JP2836607B2 - ステンレス鋼線及びその製造方法 - Google Patents

ステンレス鋼線及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はステンレス鋼線、特
にばね成形に適した自動コイリング用ステンレス鋼線及
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ばね用ステンレス鋼線は熱伝導
性が悪く、且つ、加工硬化が激しいため、ステンレス鋼
線と工具との間に十分な潤滑性が得られず、炭素鋼系の
ばね用鋼線より伸線加工性や次工程（例えば、ばねへの
コイリング）での加工性が劣っている。すなわち、伸線
加工及び次工程の例えばコイリング加工に対して十分な
表面潤滑性を付与し難く、加工速度をあまり大きくでき
ないこと、あるいは、得られたばね製品の形状にばらつ
きがあることなどの欠点があった。そのため、従来は自
動コイリング用ステンレス鋼線としては、伸線時及び次
工程の各潤滑性を良好にするため、ステンレス鋼線表面
にニッケル（Ｎｉ）メッキを施した後、伸線して仕上げ
たステンレス鋼線が用いられてきた。（特公昭４４−１
４５７２号公報）
【０００３】このようなステンレス鋼線は、ニッケル
（Ｎｉ）メッキを施さず、単に樹脂等を表面コーティン
グしたステンレス鋼線より当然優れているが、さらに上
記欠点を排除した高性能なステンレス鋼線の要求が高ま
っている現状から見ると、必ずしも十分にその要求に対
応できているとは言えない。
【０００４】更に、最近ではステンレス鋼線に厚さ１μ
ｍ以上５μｍ以下のニッケル（Ｎｉ）メッキを施し、そ
の上にハロゲンを含む合成樹脂を被覆して断面減少率６
０％以上の伸線加工を加えたステンレス鋼線が開示され
ている。（特開平６−２２６３３０号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平６−２２６３３
０号公報で開示されたステンレス鋼線は、ばね加工時の
コイリング速度が大であって、製造したばねの寸法にバ
ラツキのない、すなわち良好なコイリング特性を有す
る。しかし、上記欠点を排除した更なる高速で精密なコ
イリング等への要求には、必ずしも十分に対応できてい
るとは言えない。
【０００６】一方では、弗素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）等の
ハロゲンを含む樹脂の溶剤はフロンやトリクレン等であ
るが、これらは環境破壊を招くとして問題視されている
上、ばねを製造するには必須の工程であるばね成形後の
低温焼鈍処理（テンパー処理）により、樹脂の成分であ
る弗素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）が気化して人体に悪影響を
与えるという問題もあった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するためになされたもので、その特徴は、重量％で
カーボン（Ｃ）：０．１５％以下、シリコン（Ｓｉ）：
１．００％以下、マンガン（Ｍｎ）：２．００％以下、
ニッケル（Ｎｉ）：６．５０％以上１４．００％未満、
クロム（Ｃｒ）：１７．００％以上２０．００％未満と
したステンレス鋼線に、厚さ１μｍ以上５μｍ以下のニ
ッケル（Ｎｉ）メッキを施し、その上に硫酸カリウム又
はホウ砂（ホウ酸塩）の少なくとも一種類を主体とする
塩素（Ｃｌ）及び弗素（Ｆ）を含まない無機塩被覆膜を
その水溶液から析出生成させ、下地である前記ニッケル
（Ｎｉ）メッキに付着させ、その後断面減少率６０％以
上の伸線加工を加えることにある。無機塩は水又は湯に
溶かされ、ニッケル（Ｎｉ）メッキステンレス鋼線の表
面に塗布し、その後水分を乾燥除去して被覆膜が析出生
成し、該下地に付着するので、地球環境汚染被覆膜及び
地球環境汚染溶剤を用いる必要がなく、無公害である。
【０００８】そして、このような製造方法により得られ
た自動コイリング用ステンレス鋼線としては、厚さ０．
３μｍ以上１．７μｍ以下のニッケル（Ｎｉ）メッキ層
を有し、その上に硫酸カリウム又はホウ砂（ホウ酸塩）
の少なくとも一種類を主成分とする塩素（Ｃｌ）及び弗
素（Ｆ）を含まない被覆膜を有し、引張強度が１６０ｋ
ｇｆ／ｍｍ2以上で、表面粗さが（１２．５〜０．８）
μｍＲｚである。更に、その効果を高めるためには、表
面粗さは（１０．０〜１．０）μｍＲｚである。
【０００９】ここで、自動コイリング用ステンレス鋼線
の最終伸線後の表面粗さ（ＪＩＳＢ ０６０１によ
る。）は、特開平６−２２６３３０号公報で開示されて
いるのと同様に、０．８μｍＲｚより粗く１２．５μｍ
Ｒｚより細かいこととしている。そのために、ニッケル
（Ｎｉ）メッキ前のステンレス鋼線表面の粗さやメッキ
条件（液組成、ｐＨ，温度、電流、攪袢等）をコントロ
ールすることが必要となる。自動コイリング用ステンレ
ス鋼線の引張強度は、本鋼線がばね用として用いられる
ことから、１６０ｋｇｆ／ｍｍ2以上であることが必須
となる。
【００１０】又、被覆膜の生成用である無機塩溶液が下
地のニッケル（Ｎｉ）メッキと化学反応すると、硫酸ニ
ッケルやホウ酸ニッケルあるいは酸化ニッケル等の反応
生成物が生じる。そのような場合、ばね成形コイリング
後実施される低温焼鈍処理（テンパー処理）により表面
被覆膜が焼かれ変色してしまうので、無機塩を水又は湯
に溶かした溶液を塗布し付着させ、乾燥により下地とは
化学反応させずに、下地の上に析出させることが重要で
ある。
【００１１】塩酸やリン酸などステンレス鋼と化学反応
する溶液に無機塩を溶解させないことも肝要で、あくま
でも水や湯のようなステンレス鋼と反応しない溶媒を用
いるべきであり、その場合は低温焼鈍処理（テンパー処
理）で表面被覆膜が焼けることがないため、鋼線表面は
美麗であり、表面の被覆膜には塩素（Ｃｌ）や弗素
（Ｆ）を含有していないため地球環境汚染ガスあるいは
人体への有害なガス等の発生がない。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を比較例、
従来例と併せて説明する。使用したステンレス鋼線はＳ
ＵＳ３０４（ＪＩＳ Ｇ ４３１４に該当。）で、Ａ，
Ｂ２種のそれぞれの化学成分を表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】自動コイリング用ステンレス鋼線４の横断
面の模式図を図１に示す。表１の化学成分を有し、炭化
物を生地金属に固溶させ再結晶させる溶体化処理を行っ
た後の直径２．３ｍｍのステンレス鋼線１に、通常のワ
ット浴によるニッケル（Ｎｉ）メッキ２を表２に示す供
試材Ｅ，Ｆ，Ｇを除く他の全ての供試材に施した。その
ニッケル（Ｎｉ）メッキ２されたステンレス鋼線は、表
２に示すメッキ厚さ及び表面粗さ（触針電気式表面粗さ
測定器を使用し、１０点平均粗さで表示した。・・・Ｊ
ＩＳ Ｂ ０６０１に該当。）を持つものである。
【００１５】さらに、供試材Ｅ，Ｆ，Ｇを除く他の供試
材はニッケル（Ｎｉ）メッキ２の上に、供試材Ｅ，Ｆ，
Ｇはニッケル（Ｎｉ）メッキのないステンレス鋼線１の
上に、表２に記載の被覆膜３を被覆した。すなわち、表
２の本願該当の無機塩を湯に溶かし、ニッケル（Ｎｉ）
メッキを施したステンレス鋼線を、その溶液に浸漬した
後乾燥させることにより、そのニッケル（Ｎｉ）メッキ
層表面に該当無機塩を析出生成させる。
【００１６】硫酸カリウム又はホウ砂（ホウ酸塩）の少
なくとも一種類を主成分とする無機塩を湯に溶かした溶
液は、ニッケル（Ｎｉ）と化学的反応はしない。無機塩
が塗布された後、水分を乾燥（自然乾燥を含む。もちろ
ん、加熱乾燥は乾燥速度を速める意味で有効である。）
させると、無機塩の結晶がニッケル（Ｎｉ）メッキ表面
に析出する。この析出状況は、下地のニッケル（Ｎｉ）
メッキに単に付着されているだけである。
【００１７】このような被覆膜は、下地のニッケル（Ｎ
ｉ）メッキの表面粗さを受け継いでいる。そして、被覆
膜の表面粗さは、表３にも示すように伸線後の表面粗さ
にも影響する。そして、この表面被覆膜の凹部（形状は
特定できないが、触針電気式表面粗さ測定器で測定でき
る状況のもの。）には伸線時に伸線用の粉末潤滑剤が入
り込むこととなり、伸線加工、更にその後の工程である
ばね成形加工での潤滑性能を更に増すこととなる。
【００１８】
【表２】
【００１９】（伸線試験） そして、上記表２に示した
ニッケル（Ｎｉ）メッキと被覆膜、あるいは被覆膜のみ
を持つ各鋼線を直径１．０ｍｍに伸線して、伸線後の線
表面粗さ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１による。）を調べた。
複数ダイスによる連続伸線は通常の条件で行った。すな
わち伸線機はストレートタイプの連続伸線機で、鋼線断
面を減少させる伸線用のダイスは焼結ダイヤモンドダイ
スを用い、その伸線用の粉末潤滑剤はステアリン酸カル
シウム系のものを用いた。
【００２０】伸線後の表面粗さ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１
による。）の測定結果を表３に示す。この表面粗さは、
表面の被覆膜３の上から測定した表面粗さであるが、被
覆膜３は薄く、且つ均一であるので、下地にニッケル
（Ｎｉ）メッキのあるものは、そのニッケル（Ｎｉ）メ
ッキに沿った表面凹凸をもっていると考えられる。な
お、比較例Ｋは、表面肌荒れがひどく、高級ばね用ステ
ンレス鋼線として利用するには不向きであったので、ば
ね成形加工試験は実施しなかった。
【００２１】
【表３】
【００２２】（ばね成形加工試験） 次に、上記伸線を
行った鋼線のうち、比較例Ｋ以外は全て自動コイリング
機によりばね成形加工を行った。
【００２３】ばね成形加工は、精密自動コイリング機を
用いて各鋼線からそれぞれ３００個の次の諸元のばねを
製作した。 線径： １．０ｍｍ コイル中心径：１０．０ｍｍ 総巻数：８．５ 有効巻数（荷重に対し、有効に働く巻き数）：７．５ 自由長（目標自由長）：４０．０ｍｍ
【００２４】製造したばねの自由長（ばねをフリーに放
置した時のばね高さを言う。その高さは、上記諸元に示
す４０．０ｍｍを目標値として製造する。）の平均及び
標準偏差を調べた。その結果を表４に示す。なお、比較
例Ｉはメッキ厚みが厚く、コイリングによりメッキの剥
離を生じたため、ばね成形加工をとりやめた。
【００２５】
【表４】
【００２６】表４から明らかなように、本発明の自動コ
イリング用ステンレス鋼線でばね成形コイリングしたば
ねの自由長は、実施例Ｌ〜Ｔに示すようにばらつきの少
ないことが確認できた。更に、表面粗さが（１０．０〜
１．０）μｍＲｚの範囲にある実施例Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，
Ｐ，Ｓ及びＴは極めてばらつきが少ない。ところで、ば
ねの（実際自由長／目標自由長）を自由長比というが、
成形されたばねの良否は自由長比で判断される。
【００２７】一般に、自由長比が、精密ばねでは、±
０．１％、超精密ばねでは±０．０５％以内であれば良
好と判断される。前記パーセントを外れたばねの個数
の、全個数（各３００個）に対するパーセントをばねの
不良率として整理すると、表５に示す通りとなる。（表
５の中の数字は全て％である。）
【００２８】
【表５】
【００２９】表５に示すように、各実施例は、比較例、
従来例に比べていずれも不良率が低いことが判る。とり
わけ実施例の中でも表面粗さを（１０．０〜１．０）μ
ｍＲｚに限定した実施例Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｓ及びＴ
では極めて不良率が低い。
【００３０】次に、得られた上記ばねの各々５０個を取
り出し、３５０℃×１５分の低温焼鈍処理（テンパー処
理）を施した。その時の発生ガスに関して、異臭あり、
異臭なし、及び、その後のばね表面状況（変色あり、変
色なし、及び変色の状況）とを表６にまとめる。
【００３１】
【表６】
【００３２】従来例では、比較的コイリングばらつきの
少ないＡ，Ｂ，Ｃでは、鼻をつく異臭（塩素（Ｃｌ）や
弗素（Ｆ）を含むガスと考えられる。）が発生し、Ｄ，
Ｅではコイリング時のばらつきが大きい上に変色が著し
く、精密ばねとして利用できないことが判る。Ｄの変色
はばねの表面が酸化して生じる酸化膜の色であり、Ｅの
色は、ニッケル（Ｎｉ）も被覆膜も無いステンレス鋼線
とシュウ酸との反応により生じた何等かの反応生成物
（酸化物及び水酸化物）が、更に焼き付けられて生じた
ものと考えられる。
【００３３】比較例のＦ，Ｇ，Ｈ，Ｊは変色も発生ガス
による異臭もなく、この面では良好であるが、表４及び
表５に示すように、コイリングのばらつきが大きい。
【００３４】実施例のＬ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，
Ｓ，Ｔは低温焼鈍処理（テンパー処理）による変色や発
生ガスによる異臭もなく、表４及び表５に示すようにコ
イリングのばらつきも小さく極めて優れた精密ばね用ス
テンレス鋼線であることがわかる。
【００３５】以上説明したように、本発明方法による被
覆膜は、地球環境や人体に悪影響を及ぼす弗素（Ｆ）や
塩素（Ｃｌ）を含まない。（弗素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）
を含む有機樹脂被覆膜をステンレス鋼線表面に被覆する
には、地球環境に悪影響を及ぼすフロンやトリクレンな
どを溶剤として用いなければならないという問題もあ
る。）そして、本発明方法による被覆膜を持ったステン
レス鋼線は、ばねに加工する際のコイリングのばらつき
の少ない自動コイリング用ステンレス鋼線となる。さら
に、この自動コイリング用ステンレス鋼線はコイリング
後、一般に実施される低温焼鈍処理（テンパー処理）に
おいても変色せず、人体に有害なガスの発生や異臭も放
たないという利点もある。
【００３６】本実施例ではＳＵＳ３０４の成分のものを
使用したが、伸線等の加工硬化により引張強度を出すオ
ーステナイト系のステンレス鋼線（成分は重量％でカー
ボン（Ｃ）：０．１５％以下、シリコン（Ｓｉ）：１．
００％以下、マンガン（Ｍｎ）：２．００％以下、ニッ
ケル（Ｎｉ）：６．５０％以上１４．００％未満、クロ
ム（Ｃｒ）：１７．００％以上２０．００％未満とした
ステンレス）に、本実施例と同様に適用できるものであ
る。
【００３７】また、本実施例での無機塩の被覆膜は、硫
酸カリウムとホウ砂（ホウ酸塩）を示したが、その他各
種の無機塩、例えば硫酸ソーダ、硫酸リチウム、亜硫酸
ソーダ、亜硫酸カリウム、モリブデン酸ナトリウム、ケ
イ酸ソーダ、ケイ酸カリウム等の強アルカリと強酸（ス
テンレス鋼に反応する塩酸、リン酸等、及び不動態化を
加速する硝酸は除く。）との中和塩等に本実施例を同様
に適用できるものである。
【００３８】
【発明の効果】 本発明の製造方法においては、環境破壊を生じる危惧
のある溶媒を使用していない。更に、ばね成形加工中の
昇温によって被覆膜が気化して、人体に悪影響を与える
ようなガスが発生する心配もない。 本発明の製造方法では、ニッケル（Ｎｉ）メッキと無
機塩析出被覆膜により伸線時におけるダイスと自動コイ
リング用ステンレス鋼線との伸線摩擦抵抗が減少するた
め、伸線速度を大きくすることができる。自動コイリン
グ用ステンレス鋼線の表面の被覆膜の凹部に粉末潤滑材
が入り、伸線時の潤滑性能を増す。すなわち、伸線時の
ダイスと自動コイリング用ステンレス鋼線との焼き付き
が減り、伸線ダイス寿命も長くなる。
【００３９】同様に上記凹部に潤滑剤が入ることか
ら、得られた自動コイリング用ステンレス鋼線をばね成
形に用いることにより、ばね加工治具（バネベンディン
グダイ）と自動コイリング用ステンレス鋼線との間の潤
滑性能が増し、摩擦抵抗を減少でき、コイリングのばら
つきを小さくすることができる。 自動コイリング用ステンレス鋼線の表面の被覆膜は、
樹脂ではない熔融点の高い無機塩であるのでばね加工後
の低温焼鈍処理（テンパー処理）によっても焼けたり、
変質することなく、低温焼鈍処理（テンパー処理）前と
同様美麗な表面が得られる。又、有害なガスの発生の心
配もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動コイリング用ステンレス鋼線の横
断面模式図である。
【符号の説明】
１：ステンレス鋼線 ２：ニッケル（Ｎｉ）メッキ層 ３：被覆膜 ４：自動コイリング用ステンレス鋼線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B21C 9/00 B21C 1/00 C22C 38/00 302 C22C 38/58

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重量％でカーボン（Ｃ）：０．１５％以
    下、シリコン（Ｓｉ）：１．００％以下、マンガン（Ｍ
    ｎ）：２．００％以下、ニッケル（Ｎｉ）：６．５０％
    以上１４．００％未満、クロム（Ｃｒ）：１７．００％
    以上２０．００％未満としたステンレス鋼線に、厚さ１
    μｍ以上５μｍ以下のニッケル（Ｎｉ）メッキを施し、
    硫酸カリウム又はホウ砂（ホウ酸塩）の少なくとも一種
    類を主に含有し、塩素（Ｃｌ）及び弗素（Ｆ）を含まな
    い無機塩の被覆膜を、水溶液から析出生成させ下地の前
    記ニッケル（Ｎｉ）メッキ上に付着させた後、断面減少
    率６０％以上の伸線加工を加えることを特徴とするステ
    ンレス鋼線の製造方法。
  2. 【請求項２】 重量％でカーボン（Ｃ）：０．１５％以
    下、シリコン（Ｓｉ）：１．００％以下、マンガン（Ｍ
    ｎ）：２．００％以下、ニッケル（Ｎｉ）：６．５０％
    以上１４％未満、クロム（Ｃｒ）：１７．００％以上２
    ０．００％未満としたステンレス鋼線の表面に、厚さ
    ０．３μｍ以上１．７μｍ以下のニッケル（Ｎｉ）メッ
    キ層を有し、その上に、硫酸カリウム又はホウ砂（ホウ
    酸塩）の少なくとも一種類を主に含有し、塩素（Ｃｌ）
    及び弗素（Ｆ）を含まない無機塩の被覆膜を有し、引張
    強度が１６０ｋｇｆ／ｍｍ2以上で表面粗さが（１２．
    ５〜０．８０）μｍＲｚであることを特徴とするステン
    レス鋼線。
  3. 【請求項３】 前記表面粗さが（１０．０〜１．０）μ
    ｍＲｚであることを特徴とする請求項２記載のステンレ
    ス鋼線。
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