JP5551462B2 - 高炭素鋼線の製造方法およびこれにより得られる高炭素鋼線 - Google Patents

Description

本発明は高炭素鋼線の製造方法（以下、単に「鋼線」および「製造方法」とも称する）およびこれにより得られる高炭素鋼線に関し、詳しくは、タイヤ等のゴム物品の補強用途に用いられる高炭素鋼線の製造方法およびこれにより得られる高炭素鋼線に関する。

近年、タイヤ軽量化のトレンドに伴って、その補強材として用いられるスチールコードのさらなる高強力化が期待されている。かかるスチールコードを構成する鋼線製造の最終段階である最終伸線工程においては、中間材料としての、パテンティング処理後にブラスめっきを施した硬鋼線を、湿式潤滑剤中で伸線している。この最終伸線工程における湿式伸線加工では、減面率を大きくして加工度を高くすることで、鋼線の高強力化を図っている。

鋼線の高強力化を図るための技術としては、例えば、特許文献１に、所定の炭素含有量を有する高炭素鋼線材に、前段伸線加工入側の鋼線材の直径と、前段伸線加工出側の中間線材の直径とにより定義される伸線加工量εが２．５以上となる前段伸線加工を施し、この前段伸線工程を経た中間線材に、引張強さを所定の範囲に調整するパテンティング処理を施したのち、最終伸線を含む後段伸線加工を施す高強力高炭素鋼線の製造方法が開示されている。

特開２００８−０６９４０９号公報（特許請求の範囲等）

しかしながら、最終伸線工程において減面率を高くして加工度を上げていくと、鋼線の高強力化は図れるものの、鋼線中の金属組織の配向の進行に伴って鋼線の脆化が生じやすいという問題があった。また、加工度を上げていって伸線途中で加工限界に達すると、デラミネーションによる鋼線の脆性断線が発生する場合もあった。さらに、伸線加工時の減面率を大きくするということは、最終伸線装置内に配置するダイの数が増えることを意味するため、減面率の増加に対しては、伸線装置側の制約もあった。

したがって、最終伸線工程における鋼線の加工限界をさらに向上して、延性を損なうことなく、鋼線のさらなる高強力化を図るための技術の確立が望まれていた。

そこで本発明の目的は、最終伸線工程を改良することにより、従来のパス数の制約等の問題を解消するとともに鋼線の加工限界をさらに向上して、延性を損なうことなくさらに高強力化を図った鋼線を得ることができる高炭素鋼線の製造方法およびこれにより得られる高炭素鋼線を提供することにある。

本発明者らは鋭意検討した結果、最終伸線加工を複数の伸線工程に分けて行い、所定の伸線方向で伸線工程を行った後、伸線方向を逆方向に変えて次の伸線工程を行うものとすることで、鋼線の強度を維持しつつ延性を向上させることが可能となることを見出し、この技術を高炭素鋼線の製造工程に適用したところ、高強度でかつ延性に優れた高炭素鋼線が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の高炭素鋼線の製造方法は、パテンティング処理後にブラスめっきを施した高炭素鋼線材を、最終伸線工程で湿式伸線することにより高炭素鋼線を得る高炭素鋼線の製造方法において、
前記湿式伸線を複数回に分けて行うにあたり、前記高炭素鋼線材に対し冷間の湿式伸線を施した後、伸線された該高炭素鋼線材を一旦巻取り、再度繰出して、加工方向を逆方向にした状態で、該高炭素鋼線材に対し再度、冷間の湿式伸線を施す製造方法であって、該加工方向の変更を、少なくとも前記最終伸線工程における累積伸線加工歪ε_ｎが２．５〜３となった段階で行うことを特徴とするものである。

本発明においては、前記複数回の湿式伸線を行う間に、前記加工方向の変更を２回以上行うことができる。また、本発明においては、前記加工方向の変更を、目的とする最終線径に至る最後の３パス以内で行うことが好ましい。

また、本発明の高炭素鋼線は、上記本発明の高炭素鋼線の製造方法により得られたことを特徴とするものである。

本発明によれば、従来の伸線装置におけるパス数の制約等の問題の解消を図ることができるとともに、最終伸線工程における鋼線の加工限界をさらに向上することができ、従来よりもさらに高強度で延性に優れた高炭素鋼線を得ることが可能である。

本発明の高炭素鋼線の製造方法に係る説明図である。 参考例で得られた鋼線における硬度分布を示すグラフである。 従来例で得られた鋼線における硬度分布を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明は、パテンティング処理後にブラスめっきを施した高炭素鋼線材、例えば、炭素含有量が０．６〜１．２質量％の高炭素鋼線材を、最終伸線工程で湿式伸線することにより高炭素鋼線を得る技術の改良に係るものである。

図１に、本発明の高炭素鋼線の製造方法に係る説明図である。本発明においては、最終伸線工程における湿式伸線を複数回に分けて行うものとし、（ａ）に示すように、高炭素鋼線材１をロール１１から繰出して、この高炭素鋼線材１に対し冷間の湿式伸線を施した後、伸線された高炭素鋼線材１Ａをロール１２で一旦巻き取る。次いで、（ｂ）に示すように、この巻き取られた高炭素鋼線材１Ａをロール１２から再度繰出して、この高炭素鋼線材１Ａに対し再度、冷間の湿式伸線を施し、ロール１３にて巻き取るものである。このようにすることで、前段の湿式伸線における鋼線材の巻取り端が後段の湿式伸線における鋼線材の繰出し端となるので、後段の湿式伸線においては、鋼線材の加工方向（伸線方向）が逆方向になった状態で、伸線加工を行うことが可能となる。すなわち、鋼線の製造過程の最終段階である最終伸線工程において、従来は、同じ加工方向ですべての伸線パスを行っていたのに対し、本発明においては、異なる加工方向、つまり、逆方向の伸線パスを設けるものである。なお、図中の符号１Ｂは、後段の湿式伸線後の鋼線材または鋼線を示し、符号１４，１５は潤滑剤槽、符号１６，１７は伸線機を示す。

このように、加工方向を逆方向としたパスを設けることで、鋼線の加工限界をさらに向上して、高強度で延性に優れた高炭素鋼線が得られる理由としては、以下のように考えられる。

すなわち、最終伸線工程においては、鋼線は、数十個のダイにより細く引き伸ばされる。これらの伸線加工により、体心立方からなる鉄の結晶にすべりが導入されて、伸線方向と平行に１１０繊維軸をもつ集合組織が形成される。このため、鋼線の配向が進むに従って、加工によるすべり面が限定され、同時に炭素等の侵入型元素によりすべり面内の転移固着が生ずることで、加工限界へと至ることになる。本発明においては、伸線加工における引抜き方向を加工途中で逆転させることで、前段の加工で用いたすべり面以外のすべり系へ加工を導入して、同時に前段の加工での転移固着により加工の難しくなったすべり系の固着を外すことで、加工限界を向上させ、従来よりもさらに高強度の高炭素鋼線を得ることが可能となったものである。

一方で、高強度鋼線に撚線を行いスチールコードとするためには、撚線での曲げ加工に耐えるための延性が必要となる。前述したように、一方向の伸線を続けた高強度鋼線においては延性が不足することとなるが、本発明においては、理由は明らかではないものの、上述したように加工方向を逆方向としたパスを設けて伸線を行うことで、その後の撚線加工にも耐え得る延性を付与することができ、高強度と良好な延性とを両立させることが可能となった。また、本発明においては、鋼線の加工度を上げた際におけるデラミネーションによる脆性断線の発生についても回避することが可能である。

本発明においては、最終伸線工程において、少なくとも一回、加工方向を逆方向として伸線加工を実施することが重要であり、これにより、上記加工限界の向上等の所期の効果を得ることが可能である。

また、加工方向の変更は一回に限られるものではなく、複数回の湿式伸線を行う間に、加工方向の変更を２回以上、例えば、２〜４回程度行ってもよい。加工方向の変更は、加工途中の鋼線材の巻き取り、再度繰出しの作業を要するため、多すぎても歩留まり性の大幅な悪化を招くため好ましくなく、また、それ以上の効果を得られるものでもない。

特には、加工方向の変更を、目的とする最終線径に至る最後の３パス以内で行って、その後の伸線により最終線径を得るものとすることが好ましい。これは、加工方向を変えた初めの数パスを経た鋼線材の延性の回復が顕著であるためである。ここで、この最後の３パスとは、最終線径を得るための最後のダイスにおける伸線加工を最終パスとして、その上流側の、最終パスの１つ手前のダイスにおける伸線加工、および、２つ手前のダイスにおける伸線加工までを含む計３パスを意味する。また、本発明においては、例えば、下記式で定義される最終伸線工程における累積伸線加工歪ε_ｎが２．５〜３程度となった段階で加工方向の変更を実施することが好適である。
ε_ｎ＝２ｌｎ（ｄ_０／ｄ_ｎ）
（式中、ｄ_０は伸線機入側のワイヤ径（ｍｍ）であり、ｄ_ｎはｎ段目の伸線パス出側のワイヤ径（ｍｍ）である）

本発明によれば、引張強度で３５００ＭＰａ〜４５００ＭＰａ程度の高強度の高炭素鋼線を得ることができる。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜従来例＞
パテンティング処理後にブラスめっきを施した線径１．８６ｍｍの高炭素鋼線材（炭素含有量０．８２質量％）を、最終伸線工程で同一方向に湿式伸線することにより、線径０．２２ｍｍの高炭素鋼線を得た。

＜実施例１＞
高炭素鋼線材を、線径０．５ｍｍとなるまで湿式伸線した後（累積伸線加工歪ε_ｎ：２．６）、この鋼線材を一旦巻取り、再度繰出して、加工方向を逆方向にした状態で、残りの湿式伸線を行った以外は従来例と同様にして、高炭素鋼線を得た。

＜実施例２＞
高炭素鋼線材を、線径０．５ｍｍとなるまで湿式伸線した後（累積伸線加工歪ε_ｎ：２．６）、この鋼線材を一旦巻取り、再度繰出して、加工方向を逆方向にした状態で、さらに、目的とする最終線径に至る最後の３パスの手前まで湿式伸線した（線径０．２３ｍｍ，累積伸線加工歪ε_ｎ：４．２）。その後、この鋼線材をふたたび巻取り、繰出して、加工方向を再度逆方向にして、残りの湿式伸線を行った以外は従来例と同様にして、高炭素鋼線を得た。

＜参考例＞
高炭素鋼線材を、目的とする最終線径に至る最後の３パスの手前まで湿式伸線した後（線径０．２３ｍｍ，累積伸線加工歪ε_ｎ：４．２）、この鋼線材を一旦巻取り、再度繰出して、加工方向を逆方向にした状態で、残りの３パスの湿式伸線を行った以外は従来例と同様にして、高炭素鋼線を得た。

従来例、実施例および参考例について、得られた各鋼線の引張強度、延性、断面内におけるビッカース硬度分布、および、接着性について評価した結果を、下記の表中および図２（参考例）、図３（従来例）中に示す。

＜鋼線の引張強度評価＞
従来例、実施例および参考例において得られた各鋼線の引張強度を、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に規定された引張試験に準拠して測定した。

＜鋼線の延性評価＞
従来例、実施例および参考例において得られた各鋼線の延性を、鋼線の長さ１００ｄ（ｄ：鋼線の直径）あたりの破断までの捻り回転数（破断までの捻り回転数／１００ｄ）により評価した。結果は、従来例を３とした指数にて示す。数値が大なるほど、延性に優れているといえる。

＜ビッカース硬度の評価＞
従来例、実施例および参考例において得られた各鋼線のビッカース硬度の評価試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準じて実施した。評価試料は、各鋼線を立てた状態で埋込樹脂内に埋め込み、その後、埋め込んだ鋼線につき、ＳｉＣ、ダイヤモンドペーストおよびアルミナ粉末を用いて断面を鏡面研磨することにより作製した。得られた試料につき、鋼線の断面の中心から表層にかけて、前記試験規格に準じた間隔をあけて、ビッカース硬度試験を実施した。

＜鋼線の接着性評価＞
従来例、実施例および参考例において得られた各鋼線を未加硫ゴムで被覆し、これを１６０℃×１５分間の条件で加硫して得られたゴム−鋼線複合体につき、ゴムから鋼線を剥離して、その時のゴム付着率を測定した。結果は、目視評価にて、鋼線表面のゴム被覆率が９０％以上である場合を○、９０％未満である場合を×として示した。

上記表中および図２，３に示すように、本発明に係る実施例および参考例により得られた鋼線においては、加工方向の変更により延性の低下が抑制されているとともに、従来例と比較して高い強度、および、従来例と同等の接着性が得られていることが確かめられた。また、参考例においては、鋼線の硬度分布についても、従来例と比較して均一化されていた。

１，１Ａ 高炭素鋼線材
１Ｂ 高炭素鋼線材または高炭素鋼線
１１〜１３ ロール
１４，１５ 潤滑剤槽
１６，１７ 伸線機

Claims (4)

1. パテンティング処理後にブラスめっきを施した高炭素鋼線材を、最終伸線工程で湿式伸線することにより高炭素鋼線を得る高炭素鋼線の製造方法において、
   前記湿式伸線を複数回に分けて行うにあたり、前記高炭素鋼線材に対し冷間の湿式伸線を施した後、伸線された該高炭素鋼線材を一旦巻取り、再度繰出して、加工方向を逆方向にした状態で、該高炭素鋼線材に対し再度、冷間の湿式伸線を施す製造方法であって、該加工方向の変更を、少なくとも前記最終伸線工程における累積伸線加工歪ε _ｎ が２．５〜３となった段階で行うことを特徴とする高炭素鋼線の製造方法。
2. 前記複数回の湿式伸線を行う間に、前記加工方向の変更を２回以上行う請求項１記載の高炭素鋼線の製造方法。
3. 前記加工方向の変更を、目的とする最終線径に至る最後の３パス以内で行う請求項１または２記載の高炭素鋼線の製造方法。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項記載の高炭素鋼線の製造方法により得られたことを特徴とする高炭素鋼線。

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