металлическая готовая для использования проволока и способ изготовления этой проволоки
Классы МПК: | C21D8/06 при изготовлении прутков или проволоки C22C38/12 содержащие вольфрам, тантал, молибден, ванадий или ниобий C22C38/18 содержащие хром C21D9/52 для проволоки; для лент |
Автор(ы): | АРНО Жан-Клод (FR), ДЕПРАЭТЕР Эрик (FR), ФРАНСУА Марк (FR), СЕРР Рауль (FR) |
Патентообладатель(и): | КОМПАНИ ЖЕНЕРАЛЬ ДЕЗ ЭТАБЛИССМАН МИШЛЕН-МИШЛЕН Э КО (FR) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-01-08 публикация патента:
27.12.2001 |
Изобретение относится к металлической готовой проволоке и к способам производства этой проволоки. Проволоку применяют, например, для усиления изделий из пластмассы и резины, в частности труб, ремней, пленок, покрышек пневматических шин. Техническим результатом изобретения является обеспечение достаточной прочности перед волочением, стабильности механических свойств и прокаливания стали на мартенсит. Готовая для использования металлическая проволока содержит микролегированную сталь, которая имеет структуру, состоящую практически полностью из отпущенного холоднодеформированного мартенсита. Минимальный диаметр проволоки равен 0,1 мм, а максимальный диаметр равен 0,50 мм. Минимальная прочность на разрыв проволоки равна 2800 МПа. Способ производства этой проволоки включает деформацию катанки, закалку деформированной проволоки и нагревание до температуры отпуска для обеспечения образования структуры, состоящей практически полностью из отпущенного мартенсита. Затем проволоку охлаждают и деформируют. Сборные изделия, содержащие, по меньшей мере, одну такую проволоку, эти проволоки или сборные изделия из проволоки используют, в частности, для усиления покрышек пневматических шин. 4 с. и 23 з.п. ф-лы, 6 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Формула изобретения
1. Металлическая готовая для использования проволока, выполненная из микролегированной стали, содержащей углерод и легирующие элементы, имеющая структуру, практически полностью состоящую из отпущенного холоднодеформированного мартенсита, прочность на разрыв не менее 2800 МПа, отличающаяся тем, что сталь содержит углерод от 0,2-0,6 мас.%, по меньшей мере, один легирующий элемент из группы, состоящей из ванадия, молибдена и хрома с содержанием легирующего или набора легирующих элементов 0,08-0,5 мас.%, проволока имеет диаметр 0,1-0,5 мм. 2. Металлическая проволока по п.1, отличающаяся тем, что проволока имеет покрытие из металлического сплава, состав которого отличается от состава микролегированной стали, служащей подложкой. 3. Металлическая проволока по п.2, отличающаяся тем, что покрытие выполнено из латуни. 4. Металлическая проволока по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что сталь содержит углерод в количестве 0,3-0,5 мас.%. 5. Металлическая проволока по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что сталь содержит углерод в количестве приблизительно 0,4 мас.%6. Металлическая проволока по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что сталь соответствует следующим соотношениям: 0,3












Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлической готовой для использования проволоке и к способам производства этой проволоки. Эта готовая для использования проволока применяется, например, для усиления изделий из пластмассы и резины, в частности труб, ремней, пленок, покрышек пневматических шин. Термин "готовая для использования проволока", который использован в настоящей заявке, обозначает известное в промышленности понятие, согласно которому эту проволоку можно использовать по предусмотренному назначению, не подвергая ее термической обработке, которая может вызвать изменение ее металлической структуры, не подвергая деформации ее металлическое вещество, например волочению, которое может изменить ее диаметр. В заявке на патент WO-A-92/14811 описан способ производства готовой для использования проволоки, которая имеет подложку из стали, структура которой содержит более 90% отпущенного и холоднодеформированного мартенсита, при этом содержание углерода в стали равно 0,05- 0,6%, причем эта подложка покрыта металлическим сплавом, который отличается от стали, например латунью. Способ производства этой проволоки включает термообработку, которой подвергают подвергнутую холодному деформированию проволоку, нагревая проволоку выше температуры превращения АСЗ, для того чтобы обеспечить создание в ней однородной аустенитной структуры и затем, быстро охлаждая ее со скоростью, которая, по меньшей мере, равна 150oC/с, ниже температуры конца мартенситного превращения. После этой термообработки на проволоку наносят, по меньшей мере, два металла, нагревают проволоку для того, чтобы обеспечить образование сплава из этих металлов, обычно латуни, посредством диффузии, затем охлаждают проволоку и подвергают холодной деформации. Описанный в этом документе способ имеет, в частности, следующие преимущества:- использование в качестве исходной заготовки катанки, содержание углерода в которой меньше содержания углерода в перлитной стали,
- большая возможность выбора диаметров катанки и готовой для использования изготовленной проволоки,
- волочение катанки, взятой в качестве исходной заготовки, при высоких скоростях и с меньшим количеством разрывов,
- диффузионная обработка осуществляется одновременно с отпуском проволоки, что ограничивает расходы на производство. Однако описанный в этом документе способ имеет следующие недостатки:
а) Температура отпуска, которая необходима для обеспечения хорошей диффузии покрытия, не всегда точно соответствует температуре, которая необходима для получения достаточной прочности перед волочением. b) Механические свойства, полученные после отпуска, быстро изменяются с изменением температуры, которое возникает из-за колебания режима работы систем подогрева. c) Прокаливаемость стали недостаточная, т.е. необходимо ее охлаждать с более высокой скоростью для того, чтобы получить полностью или практически полностью мартенситную структуру. В случае если скорость охлаждения слишком медленная, то могут возникнуть вместо мартенситной фазы другие фазы, например бейнитная фаза. Эта высокая скорость закалки создает большое осложнение в производстве. Вообще, известно, что в способах производства деталей из мартенситных сталей добавление легирующего элемента, такого как ванадий или хром, позволяет улучшить прокаливаемость и прочность благодаря выделению карбонитридов и/или карбидов ванадия или хрома при отпуске. Однако обычно величины продолжительности обработки составляют несколько десятков минут или же несколько часов, для того чтобы обеспечить выделение. Заявитель совершенно неожиданно обнаружил, что выделение карбонитридов и/или карбидов какого-либо легирующего элемента, такого как ванадий, молибден или хром, может происходить быстрее в проволоках, диаметр которых меньше 3 мм, причем это выделение во время отпуска позволяет устранить вышеупомянутые недостатки a) и b), в то время как присутствие этих легирующих элементов во время закалки позволяет устранить вышеупомянутый недостаток c) и обеспечивает возможность осуществления более мягкой закалки. Вследствие этого изобретение относится к металлической готовой для использования проволоке, которая имеет следующие характеристики:
a) она содержит микролегированную сталь, содержание углерода в которой равно 0,2 - 0,6 мас.%, причем эта сталь содержит, кроме того, по меньшей мере, один легирующий элемент, взятый из группы, состоящей из ванадия, молибдена и хрома, причем минимальное содержание легирующего элемента в стали или набора легирующих элементов в стали равно 0,08 мас. %, а максимальное содержание равно 0,5 мас.%;
b) эта сталь имеет структуру, состоящую практически полностью из отпущенного холоднодеформированного мартенсита;
с) минимальный диаметр проволоки равен 0,10 мм, а максимальный диаметр равен 0,50 мм;
d) минимальная прочность на разрыв проволоки равна 2800 МПа. Согласно предпочтительному варианту выполнения, готовая для использования проволока имеет покрытие из металлического сплава, который является сплавом, отличным от стали, которое расположено на подложке из микролегированной стали, имеющей вышеупомянутые характеристики. Способ, согласно изобретению, для производства этой готовой для использования проволоки отличается следующими характеристиками:
a) в качестве исходной заготовки используют стальную катанку, причем содержание углерода в этой стали равно 0,2 - 0,6 мас.%, кроме того, эта сталь содержит, по меньшей мере, один легирующей элемент, который взят из группы, состоящей из ванадия, молибдена и хрома, причем минимальное содержание легирующего элемента или легирующих элементов в стали равно 0,08 мас.%, а максимальное содержание 0,5 мас.%;
b) эта катанка подвергается деформированию таким образом, чтобы после этой деформации диаметр был бы меньше 3 мм;
c) деформирование прерывают и осуществляют термическую обработку деформированной проволоки, причем эта обработка заключается в том, что проволоку нагревают выше температуры превращения АСЗ для того, чтобы обеспечить создание в ней однородной аустенитной структуры, затем ее охлаждают, по меньшей мере, практически до конца мартенситного превращения MF, при этом скорость этого охлаждения, по меньшей мере, равна 60oC/с таким образом, чтобы обеспечить структуру, состоящую практически полностью из мартенсита;
d) затем нагревают проволоку до температуры, называемой температурой отпуска, минимальная величина которой равна 250oC, а максимальная величина равна 700oC, таким образом, чтобы вызвать образование в стали осаждения, по меньшей мере, карбонитрида и/или карбида легирующего элемента или, по меньшей мере, одного легирующего элемента и образование структуры, состоящей практически полностью из отпущенного мартенсита;
е) затем охлаждают проволоку при температуре менее 150oC,
f) затем деформируют проволоку, при этом минимальная степень деформации


(

где ln обозначает натуральный логарифм; So - первоначальное сечение проволоки перед этой деформацией и Sf - сечение проволоки после этой деформацией. 3. Структура сталей
Структура сталей определяется визуально с помощью оптического микроскопа при увеличении в 400 раз. Подготовка образцов посредством химического травления, а также исследование структур осуществлялись в соответствии со следующим документом: "De Ferri Metallographica vol. N II, A. Schrader, A. Rose, Edition Verlay Stahleisen GmbH. Dusseldoft. 4. Определение точки Мf. Точка Мf конца мартенситного превращения определяется в соответствии со следующим документом: Ferrous Physical Metallurgy, A. Kumar sinha. Edition Butterworths 1989. Для этой цели используют следующее отношение:
Мf = Ms - 215oC
с отношением: Ms = 539 - 423.С - 30,4. Mn - 17,7. Ni - 12.1. Cr - 7,5. Mo - 7,5.Si+10.Co. В котором С, Mn, Ni, Cr, Mo, Si и Со представляют массовые проценты, т. е. массовые проценты химических веществ, условными обозначениями которых они являются. Мы принимаем то, что ванадий может быть использован в этой формуле и может обеспечить тот же самый результат, что и молибден, в то время как в вышеупомянутых примерах ванадий не указывался. 5. Твердость по Виккерсу. Эта твердость, так же как и способ, применяемый для ее определения, описаны во французских нормах AFNOR А 03-154. 6. Степень диффузии латуни. Эта степень определяется с помощью дифракции рентгеновских лучей и посредством анода из кобальта (30 кВ, 30 мА), определяют площадь максимальных значений фаз



Тd = [площадь максимального значениях фазы



Максимальное значение фазы


Используют четыре катанки с диаметром 5,5 мм, обозначенные буквами А, В, C и D. Состав стали этих катанок приведен в нижеприведенной таблице 1. Сталь этих катанок имеет перлитную структуру. Другие элементы этих катанок находятся в состоянии неизбежных примесей и в таких количествах, которые не учитываются, значения МF и АСЗ для этих катанок приводятся в таблице 2. Значения АСЗ в oС даны по формуле Andrews (JISI, июль, 1967, с. 721- 727). АСЗ = 910 - 203

в которой С, Ni, Si, V, Mo, Mn, W, Cu, P, Al, As и Ti представляют массовые проценты, условными обозначениями которых они являются. Следовательно, образцы проволоки А и В являются идентичными и не микролегированны, при этом образцы проволоки С и D микролегированные и отличаются друг от друга. Эти образцы проволоки подвергают волочению до диаметра 1,3 мм, при этом степень

- нагревание до 1000oC, выдержка в течение 5с;
- быстрое охлаждение до температуры окружающей среды (около 20oC). Условия охлаждения следующие. Проволоку А, С и D охлаждают со скоростью 130oC/с, используя в качестве газа для закалки смесь водорода и азота (75 об. % водорода, 25 об. % азота). Проволоку В охлаждают со скоростью 180oC/с, используя, в качестве газа для закалки смесь водорода и азота (75 об. % водорода, 25 об.% азота). Проволоку B охлаждают со скоростью 180oC/с, используя чистый водород. Твердость по Виккерсу измеряют для каждой из полученных проволок A1, B1, C1 и D1, при этом каждая буква А, В, С и D обозначает упомянутую исходную катанку. Полученные значения идентичны в таблице 3. Проволока A1 не может быть использована из-за своей слишком низкой твердости, что вызвано тем, что ее структура не состоит только из мартенсита. Она содержит одновременно мартенсит и бейнит. Каждый образец проволоки B1 и D1 состоит практически только из мартенсита и ее твердость по Виккерсу является удовлетворительной. Проволоки C1 и D1, изготовленные из микролегированной стали, изготавливают с легковыполнимой закалкой (относительно низкая скорость, применение недорогой и безопасной газовой смеси), в то время как способ изготовления проволоки B1 является трудновыполнимым и дорогим (высокая скорость закалки, осуществляемая с применением чистого водорода), хотя этот способ позволяет получить достаточную твердость, но которая, однако, ниже твердости образцов проволоки из микролегированной стали C1 и D1. Итак установлено, что ванадий позволяет улучшить прокаливаемость стали, т. е. он позволяет обеспечить образование одной мартенситной фазы при закалке. Затем с помощью известного способа на три образца проволоки B1, C1 и D1 наносят посредством электролиза слой меди, а затем слой цинка. Общее количество двух нанесенных металлов составляет 390 мг на 100 г каждой из проволок, с 64 мас. % меди и 36 мас.% цинка. Таким образом изготавливают три проволоки B2, C2 и D2. После этого нагревают контрольный образец проволоки B2, используя эффект Джоуля-Ленца, в течение 5 с каждый раз при трех температурах отпуска Т, (525oC, 590oC, 670oC), затем охлаждают до температуры окружающей среды (около 20oC), для того чтобы определить влияние этой термической обработки на прочность на разрыв Rm и на степень диффузии Тd латуни, образованной в результате сплавления меди и цинка, в этом случае для полученной таким образом проволоки B3. Результаты приведены в таблице 4. Отмечается, что при температуре 525oC степень диффузии Td является недостаточной (менее 0,85), но что прочность на разрыв является более высокой, чем прочность на разрыв при других температурах. Очень хорошую диффузию латуни получают при обработке при температуре 670oC (диффузия больше 0,85), но прочность на разрыв значительно ниже прочности, достигаемой при температуре 525oC, и она недостаточна для того, чтобы обеспечить при последующем волочении высокую прочность на разрыв. При обработке при температуре 590oC прочность на разрыв немного выше, чем прочность на разрыв, достигаемая при температуре 670oC, а диффузия латуни несколько ниже, хотя и удовлетворяет требованиям, однако эта прочность также является недостаточной для того, чтобы обеспечить прочность после волочения. С другой стороны, отмечается, что степень диффузии повышается при уменьшении прочности, что является недостатком, так как на практике степень диффузии должна быть настолько высокой, насколько является более высокой прочность на разрыв для того, чтобы обеспечить возможность последующей деформации (например, деформации при волочении) без обрыва проволоки. Итак, здесь отмечают, что, напротив, деформируемость снижается при увеличении прочности на разрыв, что противоречит поставленной задаче. Два образца проволоки C2 и D2, содержащие ванадий, нагревают до 590oC в течение только 5 с для обеспечения отпуска, затем охлаждают при температуре окружающей среды (около 20oC). Затем определяют степень диффузии Тd латуни и прочность на разрыв Rm полученных таким образом образцов проволоки C3 и D3. Результаты приведены в таблице 5. Установлено, что в двух случаях, степень диффузии латуни больше 0,9. Это значит, что диффузия очень хорошая и что прочность на разрыв также очень хорошая. Она значительно превышает прочность, полученную для контрольного образца B3, когда диффузия латуни больше 0,9. Итак наличие ванадия позволяет обеспечить неожиданным образом одновременно хорошую прочность на разрыв благодаря образованию мелкодисперсных выделений карбонитридов и/или карбида ванадия, которые находились в растворе после периода закалки и это несмотря на очень короткую продолжительность отпуска. Известно, что ванадий выделяется в сталях во время отпуска в течение очень больших продолжительностей от десяти минут до нескольких часов, но удивительно, что такое выделение осуществляется за такие короткие промежутки времени, которые меньше минуты, например меньше 10с. Затем образцы проволоки B3, C3 и D3 подвергают деформированию посредством волочения для того, чтобы получить конечный диаметр, равный приблизительно 0,18 мм, что соответствует степени

- содержание углерода в стали равно 0,3-0,5 мас.%, причем это содержание, например, предпочтительно, равно 0,4%;
- сталь соответствует следующим отношениям: 0,3%






- максимальное содержание легирующего элемента или набора легирующих элементов составляет 0,3 мас.% стали;
- минимальная прочность на разрыв равна 2900 МПа;
- минимальный диаметр равен 0,15 мм, а максимальный диаметр равен 0,40 мм. Выполнение способа, согласно предпочтительному варианту изобретения, обеспечивает достижение, по меньшей мере, одной из следующих характеристик:
- содержание углерода в стали, используемой катанки, равно 0,3-0,5 мас. %, причем это содержание, например, равно предпочтительно, 0,4%;
- сталь используемой катанки соответствует следующим отношениям: 0,3%






- максимальное содержание легирующего элемента или набора легирующих элементов в стали катанки равно 0,3 мас.%;
- скорость охлаждения при закалке меньше 150oC/с,
- минимальная температура отпуска равна 400oC, а максимальная температура равна 650oC;
- после нагревания проволоки до температуры отпуска ее охлаждают до температуры окружающей среды;
- минимальная степень

Класс C21D8/06 при изготовлении прутков или проволоки
Класс C22C38/12 содержащие вольфрам, тантал, молибден, ванадий или ниобий
Класс C22C38/18 содержащие хром
Класс C21D9/52 для проволоки; для лент