CN106661711B - 热浸镀Al钢线以及绞线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供:在对单线施加捻转的一般的绞线制造装置中适用之际,不产生因捻转所致的断裂那样的、耐捻转性优异的热浸镀Al钢线。热浸镀Al钢线,其为直径0.05～0.50mm的钢芯线作为芯材的热浸镀Al钢线,其长度方向的平均直径D_A(mm)以及最小直径D_MIN(mm)以满足下述(1)式那样的方式使热浸镀Al附着量为均一化。(D_A‑D_MIN)/D_A≤0.10…(1)。

Description

热浸镀Al钢线以及绞线及其制造方法

技术领域

本发明涉及在热浸镀Al钢线中,特别是对伴随着“捻转”的变形的抵抗力进行改善了的热浸镀Al钢线。还有,涉及将其热浸镀Al钢线用作单线的绞线。

背景技术

在以汽车的束线用导线为代表的各种导线中,至今,使用着铜线。但是,与铁废料一起回收时,不优选铜材的混入。为此,从回收性的观点,与铁废料一起溶解可能且导电性比较良好的铝线的适用更为有利。

在束线中使用的信号线等中,使用绞线为多。作为使用铝线的束线用绞线,例如将直径0.25～0.30mm程度的Al单线以10根左右绞合的绞线进行着实用化。从用于流过信号用电流的导电性的观点,这样大的截面积并非必要,但是由于Al单线与Cu单线等相比强度差,因此考虑仅Al单线构成的绞线的强度,则如此程度的粗度成为必要。

作为提高使用了Al单线的信号用绞线的强度的手段,将比铝强度高的钢线用作中心单线,在其周围绞合Al单线的手法是有效的。通过绞线的高强度化,截面积的减少成为可能,与束线的减小尺寸相关。作为那样的中心单线用的钢线,Al镀敷钢线是被看作有希望的。使用Al镀敷钢线,例如使用了裸的钢线以及Zn镀敷钢线的情况,能够回避成为问题的异种金属的接触所致的腐蚀。还有,比使用不锈钢线的情况,材料成本大幅度地降低。

为了大量生产Al镀敷钢线,热浸镀Al法是有效的。迄今,认为在芯线径1mm以下的钢线稳定地形成热浸镀Al层未必容易。但是,最近,各种的单位面积重量的热浸镀Al钢线在连续生产线中制造成为可能(专利文献1～3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:特开2009-179865号公报

专利文献2:特开2009-187912号公报

专利文献3:特开2011-208263号公报

发明内容

发明所要解决的课题

通过在专利文献3等公开的技术,在信号用单线适合的薄单位面积重量的热浸镀Al钢线的制造成为可能。但是,将迄今的热浸镀Al钢线以原样用作绞线的中心单线,则在绞线的制造过程中,该单线断裂的现象容易产生的所谓新问题就出现了。作为其原因,清楚可知:迄今的热浸镀Al钢线具有对“捻转加工”弱的所谓缺点。

图1中,概念地表示一般的绞线制造方法。该图是例示在中心单线21的周围绞合6根的周边单线22的情况。中心单线21以及周边单线22分别是从供给线圈23以及24被送出,7根合起来一边捻转一边卷取,成为绞线30。此时,卷取侧经1次转动的角度在各单线中施加1旋转的捻转。该方式由于是仅线旋转就可制作绞线,因此生产性高,被广泛使用。但是,在中心单线21中使用热浸镀Al钢线、在周边单线22中使用Al单线的情况,中心的热浸镀Al钢线通过捻转而断裂的所谓故障容易产生。这阻碍热浸镀Al钢线用作绞线的实用化。

另一方面,对各单线不施加捻转那样地制造绞线的技术也有各种开发,进行着实用化。在图2中,作为其一例,概念地表示称为行星方式的绞线制造方法。该情况,使周边单线22的供给线圈24在旋转盘25配置,通过其旋转盘25的旋转,在中心单线21的周围因为各周边单线22进行绞合,而不对中心单线21施加捻转。还有,各周边单线22的供给线圈24也具有在旋转盘25之上自转的机构,能够同时回避周边单线22的捻。但是,这样的装置由于机构复杂且部件数多,因此价高,运行成本也变高。还有,由于旋转部分的质量大等原因,难于加大旋转速度,生产性差。回避单线的捻的此以外的方法,也是对在束线用信号线的大量生产中适用，成本以及生产性的方面存在问题多。

本发明的目的在于提供:在对单线施加捻转的一般的绞线制造装置中适用之际,上述的捻转所致的断裂不成为问题的、耐捻转性优异的热浸镀Al钢线。

用于解决课题的手段

上述目的通过热浸镀Al钢线来实现:以直径0.05～0.50mm的钢芯线作为芯材的热浸镀Al钢线,其长度方向的平均直径D_A(mm)以及最小直径D_MIN(mm)以满足下述(1)式那样的方式使热浸镀Al附着量为均一化。

(D_A-D_MIN)/D_A≤0.10…(1)

上述的平均直径D_A(mm)以及最小直径D_MIN(mm)是在1根的Al镀敷钢线中,可以通过测定对于供给连续进行绞线加工的部分的长度L的线径而求出。在此,与线材的长度方向垂直的相互正交的2方向设为x方向以及y方向时,将长度方向的某位置中的x方向的径D_X(mm)与y方向的径D_Y(mm)的平均值(D_X+D_Y)/2定义为其长度方向位置的线径。径D_X以及D_Y,例如可以通过测定照射激光光线从1方向看线材时的投影径的手法而求出。平均直径D_A以及最小直径D_MIN是在某长度L的范围的线径D的平均值以及最小值。在求出平均直径D_A以及最小直径D_MIN之际,长度方向的相邻测定点的间隔(线径D的测定间隔)设为0.2mm以下。

作为上述的热浸镀Al附着量均一化的热浸镀Al钢线,特别是在热浸镀Al后不接受拉拔加工的钢线成为适合的对象。

作为供给热浸镀Al的原材钢线,除了裸的钢线之外,可以使用Zn镀敷钢线、Ni镀敷钢线等的镀敷钢线。本说明书中,供给热浸镀Al的原材钢线的表面预先施加的镀敷称为“预镀敷”。前述的“钢芯线”是指,在热浸镀Al钢线的截面占有的钢部分。在热浸镀Al后不接受拉拔加工的钢线中,构成供给热浸镀Al的原材钢线的钢部分的直径相当前述的钢芯线的直径。在钢芯线的直径中不包含预镀敷层的厚度。

还有在本发明中,上述热浸镀Al钢线用作单线,能够提供在对该热浸镀Al钢线施加捻转的状态与其它的单线一起绞合的绞线。还有,通过对该热浸镀Al钢线施加捻转的手法,提供与其它的单线一起卷取的绞线的制造方法。

发明的效果

本发明的热浸镀Al钢线显著地改善对捻的抵抗力。为此,作为绞线的单线,供给在施加捻转的通用的手法中的绞线加工之际,解除了迄今成为问题的断裂麻烦。特别是因为在热浸镀Al后不拉拔加工,供给施加捻转的绞线加工,所以以此作为绞线的中心单线使用,则能够实现低成本且绞线的强度提高。因此,本发明,特别是在使束线用绞线的高强度化与低成本化两全方面有用。

附图说明

[图1]概念地表示对各单线施加捻转的一般的绞线制造方法的图。

[图2]概念地表示对各单线不施加捻转的行星方式的绞线制造方法的图。

[图3]模拟地表示捻转试验装置的构成的图。

[图4]关于热浸镀Al钢线,表示(D_A-D_MIN)/D_A与断裂捻转次数的关系的图。

[图5]模拟地表示热浸镀Al钢线制造设备的构成的一例的图。

[图6]模拟地表示包含镀敷浴上提部的与铅垂方向平行的截面的图。

[图7]模拟地表示设置了接触部件的情况的包含镀敷浴上提部的与铅垂方向平行的截面的图。

具体实施方式

作为担负补强束线用的绞线的作用的热浸镀Al钢线,钢芯线的直径为0.05～0.50mm的范围的钢线是有用的。钢芯线过细,则绞线的强度提高效果小,过粗,则不仅强度成为过剩的情况多,而且绞线的全体径变大而与束线的细线化·轻量化的需求相反。

根据发明人等的研讨,可知:钢芯线的直径为上述那样细的热浸镀Al钢线是在制造时长度方向中的线径容易成为不均一,那成为对在热浸镀Al原样的状态的“捻转加工”的耐久性(以下,有时称为“耐捻转性”)降低的要因。但是,仅是在长度方向的最大直径与最小直径之差作为参数来评价捻转特性,也难找到用于稳定地得到良好的耐捻转性的条件。因此,进一步进行研讨,关于热浸镀Al钢线的耐捻转性,清楚可知:在长度方向的线径变动之中,线径变粗的部分并没有带来特别差的影响。所以,有必要设定排除线径变粗的影响的参数。详细研究的结果,确认了通过在热浸镀Al钢线的长度方向的平均直径D_A(mm)与最小直径D_MIN(mm)的函数的下式:(D_A-D_MIN)/D_A,能够良好地评价热浸镀Al钢线的耐捻转性。

作为线材的捻转试验方法,例如有在JIS G3521中关于硬钢线的规定。但是,是以线径0.70mm以上的线材作为对象,没有针对评价比其细的线材的耐捻转性的一般规格。因此,发明人等以上述JIS规格为参考,使用在图3模拟地表示的捻转试验装置,关于各种的热浸镀Al钢线(在Al镀敷后未拉拔加工的钢线)研究耐捻转性。即,线材试样42在卡盘(chuck)41a、41b夹住,赋予50g的荷重使线材试样成为不弯曲的状态,一方的卡盘41b进行旋转,测定线材至断裂的最大旋转数(整数值),将此设为该线材的断裂捻转次数。例如,11次旋转结束未断裂,至第12旋转结束而断裂的情况的断裂捻转次数成为11次。卡盘间距离设为100mm。在汽车用束线中使用的现状的绞线,几乎都是当100mm的捻转次数为5～20次程度的情况。所以,在此采用的捻转试验方法中,具有断裂捻转次数成为50次以上的耐捻转性的热浸镀Al钢线,在利用对单线施加捻转的常用的绞线制造装置来制造束线用绞线的情况,能够评价为具有可回避断裂的实用的性能。作为迄今的热浸镀Al钢线的断裂捻转次数,在Al镀敷后未拉拔加工的钢线以数次至15次程度的钢线为多。

图4中,关于热浸镀Al钢线(Al镀敷后未拉拔加工的钢线),例示(D_A-D_MIN)/D_A与上述捻转试验所致的断裂捻转次数的关系。该图是表示在后述的表1所示的各例的数据的图。在此,平均直径D_A是在同一的制造条件制造的热浸镀Al钢线的跨全长(约8000m)而采用基于以0.1mm间距测定的x方向以及y方向的线径数据的值。但是,关于最小直径D_MIN,对于实际上供给捻转试验的试样的卡盘间距离100mm,采用基于以同样的方法测定的线径数据的值。

从图4可知,(D_A-D_MIN)/D_A与断裂捻转次数之间有相关关系。用于确保断裂捻转次数成为50次以上的耐捻转性,关于线径变动,满足下述(1)式即可。

(D_A-D_MIN)/D_A≤0.10…(1)

如上述的那样,在此,作为最小直径D_MIN,采用卡盘间距离100mm中的值,但是在绞线制造时最容易断裂的地方是在长度方向全长中最细径的位置。因此,基于长度方向全长的线径测定数据而D_A以及D_MIN满足(1)式的情况,能够判断其热浸镀Al钢线具有在跨全长而回避绞线制造时的捻转断裂的性能。

满足上述的(1)式的热浸镀Al钢线,通过适用在热浸镀Al时使Al镀敷附着量均一化的手段,在其后不实施拉拔加工,以热浸镀Al工序就能够直接制造。例如,确认了通过以下的手法就能够制造。

首先,热浸镀Al钢线通过如下方法来制造:直径0.05～0.50mm的钢芯线构成的原材钢线或者在前述钢芯线的表面具有平均厚度5μm以下的Zn镀敷层或者Ni镀敷层的镀敷钢线构成的原材钢线在热浸镀Al浴浸渍之后,可以在气相空间连续地提起。

图5中,模拟地表示在前述制造方法的实施中可以使用的热浸镀Al钢线制造设备的构成的一例。镀敷浴槽50之中,收容了热浸镀Al浴1。从送出装置51送出的钢线3在箭头方向连续地被搬送,通过热浸镀Al浴1之中,然后从浴面10沿铅垂向上方被提起,由遮蔽体4从大气环境2分开的气相空间8之中通过。在遮蔽体4的上部,有钢线3通过的开口部7。在提起过程中,钢线表面的镀敷金属凝固而成为热浸镀Al钢线,通过卷取装置52进行卷取。

图6中,模拟地表示钢线3通过热浸镀Al浴1之后,从浴面10沿铅垂向上方被提起的浴面位置的状况。随伴钢线3,镀敷浴1带起,在钢线3的周围中形成弯曲面70的同时,从弯曲面70脱离之时,浴面10的高度成为几乎保持水平。该高度称为“平均浴面高度”。还有,钢线3提起的浴面位置称为“镀敷浴上提部”(符号5)。

在遮蔽体4的内部的气相空间8中,配置用于对钢线3被提起的浴面位置(镀敷浴上提部5)吹付非活性气体的喷嘴61。该非活性气体是从非活性气体供给装置57通过管路56供给喷嘴61。在管路56的途中或者非活性气体供给装置57的内部设置气体流量调整机构(未图示),成为能够调整从喷嘴61吐出的非活性气体的流量。还有,前述喷嘴61调整非活性气体吐出方向,以使从前述喷嘴61的非活性气体吐出流不正对被提起的钢线的平均浴面高度为20mm以上的部分。即,从喷嘴61吐出的非活性气体是在包含镀敷浴上提部5的镀敷浴面6的一部分以及从镀敷浴上提部5被提起的钢线3的平均浴面高度不足20mm的区域的一部分直接正对,这些部分的氧浓度保持为低。通过喷嘴61、管路56、非活性气体供给装置57以及气体流量调整机构(未图示),构成非活性气体供给系统。作为非活性气体,可举氮气体、氩气体、氦气体等。还有,在遮蔽体4的内部的气相空间8中,设置具有用于导入含氧气体的吐出口62的管路63,根据必要来调整遮蔽体4内部的氧浓度。

通过遮蔽体4内的气相空间8而被提起的钢线3在被提起的过程中被冷却,镀敷层凝固。提起过程中,根据必要,设置冷却装置53,通过气体以及液体雾的吹付等,能够进行强制冷却。还有,在送出装置51与镀敷浴1之间能够插入热处理装置。作为热处理气氛,例如可以采用还原性气体气氛(H₂-N₂混合气体等)。在从热处理装置至浸渍镀敷浴1的区间也有设置用于从大气进行遮蔽的腔(snout)的情况。还有,在前工序进行预镀敷以及拉拔等的情况,能够将这些前工序的装置与该镀敷装置并联地配置来构建连续生产线。

为了满足上述(1)式那样使热浸镀Al附着量均一化,使用图5的装置的情况,例如还有,在镀敷浴上提部设置接触部件,采用被提起的钢线3与其接触部件接触的手法是有效果的。

在图7模拟地例示其手法。以与从镀敷浴上提部5沿铅垂被提起的钢线3接触的方式来设置接触部件31。接触部件31的与钢线3的接触部,例如可通过由耐热织物(cloth)等来构成。以一边保持钢线3与接触部件31的接触状态一边提起,抑制钢线3的微小振动,能够制造满足(1)式的条件的线径变动少的热浸镀Al钢线。

作为供给热浸镀Al的原材钢线,如前述的那样,能够使用Zn镀敷钢线以及Ni镀敷钢线等,实施了预镀敷的钢线。将没有预镀敷的裸的钢线供给热浸镀Al的情况,经还原热处理之后,以不与大气接触的方式通过腔内而连续地进入热浸镀Al浴中即可。钢芯线除了迄今作为Zn镀敷钢线以及Ni镀敷钢线使用的钢种之外,根据必要,也可适用不锈钢。不锈钢是含有Cr 10质量％以上的合金钢。例如,可举JIS G4309:2013规定的奥氏体系、铁素体系、马氏体系等的不锈钢种。作为具体例,可举:SUS301、SUS304等的一般是奥氏体相为准稳定的不锈钢,SUS305、SUS310、SUS316等的稳定奥氏体系不锈钢、SUS405、SUS410、SUS429、SUS430、SUS434、SUS436、SUS444、SUS447等的铁素体系不锈钢,SUS403、SUS410、SUS416、SUS420、SUS431、SUS440等的马氏体系不锈钢等为代表,被分类为SUS200号段的铬-镍-锰系的不锈钢等,并非限定于这些。在芯线中适用不锈钢的情况,作为预镀敷,希望实施Ni镀敷。

热浸镀Al浴能够将Si含有量设为0～12质量％。即,能够适用Si无添加的纯Al镀敷浴之外,也能够适用Si以12质量％以下的范围含有的Al镀敷浴。通过添加Si,能够抑制在钢芯线与Al镀敷层之间生成的脆的Fe-Al系合金层的成长。还有,通过Si添加,因为融点降低,制造变得容易。但是,Si含有量增加,则Al镀敷层本身的加工性降低。还有,与导电性降低也相关。因此,在Al镀敷浴1中含有Si的情况,希望在12质量％以下的范围进行。另外,浴中,有例如Fe、Cr、Ni、Zn、Cu等的杂质元素不可避免地混入的情况。

Al镀敷附着量希望在长度方向中的热浸镀Al层的平均厚度设为5～50μm。Al镀敷附着量过少,则绞线加工,以及其后的捻转加工等中有钢坯料露出的担心,成为耐腐蚀性劣化的要因。另一方面,Al镀敷附着量过剩,则钢芯线的截面比例相对地降低,每单位线径的强度降低。

实施例

使用在图5所示的构成的热浸镀Al钢线制造装置,制造热浸镀Al钢线。从浴面提起钢线的气相空间以遮蔽体分隔,该气相空间的氧浓度设为0.1体积％以下。实施:在镀敷浴上提部设置接触部件(参照图7)而使钢线与该接触部件一边接触一边提起的制造例、和不使用接触部件而从浴面直接提起钢线的制造例。作为上述接触部件,使用在不锈钢制角棒的表面卷了耐热织物的接触部件。接触部件的角棒固定在浴槽中。Al镀敷浴设为纯Al浴,或者添加了Si的Al-Si浴。

作为供给热浸镀Al的原材钢线,使用JIS G3560的硬钢线材作为芯材的Zn镀敷钢线、Ni镀敷钢线、或者裸的钢线。之中,Zn镀敷钢线是将直径1.0mm的热浸镀Zn硬钢线通过拉伸(drowing)而拉拔加工成为所定的直径的Zn镀敷钢线。关于Ni镀敷钢线、以及裸的钢线也通过拉拔加工而调整成所定的直径。原材钢线的Zn镀敷或者Ni镀敷(预镀敷)的厚度是通过(原材钢线的外径D₁-钢芯线的径D₀)/2而可知。

关于得到的热浸镀Al钢线,使用图3所示的捻转试验装置,通过上述的方法(卡盘间距离100mm,荷重50g)来求出断裂捻转次数。结果示于表1。还有,(D_A-D_MIN)/D_A与断裂捻转次数的关系如前述的图4所示的那样。

另外,关于得到的热浸镀Al钢线的径如前述的那样,平均直径D_A是采用基于各热浸镀Al钢线的全长约100～8000m的测定数据的值,最小直径D_MIN是采用基于实际上捻转试验供给的线材的卡盘间距离100mm的测定数据的值。

[表1]

表1

由表1可知,在不使用接触部件而从浴面直接提起钢线的情况,不能实现满足前述(1)式那样的热浸镀附着量的均一化。其结果,耐捻转性差。

与此相对,使用了接触部件的本发明例的钢线是满足前述(1)式那样地热浸镀Al附着量均一化。这些是断裂捻转次数超过50次,在热浸镀Al原样的状态中,评价为对施加捻转的绞线加工具有能耐受的耐捻转性。

符号的说明

1 热浸镀Al浴

2 大气环境

3 钢线

4 遮蔽体

5 镀敷浴上提部

6 遮蔽体内部的浴面部分

7 开口部

8 气相空间

10 浴面

21 中心单线

22 周边单线

23、24 供给线圈

25 旋转盘

30 绞线

31 接触部件

41a、41b 卡盘

42 线材试样

43 锤

50 镀敷浴槽

51 送出装置

52 卷取装置

53 冷却装置

56 非活性气体供给管

57 非活性气体供给装置

58 转盘

61 非活性气体吐出喷嘴

62 含氧气体吐出口

63 含氧气体供给管

64 含氧气体供给装置

Claims (3)

1.热浸镀Al钢线,其用于施加捻转的绞线加工的单线，其为以直径0.05～0.50mm的钢芯线作为芯材且热浸镀Al后没有接受拉拔加工的热浸镀Al钢线,其长度方向的平均直径D_Amm以及最小直径D_MIN mm满足下述(1)式:

(D_A-D_MIN)/D_A≤0.10…(1)。

2.绞线,其将权利要求1所述的热浸镀Al钢线用作单线,在对该热浸镀Al钢线施加捻转的状态下与其它的单线一起绞合。

3.绞线的制造方法,其将权利要求1所述的热浸镀Al钢线用作单线,以对该热浸镀Al钢线施加捻转的手法与其它的单线一起卷取。