CN101793335A - 作为软管增强件的扁平高抗拉性金属丝 - Google Patents

作为软管增强件的扁平高抗拉性金属丝 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性软管或管子(42)，该柔性软管或管子借助于至少一根具有自然边缘的扁平化钢丝(10、20)增强。钢丝具有低于0.95的厚宽比t/w、超过3500-2000×d的抗拉强度Rm，及在最大负荷下至少为0.70％的永久延伸率Ag，其中d是具有相同横截面表面的圆的直径，并且其中Rm以MPa表示。钢丝(10、20)的扁平化可以恢复作为拉制到最终抗拉强度Rm的结果已经失去的韧性。

Description

作为软管增强件的扁平高抗拉性金属丝
本申请是基于2005年4月26日提出的名称为“作为软管增强件的扁平高抗拉性金属丝”的第200580014910.4号发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种借助于至少一根钢丝增强的柔性软管或管子。
背景技术
在柔性软管或管子的技术中，已经进行了几种尝试，以在保持增强量相等的同时减小软管或管子的直径，或者在增加增强量的同时保持软管或管子的直径恒定。在两种情况下，已经尝试具有较高抗拉强度的钢丝或钢索。然而，与橡胶轮胎大不相同，对于具有抗拉强度较高的钢索和钢丝的软管或管子的试验至今尚未成功。如在EP-B1-0 790349中公开的那样把应力释放处理应用于抗拉强度较高的钢丝或钢索已经证明减轻了在软管或管子中抗拉强度较高的增强件的缺陷，但同时减小了钢丝或钢索的抗拉强度。
发明内容
本发明的一个目的在于避免现有技术的缺陷。
本发明的另一个目的是在柔性软管或管子中设置高抗拉强度钢增强件。
本发明的又一个目的是减小柔性软管或管子的外径而不减小增强量。
本发明的可选择目的在于，增加柔性软管或管子中的增强量而不减小这些软管或管子的外径。
本发明的技术方案如下：
根据本发明，提供一种增强柔性软管或管子的方法，所述方法包括如下步骤：a)提供至少一根钢丝线材；b)将所述钢丝线材拉伸成钢丝；c)将所述钢丝冷轧到低于0.95的厚宽比t/w，从此将永久延伸率Ag增加到超过0.70％，以此保持超过3500-2000×d的抗拉强度Rm，其中d是具有相同横截面表面的圆的直径，并且其中d以毫米表示，Rm以MPa表示，d)将所述冷轧后的钢丝结合到柔性软管或管子中。
优选地，保持所述抗拉强度Rm超过4300-2000×d。
优选地，将所述钢丝冷轧到厚宽比t/w在0.90以下。
优选地，将所述钢丝螺旋缠绕以形成螺旋软管或管子。
优选地，使用多于一根的钢丝来增强所述柔性软管或管子。
优选地，将所述多于一根的钢丝编织以形成编织软管或管子。
根据本发明，提供有一种借助于至少一根扁平化钢丝增强的柔性软管或管子。该钢丝具有如下特征：
-低于0.95的厚宽比t/w，
-超过3500-2000×d的抗拉强度Rm，其中d是具有相同横截面表面的圆的直径，并且其中Rm以MPa表示，
-在最大负荷下至少为0.70％的永久延伸率Ag。
作为优选示例，扁平化钢丝具有自然边缘。术语“具有自然边缘的扁平化钢丝”是指在两个辊之间轧制的扁平钢丝：这种钢丝具有两个扁平侧和两个圆边，这两个圆边称作自然边缘，因为没有力施加在那里。厚度t是在两个扁平侧之间的距离。宽度w是在两个圆边之间的最长横截面距离。
已经花费了一些时间来找出在软管或管子中较高抗拉强度金属丝和索缺少成功的原因。最初，缺少成功归因于较高抗拉强度金属丝对于横向接触力比普通抗拉强度金属丝更易损坏的现象。尽管这种现象从一般观点看是真实的，但它不是在柔性软管或管子中缺少成功的原因。根据本发明人，发现真正原因是抗拉强度较高的钢丝和钢索的韧性减小：抗拉强度越高，韧性越低。圆钢丝的扁平化，例如借助于冷轧，显著增加韧性，而仅稍微减小抗拉强度。被称为Bausinger效应的本身已知的这种现象现在应用于用于软管或管子增强件的较高抗拉强度钢丝。
对于低于0.95的厚宽比t/w，已经注意到韧性的显著增加。厚宽比t/w越低，韧性增加得越大。所以低于0.90的t/w比低于0.95的t/w好。通常，t/w比值可以从0.20至0.95变化，例如从0.30至0.85。
通常，厚度t可以从0.15mm起变化，例如从0.20mm起。宽度w可以变化到高达1.50mm，例如高达1.30mm。关于抗拉强度，超过3500-2000×d MPa的抗拉强度Rm称为高抗拉强度，其中d是具有相同横截面表面的圆的直径。超过3900-2000×d MPa的抗拉强度Rm称为超高抗拉强度。
超过4300-2000×d MPa的抗拉强度Rm称为极高抗拉强度。
本发明既应用于螺旋软管又应用于编织软管。编织软管通常具有厚度t低于0.45mm的增强金属丝，并且螺旋软管通常具有厚度t低于0.75mm的增强金属丝。
软管的基体材料可以是橡胶、热塑性塑料和聚氨酯等。
附图说明
现在参照附图更详细地描述本发明，在附图中：
-图1是扁平化钢丝的横截面；
-图2是另一种扁平化钢丝的横截面；
-图3是解释不同延伸率的拉力图；
-图4将现有技术软管与本发明软管相比较。
具体实施方式
现有技术的圆金属丝具有与有效使用空间有关的限制。实际上，由具有直径d的圆金属丝占据的空间等于d2，而增强面积仅是πd2/4，所以有效使用空间的程度相当于π/4＝0.785。
现在将现有技术圆金属丝与图1所示的第一扁平化金属丝10相比较。扁平化金属丝10具有0.485mm的厚度和0.604mm的宽度w。所以t/w比值等于0.803。虚线矩形的表面面积是0.293mm2，而增强面积是0.2462mm2。所以有效使用空间的程度相当于0.84，这比在现有技术圆金属丝的情况下大。
扁平化金属丝10具有自然边缘12′和12″，自然边缘12′和12″是通过在两个辊之间轧制圆金属丝而不阻止在与两个辊的作用垂直的方向上的塑性流动而形成的边缘。
借助于图2继续与现有技术圆金属丝的比较。扁平化金属丝20具有0.310mm的厚度和0.853mm的宽度w。所以t/w比值等于0.363。虚线矩形的表面面积是0.26443mm2，而增强面积是0.247mm2。所以有效使用空间的程度相当于0.934，这比在现有技术圆金属丝的情况下大，并且比在图1的情况下大。t/w比值越小，有效使用空间的程度越大。
扁平化金属丝可以如下制造。原材料是具有沿如下界线的钢成分的线材：0.60％的最小碳含量；在0.30％与0.80％之间变化的镁含量；在0.10％与0.45％之间变化的硅含量；0.04％的最大硫含量；0.04％的最大磷含量；以及含量变化到高达0.4％的诸如镍、铬及钒之类的可能的微量合金元素。
将线材拉制到0.35mm的直径。此后，拉制钢丝在一对辊之间扁平化。
拉制程度、钢成分、中间热处理的数量(如果有的话)及扁平化程度确定最终抗拉强度。
试验
三种不同的扁平化程度已经应用于0.35mm的圆钢丝：
A：5％扁平化直到0.333mm的厚度t
B：10％扁平化直到0.315mm的厚度t
C：14％扁平化直到0.300mm的厚度t。
这三种扁平化程度已经应用于三种不同的抗拉强度级：普通抗拉(NT)强度金属丝、高抗拉(HT)强度金属丝和极高抗拉(UHT)强度金属丝。
已经测得对于所有情形在最大负荷下的永久延伸率Ag，并且与可比较的圆金属丝的Ag值相比较。
下文表1概括结果。
表1
  扁平化程度↓   普通强度NT(在％下的Ag)   高强度HT(在％下的Ag)   极高强度UHT(在％下的Ag)
  A：5％   1.13   0.90   0.66
  B：10％   1.22   0.98   0.77
  C：14％   1.38   1.19   1.00
  参考：圆金属丝   0.90   0.70   0.65
粗体数据指本发明的实施例。
在最大负荷下的永久延伸率Ag必须与诸如在断裂时的总延伸率At的其它延伸率相区分。为了阐明这点，图3给出具有各种参数的抗拉强度-延伸率曲线30的示意图，所述各种参数可借助于曲线30确定。
横坐标是延伸率ε(％)，并且纵坐标是强度T(MPa或兆帕斯卡)。可得出如下参数：
-Rm(MPa)是抗拉强度
-RP0.2(MPa)是在0.2％永久延伸率下的屈服强度
-RP0.01(MPa)是在0.01％永久延伸率下的屈服强度
-Ag(％)是在最大负荷下的永久延伸率
-A(％)是在断裂之后的百分比延伸率
-At(％)是在断裂时的总百分比延伸率
-E(MPa)是弹性模量。
所以Ag的值小于At的值。
再参照表1，已知的并且在表中的结果确认的是，增加抗拉强度降低了在最大负荷下的永久延伸率Ag。这就是为什么简单地增加抗拉强度至今在增强软管方面不成功的原因。然而，扁平化圆钢丝由于已经提到的Bausinger效应而使得永久延伸率At的较高值。所以将增加抗拉强度Rm与钢丝的扁平化组合在一起能够实现软管的有效的和改进的增强。
根据本发明的软管可以如下制造。绕心轴挤压内衬。绕内衬形成扁平化高抗拉强度钢丝的增强层。这可借助于编织机或借助于螺旋机完成。增强层可以跟随有一个或多个中间层和其它增强层。软管可以包括从一个至四个甚至更多个增强层。借助于覆盖层挤压径向外部的增强层。
图4将现有技术软管40与本发明软管42相比较。两种软管都具有相同的层顺序。
现有技术软管40具有内衬402、单个增强层404和覆盖层406。
本发明软管42具有内衬422、单个增强层424和覆盖层426。
两个层之间的差别在于增强件的类型。现有技术软管40借助于具有0.56mm直径的圆钢丝增强，而本发明软管42借助于具有0.310mm厚度和0.853mm宽度的扁平化钢丝增强。下文表2提及各种层的厚度和累积直径。
表2
Figure G2009102210658D00061
由表2可得出，本发明软管的增强层由于扁平化钢丝的使用具有减小的厚度。增强层中的这种减小的厚度导致软管的外径减小，并且导致橡胶量减少。在表2的情况下，已经得到约3％的橡胶量减少。

Claims (6)

1.一种增强柔性软管或管子的方法，所述方法包括如下步骤：
a)提供至少一根钢丝线材；
b)将所述钢丝线材拉伸成钢丝；
c)将所述钢丝冷轧到低于0.95的厚宽比t/w，从此将永久延伸率Ag增加到超过0.70％，以此保持超过3500-2000×d的抗拉强度Rm，其中d是具有相同横截面表面的圆的直径，并且其中d以毫米表示，Rm以MPa表示，
d)将所述冷轧后的钢丝结合到柔性软管或管子中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，保持所述抗拉强度Rm超过4300-2000×d。
3.根据上述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，将所述钢丝冷轧到厚宽比t/w在0.90以下。
4.根据上述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于，将所述钢丝螺旋缠绕以形成螺旋软管或管子。
5.根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，使用多于一根的钢丝来增强所述柔性软管或管子。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述多于一根的钢丝编织以形成编织软管或管子。
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