JPH04187336A - 複合金属線 - 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、複合金属線に関し、詳細には、バネ線やワイ
ヤローブに用いて好適な優れた耐食性及び高疲労強度を
有する複合金属線に関する。

（従来の技術） 従来バネ線としては、高炭素鋼線か主に使用され、これ
には強度の伸線加工によって作られる硬鋼線やピアノ線
等かある。又、この他にオーステナイト系ステンレス鋼
線材を伸線加工して作られるバネ用ステンレス鋼線かあ
る。一方、ワイヤローブとしても、高炭素鋼線及びステ
ンレス鋼線か多量に用いられている。

上記高炭素鋼線は、高疲労強度を有しているので、懸架
バネや弁バネ或いは高応力を受ける使用条件で多用され
ている。尚、ワイヤローブの中、重要保安部品として人
命に関わるエレベータ用ローブでは、唯一高炭素鋼線の
使用か規定されている。しかし、高炭素鋼線は腐食損傷
を営は易いので、めっき、プラスチックコーティング、
グリース塗布等の防食処理が成されて使用される場合か
多いが、未だ完全なものは少なく問題が多い。

これに対し、オーステナイト系ステンレス鋼線は優れた
耐食性を有するため比較的厳しい腐食環境下で使用し得
る他、光沢を存して外観上デザイン性に優れているとい
う特長を持っている。しかし、バネやワイヤローブて重
要な疲労強度は、高炭素鋼線の約半分てあり、高荷重を
受けるバネや人命に関わるエレベータ用ローブでは、安
全上の見地から全く使用されていないのが現状である。

（発明が解決しようとする課題） このように高炭素鋼線及びステンレス鋼線は各々一長一
短を存しており、耐食性及び疲労強度の両特性に優れた
線材を開発すべく、種々研究されているが、未だ開発さ
れていない現状である。例えば、耐食性向上元素を添加
して高炭素鋼線の耐食性を向上させる試みかなされてい
るが、耐食性は向上するものの、疲労強度や加工性等の
他の特性を損なうことか新たな問題として持ち上がる場
合が多い。

本発明は、かかる事情に着目してなされたものであって
、高炭素鋼線及びステンレスｍ線の長所を組み合わせる
ことにより、優れた耐食性及び高疲労強度を有する複合
金属線を提供し得て、もって斯界の要望に応えようとす
ることを目的とするものである。

（課題、を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る複合金属線は
次のような構成としている。

即ち、請求項１記載の複合金属線は、中心部か高炭素鋼
線からなると共に表皮部にステンレス鋼を有する複合金
属線であって、そのステンレス鋼の厚さか２μｍ以上で
あると共に、線断面積に対するステンレス鋼の断面積比
か３０％以下であることを特徴とする複合金属線である
。

請求項２記載の複合金属線は、前記表皮部が、ステンレ
ス鋼の表面に更に厚さ２〜１１μｍのニッケルめっき層
を有する請求項１に記載の複合金属線である。

請求項３記載の複合金属線は、前記中心部と表皮部との
間の中間部に、更に厚さ２〜！００μｍの鋼めっき層を
有する請求項１又は２に記載の複合金属線である。

（作　用） 本発明に係る複合金属線は、中心部か高炭素鋼線からな
ると共に表皮部にステンレス鋼を有するようにしている
。高炭素ｗＩ＃Ｉは高い疲労強度を存し、ステンレス鋼
は優れた耐食性を有している。

故に、中心部の高炭素鋼線か高疲労強度を担持すると共
に、表皮部のステンレス鋼が高炭素鋼線の腐食を防止し
、その結果優れた耐食性及び疲労強度を有するようにな
る。このとき、高炭素鋼線は表面にミクロな凹凸を有す
るものであり、ががる高炭素鋼線表面を完全に被って優
れた耐食性を発揮するには、ステンレス鋼層の厚さを２
μｍ以上にすることか必要であり、一方、必要以上に厚
くすると、ステンレス鋼本来の性質により近づいて疲労
強度か不充分となるところから、線断面積に対するステ
ンレス鋼の断面積比を３０％以下にすることか必要であ
る。

前記表皮部かステンレス鋼の表面に更に厚さ２〜１１μ
ｍのニッケルめっき層を有するようにすると、コイリン
グ性をより向上し得るのでよい。尚、２μｍ未満ではそ
の効果が少なく、１１μｍ超では高耐食性が損なわれる
。

前記中心部と表皮部との間の中間部に、更に厚さ２〜１
００μｍの銅めっき層を有するようにすると、熱処理の
際の炭素拡散を防いて高耐食性をより安定させ得るので
、そうすることが望ましい。

尚、本発明の作用をより具体的に明らかにするため、高
炭素鋼線にステンレス鋼を包含手段により被覆した複合
金属線を例示し、図面を参照しつつ以下説明する。

高炭素ｍ線にオーステナイト系ステンレス鋼を包含被覆
した複合金属線についてのステンレス鋼の厚さと塩水噴
霧テストでの赤錆発生時間との関係を第１図に示す。ス
テンレス鋼か薄いと、生地の高炭素鋼線の表面凹凸に起
因して一部生地が露出する場合があるために赤錆発生は
早いが、ステンレス鋼厚さが２μｍ以上になると、ステ
ンレス鋼の高耐食性及び生地に対する保護機能が発現し
、厚さか増すにつれて発錆時間が長くなる。

上記と同様の複合金属線についてのステンレス鋼の断面
積比と回転曲げ疲労強度との関係を第２図に示す。芯線
の高炭素鋼線は強加工されているため疲労強度か高く、
複合金属線の疲労強度はステンレス鋼の断面積比ｌＯ％
まで若干低下するが、その後断面積比を増しても一定と
なり、３０％より大きくなるとステンレス鋼本来の値に
近づいてしまい、従って、３０９６以下にする必要かあ
る。

上記と同様の複合金属線のステンレス鋼表面に更にＮｉ
めっき被覆層を設け、これをコイルノくネに成形加工し
た際のコイルバネの寸法ばらつきとＮ１めっき被覆層の
厚さとの関係を第３図に示す。Ｎｉめっき被覆層により
コイリング性か大幅に改善され、核層の厚さか２〜１１
μｍあれば不良率は１％以下で安定したおり、従ってこ
の範囲が望ましいと言える。

ところで、線材の最少圧延サイズはΦ５．５ｍｍ程度で
あり、ステンレス鋼は加工度９０％程度が限界であるの
で、上記Φ５．５ｍｍのものから途中焼鈍無しで加工し
て得られる線材の線径は約Φ１．７ｍｍである。これよ
りも細径の線、例えばΦ０．６ｍｍの複合金属線と成す
には、０１．７ｍｍの段階で焼鈍する必要かある。

一般にステンレス鋼の焼鈍は９００°Ｃ以上で行われる
。これ以下ではクロム炭化物（Ｃｒ２＊Ｃｔ）か析出し
て耐食性が激減するからである。一方、高炭素鋼線は、
９００〜１０００″Ｃて加熱後、船中で例えば５５０℃
に急冷−してパテンティング処理される。従って、上記
０１．７ｍｍ線材の焼鈍温度は９００〜１０００°Ｃか
望ましいことになる。

しかし、かかる温度に加熱されると、高炭素鋼線中のＣ
かステンレス鋼中に拡散し、厚いＣｒ２＊Ｃｔからなる
クロム炭化物層か形成され、ステンレス鋼は脆くなり且
つ耐食性が劣化して目的に合致しなくなる。従って、細
径の複合金属線の製作のためにはこの防止技術か必要と
なる。

第４図は、高炭素鋼線に銅めっきを施した後、その表面
に５ＵＳ３０４ステンレス鋼を包含被覆した線材（０５
，５ｍｍ）を０１．７ｍｍに加工し、次いて１０００℃
で２０分加熱して得られた複合金属線材について、その
ステンレス鋼層中のクロム炭化物１の厚さと銅めっき層
の厚さとの関係を示す線図である。

銅めっき層の厚さが２μｍ未満てはクロム炭化物層か形
成されているが、厚さか２μｍ以上あれば、クロム炭化
物層か認められず、高炭素鋼からステンレス鋼へのＣの
拡散は完全に防止し得ることか判る。尚、銅めっき層の
厚さが余り厚いと経済性か悪くなりコスト高に繋がるの
で、１００μｍ以上は必要としない。

（実施例） 実施例１ Ｃ：０．８２ｗｔ％、０５．５ｍｍの高炭素鋼線（５Ｗ
ＲＳ８２Ｂ）を９５０°Ｃに加熱し、鉛浴中てパテンテ
ィング処理した後、酸洗処理した。

次に、厚さ：　２０　μｍ　＋　輻：１７．３ｍｍの５
ＵＳ３０４ステンレス鋼フープを自動包合装置によって
上記高炭素鋼線に被覆し、フープの合せ目をシーム溶接
により溶着した。

該溶着後、減面率＝ｌＯ％の伸線加工を行って包合材と
中心材とを密着させ、次いで表面脱脂後、スルファミン
酸Ｎｉ　：　５００ｇ／　１　、温度：５０°Ｃ，ｐＨ
：４のめっき浴を用い、該浴中ての線の走行速度を５ｍ
／分として、電気めっき法により１０μｍのＮｉめっき
層を被覆せしめた。

該めっき後、ステアリン酸Ｃａ潤滑剤を用いて８回伸、
速度：　１５０ｍ／分でΦ２．　Ｏｍｍのピアノ線板の
ばね線に仕上げた。同要領の伸線加工により製作した２
比較材（高炭素鋼線及びステンレス鋼線）との特性比較
結果を第１表に示す。

本実施例は高い引張強さ、疲労強度及び耐食性並びに良
好なコイリング性を備えており、苛酷な疲労、腐食の条
件にも耐える複合金属線となっている。ステンレス鋼包
合層の厚さは線径Φ２ｍｍで８μｍであるから、高炭素
鋼線よりは幾分高くなるものの、５ＵＳ３０４ステンレ
ス鋼線より大幅に安価なものになることも明らかである
。

実施例２ Ｃ：０．８２ｗｔ％、Φｌ　３ｍｍのウッド（５ＷＲ８
８２Ｂ）を生地伸により０１０．７ｍｍに伸線し、次い
で５３０°Ｃでパテンティング処理した後、酸洗しスケ
ールを除去した。該酸洗後、この線材に、厚さ＝４０μ
ｍ、輻：３３、７ｍｍの５ＵＳ３０４ステンレス鋼フー
プを自動包含装置によって包合し、その合せ目を連続自
動溶接により溶着した。

次に、この包合線に１０％の減面率を与え、包含層と生
地とを密着させた後、潤滑皮膜用としてプラスチックコ
ート処理を施してから、ステアリン酸Ｃａ潤滑剤を用い
て、伸線回数１１回、速度・１９０ｍ／分てΦ３．４３
ｍｍ及びΦ３．３０ｍ＋ｎの素線を作った。

続いてΦ３．４３ｍｍのものを芯とし、Φ３．３０ｍｍ
のものを側線として７本撚りのストランドを製作し、こ
のストランド６本を撚り合わせて外径３０ｍｍのワイヤ
ローブを仕上げた。

比較のため０１０．７ｍｍの高炭素鋼線材をΦ３．４３
ｍｍ及びΦ３．３０ｍｍまで上記と同様の方法により伸
線し、撚線して外径３０＋ｎｍのワイヤローブを製作し
た。

又、０９ｍｍの５ＵＳ３０４ステンレス鋼線材を１１０
０℃に５分加熱の後、水冷する連続作業ラインによって
軟化させ、続いて酸洗、コーティング処理した後、１０
回伸、速度：　１５０ｍ／分て伸線しΦ３．４３ｍｍ及
びΦ３、３０＋＋ｕｎの素線を作った後、撚線して外径
３０ｍｍのワイヤローブを製作した。

それ等の特性比較結果は第２表に示す通りである。尚、
この場合の疲労テストは、試験荷重９８トン、シーブ径
４６０［Ｉｌｍ、曲げ角障１６°の条件で行い、断線発
生までの繰返し数を求め評価した。

この表より明らかな如く、本実施例のものは比較例に比
し、疲労強度か高く且つ耐食性の良好なワイヤローブで
あることか示されている。

実施例３ 実施例１と同様の高炭素鋼線（５ＷＲ３８２Ｂ）を同様
の方法によりパテンティング処理し、酸洗した。

次に、硫酸銅：　２００ｇ／　Ｉ！、硫酸５０ｇ／　Ｉ
！　、温度・３５°Ｃのめっき浴を用い、電流密度：５
Ａ／ｄｍ２の条件の条件で電気めっきし、１２μｍ厚さ
のＣｕめっき層を被覆した。絞めつき後、実施例１と同
様の方法により２０μｍ厚さの５ＵＳ３０４ステンレス
鋼を包合被覆した後、続いて皮膜処理し、ステアリン酸
Ｃａ潤滑剤を用いて０２ｍｍまて伸線加工した。尚、該
加工後の線材のＣｕめっき層の厚さは５μｍ、ステンレ
ス鋼の厚さは８μｍてあった。

一方、比較のため高炭素鋼線に、Ｃｕめっき施工無しで
直接２０１１＋ｎ厚さのＳ［ＪＳ３０４ステンレス鋼を
包合被覆した後、実施例Ｉの場合と同様に０２ｍｍまで
伸線した。

上記伸線後の両線材について、９８０″Ｃに加熱したの
ち５５０℃の鉛浴中に冷却してパテンティング処理を行
った。これを脱スケール処理をした後、Φ０．７ｍｍま
での伸線加工をしたが、Ｃｕめっき無しの線材は０１．
２６ｍｍ（６０％加工）の段階で断線が多発し加工困難
となった。これは、ステンレス鋼の全面にＣｒ２）Ｃｓ
炭化物層が析出したのが原因であった。

Ｃｕめっき有りの線材は全く問題なく、Φ０．７ｍｍま
で伸線できた。このようにして得られた複合金属線（Ｃ
ｕめっき有りのΦ０．７ｍｍ線、Ｃｕめっき無しの０１
．２６ｍｍ線）の塩水噴霧テストの結果は第３表に示す
通りである。

該表を第１表と比較して明らかな如く、Ｃｕめっき存り
（高炭素鋼線とステンレス鋼との間にＣｕめっき層が介
在）の複合金属線は、細径線においても優れた耐食性及
び高疲労強度を示しており、この線は当然なから細径ば
ね用複合金属線、細径ワ第１表 第２表 第３表 イヤローブ素線として使用できることは言うまでもない
。

以上説明した実施例は、オーステナイト系ステンレス鋼
を包合した内容であるが、本発明はかかる内容に限定さ
れなく、類似した高耐食フェライト系ステンレス鋼を包
合した場合についても有効てあり、又、包合に代わる他
の方法によりステンレス鋼を被覆してもよく、これらは
いづれも本発明の範囲に含まれることは言うまてもない
。

（発明の効果） 本発明に係る複合金属線は、以上述へた構成を存し作用
をなすものであって、高炭素鋼線を芯線とし、ステンレ
ス鋼を表皮部に有するので、疲労強度か高（、且つ耐食
性に優れている。さらに、ステンレス鋼の厚さ、断面積
比が低いので、特性に対する費用効果か秀でており製造
コストの面でも経済的である。

ステンレス鋼の表面に更に薄いニッケルめっき層を設け
た場合は、ばねに要求されるコイリング性を改善し得る
効果か加えられる。

又、前記中心部と表皮部との間の中間部に、更に銅めっ
き層を設けた場合は、中心部から表皮部へのＣ拡散を防
止でき、耐食性本より高度化し得る効果か奏される。

かくして、本発明に係る複合金属線は、厳しい腐食環境
下で高い疲労強度か要求されるばねやワイヤローブに適
用して実用性の高い複合金属線である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高炭素鋼線にステンレス鋼を包合被覆した複
合金属線についてのステンレス鋼の厚さと塩水噴霧ての
赤錆発生時間との関係を示す線図、第２図は、上記複合
金属線についてのステンレス鋼の断面積比と回転曲げ疲
労強度との関係を示す図、第３図は、高炭素鋼線にステ
ンレス鋼を包含被覆し、その上にＮｉめっき層を設けた
複合金属線についてのＮｉめっき層の厚さとコイルばね
１０００個当りの不良率との関係を示す図、第４図は、
高炭素鋼線に銅めっきし、その上にステンレス鋼を包含
被覆した複合金属線についての銅めっき層の厚さとステ
ンレス鋼中のクロム炭化物層の厚さとの関係を示す図で
ある。 特許出願人　　神鋼鋼線工業株式会社 代　理　人　　弁理士　　金欠　章− 第１図 包合されたステンレス鋼の厚さ（ｐｍ）第２図 包合されたステンレス鋼の面積率（’／、）第３図 Ｎｊめっきの厚さ（Ｐｍ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）中心部が高炭素鋼線からなると共に表皮部にステ
   ンレス鋼を有する複合金属線であって、そのステンレス
   鋼の厚さか２μｍ以上であると共に、線断面積に対する
   ステンレス鋼の断面積比が３０％以下であることを特徴
   とする複合金属線。
2. （２）前記表皮部が、ステンレス鋼の表面に更に厚さ２
   〜１１μｍのニッケルめっき層を有する請求項１に記載
   の複合金属線。
3. （３）前記中心部と表皮部との間の中間部に、更に厚さ
   ２〜１００μｍの銅めっき層を有する請求項１又は２に
   記載の複合金属線。