JP2007077555A

JP2007077555A - 高強度ワイヤロープ

Info

Publication number: JP2007077555A
Application number: JP2005270908A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kodama; 勝児玉; Takafumi Ueki; 啓文植木; Itsuki Sawada; 一城澤田
Original assignee: Shinko Wire Co Ltd
Current assignee: Kobelco Wire Co Ltd
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】低いよりべり値を有して、細く軽量で、高い破断荷重を持つ高強度ワイヤロープを提供する。
【解決手段】炭素含有量が１．０１〜１．２０重量％である過共析鋼にクロムを０．１〜０．３重量％添加した高炭素鋼線材を鉛パテンチングで引張強度１４５０〜１６００Ｎ／ｍｍ²、絞り値２０〜４０％とし、ダイスボックス出口の線温を１５０℃以下のダイス伸線加工によりその直径を細径とされるとともに、矯正ローラに巻き付け、引張強度２３５０〜３０００Ｎ／ｍｍ²でかつ捻回値２０〜５０回を有する素線をストランドに使用した。
【選択図】図１

Description

本発明は、高強度ワイヤロープ用素線からなる高強度ワイヤロープに関するものである。

この種のクレーンで代表される荷役機械における高強度ワイヤロープは、荷物の吊り上げ吊り下し要素として重要な位置を占め、設備の負荷の軽減のため細くて軽量でかつ高い破断荷重が要求されている。このような荷役機械用ワイヤロープには、ＪＩＳＧ３５２５（ワイヤロープ：１９９８）で規定される６×Ｆｉ（２５）、あるいは６×Ｆｉ（２９）の構造のものや、ロープ心入りのＩＷＲＣ６×Ｆｉ（２９）やＩＷＲＣ６×ＷＳ（３１）、ＩＷＲＣ６×ＷＳ（３６）、ＩＷＲＣ６×ＷＳ（４１）の構造ものが使用されている。
高い破断荷重を得るために、高炭素鋼線材の加工度を上げた引張強度の高いワイヤロープの素線を使用し、さらによりべり値を小さくするためにロープ心と側ストランドの間にエラストマーなどを充填している（例えば、特許文献１参照。）。

個々の素線の破断荷重の合計（素線の集合破断荷重）と、実際のワイヤロープの破断荷重との差の比率であるよりべり値は、ＪＩＳＧ３５２５（１９９８）付属書２に次の式（１）のような関係式が、よりべり値として規定されている。個々の素線の破断荷重が高く、かつよりべり値が小さければ、ワイヤロープの破断荷重が高くなる。
Ｆｂ＝（１００−κ）×Ｆａ／１００・・・・・・（１）
Ｆｂ：ロープ破断荷重（ｋＮ）、κ：よりべり値、
Ｆａ：個々の素線の集合破断荷重（ｋＮ）
特開平５−１７１５８０号公報（第２頁、第１図）

従来、高い破断荷重の高強度ワイヤロープを得るために、そのワイヤロープの素線の集合破断荷重を高くなるように高炭素鋼線材の加工度をあげた引張強度の高いワイヤロープの素線を使用する技術では、炭素含有量が０．９５％以上で減面率（加工度）が高くなると、伸線が困難となって断線したり、伸線が可能であったとしても出来上がった素線の靭性が低く、ロープに撚った後のよりべり値が高くなる。したがって、靭性が低い素線では、その素線の引張強度が高くても、ロープは高い破断荷重が出ないことにもなる。
しかし、よりべり値を小さくするためにエラストマーを充填すれば、余分な費用が発生する。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決できるようにした高炭素含有量であって伸線加工度を高くして、引張強度を高く、靭性に優れ、素線同志の接触によって生じる圧痕に対する感受性が低く、余分な費用が発生するエラストマーを充填することなく、クレーンで代表される荷役機械における細くて軽い高強度ワイヤロープを提供することを目的とする。

本発明における高強度ワイヤロープの課題解決のための具体的手段は、次の通りである。
炭素含有量が１．０１〜１．２０重量％である過共析鋼にクロムを０．１〜０．３重量％添加した高炭素鋼線材を鉛パテンチングで引張強度１４５０〜１６００Ｎ／ｍｍ²、絞り値２０〜４０％とし、ダイスボックス出口の線温を１５０℃以下のダイス伸線加工によりその直径を細径とされるとともに、矯正ローラに巻き付け、引張強度２３５０〜３０００Ｎ／ｍｍ²でかつ捻回値２０〜５０回を有する素線をストランドに使用したことを特徴とする。

また、前記素線の矯正ローラへの合計巻き付け角度が８００〜１５００°であることが好ましい。
そして、本発明における高強度ワイヤロープのよりべり値が２０％以下であることを特徴とする。

引張強度が高く、靭性に優れたワイヤロープ用素線を使用した本発明のワイヤロープは、素線同志の接触によって生じる圧痕に対する感受性が低く、よりべり値が低く、クレーンで代表される荷役機械等に最適な、細くて軽い高強度ワイヤロープとなる。

本発明の実施の形態を図面及び表に基づいて比較例とともに説明する。表１には、本発明に用いた高強度ワイヤロープ用素線の管理ポイントなどを示している。

直径５．５ｍｍ高炭素鋼線材を、表１に従い鉛パテンチングを行い、略３分の１の直径
１．９ｍｍに引抜ダイスで伸線加工した。なお、ダイスで直径を略３分の１に伸線加工するに際して、ダイスボックス出口の線温を１５０℃以下、伸線後に合計巻付け角度が８００〜１５００°になるような矯正ローラヘの巻き付けを行っている。
表２は、素線実施例と、素線比較例１〜３との組成（重量％）を示している。素線実施例は、炭素（Ｃ）含有量が１．０１〜１．２０重量％の過共析鋼にクロム（Ｃｒ）を０．１〜０．３重量％添加したもので、素線比較例１〜２は、炭素（Ｃ）含有量が１．０１未満であり、クロム（Ｃｒ）は添加されていない。素線比較例３は、炭素（Ｃ）含有量が１．２０重量％を越えている。

なお、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）以外のシリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、イオウ（Ｓ）の含有量は、ＪＩＳＧ３５０６（硬鋼線材）のＳＷＲＨ５２〜８２に該当したものである。

そして、素線実施例と、素線比較例１〜３における鉛パテンチングの熱処理後の引張強度と引張破断後の直径の減少率である絞り値、引抜ダイスで伸線加工した直径１．９ｍｍの引張強度と、ねじり試験におけるねじり破断時の捻回値（最小ねじり回数：ＪＩＳＧ３５２５）を表３に示す。

素線比較例３は、鉛パテンチング中に破断しパテンチング及び次工程の伸線加工ができなかったために、パテンチング後の引張強度と絞り値、伸線加工後の引張強度と捻回値は表示していない。炭素（Ｃ）含有量が１．０１重量％未満で、クロム（Ｃｒ）を含有しない素線比較例１、２は、鉛パテンチングの引張強度が１４５０Ｎ／ｍｍ²未満で、ダイスで直径を略３分の１の１．９ｍｍに伸線加工した引張強度が２３５０Ｎ／ｍｍ²未満である。
本発明に係る高強度ワイヤロープ素線は、炭素（Ｃ）含有量が１．０１〜１．２０重量％の過共析鋼にクロム（Ｃｒ）を０．１〜０．３重量％添加した線材を用いる。

炭素（Ｃ）は素線強度を確保するために１．０１重量％以上は必要とするが、１．２０重量％を越えると靭性の低下が著しく、通常のパテンチングや伸線加工は困難となるので、上記の範囲とする。クロム（Ｃｒ）は０．１重量％を下回ると必要とする引張強度が得られず、０．３重量％を上回ると通常の加工は困難になるという不都合を生じるので上記の範囲とした。
次に、図１に示すロープ心が入ったウォーリントンシール形ワイヤロープＩＷＲＣ６ＸＷＳ（３６）をロープ実施例１、ロープ比較例１−１、１−２の３種類を製作し、表４に示すように、各々を比較して示している。

ロープ実施例１では、炭素含有量は１．０５重量％の過共析鋼にクロム（Ｃｒ）を０．２１重量％添加された高強度ワイヤロープ用素線、すなわち、前記素線実施例に該当するものを用いて製造したものである
ロープ比較例１−１、１−２では、炭素含有量が０．８２重量％の共析鋼でクロムは添加されていない素線、すなわち前記素線比較例２に該当するものを用いて作成されたものである。なお、前記素線比較例１は素線比較例２よりも引張強度が低く、Ｂ種ロープの製造に不向きで、素線比較例１によるロープ比較例は製造せず、したがって素線比較例３と同様に表４中に表示していない。

ロープ実施例１、ロープ比較例１−１、１−２のロープ径、破断荷重、単位重量などの測定もＪＩＳＧ３５２５（１９９８）に則している。またロープの測定した実際径が公称径の許容差を満足しているので、その公称径を記載している。なお、表４には、ＪＩＳＧ３５２５（ワイヤロープ：１９９８）の付表８より公称径２８ｍｍ、３５．５ｍｍの規格（破断荷重Ｂ種）を併せて表示している。

図１中の１は、ロープ心、２は、側ストランドで、それらの間にはエラストマーなどの充填はない。もちろん、通常のロープ用グリースが素線に塗布されていても良い。
ロープ実施例１並びにロープ比較例１−１のロープ公称径は２８ｍｍ、ロープ比較例１−２は３５．５ｍｍで、いずれもＪＩＳＧ３５２５（１９９８）の破断荷重Ｂ種を満足するＢ種ワイヤロープである。
ロープ実施例１の高強度ワイヤロープ用素線は、前述のように、表１の鉛パテンチングや伸線加工の各管理ポイントに合格し、側ストランド２の高強度ワイヤロープ用素線は線径１．６８ｍｍにおいて、引張強度が２５５０Ｎ／ｍｍ²である。なお、比較例１−１の側ストランド２の素線は線径１．６８ｍｍにおいて、その引張強度は１７１０Ｎ／ｍｍ²である。したがって、ロープ実施例１の素線は、引張強度がＢ種（１７７０Ｎ／ｍｍ²級：ＪＩＳＧ３５２５（１９９８）表２）の略１４４％と従来を大きく上回っており、比較例１−１、１−２の素線強度はＢ種に適合している。

ロープ実施例１のワイヤロープのよりべり値は１６．５％で、ＪＩＳＧ３５２５（１９９８）に示された２５％（付属書２表１）より格段に低く良好である。
ロープ実施例１、ロープ比較例１−１、ロープ比較例１−２のワイヤロープの引張疲労試験結果を図２に示す。図２の●印はロープ実施例１、△印はロープ比較例１−１、▲印はロープ比較例１−２で、◇、◆、□、■の各印は、△や▲印と同様に前記素線比較例１や２に該当するものを用いて作成された各種のロープ径のロープ比較例である。
本発明のロープ実施例１のワイヤロープの疲労限と、ロープ比較例１−１、１−２並びにその他のロープ比較例のワイヤロープの疲労限との間には、図２のように差はみられず、ロープ実施例１のワイヤロープの引張疲労限に対する性能はロープ比較例と同等の性能を示している。ロープ実施例１は、高強度でありながら十分な引張疲労限を有している。

本発明のロープ実施例１では、図１に示すようなロープ心１の素線と側ストランド２の素線における接触する素線（δ１とδ２：図１）や側ストランド１の接触する素線（δ３とδ４：図１）に生じる圧痕に対する感受性が低く、よりべり値が１６．５％と低く、高い破断強度を有して優れた疲労限を有する高強度のワイヤロープである。
ロープ心１及び側ストランド２の素線はともに、前記表１の鉛パテンチングの管理ポイントに入っている靭性に優れた捻回値の大きいものである。
このロープ実施例１のワイヤロープの破断強度は、表４に示すように、公称径２８ｍｍより４サイズ太い公称径３５．５ｍｍの破断荷重を有している。単位重量は、公称径２８ｍｍの規定を有しているので、公称径３５．５ｍｍのものより３７．８％軽量のものといえる。

図３に示すロープ心１が入ったフィラー形ワイヤロープＩＷＲＣ６ＸＦｉ（２９）をロープ実施例２、ロープ比較例２−１、２−２の３種類製作し、表４に示すように、各々を比較して示している。あわせて、ＪＩＳＧ３５２５（１９９８）の付表８より公称径２８ｍｍ、３５．５ｍｍの規格（破断荷重Ｂ種）を表示している。なお、ロープ実施例２、ロープ比較例２−１、２−２のロープ径、破断荷重、単位重量などの測定もＪＩＳＧ３５２５（１９９８）に則している。
ロープ実施例２の炭素含有量などはロープ実施例１と同様で、ロープ比較例２−１、２−２の炭素含有量などもロープ比較例１−１、１−２と同様である。

ロープ実施例２、ロープ比較例２−１並びにロープ比較例２−２のロープ公称径もロープ実施例１、ロープ比較例１−１並びにロープ比較例１−２と同様にＪＩＳＧ３５２５（１９９８）の規格を満足するＢ種ワイヤロープである。
ロープ実施例２の素線は、表１の鉛パテンチングや伸線加工の各管理ポイントに合格し、側ストランド２の外層素線径１．６８ｍｍにおける引張強度が２５５０Ｎ／ｍｍ²であり、その強度レベルはＢ種（１７７０Ｎ／ｍｍ²級：ＪＩＳＧ３５２５（１９９８）表２）の略１４４％と規格Ｂ種の強度を大きく上回っている。なお、ロープ比較例２−１の外層素線径１．６８ｍｍにおける引張強度は１７１０Ｎ／ｍｍ²でロープ比較例１−１と同様である。

ロープ実施例２のよりべり値は１６．９％で、ＪＩＳＧ３５２５（１９９８）に示された２５％（付属書２表１）より格段に低く良好である。
次に、ロープ実施例２、ロープ比較例２−１、ロープ比較例２−２の曲げ疲労試験結果を図４に示す。試験条件は、安全率を７、シーブ径とロープ径の比を１６として、Ｓ字曲げ試験を行った。図４の●印はロープ実施例２、△印はロープ比較例２−１、□印はロープ比較例２−２で、◇印は、同様に前記素線比較例１に該当するものを用いて作成されたその他のロープ径のロープ比較例である。

本発明のロープ実施例２の繰り返し曲げ回数による１ピッチあたりの素線断線数と、ロープ比較例２−１、２−２並びにその他のロープ比較例の素線断線数とに差はみられず、ロープ実施例２の曲げ疲労に対する性能はロープ比較例と同等の性能を示している。
本発明のロープ実施例２は、ロープ実施例１と同様にロープ心１の素線と側ストランド２の素線や側ストランドの素線同志の各接触部に生じる圧痕に対する感受性が低く、よりべり値が低く、高い破断強度を有して優れた曲げ疲労特性を有する高強度のワイヤロープである。

このロープ実施例２のワイヤロープの破断強度は、表４に示すように、公称径２８ｍｍより４サイズ太い公称径３５．５ｍｍの破断荷重を有している。単位重量は、公称径２８ｍｍの規定を有しているので、公称径３５．５ｍｍのものより３７．８％軽量のものである。
次に、図５に示すワイヤロープ６Ｘ３７をロープ実施例３、ロープ比較例３−１、３−２の３種類製作し、表４に示すように、各々を比較して示している。あわせて、ＪＩＳＧ３５２５（１９９８）の付表４、付属書２表１より公称径２６ｍｍ、３２ｍｍの規格（破断荷重Ａ種）を表示している。なお、ロープ実施例３、ロープ比較例３−１、３−２のロープ公称径、破断荷重、単位重量などの測定もＪＩＳＧ３５２５（１９９８）に則している。

ロープ実施例３の炭素含有量などはロープ実施例１、２と同様で、ロープ比較例３−１、３−２の炭素含有量などもロープ比較例１−１、１−２、２−１、２−２と同様である。
ロープ実施例３並びにロープ比較例３−１のロープ公称径は２６ｍｍ、ロープ比較例３−２のロープ公称径は３２ｍｍで、いずれも同様にＪＩＳＧ３５２５（１９９８）の規格を満足するワイヤロープである。
ロープ実施例３の素線は、表１の鉛パテンチングや伸線加工の各管理ポイントに合格し、側ストランド２の外層素線径１．２８ｍｍにおける引張強度が２６１０Ｎ／ｍｍ²であ
り、その強度レベルはＡ種（１６２０Ｎ／ｍｍ²級：ＪＩＳＧ３５２５（１９９８）表２）の略１６１％と従来を大きく上回っている。なお、ロープ比較例３−１の外層素線径１．２８ｍｍにおける引張強度は１６５０Ｎ／ｍｍ²である。

ロープ実施例３のよりべり値は１６．５％で、ＪＩＳＧ３５２５（１９９８）に示された１７％（付属書２表１）と同様で良好である。なお、ロープ比較例３−１のよりべり値は１７．５％である。
ロープ実施例３の可撓度は１０１１、ロープ比較例３−１の可撓度は１０４９で同等であって、ロープ実施例３の柔軟性についても比較品と同等である。なお、可撓度は、ワイヤロープと等径の丸鋼棒の曲げ剛性と、ワイヤロープの曲げ剛性との比であって、可撓度の数値が大きいほど曲げやすいロープである。

本発明のロープ実施例３は、図５に示すような側ストランド２の素線の内、接触する素線（δ５、δ６）に生じる圧痕に対する感受性が低く、よりべり値が低く、高い破断強度を有して優れた可撓度を有する高強度のワイヤロープである。
このロープ実施例３のワイヤロープの破断強度は、表４に示すように、公称径２６ｍｍより３サイズ太い公称径３２ｍｍの破断荷重を有している。単位重量は、公称径２６ｍｍの規定を有しているので、公称径３２ｍｍのものより３４％軽量のものといえる。
なお、本発明の高強度ワイヤロープは前記実施形態に限定されるものではなく、ロープ構成およびロープサイズ構成を変更して、ロープ心の有無をはじめシール形、ウォーリントン形等で区分されているＪＩＳ規格に定められている全てのロープ構成およびロープサイズ（ＪＩＳＧ３５２５（１９９８）表１および付表１〜１０）あるいはより細いサイズやより太いサイズに適用することもできる。

本発明の高強度ワイヤロープＩＷＲＣ６ＸＷＳ（３６）の断面図である。高強度ワイヤロープの引張疲労試験結果である。本発明の高強度ワイヤロープＩＷＲＣ６ＸＦｉ（２９）の断面図である。高強度ワイヤロープの曲げ疲労試験結果である。本発明の高強度ワイヤロープ６Ｘ３７の断面図である。

符号の説明

１ロープ心
２側ストランド
δ１ロープ心の素線
δ２〜δ６側ストランド外層の素線

Claims

炭素含有量が１．０１〜１．２０重量％である過共析鋼にクロムを０．１〜０．３重量％添加した高炭素鋼線材を鉛パテンチングで引張強度１４５０〜１６００Ｎ／ｍｍ²、絞り値２０〜４０％とし、ダイスボックス出口の線温を１５０℃以下のダイス伸線加工によりその直径を細径とされるとともに、矯正ローラに巻き付け、引張強度２３５０〜３０００Ｎ／ｍｍ²でかつ捻回値２０〜５０回を有する素線をストランドに使用したことを特徴とする高強度ワイヤロープ。
前記素線の矯正ローラへの合計巻き付け角度が８００〜１５００°であることを特徴とする請求項１記載の高強度ワイヤロープ。
よりべり値が２０％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高強度ワイヤロープ。