JP3250247B2 - 伸線用高炭素鋼線材の製造方法 - Google Patents

伸線用高炭素鋼線材の製造方法

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JP3250247B2 JP02018792A JP2018792A JP3250247B2 JP 3250247 B2 JP3250247 B2 JP 3250247B2 JP 02018792 A JP02018792 A JP 02018792A JP 2018792 A JP2018792 A JP 2018792A JP 3250247 B2 JP3250247 B2 JP 3250247B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、タイヤその他に用いら
れるコードワイヤに代表される、伸線強化型鋼線に用い
られる鋼線材に関し、特に従来に比べ、高強度でかつ延
性に優れたコードワイヤを製造するための素線となる鋼
線材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、一般にタイヤその他に用いら
れるコードワイヤは、直径0.2 mm前後の高炭素鋼製フィ
ラメント、つまりコードワイヤを撚って得たストランド
で、現状ではフィラメントの強度が320 kgf/mm2前後の
ものが多い。従来のコードワイヤの製造方法と、それに
よって得られるコードワイヤの特性は次の通りである。
従来法での製造工程を示す。
【0003】
【数1】
【0004】最終鉛パテンテング( 最終LP) 工程では、
約900 ℃に加熱後、最終パテンティング処理として600
℃前後の鉛浴に浸漬し、TS=125 kgf/mm2とした伸線用
鋼線材を得、これを酸洗・メッキ後、伸線してTS≒320
kgf/mm2前後のフィラメントを得ていた。これらの工程
・条件においては、伸線加工度ε=3.2 程度であり、こ
れより強度をさらに上げようとしても延性低下のため伸
線ができず不可能であった。
【0005】本発明者等は、特願平2−34525 号におい
て、C:0.7〜0.9 %を含有する鋼線材をAc3 点上のオー
ステナイト域からパーライト変態開始温度を切らない範
囲の冷却速度で冷却して得た過冷オーステナイトを500
℃〜720 ℃の温度域においてRd≧20%で加工した後、パ
ーライト域において恒温変態させて伸線用の鋼線材を得
る方法を開示した。
【0006】しかし、この方法では材料の焼き入れ性
が低く、さらにオーステナイトの加工により変態が加速
されるためノーズ部(550℃) 近傍の比較的低温で変態さ
せることが難しく、強度を120 kgf/mm2を超えて上げる
のは困難であった。また焼き入れ性が低いため、オー
ステナイト加工段階での変態開始までの時間 (潜伏期
間) が短く炭化物とその周囲のフェライトの誘起析出が
起こり易かった。このように加工誘起析出した微細粒状
炭化物および遊離フェライトは、その後の伸線で断線等
の原因となり高強度化を阻害する要因であった。これら
の理由から、かかる方法でも、パテンティング後の強度
115kgf/mm2クラスの鋼線を加工度ε=4.9近くまで伸線
して410kgf/mm2クラスのワイヤを得ていたに過ぎなかっ
た。
【0007】また特開昭53−30917 号では、炭素鋼の加
工熱処理による強靱化法を示しているが、この方法によ
り得られる鋼材は直径4.0 〜13.0mmで、最終伸線を行う
ことなく熱処理まゝの状態で使用する。その加工熱処理
も、比較的低温(450℃以下、Ms点以下) での準安定オー
ステナイト組織に加工を行うもので、得られる強度も20
0kgf/mm2以下である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】伸線ワイヤ(例えばコ
ードワイヤ)の強度は素材である高炭素鋼線材を伸線し
て細かくしていく過程で徐々に高められていく。図1
は、従来の共析成分を有する1〜2mmの線材をパテンテ
ィング処理して伸線する場合の加工度(ln A0/An) =
εと伸びおよび引張強度との関係を示すグラフであり、
これらからも分かるように、従来は、加工度ε=3.2 程
度の加工度で到達強度320kgf/mm2前後が限界であった。
【0009】また、特開平2−34525 号に開示されるよ
うに、加工熱処理で結晶粒 (パーライトブロックサイ
ズ) を微細化し(5μm 前後) 、パーライトラメラ間隔を
粗めに調整 (0.15μm 、TS=115 kgf/mm2)して加工度ε
(In =A0/An ) =4.9 近くまで伸線することで、410k
gf/mm2程度の強度が得られていた。しかし、この方法で
もε=4.9 という高加工度の伸線を行うため疲労特性が
劣化するだけでなく、これ以上の高強度化は困難であっ
た。
【0010】本発明の目的は、伸線により得られるワイ
ヤ、例えば自動車タイヤ用のコードワイヤの強度を410k
gf/mm2を超えるレベルにし、しかも伸線加工はIn (Ao
/An ) =ε≦4.0 程度の比較的少ない加工で、強度達
成を可能とし、さらにこの結果、高疲労強度 (σw ≧80
kgf/mm2)、高延性 (RA≧40%、TN≧20、GL=100 ×d)を
達成する伸線用高炭素鋼線の製造方法を提供することに
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】ここに、本発明者らは、
特願平2−34525 号において提案した方法において、出
発鋼線材の鋼組成を改良することで上述の目的が達成さ
れるとの着想を得て、種々検討を重ねたところ、焼き入
れ性改善にCrを配合することにより、とくにCr:0.2〜0.
4 という極く狭い範囲内の配合を行うときにはじめて所
期の効果が得られることを見出し、本発明を完成した。
【0012】すなわち、本発明は、C:0.7〜0.9 %、S
i:0.2〜0.7 %、Mn:0.2〜0.7 %、Cr:0.2〜0.4 %を含
有する鋼線材を、900 ℃以上1100℃以下のオーステナイ
ト域に加熱後、50℃/s以上の冷却速度で750 ℃以下、65
0 ℃以上の過冷オーステナイト域に冷却し、この温度域
で加工度20%以上の塑性加工を行い、その後650 ℃未
満、550 ℃以上の温度域に連続冷却してパーライト変態
させることによって、最終伸線加工度 (ε) 4.15で伸線
加工を行ったときに引張強度410kgf/mm 2 以上および疲労
強度80kgf/mm 2 以上の高炭素鋼線材が得られる伸線用高
炭素鋼線材を製造することを特徴とする伸線用高炭素鋼
線材の製造方法である。
【0013】
【作用】まず、本発明の鋼線材の成分を限定した理由を
述べる。 C:炭素は鋼線の強度を確保するのに必要な元素であ
る。その下限値を0.7 %としたのは、これより少ない含
有量では、目標とする410kgf/mm2以上の強度が得られな
いためである。また上限値を0.9 %としたのは、これを
超えると初析セメンタイトの影響で伸線性が悪くなり、
強度がかえって低下するためである。
【0014】Si:Siは炭素鋼の強度を向上させるが、脱
酸剤としても用いられる。その下限値を0.2 %としたの
は、これより少ない含有量では十分な強度が得られない
ためである。また、上限値を0.7 %としたのは、これを
超えると伸線後の捻回特性等、延性が低下するためであ
る。
【0015】Mn:Mnは炭素鋼の強度を向上させるが、0.2
%未満では十分な強度が得られず、一方、0.7 %を超
えると伸線性が劣化し、強度が得られないため、0.2 〜
0.7 %とした。
【0016】Cr:Crは炭素鋼の強度を向上させると共
に、焼き入れ性を向上させ、変態を遅らせ、過冷オース
テナイトを得やすくする効果を持つが、0.2 %未満では
強度の向上効果が不十分であり、また、0.4 %を超える
と延性が阻害されるため、0.2 〜0.4 %とした。本発明
によれば、かかる鋼組成を有する鋼線材は加工熱処理
後、連続冷却によってパーライト変態させる。
【0017】図2は、本発明にかかる方法を実施するた
めの装置を模式化して示すもので、巻戻された母材20は
最初加熱装置22に送られ、900 〜1100℃に加熱される。
通常、この温度域に1〜3分間保持されることによっ
て、固溶化が十分に行われる。オーステナイト化後、冷
却装置24によって例えば水冷によって650 〜750 ℃の過
冷オーステナイト域に冷却されてから、圧延機を備えた
加工装置26を経て加工度20%以上の塑性加工が行われ
る。このようにして結晶微細化とパーライト析出核の生
成を十分に行ってから、徐冷装置28において550 〜650
℃の温度域で連続冷却してパーライト変態を行わせ、加
工熱処理線材30を得る。
【0018】このように、本発明によれば、まず、最終
伸線前の加工熱処理において、加熱温度を900 〜1100℃
の範囲に限定するが、これは、900 ℃未満ではCr炭化物
の完全固溶が難しく、また1100℃を超えるとオーステナ
イト粒径が粗大化し、その後の加工熱処理において、微
細化することが困難となるためである。
【0019】十分固溶化が行われてから、冷却速度を50
℃/s以上で冷却するが、これは、冷却速度が50℃/sより
遅いとそれだけ過冷オーステナイトがパーライトへ分解
するまでの時間が短くなり、加工できる時間が制限され
るからである。しかもそればかりでなく、炭化物析出の
駆動力が大きくなっているため、加工により炭化物が析
出し、さらにその周囲に遊離フェライトが生成し、かえ
って伸線性を阻害する。
【0020】次に、このようにして用意された過冷オー
ステナイトを加工するが、そのときの温度を750 ℃以
下、650 ℃以上に限定する。すなわち、加工温度が750
℃を超えると加工されたオーステナイト中の転位等、加
工組織がその後の冷却過程で、変態開始までに減少し結
晶粒微細化等の効果が減少するため、本発明にあって加
工温度を750 ℃以下に限定した。また、加工温度が650
℃未満ではオーステナイト中に炭化物が析出し伸線性を
阻害するため、650 ℃以上とした。
【0021】過冷オーステナイトの加工度は20%以上に
限定されるが、加工度が20%未満では、オーステナイト
加工による結晶粒微細化等の効果が表われ難く、限界加
工度、到達強度共に低くなるためである。
【0022】このような過冷オーステナイト域での加工
によって、組織は微細化されるとともに、結晶粒界およ
び粒内にフェライト生成核が多数発生し、これが後述す
るパーライト変態に際してブロック化の起点となり、組
織の微細化に寄与する。
【0023】次いで、過冷オーステナイト域での加工
後、650 ℃以下、550 ℃以上の温度範囲に連続冷却する
が、650 ℃を超える温度範囲で変態させると必要な強度
が得られないためである。また、550 ℃を下回る温度範
囲で変態させると、一部低温変態組織が生成し伸線性を
阻害するため、その下限は550 ℃とした。
【0024】かくして、本発明により得られた伸線用高
炭素鋼線の冶金的組織は、パーライトブロックが微細に
生成した組織であって、これは後続工程で慣用の伸線を
行うことによって、高疲労強度 (σw ≧80kgf/mm2)、高
延性 (RA≧40%、TN≧20、GL=100 ×d)を確保するとと
もに、加工度ε≦4.0 程度の比較的軽い伸線加工で、41
0kgf/mm2を超える強度達成を可能とする。次に、実施例
によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。
【0025】
【実施例】本例では、表1に示す鋼組成を有するNo.1〜
13の供試鋼を、慣用法に従って、150 kg真空溶解炉で溶
解、鍛造、圧延により直径5.5mm の線材を得た。次い
で、図2に示す加工熱処理装置により表1に示すヒート
パターンで処理を行った後、酸洗、潤滑、伸線を行い、
得られたワイヤについて引張り試験、捻回試験、疲労試
験等の評価試験を行った。母材は直径5.5mm より伸線し
て得られた直径2.06mmの線材を用いた。
【0026】表1の供試鋼No.1〜4でC量の影響を、供
試鋼No.5〜7でSi量の影響を、供試鋼No.8〜10でMn量の
影響を、さらに供試鋼No.11 〜13でCr量の影響を各々検
証した。また供試鋼No.14 〜17で冷却前の加工温度の影
響を、供試鋼No.18 〜19で冷却速度の影響を、供試鋼N
o.20 〜23で過冷オーステナイトの加工温度の影響を、
供試鋼No.24 〜25で過冷オーステナイト加工度の影響
を、そして供試鋼No.26 〜29でオーステナイト加工後の
変態温度の影響を各々検証した。
【0027】各々の実施例により得られた評価試験の結
果を表2に示す。また、図3ないし図5にはそれぞれの
加工条件を変更した場合の特性の変化をグラフ化して示
す。なお、この場合の鋼組成は供試鋼No.1であり、加工
条件は加熱温度950 ℃、冷却速度50℃/s、過冷オーステ
ナイト域加工温度700 ℃、加工度40%、そして変態温度
600 ℃を標準処理条件として、それぞれの場合の条件を
変更した。最終的伸線加工はε=3.2 〜4.15で行った。
【0028】表2より、本発明によれば、強度、延性、
疲労特性共、比較例より優れたワイヤが得られているの
が分かる。図3は一次冷却速度を変更した場合の影響を
示すもので、冷却速度が50℃未満では、析出した炭化物
とフェライトのため、伸線限界加工度が低く、到達強度
も340 kgf/mm2 前後と低い。その冷却速度が50℃/s以上
では到達強度、限界加工度共に高い値を示している。
【0029】図4は、過冷オーステナイト域での加工温
度の影響を示すもので、加工温度650 〜750 ℃の範囲内
のときパーライトブロックの微細化が実現され、十分な
延性を備えるとともにT.S.420kgf/mm2以上が実現され
る。図5は、過冷オーステナイト域での加工度の影響を
示すもので、加工度20%以上のときはじめて、十分な延
性を有し、T.S. 420kgf/mm2 以上が実現される。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【発明の効果】本発明に従うことにより、高強度 (TS>
420 kgf/mm2)、高延性 (RA≧40%、T.N ≧20) 、高疲労
強度 (σw ≧120 kgf/mm2)のワイヤが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来法における伸線加工度と到達引張強度との
関係を示すグラフである。
【図2】本発明にかかる方法を実施するために製造ライ
ンの説明図である。
【図3】本発明の実施例の結果をまとめて示す示すグラ
フである。
【図4】本発明の実施例の結果をまとめて示す示すグラ
フである。
【図5】本発明の実施例の結果をまとめて示す示すグラ
フである。
【符号の説明】
20 : 母材 22 : 加熱装置 24 : 冷却装置 26 : 加工装置 28 : 徐冷装置 30 : 加工熱処理線材

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.7〜0.9 %、 Si:0.2〜0.7 %、 Mn:0.2〜0.7 %、 Cr:0.2〜0.4 % 残部: Feおよび不可避不純物 から成る鋼組成を有する鋼線材を、900 ℃以上1100℃以
    下のオーステナイト域に加熱後、50℃/s以上の冷却速度
    で750 ℃以下、650 ℃以上の過冷オーステナイト域に冷
    却し、この温度域で加工度20%以上の塑性加工を行い、
    その後650 ℃未満、550 ℃以上の温度域に連続冷却して
    パーライト変態させることによって、最終伸線加工度
    (ε) 4.15で伸線加工を行ったときに引張強度410kgf/mm
    2以上および疲労強度80kgf/mm2 以上の高炭素鋼線材が
    得られる伸線用高炭素鋼線材を製造することを特徴とす
    る伸線用高炭素鋼線材の製造方法。
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