JP2683107B2

JP2683107B2 - 鋼線およびその製造方法

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Publication number: JP2683107B2
Application number: JP1158380A
Authority: JP
Inventors: 静夫名取
Original assignee: ブリヂストンメタルファ株式会社
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1997-11-26
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: JPH0327188A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は主にゴム製品の補強に使用される鋼線に関
し、詳しくは耐疲労性の改善された高強力鋼線に関す
る。

（従来の技術）鋼線の耐疲労性を改良する従来技術として、鋼線表面
に圧縮残留応力を付与したもの（特開昭62−77441号公
報）、フェライトパーライト界面の偏析を減少させるた
めに鋼材の組成をAs＋Sb＋Bi＋Se＋Te≦0.010％として
クラック感受性を低下させたもの（特開昭60−145362号
公報）、熱処理条件を制御することにより鋼線の脱炭深
さを小さくして疲労強度を改良したもの（特開昭58−12
0735号公報）などが知られている。

また、「線材製品読本」（昭和49年４月、鉄鋼産業研
究所発行）第14頁には、加熱炉の温度が不的正であると
材料の過酸化、脱炭、結晶粒の粗大化などのために線材
品質が低下し、また在炉時間も長すぎると過酸化、脱炭
などの欠陥を生じ、逆に短すぎると材料の不均一加熱と
なり圧延時に割を生じることがあると記載されている。
更に、炉内の雰囲気も材料の過酸化、脱炭などに大きく
影響するので、炉内圧空気比率などを十分に調整する必
要があると記載されている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、耐疲労性を悪化させる元素を従来技術に従い
低減させた鋼線材は、通常の製造法によっては製造する
ことができないために高価となり、工業的に利用できな
いという欠点がある。また、鋼線表面に圧縮残留応力を
付与する際、ショットブラストを適用すると表面被覆し
た鋼線では表面被膜に傷を生じるおそれがある。

一方、鋼線を細線化する場合には、伸線加工性を良好
にするためにパテンティング処理を行うが、前述の従来
技術に従い加熱温度、加熱時間、加熱雰囲気などを十分
に調整しても尚脱炭を生ずることがあった。すなわち、
従来鋼線を高強度とするには鋼材の炭素含有量を増加さ
せたり、伸線加工度を高くする方法が一般的であり、高
い伸線加工度を有する鋼線材とするにはパテンティング
処理条件の最適化が必要である。しかし、この場合に、
脱炭抑制を損なうことがあった。

また、直径0.4mm以下の鋼線においては、脱炭深さを
測定することが困難であり、定性的に脱炭状態を観察し
ており、どの程度の脱炭量であれば耐疲労性に悪影響を
及ぼさなくなるのかは不明であった。

そこで本発明の目的は、鋼線の脱炭量と耐疲労性との
関係を明らかにし、優れた耐疲労性を有する高強力鋼線
を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、耐疲労性と強度を改善した鋼線を開発
すべく鋭意検討した結果、鋼線の組成（C,Si,Mn,P,S,F
e）を所定の割合とした直径0.4mm以下の鋼線において、
鋼線の全体積（100％）の炭素含有量と鋼線の体積き10
％を占める鋼線表層部の炭素含有量との差を0.10重量％
以下とすることにより、優れた耐疲労性と強度を有する
鋼線が得られることを見い出し、本発明を完成するに至
った。

すなわち本発明は、鋼線の組成が重量％でC:0.65〜1.
00、Si:0.10〜0.35、Mn:0.30〜0.60、P:0.030以下、S:
0.030以下で、残部が自質的にFeである直径が0.4mm以下
の鋼線において、鋼線全体の炭素含有量と鋼線の体積の
10％を占める鋼線表層部の炭素含有量との差が0.10重量
％以下であることを特徴とする鋼線に関するものであ
る。

脱炭を抑制して鋼線全体と表層部との炭素含有量の差
を0.10重量％以下とするには、鋼線をパテンティング処
理するにあたり、予め鋼線を温水で洗浄し、次いで融点
100℃以上で水（20℃）への溶解度が5g/以上である有
機化合物の水溶液槽中に鋼線を通過させて加熱処理する
か、あるいはパテンティング処理における加熱炉の条
件、例えば加熱炉の雰囲気を還元性、弱酸化性もしくは
不活性雰囲気にすることにより達成することができる。

上述の鋼線表層部の脱炭の抑制について更に具体的に
説明する。

先ず、パテンティング処理前に予め温水などで鋼線表
面を洗浄することにより、表面付着物による加熱時の過
大なスケール発生を抑制したり、鋼線の不均一熱処理の
弊害を取り除く。

次いで、融点が100℃以上で水（20℃）に対する溶解
度が5g/以上である有機化合物、例えばシュウ酸、酒
石酸、グルコール、グルコン酸、スクシンアミド酸、ロ
イコン酸、アコニット酸、アジピン酸、アスコルビン
酸、レゾルシン、イソバレルアミド、イソブチルアミ
ド、エチルマロン酸、エチレン尿素、オキシピリジン、
カテコール等の水溶液槽中に鋼線を通過させて加熱処理
を施す。上述の融点は分解を伴うものであってもよい。

尚、ここで融点を100℃以上に限定したのは、かかる
融点だと鋼線表面に低温で適切な量でかつ緻密なスケー
ルが生成し、パテンティング処理における加熱工程での
脱炭を抑制することができるからである。また、20℃の
温度での水に対する溶解度を5g/以上としたのは、鋼
線上に有機化合物を微量付着させるには有機化合物の水
溶液中に鋼線を通過させる方法が経済的であり、有機化
合物水溶液の濃度が2g/以上であれば加熱時のスケー
ルに対し効果があるが、有機物の析出によるパイプの詰
まりなどの不具合点を排除するために5g/以上とし
た。

本発明においては、直径0.4mm以下の鋼線の表層部の
炭素含有量を鋼線全体の炭素含有量との差で0.10重量％
以下とすることによって鋼線の製造における断線を防止
し耐疲労性を向上させることに重要な特徴があるので、
鋼線表層部の炭素含有量の低下を抑制する方法、例えば
ステルモア処理された鋼線材を使用することによりパテ
ンティング処理回数を減らして加熱での脱炭を抑制する
方法とか、パテンティング処理において鋼線の酸化によ
る脱炭を抑制するために不活性ガス雰囲気中または還元
性雰囲気中で加熱する方法を採用してもよい。

（作用）本発明において鋼線の組成を限定したのは次のような
理由による。先ず、鋼線の強度が250kg/mm²以上となる
ようにするためには炭素含有量が0.65重量％以上である
ことを要し、一方鋼線直径を0.4mm以下に伸線加工する
ことが工業的に困難（延性低下による断線の増加）とな
らないようにするために1.00重量％以下とする。次にケ
イ素含有量を0.10〜0.35重量％としたのは、脱酸を十分
に行うには0.10重量％以上必要であり、一方0.35重量％
を超えると延性が低下するためである。マンガン含有量
を0.30〜0.60重量％としたのは、パーライトの微細化に
は0.30重量％以上必要であり、一方0.60重量％を超える
と靭性、延性が低下するからである。リン含有量および
硫黄含有量を共に0.030重量％以下としたのは、いずれ
もこれを超えると延性の低下を来すからである。

また、本発明において鋼線の直径を0.4mm以下とした
のは、伸線加工度を高めて強度の改善をはかり、かつ定
歪での屈曲疲労性を改善するために曲げ剛性を小さくす
るためである。

更に、表層部の脱炭量を特定化するにあたり鋼線の全
体積の10％を表層部とした理由は、鋼線の脱炭している
部分はかかる表層部に含まれるからである。また、表層
部の脱炭量は鋼線表層を無機酸により溶解するかまたは
電解研磨により除去した試料について求めた炭素含有量
と、表層を除去していない鋼線試料について求めた炭素
含有量とから算出することから、測定精度上、鋼線体積
の10％の除去する必要がある。例えば、直径0.2mmの鋼
線の10％を占める表層部は鋼線表面から５μｍ程度の厚
さの部分であり、鋼線表面の凹凸などを考えるとこの程
度を表層部とすることが望ましいといえる。

次に、本発明では上述のようにして決定した10％を占
める表層部の炭素含有量と鋼線全体積の炭素含有量との
差を0.10重量％以下としたのは、0.10重量％を超えると
耐疲労性が悪化するからである。

（実施例）次に、本発明を実施例により具体的に説明する。

従来例1,2、比較例１〜３、実施例１〜８鋼線の製造方法は、パテンティング処理工程の前段階
に温水による鋼線表面の清浄化工程と、有機化合物水溶
液を満たした槽中に鋼線を通過させることにより鋼線表
面に有機化合物を付着させる工程とを設けている他は、
従来から行われている方法と同様の方法により各種鋼線
を製造した。本発明の鋼線の製造方法と従来の鋼線の製
造方法との違いを第１図に示す。

尚、比較のため、従来法による鋼線および本発明の条
件を逸脱した鋼線も各種製造した。

各種鋼線の評価は次のようにして行った。

鋼線表層部の炭素含有量測定法メッキを施した鋼線は、まずメッキを酸または電解研
磨により除去した。次いで、５規定の硝酸で鋼線の体積
の約８％までを溶解し、流水のもとでスポンジたわしに
より鋼線表面のスマットを除去した。しかる後、酢酸と
クロム酸との混酸のもとで電解研磨により２％を溶解
し、鋼線の体積の10％である表層部を溶解した鋼線を水
洗し、エタノール洗浄後、乾燥した。

上述の処理の下、鋼線表層部の炭素含有量を次式によ
り求めた。

鋼線表層部の炭素含有量（重量％）＝〔（鋼線の炭素含有量）（重量％） −（表層部を除去した鋼線の炭素含有量）（重量％）×0.9〕×10 疲労限度測定法回転曲げ疲労試験機を用い、温度25℃、相対湿度65％
の雰囲気下、回転速度5000回／分で延べ回転数20万回に
おいて試料が10本とも破断しない最大応力を疲労限度と
し、次式によりその値を求めた。

d:鋼線の直径（mm） R:回転曲げ疲労試験において試料が10本とも破断しない
曲げ曲率半径（mm）であり、鋼線の曲げ中立軸から曲げ
中心までの距離とした。

測定結果を下記の第１表に示す。

従来例３、実施例９組成が重量％でC;0.82、Si;0.20、Mn;0.50、P;0.01
5、S;0.006、Cu;0.02で、残部が主としてFeであるステ
ルモア処理された5.5mm直径の線材を酸洗し、次いでボ
ラックスを付着させ、ステアリン酸ナトリウムを主成分
とする潤滑剤のもとで乾式伸線により1.50mm直径になる
まで伸線した。次いで、50℃の温水を満たした槽を３槽
配置した清浄化工程に鋼線を通過させ、引き続きシュウ
酸を6g/の割合で含む水溶液を満たした槽に上記鋼線
を通過させ、表面にシュウ酸を付着させて最終パテンテ
ィングの加熱炉に導き、1050℃にて加熱処理した。しか
る後、650℃に冷却し、パテンティング処理を行い、塩
酸水溶液により酸洗をして亜鉛メッキと銅メッキとを施
し、その後熱拡散によりブラスメッキとし、湿式伸線に
より直径0.20mmのブラスメッキ鋼線とした。

従来例として、上記において清浄化とシュウ酸付着と
を行わない以外は上記処理と同様の処理を行ってブラス
メッキ鋼線を製造した。

得られた鋼線の引張り強度および疲労限度は下記の第
２表に示す通りである。

上記第２表より、本発明の鋼線は回転曲げ疲労限度が
約30％改善されていることが分かる。

（発明の効果）以上説明してきたように、従来の鋼線の製造工程に清
浄化工程と有機化合物を付着させる工程とを追加するこ
とによりパテンティング処理時の脱炭を著しく減らし得
た本発明の鋼線は、強度を損なうことなしに大幅の耐疲
労性の改善が図られている。

従って、本発明の鋼線はワイヤロープ、ホースワイ
ヤ、ベルト補強コード、タイヤ補強コードなどの耐疲労
性改善のために使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の鋼線の製造例と本発明の鋼線の製造例
との比較を示す工程図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼線の組成が重量％でC:0.65〜1.00、Si:
0.10〜0.35、Mn:0.30〜0.60、P:0.030以下、S:0.030以
下で、残部が実質的にFeである直径が0.4mm以下の鋼線
において、鋼線全体の炭素含有量と鋼線の体積の10％を占める鋼線
表層部の炭素含有量との差が0.10重量％以下であること
を特徴とする鋼線。
【請求項２】請求項１記載の鋼線を製造するにあたり乾式伸線後に鋼線を温水で洗浄し、次いで融点100℃以
上で水（20℃）への溶解度が5g/以上である有機化合
物の水溶液槽中に該鋼線を通過させた後にパテンティン
グ処理し、しかる後湿式伸線により線径0.4mm以下に伸
線することを特徴とする鋼線の製造方法。