NO179456B - Ståltråd med en struktur av den kald-trukkete, lavere bainitt-typen og fremgangsmåte ved fremstilling av slik tråd, samt anvendelse av en slik tråd - Google Patents

Description

Oppfinnelsen gjelder metalltråder av den art som er angitt i krav l's ingress, en fremgangsmåte som angitt i kravene 4-11, samt en anvendelse som angitt i krav 12«

Disse trådene anvendes f.eks. for å forsterke artikler av plastiske eller gummimaterialer, særlig slanger, drivremmer, duker og bildekkbelegg.

De tråder av denne type som for tiden anvendes består av stål inneholdende minst 0,6% karbon, og dette stålet har en kald-trukket perlittisk struktur. Disse trådenes motstand mot brudd er omkring 2800 MPa (megapascal), deres diameter varierer generelt fra 0,15 til 0,35 mm, og deres forlengelse ved brudd ligger mellom 0,4 og 2%. Disse stålene fremstilles ved trådtrekking av en utgangstråd, som kalles "valsetråd", hvis diameter er størrelsesorden 5 til 6 mm, idet strukturen av denne valsetråden er en hard struktur, bestående av perlitt og ferritt med en større mengde perlitt som generelt er over 72%. Under fremstillingen av denne tråden avbrytes trådtrekkingsoperasjonen minst en gang for å gjennomføre en eller flere varmebehandlinger som gjør det mulig å regenerere den opprinnelige strukturen.

Denne fremgangsmåte har følgende ulemper:

- Utgangsmaterialet er kostbart fordi karboninnholdet er relativt høyt, - Parameterene kan ikke lett modifiseres, spesielt holdes valsetrådens diameter og sluttdiameteren innenfor faste grenser, fremgangsmåten mangler således smidighet, - Valsetrådens store hardhet på grunn av dens sterkt perlittiske struktur gjør trådtrekkingen vanskelig, før varmebehandlingen, slik at deformasjonsgraden £ for denne trådtrekkingen nødvendigvis er under 3; for det andre er hastigheten for denne trådtrekkingen lav og det kan fore-komme brudd av tråden under denne operasjonen.

For det andre har trådene selv en motstand mot brudd som ofte er bruddstykker uttilstrekkelig og deres tretthetsmot-stand er begrenset, og som følge av dette forekommer sann-synligvis en skade av disse trådene under trådtrekkingen før varmebehandlingen, på grunn av valsetrådens store hardhet.

Den japanske patentsøknad med publikasjonsnummer 54-79119 beskriver en fremgangsmåte ved fremstilling av en ståltråd med bor av bainittisk struktur ved oppvarming i et fluidi-sert sjikt. De oppnådde trådene karakteriseres ved svake mekaniske egenskaper.

Formålet ved oppfinnelsen er å foreslå en halvtrukket metalltråd med en ikke perlittisk struktur som har en motstand mot brudd og en forlengelse ved brudd som minst er så høy som de kjente, kald-trukkete perlittiske ståltrådene, og som har mindre skade enn de kjente trådene.

En annet formål ved oppfinnelsen er å foreslå for fremstillingen av denne tråden en fremgangsmåte som ikke har de forannevnte ulempene.

Metalltråden ifølge foreliggende oppfinnelse er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del, nemlig at tråden inneholder i vekt% 0,1-0,6% karbon, fortrinnsvis 0,2-0,5% karbon, 0-0,6% Mn, 0-0,3% Si, 0-0,02% P, 0-0,02% S, 0-0,2% Al, 0-0,006% N, 0-0,06% Cr, 0-0,15% Ni, 0-0,15% Cu og 0-0,015% Mo og at tråden evt. er dekket av et metall forskjellig fra stål.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for fremstilling av denne tråden er særpreget ved det som er angitt i krav 3's karakteriserende del, nemlig at den er belagt med et messinglag.

Oppfinnelsen gjelder likeledes anvendelse av tråden som

forsterkningstråd i feks bildekk.

Oppfinnelsen forstås lett ved hjelp av de fremstillings-eksempler som følger, og de helt skjematiske figurene som tilhører disse eksemplene.

På tegningen:

- figur 1 representerer strukturen av ståltråden før varmebehandling, under gjennomføringen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, - figur 2 representerer strukturen av ståltråden etter varmebehandling, under gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og - figur 3 viser strukturen av ståltråden ifølge oppfinnelsen.

I det følgende er alle prosenter og ppm som er angitt for sammensetningen i vekt og målingene av motstanden mot brudd og forlengelsen ved brudd er gjennomført ifølge metoden AFNOR NFA 03-151.

Ifølge definisjon er deformasjonsgraden £ for en kald-trekking gitt av formelen £ er = Ln s£,

Idet Ln er den naturlige logaritmen,

So er det opprinnelige tverrsnittet av tråden før denne kald-trekkingen og Sf er tverrsnittet av tråden etter denne kald-trekkingen.

Formålet med de eksempler som følger er å beskrive fremstillingen og egenskapene for tre tråder ifølge oppfinnelsen.

I disse eksemplene anvendes en valsetråd som ikke er kald-trukket med en diameter på 5,5 mm. Denne valseprøven består av et stål hvis egenskaper er som følger:

- stålets smeltetemperatur, TF : 1795°, K,

- motstand mot brudd 1^ : 700 MPa,

- forlengelse ved brudd A,. : 17 %,

Med denne valsetråden fremstilles tre tråder ifølge oppfinnelsen på følgende måte:

Eksempel 1

Valsetråden avgrades, den dekkes med en tråd-trekkingssåpe, f.eks. boraks, og den tråd-trekkes tørt for å oppnå en tråd med diameter 1,1 mm, hvilket tilsvarer en deformasjonsgrad £ som er litt over 3,2.

Trådtrekkingen grennomføres lett takket være valsetrådens lett bøyelige struktur. Som eksempel oppviser et ikke kald-trukket stål med 0,7% karbon en motstand mot brudd R,,, på ca. 900 MPa og en forlengelse ved brudd på ca 8%, det vil si at den er litt mindre bøyelig.

Den beskrevene trådtrekkingen gjennomføres ved en temperatur under 0,3 TF, for å oppnå en forenkling, selv om dette ikke er ufravikelig, idet trådtrekkingstemperaturen even-

tuelt kan være lik eller overstige 0,3 TF.

Figur 1 viser et lengdesnitt av en del 1 av strukturen av den således oppnådde tråden. Denne strukturen består av forlengede blokker 2 av sementitt og forlengede blokker 3 av ferritt, idet den største dimensjonen av disse blokkene er orientert i trådtrekkingsretningen.

Den således oppnådde tråden underkastes deretter følgende varmebehandling: - tråden oppvarmes til 900°C det vil si over ommdannelses-punktet AC3, og den holdes i 1 minutt ved denne temperaturen for å oppnå en homogen austenittstruktur,

tråden avkjøles deretter til 400°C i et saltbad i minst 2 sekunder, og tråden holdes ved denne temperatur i 1 minutt, hvoretter den avkjøles til ca. 20°C, det vil si til omgivelsestemperatur.

Figur 2 viser et snitt av en del 4 i strukturen til den således oppnådde tråden. Denne strukturen, av typen lavere bainitt, består av utfellinger av karbid 5, som er fordelt praktisk talt homogent i en matriks 6 av ferritt. Denne strukturen oppnås takket være den foranstående varmebehandling, og den bibeholdes under avkjølingen til omgivelsestemperaturen. Utfellingene 5 har generelt dimensjoner som minst er lik 0,05 fim (mikrometer), og høyst lik 0,5 fim.

Tråden som er oppnådd med denne varmebehandlingen og denne avkjølingen til omgivelsestemperatur dekkes med et lag av messing. Tykkelsen på dette messinglaget er lite (av stør-relsesorden /xm) og er neglisjerbart i forhold til trådens diameter før påføring av messingen. Det gjennomføres deretter en fuktig trådtrekking av denne tråden slik at det oppnås en sluttdiameter på 0,2 mm, hvilket praktisk talt tilsvarer £ = 3,4. Trådtrekkingen lettes av messinglaget. Trådens temperatur under denne trådtrekkingen er nødvendig-

vis under 0,3 TF.

Figur 3 viser et lengdesnitt av delen 7 av den tråd som således er oppnådd ifølge oppfinnelsen. Denne del 7 oppviser en kald-trukket struktur av typen lavere bainitt bestående av karbider 8 av avlang form som er praktisk talt parallelle med hverandre og hvis største dimensjon er orientert i trådens akse, det vil si ifølge den trådtrek-kingsretning som er vist med pilen F på figuren 3. Disse karbidene 8 er anbrakt i en kald-trukket, ferrittisk matriks 9.

Denne tråden ifølge oppfinnelsen har en motstand mot brudd på 3200 MPa og en forlengelse ved brudd på 0,7 %.

Eksempel 2

Valsetråden avgrades, den belegges med et lag av trådtrek-kingsåpe, f.eks. boraks, og den trådtrekkes for å oppnå en tråd med diameter 0,9 mm, hvilket tilsvarer en deformasjonsgrad £ som er litt over 3,6. Den oppnådde strukturen er analog med den som er vist på figur 1. Den således oppnådde tråden underkastes deretter følgende varmebehandling: - Tråden oppvarmes på samme måte som i eksempel 1 for å oppnå en homogen austenittstruktur,

tråden avkjøles deretter til 370°C på mindre enn 2 sekunder og holdes ved denne temperaturen i 90 sekunder, hvoretter den avkjøles til omgivelsestemperaturen.

Den oppnådde strukturen er analog med den som er vist i figur 2. Tråden belegges så med messing og den trådtrekkes på samme måte som i eksempel 1 for å oppnå en sluttdiamter på 0,17 mm, hvilket praktisk talt tilsvarer £ = 3,3. Trådens temperatur under denne trådtrekkingen er under 0,3 TF. Den således oppnådde tråd ifølge oppfinnelsen har en struktur som er analog med den som er vist i figur 3. Denne tråden har en motstand mot brudd som er lik 3 000 MPa og en forlengelse ved brudd som er lik 0,9%.

Eksempel 3

Det fremstilles en tråd ifølge oppfinnelsen på samme måte som i eksempel 1, men med den forskjell at den trådtrekking som gjennomføres etter varmebehandlingen fortsettes inntil en sluttdiameter på 0,17 mm, hvilket praktisk talt tilsvarer £ = 3,7. Denne tråd har ifølge oppfinnelsen en motstand mot brudd som er lik 3500 MPa og en forlengelse ved brudd som er lik 0,7%. De mellomliggende strukturene og slutt-strukturen er analoge med de foran beskrevne strukturer.

Oppfinnelsen har følgende fordeler:

- det startes fra en valsetråd med lav karbonmengde, og således med en lavere pris, - det dras nytte av en stor smidighet ved valg av tråd-diametere, det kan således f.eks. anvendes valsetråder hvis diameter er betydelig over 6 mm, hvilket igjen reduserer prisene, og det kan fremstilles tråder med stor variasjon i diametere, - trådtrekkingen før den strukturelle varmebehandlingen er relativt lett, slik at det deformsjonsgraden £ ved denne trådtrekking kan være over 3, for det andre kan denne trådtrekkingen gjennomføres med høye hastigheter og endelig reduseres forekomsten av brudd av trådene og forandringer av trekkjern, hvilket igjen reduserer kostnadene, - den oppnådde tråden har en motstand mot brudd og en forlengelse ved brudd med verdier som minst er lik de for vanlige tråder, - hvilket således gir en bruddenergi som minst er lik den for vanlige tråder, - tråden skades mindre under trådtrekking før varmebehandling, - den oppnådde tråden har en bedre motstand mot korrosjon en vanlige tråder på grunn av dets lave innhold av karbon.

Ståltråden ifølge oppfinnelsen har fortrinnsvis et karboninnhold i området 0,2% - 0,5%.

I ståltråden ifølge oppfinnelsen og således i utgangsvalsetråden foreligger fortrinnsvis følgende sammensetninger: 0,3% s Mn s 0,6%; 0,1% s Si <; 0,3%; P s 0,02%; S s 0,02%; Al s 0,02 %; N s 0,006%.

I ståltråden ifølge oppfinnelsen og således i utgangsvalsetråden foreligger fordelaktig følgende relasjoner: Cr s 0,06%; Ni s 0,15%; Cu s 0,15 %; Mo s 0,015 %.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen forekommer fortrinnsvis minst en av de følgende egenskaper: - utgangsvalsetråden har et karboninnhold som minst er lik 0,2% og høyst er lik 0,5%, - utgangsvalsetråden har et innhold av proeutectoidferritt som minst er lik 41% og høyst er lik 78% og et innhold av perlitt som minst er lik 22% og høyst er lik 59%, - deformasjonsgraden £ under kald-trekking før den strukturelle varmebehandlingen er høyst lik 6, - deformasjonsgraden £ under kald-trekking etter den strukturelle varmegradhandlingen er høyst lik 4,5.

I de foran beskrevne eksemplene ble tråden belagt med messing etter varmebehandlingen for å lette dens trådtrekking, men oppfinnelsen dekker også de tilfeller der det anvendes trådtrekkingsglidemidler enn messing, f.eks. kobber, sink, de ternær legeringene kobber-sink-nikkel, kobber-sink-kobolt, kobber-sink-tinn, idet disse glidemidlene er for-skjellige fra stål. Kald-trekkingen av tråden i de foranstående eksemplene gjennomføres ved trådtrekking, men andre teknikker er mulige, f.eks. en valsing, eventuelt forbundet med en trådtrekking, for idet minste en av kald-trekkings-operasj onene.

Claims (12)

1. Metalltråd med diameter 0,10-0,40 mm, en bruddstyrke på minst 2800 MPa og bruddforlengelse på minst 0,4%, karakterisert ved at tråden inneholder i vekt% 0,1-0,6% karbon, fortrinnsvis 0,2-0,5% karbon, 0-0,6% Mn, 0-0,3% Si, 0-0,02% P, 0-0,02% S, 0-0,2% Al, 0-0,006% N, 0-0,06% Cr, 0-0,15% Ni, 0-0,15% Cu og 0-0,015% Mo og at tråden evt. er dekket av et metall forskjellig fra stål.

2. Tråd ifølge krav 1, karakterisert ved at stålet tilfredsstiller følgende relasjoner: 0,3% s Mn s 0,6%; 0,1% s Si s 0,3%; P s 0,02%; S s 0,02%; Al s 0,02%; N s 0,006%.

3. Tråd ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den er belagt med et messinglag.

4. Fremgangsmåte ved fremstilling av en tråd ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved de følgende trinn: a) en stålvalsetråd strekkes, hvilket stål av et karboninnhold på 0,1-0,6% og et borinnhold som er 0-8 ppm, hvilket stål omfatter fra 28-90% av proeutectoidferrit og fra 72-10% av perlitt, idet deformasjonsgraden £ for denne trådtrekking er minst eller lik 3; b) kald-trekkingen stanses og det gjennomføres en enkel strukturell behandling av den kald-trukkede tråden, hvilken behandling består i å oppvarme tråden til over omdannelses-linjen av AC3 for å gi dem en homogen austenittisk struktur, den avkjøles så raskt til en temperatur som ligger mellom 350°C og 450°C idet hastigheten for denne avkjølin-gen er minst 250°C/sekund, og den holdes i dette tempera-turområdet i en tid som er minst 30 sekunder slik at det oppnås en struktur av lavere bainitt-type omfattende utfellinger av karbider med dimensjoner i området 0,005-0,5 /im og praktisk talt homogen måte gi en ferrittisk matriks, c) tråden avkjøles til en temperatur under 0,3 TF, idet TF er smeltetemperaturen for stål, uttrykt i Kelvin; d) det gjennomføres en kaldtrekking av den tråd som er underkastet varmebehandling, idet trådens temperatur under denne kaldtrekkingen er under 0,3 TF, idet deformasjonsgraden £ for denne kaldtrekkingen er minst eller lik 3.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at valsetråden som behandles har et karboninnhold som er minst 0,2-0,5%.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 4 eller 5, karakterisert ved at valsetråden som behandles tilfredsstiller følgende relasjoner 0,3% s Mn s 0,6%; 0,1% s Si s 0,3%; P s 0,02%; S s 0,02%; Al s 0,02%; N s 0,006%.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at valsetråden som behandles tilfredsstiller følgende relasjoner: Cr s 0,06%; Ni s 0,15%, Cu <; 0,15%; Mo s 0,015%.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 4-7, karakterisert ved at tråden belegges med et metall forskjellig fra stål, fortrinnsvis messing, etter den strukturelle varmebehandlingen og før kaldtrekkingen.

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 4-8, karakterisert ved at valsetråden som behandles har et innhold av proeutecbidferrit som minst er 41% og høyst 78%, og et innhold av perlitt som minst er 22% og høyst 59%.

10. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 4-9, karakterisert ved at tråden kaldtrekkes til en deformasjonsgrad £ på minst 3-6, fortrinnsvis 3-4,5, før den strukturelle varmebehandling.

11. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 4-11, karakterisert ved at minst 1 kald-trekking gjennomføres ved trådtrekking.

12. Anvendelse av tråden ifølge kravene 1-3 som forsterkningstråd, fortrinnsvis for bildekk.