本發(fā)明涉及碳鋼絲(carbonsteelwire)及其制造方法，并且特別涉及與傳統(tǒng)的那種相比耐剪切性(shearresistance)優(yōu)異的碳鋼絲和這類碳鋼絲的制造方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)上，用于增強(qiáng)如輪胎和高壓軟管等橡膠制品的鋼絲通過(guò)以下來(lái)制造：將包含約0.70至0.90質(zhì)量％的碳的碳鋼線材拉絲至預(yù)定的中間的線徑，然后對(duì)于中間的線材施加熱處理和鍍黃銅處理，進(jìn)一步，將該中間的線材拉絲至最終的線徑。當(dāng)用于增強(qiáng)橡膠制品時(shí)，將這類碳鋼絲作為單一簾線或通過(guò)捻合獲得的鋼絲簾線埋設(shè)在未硫化橡膠中，并且通過(guò)加熱來(lái)進(jìn)行橡膠的硫化以及碳鋼絲和橡膠的結(jié)合。

近年來(lái)，隨著對(duì)于節(jié)能和資源節(jié)約的需求增長(zhǎng)，期望開發(fā)更高強(qiáng)度的碳鋼絲。為了通過(guò)上述制造方法來(lái)制造高強(qiáng)度碳鋼絲，需要施加至碳鋼線材的拉絲加工量(wiredrawingamount)增加。然而，當(dāng)拉絲加工量增加時(shí)，碳鋼絲的延展性降低，并且易于發(fā)生如制造期間的斷線或使用時(shí)耐久性的劣化等問(wèn)題。特別地，關(guān)于可能的拉絲加工量或可實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)度，表層部的延展性的降低會(huì)是支配因素。這是因?yàn)橛捎诶z導(dǎo)致的畸變易于集中在碳鋼絲的表層部，而不是其內(nèi)部，并且表層部與內(nèi)部相比更早地不能承受強(qiáng)烈加工。此外增加了由于借由與模具的摩擦的發(fā)熱導(dǎo)致的老化變硬或潤(rùn)滑不良，這促進(jìn)了表層部的延展性的劣化。為了解決此類延展性的劣化的問(wèn)題，對(duì)于拉絲技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了改善(例如，專利文獻(xiàn)1)。

相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本未審查的專利申請(qǐng)公開no.10-325089

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

現(xiàn)在，已知的是，通過(guò)捻合碳鋼絲獲得的鋼絲簾線的強(qiáng)度不是其構(gòu)成元素的碳鋼絲的強(qiáng)度的和。這是因?yàn)楫?dāng)施加張力時(shí)，通過(guò)捻合鋼絲簾線中的部分的碳鋼絲導(dǎo)致的剪切力變強(qiáng)，并且該部分的碳鋼絲導(dǎo)致先行斷裂。結(jié)果，鋼絲簾線的強(qiáng)度明顯低于碳鋼絲的強(qiáng)度的和。因此，為了進(jìn)一步改善鋼絲簾線的強(qiáng)度，要求實(shí)現(xiàn)解決碳鋼絲的先行斷裂的問(wèn)題的技術(shù)。

由此，本發(fā)明的目的是提供與傳統(tǒng)的那種相比耐剪切性優(yōu)異的碳鋼絲，其即使當(dāng)捻合為鋼絲簾線時(shí)也幾乎不經(jīng)歷先行斷裂；以及這類碳鋼絲的制造方法。

用于解決問(wèn)題的方案

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人深入研究從而獲得以下發(fā)現(xiàn)。具體地，具有約2,750mpa的低強(qiáng)度的耐剪切的碳鋼絲造成導(dǎo)致抵抗剪切的縮頸(necking)的大的塑性變形，由此緩和剪切應(yīng)力。另一方面，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榫哂欣?,500mpa的高強(qiáng)度的碳鋼絲會(huì)難以塑性變形，剪切負(fù)荷集中于一點(diǎn)，由此導(dǎo)致在此點(diǎn)處的斷裂。基于這類發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人進(jìn)一步深入研究從而發(fā)現(xiàn)，碳鋼絲的塑性變形能力可以通過(guò)將與碳鋼絲的長(zhǎng)度方向正交的圓形截面中的織構(gòu)(crystaltexture)的分布設(shè)定至預(yù)定分布來(lái)保持，由此可以改善碳鋼絲的耐剪切性，因此完成了本發(fā)明。

換言之，本發(fā)明的碳鋼絲是線徑為0.1至0.6mm的碳鋼絲，所述碳鋼絲的特征在于，

當(dāng)與長(zhǎng)度方向正交的圓形截面的半徑為r并且從所述圓形截面的外周起朝向中心0.4r的區(qū)域?yàn)楸韺硬繒r(shí)，所述表層部中相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率為60％以下。這里，[110]方向的織構(gòu)是指當(dāng)通過(guò)電子背散射衍射(electronbackscatterdiffraction)(ebsd)分析碳鋼絲的長(zhǎng)度方向截面時(shí)，在從[110]方向起10°內(nèi)的方向上取向的織構(gòu)。

在本發(fā)明的碳鋼絲中，優(yōu)選地，當(dāng)所述圓形截面中所述表層部?jī)?nèi)側(cè)的區(qū)域?yàn)橹行牟繒r(shí)，所述中心部中相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率大于60％。本發(fā)明的碳鋼絲可以適當(dāng)?shù)赜糜谠鰪?qiáng)橡膠制品。

本發(fā)明的碳鋼絲的制造方法是以下的碳鋼絲的制造方法，包括通過(guò)使用多個(gè)模具將碳鋼線材進(jìn)行濕法拉絲加工的工序，所述制造方法的特征在于，

當(dāng)最終獲得的碳鋼絲的拉伸強(qiáng)度為t(mpa)并且濕法加工中使用的模具個(gè)數(shù)為n時(shí)，滿足由以下式(1)表示的關(guān)系：

t/n≤155(mpa)(1)；

當(dāng)濕法拉絲加工前的碳鋼線材的半徑為d0并且濕法拉絲后的碳鋼絲的線徑為d1時(shí)，在由以下式(2)表示的拉絲畸變(wiredrawingdistortion)ε為1.5以下的模具處的拉模阻力(diedrag)的最大值為750mpa以下：

ε＝2×ln(d0/d1)(2)

這里，術(shù)語(yǔ)"拉模阻力"是指通過(guò)(施加至通過(guò)模具出口的絲的張力)-(施加至進(jìn)入模具入口前的絲的反張力(backtension))計(jì)算的值。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，可以提供與傳統(tǒng)的那種相比耐剪切性優(yōu)異的碳鋼絲，和這類碳鋼絲的制造方法。

附圖說(shuō)明

圖1是與本發(fā)明的碳鋼絲的長(zhǎng)度方向正交的圓形截面的截面圖。

圖2是顯示ebsd的測(cè)量點(diǎn)的碳鋼絲的長(zhǎng)度方向截面圖。

圖3是表明從實(shí)施例1和比較例2的碳鋼絲的表面起的距離與相對(duì)于碳鋼絲的長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率之間的關(guān)系的圖。

圖4是鋼絲的剪切斷裂強(qiáng)度的測(cè)量方法的示意性說(shuō)明圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的碳鋼絲現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)地描述。

圖1是與本發(fā)明的碳鋼絲的長(zhǎng)度方向正交的圓形截面的截面圖。本發(fā)明的碳鋼絲是線徑為0.1至0.6mm的碳鋼絲1，當(dāng)與長(zhǎng)度方向正交的圓形截面的半徑為r并且從圓形截面的外周起朝向中心0.4r的區(qū)域?yàn)楸韺硬?時(shí)，表層部2中相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率為60％以下。換言之，通過(guò)使表層部2中的沿[110]方向的織構(gòu)的占有率小于傳統(tǒng)的那種，確保表層部2的延展性，保持塑性變形能力，并且改善耐剪切性。在本發(fā)明的碳鋼絲中，為了更好地獲得本發(fā)明的效果，在從與長(zhǎng)度方向正交的圓形截面的外周起0.4r的區(qū)域中相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率優(yōu)選為60％以下。

在本發(fā)明的碳鋼絲中，中心部中相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率優(yōu)選超過(guò)60％。這里，中心部3是圓形截面中表層部2內(nèi)側(cè)的區(qū)域。在本發(fā)明的碳鋼絲中，表層部2中相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率為60％以下，這與過(guò)去相比更小，因此，雖然耐剪切性改善，但拉伸強(qiáng)度因此降低。因此，為了確保碳鋼絲的拉伸強(qiáng)度，增加碳鋼絲的中心部3的強(qiáng)度。在本發(fā)明的碳鋼絲中，優(yōu)選地，中心部3中相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率為80％以上。

本發(fā)明的碳鋼絲沒有特別限制，只要線徑為0.1至0.6mm并且表層部2中相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率為60％以下即可。例如，對(duì)于材質(zhì)，碳含量為0.70質(zhì)量％以上的高碳鋼絲是適當(dāng)?shù)摹?/p>

本發(fā)明的碳鋼絲以與傳統(tǒng)的那種相比更高的水平同時(shí)實(shí)現(xiàn)拉伸強(qiáng)度和耐剪切性，并且可以適當(dāng)?shù)赜糜谠鰪?qiáng)如輪胎、帶、空氣彈簧和軟管等橡膠制品。例如，當(dāng)本發(fā)明的碳鋼絲用作輪胎的增強(qiáng)材料時(shí)，其可以用作如胎體簾線層、帶束層、帶束增強(qiáng)層、如鋼絲圈外包布(flipper)等帶束部周圍的增強(qiáng)層等增強(qiáng)材料。

下一步，將詳細(xì)地描述本發(fā)明的碳鋼絲的制造方法。

本發(fā)明的碳鋼絲的制造方法是以下的碳鋼絲的制造方法，包括通過(guò)使用多個(gè)模具將碳鋼線材進(jìn)行濕法拉絲加工的工序。在本發(fā)明的碳鋼絲的制造方法中，當(dāng)最終獲得的碳鋼絲的拉伸強(qiáng)度為t(mpa)并且用于濕法拉絲加工的模具個(gè)數(shù)為n時(shí)，滿足以下式(1)：

t/n≤155(mpa)(1)。

如上所述，在本發(fā)明的碳鋼絲中，將表層部2中相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率設(shè)定至60％以下。這類碳鋼絲可以通過(guò)相對(duì)于長(zhǎng)度方向阻滯(retarding)碳鋼絲的表層部2的織構(gòu)的[110]方向來(lái)制造。出于該目的，僅需要在濕法拉絲加工中主要處理碳鋼線材的表面。因此，最好是以碳鋼線材的表面頻繁接觸作為加工工具(jig)的模具這樣的方式使用很多模具。因此，在本發(fā)明的碳鋼絲的制造方法中，將通過(guò)最終獲得的碳鋼絲的拉伸強(qiáng)度(mpa)除以用于拉絲加工的模具個(gè)數(shù)得到的值設(shè)定至155(mpa)以下，作為其基準(zhǔn)。該值適當(dāng)?shù)貫?50(mpa)以下。

進(jìn)一步，在本發(fā)明的碳鋼絲的制造方法中，當(dāng)濕法拉絲加工前的碳鋼線材的半徑為d0并且濕法拉絲后的碳鋼絲的線徑為d1時(shí)，在由以下式(2)表示的拉絲畸變?chǔ)艦?.5以下的模具處的拉模阻力的最大值為750mpa以下：

ε＝2×ln(d0/d1)(2)

在拉絲加工的初始階段發(fā)生結(jié)晶(crystal)的取向。因此，有效的是減少拉絲加工的前半段中的加工量。由此，在本發(fā)明的碳鋼絲的制造方法中，將在拉絲畸變?yōu)?.5以下的模具處的拉模阻力的最大值設(shè)定至750mpa以下。該值適當(dāng)?shù)貫?00mpa以下。

補(bǔ)充地，當(dāng)拉絲畸變?yōu)?.5以上時(shí)，金相結(jié)構(gòu)向相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的取向幾乎完成。雖然沿[110]方向的織構(gòu)幾乎完美地沿拉絲方向排列并且拉伸強(qiáng)度隨著伴隨加工量的纖維間隔減小而增加，但是如伸長(zhǎng)率和拉深(drawing)等延展性值明確地降低。出于該原因，在拉絲畸變?yōu)?.5以上的情況時(shí)的拉伸強(qiáng)度為3,000mpa以上的鋼絲弱化剪切力。

本發(fā)明的碳鋼絲的制造方法沒有特別限制，只要其在濕法拉絲加工中滿足上述制造條件。例如，作為進(jìn)行拉絲加工的碳鋼線材，可以適當(dāng)?shù)厥褂冒?.70質(zhì)量％碳的那種。上述濕法拉絲加工的加工方法或加工條件等可以按需要根據(jù)常規(guī)方法來(lái)酌情設(shè)計(jì)。進(jìn)一步，對(duì)于上述濕法拉絲加工工序之前進(jìn)行的各種工序沒有特別限制，并且在進(jìn)行如干法拉絲、韌化熱處理和鍍覆處理等工序之后，可以應(yīng)用本發(fā)明的碳鋼絲的制造方法。在此情況下，干法拉絲、韌化熱處理和鍍覆處理可以通過(guò)與傳統(tǒng)方法相似的方法來(lái)進(jìn)行。

實(shí)施例

本發(fā)明現(xiàn)在將通過(guò)實(shí)施例的方式更詳細(xì)地描述。

<實(shí)施例1至3和比較例1至6>

使用線徑為0.24mm且具有表1和2列出的拉伸強(qiáng)度的鋼絲來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)以下表1和2列出的條件來(lái)制造進(jìn)行評(píng)價(jià)的鋼絲。對(duì)于各鋼絲，根據(jù)以下過(guò)程來(lái)計(jì)算剪切強(qiáng)度展現(xiàn)指數(shù)(shearstrengthexhibitionindex)。將獲得的結(jié)果在相同表中組合列出。將相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率通過(guò)使用由brukercorporation制造的d8discover來(lái)測(cè)量。

<沿[110]方向的織構(gòu)的測(cè)量>

在ebsd的測(cè)量中，將放大倍率設(shè)定至5000倍和50nm節(jié)距(pitch)，并且從外側(cè)至碳鋼絲的長(zhǎng)度方向截面的中心測(cè)量7個(gè)視野。圖2是顯示ebsd的測(cè)量位置的碳鋼絲的長(zhǎng)度方向截面圖，并且圖中由虛線圍繞的7個(gè)區(qū)域是要測(cè)量的7個(gè)視野。從獲得的結(jié)果中，計(jì)算表層部和中心部中相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率和在從外周起的0.4r區(qū)域中相對(duì)于長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率。圖3是表明從實(shí)施例1和比較例2的碳鋼絲的表面起的距離與相對(duì)于碳鋼絲的長(zhǎng)度方向沿[110]方向的織構(gòu)的占有率之間的關(guān)系的圖。

<剪切強(qiáng)度展現(xiàn)指數(shù)>

將鋼絲保持在165°的彎曲狀態(tài)，并且將圖4中表明的工具壓抵該鋼絲，由此獲得鋼絲的斷裂強(qiáng)度，并且從其與簡(jiǎn)單的(simple)拉伸強(qiáng)度的比來(lái)計(jì)算鋼絲的剪切強(qiáng)度展現(xiàn)指數(shù)。圖4是鋼絲的剪切斷裂強(qiáng)度的測(cè)量方法的示意性說(shuō)明圖。將該圖中表明的工具4的r設(shè)定至0.2mm。拉伸強(qiáng)度為3,500mpa的鋼絲由比較例1當(dāng)作100的指數(shù)表示，拉伸強(qiáng)度為3,750mpa的鋼絲由比較例5當(dāng)作100的指數(shù)表示，并且拉伸強(qiáng)度為3,200mpa的鋼絲由比較例6當(dāng)作100的指數(shù)表示。在表1和2中，它們表示為剪切強(qiáng)度展現(xiàn)指數(shù)。

[表1]

*1：在拉絲畸變?yōu)?.5以下的模具處的拉模阻力的最大值

*2：從與長(zhǎng)度方向正交的圓形截面的外周起的0.4r的區(qū)域中的[110]方向的織構(gòu)的占有率

[表2]

從以上表1和2以及圖3中，已知的是，本發(fā)明的碳鋼絲展現(xiàn)與傳統(tǒng)的那種相比更優(yōu)異的剪切強(qiáng)度展現(xiàn)指數(shù)，本發(fā)明的碳鋼絲與傳統(tǒng)的那種相比耐剪切性更優(yōu)異。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1碳鋼絲

2表層部

3中心部

4工具