(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき付着量が520g/m2 以上のめっき層を備えた溶融亜鉛めっき鋼線であって、当該めっき層におけるFe−Zn合金層厚さが20〜30μm で、外層部が亜鉛層で構成され、同じく当該めっき層のめっき表面層粗さがRmax50μm 以下であることを特徴とする架空送電線用亜鉛めっき鋼線。
【請求項２】
溶融亜鉛めっき槽に鋼線を連続的に浸漬し、所定速度で引き上げて第１溶融めっき層を形成し、該溶融めっき層が凝固してから、得られためっき鋼線を溶融亜鉛めっき槽に浸漬し、所定速度で引き上げる操作を１回または２回以上繰り返すことを特徴とする、請求項１記載の架空送電線用亜鉛めっき鋼線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、架空送電線用超厚亜鉛めっき鋼線とその製造方法、特に表面性状ならびに加工性良好な架空送電線用亜鉛めっき鋼線とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
架空送電線は、鉄塔などの支柱に支持された電力搬送用の電線と雷遮蔽用の架空地線から構成されている。電線は、通常10本程度の鋼線を撚った抗張力用芯線の周りにアルミニウム等の導線を巻き付けて構成される。また、架空地線には鋼より線が使用されることが多い。
【０００３】
これらに使用される鋼線には、すでに規格があり、亜鉛めっき鋼線と呼ばれている。
例えば、ASTM B498 には、Class Ａとして亜鉛付着量260g/m2 以上、Class Ｂとして亜鉛付着量520g/m2 以上、Class Ｃとして亜鉛付着量780g/m2 以上の亜鉛めっき鋼線が規定されている。
【０００４】
JIS にも同様の規格があり、JIS C3110 には、架空送電線に使用する鋼芯アルミニウムより線の鋼芯線として、例えば線径3.2mm の場合、鋼線の溶融亜鉛めっきあるいは電気亜鉛めっきによる亜鉛付着量は245g/m2 以上であることが規定されている。
【０００５】
このように従来にあっても、すでに架空送電線用亜鉛めっき鋼線としては実際に各種のものが使用されていることが判る。
また、JIS G3548 では、亜鉛めっき鋼線としては、例えば線径3.2 〜4.Omm の場合、用途によって250g/m2 以上、230g/m2 以上あるいは50g/m2以上というように規定されている。同じく、JIS G3537 においては、亜鉛付着量を薄めっき、厚めっき、特厚めっきに区分し、例えば線径3.2mm の場合、薄めっきを亜鉛付着量160g/m2 以上、厚めっきを亜鉛付着量230g/m2 以上とし、特厚めっきについては規定していない。
【０００６】
鋼線が亜鉛めっきを施して用いられるのは、大気中で使用されることから、所定の耐食性が必要とされるからである。
また、架空送電線用の鋼線は、複数の細い線を撚り合わせて太い撚り線として用いることから、めっき層も含めて加工性に優れていることが求められる。そのため、上述のJIS C3110 の規格によれば、巻き付け性として、溶融亜鉛めっきによるめっき鋼線では鋼線の径の15倍、電気亜鉛めっきによるめっき鋼線では鋼線の径の５倍の直径を有する円筒に緊密に６回以上巻き付けた時にめっき層に著しい亀裂が生じないことが求められている。
【０００７】
その他、表面の平滑性も求められるが、これは、より線としたときの線同士の密着性や電気的な性能を高めるためであり、また、機械的外力によるめっき層の剥離の危険性を避けるためである。
【０００８】
ところで、このような架空送電線用の鋼線に対するめっき層は、通常、その効果とコストを考慮して、溶融亜鉛めっきによって形成されている。
ここに、鋼線に施される溶融亜鉛めっき層の構造を説明すると、図１に模式的に示すように、基体である鋼素地10の上にFe−Zn合金層12が形成され、その上にZn層、例えば純Zn層14が設けられた構造となっている。電気亜鉛めっきの場合、この合金層12は生成しない。合金層12およびその外層部である純Zn層を含めた被覆層をめっき層と称する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近になって、酸性雨等に代表されるように、大気中における各種腐食要因の増加が見られ、それに対して架空送電線にあっても、更なる耐食性の改善が求められるようになってきている。
【００１０】
一方、撚り加工の高速化等の観点から、加工性についても更なる改善が求められるとともに、送電線の工事時に受ける機械的ダメージを極力小さくすることが求められる。
【００１１】
そして、長距離にわたる超高圧送電が行われるようになり、めっき鋼線にも一層優れた経済性とその信頼性の更なる改善が求められるようになってきている。
ここに、本発明の課題は、より安価な手段で製造される、耐食性および加工性、耐剥離性に優れた信頼性の高い架空送電線用亜鉛めっき鋼線とその製造方法を提供することである。
【００１２】
より具体的には、長距離にわたる超高圧送電を行う条件下での耐食性に優れ、高速撚り線加工に際して求められる加工性を満足し、さらに安価な手段により製造可能な信頼性の高い架空送電線用亜鉛めっき鋼線とその製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
架空送電線用鋼線に溶融亜鉛めっきを行う場合、その厚さは高々300g/m2 であり、耐食性を改善するには十分ではない。しかしながら、単に耐食性を改善するのであれば、めっき層の厚さを厚くすればよいが、めっき層を厚くすると今度は加工性が十分でなくなるという二律背反的な問題がある。
【００１４】
なお、電気めっきの場合、時間をかければめっき層を厚くできるが、溶融亜鉛めっきの場合、溶融めっき浴からの引上げ速度を大きくしても厚膜化には限度があるからである。
【００１５】
ところで、JIS およびASTMの規格でも300g/m2 を超える溶融亜鉛めっきについては何ら規定していない。これは実際の問題としてそのような特厚めっきは製造できないのが実情であるためである。現在、溶融亜鉛めっき法による架空送電線用亜鉛めっき鋼線としては、通常200 〜300g/m2 のめっき付着量の鋼線が使用されているが、本発明者らの実験によれば、そのような溶融亜鉛めっき層を単純に厚膜化したときには、めっき浴からの引き上げ速度を単純に増加させることで厚膜化を図っていることから、その厚膜化、つまり引き上げ速度がある限界を越えると急激にその表面粗さが増大して、それに伴いめっき未着、コブ状の付着などの表面欠陥発生率も急激に増大して実用化できないことが判明した。
【００１６】
図２において実線で示すグラフは、溶融亜鉛めっき層厚さとそのときに表面粗さとの関係を示すグラフである。溶融亜鉛めっき層厚さが440g/m2 を越えると表面粗さが急速に増大しているのが分かる。このように表面粗さが大きくなると、実用的とは言えない。通常、表面粗さは、Rmaxで50μm 以下とするのが好ましい。
【００１７】
同じく、図３に実線で示すように、溶融亜鉛めっき層厚さが440g/m2 を越えると、表面欠陥の発生が多くなることが分かる。
このように、従来にあってFe−Zn合金層厚さを20μm 未満として、例えば付着量600g/m2 を得るには、純亜鉛部の付着量を450g/m2 以上確保することが必要となり、めっき表面粗さRmax50μm 超となる。
【００１８】
一方、Fe−Zn合金層厚さが30μm を超えると、架空電線の撚り工程でめっきの割れや剥離が発生するようになる。
ここに、本発明者らは、かかる課題を解決するために、種々検討を重ね、その経済性を考えた場合、所要の耐食性を改善するためには、溶融亜鉛めっきが有効であることに着目し、溶融亜鉛めっきを厚膜化すること、およびそのように厚膜化したときの加工性の劣化 (表面粗さの増加) を如何に改善するかについてさらに種々検討を重ねた。
【００１９】
そこで、まず、鋼線に溶融亜鉛めっきを行う場合の冶金学的構造を解析すべく、その生成機構を検討した。
すなわち、溶融亜鉛めっき法では、こうした厚亜鉛めっき鋼線を安定して製造するのは、使用するめっきラインの構成 (亜鉛めっき槽の浸漬距離等) に制約されて一般に非常に困難とされている。
【００２０】
すでに述べたように、溶融亜鉛めっき鋼線のめっき層は、図１に示すごとく、Fe−Zn合金層とZn層、例えば純Zn層の２層から構成される。以下、純亜鉛層として説明する。
【００２１】
Fe−Zn合金層は、溶融亜鉛めっき槽内での鋼線と溶融亜鉛との間での合金化反応で形成され、均一に被膜形成される。
なお、合金層厚さは亜鉛めっき槽内の浸漬時間と溶融亜鉛浴温度で決定される。
【００２２】
純亜鉛層は、亜鉛めっき槽から鋼線を引き上げる過程で鋼線に付着して引き揚げられ、合金層の上に層状に固まり、外層としての純亜鉛層を形成する。
純亜鉛層は、層厚さが薄い場合は比較的に均一に形成されるが、厚くなるに従って不均一化する傾向にある。また、ドロス等の不純物をめっき層に巻き込む危険性がある。
【００２３】
一方、Fe−Zn合金層は金属間化合物のため、硬度(HV:140)で非常に硬いが、純亜鉛層は硬度(HV:55) で延性に富む。
従って、Fe−Zn合金層が厚くなりすぎると架空線の撚り工程で合金層の割れが発生する危険性がある。
【００２４】
そでここれらの点を実験的にも確認するために、溶融亜鉛めっき層に生じるFe−Zn合金層の厚さを厚くしためっき層を形成して、そのときの溶融亜鉛めっき層厚さと表面性状との関係を求めたところ、図２および図３の点線で示す結果が得られた。すなわち、Fe-Zn 合金層厚さを17μm から25μm へと増加させて溶融亜鉛めっきを行ったところ、合計亜鉛めっき層厚さを600g/m2 にまて増大させても表面粗さは増加しないことを見いだした。
【００２５】
本発明におけるかかるめっき層厚さはJIS 規格の特厚めっき厚さを超えており、本明細書では、「超厚」めっき層と言う。
かかる知見は、Fe-Zn 合金層厚さを従来のような17μm 程度から25μm 程度にまで増加させることで、亜鉛めっき層を飛躍的に増加できることを意味するのである。
【００２６】
よって、本発明者らは、架空送電線の厚亜鉛めっき鋼線を溶融亜鉛めっき法で製造するためには、Fe−Zn合金層と純亜鉛層に適切な比率があり、めっき付着量≧520g/m2 の溶融亜鉛めっき鋼線の場合、Fe−Zn合金層厚さが20〜30μm であることが重要であることを知り、本発明を完成した。
【００２７】
ここに、本発明は次の通りである。
(1) めっき付着量が520g/m2 以上のめっき層を備えた溶融亜鉛めっき鋼線であって、当該めっき層におけるFe−Zn合金層厚さが20〜30μm で、外層部が亜鉛層で構成され、同じく当該めっき層のめっき表面層粗さがRmax50μm 以下であることを特徴とする架空送電線用亜鉛めっき鋼線。
【００２８】
(2) 溶融亜鉛めっき槽に鋼線を連続的に浸漬し、所定速度で引き上げて第１溶融めっき層を形成し、該溶融めっき層が凝固してから、得られためっき鋼線を溶融亜鉛めっき槽に浸漬し、所定速度で引き上げる操作を１回または２回以上繰り返すことを特徴とする、上記(1) 記載の架空送電線用亜鉛めっき鋼線の製造方法。
【００２９】
ここに、本発明の好適態様によれば、めっき付着量が520g/m2 以上、680g/m2 以下である。なお、上記Fe−Zn合金層厚さ20〜30μm は、めっき付着量換算で150 〜215g/m2 である。同じく、外層部を構成する亜鉛層、例えば純亜鉛層は、その残部でめっき付着量換算で450 〜385g/m2 である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。
本発明の特徴とするところは、架空送電線用亜鉛めっき鋼線において、合金層の厚さを20〜30μm とすることで、めっき付着量520g/m2 以上を確保することにある。
【００３１】
このように、本発明にあっては、合金層厚さを20〜30μm とするが、これは、繰り返し溶融亜鉛めっきを行うことで溶融亜鉛めっき層の厚膜化と同時に実現するのである。
【００３２】
ここに、本発明にかかる上述のようなめっき鋼線を製造する方法について簡単に説明する。
まず、所定線径の鋼線を用意し、これに溶融亜鉛めっきを行うが、そのときの浴通過速度 (引き上げ速度) とめっき厚さとの関係を予め求めておき、目的厚さのめっきが何回の浸漬で実現されるか予測し、そのときの温度条件と合計浸漬時間との関係から、合金層の形成厚さを予測する。簡単に云えば、浸漬( めっき) 回数に応じて合金層の厚さは増大するから、所定厚さの合金層が確保できる最少回数で目標とするめっき層厚さが達成できる浴通過速度を求めることで、所定の通過速度、および浸漬回数が決定される。なお、めっき処理自体はすでに慣用の操作を繰り返せばよい。本発明において特にその点において制限されることはない。
【００３３】
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。
【００３４】
【実施例】
本例では、JIS G3506SWRH67 Ｂを素材とした架空送電線用鋼線（直径3.15mm）を用意し、これに通常の溶融亜鉛めっき槽を使用して、溶融亜鉛めっきを行った。めっき槽の通過速度は29.5m/min.であり、そのときのめっき浴の温度は445 ℃であった。
【００３５】
このようにして得られためっき鋼線に「鋼線の直径の５倍径の円筒」を用いて巻付け試験を行った。そのときのめっき層の割れの有無により加工性を評価した。また、合金層厚さは光学顕微鏡により測定し、表面粗さは表面粗さ計により測定した。
【００３６】
JIS C3110 の規格では、溶融亜鉛めっき鋼線の巻付け試験は「鋼線の直径の15倍径の円筒」を用いて行うが、本発明の場合には、より過酷な試験条件となる「鋼線の直径の５倍径の円筒」を用いて行った。
【００３７】
比較例として、めっき槽での通過速度、つまり引き上げ速度を36.5m/min.に上げて590g/m2 の付着量を確保した場合、および本発明に準じて複数回数の浸潰を行うことで600g/m2 の付着量を確保した場合を示す。
【００３８】
結果を表１にまとめて示す。
【００３９】
【表１】
0003644429.tif 000002
【００４０】
表１に示す結果からも分かるように、本発明によれば、亜鉛付着量590g/m2 以上であって、めっき層の割れが見られず、表面粗さRmaxも35μm 以下に抑えることができた。
【００４１】
なお、比較めっき鋼線１は、Fe-Zn 合金層厚さが17.5μm と小さいため、表面粗さがRmax60μm を越えている。また比較めっき鋼線２は、Fe-Zn 合金層厚さが30μm を越えているため、撚り線加工に際してめっき層の割れが見られ、加工性が十分とは言えない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明にかかるめっき鋼線は、架空送電線用厚めっき鋼板に要求される諸特性を有するのであって、本発明の実際上の意義が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融亜鉛めっき鋼線のめっき層を示す模式的説明図である。
【図２】トータル亜鉛付着量と表面粗さの関係を示すグラフである。
【図３】トータル亜鉛付着量と表面欠陥発生率の関係を示すグラフである。
【図１】
0003644429.tif 000003
【図２】
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【図３】
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