用来加强轮胎的轮冠的不锈钢丝 本发明涉及用金属丝加强的轮胎，特别涉及用不锈钢丝加强的轮胎。
专利申请FR-A-2 096 405非常宽泛地描述了一种轮胎，它包括一布置在帘布层和橡胶轮面之间的加强层，这一加强层的径向外表面用不锈钢索加强。用来制成这些不锈钢索的不锈钢丝的机械特性不够好。
本发明的主题是用来加强轮胎轮冠的不锈钢丝，该不锈钢丝的特征在于：
a)其直径为0.05mm-0.6mm；
b)其抗拉强度至少为2400MPa；
c)其抗扭延展性至少为30扭转圈；
d)该不锈钢丝的钢包括0.02％-0.2％的碳、6％-10％的镍、16％-20％的铬，而该钢的钼含量为零或最多为5％，镍、铬和钼的总含量为23％-28.5％，上述％都为重量百分比；
e)不锈钢地结构包括至少50％体积百分比的马氏体，没有奥氏体或其体积百分比小于50％。
本发明还涉及用于轮胎轮冠的组件，这些组件至少包括一根本发明钢丝。
本发明还涉及用于轮胎轮冠的加强帘布层，这些帘布层至少包括本发明的一根钢丝和/或一个组件。
本发明还涉及其轮冠至少包括本发明的一根钢丝和/或一个组件和/或一加强帘布层的轮胎。
本发明还涉及本发明钢丝的制备工艺，该工艺的特征在于：
a)其出发点是一根直径为0.3mm-3mm的不锈钢丝；该不锈钢丝的钢包括0.02％-0.2％的碳、6％-10％的镍、16％-20％的铬，而该钢的钼含量为零或最多为5％，镍、铬和钼的总含量为23％-28.5％，上述％都为重量百分比；该钢的结构全部为奥氏体或实际上为奥氏体；
b)至少进行一次变形处理而不进行热处理，总变形ε至少为1.5。
“加强”一词是在非常宽泛的意义上使用的，例如，加强帘布层可以指主要是在机械上加强轮胎轮冠的帘布层，特别是三角网帘布层；也可以指布置在三角网帘布层与轮面之间的保护帘布层。
I.定义和测试
1.机械性能测量
按照1978年6月AFNOR的方法A03-151在拉伸下进行破坏载荷、抗拉强度、模数和塑性伸长的测量。
2.变形
变形ε由下式定义：
ε＝Ln(So/Sf)
Ln为自然对数，So为钢丝变形前的原横截面，Sf为钢丝变形后的横截面。
3.抗扭延展性
钢丝的抗扭延展性定义为该钢丝可承受的扭转圈数。这一测量在其长度为其直径的500倍的钢丝上进行。用一固定夹钳夹紧该钢丝的一头，用一转动夹钳夹住该钢丝的另一头，然后以钢丝轴线为轴线转动该转动夹钳，扭转时的应力为扭转前拉伸钢丝所测得钢丝的破坏载荷的5％，然后对破坏钢丝所需的扭转圈数进行计数。
4.钢的结构
钢的结构的确认和量化如下进行。
使用X光绕射法。该方法在于确定钢的各相、特别是α′马氏体、ε马氏体和γ奥氏体的总绕射强度，为此，累计各相所有绕射尖顶脉冲的累积强度，从而可计算钢的每一相在所有相的总和中所占的百分比。
使用铬对阴极用测角器观看钢丝断面即可确定X光绕射光谱。
进行扫描可获得各相的特征线。在上述三相(两马氏体和一奥氏体)的情况下，扫描角度为50-160度。
为确定尖顶脉冲的累积强度，须叠合互相干扰的特征线。
任一相的每一尖顶脉冲具有下述关系：Iint＝(Lmh×Imax)/P其中，Iint为尖顶脉冲的累积强度Imh为尖顶脉冲中间高度处的宽度(以度计)Imax为尖顶脉冲的强度(每秒尖顶脉冲数)P为尖顶脉冲的测量节距(0.05度)特征线举例如下：γ奥氏体 线(111)2θ＝66.8
线(200)2θ＝79.0
线(220)2θ＝128.7α′马氏体 线(110)2θ＝68.8
线(200)2θ＝106
线(211)2θ＝156.1 ε马氏体 线(100)2θ＝65.4
线(002)2θ＝71.1
线(101)2θ＝76.9
线(102)2θ＝105.3
线(110)2θ＝136.2角2θ为入射光与绕射光之间的以度计的总角度。上述各相的晶体绕射结构如下：γ奥氏体：面心立方体
α′马氏体：面心立方体或面心正方体
ε马氏体：密堆积六方体
然后可用下述关系式计算任一相“i”的体积百分比：
相“i”的％＝Ii/It
其中，
Ii为相“i”的所有尖顶脉冲的累积强度的总和
It为钢的所有绕射相的所有尖顶脉冲的累积强度的总和。
从而特别有：
α′马氏体的％＝Iα′/It
ε马氏体的％＝Iε/It
马氏体的总％＝(Iα′+Iε)/It
γ奥氏体的％＝Iγ/It
其中，
Iα′为α′马氏体的所有尖顶脉冲的累积强度
Iε为ε马氏体的所有尖顶脉冲的累积强度
Iγ为γ奥氏体的所有尖顶脉冲的累积强度
在下文中，钢结构的各相的百分比指体积百分比，“马氏体”或“马氏体相”包括所有的α′马氏体和ε马氏体相，从而“马氏体％”表示马氏体的这两相的体积百分比之和，而“奥氏体”指γ奥氏体。
用上述方法确定的各相的体积百分比的精度约为5％。
II.举例
通过必要时结合唯一附图的下述非限制性例子可容易地理解本发明，该附图为本发明轮胎的径向剖面图。
在所有这些例子中，有关钢的各组成元素的百分比(例如碳、镍、铬和钼的百分比)指重量百分比，而有关钢的结构的百分比(例如马氏体和奥氏体相的百分比)指体积百分比，破坏载荷、抗拉强度、塑性伸长和模数各值按照上述第I章第1节所述在拉伸下确定。
本发明钢丝
在下述各例中，使用本发明钢丝，其组成如下：
C＝0.092；Si＝1.74；Mn＝1.31；Ni＝7.87；Cr＝17.75；Mo＝0.68；N＝0.034；Cu＝0.20；S＝0.001；P＝0.002。其余为其中含有通常无法除去的杂质的铁。有关钢的组成的所有上述数字均指重量百分比。
该钢丝的制备方法如下：
出发点为组成如上所述的一根钢丝，其直径为0.9mm。该钢丝上镀有厚度约为0.3μm的一层镍，其机械性能如下：
破坏载荷：550N
抗拉强度：870Mpa
塑性伸长：58％。
在室温下在该镀镍钢丝上喷镀铜然后锌，然后用焦耳效应加热到540℃，从而铜和锌扩散成黄铜，重量比(α相)/(α相+β相)约为0.85，相α和β为黄铜相。
然后以公知方式用作为润滑油的水中的乳液在潮湿环境中冷拉该钢丝。这一冷拉的总变形ε为2.78。
钢丝上一旦生成黄铜镀层就不进行热处理。
所得到的钢丝的直径为0.224mm，即约为0.23mm，镍镀层以及其上的黄铜的厚度极小，小于一微米，从而相对钢丝的直径来说可忽略不计。
如此获得的本发明钢丝的特性如下：
破坏载荷：110N
抗立强度：2805Mpa
模数：190Gpa
塑性伸长：1％
抗扭延展性：60扭转圈。
本发明这一钢丝的钢的结构为：马氏体相的体积百分比实际为85％，该相实际上全是α′马氏体，奥氏体相的体积百分比实际上为15％。
当然，钢丝的钢的成分(例如碳、铬、镍、钼)与原来相同。
镍镀层使黄铜镀层容易粘接在钢上，黄铜镀层使钢丝在制备时容易变形并在钢丝用于橡胶中时容易粘接到橡胶上。
例1
本例的目的是把本发明钢丝的机械特性与现有钢丝进行比较。为此使用了上述申请FR-A-2 096 405所述316型现有不锈钢丝。该钢的组成如下：
C＝0.029；Si＝0.45；Mn＝0.66；Ni＝12.62；Cr＝17.51；Mo＝2.40；因此镍、铬和钼的总量为32.53；Cu＝0.24；S＝0.003；P＝0.023。
用该现有钢做成其上有0.3μm厚的镍镀层的直径为0.8mm的钢丝。对该钢丝以上述对本发明钢丝同样的方法进行冷拉，但其变形ε为0-4。可以看到，如此得到的钢丝的抗拉强度随着ε值的增加而提高，但还是偏低，其在ε＝3.8时的最大值为2000MPa，这在使用在轮胎中时还是太低，此时的模数为175GPa。此外还可看到，该现有钢丝的抗扭延展性尚小于30扭转圈，这一值低得无法制成组件。
这两种钢丝的特性的差异的原因在于，现有钢丝不含马氏体，或只含小部分马氏体，特别是小于50％的体积百分比，例如约为5％，即使所使用的ε值很高。
例2
本例的目的是把本发明组件的性能与现有组件进行比较，所有这些组件都为层式组件。
本发明组件为不加箍的(1+6)23型组件。这些相同的组件都为层式组件，它用一根不扭转的钢丝作为芯线，然后在这芯线上以12.5mm的节距以相同方向缠绕六根钢丝。该组件的所有钢丝都与例1所述本发明钢丝相同。该组件的破坏载荷为735N。
现有组件制成为与本发明组件同样的不加箍的(1+6)23型，但差别在于，这些都相同的钢丝是用珠光钢加工硬化成的非不锈钢，碳含量为0.7％，直径约为0.23mm，破坏载荷为115N，抗拉强度为2865Mpa，模数为205Gpa，塑性伸长为1％，抗扭延展性为180扭转圈。
所有这些现有组件的破坏载荷均为766N。
制备出尺寸为175/70R13的四个相同的轮胎。唯一的附图为这些轮胎之一100的径向剖面图，即在一通过该轮胎的转动轴线的平面上的剖面图，为简化起见图中未示出该转动轴线。该轮胎100包括轮冠1、两侧壁2和两胎边3，每一胎边都以常见方式用胎边钢丝4加强。一常见的纺织(人造丝)径向帘布层5从一胎边3到另一胎边绕住两胎边钢丝。
直线YY′表示赤道平面，即通过轮冠中央并与轮胎的转动轴线垂直的平面。轮冠1由一位于帘布层5上方、帘布层5与轮面10之间的加强件6加强。该加强件6包括两工作帘布层61和62，帘布层61靠近帘布层5，而帘布层62位于帘布层61上方、轮面10下方。
帘布层61由现有(3×2)23型组件610构成。每一不加箍的现有组件都由三股钢丝构成，每一股钢丝由本例上述的两根现有钢丝以12.5mm的节距扭绞而成，其中的一股钢丝的扭绞方向与另两股相反，这三股钢丝扭绞成节距为12.5mm的一组件，组件的缠绕方向与其中的钢丝以相同方向缠绕的两股钢丝中的钢丝缠绕方向相同。
这些组件610互相平行且与赤道平面YY′构成20度的角，该帘布层的节距为1.4mm，该节距为任何两相邻组件的轴线之间的距离，这一间距和上述角度均指赤道平面YY′旁的值。
帘布层62包括与组件610一样的互相平行、在赤道平面旁与赤道平面YY′的交角为20度、节距为1.4mm的组件620，但这一角度的方向与帘布层61相反，因此如常见的那样，帘布层61与62交叉。
帘布层62的组件620为上述(1+6)23型，组件620若为本发明组件则表为620A，若为现有组件则表为620B。
组件620A和620B划分成四个区，两个区62A中为组件620A，两个区62B中为组件620B。每一区沿着赤道平面的长度为帘布层62圆周的四分之一，大小相同的四个区在纵向上即沿着帘布层62与赤道平面YY′相交方向交替布置，即依次为区62A、区62B、区62A、区62B。
在所有这些区中，涂在组件620上的现有橡胶都相同。
根据定义，缓冲层为轮面10的花纹的底面与帘布层62的组件620顶部的切平面之间的距离，位于轮面10与帘布层62之间的这一平面在图中用62L表示。该缓冲层的厚度为2.5mm。
附图为简化起见，示出了轮面10的花纹110的一凹槽11，缓冲层即为凹槽11的底面12与直线62L之间的距离，图中未示出标号62A、62B、620A和620B。
这四个相同的轮胎装在一客车(R21型雷诺车)上，载荷为车重加上四个人的重量，轮胎100充气到2巴，轮胎在不交换的情况下进行如下试验。
首先，该车在铺满燧石的跑道上以40公里时速行驶1500公里(初步行驶)从而在轮面上造成孔眼并把机械应力加到组件上，然后在一包括一灌满盐水的水池的3.5公里的环道上行驶，从而每绕一圈就经过一干燥路面和盐水，从而组件因腐蚀而受到化学应力，在该环道上的绕行时速为60公里。
行驶3800公里(包括在燧石路面上的行驶)后因其中一个轮胎的轮面变形而终止试验。
剥开轮胎露出帘布层62可看到如下情况：
-轮胎的变形只发生在对照区62B，本发明区62A没有任何变形；
-在对照区62B中，组件620B共有63处完全断裂，这些断裂的原因首先是燧石在轮面上造成的孔眼，这些孔眼在组件上造成机械应力并使盐水渗入到这些组件中，其次是盐水在对照区中腐蚀这些组件；而且组件在裂口两边一很长长度(至少5cm)上被腐蚀。
-在对照区62B中，帘布层62用来涂组件的橡胶与组件620B之间的粘胶因受腐蚀而不复存在。
-在本发明的区62A中，没有看到由腐蚀造成的断裂，只有由孔眼造成的断裂，其数量也很少(所有这些区中只见到34处)，与橡胶的粘接也很牢。
其他轮胎剥开后情况差不多，只是破坏程度较轻。
因此本发明在抗腐蚀性上有很大改进，它只对组件造成数量很少的很小裂口，并且组件与橡胶涂层之间的粘胶也得以保存。
例3
本例的目的在于表明用本发明钢丝可构成用现有钢丝迄今无法构成的组件。
使用如下两类组件进行试验：
-股式组件；这一不加箍的股式组件为例2中所述(3×2)23型组件；
-层式组件；这一不加箍的组件由在一用作芯线的不扭转钢丝上以12.5mm的节距缠绕五根钢丝而构成，从而在该芯线上形成一层钢丝，该组件用式(1+5)23表示。
用本发明钢丝构成本发明两类组件，(3×2)23型组件表为A1，(1+5)23型组件表为A2。
用对照钢丝构成(3×2)23型组件，这些不按本发明所述的组件表为B1。
这些组件的特性见下表1：
表1 B1 A1 A2 Di 0.73mm 0.72mm 0.66mm B1 668N 639N 645N
所用的缩写的意义如下：
B1：破坏载荷；Di：组件的与组件纵向垂直的截面上的外接圆的直径。
制成四组轮胎，每一组的轮胎均相同。所有这四组轮胎的轮面花纹均为公路用现有花纹。
这四组轮胎记为S1、S2、S3和S4，各组轮胎除了下述差别外都与上面例2所述175/70R13型相同，为简化起见，轮胎的标号100不变：
-在任何轮胎的帘布层62中，所有组件620均相同，不再分区，组件620的角度、方向和节距均与例2所述轮胎100相同；该帘布层62的各组件如下：
--组S1：组件B1；
--组S2：组件A1；
--组S3和S4：组件A2。
-组S1、S2、S3互相不同之处并与例2轮胎100的不同之处只是帘布层62不同，而组S4的不同之处还在于组S4的缓冲层厚1.9mm而不是2.5mm，从而减小约24％。
组S1由现有对照轮胎构成，而组S2、S3和S4由本发明轮胎构成。
3.1腐蚀试验
把每组的四个轮胎装在与例2相同的车辆(雷诺R21型车辆)上，充气和载荷情况相同，试验条件同例2，其差别在于：
-初步行驶距离为1600公里；
-在总行驶距离约为4600公里后停止在环道上行驶(即在环道上行驶约3000公里)。
这一行驶时间为最终在对照轮胎上出现变形的时间。各组的这一行驶时间都相同，因此每一行驶试验都用同一组的四个轮胎进行。
试验结束后检查轮胎然后剥开轮胎检查帘布层62。每次试验取各轮胎的平均值对各参数进行研究，首先是装在车辆前部的两个轮胎，然后是装在车辆后部的两个轮胎。由于车辆的设计(前轮驱动)，后轮由于下述原因比前轮更易遭到燧石的破坏：由于驱动力矩传到前轴从而前轴的轮胎的飘移比后轴大，因此前部轮胎把燧石从轮面弹开而受到的伤害小。
然后确定下述方面：
-对轮面上的孔眼进行计数(记为Np)；
-对帘布层62的组件的断裂处进行计数(记为N62)；
-测量帘布层62中(断裂区中的)氧化组件的平均长度(mm)(记为L62)。
所有计数Np、N62和所有的测量L62都在轮胎的一半上进行。
装在后部的轮胎的试验结果如表2所示。
表2 S1 S2 S3 S4 Np 338(100) 360(106) 432(127) 680(201) N62 98.5(100) 70(71) 67(68) 129(131) L62 37.0 0 0 0
装在前部的轮胎的试验结果如表3所示。
表3 S1 S2 S3 S4 Np 104(100) 93(89) 114(110) 284(273) N62 56.5(100) 29.5(52) 40.5(72) 76(134) L62 37.5 0 0 0
在表2和3中，括号内的数字为把对照轮胎的值设为100时的相对值。
从对轮胎的检查和从表2和3的数字中可看到如下几点：
-对照轮胎表明轮胎的变形使它们无法再使用；其原因在于这些轮胎中帘布层62的组件620严重氧化而发生许多处断裂；
-本发明轮胎的轮面未见有变形；帘布层62的组件620未见发生腐蚀；
-组S2和S3的本发明轮胎的Np值实际上与对照组S1相同，而N62值大大低于组S1；
-本发明的组S4由于缓冲层厚度减小而轮面的孔眼数Np大量增加从而帘布层62的组件620的断裂数N62较之其他两组有很大增加，但并未造成上部帘布层62的氧化；
-不论哪一组，本发明轮胎的寿命都比对照轮胎长。
3.2轮胎的重量
表4示出各组轮胎的重量(Kg)
表4 S1 S2 S3 S4 6.850 6.800 6.810 6.610
因此可看到，缓冲层减小的轮胎S4的重量最轻，从而其重量比对照轮胎S1减小约4％。对于用于雪地的轮面花纹之类的具有又大又厚的轮面花纹的轮胎来说，重量的减小可达5％或超过5％。
3.3滚动阻力
使组S1、S2、S3和S4的轮胎都在圆周长约为5.36m的试验鼓上行驶。
轮胎的气压都为2.1巴。
每一个轮胎的载荷都为373daN。
表5示出各轮胎在不同的转速下测得的滚动阻力，该阻力与通常一样用公斤/每吨载荷表示。括号中的数字为把对照轮胎S1的值设为100时的相对值。
表5 S1 S2 S3 S4 50km/h 9.7(100)9.6(99)9.5(98)9.2(95) 90km/h 9.8(100)9.6(98)9.5(97)9.2(94) 120km/h 10.3(100)10.1(98)10.1(98)9.8(95) 160km/h 12.7(100)13.1(103)12.5(98)12.3(97)从该表中可看出，缓冲层减小的轮胎S4的滚动阻力最小。3.4极限速度
使组S1、S2、S3和S4的轮胎都在圆周长约为8.5m的试验鼓上行驶。
轮胎的气压都为2.5巴。
每一个轮胎的载荷都为466daN。
一直行驶到所试验轮胎由于轮面花纹的胶块撕裂而露出轮冠上部帘布层62而无法使用为止。
表6给出轮胎破坏时测得的速度(km/h)。括号中的数字为把对照轮胎S1的时速设为100时的相对值。
表6 S1 S2 S3 S4 219.2(100)213.2(97)217.2(99)224.0(102)
从该表可看出，各组S1-S4的数字很接近。
3.5轮冠帘布层的分离
把组S1-S4的轮胎在约60℃的温度下烘烤约一个月后在圆周长约为5m的试验鼓上行驶，试验鼓上设置半球形突起而使帘布层62的侧部边缘受到应力。轮胎气压：2.5巴；轮胎载荷：466daN。
从而在帘布层61和62之间形成分离空穴。
使各组轮胎行驶约25000km后把它们剥开以便确定分离空穴的尺寸，为此，测量这些空穴所在处的长方形的尺寸(mm)，这些长方形的边或是在纵向上(与轮胎的赤道平面平行)，或是在径向上(在过轮胎的转动轴线的平面中)。结果示出在表7中。在该表中，第一个数字为长方形在纵向上的尺寸，第二个数字为长方形在径向上的尺寸，长方形的面积示出在括号中。
表7 S1 S2 S3 S4 480×90 (43200) 500×51 (25500) 380×35 (13300) 未见有空穴
表7表明，本发明轮胎S2、S3和S4可减小空穴的大小甚至不生成空穴。
在例3中，对照轮胎的组件620使用(3×2)型组件B1即股式组件，因为比方说(1+5)或(1+6)型的层式组件容易受腐蚀而性能太差，这从例2中也可看出。比方说上述(3×2)型的股式组件使橡胶深入到组件之中，从而减小了腐蚀作用。
上述各例表明，本发明可使用层式组件(S3和S4)，它们较之股式组件具有如下优点：
-它们制造简单从而成本低；
-由于它们更紧密，因此减小了轮冠帘布层发生分离的可能性；
-由于层式组件更紧密，因此压制橡胶的厚度可减小，从而轮胎的重量减轻。
组件的紧密度C可由下式确定：
C＝Sm/St
其中，
Sm为组件中金属的表面积；
St为组件的总表面积。
Sm和St为组件的在与组件轴向垂直的平面上的截面的面积，Sm为金属丝的所有截面面积之和，而St为金属丝的所有截面的外接圆的总面积。C值为在所测量组件上每隔约30cm的距离共进行10次测量所得的平均值。
本发明组件的紧密度C最好至少为65％。
举例来说，上述各类组件的C的值如下：
(3×2)23 (1+5)23 (1+6)23
49％ 67.2％ 78.4％在本发明工艺的各例中，所使用原钢丝在进行变形前镀有镍镀层和黄铜镀层，但也可使用其他实施例，例如，可用其他金属材料、特别是铜代替镍，或在没有镍镀层的原钢丝上进行变形，从而最终的钢丝只由不锈钢构成。
本发明钢丝最好具有至少下述一种特征：
-钢丝的直径为0.12mm-0.5mm；
-抗拉强度至少为2500Mpa；
-模数至少为150Gpa；
-钢的含碳量为0.05-0.15重量百分比；
-钢的含镍量为7.5-9.5重量百分比、含铬量为17-19重量百分比、含钼量小于1重量百分比；
-含硫量和含磷量均小于0.05重量百分比；
-抗扭延展性至少为50扭转圈；
-钢的结构实际上只由马氏体构成或只由马氏体和奥氏体构成。
本发明工艺最好具有至少下述一种特征；
-原钢丝的直径至少为0.5mm；
-钢的含碳量为0.05-0.15重量百分比；
-钢的含镍量为7.5-9.5重量百分比、含铬量为17-19重量百分比、含钼量小于1重量百分比；
-含硫量和含磷量均小于0.05重量百分比；
-原钢丝上镀镍或铜；
-变形前镀黄铜；
-该变形为用水中乳液润滑油进行湿拉制；
-总变形ε至少为2。
上述各例所述本发明组件全由本发明不锈钢丝构成，但本发明也适用于组件只部分地由本发明钢丝构成的场合。例如，本发明组件可以是层式组件或股式组件，其中的钢丝只有一部分是本发明钢丝，例如上述的3×2型组件，其中只有一股钢丝为本发明钢丝，其他两股钢丝为非不锈钢钢丝。这一实施例的优点是成本降低。
在上述各例中，本发明钢丝用来制成互相交叉的帘布层的组件，但本发明钢丝也可用于如下场合：本发明钢丝不做成组件，从而不构成帘布层；以钢丝或以组件绕在轮胎纵向上，从而在轮胎轮冠中构成或不构成帘布层。
当然，本发明不限于上述各实施例。