碳钢丝及其制造方法与流程

本发明涉及碳钢丝(carbonsteelwire)及其制造方法，并且特别涉及与传统的那种相比耐剪切性(shearresistance)优异的碳钢丝和这类碳钢丝的制造方法。

背景技术：

传统上，用于增强如轮胎和高压软管等橡胶制品的钢丝通过以下来制造：将包含约0.70至0.90质量％的碳的碳钢线材拉丝至预定的中间的线径，然后对于中间的线材施加热处理和镀黄铜处理，进一步，将该中间的线材拉丝至最终的线径。当用于增强橡胶制品时，将这类碳钢丝作为单一帘线或通过捻合获得的钢丝帘线埋设在未硫化橡胶中，并且通过加热来进行橡胶的硫化以及碳钢丝和橡胶的结合。

近年来，随着对于节能和资源节约的需求增长，期望开发更高强度的碳钢丝。为了通过上述制造方法来制造高强度碳钢丝，需要施加至碳钢线材的拉丝加工量(wiredrawingamount)增加。然而，当拉丝加工量增加时，碳钢丝的延展性降低，并且易于发生如制造期间的断线或使用时耐久性的劣化等问题。特别地，关于可能的拉丝加工量或可实现的强度，表层部的延展性的降低会是支配因素。这是因为由于拉丝导致的畸变易于集中在碳钢丝的表层部，而不是其内部，并且表层部与内部相比更早地不能承受强烈加工。此外增加了由于借由与模具的摩擦的发热导致的老化变硬或润滑不良，这促进了表层部的延展性的劣化。为了解决此类延展性的劣化的问题，对于拉丝技术已经进行了改善(例如，专利文献1)。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：日本未审查的专利申请公开no.10-325089

技术实现要素：

发明要解决的问题

现在，已知的是，通过捻合碳钢丝获得的钢丝帘线的强度不是其构成元素的碳钢丝的强度的和。这是因为当施加张力时，通过捻合钢丝帘线中的部分的碳钢丝导致的剪切力变强，并且该部分的碳钢丝导致先行断裂。结果，钢丝帘线的强度明显低于碳钢丝的强度的和。因此，为了进一步改善钢丝帘线的强度，要求实现解决碳钢丝的先行断裂的问题的技术。

由此，本发明的目的是提供与传统的那种相比耐剪切性优异的碳钢丝，其即使当捻合为钢丝帘线时也几乎不经历先行断裂；以及这类碳钢丝的制造方法。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明人深入研究从而获得以下发现。具体地，具有约2,750mpa的低强度的耐剪切的碳钢丝造成导致抵抗剪切的缩颈(necking)的大的塑性变形，由此缓和剪切应力。另一方面，本发明人发现，因为具有例如3,500mpa的高强度的碳钢丝会难以塑性变形，剪切负荷集中于一点，由此导致在此点处的断裂。基于这类发现，本发明人进一步深入研究从而发现，碳钢丝的塑性变形能力可以通过将与碳钢丝的长度方向正交的圆形截面中的织构(crystaltexture)的分布设定至预定分布来保持，由此可以改善碳钢丝的耐剪切性，因此完成了本发明。

换言之，本发明的碳钢丝是线径为0.1至0.6mm的碳钢丝，所述碳钢丝的特征在于，

当与长度方向正交的圆形截面的半径为r并且从所述圆形截面的外周起朝向中心0.4r的区域为表层部时，所述表层部中相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率为60％以下。这里，[110]方向的织构是指当通过电子背散射衍射(electronbackscatterdiffraction)(ebsd)分析碳钢丝的长度方向截面时，在从[110]方向起10°内的方向上取向的织构。

在本发明的碳钢丝中，优选地，当所述圆形截面中所述表层部内侧的区域为中心部时，所述中心部中相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率大于60％。本发明的碳钢丝可以适当地用于增强橡胶制品。

本发明的碳钢丝的制造方法是以下的碳钢丝的制造方法，包括通过使用多个模具将碳钢线材进行湿法拉丝加工的工序，所述制造方法的特征在于，

当最终获得的碳钢丝的拉伸强度为t(mpa)并且湿法加工中使用的模具个数为n时，满足由以下式(1)表示的关系：

t/n≤155(mpa)(1)；

当湿法拉丝加工前的碳钢线材的半径为d0并且湿法拉丝后的碳钢丝的线径为d1时，在由以下式(2)表示的拉丝畸变(wiredrawingdistortion)ε为1.5以下的模具处的拉模阻力(diedrag)的最大值为750mpa以下：

ε＝2×ln(d0/d1)(2)

这里，术语"拉模阻力"是指通过(施加至通过模具出口的丝的张力)-(施加至进入模具入口前的丝的反张力(backtension))计算的值。

发明的效果

根据本发明，可以提供与传统的那种相比耐剪切性优异的碳钢丝，和这类碳钢丝的制造方法。

附图说明

图1是与本发明的碳钢丝的长度方向正交的圆形截面的截面图。

图2是显示ebsd的测量点的碳钢丝的长度方向截面图。

图3是表明从实施例1和比较例2的碳钢丝的表面起的距离与相对于碳钢丝的长度方向沿[110]方向的织构的占有率之间的关系的图。

图4是钢丝的剪切断裂强度的测量方法的示意性说明图。

具体实施方式

本发明的碳钢丝现在将参考附图详细地描述。

图1是与本发明的碳钢丝的长度方向正交的圆形截面的截面图。本发明的碳钢丝是线径为0.1至0.6mm的碳钢丝1，当与长度方向正交的圆形截面的半径为r并且从圆形截面的外周起朝向中心0.4r的区域为表层部2时，表层部2中相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率为60％以下。换言之，通过使表层部2中的沿[110]方向的织构的占有率小于传统的那种，确保表层部2的延展性，保持塑性变形能力，并且改善耐剪切性。在本发明的碳钢丝中，为了更好地获得本发明的效果，在从与长度方向正交的圆形截面的外周起0.4r的区域中相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率优选为60％以下。

在本发明的碳钢丝中，中心部中相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率优选超过60％。这里，中心部3是圆形截面中表层部2内侧的区域。在本发明的碳钢丝中，表层部2中相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率为60％以下，这与过去相比更小，因此，虽然耐剪切性改善，但拉伸强度因此降低。因此，为了确保碳钢丝的拉伸强度，增加碳钢丝的中心部3的强度。在本发明的碳钢丝中，优选地，中心部3中相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率为80％以上。

本发明的碳钢丝没有特别限制，只要线径为0.1至0.6mm并且表层部2中相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率为60％以下即可。例如，对于材质，碳含量为0.70质量％以上的高碳钢丝是适当的。

本发明的碳钢丝以与传统的那种相比更高的水平同时实现拉伸强度和耐剪切性，并且可以适当地用于增强如轮胎、带、空气弹簧和软管等橡胶制品。例如，当本发明的碳钢丝用作轮胎的增强材料时，其可以用作如胎体帘线层、带束层、带束增强层、如钢丝圈外包布(flipper)等带束部周围的增强层等增强材料。

下一步，将详细地描述本发明的碳钢丝的制造方法。

本发明的碳钢丝的制造方法是以下的碳钢丝的制造方法，包括通过使用多个模具将碳钢线材进行湿法拉丝加工的工序。在本发明的碳钢丝的制造方法中，当最终获得的碳钢丝的拉伸强度为t(mpa)并且用于湿法拉丝加工的模具个数为n时，满足以下式(1)：

t/n≤155(mpa)(1)。

如上所述，在本发明的碳钢丝中，将表层部2中相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率设定至60％以下。这类碳钢丝可以通过相对于长度方向阻滞(retarding)碳钢丝的表层部2的织构的[110]方向来制造。出于该目的，仅需要在湿法拉丝加工中主要处理碳钢线材的表面。因此，最好是以碳钢线材的表面频繁接触作为加工工具(jig)的模具这样的方式使用很多模具。因此，在本发明的碳钢丝的制造方法中，将通过最终获得的碳钢丝的拉伸强度(mpa)除以用于拉丝加工的模具个数得到的值设定至155(mpa)以下，作为其基准。该值适当地为150(mpa)以下。

进一步，在本发明的碳钢丝的制造方法中，当湿法拉丝加工前的碳钢线材的半径为d0并且湿法拉丝后的碳钢丝的线径为d1时，在由以下式(2)表示的拉丝畸变ε为1.5以下的模具处的拉模阻力的最大值为750mpa以下：

ε＝2×ln(d0/d1)(2)

在拉丝加工的初始阶段发生结晶(crystal)的取向。因此，有效的是减少拉丝加工的前半段中的加工量。由此，在本发明的碳钢丝的制造方法中，将在拉丝畸变为1.5以下的模具处的拉模阻力的最大值设定至750mpa以下。该值适当地为700mpa以下。

补充地，当拉丝畸变为2.5以上时，金相结构向相对于长度方向沿[110]方向的取向几乎完成。虽然沿[110]方向的织构几乎完美地沿拉丝方向排列并且拉伸强度随着伴随加工量的纤维间隔减小而增加，但是如伸长率和拉深(drawing)等延展性值明确地降低。出于该原因，在拉丝畸变为2.5以上的情况时的拉伸强度为3,000mpa以上的钢丝弱化剪切力。

本发明的碳钢丝的制造方法没有特别限制，只要其在湿法拉丝加工中满足上述制造条件。例如，作为进行拉丝加工的碳钢线材，可以适当地使用包含0.70质量％碳的那种。上述湿法拉丝加工的加工方法或加工条件等可以按需要根据常规方法来酌情设计。进一步，对于上述湿法拉丝加工工序之前进行的各种工序没有特别限制，并且在进行如干法拉丝、韧化热处理和镀覆处理等工序之后，可以应用本发明的碳钢丝的制造方法。在此情况下，干法拉丝、韧化热处理和镀覆处理可以通过与传统方法相似的方法来进行。

实施例

本发明现在将通过实施例的方式更详细地描述。

<实施例1至3和比较例1至6>

使用线径为0.24mm且具有表1和2列出的拉伸强度的钢丝来进行评价。根据以下表1和2列出的条件来制造进行评价的钢丝。对于各钢丝，根据以下过程来计算剪切强度展现指数(shearstrengthexhibitionindex)。将获得的结果在相同表中组合列出。将相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率通过使用由brukercorporation制造的d8discover来测量。

<沿[110]方向的织构的测量>

在ebsd的测量中，将放大倍率设定至5000倍和50nm节距(pitch)，并且从外侧至碳钢丝的长度方向截面的中心测量7个视野。图2是显示ebsd的测量位置的碳钢丝的长度方向截面图，并且图中由虚线围绕的7个区域是要测量的7个视野。从获得的结果中，计算表层部和中心部中相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率和在从外周起的0.4r区域中相对于长度方向沿[110]方向的织构的占有率。图3是表明从实施例1和比较例2的碳钢丝的表面起的距离与相对于碳钢丝的长度方向沿[110]方向的织构的占有率之间的关系的图。

<剪切强度展现指数>

将钢丝保持在165°的弯曲状态，并且将图4中表明的工具压抵该钢丝，由此获得钢丝的断裂强度，并且从其与简单的(simple)拉伸强度的比来计算钢丝的剪切强度展现指数。图4是钢丝的剪切断裂强度的测量方法的示意性说明图。将该图中表明的工具4的r设定至0.2mm。拉伸强度为3,500mpa的钢丝由比较例1当作100的指数表示，拉伸强度为3,750mpa的钢丝由比较例5当作100的指数表示，并且拉伸强度为3,200mpa的钢丝由比较例6当作100的指数表示。在表1和2中，它们表示为剪切强度展现指数。

[表1]

*1：在拉丝畸变为1.5以下的模具处的拉模阻力的最大值

*2：从与长度方向正交的圆形截面的外周起的0.4r的区域中的[110]方向的织构的占有率

[表2]

从以上表1和2以及图3中，已知的是，本发明的碳钢丝展现与传统的那种相比更优异的剪切强度展现指数，本发明的碳钢丝与传统的那种相比耐剪切性更优异。

附图标记说明

1碳钢丝

2表层部

3中心部

4工具