JP2003334606A - 高強度極細鋼線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撚り線加工性および疲労特性の優れた高強度
極細鋼線を実現する。 【解決手段】 Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、更に必要に応じ
てＣｒ、Ｎｉ、Ｖの１種または２種以上を含む伸線加工
されたパーライト組織を有し、鋼線表層部と鋼線中心部
におけるラメラフェライト中のＣ濃度比が２以下である
高強度極細鋼線の製造方法であって、下記Ｈと、Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの２種以上を組み合わせることを特徴
とする高強度極細鋼線の製造方法。ここで、Ａ：パテン
ティング材強度を１３００ＭＰａ以上にする、Ｂ：アプ
ローチ角度が８〜１２°、ベアリング長さが０．２〜
０．５Ｄ（Ｄ：ダイス径）であるダイスを用いて伸線加
工を行う、Ｃ：ダイヤモンドダイスを使用する、Ｄ：伸
線による加工発熱を抑える、Ｅ：潤滑能力の高い潤滑剤
を使用する、Ｈ：伸線加工後、張力を付与しながら曲げ
加工を行う、である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スチールタイヤコ
ード、スチールベルトコード等の素線として使用され、
線径が０．０５〜０．４ｍｍであり、特に撚り線加工性
と疲労特性が優れ、強度が３８００ＭＰａ以上の高強度
極細鋼線に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軽量化などのために極細鋼線に対する高
強度化の要求は一段と高まっている。従来、自動車用タ
イヤ、産業用各種ベルト類などの補強用に使用されてい
る極細鋼線は、高炭素鋼の熱間圧延線材から中間伸線、
パテンティング処理を繰り返し所定の線径にした後、最
終パテンティング処理を行い、伸線加工性およびゴムと
の接着性を向上させるめっき処理を施し所定の線径まで
湿式伸線加工することにより製造される。例えばスチー
ルタイヤコードは、上記のように製造される素線を最終
的にダブルツイスタなどの撚り線機を用いて撚り線加工
することによって製造される。

【０００３】上記のような製造工程において、極細鋼線
の高強度化を図るためには、最終パテンティング処理後
の素線強度を上げるか、最終の伸線加工歪を増加させる
必要がある。ところが、最終パテンティング処理後の素
線強度ないしは伸線加工歪を増加させて極細鋼線の高強
度化を図っても、伸線加工後の撚り線加工工程で断線が
頻発し、生産性が極めて悪化する。このため、例えばＳ
ＷＲＳ８２Ａを用いた線径が０．３ｍｍφの鋼線では撚
り線加工が可能な引張強さとして３４００ＭＰａが限界
であり、これ以上の高強度の極細鋼線の製造は工業的に
は困難であった。また、極細鋼線の強度が増加しても、
疲労強度はむしろ劣化するという問題がある。

【０００４】これに対して、強度を増加させた高炭素鋼
線の撚り線加工性を向上させる従来の知見としては、例
えば特許文献１、特許文献２、特許文献３にはそれぞれ
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の化学成分を規制することによ
り撚り線加工工程での断線回数の少ない極細線用高炭素
線材が提案されている。しかしこれらの実施例からもわ
かるように鋼線の引張強さは最大でも３５００〜３６０
０ＭＰａであり、極細鋼線の高強度化には限界があっ
た。

【０００５】一方、極細鋼線の疲労特性を向上させる手
段として、例えば、特許文献４には極細線中の微細不均
一歪の分布を制御することにより、特許文献５には極細
鋼線の表層と内部の強度差を制御することにより、疲労
特性を向上させる技術が開示されているが、本発明者ら
の詳細な研究によれば、このような技術を適用しても極
細鋼線の高疲労強化には限界があった。

【０００６】以上のように、従来技術では撚り線加工性
と疲労特性の優れた高強度極細鋼線を実現することが不
可能であった。

【特許文献１】特開昭６０−２０４８６５号

【特許文献２】特開昭６３−２４０４６号

【特許文献３】特公平３−２３６７４号

【特許文献４】特開平５−１９５４５７号公報

【特許文献５】特開平６−１８４９６２号公報

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の如き実
状に鑑みなされたものであって、線径が０．０５〜０．
４ｍｍの極細鋼線を高強度化する際に問題となる撚り線
加工性と疲労特性の劣化を防止する技術を確立し、強度
が３８００ＭＰａ以上である撚り線加工性および疲労強
度の優れた高強度極細鋼線を実現することを目的とする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らはまず高強度
極細鋼線の撚り線加工時に多発する断線の破面形態を解
析した。撚り線加工ではねじり応力、引張応力、曲げ応
力が鋼線にかかる。この結果、鋼線を高強度化していく
と伸線方向に沿って亀裂（デラミネーション）が発生し
やすくなり、このため撚り線加工工程において断線が頻
発することが明らかとなった。そこでデラミネーション
の発生に及ぼす鋼線の化学成分、最終パテンティング処
理後の引張強さ、伸線加工歪、伸線加工方法等の影響に
ついて検討し、高強度極細鋼線のデラミネーションの発
生要因について詳細に解析した。この結果、高強度極細
鋼線の断面内のフェライト中のＣ濃度分布がデラミネー
ションの発生に対して著しい影響を持つと言う全く新た
な事実を見い出した。即ち、伸線加工歪の増加に伴いパ
ーライト組織のフェライト中のＣ濃度が増加するが、こ
の際に極細鋼線表層と中心部のＣ濃度差が大きくなると
デラミネーションが発生しやすくなることを発見したの
である。更に、極細鋼線表層と中心部のＣ濃度差は、疲
労特性にも大きな影響を及ぼすことを見出し、Ｃ濃度差
を小さく制御することが高強度化に伴って劣化しやすく
なる疲労特性の向上に対して極めて重要であるという新
たな知見を得た。

【０００９】以上の検討結果に基づいて、高炭素鋼を用
いた極細鋼線において、断面内の表層と中心部のＣ濃度
差を制御すれば、デラミネーションの発生が抑制される
とともに疲労強度も向上し、撚り線加工性と疲労特性の
優れた高強度極細鋼線を提供できるとの結論に達し、本
発明をなしたものである。本発明は以上の知見に基づい
てなされたものであって、その要旨とするところは、質
量％で、 Ｃ ：０．７〜１．１％、 Ｓｉ：０．０５〜２．０％、 Ｍｎ：０．２〜２．０％、 Ａｌ：０．００５％以下 を含有するか、あるいは化学成分として更に Ｃｒ：０．１〜１．０％、 Ｎｉ：０．１〜１．０％、 Ｖ ：０．０５〜０．５％ の１種または２種以上を含むとともに残部はＦｅ及び不
可避的不純物からなり、伸線加工されたパーライト組織
を有し、鋼線表層部と鋼線中心部におけるフェライト中
のＣ濃度比（鋼線表層部のフェライト中のＣ濃度／鋼線
中心部のフェライト中のＣ濃度）が２以下である高強度
極細鋼線の製造方法であって、下記Ｈと、Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ及びＥの２種以上を組み合わせることを特徴とする高
強度極細鋼線の製造方法にある。ここで、 Ａ：パテンティング材強度を１３００ＭＰａ以上にす
る、 Ｂ：アプローチ角度が８〜１２°、ベアリング長さが
０．２〜０．５Ｄ（Ｄ：ダイス径）であるダイスを用い
て伸線加工を行う、 Ｃ：ダイヤモンドダイスを使用する、 Ｄ：伸線による加工発熱を抑える、 Ｅ：潤滑能力の高い潤滑剤を使用する、 Ｈ：伸線加工後、張力を付与しながら曲げ加工を行う、 であり、鋼線表層部とは、鋼線の表層から中心に向かっ
て０．１Ｄ（Ｄ：線径）以内の領域を、鋼線中心部とは
鋼線の表層から中心に向かって０．４〜０．６Ｄの領域
を意味する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
はじめに、本発明の成分限定理由について述べる。Ｃは
パテンティング処理後の引張強さの増加および伸線加工
硬化率を高める効果があり、より少ない伸線加工歪で極
細鋼線の引張強さを高めることができる。Ｃが０．７％
未満では本発明で目的とする３８００ＭＰａ以上の高強
度の極細鋼線を製造することが困難となり、一方１．１
％を越えるとパテンティング処理時に初析セメンタイト
がオーステナイト粒界に析出して伸線加工性が劣化し伸
線加工工程あるいは撚り線加工工程で断線が頻発するた
め、Ｃを０．７〜１．１％の範囲に限定した。

【００１１】Ｓｉはパーライト中のフェライトを強化さ
せるためと鋼の脱酸のために有効な元素である。０．０
５％未満では上記の効果が期待できず、一方２．０％を
越えると伸線加工性に対して有害な硬質のＳｉＯ_２系介
在物が発生しやすくなるため、０．１〜２．０％の範囲
に制限した。Ｍｎは脱酸、脱硫のために必要であるばか
りでなく、鋼の焼入性を向上させパテンティング処理後
の引張強さを高めるために有効な元素であるが、０．２
％未満では上記の効果が得られず、一方２．０％を越え
ると上記の効果が飽和しさらにパテンティング処理時の
パーライト変態を完了させるための処理時間が長くなり
すぎて生産性が低下するため、０．２〜２．０％の範囲
に限定した。

【００１２】Ａｌは０．００５％を越えると鋼中の介在
物の中で最も硬質なＡｌ_２Ｏ_３系介在物が生成しやすく
なり、伸線加工あるいは撚り線加工の際の断線原因とな
るため、０．００５％以下に制限した。本発明による高
強度極細鋼線においては、上記の元素に加えて、更にＣ
ｒ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜１．０％、Ｖ：
０．０５〜０．５％の範囲で１種または２種以上を含有
することができる。

【００１３】Ｃｒはパーライトのセメンタイト間隔を微
細化しパテンティング処理後の引張強さを高めるととも
に特に伸線加工硬化率を向上させる有効な元素である
が、０．１％未満では前記作用の効果が少なく、一方
１．０％を越えるとパテンティング処理時のパーライト
変態終了時間が長くなり生産性が低下するため、０．１
〜１．０％の範囲に限定した。

【００１４】Ｎｉはパテンティング処理時に変態生成す
るパーライトを伸線加工性の良好なものにする作用を有
するが、０．１％未満では上記の効果が得られず、１．
０％を越えても添加量に見合うだけの効果が少ないため
これを上限とした。Ｖはパーライトのセメンタイト間隔
を微細化しパテンティング処理後の引張強さを高める効
果があるが、この効果は０．０５％未満では不十分であ
り、一方０．５％を越えると効果が飽和するため０．０
５〜０．５％の範囲に制限した。

【００１５】他の元素は特に限定しないが、Ｐ：０．０
１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎ：０．００７０
％以下が望ましい範囲である。次に、本発明で目的とす
る撚り線加工性および疲労特性を向上させる上で重要な
伸線加工されたパーライト組織のフェライトにおける鋼
線断面内の鋼線表層部と鋼線中心部のＣ濃度の比率（以
下Ｃ濃度比とする）の限定理由について述べる。

【００１６】図１は線径が０．３ｍｍであり、強度を４
１００ＭＰａに調整した極細鋼線において、横断面内の
フェライト中のＣ濃度を測定した一例を示す。同図にお
いて、鋼線Ａは従来の極細鋼線であり、表層部のフェラ
イト中のＣ濃度が高く、中心部が低くなっている。即
ち、Ｃ濃度比が高くなっている。これに対して、鋼線Ｂ
は断面内のＣ濃度分布が鋼線Ａに比べ均一であり、Ｃ濃
度比が低くなっている。鋼線Ｂのような断面内のＣ濃度
比が低い場合は、極細線の強度が高くてもデラミネーシ
ョンが発生しにくく撚り線加工性が良好であり、更に疲
労特性も向上する。

【００１７】図２に線径が０．３ｍｍの極細鋼線におけ
る、Ｃ濃度比とデラミネーションが発生する鋼線の強度
の関係について解析した一例を示す。同図から明らかな
ように、Ｃ濃度比が２を超えるとデラミネーションが発
生する鋼線の強度が著しく低下する。ここで、デラミネ
ーションが発生すると言うことは、撚り線加工時の断線
回数が増加することを意味している。更に、図３は高強
度極細鋼線の疲労強度とＣ濃度比の関係について解析し
た一例である。疲労強度もＣ濃度比が低いほど高く、Ｃ
濃度比が２を越えると著しく低下することが明らかであ
る。鋼種、線径、強度を種々に変化させた極細鋼線につ
いても全く同様の結果が得られることから、Ｃ濃度比を
２以下に制限した。

【００１８】ここで、Ｃ濃度比を２以下にする方法とし
ては、下記のＡ〜Ｈの製造方法が有効であり、それぞれ
単独の場合より組み合わせることが重要である。下記製
造方法の中でも、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｈが特に重要な
技術である。このため、Ｃ濃度比が２以下の極細鋼線を
製造するためには、下記ＨとＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの
内、２種類以上、好ましくは３種類以上の方法を組み合
わせる。

【００１９】Ａ：パテンティング材強度を１３００ＭＰ
ａ以上にする。 Ｂ：アプローチ角度が８〜１２°、ベアリング長さが
０．２〜０．５Ｄ（Ｄ：ダイス径）であるダイスを用い
て伸線加工を行う。 Ｃ：ダイヤモンドダイスを使用する。 Ｄ：伸線による加工発熱を抑える。

【００２０】Ｅ：潤滑能力の高い潤滑剤を使用する。 Ｆ：伸線加工の初期は１ダイス当たりの減面率を２０％
以上にし、最終のダイスでは３〜１０％の減面率にす
る。 Ｇ：伸線加工後、１５０〜５００℃の温度に加熱する。 Ｈ：伸線加工後、張力を付与しながら曲げ加工を行う。

【００２１】なお、フェライト中のＣ濃度比は、アトム
プローブ電界イオン顕微鏡を用いれば、簡単に且つ正確
に測定することができる。本発明において、フェライト
中のＣ濃度Ｘは、アトムプローブ電界イオン顕微鏡によ
る分析から、全検出イオン数をＹ（ｔｏｔａｌ）、Ｃの
検出イオン数をＹ（ｃａｒｂｏｎ）とした時に、下式に
より求める。 Ｘ＝［Ｙ（ｃａｒｂｏｎ）／Ｙ（ｔｏｔａｌ）］×１００ （原子％） Ｃ濃度比は、鋼線表層部のフェライト中のＣ濃度Ｘ（表
層）と、鋼線中心部のフェライト中のＣ濃度Ｘ（中心）
を上記方法により求め、Ｘ（表層）／Ｘ（中心）により
求める。なお、より良い定量精度を得るために、全検出
イオン数Ｙ（ｔｏｔａｌ）は１０，０００個以上にする
ことが好ましい測定条件である。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により本発明の効果をさらに具
体的に説明する。表１に供試材の化学組成を示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】これらの供試材を用いて線径が０．１５〜
０．３７ｍｍのブラスめっきを有する極細鋼線を試作し
た。表２および表３に極細鋼線の製造条件およびＣ濃度
比、撚り線加工時の断線回数、疲労強度等の極細鋼線の
機械的特性を示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】同表において製造条件の記号であるＢ〜Ｈ
は前述した内容である。また、撚り加工性は極細鋼線の
重量１０００ｋｇ当たりの断線回数で評価し、疲労強度
（１０７サイクル）は、回転曲げ疲労試験で評価した結
果である。表２および表３において、試験Ｎｏ．
（２）、（４）、（８）、（１０）、（１２）が本発明
例であり、その他は比較例である。同表に見られるよう
に、本発明例はいずれも高強度極細鋼線の表層部と中心
部のＣ濃度比が２以下となっており、このため高強度で
あるにもかかわらずデラミネーションの発生が無く撚り
線加工時の断線回数が極めて少ない。更に、比較例に比
べ、疲労強度の高い高強度極細鋼線が実現されている。

【００２８】これに対して比較例であるＮｏ．１、３、
５、７、９、１１は、いずれも従来の方法で極細鋼線の
高強度化を図ったものであり、Ｃ濃度比が２を越えてい
るためデラミネーションが発生し、この結果、撚り線加
工時の断線回数が急激に増加している。また、疲労強度
も低くなっている。

【００２９】

【発明の効果】以上の実施例からも明かなごとく、本発
明は高強度極細鋼線のデラミネーションの発生を防止し
撚り線加工性を向上させるとともに疲労強度を向上させ
ることに対して、極細鋼線の表層部と中心部のフェライ
ト中のＣ濃度比を２以下にすることが極めて有効である
ことを見出し、撚り線加工性と疲労特性の優れた高強度
極細鋼線を実現したものであり、産業上の効果は極めて
顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】極細鋼線のフェライト中のＣ濃度について測定
した一例である。

【図２】極細鋼線のＣ濃度比とデラミネーションが発生
する強度の関係について解析した一例である。

【図３】極細鋼線のＣ濃度比と疲労強度の関係について
解析した一例を示す図である。

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） Ｂ２１Ｃ 9/00 Ｂ２１Ｃ 9/00 Ｍ Ｃ２１Ｄ 9/58 １０２ Ｃ２１Ｄ 9/58 １０２ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｙ 38/06 38/06 38/58 38/58 // Ｃ２１Ｄ 9/64 Ｃ２１Ｄ 9/64 (72)発明者 浅野 厳之 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4E096 EA02 EA13 FA08 FA09 FA17 HA12 HA22 HA23 4K043 AA02 AB01 AB05 AB06 AB10 AB15 AB20 AB22 AB25 AB26 AB27 AB28 AB30 CA06 DA01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、 Ｃ ：０．７〜１．１％、 Ｓｉ：０．０５〜２．０％、 Ｍｎ：０．２〜２．０％、 Ａｌ：０．００５％以下、 残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、伸線加工さ
   れたパーライト組織を有し、鋼線表層部と鋼線中心部に
   おけるフェライト中のＣ濃度比（鋼線表層部のフェライ
   ト中のＣ濃度／鋼線中心部のフェライト中のＣ濃度）が
   ２以下である高強度極細鋼線の製造方法であって、下記
   Ｈと、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの２種以上を組み合わせる
   ことを特徴とする高強度極細鋼線の製造方法。ここで、 Ａ：パテンティング材強度を１３００ＭＰａ以上にす
   る、 Ｂ：アプローチ角度が８〜１２°、ベアリング長さが
   ０．２〜０．５Ｄ（Ｄ：ダイス径）であるダイスを用い
   て伸線加工を行う、 Ｃ：ダイヤモンドダイスを使用する、 Ｄ：伸線による加工発熱を抑える、 Ｅ：潤滑能力の高い潤滑剤を使用する、 Ｈ：伸線加工後、張力を付与しながら曲げ加工を行う、 である。
2. 【請求項２】 質量％で、 Ｃｒ：０．１〜１．０％、 Ｎｉ：０．１〜１．０％、 Ｖ ：０．０５〜０．５％ の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求
   項１記載の高強度極細鋼線の製造方法。