JPH0730394B2 - スチ−ルワイヤ−の製造方法 - Google Patents

スチ−ルワイヤ−の製造方法

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JPH0730394B2
JPH0730394B2 JP62000250A JP25087A JPH0730394B2 JP H0730394 B2 JPH0730394 B2 JP H0730394B2 JP 62000250 A JP62000250 A JP 62000250A JP 25087 A JP25087 A JP 25087A JP H0730394 B2 JPH0730394 B2 JP H0730394B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はパーライト構造のスチールワイヤー、特に補強
ゴム部材等に使用する断面積の小さい高抗張力スチール
ワイヤーの製法の改良に関する。
［従来技術及びその問題点］ 従来スチールワイヤーは所定の組成の鋼を熱間圧延した
後、このワイヤーは引き抜きにより機械的に冷間加工し
て製造される。小径の高炭素スチールワイヤー、例えば
1.5mm以下の直径のものを製造する場合、中間加熱処理
（多くは金属学的なパテンティング処理）を行なって、
スチールワイヤーの延性を回復させ、もって減面加工す
ることができるようにしている。従来、パーライト構造
のスチールワイヤーに上記抗張力を最少限与えるため
に、鋼組成（炭素量）を調整し、最終パテンティング処
理後に引抜き処理により十分減面して最終ワイヤーを得
ている。
ここでいう「ワイヤー」とは、広い意味で使用され、フ
ィラメント状のものからリボン状の伸延形状まで含ま
れ、その断面は丸や平板である。丸型上のものは通常ワ
イヤーを環状のダイスに通すことにより得られ、平板状
のものは丸形又は平板状断面のものを伸ばし（フラット
圧延）、あるいは型ダイスで押し出し、引き抜きを行な
うことにより得られる。
本発明で最も意図している鋼のタイプは、炭素量が0.4
乃至1.2％（％は全て重量％を示す）、とくに0.6乃至1.
0％の炭素鋼合金で、更に最大１％Mn、最大１％Si、最
大0.035％Ｐ、最大0.035％Ｓ、及び残部鉄及び不可避的
不純物である。特に好適な組成は0.7乃至1.0％Ｃ、0.2
乃至0.6％Mn、0.1乃至0.35％Si、最大0.025％Ｐ、最大
0.025％Ｓ、残りの不純物最大0.1％、及び残部鉄及び不
可避的不純物である。
スチールワイヤーを冷間加工して抗張力を向上する際に
最も好適な構造は、鉛パテンティング処理又は同等の恒
温変態処理によって得られた微細パーライトである。こ
の処理は、鋼を高い温度（900℃乃至1000℃）に加熱し
て炭素分解とオーステナイト形成を生じせしめ、ついで
500℃乃至700℃の急冷（クエンチ）変態浴（通常溶融
鉛）に浸漬してオーステナイトを分解し、フェライトマ
トリックス中に平板上のセメンタイトと微細薄層のパー
ライト構造とを形成する。一旦所望のパーライト構造が
得られると、スチールワイヤーを冷却する。このように
して得られたパテンティング処理鋼を冷間加工、例えば
層状に又は引き抜いてワイヤーとする。一般にパテンテ
ィング処理とは、500℃乃至700℃でオーステナイトから
パーライトへの変態である。
［従来技術の問題点］ しかし最初の構造がどのようなものであろうともパテン
ティング処理した炭素鋼ワイヤーを無限に小さく減面加
工することはできない。さらに冷間加工硬化による抗張
力の向上には限度がある。即ちワイヤーを引抜き加工す
る際に、その機械的特性を所定限度以上に損うことなし
に、かつワイヤーを所定許容限を越えて破損させること
なしに、加工限度を越えることはできない。換言する
と、この限度を越えて引き抜くと、ワイヤーは過剰引き
抜き構造（構造的破損を被る）となり、延性が著しく低
下し、引き抜き時のワイヤーの脆性破壊が著しくなる。
このことは公知のスチールワイヤー製造の重大な限界で
ある。この限界は鋼の組成及び純度、ワイヤーの径、パ
ーライト構造、潤滑剤、処理工程など種々の条件に依存
している。
小径のワイヤー（例えば直径0.1〜0.5mmの0.7〜0.8％炭
素鋼）を引き抜く際に、従来の方法では、引き抜き限界
は、通常総減面量がほぼ97％で、有効最終抗張力が約30
00乃至3200N/mm2である。しかしこの方法では、この限
界付近で加工すると、ワイヤーの引き抜き性や延性に相
当ばらつきがある欠点がある。
このため、従来から主にスチールワイヤーの組成を改良
して引き抜き限界を増加し、抗張力を向上しする試みが
なされている。例えば、合金化炭素鋼（コバルトの添
加）を使用して最初のパーライト構造を微細にし硬化す
る、あるいは特に純度の高い鋼を用意して最終ワイヤー
の延性を向上し、更にはこれらの方法を組合せる試みが
なされている。
このような提案は、ある条件下では有効であることが証
明されている。しかし合金鋼や超高純度の鋼は、特殊な
製法で製造しなければならないので、原材料のコストが
高くなる。
本発明の目的は、引き抜きによりパーライト構造のスチ
ールワイヤーを高抗張力とすることができる方法を提供
することにある。
［問題点を解決する手段］ 断面丸形のスチールワイヤーは、最終抗張力Ｒが以下の
式に示す値以上であるならば、高抗張力スチールワイヤ
ーと呼ばれる。
Rm（Nmm-2）＝2250−11301og d ここでｄはワイヤーの直径でmmで表現される。異なる温
度でパテンティング処理されたパーライトワイヤーにつ
いてその引き抜き性や歪み加工について研究がなされ
た。
その結果最初のパーライト構造やパテンティング処理し
たワイヤーの強度が同じでも、所定のレベルを越える冷
間加工、例えば約96％を越える総減面をおこなったワイ
ヤーは歪み硬化挙動や延性が例外的であることがわかっ
た。そしてこれらのワイヤーを分析した結果、ワイヤー
をある特殊な方法で処理すると、高い歪みで予想されな
い効果があることが分った。
本発明は、パーライトスチールワイヤーを製造する方法
であり、ワイヤーをパテンティング処理して変態温度下
で変態させ、ついでパテンティング処理したワイヤーを
引き抜いて小径とする方法において、パテンティング処
理中にパテンティング処理完了後５秒以内変態温度に保
持し、ワイヤーの小径加工は真歪３以上とする方法であ
る。なお真歪εは最初の断面と最終断面の比の自然対数
で定義される。
変態温度範囲は520℃乃至680℃である。一般にパテンテ
ィング処理の変態温度は実質的に一定である。しかしこ
のことは必ずしも必要事項ではない。パテンティング処
理は連続的又は段階的な温度形態で行なえことが可能で
ある。このような温度形態は例えばクエンチ変態浴をい
くつか設けることにより得られる。
マルテンサイトやベイナイトが形成されずにワイヤーが
実質的に急冷された時に変態が完了する。
変態後に微少時間保持することにより、最終引き抜き段
階での変形及び歪み硬化容量を相当得ることができる利
点がある。公知のワイヤーとこの方法のワイヤーとの微
細構造とを比較すると、本発明の整列したセメンタイト
／フェライト構造は非常に高い歪みにおいてセメンタイ
ト薄層の塑性伸びがより均一であることが分る。所定の
限界を越えてワイヤーが変形されると、従来のワイヤー
では薄層の破壊や脆性化によりセメンタイトの歪みがよ
り急速に妨害される。
本発明方法で処理されたワイヤーは顕著な組成特性を有
し、同じ条件で引き抜かれた従来のワイヤーと比較して
最終強度が顕著なものとなることが観察される。このこ
とは同じ強度レベルの従来ワイヤーと比較して分るよう
に、本発明ワイヤーはねじり延性や曲げ延性が良く、極
端な硬化段階（減面率＞96〜97％、真歪ε＞3.3〜3.5）
での引き抜きパスに耐え得る容量を有し、過剰な引き抜
きによる脆性や普通の操業では避けられない引き抜き破
壊を防ぐことができる。このような優れた挙動は、従来
法よりも極端な引き抜きによる減面を行なう時の信頼性
が高く、しかも従来の高価な鋼組成を使用しなくても、
限界強度である3200〜3500Nmm-2を越える超高抗張力を
達成することができることによる。
一般に本発明では、ワイヤーが真歪値３を越える冷間加
工で引き抜かれると、抗張力が3000Nmm-2、好ましくは3
500Nmm-2以上となるが、このことは大変重要なことであ
ることが認められる。
更に本発明の特殊な方法により変態温度範囲からワイヤ
ーを冷却することにより、ワイヤーの硬化が優れたもの
となる。これは約400〜450℃で３秒以上保持した後比較
的遅い予備冷却段階を経て、所望の方法で室温に冷却す
ることにより得られる。
本発明はこの工程で作られたワイヤーに及ぶが、特にゴ
ム付着性表面（例えば黄銅）を有するワイヤー及びタイ
ヤの補強に使用されるワイヤーを含む。
本発明及び好適な具体例は以下の実施例及びこれに附随
する図面の詳細な記載によって更に詳しく理解される。
第１図は２つのTTT曲線を示し、Ds、Dfはオーステナイ
トＡがフェライトＦとセメンタイトＣとに分解する開始
点及び完了点をそれぞれ示す。500℃の温度T1以上で
は、多くはフェライトとセメンタイトとの薄層混合物で
あるパーライトに変態する。これは変態温度が上昇する
につれて次第に粗粒となる。本発明によれば、オーステ
ナイト化スチールワイヤーはオーステナイト領域（ガン
マ鉄中に炭素が固溶している）の高温（通常900℃以
上）から所定のパーライト反応温度（溶融鉛、溶融塩又
は流動層等の焼入れ媒体によって得られる）に急速に急
冷される。この温度では、鋼は図示する符号１〜２で変
態が起り、符号３の位置までこの温度に保持される。符
号２から符号３までの保持時間は５秒以下である。ワイ
ヤーを恒温変態浴から除去したのち、符号３〜４〜５に
示すように、水冷して室温にする。上述のごとく変態は
恒温変態とすべきではない。温度曲線１〜２〜３が水平
でなくとも変態は可能である。
好適な具体例によれば、ワイヤーは符号３〜５〜７の温
度曲線に沿って冷却される。ここで符号５は約400〜450
℃に相当し、符号３〜５の時間間隔は少なくとも３秒で
あり、好ましくは５秒を越えない。本発明では符号11〜
12〜13〜15で示す更に高温のパーライト反応温度でパテ
ンティング処理を行なってもよい。ここで、12〜13に示
す保持時間が最大５秒、13〜14に示す時間間隔が３秒以
上である。なお従来のワイヤー冷却変態曲線は１〜２〜
３′〜４′〜８で示され、変態温度２〜３′が比較的長
い任意の時間保持され、パテンティング浴からとりだし
た後室温に急速に急冷される。
ワイヤーが急冷浴に浸漬される時間は、従来方法に比べ
て短縮できる。このことは、ワイヤーのライン速度を増
加し、ワイヤーが急冷変態浴に浸漬される間隔を減少す
る。又は新しい装置を使用すれば、急冷変態浴の全長さ
を減少することにより浸漬間隔を減少できる。この結果
新しい装置の寸法を従来のものより小さくすることがで
きる。この結果コストの低減を図ることができる。
本発明の利点を得るためには、符号２の位置を検出しな
ければならない。この位置は変態が完了した点を示し、
多くは数秒の恒温浸漬時間に相当する。合金でない共折
炭素鋼では２乃至３秒と言える。実際は、符号２の位置
はワイヤーの直径や急冷速度、オーステナイトの安定性
及び鋼の合金成分、実際の変態最終温度等に依存して広
く変化する。実務上（各種直径のワイヤーを処理する必
要性又は異なる速度を適用する必要のため）及び金属学
的な信頼性（局部的なオーステナイトの安定性が増加す
ることによる通常の組成変化及び偏析効果）を得るため
に、総浸漬時間は一般に変態に必要とされる時間（多く
は15乃至20秒）よりも長くかかる。
本発明では本発明の炭素鋼ワイヤーを処理した時のワイ
ヤーの延性及び極端な歪み硬化による最終的な強度に関
して著しい効果があるが、これは説明が困難である。考
えられる仮説としては、球状化処理に似た方法でセメン
トタイトの薄層のアニーリングタイプによると推定でき
る。しかし研究によれば、本発明と従来方法で処理した
ワイヤーとで微細結晶構造に実質的な違いが認められな
かった。非常に大きな変形を加えた後にのみ実質的な違
いが生じている。この事実は、従来知られていない亜微
細現象があることを示している（この現象は、高い歪み
を有するセメンタイトの微細表面構造が、予想できな
い、たとえばカーバイドのくびれや破砕の開始を遅らせ
あるいは防ぐことに関係している）。
本発明の好適な具体例によれば、パテンティング処理し
たスチールワイヤーは本発明の特殊な方法で室温まで冷
却される。この方法は、上記ワイヤーを約３秒間の最少
時間保持させて、恒温変態から400℃〜450℃に温度を下
げる。フェライト層中の過剰の炭素はカーバイド薄層上
に析出し、歪み時効鋭敏性及びフェライトの延性が過剰
引き抜きの最終加工段階で良好に制御される。
第２図は鉛パテンティング処理（鉛温度580℃及び650
℃）中の浸漬時間ｔがパテンティング処理された（合金
でない）0.80％炭素鋼を0.23mmの小径に引き抜いた後の
ワイヤーの最終強度Ｒに与える影響を示すグラフであ
る。層真歪は3.43及び3.56であった。相対的な最大硬化
量は、曲線の右側で生じている。特に保持時間が５秒以
内に限定される時（この共析炭素鋼を最大約７〜８秒、
Pb＝580℃、または10〜15秒、Pb＝650℃に保持する）、
好ましくは約１〜３秒に限定することにより最良の結果
を得る。最適保持時間未満の場合、変態が不完全でベイ
ナイトが形成されるおそれがあるため、強度は下がる。
図中Ｉは、本発明による好適な加工範囲、Ｃは通常の範
囲を示す。変動する範囲I/Cの正確な位置及び幅はスチ
ールワイヤーの実際のTTT曲線及び使用した変態温度曲
線に依存している。
第３図は本発明方法で到達可能な抗張力Ｒを示す。ここ
では0.85％炭素鋼ワイヤー（上方の曲線21,22）及び0.7
0％炭素（下方の曲線23,24）を恒温変態温度tPBの関数
として調べたものである。曲線21,23は変態後の保持時
間が最適保持時間約２〜３秒に相当し、最も高い強度値
を示す。曲線22,24は中間保持時間が５〜７秒で、すで
に到達可能な抗張力が顕著に減少している。真の引き抜
き歪みは約3.85〜3.95であった。
第４図は炭素レベルをそれぞれ0.85及び0.70％とした本
発明のワイヤー（直線41,43）と従来の処理ワイヤー
（破線42,44）について、最終引き抜き段階（ε＞３で
４以下）での歪み効果の評価値を示す。３〜3.5の範囲
のε値（及び炭素量とパテンティング処理温度による最
初のパーライト構造の細かさとの組合わせによる）か
ら、現在のワイヤーは均一硬化ラインから外れ始め、多
かれ少なかれ過剰引き抜きとなる歪みの増加をもたらす
（延性の消耗）。本発明で処理されたワイヤーはε＞3.
5で歪みを加えた時の容量が優れている。そして脆性引
き抜き破壊を生じることなく極端に高いレベル（Ｒは32
00N/mm-2を越え、炭素量及び／又は最初のパーライト強
度によっては3500N/mm-2を越える）まで引き抜くことが
可能である。
以下の実施例は高品質の合金化されていない炭素鋼（炭
素0.74％及び0.84％）を示す。鋼の組成は以下の表に示
す。
C-74及びC-84のワイヤーロッドは、所望の半製品の直径
に加工された。この段階でワイヤーは特定のパテンティ
ング処理が施され、ゴム付着成分である黄銅（60〜75％
Cu及び40〜25％Zn）を電気鍍金した。そして引き抜いて
それぞれ異なる最終径とした。実施例１ 直径1.24mmのスチールワイヤーを580℃及び620℃のパテ
ンティング処理温度、異なる総浸漬時間で処理して、特
定の方法により変態後の保持時間を変えた。高い歪みに
おける加工硬化及び延性の効果を評価するために、ワイ
ヤーを総量で少なくとも96％の減面量と成るように引き
抜いた。
表２には従来のワイヤーとして方法Ａ（浸漬時間の総量
＞10秒、変態後の保持時間＞５秒）及び本発明のワイヤ
ーとして方法Ｂ（浸漬時間の総量６〜７秒；変態後の保
持時間５秒、特に１〜３秒）として結果を示す。
同様に引き抜き条件を注意深く行なったものでは、本発
明で処理されたワイヤーは強度レベルが高く、この強度
は極端に大きな歪みではっきりと増加することが分る。
更に本発明の処理を行なうことにより、微細結晶構造に
おいてその均一な変形を受けいれうる容量は、整列し著
しく加工硬化したセメンタイト／フェライト構造に大き
く変形した後、改善される。
実施例２ C-74の組成のスチールワイヤーを鉛パテンティング処理
し、直径1.35mmで黄銅鍍金した。２種のワイヤーをガス
オーステナイト化炉（最終ワイヤー温度950℃）及び560
℃の鉛浴からなる装置に同じ速度で走行せしめた。第１
のワイヤーは、従来公知の浴の長さ全部に渡って浸漬
し、その後直ぐに室温に冷却した。総浸漬時間は約12秒
（方法Ｃ）であった。第２のワイヤーでは、浸漬長さを
最大６秒の保持時間に限定し、ワイヤーを静止空気中で
400〜450℃で約４〜５秒冷却してから、水で室温に急冷
した（方法Ｄ）。各種ワイヤーのうち18本を0.25mmに引
き抜き、その後更に低い径に引き抜いた。５本について
は最終冷間加工性及び歪み硬化を測定した。結果を表３
に示す。
n.d.:引抜き不可能 （＋）：脆性破壊を示す 約3.5までの引き抜き歪みでは両方のワイヤーの機械的
性質を比較すると本発明のワイヤーが若干優れている。
ε値が高くなると歪み硬化中の矛盾がよりはっきりと分
り、従来のワイヤーの加工限界約ε3.80となり、それ
を越えると真歪レベルの付加的加工硬化が損われ、延性
がひどく低下する。本発明で処理されたワイヤーはε＝
3.8でもなお延性と歪み加工性を有し、約3400〜3500N/m
m-2の必要強度レベルを得ることができ、引き抜き破壊
が少なく、適切なねじり延性を有する。
［発明の効果］ 上記実施例から本発明の好適な具体例で行なったスチー
ルワイヤーのパテンティング処理を行なうことにより優
れた効果を発揮することがわかる。即ち、変態後の時間
−温度の曲線を特殊な曲線として、最終段階の直径の減
面量を総真歪が上限を越える程度（鋼組成及び最初の構
造の品質に依存するがε＝３〜3.3）、特にε値3.4〜3.
6を越える程度にスチールワイヤーを引き抜くと、延性
が改善され、冷間加工硬化容量が増加する。この結果、
加工硬化限界及び有効抗張力は高いレベルにまで移行
し、従来のワイヤー製造ではリスクが多くしかも得るこ
とができない大きな減面についても引き抜き加工するこ
とができ、工業的な引抜きを可能とする。
本発明方法は炭素含有量やパテンティング処理温度に依
存しないで行なえるように思われる。ただしその相対的
な効果は変態温度560℃〜620℃で最大である）。従って
最適ワイヤー製造条件（パテンティング処理温度又はパ
テンティング処理温度の設定形態、パーライトの微細
度、炭素量、総減面量）を組合わせることにより最大の
フレキシビリティーが得られ、最大強度及び最大引き抜
き性が得られる。
極端に変形された本発明パーライトスチールワイヤーの
セメンタイト／フェライト亜構造に関して、金属学的な
研究がなされた。その結果このワイヤー中に軸方向に伸
びたセメンタイト薄層は、従来のワイヤーのそれに比べ
て、引抜き限界を越えて引抜きがなされ、歪み硬化挙動
が相当偏析する場合にも変形容量が優れていることが分
った。引抜きによる減面量を最大にすると、セメンタイ
トは冷間加工されたフェライト程は変形することができ
ない。またセメンタイト真歪に対するフェライトの比は
1.4〜1.5までで、この段階では従来のワイヤーはすでに
過剰引抜きによる脆性を示し、セメンタイト薄層の分解
及び破壊の促進が生じる。しかし本発明のワイヤーの多
くは微細構造に関して歪みに相違生じる段階でも未だ延
性を有している。またセメンタイト薄層は安定しくびれ
抵抗性を有するので、微細組織の分離や分解を生じるこ
とがないので、フェライトを相当加工硬化することがで
きる。
従って少なくとも本発明の好適な具体例では、経済的に
有効な方法であり、広くワイヤーのパテンティングに適
用でき（鋼組成や最初のパーライト構造の微細度や硬さ
を考慮することなく）、さらに引抜き限度を引き上げる
効果を有し、パーライトスチールワイヤーの有効強度を
通常の値よりも高めて引抜きにより過剰加工硬化での信
頼性を向上する。
【図面の簡単な説明】
第１図は共析炭素鋼の時間−温度−変態（TTT）図を示
し、本発明の冷却変態曲線を他の冷却変態曲線と比較し
て示す図である。 第２図はパーライト浸漬時間が最終ワイヤー強度Ｒに与
える影響を示す図である。 第３図は異なる温度でパテンティング処理した後引抜い
た２種の炭素鋼ワイヤーの強度を示す図である。 第４図は本発明の高抗張力ワイヤーの歪み硬化と極端な
引抜き性とを従来のワイヤーと比較して示す図である。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワイヤーをパテンティング処理して変態温
    度範囲で変態せしめ、ついでパテンティング処理したワ
    イヤーを引き抜き加工して小径とするパーライト構造の
    スチールワイヤーの製造方法において、上記パテンティ
    ング処理中、ワイヤーの変態完了後５秒以内変態温度に
    保持し、かつワイヤーは３以上の真歪みに相当する加工
    を行って小径とすることを特徴とするパーライト構造の
    スチールワイヤーの製造方法。
  2. 【請求項２】ワイヤーの小径加工は3.5以上の真歪みに
    相当する特許請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】ワイヤーを保持する変態温度は520乃至680
    ℃である特許請求の範囲第１項記載の方法。
  4. 【請求項４】変態温度に保持した後にワイヤーを400乃
    至450℃に３秒以上冷却する特許請求の範囲第１項乃至
    第３項のいずれか１に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記最初の段階の冷却時間は５秒以上であ
    る特許請求の範囲第４項記載の方法。
  6. 【請求項６】ワイヤーの最終径は1.5mmまでである特許
    請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】ワイヤーの最終径は0.1乃至0.5mmである特
    許請求の範囲第６項記載の方法。
  8. 【請求項８】スチールワイヤーは炭素を0.4乃至1.2重量
    ％含有している特許請求の範囲第１項乃至第７項のいず
    れか１に記載の方法。
  9. 【請求項９】ワイヤーを引き抜いて最終抗張力を3000Nm
    m-2以上とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】ワイヤーを引き抜いて最終抗張力を3200
    Nmm-2以上とする特許請求の範囲第９項記載の方法。
  11. 【請求項１１】ワイヤーを引き抜いて最終抗張力を3500
    Nmm-2以上とする特許請求の範囲第10項記載の方法。
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