JP3340233B2 - 捻回特性の優れた高強度鋼線およびその製造方法 - Google Patents

捻回特性の優れた高強度鋼線およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はタイヤコード、ベルトコ
ード、ホースワイヤ、ACSR線、コントロールケーブ
ル、PWSワイヤ、PCワイヤなどの鋼線の製造に用い
られる伸線加工における伸線方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にスチールコートなど伸線された高
炭素鋼極細線は、通常必要に応じて熱間圧延した後に調
整冷却した直径4.0〜5.5mmの線材を一次伸線加工
後、最終パテンティング処理を行ない、その後ブラスメ
ッキ処理をへて最終湿式伸線加工により製造されてい
る。このような極細鋼線の多くは、2本撚り、5本撚り
などの撚り線加工を施した状態でスチールコードとして
使用されている。
【0003】1)より高強度であること、 2)高速伸線性が優れていること、 3)疲労特性が優れていること、 4)高速撚り線性が優れること、 等の特性を具備しなければならない。
【0004】このため、従来から要望に応じた高品質の
鋼材が開発されている。例えば、特開昭60−2048
65号公報には、Mn含有量を0.3%未満に規制して
鉛パテンティング後の過冷組織の発生を抑え、C,S
i,Mn等の元素量を規制することによって、撚り線時
の断線が少なく高強度および高靱延性の極細線およびス
チールコード用高炭素鋼線材が開発されており、また、
特開昭63−24046号公報には、Si含有量を1.
00%以上とすることによって鉛パテンティング材の引
張強さを高くして伸線加工率を小さくした高靱性高延性
極細線用線材が開示されている。
【0005】また、一方でこれらの特性に悪影響を与え
るものの一つとして硬質の酸化物系非金属介在物があげ
られる。一般的に酸化物系介在物の中でもAl2 3
SiO2 ,CaO,TiO2 ,MgO等の単組成の介在
物は硬度も高く非延性である。従って伸線性に優れた高
炭素鋼線材製造のためには、溶鋼の清浄性を高めるとと
もに、酸化物系介在物を低融点化し軟質化する必要があ
ることは公知の事実である。
【0006】この様に鋼の清浄度を上げ、非延性介在物
の軟質化を図る方法として、特公昭57−22969号
公報に示される伸線性の良好な高炭素鋼線材用鋼の製造
法及び特開昭55−24961号公報に示される極細線
の製造方法が示されているが、これらの技術の基本思想
は、Al2 3 −SiO2 −MnOの三元系の酸化物系
非金属介在物の組成制御に限定されているものであっ
た。
【0007】一方、特開昭50−71507号公報で
は、非金属介在物をAl2 3 ,SiO2 ,MnOの三
元状態図におけるスペーサータイト領域にすることによ
って製品の伸線性を改善することが提案され、又特開昭
50−81907号公報では溶鋼中に添加するAl量を
規制することによって有害な介在物を減少せしめて、伸
線性を改善する方法を開示している。
【0008】また、特公昭57−35243号公報にお
いては、非延性介在物指数20以下のスチールコード製
造に関し、Al完全規制の下で取鍋溶鋼内にキャリアー
ガス(不活性ガス)と共にCaO含有フラックスを吹込
み、予備脱酸した後、Ca,Mg,REMの一種または
二種以上を含む合金を吹込み介在物を軟質化する方法を
提案している。
【0009】しかしながら、要求品質の厳格化にともな
い、さらに高強度でかつ延性な材料が求められるように
なり、炭素量の増加によるさらなる高強度化と良好な伸
線性の双方を満足することが、求められるようになっ
た。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来使用し
ている鋼を替えることなく、より高強度で捻回特性の優
れた鋼線の製造を可能とする方法を提供する。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するもので、その要旨は以下のとおりである。 (1)高強度鋼線の製造に用いられる最終伸線加工工程
において、個別の2個の異なる穴径を持つ引き抜きダイ
であって、前段のダイスでの減面率A、後段での減面
率Bとした時のB/(A+B)の値が0.5以下、か
つ、前後段2つのダイスの総減面率(A+B)が14.
3%以下である引き抜きダイスを用い、2つの引き抜き
ダイスの間に引き抜き力を与えることなく引き抜く伸線
加工を、少なくとも1回以上行うことを特徴とする捻回
特性の優れた高強度鋼線の製造方法。
【0012】
【0013】()上記(1)に記載の捻回特性の優れ
た高強度鋼線の製造方法を用いて製造され下記およ
びの特徴を有することを特徴とする捻回特性の優れた
高強度鋼線。 表層から中心軸に向かって、少なくと
も深さ0.2R(R:ワイヤの半径)の間は、ワイヤの
中心軸方向の残留応力が圧縮側に調整されている。
周方向に測定された粗度におけるピーク深さが10μm
以下である。
【0014】()上記(1)に記載の捻回特性の優れ
た高強度鋼線の製造方法を用いて製造され下記〜
の特徴を有することを特徴とする捻回特性の優れた高強
鋼線。 ワイヤの任意の周で測定される表層の長さ
方向の残留応力において、引張 力が働く領域の割合が
30%以下である。 引張応力が働く領域が2つ以上
連続して存在しない。 周方向に測定された粗度にお
けるピーク深さが10μm以下である。
【0015】(前記鋼線が、質量%で C :0.7〜1.1% Si:0.1〜1.5% Mn:0.1〜1.5% Cr:0〜0.5%(無添加の場合を含む) Cu:0〜0.8%(無添加の場合を含む) Ni:0〜1.0%(無添加の場合を含む) 残部Fe及び不可避不純物鋼成分からなることを特徴
とする上記()に記載の捻回特性の優れた高強度
線。
【0016】()表面にめっきが施されていることを
特徴とする上記()、()または(記載の捻
回特性の優れた高強度鋼線。
【0017】
【作用】本発明の鋼組成の限定理由は下記の通りであ
る。以下、本発明の伸線方法をダブルダイス法と呼ぶ。
Cは経済的かつ有効な強化元素であるが、この初析フェ
ライトの析出量低下にも有効な元素である。従って、引
張強さ3500MPa以上の極細線とし延性を高めるため
にはCは少なくとも0.7%以上とすることが必要で
あるが、高すぎると延性が低下し伸線性が劣化するの
その上限は1.1%とする。
【0018】Siは鋼の脱酸のために必要な元素であ
り、従ってその含有量があまりに少ないとき、脱酸効果
が不十分となるのでその添加量を0.1%以上とする。
また、Siは熱処理後に形成されるパーライトの中のフ
ェライト相に固溶しパテンティング後の強度を上げる
が、反面フェライトの延性を低下させ伸線後の極細線の
延性を低下させるため1.5%以下とする。
【0019】Mnは鋼の焼き入れ性を確保するために
0.1%以上添加する。しかし、多量のMnの添加は偏
析を引き起こしパテンティングの際にベイナイト、マル
テンサイトという過冷組織が発生しその後の伸線性を害
するため1.5%以下とする。本発明のような過共析鋼
の場合、パテンティング後の組織においてセメンタイト
のネットワークが発生しやすくセメンタイトの厚みのあ
るものが析出しやすい。この鋼において高強度高延性を
実現するためには、パーライトを微細にし、かつ先に述
べたようなセメンタイトネットワークや厚いセメンタイ
トを無くす必要がある。
【0020】Crはこのようなセメンタイトの異常部の
出現を抑制しさらに、パーライトを微細にする効果を持
っている。しかし、多量の天下は熱処理後のフェライト
中の転位密度を上昇させるため、引き抜き加工後の極細
線の延性を著しく害することになる。従って、Crを添
加する場合、その添加量はその効果が期待できる0.1
%以上としフェライト中の転位密度を増加させ延性を害
することの無い0.%以下とする。
【0021】NiもCrと同じ効果があるため、必要に
よりその効果を発揮する0.1%以上添加する。Niも
添加量が多くなり過ぎるとフェライト相の延性を低下さ
せるので上限を1.0%とする。Cuは線材の腐食疲労
特性を向上させる元素であるので、必要によりその効果
を発揮する0.1%以上添加することが望ましい。Cu
も添加量が多くなり過ぎるとフェライト相の延性を低下
させるので上限を0.8%とする。
【0022】従来の極細鋼線と同様に、延性を確保する
ためSの含有量を0.020%以下とし、PもSと同様
に線材の延性を害するのでその含有量を0.20%
以下とするのが望ましい。最終仕上ダイスに2枚のダイ
スを用いるとワイヤに導入される残留応力をコントロ
ールすることが可能となる。これを図1に示す。横軸
半径Rのワイヤの表層からの位置を半径Rで割
って規格化した値を取り、縦軸にワイヤの長手方向の
残留応力を取っている。従来の方法で0.3mmφのワイ
ヤを製造した場合を〇で示し、本発明法に従った場合を
●で示す。本発明を用いることにより、ワイヤ表層部の
残留応力をこの場合は、引張応力から圧縮応力に変え
ることができることが判る。このように、本発明法を用
いるとワイヤ表層の残留応力をコントロールできるの
捻回特性の優れたワイヤを得ることが可能となる。
【0023】前段での減面率A、後段での減面率Bとし
た時のB/(A+B)の値が0.5を越えた場合、残留
応力の改善効果が表れないので0.5以下とする。こ
の結果、表層から中心軸に向って、少なくとも深さ0.
R(R:ワイヤの半径)の間は、ワイヤの中心軸方向
の残留応力が圧縮側に調整されたワイヤとなる。このよ
うに調整する理由は、デラミネーションの発生を抑制す
るためである。
【0024】また、ダブルダイスでの総減面率A+Bが
14.3%を越えた場合、伸線加工が困難となるので
14.3%以下とする。このダブルダイスを用いて伸線
加工を行った場合、製造された鋼線は次の特徴を具備す
る鋼線となる。 1)表層から中心軸に向かって、少なくとも深さ0.2
R(R:ワイヤの半径)の間は、ワイヤの中心軸方向の
残留応力が圧縮側に調整されている。 2)ワイヤの任意の周で測定される表層における長さ方
向の残留応力において、引張応力が働く領域の割合が3
0%以下である。 3)表面粗度におけるピーク深さが10μm以下に調整
されている。
【0025】1)については、先に述べた通りである。
2)は、1)のように十分圧縮側に調整されていない場
合においても、ワイヤの任意の周で測定される表層にお
ける長さ方向の残留応力において、引張応力が働く領域
が30%以下の場合、デラミネーションの抑制が可能と
なる。また、本発明方法は、残留応力の調整をダイス
を用いて周方向に均一に行なっているため、曲げ加工な
どの場合と異なり、残留応力の周方向での分布を見た場
合、広い領域に圧縮側の残留応力を導入できる。さら
に、3)は、残留応力の調整をダイスを用いて行ってい
るため、曲げ加工やショットピーニングによる残留応力
制御の場合と異なり、これらの加工で表面疵が導入され
ないため、表面の粗度は一般的な伸線加工の場合と同等
か、スキンパス効果でそれ以上に滑らかな表面肌を得
ることができる。
【0026】本発明の伸線方法は、仕上げ1回の引き抜
きに適用することで十分な効果を得ることができるが、
仕上げ部以外においても有効で、繰り返し用いると一層
良い結果を得ることができる。
【0027】
【実施例】以下、発明の効果について実施例に基づいて
説明する。熱間圧延によって製造された表1および表2
に示される化学成分の5.5mmφと11mmφの線材をそ
れぞれ表3および表4に示す工程に従ってワイヤを製造
した。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】
【表3】
【0031】
【表4】
【0032】ワイヤの機械的性質を左右する最終LPは
加熱温度950℃、鉛浴温度550℃〜575℃の範囲
で処理を行うことで表3に示す引張強さに調整され
た。なお、表3において、最終LP材はブラスめっき前
のLP材である。その後、最終伸線の際に本発明法1
〜3、5〜14、18および19請求範囲に示すダ
ブルサイズ伸線を行い、製品ワイヤを得たものである
この時の仕上前のダイス径、ダブルダイスでの前段Aの
ダイス径、後段Bのダイス径、A、B、A+Bそれぞれ
での減面率、B/(A+B)の値は表4に示す通り、本
発明範囲に調整されている。
【0033】比較法26は仕上部に本発明のダブルダイ
スを使用しないこと以外は本発明法13と同じ場合であ
る。比較法27は仕上部に本発明のダブルダイスを使用
しないこと以外は本発明法14と同じ場合である。比較
法28は仕上部に本発明のダブルダイスを使用しないこ
と以外は本発明法21と同じ場合である。
【0034】比較法29はB/(A+B)は0.5以上
の場合である。比較法30はA+Bが40%以上の場合
である。表3および表4の本発明法1〜3、5〜14、
18および19、比較法26〜30に従って製造された
ワイヤを用いて、残留応力測定、表面粗度測定、引張試
験、捻回試験を行い機械的性質を調査した。この結果
を表5に示す。
【0035】
【表5】
【0036】表5における残留応力規定Iは、 表層から中心軸に向かって、少なくとも深さ0.2
R(R:ワイヤの半径)の間は、ワイヤの中心軸方向の
残留応力が圧縮側に調整されている。 周方向に測定された粗度における、ピーク深さが1
0μm以下である。 以上の2項目を満足する場合を○、満足しない場合を×
で示した。
【0037】また、表5における残留応力規定IIは、
ワイヤの任意の周で測定される表層の長さ方向の残留
応力において、引張 力が働く領域の割合が30%以下
である。 引張応力が働く領域が2つ以上連続して
在しない。 周方向に測定された粗度におけるピーク
深さが10μm以下である。以上の3項目を満足する場
合を〇、満足しない場合を×で示した。
【0038】本発明法に従って製造された本発明ワイヤ
は残留応力規定Iあるいは残留応力規定IIを満足すると
共に、高い引張強さと優れた捻回特性を示し、さらに、
デラミネーションの発生が無い。比較鋼26,27,2
8は引張強さ、絞り値は変らないが、捻回の際にデラミ
ネーションが発生し、ワイヤ特性が低下している。
【0039】比較鋼29も引張強さ、絞り値は変化して
いないが、捻回の際にデラミネーションが発生し、ワイ
ヤ特性が低下している。比較鋼30はA+Bが大きすぎ
るため伸線加工ができなかった。
【0040】
【発明の効果】本発明の伸線方法を用いることで、捻回
特性の優れたワイヤを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る伸線加工後のワイヤ表層からの位
置と残留応力との関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−200428(JP,A) 特開 平3−140438(JP,A) 特開 平4−371549(JP,A) 特開 平4−346619(JP,A) 特開 昭55−125238(JP,A) 米国特許5189897(US,A) 米国特許4960473(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21C 1/00 - 19/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高強度鋼線の製造に用いられる最終伸線
    加工工程において、個別の2個の異なる穴径を持つ引き
    抜きダイスであって、前段のダイスでの減面率A、後段
    での減面率Bとした時のB/(A+B)の値が0.5以
    下、かつ、前後段2つのダイスの総減面率(A+B)が
    14.3%以下である引き抜きダイスを用い、2つの引
    き抜きダイスの間に引き抜き力を与えることなく引き抜
    く伸線加工を、少なくとも1回以上行うことを特徴とす
    る捻回特性の優れた高強度鋼線の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の捻回特性の優れた高強
    度鋼線の製造方法を用いて製造され下記およびの
    特徴を有することを特徴とする捻回特性の優れた高強度
    鋼線。 表層から中心軸に向かって、少なくとも深さ
    0.2R(R:ワイヤの半径)の間は、ワイヤの中心軸
    方向の残留応力が圧縮側に調整されている。 周方向
    に測定された粗度におけるピーク深さが10μm以下で
    ある。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の捻回特性の優れた高強
    度鋼線の製造方法を用いて製造され下記〜の特徴
    を有することを特徴とする捻回特性の優れた高強度
    線。 ワイヤの任意の周で測定される表層の長さ方向
    の残留応力において、引張 力が働く領域の割合が30
    %以下である。 引張応力が働く領域が2つ以上連続
    して存在しない。 周方向に測定された粗度における
    ピーク深さが10μm以下である。
  4. 【請求項4】 前記鋼線が、質量%で C :0.7〜1.1% Si:0.1〜1.5% Mn:0.1〜1.5% Cr:0〜0.5%(無添加の場合を含む) Cu:0〜0.8%(無添加の場合を含む) Ni:0〜1.0%(無添加の場合を含む) 残部Fe及び不可避不純物鋼成分からなることを特徴
    とする請求項2に記載の捻回特性の優れた高強度鋼線。
  5. 【請求項5】 表面にめっきが施されていることを特徴
    とする請求項2、3または4に記載の捻回特性の優れた
    高強度鋼線。
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