JPH10168525A - マイクロ合金化された高炭素鋼及び高張力フィラメントの製造方法 - Google Patents

マイクロ合金化された高炭素鋼及び高張力フィラメントの製造方法

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JPH10168525A
JPH10168525A JP9250728A JP25072897A JPH10168525A JP H10168525 A JPH10168525 A JP H10168525A JP 9250728 A JP9250728 A JP 9250728A JP 25072897 A JP25072897 A JP 25072897A JP H10168525 A JPH10168525 A JP H10168525A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】エラストマ補強材用の高張力フィラメントの製
造方法の提供。 【解決手段】鉄，炭素，マンガン，ケイ素，銅の特定量
と，クロム，バナジウム，ニッケル，ホウ素の特定量の
群から少なくとも１元素を必須的に含み，ケイ素，マン
ガン，クロム，バナジウム，ニッケル，ホウ素の全量を
特定した、マイクロ合金化高炭素鋼スチールワイヤを，
一定温度まで加熱し，加熱ワイヤをオーステナイトから
パーライトへの変態が始まるまで冷却し，上記変態を通
行させ，再熱現象により、ワイヤ温度を所定の範囲内で
上昇させてパテンチングし，そのワイヤを周囲温度まで
冷却し，真鍮メッキし，冷間引き抜きする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ合金化さ
れた高炭素鋼、及び、高張力フィラメントの製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、タイヤ、コンベアベルト、伝動
ベルト、タイミングベルト、ホース等のゴム製品にスチ
ールの補強要素を組み込むことによって、そのようなゴ
ム製品を補強することが望まれることが多い。乗物用空
気タイヤは、真鍮で被覆されたスチールフィラメントか
ら調製されたコードで補強されることが多い。そのよう
なタイヤコードは、高炭素鋼、又は、真鍮の薄層で被覆
された高炭素鋼から構成されることが多い。そのような
タイヤコードは、モノフィラメントとすることができる
が、通常は、互いに撚り合わせた又は束ねた幾つかのフ
ィラメントから調製される。場合によっては、補強され
るタイヤのタイプに応じて、複数のフィラメントから成
る撚線を更に綱状にしてタイヤコードを形成する。
【０００３】要素を補強するためにフィラメントに使用
されるスチール合金は、大きな強度及び延性、並びに、
大きな疲労抵抗を示すことが重要である。不運にして、
必要とされる上述の性質の組み合わせから成る要件を備
える多くの合金は、実際の商業的な操作で処理すること
ができない。商業的に重要であると実証されている合金
は、一般的に、オーステナイトからパーライトへの等温
変態を受けるパテンチング操作を必要とした。米国特許
第５，１６７，７２７号は、オーステナイトからパーラ
イトへの変態を約５４０°Ｃから約６２°Ｃの範囲内に
ある温度の等温条件の下で実行するパテンチング工程を
用いて、スチールフィラメントを製造するプロセスを記
載している。上述の等温変態は、通常、変態の継続時間
にわたって一定の温度を維持するために、流動層の中
で、あるいは、溶融鉛の媒体の中で実行される。しかし
ながら、そのような等温変態工程を用いることは、特殊
な機器を必要とし、また、パテンチング操作のコストを
増大させる。
【０００４】ワイヤを引き抜くために必要とされる良好
な延性を維持しながら、大きな引張強度を得るために
は、パテンチングされたスチールワイヤの中の炭化物粒
子とフェライト粒子との間の微細な層状間隔が必要とさ
れる。この目的を達成するために、スチールに種々の合
金化金属を少量添加して、等温パテンチング技術を用い
て得ることのできる機械的な性質を改善することがあ
る。
【０００５】等温パテンチングに代わる技術は、連続冷
却技術、又は、「空気」パテンチング技術である。この
プロセスにおいては、高炭素鋼ワイヤを空気あるいは他
の気体（例えば、分解アンモニア）の中で冷却する。上
記空気又は他の気体は、静止状態にすることもできる
し、あるいは、冷却速度を制御するために強制循環させ
ることもできる。上記プロセスは、一般的に、等温パテ
ンチングで得られるものよりも幾分粗い層状組織を有す
るミクロ組織を生ずる。その結果、ワイヤの引張強度
は、等温パテンチングで得られるものよりも十分に小さ
く、そのようなワイヤから引き抜かれたフィラメント
は、小さな引張強度を有している。パテンチング操作に
おいて連続冷却技術を用いることの他の欠点は、ワイヤ
の直径が増大するに連れて、ワイヤが冷却される速度が
低下して、ミクロ組織が更に粗くなるということであ
る。その結果、許容できる性質を有する大きな直径のワ
イヤを製造することは、より困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するため
の手段】本発明は、良好な延性を有すると共に大きな引
張強度を有するように引き抜くことのできるパテンチン
グされたスチールワイヤを製造する技術を開示する。そ
のようなパテンチングされたスチールワイヤは、タイヤ
の如きゴム製品のための補強ワイヤを製造するために用
いるのに特に適している。本プロセスを用いることによ
り、連続冷却技術をパテンチング操作に採用して、通常
は等温変態の条件下でのみ得られる性質よりも、より代
表的な性質を得ることができる。
【０００７】良好な延性を有すると共に大きな引張強度
を有するように引き抜くことのできるある種のマイクロ
合金化された高炭素鋼ワイヤが、オーステナイトからパ
ーライトへの変態を行わせる連続冷却工程を用いるパテ
ンチング操作によって調製することができることが、図
らずも判明した。そのような普通炭素鋼は、約９７．０
３重量％から約９８．９２５重量％の鉄と、約０．７２
重量％から約０．９２重量％の炭素と、約０．３重量％
から約０．８重量％のマンガンと、約０．０５重量％か
ら約０．４重量％のケイ素と、クロム、バナジウム、ニ
ッケル及びホウ素から成る群から選択された約０．００
５重量％から約０．８５重量％の少なくとも１つの元素
とを含んでいる。そのようなマイクロ合金化された高炭
素鋼の中のケイ素、マンガン、クロム、バナジウム、ニ
ッケル及びホウ素の全量は、約０．７重量％から０．９
重量％までの範囲内にある。本発明を実施する際に用い
ることのできる特に好ましいスチール合金は、少量の銅
も含んでいる。そのような合金は、一般的に、約０．０
２重量％から約０．３重量％の銅を含んでいる。この特
に好ましい合金は、約９６．６１重量％から約９８．９
０５重量％の鉄と、約０．７２重量％から約１．０４重
量％の炭素と、約０．３重量％から約０．８重量％のマ
ンガンと、約０．０５重量％から約０．４重量％のケイ
素と、約０．０２重量％から約０．３重量％の銅と、ク
ロム、バナジウム、ニッケル及びホウ素から成る群から
選択された約０．００５重量％から約０．８５重量％の
少なくとも１つの元素とを含んでいる。銅を含む上記マ
イクロ合金化された高炭素鋼の中のケイ素、マンガン、
クロム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の全量は、約
０．７０重量％から０．９重量％までの範囲内にある。
そのような合金を用いることにより、等温変態を行うた
めに必要な高価な機器が排除される。これにより、パテ
ンチング操作が簡素化されると共に、パテンチング操作
のコストが低減される。
【０００８】本発明は、炭化物粒子とフェライト粒子と
の間に極めて微細な層状間隔を有していて実質的にパー
ライトから成るミクロ組織を有しているパテンチングさ
れたスチールワイヤであって、大きな引張強度を有する
ように引き抜くことのできるパテンチングされたスチー
ルワイヤを製造するための方法を詳細に説明するもので
あって、この方法は、（１） 約９７．０３重量％から
約９８．９２５重量％の鉄と、約０．７２重量％から約
０．９２重量％の炭素と、約０．３重量％から約０．８
重量％のマンガンと、約０．０５重量％から約０．４重
量％のケイ素と、クロム、バナジウム、ニッケル及びホ
ウ素から成る群から選択された約０．００５重量％から
約０．８５重量％の少なくとも１つの元素とを必須的に
含み、ケイ素、マンガン、クロム、バナジウム、ニッケ
ル及びホウ素の全量が、約０．７重量％から約０．９重
量％である、マイクロ合金化された高炭素鋼から構成さ
れるスチールワイヤを、約８５０°Ｃから約１，０５０
°Ｃの範囲内の温度まで少なくとも２秒間にわたって加
熱する工程と、（２） 上記加熱されたスチールワイヤ
を、オーステナイトからパーライトへの変態が始まるま
で、約１００°Ｃ／秒よりも低い冷却速度で連続的に冷
却する工程と、（３） 上記オーステナイトからパーラ
イトへの上記変態を進行させ、再熱現象により、ワイヤ
の温度を上昇させる工程と、（４） 上記パテンチング
されたスチールワイヤを周囲温度まで冷却する工程とを
備えている。
【０００９】本発明は、更に、エラストマ補強材に使用
される高張力フィラメントを製造する方法を開示し、こ
の方法は、（１） 約９６．６１重量％から約９８．９
０５重量％の鉄と、約０．７２重量％から約１．０４重
量％の炭素と、約０．３重量％から約０．８重量％のマ
ンガンと、約０．０５重量％から約０．４重量％のケイ
素と、約０．０２重量％から約０．３重量％の銅と、ク
ロム、バナジウム、ニッケル及びホウ素から成る群から
選択された約０．００５重量％から約０．８５重量％の
少なくとも１つの元素とを必須的に含み、ケイ素、マン
ガン、クロム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の全量
が、約０．７重量％から約０．９重量％である、マイク
ロ合金化された高炭素鋼から構成されるスチールワイヤ
を、約８５０°Ｃから約１，１００°Ｃの範囲内の温度
まで少なくとも２秒間にわたって加熱して、加熱された
スチールワイヤを製造する工程と、（２） 上記加熱さ
れたスチールワイヤを、オーステナイトからパーライト
への変態が始まるまで、約６０°Ｃ／秒よりも低い冷却
速度で連続的に冷却する工程と、（３） 上記オーステ
ナイトからパーライトへの上記変態を進行させ、再熱現
象により、ワイヤの温度を約２０°Ｃから約８０°Ｃの
範囲内で上昇させて、パテンチングされたスチールワイ
ヤを製造する工程と、（４） 上記パテンチングされた
スチールワイヤを周囲温度まで冷却する工程と、（５）
上記パテンチングされたスチールワイヤを真鍮メッキ
して真鍮メッキされたワイヤを製造する工程と、（６）
上記真鍮メッキされたスチールワイヤを約０．１０ｍ
ｍから約０．４５ｍｍの範囲内の直径まで冷間引き抜き
して、高張力フィラメントを製造する工程とを備えてい
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】ある種の普通炭素鋼マイクロ合金
が、本発明のプロセスに使用される。そのようなマイク
ロ合金化された高炭素鋼は、約９７．０３重量％から約
９８．９２５重量％の鉄と、約０．７２重量％から約
０．９２重量％の炭素と、約０．３重量％から約０．８
重量％のマンガンと、約０．０５重量％から約０．４重
量％のケイ素と、クロム、バナジウム、ニッケル及びホ
ウ素から成る群から選択された約０．００５重量％から
約０．８５重量％の少なくとも１つの元素とを必須的に
含んでおり、このマイクロ合金化された高炭素鋼の中の
ケイ素、マンガン、クロム、バナジウム、ニッケル及び
ホウ素の全量は、約０．７重量％から０．９重量％の範
囲内にある。換言すれば、上記マイクロ合金の中のクロ
ム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の全量は、マイク
ロ合金全体の約０．００５重量％から０．８５重量％に
なり、また、マイクロ合金の中のケイ素、マンガン、ク
ロム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の全量は、約
０．７乃至０．９重量％になる。多くの場合には、クロ
ム、バナジウム、ニッケル及びホウ素から成る群から選
択された１つの元素だけが、マイクロ合金に存在する。
【００１１】一般的に、マイクロ合金は、約９７．８２
重量％から約９８．６４重量％の鉄と、約０．７６重量
％から約０．８８重量％の炭素と、約０．４０重量％か
ら約０．６０重量％のマンガンと、約０．１５重量％か
ら約０．３０重量％のケイ素と、クロム、バナジウム及
びニッケルから成る群から選択された約０．０５重量％
から約０．４重量％の少なくとも１つの元素とを必須的
に含むのが好ましい。ホウ素をマイクロ合金に用いる場
合には、マイクロ合金は、一般的に、約９８．１２重量
％から約９８．６８重量％の鉄と、約０．７６重量％か
ら約０．８８重量％の炭素と、約０．４０重量％から約
０．６０重量％のマンガンと、約０．１５重量％から約
０．３０重量％のケイ素と、約０．０１重量％から約
０．１重量％のホウ素とを必須的に含むのが好ましい。
【００１２】高炭素鋼マイクロ合金は、通常、約９８．
０５重量％から約９８．４５重量％の鉄と、約０．８重
量％から約０．８５重量％の炭素と、約０．４５重量％
から約０．５５重量％のマンガンと、約０．２重量％か
ら０．２５重量％のケイ素と、クロム、バナジウム及び
ニッケルから成る群から選択された約０．１重量％から
約０．３重量％の少なくとも１つの元素とを必須的に含
むのがより好ましい。マイクロ合金にホウ素が含まれる
場合には、高炭素鋼マイクロ合金は、通常、約９８．３
０重量％から約９８．５４重量％の鉄と、約０．８重量
％から約０．８５重量％の炭素と、約０．４５重量％か
ら約０．５５重量％のマンガンと、約０．２重量％から
０．２５重量％のケイ素と、約０．０１重量％から約
０．０５重量％のホウ素とを必須的に含むのがより好ま
しい。そのようなマイクロ合金は、一般的に、全量で約
０．７５重量％から約０．８５重量％のケイ素、マンガ
ン、クロム、バナジウム、ニッケル及びホウ素を含むの
が最も好ましい。
【００１３】本発明を実施する際に使用することのでき
る他の好ましいスチール合金は、少量の銅を含む。その
ような合金は、一般的に、約０．０２重量％から約０．
３重量％の銅を含む。この極めて好ましい合金は、約９
６．６１重量％から約９８．９０５重量％の鉄と、約
０．７２重量％から約１．０４重量％の炭素と、約０．
３重量％から約０．８重量％のマンガンと、約０．０５
重量％から約０．４重量％のケイ素と、約０．０２重量
％から約０．３重量％の銅と、クロム、バナジウム、ニ
ッケル及びホウ素から成る群から選択された約０．００
５重量％から約０．８５重量％の少なくとも１つの元素
とを含む。但し、マイクロ合金化された高炭素鋼の中の
ケイ素、マンガン、クロム、バナジウム、ニッケル及び
ホウ素の全量は、約０．７重量％から約０．９重量％の
範囲内である。
【００１４】銅を含む本発明のスチール合金は、約０．
０５重量％から約０．２重量％の銅を含むのが好まし
い。銅を含むそのようなスチール合金は、約０．１０重
量％から約０．１５重量％の銅を含むのがより好まし
い。従って、マイクロ合金は、約９７．５４重量％から
約９８．５９重量％の鉄と、約０．７６重量％から約
０．９６重量％の炭素と、約０．４０重量％から約０．
６０重量％のマンガンと、約０．１５重量％から約０．
３０重量％のケイ素と、約０．０５重量％から約０．２
重量％の銅と、クロム、バナジウム及びニッケルから成
る群から選択された約０．０５重量％から約０．４重量
％の少なくとも１つの元素とを含むのがより好ましい。
銅を含むマイクロ合金にホウ素を用いる場合には、マイ
クロ合金は、一般的に、約９７．９２重量％から約９
８．６３重量％の鉄と、約０．７６重量％から約０．８
８重量％の炭素と、約０．４０重量％から約０．６０重
量％のマンガンと、約０．１５重量％から約０．３０重
量％のケイ素と、約０．０５重量％から約０．２重量％
の銅と、約０．０１重量％から約０．１重量％のホウ素
とを必須的に含むのが好ましい。
【００１５】銅を含む高炭素鋼マイクロ合金は、通常、
約９７．８５重量％から約９８．３重量％の鉄と、約
０．９重量％から約０．９５重量％の炭素と、約０．４
０重量％から約０．５０重量％のマンガンと、約０．２
０重量％から０．２５重量％のケイ素と、約０．１０重
量％から約０．１５重量％の銅と、クロム、バナジウム
及びニッケルから成る群から選択された約０．１重量％
から約０．３重量％の少なくとも１つの元素とを必須的
に含むのがより好ましい。マイクロ合金にホウ素が含ま
れる場合には、高炭素鋼マイクロ合金は、通常、約９
８．１５重量％から約９８．４４重量％の鉄と、約０．
８重量％から約０．８５重量％の炭素と、約０．４５重
量％から約０．５５重量％のマンガンと、約０．２重量
％から０．２５重量％のケイ素と、約０．１０重量％か
ら約０．１５重量％の銅と、約０．０１重量％から約
０．０５重量％のホウ素とを必須的に含むのがより好ま
しい。そのようなマイクロ合金は、一般的に、全量で約
０．７５重量％から約０．８５重量％のケイ素、マンガ
ン、クロム、バナジウム、ニッケル及びホウ素を含むの
が最も好ましい。
【００１６】本発明のスチール合金から構成されていて
約５ｍｍから約６ｍｍの直径を有しているロッドをゴム
製品用の補強要素に使用することができる。そのような
スチールロッドは、一般的に、約１．２ｍｍ乃至約２．
４ｍｍの範囲内の直径、好ましくは、１．６ｍｍ乃至
２．０ｍｍの範囲内の直径まで、冷間引き抜きされる。
例えば、約５．５ｍｍの直径を有するロッドを、約１．
８ｍｍの直径を有するワイヤまで、冷間引き抜きするこ
とができる。この冷間引き抜き操作は、金属の強度及び
硬度を増大させる。
【００１７】冷間引き抜きされたワイヤは、次に、該ワ
イヤを８５０°Ｃ乃至１，１００°Ｃの範囲内の温度ま
で加熱し、上記ワイヤを周囲温度まで連続的に冷却する
ことにより、パテンチングされる。ワイヤが、電気抵抗
器に電流を通すことにより加熱される場合には、加熱時
間は、一般的に、２秒間と１０秒間との間である。電気
抵抗器による加熱を行う場合には、加熱時間は、約４秒
間から約７秒間の範囲内であるのがより一般的であり、
加熱温度は、一般的に、９５０°Ｃから約１，０５０°
Ｃの範囲内である。勿論、ワイヤを流動層オーブンの中
で加熱することもできる。そのような場合には、ワイヤ
は、小さな粒子径を有する砂から成る流動層の中で加熱
される。流動層加熱技術においては、加熱時間は、一般
的に、約５秒間から約３０秒間の範囲内である。流動層
オーブンにおける加熱時間は、約１０秒間から約２０秒
間の範囲内であるのが、より一般的である。また、ワイ
ヤを対流型のオーブン又は炉の中で加熱することもでき
る。この場合には、加熱時間は、約２５秒間から５０秒
間の範囲内である。
【００１８】加熱時間の正確な継続時間は、重要ではな
い。しかしながら、合金がオーステナイト化されるに十
分な時間にわたって、温度を維持することが重要であ
る。合金は、ミクロ組織が均一な面心立方型の結晶構造
に完全に変態した後に、オーステナイト化されるものと
考えられる。
【００１９】パテンチング操作の次の工程において、オ
ーステナイトワイヤは、６０°Ｃ／秒よりも遅い冷却速
度で連続的に冷却される。多くの場合には、採用する冷
却速度は、１５°Ｃ／秒と６０°Ｃ／秒との間である。
通常は、約２０°Ｃ／秒から６０°Ｃ／秒の範囲内の冷
却速度を用いるのが好ましい。この連続冷却工程は、空
気中で、あるいは、分解アンモニアの如き他の適宜な気
体の中でワイヤを単に冷却することにより、行うことが
できる。上記気体は、静止状態にすることもできるし、
あるいは、冷却速度を制御するために循環させることも
できる。
【００２０】上記連続的な冷却作業は、オーステナイト
からパーライトへの変態が開始するまで、実行される。
上記変態は、一般的に、約５００°Ｃから約６５０°Ｃ
の範囲内の温度で始まる。オーステナイトからパーライ
トへの変態は、約５４０°Ｃから約６００°Ｃの範囲内
の温度で始まるのが、より一般的である。上記変態は、
約５５０°Ｃから約５８０°Ｃの範囲内の温度で始まる
のが、更に一般的である。
【００２１】オーステナイトからパーライトへの変態が
始まった後に、ワイヤの温度は、再熱現象によって上昇
する。プロセスのこの時点において、変態は簡単に進行
し、ワイヤの温度は、変態によって生ずる熱だけによっ
て上昇する。通常約２０°Ｃから約８０°Ｃの範囲内に
ある温度上昇が生じるが、そのような温度上昇は、約２
０°Ｃから約７０°Ｃの範囲内であるのが一般的であ
る。約３０°Ｃから約６０°Ｃの範囲内である温度上昇
が生ずるのが、より一般的である。ワイヤの温度は、変
態の間に、約４０°Ｃから約５０°Ｃだけ上昇するの
が、最も一般的である。
【００２２】オーステナイトからパーライトへの変態が
完了するためには、一般的に、約０．５秒間から約４秒
間を要する。オーステナイトからパーライトへの変態
は、約１秒間から約３秒間の範囲内の時間にわたって生
ずるのが、より一般的である。上記変態は、再熱現象に
起因する温度上昇が観察される時点に始まると考えられ
る。変態が進行するに連れて、ミクロ組織は、オーステ
ナイトの面心立方型のミクロ組織からパーライトに変態
する。パテンチング操作は、パーライトへの変態が行わ
れて、パーライトが体心立方型の結晶構造を有する鉄
相、及び、炭化物相から成る層状組織になった後に、完
了すると考えられる。パテンチングが完了した後に、ス
チールワイヤを周囲温度まで単に冷却することができ
る。
【００２３】場合によっては、ワイヤロッドから最終的
なパテンチングに適した直径までワイヤを引き抜くこと
ができないことがある。そのような場合には、ワイヤを
冷間引き抜きして、その直径を約４０％から約８０％減
少させ、約３．８ｍｍから２．５ｍｍの範囲内の直径に
することができる。この最初の引き抜き操作の後に、一
般的に加熱時間が長いことを除いて上記第１のパテンチ
ング工程で用いたのと同じプロセスを用いて、中間パテ
ンチングと呼ばれるプロセスでワイヤをパテンチングす
る。中間パテンチングの後に、ワイヤを冷間引き抜きし
て、上述の最終パテンチング工程に適する最終直径にす
る。
【００２４】最終パテンチング工程の後に、スチールワ
イヤは、一般的に、真鍮メッキされる。例えば、合金メ
ッキを用いて、スチールワイヤに真鍮被覆をメッキする
ことができる。そのような合金メッキ操作は、銅及び亜
鉛をワイヤに電着し、同時に、そこで、錯化合物を含む
メッキ溶液から均一な真鍮合金を形成する工程を含む。
上記共着が生ずる理由は、錯電解質が、カソード膜を形
成し、このカソード膜においては、銅及び亜鉛のそれぞ
れの析出電位が事実上同一であるからである。合金メッ
キは、一般的に、約７０％の銅及び３０％の亜鉛を含む
アルファ真鍮コーティングを付与するために使用され
る。そのようなコーティングは、優れた引き抜き特性、
及び、良好な初期接着性を与える。
【００２５】連続的なメッキ操作も、真鍮合金をスチー
ルワイヤに付与するための実際的な技術である。そのよ
うな操作においては、電着の後に熱拡散工程を行うこと
により、銅の層及び亜鉛の層が、スチールワイヤに順次
メッキされる。そのような連続的なメッキ操作は、本明
細書に参考として組み込まれている米国特許第５，１０
０，５１７号に記載されている。
【００２６】真鍮をスチールワイヤにメッキするための
上述の標準的な操作においては、スチールワイヤは、選
択に応じて、約６０°Ｃよりも高い温度の熱水の中で水
洗される。次に、スチールワイヤを、硫酸又は塩酸の中
で酸洗いして、その表面から酸化物を除去する。水洗の
後に、ワイヤは、ピロリン酸銅のメッキ溶液の中で銅で
被覆される。ワイヤには、メッキ槽の中でカソードとし
て作用するように、負の電荷が与えられる。アノードと
して、銅板が用いられる。可溶性の銅アノードの酸化に
より、電解液に銅イオンが補充される。勿論、銅イオン
は、スチールワイヤのカソードの表面で還元されて、金
属の状態になる。
【００２７】銅メッキされたスチールワイヤは、次に、
水洗され、亜鉛メッキ槽の中で、亜鉛がメッキされる。
銅メッキされたワイヤには、負の電荷が与えられ、亜鉛
メッキ槽の中でカソードとして作用する。酸性の硫酸亜
鉛溶液が、可溶性の亜鉛アノードが設けられたメッキ槽
の中に存在する。亜鉛メッキ作業操作の間に、可溶性の
亜鉛アノードが酸化して、電解液に亜鉛イオンを補充す
る。亜鉛イオンは、銅被覆されたスチールワイヤの表面
で還元され、上記スチールワイヤは、カソードとして作
用して、その上に亜鉛の層が析出する。硫酸亜鉛の酸性
浴は、適宜な亜鉛イオン補充装置を設けた場合には、不
溶性のアノードを用いることもできる。
【００２８】銅／亜鉛がメッキされたワイヤは、次に、
水洗され、約４５０°Ｃよりも高い温度、好ましくは、
約５００°Ｃから約５５０°Ｃの範囲内の温度まで加熱
され、これにより、銅の層及び亜鉛の層が拡散して、真
鍮コーティングを形成する。これは、一般に、誘導加熱
又は抵抗加熱によって行われる。次に、フィラメントを
冷却し、室温の希リン酸の中で洗浄して、酸化物を除去
する。真鍮被覆されたワイヤは、次に、水洗され、約７
５°Ｃから約１５０°Ｃの温度で空気乾燥される。スチ
ールの補強要素を鉄／真鍮の三元合金で被覆するための
そのような操作は、本明細書に参考として組み込まれて
いる米国特許第４，４４６，１９８号に記載されてい
る。
【００２９】真鍮メッキを行った後に、ワイヤは、液体
潤滑剤の浴に浸された状態で、再度冷間引き抜きされ
る。この工程においては、ワイヤの断面積は、約８０％
から約９９％だけ減少して、エラストマ補強材に使用さ
れる高張力フィラメントを生ずる。ワイヤを約９６％か
ら約９８％だけ減少させるのが、より一般的である。本
プロセスによって形成された高張力フィラメントの直径
は、通常、約０．１０ｍｍから約０．４５ｍｍの範囲内
にある。本プロセスによって形成された高張力フィラメ
ントの直径は、一般的には、約０．１５ｍｍから約０．
４０ｍｍの範囲内にある。形成された高張力フィラメン
トは、約０．２５ｍｍから約０．３５ｍｍの範囲内にあ
る直径を有するのが、更に一般的である。
【００３０】多くの場合に、２又はそれ以上のフィラメ
ントを撚って、ゴム製品用の補強材として使用されるケ
ーブルにすることが望ましい。例えば、そのような２本
のフィラメントを撚って、乗物用タイヤに使用されるケ
ーブルにするのが一般的である。勿論、より多くの上述
のフィラメントを撚って、他の用途で使用されるケーブ
ルにすることもできる。例えば、約５０本のフィラメン
トを撚って、最終的には土木用のタイヤに使用されるケ
ーブルにすることが一般的である。
【００３１】以下の例について、本発明をより詳細に説
明する。これらの例は、単に説明のためのものであっ
て、本発明の範囲、あるいは、本発明が実施される態様
を限定するものと見なしてはならない。特に断らない限
り、総ての割合及びパーセンテージは、重量基準で表現
されている。
【００３２】例 １ この実験においては、クロムを含む高炭素鋼マイクロ合
金を、連続冷却工程を含む技術を用いて、パテンチング
した。この実験に使用したマイクロ合金は、約９８．４
３重量％の鉄と、０．８５重量％の炭素と、０．３１重
量％のマンガンと、０．２０重量％のケイ素と、０．２
１重量％のクロムとを含んでいる。使用したプロセスに
おいては、クロムを含むマイクロ合金ワイヤは、電気抵
抗によって約５秒間の期間にわたって極めて迅速に加熱
されて、約９５０°Ｃのピーク温度にされた。この加熱
サイクルは、ワイヤをオーステナイト化するのに十分で
あって、ワイヤは、その後、空気中において、約４０°
Ｃ／秒の冷却速度で連続的に冷却された。ワイヤが、約
５８０°Ｃの温度まで冷却された後に、オーステナイト
からパーライトへの変態が始まった。この変態は、約１
秒間の間に、ワイヤの温度を約６２５°Ｃまで上昇さ
せ、その後、ワイヤは、再度連続的に冷却され始めた。
製造されたパテンチングされたワイヤは、１．７５ｍｍ
の直径を有しており、１２６０ＭＰａ（メガパスカル）
の引張強度を有すると判定された。パテンチングされた
ワイヤは、また、１０．５％の破断伸び、及び、４７％
の破断絞りを有するものと判定された。
【００３３】パテンチングされたワイヤは、その後、
０．３０１ｍｍの直径を有するフィラメントに冷間引き
抜きされた。このフィラメントは、３，３４９ＭＰａの
引張強度を有するものと判定され、また、２．６１％の
破断伸びを有していて。クロムを含む高炭素鋼マイクロ
合金を用いてこの実験で形成されたフィラメントの引張
強度は、標準的な１０８０炭素鋼を用いる等温パテンチ
ング技術を採用して実現することのできる引張強度に比
較して、非常に好ましいものである。より重要なこと
は、この実験は、連続冷却工程を採用するパテンチング
操作を用いることによって、極めて傑出した引張強度を
実現することができることを示していることである。
【００３４】比較例２ この実験は、例１で使用したクロムを含むマイクロ合金
の代わりに、約９８．４７重量％の鉄と、０．８３重量
％の炭素と、０．４８重量％のマンガンと、０．２０重
量％のケイ素とを含む１０８０炭素鋼を用いたことを除
いて、例１で述べたのと同じ手順を用いて実行された。
パテンチングされた１０８０炭素鋼のワイヤは、１２１
０ＭＰａの引張強度を有しており、引き抜きによって形
成されたフィラメントは、僅かに３１７１ＭＰａの引張
強度しか有していなかった。形成されたフィラメント
は、また、２．５２％の破断伸びを有するものと判定さ
れた。この例は、例１に述べたクロムを含むマイクロ合
金を用いると、フィラメントの引張強度が１７８ＭＰａ
増大することを示している。
【００３５】例 ３ この実験も、バナジウムを含む普通炭素鋼マイクロ合金
を用いた点を除いて、例１に述べた一般的な手順を用い
て行った。この実験で形成されたパテンチングされたワ
イヤは、１３１１ＭＰａの引張強度と、１０％の破断伸
びと、４８％の破断絞りとを有しているものと判定され
た。この実験で形成されたフィラメントは、３３７３Ｍ
Ｐａの引張強度と、２．５７％の破断伸びとを有するも
のと判定された。この例は、バナジウムを含むマイクロ
合金を用いることにより、フィラメントの引張強度が更
に改善されたことを示している。
【００３６】例 ４ この実験は、銅を含む鋼マイクロ合金を用いた点を除い
て、例１に述べた一般的な手順を用いて行われた。ま
た、パテンチングされたワイヤは、０．２ｍｍの直径を
有するフィラメントに冷間引き抜きされた。この実験で
形成されたフィラメントは、３６５０ＭＰａの引張強度
と、約２．６％の破断伸びとを有するものと判定され
た。この例は、銅を含むマイクロ合金を用いることによ
り、フィラメントの引張強度が更に改善されたことを示
している。合金に銅を含めることにより、加工硬化速度
が大きくなり、延性も改善された。
【００３７】本発明を説明するために、特定の代表的な
実施例及び詳細を示したが、本発明の範囲から逸脱する
ことなく、種々の変形及び変更を行うことができること
は、当業者には明らかであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/54 Ｃ２２Ｃ 38/54 Ｃ２３Ｃ 30/00 Ｃ２３Ｃ 30/00 Ｂ Ｄ０７Ｂ 1/06 Ｄ０７Ｂ 1/06 Ａ (71)出願人 590002976 1144 Ｅａｓｔ Ｍａｒｋｅｔ Ｓｔｒｅ ｅｔ，Ａｋｒｏｎ，Ｏｈｉｏ 44316− 0001，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ケネス・ジョセフ・パーマー アメリカ合衆国オハイオ州44281，ワズワ ース，フォレスト・レーン 445 (72)発明者 シャルル・トンテリン ルクセンブルク大公国エル−7790 ビッセ ン，リュー・ドクトゥール・エッカー ４ (72)発明者 ロジャー・トッド ルクセンブルク大公国エル−7651 ヘッフ ィンゲン，デレガース 32

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エラストマ補強材に使用される高張力フ
    ィラメントを製造する方法であって、 （１） 約９６．６１重量％から約９８．９０５重量％
    の鉄と、約０．７２重量％から約１．０４重量％の炭素
    と、約０．３重量％から約０．８重量％のマンガンと、
    約０．０５重量％から約０．４重量％のケイ素と、約
    ０．０２重量％から約０．３重量％の銅と、クロム、バ
    ナジウム、ニッケル及びホウ素から成る群から選択され
    た約０．００５重量％から約０．８５重量％の少なくと
    も１つの元素とを必須的に含み、ケイ素、マンガン、ク
    ロム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の全量が、約
    ０．７重量％から約０．９重量％である、マイクロ合金
    化された高炭素鋼から構成されるスチールワイヤを、約
    ８５０°Ｃから約１，１００°Ｃの範囲内の温度まで少
    なくとも２秒間にわたって加熱して、加熱されたスチー
    ルワイヤを製造する工程と、 （２） 前記加熱されたスチールワイヤを、オーステナ
    イトからパーライトへの変態が始まるまで、約６０°Ｃ
    ／秒よりも低い冷却速度で連続的に冷却する工程と、 （３） 前記オーステナイトからパーライトへの前記変
    態を進行させ、再熱現象により、ワイヤの温度を約２０
    °Ｃから約８０°Ｃの範囲内で上昇させて、パテンチン
    グされたスチールワイヤを製造する工程と、 （４） 前記パテンチングされたスチールワイヤを周囲
    温度まで冷却する工程と、 （５） 前記パテンチングされたスチールワイヤを真鍮
    メッキして真鍮メッキされたワイヤを製造する工程と、 （６） 前記真鍮メッキされたスチールワイヤを約０．
    １０ｍｍから約０．４５ｍｍの範囲内の直径まで冷間引
    き抜きして、高張力フィラメントを製造する工程とを備
    えることを特徴とする高張力フィラメントの製造方法。
  2. 【請求項２】 請求項１の製造方法において、前記マイ
    クロ合金化された高炭素鋼は、鉄と、炭素と、マンガン
    と、ケイ素と、クロムと、銅とを必須的に含み、前記冷
    却速度は、約１５°Ｃ／秒から約６０°Ｃ／秒の範囲内
    であり、前記工程（２）の連続冷却は、空気中、あるい
    は、分解アンモニアの中で行われ、前記真鍮メッキされ
    たスチールワイヤは、前記工程（６）において、約０．
    １５ｍｍから約０．４０ｍｍの範囲内の直径まで冷間引
    き抜きされることを特徴とする製造方法。
  3. 【請求項３】 マイクロ合金化された高炭素鋼であっ
    て、約９６．６１重量％から約９８．９０５重量％の鉄
    と、約０．７２重量％から約１．０４重量％の炭素と、
    約０．３重量％から約０．８重量％のマンガンと、約
    ０．０５重量％から約０．４重量％のケイ素と、約０．
    ０２重量％から約０．３重量％の銅と、クロム、バナジ
    ウム、ニッケル及びホウ素から成る群から選択された約
    ０．００５重量％から約０．８５重量％の少なくとも１
    つの元素とを必須的に含んでおり、銅、ケイ素、マンガ
    ン、クロム、バナジウム、ニッケル及びホウ素の全量
    が、約０．７重量％から約０．９重量％の範囲内にある
    ことを特徴とするマイクロ合金化された高炭素鋼。
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