JP5207933B2

JP5207933B2 - シーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼及びシーム有りフラックス入りワイヤの製造方法

Info

Publication number: JP5207933B2
Application number: JP2008297860A
Authority: JP
Inventors: 公一村上
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: JP2010120069A; CN101733572A; CN101733572B; KR101130906B1; KR20100057506A

Description

本発明は、帯鋼をその幅方向に湾曲させて管状に成形しつつフラックスを前記帯鋼の上に供給し、帯鋼の幅方向の突合せ端部を溶接することにより、フラックスを管の中に封入して、シーム有りフラックス入りワイヤを製造する際に使用するシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼及びそのシーム有りフラックス入りワイヤの製造方法に関する。

従来のシーム有りフラックス入りワイヤの製造方法においては、軟鋼からなる帯鋼をその長手方向に送りつつ、その幅方向に徐々に湾曲させ、この湾曲の過程で、帯鋼の上にフラックスを供給し、帯鋼を管状に成形して、フラックスを管内に封入する（特許文献１）。その後、管状に成形しフラックスを封入したワイヤを硫黄系極圧剤を含む伸線潤滑剤を使用して伸線し、伸線後のワイヤから前記潤滑剤を除去し、その後、ワイヤ送給用潤滑剤をワイヤ表面に塗布することにより、シーム有りフラックス入りワイヤが製造されている。この従来の製造方法においては、伸線後のワイヤ表面の水分量を５００ｐｐｍ以下としている。

特開２００５-７４４３８号公報

しかしながら、従来のシーム有りフラックス入りワイヤの製造方法においては、帯鋼として軟鋼が使用されているが、この帯鋼の性状については注目されていない。しかし、この帯鋼の性状は、硬すぎると成型が困難であるとか、疵の発生等により伸線が困難になる等の問題点が生じる。一方、帯鋼が軟らかすぎると、伸線中に引き細る等の問題が生じる。また、上述の特許文献１においては、伸線後のワイヤ表面の水分量について規定されているが、フラックスの耐吸湿性向上という観点からは不十分である。

即ち、帯鋼を管状に成形し、突合せ端部を溶接して得たフープの硬度を規定することにより、伸線中の内部フラックスの粉化を抑制して、安定した水分量を得ることができるが、特許文献１においては、伸線後のワイヤ表面についてのみ、ビッカース硬度が規定されており、伸線中の内部フラックスの粉化を十分に抑制できるものではない。従って、従来のシーム有りフラックス入りワイヤの製造方法においては、耐吸湿性が不足している。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、フラックスの耐吸湿性を向上させることができるシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼及びシーム有りフラックス入りワイヤの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼は、焼鈍工程を設けることなく、帯鋼を管状に成形しつつフラックスを前記管内に封入した後伸線加工してシーム有りフラックス入りワイヤを製造する際に使用される帯鋼において、マイクロビッカース硬さが９０乃至１４０Ｈｖ、引張強度が２７８乃至３５０Ｎ／ｍｍ^２、伸びが３５％以上である軟鋼からなり、表面の算術平均粗さＲａが０．９乃至１．６μｍであり、金属組織が、主として、２５乃至１００μｍの粒径を有するフェライト相で占められていることを特徴とする。

本発明のシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼は、厚さｔが１．２ｍｍ以下、幅が１８ｍｍ以下、ｔ／Ｄ（Ｄ：環状成形された直後のワイヤ径）が０．２以下であることが好ましい。

また、本発明のシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼は、Ｃ：０．０５質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．４質量％以下、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有することが好ましい。更にまた、本発明のシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼は、前記マイクロビッカース硬さが１１０Ｈｖ以下であることが好ましい。

本発明に係る他のシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼は、シーム有りフラックス入りワイヤの製造に使用される帯鋼において、マイクロビッカース硬さが９０乃至１１０Ｈｖ、引張強度が２７８乃至３５０Ｎ／ｍｍ^２、伸びが３５％以上である軟鋼からなることを特徴とする。

このシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼において、前記フラックスは、酸化チタンをフラックス全質量あたり３０質量％以上含有することが好ましい。

また、本発明に係るシーム有りフラックス入りワイヤの製造方法は、上述のシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼を使用し、前記帯鋼を管状に成形しつつ前記帯鋼の上に酸化チタンを３０質量％以上含有するフラックスを供給しフラックスが封入された管状のワイヤを得る工程と、前記ワイヤを伸線潤滑剤を使用して伸線する工程と、伸線後のワイヤから前記潤滑剤を除去する工程と、ワイヤ送給用潤滑剤をワイヤ表面に塗布する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、帯鋼の性状を規定したので、製造工程中は勿論のこと、製造後においても、フラックスの吸湿を抑制することができ、シーム有りフラックス入りワイヤのフラックスの耐吸湿性を著しく向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るシーム有りフラックス入りワイヤの製造方法を示す模式図である。図１（ａ）は製造工程を示す図であり、図１（ｂ）は材料の横断面の変化を示す図である。コイル状の帯鋼１００は、適宜のアンコイラにより巻き解かれて、図１（ａ）の右方向に送給される。この帯鋼１００は、先ず、洗浄脱脂装置１０２により、鋼板が帯鋼にスリット加工されたときの加工油及び汚れが洗浄され、脱脂される。

その後、帯鋼１００は、潤滑剤塗布装置１０３ａによりワイヤ外面となる面にのみ潤滑剤が塗布される。その後、断面が形状Ａ、即ち平板の帯鋼１００は、成形ローラ列１０４ａにより、帯鋼の幅方向に湾曲するように成形され、形状Ｂのように幅方向断面がＵ字形をなすように加工される。この帯鋼１００ａは、カリバーロール１１２によりその側部を押圧するように成形されて、その断面が形状Ｃのように更に湾曲され、成形ローラ列１０４ｂにより上下方向に押圧されて形状Ｄのように真円状になり、管状ワイヤ１００ｂが得られる。この形状Ｂから形状Ｄまで成形加工される過程で帯鋼１００ａ及び管状ワイヤ１００ｂの上にフラックス供給装置１０５からフラックス１０６が供給され、管状ワイヤ１００ｂの中にフラックス１０６が閉じこめられる。

その後、潤滑剤塗布装置１０３ｂにより、ワイヤ外面に伸線潤滑剤を塗布し、その後、複数段のローラダイス列２０１乃至２０６により伸線加工される。ローラダイス列の後段には、夫々キャプスタン１１１が配置されており、キャプスタン１１１により伸線後のワイヤを引き取り、次順のローラダイス列に円滑に案内して、連続的に高速の伸線を可能にしている。この一次伸線後のコイルは一旦コイル１１６に巻き取られる。

なお、ワイヤ１００ｂは伸線されてワイヤ１００ｃとなり、その帯鋼幅方向両端部の突合せ部がシーム１１４となり、成形ローラ列１０４ｂによる成形加工により、両端部が若干離隔したシーム１１４ａが形成され、伸線加工により、両端部が若干重なり合ったシーム１１４ｂが得られ、フラックス１０６がワイヤ１００ｃ内に封入される。

次いで、このコイル１１６は巻き解かれて二次伸線工程に供される。即ち、伸線ワイヤ１０７は、ローラダイス列４０１乃至４０５とキャプスタン１１１により二次伸線加工される。その後、伸線ワイヤ１０７は孔ダイス５０１及びキャプスタン１１１により、仕上伸線加工される。次いで、潤滑剤除去装置１１５及び１０８により、ワイヤ１００ｅの外面から潤滑剤が除去され、塗油装置１０９によりワイヤ１００ｆの外面にワイヤ送給潤滑剤１１３が塗布され、製品ワイヤ１１０が巻取機にコイル状に巻き取られる。

このようなシーム有りフラックス入りワイヤの製造工程自体は、従来と同様である。本発明は、このようにして伸線加工により製造されるシーム有りフラックス入りワイヤの素材である帯鋼として、本願特許請求の範囲に記載のものを使用することに特徴がある。

（ａ）マイクロビッカース硬さ：９０乃至１４０Ｈｖ、引張強度：２７８乃至３５０Ｎ／ｍｍ^２、伸び：３５％以上
まず、帯鋼として、マイクロビッカース硬さが９０乃至１４０Ｈｖ、引張強度が２７８乃至３５０Ｎ／ｍｍ^２、伸びが３５％以上である軟鋼を使用する。

帯鋼の機械的特性を、上述のごとく、規定することにより、製造工程中に焼鈍工程を挿入しなくても、帯鋼を環状に成形する工程を円滑に実施でき、更に、シーム有りフラックス入りワイヤの最終製品径までの伸線加工を円滑に行うことができる。なお、この最終製品径は、０．９ｍｍ以上である。

帯鋼の強度が高すぎると、伸線工程において、ワイヤ表面に疵が発生する可能性が高い。逆に、強度が低いものは、環状の成形工程及びワイヤの伸線工程において、ワイヤ自体の縮径がみられる。

このため、帯鋼のマイクロビッカース硬さを、９０乃至１４０Ｈｖとする。このマイクロビッカース硬さが９０Ｈｖ未満であると、強度が弱すぎて、ワイヤ径が過度に小さくなる。また、マイクロビッカース硬さが１４０Ｈｖを超えると、成形加工及び伸線加工において、硬化が進行し、焼鈍工程が必要になる。また、引張強度は、２８０乃至３５０Ｎ／ｍｍ２とする。引張強度が２８０Ｎ／ｍｍ２未満であると、ワイヤが過度に縮径されてしまう。一方、引張強度が３５０Ｎ／ｍｍ２を超えると、成形加工及び伸線加工において、硬化が進行し、焼鈍工程が必要になる。更に、伸びが３５％未満であると、成形加工及び伸線加工において、破断が生じる。

このマイクロビッカース硬さは、９０乃至１１０Ｈｖであることが好ましい。ワイヤが伸線加工されるにつれて、充填されたフラックスは、潰されて粉化する。フラックスが粉化したことにより、フラックスには新生面が生成する。このフラックスが潰されて生じる新生面は、水分の吸着サイトとなる。このため、フラックスの水分の吸収を抑制するためには、粉化を抑制することが有効である。フラックスの粉化は、粉体の外皮が縮径することにより、内部間隙が小さくなった場合に発生する。仮に、硬度が小さいフープを使用すると内部間隙が小さくなった場合でも、一定量のフラックスは外皮に埋め込まれることにより、粉化程度が小さくなる。帯鋼のビッカース硬度を９０乃至１１０Ｈｖに規定することにより、伸線加工中の内部フラックスの粉化を抑制することができる。硬度が９０Ｈｖ未満の場合、伸線加工中に引き細りが発生し、伸線が困難となる。また、硬度が１１０Ｈｖを超えると、伸線加工中に外皮に埋め込まれるフラックスの絶対量が少なくなり、粉化の抑制効果が低くなる。

マイクロビッカース硬さは、帯鋼を断面方向に埋め込み、長手方向に１００ｇの加重を１ｍｍピッチで５点打ち込み、その平均値によって算出した（ＪＩＳＺ２２４４準拠）。また、引張試験は、ＪＩＳＺ２２０１１３Ｂに対応した試験片を作成し、引張試験自体はＪＩＳＺ２２４１に準拠した。この引張試験により、引張強度と伸びを測定した。

（ｂ）厚さｔ：1．２ｍｍ以下、幅：１８ｍｍ以下、ｔ／Ｄ（Ｄ：環状成形された直後のワイヤ径）：０．２以下
帯鋼のサイズは、厚さｔが１．２ｍｍ以下、幅が１８ｍｍ以下、ｔ／Ｄ（Ｄ：環状成形された直後のワイヤ径）が０．２以下である。帯鋼の厚さ及び幅をこのようにすることにより、環状への成形性が向上する。また、ｔ／Ｄが０．２を超えると、円形への成形が困難となる。

（ｃ）帯鋼表面の算術平均粗さＲａ：０．９乃至１．６μｍ
算術平均粗さＲａが０．９μｍ未満であると、伸線工程における伸線潤滑剤の付着量が不十分となり、伸線加工が不安定になる。本発明者等は、安定した溶接ワイヤ品質が得られる実績値として、算術平均粗さＲａの下限値を見いだした。また、算術平均粗さＲａが１．６μｍをこえると、付着した伸線潤滑剤を潤滑剤除去装置１１５及び１０８により除去しきれなくなる。

なお、接触式表面粗さ測定機を使用し、ワイヤ製造工程の進行方向のみを測定した。測定の定義は、ＪＩＳＢ０６５１に準拠し、語句の定義はＪＩＳＢ０６０１に準拠した。

（ｄ）金属組織：主として、２５乃至１００μｍの粒径を有するフェライト相
帯鋼の金属組織は、主として、２５乃至１００μｍの粒径を有するフェライト相で占められていることが好ましい。このように、帯鋼の金属組織が、殆どフェライト相で形成されており、そのフェライト相の粒径が２５乃至１００μｍであることにより、製造工程中に焼鈍工程を挿入しなくても、帯鋼を環状に成形する工程を円滑に実施でき、更に、シーム有りフラックス入りワイヤの最終製品径までの伸線加工を円滑に行うことができる。即ち、本願発明者らが、請求項５に記載の組成において、帯鋼の金属組織と機械的特性との相関関係を実験研究した結果、金属組織を粒径が２５乃至１００μｍのフェライト相が占めるものとすることにより、上述の機械的特性が得られた。これにより、円形成形工程及び伸線工程が円滑に実施できた。

（ｅ）組成
本発明の適用対象となる帯鋼は、Ｃ：０．０５質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．４質量％以下、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有する軟鋼である。

（ｆ）酸化チタン：フラックス全質量あたり３０質量％以上
酸化チタンはフラックスの粉化を抑制する。酸化チタンがフラックス全質量あたり３０質量％未満であると、フラックスの粉化を抑制する効果が得られない。このため、本発明の帯鋼は、酸化チタンをフラックス全質量あたり３０質量％以上含有するシーム有りフラックス入りワイヤに使用することが好ましい。

以下、本発明の効果を示す実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。下記表１は帯鋼の組成を示し、下記表２は帯鋼のサイズ、機械的特性、フェライト相の粒径及び算術平均粗さＲａを示す。また、下記表３は成形性及び伸線性の結果を示す。

この表３に示すように、機械的性質、サイズ、算術平均粗さＲａ、フェライト相の粒径及び組成が本発明の範囲を満たす場合は、成形性及び伸線性が良好であった。これに対し、上記性質のいずれかが本発明の範囲から外れる場合は、成形性又は伸線性が劣るものであった。

次に、下記表４の組成の帯鋼を使用し、吸湿特性及び粉化特性を調査した結果について説明する。

この帯鋼を使用し、フラックスに酸化チタンを１００％含有するものを使用して、直径が１．２ｍｍの溶接ワイヤを製造した。この場合に得られた溶接ワイヤの吸湿特性及び粉化特性を図２及び図３に示す。なお、粉化特性は、粉末の比表面積である。鋼材Ｃはマイクロビッカース硬さが１１０Ｈｖを超えているので、吸湿特性及び粉化特性が劣化している。これに対し、鋼材Ａ，Ｂは、マイクロビッカース硬さが９０乃至１１０Ｈｖを満たしているので、吸湿特性及び粉化特性が良好であった。

また、表４に記載の鋼材Ａ、Ｂ、Ｃを使用し、フラックスに酸化チタンを５０質量％含有するものを使用して、直径が１．２ｍｍの溶接ワイヤを製造した。この場合に得られた溶接ワイヤの吸湿特性及び粉化特性を図４及び図５に示す。この図４及び図５も、鋼材Ａ，Ｂは吸気特性及び粉化特性が優れているが、鋼材Ｃは吸気特性及び粉化特性が劣るものであった。

更に、表４に記載の鋼材Ａ、Ｂ、Ｃを使用し、フラックスに酸化チタンを３０質量％含有するものを使用して、直径が１．２ｍｍの溶接ワイヤを製造した。この場合に得られた溶接ワイヤの吸湿特性及び粉化特性を図６及び図７に示す。この図６及び図７に示すように、鋼材Ａ，Ｂは鋼材Ｃよりも吸気特性及び粉化特性が若干優れているが、酸化チタンが５０％又は８０％の場合に比して、両者の差は小さい。

更にまた、表４に記載の鋼材Ａ、Ｂ、Ｃを使用し、フラックスに酸化チタンを１５質量％含有するものを使用して、直径が１．２ｍｍの溶接ワイヤを製造した。この場合に得られた溶接ワイヤの吸湿特性及び粉化特性を図８及び図９に示す。この図８及び図９に示すように、鋼材Ａ，Ｂ、Ｃの吸気特性及び粉化特性は同程度である。しかし、図８及び図９に示す酸化チタンが１５％の場合は、図６及び図７に記載の酸化チタンが３０質量％の場合に比して、吸湿特性及び粉化特性が若干劣る。

本発明の実施形態の製造装置を示す模式図である。酸化チタン１００％のフラックスを使用したときの吸湿特性を示すグラフ図である。酸化チタン１００％のフラックスを使用したときの粉化特性を示すグラフ図である。酸化チタン５０％のフラックスを使用したときの吸湿特性を示すグラフ図である。酸化チタン５０％のフラックスを使用したときの粉化特性を示すグラフ図である。酸化チタン３０％のフラックスを使用したときの吸湿特性を示すグラフ図である。酸化チタン３０％のフラックスを使用したときの粉化特性を示すグラフ図である。酸化チタン１５％のフラックスを使用したときの吸湿特性を示すグラフ図である。酸化チタン１５％のフラックスを使用したときの粉化特性を示すグラフ図である。

符号の説明

１００帯鋼
１００ａ帯鋼
１００ｂワイヤ
１００ｃワイヤ
１００ｅワイヤ
１００ｆワイヤ
１０２洗浄脱脂装置
１０３ａ、１０３ｂ潤滑剤塗布装置
１０４ａ、１０４ｂ成形ローラ列
１０５供給装置
１０６フラックス
１０７ワイヤ
１０８潤滑剤除去装置
１０９塗油装置
１１０ワイヤ
１１１キャプスタン
１１２カリバーロール
１１３潤滑剤
１１４、１１４ａ、１１４ｂシーム
１１５潤滑剤除去装置
１１６コイル
２０１、２０６，４０１，４０５ローラダイス列
５０１孔ダイス

Claims

焼鈍工程を設けることなく、帯鋼を管状に成形しつつフラックスを前記管内に封入した後伸線加工してシーム有りフラックス入りワイヤを製造する際に使用される帯鋼において、マイクロビッカース硬さが９０乃至１４０Ｈｖ、引張強度が２７８乃至３５０Ｎ／ｍｍ^２、伸びが３５％以上である軟鋼からなり、表面の算術平均粗さＲａが０．９乃至１．６μｍであり、金属組織が、主として、２５乃至１００μｍの粒径を有するフェライト相で占められていることを特徴とするシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼。
厚さｔが１．２ｍｍ以下、幅が１８ｍｍ以下、ｔ／Ｄ（Ｄ：環状成形された直後のワイヤ径）が０．２以下であることを特徴とする請求項１に記載のシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼。
Ｃ：０．０５質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以下、Ｍｎ：０．４質量％以下、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼。
前記マイクロビッカース硬さが１１０Ｈｖ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼。
シーム有りフラックス入りワイヤの製造に使用される帯鋼において、マイクロビッカース硬さが９０乃至１１０Ｈｖ、引張強度が２７８乃至３５０Ｎ／ｍｍ^２、伸びが３５％以上である軟鋼からなることを特徴とするシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼。
前記フラックスは、酸化チタンをフラックス全質量あたり３０質量％以上含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼。
前記請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシーム有りフラックス入りワイヤ用帯鋼を使用し、前記帯鋼を管状に成形しつつ前記帯鋼の上に酸化チタンを３０質量％以上含有するフラックスを供給しフラックスが封入された管状のワイヤを得る工程と、前記ワイヤを伸線潤滑剤を使用して伸線する工程と、伸線後のワイヤから前記潤滑剤を除去する工程と、ワイヤ送給用潤滑剤をワイヤ表面に塗布する工程と、を有することを特徴とするシーム有りフラックス入りワイヤの製造方法。