JPH0598349A

JPH0598349A - 高強度高延性ビードワイヤの製造方法

Info

Publication number: JPH0598349A
Application number: JP28412491A
Authority: JP
Inventors: Yukio Ochiai; 征雄落合; Tsugunori Nishida; 世紀西田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1993-04-20
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: JP3327567B2

Abstract

(57)【要約】【目的】過共析鋼における粒界初析セメンタイトの生
成を完全に阻止することにより、高減面率の伸線加工を
可能とし、Ｃ含有率を高めた効果を十分生かしたビード
ワイヤ用高強度鋼線の製造方法を提供する。【構成】Ｃ：0.90〜1.25％、Ｓｉ：0.15〜1.5％、Ｍ
ｎ：0.3 〜1.0 ％、Ｃｒ：0.1 〜1.0 ％を含む鋼線を加
熱してオーステナイト化したのち、（１）式数１で規定
される範囲の冷却速度で400 〜650 ℃に保持された冷媒
中に焼き入れ、引き続き該冷媒中で恒温変態を完了させ
ることにより初析セメンタイトを含まない微細パーライ
ト組織とする。加工度86.0〜94.0％で伸線加工を施し、
伸線加工後の鋼線を350 〜450 ℃でブルーイングし、さ
らにこれに矯正加工を付与する。【数１】Ｙ≦０．１６ｌｏｇＸ＋０．８２
（１）ただし、Ｙは鋼のＣ含有率（％）、Ｘは冷却速度（℃／
ｓｅｃ）を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車タイヤ用高強度
高延性ビードワイヤ、さらに詳しくは、引張強さ２５０
ｋｇｆ／ｍｍ²以上の高強度高延性ビードワイヤの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビードワイヤ等の高炭素鋼線の強度を上
げる方策として、Ｃ含有率を上げることは、安価で高い
効果が得られるため工業的には最も望ましい方法であ
る。しかし、過共析領域、すなわち通常Ｃが０．９％を
越える領域では、パテンティング時に旧オーステナイト
粒界に沿って脆い初析セメンタイトがネットワーク状に
生成する。このため、伸線加工時、初析セメンタイトに
沿った粒界われが発生しやすくなり、高減面率の伸線加
工は不可能となる。

【０００３】従来、過共析鋼の伸線加工性を向上させる
方法として、熱処理ないしは合金元素の添加により初析
セメンタイトの生成を抑制する方法、あるいは伸線方法
を工夫することにより初析セメンタイト起因の延性劣化
を防止する方法が開発されている。

【０００４】たとえば、特公昭５６−８８９３号公報に
は、熱処理により組織を粒状セメンタイトが分散したパ
ーライト組織に変える方法が開示されている。これは、
過共析鋼線をオーステナイト化し、油焼き入れ処理して
マルテンサイト組織とした後、７７０〜９３０℃の温度
域に急速加熱して粒状セメンタイトを析出させ、目標加
熱温度に到達後直ちに５３５〜６６０℃の温度でパテン
ティング処理する方法である。この方法は、伸線加工限
界を高める方法としてはすぐれているが、粒状化したセ
メンタイトは層状に発達したセメンタイトと異なり、強
化への寄与が小さい（パテンティング後の強度が低く、
伸線時の加工硬化も小さい）ため、Ｃ含有率を高めた効
果を生かすことができない。

【０００５】本発明者らは、これまでに、合金元素の添
加効果を利用して初析セメンタイトの発生を抑制する方
法を研究し、特願平１−２８１８２５号および特願平１
−７６８２５号として出願している。これらはいずれも
０．１〜０．３％のＣｒを添加することを特徴としてい
るが、これらによっても小量の初析セメンタイトの生成
は防止できない。

【０００６】また、特開昭６３−１８６８５２号公報に
は、５〜５０ｐｐｍのＲＥＭ、およびＣａ、Ｍｇ、Ｂ
ａ、Ｓｒのうちの１種類以上を合計で５〜５０ｐｐｍ添
加する方法が開示されている。これらの元素はいずれも
硫化物と酸化物を同時に生成させる元素である。これら
の添加により生成したＲＥＭ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ
を含む微細な硫化物、酸化物を核としてパーライト変態
を促進させ、マルテンサイトや初析セメンタイトの生成
を抑制しようとする方法である。しかし、この方法はこ
れらの微量元素の添加のみならず、微細な硫化物、酸化
物を出現させるためＳ、Ｏ、Ａｌの含有率も制御せねば
ならず、製造管理はきわめて複雑なものとなる。

【０００７】一方、初析セメンタイトが存在しても伸線
加工性が低下せぬように、塑性加工面からの改善を行っ
た例としては、伸線前にローラーダイス加工ないしは冷
間圧延を行う方法が特開昭６３−４０１６号公報に、ま
た、ダイスのアプローチ角を１０度前後に下げて伸線す
る方法が前記特願平１−２８１８２５号に記載されてい
る。これらはいずれも伸線加工時に鋼線中心部にかかる
引張り応力を軽減させることにより、初析セメンタイト
起因の内部クラックの発生を抑制しようとしたものであ
る。しかし、この方法が効果を有するのは、生成した初
析セメンタイトの量が少なく、かつ粒界に薄く存在して
いる場合、すなわちＣが１％以下の場合や小量のＣｒ添
加により初析セメンタイトの生成が抑制されている場合
に限られる。一方、これらの方法は伸線機とは別に新た
にローラーダイスや圧延機を装備せねばならないこと、
またダイスの管理を厳しくせねばならないことなど製造
上の問題も少なくない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来技術では過共析鋼における粒界初析セメンタイトの発
生を完全に阻止することはできない。本発明の目的は、
過共析鋼における粒界初析セメンタイトの生成を完全に
阻止することにより、高減面率の伸線加工を可能とし、
Ｃ含有率を高めた効果を十分生かした高強度高延性ビー
ドワイヤの製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、重
量比でＣ：０．９０〜１．２５％、Ｓｉ：０．１５〜
１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：０．１〜
１．０％、残余Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼線
を加熱してオーステナイト化したのち、（１）式数２で
規定される範囲の冷却速度で４００〜６５０℃に保持さ
れた冷媒中に焼き入れ、引き続き該冷媒中で恒温変態を
完了させることにより初析セメンタイトを含まない微細
パーライト組織としたのち加工度８６．０〜９４．０％
で伸線加工を施し、伸線加工後の鋼線を３５０〜４５０
℃でブルーイングし、さらにこれに矯正加工を付与する
ことを特徴とする高強度高延性ビードワイヤの製造方法
である。

【００１０】

【数２】Ｙ≦０．１６ｌｏｇＸ＋０．８２（１）ただし、Ｙは鋼のＣ含有率（％）、Ｘは冷却速度（℃／
ｓｅｃ）を示す。

【００１１】

【作用】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１２】本発明者らは過共析鋼の伸線加工性を改善
すべく多くの実験を行い、以下に示すように、オーステ
ナイト化温度からの冷却条件を選ぶことにより、初析セ
メンタイトの生成を阻止できるという新たな知見を得
た。

【００１３】すなわち、表１に示す組成の真空溶解鋼を
熱間圧延した線材より直径３ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱
状試料を製作し、これをＡｒガス中で９５０〜１０００
℃に誘導加熱してオーステナイト化したのち、種々の冷
却速度で連続冷却した。冷却後の試料を研磨し、ＪＩＳ
Ｇ０５５１に規定された方法でエッチングしたのち光
学顕微鏡により初析セメンタイトの生成状況を調べた。
また、粒界の薄いフィルム状セメンタイトの生成状況
は、研磨後の試料をピクラールでエッチングしたのち走
査型電子顕微鏡を用いて観察した。図１に、初析セメン
タイトの発生限界とＣ含有率ならびに冷却速度の関係を
示す。このように、初析セメンタイトの生成はＣ含有率
以外に冷却速度にも依存し、同一Ｃ含有率でも冷却速度
を上げることによりその生成を防ぐことができる。図１
より、初析セメンタイトの発生しない条件を鋼のＣ含有
率とオーステナイト域からの冷却速度で表すと、（１）
式数３のようになる。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【数３】Ｙ≦０．１６ｌｏｇＸ＋０．８２（１）ただし、Ｙは鋼のＣ含有率（％）、Ｘは冷却速度（℃／
ｓｅｃ）を示す。

【００１６】高強度鋼線の実際のパテンティングにおい
ては、連続冷却ではパーライト変態時間が不足するた
め、鉛パテンティングないしは流動層パテンティング処
理を行い、微細パーライトに恒温変態させる必要があ
る。その際、冷媒である溶融鉛や流動層の温度を制御し
て、鋼線の冷却速度を（１）式を満足する範囲に選択す
れば、初析セメンタイトの発生を完全に防止することが
可能である。しかし、冷媒温度が４００℃未満では鋼線
表層にベイナイトが生成し、伸線可能限界が低下する。
また、６５０℃を超えるとパーライトの層状構造が崩
れ、このため強度、伸線加工限界ともに低下する。した
がって、冷媒温度は４００〜６５０℃とする。なお、冷
却槽内の温度は均一である必要はない。すなわち、
（１）式の冷却速度を得るために、赤熱した鋼線が進入
する側の冷媒温度は低く設定し、その他の部分の温度
は、鋼組成に応じて微細な層状パーライトが得られる温
度に保持すべきである。このような目的のためには、冷
却槽は傾斜加熱できるような構造が望ましく、さらに
は、複数の冷却帯に分割された冷却槽を採用すればなお
良い。

【００１７】次に、本発明の成分限定理由について説明
する。

【００１８】Ｃは強度を上げるための有効かつ経済的な
元素であり、最も重要な元素の一つである。Ｃ含有率を
上げるに伴い、パテンティング後の強度ならびに伸線時
の加工硬化量が増大する。したがって、伸線加工により
高強度鋼線を得るためにはＣ含有量は高い方が有利であ
り、本発明では０．９０％以上とする。一方、Ｃ含有率
が１．２５％を超した場合、（１）式が示すように初析
セメンタイトの発生を防止するために必要な冷却速度は
４８０℃／ｓｅｃを超えるため、工業的に実現が困難と
なる。したがって、Ｃ含有率の上限は１．２５％とす
る。

【００１９】Ｓｉは脱酸剤として０．１５％以上添加す
る。一方、Ｓｉは合金元素としてフェライトに固溶して
顕著な固溶強化作用を示す。また、フェライト中のＳｉ
は伸線後の溶融亜鉛めっきやブルーイング時の強度低下
を低減させる効果を有するため、高強度鋼線の製造には
不可欠な元素である。しかし、１．５％を超えると伸線
後の鋼線の延性が低下するため、１．５％を上限とす
る。

【００２０】Ｍｎも脱酸剤として０．３％以上添加す
る。また、Ｍｎは焼入れ性向上効果が大きいため、線径
が大きい場合には、Ｍｎ含有率を上げることにより断面
内の均一性を高めることが可能であり、伸線後の鋼線の
延性向上に有効である。しかし、１．０％を超えると中
心偏析部にマルテンサイトが生成し伸線加工性が劣化す
るため、１．０％を上限とする。

【００２１】Ｃｒはパーライトのラメラー間隔を低減
し、鋼線の強度と伸線加工性を向上させるため、０．１
％以上添加する。０．１％未満ではその効果が十分でな
く、一方、１．０％を超えると変態に要する時間が長く
なり、生産性が著しく低下するため、１．０％を上限と
する。

【００２２】次に、本発明における熱処理後の加工条件
について説明する。

【００２３】恒温変態により微細なパーライトとした鋼
線に、断面減少率８６．０〜９４．０％の伸線加工を施
す。８６．０％未満では加工硬化量が不足し、目標とす
る強度が得られないため、８６．０％を下限とする。一
方、９４．０％を超えると延性が低下し、ブルーイング
後の鋼線（ビードワイヤ）の伸びが不足するため、９
４．０％を上限とする。

【００２４】伸線後の鋼線にはブルーイングを行う。ブ
ルーイングの目的は、鋼線に必要な伸びを付与すること
であり、通常、鋼線を溶融鉛ないしは流動層中を連続的
に通過させる方法で行われる。ブルーイング温度は、３
５０℃未満では必要な伸びが得られず、一方、４５０℃
を超えると強度が低下するのみならず、捻回値も低下す
る。このため、ブルーイング温度の下限および上限はそ
れぞれ３５０℃および４５０℃とする。

【００２５】鋼線の伸びはブルーイングにより回復する
が、さらに高い伸びを得るためブルーイング後矯正加工
を施す。矯正はローラー型矯正機あるいは回転こま式矯
正機を使用して行う。矯正加工を施すことにより、鋼線
長手方向の可動転位密度の分布がより均一となるため、
均一伸びが増加する。矯正加工は局部伸びには影響しな
いため、均一伸びの増加分だけ全伸びも増加することと
なる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明法による２５０ｋｇｆ／ｍｍ²
以上の引張強さを有する高強度高延性ビードワイヤの製
造結果について説明する。なお、ビードワイヤの目標と
する延性は、伸びが８％以上、捻回値が３５回以上であ
る。

【００２７】表２に示す化学成分の直径２．６０〜４．
２０ｍｍの鋼線を鉛パテンティング後、伸線加工により
直径１．００ｍｍの細線を製造した。次に、これらを３
４０〜４６０℃に保持した鉛浴中で１５ｓブルーイング
し、その後、２０段ローラー矯正機を用いて矯正加工を
行い、最後に置換めっき法によりブロンズめっきを施し
て高強度ビードワイヤを製造した。表２、表３には、鋼
の化学成分、パテンティング条件、パテンティング後の
組織、伸線加工度、ブルーイング温度、およびビードワ
イヤの機械的性質を示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各群は、主としてそれぞ
れＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ含有率の影響を示したものであ
る。

【００３１】Ｃ含有率が０．８６％のＡ−１では目標強
度が得られず、一方、１．３５％のＡ−８では冷却速度
不足のため初析セメンタイトが生成し、伸線できなかっ
た。同様に、Ｃ含有率が１．２０％のＡ−５でも、冷却
速度が２０℃／ｓｅｃと（１）式を満足しない場合は初
析セメンタイトが生成し、製品の伸びおよび捻回値が低
下したため、目標とするビードワイヤの製造はできなか
った。

【００３２】Ｓｉ含有率の増加により強度は増大する
が、１．６３％のＢ−５では延性不足となり、めっき鋼
線の伸びおよび捻回が低下した。

【００３３】Ｍｎが１．０６％のＣ−４の場合は、中心
偏析部に生成したマルテンサイトによりめっき鋼線の伸
びおよび捻回値が著しく低下した。

【００３４】Ｃｒ含有率が０．０５％のＤ−１ではその
効果が小さく、目標強度が得られなかった。一方、１．
２０％のＤ−８では、変態時間不足のためパテンティン
グ組織にマルテンサイトが発生したため断線が頻発し、
伸び、捻回値も著しく劣化した。

【００３５】従来法１のＥ−１は特開昭６３−４０１６
号公報に開示された方法であり、ローラーダイス伸線
後、通常の伸線を行ったものである。また、従来法２の
Ｆ−１は特開昭６３−１８６８５２号公報に開示された
方法で、表２の化学成分以外にＲＥＭを０．００１２
％、Ｃａを０．０００８％含有する。いずれも目標強度
に到達しないのみならず、初析セメンタイトを内蔵して
いるため伸び、絞り値もともに低かった。

【００３６】Ｂ−２は鉛浴温度が４００℃未満の場合、
また、Ｄ−３は６５０℃を超える場合であり、それぞれ
マルテンサイトおよび初析セメンタイトが発生したた
め、ビードワイヤの延性が低下した。

【００３７】Ａ−３は伸線加工度が８６．０％未満の場
合、またＤ−４は伸線加工度が９４．０％を超える場合
であり、前者は強度、後者は伸びおよび絞り値が目標値
を下まわった。

【００３８】Ａ−６はブルーイング温度が３５０℃未満
の場合、またＤ−６はブルーイング温度が４５０℃を超
える場合であり、前者は伸びが不足し、後者は伸びおよ
び捻回値が目標値を下まわった。

【００３９】本発明法で製造されたビードワイヤはいず
れも２５０ｋｇｆ／ｍｍ²以上の強度を有し、従来法で
製造されたものに比べて強度が高く、延性（伸びおよび
捻回値）に優れていた。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明法によれ
ば、従来より強度が高く、かつ、伸びおよび捻回特性に
優れたビードワイヤを製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】初析セメンタイトの発生限界とＣ含有率ならび
に冷却速度の関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比でＣ：０．９０〜１．２５％、Ｓｉ：０．１５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：０．１〜１．０％、残余Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼線を加熱して
オーステナイト化したのち、（１）式数１で規定される
範囲の冷却速度で４００〜６５０℃に保持された冷媒中
に焼き入れ、引き続き該冷媒中で恒温変態を完了させる
ことにより初析セメンタイトを含まない微細パーライト
組織としたのち加工度８６．０〜９４．０％で伸線加工
を施し、伸線加工後の鋼線を３５０〜４５０℃でブルー
イングし、さらにこれに矯正加工を付与することを特徴
とする高強度高延性ビードワイヤの製造方法。【数１】Ｙ≦０．１６ｌｏｇＸ＋０．８２（１）ただし、Ｙは鋼のＣ含有率（％）、Ｘは冷却速度（℃／
ｓｅｃ）を示す。