JPH1133617A

JPH1133617A - ゴム補強用強靱スチールワイヤの製造法および強靱スチールコード

Info

Publication number: JPH1133617A
Application number: JP9199436A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ishimoto; 和弘石本
Original assignee: Tokyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】高強度化に伴う靭性の低下を大幅に改善し、強
靱で加工性に富み、しかも耐疲労性に優れたスチールワ
イヤの製造法を提供する。【解決手段】仕上げの連続湿式伸線工程において、最終
段の引抜きを３枚以上のダイス重ねダイスでかつこのダ
イスの頭の１枚のダイスを除く上り側の２枚以上のダイ
スでそれぞれ１．２〜３．９％の減面率のスキンパスを
行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はゴム製品の補強に用
いられる強靱なスチールワイヤの製造法とこの製法によ
り得たスチールワイヤを用いたスチールコードに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】車輌用タイヤ、搬送用コンベアなどで代
表されるゴム製品においては、補強材としてスチールワ
イヤを複数本撚合したスチールコードが使用されてお
り、また、高圧ホースには補強材としてスチールワイヤ
が使用されている。もとより細径ロープにもスチールワ
イヤが使用されている。

【０００３】かかるスチールワイヤは、一般に、高炭素
鋼線材あるいは通常成分に若干の合金元素を添加した鋼
線材を使用し、パテンティングと呼ばれる熱処理を施し
た後、連続伸線をすることで製造される。そして、ゴム
との接着性や耐食性を図るため、前記熱処理を行なった
後、伸線加工前に真ちゅうや亜鉛めっきが施されるのを
通例としている。

【０００４】近年、スチールコードやロープは取り扱い
性の向上などのため軽量化とコンパクト化が強く要望さ
れ、これに伴い、スールコードも高強度化が要求されて
いる。かかる高強度化を図るため、一般的に、原料とし
ての鋼線材として強度の高いものすなわち高炭素鋼線材
を用いるとともに、その後の伸線加工において加工度を
高めて加工硬化による強度増加を行なっている。

【０００５】しかしながら、伸線加工における加工度を
アップすることによりワイヤは硬くなるとともに靭性が
低下する。このような靭性の低下は大きな問題を生じさ
せる。すなわち、得られたスチールワイヤを撚合して撚
り合わせたり、高圧ホース製造のため編組したりワイヤ
にくせ付けを施した際に断線が多発して経済的に目的製
品を作れなくなったり、出来上がったスチールコードや
高圧ホースの耐久性が大幅に低下するなどの問題が生ず
るのである。したがって、高強度化においては靭性をい
かに保持するかが最重要課題となるのであるが、かかる
課題について従来では適切な解決策がなかった。

【０００６】こうしたスチールワイヤの靭性低下防止対
策として、本出願人は、特開平８−２１８２８２号公報
や特開平８−２６００９６号公報において、仕上げの連
続湿式伸線工程において最終段階で従来のシングルスキ
ンパスに代えてダブルスキンパスを適用する方法を提案
した。この方法によれば、高強度化に伴う靭性低下を大
幅に改善することができたが、更なる高強度化を実現す
る場合にはいまだこの先行技術の方法では靭性低下防止
効果が不十分であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
問題点を解決するために創案されたもので、その目的と
するところは、高強度化に伴う靭性の低下を大幅に改善
し、強靱で加工性に富み、しかも耐疲労性に優れたスチ
ールワイヤの製造法を提供することにある。また、本発
明の他の目的は、高強度でしかも優れた靭性を備え、軽
量化コンパクト化に適したスチールコードを提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、鋼線材に熱処理とめっきを施した後中間径ま
で伸線し、連続湿式伸線して目的径のスチールワイヤを
得る方法であって、仕上げの連続湿式伸線工程におい
て、最終段の引抜きを３枚以上のダイス重ねダイスでか
つこのダイスの頭の１枚のダイスを除く上り側の２枚以
上のダイスでそれぞれ１．２〜３．９％の減面率のスキ
ンパスを行なう構成としたものである。

【０００９】上記連続湿式伸線は、好適には下記の条件
とする。最終段の３枚のダイスとしてアプローチ角度２αが８
〜１０°、ベアリング長さが０．２５〜０．３５ｄ
₁（ｄ₁＝ダイス孔径）のものを用いる。最終段の３枚のダイスあるいはさらにその数段前のダ
イスとして、ダイアモンドニブを使用する。最終ダイス通過直後のスチールワイヤ温度を１５０℃
以下に保持する。

【００１０】また前記目的を達成するため本発明は、高
炭素鋼線材を熱処理した後伸線して得られるスチールワ
イヤであって、仕上げの連続湿式伸線工程において、最
終段の引抜きを３枚以上のダイス重ねダイスでかつこの
ダイスの頭の１枚のダイスを除く上り側の２枚以上のダ
イスでそれぞれ１．２〜３．９％の減面率のスキンパス
を行って製造されたスチールワイヤを複数本撚り合わせ
た構成としたものである。なお、本発明は前記スチール
コードをゴムに埋設したゴム複合体、さらにこれをベル
ト層などに配したラジアルタイヤも含むものである。

【００１１】

【作用】本発明においては連続湿式伸線工程の最終段に
おいて、３枚以上のダイスを重ね、前段までの減面率を
多分割して引き抜きかつ出口側の２枚以上のダイスでそ
れぞれ１．２〜３．９％の２回以上のスキンパスを行な
うため、伸線で強加工を施してもスチールワイヤの残留
応力が低減し、また、引抜き直後のスチールワイヤ温度
を大幅に低くすることができ、これらにより靭性を良好
なものとすることができる。

【００１２】そして、３枚重ねの各ダイスのアプローチ
角度を８〜１０°の低角度とすることによりワイヤ表面
と内部が均一に加工され、ワイヤ表面の残留応力を低減
され、ベアリング長さを０．２５〜０．３５ｄ₁と短く
することと表面が非常に平滑なダイヤモンドニブを使用
ことにより引抜き抵抗を低減することができる。そして
ダイヤモンドニブの使用により摩耗によるダイス孔径の
増加を防ぐことができるとともにワイヤ表面の平滑性が
向上し、耐疲労性も向上する。そして最終ダイス通過直
後のワイヤ温度を１５０℃以下に保持することにより時
効による脆化を防ぐことができる。これらの相乗効果に
より高強度でかつ靭性のすぐれたスチールワイヤを工業
的に安定して製造することができる。

【００１３】

【発明の実施の態様】以下本発明の実施態様を添付図面
に基いて説明する。図１は連続伸線工程を模式的に示し
ており、１０は潤滑液槽で、スチールワイヤ用潤滑剤を
水で所定の濃度に溶解した潤滑液１１が満たされてい
る。前記潤滑液槽１０の上流側にはペイオフリール１３
が装備され、潤滑液槽１０の下流側には伸線の終了した
スチールワイヤの巻取りリール１４が装備されている。

【００１４】前記潤滑液槽１０内には、それぞれ潤滑液
１１に浸漬されるように平行状に１対のキャプスタン１
２，１２’が回転自在に横架されており、下流側のキャ
プスタン１２’は図示しない可変速モータにより駆動回
転されるようになっている。そして一対のキャプスタン
１２，１２’の間には複数個の引抜き用ダイスＤが配置
され、キャプスタン１２，１２’に設けられた溝にスチ
ールワイヤは掛けられ、この状態で順次引抜き用ダイス
Ｄの孔を通過することにより引き抜かれるようになって
いる。通常これら引抜き用ダイスは各段すなわちキャプ
スタン１２，１２’の軸線方向で１枚づつとなってお
り、最終段の引抜き用ダイスＤ’も一段である。

【００１５】連続湿式伸線の引き回数すなわち前記引抜
き用ダイスの段数は、ワイヤの靭性を考慮して通常２３
〜２６回程度とすればよい。２３回を下回る回数では、
１パス当りの減面率が大きくなりすぎるためワイヤの靭
性が劣化する。また、２６回を超える回数では引き回数
が多くなりすぎ、製造コストの面で不利である。

【００１６】図２は本発明における最終段のダイスＤ”
の第１実施例を示しており、上流側にはケーシング４に
１枚のノーマルダイス５ａを、これに近接して下流側に
はケーシング４にスキンパス用ダイス５ｂ，５ｂを２枚
直列状に配置し、これにより所定減面率を３分割して得
るようにし、そして２枚のスキンパス用ダイス５ｂ，５
ｂでそれぞれ減面率１．２〜３．９％のスキンパスを行
なう。

【００１７】図３は同じく最終段のダイスＤ”の第２実
施例を示しており、上流側にはケーシング４に１枚のノ
ーマルダイス５ａを、これに近接して下流側にはケーシ
ング４にスキンパス用ダイス５ｂ，５ｂ，５ｂを３枚直
列状に配置し、これにより所定減面率を４分割して得る
ようにし、そして３枚のスキンパス用ダイス５ｂ，５
ｂ，５ｂでそれぞれ減面率１．２〜３．９％のスキンパ
スを行なう。前記スキンパス用ダイスの一つ前のノーマ
ルダイス５ａでは減面率を２．８〜９．８％とすること
が適当である。

【００１８】本発明において最終段の引抜きを上りの２
枚ダイスまたは上りの３枚ダイスでスキンパス伸線する
のは、伸線加工中に蓄積されるワイヤ表面の引張りの残
留応力を緩和させることができるとともに仕上げダイス
通過直後のワイヤ温度を低く抑えることができるからで
ある。１枚ダイスによるスキンパスでは残留応力の緩和
とワイヤ温度の抑制効果が不十分である。これはことに
炭素含有量が０．９０％以上の高炭素鋼線材を使用する
場合に顕著である。

【００１９】しかし、上りの２枚ダイスまたは上りの３
枚ダイスによるスキンバス減面比は、それぞれが１．２
％以下とあまり小さいと、加工量が小さすぎて残留応力
の緩和作用が少ない。しかし、これが４．０％以上とあ
まり大きすぎても残留応力の緩和作用が少なく、したが
って、１．２〜３．９％とする。これによりスチールワ
イヤの発熱を低く抑えるとともに、伸線したスチールワ
イヤの表面残留応力を低減し、靭性の回復を図ることが
できるのである。

【００２０】前記ノーマルダイス５ａとスキンパス用ダ
イス５ｂは、いずれもダイス本体５０とダイス本体５０
に内蔵された焼結ダイヤモンド製のニブ６０からなって
おり、該ニブ６０はアプローチ部６００の角度２αが８
〜１０°となっており、また、べアリング部６０１の長
さｌがダイス孔直径ｄ₁に対し、約０．２５〜０．３５
ｄ₁となっている。

【００２１】ノーマルダイス５ａとスキンパス用ダイス
５ｂに焼結ダイヤモンド製のニブ６０を用いるのは、従
来のタングステン・カーバイドの焼結合金ニブではその
表面が粗くて引抜き抵抗が大きいうえにスチールワイヤ
の表面も粗くなり、耐疲労性にも悪影響を与える。これ
に対して、焼結ダイヤモンドニブは焼結合金ニブに比べ
てその表面が平滑であるため、これで伸線すると引抜き
抵抗も低くまたスチールワイヤの表面も平滑にすること
ができる。また、ダイヤモンドニブはそれ自体の価格は
かなり高いが、引き抜きによる孔径の太りが殆ど起こら
ず、寿命も非常に長く、交換の手間と時間や生産停止時
間が節減できるため、総合的には安価となるからであ
る。なお、本発明は、ノーマルダイス５ａよりも上流の
ダイスについても、少なくとも１枚さらに好ましくは２
枚以上のニブを焼結ダイヤモンド製とすることも推奨さ
れる。

【００２２】前記ノーマルダイス５ａとスキンパス用ダ
イス５ｂのアプローチ角度２αを８〜１０°とする理由
は、加工硬化度を大きくするとともに伸線加工限界を高
め、かつ表面残留応力を低くして耐疲労性を向上させる
ためである。加工硬化度を高くする理由は、超高強度を
出すためには加工度を非常に高くとらなければならず、
そのままでは加工限界を越えてしまうからであり、そこ
で８〜１０°の低アプローチ角度ダイスを用いて伸線加
工限界を高め、しかも１パス毎の加工硬化度を高くして
相対的に総加工度を低く抑えるものである。しかし、そ
の角度が８°より小さくなるとスチールワイヤの引抜き
抵抗が高すぎてしまうので不適当である。

【００２３】また、ダイスのベアリング長さ１をダイス
孔径ｄ₁に対して０．２５〜０．３５ｄ₁とするのは、ベ
アリング長さを従来のように０．５ｄ₁と大きくする
と、引き抜き抵抗が大きくなるため発熱が著しくなるた
め、スチールワイヤとの接触面積を小さくしてスチール
ワイヤの発熱を少なく抑えるべく、ベアリング長さを短
くしたのであり、これと前記アプローチ角度とのバラン
スにより伸線加工限界を高めつつ引き抜き抵抗を緩和す
ることができる。

【００２４】さらに本発明は好適には最終ダイス通過直
後のワイヤ温度を１５０℃以下にする。これは前記のよ
うにアプローチ角とベアリング部長さの規定によるとこ
ろが大きいが、潤滑液温度を低く抑えることもワイヤ温
度の上昇を抑える効果があり、ワイヤの時効硬化による
靭性劣化を防止することができる。潤滑液温度を制御す
る方法は、潤滑液槽の外に循環ポンプと冷却機を設け、
潤滑液１１を潤滑液槽１０から強制的に抜きこれを冷却
して槽に戻す循環系とし、温度計測器によって潤滑液１
１を連続測温して冷却機の能力を調整して、潤滑液を操
業中３５℃以下好適には３０〜３５℃程度に温度制御す
ればよい。これにより、上がりワイヤ温度を確実に熱流
束式温度測定器での測温温度で１５０℃以下にすること
が可能である。

【００２５】前記のような仕上げ伸線までの工程を説明
すると、製造対象とするスチールワイヤは、Ｃ量が０．
８０〜０．１．０３重量％の炭素鋼線材を使用し、これ
を所定中間径に伸線し、熱処理・めっき・めっき拡散を
施した後乾式伸線を行い、次いで目的線径まで湿式伸線
を行なって得られるスチールワイヤである。炭素鋼線材
の炭素含有量の下限を０．８０％としたのは、これを下
回る炭素量では、前記のような好適な最終伸線条件を採
用しても、軽量化とコンパノト化のための引っ張り強さ
ＹとしてＹ≧４４０−２００ｄ(kgf/mm²)が得られない
からである。具体的な化学的成分組成としては、Ｃ：
０．８０〜１．０３％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、
Ｍｎ：０．３〜０．９％、残部鉄および不可避的不純物
からなるものであるが、前記基本成分組成にＣｒやＮｉ
などを合金元素として所定量添加していてもよい。

【００２６】前記炭素鋼線材は直径が４．０〜５．５ｍ
ｍのものが使用される。これを通常のように酸洗、コー
ティングを行い、連続乾式一次伸線して直径２．３〜
３．５ｍｍの中間線材を得る。この段階で必要に応じて
パテンティング熱処理を行い、コーティング処理を行っ
て４〜５回程度の連続乾式二次伸線を行う。これにより
線径１．４０〜２．６０ｍｍ程度の中間線を得る。たと
えばＣが０．９２％の場合で製品素線径０．３５ｍｍを
製造する場合には、直径５．５ｍｍの炭素鋼線材を乾式
一次伸線して直径３．２５ｍｍの中間線材を得しめ、こ
れを連続乾式二次伸線して２．２０〜２．４０ｍｍの中
間線を得る。また同じ炭素量の場合において、製品素線
径０．２０ｍｍを得る場合には、直径４．０ｍｍの炭素
鋼線材を乾式一次伸線して直径２．５０ｍｍの中間線材
を得しめ、これを連続乾式二次伸線して１．４５ｍｍの
中間線を得る。そして、この中間線の熱処理工程に移
り、この熱処理は例えばガス直火式などの加熱炉を用い
て行い、中間線は所定時間加熱され、オーステナイト化
される。次いで、加熱流動砂又は溶融鉛で冷却するパテ
ンティング炉中に送入され、ここで焼入れされ、パーラ
イト変態される。最終熱処理（パテンテイング処理）に
おいては、ベイナイト組織等の異組織を含まない均一な
微細パーライト組織とする。この時の線の強度は１２５
〜１４０kgf/mm²程度にすることが好ましい。

【００２７】次いで、この線はめっき前処理槽内で電解
酸洗され、表面の酸化皮膜を除去する。そして次に電気
めっき槽に通され、所定量の銅めっきと亜鉛めっきが順
次施され、２層めっきとなる。次に、この線は加熱流動
砂を使った拡散炉中に通すか、又は線に直接通電して加
熱し、めっきの銅と亜鉛を相互に拡散させて真鍮にす
る。その後、冷却されることでめっき付きの最終原料ワ
イヤとなる。この拡散処理においては所定温度で所定時
間加熱を行なうが、β真鍮が多いとその後の伸線加工性
が悪くなるため、線の引張り強度を低下させない範囲内
でα真鍮ができるだけ多くなるような加熱温度と時間を
選ぶことが好ましい。そして前記最終原料ワイヤを液体
潤滑剤を使用して前記のような特定条件で連続湿式伸線
して目的径例えば直径０．１〜０．４ｍｍのめっき付き
スチールワイヤを得るのである。

【００２８】

【実施例】次に本発明の実施例を示す。原料として重量
％でＣ：０．９２、Ｍｎ：０．５３、Ｓｉ：０．２０、
Ｃｒ：０．２３残部不可避的不純物の直径５．５ｍｍの
高炭素鋼線材を用いた。この線材を乾式伸線して直径
２．２４ｍｍの中間原料線とし、さらにこの中間原料線
をパテンティング熱処理した後、真ちゅうめっきを施し
て最終原料ワイヤとし、引き続き、図１に示す伸線機を
使用し、２４段で最終湿式連続伸線加工を行なって、直
径０．３５ｍｍ（総減面率：９８．０％）のスチールワ
イヤを製作した。

【００２９】このときに使用したダイスはすべてアプロ
ーチ角度１０°、ベアリング長さ０．３ｄ₁とした。ま
た、最終段における引抜きは、ノーマルダイスと２枚ス
キンパス用ダイス（３枚並べ＝３分割）とノーマルダイ
スと３枚スキンパス用ダイス（４枚並べ＝４分割）とし
た。あわせて比較のためノーマルダイスと１枚スキンパ
ス用ダイス（２枚並べ＝２分割）の場合およびノーマル
ダイス１枚による引抜き（分割なし）も実施した。

【００３０】使用したダイスのニブは最終段のものすべ
てに焼結ダイヤモンドを用い、かつそのすぐ上流の３枚
についても焼結ダイヤモンドニブを使用した。スキンパ
ス減面率は次の通りであり、数値は上流側のものから下
流側のものを順次示している。なお、分割なしの場合
（試料４）の減面率１２．４％である。３枚並べ（試料１）：２．８％−２．８％４枚並べ（試料２）：２．８％−２．８％−２．８％２枚並べ（試料３）：２．８％以上の条件で製作されたスチールワイヤの特性を調べた
結果は表１のとおりである。また、製作されたスチーメ
ワイヤを使用して１×２のスチールコードを作成した結
果を表２に示す。

【００３１】なお、表１において、「正−逆デラミ」と
は、試料の長さを線径の３００倍にとって一方向に１０
回捻ったのち、逆方向に捻りを与える捻回−トルク測定
試験結果を意味し、一般にトルク低下率が７％以下が適
正である。この試験における結果が良好なものと結果が
不良なものの傾向を図５（ａ）（ｂ）に示す。また、
「引掛け荷重」とは長さ３００ｍｍの試料をＵ状に曲げ
るとともに互いに交差させて自由端側をそれぞれ固定
し、その状態で牽引力を付加して切断荷重を測定した結
果である。またこれは（引掛け荷重／切断荷重）×１０
０として表される。靭性は、伸び２．０％以上でかつ、
前記「正−逆デラミ」のトルク低下率が７％以下でかつ
（引掛け荷重／切断荷重）×１００が５０％以上である
場合に良好と判断される。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】この表１から明らかなように、本発明を適
用した試料１と試料２は高減面率により高強度化されて
いるにもかかわらず、靭性が非常に良好である。これに
対してスキンパスなしの場合（試料４）は当然のことと
して、スキンパス１枚の場合（試料３）は高強度化はさ
れているものの、靭性の面で劣っていることがわかる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１と２によ
れば、非常に高加工を取っても靭性が非常に優れたスチ
ールワイヤを製造することができるというすぐれた効果
が得られる。請求項３によれば、高強度でしかも優れた
靭性を備え、軽量化コンパクト化に適したスチールコー
ドを提供することができるというすぐれた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の適用される仕上げ連続湿式伸線
工程を模式的に示す平面図、（ｂ）は同じくその模式的
断面図である。

【図２】本発明による最終段のダイスの一例と引抜き状
態を示す断面図である。

【図３】本発明による最終段のダイスの他の例と引抜き
状態を示す断面図である。

【図４】（ａ）は正−逆デラミ試験において特性が良好
な場合の傾向線図、（ｂ）は正−逆デラミ試験において
特性が不良な場合の傾向線図である。

【符号の説明】

Ｄ” 最終段のダイス５ａノーマルダイス５ｂスキンパス用ダイス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼線材に熱処理とめっきを施した後中間径
まで伸線し、連続湿式伸線して目的径のスチールワイヤ
を得る方法であって、仕上げの連続湿式伸線工程におい
て、最終段の引抜きを３枚以上のダイス重ねダイスでか
つこのダイスの頭の１枚のダイスを除く上り側の２枚以
上のダイスでそれぞれ１．２〜３．９％の減面率のスキ
ンパスを行なうことを特徴とするゴム補強用強靱スチー
ルワイヤの製造法。
【請求項２】３枚以上の重ねダイスとしてそれぞれアプ
ローチ角度２αが８〜１０°、ベアリング長さが０．２
５〜０．３５ｄ₁（ｄ₁＝ダイス孔径）のダイアモンドニ
ブを使用し、最終ダイス通過のスチールワイヤ温度を１
５０℃以下に保持する請求項１に記載のゴム補強用強靱
スチールワイヤの製造法。
【請求項３】高炭素鋼線材を熱処理した後伸線して得ら
れるスチールワイヤであって、仕上げの連続湿式伸線工
程において、最終段の引抜きを３枚以上のダイス重ねダ
イスでかつこのダイスの頭の１枚のダイスを除く上り側
の２枚以上のダイスでそれぞれ１．２〜３．９％の減面
率のスキンパスを行って製造されたスチールワイヤを複
数本撚り合わせたことを特徴とする強靱スチールコー
ド。