JPH01201592A - ゴム製品補強用高強力鋼線およびスチールコード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はゴム製品補強材として使用される鋼線および該
鋼線を撚り合わせて成るスチールコードに関し、更に詳
しくは高い引張強さを有すると同時に耐疲労性の改善さ
れたゴム製品補強用鋼線および該鋼線を撚り合わせて成
るスチールコードに関する。

（従来の技術） 近年、ゴム製品補強用鋼線または該鋼線を撚り合せて成
るスチールコードにおいてその使用条件はますます過酷
なものとなり、例えば鋼線補強ホース、スチールコード
で補強されたタイヤ、コンベアベルト等の高性能化に伴
い、より高い引張強さが要求されている。

このため従来から鋼線の高強度化の検討が進められてお
り８例えば鋼線の高強度化を図る方法として鋼線の炭素
含有量を増加したり、鋼線材の組成割合を変えたり、あ
るいは伸線工程において減面率を大きくすることが行な
われている。また、スチールコードではコードの撚り構
造によって撚りによる鋼線の強力利用率が異なるため、
撚り構造の改良も行なわれている。

特開昭６２−７７４４２号公報の実施例における試験Ｎ
ｏ、３２では、Ｃ：０．６５％、　Ｓｉ　：０．６６％
、Ｍｎ：０．８０％。

Ｐ：０．０１２％、　　ｓ　：０．００８％、　Ｎ　：
０．００３５％、　Ｍｇ：　０．００６％の組成をもつ
線径０．０６ｍｍの鋼線で、引張強度４０８ｋｇ／ｍｍ
”が得られたことが開示されている。

また、特開昭５８−１２０７３５号公報では、鋼線の脱
炭深さを特定値以下とすることにより耐疲労性を改良す
る技術が開示されている。

更に、特開昭６１−５２３４８号公報では、実施例にお
いてＣ００６〜１．２重量％の炭素鋼にＢ　Ｏ，０００
５〜０．０１５重量％を含む炭素鋼線は引張強さが４０
２ｋｇ／ｍｍ２で引張強さ当りの曲げ疲れ限度が０．３
５となることが開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前述の鋼の炭素含有量を増加したりある
いは伸線工程において減面率を大きくする方法において
は、引張強さは高くなるものの耐疲労性の改善は望めず
、引張強さ当りの疲労限は低下するという課題があった
。

また、コードの撚り構造の改良による引張強さの向上は
効果が小さく、ゴム製品補強用鋼線コードの高強度化の
手段としては十分とはいえなかった。

更にまた、前記特開昭６２−７７４４２号公報記載の技
術では、鋼線材の組成が特殊であり鋼線の製造コストが
高くなるという弊害があり、また前記特開昭５８−１２
０７３５号公報の実施例によると発明鋼線の引張強さは
１９５ｋｇ／ｍｍ２、引張強さ当りの疲労強度は０．２
１．０．２４であり、近年のゴム製品の使用条件の過酷
度から満足できるものではなくなってきている。

以上述べたように、従来より鋼線の高強度化について種
々の検討がなされているが、強度の上昇に伴って強度あ
たりの疲労限が低下するとか、あるいは特定組成の鋼線
材であるために製造コストが高くなり工業的に使用でき
なくなるという問題があり、その解決策は未だ不十分な
ものであった。

そこで本発明の目的は、高い引張強さを有すると同時に
耐疲労性が改善され、なおかつゴムとの接着性を維持し
たゴム製品補強用の高強力鋼線および該鋼線によるコー
ドを製造コストの上昇を招くことなく提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、前記課題を解消すべく鋭意検討した結果
、所定の炭素含有量の下、最終伸線前の鋼線材を所定の
金属組織とすることにより、製造コストの上昇を来すこ
となく引張強さのみならず耐疲労性をも改善されたゴム
製品補強用高強力鋼線および該鋼線によるコードが得ら
れることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、鋼線材が炭素含有量０．７５〜１．
００重量％の高炭素鋼であって、最終伸線前のパテンテ
ィング処理された該鋼線材の金属組織が微細なパーライ
ト組織をなし、かつ該線材断面の中心部から表層部に亘
って均一な組織であり、また該鋼線にはゴムとの接着を
維持するために金属被覆が施されており、更に該鋼線の
引張強さ（Ｔｓ）が３５０ｋｇ／ｍｍ２以上でかつ引張
強す（Ｔｓ）アタりの疲労限（ＦＬ）の比（ＦＬ／Ｔ、
）が０．２７以上であるゴム製品補強用高強力鋼線、右
よび該鋼線を少なくとも２本撚り合わせて成りＴ、およ
びＦＬ／ＴＳが上記と同等の値をとるゴム製品補強用高
強力スチールコードに関するものである。

（作　用） 本発明で使用する鋼線材は炭素含有量が０．７５〜１．
００重量％の高炭素鋼であることを要する。これは、炭
素含有量が０．７５重量％未満では工業的に可能な熱処
理条件および伸線条件の下で引張強さを３５０ｋｇ／ｍ
１Ｔ１２以上にすることが困難だからであり、また炭素
含有量が１゜００重量％を超えると耐疲労性が低下し、
引張強さ当りの疲労限を０．２７以上にすることが出来
ないからである。

本発明にふいて、鋼線およびスチールコードの引張強さ
を３５０ｋｇ／ｍｍ２以上としたのは、従来の鋼線また
はスチールコードにより補強されたゴム製品に較べて性
能に顕著な差がでるようにするためには、鋼線またはス
チールコードの直径が９５％以下とすることを要するか
らであり、あるいは補強材の強度を設計基準にしたとき
にゴム製品に使用する使用量を９０％以下とすることを
要するからである。また、鋼線およびスチールコードの
引張強さ当りの疲労限を０．２７以上としたのは、少な
くとも従来の鋼線なみの疲労限は必要とされるからであ
り、ゴム製品の耐久性を大幅に向上させるためには、好
ましくは０．３０以上である。

また、本発明で使用する鋼線材は上記の炭素含有量を有
するＪＩＳ　Ｇ　３５０６に示される硬鋼線材（Ｓｔ！
ＩＲＨ）およびＪＩＳ　Ｇ　３５０２に示されるピアノ
線材（ＳＷＩ？Ｓ）を使用することが好ましい。この理
由は、これらは工業的に一般に使用されていくものであ
り、製造コストの上昇を招くことがないからである。

本発明においては、鋼線表層部および最終伸線前のパテ
ンティング処理した線材表層部の炭素含有量を０．７０
重量％以上とすることが好ましく、このためには脱炭を
伴うパテンティング処理は極力低減することが望ましく
、中間伸線でのパテンティング処理を必要としない直接
熱処理を施こした線材を使用することが好ましい。尚、
鋼線の脱炭を抑制する方法として、パテンティング処理
での加熱炉雲囲気を還元性気体または不活性気体にする
とか、パテンティング処理した線材の脱炭層を皮むきダ
イスで除去する方法があるが、いずれも製造コストが高
くなるので好ましくない。

上述の如く、鋼線およびスチールコードを構成する鋼線
の表層部における炭素含有量が０．７０重量％以上が好
ましいこととしたのは、これにより鋼線およびスチール
コードの疲労限を著しく改善できるからである。

また本発明に右いて、最終伸線前のパテンティング処理
された鋼線材は微細なパーライト組織をなし、かつ該線
材断面の中心部から表層部まで均一な組織であることを
要するが°、これはかかる組織とすることにより初めて
耐疲労性の改善と強度向上とが同時に達成されて、引張
強さが３５０ｋｇ／ｍｍ２以上でかつ引張強さ当りの疲
労限の比が０．２７以上の鋼線およびスチールコードを
得ることができることが判明したからである。尚、単に
強度を高めるだけなら鋼線のフェライト地の強化とか、
パーライト組織中のセメンタイトラメラ間隔の微細化等
による手段が知られているが、これらはいずれも伸線加
工性とか耐疲労性の低下を招き、好ましくない。

上述したような本発明の条件を満足する微細パーライト
組織は、適切な熱処理条件を選択することによって得る
ことができる。以下、この熱処理条件について詳細に説
明する。

熱処理前の伸線において得られた加工組織を熱処理によ
り均一化するオーステナイト化処理において、この目的
に合致するようにするには少なくともその溶体化が不十
分でないことが必要であり、また多くとも過剰な溶体化
にならない範囲であることを要する。すなわち、溶体化
が不十分であると伸線加工による効率的強化に限界があ
り、また過剰な溶体化は結晶粒の粗大化により伸線加工
性に限界があるからで、ある。

ところで、一般に通常の熱処理においては工程能力の変
動、素材のばらつき等を考慮して溶体化処理を多目に施
こすことが通例である。

しかし、本発明に係る微細なパーライト組織をなし、か
つ線材の断面における中心部から表層部に至るまで均一
な組織は、従来の多目の溶体化処理ではなく、溶体化を
未溶体にならない程度に少な目にすることによって達成
され、具体的には最終伸線前の線材のパーライトブロッ
クサイズがＪＩＳ　Ｇ　０５５１−１９６５に準拠した
測定法で粒度番号が８以上となるように溶体化処理およ
びパテンティング処理の条件を調整することにより達成
される。

次に、本発明においてはパテンティング処理した線材に
ゴムとの接着性またはゴムとの接着性および伸線時の潤
滑性を高めるために鋼線上に金属被覆を施こす必要があ
り、この金属被覆として、例えばプラス、プラスに第３
元素を添加した３元合金、亜鉛などがあげられ、かかる
金属被覆処理は従来より既知の方法で行うことができる
。

本発明のスチールコードの撚り構造は特に制限されるも
のではなく、単撚り、複撚り、層撚り、東撚り等のいず
れの撚り構造でもかまわないし、これらのコードに用途
に応じてスパイラルワイヤを施しもよい。

また、本発明の鋼線およスチールコードは鋼線の最終伸
線をした後、またはその後撚り合せた後で鋼線およびス
チールコードの真直性を改善するために矯正ロールを通
過させるが、この矯正ロールの直径、ロールの配列、も
しくは鋼線またはスチールコードの張力を調整すること
により鋼線に圧縮残留応力を付与することができ、圧縮
在留応力を付与された鋼線は腐食疲労性が改善されてゴ
ム製品の耐久性向上をもたらすことができる。

（実施例） 次に、本発明を実施例により具体的に説明する。

使用した鋼線材はＪＩＳ　　Ｇ　３５０６に定められた
硬鋼線材であり、中間熱処理を有りとする鋼線材は直径
５．５ｍｍから最終熱処理前の鋼線直径に伸線する過程
でパテンティング処理を必要とするものであり、中間熱
処理無しとするのは直接熱処理によりパテンティング処
理を必要としない鋼線材である。

最終熱処理前の鋼線直径に伸線した鋼線を、最終伸線す
るために第１表に示す熱処理条件で熱処理を施し、熱処
理により鋼線上に生成した酸化物を除去した後、常法に
従いプラスめっきを施し最終線径まで湿式伸線により伸
線した。最終伸線速度は通常の約８０％以下にて実施し
たが、その理由は伸線中の時効硬化現象を抑制するため
であり、特に引張強さが３５０ｋｇ／ｍｍ”を超えると
時効硬化現象が顕著となり、伸線時の断線が多発し、加
工性にも著しい支障を来すようになるからである。

尚、第１表中、最終伸線前のパテンティング処理された
前記鋼線材のパーライトブロックサイズおよび最終伸線
後の鋼線表層部における炭素含有量、鋼線およびスチー
ルコードの疲労限は次のようにして測定した。

鋼線材のパーライトブロックサイズ測定法ＪＩＳ　Ｇ　
０５５１−１９５６鋼のオーステナイト結晶粒度試験法
に準じて測定した。

パーライトブロックサイズ測定の写真は、光学顕微鏡に
て４００倍の倍率で２０個所を撮影したものを用い、次
式より求めた。

パーライトブロックサイズ＝ Ｅ（各写真から測定した粒度番号） 先ず、鋼線またはスチールコードを鋼線にはぐした後そ
の鋼線のめっきを溶解除去した。次いで、１２ＮのＨ２
ＳＯ１水溶液中、超音波による攪拌のもとで鋼線の全体
積の１０％を溶解した。このようにして表層部を溶解し
た鋼線は水洗、エタノール洗浄後、乾燥し、ＬＥＣＯ社
製炭素分析計により炭素含有量を求めた。

鋼線表層部の炭素含有量は次式より求めた。

表層部の炭素含有量（重量％） ＝〔（めっきを除去した鋼線の炭素含有量）−（重量％
） （表層を除去した鋼線の１素含有量）　　Ｘｏ、９　）
　Ｘ１０重量％） 疲労限測定法 回転曲げ疲労試験機を用い、温度２５℃、相対湿度６０
％の雰囲気下、回転速度５０００回／分で延べ回転数２
０万回において試料が１０本とも破断しない最大応力を
疲労限とした。

疲労限は次式より求めた。

疲労限ＦＬ（ｋｇ／ｍｒｎ２）　＝　−Ｘ　２００００
Ｒ ｄ：鋼線またはスチールコードを構成する鋼線の直径（
ｍｃｉ） Ｒ：回転曲げ疲労試験において試料が１０本とも破断し
ない曲げ曲率半径（ｉＴｌｍ）であり、鋼線またはスチ
ールコードの曲げ中立軸から曲げ中心までの距離とした
。

次に、前記鋼線を撚り合わせて成るスチールコードの評
価について述べる。

先ず、第１表中の実験番号１１の鋼線（直径０．１８ｍ
ｍ）を撚り合せてコードとなし、強力、疲労限を評価し
た。評価結果を第２表に示す。

同様に第１表中の実験番号８の鋼線（直径０．２０ｍｍ
）　、実験番号７の鋼線（直径０．２５ｍｍ）および実
験番号１９の鋼線（直径０．２２ｍｍ）を夫々撚り合せ
、コードの強力および疲労限を測定した結果を以下の第
３表、第４表及び第５表に示す。

第１表に示す実験番号５の鋼線に特開昭５７−１４９５
７８号公報に開示されている方法により屈曲処理を施し
、該鋼線の残留応力値を変えて腐食疲労性についても評
価した。

残留応力値は鋼線の屈曲処理において鋼線に加える張力
と屈曲度合を適当に選択することにより変化させた。

腐食疲労性は回転曲げ疲労試験機を用いて鋼線に３１　
ｋｇ／ｍｍ２の曲げ応力を加え、Ｃ１−、ＮＯ，−およ
び８０４′−イオンを含むｐＨ７の水溶液に鋼線を浸漬
し、１１０００ｒｐの回転数で回転させ、鋼線が破断す
るまでの延べ回転数を腐食疲労寿命とした。

鋼線の残留応力値は、鋼線１５０　ｍｍの長さにわたり
半周部分にエナメルを塗布し、３０％硝酸に３０秒以内
浸漬し、鋼線の曲げ変化量で示した。エナメル塗布側に
曲った際はプラス側、反対側に曲った際にはマイナス側
とした。

結果を第３図に示す。この図から分かるように、残留応
力値をマイナス側にするほど耐腐食疲労性は良好となり
、特に−ＩＱｍｍより改善効果は大きくなる。

第１表および第１図から明らかなように、本発明の鋼線
は従来例および比較例１〜３の鋼線に比し引張強さおよ
び耐疲労性の双方が顕著に改善された。

また、前記鋼線を複数本撚り合せてコードとする撚り線
工程において断線性を検討したところ、比較例の鋼線で
は１０００〜２０００　ｍで断線したのに対し、本発明
の鋼線では１００００　ｍでも断線は認められなかった
。

次に、第２〜５表に示す本発明の鋼線を撚り合せて成る
スチールコードでは、いずれも引張強さは３５０ｋｇ／
ｍｎ”以上、疲労限は０．３０以上と優れた特性を有す
ることが分かる。

更に、前記本発明の鋼線およびスチールコードはプラス
めっきが施されていることからゴムとの接着性に優れて
いるので、ゴム製品の耐久性を一層向上することができ
る。

第２図は鋼線表層部の炭素含有量が疲労限に対しどのよ
うな効果をもたらしているかを示す図であり、この図よ
り、炭素含有量０．７０％以上では著しく耐疲労性が改
善されることが明らかである。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明のゴム製品補強用高強力
鋼線および該鋼線を撚り合わせて成るスチールコードで
は、所定の炭素含有量の下、最終伸線前の鋼線材を所定
の金属組織としたことにより、また最終伸線後の鋼線表
層部の炭素含有量を特定することにより、伸線加工性を
損わずに鋼線およびスチールコードの引張強さと同時に
耐疲労性が改善され、更に鋼線にはプラスめっきまたは
亜鉛めっき等の金属被覆が施されていることから、鋼線
およびスチールコードとゴムとの接着性も極めて優れた
ものである。更にまた、鋼線またはスチールコードに圧
縮残留応力を付与することにより、腐食疲労性も改善す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼線の引張強さと疲労限との関係を示すグラフ
、 第２図は鋼線の表層部の炭素含有量と疲労限との関係を
示すグラフ、 第３図は鋼線の残留応力値と腐食疲労寿命との関係を示
すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ゴム製品補強用高強力鋼線において、 鋼線材が炭素含有量０．７５〜１．００重量％の高炭素
   鋼であって、最終伸線前のパテンティング処理された該
   鋼線材の金属組織が微細なパーライト組織をなし、かつ
   該線材断面の中心部から表層部に亘って均一な組織であ
   り、また該鋼線にはゴムとの接着を維持するために金属
   被覆が施されており、更に該鋼線の引張強さ（Ｔ＿Ｓ）
   が３５０ｋｇ／ｍｍ＾２以上でかつ引張強さ（Ｔ＿Ｓ）
   あたりの疲労限（Ｆ＿Ｌ）の比（Ｆ＿Ｌ／Ｔ＿Ｓ）が０
   ．２７以上であることを特徴とするゴム製品補強用高強
   力鋼線。 ２、上記鋼線材を最終伸線した鋼線の表層部の炭素含有
   量が０．７０重量％以上である請求項１記載のゴム製品
   補強用高強力鋼線。 ３、圧縮残留応力が付与された請求項１または２記載の
   ゴム製品補強用高強力鋼線。 ４、請求項１〜３のうちいずれか一項記載の鋼線を少な
   くとも２本撚り合わせて成り、該撚り線コードの引張強
   さ（Ｔ＿Ｓ）が３５０ｋｇ／ｍｍ＾２以上でかつ引張強
   さ（Ｔ＿Ｓ）あたりの疲労限（Ｆ＿Ｌ）の比（Ｆ＿Ｌ／
   Ｔ＿Ｓ）が０．２７以上であることを特徴とするゴム製
   品補強用高強力スチールコード。 ５、圧縮残留応力が付与された請求項４記載のゴム製品
   補強用高強力スチールコード。