JP5758884B2 - 薄くポリマーコーティングされたマルテンサイト系ワイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ポリマーコーティングが細長い鋼製エレメントのすぐ上に施されている、マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトまたはソルバイト構造をもつ、細長い鋼製エレメント（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）に関する。本発明は、細長い鋼製エレメントを製造する方法にも関する。

鋼線の摩擦係数が、ブラシ製造（ｂｒｕｓｈ ｍａｋｉｎｇ）などのさらなる下流処理に非常に重要であることは周知である。

摩擦係数を低下させる一般的な方法は、滑沢剤、例えば油などを使用することによる。主にオイリングは鋼線に適用されることで、さらなる下流処理を向上させ、それによりさらなる耐蝕性も提供する。しかし、油がワイヤ表面に存在することは、粘着性の表面を作り出すという不利点を有する。例えば、油を塗った鋼線を束ねた場合、これらの油を塗った束を、事前に定めた、それよりも小さな束に分離することが困難である。さらに、油は作業領域を汚し、環境、安全および健康に対して危険な状態を作り出す可能性がある。

裸鋼の耐蝕性は、ほとんどの場合不十分であることも周知である。

腐食とは、化学反応による鋼製エレメントのその構成原子への分解を意味する。言い換えれば、鋼製エレメントの電子が水および酸素と反応する。鉄原子の酸化による鉄の弱体化は、電気化学的腐食の周知の例である。それは錆としても一般的に公知である。この種のダメージは、一般に元の鋼製エレメントの酸化物（類）および／または塩（類）を生成する。

現在のところ、クロム酸塩変換などの制御された腐食処理が、鋼製エレメントの耐蝕性を増大させる。しかし、クロム酸塩変換は、環境汚染を引き起こし、より多くの投資コストを招く。

あるいは、高い耐蝕性を得るために、ポリマーコーティングを従来の亜鉛めっきコーティングされた鋼製エレメントに適用してもよい。ポリマーコーティングはカラー・コーティングを生じさせることができるが、ポリマーコーティングの前に亜鉛めっきすることで鋼製エレメントに対するコストはより高くなり、高度の環境汚染が引き起こされ得る。ポリマーコーティングのための追加のラインもコストを増加させる可能性がある。

本発明の目的は、先行技術の問題を克服することである。

環境汚染を減少させることも本発明の目的である。

本発明のさらなる目的は、摩擦が低く耐蝕性の高い、細長い鋼製エレメントを提供することである。

本発明の別の目的は、細長い鋼製エレメントを製造する方法を提供することである。

本発明によれば、マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトまたはソルバイト構造を有する細長い鋼製エレメントは、細長い鋼製エレメントのすぐ上にポリマーコーティングを有し、ポリマーコーティングの厚さは２０μｍ未満である。

マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトおよびソルバイトとは、鋼の結晶構造の４つの形態をさす。一般に、マルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイトはパーライト（ｐｅａｒｌｉｔｅ）よりも硬く、ベイナイトはパーライトよりも良好な靭性および安定性を有し、ソルバイトはパーライトよりも良好な機械的特性を有する。従って、様々な意図される適用または用途を考慮すると、マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトおよびソルバイトが好ましい。

用語「細長い鋼製エレメントのすぐ上のポリマーコーティング」とは、ポリマーコーティングされる前の何らコーティングされていない裸の細長い鋼製エレメントをさす。それは、ポリマーコーティングと鋼心の間に中間体コーティングが存在しないことを意味する。そのために、細長い鋼製エレメントは、防蝕を得るために閉じたポリマーコーティングを有する。また、このポリマーコーティングは、低い摩擦係数（静的摩擦係数と動的摩擦係数との両方）を細長い鋼製エレメントにもたらすと同時に、なお高い耐蝕性を有する。さらに、下記にて説明するように、細長い鋼製エレメントの上の直接の薄いポリマーコーティングは、多くのコストを節減する。

米国特許第５３０３４９８号明細書は、鋼線と樹脂からなるストランドを含む釣り糸を開示している。鋼線は、束ねられて樹脂でコーティングされる前に耐蝕性金属でコーティングされている。さらに、上記文献には、鋼線の炭素含有量は低く、０．０１％〜０．０５％の間であることが記載されている。

ＵＳ６９５１９８５は、金属線、外層、第１層および第２層を含む電気ケーブルを開示している。外層および第２層は、電気絶縁材料で形成されている。第１層は超伝導材料で形成されている。金属線は少なくとも３つの層で被覆されることにより、超伝導電気ケーブルが得られる。

米国特許第５７８９０８０号明細書は、シラン層で被覆された、炭素含有量の低い（０．２０％未満）鋼線を開示している。鋼線がゴム製品で使用される間、シランコーティングは、鋼線への良好な接着をもたらす。

上記の３つの文献は全て、鋼製エレメントがポリマーコーティングを細長い鋼製エレメントのすぐ上に有することに言及していない。

好ましくは、細長い鋼製エレメントは焼戻しマルテンサイト構造を有する。言い換えれば、細長い鋼製エレメントを焼き戻して、その硬度および強度の次に高い延性および靭性を得る。焼戻しマルテンサイトは焼き戻された後に、より強靭かつ、より延性となる。

ポリマーコーティングの厚さは、細長い鋼製エレメントの特性要件によって決まる。ポリマーコーティングが厚いほど、細長い鋼製エレメントの耐蝕性は優れているが、製造コストも高くなる。

本発明によれば、ポリマーコーティングの厚さは、２０μｍ未満である。好ましくは、厚さは１５μｍ未満、例えば１０μｍ未満である。最も好ましくは、厚さは、２μｍ〜４μｍの範囲内である。細長い鋼製エレメントは、そのような適合したポリマーコーティング厚さで、低い摩擦係数と高い耐蝕性との両方を得ることができた。

本発明によれば、ポリマーは、ホモポリマーまたは共重合体である。好ましくは、ポリマーは、共重合体である。より好ましくは、共重合体は、ポリエチレンおよび／またはポリアクリレートに基づくか、あるいは、ポリスチレンおよび／またはポリアクリレートに基づく。

ポリマーコーティングは、改良された摩擦係数および耐蝕性を細長い鋼製エレメントにもたらす。先行技術のオイリングで被覆された鋼製エレメントと比較して、摩擦係数は、大体２０％低く、耐蝕性は大体５０％高い。それは、ブラシ製造または制御ケーブル線製造などのさらなる下流処理を行うにあたり、有利となる。特に、動的摩擦係数は、結束（ｂｕｎｄｌｉｎｇ）および切断のようなさらなる下流処理の間にコーティングの表面が損傷を受けることから保護するように改良される。

さらに、ポリマーコーティングは、オイリングと比較して環境汚染を低減することができる。

着色顔料をポリマーに添加してもよい。無機色素か有機色素のいずれを使用してもよい。また、顔料は、発光顔料などの特殊な顔料であってよい。

従って、細長い鋼製エレメントには、紫色から赤色までの全可視スペクトルが適用され得る。

本発明によれば、細長い鋼製エレメントの炭素含有量は、０．３０重量％〜１．００重量％の範囲である（重量％は、重量による百分率である）。好ましくは、細長い鋼製エレメントの炭素含有量は、０．５０重量％〜０．８０重量％の範囲である。より好ましくは、細長い鋼製エレメントの炭素含有量は、０．６０重量％である。

鋼組成は、０．３０％〜１．５０％の範囲のマンガン含有量、０．１０％〜１．８０％の範囲のシリコン含有量、０．０３５％の最大硫黄含有量、０．０３５％の最大リン含有量および１．５０％の最大クロム含有量も含み得る。少量の銅、バナジウム、ホウ素、ニッケル、モリブデン、ニオブ、銅カルシウム、アルミニウム、チタンおよび窒素が存在し得る。

細長い鋼製エレメントは、丸線、異形線（ｐｒｏｆｉｌｅ ｗｉｒｅ）、ストリップ、シート、ブレードまたはその他の細長い鋼製エレメントであってよい。そして、異形線は、平線、平角線、角線またはその他の異形線であってよい。

丸鋼線に関して、直径は、０．１５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲である。好ましくは、直径は、０．２０ｍｍ〜０．８０ｍｍの範囲である。

ポリマーコーティングされた鋼製エレメントを製造する方法は、（ａ）細長い鋼製エレメントをオーステナイト化する工程、（ｂ）前記細長い鋼製エレメントを急速冷却して、マルテンサイト、ベイナイトまたはソルバイト構造を得る工程、（ｃ）前記細長い鋼製エレメントを、ポリマーを含む浴に浸漬して、２０μｍよりも薄いポリマーコーティングを前記細長い鋼製エレメントに施す工程、を含む。

当技術分野で公知のように、非常に純粋なマルテンサイト組織を得るために、細長い鋼製エレメントは急速に冷却されるべきである。しかし、冷却が速すぎると、細長い鋼製エレメントはダメージを受けることになる。

純粋なベイナイト組織を得るためには、細長い鋼製エレメントを、オーステナイト域まで再度加熱し（オーステナイト化）、制御された温度まで多少よりゆっくりと冷却した後に低い温度まで完全にクエンチする（冷却する）必要がある。

マルテンサイトまたはソルバイトを強靭かつ延性にするためには、細長い鋼製エレメントを冷却後に焼き戻せばよい。細長い鋼製エレメントは、上記段階（ｂ）の後に３００℃〜４５０℃の範囲の温度で焼き戻される。

細長い鋼製エレメントには、強度と延性のバランスがある。所要の機械的性質を得るために、焼戻し工程の間に時間と温度を正確に制御することが必要である。

ポリマーコーティングは、焼戻しの間にワイヤの内部にまだ存在する熱エネルギーによって形成されてよい。エネルギーコストを節約するため、急速冷却または焼戻しを行った後に、その温度が１００℃〜２５０℃の間となるまで細長い鋼製エレメントを冷却してよい。次に、高温の細長い鋼製エレメントを浸漬浴に通過させてポリマーでコーティングし、それによって細長いエレメントの内部の残留エネルギーを使用する。この技法は、エネルギーを加えずに、焼戻し段階に沿ってポリマーコーティングを行うことができるという利点を有する。別個のポリマーコーティングのライン、例えば押出ラインなどは、もはや必要でない。

さらに、細長い鋼製エレメントを、ポリマーコーティングの後にワックスでコーティングすることができる。ワックスコーティングは、さらなる下流処理の間にポリマーコーティングがダメージを受けることから保護することができる。さらに、鋼製エレメントの摩擦係数が改善される。それはポリマーコーティングされた細長い鋼製エレメントよりも大体４０％低い。また、ポリマーコーティングのみでコーティングされた細長い鋼製エレメントよりも耐蝕性が優れている。

ワックスコーティングの厚さは、１０μｍ未満である。好ましくは、厚さは５μｍ未満である。

本発明によれば、低い摩擦係数および高い耐蝕性をもつ細長い鋼製エレメントは、多くの適用、例えばブラシ線、可撓性カード線（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃａｒｄ ｗｉｒｅ）、制御ケーブル線において、かつ窓用のワイパーのアームおよびワイパーブレードにおいて使用され得る。また、例えば識別目的などの市場製品に関する要求を満たすために、それを着色して適用することもできる。

ポリマーコーティングを施した丸鋼線の断面を示す図である。 ポリマーコーティングおよびワックスコーティングを施した丸鋼線の断面を示す図である。 ポリマーコーティングおよびワックスコーティングを施した平鋼線の断面を示す図である。

第１の実施形態を図１に示す。炭素含有量が０．６％で直径が０．８０ｍｍの丸鋼線１２は、鋼心１４およびポリマーコーティング１６を有する。ポリマーコーティング１６の厚さは３μｍである。

ポリマーコーティングされた丸鋼線１２を製造するため、出発生成物は線材であり、線材はまず、その最終（鋼）径になるまで多くの次に起こる引抜段階において冷間引抜される。その後、鋼心１４をまず第一に８６０℃〜１０００℃の温度でオーステナイト化し、次に温度が６０℃よりも低くなるまで急速冷却し、次に３００℃〜４５０℃の温度で焼戻し、その後に温度が１５０℃〜２００℃の間になるまで冷却して焼戻しマルテンサイト組織を得る。その次に、焼戻し鋼線が環境温度まで冷めるのを待つ代わりに、焼戻し鋼線１４を、ポリマー濃度が３０容積％であり、温度が７０℃よりも低いポリマー浴の中に浸漬して３μｍのポリマーコーティングを得る。鋼線１４に存在する熱は、鋼線の上にポリマーコーティングを形成するのに役立つ。

第２の実施形態を図２に示す。丸鋼線１８は、２つのコーティング層を有し、それらは、最初のポリマーコーティング１６および２番目のワックスコーティング２０である。ポリマーコーティングされた鋼線１２を、ポリマーコーティングに沿ってワックス浴の中に浸漬する。ワックスコーティングの厚さは３μｍである。

先行技術のオイリングで被覆された鋼線と比較した、いくつかの試験結果を次の表にまとめる。

上記の表によれば、ポリマーおよびワックスコーティングされた鋼線１８と、ポリマーコーティングされた鋼線１２との両方が、従来のオイリングで被覆された鋼線よりも優れた特性を有する。非常に薄いポリマーコーティング（３μｍ）および非常に薄いワックスコーティングでさえも、油を塗った鋼線の耐蝕性よりも約５０％またはそれ以上大きい耐蝕性をもたらす。

図３に、第３の実施形態として、鋼心３２、１０μｍポリマーコーティング３４および７μｍワックスコーティング３６を有するベイナイト構造をもつ平鋼線３０を示す。

第４の実施形態は、１５μｍポリマーコーティングおよび６μｍワックスコーティングを有するマルテンサイト構造をもつ鋼ブレードである。

本発明に従う、コーティングされたマルテンサイト鋼線は、ブラシ線として有利に使用され得る。薄いポリマーコーティングは、鋼線が貼り付いて束になることを防ぎ、かつ、ブラシ線の意図する使用に必要とされる十分な耐蝕性をなお提供する。

また、ポリマーコーティングされたマルテンサイト鋼線は、制御ケーブル、例えばプッシュ−プルケーブルにおいてワイヤとして使用することができる。

あるいは、本発明のポリマーコーティングされた焼戻しマルテンサイト丸鋼線は、ウィンドウワイパーのワイパーアームにおいて強度エレメントとして使用することができる。

本発明のポリマーコーティングされた平らなまたは長方形のマルテンサイト鋼線は、ウィンドウワイパーのワイパーブレードにおいて使用されてよい。

Claims (14)

1. 焼戻しマルテンサイト構造を有する束ねたブラシ線であって、前記ブラシ線が前記ブラシ線のすぐ上にポリマーコーティングを有し、前記ポリマーコーティングの厚さが２０μｍ未満である、ブラシ線。
2. 前記ポリマーコーティングの厚さが１５μｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載のブラシ線。
3. 前記ポリマーコーティングの厚さが２μｍ〜４μｍの範囲であることを特徴とする、請求項１または２に記載のブラシ線。
4. 前記ポリマーが共重合体であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のブラシ線。
5. 前記共重合体が、ポリエチレンおよび／またはポリアクリレートをベースとするものを特徴とする、請求項４に記載のブラシ線。
6. 前記ブラシ線の炭素含有量が、０．３０重量％〜１．００重量％の範囲であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のブラシ線。
7. 前記ブラシ線が丸鋼線であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のブラシ線。
8. 前記丸鋼線の直径が０．１５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項７に記載のブラシ線。
9. 前記ブラシ線が、異形鋼線であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のブラシ線。
10. 前記ブラシ線が、平鋼線であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のブラシ線。
11. 前記ブラシ線が、鋼ブレードであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のブラシ線。
12. 前記ブラシ線が、該ポリマーコーティングの上部にワックスでさらにコーティングされていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のブラシ線。
13. コーティングされたブラシ線を製造する方法であって、前記方法が、
    （ａ）ブラシ線をオーステナイト化する工程と、
    （ｂ）前記ブラシ線を急速冷却して、マルテンサイト構造を得る工程と、
    （ｃ）前記ブラシ線を３００℃〜４５０℃の範囲の温度で焼き戻す工程と、
    （ｄ）前記ブラシ線を、ポリマーを含む浴に浸漬して、２０μｍよりも薄いポリマーコーティングを前記ブラシ線に施す工程と
    を含む、方法。
14. 前記ブラシ線が、前記（ｃ）工程の後に１５０℃〜２００℃の範囲の温度に冷却されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

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