DE112018007004T5

DE112018007004T5 - Kupferbeschichteter Stahldraht und geneigte Spiralfeder

Info

Publication number: DE112018007004T5
Application number: DE112018007004.2T
Authority: DE
Inventors: Takumi AKADA; Hiromu Izumida
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2020-10-29
Also published as: CN111684095A; JPWO2019150667A1; JP7099479B2; CN111684095B; US11459644B2; US20210079505A1; WO2019150667A1

Abstract

Ein kupferbeschichteter Stahldraht enthält: einen Kerndraht aus Stahl mit einer Perlitstruktur; und eine Beschichtung, die eine Oberfläche des Kerndrahts bedeckt und aus Cu oder einer Cu-Legierung ist. Der Stahl enthält 0,5 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,1 Massen-% oder mehr und 2,5 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen. Ein Wert der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts in einem Querschnitt senkrecht zu einer Längsrichtung beträgt 25% oder mehr und 70% oder weniger der Dicke der Beschichtung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen kupferbeschichteten Stahldraht und eine geneigte Spiralfeder. Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-016440 , die am 1. Februar 2018 eingereicht wurde, und beansprucht deren Priorität. Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung ist hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Stand der Technik
Kupferbeschichtetes Stahlmaterial, bei dem die Oberfläche von Stahlmaterial mit Kupfer beschichtet ist, kann als Bauteil verwendet werden, für das sowohl Leitfähigkeit als auch Festigkeit erforderlich sind. Insbesondere sind beispielsweise ein kupferbeschichteter Stahldraht, der als Oberleitungsdraht verwendet wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1), und ein kupferbeschichteter Stahlstab, der als Masseelektrode verwendet wird (siehe beispielsweise Patentdokument 2), bekannt.
Dokumente des Standes der Technik
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische offen gelegte Patentveröffentlichung Nr. 2001-180337
[Patentdokument 2] Japanische offen gelegte Patentveröffentlichung Nr. 2002-254108

Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält ein kupferbeschichteter Stahldraht: einen Kerndraht aus Stahl mit einer Perlitstruktur; und eine Beschichtung, die eine Oberfläche des Kerndrahts bedeckt und aus Cu (Kupfer) oder einer Cu-Legierung hergestellt ist. Der Stahl enthält 0,5 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C (Kohlenstoff), 0,1 Massen-% oder mehr und 2,5 Massen-% oder weniger Si (Silizium), 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen- % oder weniger Mn (Mangan), und der Rest besteht aus Fe (Eisen) und unvermeidbaren Verunreinigungen. In einem Querschnitt senkrecht zu einer Längsrichtung beträgt ein Wert der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts 25% oder mehr und 70% oder weniger der Dicke der Beschichtung.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung eines kupferbeschichteten Stahldrahts darstellt;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Struktur nahe der Grenzfläche zwischen einem Kerndraht und einer Beschichtung darstellt;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung eines kupferbeschichteten Stahldrahts gemäß einem modifizierten Beispiel darstellt;
4 ist eine schematische Ansicht, die eine Struktur einer geneigten Spiralfeder darstellt;
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Überblick eines Verfahrens zur Herstellung eines kupferbeschichteten Stahldrahts und einer geneigten Spiralfeder darstellt;
6 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung des kupferbeschichteten Stahldrahts und der geneigten Spiralfeder;
7 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung des kupferbeschichteten Stahldrahts und der geneigten Spiralfeder;
8 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung des kupferbeschichteten Stahldrahts und der geneigten Spiralfeder;
9 ist eine Fotografie, die einen Querschnitt eines kupferbeschichteten Stahldrahts des Beispiels zeigt;
10 ist eine Fotografie, die einen Querschnitt eines kupferbeschichteten Stahldrahts des Vergleichsbeispiels zeigt;
11 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis eines Dauerfestigkeitstests zeigt;
12 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis eines Dauerfestigkeitstests darstellt;
13 ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der Anzahl der Biegungen und der Leitfähigkeit zeigt; und
14 ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der Anzahl der Biegungen und der Leitfähigkeit zeigt.

Ausführungsform für die Durchführung der Erfindung
[Durch die vorliegende Offenbarung zu lösendes Problem]
Ein kupferbeschichteter Stahldraht aus einem kupferbeschichteten Stahlmaterial kann für eine Anwendung verwendet werden, bei der eine zyklische Spannung ausgeübt wird. Beispielsweise kann ein kupferbeschichteter Stahldraht zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder verwendet werden. Durch Verwendung eines elektrisch leitenden Materials zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder kann die geneigte Spiralfeder beispielsweise als Kontaktkomponente verwendet werden.
Wenn eine geneigte Spiralfeder aus einem kupferbeschichteten Stahldraht verwendet wird, wird eine zyklische Spannung auf den kupferbeschichteten Stahldraht ausgeübt. Aufgrund der zyklischen Spannung kann an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht aus Stahl und der Beschichtung aus Cu oder einer Cu-Legierung ein Riss auftreten, der zu einer Abnahme der Leitfähigkeit oder einem Bruch des Drahtmaterials führt.
Daher besteht eine Aufgabe darin, einen kupferbeschichteten Stahldraht und eine geneigte Spiralfeder bereitzustellen, die es ermöglichen, das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen einem Kerndraht und einer Beschichtung zu unterdrücken.
Effekte der vorliegenden Offenbarung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung zu unterdrücken.
[Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung]
Zunächst werden Aspekte der vorliegenden Offenbarung aufgelistet und beschrieben. Gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält ein kupferbeschichteter Stahldraht einen Kerndraht aus Stahl mit einer Perlitstruktur; und eine Beschichtung, die eine Oberfläche des Kerndrahts bedeckt und aus Cu oder einer Cu-Legierung ist. Der Stahl enthält 0,5 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen- % oder weniger C, 0,1 Massen-% oder mehr und 2,5 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn, und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen. In einem Querschnitt senkrecht zu einer Längsrichtung beträgt ein Wert der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts 25% oder mehr und 70% oder weniger der Dicke der Beschichtung.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht der vorliegenden Offenbarung wird ein hochfester Kerndraht aus Stahl mit einer Perlitstruktur und einer geeigneten Komponentenzusammensetzung verwendet. Dadurch ist es möglich, eine hohe Langlebigkeit zu gewährleisten. Ebenso ist die Oberfläche des Kerndrahts mit einer Beschichtung aus Cu oder einer Cu-Legierung mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit bedeckt. Dadurch ist es möglich, eine hohe Leitfähigkeit sicherzustellen.
Ferner wird in dem kupferbeschichteten Stahldraht der vorliegenden Offenbarung in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung der Wert der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts auf 25% oder mehr und 70% oder weniger der Dicke der Beschichtung eingestellt. Auf diese Weise wird die Bindungsstärke zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung erhöht, indem Vorsprünge/Vertiefungen auf der Oberfläche des Kerndrahts gebildet werden. Infolgedessen ist es möglich, das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung zu unterdrücken. Indem der Wert der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts auf 25% oder mehr der Dicke der Beschichtung eingestellt wird, kann die Bindungsstärke zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung zuverlässig verbessert werden. Durch Einstellen des Wertes der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts auf 70% oder weniger der Dicke der Beschichtung kann die Festigkeit des Kerndrahts ausreichend aufrechterhalten werden. Der Wert der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts beträgt vorzugsweise 30% oder mehr und bevorzugter 35% oder mehr der Dicke der Beschichtung. Der Wert der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts beträgt vorzugsweise 60% oder weniger und beträgt bevorzugter 50% oder weniger der Dicke der Beschichtung.
Wie oben beschrieben, ermöglicht der kupferbeschichtete Stahldraht gemäß der vorliegenden Offenbarung, dass das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung unterdrückt wird.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht kann der Stahl ferner mindestens ein Element enthalten, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus 0,1 Massen-% oder mehr und 0,4 Massen-% Ni, 0,1 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger Cr, 0,1 Massen-% oder mehr und 0,4 Massen-% oder weniger Mo und 0,05 Massen-% oder mehr und 0,3 Massen-% oder weniger V. Selbst in einem Fall, in dem ein Kerndraht aus Stahl mit einer solchen Komponentenzusammensetzung verwendet wird, ist es möglich, einen kupferbeschichteten Stahldraht bereitzustellen, bei dem das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung unterdrückt wird.
Hier wird der Grund beschrieben, warum die Komponentenzusammensetzung des Stahls, der den Kerndraht bildet, auf die zuvor beschriebenen Bereiche beschränkt ist.
C: 0,5 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger
C ist ein Element, das die Festigkeit von Stahl mit Perlitstruktur stark beeinflusst. Unter dem Gesichtspunkt des Erzielens einer ausreichenden Festigkeit als Kerndraht des kupferbeschichteten Stahldrahts muss der C-Gehalt 0,5 Massen- % oder mehr betragen. Wenn andererseits der C-Gehalt erhöht ist, nimmt die Zähigkeit ab und das Verarbeiten kann schwierig sein. Unter dem Gesichtspunkt des Sicherstellens einer ausreichenden Zähigkeit muss der C-Gehalt 1,0 Massen-% oder weniger betragen. Unter dem Gesichtspunkt einer weiteren Erhöhung der Festigkeit beträgt der C-Gehalt vorzugsweise 0,6 Massen-% oder mehr und beträgt bevorzugter 0,8 Massen-% oder mehr. Unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Zähigkeit zur Erleichterung des Verarbeitens beträgt der C-Gehalt vorzugsweise 0,95 Massen-% oder weniger.
Si: 0,1 Massen-% oder mehr und 2,5 Massen-% oder weniger
Si ist ein Element, das als Desoxidationsmittel beim Raffinieren von Stahl zugesetzt wird. Um als Desoxidationsmittel zu dienen, muss der Si-Gehalt 0,1 Massen- % oder mehr betragen und beträgt vorzugsweise 0,12 Massen-% oder mehr. Si dient auch als Carbid-erzeugendes Element in Stahl und weist die Eigenschaft auf, ein Erweichen aufgrund von Erwärmung zu unterdrücken(Erweichungsbeständigkeit). Unter dem Gesichtspunkt des Unterdrückens des Erweichens bei der Wärmebehandlung zur Entfernung der Dehnung, die nach der Verarbeitung des kupferbeschichteten Stahldrahts durchgeführt wird, beträgt der Si-Gehalt vorzugsweise 0,8 Massen-% oder mehr und kann 1,8 Massen-% oder mehr betragen. Andererseits verringert eine übermäßige Zugabe von Si die Zähigkeit. Unter dem Gesichtspunkt des Sicherstellens einer ausreichenden Zähigkeit muss der Si-Gehalt 2,5 Massen-% oder weniger betragen, beträgt vorzugsweise 2,3 Massen-% oder weniger und kann 2,2 Massen-% oder weniger betragen. Unter dem Gesichtspunkt der Zähigkeit kann der Si-Gehalt 1,0 Massen-% oder weniger betragen.
Mn: 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger
Mn ist ein Element, das in ähnlicher Weise wie Si als Desoxidationsmittel beim Raffinieren von Stahl zugesetzt wird. Um als Desoxidationsmittel zu dienen, muss der Mn-Gehalt 0,3 Massen-% oder mehr betragen. Andererseits verringert eine übermäßige Zugabe von Mn die Zähigkeit und Verarbeitbarkeit beim Warmbearbeiten. Daher muss der Mn-Gehalt 0,9 Massen-% oder weniger betragen.
Unvermeidbare Verunreinigungen
Bei den Schritten zur Herstellung des Kerndrahts werden Phosphor (P) und Schwefel (S) unweigerlich in den Stahl eingemischt, der den Kerndraht bildet. P und S verursachen eine Korngrenzenentmischung und erzeugen Einschlüsse, wodurch die Eigenschaften des Stahls verschlechtert werden. Daher betragen der P-Gehalt und der S-Gehalt jeweils vorzugsweise 0,025 Massen-% oder weniger. Auch beträgt der Gesamtgehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen vorzugsweise 0,3 Massen-% oder weniger.
Ni: 0,1 Massen-% oder mehr und 0,4 Massen-% oder weniger
Die Zugabe von Ni unterdrückt das Auftreten einer Trennung des Drahts zum Zeitpunkt der Ziehverarbeitung des Kerndrahts und zum Zeitpunkt der Verarbeitung des kupferbeschichteten Stahldrahts. Unter dem Gesichtspunkt, diese Funktion zuverlässig zu erfüllen, kann Ni in einer Menge von 0,1 Massen-% oder mehr zugesetzt werden. Andererseits ist die Wirkung von Ni gesättigt, selbst wenn Ni in einer Menge von mehr als 0,4 Massen-% zugesetzt wird. Wenn Ni, das ein teures Element ist, in einer Menge von mehr als 0,4 Massen-% zugesetzt wird, steigen auch die Herstellungskosten des Kerndrahts. Daher beträgt die Menge an zugesetztem Ni vorzugsweise 0,4 Massen-% oder weniger.
Cr: 0,1 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger
Cr dient als Carbid-erzeugendes Element in Stahl und trägt dazu bei, die Metallstruktur durch das Erzeugen feiner Carbide und Unterdrücken eines Erweichens während des Erwärmens feiner zu machen. Unter dem Gesichtspunkt, solche Effekte zuverlässig zu erzielen, kann Cr in einer Menge von 0,1 Massen-% oder mehr zugesetzt werden, kann in einer Menge von 0,2 Massen-% oder mehr zugesetzt werden und kann in einer Menge von 0,5 Massen-% oder mehr zugesetzt werden. Andererseits führt eine übermäßige Zugabe von Cr zu einer Abnahme der Zähigkeit. Daher beträgt die Menge an zugesetztem Cr vorzugsweise 1,8 Massen-% oder weniger. Die Effekte durch die Zugabe von Cr werden unter Koexistenz mit Si und V besonders bemerkenswert. Daher wird Cr vorzugsweise zusammen mit diesen Elementen hinzugefügt.
Mo: 0,1 Massen-% oder mehr und 0,4 Massen-% oder weniger
Die Zugabe von Mo kann die Langlebigkeit erhöhen. Unter dem Gesichtspunkt, diese Funktion zuverlässig zu erzielen, kann Mo in einer Menge von 0,1 Massen-% oder mehr zugesetzt werden. Andererseits ist die Wirkung von Mo gesättigt, selbst wenn Mo in einer Menge von mehr als 0,4 Massen-% zugesetzt wird. Wenn Mo, das ein teures Element ist, in einer Menge von mehr als 0,4 Massen-% zugesetzt wird, steigen auch die Herstellungskosten des Kerndrahts. Daher beträgt die Menge an zugesetztem Mo vorzugsweise 0,4 Massen-% oder weniger.
V: 0,05 Massen-% oder mehr und 0,3 Massen-% oder weniger
V dient als Carbid-erzeugendes Element in Stahl und trägt dazu bei, die Metallstruktur durch Erzeugung feiner Carbide und Unterdrückung des Erweichens während des Erwärmens feiner zu machen. Unter dem Gesichtspunkt, solche Effekte zuverlässig zu erzielen, kann V in einer Menge von 0,05 Massen-% oder mehr zugesetzt werden. Andererseits bewirkt eine übermäßige Zugabe von V eine Abnahme der Zähigkeit. Unter dem Gesichtspunkt des Sicherstellens einer ausreichenden Zähigkeit beträgt die Menge an zugesetztem V vorzugsweise 0,3 Massen-% oder weniger. Die Effekte durch Zugabe von V werden bei gleichzeitiger Koexistenz mit Si und Cr besonders bemerkenswert. Daher wird V vorzugsweise zusammen mit diesen Elementen hinzugegeben.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht kann der Stahl 0,55 Massen-% oder mehr und 0,7 Massen-% oder weniger C, 1,35 Massen-% oder mehr und 2,3 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn, 0,2 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger Cr, 0,05 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger V enthalten und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen. Durch das Verwenden von Stahl mit einer solchen Komponentenzusammensetzung wie dem Stahl, aus dem der Kerndraht besteht, ist es möglich, zuverlässig eine hohe Langlebigkeit zu erzielen.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht kann der Si-Gehalt des Stahls 1,35 Massen-% oder mehr und 2,3 Massen-% oder weniger betragen. Dadurch, dass der Si-Gehalt 1,35 Massen-% oder mehr beträgt, ist es möglich, ein Erweichen bei der Wärmebehandlung zur Entfernung der Dehnung zu unterdrücken. Wenn der Si-Gehalt 2,3 Massen-% oder weniger beträgt, kann eine Abnahme der Zähigkeit unterdrückt werden.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht kann der Stahl 0,6 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,12 Massen-% oder mehr und 0,32 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder mehr Mn enthalten und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht kann der Stahl auch 0,6 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,7 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn enthalten und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Durch die Verwendung von Stahl mit einer solchen Komponentenzusammensetzung wie dem Stahl, der den Kerndraht bildet, ist es möglich, zuverlässiger eine hohe Langlebigkeit zu erzielen.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht kann an einer Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung eine Legierungsschicht aus einer Legierung eines Metalls, das den Kerndraht bildet, und eines Metalls, das die Beschichtung bildet, ausgebildet werden. Auf diese Weise kann die Bindungskraft zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung erhöht werden, und das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung kann zuverlässiger unterdrückt werden.
Die Zugfestigkeit des kupferbeschichteten Stahldrahts kann 900 MPa oder mehr und 3800 MPa oder weniger betragen. Wenn die Zugfestigkeit 900 MPa oder mehr beträgt, wird eine ausreichende Festigkeit erhalten. Wenn die Zugfestigkeit 3800 MPa oder weniger beträgt, wird eine ausreichende Verarbeitbarkeit sichergestellt.
Die Leitfähigkeit des kupferbeschichteten Stahldrahts kann 15% IACS (International Annealed Copper Standard) oder höher und 80% IACS oder weniger betragen. Auf diese Weise wird auf einfache Weise eine für verschiedene Anwendungen ausreichende Leitfähigkeit erhalten.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht ist die Beschichtung eine Plattierungsschicht. Auf diese Weise kann die Bindungskraft zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung erhöht werden, und das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung kann zuverlässiger unterdrückt werden.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht kann die Sauerstoffkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung 10 Massen-% oder weniger betragen. Auf diese Weise kann die Bindungskraft zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung (Plattierungsschicht) erhöht werden, und das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung kann zuverlässiger unterdrückt werden. Die Sauerstoffkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung beträgt vorzugsweise 5 Massen-% oder weniger und bevorzugter 3 Massen-% oder weniger.
Der kupferbeschichtete Stahldraht kann auf einer Oberfläche der Beschichtung zudem eine Oberflächenschicht aufweisen, die mindestens eines umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Au-Schicht (Gold), einer Ag-Schicht (Silber) und einer Sn-Schicht (Zinn), einer Pd-Schicht (Palladium), einer Ni-Schicht (Nickel) und einer Legierungsschicht aus diesen Metallen. Auf diese Weise können Korrosionsbeständigkeit, Lötbarkeit, Leitfähigkeit, Dauerfestigkeit und dergleichen auf der Oberfläche des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 verbessert werden.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht kann die Dicke der Beschichtung 10 µm oder mehr und 65 µm oder weniger betragen. Wenn die Dicke der Beschichtung 10 µm oder mehr beträgt, wird leicht eine ausreichende Leitfähigkeit erhalten. Wenn die Dicke der Beschichtung 65 µm oder weniger beträgt, wird leicht eine hohe Festigkeit erhalten. Unter dem Gesichtspunkt des Erzielens einer höheren Festigkeit kann die Dicke der Beschichtung 50 µm oder weniger betragen.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht kann ein Durchmesser des Kerndrahts 0,01 mm oder mehr und 1,0 mm oder weniger betragen. Auf diese Weise kann ein kupferbeschichteter Stahldraht erhalten werden, der besonders zur Herstellung eines leitenden Bauteils, wie beispielsweise einer geneigten Spiralfeder, geeignet ist.
Eine geneigte Spiralfeder gemäß der vorliegenden Offenbarung ist aus dem oben beschriebenen kupferbeschichteten Stahldraht hergestellt. Durch den kupferbeschichteten Stahldraht gemäß der vorliegenden Offenbarung, bei dem ein Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung unterdrückt wird, kann gemäß einer geneigten Spiralfeder der vorliegenden Offenbarung eine geneigte Spiralfeder bereitgestellt werden, die sich durch eine hervorragende Langlebigkeit auszeichnet.
[Einzelheiten zu Ausführungsformrn der vorliegenden Offenbarung]
Als nächstes werden Ausführungsformen eines kupferbeschichteten Stahldrahts und einer geneigten Spiralfeder gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es ist zu beachten, dass in den folgenden Figuren dieselben Bezugszeichen denselben oder äquivalenten Teilen zugewiesen werden, so dass sich wiederholende Beschreibungen weggelassen werden.
1 zeigt einen kupferbeschichteten Stahldraht 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, der einen Kerndraht 10 und eine Beschichtung 20 enthält. Der Kerndraht 10 ist aus Stahl mit einer Perlitstruktur hergestellt. Die Beschichtung 20 bedeckt eine Oberfläche 11 des Kerndrahts 10. Die Beschichtung 20 ist aus Cu oder einer Cu-Legierung hergestellt. Der Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 ist kreisförmig.
Der Stahl, der den Kerndraht 10 bildet, enthält 0,5 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,1 Massen-% oder mehr und 2,5 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
In einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung beträgt der Wert der Oberflächenrauigkeit Ra der Oberfläche 11 des Kerndrahts 10 25% oder mehr und 70% oder weniger der Dicke t der Beschichtung 20. Hier kann die Dicke t der Beschichtung 20 wie folgt bestimmt werden. Zunächst wird die Fläche des Kerndrahts 10 in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung gemessen. Als nächstes wird der Radius des Kreises (der in 1 durch die gestrichelte Linie angezeigt ist), der der erhaltenen Fläche entspricht (Radius, der dem Kreis entspricht), berechnet. Dann wird die Differenz zwischen dem Radius des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 und dem Radius, der dem Kreis des Kerndrahts 10 entspricht, als Dicke t der Beschichtung 20 definiert.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 wird ein hochfester Kerndraht 10 verwendet, der eine Perlitstruktur aufweist und aus Stahl mit einer geeigneten Komponentenzusammensetzung hergestellt ist. Dadurch wird eine hohe Langlebigkeit gewährleistet. Auch die Oberfläche 11 des Kerndrahts 10 ist mit der Beschichtung 20 bedeckt, die aus Cu oder einer Cu-Legierung mit einer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit ist. Dadurch wird eine hohe Leitfähigkeit gewährleistet.
Ferner wird in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 der Wert der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts 10 auf 25% oder mehr und 70% oder weniger der Dicke der Beschichtung 20 eingestellt. Auf diese Weise wird die Bindungsstärke zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 durch Bilden von Vorsprüngen/Vertiefungen auf der Oberfläche 11 des Kerndrahts 10 erhöht. Infolgedessen ist es möglich, das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 zu unterdrücken. Wie oben beschrieben, ist der kupferbeschichtete Stahldraht 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein kupferbeschichteter Stahldraht, bei dem ein Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 unterdrückt wird.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Struktur nahe der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 darstellt. Wie in 2 gezeigt, wird in der vorliegenden Ausführungsform an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 eine Legierungsschicht 19 ausgebildet, die aus einer Legierung eines Metalls, das den Kerndraht 10 bildet, und eines Metalls, das die Beschichtung 20 bildet, besteht. Obwohl das Vorhandensein der Legierungsschicht 19 für einen kupferbeschichteten Stahldraht gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht wesentlich ist, ist in dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 der vorliegenden Ausführungsform, der die Legierungsschicht 19 umfasst, die Bindungskraft zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 erhöht und das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 wird zuverlässiger unterdrückt.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung eines kupferbeschichteten Stahldrahts 1 gemäß einem modifizierten Beispiel darstellt. Unter Bezugnahme auf 3 und 1 weist der kupferbeschichtete Stahldraht 1 gemäß dem modifizierten Beispiel eine Struktur auf, die im Wesentlichen ähnlich der des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 ist, der unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben wurde. Der kupferbeschichtete Stahldraht 1 gemäß dem modifizierten Beispiel unterscheidet sich jedoch von dem zuvor beschriebenen kupferbeschichteten Stahldraht 1 von 1 darin, dass er auf einer Oberfläche eine Schicht 30 aufweist, die mindestens eines umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Au-Schicht, einer Ag-Schicht, einer Sn-Schicht, einer Pd-Schicht, einer Ni-Schicht und einer Legierungsschicht dieser Metalle. Das Vorhandensein der Oberflächenschicht 30 ist für einen kupferbeschichteten Stahldraht gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht wesentlich. In dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, der die Oberflächenschicht 30 aufweist, können jedoch Korrosionsbeständigkeit, Lötbarkeit, Leitfähigkeit, Dauerfestigkeit und dergleichen auf der Oberfläche des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 verbessert werden.
4 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau einer geneigten Spiralfeder darstellt. Wie in 4 gezeigt, ist die geneigte Spiralfeder 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt. Die geneigte Spiralfeder 2 ist eine Schraubenfeder mit einer Struktur, in der der kupferbeschichtete Stahldraht 1 gewickelt ist, während er in Bezug auf die Ebene senkrecht zur Richtung (axiale Richtung) entlang der Mittelachse A geneigt ist. Die geneigte Spiralfeder 2 wird so verwendet, dass eine Last in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung aufgebracht wird.
Die geneigte Spiralfeder 2 ist aus dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 hergestellt, bei dem das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 unterdrückt ist, und daher ist die geneigte Spiralfeder 2 eine geneigte Spiralfeder, die ausgezeichnete Langlebigkeit aufweist.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 und der geneigten Spiralfeder 2, kann der Stahl, der den Kerndraht 10 bildet, ferner mindestens ein Element enthalten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 0,1 Massen-% oder mehr und 0,4 Massen-% oder weniger Ni, 0,1 Massen-% oder mehr 1,8 Massen-% oder weniger Cr, 0,1 Massen-% oder mehr und 0,4 Massen-% oder weniger Mo und 0,05 Massen-% oder mehr und 0,3 Massen-% oder weniger V. Selbst in einem Fall, in dem der Kerndraht 10 aus Stahl mit einer solchen Komponentenzusammensetzung verwendet wird, weisen der kupferbeschichtete Stahldraht 1 und die geneigte Spiralfeder 2 ausgezeichnete Langlebigkeit auf, während das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und die Beschichtung 20 unterdrückt wird.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 und der geneigten Spiralfeder 2 kann der Si-Gehalt des Stahls, der den Kerndraht 10 bildet, 1,35 Massen-% oder mehr und 2,3 Massen-% oder weniger betragen. Bei einem Si-Gehalt von 1,35 Massen-% oder mehr, kann ein Erweichen bei einer Wärmbehandlung unterdrückt werden. Bei einem Si-Gehalt von 2,3 Massen-% oder weniger kann eine Abnahme der Zähigkeit unterdrückt werden.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 und der geneigten Spiralfeder 2 kann der Stahl, der den Kerndraht 10 bildet, 0,6 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,12 Massen-% oder mehr und 0,32 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn enthalten und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Ebenso kann in dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 und der geneigten Spiralfeder 2 der Stahl, der den Kerndraht 10 bildet, 0,6 Massen-% oder mehr 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,7 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn enthalten und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 und der geneigten Spiralfeder 2 kann der Stahl, der den Kerndraht 10 bildet, auch 0,55 Massen-% oder mehr und 0,7 Massen-% oder weniger C, 1,35 Massen-% oder mehr und 2,3 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn, 0,2 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger Cr, 0,05 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% V enthalten und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Durch die Verwendung von Stahl mit einer solchen Komponentenzusammensetzung wie dem Stahl, der den Kerndraht 10 bildet, ist es möglich, zuverlässiger eine hohe Langlebigkeit zu erhalten.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 und der geneigten Spiralfeder 2 kann die Beschichtung 20 eine Plattierungsschicht sein. Dadurch kann die Bindungskraft zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 erhöht werden, und das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 kann zuverlässiger unterdrückt werden.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 und der geneigten Spiralfeder 2 ist es bevorzugt, dass die Sauerstoffkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 10 Massen-% oder weniger beträgt. Dadurch kann die Bindungskraft zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 (Plattierungsschicht) erhöht werden, und das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 kann zuverlässiger unterdrückt werden. Es ist anzumerken, dass die Sauerstoffkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 beispielsweise durch Durchführen einer quantitativen Analyse unter Verwendung von EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectrometry) in Bezug auf eine quadratische Fläche von 300 µm für jede Seite einschließlich der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 gemessen werden kann.
Es ist bevorzugt, dass die Zugfestigkeit des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 900 MPa oder mehr und 3800 MPa oder weniger beträgt. Wenn die Zugfestigkeit 900 MPa oder mehr beträgt, wird leicht eine ausreichende Festigkeit erhalten. Wenn die Zugfestigkeit 3800 MPa oder weniger beträgt, wird leicht eine ausreichende Verarbeitbarkeit sichergestellt.
Es ist bevorzugt, dass die Leitfähigkeit des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 und der geneigten Spiralfeder 2 15% IACS oder mehr und 80% IACS oder weniger beträgt. Dadurch kann leicht eine in verschiedenen Anwendungen ausreichende Leitfähigkeit erhalten werden.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 und der geneigten Spiralfeder 2 ist es bevorzugt, dass die Dicke der Beschichtung 20 10 µm oder mehr und 65 µm oder weniger beträgt. Dadurch, dass die Dicke der Beschichtung 20 10 µm oder mehr beträgt, wird leicht eine ausreichende Leitfähigkeit erhalten. Dadurch, dass die Dicke der Beschichtung 20 65 µm oder weniger beträgt, wird leicht eine hohe Festigkeit erhalten.
In dem kupferbeschichteten Stahldraht 1 ist es bevorzugt, dass ein Durchmesser des Kerndrahts 10 0,05 mm oder mehr und 2,0 mm oder weniger beträgt. Somit kann ein kupferbeschichteter Stahldraht erhalten werden, der besonders zur Herstellung eines leitenden Bauteils wie einer geneigten Spiralfeder geeignet ist.
Als nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines kupferbeschichteten Stahldrahts 1 und einer geneigten Spiralfeder 2 nachstehend beschrieben. In Bezug auf 5 wird bei dem Verfahren zur Herstellung des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 und der geneigten Spiralfeder 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zunächst ein Schritt des Herstellens eines Rohmaterial-Stahldrahts (S10) durchgeführt. In diesem Schritt (S10) wird ein Stahldraht zur Bildung eines Kerndrahts 10 hergestellt. Insbesondere wird ein Stahldraht hergestellt, der aus Stahl gebildet ist, der 0,5 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,1 Massen-% oder mehr und 2,5 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn enthält und der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Der Stahl, der den Stahldraht bildet, kann ferner mindestens ein Element enthalten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 0,1 Massen-% oder mehr und 0,4 Massen-% oder weniger Ni, 0,1 Massen-% oder weniger und 1,8 Massen-% oder mehr Cr, 0,1 Massen-% oder mehr und 0,4 Massen-% oder weniger Mo und 0,05 Massen-% oder mehr und 0,3 Massen-% oder weniger V.
Als nächstes wird ein Patentierschritt (S20) durchgeführt. In diesem Schritt (S20) wird der in Schritt (S10) hergestellte Rohmaterial-Stahldraht patentiert. Insbesondere wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, bei der der Rohmaterial-Stahldraht auf einen Temperaturbereich erwärmt wird, der der Austenitisierungstemperatur (A₁-Punkt) oder höher entspricht, anschließend rapide auf einen Temperaturbereich abgekühlt wird, der höher als die Starttemperatur der martensitischen Umwandlung (Ms-Punkt) ist und in diesem Temperaturbereich gehalten. Dadurch wird die Metallstruktur des Rohmaterial-Stahldrahts zu einer feinen Perlitstruktur mit kleinem Lamellenabstand. Hier wird bei der Patentierbehandlung die Behandlung des Erwärmens des Rohmaterial-Stahldrahts auf einen Temperaturbereich des A₁-Punkts oder höher unter dem Gesichtspunkt des Unterdrückens des Auftretens einer Entkohlung in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt.
Als nächstes wird ein erster Ziehschritt als Schritt (S30) durchgeführt. In diesem Schritt (S30) wird der im Schritt (S20) patentierte Rohmaterial-Stahldraht gezogen (gezerrt). Dabei wird, wie in 6 gezeigt, ein Kerndraht 10 erhalten, der eine Perlitstruktur aufweist und dessen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung kreisförmig ist.
Als nächstes wird als Schritt (S40) ein Schritt des Aufrauens der Oberfläche durchgeführt. In diesem Schritt (S40) wird eine Oberflächenaufrauungsbehandlung durchgeführt, um die Oberflächenrauigkeit in Bezug auf den Kerndraht 10 zu erhöhen, der durch das Drahtziehverfahren in Schritt (S30) erhalten wird. Insbesondere wird, unter Bezugnahme auf 6 und 7, die Oberflächenrauigkeit erhöht, indem bewirkt wird, dass die Oberfläche 11 des Kerndrahts 10 mit einer Säure wie Salzsäure oder Schwefelsäure in Kontakt kommt. Die Konzentration der Salzsäure kann beispielsweise 35% betragen. Die Konzentration der Schwefelsäure kann beispielsweise 65% betragen. Bei der Herstellung eines Stahldrahts kann eine Beizbehandlung durchgeführt werden, um die Oberfläche des Stahldrahts zu reinigen und die Oxidbeschichtung zu entfernen. Im Gegensatz zu einer typischen Beizbehandlung erreicht die Oberflächenaufrauungsbehandlung in Schritt (S40) jedoch eine Oberflächenaufrauung durch Verwendung einer hohen Säurekonzentration oder einer stark korrosiven Säure oder durch Erhöhen der Kontaktzeit mit der Säure. Die Oberflächenrauigkeit Ra kann zu diesem Zeitpunkt beispielsweise 0,8 µm oder mehr betragen. Als Oberflächenaufrauungsbehandlung kann anstelle einer Behandlung des Kontaktierens mit einer Säure oder zusätzlich zu einer Behandlung des Kontaktierens mit einer Säure eine Behandlung durchgeführt werden, bei der eine Oberflächenaufrauung mechanisch erreicht wird, indem ein Poliervliesstoff gegen die Oberfläche 11 des Kerndrahts 10 gedrückt wird, während der Vliesstoff relativ zur Oberfläche 11 bewegt wird.
Als nächstes wird ein Schritt des Bildens einer Beschichtung als Schritt (S50) durchgeführt. In diesem Schritt (S50) wird, unter Bezugnahme auf 7 und 8, eine Beschichtung 20 aus Cu oder einer Cu-Legierung ausgebildet, so dass die Oberfläche 11 des Kerndrahts 10, auf der der Oberflächenaufrauungsprozess in Schritt (S40) durchgeführt wurde, bedeckt wird. Die Dicke der in Schritt (S50) gebildeten Beschichtung 20 beträgt beispielsweise 30 µm oder mehr und 90 µm oder weniger. Die Beschichtung 20 kann beispielsweise durch Plattieren gebildet werden oder kann als Mantelschicht gebildet werden, die durch mechanisches Integrieren eines separat hergestellten Elements als Beschichtung 20 auf den Kerndraht 10 erhalten wird.
Als nächstes wird ein zweiter Ziehschritt (S60) durchgeführt. In diesem Schritt (S60) wird, unter Bezugnahme auf 8 und 1, der Kerndraht 10, auf dem die Beschichtung 20 in Schritt (S50) ausgebildet wurde, gezogen. Dadurch wird der kupferbeschichtete Stahldraht 1 mit einem gewünschten Durchmesser erhalten. Der Bearbeitungsgrad (Flächenreduzierungsrate) und die wahre Dehnung in Schritt (S60) können beispielsweise jeweils auf 90% und mehr und 2,3 oder mehr eingestellt werden. Eine ausreichende Oberflächenrauigkeit kann der Oberfläche 11 des Kerndrahts 10 verliehen werden, indem eine Bearbeitung durchgeführt wird, die wirkungsvoller ist als eine gewöhnliche Drahtziehung mit einem Bearbeitungsgrad von 85% oder weniger und einer echten Dehnung von 2,0 oder weniger. Ferner wird es durch Durchführen einer wirkungsvolleren Verarbeitung in Schritt (S60) einfach, die Legierungsschicht 19 auszubilden. Durch das oben beschriebene Verfahren wird die Herstellung des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform abgeschlossen. Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer geneigten Spiralfeder 2 unter Verwendung des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 beschrieben.
Als nächstes wird ein Wickelschritt (S70) durchgeführt. In diesem Schritt (S70) wird, unter Bezugnahme auf 1 und 4, der in Schritt (S60) erhaltene kupferbeschichtete Stahldraht 1 in die Form einer geneigten Spiralfeder 2 verarbeitet. Insbesondere wird der kupferbeschichtete Stahldraht 1 in eine schraubenförmige Form verarbeitet, um die Form einer geneigten Spiralfeder 2 zu bilden.
Als nächstes wird ein Schritt zur Entfernung der Dehnung (S80) durchgeführt. In diesem Schritt (S80) wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, bei der der kupferbeschichtete Stahldraht 1, der im Schritt (S70) in die Form einer geneigten Spiralfeder 2 geformt wurde, auf einen Temperaturbereich von 250°C oder höher und 400°C oder niedriger erwärmt. Dadurch wird die durch den Prozess in Schritt (S70) in den kupferbeschichteten Stahldraht 1 eingebrachte Dehnung verringert. Infolgedessen kann ein breiter nichtlinearer Bereich erhalten werden. Durch das oben beschriebene Verfahren ist die Herstellung der geneigten Spiralfeder 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform abgeschlossen.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines kupferbeschichteten Stahldrahts und einer geneigten Spiralfeder gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den kupferbeschichteten Stahldraht 1 und die geneigte Spiralfeder 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die es ermöglichen, das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 unterdrücken, auf einfache Weise herzustellen.
In dem Stahl, der den in Schritt (S10) hergestellten Rohmaterial-Stahldraht bildet, kann der Si-Gehalt 1,35 Massen-% oder mehr und 2,3 Massen-% oder weniger betragen.
Außerdem kann der Stahl, der den in Schritt (S10) hergestellten Rohmaterial-Stahldraht bildet, 0,6 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,12 Massen-% oder mehr und 0,32 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn enthalten und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Zudem kann der Stahl, der den in Schritt (S10) hergestellten Rohmaterial-Stahldraht bildet, 0,6 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,7 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger enthalten und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Weiterhin kann der Stahl, der den in Schritt (S10) hergestellten Rohmaterial-Stahldraht bildet, 0,55 Massen-% oder mehr und 0,7 Massen-% oder weniger C, 1,35 Massen-% oder mehr und 2,3 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% Mn, 0,2 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger Cr, 0,05 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger V enthalten und der Rest besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Durch die Verwendung von Stahl mit einer solchen Komponentenzusammensetzung als Stahl, der den Kerndraht bildet, ist es möglich, zuverlässiger eine hohe Langlebigkeit zu erhalten.
BEISPIELE
Ein Experiment wurde durchgeführt, um die Auswirkung des Wertes der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts in Bezug auf die Dicke der Beschichtung in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung auf die Eigenschaften des kupferbeschichteten Stahldrahts zu untersuchen. Zunächst wurden die Schritte (S10) bis (S60) gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform durchgeführt und eine Probe des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 wurde hergestellt. Als Stahl, der einen im Schritt (S10) hergestellten Rohmaterial-Stahldraht bildet, wurde Stahl, der 0,82 Massen-% C, 0,22 Massen-% Si, 0,45 Massen-% Mn und den Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen enthält, verwendet. Das Ergebnis der Analyse der Mengen der Elemente, die als unvermeidbare Verunreinigungen enthalten waren, betrug 0,011 Massen-% P, 0,008 Massen-% S und 0,000 Massen-% Cu. In Schritt (S50) wurde eine Beschichtung 20 aus reinem Kupfer durch Plattieren gebildet (Beispiel). Zum Vergleich wurde Schritt (S40) weggelassen und die Probe auf ähnliche Weise hergestellt (Vergleichsbeispiel). Fotografien von Querschnitten der Proben des Beispiels und des Vergleichsbeispiels sind jeweils in 9 und 10 gezeigt.
Wie aus 10 ersichtlich, weist die Oberfläche des Kerndrahts 10 in dem Fall, in dem der Schritt (S40) nicht durchgeführt wird, eine glatte echte Kreisform auf. Andererseits wurde bestätigt, dass, wie in 9 gezeigt, die Oberflächenrauigkeit des Kerndrahts 10 durch Durchführen des Schritts (S40) erhöht werden kann.

Als nächstes wurden die Proben (Proben A bis H), die durch Variieren des Außendurchmessers des Kerndrahts 10 und der Dicke der Beschichtung 20 und Variieren der Bedingungen des Schritts (S40) erhalten wurden, um die Rauigkeit der Oberfläche 11 des Kerndrahts 10 zu variieren, hergestellt und ein Zugtest, eine Leitfähigkeitsmessung und ein Ermüdungstest wurden durchgeführt. Als Ermüdungstest wurde ein Hunter-Ermüdungstest durchgeführt. Die Strukturen und Testergebnisse des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 sind in Tabelle 1 aufgeführt. Zudem ist der Zusammenhang zwischen der Anzahl der Biegungen bis zu einem Defekt im Ermüdungstest und der Spannungsamplitude (S-N-Diagramm) in 11 und 12 gezeigt. Zudem wurden die Proben zyklisch gebogen, um den Zusammenhang zwischen der Anzahl der Biegungen und der Leitfähigkeit zu untersuchen. Die Untersuchungsergebnisse sind in 13 und 14 angegeben. Tabelle 1

	Drahtdurchmesser (mm)	Kerndrahtdurchmesser (mm)	Dicke der Beschichtung (µm)	Prozentanteil der Oberflächenrauigkeit (%)	Zugfestigkeit (MPa)	Leitfähigkeit (%IACS)	Spannungsamplitude (MPa)
A	0,030	0,025	2,5	35	2805	32,5	550
B	0,050	0,040	5,0	40	2038	37,1	420
C	0,130	0,115	7,5	28	1942	23,2	480
D	0,150	0,090	30,0	55	1147	65,8	200
E	0,030	0,025	2,5	23	2790	31,3	510
F	0,050	0,040	5, 0	20	1035	36, 7	390
G	0,130	0,115	7,5	12	1944	21,9	440
H	0,150	0,090	30,0	15	1137	64, 4	170

In Tabelle 1 bezieht sich „Drahtdurchmesser“ auf den Außendurchmesser des kupferbeschichteten Stahldrahts 1. „Kerndrahtdurchmesser“ bezieht sich auf den Durchmesser, der dem Kreis des Kerndrahts 10 entspricht (der doppelte Radius, der dem Kreis entspricht). „Dicke der Beschichtung“ bezeichnet die Dicke t der Beschichtung 20. „Prozentanteil der Oberflächenrauigkeit“ bezieht sich auf den Prozentanteil des Werts der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts 10 zur Dicke t der Beschichtung 20 in einem Querschnitt senkrecht in Längsrichtung. „Zugfestigkeit“ bezeichnet die Bruchlast im Zugtest des kupferbeschichteten Stahldrahts 1. „Leitfähigkeit“ bezieht sich auf die Leitfähigkeit des kupferbeschichteten Stahldrahts 1, die durch die Leitfähigkeitsmessung erhalten wird. „Spannungsamplitude“ bezeichnet die maximale Spannungsamplitude, bei der der kupferbeschichtete Stahldraht 1 im Ermüdungstest selbst bei 1×10⁸ Spannungszyklen nicht bricht. Die Proben A bis D entsprechen Beispielen, die kupferbeschichtete Stahldrähte gemäß der vorliegenden Offenbarung sind. Die Proben E bis H entsprechen Vergleichsbeispielen, die außerhalb des Bereichs von kupferbeschichteten Stahldrähten gemäß der vorliegenden Offenbarung liegen.
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, wurde bestätigt, dass für jede der Proben A bis H die Zugfestigkeit 900 MPa oder mehr und 3800 MPa oder weniger beträgt und die Leitfähigkeit 15% IACS oder mehr und 80% IACS oder weniger beträgt, was in geeigneten Bereichen liegt. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und 11 und 12, in denen jeweils die Proben A und E, B und F, C und G sowie D und H verglichen werden, die sich nur in dem Prozentanteil der Oberflächenrauigkeit in der Struktur des kupferbeschichteten Stahldrahts 1 unterscheiden, ist ersichtlich, dass die Dauerfestigkeit bei den Beispielen (Proben A bis D), deren Prozentanteil der Oberflächenrauigkeit im Bereich von 25% bis 70% liegt, verglichen mit Vergleichsbeispielen (Proben E bis H), bei denen der Prozentanteil der Oberflächenrauigkeit außerhalb des Bereichs von 25% bis 70% liegt, erhöht ist. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und 13 und 14, wobei auf ähnliche Weise die Leitfähigkeit der Proben A und E, B und F, C und G bzw. D und H verglichen wird, ist eine Abnahme der Leitfähigkeit aufgrund sich wiederholender Biegungen in den Beispielen im Vergleich zu Vergleichsbeispielen verringert, obwohl die Beispiele (Proben A bis D) und Vergleichsbeispiele (Proben E bis H) vor dem Durchführen von Biegungen eine vergleichbare Leitfähigkeit aufwiesen. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass das Auftreten eines Risses an der Grenzfläche zwischen dem Kerndraht 10 und der Beschichtung 20 in den Beispielen, bei denen der Prozentanteil der Oberflächenrauigkeit im Bereich von 25% bis 70% liegt, im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen, bei denen der Prozentanteil der Oberflächenrauigkeit außerhalb des Bereichs von 25% bis 70% liegt, unterdrückt wurde.
Die zuvor offenbarten Ausführungsformen sollten in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht einschränkend angesehen werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht durch das Obige definiert, sondern durch Ansprüche definiert und soll alle Änderungen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs der Äquivalenz mit den Ansprüchen umfassen.
Bezugszeichenliste

1: Kupferbeschichteter Stahldraht
10: Kerndraht
11: Oberfläche
19: Legierungsschicht
20: Beschichtung
21: Oberfläche
30: Oberflächenschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018016440 [0001]

Claims

Kupferbeschichteter Stahldraht, umfassend: einen Kerndraht aus Stahl mit einer Perlitstruktur; und eine Beschichtung, die eine Oberfläche des Kerndrahts bedeckt und aus Cu oder einer Cu-Legierung ist, worin der Stahl 0,5 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,1 Massen-% oder mehr und 2,5 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn enthält und der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, und worin ein Wert der Oberflächenrauigkeit Ra des Kerndrahts in einem Querschnitt senkrecht zu einer Längsrichtung 25% oder mehr und 70% oder weniger der Dicke der Beschichtung beträgt.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß Anspruch 1, worin der Stahl ferner mindestens ein Element enthält, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 0,1 Massen-% oder mehr und 0,4 Massen-% oder weniger Ni, 0,1 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger Cr, 0,1 Massen-% oder mehr und 0,4 Massen-% oder weniger Mo und 0,05 Massen-% oder mehr und 0,3 Massen-% oder weniger V.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß Anspruch 2, worin der Stahl 0,55 Massen-% oder mehr und 0,7 Massen-% oder weniger C, 1,35 Massen-% oder mehr und 2,3 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn, 0,2 Massen-% oder mehr und 1,8 Massen-% oder weniger Cr, 0,05 Massen-% oder mehr und 0,30 Massen-% oder weniger V enthält und der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Si-Gehalt des Stahls 1,35 Massen-% oder mehr und 2,3 Massen-% oder weniger beträgt.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß Anspruch 1, worin der Stahl 0,6 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,12 Massen-% oder mehr und 0,32 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn enthält und der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß Anspruch 1, worin der Stahl 0,6 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger C, 0,7 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger Si, 0,3 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger Mn enthält und der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, worin an einer Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung eine Legierungsschicht aus einer Legierung eines Metalls, das den Kerndraht bildet, und eines Metalls, das die Beschichtung bildet, ausgebildet ist.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Zugfestigkeit 900 MPa oder mehr und 3800 MPa oder weniger beträgt.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Leitfähigkeit 15% IACS oder mehr und 80% IACS oder weniger beträgt.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Beschichtung eine Plattierungsschicht ist.
Kupferbeschichteter Stahldraht bis Anspruch 10, worin die Sauerstoffkonzentration an einer Grenzfläche zwischen dem Kerndraht und der Beschichtung 10 Massen-% oder weniger beträgt.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: auf einer Oberfläche der Beschichtung, eine Oberflächenschicht, die mindestens eines enthält, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Au-Schicht, einer Ag-Schicht, einer Sn-Schicht, einer Pd-Schicht, einer Ni-Schicht und einer Legierungsschicht aus diesen Metallen.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, worin die Dicke der Beschichtung 10 µm oder mehr und 65 µm oder weniger beträgt.
Kupferbeschichteter Stahldraht gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, worin der Durchmesser des Kerndrahts 0,01 mm oder mehr und 1,0 mm oder weniger beträgt.
Geneigte Spiralfeder, die aus dem kupferbeschichteten Stahldraht gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt ist.