專(zhuān)利名稱：：輕量且延展性優(yōu)良的胎圈鋼絲，用于生產(chǎn)胎圈鋼絲的方法和輕量輪胎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明意欲達(dá)到胎圈鋼絲的重量減輕和高延展性。另外，通過(guò)使用上述胎圏鋼絲，本發(fā)明達(dá)到輪胎的重量減輕。
背景技術(shù)：
：近來(lái)，從全球環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)，需要改進(jìn)機(jī)動(dòng)車(chē)的燃料消耗。因此，機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)體的重量減輕正活躍地進(jìn)行。同時(shí)，需要減輕用于機(jī)動(dòng)車(chē)的輪胎的重量。關(guān)于機(jī)動(dòng)車(chē)輪胎的重量減輕考慮很多方法，且有效方法之一是減輕用在輪胎中的胎圏芯的重量。用于客車(chē)的普通輪胎的總重是12kg左右，且在輪胎中設(shè)置的兩個(gè)胎圏芯的總重是lkg左右。另外，胎圏芯通常包含由鋼絲制得的胎圈鋼絲和覆蓋其表面的橡膠構(gòu)件。為了減輕胎圏芯的重量，考慮增強(qiáng)作為胎圏芯材料的胎圏鋼絲的張力。為了增強(qiáng)胎圏鋼絲的張力，需要通過(guò)拉伸方法使胎圏鋼絲變細(xì)，但是在此拉伸的情況下，胎圈鋼絲的延展性劣化。因此，當(dāng)通過(guò)使用此細(xì)胎圏鋼絲制造的胎圏芯安裝在輪輞上時(shí)，因?yàn)椴活A(yù)期有足夠的延展性，所以有胎圏鋼絲部分?jǐn)嗔训膿?dān)心。另外，作為胎圈鋼絲的特性要求高剛性。僅從剛性的觀點(diǎn)，增大鋼絲直徑是足夠的，但是不能獲得足夠高的強(qiáng)度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題根據(jù)上述事實(shí)開(kāi)發(fā)本發(fā)明，本發(fā)明通過(guò)新合金設(shè)計(jì)提供能獲得重量減輕和高延展性而不降低強(qiáng)度的胎圏鋼絲。而且，本發(fā)明通過(guò)使用上述胎圈鋼絲提供獲得重量減輕的輪胎。解決問(wèn)題的手段本發(fā)明人已嘗試關(guān)于胎圈鋼絲的新合金設(shè)計(jì)以達(dá)到上述目的，且已發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用FeMnAl類(lèi)組成和使其鋼組織成為奧氏體單相組織來(lái)有利地達(dá)到所希望的目的。^口下更i羊纟田；也i兌明。(a)通過(guò)包括相對(duì)大量的Mn和Al作為胎圏鋼絲的組成，可減輕胎圏鋼絲的重量。(b)通過(guò)在上述FeMnAl類(lèi)組成中使鋼組織成為奧氏體單相組織，可獲得高延展性和高強(qiáng)度。(c)通過(guò)在鋼中析出微細(xì)碳化物，位錯(cuò)(dislocation)的運(yùn)動(dòng)變平穩(wěn)，因此延展性進(jìn)一步得到改進(jìn)。(d)通過(guò)進(jìn)一步包括Cr,可有利地改進(jìn)耐腐蝕性。本發(fā)明基于上述認(rèn)識(shí)。即，本發(fā)明的概要如下。(1)具有以下組成的輕量且延展性優(yōu)良的胎圈鋼絲Mn:5至35原子％和Al:5至20原子％,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中鋼組織是奧氏體單相組織。(2)具有以下組成的輕量且延展性優(yōu)良的胎圈鋼絲C:0.1至1.5原子％，Mn:5至35原子％和Al:5至20原子％,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中鋼組織是奧氏體單相組織且在該奧氏體單相組織中包括微細(xì)碳化物。(3)根據(jù)以上(1)或(2)的輕量且延展性優(yōu)良的胎圏鋼絲，其中該組成進(jìn)一步包含Cr:1至7原子％作為添加組分。(4)用于生產(chǎn)輕量且延展性優(yōu)良的胎圏鋼絲的方法，其包含壓延具有如上述(l)至(3)任一項(xiàng)所述的組成的鋼錠以形成線材，冷卻該線材，加熱至溫度900至1100。C,淬火以4吏鋼組織成為奧氏體單相組織，拉伸且隨后進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理。(5)包含如上述(1)至(3)任一項(xiàng)所述的胎圏鋼絲的輕量輪胎。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，與常規(guī)鋼絲的比重相比，通過(guò)使用FeMnAl類(lèi)組成能夠減輕鋼絲的比重，所以可達(dá)到胎圏鋼絲和由此的輪胎的重量減輕。另外，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使鋼組織成為奧氏體單相組織，能同時(shí)獲得高強(qiáng)度和高延展性。通過(guò)在鋼中析出微細(xì)碳化物，進(jìn)一步地改進(jìn)該效果。此外，根據(jù)本發(fā)明的胎圈鋼絲是高強(qiáng)度和高延展性的，所以即使使直徑大于常規(guī)直徑，除了所需強(qiáng)度外，也可保證足以安裝在輪輞上的延展性，因此，可達(dá)到胎圈芯繞數(shù)的減少，因此達(dá)到生產(chǎn)率的改進(jìn)。而且，通過(guò)增大直徑達(dá)到剛性的改進(jìn)。另外，當(dāng)微細(xì)碳化物在鋼中析出時(shí)，因?yàn)檫@些碳化物具有磁性，可在胎圏鋼絲的形成步驟中使用磁力進(jìn)行操作，其導(dǎo)致加工性和生產(chǎn)率的改進(jìn)。具體實(shí)施方式本發(fā)明將在下文詳細(xì)說(shuō)明。首先，將說(shuō)明本發(fā)明中胎圏鋼絲的組分組成限于上述范圍的理由。Mn:5至35原子％本發(fā)明中，Mn是與A1成分組合以在高于900。C的高溫下獲得奧氏體(力相的必要元素。當(dāng)Mn含量小于5原子。/。時(shí)，形成不同于奧氏體的相且難以保證足夠的伸長(zhǎng)率(elongation),而當(dāng)它超過(guò)35原子％時(shí)，在高于900。C的高溫下不能獲得奧氏體(力相，而且鋼不利地變脆。因此，在5至35原子％的范圍內(nèi)包括Mn。更優(yōu)選地，Mn在10至25原子。/。的范圍。另外，Mn具有重量減輕的效果，這是因?yàn)槠浔戎匦∮贔e的比重。Al:5至20原子％Al是為了減少鋼絲比重以減輕重量而包括的主要元素。當(dāng)Al含量低于5原子。/。時(shí)，不能獲得足夠的重量減輕效果，而當(dāng)A1含量超過(guò)20原子％時(shí)，在高于900。C的高溫下不能獲得奧氏體(j)相，而且還帶來(lái)伸長(zhǎng)率的減小。因此，在5至20原子％的范圍內(nèi)包括A1。更優(yōu)選地，Al在8至18原子。/。的范圍。C:0.1至1.5原子％穩(wěn)化位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)以改進(jìn)延展性來(lái)達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果的元素。然而，當(dāng)C含量小于0.1原子o/。時(shí)，添加效果差，而當(dāng)它超過(guò)1.5原子％時(shí)，鋼過(guò)于硬化且延展性相當(dāng)?shù)亓踊?。因此，?.1至1.5原子％的范圍內(nèi)包括C。更優(yōu)選地，C在0.3至1.3原子。/。的范圍。Cr:1至7原子％Cr的加入不〗又有效地改進(jìn)了耐腐蝕性，其減少4侖胎的生產(chǎn)步驟，且能有效地控制胎圏鋼絲和橡膠之間的分離。然而，當(dāng)Cr含量低于l原子。/。時(shí)，作為添加效果的耐腐蝕性差，而當(dāng)它超過(guò)7原子％時(shí)，加工性劣化。因此，在1至7原子％的范圍內(nèi)包括Cr。更優(yōu)選地，Cr在2至5原子y。的范圍。根據(jù)本發(fā)明，盡管上文對(duì)于基本組分和選擇性組分進(jìn)行解釋?zhuān)莾H僅通過(guò)控制胎圏鋼絲的組分組成至上述范圍并不令人滿意，重要的是使組織成為奧氏體單相組織。即，在根據(jù)本發(fā)明的FeMnAl類(lèi)合金鋼中，通過(guò)經(jīng)由如下所述的加熱-淬火處理形成奧氏體單相組織，能一并獲得高強(qiáng)度和高延展性。盡管原因沒(méi)有充分解釋?zhuān)菍?duì)于高延展性，認(rèn)為位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)變平穩(wěn)是因?yàn)橥ㄟ^(guò)形成FFC結(jié)構(gòu)使位錯(cuò)容易地移動(dòng)，且通過(guò)納米尺寸的碳化物的分散抑制位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)中的纏結(jié)，對(duì)于高強(qiáng)度，認(rèn)為是通過(guò)納米尺寸的碳化物的分散的補(bǔ)強(qiáng)效果。另外，本發(fā)明中奧氏體單相組織是指基本上超過(guò)99%的組織是奧氏體組織。另外，當(dāng)在鋼中包括適合量的C時(shí)，通過(guò)以上加熱-淬火處理，以納米級(jí)別細(xì)樣U也析出FeAlC類(lèi)碳化物。這些樣i細(xì)碳化物具有平穩(wěn)化位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的效果且非常有效地有助于改進(jìn)延展性。接著，將說(shuō)明用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的胎圏鋼絲的優(yōu)選方法。本發(fā)明中，除了用于使鋼組織成為奧氏體單相組織的加熱-淬火處理之外的步驟可根據(jù)通常方式進(jìn)行且不特別限定。將調(diào)整至上述優(yōu)選組分組成的鋼錠壓延以形成具有約4.0至7.0mmO直徑的線材。然后，將該線材進(jìn)行加熱-淬火處理以4吏鋼組織成為奧氏體單相組織，其在本發(fā)明中特別重要。首先，將如上所述獲得的線材加熱至900至1100°C的溫度。當(dāng)加熱溫度低于900。C時(shí)，線材不可能總是達(dá)到奧氏體溫度區(qū)，因此通過(guò)隨后的淬火處理不能形成奧氏體單相組織。而當(dāng)它超過(guò)IIOO"C時(shí)，在晶體部分形成微孔，且以這些孔作為起源，形成大尺寸析出物(碳化物等)，從而帶來(lái)加工性的顯著劣化。因此，加熱溫度限制至900至1100°C的范圍。而且，淬火處理不特別限制，但是優(yōu)選水冷、油淬火、在鹽浴中冷卻、噴霧冷卻、流化床處理等。特別地，從冷卻能力、環(huán)境和加工性的觀點(diǎn)，水冷最為優(yōu)選。在以上加熱-淬火處理后，通過(guò)約1(M于程的4i伸加工將線材精整成具有約2.0至1.0mmO直徑的鋼絲。然后，在約400。C的溫度將鋼絲進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理以形成胎圈鋼絲。因此，能獲得具有高強(qiáng)度和優(yōu)良延展性的胎圏鋼絲。為了將上述胎圏鋼絲應(yīng)用至輪胎，首先酸洗(pickle)胎圈鋼絲以清潔其表面，隨后將其進(jìn)行CuSn或CuZn類(lèi)鍍覆。該鍍覆方法可根據(jù)通常方式施行，且鍍覆通常以約0.4至1.5g/mm2的涂布重量進(jìn)行。然后，當(dāng)用橡膠涂布鋼絲表面時(shí)，根據(jù)鋼絲的直徑將鋼絲纏繞幾次以形成胎圏芯，且將所得胎圏芯應(yīng)用于輪胎。在該胎圏芯的形成中，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的胎圏鋼絲的強(qiáng)度和延展性優(yōu)良，所以即使使直徑大于常規(guī)直徑，也能保證足以安裝在輪輞上的延展性，因此可減少胎圏芯的繞數(shù)。換言之，根據(jù)常規(guī)技術(shù)，應(yīng)將鋼絲細(xì)化至具有約0.9至2.0mmO的直徑以獲得所需強(qiáng)度。相反，因?yàn)楸景l(fā)明的鐵合金的強(qiáng)度和延展性優(yōu)良，所以即使當(dāng)鋼絲的直徑是約1.5至3.5mm(D時(shí)，也能獲得與常規(guī)鋼絲相比相同的強(qiáng)度和更優(yōu)良的延展性。在常規(guī)技術(shù)中，當(dāng)鋼絲的直徑是1.26mmO時(shí)，通過(guò)12至25次纏繞形成鋼絲圏(beadring)。然而，才艮據(jù)本發(fā)明的胎圏鋼絲中，即使在2mm直徑下也能獲得同樣的強(qiáng)度，因此通過(guò)纏繞5至10次能形成具有同樣體積的鋼絲圈。另外，當(dāng)將本發(fā)明的胎圈鋼絲拉伸至如常規(guī)鋼絲中同樣的水平時(shí)，能獲得更高拉伸強(qiáng)度且還可預(yù)期胎圈芯部分的減輕。實(shí)施例1將具有如表l所示的不同組分組成的鋼錠分別壓延成具有5.5mmO的線材。然后，在1100°C下將線材進(jìn)行加熱處理5分鐘并淬火，以使鋼組織成為奧氏體單相組織。接著，將線材拉伸以形成1.26mm<D的細(xì)絲，在460。C下將該細(xì)絲進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理以形成胎圈鋼絲。檢查對(duì)于由此獲得的胎圏鋼絲的拉伸強(qiáng)度、延展性和重量減輕度，以獲得如表l所示的結(jié)果。另外，每個(gè)特性的評(píng)價(jià)方法如下。拉伸強(qiáng)度和延展性通過(guò)根據(jù)JISG3510的試驗(yàn)測(cè)量各個(gè)特性。重量減輕度使用常規(guī)普通胎圈鋼絲(組分組成C:3.3原子％、Mn:0.5原子％、其余Fe、比重7.87g/cm3)作為對(duì)照材料，且通過(guò)經(jīng)由將在對(duì)照材料和待檢胎圈鋼絲之間的比重差除以普通胎圏鋼絲的比重獲得的百分比表示重量減輕度。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>如表1所示，根據(jù)本發(fā)明獲得的所有胎圈鋼絲達(dá)到4.8至17.4%的重量減輕。另外，確認(rèn)獲得足夠拉伸強(qiáng)度和高延展性。另夕卜，酸洗表l中的13號(hào)胎圏鋼絲且在用橡膠涂布其表面時(shí)用1.0g/mm2的涂布重量進(jìn)行CuSn類(lèi)鍍覆，然后纏繞12次以形成應(yīng)用于輪胎的胎圈鋼絲。關(guān)于因此獲得的輪胎，用如上所述的同樣方式檢查作為整個(gè)輪胎的重量減輕度。結(jié)果，常規(guī)輪胎的總重是11.80kg，而能將總重減少至11.67kg(重量減輕度1.1%)。權(quán)利要求1.一種輕量且延展性優(yōu)良的胎圈鋼絲，其具有以下組成Mn5至35原子％和Al5至20原子％，且其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中鋼組織是奧氏體單相組織。2.—種輕量且延展性優(yōu)良的胎圈鋼絲，其具有以下組成C:0.1至1.5原子％,Mn:5至35原子％和Al:5至20原子％,且其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中鋼組織是奧氏體單相組織且在該奧氏體單相組織中包括微細(xì)碳化物。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輕量且延展性優(yōu)良的胎圈鋼絲，其中所述組成進(jìn)一步包含Cr:1至7原子％作為添加組分。4.一種用于生產(chǎn)輕量且延展性優(yōu)良的胎圏鋼絲的方法，其包含壓延具有根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的組成的鋼錠以形成線材，冷卻該線材，加熱至溫度900至1100。C,淬火以4吏鋼組織成為奧氏體單相組織，拉伸且隨后進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理。5.—種輕量輪胎，其包含根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的胎圏鋼絲。全文摘要公開(kāi)具有下列化學(xué)組成的胎圈鋼絲Mn5至35原子％；和Al5至20原子％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并具有奧氏體單相組織作為鋼組織。在該胎圈鋼絲中，可實(shí)現(xiàn)重量減輕和拉伸性改進(jìn)而不降低強(qiáng)度。文檔編號(hào)C22C38/06GK101443470SQ20078001745公開(kāi)日2009年5月27日申請(qǐng)日期2007年2月22日優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日發(fā)明者橫井隆,菊池正美,青池由紀(jì)夫申請(qǐng)人:株式會(huì)社普利司通