是：
(S53)卷绕或成形，或者
(S52)矫直和切割，以及(S53)对钢丝进行卷绕或成形。
此外，在沉淀硬化S54之后，所述方法可以包括：
(S55)可选地进行端磨；
(S56)可选地喷丸处理；和(S57)低温退火；以及
(S58)可选地定形或热定形为弹簧产品。
加工S51通常为卷绕或成形S53，但是也存在进行矫直和切割S52过程的情况，其可选地在对钢丝进行卷绕或成形S53之前应用。
在所述方法是用于制造外科针的方法的情况下，如图5所示，加工S111包括：
(S112)对根据本发明所述的钢丝进行矫直、切割和加工以获得外科针；
(S113)针制尖；
(S114)孔加工；
(S115)磨削；以及
(S116)折弯。
此外，所述方法进一步包括：
(S117)沉淀硬化；
(S118)化学抛光；以及
(S119)涂覆。
进行加工S111和沉淀硬化S117的条件不受限制，并且可以向其应用典型条件。由于根据本发明的钢丝具有优异的沉淀硬化性，因此从钢丝获得的医用产品在典型的沉淀硬化条件下具有优异的机械性能。
[实施例]
[实施例1]
通过熔融、连续浇铸和锻造成ESR铸锭，对所述ESR铸锭进行重熔，以常规方式生产合金。将重熔的铸锭轧制成直径为8.5mm的线材。重熔的钢具有以下组成(按重量％计)：C：0.077，Si：0.39，Mn：1.19，Cr：17.61，Ni：8.81，Al：1.03，Ti：0.077，N：0.011，余量的铁和杂质。该钢的Ni+Cr+Mo的量为26.42且CWH为122.3。δ铁素体的量小于2.5体积％并且钢基体的其余部分由奥氏体组成。
在将线材拉伸成直径为5.4mm的丝之前，对其进行常规的刨削和热处理。在将所述丝在液氮中冷却并拉伸至4.75mm的直径之前，所述丝的马氏体含量小于10体积％。拉伸后的马氏体含量增加到73体积％。冷拔丝的拉伸强度(Rm)为1680MPa，在480℃下热处理1小时后，其拉伸强度增加至2270MPa。冷拔条件下的弹性模量为185GPa，在沉淀硬化后增加了5.4％，达到195GPa。
将本发明的合金与钢丝型号17-7PH的市售钢进行比较。所比较的钢具有以下标称组成(按重量％计)：C：0.09，Si：0.70，Mn：1.0，Cr：16至18，Ni：6.5至7.8，Al：0.7至1.5，余量的Fe和杂质。
对所比较的钢丝进行与本发明的钢丝相同的处理，直到直径为5.40mm。在不进行低温冷却的情况下，拉伸至4.75mm的最终直径。冷拔的比较丝的拉伸强度(Rm)为1310MPa至1550MPa，通过在480℃下热处理1小时的沉淀硬化后，其拉伸强度增加到1580MPa至1800MPa。冷拔状态下的弹性模量为189GPa，在沉淀硬化后增加了4.8％，达到198GPa。
[实施例2]
以与实施例1相同的方式生产直径为6.5mm的线材。重熔的钢具有以下组成(按重量％计)：C：0.073，Si：0.39，Mn：1.18，Cr：17.59，Ni：8.80，Al：1.05，Ti：0.079，N：0.010，余量的铁和杂质。该钢的Ni+Cr+Mo的量为26.39且CWH为122.1。δ铁素体的量小于2.5体积％，钢基体的其余部分由奥氏体组成。
在将线材拉伸成直径为4.10mm的丝之前，对其进行常规的刨削和热处理。在将所述丝在液氮中冷却并拉伸至3.60mm的直径之前，所述丝的马氏体含量小于10体积％。拉伸后的马氏体含量增加到71体积％。冷拔丝的拉伸强度(Rm)为1760MPa，在480℃下热处理1小时的沉淀硬化后，其拉伸强度增加至2270MPa。冷拔状态下的弹性模量为184GPa，在沉淀硬化后增加了6.5％，达到196GPa。
将本发明的钢丝与钢型号17-7PH的市售钢丝进行比较。对所比较的钢丝进行与本发明的钢丝相同的处理，直到直径为4.10mm。在不进行低温冷却的情况下，拉伸至3.60mm的最终直径。冷拔丝的拉伸强度(Rm)为1550MPa至1650MPa，通过在480℃下热处理1小时的沉淀硬化后，其拉伸强度增加到1620MPa至1920MPa。弹性模量的增加仅为4.3％至4.8％。
实施例1和2表明，在低温拉丝后，可以将本发明的钢丝处理变成高机械性能，并且本发明的钢丝在沉淀硬化后的拉伸强度(Rm)相对于比较的钢丝具有更显著的提高。
[实施例3]
本发明的钢丝是通过如下方式而获得的：制造直径为6.5mm的线材，所述线材以与实施例1中相同的方式生产并且具有与实施例1中相同的化学组成；将所述线材进行轻拉伸和刨削以将直径从6.5mm减小至5.8mm；对所述线材进行光亮退火；对所述线材进行中间拉伸以将直径从5.8mm减小至5.4mm，从而获得中间拉丝；对所述中间拉丝进行光亮退火；对所述中间拉丝镀Ni(以提高弹簧可成形性)；对所述中间拉丝进行预拉伸以将直径从5.4mm减小至4.0mm，从而获得预拉丝；在零度以下冷却所述预拉丝；以及对所述预拉丝进行最终拉伸以将直径从4.0mm减小到3.5mm。
将本发明的钢丝与钢型号17-7PH的市售钢丝进行比较。与实施例1中的本发明的钢丝相比，市售钢丝的化学组成与17-7PH相同。市售钢丝通过如下方式而获得：制造直径为6.4mm的线材；对所述线材进行光亮退火；对所述线材进行中间拉伸以将直径从6.4mm减小至5.4mm，从而获得中间拉丝；对所述中间拉丝进行光亮退火；对所述中间拉丝镀Ni(以提高弹簧可成形性)；以及对所述中间拉丝进行最终拉伸以将直径从5.4mm减小至3.5mm。“实施例3”中的本发明的钢丝和市售钢丝的线材分别与上述“实施例1”中的那些相同。
结果公开于下表2中。根据JSME Code S 002统计疲劳测试的标准方法中公开的14S-N测试方法进行评估。“50％失效概率”是在通过Nakamura型设备的旋转弯曲疲劳测试过程中(107次)，使50％的样品发生断裂的疲劳强度。“10％失效概率”是在通过Nakamura型设备的旋转弯曲疲劳测试过程中(107次)，使10％的样品发生断裂的疲劳强度。
表3
50％失效概率 10％失效概率
本发明的钢丝 843MP 794MP
市售钢丝(17-7PH) 837MP 787MP
如表2所示，与17-7PH的钢丝相比，本发明的钢丝具有优异的疲劳性能。
[实施例4]
制造上述“实施例3”的本发明的钢丝和钢型号17-7PH的市售钢丝，并根据JIS G0577“用于不锈钢的点蚀电位测量的方法”对钢丝的耐腐蚀性进行评价。结果在表3中示出。
表4
Figure BDA0002733805610000211
如表4所示，本发明的钢丝的耐腐蚀性类似于市售钢丝。鉴于实施例1至4，本发明的钢丝具有改善的机械性能，同时耐腐蚀性类似于常规钢丝。
[实施例4]
用于制造本发明的钢丝的方法可以不包括零度以下冷却。通过没有零度以下冷却的制造方法获得的本发明实施例如下。
(本发明实施例4-1)
本发明的钢丝4-1是通过如下方式而获得的：制造直径为6.5mm的线材，所述线材以与实施例1中相同的方式生产，并且具有与实施例1中相同的化学组成；对所述线材进行第一中间拉伸以将直径从6.5mm减小至4.8mm，从而获得第一中间拉丝；对第一中间拉丝进行光亮退火；对第一中间拉丝进行第二中间拉伸以将直径从4.8mm减小至2.4mm，从而获得第二中间拉丝；对第二中间拉丝进行光亮退火；对第二中间拉丝进行第三中间拉伸以将直径从2.4mm减小至1.20mm，从而获得第三中间拉丝；对第三中间拉丝进行光亮退火；以及对第三中间拉丝进行最终拉伸以将直径从1.20mm减小至0.34mm。
表5
Figure BDA0002733805610000221
“光亮退火后的第三中间拉丝
Figure BDA0002733805610000223
”的VFM基本上等于δ铁素体的量，而“最终拉伸后的钢丝
Figure BDA0002733805610000224
”的VFM包括δ铁素体的量和应变诱发马氏体的量。因此，将“最终拉伸后的钢丝
Figure BDA0002733805610000225
”中的应变诱发马氏体的量假设为66.4％。
(本发明实施例4-2)
本发明的钢丝4-2是通过如下方式而获得的：制造直径为6.5mm的线材，所述线材以与实施例1中相同的方式制造，并且具有与实施例1中相同的化学组成；对所述线材进行第一中间拉伸以将直径从6.5mm减小至4.8mm，从而获得第一中间拉丝；对第一中间拉丝进行光亮退火；对第一中间拉丝进行第二中间拉伸以将直径从4.8mm减小至2.6mm，从而获得第二中间拉丝；对第二中间拉丝进行光亮退火；对第二中间拉丝进行第三中间拉伸以将直径从2.6mm减小至1.4mm，从而获得第三中间拉丝；对第三中间拉丝进行光亮退火；以及对第三中间拉丝进行最终拉伸以将直径从1.4mm减小至0.34mm。
表6
Figure BDA0002733805610000222
Figure BDA0002733805610000231
“光亮退火后的第三中间拉丝
Figure BDA0002733805610000232
”的VFM基本上等于δ铁素体的量，而“最终拉伸后的钢丝
Figure BDA0002733805610000233
”的VFM包括δ铁素体的量和应变诱发马氏体的量。因此，将“最终拉伸后的钢丝
Figure BDA0002733805610000234
”中的应变诱发马氏体的量假设为74.5％。
如表4和表5中所示，在室温下拉伸的过程中总加工率为92％至94％的制造方法可以在没有零度以下冷却的情况下形成67％至75％的应变诱发马氏体。实施例4-1和4-2中的应变诱发马氏体的量与直径为3.5mm并通过零度以下冷却和拉伸获得的钢丝类似。此外，通过沉淀硬化可以进一步提高本发明实施例4-1和4-2的拉伸强度。因此，不包括零度以下冷却的用于制造钢丝的方法可以提供本发明的钢丝，其具有改善的机械性能并且适用于弹簧或医用丝制品。
[工业应用性]
本发明的钢可用于需要高机械性能的零件。其特别适用于柴油喷射燃油泵中的压缩弹簧，或医用丝制品如外科缝合针、采血针和牙科工具。
[参考符号列表]
S1 熔融
S2 ESR、VAR、EBR和/或PAR(重熔)
S3 热加工
S4 轻拉伸和刨削
S5 退火
S6 中间拉伸
S7 退火
S8 预拉伸
S9 零度以下冷却
S10 最终拉伸
s1 熔融
s2 ESR、VAR、EBR和/或PAR(重熔)
s3 热加工
s4 轻拉伸和刨削
s5 退火
s6 中间拉伸
s7 退火
s8 最终拉伸
S51 加工
S52 矫直和切割
S53 卷绕或成形
S54 沉淀硬化
S55 端磨
S56 喷丸处理
S57 低温退火
S58 定形或热定形
S111 加工
S112 矫直和切割
S113 针制尖
S114 孔加工
S115 磨削
S116 折弯
S117 沉淀硬化
S118 化学抛光
S119 涂覆
A 夹杂物
B 轴线方向

Claims (14)

1.一种适用于制造弹簧或医用丝制品的钢丝，所述钢丝由按重量％计的以下成分组成：
Figure FDA0002733805600000011
REM≤0.2，以及
余量的Fe和杂质，
其中Cr和Ni的总量为25重量％至27重量％，并且
其中所述钢丝具有包括按体积％计的以下组成的微观结构：
马氏体 40至90
奥氏体 10至60，以及
δ铁素体 ≤5。
2.根据权利要求1所述的钢丝，
其中所述钢丝满足下列要求中的至少一项：
Figure FDA0002733805600000021
可选地，其中所述钢丝具有包括按体积％计的以下组成的所述微观结构：
所述马氏体 50至80
所述奥氏体 20至50，以及
所述δ铁素体 ≤3，
并且可选地，其中所述钢丝满足
Md30(℃)＝-40至10和CWH＝113至133中的一项或两项，
其中Md30和CWH通过以下公式进行计算：
Md30(℃)＝551-462×(C+N)-9.2×Si-8.1×Mn-13.7×Cr-29×(Ni+Cu)-18.5×Mo-68×Nb-1.42×(ASTM晶粒尺寸-8.0)
CWH＝392-7.3×Cr-17.2×Ni+135×C。
3.根据权利要求1或2所述的钢丝，
其中所述钢丝满足下列要求中的至少一项：
Figure FDA0002733805600000031
可选地，其中所述钢丝具有包括按体积％计的以下组成的微观结构：
所述马氏体 50至80，以及
所述奥氏体 20至50
并且可选地，其中所述钢丝满足
Md30(℃)＝-20至0和CWH＝118至130中的至少一项。
4.根据权利要求3所述的钢丝，
其中所述钢丝满足下列要求中的至少一项：
Figure FDA0002733805600000041
可选地，其中所述钢丝具有包括按体积％计的以下组成的微观结构：
所述马氏体 50至80，以及
所述奥氏体 20至50
并且可选地，其中所述钢丝满足
Md30(℃)＝-12至-2和CWH＝120至126中的至少一项。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的钢丝，
其中所述钢丝的纯净度满足以下根据ASTM E45-97、方法A关于非金属夹杂物的最高要求：
[表7]
A A B B C C D D T H T H T H T H 1.0 0 1.5 1.0 0 0 1.5 1.0
可选地，其中在350mm2的大检查区域中最大尺寸在10μm至15μm范围内的非金属夹杂物的数量≤10，
并且可选地，其中在所述区域中尺寸大于15μm的非金属夹杂物的数量为零。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的钢丝，
其中Cr、Ni和Mo的总量为25重量％至27重量％。
7.根据权利要求6所述的钢丝，其中所述钢丝满足以下要求：
Figure FDA0002733805600000051
REM≤0.2，以及
余量的Fe和杂质。
8.一种用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的钢丝的方法，包括：
将具有如上所述的组成的原料熔融以获得铸锭或坯料；
可选地，使所述铸锭或所述坯料经受选自电渣重熔法、真空电弧重熔法、电子束重熔法和等离子电弧重熔法的一种或多种方法；
对所述铸锭或所述坯料进行热加工以获得线材；
可选地，对所述线材进行刨削；
可选地，对刨削过的线材进行退火；
对所述线材进行中间拉伸以获得具有中间直径的中间拉丝；
对所述中间拉丝进行退火；
对所述中间拉丝进行预拉伸以获得具有预直径的预拉丝；
在零度以下冷却所述预拉丝；以及
对所述预拉丝进行最终拉伸以获得具有最终直径的钢丝。
9.根据权利要求8所述的用于制造钢丝的方法，
其中在对所述中间拉丝进行所述预拉伸的过程中的加工率为30％至60％。
10.根据权利要求8或9所述的用于制造所述钢丝的方法，
其中即将进行所述最终拉伸之前的所述预拉丝的表面温度为-130℃至-196℃，并且
其中在对所述预拉丝进行所述最终拉伸的过程中的加工率为10％至30％。
11.一种用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的钢丝的方法，包括：
将具有如上所述的组成的原料熔融以获得铸锭或坯料；
可选地，使所述铸锭或所述坯料经受选自电渣重熔法、真空电弧重熔法、电子束重熔法和等离子电弧重熔法的一种或多种方法；
对所述铸锭或所述坯料进行热加工以获得线材；
可选地，对所述线材进行刨削；
可选地，对刨削过的线材进行退火；
可选地，对所述线材进行一次或多次中间拉伸以获得具有中间直径的中间拉丝；
可选地，对所述中间拉丝进行一次或多次退火；以及
对所述线材、刨削过的线材或所述中间拉丝进行最终拉伸以获得具有最终直径的钢丝。
12.根据权利要求11所述的用于制造所述钢丝的方法，
其中在所述最终拉伸的过程中的加工率为70％至96％。
13.一种用于制造弹簧或医用丝制品的方法，包括：
对根据权利要求1至7中任一项所述的钢丝进行加工以获得所述弹簧或所述医用丝制品的形状；以及
对所述弹簧或所述医用丝制品进行沉淀硬化。
14.一种用于制造弹簧或医用丝制品的方法，包括：
通过根据权利要求8至12中任一项所述的方法制造钢丝；
对所述钢丝进行加工以获得所述弹簧或所述医用丝制品的形状；以及
对所述弹簧或所述医用丝制品进行沉淀硬化。
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