CN108138276B - 具有用于耐腐蚀的金属涂层的细长钢丝 - Google Patents

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Abstract

提供一种细长钢丝，细长钢丝包括钢单丝和在钢单丝上的用于耐腐蚀的金属涂层，钢单丝具有包含大于96％的回火马氏体的微观结构。细长钢丝是环境友好产品，并且其具有良好的耐腐蚀性、耐磨性、硬度和强度。

Description

具有用于耐腐蚀的金属涂层的细长钢丝
技术领域
本发明涉及具有用于耐腐蚀的金属涂层的细长钢丝，及其制造方法。本发明涉及具有用于耐腐蚀的金属涂层的细长钢丝作为梳理丝(carding wire)或刷用钢丝(brushwire)的应用。本发明还涉及包括具有用于耐腐蚀的金属涂层的细长钢丝的弹性针布、固定梳理盖板(carding flat)或钢丝刷。
背景技术
一般地，所谓的梳理丝有两种类型：用于所谓的弹性盖板针布(flexible tops)或弹性针布的钢丝，和待加工成用于固定梳理盖板的齿形丝的钢丝。
在纺织品的生产中，梳理工艺是将纤维布置成均匀的状态，即均匀的密度和均匀的厚度，并去除杂质。这可以借助于弹性针布或借助于固定盖板来完成。
弹性针布包括小钩，小钩被设置到弹性多层织物层中并且由弯折成U形并设置有弯头的钢丝制成。弹性针布当经受载荷时弯折并且当不再受到载荷时返回到其初始位置。用于弹性针布的钢丝通常非常坚硬并且是没有任何涂层的裸的钢单丝。钢丝遍及其整个体积和长度具有回火马氏体结构，或者它们已在其顶部被局部硬化使得回火马氏体仅存在于顶部。
类似地，安装在固定盖板中的齿形梳理丝也具有局部的硬化结构或者遍及其体积的硬化结构。
齿形梳理丝和用于弹性针布的钢丝两者在梳理纤维的过程中均不容易被腐蚀，因为丝材与纤维之间的摩擦有助于防止线材的腐蚀。然而，这些钢丝有时会在运输或安装过程中受到腐蚀。钢丝表面上的铁的氧化物呈现硬质颗粒，作为其结果，被腐蚀的梳理丝可能引起梳理丝在梳理过程中失效。
为了提高耐腐蚀性，一种解决方案是提供具有锌或锌合金涂层的梳理丝，锌或锌合金涂层可以借助于热浸过程来完成。然而，使钢丝通过热浸浴意味着将钢丝暴露于高于锌或锌合金的熔化温度的温度。这种热处理是不期望的，因为它可以软化或甚至破坏回火马氏体结构(成为索氏体或回火索氏体结构)。
本发明的梳理丝是具有回火马氏体结构而没有金属涂层的钢单丝，或者是具有金属涂层和索氏体以及回火索氏体结构的钢单丝。
发明内容
本发明的首要目的是提供具有高耐腐蚀性而没有上述缺点的细长钢丝。
本发明的第二目的是提供以环境友好的方式具有高耐腐蚀性但不破坏金属结构的细长钢丝。
本发明的第三目的是提供制造具有高耐腐蚀性而不破坏钢丝的金属结构的细长钢丝的方法。
本发明的第四目的是提供具有高耐腐蚀性和适当金属结构的弹性针布或固定盖板。
本发明的第五目的是提供具有高耐腐蚀性和适当金属结构的钢丝刷。
根据本发明的第一方面，提供一种细长钢丝，细长钢丝包括钢单丝和在钢单丝上的用于耐腐蚀的金属涂层，钢单丝具有包含大于96％的回火马氏体的微观结构。
本发明提供了具有良好的耐腐蚀、耐磨损、强度和硬度性能的细长钢丝的一种新的解决方案，并且本发明提供了一种环境友好产品。在细长钢丝上施加金属涂层不会改变钢单丝的金属结构。
具有用于耐腐蚀的金属涂层和高含量的回火马氏体的细长钢丝是通过避免使用热浸而以环境友好的方式施加金属涂层获得的，而没有废酸、废气和重金属。具有通过传统热浸技术制成的金属涂层的钢丝具有更多索氏体和回火索氏体的微观结构，这是因为热浸过程的高温使细长钢丝经过不希望的铅浴淬火过程，并且该铅浴淬火过程使得钢丝的金属结构变成索氏体和回火索氏体。本发明不同之处在于，细长钢丝上的涂层是在非常低的温度下完成的，并且这种低温不会改变钢单丝的金属结构，所以细长钢丝的金属结构保持大于96％的回火马氏体，从而获得高的硬度、强度和耐磨性，这对于诸如梳理丝或刷用钢丝等的进一步应用是有益的。在本发明的细长钢丝的制造过程中，不会产生废酸、废气或重金属。因此，本发明的细长钢丝是环境友好产品，并且具有良好的耐腐蚀性、硬度、耐磨性和强度。本发明提供一种在保持硬度、耐磨性和强度并减少环境污染的同时具有良好的耐腐蚀性的细长钢丝。
与具有通过热浸制成的锌涂层的传统钢丝相比，本发明的细长钢丝提供一种具有较少环境污染以及较高硬度、耐磨性和强度的新的解决方案。与没有金属涂层的传统钢丝相比，本发明的细长钢丝具有更好的耐腐蚀性。特别是对于梳理丝的应用来说，本发明的金属涂层可以有助于在梳理工艺之前抵抗梳理丝在运输和安装期间的腐蚀。
优选地，钢单丝具有包含大于99％的回火马氏体或者甚至小于或等于100％的回火马氏体的微观结构。这样的细长钢单丝具有较高强度、耐磨性和硬度，并且更适合于弹性针布、固定盖板和钢丝刷的应用。
根据本发明，用于耐腐蚀的金属涂层用于改善细长钢丝的耐腐蚀性能。金属涂层可以是能够防止钢丝腐蚀的现有金属涂层中的任何一种。优选地，金属涂层包括从由铝、锌和锌合金所构成的组中选出的一种或多种元素。金属涂层的不同金属元素彼此不合金化，相反，它们分离地存在于涂层中。
根据本发明，金属涂层中的金属元素在微观结构下观察呈薄片和/或颗粒的形式。“薄片”意味着金属呈现层状形状。金属(优选锌和铝)的薄片和/或颗粒形成封闭层以防止钢单丝的腐蚀。金属涂层的封闭层有助于防止细长钢丝的腐蚀。特别是对于梳理丝的应用来说，金属涂层提供足够的耐腐蚀性以防止在运输过程中以及在制造弹性针布或固定盖板的过程中的腐蚀。
根据本发明，在金属涂层与钢单丝的表面的边界中没有合金，这意味着金属涂层的金属元素和钢丝的Fe不合金化。这与通过传统热浸法制成的金属涂层不同。即使在金属涂层与钢单丝的表面的边界中没有产生合金，金属涂层和钢单丝之间的粘合性也是好的并且是可以接受的。因此，细长钢单丝可用于最终用户(“用于最终用户”意味着不再对细长钢丝施加重的变形，并且细长钢丝的机械特性不会改变很大)，即使细长钢丝可能在诸如梳理丝或刷用钢丝等的应用过程中被切割或顶部研磨。
对于一个优选的实施例来说，金属涂层是包含锌和铝的涂层，并且锌和铝两者在微观结构下观察均呈薄片和/或颗粒的形式。优选地，锌与铝的重量比在0.6至160的范围内。更优选地，锌与铝的重量比在3至50的范围内。在优选范围内，金属涂层具有更好的耐腐蚀性能和更好的与钢单丝的粘合性。
金属涂层的厚度取决于细长钢丝的耐腐蚀性要求。金属涂层越厚，耐腐蚀性越好，但生产成本越高。优选地，金属涂层具有在0.5μm至50μm的范围内的厚度。更优选地，金属涂层具有在0.8μm至5μm的范围内的厚度。
用于细长钢丝的钢单丝是具有一定强度的碳钢丝。钢单丝的碳含量优选地高于0.20％重量，更优选地在0.50％重量至1.2％重量的范围内，最优选地在0.6％重量至1.1％重量的范围内。碳含量越高，抗拉强度越高。除碳含量外，钢单丝包含一种或多种其他元素，例如，硅，优选地在0.10％至2.5％的范围内，更优选地在0.15％至1.60％的范围内；锰，优选地在0.10％至2.0％的范围内，更优选地在0.50％至0.90％的范围内；铬，优选地在0.0％至2.0％的范围内，更优选地在0.10％至1.50％的范围内；钒，优选地在0.0％至2.0％的范围内，更优选地在0.05％至0.60％的范围内；钨，优选地在0.0％至1.5％的范围内，更优选地在0.1％至0.70％的范围内。以上含量按重量计算。
细长钢丝的钢单丝具有现有横截面中的任何一种，例如，圆形、三角形、椭圆形或扁平形。钢单丝的横截面可以具有由制造工艺引起的轻微凸起或凹陷的曲线。优选地，钢单丝具有在0.2mm至6.0mm的范围内的等效直径，更优选地在0.2mm至0.8mm的范围内的等效直径。对于圆形钢单丝来说，等效直径是用千分尺测量的其直径；对于其他形状的钢单丝来说，等效直径是等效横截面积的圆的直径。
根据本发明的第二目的，提供一种制造细长钢丝的方法。该方法是一种非常适合涂覆细且非常长的细长钢单丝的连续过程，方法包括：
-第一步骤，提供油淬火和回火的钢单丝、金属浴和加热装置，金属浴包含有机溶剂和金属颗粒；
-第二步骤，将油淬火和回火的钢单丝在大气温度下引导通过金属浴，以在油淬火和回火的钢单丝的表面上提供金属涂层；
-第三步骤，将油淬火和回火的钢单丝在150℃至400℃范围内的温度下引导通过加热装置，以在10秒内使金属涂层干燥并使有机溶剂挥发。由于通过加热装置的时间非常短，所以钢单丝的回火马氏体结构没有很大程度的改变。另外，短时间避免浪费能源。
优选地，第三步骤中的加热温度为150℃至300℃。优选地，第三步骤中的加热以2秒至8秒的时间完成。
通过上述方法获得的细长钢丝具有包含大于96％的回火马氏体的微观结构和用于耐腐蚀的金属涂层，并且金属涂层与钢单丝表面具有良好的粘合性。本方法不使用酸和重金属，所以不产生废酸、废气和重金属，并且是环境友好的。此外，该方法是连续过程，适用于细且长的钢单丝。此外，该涂覆过程在低温下完成，金属结构不会明显改变(油淬火和回火的钢单丝的金属结构具有大于96％的回火马氏体的金属结构，金属涂覆后的细长钢丝仍然具有大于96％的回火马氏体的金属结构)；从而钢单丝的机械特性不会明显改变，即，金属涂覆后的细长钢丝的强度、耐磨性和硬度与原来的油淬火和回火的钢单丝几乎相同。
通过上述方法获得的金属涂层在金属涂层和钢单丝的表面之间的边界中不会产生任何合金，并且金属涂层中的金属在微观结构下观察呈薄片和/或颗粒的形式。这与通过传统热浸过程获得的金属涂层完全不同。
根据本发明，方法进一步包括在第二步骤和第三步骤之间的厚度控制步骤。厚度控制步骤是为了控制金属涂层的厚度并使金属涂层的厚度均匀，并且通过将油淬火和回火的钢单丝引导通过吹气装置或擦拭装置来完成。厚度控制步骤可以在水平方向或竖直方向上进行。
油淬火和回火的钢单丝优选地在被涂覆(第二步骤)之前进行清洁。油淬火和回火的钢单丝的清洁使得金属涂层更容易粘合上。清洁过程可以是现有清洁方法中的任何一种。
上面提到的有机溶剂是金属颗粒的载体，以将金属颗粒保持在液体中，并且在第三步骤(即短加热步骤)之后挥发。有机溶剂可以是用于承载金属颗粒的现有有机溶剂中的任何一种。根据本发明，优选地，有机溶剂是丙酸己酯或乙酸丙酯。
除金属颗粒和有机溶剂外，金属浴可以包含对于涂覆过程有贡献的其他添加剂。
本发明的细长钢丝具有许多应用，并且可应用于需要最终钢丝具有一定耐腐蚀性能的任何领域，诸如梳理丝、刷用钢丝和控制缆丝。
根据本发明的第三目的，提供一种带有齿形钢丝的固定盖板。固定盖板包括细长钢丝，细长钢丝包括钢单丝和在钢单丝上的用于耐腐蚀的金属涂层，钢单丝具有包含大于96％的回火马氏体的微观结构。优选地，钢单丝具有包含大于99％的回火马氏体的微观结构。优选地，金属涂层是包含锌和铝的涂层，锌和铝两者在微观结构下观察均呈薄片和/或颗粒的形式。固定盖板是环境友好产品，因为其制造方法不会产生废酸、废气和重金属。
根据本发明，提供一种弹性针布。弹性针布包括小的钩或针以及弹性多层织物层，钩或针设置到织物层中，钩或针由细长钢丝制成，细长钢丝包括钢单丝和在钢单丝上的用于耐腐蚀的金属涂层，钢单丝具有包含大于96％的回火马氏体的微观结构。优选地，钢单丝具有包含大于99％的回火马氏体的微观结构。优选地，金属涂层是包含锌和铝的涂层，锌和铝两者在微观结构下观察均呈薄片和/或颗粒的形式。钩或针的顶部可以被研磨，从而去除金属涂层，然而，研磨仅发生在钩或针的顶端。
根据本发明的第四目的，提供一种钢丝刷。钢丝刷包括丝材和保持件，丝材被固定在保持件上，丝材由细长钢丝制成，细长钢丝包括钢单丝和在钢单丝上的用于耐腐蚀的金属涂层，钢单丝具有包含大于96％的回火马氏体的微观结构。优选地，钢单丝具有包含大于99％的回火马氏体的微观结构。优选地，金属涂层是包含锌和铝的涂层，锌和铝两者在微观结构下观察均呈薄片和/或颗粒的形式。钢丝刷是环境友好产品，因为其制造方法不会产生废酸、废气和重金属。
“细长”应理解为细且长，即，长度是横截面的最大尺寸的二十倍以上、例如五十倍以上。
“梳理丝”是用于梳理的应用的丝材。
“刷用钢丝”是用于刷的应用的丝材。
具体实施方式
细长钢丝的制造可以如下进行。
首先，提供油淬火和回火的钢单丝、金属浴和加热装置，金属浴包括有机溶剂和金属颗粒。
油淬火和回火的钢单丝可以通过热处理的同时拉拔盘条而制成，并且具有大于96％的马氏体的金属结构。
首先通过机械除鳞和/或通过在H2SO4或HCl溶液中化学酸洗来清洁盘条以便除去表面上存在的氧化物。然后在水中冲洗盘条并进行干燥。然后使干燥的盘条经受第一系列的干拉操作，以便减小直径直到第一中间直径。
在该第一中间直径d1时，例如在约2.30mm至3.50mm时，使干拉的钢单丝经受称为铅浴淬火的第一中间热处理。铅浴淬火意味着首先奥氏体化，直到约1000℃的温度，接着是在约580℃至650℃的温度下从奥氏体向珠光体的转变阶段。然后钢单丝准备好以供进一步的机械变形。
此后，在直径减小步骤中的第二个步骤中，将钢单丝从第一中间直径d1进一步干拉直到第二中间直径d2。第二直径d2典型地在1.0mm至1.60mm的范围内。
在该第二中间直径d2时，使钢单丝经受第二铅浴淬火处理，即，在约1000℃的温度下再次奥氏体化，并且此后在580℃至650℃的温度下淬火以允许转变为珠光体。
如果第一和第二干拉步骤中的总减小量不是太大，可以进行从盘条直到直径d2的直接拉拔操作。
此后，在直径减小步骤中的第三个步骤中，将钢单丝从第二中间直径d2进一步干拉或湿拉直到最终直径d3。最终直径d3典型地在0.20mm至0.80mm的范围内。除了圆形钢单丝之外，钢单丝也可以是非圆形的，例如扁平形、矩形、双凸形、三角形、蛋形、菱形等，并且非圆形单丝具有在0.20mm至0.80mm的范围内的等效直径。
此后，使钢单丝经受油淬火和回火过程。油淬火和回火意味着先奥氏体化直到约1000℃的温度，接着是在淬火油中在约40℃至150℃的温度下从奥氏体到马氏体的转变阶段，然后最终在约300℃至400℃的温度下经过回火过程，以进行回火马氏体的最终转变阶段。
提供油淬火和回火的钢单丝，并且其具有包含大于96％的回火马氏体、甚至大于99％的回火马氏体或者甚至小于或等于100％的回火马氏体的微观结构。
还提供金属浴和加热装置。金属浴包括有机溶剂和金属颗粒，金属颗粒被保持在有机溶剂的液体中。金属颗粒可以是锌、锌合金和/或铝颗粒。有机溶剂可以是丙酸己酯或乙酸丙酯。加热装置是在线加热装置，可以是加热炉。金属浴和加热装置被连续地设置以使涂覆过程连续。
在油淬火和回火过程之后，使钢单丝经受金属涂覆过程。将钢单丝在大气温度下引导通过金属浴以在油淬火和回火的钢单丝的表面上提供金属涂层，然后将其在150℃至400℃范围内的温度下引导通过加热装置以使金属涂层干燥并使有机溶剂挥发。钢单丝通过加热装置的速度被控制，优选地，钢单丝在加热装置中的停留时间小于10秒，或者在2秒至8秒或甚至3秒至5秒的范围内。最后将金属涂层被固定在钢单丝的表面上，得到了具有用于耐腐蚀的金属涂层的细长钢丝。
最终的细长钢丝具有高于0.20％重量(优选地小于1.2％重量)的碳含量、典型地高于1800MPa的抗拉强度以及具有在0.5μm至50μm范围内的涂层厚度的金属涂层。最终的细长钢丝具有良好的耐腐蚀性、耐磨性、强度和硬度。
本发明的第一实施例是细长钢丝。细长钢丝具有钢单丝和在钢单丝上的金属涂层。钢单丝具有包含大于99％的回火马氏体的微观结构，并且具有0.5％的碳含量。钢单丝具有圆形横截面，并且具有0.35mm的直径。金属涂层是包括锌薄片和铝薄片的封闭涂层，并且其具有1.1μm的厚度。在金属涂层和钢单丝的表面的边界中没有合金。
本发明的第二实施例是细长钢丝。细长钢丝具有钢单丝和在钢单丝上的金属涂层。钢单丝具有包含大于97％回火马氏体的微观结构，并且具有0.3％的碳含量。钢单丝具有三角形横截面，并且其具有0.60mm的等效直径。金属涂层是包括锌薄片和铝薄片的封闭涂层，并且具有3.0μm的厚度。在金属涂层和钢单丝的表面的边界中没有合金。
进行测试以了解本发明的细长钢丝的防腐性能。两条先前的细长钢丝作为参考，一条是没有任何涂层的细长钢丝(“参考1”)，另一条是具有锌涂层的细长钢丝，锌涂层通过热浸涂覆，并具有3.5μm的涂层厚度(“参考2”)。该测试是根据ASTM B117的所谓的盐雾测试。记录下腐蚀开始和严重腐蚀发生的时间。
Figure BDA0001621627150000091
Figure BDA0001621627150000101
从上表清楚地看出，本发明的细长钢丝具有比参考1好得多的耐腐蚀性。尽管参考2具有最佳的耐腐蚀性，但考虑到热浸过程带来的环境污染和最厚的涂层厚度，参考2的生产成本最高，并且参考2的制造导致环境污染(废气、废酸和重金属)，所以参考2不是未来可持续发展的最佳选择。对于一些应用来说，细长钢丝的耐腐蚀性要求不是非常高，本发明的细长钢丝是最佳选择。例如，对于梳理丝应用，腐蚀仅发生在将线材加工成钩或针并嵌入到柔性织物层的时间段中，其中该时间为短时间，本发明的细长钢丝具有足够的耐腐蚀性防止在该短时间内腐蚀。此外，本发明的细长钢丝是环境友好的。本发明的细长钢丝是用于梳理丝的新的解决方案。此外，本发明的细长钢丝显示出良好的和可比较的硬度、强度和耐磨性。
本发明的另一实施例是细长钢丝。细长钢丝具有钢单丝和在钢单丝上的金属涂层。钢单丝具有大于98％的回火马氏体的微观结构，并且其具有0.5％的碳含量。钢单丝具有圆形横截面，并且具有0.40mm的直径。金属涂层是包括锌薄片和颗粒的封闭涂层，并且具有2.5μm的厚度。在金属涂层和钢单丝的表面的边界中没有合金。
提供一种弹性针布。弹性针布包括钩和多层织物层。钩通过将第一实施例的细长钢丝切割成短的长度、并且随后将其弯折成U形而制成。钩的顶部可以被研磨或不研磨。
提供一种钢丝刷。钢丝刷包括丝材和与丝材固定的保持件。丝材通过将第二实施例的细长钢丝切割成短的长度而制成。丝材可以卷曲或不卷曲。

Claims (12)

1.一种细长钢丝，所述细长钢丝包括钢单丝和在所述钢单丝上的用于耐腐蚀的金属涂层，所述钢单丝具有在0.20mm至0.80mm的范围内的等效直径和高于1800MPa的抗拉强度，其特征在于，所述钢单丝具有包括大于99％的回火马氏体的微观结构，在金属涂层与钢单丝的表面的边界中没有合金。
2.根据权利要求1所述的细长钢丝，其特征在于，在微观结构中观察，所述金属涂层的金属呈薄片和/或颗粒的形式。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的细长钢丝，其特征在于，所述金属涂层为铝、锌、铝和锌涂层或锌合金涂层。
4.根据权利要求3所述的细长钢丝，其特征在于，所述金属涂层是包含锌和铝的涂层。
5.根据权利要求4所述的细长钢丝，其特征在于，所述锌与所述铝的重量比在3至50的范围内。
6.根据权利要求1至2中的任一项所述的细长钢丝，其特征在于，所述金属涂层具有在0.5μm至50μm的范围内的厚度。
7.根据权利要求6所述的细长钢丝，其特征在于，所述金属涂层具有在0.8μm至5μm的范围内的厚度。
8.一种制造根据前述权利要求1-7中的任一项所述的细长钢丝的方法，所述方法是包括如下步骤的连续过程：
-第一步骤，提供油淬火和回火的钢单丝、金属浴和加热装置，所述金属浴包含有机溶剂和金属颗粒；
-第二步骤，将所述油淬火和回火的钢单丝在常温下引导通过所述金属浴，以在所述油淬火和回火的钢单丝的表面上提供金属涂层；
-第三步骤，将所述油淬火和回火的钢单丝在150℃至400℃范围内的温度下引导通过所述加热装置，以在10秒内使所述金属涂层干燥并使所述有机溶剂挥发；
所述方法进一步包括在第二步骤与第三步骤之间的厚度控制步骤，所述厚度控制步骤通过将所述油淬火和回火的钢单丝引导通过吹气装置或擦拭装置来完成，以控制所述金属涂层的厚度。
9.一种根据权利要求1至7中的任一项所述的细长钢丝作为刷用钢丝的用途。
10.一种根据权利要求1至7中的任一项所述的细长钢丝作为梳理丝的用途。
11.一种弹性针布，包括钩或针以及弹性多层织物层，所述钩或针被设置到所述织物层中，所述钩或针由根据权利要求1至7中的任一项所述的细长钢丝制成。
12.一种钢丝刷，包括丝材和保持件，所述丝材被固定在所述保持件上，所述丝材由根据权利要求1至7中的任一项所述的细长钢丝制成。
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