JP4668672B2

JP4668672B2 - 金属線材の湿式伸線方法

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Publication number: JP4668672B2
Application number: JP2005121698A
Authority: JP
Inventors: 義昭大野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-04-19
Also published as: JP2006297440A

Description

本発明は、金属線材の湿式伸線方法に関するもので、特に、油成分をエマルジョン化して分散させた水系潤滑剤を潤滑剤として用いた金属線材の湿式伸線方法に関する。

従来、細径の銅線、スチールコード用黄銅メッキ鋼線等の金属線材の製造においては多段式湿式伸線装置を用いた湿式伸線が行なわれており、上記伸線機に用いられる潤滑剤としては、油成分をエマルジョン化して分散させた水系潤滑剤が多く用いられている。
上記湿式伸線においては、加工中の金属線材の温度を低く保つことが、表面の酸化抑制や時効硬化による延性劣化抑制に効果があることが知られている。金属線材の温度を低く保つ手段としては、
（１）予め冷媒で冷却した金属線材をダイスに入線させる。
（２）伸線機のキャプスタンを冷却して金属線材を間接的に冷却する。
（３）潤滑剤を冷却する。
などの手段が知られているが、中でも、（３）が最も効率的であると考えられ、油成分をエマルジョン化して分散させた水系潤滑剤は冷媒としても好適である。
上記エマルジョンタイプの潤滑剤を冷却する方法としては、供給源である潤滑剤タンク内で潤滑剤を予め冷却しておき、この冷却された潤滑剤を伸線機に供給する方法や、ダイスの出線側と入線側との間に設けられた潤滑液槽に、潤滑剤供給ノズルから冷却した潤滑剤を供給する方法などが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
また、ダイスとの面圧が高い仕上がりダイス用の潤滑系統を設け、この潤滑系統の潤滑剤のみを冷却することにより、冷却系を簡素化する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開昭６１−１６５２２１号公報特開平８−５７５３１号公報実開昭６２−２９８１１号公報

ところで、上記従来例では、供給源である潤滑剤タンクで潤滑剤を冷却するなどしているため、潤滑剤が長時間にわたって冷却された状態になっていた。しかしながら、油成分をエマルジョン化して分散させた水系潤滑剤の温度を長時間下げておくと、上記潤滑剤のエマルジョン径が大きくなってしまい、上記潤滑剤がダイスへ引き込まれ難くなる。その結果、ダイスと金属線材との潤滑性が低下してしまい、伸線された金属細線表面が酸化したり時効硬化による延性劣化を起こしてしまうといった問題点があった。また、エマルジョン径が大きくなると油成分が凝集・沈殿してしまい、伸線に必要となる有効成分が減少してしまうといった問題も生じる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、潤滑剤のエマルジョン径を大きくすることなく、冷却したエマルジョンタイプの潤滑剤を伸線部に供給する方法を提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、予め冷却した、油成分をエマルジョン化して分散させた水系潤滑剤を、多段式伸線機の少なくとも一部に供給して金属線材を伸線加工する金属線材の湿式伸線方法であって、上記潤滑剤を、上記伸線機とこの伸線機に潤滑剤を供給する潤滑剤タンクとの間で循環させるとともに、潤滑剤タンクから伸線機に至る経路に冷却手段を設けて上記伸線機に供給される潤滑剤の温度を５℃〜３０℃とし、同時に、上記潤滑剤タンク内の潤滑剤の温度を３５℃〜６０℃に保持するようにしたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の金属線材の湿式伸線方法において、上記潤滑剤が上記冷却手段に入ってから上記伸線機に至るまでに要する時間を３時間以下としたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の金属線材の湿式伸線方法において、上記冷却された潤滑剤を、最終伸線部を含む後段の伸線部に供給し、他の伸線部には、上記冷却手段を経由しない潤滑剤を供給するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、潤滑剤供給する潤滑剤タンクから伸線機に至る経路に冷却手段を設けて上記伸線機に供給される潤滑剤の温度を５℃〜３０℃としたので、潤滑剤が冷却手段から伸線機に至るための時間を短くすることができ、エマルジョン径の増大を抑制することができる。また、それと同時に、上記潤滑剤タンク内の潤滑剤の温度を３５℃〜６０℃に保持するようにしたので、潤滑剤タンク内においても上記潤滑剤のエマルジョン径の増大を抑制することができるので、常に、エマルジョン径が小さく、かつ、冷却された潤滑剤を伸線機に供給することができ、金属線材表面の酸化や時効硬化による延性劣化を大幅に抑制することができる。
また、上記冷却された潤滑剤を、特に冷却が必要な最終伸線部を含む後段の伸線部に供給し、他の伸線部には、上記冷却手段を経由しない潤滑剤を供給するようにすれば、金属線材表面の酸化や時効硬化による延性劣化を効率よく抑制することができるとともに、潤滑剤タンクに戻る潤滑剤の温度を、潤滑剤タンクの設定温度に近づけることができるので、潤滑剤タンクにおける温度保持に要するエネルギーを節約することができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本最良形態に係る金属線材の湿式伸線方法を示す図で、同図において、１０は複数の線引きダイス１１が配設された潤滑液槽１２と伸線処理される金属線材１３を案内するための複数の駆動キャプスタン１４ａ，１４ｂとを備えた伸線機、２０は油成分をエマルジョン化して分散させた水系潤滑剤を上記潤滑液槽１２内に供給するための潤滑剤タンク、３０は上記潤滑剤を冷却するための冷却手段で、本例では、補助タンク３１内に図示しない冷却剤供給装置から供給される冷媒を通過させる蛇管等を備えた冷却機３２を配置し、上記潤滑剤タンク２０から上記補助タンク３１に送られてきた潤滑剤を冷却するようにしている。
上記冷却手段３０を経由して伸線機１０に供給される潤滑剤の温度は、上記冷却手段３０の冷却能力、及び、上記潤滑剤が上記冷却手段３０を通過するのに要する時間を適宜設定し、５℃〜３０℃とすることが好ましい。すなわち、上記潤滑剤の温度が３０℃を超えると上記金属線材１３を冷却する効果が小さくなる。また、５℃未満であると、大型の冷却機を用いる必要があるなど、実用上の困難性が増すだけでなく、上記潤滑剤とワイヤー間の反応低下や潤滑剤の凝集・沈殿の高速化により潤滑性が悪化する。したがって、潤滑剤の温度は、５℃〜３０℃とすることが好ましく、１０℃〜２０℃とすると更に好ましい。

また、潤滑剤が冷却手段３０から伸線機１０に至るまでに要する時間、すなわち、潤滑剤が低温に保持されている時間が長時間になると、エマルジョン径の粗大化が起こるので、潤滑剤が冷却手段３０から伸線機１０に至るまでに要する時間としては３時間以下とすることが好ましく、２時間以下とすれば更に好ましい。
なお、本例のように、補助タンク３１を設けた場合には、上記補助タンク３１の容量を大きすぎないようにして、上記補助タンク３１での上記潤滑剤の滞留時間が必要以上に長くならないようにする必要がある。
一方、潤滑剤タンク２０内における潤滑剤の温度は、例えば、ヒーターまたはヒータと冷却装置の併用により、３５℃〜６０℃に保持することが肝要である。すなわち、上記潤滑剤の温度が３５℃未満では、上記潤滑剤タンク２０内においてエマルジョン径の粗大化が生じる恐れがある。また、６０℃を超えると潤滑剤が変成し始め、エマルジョン効果がなくなり、潤滑剤の油成分の分離が生じるので、潤滑剤タンク２０内の潤滑剤の温度は３５℃〜６０℃とすることが好ましい。これにより、潤滑剤タンク２０内での潤滑剤の変性を防止できるとともに、エマルジョン径の小さな潤滑剤を上記冷却手段３０に供給することができる。

このように、本最良の形態によれば、金属線材１３の湿式伸線を行う際に、伸線機１０と、油成分をエマルジョン化して分散させた水系潤滑剤を供給するための潤滑剤タンク２０との間に、補助タンク３１内に冷却機３２が配置された冷却手段３０を設けて、上記伸線機１０に供給される潤滑剤の温度を５℃〜３０℃になるように冷却するとともに、上記潤滑剤タンク２０内の潤滑剤の温度を３５℃〜６０℃に保持し、更に、上記潤滑剤が冷却手段３０から伸線機１０に至るまでに要する時間を３時間以内になるように設定し、上記潤滑剤が低温に保持される時間を短くして、長時間に亘ってエマルジョン径の小さな潤滑剤を伸線機に供給することができるようにしたので、スチールコード用黄銅メッキ鋼線や銅線などのような、伸線された金属線材１３表面の酸化や時効硬化による延性劣化を大幅に抑制することができる。

また、本発明の湿式伸線方法を、スチールコード用黄銅メッキ鋼線の製造に適用すると、下記のような問題を解決できるので、特に効果が大きく、とりわけ、抗張力が３８００ＭＰａ以上の高強度鋼線や、１０００ｍ／分以上の高速伸線に有効である。
（１）素線が高炭素鋼なので、伸線時の温度上昇による時効硬化が生じ易い。
（２）高強度を得るための伸線加工量を大きくするので、線材及びダイスの温度が高くなり易い。
（３）降伏応力が高いので、ダイスと線材との間の面圧が高く、線材及びダイスの温度が高くなり易い。また、高度な潤滑性が要求される。
（４）ゴムへの接着性の観点から、表面の黄銅メッキの酸化は好ましくない。

なお、上記最良の形態では、１台の伸線機１０につきそれぞれ潤滑剤タンク２０と冷却手段３０とを設けたが、潤滑剤タンク１基当たり複数の伸線機を組合わせたり、冷却手段１台当たり複数の伸線機を組合わせる構成としても良い。
また、上記例では、補助タンク３１内に蛇管等の冷却機３２を配置したが、潤滑剤タンク２０から伸線機１０に至る経路の一部を冷媒が中を通過する蛇管にて構成し、上記伸線機１０に供給される潤滑剤を冷却するようにしてもよい。

また、冷却された潤滑剤は全ての伸線部に供給する必要はなく、特に温度の上昇が大きい箇所のみに供給してもよい。例えば、多段伸線機においては、伸線後段に向かって線速及び線材の降伏応力が増加し線材の温度が上がり易いので、図２に示すように、前段の伸線部１０Ａには潤滑剤タンク２０から冷却しない潤滑剤を直接供給し、最終伸線部を含む後段の伸線部１０Ｂにのみ、冷却手段３０で冷却された潤滑剤を供給しても金属線材表面の酸化や時効硬化による延性劣化を十分に抑制することができる。
なお、上記実施の形態のシステムでは、伸線機１０から潤滑剤タンク２０へ戻される潤滑剤の温度は、伸線機１０における伸線加工による発熱により、冷却手段３０を経由して伸線機１０に送られる潤滑剤の温度よりは高くなっているので、冷却手段３０で冷却した分の熱量を潤滑タンク２０のヒーター等でまるまる補償する必要はないが、上記のように、後段の伸線部１０Ｂにのみ冷却された潤滑剤を供給した場合には、潤滑剤タンク２０へ戻される潤滑剤の温度を潤滑剤タンク２０の設定温度に近づけることができるので、潤滑剤タンク２０における温度保持に要するエネルギーを節約することができる。
上記のような、後段の伸線部のみに冷却された潤滑剤を供給するシステムは、特に、スチールコード用黄銅メッキ高強度鋼線を製造するための伸線工程に適しており、後段伸線部が少なくとも下記の式（１）で表わされる、真歪εが３．０以上となる伸線を含む場合、または、伸線される線材の抗張力が３０００ＭＰａ以上となる伸線部を含む場合に適している。
ε＝２×ｌｎ（ｄ₀／ｄ）‥‥‥‥（１）
（ｌｎは自然対数、ｄ₀は伸線前の線材の直径、ｄはダイス通過後の線材の直径）

パテンティングと黄銅メッキを施した直径が１．４ｍｍの高炭素鋼線材を、伸線加工して、最終線径が直径０．２０ｍｍで抗張力が約４２００ＭＰａのスチールコード用黄銅メッキ高強度鋼線を様々な条件で製造し、伸線開始時及び３時間伸線継続後の潤滑剤の平均エマルジョン径と製造された鋼線の延性を測定した。その結果を図３の表に示す。
なお、平均エマルジョン径はレーザー回折式粒度分布計にて測定し、潤滑剤を冷却しない下記の比較例２の値を１００とした指数で表示した（値が大きいほど平均エマルジョン径が大）。また、鋼線の延性は、得られた直径０．２０ｍｍの鋼線の捻回値を測定し、上記比較例２の値を１００とした指数で表示した（値が大きいほど延性大）。
１.共通条件
・潤滑剤は油成分をエマルジョン化して分散させた水系潤滑剤を用いた。
・伸線加工は多段湿式伸線機と約２５台のダイスを用いて行った。
・潤滑剤の冷却は、冷媒を通した蛇管を内部に設置した補助タンクを設けて行った。
・潤滑剤タンク内の潤滑剤温度はヒータと冷却機を併用して調整し、約４０℃に保持。・潤滑剤循環量（潤滑剤タンクへの戻り量）：１５リットル／分
・潤滑剤タンク内の潤滑剤量：９００リットル（潤滑剤タンク内停留時間：６０分）
・伸線機中の潤滑剤量：３００リットル（伸線機内停留時間：２０分）
２．実施例１の条件
・図１に示すように、冷却された潤滑剤を伸線機の伸線部全体に供給。
・補助タンク中の潤滑剤量：１２０リットル（補助タンク内停留時間：８分）
・伸線機に供給される潤滑剤の温度Ｔ₁＝２０℃
・潤滑剤タンクに戻される潤滑剤の温度Ｔ₂＝２２℃
３．実施例２の条件
・図２に示すように、冷却された潤滑剤を、加工歪ε＞３．００以上の伸線部後半に供給し、ε＝３．０より前の前段伸線部には潤滑剤タンクから潤滑剤を冷却せずに供給。
・補助タンクから後段伸線部への潤滑剤流量：７．５リットル／分
・潤滑剤タンクから前段伸線部への潤滑剤流量：７．５リットル／分
・補助タンク中の潤滑剤量：１２０リットル（補助タンク内停留時間：１６分）
・伸線機に供給される潤滑剤の温度Ｔ₃＝２０℃（実施例１のＴ₁と同等になるよう調整）
・前段伸線部に供給される潤滑剤の温度Ｔ₄＝約４０℃（潤滑剤タンク内と同等）
・潤滑剤タンクに戻される潤滑剤の温度Ｔ₅＝約３０℃
４．比較例１の条件
・図４に示すように、潤滑剤を伸線機と補助タンクとの間で循環させる。冷却された潤滑剤は伸線機の伸線部全体に供給、（潤滑剤タンクによる温度調整なし）
・潤滑剤流量：１５リットル／分（共通条件の潤滑剤量と同じ）
・補助タンク中の潤滑剤量：２４０リットル（補助タンク内停留時間：３２分）
・伸線機に供給される潤滑剤の温度Ｔ₆＝２０℃（実施例１のＴ₁と同等になるよう調整）
・補助タンクに戻される潤滑剤の温度Ｔ₇＝２２℃
５．比較例１の条件
・図５に示すように、潤滑剤を冷却手段を通さず、伸線機と潤滑剤タンクとの間で循環。
・潤滑剤流量及び潤滑剤タンク中の潤滑剤量は共通条件と同じ。
・伸線機に供給される潤滑剤の温度Ｔ₈＝２０℃（実施例１のＴ₁と同じ）
・潤滑剤タンクに戻される潤滑剤の温度Ｔ₉＝約４３℃
図３の表から明らかなように、本発明による、潤滑剤が適度に冷却され、かつ、潤滑剤の低温での保持時間が短い実施例１，２では、伸線を長時間継続しても良好な潤滑性が保たれることから、潤滑剤の冷却を行わない比較例１に対して、平均エマルジョン径も小さく、冷却による延性改善の効果が大きいだけでなく、延性改善効果が継続することが確認された。また、実施例２では伸線機から戻る潤滑剤の温度が実施例１よりも潤滑剤タンク内の潤滑剤の温度に近いので、潤滑剤タンク内の潤滑剤の温度調整が容易であった。
一方、潤滑剤タンクでの温度調整を行わない比較例１では、伸線開始時には冷却による延性改善の効果がみられるものの、伸線を長時間継続するとエマルジョン径の粗大化が起って潤滑性が悪くなり、鋼線の延性も低下した。

本発明によれば、長時間に亘ってエマルジョン径の小さな潤滑剤を伸線機に供給することができるので、金属線材表面の酸化や時効硬化による延性劣化を大幅に抑制することができる。また、本発明の湿式伸線方法を、スチールコード用黄銅メッキ鋼線の製造に適用すれば、高強度鋼線の伸線や高速伸線を容易に行うことが可能となる。

本発明の最良の形態に係る金属線材の湿式伸線方法を示す図である。本発明による金属線材の湿式伸線方法の他の例を示す図である。本発明の実施例及び比較例の条件と製造されたスチールコード用黄銅メッキ高強度鋼線の延性を比較した表である。比較例１の湿式伸線方法を示す図である。比較例２の湿式伸線方法を示す図である。

符号の説明

１０伸線機、１１線引きダイス、１２潤滑液槽、
１３スチールコード用黄銅メッキ鋼線，１４ａ，１４ｂ駆動キャプスタン、
２０潤滑剤タンク、３０冷却手段、３１補助タンク，３２冷却機。

Claims

予め冷却した、油成分をエマルジョン化して分散させた水系潤滑剤を、多段式伸線機の少なくとも一部に供給して金属線材を伸線加工する湿式伸線方法であって、上記潤滑剤を、上記伸線機とこの伸線機に潤滑剤を供給する潤滑剤タンクとの間で循環させるとともに、潤滑剤タンクから伸線機に至る経路に冷却手段を設けて上記伸線機に供給される潤滑剤の温度を５℃〜３０℃とし、同時に、上記潤滑剤タンク内の潤滑剤の温度を３５℃〜６０℃に保持するようにしたことを特徴とする金属線材の湿式伸線方法。
上記潤滑剤が上記冷却手段に入ってから上記伸線機に至るまでに要する時間を３時間以下としたことを特徴とする請求項１に記載の金属線材の湿式伸線方法。
上記冷却された潤滑剤を、最終伸線部を含む後段の伸線部に供給し、他の伸線部には、上記冷却手段を経由しない潤滑剤を供給するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属線材の湿式伸線方法。