ES2619323T3 - Método para fabricar varilla redonda metálica de elevada resistencia - Google Patents

Abstract

Un método de producir un material de alambre metálico de elevada tenacidad, en el que cuando se realiza un tratamiento térmico en un intervalo de temperaturas de 90 a 300ºC sobre un material de alambre metálico de acero de elevado contenido en carbono, que contiene de 0,5 a 1,1% en peso de átomos de carbono y que tiene una deformación de procesamiento de 2,5 o mayor y una tenacidad de 4.000 MPa o mayor, una relación entre el tiempo t(s) del tratamiento térmico y una temperatura T(K) del tratamiento térmico en dicho intervalo de temperaturas, es satisfecha por la siguiente ecuación: 5 <= Ln(t) - 10100 / T + 20 <= 10

Description

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DESCRIPCION

Metodo para fabricar varilla redonda metalica de elevada resistencia Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un metodo de producir un material de varilla o alambre metalico de elevada tenacidad, particularmente a un metodo de producir un material de alambre metalico de elevada tenacidad en el cual un material de alambre metalico que tiene propiedades mejoradas de flexion y torsion, asf como elevada tenacidad y excelente resistencia a la fatiga, puede ser obtenido sin perdida de tenacidad y propiedad de alargamiento.

Antecedentes tecnicos

Se requieren varias propiedades para un alambre metalico utilizado como un componente de cordones. Por ejemplo, desde el punto de vista de recientes problemas medioambientales, es particularmente esencial reducir el peso de neumaticos, lo que contribuye a aumentar la eficacia de en consumo de combustible en automoviles. Para este fin, es necesario que un cordon usado como refuerzo en un neumatico se haga altamente resistente para reducir la cantidad usada del mismo.

Como un metodo de proporcionar alta resistencia a un cordon, es util comunicar alta resistencia al propio alambre que constituye el cordon. En esta operacion de dar resistencia al alambre, la composicion del mismo ha sido ajustada y/o el trefilado ha sido realizado para un material de alambre metalico que es el material de partida para un alambre obtenido mediante trefilado. Esto se ha conseguido para dar elevada resistencia a un cordon; sin embargo, es tambien un problema el que la ductilidad de un material de alambre metalico disminuye al aumentar su resistencia.

Usualmente, como unos medios para recuperar la ductilidad de un material de alambre metalico, es comun realizar en el material de alambre metalico un tratamiento termico a una baja temperatura durante un corto periodo de tiempo, denominado tratamiento de reduccion de esfuerzos internos (bluing) en el material de alambre metalico.

En los Documentos 1 y 2 de Patente, por ejemplo, se informo de que el alargamiento a la rotura del cordon de acero puede ser aumentado realizando este tratamiento de reduccion de esfuerzos internos en un intervalo de temperaturas de aproximadamente 400°C durante un cierto tiempo de retencion sobre un cordon de acero que tenga una resistencia a la traccion no mayor que 3.000 MPa.

Ademas, el Documento 3 de Patente informo de que el alargamiento elastico puede ser aumentado realizando un tratamiento de trefilado, un tratamiento de chapado y un tratamiento de reduccion de esfuerzos internos en un intervalo de temperaturazas entre 340°C y 500°C durante varios segundos a varias decenas de segundos sobre un alambre de acero.

Ademas, en el Documento 4 de Patente se informo de que la ductilidad se puede aumentar realizando un tratamiento de reduccion de esfuerzos internos (bluing) en el que el tiempo de retencion se ajusta a entre 6 segundos y 15 minutos en un intervalo de temperaturas entre 250°C y 440°C sobre un alambre de acero al carbono para controlar el valor maximo de friccion interna del alambre de acero al carbono hasta dentro de un intervalo adecuado en un intervalo de temperaturas entre 180°C y 220°C.

Aun mas, en el Documento 5 de Patente fue descubierta una correlacion entre la existencia de un pico exotermico alrededor de 100°C y la aparicion de exfoliacion en deformacion de torsion de alambre de acero extra-fino de alto contenido en carbono, en base a los resultados analtticos de la curva de calonmetro de exploracion diferencial para alambre metalico extra-fino de acero de alto contenido en carbono y se divulgo que se puede suprimir la disminucion de ductilidad de envejecimiento por deformacion (inducido por difusion de C) por tratamiento a una temperatura baja en un proceso de trefilado.

Ademas, en el Documento 6 de Patente, se informo de que, cuando se realiza un tratamiento termico en un intervalo de temperaturas de 250-400°C a un material de alambre metalico que tiene una resistencia a la traccion de 4.000 MPa o mayor, la ductilidad puede ser recuperada sin perdida de la resistencia a la traccion y resistencia a la flexion del material de alambre metalico despues del tratamiento termico controlando el tiempo de retencion en un intervalo de temperaturas de manera que la extension de difusion de Fe este dentro del intervalo prescrito para el material de alambre metalico despues de un tratamiento termico.

Se llama la atencion hacia las descripciones de los documentos JP H4-346619, JP H6-299252 y Hitoshi Tashiro et al: “State of the Art for High Tensile Strength Steel Cord” (“Estado de la Tecnica para Cordon de Acero de Elevada Resistencia a la Traccion”), Nippon Steel Technical Report, 1 de julio de 2003, XP055219217.

Referencia Tecnica Relacionada

Documentos de Patentes

Documento 1 de Patente: Publicacion de Solicitud de Patente Japonesa no Examinada No. H9-228274

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Documento 2 de Patente: Publicacion de Solicitud de Patente Japonesa no Examinada No. 2001-512191

Documento 3 de Patente: Publicacion de Solicitud de Patente Japonesa no Examinada No. 2000-80441

Documento 4 de Patente: Publicacion de Solicitud de Patente Japonesa no Examinada No. H11-269557

Documento 5 de Patente: Patente Japonesa No. 3983218

Documento 6 de Patente: Publicacion de Solicitud de Patente Japonesa no Examinada No. 2008-38199

Descripcion de la invencion Problemas a resolver por la invencion

En los diversos metodos de tratamiento termico anteriormente descritos, que han sido empleados como medios para recuperar la ductilidad de material de alambre metalico y similares, ha habido problemas porque, aunque es ampliamente recuperado el alargamiento a la rotura, la resistencia disminuye en gran medida y tambien disminuye la propiedad de resistencia a la flexion debido a la estructuracion esferoidal de la cementita. Por otra parte, en materiales de acero obtenidos mediante un metodo de tratamiento en fno, el envejecimiento por deformacion anteriormente descrito progresa cuando se deja a la temperatura ambiente o durante un tratamiento termico en la fabricacion de un neumatico tal como de un cordon de acero y, finalmente, se disminuye la ductilidad y la resistencia a la fatiga.

Por lo tanto, un objeto de la presente invencion consiste en proporcionar un metodo de producir un material de alambre metalico de elevada tenacidad, con el que se puede obtener un material de alambre metalico que tiene propiedades mejoradas de flexion y torsion, asf como elevada tenacidad y excelente resistencia a la fatiga, sin perdida de propiedades de tenacidad y alargamiento.

Medios para resolver los problemas

Con el fin de resolver los problemas anteriormente descritos, un metodo de producir un material de alambre metalico de elevada tenacidad de acuerdo con la presente invencion se refiere a un metodo, cuando se realiza un tratamiento termico en un intervalo de temperaturas de 90-300°C, en un material de alambre metalico de acero de alto contenido en carbono, que contiene 0,5-1,1% en peso de atomos de carbono y que tiene una deformacion de procesamiento de 2,5 o mayor y una tenacidad de 4.000 MPa o mayor, satisface una relacion entre el tiempo t(s) de tratamiento termico y la temperatura T(K) de tratamiento termico, en el intervalo de temperaturas anteriormente descrito, dada por la siguiente ecuacion:

5 < Ln(t) - 10100 / T + 20 <10 (2).

En la presente invencion, se prefiere que sea realizado un tratamiento de relajacion de envejecimiento por deformacion antes del tratamiento termico anteriormente descrito y, ademas, se prefiere que el tratamiento termico anteriormente descrito sea realizado en un vacfo o en gas inerte.

La presente invencion fue completada en base a los siguientes descubrimientos.

Se sabe que se han empleado diversos mecanismos de mejora de resistencia en la resistencia de un cordon de hacer, principalmente, por ejemplo, comunicar resistencia por precipitacion mediante una estructura de dos fases (estructura de perlita) de ferrita y cementita, comunicacion de micro-resistencia mediante procesamiento, comunicacion de resistencia de proceso por acumulacion de deformaciones de procesamiento, y envejecimiento por deformacion en el que atomos de C y N disueltos en ferrita se adhieren a la dislocacion.

En vista de esto, fueron realizados estudios intensos sobre como cambian estos mecanismos de comunicar resistencia con calor, basados en el analisis termico de un alambre que usa un calonmetro de exploracion diferencial, y tambien en la resistencia y en la resistencia a la flexion del alambre sometido a un tratamiento termico a respectivas temperaturas.

En primer lugar, basandose en los picos obtenidos, se descubrio que hay tres reacciones exotermicas; a 90°C (la primera reaccion), 90-250°C (la segunda reaccion) y 250-400°C (la tercera reaccion).

Ademas, las siguientes fueron descubiertas basandose en la resistencia y resistencia de la flexion del alambre sometido a un tratamiento termico dentro de cada zona de reaccion.

(La primera reaccion)

Esta reaccion es la reaccion de envejecimiento por deformacion (inducida por difusion de C, N), descrita en la Patente Japonesa No. 3983218 (Documento 5 de Patente) y la resistencia aumenta mientras que la resistencia a la flexion disminuye, Esta reaccion ocurre tambien a una temperatura en torno a la ambiental durante el proceso de trefilado.

(La segunda reaccion)

La resistencia disminuyo ligeramente; sin embargo, la resistencia a la flexion aumento significativamente. Como no hubo cambio significativo de la estructura metalica, se cree que este fenomeno, en el que la primera reaccion y el proceso de comunicacion de resistencia se relajaron, fue causado, por ejemplo, por la generacion de carburo o 5 relajacion por migracion de esfuerzos (Fenomeno de recuperacion).

(La tercera reaccion)

Tanto la resistencia como la resistencia a la flexion disminuyeron significativamente. La estructura metalica tambien fue desorganizada, sugiriendo que la significativa disminucion de la resistencia y de la resistencia a la flexion fue inducida por cambio estructural.

10 Por lo tato, el presente inventor dirigio su atencion sobre la segunda reaccion de entre estas reacciones y, puesto que se cree que el progreso de la reaccion es controlado por difusion de atomos, el coeficiente fue derivado de la extension de difusion de atomos, X, en la ecuacion general que sigue:

X = -yj(2 x D x t)

D = DO x E x P (-Q / RT)

15 t: tiempo de retencion (s)

T: temperatura (K)

R: constante del gas Q: energfa de activacion (kJ/mol)

DO: coeficiente de difusion

20 A partir de la ecuacion anterior, se calculo el coeficiente y se prosiguio usando la temperatura T y tiempo de retencion t en un intervalo apropiado de tratamiento termico, para obtener la siguiente ecuacion:

0,1 < Ln(t) -10100 / T+20 <11.

Efectos de la invencion

De acuerdo con la presente invencion, se puede producir material de alambre metalico de elevada tenacidad, que 25 tiene propiedades mejoradas de flexion y torsion, asf como elevada tenacidad y excelente resistencia a la fatiga, sin perdida de tenacidad y propiedad de alargamiento.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 e un grafico que muestra la relacion entre los indices de tratamiento termico y los indices de propiedad de flexion en Ejemplos.

30 Modo de realizacion de la invencion

En lo que sigue se explicaran concretamente realizaciones de la presente invencion. En la presente invencion se realizo un tratamiento termico sobre un acero de alto contenido en carbono, que contema 0,5-1,1% en peso de atomos de carbono y que tema una estructura de perlita. Se ha confirmado que, en el acero de elevado contenido en carbono que tiene el contenido de atomos de carbono en una cantidad del intervalo anteriormente citado, la 35 cementita en la perlita se descompone mediante un procesamiento y el contenido de carbono en ferrita, que contribuye al aumento de la ductilidad, aumenta, de manera que se facilita el envejecimiento por deformacion (adhesion de atomos de carbono a la deformacion) y la ductilidad resulta disminuida. Esta deformacion es relajada mediante un tratamiento termico a 90-300°C, de modo que la ductilidad es favorablemente mejorada.

Ademas, en la presente invencion, la deformacion por procesamiento de acero de elevado contenido en carbono es 40 2,5 o mayor, preferiblemente 3 o mayor. Se ha confirmado que la descomposicion anteriormente descrita de la

cementita es facilitada en aceros de elevado contenido en carbono que tienen la deformacion por procesamiento de 2,5 o mayor. Particularmente, la descomposicion resulta significativa en aceros de elevado contenido en carbono que tienen la deformacion por procesamiento de 3 o mayor, por lo que es probable que sea disminuida la ductilidad. Aqrn, con el fin de conseguir el efecto o los efectos esperados, es conveniente relajar el envejecimiento por 45 deformacion ocurrido durante el procesamiento utilizando un procesamiento de comunicacion de resistencia, un tratamiento de granallado, trefilado de pasada de endurecimiento y similares, inmediatamente despues del procesamiento.

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Ademas, en la presente invencion, la tenacidad del material de alambre metalico del acero de elevado contenido en carbono es de 4.000 MPa o mayor. La ductilidad de este material de alambre metalico que tiene una tenacidad de 4.000 MPa o mayor es probable que sea significativamente disminuida por exfoliacion y similares, por lo que es ventajoso aplicar el tratamiento termico de acuerdo con la presente invencion a un tal material de alambre para aumentar la ductilidad del mismo.

El material de alambre metalico anteriormente descrito puede ser obtenido mediante un metodo conocido, y el metodo de produccion tal como el trefilado no debe ser particularmente limitado.

En la presente invencion, se realiza un tratamiento termico sobre el material de alambre metalico anteriormente descrito en un intervalo de temperaturas de 90-300°C. Como se ha descrito anteriormente, este intervalo de temperaturas es una reaccion exotermica secundaria y es crucial que sea satisfecha la relacion entre el tiempo t(s) de tratamiento termico y la temperatura T(K) del tratamiento termico, representada por la siguiente ecuacion:

0,1 < Ln(t)-10100/T + 20 <11 (1)

y es tambien necesario que sea satisfecha la siguiente ecuacion:

5 <Ln(t)-10100 /T + 20 <10 (2)

Ademas, como para el tiempo de tratamiento termico, son preferibles 3 minutos (180 s) o mas para que se aplique calor uniformemente, y se prefieren 50 horas (180 ks) o menos, ya que la productividad disminuye en un tratamiento realizado en un periodo de tiempo prolongado.

Cuando se satisface la relacion anteriormente descrita, diffcilmente ocurre la formacion esferoidal de cementita y aunque no hay recuperacion de alargamiento, la tenacidad diffcilmente disminuye y mediante una relajacion del envejecimiento por deformacion se mejoran la propiedad de torsion, la propiedad de flexion y la resistencia a la fatiga. Ademas, cuando el tratamiento termico se realiza a una temperatura baja de 90-300°C, raramente se observa formacion de pelfcula de oxido tal como en tratamiento de reduccion de esfuerzos internos (bluing).

Ademas, en la presente invencion, se prefiere que un tratamiento termico en material de alambre metalico sea realizado en una presion educida o en gas inerte. En casos en los que el tratamiento termico es realizado en el aire, la superficie del material de alambre metalico se oxida y, por ejemplo, cuando el material de alambre metalico cuya superficie se ha oxidado es usado como refuerzo para un producto de caucho tal como un neumatico y similares, la adherencia al caucho puede ser perjudicada. El oxido recubre el material de alambre metalico puede ser eliminado tambien; sin embargo, es eficaz realizar el tratamiento termico en un vacfo o en gas inerte en el que se suprime la oxidacion de la superficie del material de alambre metalico, en lugar de anadir el proceso de eliminacion a las operaciones del procedimiento de produccion del material de alambre metalico.

Ejemplo

A continuacion se explicara la presente invencion por medio de ejemplos.

(Efectos del tratamiento termico sobre el material de alambre metalico)

Se realizo un tratamiento termico sobre un material de alambre metalico de acero con elevado contenido en carbono, que tema 1,0% en peso de contenido en atomos de carbono, deformacion de procesamiento de 3,8 y tenacidad de 4.200 MPa (al que se hace referencia en lo que sigue como “material 1 de alambre metalico de muestra”) para medir el calor de reaccion del material de alambre metalico a cada temperatura, la resistencia (resistencia a la traccion) y la resistencia a la ductilidad.

El calor de reaccion del material de alambre metalico a cada temperatura se determino en base a un calonmetro de exploracion diferencial (DSC). Ademas, la resistencia del material de alambre metalico despues del tratamiento termico fue evaluada como el valor determinado construyendo una curva de tension-deformacion basada en el ensayo de traccion de acuerdo con JIS Z 2241, a partir de cuya curva se determino la tension maxima. Ademas, la resistencia a la ductilidad despues del tratamiento termico se determino en base al metodo de calcular la tasa de retencion de resistencia de bucle, descrito en la Publicacion de la Solicitud de Patente Japonesa no Examinada No. H6-184963.

A partir de la curva de calor de reaccion asf obtenida, se confirmaron tres reacciones exotermicas a 90°C (la primera), 90-250°C (la segunda) y 250-400°C (la tercera). Ademas, se descubrio que la resistencia a la ductilidad disminuye mientras que es elevada la resistencia en la primera reaccion, esa resistencia disminuye ligeramente mientras la resistencia a la ductilidad mejora en la segunda reaccion, y que tanto la resistencia a la traccion como la resistencia a la ductilidad disminuyen en la tercera reaccion.

(Relacion entre el tratamiento termico y la propiedad de flexion)

A continuacion se determino la relacion entre el tratamiento termico y la propiedad de flexion. La propiedad de flexion se determino para el material 1 de alambre metalico de muestra y el material 2 de alambre metalico de

muestra (0,9% en peso de contenido de atomos de carbono, deformacion de procesamiento de 4,2, tenacidad de 4.400 MPa), que tema un diametro de 0,22 mm O, basandose en el metodo de calculo de la tasa de retencion de resistencia de bucle descrito en la Publicacion de la Solicitud de Patente Japonesa no Examinada No. H6-184963 y representada como indices, tomando como 100 la condicion del material de alambre metalico como esta, sin 5 tratamiento termico. Un valor mayor indica mejor propiedad de flexion.

Ademas, los valores de la ecuacion que representa la relacion entre el tiempo t(s) de tratamiento termico y la temperatura T(K) del tratamiento termico, en la zona de reaccion exotermica de la segunda reaccion: Ln(t) - 10100 / T+20, fueron usados como los indices del tratamiento termico. Como resultado, segun se ilustra en la figura 1, se descubrio que, tanto para el material 1 de alambre metalico de muestra como para el material 2 de alambre metalico 10 de muestra, solo ocurrio envejecimiento por deformacion en casos en los que los que el valor anteriormente citado es menor que 0,1, y que incluso en casos en los que los valores exceden de 11, la propiedad de flexion disminuye tambien debido a la aparicion de reaccion de fragmentacion (formacion esferoidal) de cementita.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un metodo de producir un material de alambre metalico de elevada tenacidad, en el que cuando se realiza un tratamiento termico en un intervalo de temperaturas de 90 a 300°C sobre un material de alambre metalico de acero de elevado contenido en carbono, que contiene de 0,5 a 1,1% en peso de atomos de carbono y que tiene una

   5 deformacion de procesamiento de 2,5 o mayor y una tenacidad de 4.000 MPa o mayor, una relacion entre el tiempo t(s) del tratamiento termico y una temperatura T(K) del tratamiento termico en dicho intervalo de temperaturas, es satisfecha por la siguiente ecuacion:

   5 < Ln(t)-10100 /T + 20 < 10 (2)
2. 2. El metodo de producir un material de alambre metalico de elevada tenacidad de acuerdo con la reivindicacion

   10 1, en el que es realizado un tratamiento de relajacion de envejecimiento por deformacion antes del citado tratamiento

   termico.
3. 3. El metodo de producir un material de alambre metalico de elevada tenacidad de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho tratamiento termico es realizado en un vacfo o en gas inerte.