JP2011067829A - ブラスめっき鋼線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最終伸線工程での加工時における鋼線と工具との間の潤滑性を向上することで、得られる鋼線の品質を向上するとともに、加工に要する仕事量の低減により加工電力の低減についても図ることができるブラスめっき鋼線の製造方法を提供する。
【解決手段】湿式伸線によるブラスめっき鋼線の製造方法である。鋼線に対しブラスめっきを施した後、伸線前に、ブラスめっきが施された鋼線表面を湯洗し、次いで、湯洗された鋼線表面に、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウムを主成分とする潤滑被膜を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明はブラスめっき鋼線の製造方法（以下、単に「製造方法」とも称する）に関し、詳しくは、伸線工程を含むブラスめっき高炭素鋼線の製造方法に関する。

一般に、スチールコード素線の最終伸線工程では、中間材料としての、パテンティング処理後にブラスめっきが施された硬鋼線の伸線を、湿式潤滑剤中で行っている。この伸線時に、鋼線と工具との間の摩擦を低減することにより、摩擦による発熱を抑制でき、得られる線材の品質を向上させることができる。また、伸線加工時の仕事量も低減することから、加工電力の低減および温暖化ガスの排出低減にもつながるため、最終伸線工程での潤滑を確保することは重要である。

従来は、最終伸線工程での潤滑については、湿式潤滑剤がその役目を全て負っていた。しかし、湿式潤滑剤は、潤滑に有効な成分が液中に懸濁状態で分散しているものであるので、液状態のバランスが崩れると、液中に分散している有効成分が液中に分散されなくなって沈殿や凝固が起こる。そのため、潤滑性能が劣化し易く、液の管理に多大な工数がかかるという問題があった。

これに対し、本発明者は、特許文献１において、最終伸線工程で潤滑を確保するための、湿式潤滑剤の性能向上以外の新たな手段として、線材表面に樹脂被膜等の潤滑成分を塗布して、最終伸線での摩擦を低減することを提案している。また、例えば、特許文献２には、伸線前の線材表面に水に分散したアミノ酸系化合物を塗布、乾燥してアミノ酸系化合物の皮膜を形成した後、伸線加工を行う、ばね用ステンレス鋼線の製造方法が開示されている。

特願２００８−１８９２８７（特許請求の範囲等） 特開平６−１９８３７２号公報（特許請求の範囲等）

上述のように、最終伸線工程における鋼線と工具との間の潤滑を湿式潤滑剤のみにより得ようとする場合、潤滑剤液の管理などの点に問題が存在する。また、特許文献２に記載されている技術では、ゴム物品補強用スチールワイヤの製造工程に適用した場合に、ゴムとの接着性の面で十分な効果が得られるとは言えないことから、伸線加工時における鋼線と工具との間の潤滑を得るための、新たな技術の確立が望まれていた。

そこで本発明の目的は、上記課題を解消して、最終伸線工程での加工時における鋼線と工具との間の潤滑性を向上することで、得られる鋼線の品質を向上するとともに、加工に要する仕事量の低減により加工電力の低減についても図ることができるブラスめっき鋼線の製造方法を提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、伸線前に、鋼線表面に所定の潤滑成分を塗布することにより、上記問題を解消することが可能となることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、湿式伸線によるブラスめっき鋼線の製造方法において、
鋼線に対しブラスめっきを施した後、伸線前に、該ブラスめっきが施された鋼線表面を湯洗し、次いで、該湯洗された鋼線表面に、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウムを主成分とする潤滑被膜を形成することを特徴とするものである。

本発明のブラスめっき鋼線の製造方法においては、前記潤滑被膜が、前記ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウムに加え、炭素数１２〜２６の飽和脂肪酸と亜鉛、カルシウム、バリウム、リチウム、アルミニウムおよびマグネシウムからなる金属群から選ばれた少なくとも１種との塩と、融点が７０℃以上である天然ワックスおよび合成ワックスのうちのいずれか一方または双方と、を含むことが好ましい。また、前記湯洗後の鋼線表面における酸化物量は、好適には３０ｍｇ／ｍ^２以上１５０ｍｇ／ｍ^２以下とする。

さらに、前記湯洗後の鋼線表面に対する前記潤滑被膜の付着量は、好適には０．１ｇ／ｍ^２以上２ｇ／ｍ^２以下であり、前記湿式伸線における湿式潤滑剤としては、反応型湿式潤滑剤を用いることが好ましい。さらにまた、前記湿式伸線において用いる先頭ダイスの減面率は、好適には１０〜２５％とする。

本発明によれば、上記構成としたことで、最終伸線工程での加工時における鋼線と工具との間の潤滑性を向上して、得られる鋼線の品質を向上するとともに、加工に要する仕事量の低減により加工電力の低減についても図ることができるブラスめっき鋼線の製造方法を実現することが可能となった。

鋼線の湿式伸線工程を示す概略説明図である。

以下、本発明を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に、本発明に係る鋼線の湿式伸線工程の概略説明図を示す。本発明は、かかる湿式伸線を用いたブラスめっき鋼線の製造方法の改良に係るものである。

図示するスリップ型湿式伸線機においては、機体１内に、ダイス群２および一対の多段駆動キャプスタン４が設けられている。鋼線Ｗが供給装置（図示せず）から機体１内に供給されると、鋼線Ｗはダイス群２の各ダイス３から順に引き抜かれて、段階的に縮径され、その後、最終ダイス５から引き抜かれることにより、所望の仕上げ線径の鋼線となって、スプール（図示せず）に巻き取られる。最終ダイス５からの鋼線Ｗの引き抜きおよびスプールへの巻き取りにあたり、最終ダイス５とスプールとの間にはキャプスタン７が設けられており、キャプスタン７は回転駆動される。なお、図中、ダイス３（ダイス群２）および多段駆動キャプスタン４は、湿式潤滑剤液中に浸漬されている。

また、機体１において、最終ダイス５は仕切り壁６に設けられており、この最終ダイス５は潤滑液除去治具としても機能して、鋼線Ｗに付着した湿式潤滑剤液を除去している。これにより、鋼線Ｗが最終ダイス５を通って湿式潤滑剤液中から大気中に引き上げられる際に、湿式潤滑剤液が液切りされる。最終ダイス５により、湿式潤滑剤液が鋼線表面に残留することを防止して、鋼線とゴムとの接着安定性の低下を防止している。大気中に出た鋼線は、キャプスタン７を経てスプールに巻取られる。

本発明においては、鋼線に対しＣｕめっきおよびＺｎめっきを施した後、熱拡散を行い、ブラスめっきを形成し、その後、最終伸線工程において上記湿式伸線を行うに先立って、このめっきが施された鋼線表面に所定の前処理を行う点が重要である。具体的には、ブラスめっきが施された鋼線表面に対し、まず、下地処理として湯洗を施し、次いで、ケイ酸ナトリウムおよびケイ酸カリウムを主成分とする潤滑成分を塗布することで、潤滑被膜を形成する。ブラスめっき鋼線表面に、かかる潤滑被膜を設けることで、その後の伸線加工時において、鋼線と工具との間の潤滑性を向上して、摩擦を低減させる効果を得ることができる。これにより、最終的に得られるブラスめっき鋼線の品質を向上することができ、また、鋼線に対するダイスの抗力が低下するために、加工に要する電力も低減することができ、結果として製造コストの削減にも寄与することができる。

最終伸線工程においては、最初の数パスは特に抵抗が大きいため、本発明に係る潤滑被膜が有効となる。ここで、通常、最終伸線工程では、鋼線を、数十個のダイスにより細かく加工する。したがって、鋼線表面に施された潤滑被膜は伸線に従い薄くなり、途中パスで潤滑成分が不足してしまうが、本発明においては、潤滑被膜成分が鋼線表面からなくなった後は、湿式潤滑剤液が潤滑の役目を引き継ぐことになる。本発明において、鋼線表面の下地処理として湯洗を行うのは、鋼線表面に形成される潤滑被膜成分主体の潤滑から湿式潤滑剤液に、潤滑の役目を引き継ぐ際に、円滑にその機能を受け渡すことができるようにするためである。これは、以下のような理由による。

湿式潤滑剤液の潤滑機能は、湿式潤滑剤液中に懸濁している潤滑有効成分が、鋼線と工具との界面に巻き込まれることで発揮される。この際、鋼線と工具との界面に潤滑有効成分が巻き込まれるためには、潤滑有効成分が鋼線と濡れなじむことが重要である。潤滑有効成分が鋼線と濡れなじむためには、鋼線表面に微量で存在する酸化亜鉛の存在が重要であるため、鋼線表面に施した潤滑被膜がなくなった後に湿式潤滑剤液中の潤滑有効成分がワイヤと濡れなじむようにするためには、潤滑被膜を施す前処理として、ブラスめっき鋼線表面に形成されている酸化層を侵さない、ＰＨ６〜ＰＨ８の範囲の液体としての湯による下地処理を行うことが有効なのである。よって、本発明に係る下地処理は、表面の酸化層を侵さないものであれば、湯による洗浄には限定されず、エタノール、メタノール、アセトン等の有機溶剤を用いて行ってもよい。

下地処理としての湯洗に用いる湯の温度としては、鋼線表面の油脂分を落とすためには高いほどよく、例えば、６０〜９０℃の湯により行うことができる。なお、表面に油脂分の少ない、清浄度の高い鋼線については、上記下地処理を行わなくてもよい。また、表面に酸化層が少ない鋼線については、加熱等により酸化を進める処理を施すことが好ましく、これにより、好適には、湯洗後の鋼線表面における酸化物量を、３０ｍｇ／ｍ^２以上１５０ｍｇ／ｍ^２以下とする。酸化物量が少なすぎると、湿式潤滑剤液中の潤滑有効成分が鋼線と濡れなじみにくく、鋼線表面の潤滑被膜成分がなくなった後に、鋼線と工具との間の摩擦が上昇して、ダイス寿命や鋼線品質に問題が生ずるおそれがある。一方、酸化物量が多すぎると、ワイヤ表面から酸化物が剥離しやすくなるため好ましくない。

本発明において鋼線表面に形成する潤滑被膜としては、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウムを主成分とすることが必要であるが、好適には、炭素数１２〜２６の飽和脂肪酸と亜鉛、カルシウム、バリウム、リチウム、アルミニウムおよびマグネシウムからなる金属群から選ばれる少なくとも１種との塩と、融点が７０℃以上である天然ワックスおよび合成ワックスのうちのいずれか一方または双方と、を含むものとする。特にはさらに、硫酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩およびタングステン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも１種を含んでいてもよい。

上記硫酸塩等としては、例えば、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、ホウ酸カリウム（四ホウ酸カリウム等）、ホウ酸ナトリウム（四ホウ酸ナトリウム）、ホウ酸アンモニウム（四ホウ酸アンモニウム等）、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウムなどが挙げられ、これらは単独で用いても、２種以上組み合わせて用いてもよい。また、上記飽和脂肪酸の金属塩としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸マグネシウムを好適に使用することができる。さらに、ワックスとしては、例えば、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタムワックス、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、モンタンワックス、カルナウバワックス等を挙げることができる。本発明に係る潤滑被膜における、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウムの含有比率は、固形分重量比率で５０％以上であることが必要であり、好適には８０〜９８％である。また、本発明に係る潤滑被膜における、かかるケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウム、並びに、所望に応じ用いる上記硫酸塩等の総量と、飽和脂肪酸の金属塩と、ワックスとの比率としては、固形分重量比率で、好適には１：０．６〜１０：０．０６〜６であり、より好適には１：１．０〜５：０．０７〜２である。

本発明において、鋼線表面への潤滑被膜の形成は、例えば、潤滑被膜成分を、適宜界面活性剤等の分散剤を用いて水に溶解、分散して水溶液を調製し、これを浸漬やスプレー、流し掛け等により鋼線表面に塗布、乾燥することにより行うことができる。この場合の乾燥は、例えば、６０〜１５０℃で１０〜６０分にて行うか、または、常温で放置することにより行ってもよい。また、潤滑被膜は、鋼線表面を少なくとも覆うように形成することが必要であるが、好適には、鋼線表面に対する潤滑被膜の付着量を、０．１ｇ／ｍ^２以上２ｇ／ｍ^２以下とする。この付着量が少なすぎると、伸線時における鋼線と工具との間の潤滑を十分に得ることができないおそれがあり、一方、多すぎると、１パス目で脱落するおそれがあり、また、余分な潤滑被膜成分が多くなるため好ましくない。

本発明で、湿式伸線において使用する湿式潤滑剤としては、その他の成分については、通常の湿式潤滑剤と同様のものを用いることができ、特に制限されるものではない。特には、油性剤、極圧添加剤および界面活性剤等の通常の湿式潤滑剤成分に加えて、銅および亜鉛を含有することが好ましい。好適には、脂肪酸、リン酸、アミン、リン酸エステル、界面活性剤、防錆剤、防腐剤を含んだ反応型湿式潤滑剤を用いる。

さらに、本発明においては、上記潤滑被膜との組み合わせにおいて、湿式伸線において用いる先頭ダイスの減面率を１０〜２５％とすることが好ましい。先頭ダイスの減面率が１０％未満であると、工具との接触面圧が高まり、鋼線表面に損傷を与えるおそれがあるため好ましくなく、一方、２５％を超えると、引抜き力が高まり、カップコーンの断線につながるため好ましくない。

本発明のブラスめっき鋼線の製造方法においては、伸線前に鋼線表面に上記潤滑被膜を形成することのみが重要であり、それ以外の点については常法に従い適宜選定、実施することができ、特に制限されるものではない。また、本発明の製造方法が適用される鋼線の線径や材質等についても、特に制限されるものではなく、公知のものであればいずれも使用可能である。特には、本発明は、炭素含有量０．７質量％以上の高炭素鋼線に好適に適用される。

以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
鋼線として直径約１．８６ｍｍの８０Ｃ鋼を用い、これにブラスめっきを施した後、下記の表中に示す条件にて下地処理、および、潤滑被膜の形成を行った。その後、伸線速度を、最終段を除く各段の伸線パスの平均スリップ速度を５〜８０ｍ／ｍｉｎに設定して、伸線加工を施すことにより、直径約０．３４ｍｍ、強度３．４ＧＰａの供試鋼線をそれぞれ得た。また、先頭ダイスの減面率は１０％とした。得られた各供試鋼線につき、伸線時のダイス引抜力、電力消費量、ワイヤ品質（接着性）につき、下記に従い評価を行った。また、各供試鋼線の評価結果につき、伸線時のダイス引抜力指数が８０以下でかつ電力消費指数が８５以下であるものを○、伸線時のダイス引抜力指数が８０以下でかつ電力消費指数が８５を超え９５以下であるものを△、電力消費指数が９５を超えるものを×として、総合的に判定を行った。その結果を、下記の表中に併せて示す。

＜ダイス引抜力＞
伸線機にセンサーを設置して、全２１個のダイスのうち、伸線工程の最上流部のダイスから３個目のダイスまでのダイス引抜力を測定した。これらの平均値を求め、得られた結果を、比較例１を１００とする指数にて示した。数値が小なるほど結果が良好である。

＜電力消費量＞
伸線工程における消費電力を測定し、得られた結果を、比較例１を１００とする指数にて示した。数値が小なるほど結果が良好である。

＜ワイヤ品質（接着性）＞
各供試鋼線をゴムで被覆し、これを１６０℃×７分間〜１５分間の条件で加硫して得られたゴム被覆鋼線につき、ゴムから鋼線を剥離し、その後の各鋼線におけるゴム付着率を目視判定して、ゴム付レベルを０〜１００％で評価した。その結果を、比較例１を１００として、指数値で表示した。数値が大きいほど接着性に優れていることを示す。

＊１）下地処理後の鋼線表面における酸化物量を示す。
＊２）ＮａＯＨ １％溶液
＊３）リン酸６０％溶液

上記表中に示すように、伸線に先立って、鋼線表面に本発明に従う潤滑被膜を形成した実施例においては、電力消費の低減を図りつつ、高品質の鋼線が得られることが明らかである。なお、ワイヤ表面の潤滑被膜および酸化物層は、多数のダイスを経ることにより脱落するため、最終ダイスを出た後の線肌成分分布には、いずれの水準にも大きな差はなく、よって、ゴムとの接着性に顕著な差は発生しなかった。

１ 機体
２ ダイス群
３ ダイス
４ 多段駆動キャプスタン
５ 最終ダイス
６ 仕切り壁
７ キャプスタン

Claims (6)

1. 湿式伸線によるブラスめっき鋼線の製造方法において、
   鋼線に対しブラスめっきを施した後、伸線前に、該ブラスめっきが施された鋼線表面を湯洗し、次いで、該湯洗された鋼線表面に、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウムを主成分とする潤滑被膜を形成することを特徴とするブラスめっき鋼線の製造方法。
2. 前記潤滑被膜が、前記ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウムに加え、炭素数１２〜２６の飽和脂肪酸と亜鉛、カルシウム、バリウム、リチウム、アルミニウムおよびマグネシウムからなる金属群から選ばれる少なくとも１種との塩と、融点が７０℃以上である天然ワックスおよび合成ワックスのうちのいずれか一方または双方と、を含む請求項１記載のブラスめっき鋼線の製造方法。
3. 前記湯洗後の鋼線表面における酸化物量を、３０ｍｇ／ｍ^２以上１５０ｍｇ／ｍ^２以下とする請求項１または２記載のブラスめっき鋼線の製造方法。
4. 前記湯洗後の鋼線表面に対する前記潤滑被膜の付着量が、０．１ｇ／ｍ^２以上２ｇ／ｍ^２以下である請求項１〜３のうちいずれか一項記載のブラスめっき鋼線の製造方法。
5. 前記湿式伸線における湿式潤滑剤として、反応型湿式潤滑剤を用いる請求項１〜４のうちいずれか一項記載のブラスめっき鋼線の製造方法。
6. 前記湿式伸線において用いる先頭ダイスの減面率を１０〜２５％とする請求項１〜５のうちいずれか一項記載のブラスめっき鋼線の製造方法。

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