WO2007129501A1 - 軽量で延性に優れたビード用ワイヤおよびその製造方法ならびに軽量タイヤ - Google Patents

軽量で延性に優れたビード用ワイヤおよびその製造方法ならびに軽量タイヤ Download PDF

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Yukio Aoike
Takashi Yokoi
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Definitions

  • the present invention is intended to reduce the weight and the high ductility of a bead wire.
  • the present invention achieves a light weight tire by using the above-described bead wire.
  • the total weight of a general passenger car tire is about 12kg, of which the bead core occupies a total of about 1kg.
  • the bead core is also configured with a bead wire, usually made of steel wire, and a rubber member cover covering the surface thereof.
  • the present invention has been developed in view of the above situation, and proposes a bead wire that can be reduced in weight and increased in ductility without lowering strength by a new alloy design. With the goal.
  • Another object of the present invention is to propose a tire that achieves light weight by using the above-described bead wire.
  • the present invention is based on the above findings.
  • the gist configuration of the present invention is as follows.
  • a bead wire that is lightweight and excellent in ductility, characterized in that the balance is Fe and inevitable impurities, and the steel structure is austenite single phase.
  • the balance is composed of Fe and inevitable impurities, the steel structure becomes austenite single-phase structure force, and has a fine carbide in the austenite single-phase structure.
  • a bead wire that is light in weight and excellent in ductility, characterized in that it has a composition comprising
  • a bead wire described in any one of (1) to (3) above is provided.
  • the FeMnAl composition makes it possible to reduce the specific gravity of the wire as compared with the prior art, so that the weight of the bead wire and thus the tire can be reduced. Moreover, according to the present invention, by making the steel structure an austenite single phase structure, it is possible to obtain both high strength and high ductility. This effect is further improved by precipitating fine carbides in the steel.
  • the bead wire of the present invention has high strength and ductility, it can ensure sufficient ductility to be incorporated into the rim, as well as required strength, even if it has a larger diameter than before, and as a result, as a bead core. It is possible to reduce the number of windings and improve productivity. In addition, by increasing the diameter, rigidity can be improved.
  • the carbides When fine carbides are precipitated in the steel, the carbides have magnetism, so that handling using magnetic force is possible in the bead wire forming process, and workability and productivity can be improved. it can.
  • Mn 5 ⁇ 35at%
  • Mn is an essential element for obtaining an austenite ( ⁇ ) phase at a high temperature of 900 ° C or higher in combination with the A1 content, and if the content is less than 5 at%, While it is difficult to secure sufficient elongation due to the occurrence of a phase, if it exceeds 35at%, the austenite ( ⁇ ) phase cannot be obtained at a high temperature of 900 ° C or more, so there is a disadvantage that it becomes brittle, so Mn is 5 to 35at It was supposed to be contained in the range of%. More preferably, it is in the range of 10 to 25 at%.
  • Mn also has a light weight effect due to its lower specific gravity than Fe.
  • A1 does not have a sufficient light weight effect unless the force content, which is the main element to be included in order to reduce the wire specific gravity and reduce the weight, is less than 5 at%, while in the case of A1, the content is 20 at%. If it exceeds 1, the austenite ( ⁇ ) phase will not be obtained at a high temperature of 900 ° C or higher, which causes a decrease in elongation. Therefore, A1 is included in the range of 5 to 20 at%. More preferably, it is the range of 8-18at%.
  • C is a useful element that precipitates nano-sized fine carbides in steel and improves the ductility by smoothing the transition movement as well as the reinforcing effect.
  • the content is not less than 0.1 at%, the effect of addition is poor.On the other hand, if it exceeds 1.5 at%, it hardens and the ductility deteriorates, so C is in the range of 0.1 to 1.5 at%. It was supposed to be included. More preferably, it is in the range of 0.3 to 1.3 at%.
  • the content is less than lat%, the corrosion resistance as an additive effect is poor.
  • it exceeds 7 at% the caulking property is deteriorated, so Cr is contained in the range of 1 to 7 at%. It was assumed. More preferably, it is in the range of 2 to 5 at%.
  • the FeMnAl alloy steel of the present invention can have both high strength and high ductility by forming an austenite single phase structure by the heating and quenching treatment described later.
  • the austenite single phase structure in the present invention means that substantially all the structures of 99% or more are austenite structures.
  • FeAlC-based carbides are finely deposited on the nano order by the heating and quenching treatment. Since this fine carbide has an effect of smoothing the movement of transition, it contributes extremely effectively to the improvement of ductility.
  • the steps other than the heating and quenching treatment for making the steel structure into an austenite single-phase structure are not particularly limited as long as the conventional method is followed.
  • the steel ingot adjusted to the above preferred component composition is rolled into a wire having a diameter force of about 0.0 to 7.0 mm ⁇ .
  • the wire obtained as described above is heated to a temperature of 900 to 1100 ° C.
  • the heating temperature is less than 900 ° C, the austenite temperature range is not always obtained, and the alloying elements and compounds are not completely dissolved in austenite.
  • the temperature cannot exceed a single-phase structure, and the temperature exceeds 1100 ° C, micro voids are formed inside the crystal, and large-size precipitates (such as carbides) are generated starting from this.
  • the heating temperature is limited to the range of 900 to 1100 ° C.
  • the rapid cooling treatment is not particularly limited, but water cooling, oil tent, salt bath, spray cooling, fluidized bed treatment, and the like are preferable.
  • water cooling is most suitable for cooling power, environment and workability.
  • the wire diameter is finished to a diameter of about 2.0 to 1.0 ⁇ by wire drawing for about 10 passes.
  • a blueing process is performed at a temperature of about 400 ° C. to obtain a bead wire.
  • a bead wire with excellent ductility, not to mention high strength can be obtained.
  • the obtained bead wire is first pickled and cleaned, and then CuSn-based or CuZn-based plating is performed.
  • This staking process should be carried out in accordance with a conventional method.
  • a scouring amount of about 0.4 to 1.5 g / mm 2 is applied.
  • the wire is wound a plurality of times in accordance with the wire diameter to form a bead core, and then applied to the tire.
  • the bead wire of the present invention is superior in strength and ductility, so that it is possible to ensure sufficient ductility to be incorporated into the rim even if it has a larger diameter than the conventional one. The number of turns can be reduced.
  • the wire diameter had to be reduced to about 0.9 to 2.0 mm ⁇ , but the alloy iron of the present invention has excellent strength and ductility, so the wire diameter is 1 Even at about 5 to 3.5 mm ⁇ , the same strength and superior ductility can be obtained.
  • the force is that the bead ring is formed with 12 to 25 windings.
  • the bead wire of the present invention has the same strength even when the wire diameter is 2mm. Therefore, a bead ring with the same volume can be formed with 5 to 10 rolls.
  • the bead wire shown in Table 1 as No. 13 is pickled, covered with rubber, and coated with a CuSn-based weight of 1.0 g / mm 2 , and then wound 12 times. As a bead core, it was applied to tires.

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Abstract

  ビード用ワイヤについて、Mn：５～35at％およびAl：５～20at％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成にすると共に、鋼組織をオーステナイト単相組織とすることにより、強度の低下なしに、軽量化と高延性化を達成する。

Description

軽量で延性に優れたビード用ワイヤおよびその製造方法ならびに軽量タ ィャ
技術分野
[0001] 本発明は、ビード用ワイヤの軽量ィ匕および高延性ィ匕を図ったものである。
また、本発明は、上記のビード用ワイヤを用いることにより、タイヤの軽量ィ匕を達成し たものである。
背景技術
[0002] 近年、地球環境の保全と 、う観点から、自動車の燃費改善が要求されて 、る。この ため、 自動車車体の軽量化が積極的に進められて 、る。
これに伴い、自動車用のタイヤについてもその軽量ィ匕が求められている。 自動車用 タイヤの軽量ィ匕については、種々の手段が考えられるが、タイヤに使用されるビード コアの軽量化もその有力な手段の一つである。
[0003] 一般的な乗用車用タイヤの総重量は約 12kgであり、そのうちビードコアの占める割 合は 2本合計で約 lkgである。なお、このビードコアは、通常スチールワイヤからなる ビード用ワイヤとその表面を覆うゴム部材カも構成されている。
[0004] さて、ビードコアを軽量ィ匕するには、その素材であるビード用ワイヤを高張力化する ことが考えられる。そして、高張力化を図るためには、ビード用ワイヤを伸線カ卩ェによ つて細線ィ匕する必要があるが、かような細線ィ匕に伴いワイヤの延性は劣化する。 従って、力 うなビード用ワイヤを用いて作製したビードコアを、リムに組み込む場 合、十分な延性が期待できないので、ビード用ワイヤの一部が破断するおそれがある
[0005] また、ビード用ワイヤの要求特性として、高い剛性が求められる。剛性のみの観点 力 は、線径を太くすればよいのである力 それでは満足のいく高強度が得られない 発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0006] 本発明は、上記の実状に鑑み開発されたもので、新たな合金設計により、強度の低 下なしに、軽量化と高延性ィ匕を可能ならしめたビード用ワイヤを提案することを目的と する。
また、本発明は、上記のビード用ワイヤを用いることにより、軽量ィ匕を達成したタイヤ を提案することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] さて、発明者らは、上記の目的を達成すベぐビード用ワイヤについて新たな合金 設計を試みた結果、 FeMnAl系組成でかつ鋼組織をオーステナイト単相組織とするこ とにより、所期した目的が有利に達成されることの知見を得た。
より具体的に述べると、次のとおりである。
[0008] (a)ビード用ワイヤ組成として、比較的多量の Mnおよび A1を含有させることにより、そ の分ワイヤー重量を軽くすることができる。
(b)上記 FeMnAl系組成において、鋼組織をオーステナイト単相組織とすることにより 、高い強度と共に、高い延性を得ることができる。
(c)また、鋼中に、微細な炭化物を析出させると、転移の移動がスムーズになり、延性 力 Sさらに向上する。
(d)さらに、 Crを含有させることにより、耐食性の有利な向上が図れる。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
[0009] すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
(l) Mn: 5〜35at%および
Al: 5〜20at%
を含有し、残部は Feおよび不可避的不純物の組成になり、鋼組織がオーステナイト 単相組織力ゝらなることを特徴とする、軽量で延性に優れたビード用ワイヤ。
[0010] (2) C : 0.1〜1.5at%、
Mn: 5〜35at%および
Al: 5〜20at%
を含有し、残部は Feおよび不可避的不純物の組成になり、鋼組織がオーステナイト 単相組織力ゝらなり、該オーステナイト単相組織中に微細な炭化物を有することを特徴 とする、軽量で延性に優れたビード用ワイヤ。
[0011] (3)上記（1)または（2)において、添加成分としてさらに
Cr: l〜7at%
を含有する組成になることを特徴とする、軽量で延性に優れたビード用ワイヤ。
[0012] (4)上記（1)〜（3)のいずれかに記載した組成になる鋼塊を、圧延により線材とした のち、冷却し、ついで 900〜1100°Cの温度に加熱後、急冷して鋼組織をオーステナ イト単相組織としたのち、伸線し、さらにブルーイング処理を施すことを特徴とする、軽 量で延性に優れたビード用ワイヤの製造方法。
[0013] (5)上記（1)〜（3)の 、ずれかに記載したビード用ワイヤをそなえることを特徴とする
、軽量タイヤ。
発明の効果
[0014] 本発明に従い、 FeMnAl系組成とすることにより、ワイヤ比重を従来よりも小さくする ことができるので、その分ビード用ワイヤひいてはタイヤの軽量化が達成される。 また、本発明に従い、鋼組織をオーステナイト単相組織とすることにより、高強度お よび高延性を併せて得ることができる。この効果は、鋼中に微細な炭化物を析出させ ることにより、一層向上する。
さらに、本発明のビード用ワイヤは、強度および延性が高いので、従来よりも太径と しても、必要強度と共に、リムに組み込むのに十分な延性を確保でき、その結果、ビ ードコアとしての巻き数の減少ひいては生産性の向上を図ることができる。また、太径 化することにより、剛性の向上も併せて達成される。
カロえて、鋼中に微細な炭化物を析出させた場合、この炭化物が磁性を有するので 、ビード用ワイヤの成形工程において磁力を利用したハンドリングが可能となり、作業 性、生産性の向上を図ることができる。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明において、ビード用ワイヤの成分組成を前記の範囲に限定した理由 について説明する。
Mn: 5〜35at% 本発明において、 Mnは、 A1含有量との組み合わせで、高温 900°C以上でオーステ ナイト（ γ )相を得るために必須の元素であり、含有量が 5at%に満たないとオーステ ナイト以外の相が発生して十分な伸びの確保が難しぐ一方 35at%を超えると高温 9 00°C以上でオーステナイト ( γ )相が得られなくなるだけでなぐ脆くなる不利が生じる ので、 Mnは 5〜35at%の範囲で含有させるものとした。より好ましくは 10〜25at%の範 囲である。
なお、 Mnは、 Feより比重が小さい分、軽量ィ匕効果も有している。
[0016] Al : 5〜20at%
A1は、ワイヤ比重を下げて軽量ィ匕するために含有させる主たる元素である力 含有 量が 5at%に満たないと十分な軽量ィヒ効果が得られず、一方 A1の場合含有量が 20at %を超えると、やはり高温 900°C以上でオーステナイト（ γ )相が得られなくなるだけ でなぐ伸びの低下を招くので、 A1は 5〜20at%の範囲で含有させるものとした。より 好ましくは 8〜18at%の範囲である。
[0017] C : 0.1〜1.5at%
Cは、鋼中にナノオーダーの微細炭化物を析出させることにより、補強効果と同時 に、転移の移動をスムーズにして延性を向上させる有用元素である。し力しながら、 含有量が 0.1at%に満たないとその添加効果に乏しぐ一方 1.5at%を超えると硬質化 して、かえって延性が劣化するので、 Cは 0.1〜1.5at%の範囲で含有させるものとした 。より好ましくは 0.3〜1.3at%の範囲である。
[0018] Cr : l〜7at%
Crの添カ卩により耐食性が効果的に向上するので、タイヤの製造工程が緩和される だけでなぐビード用ワイヤとゴムとの剥離を効果的に抑制することができる。
し力しながら、含有量が lat%に満たないとその添加効果としての耐食性に乏しぐ 一方 7at%を超えるとカ卩ェ性の劣化を招くので、 Crは l〜7at%の範囲で含有させるも のとした。より好ましくは 2〜5at%の範囲である。
[0019] 以上、基本成分および選択成分について説明したが、本発明では、ビード用ワイヤ の成分組成を上記の範囲に制御するだけでは不十分で、その組織をオーステナイト 単相組織にすることが重要である。 すなわち、本発明の FeMnAl系合金鋼は、後述する加熱 急冷処理によりオーステ ナイト単相組織とすることにより、高強度と高延性を併せて得ることができる。
その理由については、まだ明確に解明されたわけではないが、高延性に対しては、 FCC組織とすることによる転位の移動のし易さと、ナノサイズ炭化物の分散により、転 位移動時の絡み合 、が抑制されるために、転位の移動がスムーズになることが考え られ、また高強度化に対しては、ナノサイズ炭化物の分散による補強効果が考えられ る。
なお、本発明におけるオーステナイト単相組織とは、実質的に 99%以上のほぼ全て の組織がオーステナイト組織であることを意味する。
[0020] また、鋼中に適量の Cを含有させた場合、上記の加熱 急冷処理により、 FeAlC系 の炭化物がナノオーダーで微細に析出する。この微細炭化物は、転移の移動をスム ーズにする効果があるので、延性の向上に極めて有効に寄与する。
[0021] 次に、本発明に従うビード用ワイヤの好適製造方法について説明する。
本発明では、鋼組織をオーステナイト単相組織にするための加熱 急冷処理以外 の工程は、常法に従えばよぐ特に限定されることはない。
すなわち、上記の好適成分組成に調整した鋼塊を、圧延により、直径力 .0〜7.0m m φ程度の線材とする。
[0022] ついで、鋼組織をオーステナイト単相組織にするための加熱 急冷処理を施すの であるが、本発明では、この工程が特に重要である。
まず、上記のようにして得た線材を、 900〜1100°Cの温度に加熱する。ここに、加熱 温度が 900°Cに満たないと、必ずしもオーステナイト温度域になるとは限らず、また合 金元素やィ匕合物が完全にオーステナイトに固溶されないので、その後の急冷処理に よってオーステナイト単相組織にすることができず、一方 1100°Cを超えると、結晶内 部にミクロなボイドが形成され、これを起点として大きいサイズの析出物 (炭化物など） が生成して、加工性の著しい低下を招くので、加熱温度は 900〜1100°Cの範囲に限 し 7こ。
また、急冷処理については、特に限定されるものではないが、水冷却、オイルタエ ンチ、ソルトバス、スプレー冷却および流動層処理などが好適である。 特に、冷却能、環境および作業性の面力もは、水冷却が最適である。
[0023] 上記の加熱 急冷処理後、 10パス程度の伸線加工により、直径： 2.0〜1.0πιπι φ程 度の線径に仕上げる。
ついで、 400°C程度の温度でブルーイング処理を施して、ビード用ワイヤとする。 力べして、高強度はいうまでもなぐ延性に優れたビード用ワイヤが得られるのである
[0024] なお、上述したビード用ワイヤをタイヤに適用するには、まず得られたビード用ワイ ャを酸洗して表面を清浄にしたのち、 CuSn系または CuZn系のめっきを施す。このめ つき処理は、常法に従って行えばよぐ通常は目付け量: 0.4〜1.5g/mm2程度のめつ さを施す。
ついで、ワイヤの表面をゴムで被覆しつつ、ワイヤの線径に応じて複数回巻き回し てビードコアとしてから、タイヤに適用する。
[0025] 力 うなビードコアの成形に際し、本発明のビード用ワイヤは強度および延性に優 れるので、従来よりも太径としてもリムに組み込むのに十分な延性を確保でき、その 結果、ビードコアとしての巻き数を減少することができる。
すなわち、従来は、所望強度を得るために、線径を 0.9〜2.0mm φ程度まで細線ィ匕 せざるを得なかったが、本発明の合金鉄は強度および延性に優れるので、線径が 1. 5〜3.5mm φ程度でも従来と同程度の強度およびより優れた延性を得ることができる。
[0026] 従って、従来、ワイヤ一径が 1.26mm φの場合には、 12〜25巻きでビードリングを成 形していたのである力 本発明のビード用ワイヤは線径が 2mmでも同等の強度が得 られるので、 5〜10巻きで同体積のビードリングが成形可能となる。
また、本発明のビード用ワイヤを、従来と同程度まで細線ィ匕した場合には、より高い 引張強さが得られるで、ビードコア断面の減少化も期待できる。
実施例 1
[0027] 表 1に示す種々の成分組成になる鋼塊を、圧延により 5.5 mm φの線材とした。つい で、 1100°Cで 5分の加熱処理後、急冷して、鋼組織をオーステナイト単相組織とした 。ついで、伸線カ卩ェにより 1.26mm φの細線としたのち、 460°Cでブルーイング処理を 施して、ビード用ワイヤとした。 力べして得られたビード用ワイヤの引張強さ、延性および軽量ィ匕度について調べた 結果を、表 1に併記する。
[0028] なお、各特性の評価方法は次のとおりである。
引張強さおよび延性
それぞれ、 JIS G 3510に準拠した試験を行って測定した。
軽量化度
従来の一般的なビード用ワイヤ（成分組成 C : 3.3at%、 Mn: 0.5at%、残部： Fe、比 重： 7.87g/cm3)を比較材とし、この比較材と供試材ビード用ワイヤの比重の差を一般 的なビード用ワイヤの比重で除した値を 100倍した比率で示す。
[0029] [表 1]
4.817.4~
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0002
%の軽量ィ匕が達成されている。また、十分な引張強さと高い延性が得られることも確 f*i¾ れ 。
さらに、表 1に No.13で示したビード用ワイヤを、酸洗後、表面をゴムで被覆しつつ、 目付け量： 1.0g/mm2の CuSn系めつきを施し、ついで 12回巻き回してビードコアとして から、タイヤに適用した。
力べして得られたタイヤについて、上記と同様にしてタイヤ全体としての軽量ィ匕度に ついて調査した。
その結果、従来、タイヤ総重量が 11.80kgであったのを、 11.67kgまで軽量化 (軽量 化度： 1.1 %)することができた。

Claims

請求の範囲
[1] Mn : 5〜35at%および
Al : 5〜20at%
を含有し、残部は Feおよび不可避的不純物の組成になり、鋼組織がオーステナイト 単相組織力ゝらなることを特徴とする、軽量で延性に優れたビード用ワイヤ。
[2] C : 0.1〜1.5at%、
Mn : 5〜35at%および
Al : 5〜20at%
を含有し、残部は Feおよび不可避的不純物の組成になり、鋼組織がオーステナイト 単相組織力ゝらなり、該オーステナイト単相組織中に微細な炭化物を有することを特徴 とする、軽量で延性に優れたビード用ワイヤ。
[3] 請求項 1または 2において、添加成分としてさらに
Cr: l〜7at%
を含有する組成になることを特徴とする、軽量で延性に優れたビード用ワイヤ。
[4] 請求項 1〜3のいずれかに記載した組成になる鋼塊を、圧延により線材としたのち、 冷却し、ついで 900〜1100°Cの温度に加熱後、急冷して鋼組織をオーステナイト単 相組織としたのち、伸線し、さらにブルーイング処理を施すことを特徴とする、軽量で 延性に優れたビード用ワイヤの製造方法。
[5] 請求項 1〜3のいずれかに記載したビード用ワイヤをそなえることを特徴とする、軽 量タイヤ。
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