JP6114619B2 - ゴム物品補強用鋼線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム物品補強用鋼線の製造方法に関する。

ゴム物品補強用鋼線は、ゴム物品としての例えばタイヤやホースを補強するために用いられる。タイヤに用いられる場合に、ゴム物品補強用鋼線は、複数の素線を撚り合わせて又は撚らずに引き揃えてスチールコードとしたものを、タイヤの構成部材であるベルトやカーカスに埋設されてタイヤを補強している。

ゴム物品補強用鋼線は、一般に、線材に伸線とこれに引き続く熱処理とを一回又は複数回行い、この熱処理のうちの最終熱処理によって均一で微細なパーライト組織を得た後、ブラスめっきを形成する工程を含む製造方法によって製造される。具体的に例えばスチールコード用の鋼線を製造するときには、一般に直径５．５ｍｍ程度の線材に直径１．２〜３．０ｍｍ程度にまで一回又は熱処理を挟む二回の乾式伸線を行った後、パーライト組織を得るための熱処理を施し、その後、ブラスめっき処理をしてから湿式の最終伸線を行って所望の鋼線が得られる。

タイヤは、軽量化及び軽量化のための部材の薄肉化が求められている。このため、タイヤに用いられるゴム物品補強用鋼線に関して、高強力化により強度を維持しながら径を小さくした鋼線や、コード本数を低減した撚線の鋼線又は無撚りの鋼線や、横断面が扁平形状の鋼線等が研究されている。これらの鋼線のうち、横断面が扁平形状の鋼線に関して、丸線の線材に圧延等の塑性加工を施して製造された鋼線であって、一対の平面とこれらの平面の端部に接続する凸面とによりトラック形状になる扁平な横断面における、平面間の短径と曲面の曲率半径とを、所定の関係を満たすようにすることで、鋼線とゴムとの接着界面における局所的に応力集中を回避して耐セバレーション性を向上させた鋼線がある（特許文献１）。

特開２００９−００１１７０号公報

横断面が扁平形状を有する鋼線は、圧延加工などにより製造される。しかしながら、扁平形状にするための圧延を行った鋼線は、必ずしも機械的特性がタイヤ補強用として特性を満足しない場合があった。

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、強度と延性に優れた断面扁平形状の鋼線の有利な製造方法を提供することを目的とする。

本発明のゴム物品補強用鋼線の製造方法は、炭素を０．７０〜０．９０質量％含有し、直径Ｄが０．４０〜０．９０ｍｍ、引張強さＴＳ（Ｎ／ｍｍ^２）が、直径Ｄとの関係で次式：ＴＳ≧１６２０−３９２０×ｌｏｇＤ（式中、Ｄは線材の直径（ｍｍ、ｌｏｇは常用対数を示す。）で表される関係を満足する高炭素鋼線材に圧延加工を施して、横断面において厚みが０．１８〜０．３４ｍｍ、幅が厚みの２．５〜５．０倍である扁平形状を有するゴム物品補強用鋼線を製造する方法において、前記圧延加工を、直径１２０ｍｍ以下のロールを用いた冷間圧延加工により行い、かつ、該冷間圧延の、各パスの圧下率を１５％以下とし、各パスの圧下率を（直前のパスの圧下率−１．０％）以上とし、各ロールスタンドの入口側の線材に鋼線破断強力の３〜２０％の逆張力を付加する、ことを特徴とする。

本発明のゴム物品補強用鋼線の製造方法は、前記圧延加工を、直径４０〜１２０ｍｍである一対のロールを含む単数又は複数のロールスタンドにて、各パスの圧下率５〜１５％、トータル圧下率４５〜６５％で行うことが好ましく、また、前記ゴム物品補強用鋼線が、引張試験時の破断までの伸びが３．０％以上であることが好ましい。

本発明の条件で圧延加工を行って製造することにより、機械的特性、特に高い強度と優れた延性を併せ持つ扁平形状の鋼線を得ることができ、タイヤ等のゴム物品に適用したときに、優れた補強効果と耐久性とが得られる。

本発明のゴム物品補強用鋼線の一例の横断面図である。 本発明の高炭素鋼線材の一例の横断面図である。 本発明のゴム物品補強用鋼線を製造する圧延の模式図である。 実施例及び比較例のパススケジュールを示すグラフである。 真直性の評価方法の説明図である。

以下、本発明のゴム物品補強用鋼線、その製造方法及びゴム物品補強用鋼線を用いたタイヤについて、より具体的に説明する。

本発明のゴム物品補強用鋼線は、扁平形状を有するものである。図１に示す、本発明のゴム物品補強用鋼線１（以下、単に「鋼線１」ともいう。）の横断面の一例では、円形を直径方向に押しつぶして厚みＴ、幅Ｗのトラック形状を有している。本発明は、この扁平形状にするための加工プロセスに特徴を有している。より具体的には、直径１２０ｍｍ以下のロールを用いた冷間圧延加工により行い、かつ、該冷間圧延の、各パスの圧下率を１５％以下とし、各パスの圧下率を（直前のパスの圧下率−１．０％）以上とし、各パスでの加工前に鋼線破断強力の３〜２０％の逆張力を付加する。

本発明のゴム物品補強用鋼線は、圧延加工を、直径１２０ｍｍ以下のロールを用いた冷間圧延加工により行い、かつ、該冷間圧延の、各パスの圧下率を１５％以下とし、各パスの圧下率を（直前のパスの圧下率−１．０％）以上とし、各パスでの加工前に鋼線破断強力の３〜２０％の逆張力を付加することにより、横断面が扁平形状の鋼線１について、延性が向上した鋼線１が得られ、また、ばらつきの少ない、安定した製造ができるものである。

圧延を施す線材は、炭素を０．７０〜０．９０質量％含有する高炭素鋼線材である。
線材の炭素含有量は、鋼線１の強度確保の面から０．７質量％以上が必要である。一方、炭素含有量が０．９質量％を超えると、伸線加工性や鋼線１の延性が低下する。このため、線材の炭素含有量は、０．７０〜０．９０質量％の範囲とする。

図２に高炭素鋼線材２の横断面の一例を示すように、圧延加工をする直前の高炭素鋼線材２は、横断面が円形を有するものである。高炭素鋼線材２の直径Ｄは、０．４０〜０．９０ｍｍである。この直径Ｄは、圧延加工が、本発明の鋼線１を得るための断面変形加工として伸線工程の後の工程で行われることから、圧延加工後に得られる鋼線１が、横断面で所望のサイズ、具体的には後述するように厚みＴが０．１８〜０．３４ｍｍ、厚みＷが厚みＴの２．５〜５．０倍となるように、圧延前の高炭素鋼線材２の直径Ｄの下限値が０．４０ｍｍと、上限値が０．９０ｍｍとする。

圧延前の高炭素鋼線材２の引張強度ＴＳ（Ｎ／ｍｍ^２）は、上記直径Ｄとの関係で次式：
ＴＳ≧１６２０−３９２０×ｌｏｇＤ
（式中、Ｄは高炭素鋼線材２の直径（ｍｍ）、ｌｏｇは常用対数を示す。）
で表される関係を満足することが必要である。本発明のゴム物品補強用鋼線１は、圧延加工によって横断面形状が円形からトラック形状へと変化するものの、ダイスを用いた伸線加工のように加工硬化はしないので、引張強度は圧延の前後でほとんど変化しない。また、ゴム物品を補強するために当該鋼線１に必要とされる引張強度は、鋼線１の線径に応じて定められる。したがって、高炭素鋼線材２の引張強度ＴＳは、ゴム物品補強用鋼線１に必要とされる引張強度として定められる。高炭素鋼線材２の引張強度ＴＳが、上記直径Ｄとの関係で次式：ＴＳ≧１６２０−３９２０×ｌｏｇＤで表される関係を満足しない低強度である場合は、ゴム物品補強用鋼線１で補強されたゴム物品又はその部材、例えばタイヤのベルトプライの強度が不足する。ゴム物品は、鋼線１の単位長さ当たりの打ち込み本数を増やせば所望の強度が確保できるが、この打ち込み本数を増やすとゴム物品の軽量化、例えばタイヤの軽量化の点で不利となる。

上述した線径、引張強さを有する高炭素鋼線材２は、線径０．４０〜０．９０ｍｍの鋼線を得るための公知の方法を用いて作製することができる。例えば、炭素を０．７０〜０．９０質量％で含む線径５．５ｍｍ程度のロッドに、伸線加工とパテンティング処理を行った後、ゴム物品との密着性を向上させるためにブラスめっき処理を行ってから、最終伸線加工を行って作製する。

圧延加工は、冷間圧延によって行う。温間圧延や熱間圧延では、本発明の鋼線１に求められる強度が得られない。

圧延は、図３に示すように一対のロールｒ１、ｒ２を含む単数又は複数のロールスタンドの当該ロールｒ１、ｒ２間に線材２ｂを通して、線材２ｂの直径方向に加工することにより行う。一対のロールｒ１、ｒ２は、一般には上下方向に並べられる。圧延の際に複数のロールスタンドを圧延方向に沿って配置して、線材２ｂに対して順次に圧延を行うことが、圧延一回当たりの圧下率に上限がある圧延加工を、高い作業能率で実施できることから好ましい。もっとも、複数のロールスタンドを圧延方向に一列に配置して連続的に圧延することは必須ではなく、圧延途中の線材をロールスタンドの間で巻取ってもよいし、または単数のロールスタンドにて、複数パスの圧延を行ってもよい。

各ロールスタンドにおいて圧延を行うロールｒ１、ｒ２の直径Ｒは、４０〜１２０ｍｍの範囲が好ましい。直径が４０ｍｍに満たないと、ロールｒ１、ｒ２の摩耗が早く、摩耗耐久性が劣る。直径が１２０ｍｍを超えると、扁平形状の鋼線１とする圧延加工が不均一となり易く、鋼線１の破断までの伸びの値が低下する。ロールｒ１、ｒ２の直径Ｒは小さいほど均一に加工することができるので、ロールの摩耗性と加工能を勘案して上記の数値範囲でロールの直径を定める。

一対のロールｒ１、ｒ２を備える単数又は複数のロールスタンドによる圧延のトータル圧下率（％）は、本発明では圧延前の丸線材、換言すれば横断面が円形の高炭素鋼線材２における直径をＤ、最終ロールスタンドの出口側の鋼線１の厚みをＴとするとき、次式：
｛（Ｄ−Ｔ）／Ｄ｝×１００
で定義される。このトータル圧下率を４５〜６５％の範囲とする。トータル圧下率が４５％に満たないと、所望の横断面形状が得られない。また、圧延後の鋼線の厚みＴとして所定の厚み（後述する０．１８〜０．３４ｍｍ）が得られない場合がある。トータル圧下率が６５％を超えると、圧延後の鋼線１の厚みＴが所定の厚みよりも薄くなり過ぎる場合があり、また、破断までの伸びが低下するおそれがある。

各パスの圧下率（％）は、各ロールスタンドで行う圧延パスの圧下率であり、図３に示すように各ロールスタンドにおける一対のロールｒ１、ｒ２の入口側の線材２ｂの厚みをＴｂ、出口側の線材２ａの厚みをＴａとするとき、
｛（Ｔｂ−Ｔａ）／Ｔｂ｝×１００
で定義される。各パスの圧下率を本発明では１５％以下とし、かつ、（直前のパスの圧下率−１．０％）以上とする。各パスの圧下率が１５％を超えると、１パス当たりの加工が厳し過ぎて線材２ａに割れが発生するおそれがある。各パスの圧下率が５％に満たないと、所望の鋼線１の厚みＴを得るための圧延パス数が多くなり、生産性が劣るので、５％以上が好ましい。

各パスの圧下率について、（直前のパスの圧下率−１．０％）以上であることは、圧延のパスシリーズを、圧延パスの後段に行くに従って、圧下率を同じ程度に維持するか、又は次第に大きくするという意味である。圧延パスの初めから終わりまでを横軸とし、各圧延パスの圧下率を縦軸としたグラフでは、フラットまたは右上がりの折れ線になる。マイナス１．０％以上というのは、直前のパスと同じ程度の圧下率で圧延する場合に、直前のパスの圧下率の１．０％低い値までは、圧延の効果が同じなので、ばらつきを許容するという意味であり、圧延パスの後段に行くに従って、圧下率を次第に小さくするという意味ではない。

各パスの圧下率を、（直前のパスの圧下率−１．０％）以上にすることにより、延性低下を抑制する。これ以外のパスシリーズ、例えば圧延パスの初めから終わりまでを横軸とし、各圧延パスの圧下率を縦軸としたグラフにおいて、右下がりや山なりのパスシリーズでは、加工中に割れの発生又は破断伸度の低下を招く。

各ロールスタンドの一対のロールｒ１、ｒ２で圧延加工をするに当たり、ロールスタンドの入口側の線材２ｂに、鋼線１の破断強力の３〜２０％の逆張力を付加する。逆張力は、図３の矢印Ｂで示すように、ロールｒ１、ｒ２の出口側から入口側に向かう方向に加える力のことである。ここでいう鋼線１の破断強力とは，圧延を行う前の高炭素鋼線材２、又は圧延を行って得られた鋼線１について、引張試験を行ったときの破断時の力をいう。逆張力を付加して圧延することにより、延性の優れた鋼線１を安定して製造することができる。この逆張力が、鋼線１の破断強力の３％に満たないと、厚みや幅の寸法安定性や鋼線１の真直性が低下する。また、逆張力が２０％を超えると、鋼線１に線細りが生じ、幅方向の寸法安定性が低下する。また、鋼線１の幅方向の両端部に割れが発生し易くなる。より好ましい逆張力は、鋼線１の破断強力の８〜１４％の範囲である。逆張力を付加する手段は、特に限定されないが、例えば多段ロールスタンドにより圧延を行う場合には、ロールスタンド間にダンサーロールを設けて、ロールの回転数等を調整して所定の逆張力を付加することができる。

圧延により得られた本発明のゴム物品補強用鋼線１は、横断面において厚みＴが０．１８〜０．３４ｍｍ、厚みＷが厚みＴの２．５〜５．０倍である扁平形状を有しているものである。鋼線１の厚みＴが０．１８ｍｍに満たないと、鋼線１の厚み寸法安定性が低下し、本発明の鋼線１をゴム物品補強のために適用するのに好ましくない。鋼線１の厚みＴが０．３４ｍｍを超えると、鋼線１の曲げ剛性が高くなり、本発明の鋼線１を用いて補強したゴム物品を製造する時の取り扱い作業性が劣る。

鋼線１の厚みＷが、上記鋼線１の厚みＴの２．５倍に満たないと、圧延前の高炭素鋼線材２の直径Ｄに近い値となって、本発明の鋼線１を用いることによる補強部材の薄肉化が十分に図れず、ひいてはゴム物品の軽量化に不利となる。鋼線１の厚みＷが、上記鋼線１の厚みＴの５．０倍を超えると、鋼線１の幅方向の両端部に割れが発生し易くなる。

本発明のゴム物品補強用鋼線１は、引張試験時の破断までの伸びが３．０％以上である。この伸びが３．０％に満たないと、ゴム物品にもよるが、例えばゴム物品がタイヤである場合には、鋼線１により補強されたタイヤの耐久性の向上が必ずしも図れない。引張試験時の破断までの伸びが３．０％以上であり、横断面が扁平形状を有する鋼線１は、上述した圧延前の高炭素鋼線材２を用いて、上述した圧延を行うことによって得られる。

本発明のゴム物品補強用鋼線１は、ゴム物品として特にタイヤに用いて好適である。本発明のゴム物品補強用鋼線１は、タイヤのベルト層の各ベルトプライに埋設されるスチールコードとして、撚らずに引き揃えて用いることができる。なお、ベルト層用のスチールコードに限られず、他のタイヤ部材のスチールコードとして、本発明のゴム物品補強用鋼線１を用いることもできる。

炭素を０．８０質量％含有する直径Ｄが０．５ｍｍ又は０．８ｍｍの高炭素鋼線材を用意し、圧延加工を行って実施例１〜５、比較例１〜１１の鋼線を製造した。圧延加工の際は、トータル圧下率及び各パスの圧下率が異なる、合計８種類のパススケジュール（パススケジュールＡ〜Ｈ）で行い、かつ、圧延の際の逆張力、ロールの直径を種々の値とした。パススケジュールＡ〜Ｈの各圧延パスにおける出口側の線材の厚みと圧下率とトータル圧下率を表１及び表２に示す。また、これらのパススケジュールの各パスの圧下率をグラフにして図４に示す。

また、各実施例及び各比較例について、圧延時のロール直径、逆張力、逆張力の、鋼線の破断強力に対する百分率、圧延により得られた扁平形状の鋼線の厚み、幅、幅の厚みに対する比、引張試験時の破断までの伸び、すなわち破断伸度、寸法安定性、ロール耐摩耗性、生産性を示す。
なお、表３及び表４における破断伸度、寸法安定性、ロール耐摩耗性、生産性の評価は、次のとおりとした。

（破断伸度）
扁平形状の鋼線に引張試験を行って破断するまでの伸び率を示した。

（寸法安定性）
扁平形状の鋼線の厚み及び幅を鋼線長さ１００ｍ当たり１０点で測定し、その変化幅が±０．０３ｍｍ以内であり、かつ、図５に示すように真直性試験として扁平形状の鋼線を４００ｍｍにカットした試料３を、平坦な場所に力学的に拘束しない開放状態で放置し、このときに円弧状を呈する当該試料３の弧の頂点から試料３の両端部を結ぶ弦までの垂線の距離Ｌを測定し、この距離が７０ｍｍ以下であるものを○印で評価し、それ以外のものを×印で評価した。

（ロール耐摩耗性）
扁平形状の鋼線を１０万メートル圧延加工した後に、ロールの表面を検査し、鋼線通過部の摩耗深さが０．０１ｍｍ以上の場合を×印とし、０．０１ｍｍ未満の場合を○印とした。

（生産性）
所定の厚み、幅を有する扁平形状の鋼線の加工に要するパス数が１２パス以内である場合を○印とし、１３パス以上である場合を×印とした。

表３及び表４から、本発明に従い圧延を行った実施例１〜５は、破断伸度に優れ、所定の扁平形状を有し、寸法安定性に優れていた。特に、実施例１及び実施例２は、各パスの圧下率が５〜１５％の範囲であり、ロール径が４０〜１２０ｍｍの範囲であることから、生産性やロール耐摩耗性にも優れていた。

これに対し、比較例１は、パススケジュールＣで圧延した例であり、トータル圧下率が６５％を超えたことから、鋼線が好適な扁平形状よりも薄くなり、破断伸度、寸法安定性が実施例よりも劣っていた。比較例２は、パススケジュールＤで圧延した例であり、各パスの圧下率が１５％を超えたことから、破断伸度が劣っていた。比較例３は、パススケジュールＥで圧延した例であり、圧延パスシリーズが、圧延パスの後段に行くに従って圧下率が次第に小さくなっていたことから、破断伸度が劣っていた。比較例４は、パススケジュールＦで圧延した例であり、トータル圧下率が４５％に満たなかったことから、鋼線が好適な扁平形状よりも厚くなった。比較例５は、パススケジュールＨで圧延した例であり、圧延パスシリーズが、図４に示すように山なりであったことから破断伸度が劣っていた。比較例６及び比較例９は、ロール直径が１２０ｍｍを超えたことから、破断伸度が劣っていた。比較例７及び比較例１０は、逆張力が大きかったことから、線細りが生じ、寸法安定性が悪かった。比較例８及び比較例１１は、逆張力が小さかったことから、真直性が悪く、寸法安定性が悪かった。

１：ゴム物品補強用鋼線
２：高炭素鋼線材
ｒ１、ｒ２：ロール
１０：タイヤ

Claims (3)

1. 炭素を０．７０〜０．９０質量％含有し、直径Ｄが０．４０〜０．９０ｍｍ、引張強さＴＳ（Ｎ／ｍｍ ^２ ）が、直径Ｄとの関係で次式：
   ＴＳ≧１６２０−３９２０×ｌｏｇＤ
   （式中、Ｄは線材の直径（ｍｍ、ｌｏｇは常用対数を示す。）
   で表される関係を満足する高炭素鋼線材に圧延加工を施して、横断面において厚みが０．１８〜０．３４ｍｍ、幅が厚みの２．５〜５．０倍である扁平形状を有するゴム物品補強用鋼線を製造する方法において、
   前記圧延加工を、直径１２０ｍｍ以下のロールを用いた冷間圧延加工により行い、かつ、
   該冷間圧延の、各パスの圧下率を１５％以下とし、
   各パスの圧下率を（直前のパスの圧下率−１．０％）以上とし、
   各ロールスタンドの入口側の線材に鋼線破断強力の３〜２０％の逆張力を付加する、
   ことを特徴とするゴム物品補強用鋼線の製造方法。
2. 前記圧延加工を、直径４０〜１２０ｍｍである一対のロールを含む単数又は複数のロールスタンドにて、各パスの圧下率５〜１５％、トータル圧下率４５〜６５％で行う請求項１記載のゴム物品補強用鋼線の製造方法。
3. 前記ゴム物品補強用鋼線が、引張試験時の破断までの伸びが３．０％以上である請求項１又は２記載のゴム物品補強用鋼線の製造方法。

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