JP2006328540A

JP2006328540A - 超硬合金および引抜きダイス

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Publication number: JP2006328540A
Application number: JP2006147078A
Authority: JP
Inventors: Hakan Engstrom; エングストロームホーカン; Louis Minarro I Bruguera; ミナーロイブルゲラルイス; Gerhard Vasco I Salas; バスコイサラスジェラルド
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2006-12-07
Also published as: IL175918A; KR20060122788A; EP1726672B1; PL1726673T3; JP2006328539A; SE529013C2; PL1726672T3; RU2006118197A; BRPI0601939A; ES2304777T3; KR20060122787A; IL175919A0; KR101373965B1; EP1726672A1; PL379790A1; DE602006001033T2; DE602006001033D1; BRPI0601937A; US7641710B2; EP1726673B1

Abstract

【課題】耐摩耗性および強度を更に高めつつ良好な靭性を維持した、冷間成形および引抜き用、特にタイヤコード引抜き用の工具を提供する。
【解決手段】ＷＣと、Ｃｏバインダ相と、１wt％以下の粒成長抑制剤としてのＶおよび／またはＣｒとを含むスチールタイヤコード引抜きダイス用超微細超硬合金であって、
Ｃｏ含有量が５〜１０wt％であり、ビッカース硬さがＨＶ３０＞２１５０−５２×wt％Ｃｏであることを特徴とする超硬合金。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷間成形および引抜き、特にスチールタイヤコードの冷間引抜き用の工具に関する。

スチールタイヤコードの製造に用いる引抜きダイスの性能は、ダイスに用いる超硬合金の硬さ増加により向上する。

通常、太径の線材には、１０wt％Ｃｏまたは６wt％Ｃｏでビッカース硬さがそれぞれＨＶ１６００またはＨＶ１７５０のグレードのダイスを用いて乾式引抜きを行う。１．５〜２ｍｍを最終径０．１５〜０．３ｍｍに湿式引抜くには、硬さがＨＶ１９００〜２０００でＣｏ含有量が５wt％以下、多くの場合Ｃｏ含有量が約３wt％のグレードの引抜きダイスを用いて行う。

１９８０年代に、サンドビックはわずか３wt％Ｃｏの超微粒のグレードをタイヤコードの引抜きに導入した。しかし後に、低強度で脆く早期破損を生ずるため用いられなくなった。

欧州プロジェクト「ワイヤマン」では、タイヤコードの引抜き条件を研究した（A.M.Massai et al.「Scientific and technological progress in the field of tire cord drawing」にて報告）。粒径０．３〜１μｍ、バインダ０．３〜５wt％Ｃｏの新しいグレードの超硬合金を試験した。バインダ含有量を少なくし、ＷＣ粒径を小さくすると硬さ増加が得られた。公表されている結果によれば、高硬さが得られた以外は、期待した良好な性能を十分に満たすものではなかった。結論として「摩耗試験の結果から、硬さだけでダイス摩耗のメカニズムが決まるわけではないということが分かった」と述べている。

アメリカ合衆国特許６，４６４，７４８によると、超硬合金の硬さ以外に、腐食が耐摩耗性の大きな要因である。通常、Ｃｏバインダ含有量が増加すると腐食し易くなるので、上記特許にはバインダ含有量を少なくしてコバルトにニッケルおよびクロムを添加することで耐食性を高めることが開示されている。これは前記のワイヤマンプロジェクトと同様の対処である。

アメリカ合衆国特許５，９４８，５２３には、改良した耐摩耗表面層を備えた冷間成形工具が開示されている。これは、適当な組成の硬質金属の焼結後熱処理を、窒化ホウ素含有雰囲気中で行うことにより達成された。化学組成と処理条件を適切に選択して予め焼結により高炭素含有量にした硬質金属に上記の熱処理を施した場合が最も効果的である。

長年に亘って、超硬合金の細粒化を進める開発が続けられてきた。

超硬合金の粒径が超微粒範囲に入ってきたことで、摩耗プロセスについて多くの改良がなされた。

焼結後粒径を半減することにより、粒体積が直径の立方に関係するため、他の摩耗プロセスが無ければ、脱落摩耗（attrition wear）（粒欠落体積）は一桁低減する。

接合破壊はもう一つの危険な脱落摩耗であり、工具とワークとが界面で強く溶接された後に剥離することにより、直下にある炭化物が引張で劈開する。超微粒の硬質金属は、粒径の大きいものよりも破断強度が高いので、この種の破壊の開始を効果的に抑制する。

バインダ相のエロージョン／腐食は線材引抜きにおける摩耗メカニズムの一部であると言われている。超微粒超硬合金の場合、バインダの含有量が増加しても、ＷＣ粒径が小さいためにバインダ膜は薄くなっており、これは一般にバインダ不在伝播路と呼ばれる。その結果、摩耗粒子による選択エロージョンに対する軟質バインダ相の抵抗性は低下する。ＷＣ粒間の界面にあるバインダの性質は単独のときとは異なるので、バインダが薄くなって耐酸化性や耐食性が向上すると考えることは合理的である。

そこで、硬質金属をサブミクロン領域、更にはナノメータ領域にまで微粒化する主たる狙いは、硬さを高め、耐脱落摩耗性および強度を最大化しつつ、他の諸性質は有用なレベルに維持することである。

コバルト含有量が５wt％以上の超微粒超硬合金を用いると、超微粒超硬合金の優れた強度、硬さ、靭性により、スチールタイヤコードの製造性能が高まることを見出した。

本発明の目的は、耐摩耗性および強度を更に高めつつ良好な靭性を維持した、冷間成形および引抜き用、特にタイヤコード引抜き用の工具を提供することである。

本発明者は、Ｃｏ含有量５〜１０wt％で超微粒ＷＣを含む超硬合金で工具を作製することにより、従来技術の工具よりも優れた性能を有する、冷間成形および引抜き用、特にタイヤコード引抜き用の工具が得られることを見出した。

性能向上を実現する粒径とバインダ含有量の代表的な組み合わせは、Ｃｏ含有量が６wt％、超微粒ＷＣを含み、従来最も汎用されていた３wt％Ｃｏバインダで硬さＨＶ１９２５のものよりも硬さがＨＶ１００〜１５０高い。

タイヤコード引抜き試験で良好な結果を得た超微粒超硬合金のもう一例は、９wt％Ｃｏの超微粒超硬合金で硬さ（ＨＶ３０）を１９００にしたものである。これにより従来の３wt％Ｃｏグレードと同等の硬さレベルが超微粒で達成された。

粒径を小さくし、バインダ含有量を増加し、炭化タングステンを超微粒にしたことにより硬さ（ＨＶ３０）を維持または高めることにより、耐摩耗性が向上する。

本発明は、コバルトバインダ含有量を増加し、ＷＣ粒径を著しく小さくした超硬合金の冷間成形工具の使用に関し、冷間成形および引抜き用、特にタイヤコード引抜き用の耐摩耗性を高めた材料を提供する。

良く知られているように、超硬合金の硬さは、バインダ含有量と炭化タングステン粒径に依存している。一般に粒径またはバインダ含有量が減少すると硬さは増加する。超硬合金の「粒径」の定義および測定における周知の困難を回避し、「超微粒」を特徴付けるために、本発明の超硬合金の特徴付けには、硬さとバインダ量との関係を用いる。

本発明は、Ｃｏ含有量が５〜１０wt％で、硬さ（ＨＶ３０）とＣｏ含有量（wt％Ｃｏ）とが下記の関係にある冷間成形工具を提供する。

すなわち、ＨＶ３０＞２１５０−５２×wt％Ｃｏ、
望ましくはＨＶ３０＞２２００−５２×wt％Ｃｏ、
より望ましくはＨＶ３０＞２２５０−５２×wt％Ｃｏ、
最も望ましくはＨＶ３０＞１９００である。

超硬合金の製造は従来の粉末冶金技術で行い、例えば混練、加圧成形、焼結により行う。

本発明の超硬合金は特にスチールタイヤコードの引抜き用に適しているが、缶類の深絞りのような他の冷間成形および引抜きに用いることもできる。

〔実施例１〕
鋼線（スチールワイヤ）引抜きダイス、内径１．３〜０．２ｍｍのもので、
Ａ．従来品：ＷＣ−３wt％Ｃｏ、サブミクロン粒径、ＶＣ粒成長抑制剤、および
Ｂ．本発明：超微粒超硬合金、ＷＣ−９wt％Ｃｏ、ＶとＣｒの炭化物が粒成長抑制剤
を作製した。

ビッカース硬さＨＶ３０のグレードはそれぞれ１９２５および１９５０である。各ダイスを用いて、タイヤコード用の銅めっき高張力鋼線の引抜きを行い、下記の結果を得た。性能ファクタは製品（ワイヤ）の総引抜き長さを、従来品Ａを基準として示した。結果を表１に示す。

〔実施例２〕
鋼線（スチールワイヤ）引抜きダイス、内径１．３〜０．１７５ｍｍのもので、
Ａ．従来品：実施例１と同じ、および
Ｂ．本発明：超微粒超硬合金、ＷＣ−６wt％Ｃｏ、ＶとＣｒが粒成長抑制剤
を作製した。

ビッカース硬さＨＶ３０のグレードはそれぞれ１９２５および２０５０である。各ダイスを用いて、タイヤコード用の銅めっき高張力鋼線の引抜きを行った。結果を表２に示す。

〔実施例３〕
鋼線（スチールワイヤ）引抜きダイス、内径１．３〜０．３ｍｍのもので、実施例２と同じ組成のものを、タイヤコード用の銅めっき高張力鋼線の引抜きを行った。結果を表３に示す。

以上の結果から分かるように、向上の程度が１５％〜１２０％と大きな差があるが、線材引抜き条件のうち、例えば鋼品質、潤滑、保守など、超硬合金メーカーの関与できない要因によって大きな変動が付加されたものである。したがって、各実施例の結果は、各実施例の試験条件の範囲を超えて比較はできない。

引抜きダイスの断面図であり、Ａは超硬合金ニブ、Ｂは鋼ケーシングである。本発明の超硬合金を村上試薬でエッチングした倍率１００００倍のミクロ組織である。

Claims

ＷＣと、Ｃｏバインダ相と、１wt％以下の粒成長抑制剤としてのＶおよび／またはＣｒとを含むスチールタイヤコード引抜きダイス用超微細超硬合金であって、
Ｃｏ含有量が５〜１０wt％であり、ビッカース硬さがＨＶ３０＞２１５０−５２×wt％Ｃｏであることを特徴とする超硬合金。
請求項１において、ビッカース硬さがＨＶ３０＞２２００−５２×wt％Ｃｏであることを特徴とする超硬合金。
請求項１において、ビッカース硬さがＨＶ３０＞２２５０−５２×wt％Ｃｏであることを特徴とする超硬合金。
請求項１から３までのいずれか１項において、ＨＶ３０＞１９００であることを特徴とする超硬合金。
請求項１から４までのいずれか１項記載の超硬合金の、スチールタイヤコード引き抜きへの使用。
ＷＣと、Ｃｏバインダ相と、１wt％以下の粒成長抑制剤としてのＶおよび／またはＣｒとを含む超微細超硬合金を含む引抜きダイスであって、
Ｃｏ含有量が５〜１０wt％であり、ビッカース硬さがＨＶ３０＞２１５０−５２×wt％Ｃｏであることを特徴とする引抜きダイス。
請求項６において、ビッカース硬さがＨＶ３０＞２２００−５２×wt％Ｃｏであることを特徴とする引抜きダイス。
請求項６において、ビッカース硬さがＨＶ３０＞２２５０−５２×wt％Ｃｏであることを特徴とする引抜きダイス。
請求項６において、ＨＶ３０＞１９００であることを特徴とする引抜きダイス。