JPS60125322A - 高強度高靭性鋼線の製造法 - 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】 本発明は、冷却伸線により伸線速度、伸線加工痕、パテ
ンティング強さくパテンティング後で伸線加工前のロッ
ドの引張強さ）、伸線回数を特定の条件で有機的に組合
Ｖて太径の高強度高靭性鋼線を製造する方法に関するも
のである。

高炭素鋼線は、線径と引張強さとの関係が規格により定
められており、たと”えば第１図に示すように、硬鋼線
では線径１．０Ｍ以下で引張強さが２２０Ｋｙ／ｍ（Ｊ
ＩＳＧ３５２１）、ピアノ線では線径２．５ａｙｒ以下
テ引張強さ２２０Ｋｆｌｌｒｄｇ上（ＪＩＳＧ３５２２
）の強度が要求されている。

従来、この規格に基いて種々の鋼線が製造されているが
、・とくに、安価な硬銅線の場合は溶製上、不純物等の
低減がピアノ練捏厳密ではないので、線径が２．０ｍ以
上になると、引張強ざ２００　ＫＷ／−以上の強度で高
靭性を得ることは困難であり、また、たとえピアノ線で
あっても線径４．Ｏｍｔｎで引張強さ２００に９／−以
上のものを製造することは困難であった。その理由は、
従来の方法により大径で高強度化すると捻回値が異常を
示し、破断時にいわゆるタケワレを伴った飛散破断を示
すようになるためである。

このため、Ｊ　ｌ５Ｇ３５３６に−よるｐｃｓｇ線およ
びＰＣ鋼より線でも、単線では、線径２．９ＪＩＩｌ＋
で引張強ざ１９１ｇ／−程度、線径５．Ｏａｍで引張強
さ１６５Ｋｇ／−程度、ＰＣ鋼より線では２７０Ｋ（１
８９１ｃｙ／−程度）のものしが（ｌ実用化されておら
ず、それ以上の強度のものは未だ実用化されていない。

しかし、最近、１／２”　（１２，７厘）、０．６”　
（１５，２ｍｍ）　、０．７“　（１７゜８ｍ）または
それ以上のＰＣ鋼より線のＷｒ要が高まりつつある。こ
のようなＰＣ鋼より線を製造する場合、７本よりで、線
径４．２ｍ以上の大径ワイヤを撚り合せる必要があるが
、従来では、線径４．２厘以上の太径ワイヤで引張強さ
２００Ｋｙ／−以上で高靭性のものを得ることは困難で
あったため、前記１　／　２　″以上の高強度のＰＣ鋼
より線を製造することは極めて困難であった。

一般に、大径で高強度化した場合、ワイヤ自体が脆化す
るので、最終伸縮時の巻取で断線が多発し、ＰＣ鋼単線
では直線化等の製造工程でもｌ１ｌｉｌが生じ、より線
ではこれらに加えてより加工がさらに困難になる。また
、仮に、これらの製造工程でトラブルが生じなかった場
合でも、ワイヤ自体の脆化のため、ノツチ感受性が高く
なっているので、ＰＣＩＩＩでは緊張時の定着爪によっ
て破断するおそれがあり、緊張時の安全性の点で問題が
ある。また、ばね等では脆化によって疲労強匪が低下し
、耐久比（疲労限／引張強さ）は激減し、強度を高くし
た分のメリットがでなくなり経済的な面でもコストアッ
プのみで利点が見出せない。

なお、従来、高強度化、高靭性化のために、伸線中に歪
時効を防止する意味で、冷却伸線（ダイス出口のワイヤ
を水で冷やす技術）が実用化されているが、その目的は
、夏期にワイヤの温瓜が上がるのを防止して歪時効を抑
え、断線を生じさせずに高速伸線を行うという経済性に
あり、大径で、高強度化、高靭性化を図るためのもので
はない。

また、従来より、伸縮回数を増やせば１工程当だりの加
工量が減り、発熱が少なくなり、線温が下がって歪時効
が起こり難く、伸線速瓜を速くできることや、パテンテ
ィング後の引張強さが高いＯラドを加工すれば、脆化が
起こり安いことは認識されている。しかしながら、大径
で、高強度化、高靭性化を図るために、それらの製造上
の因子を特定の条件下で相互に関連させて製造する技術
は未だ実用化されておらず、この点の早期解決が渇望さ
れていた。

本発明はこのような点に鑑み、とくに線径３履以上の大
径で、高強度、高靭性の鋼線を容易に製造できる方法を
提供するものである。

すなわち、本発明は、線径３１ｍ以上の高炭素鋼線を冷
却伸線加工により伸翰速痕５０〜８００ｍ／分で製造す
る場合において、パテンティング強さ１２０〜１４０Ｋ
ｓ／ｊ、伸ＩＩＩＡ加工度８５〜９２％で、伸縮回数を
９〜１３回とし、かつ、パテンティング強さＰと伸線加
工ａＤとの関係を、Ｐ≦−〇。１８Ｄ＋１６０としたこ
とを特徴とする高強度高靭性鋼線の製造法に係るもので
ある。

ここで、本発明の要旨となる冷却伸線による伸線速皮、
パテンティング強さ、伸線加工度、伸縮回数の特定条件
を見出すための実験例について説明する。

まず、上記特定条件を見出すための要因、水準として、
表１の実験条件を選定した。なお、この実験の試料とし
て、０．８２％Ｃの高炭素鋼線で、線径１３−の線材（
０ツド）を用いた。

表１ ＊ピッチ＝１６０１ｏｏｄ 伸縮は、８ヘツドの連続伸線機を用い、伸線回数が１６
回の場合は折返し伸縮を行った。伸線時のダイおよび線
材出口の冷却手段として第２図の装置を用いた。第２図
において、ダイボックス１にダイケース２を取付け、こ
のダイケース２にスペーサ３およびケースキャップ４を
介してダイ５を取付け、ダイ５の外局に形成した冷却室
６内に給水および排水ロアから冷却水を供給、および排
出してダイ５を冷却できるようにし、かつ、ダイボック
ス１の線材出口側に冷却ジャケット８を設け、冷却ジャ
ケット８内に形成した冷却室９内に給水口１０および排
水口１１から冷却水を供給および排出してダイ５により
伸縮された線材Ａを冷却できるようにしている。図中１
２はエアシール部、１３はエア供給口である。この装置
により、線温を低く抑え、この実験において、伸線時に
線温が５０〜９０℃に抑えられるようにした。

而して、前記表１に示した実験条件の要因、水準を表２
に示すように組合せて、実験社■〜＠の実験を行った。

表２ この実験では、各実験馳■〜Ｏに基いて、前記線径１３
朧の線材（０ツド）を、鉛パテンテイングし、酸洗、コ
ーティングした後、前記冷却手段を愉えた連続伸ｌｌＡ
ｌ１により冷却伸線し、伸線後の線材（ワイ１７）の引
張強さを測り、イのワイヤが高強度化しているか否かを
チェックし、かつ、そのワイヤを、１００ｄ　（ｄ　：
＠径）の標点距離、５Ｑｒｐｍの回転数、軸荷重１６＊
ｙの条件で、捻回値および捻回破面を調べ、とくにその
破面にタデワレや鉤状の飛散破壊が起ったか否かをチェ
ックし、脆化しているか否かを判定した。

その結果は第３図の通りである。第３図は、各実験船■
〜＠毎に、１ビッヂ当りの伸縮加工硬化率（＊ｆｆ／ａ
ｄ／ｌ））と、伸縮回数との関係を曲線で示している。

さらに、この実験において、パテンティング強さと伸縮
加工痕が決ると、最終伸線上りのワイＶの引張強さが２
１０Ｋｇ／−以上を示づために必要な伸縮加工硬化率が
決るので、（の必要伸縮加工硬化率を同図に各実験船■
〜ｅｆＤに対比させて水平ｗ９Ａｒ−示している。従っ
て、実際の伸縮加工硬化率がこの水平線より上位になけ
れば、引張強さが２１０Ｋｇ／−以上を満足していない
ことになる。また、実際のデータをとると、伸縮加工硬
化率が１．３に９／−／ｐ以下のワイヤでないと、捻回
値は正常捻回とならないことが判ったので、この値も靭
性があるか否かの判ＩＦｉ基準として第３図中に破線で
示している。

第３図で明らかなように、伸縮回数が少ないと伸縮加工
硬化率は大きくなり、ついには捻回値が正常を示す破線
すなわら伸縮加工硬化率１．３Ｋｙ／−／ｐを越えてし
まい、脆化する。一方、伸縮回数が多くなると、伸線加
工硬化率が破線より下位になり、捻回値は正常であるが
、加工硬化が小さいために引張強さが２１（ｌｙ／−の
境界を示す水平線の下になってしまい、強度不足となる
。従って、両者の兼合いにより、各実験船■〜Ｏ毎に適
正な伸ｓａｔｍ数が存在することになる。この適正な伸
線回数を第３図から読取るには、第４図に承りように、
実験ＮＱＸで得られた加工硬化曲線に対し、捻回値が正
常を示す破線との交点から必要最小伸線回数へをめ、か
つ、引張強さが２１ＯＮＳｌ／−を示す実験ＮＱｘの水
平線との交点から必要最大伸縮回数Ｂをめればよく、そ
のＡ−８の範囲が適正な伸縮回数となる。これにより、
Ａ−８の伸線回数で、実験Ｎ［ｌＸの条件設定を行えば
、引張強さ２１０Ｋｇ／−以上で、高靭性を示１線径３
ｍ以上の高強痕ワイヤが得られることになる。

この方法により、第３図の各実験データから必要最小伸
縮回数Ａおよび必要最大伸線回数Ｂ＠−読取り、まとめ
たのが表３である。なお、表３において、伸縮回数（Ａ
またはＢ）が７．５回というような作業はないので、安
全側の８回という表現で示しである。また、表３で明ら
かなように、伸線速度を変えても前記適正条件は変化し
ないことが判る。

表３ 上記実験では、伸線加、１度９４％まで伸縮加工を行っ
ｌこが、実用［，９４％という極端な伸縮加工は表面潤
滑の点で被膜が量産に耐え得ないので、伸縮加］二度は
９２％までが適当であるといえる。

ところで、表３では、各パテンティング強さの水準と伸
線加工痕の水準との交絡関係が明らかにされていないの
で、この両要因の関係を捻回値の正常、異常の評価基準
として、第５図に表している。第５図において、パテン
ティング強さＰと伸線加工度りとの関係が捻回Ｍ準線イ
以下のときは捻回値が正常を示し、捻回基準線イを越え
ると捻回値が異常を示すことが判明した。そこで、この
捻回基準線イをパテンティング強さＰと伸線加工痕りと
の関係式で表すと、 Ｐ＝−０，１８０＋１６０・・・・・・・・・（１）で
められることが判った。従って、（１）式により、正常
捻回値を示す条件式として、Ｐ≦−０，１８０＋１６０
・・・・・・・・・（２）が与えられることが判る。

以上の実験結果により、高強痕高靭性のワイヤを得るた
めの製造条件として、下記の特定条何が成立することが
判明した。

すなわち、ａ径３＃以上の高炭素鋼線を冷却伸線により
伸線速痩５０〜８００ｍ／分で製造する場合において、
パテンティング強さ１２０〜１４０８ｙ／ｌｓｄ、伸線
加工度８５〜９２％で、伸縮回数を９〜１３回とし、か
つ、パテンティング強さＰと伸線加工度りとの関係が、 Ｐ≦−０，１８Ｄ＋１６０ を満足することである。

ここで、伸縮速度の下限を５０ｍ／分としたのは、伸線
加工の特性上、表３で示した特定条件を満足する以外に
伸線速度が５０７７Ｌ／分以下そは遅ずぎて、経済性、
生産性に問題があり、コストアップとなるからである。

次に実１ｋＰＡについて説明する。

（Ｉ）大径で、８強度高靭性のＰＣ鋼より線を製造する
ために、前述した特定条件に従って、０゜８％Ｃの高炭
素鋼線で、線径１３５１１１のロッドを鉛パテンテイン
グにより引張強ざ１３３Ｋｇ／−にし、酸洗、コーティ
ングの後、伸線速度２００ｍ／分、伸線回数１２回の条
件で、第２図の冷却手段を備えた８ヘツドの連続伸縮機
を用いて、冷却伸線により、線径４．２２ｍ（伸線加工
度８９．５％）および線径４．４０ｍｗ（伸線加工度８
８．５％）まで伸線した。

このときのパテンティング強さＰ（１３３Ｋｇ／＃１１
１１）と、伸線加工度Ｄ＜８９．５％および８８゜５％
）を前記（２）式に代入すると、線径４．２２ＩＩａの
場合で、 １３３≦−０，１８ｘ８９．５＋１６０１３３≦１４３
．８９ となり、線径４．４０の場合も、同様に、１３３≦１４
４．０７ となり、いずれも前記（２）式を満足している。

また、比較のため、 （ＩＩ）同じ線径１３ｍ＋、パテンティング強さ１３３
附／−の０ツドを冷却伸線により、本発明の特定条件よ
り外れた、伸線回数８回、伸縮速度２００ｍ／分の組合
せ、 （Ｉｌｌ）前記（ＩＩ）と同じロッドを冷却伸線なしで
伸縮回数８回、伸縮速度２００７ＦＬ／分の組合せ（Ｉ
Ｖ）通常の線径１２．７ｍｍストランドの！Ｍ造条件で
ある、線径１０ＩＩＩＲ，パテンティング強さ１２８Ｋ
ｙ／ａｔＡ、のロッドを冷却伸線により伸縮回数８回、
伸線速度２００ｍ／分の設定、 の各条件で、それぞれ線径４．２２ａｌｌおよび線径４
．４０ｍのワイヤを製造した。

次いで、上記（Ｉ）〜（ＩＶ）の条件で製造したワイヤ
のうち、線径４．４０ｍｍのワイヤを芯線、線径４．２
２ａｍのワイヤを側線として、７本よりｒ１２．７ｍの
ストランドに仕上げ、ブルーイングの後、種々の特性を
測定した。その結果は表４および表５に示す通りである
。

表５ 表４中において、 注１＝応力腐蝕は、引張強さ×０．７．２０％ＮＨ４Ｎ
Ｏ３，１００℃でテストした。

注２：疲労強度は、σ１ｉｎ＝引張強さ×０．６．１０
Ｋｇ幅で、３００万回テストで切れず。

表４で明らかなように、特定条ｆ１（Ｉ）により製造し
た本発明品は、該特定条件より少し外れた条件（ＩＩ）
　（Ｉ［［）により製造したワイヤおよび通常の条件（
ＩＶ）により製造した比較量に比べて、強度が高く、靭
性、延性にすぐれてａ３す、また、応力腐蝕、レラクセ
ーションは通常材と同等であり、かつ、疲労強度は高く
なっていることが判る。

また、表４により、本発明の特定条件を少しＣも外れる
と伸線中に脆化し、ワイヤの製造が困難であるとともに
、ストランドの製造が不可能になることも明らかである
。

なお、実施例には示していないが、本発明により製造し
たワイヤを７ｎメツキすると、太径で引張強さ２００に
９／−以上の高強度Ｚｎメッキワイヤを製造することも
可能である。

以上説明したように、本発明によれば、線径３ＭＲ以上
の太径て、引張強さが２００に９／−以上の高強度で、
高靭性の鋼線を容易に製造できる。また、本発明により
製造した鋼線を用いることにより、従来では不可能とさ
れていた１　／　２　″以上の大径で、高強度高靭性の
ＰＣ鋼より線の製造も容易となり、実用価値の極めて高
いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＪＩＳ規格により定められた硬鋼線およびピア
ノ線の線径と引張強さとの関係を対数グラフに基いて表
した図、第２図は本発明の方法を実施する場合に用いら
れる連続伸１１１ｍの冷却部の。 −例を示す断面図、第３図は本発明の製造方法における
特定条件を見出すための実験例に基く１ピッチ当りの伸
線加工硬化率と伸線回数との関係および引張強さが２１
０Ｋｇ／−に相当りる限界線ならびに捻回正常基準線と
の関係を示す図、第４図は第３図の実験データから適正
な伸線回数をめ　３１．。 る方法を示す説明図、第５図は前記実験によるパテンテ
ィング強さと伸線加工痕との関係および正常捻回基準線
を示す図である。 １・・・ダイボックス、２・・・ダイケース、５・・・
ダイ、６・・・冷却室、８・・・冷却ジャケット、９・
・・冷却室。 特許出願人　神鋼鋼線工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、線径３ＭＩＩ以上の高炭素鋼線を冷却伸線加工によ
   り伸線速度５０〜８００ｍ／分で製造り゛る場合におい
   て、パテンティング強さ１２０〜１４０Ｋｇ／　ｍＡ、
   伸線加工度８５〜９２％で、伸線回数を９〜１３回とし
   、かつ、パテンティング強さＰと伸線加工度りとの関係
   を、Ｐ≦−ｏ、ｉｓｏ＋ｉ６０としたことを特徴どする
   高強度高靭性鋼線の製造法。