CN105026644A - 橡胶物品增强用钢丝及使用其的橡胶物品 - Google Patents

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Abstract

提供橡胶物品增强用钢丝及使用其的橡胶物品，该橡胶物品增强用钢丝具有扁平的截面形状并且相比于传统的丝具有优异的弯曲疲劳性能。一种橡胶物品增强用钢丝(10)，其具有彼此实质上垂直的长径和短径。假设长径为“W”，短径为“T”，穿过长径的宽度方向上的中央且与短径方向平行的直线为“L1”，穿过短径的宽度方向上的中央且与长径方向平行的直线为“L2”，L1与L2的交点为“中心点C”。从该中心点C至表面的距离的一半以内的区域为“中心区域Rc”，该中心区域Rc外侧的区域为“表层区域Rs”。则中心区域Rc的维氏硬度Hvc大于表层区域Rs的维氏硬度Hvs。此外，假设表层区域Rs中的、L1上的维氏硬度为“Hv1”，表层区域Rs中的、L2上的维氏硬度为“Hv2”。则满足由下述式所表示的关系：Hvc-Hv1≤150；Hvc-Hv2≤150；Hv1/Hvc×100≥85.11；Hv2/Hvc×100≥79.84。

Description

橡胶物品增强用钢丝及使用其的橡胶物品
技术领域
本发明涉及橡胶物品增强用钢丝(以下还简称为“丝(wire)”)及使用该丝的橡胶物品，具体地，本发明涉及具有扁平的截面形状并且相比于现有技术具有优异的弯曲疲劳性能的橡胶物品增强用钢丝，以及使用该丝的橡胶物品。
背景技术
近些年，对减轻轮胎重量以改善机动车的燃烧效率的需求已经增加。为了满足该需求，过去已经考察了作为用于增强轮胎的构件而在带束中使用的钢丝的结构，并且已经对该结构提出了各种新的技术。例如，专利文献1至3提出了橡胶物品增强用钢丝，其能够在通过允许丝的截面形状具有履带(track)截面形状、矩形截面形状和椭圆截面形状来实现重量减轻的同时改善了轮胎的耐久性。
另外，因为会对钢丝施加拉力和弯曲力，所以对能够埋设在诸如轮胎和工业用带束等的橡胶物品中的钢丝来说，弯曲疲劳性能是重要的。对于该问题，专利文献4提出了一种具有扁平的截面形状的橡胶物品增强用钢丝，其为优选作为用于增强轮胎的带束的材料的丝，并且通过允许该丝具有表面粗糙度在预定值或预定值以下的平滑表面以及通过允许该丝具有预定的截面形状，而能够在不使各种轮胎性能低下的情况下改善疲劳耐久性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭56-13003号公报
专利文献2：日本特开昭61-12989号公报
专利文献3：日本特开2000-301913号公报
专利文献4：日本特开2009-41170号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，考虑到诸如轮胎和工业用带束将来的更长的寿命，相比于现有技术中的丝的弯曲疲劳性能，将弯曲疲劳性能改善至优异的水平是重要的，当前期望建立作为现有技术的替换手段的新技术。
因而，本发明的目的在于提供具有扁平的截面形状并且相比于现有技术具有优异的弯曲疲劳性能的橡胶物品增强用钢丝，以及使用该丝的橡胶物品。
用于解决问题的方案
作为用于解决上述问题的深入研究的结果，本发明人发现，在对丝施加拉力或弯曲力的情况下，丝的耐久性会受到丝中的维氏硬度分布的影响。作为基于该发现的进一步深入研究的结果，本发明人发现通过按如下所述地使丝中的维氏硬度分布充分，能够解决上述问题，因而完成了本发明。
换言之，本发明的橡胶物品增强用钢丝为橡胶物品增强用钢丝，其包括具有长径和短径的宽度方向截面，所述长径和所述短径彼此实质上垂直，其中
假设长径为W，短径为T，穿过所述长径的宽度方向上的中央且与短径方向平行的直线为L1，穿过所述短径的宽度方向上的中央且与长径方向平行的直线为L2，所述L1与所述L2的交点为中心点C，从该中心点C至表面的距离的一半以内的区域为中心区域Rc，该中心区域Rc外侧的区域为表层区域Rs，则所述中心区域Rc的维氏硬度Hvc大于所述表层区域Rs的维氏硬度Hvs；并且
假设所述表层区域Rs中的、所述L1上的维氏硬度为Hv1，所述表层区域Rs中的、所述L2上的维氏硬度为Hv2，则满足由下述式(1)至式(4)所表示的关系：
Hvc-Hv1≤150(1)；
Hvc-Hv2≤150(2)；
Hv1/Hvc×100≥85.11(3)；以及
Hv2/Hvc×100≥79.84(4)。
在本发明的丝中，假设所述L1上的、距所述中心点C的距离为R1×T的点处的维氏硬度为Hv3，所述L2上的、距所述中心点C的距离为R2×W的点处的维氏硬度为Hv4，其中0<R1<0.5，0<R2<0.5，则优选满足由下述式(5)至式(7)所表示的关系：
3.0≤W/T≤7.0(5)；
-167×R12-117×R1+630≤Hv3≤-167×R12-417×R1+950(6)；以及
-375×R22-175×R2+630≤Hv4≤-500×R22-150×R2+950(7)。
在本发明的丝中，假设所述中心点C处的维氏硬度为Hv0，所述L2上的、距所述中心点C的距离为0.4W的位置处的维氏硬度为Hv5，则优选满足由下述式(8)所表示的关系：
150≥Hv0-Hv5≥60。
此外，在本发明的丝中，对于所述L1上的维氏硬度，所述中心点C处的维氏硬度Hv0最高；假设所述L1上的、距所述中心点C的距离为0.25T的位置处的维氏硬度为Hv6，所述L1上的、距所述中心点C的距离为0.45T的位置处的维氏硬度为Hv7，所述L2上的、距所述中心点C的距离为0.25W的位置处的维氏硬度为Hv8，所述L2上的、距所述中心点C的距离为0.45W的位置处的维氏硬度为Hv9，则优选满足由下述式(9)和式(10)所表示的关系：
0.55×(Hv0+Hv7)≥Hv6≥0.45×(Hv0+Hv7)(9)；以及
0.55×(Hv0+Hv9)≥Hv8≥0.45×(Hv0+Hv9)(10)。
此外，在本发明的丝中，假设所述中心点C处的维氏硬度为Hv0，所述L1上的、距所述中心点C的距离为0.3T的位置处的维氏硬度为Hv10，所述L2上的、距所述中心点C的距离为0.3W的位置处的维氏硬度为Hv11，则优选满足由下述式(11)所表示的关系：
105≥Hv11/Hv10×100≥94(11)。在本发明的丝中，所述中心点C处的维氏硬度Hv0优选为630至950。
在本发明的橡胶物品中，埋设有作为增强材料的本发明的橡胶物品增强用钢丝。
在本发明的橡胶物品中，所述橡胶物品增强用钢丝的长径优选与面内方向一致地排列对齐。
发明的效果
根据本发明，能够提供具有扁平的截面形状并且相比于现有技术具有优异的弯曲疲劳性能的橡胶物品增强用钢丝，以及使用该丝的橡胶物品。
附图说明
图1示出本发明的橡胶物品增强用钢丝的截面形状的一示例。
图2是示出式(4)中的Hv3的上限和下限的图。
图3是示出式(5)中的Hv4的上限和下限的图。
图4示出本发明的橡胶物品增强用钢丝的截面形状的另一示例。
图5示出本发明的橡胶物品增强用钢丝的截面形状的再一示例。
具体实施方式
以下将参照附图来详细说明本发明的实施方式。
本发明的橡胶物品增强用钢丝10包括具有长径和短径的宽度方向截面，该长径和短径彼此基本上垂直。图1示出了本发明的橡胶物品增强用钢丝的截面形状的一示例。在图示的示例中，宽度方向截面具有如下履带形状：该履带形状包括一对平行的直线部11以及均向外凸出且彼此面对的一对圆弧部12。在这种情况下，长径意味着丝10的宽度，而短径意味着丝10的厚度。
在本发明的丝10中，假设长径为W，短径为T，穿过长径的宽度方向上的中央且与短径方向(厚度方向)平行的直线为L1，穿过短径的宽度方向上的中央且与长径方向(宽度方向)平行的直线为L2，L1与L2的交点为中心点C，从中心点C至丝10的表面的距离的一半以内的区域为中心区域Rc(由图中的虚线所围绕的区域)，中心区域Rc外侧的区域为表层区域Rs，则中心区域Rc的维氏硬度Hvc大于表层区域Rs的维氏硬度Hvs。
当在丝10埋设在橡胶中的状态下对橡胶物品施加拉力或弯曲力时，同样的拉力或弯曲力也会施加至内部的丝10。在这种情况下，丝10的中心区域Rc位于弯曲变形的中轴线(neutral axis)附近，并因此对弯曲力的影响有抵抗作用。因而，在本发明的丝10中，允许丝10的中心区域Rc的维氏硬度Hvc高于表层区域Rs的维氏硬度Hvs，以确保丝10的拉伸强度。相比之下，因为丝10的表层区域Rs归因于弯曲变形而会大大地受到拉伸压缩力，所以表层区域Rs的维氏硬度Hvs被设定成低于中心区域Rc的维氏硬度Hvc，以赋予表层区域Rs高延展性的材料特性并且抑制作为疲劳断裂的产生原因的表面龟裂的发生。
另外，在本发明的丝10中，假设表层区域Rs中的、L1上的维氏硬度为Hv1，表层区域Rs中的、L2上的维氏硬度为Hv2，则满足由下述式(1)至式(4)所表示的关系：
Hvc-Hv1≤150(1)；
Hvc-Hv2≤150(2)
Hv1/Hvc×100≥85.11(3)；以及
Hv2/Hvc×100≥79.84(4)。
这是因为，当丝10的中心区域Rc的维氏硬度Hvc与表层区域Rs的维氏硬度Hv1和Hv2之间的差过大时，丝10中弯曲变形的发生可能会导致具有低维氏硬度的位置处的剪切变形(shear distortion)的集中，从而致使疲劳耐久性低下。
在本发明的丝10中，假设在短径方向(厚度方向)上距中心点C的距离为R1×T(0<R1<0.5)的任意点处的维氏硬度为Hv3，在长径方向(宽度方向)上距中心点C的距离为R2×W(0<R2<0.5)的任意点处的维氏硬度为Hv4，则优选地满足由下述式(5)至式(7)所表示的关系：
3.0≤W/T≤7.0(5)；
-167×R12-117×R1+630≤Hv3≤-167×R12-417×R1+950(6)；以及
-375×R22-175×R2+630≤Hv4≤-500×R22-150×R2+950(7)。
在W/T小于3.0的情况下，当将本发明的丝10用作用于增强橡胶物品的材料时，要求丝10具有大的厚度T以获得必要的强度，使得可能会提供不够充分的重量减轻效果。相比之下，W/T大于7.0的高扁平率可能会导致丝10在加工期间龟裂，这同样也不是优选的。
另外，当Hv3小于式(6)的上述范围时，可能会使埋设有本发明的丝10的橡胶物品的耐久性低下。相比之下，当Hv3超出式(6)的上述范围时，存在丝10在其加工期间龟裂的担心。此外，当Hv4小于式(7)的上述范围时，可能会使埋设有本发明的丝10的橡胶物品的耐久性低下。相比之下，当Hv4超出式(7)的上述范围时，存在丝10在其加工期间龟裂的担心。图2是示出式(6)中的Hv3的上限和下限的图，图3是示出式(7)中的Hv4的上限和下限的图。
另外，在本发明的丝10中，假设中心点C处的维氏硬度为Hv0，L2上的、距中心点C的距离为0.4W的位置处的维氏硬度为Hv5，则优选地满足由下述式(8)所表示的关系：
150≥Hv0-Hv5≥60。
通过允许位于丝10的表层附近的位置处的维氏硬度Hv5小于中心C处的维氏硬度Hv0，能够赋予丝10高的延展性，由此抑制了在丝10的表面发生作为疲劳断裂的产生原因的龟裂。
此外，在本发明的丝10中，对于L1上的维氏硬度，中心点C处的维氏硬度Hv0最高；假设L1上的、距中心点C的距离为0.25T的位置处的维氏硬度为Hv6，L1上的、距中心点C的距离为0.45T的位置处的维氏硬度为Hv7，L2上的、距中心点C的距离为0.25W的位置处的维氏硬度为Hv8，L2上的、距中心点C的距离为0.45W的位置处的维氏硬度为Hv9，则优选地满足由下述式(9)和式(10)所表示的关系：
0.55×(Hv0+Hv7)≥Hv6≥0.45×(Hv0+Hv7)(9)；以及
0.55×(Hv0+Hv9)≥Hv8≥0.45×(Hv0+Hv9)(10)。
满足式(9)和式(10)允许维氏硬度Hv平缓地分布。换言之，不满足式(9)和式(10)会导致维氏硬度Hv呈以中心点C作为顶点的倒U字形分布，而满足式(9)和式(10)会导致维氏硬度Hv呈几乎倒V字形分布。因此，满足式(9)和式(10)会导致丝对弯曲疲劳更有抵抗作用。
此外，在本发明的丝10中，假设中心点C处的维氏硬度为Hv0，L1上的、距中心点C的距离为0.3T的位置处的维氏硬度为Hv10，L2上的、距中心点C的距离为0.3W的位置处的维氏硬度为Hv11，则优选地满足由下述式(11)所表示的关系：
105≥Hv11/Hv10×100≥94(11)。
另外，在本发明的丝10中，优选地，中心点C处的维氏硬度Hv0为630至950。这是因为，当中心点C处的维氏硬度超出上述范围时，存在丝10的延展性低下的担心，从而致使疲劳耐久性低下。另外，这是因为，当中心点C处的维氏硬度小于上述范围时，会降低丝的强度，使得对用于增强橡胶物品的材料所提供的强度可能不足。
虽然以上已经详细说明了本发明的橡胶物品增强用钢丝，但是必要的仅在于，本发明的丝10包括具有长径和短径的宽度方向截面，该长径和短径彼此基本上垂直，其中假设长径为W，短径为T，穿过长径的宽度方向上的中央且与短径方向平行的直线为L1，穿过短径的宽度方向上的中央且与长径方向平行的直线为L2，L1与L2的交点为中心点C，从中心点C至表面的距离的一半以内的区域为中心区域Rc，中心区域Rc外侧的区域为表层区域Rs，则中心区域Rc的维氏硬度Hvc大于表层区域Rs的维氏硬度Hvs；并且不特别额外地限制丝10。
虽然以上已经使用具有履带形状的丝10说明了本发明的丝的截面形状，其中该履带形状包括一对平行的直线部11以及均向外凸出且彼此面对的一对圆弧部12，但是本发明的丝的截面形状不限于此。例如，图4示出了本发明的橡胶物品增强用钢丝的截面形状的另一示例，如该图所示，丝20可以具有如下大致矩形形状：该矩形形状包括两对平行的直线部21a和21b以及连接直线部且向外凸出的四个圆弧部22。另外，图5示出了本发明的橡胶物品增强用钢丝的截面形状的再一示例，如该图所示，丝30可以具有如下椭圆形状：该椭圆形状包括向外凸出的一对圆弧部32a以及曲率半径小于该圆弧部的曲率半径且向外凸出的圆弧部32b。
另外，不特别限制本发明的丝的材料等，可以使用传统上所使用的任意材料，并且含有0.80质量％或更多的碳组分的高碳钢是优选的。将含有0.80质量％或更多的碳组分、具有高的硬度的高碳钢用作丝材料，能够有利地获得本发明的效果。相比之下，由于多于1.5质量％的碳组分会导致延展性低下和耐疲劳性不足，所以不是优选的。
能够利用用于制造具有圆形截面的常规丝的传统设备和步骤、而不对其进行改变来制造本发明的丝。具体地，例如，能够通过在拉丝加工(wiredrawing)的后半部中的辊之间进行压延，或者通过穿过扁平孔的模具，以使丝变平来经济且容易地制造该丝。在这种情况下，必要地仅为适当地设定丝的拉丝加工和压延加工的条件，使得最终获得的丝的物理性能满足上述要求。例如，使用包括直径为120mm或更小的一对辊的多个轧钢机架(rollingstand)通过冷轧加工(cold rolling processing)来执行压延加工。在这种情况下，将冷轧加工中的每道次(pass)的压下量设定为15％或更小，将每道次的压下量设定成不小于(前道次的压下量的-1.0％)，并且在每道次加工之前，施加为钢丝断裂强度的3％-20％的反拉力。
以下将说明本发明的橡胶物品。
在本发明的橡胶物品中，橡胶中埋设有作为增强材料的本发明的上述橡胶物品增强用钢丝。本发明的橡胶物品的示例包括轮胎、工业用带束等并且特别地为轮胎。当本发明的橡胶物品用于轮胎或工业用带束时，优选地，丝的长径与轮胎或工业用带束的面内方向(in-plane direction)一致地排列对齐。结果，能够允许橡胶物品具有减薄了的厚度，从而在重量减轻方面是优异的。例如，当为了增强轮胎而在带束中使用丝10、20和30时，必要的仅为将丝10、20和30配置成使宽度方向相对于带束的面内方向一致对齐(uniformalized)。因为本发明的丝10、20和30具有优异的疲劳耐久性，所以还能够改善所获得的轮胎的疲劳耐久性。
实施例
以下参照实施例来更详细地说明本发明。
<实施例1至实施例12和比较例1至比较例6>
制备具有下表1至表3中列出的截面形状和维氏硬度分布的橡胶物品增强用钢丝。对所获得的各丝均进行三点弯曲疲劳试验，以评价丝的疲劳性能。另外，表中的Hvc为中心点C处的维氏硬度Hv0，Hv1、Hv3或Hv10为在短径方向上距各丝的中心点C的距离为0.3×T(R1＝0.3)的位置处的维氏硬度，Hv2、Hv4或Hv5为在长径方向上距各丝的中心点C的距离为0.4×W(R2＝0.4)的位置处的维氏硬度。在这种情况下，式(6)的范围为580-810，式(7)的范围为500-810。另外，使用由三丰公司(Mitutoyo Corporation)制造的维氏硬度试验机HM-11来测量维氏硬度。
(三点弯曲疲劳试验)
测量在对各丝施加拉伸载荷的状态下反复施加弯曲力，直到发生断裂为止的次数。在表中，该所获得的值作为基于比较例1为100的指数一起列出。值越高，表示耐疲劳性越优异。
【表1】
【表2】
【表3】
上述表1至表3揭示出，本发明的丝具有优异的弯曲疲劳性能。
附图标记说明
10、20、30  橡胶物品增强用钢丝
11、21      直线部
12、22、32  圆弧部

Claims (8)

1.一种橡胶物品增强用钢丝，其包括具有长径和短径的宽度方向截面，所述长径和所述短径彼此实质上垂直，其中
假设长径为W，短径为T，穿过所述长径的宽度方向上的中央且与短径方向平行的直线为L1，穿过所述短径的宽度方向上的中央且与长径方向平行的直线为L2，所述L1与所述L2的交点为中心点C，从该中心点C至表面的距离的一半以内的区域为中心区域Rc，该中心区域Rc外侧的区域为表层区域Rs，则所述中心区域Rc的维氏硬度Hvc大于所述表层区域Rs的维氏硬度Hvs；并且
假设所述表层区域Rs中的、所述L1上的维氏硬度为Hv1，所述表层区域Rs中的、所述L2上的维氏硬度为Hv2，则满足由下述式(1)至式(4)所表示的关系：
Hvc-Hv1≤150   (1)；
Hvc-Hv2≤150   (2)；
Hv1/Hvc×100≥85.11   (3)；以及
Hv2/Hvc×100≥79.84   (4)。
2.根据权利要求1所述的橡胶物品增强用钢丝，其特征在于，假设所述L1上的、距所述中心点C的距离为R1×T的点处的维氏硬度为Hv3，所述L2上的、距所述中心点C的距离为R2×W的点处的维氏硬度为Hv4，其中0<R1<0.5，0<R2<0.5，则满足由下述式(5)至式(7)所表示的关系：
3.0≤W/T≤7.0   (5)；
-167×R12-117×R1+630≤Hv3≤-167×R12-417×R1+950   (6)；以及
-375×R22-175×R2+630≤Hv4≤-500×R22-150×R2+950   (7)。
3.根据权利要求1所述的橡胶物品增强用钢丝，其特征在于，假设所述中心点C处的维氏硬度为Hv0，所述L2上的、距所述中心点C的距离为0.4W的位置处的维氏硬度为Hv5，则满足由下述式(8)所表示的关系：
150≥Hv0-Hv5≥60。
4.根据权利要求1所述的橡胶物品增强用钢丝，其特征在于，对于所述L1上的维氏硬度，所述中心点C处的维氏硬度Hv0最高；假设所述L1上的、距所述中心点C的距离为0.25T的位置处的维氏硬度为Hv6，所述L1上的、距所述中心点C的距离为0.45T的位置处的维氏硬度为Hv7，所述L2上的、距所述中心点C的距离为0.25W的位置处的维氏硬度为Hv8，所述L2上的、距所述中心点C的距离为0.45W的位置处的维氏硬度为Hv9，则满足由下述式(9)和式(10)所表示的关系：
0.55×(Hv0+Hv7)≥Hv6≥0.45×(Hv0+Hv7)   (9)；以及
0.55×(Hv0+Hv9)≥Hv8≥0.45×(Hv0+Hv9)   (10)。
5.根据权利要求1所述的橡胶物品增强用钢丝，其特征在于，假设所述中心点C处的维氏硬度为Hv0，所述L1上的、距所述中心点C的距离为0.3T的位置处的维氏硬度为Hv10，所述L2上的、距所述中心点C的距离为0.3W的位置处的维氏硬度为Hv11，则满足由下述式(11)所表示的关系：
105≥Hv11/Hv10×100≥94   (11)。
6.根据权利要求1所述的橡胶物品增强用钢丝，其特征在于，所述中心点C处的维氏硬度Hv0为630至950。
7.一种橡胶物品，其中，所述橡胶物品中埋设有作为增强材料的根据权利要求1所述的橡胶物品增强用钢丝。
8.根据权利要求7所述的橡胶物品，其特征在于，所述橡胶物品增强用钢丝的长径与面内方向一致地排列对齐。
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