JPH03113084A - 耐腐食疲労性に優れた高強力スチールコード及びその製造方法 - 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、ゴムなどの補強に用いられる鋼線、詳しくは
鋼線で補強されたゴム製品が多湿下または水中にさらさ
れる環境下で繰り返し変動入力を受けた時の腐食疲労性
を改善した高強力スチールコードおよびその製造方法に
関する。

（従来の技術） ゴム補強に用いられる鋼線は、製品の軽量化及び製造コ
スト低減の為特に高強力化の要求が強いが、鋼線を高強
力化すると鋼線の耐久性、特に耐腐食疲労性が低下する
現象がある。すなわち鋼線を高強力化すると鋼線で補強
されたゴム製品が腐食環境下にて変動応力を受けた場合
、製品の寿命が低下するという問題点があり従来から改
善がなされて来た。例えば特開昭５７−１４９５７８号
公報では、金属ワイヤの表面の残留応力を圧縮にするこ
とで機械的疲労特性に優れた金属ケーブルが得られるこ
とを開示している。また特開昭６０−１８３２０２号公
報にはスチールコードの素線におけるセメンタイトラメ
ラ−間隔の平均値３００〜５００人であるパーライトａ
織とパーライト結晶粒の微細化によって耐腐食疲労性が
改善されることが開示されている。

特開昭６２−２０３６１５号公報にはｔｒｊＩｍにプラ
スめっきを施す代わりに鋼線に鉄または鉄−ニッケルめ
っきをした上にプラスめっきを施すことにより腐食疲労
特性を改善する方法が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 前記特開昭５７−１４９５７８号公報において開示され
ている金属ケーブルでは機械的疲労特性が改善されるこ
とが記載されているが、腐食疲労特性についてはふれて
おらず本発明とは目的を異にしており、また実施例にお
けるようにワイヤの抗張力が３３０　ｋｇ／ｍｍ２未満
であり３３０ｋｇ　／　ａｒｍ　”以上の抗張力のワイ
ヤにおいて表面の残留応力を圧縮にすることのみでは所
望の腐食疲労特性が得られないという欠点があった。次
に特開昭６０−１８３２０２号公報では、実施例におけ
るように、素線の引っ張り強度は３００ｋｇ／ｗｎ”に
満たないものであり、タイヤの安全率を確保するために
はスチールコードを多量に必要としタイヤの軽量化の目
的にはそぐわない欠点と３３０　ｋｇ　／　ｍｍ　”以
上の抗張力のワイヤにおいてパーライト組織とパーライ
ト結晶粒の改善のみでは所望の腐食疲労特性が得られな
いという欠点を有していた。更に、特開昭５７−１４９
５７８号公報には鋼線に鉄または鉄−ニッケルめっきを
した上にプラスめっきをして腐食に対する防護層をもう
けることにより腐食疲労性が改善されることが開示され
ているが、良好な被覆性を有す防護層を得るには１０μ
以上の厚みの鉄または鉄−ニッケルめっきを必要とし製
品の抗張力の低下および生産性の低下という欠点と、ま
たタイヤでは鋼線を撚り合わせたスチールコードとして
使用することが多いために、タイヤ使用中にスチールコ
ードの素線同士のフレッチングによりプラスめっき、防
護めっきが摩滅し腐食環境からの防護作用が失われてし
まう欠点があった。

上述のように高強力でかつ腐食疲労性に優れた鋼線に対
する要求は強いものの安価で容易に製造することは困難
であった。

（課題を解決するための手段ン 本発明者らは鋼材としてはＪＩＳＧ　３５０６に規定さ
れた５ＷＲＩ（８２Ａまたはそれに準するものを用い、
鋭意検討の結果、鋼線材を特殊な組成とすることなしに
高強度でかつ腐食疲労性に優れたスチールコードを得る
に到った。即ち、本発明の第１発明は素線の表面から素
線直径の１０分の１の厚みを有する表面層の炭素含有量
と素線内部の炭素含有量との差が０．０５重量％以下で
あり、かつ１２０〜１９０人のラメラ−間隔を有し、か
つ表面から深さ方向に素線直径の４分の１までの領域の
残留応力が−７０〜−２０ａｍの範囲の圧縮応力を有す
る破断強度が３３０〜３９０）ｃｇ／ｌｌｌｌ１２であ
ることを特徴とする耐腐食疲労性を改善した鋼線を２本
以上撚り合ったスチールコードである。

また本発明の第２発明は上述の耐腐食疲労性を改善した
スチールコードの製造方法に関することであり、該製造
方法は以下の通りである。次の工程での伸線加工性を改
善するための熱処理において素線の表面から素線直径の
１ｏ分の１の厚みを有する表面層の炭素含有量と素線内
部の炭素含有量との差を０．０５重量％以下にする為、
中間の熱処理回数を極力少なくするか、また熱処理にお
いて好ましくは鋼材の最高温度が８８０〜９７０’Ｃに
なるように加熱炉の温度と鋼材の炉内滞在時間を設定し
かつ炉雰囲気を０〜２６０％の還元雰囲気にし、がつ熱
処理を施す前に予め鋼材に表面洗浄処理を行い、脱炭に
よる表面層の炭素含有量の減少を抑制し、つづいて鋼材
のラメラ−間隔が１０００〜１４００人となるように毎
秒１４０°Ｃ以上の速度で６３０″Ｃ以上で６６０°Ｃ
を超えない温度まで急冷した後、前述の温度に約１２秒
以上保持し、次いで通常の方法で酸洗い、めっき処理を
した後、次の工程で所望の強力と１２０〜１９０人のラ
メラ−間隔が得られるように減面加工率９７％以上で常
法にて伸線加工を行った後、鋼線の表面から深さ方向に
素線直径の４分の１までの領域が圧縮残留応力になるよ
うにするために前述の伸線加工された鋼線に１０ｋｇ／
１ｍｒｒ”以上、好ましくは７０〜１７０　ｋｇ　ｌ　
ｍ　”の引張り入力を付加した状態で千鳥足状に配置し
たロールを通過させて素線表面での曲げ歪みが１％以上
になるような曲げ加工処理を繰り返して施す。

（作　用） スチールコードの線材は高強度とするためにＪＩＳ　Ｇ
３５０６硬鋼線材の種類記号で５ＷＲＨ８２＾と示され
る炭素含有１０．７９〜０．８６重量％、シリコン含有
量０．１５〜０．３５重量％、マンガン含有量０．３０
〜０．６０重量％、燐含有量０．０３０！ｉ量％、硫黄
含有量０．０３０重量％以下のものを使用する。また伸
線、撚線加工での断線を改善するために非金属介在物、
特に非延性介在物の量は少ないほどよい。スチールコー
ドを高強度とするには炭素含有量は多い方が望ましいが
加工性に優れたパーライト組織が得られずスチールコー
ドを製造する工程で断線が増加して生産性の低下をきた
すし、線材組成を変更すると線材の価格上昇をまねくた
め上記の線材を使用する。

最終段階での熱処理において、パテンティング温度を６
３０°Ｃ以上で６６０°Ｃ未満にした理由はラメラ−間
隔を１０００人から１４００人にする為である。即ち上
記の熱処理された鋼材を伸線した鋼線は１２０人から１
９０人のラメラ−間隔を有し、該鋼線は第１図に示すと
おり通常の６００°Ｃパテンティングされた８０人から
１２０人のラメラ−間隔を有する鋼線と比較して腐食疲
労特性における表面から深さ方向に素線直径の４分の１
までの領域での亀裂伝播速度を低減させることが出来、
破断寿命約２０％を改善することができる。亀裂伝播過
程での伝播速度が低減するのは鋼線のラメラ−間隔を増
加させることで亀裂先端の応力を緩和出来るからと推定
される。また上記の熱処理をすることでセメンタイトの
形状を滑らかにできかつラメラ−間隔を広（することで
従来法の熱処理に比べ鋼材の機械加工性が向上し次の伸
線工程での伸線加工性を改善でき、また最終熱処理での
鋼材の直径を太き（することが出来るため、最終熱処理
工程以前の伸線工程にて伸線加工減面率を低減すること
ができ生産性が向上し工業上有利である。最終熱処理で
のラメラ−間隔を１０００人未満にすると伸線後の製品
の所望の耐腐食疲労性が得られず、また機械加工性が低
下する。１４００人を超えると引っ張り強度が所望値に
達せずまた長いパテンティング時間を必要とし生産性が
低下する。溶体化処理後を毎秒１４０°Ｃの速度で冷却
した理由はパーライト変態開始前に所望の温度にするこ
とで均一なラメラ−組織を得るためと冷却速度を低くし
た時に起こる機械的特性の劣る鋼材表面層のフェライト
の析出を抑制するためである。パテンティング保持時間
を１２秒以上とした理由は均一なラメラ−組織を得るた
め所望の温度でパーライト変態を終了させるためである
。伸線加工性を改善するための熱処理において鋼材の表
面から鋼材直径の１０分の１の厚みを有する表面層の炭
素含有量と鋼材内部の炭素含有量との差が０．０５重量
％以下にする理由は、表面層の脱炭層が厚くなると製品
素線の表面層の機械的強度の低下、及び機械的疲労性と
耐腐食疲労特性の劣化が起こるからであり、脱炭層が厚
くなるのを抑制する方法として、脱炭が起こる機会を減
らすこと即ち中間の熱処理回数は極力少なくすることが
望ましい。また、綱の熱処理においては温度、時間、雰
囲気を適正にすることで脱炭を抑制する方法は一般に知
られているが、（例：鋼の熱処理改訂５版　日本鉄鋼協
会編　昭和４４年発行　２８頁〜３９頁「１．４炉内雰
囲気」に記載）本発明の最終段階での熱処理において、
鋼材の最高温度が８８０〜９７０°Ｃになるように加熱
炉の温度と鋼材の炉内滞在時間を設定した理由は８８０
”Ｃ未満では充分な溶体化が行われず９７０℃を越すと
脱炭反応が促進されるからであり、また炉雰囲気を還元
雰囲気にした理由は酸化反応を抑制するためであり、上
述の範囲に温度、雰囲気、時間を適正にすることで脱炭
反応の抑制と脱炭反応を抑制させるためのスケール賞お
よびスケール量を生成させることができ脱炭が起きない
条件にて溶体化処理することができるからであり、湯洗
浄処理をすることで、鋼材表面に付着している脱炭を促
進する最終熱処理工程以前の伸線工程にて用いられてい
る潤滑材等の化合物を除去することができ所望の脱炭が
抑制された表面層を得ることができる。最終処理を行っ
た線材の伸線加工にて加工減面率を９７％以上とした理
由は所望値以上の引張り強度を得るためである。所定の
直径に伸線した線材に７０ｋｇ／＋が以上、好ましくは
７０〜ＩＴＯｋｇ　／　ａｍ　”の引張り入力を付加し
た状態で、第２図に示すような千鳥足状に配置したロー
ル１を通過させて鋼線表面の曲げ歪みが１％以上になる
ように曲げ加工を付加する理由は第３図に示すように引
張り応力を付加することにより表面層の残留応力をより
圧縮にでき、かつ表面から深さ方向に素線直径の４分の
１以上までの領域の残留応力を圧縮にすることができる
からである。線材の表面から内部まで一定の圧縮残留応
力を付与にすることで、第１図に示すように、表面から
深さ方向素線直径の４分の１までの領域での亀裂伝播を
低減さることができ破断寿命を約２５％改善することが
できる。亀裂伝播速度が低減するのは亀裂先端の入力が
緩和するためと推測される。引張り入力を１７０ｋｇ／
ｍｍ”以上にすると曲げ歪付加時の断線が増加しまた線
材表面の傷が増加するため機械的疲労特性が低下するの
で望ましくない。残留応力を−７０１以上好ましくは一
７０ｍｍ〜−２０Ｍにした理由は一７０ｍｍ以下にする
には曲げ及び引張りの入力を大きくしなければならず鋼
線表面の損傷が増加し機械的及び腐食疲労特性が低下す
るので望ましくない。

（実施例） 以下、実施例をあげて本発明を具体的に説明する。

１〜２　　　　１〜６　　　　１〜２ 第２表に示す化学組成を有するステルモア処理を施した
５、５閣直径の５ＷＲＨ８２Ａを通常の乾式伸線にて用
いられるボラックス処理を施した後、常法の伸線により
１．５７ｍｎ＋直径としたのち、最終熱処理工程におい
て予め９０°Ｃの温水に２秒浸漬して洗浄処理した後鋼
材の最高温度が９１０℃になるように平均炉温１０２０
″Ｃで保持時間３０秒でｏ、ｓｃｏχの還元雰囲気中で
溶体化処理を行い続いて毎秒１４０°Ｃの速度で６５０
°Ｃまで冷却した後１２秒間保持しパーライト変態を終
了させた。比較として第１表に示す化学組成を有する５
、５　ｔｍ直径の５ＷＲＨ８２Ａ　、及びＳ畦１１７２
Ａは３．０　ｍ直径に伸線し、通常のパテンティングを
施した後、５ＷＲＨ８２Ａを１．３２ｍ直径に、５ＷＲ
Ｈ７２Ａを１．００閣直径に伸線したのち、最終熱処理
工程において溶体化時間は３４秒でパテンティングは温
度６００℃保持時間１２秒にて通常の熱処理を行った。

最終熱処理を施された上述の本発明実施例及び比較例の
鋼材は通常の方法で酸洗い、めっき処理を施した後、０
．１９ａｍ直径まで常法にて伸線した。該伸線された鋼
線を３．７　ｋｇの引張り張力を付加しながら所定の曲
げ歪を付加するために第２図に示したような直径１１＋
ｍａのローラ１をｄｌ＝１３ａｍ、　ｄ２−５鵬で千鳥
足状に配置されたローラと続いて鋼線の曲げ方向が互い
に９０°異なるように前述と同様に配置されたローラを
連続して通過させた。比較として１．５　ｋｇ、２．５
　ｋｇ、４．５　ｋｇの引張り張力を付加して上記ロー
ラを通過させた。なお鋼線の抗張力は１４０°Ｃにて４
０分間加熱時硬処理を施した後測定した。最終熱処理を
施された鋼材のラメラ−間隔とセメンタイト形状の観察
は１％ナイタール溶液を用いて鋼材をエツチングしたの
ち走査型電子顕微鏡にて行い、伸線された鋼線のラメラ
−間隔は該鋼線を電解研摩して薄膜を作成し透過型電子
顕微鏡を用いて観察測定した。伸線された鋼線の残留応
力の測定は１００　ｍ長さの鋼線を該鋼線の外周円の半
分が鋼線長さ方向に連続して被覆されるように耐食性樹
脂を塗布した後５ｏ％濃度の硝酸溶液に浸漬して鋼線の
円周方向半分の面を表面からの深さ方向に所定の厚みを
溶解させた時の鋼線の曲がり変位を測定することで行な
った。ここで鋼材の耐腐食疲労性の評価は鋼線を少量の
塩素イオン、硝酸イオン、硫酸イオンを含む中性の溶液
に浸漬し毎分１０００回転の速度で３０ｋｇｆ／ｎｕｎ
”の繰り返し曲げ応力を与え破断に到るまでの回転数を
測定して求めた耐腐食疲労指数と、腐食疲労における鋼
材の水素脆化特性を評価するため、鋼線を１％濃度で硫
酸溶液に浸漬し、Ｏ，Ｏ１ｍＡ／ｄｍ”の電流密度にて
陰極電解しながら毎分１０００回転の速度で４０ｋｇｆ
／ｓ”の繰り返し曲げ応力を与え破断に到るまでの回転
数を測定して求めた耐水素脆化指数とをもって評価した
。第２表に従来例、比較例及び本発明例の区分ごとに熱
処理方法、金属組織、曲げ歪付加処理方法、残留応力値
及び腐食疲労性等の試験結果を示す。第２表の従来例１
と従来例２の比較から鋼線を２５％高強力化させると通
常の方法では耐腐食疲労性が２０〜３０％低下するが比
較例１に示されるようにラメラ−間隔を増加させること
で耐腐食疲労性を１０〜２０％改善でき、また比較例４
から比較例６で示されるように残留応力を−２０〜−６
０ｍｍに低下させることで耐腐食疲労性を１５〜２０％
改善できる。ここで比較例４は最終熱処理後の鋼材のラ
メラ−間隔を１４００Å以上にすると伸線加工後の線材
において所望の抗張力が得られないことを示した例であ
り比較例５は表面層の炭素含有量が低下すると耐腐食疲
労性が低下することを示した例である。実施例１および
実施例２は脱炭を抑制しラメラ−間隔を１２００人にし
残留応力を一６０閣にすることが鋼線の耐腐食疲労性を
低下させることなく鋼線の抗張力を２５％まで増加させ
ることができることを示している。

第１表　　鋼の化学組成（重量％） （発明の効果） 以上述べたように本発明はスチールコードの素鋼線にお
いて、鋼線表面の脱炭層の厚みを極力減少させ、かつパ
ーライト組織のラメラ−間隔を増加させ、かつ表面から
深さ方向に素線直径の４分の１までの領域で圧縮残留応
力にすることで、安価かつ容易にスチールコードの耐腐
食疲労性を低下させることなく鋼線の抗張力を２５％ま
で増加させることができ、鋼線で補強されたゴム製品を
その耐久性を損なうことなく軽量化及び製造コスト低減
ができ工業上有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１表での実施例１（イ）、比較例４（ロ）、
比較例１（ハ）、及び従来例２（ニ）の鋼線に関し、腐
食疲労処理の繰り返し曲げ回数と腐食疲労処理によって
生成した亀裂深さの関係を各鋼線について示したグラフ
、 第２図は実施例において用いた鋼線に所定の曲げ歪を与
える装置のローラの配置図、 第３図は鋼線に引張り応力が大きい場合（イ）と引張り
応力が小さい場合（ロ）での曲げ歪加工処理を行なった
後の鋼材の内部の応力の状態を計算によって求めた線図
である。 １・・・ローラ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、素線の抗張力が３３０〜３９０ｋｇ／ｍｍ＾２であ
   って、素線の表面から素線直径の１０分の１の厚みを有
   する表面層の炭素含有量と素線内部の炭素含有量との差
   が０．０５重量％以下であり、かつ金属組織のセメンタ
   イトラメラー間隔が１２０〜１９０Åであり、かつ表面
   から深さ方向に素線直径の４分の１までの領域の残留応
   力が−７０ｍｍ以上の圧縮応力であることを特徴とする
   耐腐食疲労性に優れた高強力スチールコード。 ２、素線表面層の脱炭を抑制するため熱処理の処理回数
   を少なくするかまたは熱処理においては温度、雰囲気お
   よび時間を設定し、鋼材表面処理を施して脱炭が起きな
   い条件にて溶体化処理を行い、かつ製品素線のラメラー
   間隔が１２０〜１９０Åになるように最終熱処理工程に
   て６３０℃以上で６６０℃未満の温度にてパーライト変
   態処理を施し、かつ上記熱処理された素線を所定の引張
   り強度を得るために９７％以上の減面率で伸線加工した
   後該線材の一定の表面層の残留応力が一定以上の圧縮に
   なるように７０ｋｇ／ｍｍ＾２以上の引張り入力を付加
   した状態で線材表面の曲げ歪が１％になるような曲げ加
   工を付加することを特徴とする耐腐食疲労性に優れた高
   張力スチールコードの製造方法。