DE69325970T2

DE69325970T2 - Walzdraht, Feinstdraht und verdrillter Draht aus Stahl, Verfahren zur Herstellung von Feinstdraht

Info

Publication number: DE69325970T2
Application number: DE69325970T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiko Ibaraki; Kozo Katsube; Takaaki Minamida; Yoshihiro Mitani; Katsuji Mizutani; Mamoru Murahashi; Kenji Ochiai; Yasuhiro Oki; Tamotsu Shohzaki
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-11-16
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2013-11-16
Also published as: DE69325970D1; EP0598371B1; EP0598371A1; CA2103111C; JP2500786B2; KR960006988B1; US5575866A; CA2103111A1; JPH06336649A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen warmgewalzten Stahlwalzdraht bzw. - vorziehdraht bzw. -grobdraht, welcher eine hohe Ziehbarkeit aufweist und fähig ist, in einen hochfesten feinen Stahldraht bzw. Feinstahldraht mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit gezogen zu werden, einen hochfesten feinen Stahldraht, welcher durch Ziehen des selben Stahlgrobdrahts erhalten wurde, und einen verdrillten Stahldraht, welcher durch Verdrillen der hochfesten Stahldrähte erhalten wurde, und ein Verfahren zur Herstellung des feinen Stahldrahts.
Ein für einen Stahlcord verwendeter feiner Stahldraht wird im allgemeinen durch das folgende Verfahren hergestellt: zuerst wird ein Stahlmaterial warmgewalzt und kontrolliertem Kühlen unterworfen. Darauf wird der so erhaltene Stahlgrobdraht mit einem Durchmesser von etwa 5,0 bis 6,4 mm aufeinander abfolgend primären Ziehen, Patentieren, sekundärem Ziehen, Wiederpatentieren und Messingplattieren unterworfen und dann schließlich in einen feinen Stahldraht naßgezogen. Ein Stahlcord wird durch Verdrillen der so erhaltenen feinen Stahldrähte erhalten. Im allgemeinen weist der feine Stahldraht einen Durchmesser von etwa 0,35 bis 0,175 mm auf. Beim Verdrillungsprozess werden mehrere Drähte oder mehrere Dutzend bzw. Zehner von Drähten der feinen Stahldrähte in einen Stahlcord verdrillt.
Bei der Herstellung eines solchen Stahlcords wird eine starke Querschnittsverringerung von 90 bis 98% beim Naßziehprozeß nach dem Messingplatieren angewandt, und es wird ferner während des vorstehenden Naßziehprozesses eine viel stärkere Drehspannung bzw. Torsionsspannung und eine Zugbiegespannung angewandt, als im darauf folgenden Verdrillungsprozeß.
Demgemäß sind für den Stahlgrobdraht für den feinen Stahldraht im allgemeinen physikalische Eigenschaften erforderlich, welche geeignet sind, den Bruch des Drahts bei den folgenden Zieh- und Verdrillungsprozessen zu verhindern. Insbesondere ist es aus den vorstehend beschriebenen Gründen wichtig, daß der Stahlgrobdraht nicht solche Probleme, wie den Bruch des Drahts beim Naßziehprozeß und den folgenden Verdrillungsprozeß und das Verklemmen bzw. Blockieren einer Düse im Ziehprozeß, wenn der Stahldraht mechanisch entzundert wird bzw. werden soll, verursacht.
Beim üblichen Ziehen mit der Hilfe von mechanischem Entzundern ist beim primären Ziehen die Ziehbarkeit umso besser, je dicker der Zunder ist, und demgemäß werden die Warmwalzbedingungen so bestimmt, daß dickere Zunder erhalten werden. Jedoch führt dieses Verfahren zum Erhalten dickeren Zunders zu einer Abnahme im Ausbeuteverhältnis des Stahlgrobdrahts.
Einer feiner Stahldraht mit einer hohen Delaminierungsbeständigkeit wird bei der Herstellung von Stahlcord mit einer Zugfestigkeit, welche den Wert übersteigt, welcher durch die Gleichung TS = 2910 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [TS(N/mm²): Zugfestigkeit, D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahls] berechnet wird, gewünscht. Wenn die Zugfestigkeit des feinen Stahldrahts den durch die vorstehende Gleichung errechneten Wert übersteigt, steigt die Häufigkeit der Delaminierung beim Verdrillungs- bzw. Torsionstest stark an. Falls die Delaminierung beim Verdrillungsprozeß, welcher dem Naßziehprozeß folgt, auftritt, wird die Schlaglänge entlang der Länge des Stahlcords ungleich, wodurch es unmöglich wird, einen normalen Stahlcord zu erhalten.
In "Steel in the USSR", Vol. 17, Dez. 87, S. 569-571, werden Untersuchungen hinsichtlich des Härtens und der Zähigkeit kaltverarbeiteter bzw. -gehärteter Stahldrähte hinsichtlich des Variierens des Kohlenstoffgehalts innerhalb der Stahlzusammensetzung beschrieben. Insbesondere wird ein Stahl, welcher 0,90% C, 0,24% Si, 0,53% Mn, 0,023% S, 0,011% P, 0,10% Cr, 0,11% Cu und 0,13% Ni enthält, als Stahl 85 offenbart.
EP-A-144 811 offenbart einen verbesserten Stahldraht mit hoher Zugfestigkeit und einem besonders niedrigem Schwefelgehalt (d. h. unter 0,015%, vorzugsweise unter 0,010%), welcher eine verbesserte Biege- und Torsionsduktilität aufweist.
Eine heutzutage oft verwendete Stahlqualität ist die von JIS G 3506 vorgeschriebene SWRH82A. Die aus diesem Stahl hergestellten feinen Stahldrähte weisen Zugfestigkeiten von etwa 3400 N/mm² bei einem Durchmesser von 0,2 mm und 3200 N/mm² bei einem Durchmesser von 0,3 mm auf. Diese Zugfestigkeiten werden geringer eingestellt, als der aus der Gleichung TS = 2650 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [TS(N/mm²): Zugfestigkeit, D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahls] erhaltene Wert. Es wurde festgestellt, daß die Verwendung einer Kombination einer bestimmten Naßziehmethode und die Zugabe bestimmter Elemente in den Stahl zum Verhindern einer Delaminierung hochwirksam ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen warmgewalzten Stahlgrobdaht mit einer chemischen Zusammensetzung bereitzustellen, welche dem Stahlgrobdraht gute mechanische Entzunderbarkeit verleiht, dem feinen Stahldraht eine höhere Zugfestigkeit als die üblichen Niveaus verleiht und während des Torsionsprozesses eine hohe Delaminierungsbeständigkeit bereitstellt.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Naßziehmethode zum wirksamen Herstellen eines feinen Stahldrahts bereitzustellen, welche keine Delaminierung während des vorstehenden Verdrillungsverfahrens verursacht.
Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein warmgewalzter Stahlgrobdraht für einen Stahlcord bereitgestellt, welcher
C: 0,85 bis 1,05 Gew.-% (im folgenden als "Prozent" abgekürzt)
Si: 0,1 bis 0,5%
Mn: 0,15 bis 0,6%
P: 0,02% oder weniger
S: 0,013% oder weniger
Al: 0,003% oder weniger
Cu: 0,05 bis weniger als 0,20%
Cr: 0,05 bis 0,6%
und gegebenenfalls
Ni: 0,1 bis 0,7% und/oder
W: 0,05 bis 0,4% besteht,
wobei der Rest Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen ist, wobei die Gehalte von Cr, Si und Cu der folgenden Gleichung genügen:
1,0 ≤ (Cr % + Si %)/Cu % ≤ 4,0.
Ferner wird beim vorstehenden warmgewalzten Stahlgrobdraht die Gesamtzundermenge nach dem Warmwalzen vorzugsweise im Bereich von 0,30 bis 0,50% kontrolliert und der arithmetische Mittelrauhwert bzw. die durchschnittliche Rauhigkeit der Mittellinie (Ra) auf der Oberfläche des Stahlgrobdrahts nach dem Entzundern ist vorzugsweise auf 0,55 um beschränkt, welches es möglich macht, die Restzundermenge nach dem mechanischen Entzundern zu verringern, woraus eine gute Ziehbarkeit beim primären Ziehprozeß resultiert.
Zusätzlich ist es bevorzugt, daß die durchschnittliche Zusammensetzung nicht- metallischer Einschlüsse, welche im wesentlichen aus den Oxiden MgO, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, MnO, CaO und TiO&sub2; bestehen, so kontrolliert werden, daß der Gehalt an Al&sub2;O&sub3; 30% oder weniger beträgt, der Gehalt an SiO&sub2; 70% oder weniger beträgt, die vereinigten Gehalte von Al&sub2;O&sub3; und SiO&sub2; im Bereich von 50 bis 90% liegen, wobei der Rest im wesentlichen aus MgO, CaO und TiO&sub2; besteht, und daß keine nichtmetallischen Einschlüsse eines Ti(C-N)-Systems mit Durchmessern von 10 um oder mehr während der mikroskopischen Analyse nachgewiesen werden. Dies macht es möglich, Brüche des Drahts und dgl. beim Ziehprozeß in dem feinen Stahldraht und beim Verdrillenprozeß weiter zu verringern.
Der vorstehende warmgewalzte Stahlgrobdraht wird Ziehen unterworfen und darauffolgend einer abschließenden Wärmebehandlung und Plattierung und wird schließlich mit einer Gesamtquerschnittsverringerung von 90% oder mehr in einen feinen Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,35 mm oder weniger gezogen. Der so erhaltene feine Stahldraht weist eine ausgezeichnete Festigkeit auf und ist besonders hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit ausgezeichnet. Es ist dann möglich, einen Stahlcord mit einer ausgezeichneten Leistung als Verstärkungsmaterial für Reifen und dgl. zu erhalten, in dem mehrere Längen des feinen Stahldrahts verdrillt werden. Ferner wird der vorstehende warmgewalzte Stahlgrobdraht gezogen und einer abschließenden Wärmebehandlung und Plattieren unterworfen und wird durch den Naßziehprozeß, welcher von üblichen Stahlcordherstellern verwendet wird, gezogen, um einen feinen Stahldraht auszubilden. Hinsichtlich der so erhaltenen feinen Stahldrähte sind sogar solche mit Durchmessern von 0,35 mm oder weniger und mit Zugfestigkeiten, welche den Wert übersteigen, welcher durch die Gleichung TS = 2650 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) berechnet wird, ausgezeichnet hinsichtlich der Zähigkeit und Duktilität und weisen eine besonders ausgezeichnete Korrorionsbeständigkeit auf. Um einen feinen Stahldraht mit einer Zugfestigkeit zu erhalten, welche den Wert, welcher durch die Gleichung TS = 2910 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) gegeben ist, oder mehr übersteigt, werden eine erste End- bzw. Finishdüse und eine zweite Enddüse, wobei die Einlaß- und Auslaßseiten der ersten Enddüse und die Einlaßseite der zweiten Enddüse naßgeschmiert sind, und die Auslaßseite der zweiten Enddüse luftgekühlt ist, unterteilt, und wobei die Querschnittsverringerung der zweiten Enddüse 4 bis 10% beträgt. So ist es sogar bei der Verwendung eines Stahlgrobdrahts mit der vorstehenden Festigkeit möglich, durch das vorstehende Naßziehverfahren einen feinen Stahldraht ohne Laminierung zu erhalten.
Fig. 1 (a) bis 1 (d) sind schematische Ansichten, welche den Aufbau bzw. die Konstruktion eines bei dem Naßziehen einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendeten Naßziehers zeigen, wobei Fig. 1 (a) eine Vorderseitenquerschnittsansicht ist, Fig. 1 (b) eine Aufsicht ist, Fig. 1 (c) eine erklärende Schnittansicht von Hauptteilen ist und Fig. 1 (d) eine erklärende Ansicht einer Enddüsenform ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Zusammensetzung des verwendeten Stahlmaterials festgelegt, um eine Zugfestigkeit zu sicherzustellen, welche den Wert übersteigt, welcher durch die Gleichung TS = 2650 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) gegeben ist, um eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit sicherzustellen. Ferner wird die Anhaftungsmenge von auf einem Stahlgrobdraht nach dem Warmwalzen gebildetem Zunder kontrolliert, um die Ziehbarkeit in einem feinen Stahldraht zu erhöhen, ohne die Herstellungsausbeute allzu sehr zu erniedrigen. Zusätzlich wird die Zusammensetzung unvermeidbarer Verunreinigungen, welche in dem Stahlgrobdraht enthalten sind, kontrolliert, um den Bruch des Drahts während des Ziehprozesses oder des Verdrillungsprozesses zu verhindern.
Ein feiner Stahldraht mit einer Zugfestigkeit, welche den Wert übersteigt, welcher durch die Gleichung TS = 2910 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) gegeben ist, kann durch die Verwendung der Kombination des Stahlmaterials und den verbesserten Naßziehbedingungen hergestellt werden.
Im folgenden werden die Erfordernisse der vorliegenden Erfindung vollständig beschrieben werden.
Zuerst wird der Grund beschrieben werden, warum die Menge jeder Komponente erfindungsgemäß kontrolliert wird. Zum Verstärken der Verdrillungsanzahl bei dem Verdrillungsprozeß, während eine ausreichende Festigkeit für einen feinen Stahldraht sichergestellt wird, ist es erforderlich, die Zugfestigkeit des Patentierungsmaterials zu verstärken, um die Gesamtquerschnittsverringerung während des Naßziehprozesses zu verringern, und die Zusammensetzung zu spezifizieren, um die Geschwindigkeit des Kalthärtens beim Ziehen zu erhöhen. Durch das Genügen der vorstehenden Erfordernisse ist es so möglich, einen feinen Stahldraht mit einer Zugfestigkeit herzustellen, welche den Wert übersteigt, welcher durch die Gleichung TS = 2650 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) gegeben ist. Erfindungsgemäß ist, während eine solche Zugfestigkeit im wesentlichen als der angestrebte Referenzwert genommen wird, die Zusammensetzung wie folgt bestimmt:

C: 0,85 bis 1,05%

Im allgemeinen wird die Festigkeit eines Stahlgrobdrahts mit einem Anstieg des C-Gehalts größer. Um die vorstehend angestrebte Festigkeit sicherzustellen, muß C in einer Menge von 0,85% oder mehr vorliegen. C neigt jedoch dazu, sich abzuscheiden und demgemäß tritt, wenn der C-Gehalt übermäßig erhöht wird, Zentrumsabscheidung bzw. Abscheidung im Zentrum auf, welches oft den Bruch des Drahts während des Naßziehprozesses verursacht. Insbesondere, wenn der C-Gehalt im Überschuß von 1,05% vorliegt, werden Netzwerkzementite bzw. - eisencarbide an Austenitkorngrenzen während des abschließenden Patentierungsprozesses oder dem direkten Patentierungsprozeß nach dem Warmwalzen erzeugt, welches dazu tendiert, den Bruch von Draht im darauffolgenden Ziehprozeß zu verursachen und auch die Zähigkeit und Duktilität des feinen Stahldrahts, welcher nach dem Naßziehen erzeugt wird, merklich zu verschlechtern. Demgemäß ist erfindungsgemäß der C-Gehalt bestimmt, im Bereich von 0,85 bis 1,05%, vorzugsweise im Bereich von 0,85 bis 1,00%, spezifiziert zu sein.

Si: 0,1 bis 0,5%

Si ist ein Element, welches für den Sauerstoffentzug bzw. das Desoxidieren bzw. die Reduktion des Stahls notwendig ist. Insbesondere, da in dem erfindungsgemäßen Stahlmaterial Al nicht anwesend ist, muß Si in einer Menge von mindestens 0,1% oder mehr vorliegen. Wenn jedoch Si im Überschuß vorliegt, wird das Ziehen während des Ziehprozesses durch mechanisches Entzundern schwierig und ferner ist es schwierig, eine ausreichende Austentisierung während des Patentierunsprozesses als Ergebnis des Anstiegs des A&sub3;-Transformations- bzw. Umwandlungspunkts durch die Zugabe von Si zu erreichen, welches dazu neigt, den Bruch des Drahts während des abschließenden Naßziehprozesses zu verursachen. Ferner verschlechtert eine überschüssige Zugabe von Si die Schweißbarkeit des Stahls, welches die Verarbeitbarkeit bzw. Bearbeitbarkeit des Schweißvereinens während der Herstellung eines Stahlcords verschlechtert und oft den Bruch des Drahts an Verbindungsstellen verursacht. Demgemäß ist die obere Grenze des Si-Gehalts auf 0,5% festgelegt. Vorzugsweise liegt der Si- Gehalt im Bereich von 0,15 bis 0,30%.

Mn: 0,15 bis 0,6%

Mn ist ein Element, welches zum Beschleunigen der Desoxidation im Stahlherstellungsprozeß erforderlich ist. Wenn Al nicht positiv zugegeben wird, aber unvermeidlicherweise ebenso wie gemäß der vorliegenden Erfindung beigemischt ist, ist es wesentlich, nicht nur Si sondern auch Mn zuzugeben. Ferner weist Mn die Wirkung des Fixierens von S unter Bildung von MnS auf, wodurch die Zähigkeit und Duktilität des Stahls vergrößert wird. Zum Erreichen dieser Wirkungen muß Mn in einer Menge von 0,15% oder mehr zugegeben werden. Mn wird jedoch, obwohl es zum Steigern der Härtbarkeit wirksam ist, leicht ausgeschieden bzw. auskristallisiert. Demgemäß resultiert die Zugabe von Mn in einem Überschuß von 0,6% in einer Ausscheidung, welches die Gefahr des Bildens von Martensiten an den ausgeschiedenen Teilen mit sich bringt und im Erzeugnis in "Cuppy"-artigem Bruch resultiert. Ferner ist Mn ein wichtiges Element zum Umwandeln der Zusammensetzung nichtmetallischer Einschlüsse von Oxiden, welche den Bruch des Drahts während des Naßziehprozesses und dem Verdrillungsprozeß verursachen, in die komplexe Zusammensetzung mit hoher Duktilität, welche später beschrieben wird. Als Konsequenz muß gerade genug Mn zugegeben werden, und der Bereich ist auf 0,15 bis 0,6% spezifiziert.

P: 0,02% oder weniger und S: 0,013% oder weniger

Um den Bruch des Drahts während des Verdrillungsprozesses zu verhindern, ist es wichtig, das Fortschreiten von Mikrorissen zu unterdrücken, welche während des Ziehprozesses erzeugt werden, da sie den Bruch des Drahts verursachen, und ferner die Zähigkeit und Duktilität des Stahlgrobdrahts durch das Verringern der Gehalte an P und S zu erhöhen. Im Fall, daß der S-Gehalt überschüssig zugegeben wurde, durch die Umsetzung zwischen S und Mn erzeugtes MnS einer korrosiven Atmosphäre ausgesetzt, wirkt ferner als eine Kathode zum Bilden einer lokalen Zelle, wodurch die Korrosion des Stahls beschleunigt wird. Demgemäß ist es wünschenswert, daß die S- und P-Gehalte beide verringert werden und daher ist der P-Gehalt im Stahl auf 0,02% oder weniger, vorzugsweise auf 0,01% oder weniger, bestimmt und der S-Gehalt im Stahl ist auf 0,013% oder weniger, vorzugsweise 0,01% oder weniger bestimmt.

Al: 0,003% oder weniger

Al ist ein Hauptelement nichtmetallischer Einschlüsse von Oxiden, welche hauptsächlich Al&sub2;O&sub3;, wie Al&sub2;O&sub3;, MgO-Al&sub2;O&sub3;, welche eine der Hauptgründe des Bruchs des Drahts während der Herstellung des feinen Stahldrahts oder des Verdrillungsprozesses des feinen Stahldrahts sind, enthalten. Die nichtmetallischen Einschlüssen von Oxiden üben einen gegenteiligen Effekt auf die Lebensdauer bzw. Haltbarkeit einer Düse im abschließenden Naßziehprozeß aus und verschlechtern ferner die Ermüdungseigenschaften des feinen Stahldrahts und des verdrillten Stahlcords. Demgemäß ist erfindungsgemäß zum Verhindern des Bruchs des Drahts aufgrund der nichtmetallischen Einschlüsse von Oxiden und zum Verhindern der vorstehend beschriebenen schädlichen Effekte der Al-Gehalt auf 0,003% oder weniger bestimmt.

Cu: 0,05 bis weniger als 0,20%

Cu ist zum Erhöhen der Korrosionsbeständigkeit eines feinen Stahldrahts wirksam. Wenn der Cu-Gehalt weniger als 0,05% beträgt, kann der Effekt nicht erreicht werden. Wenn der Cu-Gehalt auf über 0,05% erhöht wird, ist die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Ferner wird durch die Zugabe von Gu die Ziehbarkeit durch mechanisches Entzundern verbessert und das Blockieren einer Düse wird wirksam verhindert.
Wenn jedoch Cu in einer Menge von 0,20% oder mehr zugegeben wird, werden auf der Oberfläche des Stahlgrobdrahts Blasen erzeugt, sogar bei der Unterbringungstemperatur (englisch: "placing temperatur") von 900ºC nach dem Warmwalzen und Magnetite werden auf dem Basismaterial unter den Blasen erzeugt, welches die Lebensdauer einer Düse beim Ziehen durch mechanisches Entzundern verringert. Im schlimmsten Fall werden die Magnetite übermäßig erzeugt und das Blockieren der Düse tritt schon im Anfangsstadiums auf.
Cu reagiert mit S, um CuS zu erzeugen. CuS scheidet sich an Korngrenzen aus, um Fehler bzw. Materialfehler in einem Stahlblock bzw. Barren und einem Stahlgrobdraht während des Herstellungsprozesses des Stahlgrobdrahts zu erzeugen, wodurch der Bruch des Drahts während des anschließenden Naßzieh prozesses und dem Verdrillungsprozeß verursacht wird, welches in verringerter Produktivität resultiert. Für einen Cu-Gehalt von 0,20% oder mehr wird das vorstehende Problem bedeutsam. Demgemäß ist erfindungsgemäß der Cu-Gehalt auf den Bereich von 0,05 bis weniger als 0,20%, vorzugsweise auf den Bereich von 0,1 bis weniger als 0,20%, bestimmt. Der Zugabeeffekt von Cu wird in der ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. HEI 4-280944 offenbart, wobei die zugegebene Cu-Menge auf den Bereich von 0,20 bis 0,80% bestimmt ist. In diesem Dokument wird jedoch als der Zugabeeffekt von Cu nur die Verbesserung der Korrosionsermüdungseigenschaften offenbart und der Effekt auf die Ziehbarkeit durch mechanisches Entzunden, welcher eine extrem wichtige Eigenschaft bei der Herstellung eines feinen Stahldrahts ist, wird nicht untersucht.

Cr: 0,05 bis 0,6%

Cr ist zum Verstärken der Kaltverfestigungsrate während des abschließenden Patentierungsprozesses oder des Naßziehprozesses nach dem Plattieren wirksam. Bei der erlaubten Reduktion, d. h. bei der wahren Beanspruchung im abschließenden Ziehen durch ein Ziehgerät macht es die Zugabe von Cr in einer geeigneten Menge möglich, einen Stahldraht von hoher Festigkeit zu erhalten. Cr ist nämlich ein äußerst wichtiges Element zum Verstärken der Kaltverfestigungsrate zum Herstellen eines Stahldrahts mit hoher Festigkeit. Die Wirkungen von Cr können durch die Cr-Zugabe in einer Menge von 0,05% oder mehr erreicht weden. Wenn der Cr-Gehalt mehr als 0,6% beträgt, wird die Härtbarkeit des Stahl übermäßig gesteigert, welches es schwierig macht, den abschließenden Patentierungsprozeß durchzuführen und ferner die mechanische Entzunderbarkeit verschlechtert. Demgemäß muß die Cr-Zugabe auf 0,6% oder weniger gedrückt werden. Vorzugsweise liegt der Cr-Gehalt in dem Bereich von 0,1 bis 0,3%.
Wie vorstehend beschrieben, ist Cr ein wesentliches Element zum Erhöhen der Festigkeit des Stahls. Die überschüssige Zugabe von Cr verschlechtert jedoch die mechanische Entzunderbarkeit. Im Gegenteil dazu weist Cu den Effekt des Verbesserns der mechanischen Entzunderbarkeit auf, jedoch verursacht die überschüssige Zugabe von Cu Blasen auf Zundern, welche dazu neigen, die mechanische Entzunderbarkeit zu verschlechtern. Ferner wird, wie vorstehend beschrieben, erkannt, daß die Si-Zugabe die mechanische Entzunderbarkeit verschlechtert. Demgemäß wird zum Erhalten der Verbesserung von sowohl der hohen Festigkeit als auch der mechanischen Entzunderbarkeit das Unterdrücken des Gesamtgehalts von Cr, Cu und Si als wichtig betrachtet. Daher wurde ferner untersucht und die folgende Tatsache bestätigt: es kann nämlich durch Spezifizieren der entsprechenden Gehalte der drei Elemente auf eine Weise, daß sie der Beziehung 1,0 ≤ (Cr % + Si %) /Cu % ≤ 4,0 genügen, ein hochfester Stahldraht ohne Verschlechterung der mechanischen Entzunderbarkeit erhalten werden. Wenn zusätzlich der Wert weniger als 1,0% beträgt, ist es unmöglich, das Erzeugen von Blasen zu unterdrücken, wodurch die Ziehbarkeit verschlechtert wird. Wenn andererseits der Wert übermäßig groß wird, wird das Ziehen aufgrund des Vorliegens von Zunderrückstand, welcher nach den mechanischen Entzundern zurückgeblieben sind, sehr schwierig.

Ni: 0,1-0,7% und/oder W: 0,05-0,4%

Ni ist zum Verstärken der Zähigkeit und der Duktilität, insbesondere der Verdrillungseigenschaften eines feinen Stahldrahts wirksam. Der Effekt von Ni kann durch die Zugabe von Ni in einer Menge von 0,1% oder mehr erreicht werden. Wenn jedoch Ni überschüssig zugegeben wird, wird die Härtbarkeit des Stahls übermäßig erhöht und es ist schwierig, den Patentierungsprozeß bei der Herstellung des feinen Stahldrahts durchzuführen. Demgemäß muß der Ni-Gehalt auf 0,7% oder weniger beschränkt werden.
Ferner erhöht der W-Gehalt in einer Menge von 0,05% oder mehr die Kalthärtungsrate bedeutend, um dadurch die Festigkeit des Stahldrahts zu verstärken. Wenn jedoch der W-Gehalt 0,4% erreicht, ist der vorstehende Effekt gesättigt, so daß jede weitere Zugabe ein Verschwendung bedeutet. Wenn ferner mehr als 0,4% W zugegeben wird, ist die Härtbarkeit übermäßig erhöht und es ist schwierig, den abschließenden Patentierungsprozeß durchzuführen. Der W- Gehalt ist vorzugsweise auf den Bereich von 0,1 bis 0,2% bestimmt.
Der erfindungsgemäße Stahlgrobdraht enthält Komponenten, welche die vorstehenden Erfordernisse erfüllen, wobei der Rest im wesentlich Fe und un vermeidbare Verunreinigungen ist. Die unvermeidbaren Verunreinigungen enthalten N, Ti, Nb und dergleichen in Spurenmengen, ebenso wie nichtmetallische Einschlüsse von Oxiden, welche später beschrieben werden. Diese unvermeidbaren Verunreinigungen werden vorzugsweise so weit wie möglich unterdrückt.
Während der Herstellung des Stahlgrobdrahts mit der vorstehenden Zusammensetzung wird zuerst ein Stahlmaterial zu einem Stahlgrobdraht mit einem Durchmesser von 5 bis 6,5 mm warmgewalzt. Darauffolgend wird der Zunder auf der Oberfläche des Stahlgrobdrahts durch mechanisches Entzundern oder Beizentzundern entfernt. Zum Entfernen von Zundern durch mechanisches Entzundern ist die Oberflächenrauhigkeit des Stahlgrobdrahts nach dem Warmwalzen ein wichtiger Faktor hinsichtlich der Zunderabtrennung. Da die Oberfläche des Stahlgrobdrahts aufgerauht ist, ist die Menge an Zunder vergrößert, welches das Problem des Auftretens des Blockierens einer Düse im darauffolgenden Ziehprozeß mit sich bringt. Demgemäß ist erfindungsgemäß die obere Grenze der Oberflächenrauhigkeit auf 0,55 um in Ra bestimmt. Die durchschnittliche Rauhigkeit der Mittellinie, welche hier definiert ist, wird als der Wert in Mikrometern ausgedrückt, welcher durch die folgende Gleichung berechnet wird:
wobei die Mittellinie des Teils einer gemessenen Länge des Stabs L, welche aus der Rauhigkeitskurve in Mittellinienrichtung abgetastet wird, als X-Achse genommen wird und die axiale Vergrößerungsrichtung als Y-Achse genommen wird und wobei die Rauhigkeitskurve durch y = f(x) ausgedrückt wird.
Falls der Zunder durch Beizentzundern entfernt wird, muß nur darauf geachtet werden, die Erzeugung von Rost während des Transport eines Stahlgrobdrahts zu vermeiden und demgemäß muß die Zunderanhaftungsmenge nicht in Betracht gezogen werden. Falls das Entfernen von Zunder und das Ziehen jedoch gleichzeitig durch einen mechanischen Entzunderer durchgeführt werden, übt die Anhaftungsmenge von Zundern auf der Oberfläche einen Stahlgrobdraht einen extrem großen Effekt auf das Ziehen aus.
Wenn nämlich die Anhaftungsmenge von Zunder auf der Oberfläche eines Stahlgrobdrahts groß ist, wird die Menge an Zunderrückständen auf der Oberfläche des Stahlgrobdrahts nach dem Entfernen von Zunder durch einen mechanischen Entzunderer relativ klein, so daß das darauffolgende Ziehen relativ leicht wird. Jedoch wird die Ausbeute durch eine große Menge an Zunder verringert. Demgemäß ist erfindungsgemäß unter Inbetrachtziehen der Ausbeute die obere Grenze der Anhaftungsmenge von Zunder auf 0,5% bestimmt.
Wenn im Gegenteil die Anhaftungsmenge von Zunder auf der Oberfläche des Stahlgrobdrahts verringert wird, ist die Menge an Zunderrückständen nach dem mechanischen Entzundern vergrößert, so daß oft Probleme, wie Blockieren einer Düse während des darauffolgenden Ziehprozesses verursacht werden, welches die Ziehbarkeit bedeutend verschlechtert. Die Grenze für die Zundermenge wird im allgemeinen als etwa 0,45% betrachtet. Erfindungsgemäß wird jedoch, da das bevorzugte Zunderabtrennen sogar mit einer Zundermenge von 0,30% erreicht wird, die untere Grenze der Zunderanhaftungsmenge auf 0,30% bestimmt.
Zusätzlich werden die Oberflächenrauhigkeit eines Stahlgrobdrahts und die Zunderanhaftungsmenge zu einem Problem, wenn Zunder durch mechanisches Entzundern, wie vorstehend beschrieben, entfernt wird, und sie stellen keinen besonderen Einschränkungsfaktor dar, falls der Zunder durch Beizentzundern entfernt werden.
Die nichtmetallischen Einschlüsse von Oxiden, welche unvermeidbar im Stahl vorliegen, werden im folgenden beschrieben.
Wie vorstehend bei der Begründung des Begrenzens des Al-Gehalts beschrieben, sind nichtmetallische Einschlüsse, wie Al&sub2;O&sub3;, MgO-Al&sub2;O&sub3;, TiN und SiO&sub2;, in einem Strahlgrobdraht in Spurenmengen vorhanden. Unter diesen Einschlüssen verursachen solche mit Nichtduktilität den Bruch des Drahts während der Kalt verformung oder üben gegenteilige Effekte auf die Ermüdungseigenschaften aus und sollten konsequenter Weise soweit wie möglich verringert werden. Ferner ist es wünschenswert, daß die Eigenschaft der Streckbarkeit der Einschlüssen während des Warmwalzens gegeben ist.
Die Zusammensetzung der nichtmetallischen Einschlüsse hängt von Verunreinigungen, welche Hilfsausgangsmaterialien beigemischt sind, Elementen, welche aufgrund des Schmelzverlusts von Feuerfestmaterialien beigemischt werden, und dem Gleichgewichtszustand der Schlackezusammensetzung und dgl. ab. Bei dem erfindungsgemäßen Stahlgrobdraht mit einer Zusammensetzung, welche die vorstehenden Erfordernisse erfüllt, enthalten nichtmetallische Einschlüsse von Oxiden hauptsächlich MgO, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, MnO, CaO und TiO&sub2;, wobei die durchschnittliche Zusammensetzung, wie durch eine Analyse der Oxidformen der nichtmetallischen Einschlüssen von Oxiden offenbart, bestimmt wird, indem der Al&sub2;O&sub3;-Gehalt 30% oder weniger beträgt, der SiO&sub2;-Gehalt 70% oder weniger beträgt und die Gesamtgehalte von Al&sub2;O&sub3; und SiO&sub2; im Bereich von 50 bis 90% liegen, wobei der Rest MgO, CaO und TiO&sub2; ist. Es wurde gezeigt, daß ein Stahlgrobdraht, welcher die vorstehenden Einschlüsse enthält, es möglich macht, den Bruch des Drahts beim Ziehen in einen feinen Stahldraht und während des darauffolgenden Verdrillens zu verringern und eine ausgezeichnete Ermüdungseigenschaft zu zeigen. Der Grund dafür ist, daß, da die nichtmetallischen Einschlüsse, welche den vorstehenden Erfordernissen genügen, eine Struktur annehmen, welche während des Warmwalzens relativ ausgedehnt ist, sie keinen gegenteiligen Effekt auf das Ziehen im Kaltzustand ausüben.
Im Gegensatz dazu existieren für nichtmetallische Einschlüsse von Oxiden, welche Al&sub2;O&sub3; in einer Menge von 30% oder mehr enthalten, oft von Silikaten umgebene Al&sub2;O&sub3; und MgO-Al&sub2;O&sub3;. Die Silikate werden beim Warmwalzen ausgedehnt oder beim Ziehprozeß fein gebrochen und üben dadurch keinen gegenteiligen Effekt auf die darauffolgende Ziehbarkeit aus. Jedoch sind die verbleibenden Al&sub2;O&sub3; und MgO-Al&sub2;O&sub3;, welche sogar nach der Bildung eines feinen Stahldrahts verbleiben, nicht ausdehnbar und verursachen so den Bruch des Drahtes. Wenn ferner der SiO&sub2;-Gehalt 70% übersteigt, wird die Duktilität der nichtmetallischen Einschlüsse von Oxiden insgesamt verringert und somit werden die nichtmetallischen Einschlüsse von Oxiden während des Ziehprozesses in einem feinen Stahldraht nicht so sehr gebrochen, welches oft einen gegenteiligen Effekt auf die Ermüdungseigenschaft ausübt.
Ferner sollte die Gesamtmenge an SiO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; im Bereich von 50 bis 90% liegen. Wenn sie weniger als 50% beträgt, werden nichtmetallische Einschlüsse, welche reich an CaO sind, erzeugt. Die so erzeugten nichtmetallischen Einschlüsse üben keinen so großen gegenteiligen Effekt auf den Bruch des Drahts bei der Herstellung des Stahlcords aus, jedoch verursachen sie Ermüdungsversagen. Demgemäß muß das Erzeugen der vorstehenden nichtmetallischen Einschlüsse vermieden werden. Im Gegenteil wird die Zusammensetzung der nichtmetallischen Einschlüsse, wenn höher als 90%, reich an Al&sub2;O&sub3; oder SiO&sub2;, welches den Bruch des Drahts während der Herstellung des Stahlcords oder Ermüdungsversagen verursacht. Jeder Fall liegt nicht im Umfang der vorliegenden Erfindung.
Zusätzlich sind nichtmetallische Einschlüsse des Ti-Systems, insbesondere TiN, TiC oder die komplexen Einschlüsse davon, d. h. Ti(C,N), hinsichtlich des Bruchs des Drahts während der Herstellung des Stahlcords schädlich. Insbesondere Einschlüsse mit 10 um übersteigenden Größen werden eine Hauptursache des Buchs des Drahts. Demgemäß ist es erforderlich, daß nichtmetallische Einschlüsse von Ti(C,N) der vorstehenden Größe nicht in einem wesentlichen Grad vorliegen dürfen, wenn die optische mikroskopische Untersuchung von 10 bis 20 Stücken des Stahlgrobdrahts gemacht wird.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Verhindern des Delaminierens eines feinen Stahldrahts beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, neigt, wenn die Zugfestigkeit eines feinen Stahldrahts einen Wert aufweist, welcher den durch die Gleichung TS = 2910 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) beschriebenen Wert übersteigt, die Delaminierung dazu, während des Torsionstests des feinen Stahldrahts aufzutreten. Um die Delaminierung des feinen Stahldrahts zu verhindern, ist es wichtig, eine Zusammensetzung des Stahls zu verwenden, welche für den Naßziehprozeß geeignet ist. Da jedoch die Naßziehbedingungen einen großen Effekt auf die Delaminierung des feinen Stahldrahtes ausüben, ist es ferner wichtig, die Naßziehbedingungen zu kontrollieren, um einen feinen Stahldraht mit hoher Festigkeit und hoher Duktilität herzustellen. Um dem feinen Stahldraht eine Zugfestigkeit zu verleihen, welche den Wert übersteigt, welcher durch die Gleichung TS = 2910 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) gegeben ist, ist es erforderlich, eine Ziehquerschnittsverringerung von 95% oder mehr auf den Stahlgrobdraht anzuwenden. Andererseits ist es bei einer üblichen Ziehvorrichtung, da der Unterschied in der Querschnittsverringerung zwischen aufeinander folgenden Düsen eingeschränkt ist, wenn die Ziehquerschnittsverringerung erhöht wird, erforderlich, die Querschnittsverringerung der Enddüse zu vergrößern, falls die Ziehquerschnittsverringerung höher eingestellt werden soll. Ferner besteht bei dem Naßziehen für einen feinen Stahldraht, welcher für einen Drahtcord verwendet wird, die weitere Einschränkung, daß der Auslaß einer Enddüse luftgekühlt ist. Diese Einschränkungsbedingungen wurden untersucht und die folgende Ziehmethode entwickelt. Nämlich wird die Enddüse unter Bildung einer Doppeldüsenstruktur in zwei Düsen unterteilt. So werden, während das abschließende Ziehen mit einer bestimmten Querschnittsverringerung (beispielsweise 12 bis 18%) unter Verwendung der Doppeldüsen durchgeführt wird, die Einlaß- und die Auslaßseite der ersten Enddüse und die Einlaßseite der zweiten Enddüse feucht- bzw. naßgeschmiert. Mit dieser Ziehmethode ist es, sogar wenn die Auslaßseite der zweiten Enddüse luftgekühlt ist, durch Verwendung des Naßschmiereffekts der ersten Enddüse während des Naßziehens, möglich, das Brüchigwerden des Stahldrahts aufgrund von Belastungsaltern zu verhindern, indem die Ziehtemperatur der ersten Enddüse unterdrückt wird.
Als nächstes werden die Effekte der Querschnittsverringerung und der Konuswinkel- bzw. Öffnungswinkel der geteilten Enddüsen auf die Delaminierung eines feinen Stahldrahts beschrieben werden.
Die Konuswinkel der ersten und zweiten Düsen werden auf 12º eingestellt und die Querschnittsverringerungen in den ersten und zweiten Enddüsen werden bei 15% insgesamt konstant eingestellt. Unter diesen Bedingungen sind die Querschnittsverringerungen der ersten und zweiten Enddüse harmonisch eingestellt, beispielsweise wird die Querschnittsverringerung der ersten Enddüse stufenweise erhöht, während die Querschnittsverringerung der zweiten Enddüse verringert wird, wodurch festgestellt wurde, daß Delaminierung auch bei einem feinen Stahldraht mit einer Zugfestigkeit, welche den durch die Gleichung TS = 2910 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) gegebenen Wert übersteigt, bei Bedingungen bei welchen die Querschnittsverringerung der zweiten Enddüse 7,5% oder weniger beträgt, nicht auftritt. Ferner wird das Ziehexperiment unter der Bedingung durchgeführt, daß der Konuswinkel der ersten Enddüse auf 12º eingestellt ist, der Konuswinkel der zweiten Enddüse auf einen Wert zwischen 4 bis 8º eingestellt ist und die Querschnittsverringerung der zweiten Enddüse auf einen Wert zwischen 4 bis 10% eingestellt ist. Das Ergebnis des Experiments ist, daß, wenn der Konuswinkel der zweiten Enddüse 5º beträgt und die Querschnittsverringerung der zweiten Enddüse etwa 4% beträgt, es möglich ist, einen feinen Stahldraht mit einer Zugfestigkeit von 4.100 N/mm² ohne Delaminierung zu erhalten. Daher ist die Enddüse in erste und zweite Düsen unterteilt; die Einlaß- und Auslaßseiten der ersten Enddüse und die Einlaßseite der zweiten Enddüse werden naßgeschmiert, um die Erzeugung von Arbeitswärme zu unterdrücken und die Querschnittsverringerung der zweiten Enddüse ist im Bereich von 4 bis 10% eingestellt, wodurch es möglich ist, ohne eine Delaminierung einen feinen Stahldraht mit einer Zugfestigkeit zu erhalten, welche den Wert, welcher durch die Gleichung TS = 2910 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) gegeben ist, übersteigt. Ferner ist es, wenn notwendig, durch die Verwendung einer zweiten Enddüse mit einem Konuswinkel kleiner als der 12º-Winkel der üblichen Düse möglich, das Verhindern der Delaminierung weiter zu verstärken.
Der erfindungsgemäße Stahlgrobdraht kann durch Warmwalzen eines Stahlmaterials mit einer Zusammensetzung erhalten werden, welche die vorstehenden Erfordernisse erfüllt, gefolgt von kontrolliertem Kühlen. Im allgemeinen weist der Stahlgrobdraht einen Durchmesser im Bereich von 5,0 bis 6,4 mm auf und wird dann in gewöhnlicher Weise dem Ziehen und Patentieren und, wenn notwendig, Messigplattieren oder Zinkplattieren unterworfen, wonach er in einen feinen Stahldraht naßgezogen wird.
Der so erhaltene feine Stahldraht zeigt eine hohe Festigkeit und weist eine ausgezeichnete Ziehbarkeit durch mechanisches Entzundern auf und kann wirksam als ausgezeichnetes Verstärkungsdrahtmaterial selbst verwendet werden. Ferner wird ein Stahlcord, welcher durch Verdrillen mehrerer oder mehrerer Dutzend von Längen des feinen Stahldrahts erhalten wird, weit verbreitet als Verstärkungsmaterial für Reifen, Gürtel und Corde verwendet.
Die vorliegende Erfindung wird genauer durch die folgenden Beispiele beschrieben, jedoch schränken diese Beispiele die vorliegende Erfindung nicht ein.
Die Stahlmaterialien mit Zusammensetzungen, wie in Tabellen 1 und 2 gezeigt, wurden warmgewalzt (die "Placing"-Temperatur nach dem Warmwalzen: 950ºC) und dem kontrolliertem Kühlen und Direktpatentieren unterworfen, um so Stahlgrobdrähte mit einem Durchmesser von 5,5 mm zu erhalten. Jeder der Stahlgrobdrähte wurde mechanischem Entzundern unterworfen und die durchschnittliche Rauhigkeit der Mittellinie (Ra) auf der Oberfläche des Stahlgrobdrahts nach dem Zunderabtrennen und die Menge an Zunder, welcher auf der Oberfläche des Stahlgrobdrahts verbleibt, wurden gemessen.
Der Stahlgrobdraht wurde gezogen und hinsichtlich der Ziehbarkeit durch stufenweises bzw. langsames Erhöhen der Ziehrate und Bestimmen der Grenzziehrate, bei welcher Blockieren in der Düse auftrat, beurteilt.
Um die mechanischen Eigenschaften eines feinen Stahldrahts zu beurteilen, wurde ein Stahlgrobdraht mit einem Durchmesser von 2,2 mmø Bleipatentieren unterworfen und dann auf einen Durchmesser von 1,40 mmø gezogen und dann wieder Bleipatentieren und Messingplattieren unterworfen, wonach er in einen feinen Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,23 mmø naßgezogen wurde. Die so erhaltenen feinen Stahldrähte wurde verdrillt, um einen Stahlcord zu bilden. Die Ergebnisse sind in Tabellen 3 und 4 gezeigt. Tabelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3
Mechanische Eigenschaften eines feinen Stahldrahts von 0,23 mmø, Grenzziehrate, bei welcher Blockieren der Düse während des Ziehprozesses eines Stahlgrobdrahts von 5,5 mmø auf 2,2 mmø durch mechanisches Entzundern nicht auftritt und Anwesenheit oder Abwesenheit von Blasen. Tabelle 4
Mechanische Eigenschaften eines feinen Stahldrahts von 0,23 mmø, Grenzziehrate, bei welcher Blockieren der Düse während des Ziehprozesses eines Stahlgrobdrahts von 5,5 mmø auf 2,2 mmø durch mechanisches Entzundern nicht auftritt und Anwesenheit oder Abwesenheit von Blasen.
Aus den in Tabellen 1 bis 4 gezeigten Ergebnissen wird das folgende festgestellt:
Tabellen 1 und 3 zeigen die Ergebnisse, welche durch Ziehen durch mechanisches Entzundern erhalten wurden, und die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen feinen Stahldrähte. In diesen Tabellen fehlt bei Vergleichsbeispiel A der Gehalt an Cr, so daß kein feiner Stahldraht erhalten werden kann, welcher eine Zugfestigkeit aufweist, welche den Wert übersteigt, welcher durch die Gleichung TS = 2650 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) gegeben ist. Ferner genügt die Zunderrückstandsmenge nach dem mechanischen Entzundern nicht dem Erfordernis 0,020% oder weniger zu sein, welche für das Bereitstellen einer guten Ziehbarkeit erforderlich ist. Jedoch ist Ziehen mit einer geringen Ziehrate von 300 m/min möglich.
Vergleichsbeispiel B enthält Cr in einer geeigneten Menge, so daß ein feiner Stahldraht mit einer Zugfestigkeit erhalten werden kann, welcher den Wert übersteigt, welcher durch die Gleichung TS = 2650 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) gegeben ist. Das Verhältnis (Cr% + Si%)/Cu% übersteigt jedoch den definierten Bereich und als Konsequenz wird die mechanische Entzunderbarkeit durch die Zugabe von Cr schlechter, wodurch es sogar bei der minimalen Ziehrate der in diesem Experiment verwendeten Ziehvorrichtung unmöglich wird, Ziehen durchzuführen.
Bei Vergleichsbeispiel C weist (Cr% + Si%)/Cu% einen Wert von 2,7 auf, welches in dem bestimmten Bereich von 1 bis 4 liegt, aber der absolute Wert des Cu-Gehalts übersteigt 0,20% und als Konsequenz werden Blasen erzeugt. Aufgrund der so erzeugten Blasen ist die Blockierungsgrenze-Ziehrate verringert. Das gleiche gilt für Vergleichsbeispiel D. In Vergleichsbeispiel ist nämlich D die Zunderrückstandsmenge nicht so viel größer, jedoch erreicht die Blockierungsgrenze-Ziehrate nicht einmal den Wert 260 m/min.
Jedoch ist für jeden der warmgewalzten Stahlgrobdrähte (E und F) gemäß der vorliegenden Erfindung, welche kontrolliert sind, um Cu und Cr in geeigneten Mengen zu enthalten, (Cr% + Si%)/Cu% im Bereich von 1 bis 4 zu bestimmen und Cu in einer Menge von weniger als 0,20% zu enthalten, die Zunderabtrennbarkeit durch die Zugabe von Cu verbessert und der hochfeste feine Stahldraht kann leicht durch Zugabe von Cr hergestellt werden. Dies macht es möglich, einen feinen Stahldraht mit einer hohen Festigkeit von 2650 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) oder mehr zu erhalten, während das bevorzugte Niveau der Ziehbarkeit während des mechanischen Entzunderns erhalten bleibt. Zusätzlich ist eine Zunderrückstandsmenge von 0,02% oder weniger bevorzugt.
Tabellen 2 und 4 zeigen den Wirkung der Zugabe von Ni und/oder W. Vergleichsbeispiel M ist ein Material, welches dem von dem in Tabelle 1 gezeigten Vergleichsbeispiel B ähnelt, dem Cr zugefügt wurde. Vergleichsbeispiel N ist ein Stahl, welchem Cu in einer großen Menge zugefügt wurde.
Wie aus Tabelle 4 offensichtlich ist, ist Vergleichsbeispiel M hinsichtlich der Ziehbarkeit durch mechanisches Entzundern schlechter. Ferner kann für Vergleichsbeispiel N das Ziehen durch mechanisches Entzundern mit Schwierigkeiten durchgeführt werden, d. h. bei einer niedrigen Ziehrate oder weniger als 300 m/min. In jedem dieser zwei Vergleichsbeispiele übersteigt die verbleibende Zunderrate 0,030%. Insbesondere ist bei Vergleichsbeispiel N die Beziehung zwischen Cu% und (Cr% + Si%) unausgeglichen, wodurch das Erzeugen von Blasen auf Zundern verursacht wird, welches das Erzeugen von Unterzunder erzeugt, wodurch die Ziehbarkeit extrem verschlechtert wird.
Im Kontrast dazu stellt jedes der erfindungsgemäßen Beispiele O bis U eine bevorzugte Ziehbarkeit durch mechanisches Entzundern sicher. Hinsichtlich der Eigenschaften des feinen Stahldrahts weist jedes der erfindungsgemäßen Beispiele O, R und S, welche Ni in einer geeigneten Menge enthalten, eine Festigkeit auf, welche den Wert übersteigt, welcher durch die Gleichung TS = 2910 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) gegeben ist, zeigen aber nichts desto trotz einen bevorzugten Verringerungswert. Es wird sogar für jedes der erfindungsgemäßen Beispiel R und T, welche W enthalten, ein feiner Stahldraht mit hoher Festigkeit erhalten. Zusätzlich wird in jedem der erfindungsgemäßen Beispiele P und U, welche W und Ni enthalten, ein feiner Stahldraht mit hoher Festigkeit und hoher Duktilität erhalten.
Wie vorstehend beschrieben, ist es offensichtlich, daß die Zugabe von Ni und W außerordentlich effektiv zum Erhalten eines feinen Stahldrahts mit hoher Festigkeit und hoher Duktilität ist.
Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse der Experimente, bei denen die Oberflächenrauhigkeit des Stahlgrobdrahts, die Zunderrückstandsmenge und das Verhalten während des Ziehens durch Verwendung von Vergleichsbeispiel A bis D und erfindungsgemäßen Beispielen E bis H untersucht wurden.
Wie aus Tabelle 5 offensichtlich ist, ist für jedes der Vergleichsbeispiele A und B die Oberflächenrauhigkeit des Stahlgrobdrahts schlecht (0,65 um) und demgemäß ist die Zunderrückstandsmenge erhöht und die Blockierungsgrenze-Ziehrate ist sehr niedrig (300 m/min oder weniger). Im Gegensatz dazu sind bei den erfindungsgemäßen Beispiel E bis H Cu und Cr in geeigneten Mengen zugegeben und (Cr% + Si%)/Cu% wird in dem Bereich von 1 bis 4 kontrolliert und als Ergebnis ist die Oberflächenrauhigkeit klein und die Zunderabtrennbarkeit verbessert, wodurch die Blockierungsgrenze-Ziehrate erhöht ist. Tabelle 5
* Durchschnittliche Rauhigkeit der Mittellinie auf der Oberfläche eines warmgewalzten Stahlgrobdrahts, gemessen nach Entzundern mit einer angelegten Zugbelastung von 4%.
Tabelle 6 zeigt die Teststähle, welche für das Experiment des Untersuchens des Verhaltens während des Ziehens bei verschiedenen Dicken von Zundern, welche nach dem Warmwalzen gebildet wurden, verwendet wurden. In diesem Experiment wurden durch die Verwendung von Vergleichsbeispielen W und X und erfindungsgemäßen Beispielen Y und Z die Dicken der Zunder auf den warmgewalzten Stahlgrobdrähten im Bereich von 0,20 bis 0,70% variiert. Die mechanische Entzunderbarkeit und die Ziehbarkeit jedes Stahlgrobdrahts wurden auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben untersucht und die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt. Tabelle 6 Tabelle 7
Vom Standpunkt der Zunderabtrennbarkeit des Vergleichsbeispiels W in Tabellen 6 und 7 aus ist die Blockierungsgrenze-Ziehrate sehr schlecht (weniger als 260 m/min), wenn die Gesamtzundermenge des gewalzten Materials 0,31% beträgt. Jedoch wird bei Erhöhen der Gesamtzundermenge auf 0,55% und weiter auf 0,70% die rückständige Zundermenge reduziert und die Blockierungsgrenze- Ziehrate ist dadurch verbessert. Ferner verschlechtert bei Vergleichsbeispiel X die Zugabe von Cr die Zunderabtrennbarkeit durch mechanisches Entzundern, so daß Ziehen nicht durchgeführt werden kann, bis die Gesamtzundermenge den Wert 0,48% erreicht. Ziehen wird möglich, wenn die Gesamtzundermenge den Wert von 0,65% erreicht, doch selbst dann nur mit einer Ziehrate von 290 m/min.
Auf der anderen Seite ist in jedem der erfinderischen Beispiele Y und Z, wenn die Gesamtzundermenge des gewalzten Stahldrahts zwischen 0,20% und 0,30% beträgt, die Ziehbarkeit nicht sehr gut, aber wenn die Zundermenge 0,30% oder mehr beträgt, kann eine stabile Ziehbarkeit sichergestellt werden. Wie aus den Ergebnissen offensichtlich ist, ist es bei den Stahlmaterialien der vorliegenden Erfindung sogar dann möglich, wenn die Zundermenge der gewalzten Materialien in dem Bereich von 0,30 bis 0,50% liegt, eine bevorzugte mechanische Entzunderbarkeit und darauffolgend eine gute Ziehbarkeit zu erhalten.
Tabelle 8 zeigt die Beziehung zwischen den Zusammensetzungen der nichtmetallischen Einschlüsse, insbesondere nichtmetallischer Einschlüsse von Oxiden in Stählen, Details der Stähle, in welchem die Anzahl von nichtmetallischen Einschlüssen von Ti(C, N)-System kontrolliert ist, und die Bruchzahlen während des Prozesses des Ziehens in feine Stahldrähte. Symbole a bis e zeigen die Stähle, in welchen der Al&sub2;O&sub3;-Gehalt 30% oder mehr ist oder in welchen SiO&sub2;- Gehalt 70% oder mehr ist. Symbole f bis i zeigen die Stähle, in welchen der Al&sub2;O&sub3;-Gehalt 30% oder weniger ist, der SiO&sub2;-Gehalt 70% oder weniger ist und die Gesamtmenge an Al&sub2;O&sub3; und SiO&sub2; im bevorzugten Bereich von 50 bis 90 liegt. Symbole j bis m zeigen die Stähle, in welchen die Gehalte an Al&sub2;O&sub3; und SiO&sub2; den bevorzugten Erfordernissen genügen, gerade wie für die Symbole f bis i gezeigten Stähle, aber in welche nichtmetallische Einschlüsse des Ti(C,N)-Systems eingestreut sind. Tabelle 8
Zusammensetzung nichtmetallischer Einschlüsse im Stahl, welcher in einem Experiment zum Kontrollieren der Zusammensetzung der Einschlüsse verwendet wurde und Bruchrate während des Ziehprozesses eines feinen Stahldrahts.
Wie aus Tabelle 8 ersichtlich ist, tritt bei den Stählen, welche durch die Symbole a bis e gezeigt sind, und den Stählen, welche durch die Symbole j bis m gezeigt sind, welche alle außerhalb des Bereichs der bevorzugten Erfordernisse der vorliegenden Erfindung liegen, oft ein Bruch der Drähte auf. Im Gegensatz dazu ist die Bruchanzahl bei den Stählen, welche durch die Symbole f bis i gezeigt sind, welche den bevorzugten Erfordernissen der vorliegenden Erfindung sogar hinsichtlich der nichtmetallischen Einschlüsse genügen, verglichen mit den Stählen, welche nicht den bevorzugten Erfordernissen genügen, extrem klein.
Das Naßziehverfahren wird im folgenden beschrieben. Fig. 1 (a) bis 1 (d) zeigen einen Überblick bzw. Abriß der Konstruktion eines Naßziehers, welcher zum Erhalten eines feinen Stahldrahts mit einer Zugfestigkeit (TS) von 2910 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) oder mehr ohne eine Delaminierung verwendet wurde, wobei Fig. 1 (a) eine Frontschnittansicht ist, Fig. 1 (b) eine Aufsicht ist, Fig. 1 (c) eine erklärende Schnittansicht der Hauptteile ist und Fig. 1 (d) eine erklärende Schnittansicht der Enddüsenform ist. Der wie in Fig. 1 (a) bis 1 (d) gezeigte Naßzieher weist die gleiche Konstruktion auf, wie sie für das Ziehen eines feinen Stahldrahts üblicherweise verwendet wird, abgesehen davon, daß die Enddüse gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird. In einem Ziehtank 1, welcher mit einer mit Schmiermittel gemischten Lösung F gefüllt ist, werden eine Vielzahl (15 bis 25 Stück) von Antriebswellen in Form von gestuften Rädern und Zwischendüsen 3 eingetaucht. Eine Enddüse 4 ist an der Auslaßseitenwandteil des Ziehtanks 1 angeordnet. In diesem Naßzieher wird ein Filament W' von einer Zuführrolle R, welche auf der vorgeschalteten Seite angeordnet ist, in Abfolge um jede Antriebswelle 2 gewickelt, welches zwischendurch durch eine Gruppe von Zwischendüsen 3, welche zwischen den Antriebswellen 2 in der mit Schmiermittel gemischten Lösung F angeordnet sind, gezogen. Das Filament W' wird durch die Enddüse 4 durch eine wickelnde Antriebswelle 5, welche auf der Auslaßseite des Ziehtanks 1 angeordnet ist, gezogen und wird so in einen feinen Stahldraht W mit einem bestimmten Durchmesser gezogen. Er wird um eine Spule S, welche auf der nachgeschalteten Seite des wickelnden Antriebswelle 5 angeordnet ist, gewickelt. Zusätzlich ist im Fall des Ziehens eines feinen Stahldraht zur Verwendung als ein Reifencord die Auslaßseite der Enddüse 4 luftgekühlt, da eine Haftung mit dem Gummi bzw. Kautschuk erforderlich ist.
Ferner ist wie in Fig. 1 (c) gezeigt, die Enddüse 4 gemäß dieser Ausführungsform in eine erste Enddüse 4a und eine zweite Enddüse 4b aufgeteilt, welche durch einen Düsenhalter 4c, welcher eine Lösungsdurchlaßteil im Mittelteil davon in einer räumlich getrennten Weise aufweist, gehalten, um so eine Doppeldüsenstruktur zu bilden. Die zweite Enddüsenseite 4b ist auf der Auslaßseite der inneren Wand des Ziehtanks 1 eingespannt bzw. montiert und die erste Enddüsenseite 4a ist in die mit Schmiermittel gemischte Lösung F eingetaucht. Es werden nämlich die Einlaß- und Auslaßseiten der ersten Enddüse 4a und die Einlaßseite der zweiten Enddüse 4b durch die Schmiermittel gemischte Lösung F naßgeschmiert. Tabelle 9 zeigt die mechanischen Eigenschaften von feinen Stahldrähten mit einen Enddrahtdurchmesser, welcher durch Naßziehen unter den folgenden verschiedenen Einstellungen der Bedingung erhalten wurden: Die Konuswinkel der ersten und zweiten Düsen wurden beide auf 12º eingestellt und die Querschnittsverringerung der zweiten Düse wurde auf 4,5% oder 12,7% eingestellt. Der Konuswinkel der zweiten Enddüse wurde auf 4º einstellt und die Querschnittsverringerung der zweiten Enddüse wurde auf 4,5% eingestellt und dann wurde der Durchmesser des plattierten Drahts während des Plattierens eingestellt, um einen Draht mit einer Zugfestigkeit zu ergeben, welcher den Wert übersteigt, welcher durch die Gleichung TS = 2910 - 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) gegeben ist. Wie gemäß dieser Ausführungsform gezeigt, kann, falls jedes der erfindungsgemäßen Beispiele E bis U unter der Bedingung naßgezogen werden, daß die Konuswinkel der ersten und zweiten Düsen beide 12% sind und die Querschnittsverringerung der zweiten Enddüse 4,5% ist, ein feiner Stahldraht mit der vorstehenden Zugfestigkeit ohne eine Delaminierung erhalten werden. Ferner kann im Fall des Vergleichsbeispiels V, wobei unter der Bedingung gezogen wird, daß der Konuswinkel der ersten Enddüse 12º ist, der Konuswinkel der zweiten Enddüse 4º ist und die Querschnittsverringerung der zweiten Enddüse 4,5% ist, ein feiner Stahldraht erhalten werden, welcher die vorstehende Zugfestigkeit ohne eine Delaminierung aufweist. Wie vorstehend beschrieben im Fall der Verwendung der erfindungsgemäßen Beispiele ist die vorstehende Ziehmethode wirksam und ferner, wenn von den erfindungsgemäßen Beispiele verschiedene Stähle verwendet werden, macht es die vorstehende Ziehmethode möglich, feine Stahldrähte mit ausgezeichneten Verdrillungseigenschaften im Vergleich mit solchen zu erhalten, welche durch das übliche Naßziehverfahren gezogen wurden. Tabelle 9
*1 Torsionswert: 200 Durchmesser umgerechneter Wert (engl.: "200dia converted value")
Gemäß der Erfindung mit dem vorstehenden Aufbau kann ein Stahlgrobdraht mit hoher Festigkeit, hoher Korrosionsbeständigkeit und guter Ziehbarkeit erhalten werden. Durch Ziehen, Patentieren, Messingplattieren und Naßziehen des vorstehenden Stahldrahts ist es möglich, einen feinen Stahldraht mit hoher Leistung als Ergebnis seiner ausgezeichneten Verarbeitbarkeit zu erhalten. Ferner bricht der feine Stahldraht auch während des Verdrillungsprozesses nicht, wodurch ein verdrillter Stahlcord mit ausgezeichneter Festigkeit und Zähigkeit gebildet wird, welcher die ausgezeichnete Leistung als Verstärkungsmaterial für ein Reifen, Gürtel und Cord erreichen kann. Demgemäß trägt die vorliegende Erfindung auch dazu bei, das Gewicht des Reifens zu verringern.

Claims

1. Warmgewalzter Stahldraht, welcher zur Herstellung eines dünnen Stahldrahtes, bestehend aus:

C: 0,85 bis 1,05 Gew.-% (im folgenden als "Prozent" bezeichnet)

Si: 0,1 bis 0,5%

Mn: 0,15 bis 0,6%

P: 0,02% oder weniger

S: 0,013% oder weniger

Al: 0,003% oder weniger

Cu: 0,05 bis weniger als 0,20%

Cr: 0,05 bis 0,6% und

gegebenenfalls

Ni: 0,1 bis 0,7% und/oder

W: 0,05 bis 0,4%,

wobei der Rest aus Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, und wobei der Gehalt an Cr, Si, und Cu der folgenden Gleichung genügt:

1,0 ≤ (Cr % + Si %) /Cu % ≤ 4,0

verwendet wird.

2. Warmgewalzter Stahldraht nach Anspruch 1, wobei die mit dem Warmwalzen begleitete Menge der Gesamtzunderbildung in dem Bereich von 0,30 bis 0,50% vorgegeben ist.

3. Warmgewalzter Stahldraht nach Anspruch 2, wobei die mittlere Rauhigkeit (Ra) der Mittelachse auf der Oberfläche des Stahldrahtes nach dem Entzundern mit einer angelegten Zugbeanspruchung von 4% auf 0,55 um oder weniger festgelegt ist.

4. Warmgewalzter Stahldraht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nichtmetallische Einschlüße von Oxiden, welche unvermeidlich in dem Stahldraht vorhanden sind, Einschlüsse, welche MgO, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, MnO, CaO und TiO&sub2; enthalten, umfassen, in welchen die durchschnittliche Zusammensetzung dieser nichtmetallischen Einschlüsse von Oxiden so festgelegt ist, daß der Gehalt an Al&sub2;O&sub3; 30% oder weniger beträgt, der Gehalt an SiO&sub2; 70% oder weniger beträgt, der Gesamtgehalt an Al&sub2;O&sub3; und SiO&sub2; in dem Bereich von 50 bis 90% liegt und der Rest MgO, CaO und TiO&sub2; ist, und wobei ferner keine nichtmetallischen Einschlüsse des Ti(C,N)-Systems mit Durchmessern von 10 um oder mehr, welche während der mikroskopischen Betrachtung des Stahldrahts detektiert werden, vorhanden sind.

5. Feiner Stahldraht, welcher durch Ziehen, Endwärmebehandlung, Beschichten bzw. Platieren und Naßziehen des der Zusammensetzung nach Anspruch 1 genügenden Stahldrahtes erhalten wird und einen Durchmesser von 0,35 mm oder weniger aufweist und eine Zugfestigkeit mit einem Wert von 2650 bis 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D(mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) oder mehr aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung eines feinen Stahldrahtes mit großer Festigkeit, umfassend die Schritte

- Ziehen eines warmgewalzten Stahldrahtes, welcher der Zusammensetzung nach Anspruch 1 genügt, gefolgt von Endwärmebehandlung und Beschichten bzw. Platieren, und

- Naßziehen des Stahldrahtes durch Naßschmieren der Einlaß- und Auslaßseiten von Zwischendüsen, welche auf der stromaufwärtsliegenden Seite eines Endsteins angeordnet sind, durch Eintauchen in eine Schmierlösung oder durch Sprühen der Schmierlösung,

wobei der letzte Endstein in einen ersten Endstein und einen zweiten Endstein aufgeteilt ist und das Ziehen unter der Bedingung ausgeführt wird, daß die Einlaß- und Auslaßseiten des ersten Endsteins und die Einlaßseite des zweiten Endsteins naßgeschmiert sind, die Auslaßseite des zweiten Endsteins luftgekühlt ist und die Querschnittsverringerung des zweiten Endsteins 4 bis 10% beträgt, wodurch ein dünner Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,35 mm oder weniger und mit einer Zugfestigkeit mit einem Wert von 2910 bis 1275 · Log&sub1;&sub0;D [D (mm): Drahtdurchmesser des feinen Stahldrahtes] (N/mm²) oder mehr erhalten wird.

7. Verdrillter Stahldraht, welcher durch Verdrillen des feinen Stahldrahtes nach Anspruch 5 oder des feinen Stahldrahtes, hergestellt nach Anspruch 6, erhalten wird.