CN101517099B - 高强度、高碳钢线及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种实现钢线的高强度化同时保持其良好延展性的技术。使具有0.85至1.10质量％碳含量的高碳钢线材在预定的变形水平下进行预备阶段拉伸加工。使通过预备阶段拉伸加工生产的中间线材进行韧化处理，以调整拉伸强度为1323至1666MPa，然后进行包括最终线拉伸程序的后拉伸加工。

Description

高强度、高碳钢线及其生产方法
技术领域
本发明涉及生产作为钢丝帘线等的成分(component)的高强度、高碳钢线的方法，所述钢丝帘线用作橡胶产品如轮胎或带等的补强构件。
背景技术
用于钢丝帘线等的线的高碳钢线通常通过一系列加工来生产：采用具有约5.5mm直径，含有0.70-0.95质量％的碳的高碳钢线材作为材料，并将其进行韧化处理如斯太尔摩法处理以具有珠光体结构；使高碳钢线材进行至少一次拉伸-热处理，其中将高碳钢线材通过干式拉伸来拉伸从而具有预定的中间线直径，然后韧化；使如此处理的高碳钢线材进行最终热处理以调整其结构为珠光体结构；湿式拉伸该钢线材从而具有预定的线直径。
例如，为了降低其中将钢丝帘线应用为补强材料的轮胎的重量，存在对具有较高比强度的钢丝帘线的需求。因此，关于用作此类钢丝帘线的线的高碳钢线，存在对具有较高拉伸强度的高碳钢线的需求。
用作钢丝帘线的线的高碳钢线的直径通常为约0.10-0.60mm。当将该钢线的直径保持恒定时，为了增强该线的拉伸强度，使用的方案包括：使用具有相对高碳含量的材料，以及通过增大供应至最终热处理的中间线材的直径，在最终拉伸加工期间使拉伸的量相对高等。
如上所述在生产该具有相对高拉伸强度的高强度钢线中，出现由高的强度增大造成的延展性劣化的问题。该劣化的延展性导致在通过捻合钢线生产钢丝帘线中线断裂的增加，以及较差的耐疲劳性。为了抑制由上述强度增大造成的延展性劣化，已提议改进原料(JP 6-312209)，改进作为最终拉伸加工的湿式拉伸加工的条件(JP 7-197390)。
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，考虑到原料或最终拉伸加工，已进行抑制由强度增大造成的延展性劣化的改进。具体地，JP 6-312209指出，线拉伸后，作为不均匀结构的先共析铁素体和先共析渗碳体可能引起延展性劣化，并提出改变组分、韧化处理和最终线拉伸的方案。另一方面，JP 7-197390寻求限于通过均匀实现最终拉伸加工而获得的改进的方案。然而，在这点上，JP 6-312209或JP 7-197390均没有实现充分的效果。
因此，本发明的目的在于提供一种方法，所述方法能够解决如上所述的常规技术问题，并实现保持其良好延展性的高强度化钢线。
用于解决问题的方案
本发明的发明人已发现：在为获得用于最终热处理的中间线材的预备阶段拉伸加工中的条件极大地影响最终获得的钢线的延展性。
具体地，虽然作为材料的已进行斯太尔摩法处理的高碳钢线材基本上由珠光体结构构成，钢线材通常至少一定程度地包括：由于中心偏析和表面脱碳等导致的主量组分的不均匀，和/或微量组分如先共析铁素体和先共析渗碳体的不均匀。
虽然在最终热处理加工之前的一定阶段处，一定程度地减轻了如上所述的主量和/或微量组分的不均匀，但在最终获得的钢线的金属结构中残留了不均匀，并且可能起到破坏核的作用。钢线的拉伸强度越高，或更具体地，当高强度钢线的拉伸强度Z(MPa)和直径Df在满足下式(2)的范围内时，金属结构中的不均匀就越大地影响高强度钢线的延展性。例如，金属结构中的不均匀极大地影响直径为0.18mm和拉伸强度超过3300MPa的高强度、高碳钢线的延展性。
Z≥2250-1450logDf            (2)
特别地，当高强度钢线的拉伸强度Z在满足Z≥2843-1450logDf的范围内时，金属结构中的不均匀更大地影响钢线的延展性。
应注意，拉伸强度Z的前述范围对应于为确保由作为轮胎的补强构件的钢线所必须的高强度而需要的拉伸强度Z的范围。具体地，较大的线直径导致较高的抗断裂强度。然而，在超高强度材料的情况下，较大的线直径导致更大的生产该线的难度。因而，拉伸强度Z的前述范围对应于使得断裂强度相对高，同时使生产相对容易的范围。
关于残留在最终获得的钢线中的金属结构中的不均匀，在最终热处理之前进行的预备阶段拉伸加工中的拉伸量越大，就越大地减轻不均匀。然而，为了通过使用相同的材料和保持相同的直径获得具有相对高拉伸强度的钢线，需要增大在最终拉伸加工下的拉伸量。为使其可能，需要使供给至最终热处理的中间线材的直径相对大，这不可避免地需要将在预备阶段拉伸加工中的拉伸量设定为相对小。简而言之，钢线的拉伸强度增大的越多，就越可能在钢线中残留金属结构的不均匀。
此外，由于碳含量增大，在材料阶段存在的先共析铁素体减少。因此，增大碳含量对于减轻金属结构中的不均匀是有效的。然而，增大的碳含量促使先共析渗碳体沉淀，造成钢线的延展性劣化。
考虑到上述发现，本发明的发明人敏锐地研究了在预备阶段拉伸加工中的最佳条件，从而完成本发明。
本发明的要旨如下。
1.一种生产高强度、高碳钢线的方法，其特征在于，其包括：使具有0.85至1.10质量％碳含量的高碳钢线材进行预备阶段拉伸加工，以形成中间线材，在预备阶段拉伸加工中如下式(1)定义的拉伸量ε不小于2.5；使通过预备阶段拉伸加工形成的中间线材进行韧化处理，其中将该线材的拉伸强度调整为1323至1666MPa；然后使该韧化的钢线材进行随后的包括最终拉伸的拉伸加工。
ε＝2·ln(D0/D1)            (1)
在该式中，
D0：在预备阶段拉伸入口侧的钢线材的直径(mm)
D1：在预备阶段拉伸出口侧的中间线材的直径(mm)
2.根据前述项1所述的生产高强度、高碳钢线的方法，其中所述高碳钢线材具有珠光体结构。
3.根据前述项1或2所述的生产高强度、高碳钢线的方法，其中所述高碳钢线材的碳含量为0.95至1.05质量％。
4.根据前述项1至3任一项所述的生产高强度、高碳钢线的方法，其中所述韧化处理是为了调整所述钢线的拉伸强度为1421至1550MPa。
发明的效果
根据本发明，使在预备阶段拉伸加工期间的拉伸量ε不小于2.5，以减轻金属结构中的不均匀，由此能够不牺牲延展性而极大地加强钢丝帘线。
具体实施方式
接下来，将详细地描述生产本发明的高强度、高碳钢线的方法。
首先，将具有0.85-1.10质量％碳含量的高碳钢线材用作形成材料。将碳含量设定为0.85质量％以上，这是因为，当完成的钢线具有相同的拉伸强度时，具有较大碳含量的钢丝帘线允许较小的最终拉伸加工的量，即，较大的预备阶段拉伸加工的量。然而，由于过高的碳含量促使在晶粒边界中的先共析铁素体沉淀，并趋于引起金属结构中的不均匀，所以将碳含量设定为1.10质量％以下。优选将碳含量设定在0.95至1.05质量％。
使高碳钢线材通过预备阶段拉伸加工成为中间线材，并使所得中间线材进行韧化处理。此处，必要的是，应使如下式(1)定义的，在预备阶段拉伸加工期间的拉伸量ε不小于2.5。
ε＝2·ln(D0/D1)(1)
在该式中，
D0：在预备阶段拉伸入口侧的钢线材的直径(mm)
D1：在预备阶段拉伸出口侧的中间线材的直径(mm)
具体地，通过使在预备阶段拉伸加工期间的拉伸量ε不小于2.5，减轻了特别是在金属结构中的不均匀，这是因为当拉伸量ε不小于2.5时，薄片基本上沿机器方向排列，在横截面处的金属结构的面积减少至约1/3，由此使在结构中的不均匀相对小。在预备阶段拉伸加工期间的拉伸量越大，就越大地减轻不均匀。然而，由于以在预备阶段拉伸加工期间过大的量为目标使得预备阶段拉伸加工困难，因此优选使在预备阶段拉伸加工期间的量不大于3.5。
使通过预备阶段拉伸加工处理的中间线材进行韧化处理，从而调整其拉伸强度为1323至1666MPa。当完成的钢线具有相同的拉伸强度时，通过热处理加工处理后的钢丝帘线的拉伸强度越高，就使得使后段拉伸加工期间的拉伸量越小，即，使在预备阶段拉伸加工期间的拉伸量越大。因此，将中间线材的拉伸强度调整为1323MPa以上。应注意，通过热处理加工处理后的线材的拉伸强度可通过改变珠光体转化温度来控制。增大含0.85至1.10质量％碳的线材的拉伸强度至超过1666MPa需要降低珠光体转化温度，该温度促使贝氏体沉淀以引起金属结构中的不均匀。因此，使线材的拉伸强度不高于1666MPa，并优选1421至1550Mpa的范围。
其后，使韧化的钢线进行包括最终拉伸加工的后段拉伸加工。不需要对后段拉伸加工设定特别的限制。
通过完成上述加工，可获得具有满足上式(2)的拉伸强度(MPa)并且因而具有作为轮胎的补强构件的足够强度的高强度、高碳钢线。
优选的是钢线的直径优选0.10至0.60mm。当钢线的直径小于0.10mm时，该线过细以至于甚至在捻合状态下也不能获得需要的高强度。当钢线的直径超过0.60mm时，最终拉伸加工之前韧化的线材的直径相对粗，因而变得难以增大在前段干式拉伸加工下的拉伸量ε。此外，当钢线的直径超过0.60mm时，与具有相同曲率直径为0.60mm以下，在实际中没有用的钢线相比，该钢线更加扭曲。
实施例
如表1和表2所示的钢线通过以下步骤生产：使具有如表1和表2所示的碳含量和直径的各钢线材进行预备阶段拉伸加工，然后在如表1和表2所示的条件下进行热处理；使如此处理的各钢线材在如表1和表2所示的条件下进行后段拉伸加工(最终拉伸)。根据上式(1)计算表1中的后段拉伸的量，以获得预备阶段拉伸期间拉伸的量。
在具有相同碳含量的材料中，通过热处理处理后的各钢线的拉伸强度通过改变韧化处理的温度来调整。当在该韧化处理下的温度相同时，较高的碳含量导致较高的拉伸强度。
关于如此获得的各钢线，评价拉伸强度和扭转特性。其结果与其他数据一起示于表1和表2中。
根据JIS Z2241中指定的拉伸强度测试进行拉伸强度的测量。
扭转特性通过以下步骤获得：根据钢线的截面面积，通过使用重量施加196MPa的拉伸强度至各钢线；在拉伸强度负荷的状态下，捻合具有100mm长度的各钢线的一部分；将在钢线断裂前计的上述捻合的数量转化为捻合具有相应于100d(d：直径)长度的钢线部分的数量；将其结果表示为现有技术为100的计数的指数。
表1
  现有技术1   现有技术2   现有技术3   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6
  钢线材的C含量(质量％)   0.82   0.92   0.82   0.85   0.96   0.92   0.92   0.92   1.02
  钢线材的直径(mm) 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 6.0 5.5 6.0 5.5
  中间线材的直径(mm) 1.74 1.74 1.74 1.70 1.47 1.50 1.50 1.50 1.42
  预备阶段拉伸加工期间的拉伸量ε 2.30 2.30 2.30 2.34 2.64 2.81 2.60 2.77 2.71
  热处理后线材的拉伸强度(MPa) 1284 1395 1264 1323 1421 1422 1382 1392 1500
  最终拉伸加工期间的拉伸量 3.52 3.52 4.54 4.49 4.20 4.20 4.24 4.24 4.13
  钢线的直径(mm) 0.30 0.30 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18
  钢线的拉伸强度(MPa) 3352 3440 4215 4225 4252 4265 4251 4280 4250
扭转特性   100   130   180   190   130   140   190
表2
  比较例1   比较例2   比较例3   实施例7   实施例8   实施例9   实施例10
  钢线材的C含量(质量％) 1.09 1.02 0.96 1.02 1.02 1.09 1.09
  钢线材的直径(mm) 5.5 5.5 5.5 6.0 6.0 5.5 6.0
  中间线材的直径(mm) 1.35 1.42 1.47 1.42 1.42 1.35 1.35
  预备阶段拉伸加工期间的拉伸量ε 2.80 2.71 2.64 2.88 2.88 2.81 2.98
  热处理后线材的拉伸强度(MPa)   1680   1667   1660   1510   1550   1545   1580
  最终拉伸加工期间的拉伸量ε 4.03 4.20 4.13 4.13 4.13 4.03 4.03
  钢线的直径(mm) 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18
  钢线的拉伸强度(MPa) 4261 3871 3563 4250 4285 4272 4290
扭转特性   50以下(*)   50以下(*)   50以下(*) 200 190 140 150
(*)剥离发生：在捻合过程中在钢丝帘线中产生裂缝。

Claims (3)

1.一种生产高强度、高碳钢线的方法，其特征在于，其包括：使具有0.85至1.10质量％碳含量的高碳钢线材进行预备阶段拉伸加工，以形成中间线材，在预备阶段拉伸加工中如下式(1)定义的拉伸量ε不小于2.5；使通过预备阶段拉伸加工形成的中间线材进行韧化处理，其中将该线材的拉伸强度调整为1421至1550MPa；然后使该韧化的钢线材进行随后的包括最终拉伸的拉伸加工，
ε＝2·ln(D0/D1)    (1)
在该式中，
D0：在预备阶段拉伸入口侧的钢线材的直径(mm)
D1：在预备阶段拉伸出口侧的中间线材的直径(mm)，
高强度、高碳钢线的拉伸强度Z满足Z≥2843-1450logDf。
2.根据权利要求1所述的生产高强度、高碳钢线的方法，其中所述高碳钢线材具有珠光体结构。
3.根据权利要求1或2所述的生产高强度、高碳钢线的方法，其中所述高碳钢线材的碳含量为0.95至1.05质量％。
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