CN102341194A - 钢丝的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钢丝的制造方法，其能够以较少的加工能量制造出具有良好的拉伸强度的钢丝。钢丝的制造方法包括：预拉丝工序，对含有0.90质量％～1.20质量％的碳的高碳钢线材实施拉丝加工而得到中间线材；热处理工序，对上述中间线材实施铅浴淬火热处理而得到热处理后线材；以及最终拉丝工序，对上述热处理后线材实施拉丝加工而得到钢丝；其中，满足用下式εf＝2ln(D0/Df)(式中，Df表示在最终拉丝工序中得到的钢丝的最终直径，D0表示最终拉丝工序前的热处理后线材的直径，ln为自然对数)表示的关系的、最终拉丝工序下的拉丝加工量εf为2.50～3.10。

Description

钢丝的制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢丝的制造方法(以下也简称为“制造方法”)，具体地说，涉及一种能够减少制造钢丝所需的能量的钢丝的制造方法。
背景技术
作为以轮胎为首的橡胶制品等的加强材料，使用有由加捻的钢丝线材等构成的钢丝帘线。
以往，利用以下工序制造使用于该钢丝线材的高碳钢丝。该高碳钢丝以通过斯泰尔摩(stelmor)处理而成的珠光体组织的直径约5.5mm的高碳钢线材为原材料。此外，作为预拉丝工序，对原材料实施拉丝加工，得到直径大于最终直径的中间线材。该预拉丝加工一般适用干式拉丝，有时也适用包括热处理的2个工序的拉丝加工。
而且，作为热处理工序，对中间线材实施铅浴淬火(patenting)热处理，得到具有微细珠光体组织的热处理后线材，在制造用于加强橡胶制品的线材时，接着热处理实施镀铜处理。
而且，作为最终拉丝工序，对热处理后线材实施拉丝加工，得到具有希望的最终直径和希望的拉伸强度的钢丝。该最终拉丝工序一般适用湿式拉丝法。
此外，利用上述工序制造的钢丝的拉伸强度受到原材料的组成(主要是碳含量)和最终拉丝工序下的拉丝加工量的较大影响。即，碳含量越多，或最终拉丝工序下的拉丝加工量越大，则钢丝的拉伸强度越高。
例如，一般在制造钢丝帘线用线材时使用的原材料的碳含量为0.80质量％～0.86质量％(以下，称其为“80C材”)。当使用该原材料制造直径为0.23mm且拉伸强度约为3200MPa的钢丝时，满足用下式
εf＝2ln(D0/Df)
(式中，Df表示利用最终拉丝工序得到的钢丝的最终直径，D0表示最终拉丝工序前的热处理后线材的直径，ln为自然对数)表示的关系的、最终拉丝工序下的拉丝加工量εf约为3.2。对于这种一般的技术，要求用于实现更高强度的技术、用于降低制造成本的技术。
因此，在专利文献1～4中公开了如下技术：使用80C材并改进最终拉丝条件而增加最终拉丝加工量，从而使拉伸强度提高。此外，在专利文献5、6中公开了如下技术：使用增加了碳含量的原材料并调整制作中间线材的预拉丝工序的拉丝加工量，从而使拉伸强度提高。而且，在专利文献7中公开了如下技术：使用增加了碳含量的原材料并添加Cr等合金元素，从而使拉伸强度提高。
而且，在专利文献8、9中公开了如下技术：使用碳含量小于80C材的原材料并增加最终拉丝加工量，从而制造出拉伸强度与适用了80C材的情况相同的钢丝。
专利文献
专利文献1：日本特开平8-132128号公报(权利要求书等)
专利文献2：日本特开平8-218282号公报(权利要求书等)
专利文献3：日本特开平10-325089号公报(权利要求书等)
专利文献4：日本特开平11-241280号公报(权利要求书等)
专利文献5：日本特开平6-136453号公报(权利要求书等)
专利文献6：日本特开2007-111767号公报(权利要求书等)
专利文献7：日本特开2008-69409号公报(权利要求书等)
专利文献8：日本特开平8-260096号公报(权利要求书等)
专利文献9：日本特开平8-325964号公报(权利要求书等)
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献1～7所记载的技术中，在被要求降低环境负载的情况下，没有考虑制造所需的能量。此外，在专利文献8、9所记载的技术中，虽然能够降低原材料的成本，但由于需要增加最终拉丝加工量而没能降低加工所需的能量，被要求能够以更少的加工能量制造钢丝的钢丝的制造方法。
因此，本发明的目的在于提供一种制造方法，其能够解决上述以往技术中的问题，而能够以较少的加工能量制造出具有良好的拉伸强度的钢丝。具体地说，提供一种能够以较少的加工能量制造出拉伸强度与通过使用了80C材的以往一般的制造方法所得到的钢丝相同的钢丝的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人为了解决上述问题而进行了深入研究，结果得出以下结论。即，通常，在最终拉丝加工中采用湿式滑移(slip)拉丝方式，但湿式拉丝加工的拉丝方式是在润滑液中利用绞盘拉出线丝的方式。在这里，若考虑生产、设备上的效率，则优选的是利用1台拉丝机同时进行20级左右的连续拉丝，并利用1台马达驱动各级绞盘。但是，在拉丝机的构造上，需要在绞盘和线丝之间存在速度差即滑移，该滑移成为制造电力的损失。另一方面，由于在预拉丝加工中所使用的干式拉丝机是对每1级绞盘利用1台马达来控制速度的方式，因此得出不会产生滑移而制造电力的损失较少的结论。
此外，在最终湿式拉丝中，拉模界面由于与线丝表面的镀层成为金属接触(metal touch)的极压润滑状态，因此摩擦系数较大。另一方面，在干式拉丝中，粉末状的润滑剂进入拉模界面，润滑剂溶化而成为流体润滑状态，可认为摩擦系数较小。因此，可认为湿式拉丝与干式拉丝相比较消耗电力较大。因此，本发明人根据该结论进一步进行了深入研究，结果发现通过调整最终拉丝工序下的拉丝加工量εf能够以较少的加工能量制造出具有良好的拉伸强度的钢丝，从而完成了本发明。
即，本发明的钢丝的制造方法包括：预拉丝工序，对含有0.90质量％～1.20质量％的碳的高碳钢线材实施拉丝加工而得到中间线材；热处理工序，对上述中间线材实施铅浴淬火热处理而得到热处理后线材；以及最终拉丝工序，对上述热处理后线材实施拉丝加工而得到钢丝；其特征在于，满足用下式
εf＝2ln(D0/Df)
(式中，Df表示在最终拉丝工序中得到的钢丝的最终直径，D0表示最终拉丝工序前的热处理后线材的直径，ln为自然对数)表示的关系的、最终拉丝工序下的拉丝加工量εf为2.50～3.10。
此外，在本发明的钢丝的制造方法中，优选的是，上述高碳钢线材的金属组织为珠光体，还优选的是，在上述最终拉丝工序中得到的钢丝的直径为0.05mm～0.50mm，而且，在本发明的钢丝的制造方法中，优选的是，在上述最终拉丝工序中得到的钢丝的拉伸强度TSf、上述热处理后线材的拉伸强度TS及上述εf满足用下式
TS×e×p(0.24×εf)≤TSf≤TS×e×p(0.30×εf)
表示的关系，更优选的是，TSf为2700MPa～3300MPa。
此外，在本发明的钢丝的制造方法中，优选的是，对含有0.90质量％～1.05质量％的碳的高碳钢线材实施拉丝加工而得到中间线材，上述εf为2.70～3.05，上述TSf为2700MPa～3200MPa。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够以较少的加工能量制造出具有良好的拉伸强度的钢丝的制造方法。
具体实施方式
以下，具体说明本发明的实施方式。
本发明的钢丝的制造方法包括对高碳钢线材实施拉丝加工而得到中间线材的预拉丝工序、对该中间线材实施铅浴淬火热处理而得到热处理后线材的热处理工序、以及对该热处理后线材实施拉丝加工而得到钢丝的最终拉丝工序。
此外，本发明的钢丝的制造方法是以含有0.90质量％～1.20质量％的碳的高碳钢线材为原材料，也可以使用在该高碳钢线材中添加了Cr、Ni、V等合金元素的原材料。在高碳钢线材中含有的碳的量小于0.90质量％的情况下，与适用一般的80C材的情况相比，最终拉丝工序下的所需加工量较大而不能设定得较小，因此节能效果较小。另一方面，若超过1.20质量％，则在热处理工序中难以得到均匀的金属组织，热处理后线材的拉丝可加工性变差。
而且，关于本发明的钢丝的制造方法，满足用下式
εf＝2ln(D0/Df)
(式中，Df表示利用最终拉丝工序得到的钢丝的最终直径，D0表示最终拉丝工序前的热处理后线材的直径，ln为自然对数)表示的关系的、最终拉丝工序下的拉丝加工量εf为2.50～3.10，优选的是2.60～3.00。在拉丝加工量εf小于2.50的情况下，作为橡胶加强用、绳索(rope)用线材难以得到希望的拉伸强度。另一方面，若拉丝加工量εf大于3.10，则最终拉丝所需的能量变大，因此难以得到节能效果。
在制造钢丝所消耗的能量中，最终拉丝工序所需的电力所占的比例较大。因此，通过调整最终拉丝工序下的拉丝加工量εf，能够利用较小的加工能量制造出具有良好的拉伸强度的钢丝。此外，通过使用碳含量比80C材高的原材料，能够减小为了得到与以往制品相同的拉伸强度而在最终拉丝工序中所需的拉丝加工量，从而能够降低制造所需的能量。而且，减小最终拉丝加工量也有利于提高钢丝的韧性，还能期待断线减少所带来的可生产性的提高、钢丝品质的提高这样的附加效果。
在本发明的钢丝的制造方法中，优选的是，高碳钢线材的金属组织为珠光体。这是因为，珠光体钢的加工硬化率大于马氏体钢。
在本发明的钢丝的制造方法中，优选的是，在最终拉丝工序中所得的钢丝的直径为0.05mm～0.50mm。该范围是作为橡胶加强用、绳索用线材优选的直径范围，能够以较少的加工能量制造出具有良好的拉伸强度的钢丝。
此外，在本发明的钢丝的制造方法中，在珠光体钢的情况下，优选的是在最终拉丝工序中得到的钢丝的拉伸强度TSf、热处理后线材的拉伸强度TS及εf满足下式
TS×e×p(0.24×εf)≤TSf≤TS×e×p(0.30×εf)
表示的关系，更优选的是TSf为2700MPa～3300MPa。这是因为，在钢丝的拉伸强度小于2700MPa的情况下，作为橡胶加强用、绳索用线材有可能会强度不足，另一方面，若钢丝的拉伸强度大于3300MPa，则即使增加碳含量也需要将最终拉丝工序下的加工量设定得较大，因此节能效果可能会较小。
而且，在本发明的钢丝的制造方法中，优选的是，对含有0.90质量％～1.05质量％的碳的高碳钢线材实施拉丝加工而得到中间线材，设定拉丝加工量εf为2.70～3.05，设定在最终拉丝工序中得到的钢丝的拉伸强度为2700MPa～3200MPa。由此，能够以更少的加工能量制造出具有良好的拉丝强度的钢丝。此外，通过将高碳钢线材中含有的碳的量的上限设定为1.05，易于在热处理工序中得到均匀的金属组织。
在本发明中，只有高碳钢线材中的碳含量、拉丝加工量εf、在最终拉丝工序中得到的钢丝的拉伸强度比较重要，关于除此以外的各工序中的处理方法、处理条件等，可根据希望，按照常规方法适宜地进行，并没有特别的限制。
此外，本发明的钢丝的制造方法可以使用于用于加强橡胶制品的钢丝帘线的线材、钢索的线材的制造等。
实施例
以下，列举实施例来更详细地说明本发明，但本发明不限于下述实施例中的任意一者。
(实施例1)
对直径为5.5mm且含有1.02质量％的碳的高碳钢线材(102C材)实施拉丝加工而制作出中间线材(预拉丝工序)。在预拉丝工序中未加入中间热处理。对得到的中间线材实施铅浴淬火热处理而制作出热处理后线材(热处理工序、热处理镀层)。对该热处理后线材实施拉丝加工(最终拉丝工序)，从而得到直径为0.19mm、拉伸强度TSf为3000MPa的实施例1的钢丝。另外，使用的高碳钢线材的金属组织是大致均匀的珠光体组织。
在下表1中示出上述实施例1的制造条件，并且示出中间线材直径(mm)、预拉丝工序下的拉丝加工量ε、热处理后线材的拉伸强度(TS、单位MPa)、在最终拉丝工序中得到的钢丝的最终直径(mm)、最终拉丝工序下的拉丝加工量εf以及在最终拉丝工序中得到的钢丝的拉伸强度(TSf、单位MPa)。此外，在表1中示出所使用的原材料的碳含量(质量％)、直径(mm)及材料的简称。另外，利用下式
ε＝2ln(D1/D2)
(式中，D1表示预拉丝工序之前的线材的直径，D2表示在预拉丝工序中得到的中间线材的直径，ln为自然对数)来表示拉丝加工量ε。
(实施例2)
除了下表1中示出的制造条件以外，与实施例1相同，从而得到直径为0.19mm、TSf为3000MPa的实施例2的钢丝。
(以往例)
除了下表1中示出的制造条件以外，与实施例1相同，从而得到直径为0.19mm、TSf为3000MPa的以往例的钢丝。
(比较例1)
除了下表1中示出的制造条件以外，与实施例1相同，从而得到直径为0.19mm、TSf为3000MPa的比较例1的钢丝。
(比较例2)
使用以往例中示出的制造条件，加工90C材，从而得到直径为0.19mm、TSf为3350MPa的比较例2的钢丝。
(比较例3)
除了下表1中示出的制造条件以外，与实施例1相同，从而得到直径为0.19mm、TSf为3000MPa的比较例3的钢丝。
(表1)
Figure BPA00001425828900091
求出制造1t的实施例1、2、以往例及比较例1～3的钢丝所需要的所需能量(各工序及合计)。使用设采用80C材时的总能量为1000的指数表示，下表2中示出其结果。表2中示出数值越小所需能量越少。
(表2)
Figure BPA00001425828900101
在以往例和比较例1～3中，最终拉丝工序下的所需能量所占的比例较大，但在实施例1、2中，由于能够降低高碳钢线材在最终拉丝工序下的所需能量，因此能够降低制造所需的能量，从而能够以较少的加工能量制造出具有良好的拉伸强度的钢丝。此外，在上述中，列举了直径为0.19mm、钢丝的拉伸强度为3000MPa和3350MPa的钢丝，但在制造直径或钢丝的拉伸强度不同的钢丝的情况下也能够得到相同的效果。

Claims (6)

1.一种钢丝的制造方法，包括：预拉丝工序，对含有0.90质量％～1.20质量％的碳的高碳钢线材实施拉丝加工而得到中间线材；热处理工序，对上述中间线材实施铅浴淬火热处理而得到热处理后线材；以及最终拉丝工序，对上述热处理后线材实施拉丝加工而得到钢丝；其特征在于，
满足用下式
εf＝2ln(D0/Df)
(式中，Df表示在最终拉丝工序中得到的钢丝的最终直径，D0表示最终拉丝工序前的热处理后线材的直径，ln为自然对数)表示的关系的、最终拉丝工序下的拉丝加工量εf为2.50～3.10。
2.根据权利要求1所述的钢丝的制造方法，其特征在于，
上述高碳钢线材的金属组织为珠光体。
3.根据权利要求1所述的钢丝的制造方法，其特征在于，
在上述最终拉丝工序中得到的钢丝的直径为0.05mm～0.50mm。
4.根据权利要求2所述的钢丝的制造方法，其特征在于，
在上述最终拉丝工序中得到的钢丝的拉伸强度TSf、上述热处理后线材的拉伸强度TS及上述εf满足用下式
TS×e×p(0.24×εf)≤TSf≤TS×e×p(0.30×εf)
表示的关系。
5.根据权利要求4所述的钢丝的制造方法，其特征在于，
上述TSf为2700MPa～3300MPa。
6.根据权利要求4或5所述的钢丝的制造方法，其特征在于，
对含有0.90质量％～1.05质量％的碳的高碳钢线材实施拉丝加工而得到中间线材，上述εf为2.70～3.05，上述TSf为2700MPa～3200MPa。
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