JP5701744B2 - 鋼線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼線の製造方法（以下、単に「製造方法」とも称する）に関し、詳しくは、鋼線の製造に要するエネルギーの削減を可能とする鋼線の製造方法に関する。

タイヤを初めとするゴム物品等の補強材として、スチール素線の撚り合わせ等からなるスチールコードが用いられている。

このスチール素線等に用いられる高炭素鋼線は、従来より、次のような工程で製造されている。かかる高炭素鋼線は、ステルモア処理によりパーライト組織とされた直径約５．５ｍｍの高炭素鋼線材を原材料としている。また、前伸線工程として、原材料に伸線加工を施し、最終直径よりも大きい中間線材を得る。この前伸線加工は乾式伸線を適用するのが一般的であり、熱処理を挟んだ２工程の伸線加工を適用する場合もある。

さらに、熱処理工程として、中間線材にパテンティング熱処理を施し、微細パーライト組織を有する熱処理済み線材を得、ゴム物品補強用の素線を製造する際は、熱処理に続いてブラスメッキ処理を施している。

さらにまた、最終伸線工程として、熱処理済み線材に伸線加工を施し、所望の最終直径と所望の引張強さを有する鋼線を得る。かかる最終伸線加工は、湿式伸線法を適用するのが一般的である。

また、上記工程で製造された鋼線の引張強さは、原材料の組成（主として炭素含有量）と、最終伸線工程における伸線加工量の影響が大きい。すなわち、炭素含有量が多いほど、また、最終伸線工程における伸線加工量が大きいほど高い引張強さの鋼線が得られる。

例えば、スチールコード用素線の製造に一般的に用いられている原材料の炭素含有量は、０．８０〜０．８６質量％（以下、これを「８０Ｃ材」と称する）である。次式、
εｆ＝２ｌｎ（Ｄ０／Ｄｆ）
（式中、Ｄｆは最終伸線工程で得る鋼線の最終直径を示し、Ｄ０は最終伸線前の熱処理済み線材の直径を示し、ｌｎは自然対数である）で表される関係を満足する、最終伸線工程における伸線加工量εｆについては、かかる原材料を使用して、直径０．２３ｍｍで引張強さ約３２００ＭＰａの鋼線を製造する場合、約３．２である。このような一般的な技術に対して、より高強度化するための技術やより製造コストを低くするための技術が求められていた。

そこで、特許文献１〜４には、８０Ｃ材を用い、最終伸線条件を改良して最終伸線加工量を増加させることにより引張強さを向上させる技術が開示されている。また、特許文献５および６には、炭素含有量を増加した原材料を用い、中間線材を作製する前伸線工程の伸線加工量を調整することにより引張強さを向上させる技術が開示されている。さらに、特許文献７には、炭素含有量を増加した原材料を用い、Ｃｒ等の合金元素を添加することにより引張強さを向上させる技術が開示されている。

さらにまた、特許文献８および９には、８０Ｃ材よりも炭素含有量が少ない原材料を用い、最終伸線加工量を増すことにより８０Ｃ材を適用した場合と同等の引張強さの鋼線を製造する技術が開示されている。

特開平８−１３２１２８号公報（特許請求の範囲等） 特開平８−２１８２８２号公報（特許請求の範囲等） 特開平１０−３２５０８９号公報（特許請求の範囲等） 特開平１１−２４１２８０号公報（特許請求の範囲等） 特開平６−１３６４５３号公報（特許請求の範囲等） 特開２００７−１１１７６７号公報（特許請求の範囲等） 特開２００８−６９４０９号公報（特許請求の範囲等） 特開平８−２６００９６号公報（特許請求の範囲等） 特開平８−３２５９６４号公報（特許請求の範囲等）

しかしながら、特許文献１〜７記載の技術では、環境負荷の低減が求められている中で、製造に要するエネルギーについて考慮されていない。また、特許文献８および９記載の技術では、原材料のコストは削減できるものの、最終伸線加工量の増加が必要であるため加工に必要なエネルギーは削減されず、より少ない加工エネルギーで鋼線を製造できる鋼線の製造方法が求められている。

そこで本発明の目的は、上記従来技術における問題を解消して、良好な引張り強さを有する鋼線を、少ない加工エネルギーにて製造できる製造方法を提供することである。具体的には、８０Ｃ材を用いた従来の一般的な製造方法によって得られる鋼線と同等の引張り強さの鋼線を、少ない加工エネルギーにて製造できる製造方法を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の知見を得た。すなわち、通常、最終伸線加工では、湿式スリップ伸線方式が採用されているが、湿式伸線加工の伸線方式は、潤滑液中でワイヤをキャプスタンにより引き抜く方式である。ここで、生産、設備上の効率を考えると、１台の伸線機で同時に２０段程度の連続伸線を行い、各段のキャプスタンを一台のモーターで駆動することが好ましい。しかしながら、伸線機の構造上、キャプスタンとワイヤには速度差、すなわち、スリップが必要となり、このスリップが製造電力の損失となる。一方、前伸線加工に用いられる乾式伸線機は、キャプスタン１段につき１台のモーターで速度制御する方式のため、スリップが発生せず、製造電力の損失は少ないとの知見を得た。

また、最終湿式伸線では、ダイス界面では、ワイヤ表面のめっきとメタルタッチした極圧潤滑状態となっているため、摩擦係数が大きい。一方、乾式伸線は粉末状の潤滑剤がダイス界面に引き込まれ、潤滑剤が溶けることにより流体潤滑状態となっており、摩擦係数が小さいと考えられている。このため、湿式伸線は乾式伸線と比較して消費電力が大きいと考えられる。そこで、本発明者は、かかる知見をもとにさらに鋭意検討した結果、最終伸線工程における伸線加工量εｆを調整することにより、良好な引張り強さを有する鋼線を、少ない加工エネルギーにて製造できることを見出して、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の鋼線の製造方法は、０．９０〜１．２０質量％の炭素を含有する高炭素鋼線材に伸線加工を施して中間線材とする前伸線工程と、この中間線材にパテンティング熱処理を施して熱処理済み線材とする熱処理工程と、この熱処理済み線材に伸線加工を施して鋼線を得る最終伸線工程とを含む鋼線の製造方法において、
次式、
εｆ＝２ｌｎ（Ｄ０／Ｄｆ）
（式中、Ｄｆは最終伸線工程で得る鋼線の最終直径を示し、Ｄ０は最終伸線工程前の熱処理済み線材の直径を示し、ｌｎは自然対数である）で表される関係を満足する、最終伸線工程における伸線加工量εｆが、２．５０〜３．００であり、前記最終伸線工程で得られる鋼線の直径を、０．０５〜０．５０ｍｍとすることを特徴とするものである。

また、本発明の鋼線の製造方法は、前記高炭素鋼線材の金属組織がパーライトであることが好ましく、さらに、本発明の鋼線の製造方法は、前記最終伸線工程で得られる鋼線の引張り強さＴＳｆと、熱処理済み線材の引張り強さＴＳと、前記εｆとが次式、
ＴＳ×ｅｘｐ（０．２４×εｆ）≦ＴＳｆ≦ＴＳ×ｅｘｐ（０．３０×εｆ）
で表わされる関係を満足することが好ましく、より好ましくは、ＴＳｆは、２７００〜３３００ＭＰａである。

また、本発明の鋼線の製造方法は、０．９０〜１．０５質量％の炭素を含有する高炭素鋼線材に伸線加工を施して中間線材とし、前記εｆを２．７０〜３．００とし、前記ＴＳｆを２７００〜３２００ＭＰａとすることが好ましい。

本発明によれば、良好な引張り強さを有する鋼線を、少ない加工エネルギーにて製造できる製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態につき、具体的に説明する。
本発明の鋼線の製造方法は、高炭素鋼線材に伸線加工を施して中間線材とする前伸線工程と、この中間線材にパテンティング熱処理を施して熱処理済み線材とする熱処理工程と、この熱処理済み線材に伸線加工を施して鋼線を得る最終伸線工程とを含むものである。

また、本発明の鋼線の製造方法は、０．９０〜１．２０質量％の炭素を含有する高炭素鋼線材を原材料とするものであり、かかる高炭素鋼線材にＣｒ、Ｎｉ、Ｖ等の合金元素が添加された原材料を用いてもよい。高炭素鋼線材中に含有する炭素の量が、０．９０質量％未満では、一般的な８０Ｃ材を適用した場合に比べ、最終伸線工程における所要加工量を大して低く設定できないので、省エネ効果が小さい。一方、１．２０質量％を超えると、熱処理工程において均一な金属組織を得難くなり、熱処理済み線材の伸線加工性が劣る。

さらに、本発明の鋼線の製造方法は、次式、
εｆ＝２ｌｎ（Ｄ０／Ｄｆ）
（式中、Ｄｆは最終伸線工程で得る鋼線の最終直径を示し、Ｄ０は最終伸線工程前の熱処理済み線材の直径を示し、ｌｎは自然対数である）で表される関係を満足する、最終伸線工程における伸線加工量εｆが、２．５０〜３．１０、好ましくは２．６０〜３．００である。伸線加工量εｆが２．５０未満では、ゴム補強用やロープ用素線として望まれる引張強さを得難くなる。一方、伸線加工量εｆが３．１０を超えると、最終伸線に要するエネルギーが大きくなるので、省エネ効果を得難くなる。

鋼線の製造において消費されるエネルギーは、最終伸線工程に要する電力の割合が大きい。そのため、最終伸線工程における伸線加工量εｆを調整することにより、良好な引張り強さを有する鋼線を、少ない加工エネルギーにて製造できる。また、８０Ｃ材よりも炭素含有量の多い原材料を用いることにより、従来品と同等の引張強さを得るために最終伸線工程で必要とされる伸線加工量を小さくすることができ、製造に要するエネルギーを削減することができる。さらに、最終伸線加工量を小さくすることは、鋼線の延性向上にも有利であり、断線減少による生産性の向上、鋼線品質の向上といった付随効果も期待できる。

本発明の鋼線の製造方法においては、高炭素鋼線材の金属組織がパーライトであることが好ましい。パーライト鋼はマルテンサイト鋼よりも加工硬化率が大きいためである。

本発明の鋼線の製造方法は、最終伸線工程で得られる鋼線の直径を、０．０５〜０．５０ｍｍとすることが好ましい。かかる範囲は、ゴム補強用やロープ用素線として望ましい直径範囲であり、良好な引張り強さを有する鋼線を、より少ない加工エネルギーにて製造できる。

また、本発明の鋼線の製造方法は、パーライト鋼において、最終伸線工程で得られる鋼線の引張り強さＴＳｆと、熱処理済み線材の引張り強さＴＳと、εｆとが次式、
ＴＳ×ｅｘｐ（０．２４×εｆ）≦ＴＳｆ≦ＴＳ×ｅｘｐ（０．３０×εｆ）
で表わされる関係を満足することが好ましく、より好ましくは、ＴＳｆは、２７００〜３３００ＭＰａである。鋼線の引張り強さが、２７００ＭＰａ未満では、ゴム補強用やロープ用素線として強度が不足するおそれがあり、一方、鋼線の引張り強さが、３３００ＭＰａを超えると、炭素含有量を増やしても最終伸線工程での加工量を大きく設定する必要が有るので、省エネ効果が小さくなるおそれがあるからである。

さらに、本発明の鋼線の製造方法は、０．９０〜１．０５質量％の炭素を含有する高炭素鋼線材に伸線加工を施して中間線材とし、伸線加工量εｆを２．７０〜３．０５とし、最終伸線工程で得られる鋼線の引張り強さを２７００〜３２００ＭＰａとすることが好ましい。これにより、良好な引張り強さを有する鋼線を、より少ない加工エネルギーにて製造できる。また、高炭素鋼線材中に含有する炭素の量の上限を１．０５とすることにより、熱処理工程において均一な金属組織を得ることが容易となる。

本発明においては、高炭素鋼線材中の炭素含有量、伸線加工量εｆ、最終伸線工程で得られる鋼線の引張り強さのみが重要であり、それ以外の各工程における処理方法や処理条件等については、所望に応じ、常法に従い適宜行うことができ、特に制限されるものではない。

また、本発明の鋼線の製造方法は、ゴム物品補強用のスチールコードの素線や、ワイヤーロープの素線の製造等に用いることができる。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
直径５．５．ｍｍで１．０２質量％の炭素を含有する、高炭素鋼線材（１０２Ｃ材）に伸線加工を施して中間線材を作製した（前伸線工程）。前伸線工程は、中間熱処理を入れずに実施した。得られた中間線材にパテンティング熱処理を施して熱処理済み線材を作製した（熱処理工程、熱処理メッキ）。この熱処理済み線材に伸線加工を施して（最終伸線工程）、直径０．１９ｍｍ、引張強さＴＳｆが３０００ＭＰａの実施例１の鋼線を得た。なお、用いた高炭素鋼線材の金属組織はほぼ均一なパーライト組織である。

下記表１には、上記実施例１の製造条件を示すとともに、中間線材径（ｍｍ）、前伸線工程における伸線加工量ε、熱処理済み線材の引張強さ（ＴＳ、単位ＭＰａ）、最終伸線工程で得られた鋼線の最終直径（ｍｍ）、最終伸線工程における伸線加工量εｆおよび最終伸線工程で得られた鋼線の引張強さ（ＴＳｆ、単位ＭＰａ）を示した。また、表１中に、使用した原材料の炭素含有量（質量％）、直径（ｍｍ）および材料の略称を示した。なお、伸線加工量εは、次式、
ε＝２ｌｎ（Ｄ１／Ｄ２）
（式中、Ｄ１は前伸線工程前の線材の直径を示し、Ｄ２は前伸線工程で得る中間線材の直径を示し、ｌｎは自然対数である）で表される。

（実施例２）
下記表１に示す製造条件にした以外は、実施例１と同様にして、直径０．１９ｍｍ、ＴＳｆが３０００ＭＰａの実施例２の鋼線を得た。

（従来例）
下記表１に示す製造条件にした以外は、実施例１と同様にして、直径０．１９ｍｍ、ＴＳｆが３０００ＭＰａの従来例の鋼線を得た。

（比較例１）
下記表１に示す製造条件にした以外は、実施例１と同様にして、直径０．１９ｍｍ、ＴＳｆが３０００ＭＰａの比較例１の鋼線を得た。

（比較例２）
従来例に示す製造条件を用いて、９０Ｃ材を加工して、直径０．１９ｍｍ、ＴＳｆが３３５０ＭＰａの比較例２の鋼線を得た。

（比較例３）
下記表１に示す製造条件にした以外は、実施例１と同様にして、直径０．１９ｍｍ、ＴＳｆが３０００ＭＰａの比較例３の鋼線を得た。

実施例１、２、従来例および比較例１〜３の鋼線１ｔ当たりを製造するのに必要な所要エネルギー（各工程および合計）を求めた。８０Ｃ材を用いた場合の総エネルギーを１０００とした指数で表示を使用して、結果を下記表２に示す。表２中、数値が小さいほど、所要エネルギーが少ないことを示す。

従来例および比較例１〜３では、最終伸線工程での所要エネルギーの割合が大きかったが、実施例１、２では、高炭素鋼材の最終伸線工程での所要エネルギーを削減できるので、製造に要するエネルギーが削減でき、良好な引張り強さを有する鋼線を、少ない加工エネルギーにて製造できた。また、上記では、直径０．１９ｍｍ、鋼線の引張強さが３０００及び３３５０ＭＰａの鋼線を例に挙げたが、直径あるいは鋼線の引張強さが異なる鋼線の製造においても、同様の効果を得ることができる。

Claims (5)

1. ０．９０〜１．２０質量％の炭素を含有する高炭素鋼線材に伸線加工を施して中間線材とする前伸線工程と、この中間線材にパテンティング熱処理を施して熱処理済み線材とする熱処理工程と、この熱処理済み線材に伸線加工を施して鋼線を得る最終伸線工程とを含む鋼線の製造方法において、
   次式、
   εｆ＝２ｌｎ（Ｄ０／Ｄｆ）
   （式中、Ｄｆは最終伸線工程で得る鋼線の最終直径を示し、Ｄ０は最終伸線工程前の熱処理済み線材の直径を示し、ｌｎは自然対数である）で表される関係を満足する、最終伸線工程における伸線加工量εｆが、２．５０〜３．００であり、前記最終伸線工程で得られる鋼線の直径を、０．０５〜０．５０ｍｍとすることを特徴とする鋼線の製造方法。
2. 前記高炭素鋼線材の金属組織がパーライトである請求項１記載の鋼線の製造方法。
3. 前記最終伸線工程で得られる鋼線の引張り強さＴＳｆと、前記熱処理済み線材の引張り強さＴＳと、前記εｆとが次式、
   ＴＳ×ｅｘｐ（０．２４×εｆ）≦ＴＳｆ≦ＴＳ×ｅｘｐ（０．３０×εｆ）
   で表わされる関係を満足する請求項２記載の鋼線の製造方法。
4. 前記ＴＳｆが、２７００〜３３００ＭＰａである請求項３記載の鋼線の製造方法。
5. ０．９０〜１．０５質量％の炭素を含有する高炭素鋼線材に伸線加工を施して中間線材とし、前記εｆを２．７０〜３．００とし、前記ＴＳｆを２７００〜３２００ＭＰａとする請求項３または４記載の鋼線の製造方法。