冷拉拔低碳钢丝及所述钢丝的制备方法

摘要

一种适用于强化弹性体产品或热塑性产品的钢丝，其具有至多为0.20重量％的碳含量范围。该钢丝提供有促进与弹性体或热塑性产品粘结的涂层。将该钢丝拉拔至小于0.60mm的最终直径以及超过1200MPa的最终拉伸强度。避免了中间热处理，故而该钢丝的碳痕迹得以显著减少。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢丝，并涉及适用于强化弹性体(elastomer)产品或热塑性产品的钢丝帘线(steel cord)。

本发明还涉及制备这样的钢丝和这样的钢丝帘线的方法。

背景技术

适用于强化弹性体产品的钢丝和钢丝帘线在现有技术中是众所周知的，所述弹性体产品例如轮胎、防撞梁、胶管、柔性管等。

由钢盘条开始制备钢丝和钢丝帘线。这种钢盘条典型地具有以下所述的钢组成。大于0.60重量％的碳含量，0.40％-0.70重量％的锰含量，0.15％-0.30重量％的硅含量，0.03重量％的最大硫含量和最大磷含量。可以添加其它微合金化元素。一个例子是铬。钢盘条通常具有5.5mm或6.5mm的直径d_s。

首先通过机械除氧化皮和/或在H₂SO₄或HCl溶液中的化学酸洗来清洗盘条以便除去表面上存在的氧化物。然后将盘条在水中冲洗并干燥。接着使干燥的盘条经受第一系列干法拉拔操作以便缩减直径直到第一中间直径。

在该第一中间直径d₁例如在约3.0到3.5mm时，使干法拉拔钢线材经受称为韧化处理(patenting)的第一中间热处理。韧化处理意味着首先奥氏体化直到约1000℃的温度，接着在约600-650℃的温度进行从奥氏体到珠光体的相变。这时钢线材准备好进行进一步的机械变形。

然后，在第二直径缩减步骤中，从第一中间直径d₁将钢线材进行进一步干法拉拔直到第二中间直径d₂。第二中间直径d₂的典型范围为从1.0mm到2.5mm。

在第二中间直径d₂时，使钢线材经受第二韧化处理，即在约1000℃的温度再次奥氏体化，然后在600-650℃的温度淬火以允许转化为珠光体。

如果在第一干法拉拔步骤和第二干法拉拔步骤中的总缩减不太大，则可以从盘条进行直接拉拔直到直径d₂。

在该第二韧化处理后，通常向钢线材供黄铜涂层：在钢线材上镀铜，并在铜上镀锌。实施热扩散处理以形成黄铜涂层。

然后使涂覆黄铜的钢线材通过湿法拉拔机经受最终系列的横截面缩减。最终产品是强拉伸的钢丝，其具有大于0.60重量％的碳含量，和超过2000MPa的拉伸强度，且适用于强化弹性体产品。

尽管其应用广泛，然而上述方法具有消耗大量能量的缺点。更特别地，双重韧化处理步骤及其相关的奥氏体化炉子需要大量的能量。仅以举例方式，单个奥氏体化炉子产生制备的钢丝帘线的374千瓦/吨的能量。事实上，在制备适用于强化弹性体产品的钢丝和钢丝帘线的过程中，炉子及相关的淬火过程提供部分的CO₂。然而，韧化处理是需要的且本身不能省略。该韧化处理过程将钢丝的金属组织恢复至允许进一步拉拔的状态。没有该韧化处理过程，钢线材经常会在进一步拉拔中断裂，同时会变得太脆。

发明内容

本发明的一个目的是避免现有技术中的缺陷。

本发明的另一个目的是以能耗更少的制备方法提供一种钢丝。

本发明的再一个目的是避免使用奥氏体化炉子以及其它中间热处理。

根据本发明的第一方面，提供了一种适用于强化弹性体产品的钢丝。该钢丝具有普通碳组合物(plain carbon composition)。

普通碳组合物是这样的钢组合物：其中所有元素具有少于0.50重量％的含量，例如少于0.20重量％，例如少于0.10重量％，而硅和锰可能例外。

硅以最多1.0重量％的量存在，例如最多0.50重量％，例如0.30wt％或0.15wt％。

锰以最多2.0重量％的量存在，例如最多1.0重量％，例如0.50wt％或0.30wt％。

在本发明中，碳含量范围为至多0.20重量％，例如至多为0.10重量％，例如至多为0.06重量％。最小碳含量可以为约0.02重量％。

普通碳组合物主要具有铁素体或珠光体基体，且主要为单相。在铁素体或珠光体基体中没有马氏体相、贝氏体相或渗碳体相。

该钢丝提供有促进与弹性体产品粘结的涂层，例如锌或黄铜。将钢丝拉拔直至小于0.60mm的最终直径，且具有大于1200MPa的最终拉伸强度。

由于低碳含量，因此可以在无中间韧化处理且无任何其它热处理例如退火的情况下进行该低碳钢丝的拉拔。

直接由例如5.5mm直径的盘条拉拔钢丝直到低于0.60mm的钢丝直径，从而导致大于98％的横截面面积缩减。最终直径等于或小于0.45mm时，实现大于99％的横截面面积减少。

可以在5.5mm-0.60mm的中间线材直径时进行例如黄铜的涂覆。然后将涂覆黄铜的钢线材进行进一步拉拔(再次无中间热处理)，直到其得最终钢丝直径。黄铜涂层有双重功能。首先，在最终产品中，黄铜通过在黄铜内的铜与弹性体之间建立硫桥促进了与弹性体的粘结。另一方面，黄铜是比低碳钢软的材料，黄铜在最终拉拔阶段起到润滑剂的功能，并允许钢丝经受上述的截面面积的高度缩减。由于该高的可变形性，因此高等级的最终拉伸强度是可获得的。

现有技术文献JP-A-05/105951公开了一种低碳钢线材。然而，该低碳钢线材经受了一种或多种中间热处理。

现有技术文献US-A-5,833,771公开了一种用于强化轮胎的具有低碳含量的钢线材。然而，该钢线材含有不锈钢组合物，其中包含其它元素，例如6-10％的镍以及16％-20％的铬。这不是普通碳组合物。

现有技术文献WO-A-84/02354公开了一种高强低碳钢条及钢线材。然而，该钢线材具有双相钢组合物，该组合物具有铁素体基体以及弥散的第二相例如马氏体、贝氏体和/或奥氏体。该双相钢不同于普通碳钢。

根据本发明的另一方面，提供了一种钢丝帘线，其具有一个或多个根据本发明第一方面的低碳钢丝。

优选地，钢丝帘线仅由根据本发明第一方面的低碳钢丝组成。

合适的钢丝帘线结构的实施例为适用于强化轮胎缓冲层或带束层的所有钢丝帘线结构：2×1、3×1、4×1、5×1、1+4、1+5、1+6、2+2、3+2、2+3。

根据本发明的第三方面，提供了一种制备适用于强化弹性体产品的钢丝的方法。该方法包括以下步骤：

a.提供具有至多0.08重量％碳含量的钢盘条；

b.直接将该钢盘条拉拔成小于0.60mm的最终直径和达到高于1200MPa的拉伸强度，从而避免任何中间热处理例如韧化处理；

c.对该钢丝提供促进与弹性体产品粘结的涂层。

如上所述，在最终直径或优选在中间直径时提供该涂层。

在这些处理步骤a.至c.后，可以进行将多条这样的低碳钢丝彼此绞合或与其它钢丝绞合以形成钢丝帘线的绞合处理步骤。

与现有技术情况相比，通过取消中间热处理可以做出达到超过3％的CO₂产物节省。

根据本发明的第四方面，将根据本发明第一方面的低碳钢丝或根据本发明第二方面的低碳钢丝帘线用于弹性体或者热塑性产品。

合适的弹性体产品是轮胎、传送带、同步带、胶管、柔性管等。合适的热塑性产品是防撞梁和柔性胶管。

本发明的钢丝(第一方面)和本发明的钢丝帘线(第二方面)特别适用于强化轮胎的缓冲层或带束层。尽管缺乏超过2000MPa的拉伸强度，根据本发明的低碳钢丝和低碳钢丝帘线为轮胎缓冲层或带束层提供了所需程度的刚度。

实施本发明的(一种或多种)方式

可以按如下制备根据本发明的钢丝帘线。

起始产品为具有普通碳组合物的盘条，其具有0.04wt％-0.08wt％的碳含量。该盘条的完整组成为如下：碳含量0.06wt％、硅含量0.166wt％、铬含量0.042wt％、铜含量0.173wt％、锰含量0.382wt％、钼含量0.013wt％、氮含量0.006wt％、镍含量0.077wt％、磷含量0.007wt％、硫含量0.013wt％。

通常地，提及的硅含量低于1.0wt％，锰含量低于2.0％。此外，Cr、Cu、Ni和Mo的量限于0.20％。磷和硫的量限于0.030wt％。N的量限于0.015％。

从5.5mm的盘条直径对该盘条进行干法拉拔直到2.0mm的中间直径。

在2.0mm的该中间直径时，首先在例如焦磷酸铜浴中将铜电镀到钢线材上，然后在例如ZnSO₄浴中将锌电镀到钢线材上，之后施用热扩散处理以便在钢线材上提供黄铜涂层。

热扩散包括加热到450℃-600℃的温度。然而，该处理仅持续数秒。这个温度不像奥氏体化温度那样高。而且，该热扩散不导致钢线材的金属组织变化。

在该中间直径时不进行韧化处理。同样地，在该中间直径时也不进行其它热处理如退火。

作为对黄铜的替代，该钢线材可以电镀有锌。

回到黄铜涂层，然后将2.0mm的黄铜涂覆的钢线材进行湿法拉拔直到最终钢丝具有1400MPa的0.45mm的最终直径。

最后，将若干这样的低碳0.45钢丝绞合成1+5×0.45的钢丝帘线。该低碳钢丝帘线具有1270牛顿的断裂载荷。

本发明其它实施例的钢丝帘线为：

3+2×0.45

1+4×0.45

如果使钢线材电镀有锌，则可以按如下方式向绞合的钢丝帘线施加硅烷底涂料(primer)。在可选的清洗操作后，可以使钢丝帘线涂覆有选自有机官能硅烷、有机官能钛酸盐以及有机官能锆酸盐的底涂料，这是本领域为所述目的所公知的。优选但非排它地，有机官能硅烷底涂料选自具有下式的化合物：

Y-(CH₂)_n-SiX₃

其中：

Y代表选自-NH₂、CH₂＝CH-、CH₂＝C(CH₃)COO-、2，3-环氧丙氧基、HS-以及Cl-的有机官能团

X代表选自-OR、-OC(＝O)R’、-Cl的硅官能团，其中R和R’独立选自从C₁到C₄的烷基，优选为-CH₃和-C₂H₅；且

n是0-10之间的整数，优选0-10，且最优选0-3。

上述有机官能硅烷为可商购的产品。

通过应用根据本发明的方法，可以实现每吨钢丝帘线70kg的CO₂节省。结果，与现有技术中的钢丝帘线相比，本发明的钢丝帘线的碳痕迹(footprint)得以减少。