JP3844267B2 - 鋼線の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム物品の補強材等に用いられる、延性に優れた高強度鋼線およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スチールラジアルタイヤ、高圧ホース等のゴム物品の補強に用いられる鋼線は、０．７０から０．９０重量％程度の炭素を含む高炭素鋼材を所定の中間線径まで伸線して熱処理と黄銅めっき処理とを施して高炭素鋼線材とし、さらに、この高炭素鋼線材を最終線径まで伸線することにより製造されている。この鋼線をゴム物品の補強に用いる場合には、単線、あるいは撚合わせてスチールコードを形成したものを未加硫ゴム中に埋設し、これを加熱してゴムの加硫及び鋼線とゴムとの接着が行われる。
【０００３】
近年、省エネ、省資源に対する要請の高まりを背景として、より高強度な鋼線の発現が望まれている。上記のような製造方法により高強度な鋼線を製造するためには、鋼線材に施す伸線加工量を増加する必要がある。ところが、伸線加工量を増加すると鋼線の延性が低下し、製造中の断線あるいは使用時の耐久性の低下等の問題が生じ易くなる。そして、可能な伸線加工量、すなわち達成可能な強度に対しては、特に表層部の延性低下が支配的要因となることがある。これは、鋼線の内部よりも表層部に伸線加工による歪みが集中し易く、内部よりも表層部の方が先に強加工に堪えなくなるためである。さらに、ダイスとの摩擦による発熱による時効硬化や潤滑不良も加わって、表層部の延性低下を助長する。そこで、このような延性の低下の問題を解決すべく、伸線技術についての改良が行われている。
【０００４】
伸線技術の改良手段のひとつとして、伸線中の発熱を抑制し、時効硬化による鋼線の延性低下を抑制する技術がある。例えば、特開平８−２４９３８号公報には、最終ダイスの摩擦係数を規制しつつ減面率を２〜１１％としたスキンパス伸線を施すことにより最終ダイスにおける発熱を抑制し、破壊に到るまでに与えることのできる一方向捻り変形量が大きい高強度鋼線の製造方法が開示されている。
【０００５】
また、特開平８−２１８２８２号公報には、一方向捻り後、逆方向捻りを与える捻回−トルク試験でのトルクの低下率が７％以内の範囲にある高強度鋼線が開示されており、その製造方法として、▲１▼ダイスのベアリング長さを短めにして引き抜き抵抗を下げ、▲２▼最終引き抜きにはダブルダイスを用いてスキンパス伸線とし、▲３▼伸線下流の数枚のダイスとして焼結ダイヤモンドニブのものを用いて引き抜き力を低減し、▲４▼潤滑液温度を低く保持する伸線方法が開示されている。
【０００６】
しかしながら、上記のような伸線方法により時効硬化による延性低下の少ない鋼線を製造しても、表層部の歪み集中については本質的に改善されるものではなく、減面率を過小にした場合、表層部の歪み集中についてはかえって悪化する場合もある。このため、伸線加工直後の鋼線の延性は改善されるものの、撚線等の加工を加えたとき、あるいはゴム中に埋設後の加熱により時効硬化が進行したときの延性の低下がかえって大きくなる場合がある。
【０００７】
また、従来、鋼線の延性の試験方法として、鋼線が破断するまでに加えることのできる一方向の捻り量である破断捻回値の大小で評価する方法、あるいは、破断捻回値の大小と破断面の形態とを考慮して延性の優劣を判断する方法等が採用されていた。また、特開平８−２１８２８２号公報に開示されている発明においては、一方向に所定回数捻った後、逆方向に捻り返して鋼線が破断するまでの捻回−トルク曲線により延性の優劣を判定する方法が採用されている。
【０００８】
しかしながら、上記のような従来の試験において良好な特性を示す鋼線は、試験に供した時点での延性は良好であるものの、鋼線に撚線等の加工を加えた後、あるいはさらに加熱により時効硬化した後の延性が良好であるとは限らず、これを補強材として使用したゴム物品の耐久性の向上が保証されるものではないという問題がある。
【０００９】
また、ゴム物品補強用のスチールコードを製造するときに鋼線に施される加工は、鋼線に与えられる最小曲率半径にして鋼線直径の約１０倍から１５０倍程度の範囲であるが、この中でも、特に下記に例示するようなスチールコードの製造においては、最小曲率半径が素線直径の１０倍から６０倍程度の厳しい形付けとなる。このため、従来の鋼線を素線として用いた場合、形付けに伴う延性の低下が特に著しく、ゴム中での加熱による延性低下も大きいという問題点がある。
（１）素線の形付けを大きくしたいわゆるオープン構造のコード
（２）多角形の螺旋形付けあるいは波形付けを予めを施した素線を撚り合わせてなるコード
（３）波形付けした素線をコアとした層撚り構造のコード
【００１０】
一方、高強度化に伴う延性の低下を抑制するための別の手段として、伸線加工によって導入される加工歪みの分布の均一化を図り、加工歪みが最大となる表層部の延性低下を抑制する技術が開示されている。例えば、特開平７−３０５２８５号公報には、▲１▼伸線加工歪みε（ε＝２・１ｎ（ｄ_ｏ／ｄ）、ｄ_ｏ＝伸線加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）、ｄ＝ダイス通過後の鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｎ＝自然対数）が０．７５未満の伸線加工で用いるダイスの減面率を（２２．６７ε＋３）％から２９％の範囲に、▲２▼εが０．７５以上２．２５以下の伸線加工で用いるダイスの減面率を２０％から２９％の範囲に、▲３▼εが２．２５をこえる伸線加工で用いるダイスの減面率を（−６．２２ε＋４３）％から（−５．５６ε＋３２．５）％の範囲に調整して伸線することを特徴とする鋼線の製造方法が開示されている。
【００１１】
このような製造方法によれば、表層部の実質的な加工歪みは抑制されるが、伸線加工中の発熱による時効硬化の抑制効果は不十分であり、伸線速度を増加すると、伸線加工時あるいは撚線加工時に断線が生じ易くなり、経済的な生産が困難であるという問題点がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点をふまえ、撚線加工時においても断線し難い優れた延性を持ち、かつ撚線等の加工を加えても、あるいはさらに加熱により時効硬化しても延性の低下が少ない高強度鋼線と、それを経済的に製造する方法とを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは種々実験、検討の結果、前記課題を解決するためには、▲１▼鋼線の表層部の実質的な歪みを、特定の繰返し捻り試験値に基づき評価、規定すること、および▲２▼これを経済的に製造するためには、伸線加工によって導入される加工歪みの分布の均一化を図りつつも、最終ダイスの減面率を適性範囲とすることが極めて重要であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
即ち、本発明は下記の通りであり、請求項１から６に係る発明は、優れた延性を持ち、かつ撚線等の加工を加えても、あるいはさらに加熱により時効硬化しても延性の低下が少ない鋼線を経済的に製造する方法に関するものである。
【００１５】
請求項１に係る発明は、０．７０から０．９０重量％の炭素を含有する高炭素鋼線材に熱処理と伸線加工を施して得られる直径が０．１０から０．４０ｍｍの鋼線であり、引っ張り強さＴＳ（Ｎ／ｍｍ²）が次式、
ＴＳ≧２２５０−１４５０ ｌｏｇ Ｄ （１）
（式中、Ｄは鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｏｇは常用対数を示す）で表される関係を満足し、
かつ、軸線が直線となるように保持した鋼線に、鋼線の直径の１００倍の長さ当たり３回に相当する量の捻りを加えてから元の状態に捻り戻すことを繰り返したときに、鋼線にクラックが発生するまで加えた捻り及び捻り戻しの総量である繰返し捻り試験値ＲＴ（回／１００Ｄ）が、次式、
ｌｏｇ ＲＴ≧２−０．００１｛ＴＳ−（２２５０−１４５０ｌｏｇ Ｄ）｝（２）
で表される関係を満足する鋼線を製造するにあたり、熱処理を施した高炭素鋼線材に、伸線加工歪みεを次式、
ε＝２・ｌｎ（ｄ_o／ｄ） （４）
（式中、ｄ_oは伸線加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）、ｄはダイス通過後の鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｎは自然対数を示す）で表したときに、１）εが０．７５未満の伸線加工で用いるダイスの減面率を（２２．６７ε＋３）％から２９％に、２）εが０．７５以上２．２５以下の伸線加工で用いるダイスの減面率を２０％から２９％に、３）εが２．２５をこえる伸線加工で用いる最終ダイス以外のダイスの減面率を（−５．５６ε＋３２．５）％から（−６．２２ε＋４３）％に調整して湿式伸線加工を施し、４）最終ダイスの減面率を４％から（−８．３ε＋４０．６）％とし、５）最終ダイスにおけるεを３．０から４．３とすることを特徴とする鋼線の製造方法である。
【００１６】
請求項２に係る発明は、上記鋼線の製造方法において、引っ張り強さが次式、
ＴＳ≧２７５０−１４５０ ｌｏｇＤ （３）
（式中、ＴＳ、Ｄおよびｌｏｇは前記のものと同じものを示す）で表される関係を満足するものである。
【００１７】
請求項３に係る発明は、表層部への加工歪みの集中が少ない鋼線の製造方法であり、上記鋼線の製造方法において、鋼線の繰返し捻り試験値ＲＴが、体積の１０％に当たる表層部を除去したときの同鋼線の繰返し捻り試験値ＲＴの６０％以上の値を有するものである。
【００１８】
請求項４に係る発明は、特にゴム物品の補強材として好適に使用される鋼線の製造方法であり、上記鋼線の製造方法において、最小曲率半径が鋼線の直径の１０倍から６０倍となるように形付けしてゴム中に埋設され、加熱により加硫した後にゴム中から取り出された上記鋼線の、一方向の捻りを破断するまで加えたときの捻り量（破断捻回値）が、２０回／１００Ｄ以上であるものである。
【００２０】
請求項５に係る発明は、超高強度鋼線を経済的に製造することを可能にする鋼線の製造方法であり、上記鋼線の製造方法において、最終ダイスにおけるεを３．５から４．２とするものである。
【００２１】
請求項６に係る発明は、上記鋼線の製造方法をさらに効果的にする発明であり、上記鋼線の製造方法において、最終ダイスでの伸線加工を施した後に張力を加えながら曲げ加工を施すものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明において採用する上記繰返し捻り試験を具体的に説明する。この試験は、軸線が直線となるように保持した鋼線に、鋼線の直径の１００倍の長さ当たり３回に相当する量の捻りを繰り返し与え、鋼線にクラックを発生させる試験である。試験中の鋼線の軸線を直線に保持するためには、鋼線の軸線方向に軽く張力を掛けておく。この鋼線をまず所定回数Ｎ_ｏ回捻り、この時点から逆方向に同量だけ捻り戻すことによりもとの状態に戻す。これを１サイクルとして繰り返し、鋼線にクラックを発生させる。ここで、所定回数Ｎ_ｏとは鋼線の直径の１００倍の長さ当たり３回に相当する捻り回数であり、捻りに供される鋼線の長さをＬ（ｍｍ）、鋼線の直線をＤｍｍとすれば、式Ｎ_ｏ＝３×（Ｌ／１００Ｄ）で表される値である。
【００２３】
また、繰返し捻り試験値ＲＴとは、上記の試験において鋼線にクラックが発生するまでに加えられた捻り及び捻り戻しの総量を、長さ１００Ｄ当たりの捻り回数で表した値であり、次のようにして求める。すなわち、Ｎ_ｏ回の捻りと捻り戻しサイクルをｎ回繰返した次のサイクルで、Ｎ_ｆ１回（Ｎ_ｆ１≦Ｎ_ｏ）捻った時点でクラックが発生したとすれば、繰返し捻り試験値ＲＴ（回／１００Ｄ）は、次式、
ＲＴ＝（２ｎＮ_ｏ＋Ｎ_ｆ１）／（Ｌ／１００Ｄ） （５ａ）
で表される。また、Ｎ_ｏ回の捻りと捻り戻しサイクルをｎ回繰返した次のサイクルで、Ｎ_ｏ回捻り、ここからＮ_ｆ２回（Ｎ_ｆ２≦Ｎ_ｏ）だけ捻り戻した時点でクラックが発生したとすれば、繰返し捻り試験値ＲＴ（回／１００Ｄ）は、次式、
ＲＴ＝｛（２ｎ＋１）Ｎ_ｏ＋Ｎ_ｆ２）｝／（Ｌ／１００Ｄ） （５ｂ）
で表される。
【００２４】
上記繰返し捻り試験の好適条件は下記の通りである。
（１）捻りに供される鋼線の長さは、約５０ｍｍとする。
（２）鋼線の軸線方向に掛ける張力は、鋼線の直径が０．２５ｍｍ以下のときは約１．０ｋｇに、０．２５ｍｍを超えるときは約１．５ｋｇとする。
（３）鋼線の捻り速度は、約３０回／分とする。
（４）クラック発生の検出は、クラック発生に伴うアコースティックエミッション（ＡＥ）波を検出することにより行う。ＡＥ波は、固体が変形または破壊する際の歪みエネルギーの解放によって発生する弾性波である。これをＡＥセンサーを用いて電気信号としてとらえることにより、試験片が破断する以前の微小なクラック発生をも正確に検出することができ、精度よく評価することができる。
【００２５】
本発明において、鋼線の延性の指標として前述した繰返し捻り試験値を採用したのは、繰返し捻り試験値の高い鋼線は、試験に供した時点での延性が高いのみならず、これに撚線等の加工を加えても、あるいは加熱により時効硬化させても延性の低下が小さいことを新規に知見したためである。
【００２６】
一般に、鋼線の引っ張り強さが高いほど、あるいは鋼線の直径が大きいほど延性の確保が困難となる。このため、従来の鋼線は、次式、
ＴＳ≧２２５０−１４５０ log Ｄ （１）
および次式、
log ＲＴ≧２−０．００１｛ＴＳ−（２２５０−１４５０ log Ｄ）｝ （２）
を同時に満足するものではなかったが、本発明の鋼線は、これら両者を満足し、実際にゴム物品の補強材等として使用されるときも、高い強度と優れた延性を併せ持つものである。
【００２７】
鋼線の強度については、引っ張り強さＴＳ（Ｎ／ｍｍ^２ ）が次式、
ＴＳ≧２２５０−１４５０ log Ｄ （１）
を満足すればゴム物品の補強材として好適に使用することができるが、次式、
ＴＳ≧２５００−１４５０ log Ｄ （６）
を満足することが好ましい。さらに強度を増して引っ張り強さＴＳ（Ｎ／ｍｍ^２）が次式、
ＴＳ≧２７５０−１４５０ log Ｄ （３）
を満足するようにすれば、ゴム物品の軽量化に対して顕著な効果をもたらす。
【００２８】
上記のような繰返し捻り試験値が高い鋼線とするためには、鋼線の表層部の延性が、伸線加工に伴う延性低下の少ない鋼線内部の延性に近いことが望ましい。この鋼線の表層部と内部の延性の比較は、鋼線の体積の約１０％に当たる表層部を除去した鋼線の繰返し捻り試験値と、表層部を除去しない鋼線の繰返し捻り試験値とを比較することにより行うことができ、表層部を除去しない鋼線の繰返し捻り試験値が、表層部を除去した鋼線の繰返し捻り試験値の６０％以上であることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の鋼線は厳しい形付け加工を施してから加熱により時効硬化しても延性の低下が少ないため、先に例示したような、最小曲率半径が素線直径の１０倍から６０倍程度の厳しい形付けが素線に対して施されるスチールコードの素線としても好適に使用することができる。この場合には、あらかじめ最小曲率半径が鋼線の直径の１０倍から６０倍となるように形付けしてゴム中に埋設し、加熱により加硫した後にゴム中から取り出して従来の捻回試験を行ったときに、破断捻回値が、２０回／１００Ｄ以上であるものを使用することが好ましく、このようにすれば、ゴム中での鋼線の延性が確実に保証される。
【００３０】
なお、本発明の鋼線をゴム物品の補強材として使用するときには、表面にゴム接着性の皮膜を設けることができる。ゴム接着性の皮膜を設ける手段としては、熱処理を施した鋼線材の表面に黄銅めっき層を形成してから伸線加工する等の、従来の手段を適用することができる。
【００３１】
次に、本発明の鋼線の製造方法について説明する。
引っ張り強さＴＳと繰返し捻り試験値ＲＴとが本発明に適合する鋼線を製造するためには、伸線加工に伴う鋼線表層部への加工歪みの集中を極力抑制することが肝要である。一般に、ダイスアプローチ角度が小さい程、あるいはダイスの減面率が大きいほど加工歪みの分布は均一となり、鋼線表層部への加工歪みの集中は緩和される。しかしながら、実際の操業においては、ダイス加工精度、潤滑性あるいは鋼線の破断強度等を考慮して伸線条件を設定することが必要である。すなわち、ダイスアプローチ角度を過小にあるいはダイスの減面率を過大に設定すると、良好な潤滑が困難となってかえって表層部の歪みが増加したり、断線が増加したりして、生産性良く経済的に製造することが困難となる。
【００３２】
そこで、本発明の鋼線の製造方法においては、熱処理を施した高炭素綱線材を伸線加工して鋼線を製造するにあたり、伸線加工歪みεをε＝２・ｌｎ（ｄ_o／ｄ）としたときに、最終ダイス以外のダイスについては、１）εが０．７５未満の伸線加工で用いるダイスの減面率を（２２．６７ε＋３）％から２９％に、２）εが０．７５以上２．２５以下の伸線加工で用いるダイスの減面率を２０％から２９％に、３）εが２．２５をこえる伸線加工で用いる最終ダイス以外のダイスの減面率を（−５．５６ε＋３２．５）％から（−６．２２ε＋４３）％に調整するとともに、４）最終ダイスについては、減面率を４％から（−８．３ε＋４０．６）％の範囲に調整し、５）最終ダイスにおけるεを３．０から４．３とする。すなわち、最終ダイス以外のダイスの減面率については特開平７−３０５２８５号公報に開示された条件を採用しつつも、最終ダイスの減面率については、同公報に開示された条件よりも低い範囲に調整することを要する。
【００３３】
最終ダイスの減面率を特に上記の範囲としたのは次の理由による。通常の湿式連続伸線機においては、最終ダイス以外のダイスでの伸線は潤滑液中で行われるのに対し、最終ダイスを通過した鋼線は潤滑剤に浸漬されない。このため、最終ダイスの減面率を上流のダイスの減面率と同じ条件で設定すると、最終ダイス通過後の鋼線の温度が高くなって時効による延性低下が大きくなり、伸線速度の増加によってさらにそれが助長される。この問題を解決すべく、本発明者らは最終ダイスの伸線条件について実験、検討したところ、最終ダイスの減面率を４％から（−８．３ε＋４０．６）％の範囲とすることにより、鋼線表層部への加工歪みを適正範囲に収めつつ伸線時の時効による延性低下を緩和することができることを見出した。最終ダイスの減面率を４％未満とした場合は伸線直後の延性は良好になるが、その後に加熱したときの時効による延性劣化が大くなるため、下限値を４％とした。また、上限値を（−８．３ε＋４０．６）％としたのは、ε値の増加により鋼線の変形抵抗が増加したときでも加工に伴う発熱を有効に抑制し、鋼線の延性低下や潤滑の劣化による鋼線表層部の損傷を抑制するためである。このようにすることにより、伸線速度の増加あるいは超高強力鋼線の製造が従来よりも容易となる。
【００３４】
総伸線加工量、すなわち最終ダイスにおけるε値は３．０から４．３とし、目標とする鋼線の強度に応じて適宜設定するが、εが３．５以上さらには４．０以上の強加工を必要とする超高強力鋼線の製造法として特に好適である。なお、最終ダイスにおけるε値の上限を４．３としたのは、４．３を超えると延性低下を抑制しきれなくなるためであり、好ましくは４．２を上限とする。
【００３５】
また、鋼線の延性をさらに改善するために、伸線加工を施した後に張力を加えながら曲げ加工を施すことにより、表層部の加工歪みをさらに低減することができる。このようにすることにより、延性の改善と同時に表面残留応力も低減することができ、ゴム物品補強材として優れた耐久性を持つ鋼線を製造することができる。また、本発明の伸線条件にて伸線した鋼線は、十分な延性を有しているため、厳しい曲げ加工を施すときでも断線し難く、このような加工を容易に付加することができる。
【００３６】
なお、ダイスの形状としては、鋼線材の伸線に一般的に使用されている形状が適用でき、例えばアプローチ角が８°から1２°、ベアリング長さが０．３Ｄから０．６Ｄ程度のものが使用できる。また、ダイスの材質についても焼結ダイヤモンドダイス等に制限されるものではなく、安価な超硬合金ダイスも使用できる
。
【００３７】
また、伸線加工に供する鋼線材としては、均一性が良好な高炭素鋼線材を用いることが好ましく、鋼線材表層部の脱炭を抑制しつつ、初析セメンタイト、初析フェライトあるいはベイナイト等の混在量が少ない均一なパーライト組織を形成するように熱処理することが好ましい。
【００３８】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づき説明する。
（実施例１，２、比較例１，２）
約０．８２重量％の炭素を含有する直径が約５．５ｍｍの高炭素鋼線材を、直径が約１．６７ｍｍとなるまで乾式伸線した。この鋼線材にパテンティング熱処理と黄銅めっきを施し、黄銅めっき鋼線材を製造した。この黄銅めっき鋼線材の金属組織はほぼ均一なパーライト組織であり、ＪＩＳ Ｇ３５１０の引っ張り試験に基づく引っ張り強さＴＳは約１２５０Ｎ／ｍｍ^２であった。
【００３９】
この黄銅めっき鋼線材を、２種類のパススケジュールと伸線後の曲げ加工の有無を組み合わせ、下記の表１に示す４種類の条件で伸線し、直径０．２８ｍｍの鋼線を製造した。用いた２種類のパススケジュールＡおよびＢの詳細を下記の表２に、各々のパススケジュールのεとダイス減面率との関係を図１に夫々示す。図１に示すように、パススケジュールＡは本発明の鋼線の製造方法に適合するものである。また、パススケジュールＢは各ダイスの減面率を低く設定して発熱を小さくした比較例である。
【００４０】
なお、伸線にあたり、アプローチ角が約１２°でベアリング長さが約０．５Ｄの超硬合金ダイスと、スリップ式の湿式連続伸線機を使用した。また、伸線加工後の曲げ加工は、図４に示す装置を用い、約２ｋｇの張力を付加し、直径１６ｍｍのローラ９個、カミ量６ｍｍで行った。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【表２】

【００４３】
おのおのの条件にて製造した鋼線の、引っ張り強さＴＳ及び繰返し捻り試験値ＲＴを測定した。測定条件は下記の通りである。
引っ張り強さＴＳは、ＪＩＳ Ｇ３５１０の引張試験に準拠して測定した。
繰返し捻り試験値ＲＴは、図５に示す装置を用いて行った。図５において、６は試験に供する鋼線１の一端を把持する回転側チャックであり、装置ベース１２上に固定された駆動機構８により、把持した鋼線１の軸線回りに回転される。７は固定側チャックであり、鋼線１の他端を回転しないように把持する。固定側チャック７は、鋼線１の軸線方向に移動できるように装置ベース１２上に支持されている。固定側チャック７の鋼線１とは反対側には、プーリー１０を介して重り１１をぶらさげたワイヤ９が接続されており、鋼線１に張力を掛けるようになっている。
【００４４】
繰返し捻り試験値ＲＴの測定にあたり、捻りに供される鋼線の長さが５０ｍｍとなるように、回転側チャック６と固定側チャック７との間の鋼線１の長さを調整し、鋼線１の端部を回転側チャック６および固定側チャック７で把持した。また、重り１１は、重さが約１．５ｋｇのものを用いた。鋼線の直径の１００倍の長さ当たり３回に相当する回転数Ｎ_ｏは、式Ｎ_ｏ＝３×（Ｌ／１００Ｄ）よりＮ_ｏ＝５．３６であり、駆動機構８により、回転側チャック６を時計方向へ５．３６回転させてから反時計方向へ５．３６回転させて元の位置に戻すことを繰り返し、鋼線１に、鋼線の直径の１００倍の長さ当たり３回に相当する量の捻りを繰り返し与えた。なお、回転側チャック６の回転速度は、約３０回／分とした。
【００４５】
また、クラック発生の検出は、図５において綱線１の直下に配置したＡＥセンサー４により行った。また、ＡＥセンサー４の上にはグリース５を盛りつけて鋼線１がグリース５中を貫通するようにし、ＡＥ波を効率よく検出できるようにした。なお、ＡＥセンサーは、利得が約４０ｄＢのプリアンプを内蔵する周波数帯域９０〜３００ｋＨｚのものを用い、５０ｋＨｚのハイパスフィルタ及び１０００ｋＨｚのローパスフィルタを通して利得６０ｄＢのメインアンプに接続し、メインアンプ出力を記録計に表示させた。試験中のノイズに起因するメインアンプ出力は±数十μＶであったのに対し、クラック発生時には±数百μＶの出力が得られ、クラック発生の時点を明確に特定することができた。
得られた結果を下記の表３に示す。
【００４６】
【表３】

【００４７】
表３に示すように、実施例１及び２の鋼線は、比較例１及び２の鋼線と同様の引っ張り強さを有し、かつ比較例１及び２の鋼線に比べ大幅に高い繰返し捻り試験値を有していた。また、伸線後に曲げ加工を施した実施例２の鋼線は、実施例１の鋼線よりもさらに高い繰返し捻り試験値を示した。各々の鋼線の引っ張り強さと繰返し捻り試験値との関係を、後述する実施例３及び比較例３、４の結果と共に図３に示す。図３に示すように、実施例１及び２の鋼線は本発明に規定する繰返し捻り試験値を満たすが、比較例１及び２の鋼線はこれを満たすものではない。
【００４８】
さらに、鋼線の加工歪みの分布状態を評価するため、鋼線の表層部を硝酸にて溶解除去し、表層部除去体積と繰返し捻回試験値ＲＴとの関係を調べた。その結果を下記の表４に示す。表４に示すように、実施例１及び２の鋼線は、鋼線の表層部を除去しないとき（表層部除去体積比０％）の繰返し捻り試験値が、体積の１０％に当たる表層部を除去したときの繰返し捻り試験値の６０％以上であり、その中でも、伸線後に曲げ加工を施した実施例２の鋼線は特に高い値であった。一方、比較例１及び２の鋼線の表層部を除去しないとき（表層部除去体積比０％）の繰返し捻り試験値ＲＴは、体積の１０％に当たる表層部を除去したときの繰返し捻り試験値ＲＴの６０％を大幅に下回る値であった。
【００４９】
【表４】

＊（ ）は表層部除去体積比１０％を１００とした指数である。
【００５０】
また、表層部除去体積と、溶解により現れた表層部のフェライトの２１１面Ｘ線回折ピーク半価幅との関係を調査し、フェライトの実質歪みの分布状態を比較評価した。その結果を下記の表５に示す。表５に示すように、実施例１及び２の鋼線は、鋼線の表層部を除去しないとき（表層部除去体積比０％）のフェライト２１１面Ｘ線回折ピーク半価幅が、比較例１及び２の鋼線よりも小さく、かつ、表層部を除去したときのフェライト２１１面Ｘ線回折ピーク半価幅との差が小さい。また、伸線後に曲げ加工を施した実施例２の鋼線は、鋼線の表層部を除去しないとき（表層部除去体積比０％）のフェライト２１１面Ｘ線回折ピーク半価幅が、実施例１の鋼線よりもさらに小さく、かつ、表層部を除去したときのフェライト２１１面Ｘ線回折ピーク半価幅との差がさらに小さい。このことより、本発明の製造方法により、鋼線のフェライトの実質歪みの分布は、表層部への集中度が減少してより均一となり、曲げ加工の付加によりさらに改善されたものと推定できる。
【００５１】
なお、表層部のフェライトの２１１面Ｘ線回折ピーク半価幅の測定は、ＰＳＰＣ型の検出器を備えた微小部Ｘ線回折装置を用い、下記の表６に示す条件にて行った。また、半価幅の値は、Ｋα１線によるピークの半価幅を計算により求めた値である。
【００５２】
【表５】

【００５３】
【表６】

【００５４】
さらに、ゴム補強材として使用される場合の延性を評価するため、各々の鋼線にピッチ４．５ｍｍ、振幅０．４６ｍｍの波形付けを施して、加熱時効前後の破断捻回値（１方向の捻りを鋼線に加えて破断させたときの捻り量）を測定した。この測定は、図５に示す装置を用い、下記条件に従い回転側チャック６を、鋼線１が破断するまで１方向に回転させることにより行った。
試験長：５０ｍｍ
軸線方向張力：約１．５ｋｇ
捻り速度：約３０回／分
【００５５】
また、形付け前の鋼線の加熱時効前後の破断捻回値も同様に測定した。これらの結果を下記の表７に示す。なお、加熱時効は、１４５℃に設定したオーブン中で４０分間加熱することにより施した。表７に示すように、波形付け及び加熱時効を施していない比較例１および２の鋼線の破断捻回値は、実施例１及び２の鋼線の破断捻回値と同等であったが、波形付け、加熱時効あるいはこの両者を施すことにより大幅に減少し、２０回／１００Ｄを下回った。これに対し、実施例１及び２の鋼線の破断捻回値は、波形付け、加熱時効あるいはその両者を施しても減少量は小さく、２０回／１００Ｄを越える値を保持した。特に、伸線後に曲げ加工を施した実施例２の鋼線の破断捻回値は、波形付け、加熱時効あるいはこの両者を施してもほとんど減少しなかった。
【００５６】
【表７】

【００５７】
さらに、各々の鋼線を用いて、下記の表８に示すような、波形付けした素線をコアとした層撚り構造のスチールコードを製造し、ゴムシート中に埋設して１４５℃で４０分間加硫した。その後、このシート中からスチールコードを取り出してほぐし、各々の素線の破断捻回値を測定したところ、表７中の、波形付け有り、かつ加熱時効有りの場合と同様の結果が得られ、比較例１及び２の鋼線の捻回値は２０回／１００Ｄを下回ったのに対し、実施例１及び２の鋼線は、２０回／１００Ｄを越える破断捻回値を示した。
【００５８】
【表８】

【００５９】
（実施例３、比較例３，４）
約０．８２重量％の炭素を含有する直径が約５．５ｍｍの高炭素鋼線材を、直径が約１．５３ｍｍとなるまで乾式伸線した。この鋼線材にパテンティング熱処理と黄銅めっきを施し、黄銅めっき鋼線材を製造した。この黄銅めっき鋼線材の金属組織はほぼ均一なパーライト組織であり、引っ張り強さは約１２５０Ｎ／ｍｍ^２であった。
【００６０】
この黄銅めっき鋼線材を下記の表９に示す３種類の条件で伸線し、直径０．１９ｍｍの超高強力鋼線を製造した。用いた３種のパススケジュールＣ、ＤおよびＥの詳細を表１０に、各々のパススケジュールのεとダイス減面率との関係を図２に夫々示す。図２に示すように、パススケジュールＣは本発明の鋼線の製造方法に適合するものである。パススケジュールＤは、最終ダイス以外のダイスの減面率は本発明に適合するが、最終ダイスの減面率を最小に設定した比較例である。また、パススケジュールＥは、最終ダイス以外のダイスの減面率は本発明に適合するが、最終ダイスの減面率を過大に設定した比較例である。
【００６１】
なお、伸線にあたり、アプローチ角が約９°でベアリング長さが約０．５Ｄの超硬合金ダイスと、スリップ式の湿式連続伸線機を使用した。また、伸線加工後の曲げ加工は、図４に示す装置を用い、約２ｋｇの張力を付加し、直径１２ｍｍのローラ２０個、カミ量約３ｍｍで行った。
【００６２】
【表９】

【００６３】
【表１０】

【００６４】
おのおのの条件にて製造した鋼線の、引っ張り強さＴＳ、繰返し捻り試験値ＲＴおよび表層部のフェライトの２１１面Ｘ線回折ピーク半価幅を測定した。引っ張り強さＴＳおよび表層部のフェライトの２１１面Ｘ線回折ピーク半価幅は、実施例１と同様の条件で測定した。また、繰り返し捻り試験値ＲＴは、Ｎ_ｏ＝７．８９、重り１１の重さを約１．０ｋｇとし、その他の条件は実施例１と同じにして測定した。その結果を下記の表１１に示す。表１１に示すように、最終ダイスの減面率を適正範囲とした実施例３の鋼線は、比較例３及び４の鋼線と同様の引っ張り強さを有し、かつ比較例３及び４の鋼線に比べ大幅に高い繰返し捻り試験値を有していた。また、実施例３の鋼線表層部のフェライトの２１１面Ｘ線回折ピーク半価幅は、比較例３及び４の鋼線に比べ小さい値を示した。各々の鋼線の引っ張り強さと繰返し捻り試験値との関係を、前述の実施例１、２および比較例１、２の結果と共に図３に示す。図３に示すように、実施例３の鋼線は本発明に規定する繰返し捻り試験値を満たすが、比較例３及び４の鋼線はこれを満たすものではない。
【００６５】
また、比較例３および４の条件で伸線している最中に、曲げ加工用のローラー通過時に断線を生じたが、実施例３の条件での伸線においては、断線は生じなかった。
【００６６】
【表１１】

【００６７】
【発明の効果】
以上に説明してきたように、本発明の鋼線は、高い強度と優れた延性を併せ持つものであり、形付け加工や加熱時効を施しても延性の低下が少ない。このため、タイヤ用スチールコードの素線等としてゴム製品の補強材として用いるときに、優れた補強効果と耐久性を示す。
【００６８】
また、本発明の鋼線の製造方法を適用することにより、上記のような優れた特性の鋼線を、断線や潤滑不良等により生産性を阻害されることなく、経済的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パススケジュールＡおよびＢのεとダイス減面率との関係、並びに本発明に適合するダイス減面率の範囲を示すグラフである。
【図２】パススケジュールＣ，ＤおよびＥのεとダイス減面率との関係、並びに本発明に適合するダイス減面率の範囲を示すグラフである。
【図３】実施例および比較例の鋼線の引っ張り強さと繰返し捻り試験値との関係、並びに本発明に適合する繰返し捻り試験値の範囲を示すグラフである。
【図４】曲げ加工装置の説明図である。
【図５】繰返し捻り試験に用いた装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 鋼線
２ ローラ
３ カミ量
４ ＡＥセンサー
５ グリース
６ 回転側チャック
７ 固定側チャック
８ 駆動機構
９ ワイヤ
１０ プーリー
１１ 重り
１２ 装置ベース

Claims (6)

1. ０．７０から０．９０重量％の炭素を含有する高炭素鋼線材に熱処理と伸線加工を施して得られる直径が０．１０から０．４０ｍｍの鋼線であり、引っ張り強さＴＳ（Ｎ／ｍｍ²）が次式、
   ＴＳ≧２２５０−１４５０ ｌｏｇ Ｄ （１）
   （式中、Ｄは鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｏｇは常用対数を示す）で表される関係を満足し、
   かつ、軸線が直線となるように保持した鋼線に、鋼線の直径の１００倍の長さ当たり３回に相当する量の捻りを加えてから元の状態に捻り戻すことを繰り返したときに、鋼線にクラックが発生するまで加えた捻り及び捻り戻しの総量である繰返し捻り試験値ＲＴ（回／１００Ｄ）が、次式、
   ｌｏｇ ＲＴ≧２−０．００１｛ＴＳ−（２２５０−１４５０ｌｏｇ Ｄ）｝（２）
   で表される関係を満足する鋼線を製造するにあたり、熱処理を施した高炭素鋼線材に、伸線加工歪みεを次式、
   ε＝２・ｌｎ（ｄ _o ／ｄ） （４）
   （式中、ｄ _o は伸線加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）、ｄはダイス通過後の鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｎは自然対数を示す）で表したときに、１）εが０．７５未満の伸線加工で用いるダイスの減面率を（２２．６７ε＋３）％から２９％に、２）εが０．７５以上２．２５以下の伸線加工で用いるダイスの減面率を２０％から２９％に、３）εが２．２５をこえる伸線加工で用いる最終ダイス以外のダイスの減面率を（−５．５６ε＋３２．５）％から（−６．２２ε＋４３）％に調整して湿式伸線加工を施し、４）最終ダイスの減面率を４％から（−８．３ε＋４０．６）％とし、５）最終ダイスにおけるεを３．０から４．３とすることを特徴とする鋼線の製造方法。
2. 引っ張り強さが次式、
   ＴＳ≧２７５０−１４５０ ｌｏｇＤ （３）
   （式中、ＴＳ、Ｄおよびｌｏｇは前記のものと同じものを示す）で表される関係を満足する請求項１記載の鋼線の製造方法。
3. 鋼線の繰返し捻り試験値ＲＴが、体積の１０％に当たる表層部を除去したときの同鋼線の繰返し捻り試験値ＲＴの６０％以上の値を有する請求項１または２記載の鋼線の製造方法。
4. 最小曲率半径が鋼線の直径の１０倍から６０倍となるように形付けしてゴム中に埋設され、加熱により加硫した後にゴム中から取り出された鋼線の、一方向の捻りを破断するまで加えたときの捻り量（破断捻回値）が、２０回／１００Ｄ以上である請求項１から３のいずれか一項記載の鋼線の製造方法。
5. 最終ダイスにおけるεを３．５から４．２とする請求項１から４のいずれか一項記載の鋼線の製造方法。
6. 最終ダイスでの伸線加工を施した後に張力を加えながら曲げ加工を施す請求項１から５のいずれか一項記載の鋼線の製造方法。

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