CN110945149A - 用于柔性针布的钢丝 - Google Patents

Abstract

钢丝具有在0.2mm到0.7mm之间的等效直径。钢丝具有成分包括0.7％到1.1％之间以重量计的碳；0.5％到1.2％之间以重量计的锰；0.05％到0.5％之间以重量计的硅。钢丝进一步包括少于0.4％以重量计的铬；少于0.05％以重量计的磷；少于0.05％以重量计的硫；少于0.2％以重量计的铜；少于0.2％以重量计的镍。钢丝包括至少一种合金元素，该合金元素选自钒、钛、铌、钼、钨和硼组成的组。当至少一种合金元素选自钒、钛、铌、钼和钨组成的组时，至少一种合金的含量在0.02％‑0.2％之间以重量计。当至少一种合金元素是硼，硼的含量至少0.001％以重量计。钢丝成分进一步包括不可避免的杂质以及其余为铁。钢丝具有回火马氏体微观结构。钢丝的微观结构包括在1％‑10％之间的以体积计的未溶解的碳化物。

Description

用于柔性针布的钢丝

技术领域

本发明涉及用于具有改进的使用寿命的柔性针布的钢丝。本发明还涉及具有改进的使用寿命的柔性针布。

背景技术

在棉纱的生产中梳理是非常重要的工艺步骤。棉纤维被以短纤维的形式进给进入梳理机中。通过梳理机上的梳理丝间的相互接触，棉纤维从簇上解开并以基本平行的方式在纤维网中提供。此外，诸如棉结、木材或叶颗粒、种子碎片……的杂质被从纤维中移除。

在旋转扁平梳理机上使棉纤维个性化的最重要的动作一方面发生在主筒上的金属梳理丝之间，以及另一方面发生在旋转柔性针布。旋转扁平梳理的柔性针布被称为柔性顶部或扁平。US6269522示出在梳理机上的金属梳理丝和柔性针布的操作。

金属梳理丝通过在异形钢丝上冲压齿被生产出。首先拉拔出圆形钢丝，然后轧制以减少钢丝的截面面积，并创建所要求的异形钢丝的横截形状。若要启用拉拔和轧制冷变形工艺，钢丝需要具有合适的微观结构。退火热处理包括在珠光体微观结构中的渗碳体的球化，以促进冷变形。在异型钢丝上冲压齿部之后，齿部的顶端(只有顶端)首先转变为奥氏体，然后进行淬火和回火，以提供它们具有回火马氏体微观结构。金属梳理丝的其他部分保持其珠光体微观结构。CN105838981A公开了一种可被用于生产金属梳理丝的钢种。

柔性针布包括小金属钩，这些金属钩被置入弹性基础部中，主要包括多层织物层。钩由弯曲成U形并带有膝部的钢丝制成。U形钩具有两个锋利的顶端。锋利度对于棉纤维的高效和有效个性化很重要。

在柔性针布的生产中使用的钢丝的生产工艺与用于金属针布的钢丝的生产工艺和用于金属针布的生产工艺从根本上不同。经由拉丝和/或钢丝轧制，生产出具有柔性针布的钢丝，该钢丝同时具有珠光体微观结构。在钢丝生产工艺的最后，钢丝经历了热处理工艺，其中整个钢丝的微观结构都转变为回火马氏体。该热处理工艺包括整个钢丝的奥氏体化，然后淬火以使整个钢丝转变为马氏体并回火，以提供整个钢丝具有回火马氏体微观结构。钢丝具有回火马氏体微观结构用于制造柔性针布的小金属钩。

两个主要因素影响柔性针布的使用寿命。棉纤维-和棉纤维中的杂质-对柔性针布的金属钩的顶端施加重要的研磨动作。锋利度的失去降低梳理工艺的有效性。当使纤维个性化时，作用在柔性针布的金属钩上的机械力会引起弯曲疲劳载荷，甚至弯曲过载。钩会永久变形，甚至断裂，再次导致梳理效率降低。

JP8035125公开了一种用于生产针布的钢丝。钢丝具有较高的机械强度、韧性、伸长率和耐磨性。该丝由钢合金组合物制成，该钢合金组合物包括以重量计0.5％-0.7％的碳，以重量计1.2％-1.6％的硅，以重量计0.5％-0.9％的锰，以重量计0.5％-1.5％的铬，并且剩余物为铁和不可避免的杂质。拉伸强度大于或等于2500N/mm²(2500MPa)以及断裂伸长率多于5％。

以每单位时间加工的纤维质量表示的旋转扁平梳理的生产率正在稳步提高，导致了柔性针布的较重负荷(研磨负荷和弯曲疲劳负荷)。因此，需要针布提供对梳理期间出现的力的更好的抵抗力，并因此针布具有更长的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供用于生产具有改进的使用寿命的柔性针布的钢丝。本发明的另一目的是提供具有改进的使用寿命的柔性针布。

本发明的第一方面是用于柔性针布的钢丝。钢丝具有在0.2mm到0.7mm间的等效直径。等效直径是指具有圆形截面的钢丝的截面直径，其截面面积与不一定具有圆形截面的钢丝的截面面积相同。钢丝具有包括以下的成分：以重量计0.7％到1.1％之间的碳；以重量计0.5％到1.2％之间(以及优选少于1％)的锰；以重量计0.05％到0.5％之间的硅。钢丝进一步包括以重量计少于0.4％的铬；以重量计少于0.05％的磷；以重量计少于0.05％的硫；以重量计少于0.2％的铜；以重量计少于0.2％的镍。钢丝包括至少一种合金元素，以及优选地多种合金元素。至少一种合金元素—以及优选的多种合金元素—选自由钒、钛、铌、钼、钨和硼组成的组。当至少一种合金元素选自由钒、钛、铌、钼和钨组成的组时，至少一种合金的含量以重量计在0.02％-0.2％之间。当至少一种合金元素是硼，硼的含量以重量计至少0.001％—以及优选以重量计多于0.004％。钢丝成分进一步包括不可避免的杂质并且剩余物为铁。钢丝具有回火马氏体微观结构。钢丝的微观结构包括以体积计在1％-10％之间的未溶解的碳化物。优选地，钢丝的微观结构包括以体积计多于2％的未溶解的碳化物。更优选地，钢丝的微观结构包括以体积计多于3％的未溶解的碳化物。更多优选地，钢丝的微观结构包括以体积计多于4％的未溶解的碳化物。

具有未溶解的碳化物意味着当奥氏体化钢丝时碳化物未被溶解。由此，本发明的用于制造钢丝的奥氏体化工艺是不完全的钢丝奥氏体化。未溶解的碳化物备选地称为初级碳化物或球化碳化物。他们被称为球化碳化物由于他们是球形的形状。通过扫描电子显微镜检查法(SEM)可以检测到未溶解的碳化物的存在，在适当的蚀刻方法(例如ASTM E407-2007中的蚀刻剂74)应用后，通过扫描电子显微检查法图像的图像分析可以确定它们的量(体积百分比)。

本发明的钢丝由于具有对抗作用在钩的尖端上研磨力的改进的抵抗力和对抗弯曲疲劳载荷的更高的抵抗力结合，所以允许制造具有更高使用寿命的柔性针布。钢丝的特定的微观结构和组成允许柔性针布的钩的顶端可以硬化到高硬度，以及由此具有高耐磨性。顶端可通过硬化处理转换为具有高碳含量和不具有未溶解碳化物的优良马氏体微观结构(由于合金成分和本发明钢丝的优良微观结构)。在硬化的顶端外部—并且由于尖端硬化工艺而出现的过渡区域外，特定的优良的回火马氏体微观结构(包括未溶解的碳化物)为柔性针布提供了改进的抗疲劳性(抵抗力对抗永久变形甚至对抗断裂)。这是由于马氏体微观结构包含较低的碳含量而实现的，由于碳存在于未溶解的碳化物中。因此，出人意料地，梳理丝允许制造出具有高抗疲劳性(由于高屈服强度Rp0.2)与硬化后的顶端处的高耐磨性相结合的柔性针布，以及因此更长的使用寿命。顶端的高抗疲劳性和高耐磨性的结合出人意料，因为这些特性通常彼此相反的关联。

根据本发明的钢丝可以根据如下工艺制成：根据本领域已知的技术钢丝被处理为最终截面形状和尺寸。在到达最终截面形状和尺寸后，特定的热处理被执行以提供本发明的具有特定的微观结构和性能的钢丝。首先，丝是不完全的奥氏体化。不完全的奥氏体化通过控制加热温度(在Ac1和Ac3之间)，加热时间或延长钢丝的运行速度来实现。特定的钢成分的不完全奥氏体化—特别是存在选自由钒、钛、铌、钼、钨和硼组成的组的合金元素—导致存在未溶解碳化物和优良微观结构。奥氏体化之后进行低温淬火(例如在油中)并回火，从而获得所要求的最终微观结构。

在优选的实施例中，钢丝的截面不是圆形的。更优选地，钢丝具有双凸截面。双凸截面是指连续圆形的凸形截面。

更优选地，钢丝具有双凸截面，其中最长和最短卡钳直径之比至少为1.2，更优选为1.3。此类双凸丝的示例为(提供的最长和最短的卡钳直径)：0.38*0.28mm；0.405*0.305mm和0.43*0.33mm。

优选地，钢丝的残余奥氏体以体积计小于4％，更优选地以体积计小于3％，更优选地以体积计小于1％。这种金属丝是优选的，因为当在柔性针布的生产中将其转化为未回火马氏体(其是易碎的微观结构)时，更高的残余奥氏体可能是有害的。残余奥氏体的含量可以依靠X射线衍射(XRD)或磁性测量来确定。

优选地钢丝包括以体积计至少0.001％的硼；以及更优选地以体积计少于0.01％的硼。硼是可用于获得根据本发明钢丝的有益技术效果的合金元素中的一个合金元素。硼的一个特殊优点是，在钢丝中仅含少量硼即可获得有益的效果。

优选地钢丝包括以重量计在0.05％到0.2％之间的钒；更优选地以重量计少于0.15％的钒。钒是可用于本发明以获得根据本发明钢丝的有益技术效果的合金元素中的一个合金元素。

优选地，回火马氏体晶粒具有长长度和短长度的形状，其中长长度和短长度之比小于2，更优选地小于1.5。长长度和短长度是指在丝截面中穿过晶粒的重心的最长距离和最短距离，这可以在光学显微镜下在钢丝的纵向截面上确定。

原则上本发明中的钢丝的回火马氏体晶粒是等轴的，意味着他们不具有优选的方向。然而包含物的存在可以导致沿着丝纵向方向的晶粒的优先定向受到限制。然而这种定向远小于最终拉拔的微观结构，以及不能与拉拔马氏体丝的微观结构相混淆，其中回火马氏体晶粒的优先纵向定向更加明显。

优选地，回火马氏体晶粒具有小于10μm的平均晶粒大小；更优选地小于8μm的平均晶粒大小；甚至更优选地小于6μm的平均晶粒大小。这种优良的晶粒大小协同地有利于良好的机械性能，例如：较高的屈服强度导致抵抗柔性针布的永久变形以及因此用这种钢丝制成的针布的高寿命。回火马氏体晶粒的晶粒大小可以根据ASTM E112-13而被测量。该方法是一种光学方法，其中平均值取自图片上晶粒的最长尺寸和最小尺寸。

在优选的实施例中，钢丝具有至少2400MPa的拉伸强度Rm以及至少2100MPa的屈服强度Rp0.2。

在优选的实施方式中，钢丝具有至少2200MPa的屈服强度Rp0.2，更优选地至少2250MPa的屈服强度Rp0.2。

优选的钢丝具有大于90％的屈服强度Rp0.2与拉伸强度Rm的比率。

优选地，钢丝的断裂伸长率At大于3％，更优选地大于4％。

本发明的第二方面是柔性针布，包括钩和基础部。根据本发明第一方面的任何实施方式中，钩包括钢丝。优选地，基础部包括粘结在一起的许多织物层。钩被设置在基础部中。每个钩包括基部段和两个腿。基部段被提供为与基础部平行并且在基础部一侧处。两个腿部刺穿基础部，并且两个腿部中的每个腿部具有尖锐的顶端。优选地，腿部中的每个腿部是弯曲的，提供膝部(knee)。

柔性针布是从基础部和钢丝开始制作的。第一工艺步骤在定型机上执行。钢丝的短长度被切割并且弯成钩的形状。钩穿过基础部而被插入。在多数情况下，在插入基础部之后，钩的每个腿被弯曲成膝部。在将所有钩设置在基础部中之后，顶端在特定的机器上磨尖。磨尖操作包含磨削顶端的侧面并创造所谓的后退。以这种方式，用于有效梳理所需要的尖锐的顶端被提供。另一步骤是尖锐的顶端的淬火。淬火工艺是尖锐的顶端的热处理。热处理包括为丝的顶端提供淬火的马氏体微观结构，因此创造增强的尖端耐磨抵抗力。优选地，顶端的马氏体微观结构不包含未溶解的碳化物，由于未溶解的碳化物在顶端淬火的奥氏体化工艺中已经溶解。

从生产工艺的描述中可以清楚地看出，钢丝的基部和受顶端淬火操作影响的区域之外的腿部，保持了生产柔性针布的钢丝的微观结构。

在优选的柔性针布中，腿部中的至少一部分和基部具有回火马氏体微观结构。顶端具有高于800HV的维氏硬度值(HV)的马氏体微观结构，更优选地高于900HV的维氏硬度值(HV)的马氏体微观结构。优选地，顶端的马氏体微观结构不包含未溶解的碳化物，由于未溶解的碳化物在顶端淬火的奥氏体化工艺中已经溶解。优选地，顶端的微观结构是淬火马氏体微观结构，更优选地是非回火淬火马氏体微观结构。

附图说明

图1示出了柔性针布的示例。

图2图示了钢丝的拉伸应力—应变曲线。

图3示出了金属梳理线的示例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的柔性针布10的示例。柔性针布包括钩12以及基础部14。基础部典型地由通过橡胶基粘合剂粘结在一起的多层机织棉织物和橡胶顶层16组成。钩包括根据本发明的钢丝。钩被放置在基础中部。钩中的每个钩包括基部段18和两个腿部20。基部段被提供为与基础部平行并且在基础部的一侧处。两个腿部刺穿基础部。每个腿部是弯曲的，因此形成膝部22。两个腿部中的每个腿部具有磨尖的尖端24，该顶端通过侧面磨削以及通过向顶端提供后退26形成。顶端被硬化，从而为顶端提供淬火的马氏体微观结构；而不受顶端硬化操作影响的钩的部段保留了用于制造柔性针布的钢丝的微观结构。

根据本发明的柔性针布可以与金属梳理线在梳理机上相互作用。图3示出这种金属梳理线的示例300。

图2提供了关于本文档描述的钢丝的机械性能的方式的信息。机械性能根据ISO6892-1:2016被描述以及测试。图2示意性的图示在单轴拉伸测试中钢丝的应力—应变曲线。在X-轴，应变被提供。竖直(Y)轴提供拉伸应力(以MPa为单位)。断裂伸长率通过At被表示出。拉伸强度Rm是最大应力。屈服强度Rp0.2是拉伸曲线与通过0.2％应变的线相交并且与弹性模量线平行时的应力。

为了说明本发明，比较试验被执行。丝材采用的钢种在表1中被列出，表1提供在钢种中以重量计的不同元素的百分比。钢丝的详情、热处理条件、微观结构以及机械测试结果在表2中被提供。

在比对实验中8种不同的钢丝被制造出。钢丝被编号为1-8号。丝号1和丝号2是参考样本，而丝号3-8是根据本发明的钢丝。

参考钢丝1和钢丝2相应地被由具有钢种A和钢种B的丝材被造出。(见表2；钢种成分的信息在表1中被提供，该成分通过重量百分比被给出)。将钢丝1和钢丝2加工成最终截面的形状和尺寸后；按照表2所提供的条件对丝进行热学处理。奥氏体化是完全奥氏体化。奥氏体化后，钢丝在油中淬火并回火。钢丝的机械性能及其微观结构信息在表2中被提供。

钢丝号3是根据本发明丝材C制成的钢丝。钢丝号4是根据本发明丝材D制成的钢丝。钢丝号5、6、7和8是根据本发明丝材E制成的钢丝。钢丝3-8中的每个钢丝—在将钢丝加工成它的最终的形状和尺寸后—采用包含不完全奥氏体化的热处理工艺处理。从表2中提供的奥氏体化温度(在Ac1和Ac3之间)可以清楚地看出，其导致未溶解的碳化物。奥氏体化之后是油淬火和回火。有关微观结构和机械性能的信息在表2中被提供。钢种(以及尤其是碳含量和合金元素的存在)和包括未溶解碳化物的特定优良微观机构的协同作用，导致3-8号钢丝具有出色的机械性能。高屈服强度特别值得注意。钢丝3-8可以加工成具有高抗疲劳性的针布，因为有力的降低了针布的钩永久变形的风险。在钩的腿部的顶端硬化后，钩的顶端具有高耐磨性。顶端的抗疲劳性和耐磨性出人意料地结合在一起，导致柔性针布具有高使用寿命。

钢丝号3的微观结构中的残余奥氏体凭借XRD而被测量，并且该残余奥氏体的量以体积计小于1％。

具体示例的钢丝全部包含钒。然而，当至少包含要求的最小数量时，可以通过从由钒、钛、铌、钼、钨和硼组成的组中选择其他合金元素来获得本发明的有益效果。钒、钛、铌、钼和钨是形成稳定碳化物的合金元素，这些碳化物限制了奥氏体化工艺期间奥氏体晶粒的生长并创造改善的淬透性。另一方面，硼主要导致淬透性的提高。这些动作对于提高柔性针布的顶端和钩的基部的使用寿命非常重要。

No.	C％	Mn％	Si％	P％	S％	Cr％	Cu％	Ni％	Al％	V％	B％	Nb％
													A	0.663	0.693	0.203	0.009	0.004	0.044	0.040	0.028	-	-	-	-
B	0.678	0.758	0.255	0.007	0.003	0.229	0.016	0.018	0.026	-	-	-
													C	0.720	0.745	0.190	0.013	0.006	0.105	0.007	0.011	0.002	0.080	-	-
D	0.763	0.709	0.192	0.012	0.004	0.307	0.039	0.026	-	0.119	-	0.061
													E	0.827	0.682	0.248	0.010	0.009	0.015	0.013	0.019	0.001	0.076	0.003	-

表1在对比实验中使用的丝材成分

表2钢丝的详情、热处理条件、微观结构以及机械测试结果。

Claims (11)

1.一种用于柔性针布的钢丝，

其中所述钢丝具有在0.2mm到0.7mm之间的等效直径；

其中所述钢丝具有包括以下的成分：

以重量计在0.7％到1.1％之间的碳；

以重量计在0.5％到1.2％之间的锰；

以重量计在0.05％到0.5％之间的硅；

以重量计少于0.4％的铬；

以重量计少于0.05％的磷；

以重量计少于0.05％的硫；

以重量计少于0.2％的铜；

以重量计少于0.2％的镍；以及

至少一种合金元素，含量以重量计在0.02％-0.2％之间并且选自由钒、钛、铌、钼和钨组成的组，或以重量计最低含量为0.001％的硼，

所述钢丝成分进一步包括不可避免的杂质并且剩余物为铁，

其中所述钢丝具有回火马氏体微观结构，

其中所述钢丝的微观结构包括以体积计在1％-10％之间的未溶解的碳化物。

2.根据前述权利要求中任一项所述的钢丝，其中所述钢丝包括以重量计至少0.001％的硼，以及优选地以重量计少于0.01％的硼。

3.根据前述权利要求中任一项所述的钢丝，其中回火马氏体晶粒具有带有长长度和短长度的形状，其中所述长长度和所述短长度的比率小于2。

4.根据前述权利要求中任一项所述的钢丝，其中所述回火马氏体晶粒具有小于10μm的平均晶粒大小。

5.根据前述权利要求中任一项所述的钢丝，其中所述钢丝具有至少2400MPa的拉伸强度Rm以及至少2100MPa的屈服强度Rp0.2。

6.根据前述权利要求中任一项所述的钢丝，其中所述钢丝具有至少2200MPa的屈服强度Rp0.2。

7.根据前述权利要求中任一项所述的钢丝，其中所述屈服强度Rp0.2与所述拉伸强度Rm的比率高于90％。

8.根据前述权利要求中任一项所述的钢丝，其中断裂伸长率At大于3％。

9.根据前述权利要求中任一项所述的钢丝，其中所述钢丝包括以重量计在0.05％到0.2％之间的钒。

10.一种柔性针布，包括钩以及基础部，

其中所述钩包括根据前述权利要求1-9中任一项所述的钢丝，

其中所述钩被设置在所述基础部中，

其中所述钩中的每个钩包括基部段和两个腿部；

其中所述基部段被提供为与所述基础部平行并且在所述基础部一侧处，

其中所述两个腿部刺穿所述基础部，

其中所述两个腿部中的每个腿具有尖锐的顶端。

11.根据权利要求10所述的柔性针布，

其中所述腿部的至少部分和所述基部具有回火马氏体微观结构，

其中所述顶端具有高于800HV的硬度的马氏体微观结构，更优选地具有高于900HV的硬度的马氏体微观结构。

Images