JP2000256792A - 高強度高延性極細鋼線及び撚り線並びにその製造方法 - Google Patents

高強度高延性極細鋼線及び撚り線並びにその製造方法

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    • D07B1/06Ropes or cables built-up from metal wires, e.g. of section wires around a hemp core
    • D07B1/0606Reinforcing cords for rubber or plastic articles
    • D07B1/066Reinforcing cords for rubber or plastic articles the wires being made from special alloy or special steel composition

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  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Ropes Or Cables (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 タイヤ、ホースなどの補強材として極めて高
い引張強さを有するとともに、優れた撚り加工性を有す
る極細鋼線及び撚り線を提供する。 【解決手段】 重量%で、C:0.8〜1.50%、
Si:0.10〜0.50%、Mn:0.20〜0.7
0%、Al:0.005%以下、P:0.02%以下、
S:0.02%以下、O:0.005%以下、N:0.
005%以下、5≦(Ca+Mg+REM)≦50pp
mに規制し、残部は鉄及び不可避不純物よりなり、0.
40mm以下の直径、4000MPa以上の引張強さ、
20%以上のキンク強度保持率、80%以上の引掛強度
を有し、かつC断面の中心より0.4×(極細鋼線の直
径)の位置のビッカース硬度(HVs)と中心のビッカ
ース硬度(HVc)の差(HVs−HVc)が30以下
であることを特徴とする高強度高延性極細鋼線。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は自動車タイヤのス
チールコード用に使用される高強度極細鋼線に関するも
のである。詳しくは、ダイスを用いて冷間伸線加工強化
された線径0.40mm以下 引張強さ4000MPa
級以上の極細鋼線及びそれを撚り加工した撚り線に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】自動車用スチールコード用極細鋼線に於
いてはタイヤの軽量化の要求から極細鋼線の高張力化に
対するニーズが最近益々高まっている。このため、従来
の強度レベルに比較して、特に撚り線工程での断線発生
が著しく高くなる傾向があり、スチールコードの高強度
化を達成する上での大きな障害となっている。
【0003】従来は高強度スチールコードの撚り線工程
の断線を抑制するためには、捻回試験の捻回−トルク曲
線において破断に至る途中で鋼線長手方向に割れが発生
するためにトルクが急激に低下する現象により検出され
るデラミネーションを抑制することが最も有効であると
されており、様々な技術が開発されてきた。
【0004】例えば、特開平2−10220号公報、特
開平4−371549号公報に記載されているようにC
o等の特殊合金元素を添加して初析セメンタイト面積率
を制御する事等により、高強度極細鋼線の捻回試験時の
縦割れ、伸線断線を抑制することが可能であると記載さ
れている。
【0005】特開平6−336649号公報には、湿式
伸線工程において仕上げダイスを2つのダイスに分割し
てダブルダイスとし、第一仕上げダイスの入口、出口お
よび第二仕上げダイスの入口を湿式潤滑することにより
加工発熱を抑制し、デラミネーションの発生を防止する
ことが可能であると記載されている。
【0006】特開平8−120407号公報には、パー
ライト中の炭化物の平均粒径を10〜50nmにするこ
とにより高強度鋼線においてデラミネーションを抑制
し、捻回値を向上させることが可能であると記載されて
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
撚り線工程では特開平8−260096号公報などに記
載されているように捻回試験でデラミネーションが発生
しなくとも撚り線工程で断線が発生することが日常的に
経験されており、特に4000MPa以上の強度ではそ
の傾向が顕著である。つまりデラミネーションを抑制す
ることが4000MPa以上の高強度スチールコードの
撚り加工性を確保するための必要十分条件ではないのが
実態である。本発明は以上のような現状に着目し、タイ
ヤ、ホースなどの補強材として極めて高い引張強さを有
するとともに、優れた撚り加工性を有する極細鋼線及び
撚り線を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するこ
とが可能となる本発明に係る高強度高延性極細鋼線及び
撚り線の構成は重量%で、C:0.8〜1.50%、S
i:0.10〜0.50%、Mn:0.20〜0.70
%、Al:0.005%以下、P:0.02%以下、
S:0.02%以下、O:0.005%以下、N:0.
005%以下、 5≦(Ca+Mg+REM)≦50ppm に規制し、残部は鉄及び不可避不純物よりなり、0.4
0mm以下の直径、4000MPa以上の引張強さ、2
0%以上のキンク強度保持率、80%以上の引掛強度を
有し、かつC断面の中心より0.4×(極細鋼線の直
径)の位置のビッカース硬度(HVs)と中心のビッカ
ース硬度(HVc)の差(HVs−HVc)が30以下
であることを特徴とする高強度高延性極細鋼線。
【0009】また前述の極細鋼線に於いて、屈曲値が8
0回以上を有する事を特徴とする高強度高延性極細鋼
線。尚、屈曲値とは極細鋼線の一端を極細鋼線の直径の
5倍の半径の円弧を有した1対のつかみ具に固定し、更
に極細鋼線の他端に引張破断荷重の1%の荷重を負荷
し、円弧に沿って90度づつ順逆方向に交互に繰り返し
曲げたときの破断までの繰り返し回数のことである。
【0010】これらの極細鋼線を撚り加工したものであ
ることを特徴とする撚り線に要旨がある。
【0011】また、仕上げ伸線工程での鋼線とダイスの
間の摩擦係数を0.07以下とすること、更に伸線加工
途中に極細鋼線に捻り矯直加工をすることを特徴とする
上記高強度高延性極細鋼線の製造方法である。
【0012】
【発明の実施の形態】まず、成分限定理由について述べ
る。本発明はパテンティング熱処理等を施し、良好な伸
線加工性を有するパーライト組織とすることを目的とし
て成分を規定している。
【0013】C:0.8〜1.5% C含有量が0.8%未満ではパテンティング材の強度、
伸線加工工程での加工硬化率が小さいので4000MP
a以上の引張強さを確保するためには極めて大きな伸線
加工歪が必要となる。そのため延性が劣化し、伸線工程
及び撚加工工程での断線が多発することになり、工業的
規模で生産することは極めて難しい。1.5%を超えて
Cを含有させた場合は、圧延線材あるいはパテンティン
グ処理材に初析セメンタイトが析出し、伸線加工性、撚
り加工性などが著しく劣化するために、C含有量を0.
8〜1.5%と規定した。
【0014】Si:0.10〜0.50% Siは脱酸元素、固溶体強化元素としての作用を利用す
るために添加される。特に、本発明ではAlを添加しな
いためSiは少なくとも0.10%以上は添加する必要
がある。しかし、0.50%を超えて添加するパーライ
ト組織中のフェライトの延性が劣化し、伸線加工性、撚
り加工性などが劣化するので、Si含有量を0.10〜
0.50%と規定した。
【0015】Mn:0.20〜0.70% Mnは脱酸元素、鋼中のSをMnSとして固定する作用
を利用するために添加されるばかりでなく、鋼の焼入れ
性を向上させ、強度を高めるために有効な元素である。
0.20%未満ではその効果が不足となる。一方、0.
70%を超えると偏析起因のミクロマルテンの発生によ
り伸線加工性、撚り加工性が著しく劣化するので、Mn
添加量を0.10〜0.70%と規定した。
【0016】Al:0.005%以下 本来Alは脱酸元素として添加されるが、脱酸生成物で
あるAl23は極細鋼線の伸線加工性、撚り加工性を著
しく劣化させるため、本発明においてはSi,Mnによ
る脱酸を行い、Alの添加量を極力抑える必要があるた
め、Alを0.005%以下に規定した。Alは含有し
ていなくてもよい。
【0017】P:0.02%以下 Pは極細鋼線の靭性及び延性を低下させる元素であり、
偏析し易い元素である。従って本発明に於いては、P含
有量を0.02%以下にする必要がある。好ましくは
0.01%以下とする。
【0018】S:0.02%以下 SはP同様に極細鋼線の靭性及び延性を低下させる元素
であり、偏析し易い元素である。従って本発明に於いて
は、S含有量を0.02%以下にする必要がある。好ま
しくは0.01%以下とする。
【0019】O:0.005%以下 Oが0.005%を超えるとSiO2などの硬質な酸化
物系非金属介在物が多くなり、極細鋼線の伸線加工性、
撚り加工性を著しく劣化させるので0.005%以下に
規定する必要がある。
【0020】N:0.005%以下 Nは0.005%を超えると歪時効により極細鋼線の靭
性及び延性に悪影響を及ぼすので0.005%以下に規
定する必要がある。
【0021】5≦(Ca+Mg+REM)≦50ppm Al,Oの含有量を規定し、硬質な非金属介在物の量を
極力少なくする事に加えて、Ca,Mg,REMを添加
することによりこれらの酸化物とAl23,SiO2
どが複合化し、軟質化することが極細鋼線の伸線加工
性、撚り加工性を向上させる上で有効である。非金属介
在物の複合化を十分達成するためには、鋼中に(Ca+
Mg+REM)で5ppm以上含有していることが必要
である。しかし、50ppmを超えて含有しても、その
効果が飽和することに加えて経済的ではないので5pp
m≦(Ca+Mg+REM)≦50ppmに規定した。
【0022】次に、キンク強度、引掛強度を規定した理
由について述べる。
【0023】捻回により生じる剪断歪は表面で最大であ
り、内部に進むに従い減少し、軸線上では零になるた
め、捻回試験は極細鋼線表層の変形能評価試験に相当
し、表層の変形能が著しく低い場合、早期に限界に到達
し、デラミネーションが発生することになる。従来の引
張強さの領域ではデラミネーションが発生しない程度、
つまり比較的小さな剪断歪に表層変形能が対応出来れば
撚り加工中の断線発生は抑制出来た。しかし、4000
MPa級以上極細鋼線からバンチャー式撚り加工機でコ
ードを製造する際、極細鋼線の剛性が高いのでコードが
ばらけないようにするために従来より大きなオーバーツ
イスト量が必要になり、極細鋼線表層にはより大きな剪
断歪が局部的に負荷されることになる。捻回試験はチャ
ック間で極細鋼線の表層に均一に剪断歪が分布する上
に、前述したようにデラミネーション発生の有無による
判定では小さな剪断歪に対する表層変形能しか評価出来
ない。そのためデラミネーションが発生しないことが4
000MPa級以上の引張強さを有する極細鋼線の良好
な撚り加工性を確保する上での必要十分条件となり得な
いので別の評価指標を確立し、その要求レベルを明確に
する必要があった。
【0024】そこで本発明者らが高強度極細鋼線の撚り
加工性を確保するための要求特性を研究調査した結果、
極細鋼線表層に局部的に負荷される剪断歪の状況をシミ
ュレートする試験方法としてはキンク試験と引掛試験が
有効であることを見出した。キンク試験は1本の極細鋼
線でループを作り両端を引張り、その破断強度を評価す
る試験であり、ループ部の表層に剪断歪が局部的に負荷
される。また、引掛試験は2本の極細鋼線を互いに交差
させ、両端を引張りその破断強度を評価する試験であ
り、交差した部位の表層に局部的に剪断歪が負荷される
ので撚り工程での状況をより正確に再現出来る上にキン
ク試験、引掛試験での破断荷重により極細鋼線の撚り加
工性を定量的に評価することが可能となる。
【0025】尚、キンク強度とはキンク試験での破断荷
重を引張破断荷重で割った値を%表示したものである。
また、引掛強度とは引掛試験での破断荷重を引張破断荷
重で割った値を%表示したものである。
【0026】特に、20%以上のキンク強度、80%以
上の引掛強度に規定することにより良好な撚り加工性が
確保できる。図1に0.20mm 4300MPa級極
細鋼線を撚り加工した場合の断線回数とキンク強度、引
掛強度、デラミネーションの関係を示した。デラミネー
ションが発生すれば断線回数は高い。しかし、デラミネ
ーションが発生しない場合でもキンク強度、引掛強度が
低い場合、やはり断線回数は高い。つまり本発明の範囲
内にキンク強度、引掛強度を制御することにより初めて
断線回数を低減出来る。
【0027】また、最近、スチールコードの耐腐食疲労
寿命を向上させる目的でコードへのゴム浸透性の高いオ
ープン構造が採用されてきているが、コードのオープン
構造を保持するために撚り工程で曲げ歪を負荷して製造
される例がある。この場合も前述同様、極細鋼線表層に
局部的に大きな剪断歪が負荷されることになるが、キン
ク試験、引掛試験より正確に曲げ歪に対する極細鋼線表
層の変形能を評価する方法としては屈曲試験による屈曲
値の評価が有効である。
【0028】ここで、屈曲値とは極細鋼線の一端を極細
鋼線の直径の5倍の半径の円弧を有した1対のつかみ具
に固定し、更に極細鋼線の他端に引張破断荷重の1%の
荷重を負荷し、円弧に沿って90度づつ順逆方向に交互
に繰り返し曲げた時の破断までの繰り返し回数のことで
ある。
【0029】特に、断線回数を低減するためには、キン
ク強度、引掛強度を本発明の範囲内に規定することに加
えて、屈曲値を80回以上に規定することが有効であ
る。図2にはデラミネーションが発生しない0.30m
m 4200MPa級極細鋼線を1×4のオープン構造
で撚り加工した場合の断線回数と屈曲値の関係を示し
た。キンク強度、引掛強度を本発明の範囲内に制御する
ことに加えて、屈曲値を80回以上にすることにより
0.30mm 4200MPa級のオープン構造コード
の撚り線断線回数が低減することが分かる。つまりデラ
ミネーションが発生しなくともキンク強度、引掛強度、
屈曲値が本発明の範囲になければ、断線回数は極めて高
い。
【0030】以上のようなキンク強度、引掛強度、屈曲
値を確保するためには、前述の成分範囲とすることに加
えて、仕上げ伸線工程での均一変形を促進し、C断面の
中心より0.4×(極細鋼線の直径)の位置のビッカー
ス硬度(HVs)と中心のビッカース硬度(HVc)の
差(HVs−HVc)が30以下にすることが有効であ
る。図3、4、5には0.20mm 4200MPa級
のC断面の硬度差とキンク強度、引掛硬度、屈曲値の関
係を示した。C断面の表層と中心の硬度差を本発明の範
囲に制御すれば均一な集合組織が形成されるなどの効果
により本発明の範囲のキンク強度、引掛強度、屈曲値を
確保することが可能となる。
【0031】本発明の範囲に極細鋼線C断面の硬度差を
確保するためには例えば仕上げ伸線工程での均一変形を
促進する方法がある。特に、湿式潤滑剤のエマルション
粒径を微細にするなどにより仕上げ伸線工程での鋼線/
ダイス間の摩擦係数<0.07としてダイス伸線の際に
鋼線表層に付与される剪断歪を低減することが有効であ
る。
【0032】また、本発明の範囲に極細鋼線C断面の硬
度差を確保する方法として、前述の仕上げ伸線方法に加
えて、伸線加工途中に極細鋼線に捻り矯直加工をするこ
とも有効である。
【0033】例えば、図6に示すような捻り矯直加工に
より捻り歪みを付与した後に伸線加工することによりバ
ウジンガー効果などにより極細鋼線の表層を軟化させる
ことが可能となり、HVs−HVcを低減する結果、仕
上げ伸線工程で均一変形を促進したのと同等の効果を得
ることが出来る。特に、捻り矯直加工を付与することに
より表層の軟化が進み、HVs−HVcを負の値とする
ことも可能となり、更に表層の延性を向上することが可
能となる。
【0034】以上の特性を有する極細鋼線は4000M
Pa以上の極めて高強度であっても良好な撚り加工性を
有しており、その数本から数十本を撚り合わせることに
よりタイヤ、ベルト、ホース等の補強材として活用でき
る。
【0035】
【実施例】
【0036】
【表1】
【0037】(実施例1)以下に実施例を示して本発明
の効果を更に詳しく説明する。表1に示した化学成分の
1.8〜1.4mmの線径の鋼線を鉛パテンティング処
理、ブラスめっき処理後に湿式伸線により0.20mm
に伸縮した。以上の工程で製造した極細鋼線を撚り加工
工程で1×12に撚り、その断線回数を評価した。その
結果を表1に示す。本発明材No.1〜8と比較材N
o.9〜13を比較すると成分、キンク強度、引掛強度
保持率を本発明の範囲内に制御することにより撚り工程
での断線が極めて低いことが分かる。また、本発明の範
囲内のキンク強度、引掛強度を確保するためには極細鋼
線のC断面の硬度差をHV30以下に制御することが重
要であることも分かる。No.10はC含有量が1.5
%を超えるためパテンティング材に初析セメンタイトが
発生しているため、0.20mmまで伸線ができない。
No.11はAl含有量が多すぎるため、硬質介在物起
因で撚り工程での断線が多発している。No.12は
(Ca+Mg+REM)の含有量が少なく非金属介在物
の軟質化が不十分であり、撚り工程での断線が多発して
いる。No.13は(Ca+Mg+REM)の含有量が
50ppmを超えている。撚り線工程の断線回数はN
o.1,2と差が無く、50ppmを超えて含有しても
意味が無いことが分かる。No.14はC断面の硬度差
が大きくデラミネーションは発生しないが、キンク強度
が低い。No.15もC断面の硬度差が更に大きく、デ
ラミネーションは発生しないがキンク強度、引掛強度の
いずれもが低いため撚り線工程の断線回数が高い。
【0038】
【表2】
【0039】(実施例2)更に捻り矯直加工を適用し、
C断面の硬度差を一層小さくすることによりキンク強
度、引掛強度を高めることに加えて、屈曲値を本発明の
範囲に制御することが可能になる。表2に示した化学成
分の2.5mmの線径の鋼線を鉛パテンティング処理、
ブラスめっき処理後に湿式伸線により0.35mmに伸
線した。伸線途中の0.60mmで捻れ矯直加工を付与
した。尚、捻り矯直加工の条件は極細鋼線に付与するバ
ックテンションをTSの2%とし、曲率が10mmの矯
直用ダイス5個、それぞれの間隔を30mmとして配列
した。ダイス押し込み量は5mmとし、400mmに一
回転の捻り歪みを付与した後に0.35mmまで伸線し
た。その後、撚り加工工程で1×4のオープン構造に撚
り、その断線回数を評価した。その結果を表2に示す。
キンク強度、引掛強度を高めることに加えて、屈曲値を
本発明の範囲に制御することによりオープン構造でも撚
り工程での断線回数を低減することが可能となる。N
o.19,20は捻り矯直加工を施していないため、デ
ラミネーションは発生しないが、C断面の硬度差が大き
く、キンク強度、引掛強度、屈曲値が低いため撚線工程
での断線回数が高い。
【0040】
【発明の効果】以上に詳しく説明したように、極細鋼線
の成分を制御することに加えて、C断面の硬度差を小さ
くし、キンク強度、引掛強度、更に屈曲値を所定の値に
制御することにより従来にない高強度スチールコールド
が製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】0.20mm 4300MPa級極細鋼線を1
×12に撚り加工した場合の断線回数とキンク強度、引
掛強度、デラミネーションの関係を示したグラフであ
る。
【図2】デラミネーションが発生しない0.30mm
4300MPa級極細鋼線を1×4に撚り加工した場合
の断線回数と屈曲値の関係を示したグラフである。
【図3】C断面の硬度差とキンク強度の関係を示したグ
ラフである。
【図4】C断面の硬度差と引掛強度の関係を示したグラ
フである。
【図5】C断面の硬度差と屈曲値の関係を示したグラフ
である。
【図6】捻り矯直加工の概要を示した図である。
【符号の説明】
1 極細鋼線 2 矯直用ダイス 3 矯直用ダイスセットホルダー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 38/06 C22C 38/06 D07B 1/06 D07B 1/06 A

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.8〜1.50%、 Si:0.10〜0.50%、 Mn:0.20〜0.70%、 Al:0.005%以下、 P:0.02%以下、 S:0.02%以下、 O:0.005%以下、 N:0.005%以下、 5≦(Ca+Mg+REM)≦50ppm に規制し、 残部は鉄及び不可避不純物よりなり、0.40mm以下
    の直径、4000MPa以上の引張強さ、20%以上の
    キンク強度、80%以上の引掛強度を有し、かつC断面
    の中心より0.4×(極細鋼線の直径)の位置のビッカ
    ース硬度(HVs)と中心のビッカース硬度(HVc)
    の差(HVs−HVc)が30以下であることを特徴と
    する高強度高延性極細鋼線。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の極細鋼線に於いて、屈
    曲値が80回以上を有することを特徴とする高強度高延
    性極細鋼線。尚、屈曲値とは極細鋼線の一端を極細鋼線
    の直径の5倍の半径の円弧を有した1対のつかみ具に固
    定し、更に極細鋼線の他端に引張破断荷重の1%の荷重
    を負荷し、円弧に沿って90度づつ順逆方向に交互に繰
    り返し曲げたときの破断までの繰り返し回数のことであ
    る。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の極細鋼線を撚り
    加工したものであることを特徴とする撚り線。
  4. 【請求項4】 仕上げ伸線工程での鋼線とダイスの間の
    摩擦係数を0.07以下とすることを特徴とする請求項
    1又は2に記載の高強度高延性極細鋼線の製造方法。
  5. 【請求項5】 仕上げ伸線工程での鋼線とダイスの間の
    摩擦係数を0.07以下とし、伸線加工途中に極細鋼線
    に捻り矯直加工をすることを特徴とする請求項1又は2
    に記載の高強度高延性極細鋼線の製造方法。
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