CN103540738A

CN103540738A - 高强度金属线材的制造方法

Info

Publication number: CN103540738A
Application number: CN201310487754.XA
Authority: CN
Inventors: 大野义昭
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2014-01-29
Also published as: ES2619323T3; JP5478494B2; EP2327806A4; WO2010021244A1; US20110146849A1; CN102124129A; EP2327806B1; US8900383B2; JPWO2010021244A1; KR20110058820A; EP2327806A1

Abstract

本发明提供一种高强度金属线材的制造方法。其能够不损害强度以及拉伸特性地制造提高了弯曲特性以及扭转特性、具有高韧性、耐疲劳性优良的金属线材。在该高强度金属线材的制造方法中，在对具有0.5～1.1质量％的碳原子、且加工应变为2.5以上、强度为3000MPa以上的高碳钢的金属线材在90～300℃的温度范围内实施热处理时，该温度区域中的热处理时间t（s）和热处理温度T（K）满足下述式所表示的关系，0.1≤Ln（t）－10100／T＋20≤11。

Description

高强度金属线材的制造方法

本申请是国际申请日为2009年8月5日、进入中国国家阶段日期为2011年2月18日、PCT申请号为PCT/JP2009/063892、国家申请号为200980132414.7、发明名称为“高强度金属线材的制造方法”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种高强度金属线材的制造方法，详细而言，涉及一种能够不损害强度以及拉伸特性地获得提高了弯曲特性以及扭转特性、具有高韧性、耐疲劳性优良的金属线材的高强度金属线材的制造方法。

背景技术

成为帘线的构成要素的金属线料要求具有各种各样的特性。例如，从近年来的环境问题的角度出发，当务之急，特别是要求轮胎的轻量化，以有助于促进降低汽车的燃烧消耗率。为此，需要使成为轮胎的加强件的帘线高强度化，减少帘线的使用量。

作为使帘线高强度化的方法，将构成帘线的线料自身高强度化是有效的方法。为了使该线料高强度化，采用以下方法，即，对于拉丝加工而获得的作为线料的初始材料的金属线材，调整其成分组合，或者在拉丝加工上下功夫。由此，实现高强度化，但是，另一方面存在随着高强度化降低了金属线材的延展性的问题。

以往，作为恢复金属线材的延展性的方法，通常对金属线材实施低温且短时间的热处理，即所谓的发蓝处理（blueing）。通过对金属线材实施该发蓝处理，力求恢复延展性。

例如，在专利文献1以及2中，公开了如下内容：通过对拉伸强度小于3000MPa的钢丝帘线在400℃附近的温度区域内以一定的保持时间实施发蓝处理，从而能够提高钢丝帘线的拉伸断裂特性。

而且，在专利文献3中，公开了如下内容：通过对钢丝实施拉丝加工、镀层处理以及在340℃～500℃的温度区域内实施几秒～几十秒的发蓝处理，从而能够增加弹性拉伸。

另外，在专利文献4中，公开了如下内容：通过在250℃～440℃的温度区域内对碳钢丝实施将保持时间调节在6秒～15分钟之间的发蓝处理，使碳钢丝的内部摩擦的最大值在180℃～220℃的温度区域中处于合适的范围内，从而能够提高延展性。

另外，还在专利文献5中，公开了如下内容：由极细高碳钢丝的差示扫描量热分析曲线的分析结果，发现了在100℃附近有无发热峰值和极细高碳钢丝的扭转变形中产生分层之间的相关性，由此，在拉丝加工中，能够通过在低温下加工来抑制由应变时效（由C扩散引起）引起的延展性降低。

另外，还在专利文献6中，公开有下述内容：对拉伸强度为4000MPa以上的金属线材在250～400℃的温度范围内实施热处理时，控制在该温度区域中的保持时间，以使该热处理后的金属线材中的Fe扩散距离处于预定的范围，从而，能够不用牺牲热处理后的金属线材的拉伸强度以及弯曲强度地恢复延展性。

专利文献

专利文献1：日本特开平9－228274号公报

专利文献2：日本特开2001－512191号公报

专利文献3：日本特开2000－80441号公报

专利文献4：日本特开平11－269557号公报

专利文献5：日本特许第3983218号公报

专利文献6：日本特开平2008－38199号公报

在作为恢复金属线材的延展性等的方法而采用的上述各种热处理方法中，存在下述问题，即，虽然能够大幅度地恢复拉伸断裂特性，但是由于强度大幅度地降低，而且渗碳体球状化，因此，弯曲强度特性也降低。另一方面，在利用低温加工方法获得的钢材中，存在下述问题，即，在放置于室温下的状态，或者像钢丝帘线那样在制作轮胎时进行加热处理的过程中产生上述应变时效，结果导致延展性、耐疲劳性降低。

因此，本发明的目的在于提供一种能够不损害强度以及拉伸特性地获得提高了弯曲特性以及扭转特性、具有高韧性、耐疲劳性优良的金属线材的高强度金属线材的制造方法。

发明内容

为了解决上述课题，本发明的高强度金属线材的制造方法的特征在于，在对具有0.5～1.1质量％的碳原子、且加工应变为2.5以上、强度为3000MPa以上的高碳钢的金属线材在90～300℃的温度范围内实施热处理时，该温度区域中的热处理时间t（s）和热处理温度T（K）满足下述式所表示的关系，

0.1≤Ln（t）－10100／T＋20≤11 （1）。

在本发明中，优选在上述热处理之前进行应变时效缓和处理，另外，优选在真空中或者惰性气体中进行上述热处理。

本发明是基于以下见解完成的。

众所周知，钢丝帘线的强度主要是利用以下各种强化结构强化的，即，由铁素体和渗碳体的2相构造（珠光体组织）产生的沉淀强化、由加工产生的细晶强化、由加工应变的积累产生的加工强化、由固溶在铁素体中的C、N原子位错固定产生的应变时效等。

因此，使用差示扫描量热仪进行线材的热分析，分析了这些强化结构在热的作用下如何变化，而且，深入研究了在各个温度下热处理的金属丝的强度、弯曲强度。

首先，从获得的峰值得知，存在90℃（第1反应）、90～250℃（第2反应）、250～400℃（第3反应）的3个发热反应。

而且，从在各个反应区域中热处理的金属丝的强度、弯曲强度得知以下内容。

（第1反应）

在日本特许第3983218号（专利文献5）中记载的应变时效（由C、N扩散引起）的反应中，虽然强度增加，但弯曲强度下降。该反应在拉丝加工过程中、在室温附近也发生。

（第2反应）

虽然强度稍稍下降，但弯曲强度大幅上升。作为其原因，由于没有金相组织上的较大变化，因此，可以认为是如下现象：由于生成碳化物、应变移动而得到缓和（恢复现象）等，使第1反应、加工强化得到缓和。

（第3反应）

强度、弯曲强度都大幅变小。由于金相组织也被破坏了，因此，可以认为是由金相组织变化引起的。

因此，本发明人着眼于这些反应中的第2反应，考虑到反应的进行量是原子的扩散控制（diffusion controlled；日语：拡散律速），从通常的下述原子扩散移动距离X导出了系数。

X = \sqrt{(2 \times D \times t)}

D＝D0×EXP（－Q／RT）

t：保持时间（s）

T：温度（K）

R：气体常数

Q：活化能（kJ／mol）

D0：扩散系数

从上述式计算合适的热处理范围的温度T、从保持时间t求出系数并整理，结果导出下式，

0.1≤Ln（t）－10100／T＋20≤11

以至完成本发明。

发明的效果

采用本发明，能够制造不损害强度以及拉伸特性地制造提高了弯曲特性以及扭转特性、具有高韧性、耐疲劳性优良的金属线材的高强度金属线材。

附图说明

图1是表示实施例中的热处理指数和弯曲特性指数的关系的图表。

具体实施方式

以下，具体说明本发明的实施方式。

在本发明中，对具有0.5～1.1质量％的碳原子且具有珠光体组织的高碳钢实施热处理。已确认，对于碳原子含有量处于该范围内的高碳钢，利用加工使珠光体内的渗碳体分解，铁素体中承担延展性的碳量增加，促进应变时效（应变使碳原子固定），延展性降低。通过以90～300℃进行热处理，能够使该应变缓和，能够良好地提高延展性。

而且，在本发明中，高碳钢的加工应变为2.5以上，优选为3以上。已确认，在加工应变为2.5以上的高碳钢中，能够促进上述渗碳体分解。特别是，在加工应变为3以上时上述渗碳体分解变得显著，延展性容易降低。在此，加工后马上进行矫正加工、喷丸处理，使用了平整机（skin pass）的拉丝等而缓和在加工中产生的应变时效，这是在获得期望的效果方面比较合适的。

另外，在本发明中，所述高碳钢的金属线材的强度为3000MPa以上，优选为4000MPa以上。由于该强度为4000MPa以上的金属线材在分层等的影响下容易使延展性显著降低，因此，将本发明的热处理应用于这样的线材而增加其延展性是有利的。

上述金属线材能够通过已知的方法获得，对于延伸方法等制造方法并不特别限制。

在本发明中，对上述金属线材在90～300℃的温度范围内实施热处理。如上所述，该温度范围是二次发热反应，重要的是该温度区域中的热处理时间t（s）和热处理温度T（K）满足下述式所表示的关系：

0.1≤Ln（t）－10100／T＋20≤11 （1）

优选满足下述式所表示的关系：

5≤Ln（t）－10100／T＋20≤10 （2）

而且，为了均匀地加热，热处理时间最好是3min（180s）以上，由于长时间的热处理会使生产率下降，因此优选热处理时间为50h（180ks）以下。

在满足上述关系的情况下，基本上不会引起渗碳体的球状化，拉伸不会恢复，但由于强度基本不会降低，缓和应变时效，因而提高了扭转特性、弯曲特性、耐疲劳性。而且，在90～300℃的低温中进行热处理，因而基本上没有发现形成发蓝那样的氧化覆膜。

而且，在本发明中，优选在减压下或者惰性气体中实施对金属线材的热处理。在大气中实施所述热处理的情况下，导致金属线材的表面被氧化，例如，在将该表面氧化了的金属线材用于加强轮胎等橡胶制品时，有可能使金属线材与橡胶的粘接性变差。另外，也可以去除金属线材的氧化皮膜，但与在金属线材的制造工序中附加该除去工艺相比，在能够抑制金属线材的表面氧化的减压下或者惰性气体中实施热处理更为高效。

实施例

以下，基于实施例说明本发明。

（热处理对金属线材的影响）

对1.0质量％的碳原子含有量、加工应变为3.8、强度为4200MPa的高碳钢的金属线材（以下，称为“试样金属线材1”）实施热处理，测量了各温度下的金属线材的反应热、强度（抗拉力）、延展性强度。

依据差示扫描量热仪（DSC）求出了各温度下的金属线材的反应热。而且，热处理后的金属线材的强度是以如下的方式求出的，即，根据依据日本工业标准JIS Z2241的拉伸试验，制作应力-应变线图，由该应力-应变线图求出最大应力而作为金属线材的强度的值。另外，热处理后的延展性强度是以如下方式求出的，即，基于日本特开平6－184963号公报所记载的环结强度保持率（loop tenacity retention；日语：引っ掛け強度保持率）的计算方法求出。

从获得的反应热曲线能够确认，存在90℃（一次）、90～250℃（二次）、250～400℃（三次）的3个发热反应。而且，得知在一次反应中强度较高，但延展性强度较低，在二次反应中强度稍稍降低，但延展性强度提高，另外，在三次反应中，强度和延展性强度两者均降低。

（热处理和弯曲特性的关系）

接着，求出热处理和弯曲特性的关系。弯曲特性是以如下方式得出的，即，根据日本特开平6－184963号公报所记载的勾挂强度保持率的计算方法对直径Φ为0.22mm的试样金属线材1以及试样金属线材2（碳原子含有量为0.9质量％、加工应变为4.2、强度为4400MPa）进行计算，将未实施加热处理的仍处于加工后的状态为100而进行了指数表示。数值越大，表示弯曲特性越良好。

而且，将热处理指数设为二次反应的发热反应区域下的热处理时间t（s）和热处理温度T（K）的关系式Ln（t）－10100／T＋20的值。结果可知，在试样金属线材1以及试样金属线材2的任一种的情况下，都如图1所示，在该值小于0.1的情况下，仅发生应变时效，弯曲特性降低，而且，即使该值超过11，也由于产生通过渗碳体的分解（球状化）反应，弯曲特性依然降低。

Claims

1.一种高强度金属线材的制造方法，其特征在于，

在对具有0.5～1.1质量％的碳原子、且加工应变为2.5以上、强度为3000MPa以上的高碳钢的金属线材在90～250℃的温度范围内实施热处理时，该温度区域中的热处理时间t（s）和热处理温度T（K）满足下述式所表示的关系，

0.1≤Ln（t）－10100／T＋20≤11 （1）；

上述高强度金属线材用于轮胎的加强材料。

2.根据权利要求1所述的高强度金属线材的制造方法，其特征在于，

该高强度金属线材被实施镀层。

3.根据权利要求1或2所述的高强度金属线材的制造方法，其特征在于，

在上述热处理之前进行应变时效缓和处理。

4.根据权利要求1或2所述的高强度金属线材的制造方法，其特征在于，

在真空中或者惰性气体中进行上述热处理。