EA019120B1

EA019120B1 - Нить из холоднотянутой низкоуглеродистой стали и способ производства такой нити

Info

Publication number: EA019120B1
Application number: EA201001411A
Authority: EA
Inventors: Хавьер Дель Рио Родригес; Дирк Меерсшо
Original assignee: Нв Бекаэрт Са
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2014-01-30
Also published as: BRPI0908575A2; CN101965413B; EP2268839A1; JP5859209B2; JP2011517330A; EA201001411A1; WO2009109495A1; EP2268839B1; US8883306B2; CN101965413A; ES2432094T3; US20110000593A1

Abstract

Стальная нить, предназначенная для армирования эластомерных или термопластичных изделий характеризуется содержанием углерода до 0,20 вес.%. Стальную нить получают с покрытием, усиливающим адгезию к эластомерным изделиям или к термопластичным изделиям. Стальную нить вытягивают до достижения конечного диаметра меньше 0,60 мм и конечной прочности на растяжение выше 1200 МПа. Промежуточные термообработки устраняются, благодаря чему "углеродный след" стальной нити значительно снижается.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к стальной нити и к стальному корду, предназначенным для армирования эластомерных или термопластичных продуктов.

Настоящее изобретение относится также к способу производства такой стальной нити и такого стального корда.

Уровень техники

Стальные нити и стальной корд, предназначенные для армирования эластомерных изделий, таких как шины, ударные планки, шланги, гибкие трубы и др., хорошо известны в существующем уровне техники.

Стальные нити и стальной корд изготовляют из тонкого стального прутка. Этот тонкий стальной пруток обычно состоит из стали следующего состава, вес.%: углерод - более 0,60, марганец 0,40-0,70, кремний 0,15-0,30, сера и фосфор - максимум 0,03. Могут добавляться и другие микролегирующие элементы, например хром. Тонкий стальной пруток обычно имеет диаметр 5,5 или 6,5 мм.

Тонкий стальной пруток вначале очищают путём механического удаления окалины и/или химического травления в растворе Н₂8О₄ или НС1 с целью удаления присутствующих на поверхности оксидов. После этого тонкий пруток промывают водой и сушат. Высушенный тонкий пруток подвергают затем первой серии операций сухого волочения с целью уменьшения диаметра до первого промежуточного диаметра.

При указанном первом промежуточном диаметре 61, равном примерно от 3,0 до 3,5 мм, волоченную сухим способом стальную проволоку подвергают промежуточной термообработке, называемой патентированием. Патентирование означает первую аустенизацию до температуры примерно 1000°С с последующим фазовым превращением от аустенита в перлит при температуре примерно 600-650°С. После этого стальная проволока готова для дальнейшей механической деформации.

Далее стальную проволоку подвергают дополнительному сухому волочению от первого промежуточного диаметра 61 до второго промежуточного диаметра 62 во второй серии операции уменьшения диаметра. Второй диаметр 62, как правило, составляет от 1,0 до 2,5 мм.

При указанном втором промежуточном диаметре 62 стальную проволоку подвергают второй операции патентирования, т.е. повторной аустенизации до температуры примерно 1000°С с последующей закалкой при температуре от 600 до 650°С, что обеспечивает превращение в перлит.

Если суммарное обжатие на первой и второй стадиях волочения не слишком велико, может проводиться операция прямого волочения из тонкого прутка до диаметра 62.

После указанной второй операции патентирования на стальную проволоку обычно наносят латунное покрытие: стальную проволоку покрывают медью, а на медь наносят цинк. Для того чтобы образовалось латунное покрытие, проводят термодиффузионную обработку.

Стальную проволоку с латунным покрытием подвергают затем заключительной серии операций уменьшения поперечного сечения с помощью машин мокрого волочения. Конечным продуктом является высокопрочная стальная нить с содержанием углерода более 0,60 вес.% и прочностью на растяжение выше 2000 МПа, пригодная для армирования эластомерных изделий.

Несмотря на своё широкое применение, описанный выше способ имеет недостаток, т.к. он потребляет много энергии. Более конкретно, две стадии патентирования и связанные с ними печи аустенизации требуют большого количества энергии. В качестве лишь одного примера: одна печь аустенизации потребляет энергию в объёме 374 кВт на 1 т производимого стального корда. Кроме того, печи и связанный с ними процесс закалки поставляют значительную часть СО₂, образующегося в процессе производства стальных нитей и стального корда, предназначенных для армирования эластомерных изделий. Однако операция патентирования необходима и не может быть исключена. Операция патентирования восстанавливает металлическую структуру стальной проволоки до состояния, которое позволяет дополнительное волочение. Без этой операции патентирования стальная проволока часто разрывалась бы при дополнительном волочении и становилась бы слишком хрупкой.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является устранение недостатков существующего уровня техники.

Целью настоящего изобретения также является получение стальной нити с помощью производственного процесса, который потребляет меньше энергии.

Ещё одной целью настоящего изобретения является исключение использования печей аустенизации и других промежуточных термообработок.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена стальная нить, предназначенная для армирования эластомерных изделий. Стальная нить состоит из композиции нелегированной углеродистой стали.

В композиции нелегированной углеродистой стали все элементы (возможно за исключением кремния и марганца) имеют содержание менее 0,50 вес.%, например менее 0,20 вес.%, например менее 0,10 вес.%.

Кремний присутствует в количествах до 1,0 вес.%, например до 0,50 вес.%, например 0,30 или 0,15 вес.%.

- 1 019120

Марганец присутствует в количествах до 2,0 вес.%, например до 1,0 вес,%, например 0,50 вес.% или 0,30 вес.%.

Содержание углерода в настоящем изобретении составляет до 0,20 вес.%, например до 0,10 вес.%, например до 0,06 вес.%. Минимальное содержание углерода может составлять примерно 0,02 вес.%.

Композиция нелегированной углеродистой стали включает в себя в основном ферритную или перлитную матрицу и является в основном однофазной. В ферритной или перлитной матрице отсутствуют мартенситные фазы, бейнитные фазы или цементитные фазы.

Стальную нить получают с покрытием, например, из цинка или латуни, усиливающим адгезию к эластомерным изделиям. Стальную нить вытягивают до конечного диаметра меньше 0,60 мм при конечной прочности на растяжение выше 1200 МПа.

Волочение такой нити из низкоуглеродистой стали можно проводить без промежуточной операции патентирования и без какой-либо другой термообработки типа отжига благодаря низкому содержанию углерода.

Стальную нить получают прямым волочением из тонкого прутка, например, диаметром 5,5 мм до нити с диаметром меньше 0,60 мм, что соответствует уменьшению площади поперечного сечения более чем на 98%. При диаметре, равном или меньшем 0,45 мм, уменьшение площади поперечного сечения составляет более 99%.

Покрытие, например из латуни, может быть нанесено на проволоку с промежуточным диаметром от 5,5 до 0,60 мм. Стальную проволоку с латунным покрытием продолжают вытягивать без использования промежуточных термообработок до конечного диаметра нити. Латунное покрытие имеет двойную функцию. Прежде всего в конечном изделии латунь усиливает адгезию к резине, создавая серные мостики между медью в латуни и резиной. Во-вторых, будучи более мягким материалом по сравнению с низкоуглеродистой сталью, латунь действует как смазка при конечных операциях волочения и позволяет подвергать стальную нить названным выше высоким степеням уменьшения площади поперечного сечения. Благодаря этой высокой деформируемости могут быть получены высокие уровни конечной прочности на растяжение.

В документе существующего уровня техники 1Ρ-Ά-05/105951 раскрыта проволока из низкоуглеродистой стали. Однако эта проволока из низкоуглеродистой стали подвергается одной или более промежуточным термообработкам.

В документе существующего уровня техники И8-А-5833771 раскрыта стальная проволока с низким содержанием углерода для армирования шин. Однако состав нержавеющей стали стальной проволоки наряду с другими элементами содержит, например, от 6 до 10% никеля и от 16 до 20% хрома. Такой состав не является нелегированной углеродистой композицией.

В документе существующего уровня техники ЖО-А-84/02354 раскрыты пруток из высокопрочной низкоуглеродистой стали и стальная проволока. Однако эта стальная проволока состоит из двухфазной стальной композиции с ферритной матрицей и диспергированной второй фазой, такой как мартенсит, бейнит и/или аустенит. Эта двухфазная сталь отличается от нелегированной углеродистой стали.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен стальной корд, имеющий одну или более нитей из низкоуглеродистой стали согласно первому аспекту настоящего изобретения.

Стальной корд преимущественно состоит только из нитей из низкоуглеродистой стали согласно первому аспекту настоящего изобретения.

Все примеры подходящих структур стального корда являются структурами стального корда, которые пригодны для армирования брекера или подпротекторного слоя шин: 2x1, 3x1, 4x1, 5x1, 1+4, 1+5, 1+6, 2+2, 3+2, 2+3.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен способ производства стальной нити, предназначенной для армирования эластомерных изделий. Способ включает следующие стадии:

a) подготовка тонкого стального прутка с содержанием углерода до 0,08 вес.%;

b) волочение этого стального прутка до конечного диаметра меньше 0,60 мм и до прочности на растяжение выше 1200 МПа без каких-либо промежуточных термообработок типа патентирования;

c) получение указанной стальной нити с покрытием, усиливающим адгезию к эластомерным изделиям.

Покрытие может быть нанесено на нить конечного диаметра или предпочтительно на нить промежуточного диаметра, как это было описано выше.

Вслед за указанными стадиями а)-с) способа может быть проведена стадия скручивания разных такого рода нитей из низкоуглеродистой стали одна с другой или с другими нитями, в результате чего образуется стальной корд.

В результате устранения промежуточных термообработок можно добиться 3%-ного снижения образования СО₂ по сравнению с существующим уровнем техники.

Согласно четвёртому аспекту настоящего изобретения нити из низкоуглеродистой стали согласно первому аспекту настоящего изобретения или корд из низкоуглеродистой стали согласно второму аспекту настоящего изобретения применяют в эластомерных или термопластичных изделиях.

Подходящими эластомерными изделиями являются шины, конвейерные ленты, ремни привода га

- 2 019120 зораспределительного механизма, шланги, гибкие трубы и т.д. Подходящими термопластичными изделиями являются ударные планки и гибкие рукава.

Стальная нить изобретения (первый аспект) и стальной корд изобретения (второй аспект) в особенности подходят для усиления брекера или подпротекторного слоя шины. Несмотря на то что они не обладают прочностью на растяжение выше 2000 МПа, нити из низкоуглеродистой стали и корды из низкоуглеродистой стали согласно изобретению обеспечивают брекерному или подпротекторному слою шины требуемую степень жёсткости.

Осуществление изобретения

Стальная нить согласно изобретению может быть изготовлена следующим образом.

Исходным материалом является тонкий стальной пруток из композиции нелегированной углеродистой стали с содержанием углерода от 0,04 до 0,08 вес.%. Полный состав тонкого прутка является следующим, вес.%: углерод 0,06, кремний 0,166, хром 0,042, медь 0,173, марганец 0,382, молибден 0,013, азот 0,006, никель 0,077, фосфор 0,007 и сера 0,013.

Как правило, если содержание кремния, как указано выше, меньше 1,0 вес.%, то содержание марганца меньше 2,0 вес.%. При этом содержания Сг, Си, N1 и Мо ограничены 0,20%. Количества фосфора и серы ограничены 0,030 вес.%. Количество N ограничено 0,015 вес.%.

Тонкий пруток подвергают холодному волочению от диаметра прутка 5,5 мм до промежуточного диаметра 2,0 мм.

При этом промежуточном диаметре 2,0 мм на стальную проволоку методом электроосаждения наносят медь, например в Си-пирофосфатной ванне, затем на стальную проволоку методом электроосаждения наносят цинк, например в ΖηδΟ₄ ванне, после чего с целью образования на проволоке латунного покрытия проводят операцию термодиффузии.

Термодиффузия включает в себя нагрев до температуры от 450 до 600°С. Такая обработка, однако, длится всего лишь несколько секунд. Эта температура не столь высока, как температура аустенизации. Кроме того, термодиффузия не приводит к изменениям в металлической структуре стальной проволоки.

При этом промежуточном диаметре патентирование не проводят. Аналогичным образом при этом промежуточном диаметре не проводят никаких других термообработок, например отжига.

В качестве альтернативы латуни стальная проволока может быть подвергнута электроцинкованию.

Возвращаясь к латунному покрытию, следует добавить, что 2,0-мм стальную проволоку с латунным покрытием подвергают далее влажному волочению до получения готовой нити с конечным диаметром 0,45 мм и прочностью на растяжение 1400 МПа.

Наконец, несколько таких 0,45-мм нитей из низкоуглеродистой стали скручивают в стальной корд 1+5x0,45. Этот корд из низкоуглеродистой стали характеризуется разрывной нагрузкой, равной 1270 Н.

Другими примерами корда изобретения являются 3+2x0,45; 1+4x0,45.

В том случае, когда стальную проволоку подвергают электроцинкованию, на скрученный стальной корд может быть нанесён силановый грунтовочный слой.

После необязательной операции очистки стальной корд может быть покрыт грунтовочным слоем, выбранным из органо-функциональных силанов, органо-функциональных титанатов и органофункциональных цирконатов, применение которых для указанной цели в технике известны. Преимущественно, но не исключительно, органо-функциональные силановые грунтовочные слои выбирают из соединений следующей формулы:

¥-(СН2)п-81Х3 где Υ обозначает органо-функциональную группу, выбираемую из -ΝΗ₂, СН₂=СН₂, СН₂=С(СН₃)СОО-, 2,3-эпоксипропокси, Η8- и С1-;

X обозначает функциональную группу при атоме кремния, выбираемую из -ОВ, -ОС(=О)В', -С1, у которых В и В' независимо выбирают из С1-С₄-алкилов, преимущественно из -СН₃ и С₂Н₅; и η - целое число от 0 до 10, преимущественно от 0 до 10 и наиболее предпочтительно от 0 до 3.

Описанные выше функциональные силаны являются продажными продуктами. Применение способа согласно изобретению позволило снизить образование СО2 на 70 кг на 1 т стального корда. В результате этого углеродный след стального корда изобретения оказался сниженным по сравнению со стальными кордами существующего уровня техники.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Стальная нить для армирования эластомерных изделий, изготовленная из нелегированной стали, в которой содержание углерода составляет до 0,20 вес.%, и содержащая покрытие, усиливающее адгезию к эластомерным изделиям или к термопластичным изделиям, полученная холодным волочением до диаметра меньше 0,60 мм и имеющая прочность на растяжение выше 1200 МПа.
2. Стальная нить по п.1, в которой содержание углерода составляет менее 0,02 вес.%.
3. Стальная нить по п.1 или 2, изготовленная с применением обжатия с уменьшением площади поперечного сечения более чем на 98%.
4. Стальной корд для армирования эластомерных изделий, который содержит одну или более

- 3 019120 стальных нитей по любому из предыдущих пунктов.
5. Стальной корд по п.4, имеющий структуру, принадлежащую к группе, состоящей из 2x1, 3x1, 4x1, 5x1, 1+4, 1+5, 1+6, 2+2, 3+2, 2+3.
6. Способ производства стальной нити для армирования эластомерных изделий, который включает в себя следующие операции:

a) подготовка тонкого стального прутка из композиции нелегированной стали с содержанием углерода до 0,20 вес.%;

b) волочение указанного стального прутка с образованием стальной проволоки с промежуточным диаметром без промежуточных термообработок, таких как патентирование;

c) нанесение на указанную стальную нить покрытия, усиливающего адгезию к эластомерным изделиям;

б) дополнительное волочение указанной стальной проволоки с покрытием до конечного диаметра меньше 0,60 мм при конечной прочности на растяжение, превышающей 1200 МПа.
7. Способ производства стального корда для армирования эластомерных изделий, который включает в себя следующие операции:

a) изготовление стальной нити способом по п.6;

b) скручивание одной или более таких стальных нитей в стальной корд.
8. Применение стальной нити по любому из пп.1-3 или стального корда по пп.4-5 для армирования шин.
9. Эластомерное или термопластичное изделие, содержащее армирующую его одну или более нитей по пп.1-3.
10. Эластомерное изделие по п.9, которым является шина.
11. Термопластичное изделие по п.9, которым является ударная планка.

Евразийская патентная организация, ЕАПВ

Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2