JPH04346618A - 伸線鋼線材 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車等のタイ
ヤのスチールコードワイヤ用として用いるのに好適な、
伸線鋼線材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、一般にタイヤその他に用いら
れるスチールコードワイヤは、直径０．２　ｍｍ前後の
高炭素鋼製フィラメント　（以下、「伸線鋼線材」とも
いう）　を撚って得たストランドであり、現状では用い
られる高炭素鋼製フィラメントの強度は３２０ｋｇｆ／
ｍｍ２前後のものが多い。高炭素鋼製フィラメントの従
来の製造工程とそれによって得られる特性は以下の通り
である。

【０００３】

【数１】

【０００４】最終鉛パテンティング　（ＬＰ）　工程で
は、約９００℃に加熱後６００　℃前後の鉛浴に浸漬し
、ＴＳ＝１２５ｋｇｆ／ｍｍ２とした伸線用鋼線材を得
て、これを酸洗・メッキ後に最終伸線を行って、ＴＳ≒
３２０ｋｇｆ／ｍｍ２前後の高炭素鋼製フィラメントを
得ていた。この工程・条件においては、伸線加工度ε＝
３．２　程度であり、これ以上強度を上げようとしても
、延性低下のため不可能であった。本発明者らは、特開
昭６４−１５３２２　号公報において、最終パテンティ
ング処理の代わりに加工熱処理を行い、パーライトブロ
ックサイズを６〜７μｍ程度に微細化して伸線性を向上
させることにより、４００ｋｇｆ／ｍｍ２クラスの強度
を有する伸線鋼線材を得ることを示したが、この技術で
は加工後再びオーステナイト域へ加熱し、次いで徐冷す
るという再結晶化処理を行う必要があるため、安定した
パーライトの微細化が達成されず、さらに工程数が多く
なるため所要時間が長くなりコスト上昇を免れないとい
う問題があった。

【０００５】特公昭５７−１９１６８　号公報では、同
じく炭素鋼の加工熱処理による強靱化法を示しているが
、この方法により得られる鋼材は、直径４．０　〜１３
．０ｍｍであるとともに最終伸線を行うことなく熱処理
ままの状態で使用するものである。その加工熱処理も、
比較的低温（４５０℃以下Ｍｓ点以上）　での準安定オ
ーステナイト組織に１０〜４０％の減面率で加工を加え
、その後恒温熱処理して微細なフェライトとセメンタイ
ト組織を得ている。この場合、加工熱処理による微細化
といってもラメラ間隔の微細化であって、前述のような
パーライトブロックサイズの微細化については何ら言及
することがなく、また得られる強度も２００ｋｇｆ／ｍ
ｍ２以下である。この他、素線のＣ含有量を例えば　１
．０％以上（以下、本明細書においては特にことわりが
ない限り「％」は「重量％」を意味するものとする）　
というように高くして伸線前の素線の強度を上げること
が考えられるが、初析セメンタイトの影響で伸線性が劣
化するため、得られる強度はやはり向上しない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、伸線鋼線
材の強度は、素材である高炭素鋼線材を伸線して細線化
する過程で徐々に高められていくが、従来の共析成分を
有する直径１〜２ｍｍの線材をパテンティング処理して
伸線用鋼線材を得てから伸線する場合、前述のとおり伸
線加工度ε：３．２　程度の加工度で到達強度３２０ｋ
ｇｆ／ｍｍ２前後が限界であり、これ以上伸線しようと
すると、延性低下により断線していた。また、伸線前の
組織を粗めに調整して加工限界を引き上げる方法や、特
開昭６４−１５３２２　号公報により示したように加工
熱処理によって結晶粒径　（パーライトブロック径）　
を６〜７μｍ程度に微細化し、再びオーステナイト域に
加熱し、次いで徐冷するという方法では、安定した微細
化が達成されず、いずれもその後に行う伸線によって４
１０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の強度で４０％以上の延性を有
するフィラメントを得ることはできない。

【０００７】ところで、例えばコードワイヤの場合、今
日、自動車の高速走行時の安定性向上のためタイヤに要
求される仕様が一層厳しくなっている。この中でも特に
重要な役割を担っているスチールコードワイヤーの高強
度化は必須の課題となっており、それに伴いタイヤのス
チールコードの高張力化が求められており、コードワイ
ヤは伸線後の最終フィラメントにおける強度としてＴＳ
：４１０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、絞り：４０％以上が要求
されるようになってきている。したがって、本発明の一
般的目的は、例えば上述のような今日求められているコ
ードワイヤを製造するための伸線鋼線材を提供すること
である。さらに具体的には、本発明の目的は、伸線後の
到達強度：４１０ｋｇｆ／ｍｍ２　以上で、絞り：４０
％以上であって、例えばコードワイヤーへの適用を可能
にする伸線鋼線材を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の目
的達成のため種々検討を重ねた結果、伸線加工度を高め
ることによってパーライトブロックサイズおよびパーラ
イトラメラ間隔を共に大幅に小さくすることが特に有効
であることを知り、そこでこの点についてさらに詳細に
検討した結果、その組織は伸線前にパーライトブロック
サイズが５μｍ以下であって、パーライトラメラ間隔が
０．１　μｍ以下である微細なパーライト形態を有し、
伸線加工度ε：４．８　以上とすることで、到達強度：
４１０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、絞り：４０％以上という優
れた機械的特性を具備することを知見して、本発明を完
成した。

【０００９】ここに、本発明の要旨とするところは、炭
素：　０．７〜０．９　重量％含有し、パーライトブロ
ックサイズ：５μｍ以下、パーライトラメラ間隔：０．
１　μｍ以下である微細なパーライト形態を有する伸線
用鋼線材を、伸線加工度ε：４．８　以上で伸線加工し
て得た、到達強度：４１０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、絞り：
４０％以上であることを特徴とする伸線鋼線材である。 本発明において微細パーライト組織を規定するのに伸線
加工前の組織で便宜上規定するが、これは伸線加工後は
長手方向に伸びた展伸粒となるため非常に微細化してし
まって測定が困難となるからである。

【００１０】本発明にかかる伸線鋼線材は、一好適製造
例によれば、炭素：０．７〜０．９　重量％含有する鋼
線材を、最終伸線前のパテンティング処理において、Ａ
ｃ３　点以上のオーステナイト域温度に加熱してから恒
温変態曲線におけるパーライト変態開始温度を切らない
範囲の冷却速度で、Ａｅ１　点以下５００　℃以上の温
度範囲に冷却し、この温度域で加工度２０％以上の塑性
加工を行い、次いでオーステナイト域に加熱することな
くパーライト変態させて得られた伸線用鋼線材に、酸洗
・メッキを行った後、最終伸線を行うことにより製造さ
れる。前記塑性加工は、圧延機による圧延または温間ダ
イスによる引抜きにより行ってもよい。なお、本明細書
において、最終伸線前の鋼線材は「伸線用鋼線材」ある
いは「素線」または「母線」などと称するが、「伸線鋼
線材」は最終伸線後の鋼線材をいう。

【００１１】

【作用】本発明を添付図面を参照して更に詳細に説明す
る。図１は、本発明における微細パーライト組織を得る
ための１つの好適加工熱処理条件とそれによる冶金学的
組織の変化を次の三段階に分けて説明する模式図である
。

【００１２】■第一段階：この段階では、最終伸線前の
パテンティング処理において、加熱温度を　Ａｃ３点以
上のオーステナイト域の温度とするのは、オーステナイ
ト域より低い温度での加熱によっては前工程での予備伸
線における内部欠陥が十分回復せず、延性が不足するた
めである。しかし、余り高い温度では結晶粒　（オース
テナイト粒）　が粗大化し、その後の加工熱処理におい
ても、十分微細化できなくなるため、［Ａｃ３点温度＋
５０℃］　〜［Ａｃ３点温度＋２００　℃］　の範囲と
するのが好ましい。なお、通常は、この温度範囲は８５
０　〜９５０　℃の範囲であれば十分である。このよう
にしてオーステナイト化域にまで加熱後、恒温変態曲線
におけるパーライト変態開始温度を切らない範囲の冷却
速度でＡｅ１　点以下５００　℃以上の加工温度Ｔｃに
まで急冷される。パーライト変態を起こさせない冷却速
度は、一般には、１７０　℃／秒以上、通常は１９０　
℃／　秒以上であれば十分である。

【００１３】■第二段階：このようにしてＡｅ１　点以
下５００℃以上の加工温度にまで急冷された鋼線材は、
次いで好ましくは圧延機を使った圧延もしくは温間ダイ
スを使った引き抜きによる塑性加工を受ける。このとき
の加工温度としては６００　±５０℃とするのが好まし
い。この範囲外では、伸線前の強度が１１５ｋｇｆ／ｍ
ｍ２前後から大きく外れて、伸線性、もしくは伸線後の
到達強度が低下することがあるためである。この段階で
の塑性加工自体はすでに公知であって、本発明にあって
もそのような公知手段を用いればよい。圧延機による圧
延および温間ダイスによる引き抜きについては特に制限
はなく、これ以上の説明は略する。

【００１４】このように、急冷して得た過冷オーステナ
イト、つまり未変態オーステナイトは塑性加工すること
によりオーステナイト粒が展伸粒となるとともにパーラ
イトの生成核が粒界および粒内に導入される。この生成
核の数が多い程、後続の恒温変態でパーライトのブロッ
クサイズは微細化される。図１において第二段階の金属
組織を示す図において黒丸はパーライトの生成核を示す
。導入される生成核は、加工温度Ｔｃが低い程、さらに
加工度Ｒｄが大きい程、増える傾向を示す。このときの
加工度は４０％以上とするのが好ましい。過冷オーステ
ナイトを塑性加工する際の加工度を４０％以上としたの
は、４０％未満では導入する生成核の数が十分でないた
め結晶粒　（パーライトブロックサイズ）　が十分微細
化しないことによる。一方、加工度を４０％以上とする
ことによってパーライトブロックサイズは５．０　μｍ
　以下とすることができる。

【００１５】図２は、Ｃ：０．８０％、Ｓｉ：０．４５
　％、Ｍｎ：０．５０　％、Ｐ：０．０１５　％、Ｓ：
０．０１５　％の組成の線材（Ａｃ３点＝７４５　℃、
Ａｅ１　点＝７２１　℃）　を、９００　℃に加熱して
オーステナイト化してから２００　℃／　秒の冷却速度
で６００　℃にまで冷却し、次いでこの温度で加工度を
各種変えて塑性加工を行ってからパーライト変態を行い
、これを伸線したものについての機械的特性を示したグ
ラフである。これらの結果からも加工度４０％以上でパ
ーライトブロックサイズを５．０　μｍ　以下として、
伸線後所期の特性を持った伸線鋼線材が得られることが
分かる。また、この過冷オーステナイト加工時の加工の
歪速度は、好ましくは１．０ｓ−１（１／秒）　以上と
する。歪速度を１．０ｓ−１（１／秒）以上とすること
で、伸線時の限界加工度を４．８　以上で十分微細な組
織とすることができ、伸線後の到達強度も４１０ｋｇｆ
／ｍｍ２以上、絞りも４０％以上と改善できる。

【００１６】■第三段階：過冷オーステナイトの塑性加
工後、本発明ではオーステナイト域への加熱・再結晶化
を行うことなく、そのまま恒温保持してパーライト変態
させる。通常これは鉛浴へのパテンティング処理によっ
て行えばよい。これまではいずれも過冷オーステナイト
領域での処理であったが、この段階では恒温変態によっ
てパーライト変態を起こす。生成するパーライトブロッ
クの数で最終的に形成されるパーライト粒径が決まる。 すなわち、生成する数は上述の第二段階で導入された生
成核の数に比例する。前述の各展伸オーステナイト粒が
生成核に応じたパーライト粒に分割されるのである。図
１において、結晶方位のそれぞれ異なる粒子がパーライ
トブロックを構成し、その平均径がパーライトブロック
サイズである。本発明にあってはこの段階でのパーライ
トブロックサイズを５．０　μｍ　以下、好ましくは１
μｍ　以下、パーライトラメラ間隔　０．１μｍ　以下
に規定する。なお、図中、Ｔｎは恒温変態曲線のノーズ
温度を示す。

【００１７】このようにして得られた伸線用鋼線材は、
好ましくはＴＳ＝１１５ｋｇｆ／ｍｍ２に調整される。 伸線に先立って、必要に応じて、慣用の酸洗、潤滑処理
が行われる。 伸線工程は特に制限されず、これも慣用の手段で行えば
よい。この発明の対象とする鋼線材の組成成分は炭素を
除いて特に限定されない。炭素は、鋼線の強度を確保す
るのに必要な元素である。その下限値を０．７　％とし
たのは、これより少ない含有量では目標とする４１０ｋ
ｇｆ／ｍｍ２以上の強度が得られないため、０．７　％
以上とした。また上限値を０．９　％としたのは、これ
を超えると初析セメンタイトの影響で、伸線性が悪くな
り、強度がかえって低下するため０．９％以下とした。 その他、必要によりＳｉおよびＭｎさらにＰ　およびＳ
　の各含有量を適宜限定してもよい。例えば、Ｃ：０．
７０〜０．９０％、Ｓｉ：０．１５〜１．２０％、Ｍｎ
：０．３０〜０．９０％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０
．００２　％以下の組成が例示される。

【００１８】このようにして得られる本発明にかかる伸
線鋼線材は、炭素：　０．７〜０．９　重量％含有する
鋼線材であって、伸線用鋼線材としてパーライトブロッ
クサイズ：５μｍ以下、好ましくは１μｍ　以下、パー
ライトラメラ間隔：０．１　μｍ以下である微細なパー
ライト形態を有し、伸線加工度ε：４．８　以上、到達
強度：４１０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、さらに絞り：４０％
以上である。したがって、例えば自動車等のタイヤの補
強材として用いるのに好適なスチールコードワイヤを提
供することができる。

【００１９】図３は、パーライトブロックサイズｄＢ　
（μｍ）と限界加工度又は強度との関係を、炭素量：０
．８％、パーライトラメラ間隔：０．１μｍ　の伸線用
鋼線材について示すが、パーライトブロックサイズが５
μｍ　以下であることにより、限界加工度ｌｎ　（Ａ０
／Ａｎ）の所望の値を確保でき、伸線後強度ＴＳを４１
０ｋｇｆ／ｍｍ２以上とすることができる。次に、本発
明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。

【００２０】

【実施例】表１に示す組成を有する試験Ｎｏ．１ないし
試験Ｎｏ．２４　の鋼を１５０　ｋｇ真空溶解炉で溶製
し、熱間圧延を行って直径：５．５ｍｍの線材とし、さ
らに冷間伸線を行って直径：２．３〜３．２５ｍｍの線
材とした。この線材を、同じく表１に示す加熱温度およ
び冷却速度で加熱・冷却し、さらに同表に示すγ加工温
度およびγ加工度で圧延機を用いて塑性加工を行い、次
いでオーステナイト域に加熱することなくパーライト変
態させることにより、強度の目標を１１５ｋｇｆ／ｍｍ
２に設定した母線である伸線用鋼線材　（直径：２．３
ｍｍ）　を得た。なお、γ加工度は［（加工前の断面積
）　−　（加工後の断面積）］／　（加工前の断面積）
　×１００　％により算出した。各供試鋼の　Ａｃ３点
は　７４５〜７８０　℃であり、　Ａｅ１点は　７２１
℃であった。また、母線の機械的特性　（強度ＴＳおよ
び伸びＲＡ）　、パーライトブロックサイズ　ｄＢ　（
　μｍ）　およびパーライトラメラ間隔λ　（μｍ）　
を測定した。結果を表１に併せて示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】この伸線用鋼線材に、２０％硫酸による酸
洗後にブラスメッキを施し、さらに慣用の湿式連続伸線
機で伸線を行って、伸線鋼線材を得た。伸線時の限界加
工度および伸線後の伸線材の機械的特性を測定し、表２
に結果をまとめて示す。なお、限界加工度は、ｌｎ［（
母線の断面積）　／　（最終線の断面積）］により求め
た。ただし、最終線は　１８０゜曲げで１００　％折れ
　（ポキ折れ）　が起こる直線のパスであり、　１８０
゜曲げは　１８０゜の密着曲げを行い曲げ先端の割れ発
生本数の割合　（％）　を示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】表１および表２に示す結果から次の点が分
かる。試験Ｎｏ．１ないし試験Ｎｏ．５では、炭素含有
量の影響を調べた。本発明の範囲を外れた比較例である
試験Ｎｏ．１および試験Ｎｏ．５は伸線鋼線材の強度が
４１０ｋｇｆ／ｍｍ２に達していない。試験Ｎｏ．６な
いし試験Ｎｏ．９では、加工熱処理における加熱温度で
パーライトブロックサイズが変化したときの影響を調べ
た。本発明の範囲を外れた比較例である試験Ｎｏ．６で
は、ブロックサイズが８．０　μｍ　と大きいため伸線
材の強度が４１０ｋｇｆ／ｍｍ２に達しない他、絞りも
低い値しか示していない。試験Ｎｏ．７〜試験Ｎｏ．９
はいずれもこの発明の例である。

【００２５】試験Ｎｏ．１０　〜試験Ｎｏ．１４　では
、冷却速度によってブロックサイズが変化したときの影
響について調べた。この発明の範囲を外れた試験Ｎｏ．
１０　では、パーライトブロックサイズが６．０　μｍ
　と大きく、限界加工度も十分でなかったため、組織が
十分微細化せず、伸線材の強度が４１０ｋｇｆ／ｍｍ２
に達していない。試験Ｎｏ．１５　〜試験Ｎｏ．１８　
では、オーステナイトの加工温度の影響について調べた
。この発明の範囲を外れた比較例である試験Ｎｏ．１５
　および試験Ｎｏ．１８　では、伸線材の強度が４１０
ｋｇｆ／ｍｍ２に達していない。

【００２６】試験Ｎｏ．１９　〜試験Ｎｏ．２２　では
、過冷オーステナイトの加工度でパーライトブロックサ
イズが変化したときの影響について調べた。比較例であ
る試験Ｎｏ．１９　ではブロックサイズが１０μｍ　と
大きく、伸線材の強度が４１０ｋｇｆ／ｍｍ２に達して
いない。この他、伸線　（フィラメント）　の加工性を
示す１８０　°曲げでの破壊確率（ｎ＝１０）　も、発
明例では全て０％であるが、比較例では１０〜１００　
％の値を示している。なお、従来の工程による通常のコ
ードワイヤーは最終伸線で直径０．２ｍｍ　、ＴＳ＝３
２０ｋｇｆ／ｍｍ２、絞り４５％であった。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述してきたように、本発明により
、直径０．２　ｍｍクラスでＴＳ＝４１０ｋｇｆ／ｍｍ
２、ＲＡ≧４０％の高強度、高延性の伸線鋼線材が得ら
れ、コードワイヤーの高張力化、さらにはタイヤの性能
向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における加工熱処理条件とそれによる冶
金学的組織の変化を三段階に分けて説明する模式図であ
る。

【図２】急冷後の塑性加工における加工度と、伸線後に
得られた鋼線材の機械的特性との相関を示すグラフであ
る。

【図３】パーライトブロックサイズ　ｄＢ　（μｍ）と
限界加工度又は強度との関係を、炭素量：０．８％、パ
ーライトラメラ間隔：０．１μｍ　の伸線鋼線材につい
て示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　炭素：　０．７〜０．９　重量％含有
   し、パーライトブロックサイズ：５μｍ以下、パーライ
   トラメラ間隔：０．１　μｍ以下である微細なパーライ
   ト形態を有する伸線用鋼線材を、伸線加工度ε：４．８
   　以上で伸線加工して得た、到達強度：４１０ｋｇｆ／
   ｍｍ２以上、絞り：４０％以上であることを特徴とする
   伸線鋼線材。