JPS62192532A - 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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JPS62192532A
JPS62192532A JP62000250A JP25087A JPS62192532A JP S62192532 A JPS62192532 A JP S62192532A JP 62000250 A JP62000250 A JP 62000250A JP 25087 A JP25087 A JP 25087A JP S62192532 A JPS62192532 A JP S62192532A
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  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
ゴム部祠等に使用する断面積の小さい高抗張カスチール
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、このワイヤーを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
1.5111m以下の直径のものを製造する場合、中間
加熱処理(多(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:A整し、最終ノくテン
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くフラット圧
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% (%は全で重量%を示す)、とくに0
.6乃至1.0%の炭素鋼合金で、更に最大1%M n
 、最大1%Si、最大0.035%P1最大0.03
5%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%CS0.2乃至0.6
%Mns 0.1乃至0.35%Si、最大0.025
%P1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1−する際
に最も好適な構造は、鉛パテンテイ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Iく
一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°
Cでオーステナイトからツク−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(構造的破損を彼る
)となり、延性が著しく低ドし、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0.1〜0.5+nm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、通常繊減面量がほぼ9796で、
有効最終抗張力が約3000乃至3200N/l1ff
12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
式に示す位置りであるならば、高抗張カスチールワイヤ
ーと呼ばれる。
Rm (N mi−” ) −2250−11301o
g 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]二、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咬態温度下
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。なお真歪と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1を項ではない。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111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前ることができる利
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(、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3200〜350ONm「
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、ワイヤーが真歪暁3を越える冷間加
工で引き抜かれると、抗張力が 3000Nm「2、好
ましくは350ONffIl11−2以上となるが、こ
のことは大変重要なことであることか認められる。
史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砂量」−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
ム付層性表面(例えば黄銅)を白゛するワイヤー及びタ
イヤのhi強に使用されるワイヤーを含む      
                i本発明及び好適な
具体例は以下の実施例及びこ0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T
1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l昆度
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ttL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。−ヒ
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、n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、13〜1
4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7点時間に相当する。合金でない共
析炭素鋼では2乃至3秒と言える。実際は、71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
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−11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、飛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図は鉛パテンテイング処理(鉛温度580℃及び6
50℃)中の浸漬時1ijl tがパテンティング処理
された(合金でない> o、go%炭素鋼を0.23m
o+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鱈580℃、ま
たは10〜15秒、P b −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■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1/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nJ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21.2
2)及び0.70%炭素(下方の曲線23゜24)を恒
温変態温度tPBの関数として1個べたものである。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バーライ!・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。モ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320ON / arm−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35
0ON / o++a−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(
60〜7596 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 、24aa+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(浸漬時間の総計
〉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。
表2:引き抜かれたワイヤーの抗張力(N/aun−2
)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8瓜は、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イング
処理し、直径1.3511101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(最終ワイヤ一温
度950°C)及び5GO℃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0.25a+n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。
表3=ワイヤー〇−74の機械的特性及び延性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(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ε=3.gQ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34
00〜350ON/as−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
自“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、変態後の時間一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関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、加工硬化限界及び宜効抗
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−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東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化じる段階でも未だ
延性を何している。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にげる
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一温度−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カ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 (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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なっ
    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、ワイヤーの小径加工は3.5以上の真歪に相当する
    特許請求の範囲第1項記載の方法。 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、変態温度に保持した後にワイヤーを400乃至45
    0℃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、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、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、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、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、ワイヤーを引き抜いて最終抗張力を3000Nmm
    ^−^2以上とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 10、ワイヤーを引き抜いて最終抗張力を3200Nm
    m^−^2以上とする特許請求の範囲第9項記載の方法
    。 11、ワイヤーを引き抜いて最終抗張力を3500Nm
    m^−^2以上とする特許請求の範囲第10項記載の方
    法。 12、特許請求の範囲第1項乃至第11項のいずれか1
    の方法で製造されたパーライト構造のスチールワイヤー
    。 13、ゴム車両タイヤの補強に使用され、ワイヤーの直
    径が0.1乃至0.5mmで、炭素を0.7乃至1.0
    重量%含有し、かつゴム付着性の黄銅を被覆したパーラ
    イト構造のスチールワイヤーにおいて、特許請求の範囲
    第1項乃至第11項のいずれか1に記載の方法で製造さ
    れたワイヤー。
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