JP2627373B2

JP2627373B2 - 高強度極細金属線

Info

Publication number: JP2627373B2
Application number: JP3194753A
Authority: JP
Inventors: 健次兵頭; 一郎長尾
Original assignee: 金井宏之
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1997-07-02
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: US5261974A; JPH059655A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タイヤコード、ベルト
コード等のゴム補強用材、プラスチック補強材、繊維補
強材、電磁波シールド用材、針材、ワイヤソー、精密ば
ね、ワイヤロープ、ミニチュアロープ、釣糸等に使用す
る高強度、高靭性を有する極細金属線に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の極細金属線は複数本を
撚り合わせてコードとして用いられる他、製織された
り、短くカットされたり、また単線でそのまま用いられ
る等用途に応じて種々の態様で使用されている。

【０００３】そして、これらの極細金属線に要求される
性質は、極細径に仕上げられることと、前記利用分野で
の用途に耐え得るに十分な高強度を有すると共に靭性も
備えていること、伸線ならびに撚線加工性に優れている
こと及びコストの安いことである。

【０００４】この極細金属線は、高炭素鋼線が広く用い
られ、通常、熱間圧延材料から途中数回のパテンティン
グ処理を行い、伸線加工ごとに伸線材の靭性が低下する
のを防止しつつ、数次わたる冷間伸線加工によって製造
されている。このため多くの製造工程を必要とし製造コ
ストが高くついていた。また、極細金属線のパテンティ
ングは技術的に困難で熱処理管理が難しく、断線原因等
により伸線における加工度も限られていた。

【０００５】上記冷間伸線加工における真歪は、最高で
も２．３０〜３．５０程度（真歪ε＝２ｌｎＤｏ／Ｄ
ｆ、Ｄｏ＝伸線前線径、Ｄｆ＝仕上り線径）までで、仕
上り極細金属線の強度も引張強さで通常３００ｋｇｆ／
ｍｍ² 以下で、線径は０．１５ｍｍ以上のものが主とし
て用いられている。

【０００６】また、熱処理によって焼入れ、焼戻しした
焼戻しマルテンサイト組織を有する鋼線が知られてい
る。この鋼線は比較的太径の線材であって焼入れのまま
では良好な加工性を得ることができないので、焼戻し処
理して線材の強度を低下させて、加工性を得て伸線加工
等を行おうとする方法であるが高強度の極細金属線を得
ることができないため、前記利用分野ではほとんど利用
されていない。

【０００７】一方、焼入れのままでは硬度、強度に優れ
るが、靭性に劣るため、オイルテンパー処理等を行い、
焼戻しした状態で強度を適当範囲に保ちかつ靭性も備え
た製品として線径１ｍｍ以上の鋼線がオイルテンパー線
として多く使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来、焼入れを行った
線材は脆く、靭性に劣り、また焼入れ、焼戻しを行った
線材は靭性は良くなるが、熱処理管理が難しく、焼戻し
方法のいかんによっては強度が大幅に低下するという問
題もあり、いずれの方法もその後伸線加工を行うには適
していないとされていた。そのため、高炭素鋼線を用い
て、最も加工性がよく高強度で靭性もよい金属細線を得
る方法としては、パテンティング組織の線材を伸線加工
する方法が最良の手段とされてきた。

【０００９】しかしながら、最近は、技術進歩に伴っ
て、このパテンティング処理による伸線加工で得られた
極細金属線では要求される品質に充分対応できなくなっ
てきたため、単に線径をより細くするだけでなく、さら
に高強度で高靭性を保ちながら、かつ伸線加工の優れた
生産性のよい高強度極細金属線が要求されている。

【００１０】本発明は、一定化学成分を有する線材を、
最適に焼入れ、焼戻しを行ない伸線加工した極細金属線
の炭化物を一定に管理することにより、その鋼線の伸線
加工性と極細金属線での強度、靭性を大幅に向上させる
ことを目的としたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来のパ
テンティング処理および焼入れならびに焼入れ焼戻し処
理による金属組織であるパーライト、マルテンサイト、
ソルバイト、焼戻しマルテンサイト等の伸線加工性およ
び伸線加工後の強度、靭性等について鋭意研究を重ね
た。その結果、炭化物が加工性および強度、靭性等に大
きく影響していることを再認識し、特に炭素鋼の細線に
おいて、焼入れ、焼入れ焼戻し処理を精密に行ってその
金属組織における炭化物を一定に保つことにより、従来
のパテンティング処理による極細金属線よりもさらに優
れた高強度極細金属線を得られることを確認し、本発明
をなすに至った。

【００１２】すなわち、本発明に係る高強度極細金属線
は、線径０．０１〜０．５０ｍｍの極細金属線であっ
て、鋼の組織が炭素含有量０．６０〜１．２０重量％で
ある焼入れ焼戻しして得られた焼戻しマルテンサイト組
織であり、鋼線の中心軸に対する垂直断面において、炭
化物が、Ｌ／Ｗ≦２．５、Ｓ≦１５０×１０^-4μｍ² で
ある、ほぼ均一な略矩形状または略楕円形状であり、引
張強さが３００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上である。また、本発
明に係る高強度極細金属線は、鋼線の中心軸に対する垂
直断面において、９０％以上の炭化物が直径８００×１
０^-4μｍ以下の略円形状であり、引張強さが３５０ｋｇ
ｆ／ｍｍ² 以上にすることもある。ところで、上記式
中、Ｌは炭化物の長辺の長さまたは長径を、Ｗは炭化物
の短辺の長さまたは短径を、Ｓ：炭化物の平均断面積を
表す。

【００１３】本発明における炭素含有量は、極細金属線
の伸線加工後において一定の微細繊維状組織を得るた
め、また高強度、高靭性を得るために、０．６０〜１．
２０％の範囲で添加することが必要である。

【００１４】炭素含有量が０．６０％より少ないと、焼
入れで充分なマルテンサイトが得られず強度的に低くな
り、また１．２０％より多くなると、望む微細な繊維状
組織が得られず、強度は得られても靭性に劣り、伸線加
工が困難となる。

【００１５】また、金属組織における炭化物の長辺と短
辺の長さの比、あるいは長径と短径の比を２．５以下と
することは、望む伸線加工性および強度ならびに靭性を
得るために必要である。さらにその断面積が１５０×１
０^-4μｍ² より大であると、高加工度の伸線加工が困難
となり、また強度、靭性面でも不利となる。

【００１６】さらに、鋼線の中心軸に対して垂直な断面
における金属組織中の９０％以上の炭化物が直径８００
×１０^-4μｍ（８００Å）以下の略円形状とすることに
より、伸線加工における減面率を大幅に向上させること
ができ、さらに強力の高い極細金属線を得ることができ
る。

【００１７】

【作用】ところで、焼入れを行った鋼線はマルテンサイ
ト組織であり、冷間加工はほとんど不可能であるが、焼
入焼戻処理した鋼線を冷間加工することは、線径の大き
い鋼線では既に行われたこともあり、強力、耐力が向上
することも知られている。しかし、この鋼線では伸線で
の加工性に劣り、真歪で０．６９程度であり、引張強さ
も２５０ｋｇｆ／ｍｍ² 程度で靭性も高くはなかった。
この原因は、本発明者の考察によれば、その金属組織の
影響であり、炭化物の粗大化およびその大きさのばらつ
き等に起因したものと思われる。

【００１８】また、伸線加工性がよく、高強度の金属細
線を得る最良の手段とされてきたのはパテンティングで
あり、このパテンティングによるパーライト組織はフェ
ライトとセメンタイトの層状組織であることはよく知ら
れている。そして、このセメンタイトが層状であるた
め、伸線加工が良好であると考えられてきた。事実、こ
のためパーライト組織の極細金属線は真歪で３．３程度
の伸線加工が行われている。しかしながら、このセメン
タイトの顕微鏡組織に現れる形態が略平板状であり、そ
の横断面形状が非常に細長い形状であるため、より高加
工度の伸線を行なう場合、そのセメンタイト層同士の干
渉で割れ、折れ等が発生し、加工限界が生じるものと考
えられる。このため、加工度はせいぜい真歪で３．５程
度が限界であり、それ以上になると、伸線途中で断線が
多発し、靱性も急激に低下し、強力を向上するのに限界
となっていた。

【００１９】本発明の高強度極細線金属線では、炭化物
の形状を限定したほぼ均一な略矩形または略楕円の形状
にすることにより、その炭化物同士の干渉をなくし真歪
で４．０〜４．７程度の伸線加工を可能とし、かつ強
度、靱性も大巾に向上させることができた。

【００２０】

【実施例】実施例１以下、本発明の実施例を比較例および従来例とともに説
明する。ここで用いた鋼材は表１に示すとおり、主に炭
素含有量を変化させた通常の硬鋼線材またはピアノ線材
に相当する線材の５種類である。

【００２１】

【表１】

【００２２】これらの線材を用いて、最終伸線前の熱処
理条件、および線径を種々変化させ、最終伸線における
加工度を適宜選択して伸線を行った。そして得られた極
細金属線の中心軸に対して垂直な断面における金属組織
を観察するとともに、その極細金属線の機械的性質を測
定した。これを表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】実験番号１〜１４は全て線径０．１５ｍｍ
〜１．３５ｍｍの種々の細線を最終伸線前に焼入れ、焼
戻しの温度と時間を変化させて熱処理を行って製作した
ものである。また実験番号１５と１６は、従来のパテン
ティング処理を行ったものの例、実験番号１７、１８は
従来のバネ用材料として一般に用いられているオイルテ
ンパー線の熱処理方法を行って製作したものの例であ
る。

【００２５】伸線前の金属組織における焼戻しマルテン
サイト組織とは、前工程で伸線加工等を行った線材をＡ
１変態点以上の温度（本実験では約７５０℃〜８５０℃
前後）で加熱してオーステナイト化し、その後急冷（本
実験では油焼入れまたは水焼入れ）を行い、完全にマル
テンサイト化した後さらにＡ１変態点以下（本実験では
約３００℃〜５５０℃の範囲）で焼戻しを行って得られ
る組織である。

【００２６】パーライト組織（詳しくは微細パーライト
組織であるが）は、この種の線材で広く用いられている
恒温変態処理の一種であるパテンティング処理より得ら
れるもので約９００〜約１０００℃に加熱した後、冷却
媒体として鉛等の溶融金属または溶融塩を用いて、５５
０℃前後で熱浴焼入れして得られるフェライトとセメン
タイトが互いに層状となっている組織である。

【００２７】最終伸線における限界加工度とは、最終伸
線における伸線性の良否結果より判断し、製造上可能と
推定される加工度であって、真歪ε＝２ｌｎＤｏ／Ｄｆ
で表す。

【００２８】伸線後の炭化物形状とは、鋼線の中心軸に
対して垂直な断面の金属組織における炭化物の形であっ
て、その形状は図１、図２の写真に示す如く、ほぼ均一
な略矩形状または略楕円形状のものでだけでなく、曲が
っているものも多い。曲がっている場合、その炭化物の
長さとはそれを引き伸ばして真直な形状とした場合の長
さをその炭化物の長さとした。一方、その中心軸に対し
て平行な断面における金属組織は図３の如くであり繊維
状組織となっている。

【００２９】また、炭化物は塊状であるため、鋼線の中
心軸に対して垂直な断面において、その形はきれいな形
状とはならない。長辺・長径と短辺・短径の区別は、長
い方を長辺の長さまたは長径、短い方を短辺の長さまた
は短径とし、その比が１．５以下程度のものを略円形状
と称し、その長さ（これを直径という）が８００×１０
^-4μｍ以下のものをＡ形状と標記した。占有率とはその
Ａ形状が全体に占める率をいう。図１に示す写真は実験
番号１０の顕微鏡写真であり、白く見える粒状のものが
炭化物である。この写真は倍率２０，０００倍で、腐食
液４％ピクラル液で約１５秒間腐食した電子顕微鏡写真
であり、はっきりと炭化物の形状が確認できる。図２、
図３に示す顕微鏡写真は実験番号１１のそれぞれ中心軸
に対して垂直な断面、平行な断面である。

【００３０】次に、これらの実験における細線の伸線後
の機械的性質として、引張強さ、破断時伸び、絞り、疲
労強度比、結節強力比を求めた。疲労強度比とは、ハン
ター式疲労試験機を用いて２０℃での繰り返し数１０⁷
回の応力を疲労限強度とし、個々のワイヤの疲労限強度
（ｋｇｆ／ｍｍ² ）を求め、引張強さに対する比で表
し、実験Ｎｏ．１５のワイヤの疲労強度比を１００と
し、それに対する指数で標記した。結節強力比（％）
は、結節強力と引張強さの比（％）である。いずれも数
値が大きい方が好適である。尚、特に超極細金属線（実
験番号２、５、８、１１、１４）については、疲労限強
度が測定困難であり、またかなり太い線（実験番号１
７、１８）では、比較が適当でないため、測定値は記載
されていない。

【００３１】表２より以下のことが確認される。パーラ
イト組織を有する線を伸線して得た、実験番号１５、１
６は、線径０．２０ｍｍと０．３２ｍｍで、引張強さ２
８０ｋｇｆ／ｍｍ² 、２９０ｋｇｆ／ｍｍ² 、伸び２．
９％、２．８％、絞り４１％、４６％、疲労寿命１０
０、９７、結節強力比５３．１、５５．０である。

【００３２】従来のばね用材等に確認される焼戻しマル
テンサイト組織を有する線を伸線して得た実験番号１
７、１８は、線径１．７５ｍｍと１．５ｍｍで、引張強
さ１５２ｋｇｆ／ｍｍ² 、１７５ｋｇｆ／ｍｍ² 、伸び
２．３％、２．１％、絞り３５％、３２％、結節強力比
４７．３、４５．１である。

【００３３】これに対して、実験番号３、５、６、７、
８、９、１０、１１、１２、１３、１４においては引張
強さ３１０〜４３０ｋｇｆ／ｍｍ² 、伸び２．７〜３．
０％、絞り４５〜５４％、疲労強度比１０５〜１２０、
結節強力５８．０〜６１．４％となっており、従来例と
比較して優れていることが解る。

【００３４】また、本発明と同様の線径で伸線前に於い
て焼入れ、焼戻しを行った比較例の実験番号１、２、４
のものは引張強さ２３０〜２８５ｋｇｆ／ｍｍ² 、疲労
寿命８０〜１００となっており、本発明に対し劣ってい
ることが判る。これらの原因は、伸線後の金属組織の炭
化物の形状の相違および鋼材の炭素含有量の程度による
ものと考えられる。

【００３５】また、本発明における極細金属線では、最
終伸線における伸線性が優れていることも非常に重要な
ことである。従来より伸線加工を行なう重要な目的は、
細線化することと引張強さを向上させることであるが、
引張強さが大きくなりすぎると伸線途中で断線が多発し
伸線不可能となる。このため、再度熱処理（パテンティ
ング処理等）を行ない、さらに伸線することになる。こ
の場合、伸線性が悪いと加工度を大きくとることができ
ず、何度も熱処理を繰り返さなくてはならず、またダイ
ス枚数も相当多くなる。この線種でのパテンティングは
前述のとおり加熱温度は約１０００℃、鉛温度は約５５
０℃であり、線径が細くなると温度管理が困難で現実に
鉛浴する工程でも断線が多発し易く、通常直径が０．６
ｍｍ以下の線ではパテンティング処理はほとんど不可能
である。

【００３６】これに対し、伸線性が本発明のように良好
であると加工度を大きくとることができ、パテンティン
グ回数を減らせることができるうえ高強力の細線でも伸
線が可能となるので、著しく製造コストを低減すること
ができる。さらに、実験番号７、８、９、１１、１３、
１４のものは、炭化物形状が略円形状のものでＡ形状の
ものが多く含まれているものであって、その引張強さは
３５０〜４３０ｋｇｆ／ｍｍ² となり、さらに優れた性
質を有する高強度極細金属線であることが解る。

【００３７】実施例２次に、実験番号６の本発明の高強度極細金属線をタイヤ
コードとして用いた実施例を示す。実験番号における最
終伸線前に、その表面に０．８μのブラスメッキをして
同様に伸線を行ない仕上げた。この素線を５本撚り合わ
せて１×５×０．２０のタイヤコードを作った。このタ
イヤコードの機械的性質は表３に示す通りであった。比
較として従来の１×５×０．２０のタイヤコードを比較
すると、明らかに引張強さ、耐疲労性において優れてい
る。またこのタイヤコードをタイヤのベルト部やカーカ
ス部等に使用してもタイヤの軽量化、長寿命化、乗心地
性の改善に大きく寄与することは容易に考えられる。

【００３８】

【表３】

【００３９】実施例３精密部品、電子部品、各種半導体またはダイヤモンドダ
イス等の切削、溝切りまたは研磨加工等に採用されるワ
イヤソーとして、本発明の高強度極細金属線を用いても
有効である。表面にブラスメッキを施した実験番号１１
の線を用いてシリコンウエハを切断した実施例を説明す
る。図４に示す如く、下方より供給された砥粒が混合さ
れた冷媒液２中に被加工物３を浸漬し、シリコン単結晶
の切断位置にワイヤ１を押圧しつつ高速を移動させるこ
とによって、該被加工物を切断した。尚、図中４、５は
プーリーである。

【００４０】その結果を従来のピアノ線、ステンレス線
と比較すると、加工速度および精度の向上、加工ロスの
減少を図ることができた。本発明による高強度極細金属
線は伸線加工性がよいため、伸線後の線くせがよく、断
線が少なく、かつより極細で強度、靱性に優れているた
めと思われる。

【００４１】実施例４従来魚釣り用釣糸として用いられる金属線としてはピア
ノ線、ステンレス鋼線、タングステン線等がある。この
ような釣糸の基本的な特性としては、水切り抵抗が小さ
く、海水や河川での水中劣化が小さく、しなやかさ等が
要求される。しかし、従来の金属線のものは、特に釣糸
同士を結んだり、あるいは釣針に釣糸を結び付ける際の
結節強力比が低く、断線し易いという問題と釣糸に衝撃
力が作用した場合、カーリング特性に劣るという問題が
ある。本発明の高強度極細金属線を用いた釣糸は、これ
らに対して優れた特性を有する。

【００４２】実験番号８の金属線７本束ねこれを撚り合
わせて撚線とし、さらにその上に厚さ８μｍ程度の合成
樹脂を被覆して釣糸を作った。比較のため従来のピアノ
線よりなる同様の釣糸を作り、両者を比較調査した。撚
線強力では本発明の方が高く、また結節強力比では約１
割り程度向上した。さらにキンク、カールの発生も大巾
に減少した。

【００４３】尚、本発明は、上記実施例に限らずベルト
コード、ホースワイヤ、ビードワイヤ等のゴム補強材、
プラスチック補強材、繊維補強材、電磁波シールド用
材、針材、ばね用材、ワイヤロープ、ミニチュアロープ
の他金網、医療用極細チューブ、織布、中空材、電気通
信ケーブル、光ファイバーケーブル、スキー板補強材、
メガネフレーム、各種電極線等にも採用することができ
る。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明は、従来では得ら
れなかった高強度、高靱性でかつ耐疲労性に優れた品質
をもつ高強度極細金属線である。このため、その用途も
広く利用価値も大きい。さらに伸線性が良好なため加工
度を大きくとることができ、途中の熱処理工程や伸線加
工におけるダイス個数を削減することも可能で、その効
果は著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である高強度極細金属線の中
心軸に対して垂直な断面における金属組織を示す倍率２
０，０００倍の電子顕微鏡写真である。

【図２】本発明の他の実施例である高強度極細金属線
の中心軸に対して垂直な断面における金属組織を示す倍
率２０，０００倍の電子顕微鏡写真である。

【図３】図２の中心軸に平行な断面における金属組織
を示す倍率２０，０００倍の電子顕微鏡写真である。

【図４】本発明の高強度極細金属線を使用したワイヤ
ソーを示した説明図である。

【符号の説明】

１ワイヤ２冷媒液３被加工物４，５プーリー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】線径０．０１〜０．５０ｍｍの極細金属
線であって、鋼の組織が炭素含有量０．６０〜１．２０
重量％である鋼線を焼入れ、焼戻しして得られる焼戻し
マルテンサイト組織であり、鋼線の中心軸に対する垂直
断面において、炭化物が、Ｌ／Ｗ≦２．５、Ｓ≦１５０
×１０^-4μｍ² である、ほぼ均一な略矩形状または略楕
円形状であり（上記式中、Ｌ：炭化物の長辺の長さまた
は長径、Ｗ：炭化物の短辺の長さまたは短径、Ｓ：炭化
物の平均断面積を表す）、引張強さが３００ｋｇｆ／ｍ
ｍ² 以上である高強度極細金属線。
【請求項２】鋼線の中心軸に対する垂直断面におい
て、９０％以上の炭化物が直径８００×１０^-4μｍ以下
の略円形状であり、引張強さが３５０ｋｇｆ／ｍｍ² 以
上である請求項１記載の高強度極細金属線。