專利名稱：高強度金屬線材的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種高強度金屬線材的制造方法，詳細而言，涉及一種能夠不損害強 度以及拉伸特性地獲得提高了彎曲特性以及扭轉特性、具有高韌性、耐疲勞性優良的金屬 線材的高強度金屬線材的制造方法。
背景技術：
成為簾線的構成要素的金屬線料要求具有各種各樣的特性。例如，從近年來的環 境問題的角度出發，當務之急，特別是要求輪胎的輕量化，以有助于促進降低汽車的燃燒消 耗率。為此，需要使成為輪胎的加強件的簾線高強度化，減少簾線的使用量。作為使簾線高強度化的方法，將構成簾線的線料自身高強度化是有效的方法。為 了使該線料高強度化，采用以下方法，即，對于拉絲加工而獲得的作為線料的初始材料的金 屬線材，調整其成分組合，或者在拉絲加工上下功夫。由此，實現高強度化，但是，另一方面 存在隨著高強度化降低了金屬線材的延展性的問題。以往，作為恢復金屬線材的延展性的方法，通常對金屬線材實施低溫且短時間的 熱處理，即所謂的發藍處理(blueing)。通過對金屬線材實施該發藍處理，力求恢復延展性。例如，在專利文獻1以及2中，公開了如下內容通過對拉伸強度小于3000MPa的 鋼絲簾線在400°C附近的溫度區域內以一定的保持時間實施發藍處理，從而能夠提高鋼絲 簾線的拉伸斷裂特性。而且，在專利文獻3中，公開了如下內容通過對鋼絲實施拉絲加工、鍍層處理以 及在340°C 500°C的溫度區域內實施幾秒 幾十秒的發藍處理，從而能夠增加彈性拉伸。另外，在專利文獻4中，公開了如下內容通過在250°C 440°C的溫度區域內對碳 鋼絲實施將保持時間調節在6秒 15分鐘之間的發藍處理，使碳鋼絲的內部摩擦的最大值 在180°C 220°C的溫度區域中處于合適的范圍內，從而能夠提高延展性。另外，還在專利文獻5中，公開了如下內容由極細高碳鋼絲的差示掃描量熱分析 曲線的分析結果，發現了在100°c附近有無發熱峰值和極細高碳鋼絲的扭轉變形中產生分 層之間的相關性，由此，在拉絲加工中，能夠通過在低溫下加工來抑制由應變時效(由C擴 散引起)引起的延展性降低。另外，還在專利文獻6中，公開有下述內容對拉伸強度為4000MPa以上的金屬線 材在250 400°C的溫度范圍內實施熱處理時，控制在該溫度區域中的保持時間，以使該熱 處理后的金屬線材中的Fe擴散距離處于預定的范圍，從而，能夠不用犧牲熱處理后的金屬 線材的拉伸強度以及彎曲強度地恢復延展性。專利文獻專利文獻1 日本特開平9-228274號公報專利文獻2 日本特開2001-512191號公報專利文獻3 日本特開2000-80441號公報專利文獻4 日本特開平11-269557號公報
專利文獻5 日本特許第3983218號公報專利文獻6 日本特開平2008-38199號公報在作為恢復金屬線材的延展性等的方法而采用的上述各種熱處理方法中，存在下 述問題，即，雖然能夠大幅度地恢復拉伸斷裂特性，但是由于強度大幅度地降低，而且滲碳 體球狀化，因此，彎曲強度特性也降低。另一方面，在利用低溫加工方法獲得的鋼材中，存在 下述問題，即，在放置于室溫下的狀態，或者像鋼絲簾線那樣在制作輪胎時進行加熱處理的 過程中產生上述應變時效，結果導致延展性、耐疲勞性降低。因此，本發明的目的在于提供一種能夠不損害強度以及拉伸特性地獲得提高了彎 曲特性以及扭轉特性、具有高韌性、耐疲勞性優良的金屬線材的高強度金屬線材的制造方法。
發明內容
為了解決上述課題，本發明的高強度金屬線材的制造方法的特征在于，在對具有 0. 5 1. 1質量％的碳原子、且加工應變為2. 5以上、強度為3000MPa以上的高碳鋼的金屬 線材在90 300°C的溫度范圍內實施熱處理時，該溫度區域中的熱處理時間t (s)和熱處理 溫度T(K)滿足下述式所表示的關系，0. 1 彡 Ln(t)-10100/T+20 ^ 11 (1)。在本發明中，優選在上述熱處理之前進行應變時效緩和處理，另外，優選在真空中 或者惰性氣體中進行上述熱處理。本發明是基于以下見解完成的。眾所周知，鋼絲簾線的強度主要是利用以下各種強化結構強化的，S卩，由鐵素體和 滲碳體的2相構造(珠光體組織)產生的沉淀強化、由加工產生的細晶強化、由加工應變的 積累產生的加工強化、由固溶在鐵素體中的C、N原子位錯固定產生的應變時效等。因此，使用差示掃描量熱儀進行線材的熱分析，分析了這些強化結構在熱的作用 下如何變化，而且，深入研究了在各個溫度下熱處理的金屬絲的強度、彎曲強度。首先，從獲得的峰值得知，存在90°C (第1反應)、90 250°C (第2反應)、250 4000C (第3反應)的3個發熱反應。而且，從在各個反應區域中熱處理的金屬絲的強度、彎曲強度得知以下內容。(第1反應)在日本特許第3983218號(專利文獻5)中記載的應變時效(由C、N擴散引起) 的反應中，雖然強度增加，但彎曲強度下降。該反應在拉絲加工過程中、在室溫附近也發生。(第2反應)雖然強度稍稍下降，但彎曲強度大幅上升。作為其原因，由于沒有金相組織上的 較大變化，因此，可以認為是如下現象由于生成碳化物、應變移動而得到緩和(恢復現象) 等，使第1反應、加工強化得到緩和。(第3反應)強度、彎曲強度都大幅變小。由于金相組織也被破壞了，因此，可以認為是由金相 組織變化引起的。因此，本發明人著眼于這些反應中的第2反應，考慮到反應的進行量是原子的擴散控制(diffusion controlled ；日語拡散律速)，從通常的下述原子擴散移動距離X導出 了系數。X = 7(2x5x7)D = D0XEXP(-Q/RT)t 保持時間(S)T 溫度(K)R 氣體常數Q 活化能(kj/mol)DO 擴散系數從上述式計算合適的熱處理范圍的溫度T、從保持時間t求出系數并整理，結果導 出下式，0. 1 彡 Ln(t)-10100/T+20 彡 11以至完成本發明。發明的效果采用本發明，能夠制造不損害強度以及拉伸特性地制造提高了彎曲特性以及扭轉 特性、具有高韌性、耐疲勞性優良的金屬線材的高強度金屬線材。
圖1是表示實施例中的熱處理指數和彎曲特性指數的關系的圖表。
具體實施例方式以下，具體說明本發明的實施方式。在本發明中，對具有0. 5 1. 1質量％的碳原子且具有珠光體組織的高碳鋼實施 熱處理。已確認，對于碳原子含有量處于該范圍內的高碳鋼，利用加工使珠光體內的滲碳體 分解，鐵素體中承擔延展性的碳量增加，促進應變時效(應變使碳原子固定)，延展性降低。 通過以90 300°C進行熱處理，能夠使該應變緩和，能夠良好地提高延展性。而且，在本發明中，高碳鋼的加工應變為2. 5以上，優選為3以上。已確認，在加工 應變為2. 5以上的高碳鋼中，能夠促進上述滲碳體分解。特別是，在加工應變為3以上時上 述滲碳體分解變得顯著，延展性容易降低。在此，加工后馬上進行矯正加工、噴丸處理，使用 了平整機(skin pass)的拉絲等而緩和在加工中產生的應變時效，這是在獲得期望的效果 方面比較合適的。另外，在本發明中，所述高碳鋼的金屬線材的強度為3000MPa以上，優選為 4000MPa以上。由于該強度為4000MPa以上的金屬線材在分層等的影響下容易使延展性顯 著降低，因此，將本發明的熱處理應用于這樣的線材而增加其延展性是有利的。上述金屬線材能夠通過已知的方法獲得，對于延伸方法等制造方法并不特別限制。在本發明中，對上述金屬線材在90 300°C的溫度范圍內實施熱處理。如上所 述，該溫度范圍是二次發熱反應，重要的是該溫度區域中的熱處理時間t(s)和熱處理溫度 T(K)滿足下述式所表示的關系0. 1 ≤ Ln(t)-10100/T+20 ≤ 11 (1)
優選滿足下述式所表示的關系5 彡 Ln(t)-10100/T+20 彡 10 (2)而且，為了均勻地加熱，熱處理時間最好是3min(180S)以上，由于長時間的熱處 理會使生產率下降，因此優選熱處理時間為50h(180ks)以下。在滿足上述關系的情況下，基本上不會引起滲碳體的球狀化，拉伸不會恢復，但由 于強度基本不會降低，緩和應變時效，因而提高了扭轉特性、彎曲特性、耐疲勞性。而且，在 90 300°C的低溫中進行熱處理，因而基本上沒有發現形成發藍那樣的氧化覆膜。而且，在本發明中，優選在減壓下或者惰性氣體中實施對金屬線材的熱處理。在大 氣中實施所述熱處理的情況下，導致金屬線材的表面被氧化，例如，在將該表面氧化了的金 屬線材用于加強輪胎等橡膠制品時，有可能使金屬線材與橡膠的粘接性變差。另外，也可以 去除金屬線材的氧化皮膜，但與在金屬線材的制造工序中附加該除去工藝相比，在能夠抑 制金屬線材的表面氧化的減壓下或者惰性氣體中實施熱處理更為高效。實施例以下，基于實施例說明本發明。(熱處理對金屬線材的影響)對1. 0質量％的碳原子含有量、加工應變為3. 8、強度為4200MPa的高碳鋼的金屬 線材(以下，稱為“試樣金屬線材1”)實施熱處理，測量了各溫度下的金屬線材的反應熱、 強度(抗拉力)、延展性強度。依據差示掃描量熱儀(DSC)求出了各溫度下的金屬線材的反應熱。而且，熱處理 后的金屬線材的強度是以如下的方式求出的，即，根據依據日本工業標準JIS Z 2241的拉 伸試驗，制作應力-應變線圖，由該應力-應變線圖求出最大應力而作為金屬線材的強度的 值。另外，熱處理后的延展性強度是以如下方式求出的，即，基于日本特開平6-184963號公 報所記載的環結強度保持率(loop tenacity retention ；日語引ο掛(t強度保持率)的 計算方法求出。從獲得的反應熱曲線能夠確認，存在90°C ( 一次)、90 250°C ( 二次)、250 4000C (三次)的3個發熱反應。而且，得知在一次反應中強度較高，但延展性強度較低，在 二次反應中強度稍稍降低，但延展性強度提高，另外，在三次反應中，強度和延展性強度兩 者均降低。(熱處理和彎曲特性的關系)接著，求出熱處理和彎曲特性的關系。彎曲特性是以如下方式得出的，即，根據日 本特開平6-184963號公報所記載的勾掛強度保持率的計算方法對直徑Φ為0. 22mm的試 樣金屬線材1以及試樣金屬線材2 (碳原子含有量為0. 9質量％、加工應變為4. 2、強度為 4400MPa)進行計算，將未實施加熱處理的仍處于加工后的狀態為100而進行了指數表示。 數值越大，表示彎曲特性越良好。而且，將熱處理指數設為二次反應的發熱反應區域下的熱處理時間t (S)和熱處 理溫度T(K)的關系式Ln(t)-10100/T+20的值。結果可知，在試樣金屬線材1以及試樣金 屬線材2的任一種的情況下，都如圖1所示，在該值小于0. 1的情況下，僅發生應變時效，彎 曲特性降低，而且，即使該值超過11，也由于產生通過滲碳體的分解(球狀化)反應，彎曲特 性依然降低。
權利要求
1.一種高強度金屬線材的制造方法，其特征在于，在對具有0. 5 1. 1質量％的碳原子、且加工應變為2. 5以上、強度為3000MPa以上的 高碳鋼的金屬線材在90 300°C的溫度范圍內實施熱處理時，該溫度區域中的熱處理時間 t(s)和熱處理溫度T(K)滿足下述式所表示的關系， 0. 1 彡 Ln(t)-10100/T+20 彡 11 (1)。
2.根據權利要求1所述的高強度金屬線材的制造方法，其特征在于， 在上述熱處理之前進行應變時效緩和處理。
3.根據權利要求1所述的高強度金屬線材的制造方法，其特征在于， 在真空中或者惰性氣體中進行上述熱處理。
全文摘要
本發明提供一種高強度金屬線材的制造方法。其能夠不損害強度以及拉伸特性地制造提高了彎曲特性以及扭轉特性、具有高韌性、耐疲勞性優良的金屬線材。在該高強度金屬線材的制造方法中，在對具有0.5～1.1質量％的碳原子、且加工應變為2.5以上、強度為3000MPa以上的高碳鋼的金屬線材在90～300℃的溫度范圍內實施熱處理時，該溫度區域中的熱處理時間t(s)和熱處理溫度T(K)滿足下述式所表示的關系，0.1≤Ln(t)-10100/T+20≤11。
文檔編號C21D1/26GK102124129SQ20098013241
公開日2011年7月13日 申請日期2009年8月5日 優先權日2008年8月20日
發明者大野義昭 申請人:株式會社普利司通