JP4256025B2

JP4256025B2 - めっき被覆金属線材の伸線方法

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Publication number: JP4256025B2
Application number: JP17478799A
Authority: JP
Inventors: 敏行小林
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2019-06-22
Also published as: JP2001001030A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、めっき被覆金属線材の伸線方法に関するものであり、より詳細には、最終伸線工程における潤滑不良による表面欠陥の発生やダイスへのめっきの焼付き等を抑制して、断線等の発生等を有効に防止する。
【０００２】
【従来の技術】
金属線材(例えばスチール線材）から金属線(例えばスチールコードに用いられるスチールフィラメント）を製造するために行われる伸線は、金属線を所定の線径に仕上げるとともに、要求される機械的特性を付加するための重要な工程である。
【０００３】
特に最終伸線工程での伸線は、パテンティングを施し、さらにめっき被覆を施した金属線材に対し、油性成分と極圧成分とを含む水溶性潤滑剤を用い、複数のダイスで連続的に伸線する湿式伸線法によって行うのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、めっき被覆金属線材を上述した方法で伸線を行った場合には、以下に示すような問題点がある。
【０００５】
即ち、めっき被覆金属線材では、めっき(例えばブラスめっき）後伸線するまでの間において、めっき表面に酸化物層(例えばZnO）が生成しやすく、かかる酸化物層は、一般に針状で非常に硬質であり、伸線時の潤滑性を低下させる傾向がある。
【０００６】
また、伸線加工される前の線材の表面にはある程度の凹凸(表面粗さ）があり、この線材表面にめっきを施すと、めっき粒子は線材（下地）表面の影響を受けた析出分布をとるため、めっき後も表面凹凸は依然として存在し、この表面凹凸のあるめっき被覆線材を、従来のように伸線加工を一貫して湿式伸線法によって行った場合には、線材のめっき表面を被覆する潤滑皮膜が(乾式伸線法で行った場合の潤滑皮膜に比べて）薄く、伸線前の凹凸のあるめっき表面全体を完全に潤滑剤で被覆することが難しいことから、めっき表面の尖った凸部分を潤滑剤で被覆することができず、ダイスと直接接触することになり、潤滑性が悪いことが原因で、かかる部分のめっきが脱落したり、ダイスと直接接触することでめっきがダイスに焼付いたりするおそれがある。
【０００７】
そして、めっきが焼付いたダイスで伸線を続けていくと、鋼線の表面肌が荒れてくるとともに局所的な脆化や表面に微小欠陥が生じやすくなり、最悪の場合には断線にいたる恐れがある。
【０００８】
かかる問題点を解決するための手段を開示した例としては、例えば特開平８−155532号公報があり、この公報記載の湿式伸線法によれば、少なくとも第１番目の伸線加工に用いられる潤滑剤の濃度を相対的に高めることによって、メッキ鋼線材の伸線加工性等を改善できるとしている。
【０００９】
上掲公報記載の湿式伸線法のように、第1番目の伸線加工に用いられる潤滑剤の濃度を高めた場合には、伸線加工前の上記凹凸のあるめっき表面に対する被覆率は高まるものの、潤滑皮膜の厚み自体はさほど厚くならないため、めっき表面の凸部分を潤滑皮膜で十分に被覆することはできず、故に、かかる方法でも上述した問題点を解消することは難しい。
【００１０】
尚、線材のめっき表面全体を厚い潤滑皮膜で覆うことができる乾式伸線法を用いることも可能であるが、このとき、特に最初に行う伸線加工での減面率が通常の伸線加工での減面率と同じかそれよりも大きい場合、より具体的には、めっき下地である線材（表面）の変形が大きい場合には、未だ加工されていないめっき皮膜が線材の変形に十分に追随することができず、線材のめっき表面の凹凸はさらに大きくなる傾向があり、その後の伸線加工でのめっきの脱落やめっき詰まりが生じやすくなるという問題点がある。
【００１１】
この発明の目的は、特に最終伸線工程において、めっき被覆金属線材を伸線加工する前の凹凸のあるめっき表面を平滑化すること、及び、次いで連続的に行う湿式伸線のうちの第1番目の伸線加工での潤滑剤の濃度の適正化を図ることにより、潤滑不良による表面欠陥の発生やダイスへのめっきの焼付き等が有効に抑制されて、断線等の発生等が生じにくい被覆金属線材の伸線方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、めっき被覆金属線材を連続的に伸線する方法であって、まず前記金属線材のめっき表面を平滑化するための予備伸線を行い、次いで、複数のダイスを用いて連続的に湿式伸線を行い、該湿式伸線は、その第1番目の伸線加工を第２番目以降の伸線加工よりも高濃度の液体潤滑剤を用いて行うことを特徴とするめっき被覆金属線材の伸線方法である。
【００１３】
尚、ここでいう「液体潤滑剤の濃度」とは、具体的には極圧剤と油性剤のトータル濃度を意味する。
【００１４】
また、予備伸線は、乾式潤滑剤を用いた乾式伸線とするのが好ましく、予備伸線での減面率は１〜４％であることがより好適である。
さらに、第１番目の伸線加工を行うダイスとして、焼結ダイヤモンドダイスを用いることが好ましく、第１番目の伸線加工における減面率は２〜15％であることがより好適である。
加えて、第1番目の伸線加工に用いる液体潤滑剤の濃度は、第２番目以降の伸線加工に用いる液体潤滑剤の濃度の２〜10倍であることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の伸線方法を実施するための代表的な連続伸線装置の主要部の概略図であり、図２は予備伸線後に行う湿式伸線のうちの第２番目以降の伸線加工を行う第２伸線機の構造を詳細に示した図であり、図中１は伸線装置、２はめっき被覆鋼線材、３は予備伸線機、４は湿式伸線機である。
【００１６】
図に示す伸線装置１は、めっき（例えば、(Cu＋Zn）ブラスめっき）を施した鋼線材２を連続的に最終伸線を行うことによって、めっき被覆鋼線を製造するための装置であり、前記鋼線材２のめっき表面を平滑化するための予備伸線機３と、複数個のダイスを用いて連続的に伸線加工を行う湿式伸線機４とを有する。
【００１７】
予備伸線機３は、めっきした後の線材表面の凹凸を平滑化することを目的として配置したものであり、予備伸線機３としては、例えば乾式伸線機を用いることが好ましい。即ち、乾式伸線機は、めっき線材の表面上に厚い潤滑皮膜を形成することができ、めっき後伸線前に形成されやすい酸化皮膜の存在にかかわらずに良好な潤滑性が得られるからである。
【００１８】
湿式伸線機４は、ユニットバス７及び１個のダイス８を有する第１伸線機５と、図２に示すように、ユニットバス９、複数個のダイス10a,10b,-‐及びキャプスタン11a,11b,--を有する第２伸線機６とで主として構成されている。
【００１９】
第１伸線機５は、予備伸線後に湿式伸線加工を最初に行うための伸線機であり、そのユニットバス７中には、第２伸線機６のユニットバス９中よりも高濃度の潤滑剤を含有する液体潤滑液が充填されている。
【００２０】
第１伸線機５のユニットバス７中の液体潤滑剤の濃度は、第２伸線機６のユニットバス９中の液体潤滑剤の濃度の２〜10倍とすることが好ましい。
【００２１】
液体潤滑剤としては、極圧剤（りん酸塩、アルキルりん酸エステル等）や油性剤(脂肪酸塩等）を主成分とする潤滑剤に水分を添加した水溶性(エマルジョンタイプ）のものを用いるのが好ましい。
【００２２】
また、第１伸線機５のダイス８としては、表面凹凸を小さくすることができる焼結ダイヤモンドダイスを用いることが好ましい。
【００２３】
第2伸線機６は、通常の最終伸線工程で使用されている湿式伸線機とほぼ同様な構成を有する（図２）。
【００２４】
そして、この発明の伸線方法は、特に最終伸線工程において、めっき被覆金属線材を伸線加工する前に、めっき表面を平滑化すること、及び、次いで連続的に行う湿式伸線のうちの第1番目の伸線加工での潤滑剤の濃度の適正化を図ることにあり、より具体的には、前記金属線材のめっき表面を平滑化するための予備伸線を行い、次いで、複数のダイスを用いて連続的に湿式伸線を行い、該湿式伸線は、その第1番目の伸線加工を第２番目以降の伸線加工よりも高濃度の液体潤滑剤を用いて行うことにあり、これによって、表面欠陥の発生が有効に抑制され、断線の発生を防止することができる。
【００２５】
さらに、具体的に言えば、上記予備伸線を行うことによって、前記金属線材のめっき表面を平滑化することができるため、その後に行われる湿式伸線に供されるめっき被覆線材に、加工性に優れた表面状態を付与することができる。
【００２６】
尚、上述した予備伸線での「めっき表面の平滑化」とは、具体的にはめっき下地（線材）をほとんど変形させることなく、めっき表面にある凹凸のうちの特に凸部分を平地にならすことを意味し、表面粗さとしてはある程度の大きさがあることが好ましい。その理由としては、その後に行う湿式伸線では、ある程度の微小凹凸がある方がめっき面上を潤滑剤が被覆しやすくなるからである。
【００２７】
また、予備伸線は、乾式潤滑剤を用いた乾式伸線とすることが好ましいが、この場合、減面率が通常の伸線加工での減面率と同じかそれよりも大きいと（＞４％程度）、めっき下地である金属線材自体が大きく変形し、下地自体の表面凹凸が大きくなる傾向があり、それに伴って、めっき表面の凹凸も大きくなり、その後の伸線加工でめっき脱落やめっき詰まりが生じやすくなる。
【００２８】
そのため、予備伸線での減面率は、通常の伸線加工での減面率よりも小さくすることが好ましく、より好適には１〜４％とする。
【００２９】
次に、予備伸線後に複数のダイスを用いて連続的に湿式伸線を行い、この湿式伸線の第1番目の伸線加工によって、めっき被覆線材自体が実質的に伸線加工されることになるが、この発明では、湿式伸線を、その第1番目の伸線加工を第２番目以降の伸線加工よりも高濃度の液体潤滑剤を用いて行うことにより、短時間で表面酸化物が完全に除去することができ、更にめっきには第1番目の伸線加工によって新生面が生じており、その新生面が適度な凹凸を有する平滑面であるため、潤滑剤でめっき表面全体を十分に被覆することができる。
【００３０】
そして、第１番目の伸線加工での潤滑性が高まることによって、第2番目以降の伸線加工での潤滑性も良好となり、その結果、最終伸線加工後の鋼線の表面欠陥の発生や、めっきのダイスへの焼付きが有効に抑制できる。
【００３１】
また、第１番目の伸線加工を行うダイスとして、焼結ダイヤモンドダイスを用いれば、前記線材のめっき表面の凹凸を小さくでき、第2番目以降の伸線加工による金属線材の周方向に局部的に加工が集中した部分（例えば、表面に存在する凸部分が次のダイスで大きく加工されたような部分）の発生を有効に抑制することができる。
【００３２】
尚、湿式伸線において、第２番目以降の伸線加工でも高濃度の潤滑剤を用いて試験を行った結果、高濃度の潤滑剤を用いた伸線加工を伸線工程の後の方で行った場合には、具体的には、第2番目以降の伸線加工で行った場合には、最終伸線後にめっき被覆金属線材の表面に極圧剤の残留割合がかなり大きくなることになり、かかる金属線材を、例えばタイヤの補強部材であるベルトのスチールコードとして使用する場合には、ゴムとの十分な接着性等が得られないことが明らかになったため、この発明では、潤滑剤の濃度を高めるのは、湿式伸線の第1番目の伸線加工時だけに限定することとした。
【００３３】
さらに、第１番目の伸線加工における減面率は２〜15％にすることが好ましく、より好ましくは5〜10％である。
【００３４】
加えて、第1番目の伸線加工に用いる液体潤滑剤の濃度は、第２番目以降の伸線加工に用いる液体潤滑剤の濃度の２〜10倍であることが好ましい。
【００３５】
尚、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００３６】
【実施例】
次に、この発明の伸線方法によって、パテンティングとブラス(黄銅）めっきを施した高炭素鋼線材（Ｃ：0.82wt％、黄銅めっき付着量：約4.5g/kg、線径：1.47mm）を用い、線径が0,19mm、0.19φでの引張り強さが約4065MPa、そして約45万メートル（重量にして約100kg）分の長さのスチールフィラメントを製造し、性能を評価したので以下で説明する。
【００３７】
実施例１〜３は、図１及び図２に示す伸線装置を用いて伸線を行い、予備伸線は、乾式伸線機で行い、乾式潤滑剤としてエフコメットＢ１０（アヂカ社製）を用い、ダイスをタングステンカーバイト（ＷＣ）ダイスとした。その後に湿式伸線を行った。湿式伸線は、その第１番目の伸線加工については、ダイスとして焼結ダイヤモンドダイスを用い、第２番目以降の伸線加工については、計21個のダイスを用いて伸線加工を行い、ダイスはいずれもＷＣダイスとし、湿式潤滑剤としてはＡＤＭ（ローヌプーラン社製）を用いた。この伸線は、予備伸線で1パス、湿式伸線での第1番目の伸線加工で1パス、そして第２番目以降の伸線加工で21パスの計23パスで行った。
【００３８】
尚、予備伸線での減面率（％）、湿式伸線における、第1番目での減面率（％）及び潤滑剤の濃度（％）、並びに第2番目以降でのトータル減面率及び湿式潤滑剤の濃度（％）については表１に示してある。
【００３９】
【表１】

【００４０】
参考のため、予備伸線を行わずに最初から湿式伸線（計23パス）のみでスチールフィラメントを製造した従来例１や、湿式伸線における第１番目の伸線加工を行う代わりに湿式潤滑剤液中に浸漬したこと以外は実施例１と同様な伸線条件でスチールフィラメントを製造した比較例１、及び、湿式伸線における第１番目の伸線加工に用いる湿式潤滑剤の濃度を通常の濃度（８〜10％）にしたこと以外は実施例１と同様な伸線条件でスチールフィラメントを製造した比較例２についても、表１に併記した。
【００４１】
（性能評価）
上記各サンプルについて、上記伸線終了後に、予備伸線を行うダイス、湿式伸線における第１番目の伸線加工を行うダイス、及び第２番目の伸線加工後を行うダイスへのめっき焼付きの有無と、これらダイスをそれぞれ通過した直後の位置にあるめっき被覆鋼線材の表面粗さとを測定するとともに、スチールフィラメントの表面性状と機械的特性（靭性）を測定し、性能を評価した。
【００４２】
(1)各ダイスへのめっき焼付きの有無とこれらのダイスをそれぞれ通過した直後の位置にあるめっき被覆鋼線材の表面粗さの測定
各ダイスへのめっき焼付きの有無は、伸線後に目視並びにＳＥＭ観察及び測定によって調べ、「なし」、「小」、「中」、「大」の４段階で評価した。尚、この発明では、「なし」と「小」を合格レベルとした。
また、めっき被覆鋼線材の表面粗さは、表面粗さ測定機（商品名：タリサーフ）によって測定し、「小」、「中」、「大」の３段階で評価した。尚、この発明では、「なし」と「小」を合格レベルとした。
表１にこれらの結果を示す。
【００４３】
(2)スチールフィラメントの表面性状の評価
スチールフィラメントの表面性状は、伸線終了後のめっき脱落の程度を、（蛍光Ｘ線による）めっき分析によってCuとZnの濃度を測定し、この測定値から重量（付着量）を換算し、この重量から評価した。表１にその評価結果を示す。尚、表１中の数値は、従来例１を100とした指数比で示してあり、数値は小さいほどスチールフィラメントの表面性状が良好であることを意味する。
【００４４】
(3)スチールフィラメントの機械的特性（靭性）の評価
スチールフィラメントの靭性は、引掛け荷重を測定し、この測定値から良否を評価した。尚、引掛け荷重は、長さ300mmの2本の試料をＵ状に曲げるとともに互いに交差させて、自由端側をそれぞれ固定し、その状態で牽引力を付加して切断荷重を測定した結果である。表２にその評価結果を示す。尚、表２中の数値は、引掛け荷重／切断荷重×100（％）で表した数値を基にして、従来例１を100とした指数比で示してあり、数値は大きいほどスチールフィラメントの靭性が優れていることを意味する。
また、断線発生の有無についても調べ、その結果を表１に併せて示してある。尚、表１中の数値は、実施例１を100とする断線指数比で示してあり、小さいほど断線の発生が少ないことを意味する。
【００４５】
表１に示す評価結果から、実施例１〜３はいずれも、従来例１に比べて、各ダイスでのめっき焼付きが抑制されており、伸線後の線材の表面性状が良好でかつ靭性が優れており、断線が発生しなかった。
一方、従来例１及び比較例１は、ダイスへのめっき焼付きが顕著に発生しており、断線指数がそれぞれ150％、120％であり、断線が比較的頻繁に発生した。また、比較例2は、湿式伸線における第１番目の伸線加工を行った際のめっき焼付き及び鋼線の表面粗さが合格レベルよりも劣っていた。
【００４６】
【発明の効果】
この発明の伸線方法によって、めっき被覆金属線材から、表面欠陥の発生が少なく、断線が生じにくい金属線の連続製造が可能になる。
この発明は、特に、伸線前の直径が比較的大きい(具体的には１ｍｍ以上）めっき被覆金属線材に適用することによって、上述した効果を顕著に奏することができ、また、引張り強さが4000MPa以上の鋼線の製造に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の伸線方法を実施するための代表的な伸線装置の概略図である。
【図２】予備伸線後に行う湿式伸線のうちの第２番目以降の伸線加工を行う伸線装置の部分の詳細図である。
【符号の説明】
１伸線装置
２めっき被覆金属線材
３予備伸線機
４湿式伸線機
５第１伸線機
６第２伸線機
７ユニットバス
８ダイス
９ユニットバス
10a,10b,-- ダイス
11a,11b,-- キャプスタン
12 ダイス

Claims

めっき被覆金属線材を連続的に伸線する方法であって、
まず前記金属線材のめっき表面を平滑化するための予備伸線を行い、次いで、複数のダイスを用いて連続的に湿式伸線を行い、該湿式伸線は、その第1番目の伸線加工を第２番目以降の伸線加工よりも高濃度の液体潤滑剤を用いて行うことを特徴とするめっき被覆金属線材の伸線方法。
予備伸線は、乾式潤滑剤を用いた乾式伸線とする請求項１に記載の伸線方法。
予備伸線での減面率は１〜４％である請求項１又は２に記載の伸線方法。
第１番目の伸線加工を行うダイスとして、焼結ダイヤモンドダイスを用いる請求項１、２又は３に記載の伸線方法。
第１番目の伸線加工における減面率は２〜15％である請求項１〜４のいずれか１項に記載の伸線方法。
第1番目の伸線加工に用いる液体潤滑剤の濃度は、第２番目以降の伸線加工に用いる液体潤滑剤の濃度の２〜10倍である請求項１〜５のいずれか１項に記載の伸線方法。