(57)【要約】【課題】  冷間加工によって加工硬化した高炭素鋼線材を、低コスト及び高生産性で軟化させ、かつ、脱炭や酸化の少ない表面性状を持ち加工性に優れるといった高品質を有する鋼線を製造可能な、連続処理型の球状化処理方法を提供する。【解決手段】  炭素を０．７〜１．２質量％含有する高炭素鋼線材を、歪量が０．５〜３．０の範囲で冷間加工を加えた後、この加えられた歪量εに応じて、（１）式：加熱温度上限Ｔ１（℃）＝−６０×ε＋７８０で算出される加熱温度上限Ｔ１及び（２）式：加熱温度下限Ｔ２（℃）＝−７０×ε＋７２５で算出される加熱温度下限Ｔ２の範囲内に１〜１０秒加熱した後、引き続き５００〜７００℃の温度範囲で歪量が０．１〜１．０の加工を施す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を０．７〜１．２質量％含有する高炭素鋼線材を、歪量が０．５〜３．０の範囲で冷間加工を加えた後、この加えられた歪量εに応じて、下記の（１）式で算出される加熱温度上限Ｔ１及び（２）式で算出される加熱温度下限Ｔ２の範囲内に１〜１０秒加熱した後、引き続き５００〜７００℃の温度範囲で歪量が０．１〜１．０の加工を施すことを特徴とする高炭素鋼線材の球状化処理方法。
記
（１）式：  加熱温度上限Ｔ１（℃）＝−６０×ε＋７８０
（２）式：  加熱温度下限Ｔ２（℃）＝−７０×ε＋７２５
【請求項２】
請求項１記載の高炭素鋼線材の球状化処理方法を施した線材に対し、引き続き歪量が１．０〜３．０の冷間加工を加え、更にパテンティング処理を施し、その後に歪量が３．０を超える加工を加えることを特徴とする高炭素鋼鋼線の製造方法。
【請求項３】
冷間加工後の線材を連続的に加熱ずる連続熱処理設備と、当該連続熱処理設備により加熱された線材を５００〜７００℃の温度範囲で加工する加工設備とを備え、請求項１記載の高炭素鋼線材の球状化処理方法を連続的に実施することを特徴とする高炭素鋼鋼線の製造装置。
【請求項４】
請求項２記載の高炭素鋼鋼線の製造方法により製造された鋼線であって、線径が０．１５ｍｍ以下である高炭素鋼鋼線。
【請求項５】
請求項４記載の高炭素鋼鋼線を用いたタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炭素鋼線材の球状化処理方法、鋼線の製造方法、製造装置、鋼線及びタイヤスチールコード。詳しくは、高強度及び高延性であることが求められるスチールコードやホースワイヤ、ソーワイヤを製造するのに好適な球状化熱処理方法、球状化熱処理方法を用いた鋼線の製造方法、鋼線を製造するための製造装置、鋼線それ自体及び鋼線を用いたタイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から工具鋼や軸受鋼においては、鋼材の塑性加工性や切削加工性の向上及び耐摩耗性の向上のために球状化処理が実施されている。この工具鋼や軸受鋼で実施されている球状化処理は、高温・長時間の熱処理が必要であった。こうした高温における長時間の球状化処理は、製造コストの高騰、環境負荷の増大に加え、品質面においても表層脱炭や参加の懸念が高まるために、従来から球状化処理の短縮化が要望されていた。
【０００３】
一方、スチールコードやソーワイヤを製造する技術分野においては、スチールコードを使用して製造されたタイヤの軽量化や、ソーワイヤによる切削寸度向上ニーズの高まりから、高延性化、細径化が求められている。スチールコードやソーワイヤの製造方法の一例は、次のものがある。
【０００４】
線径φが５．５ｍｍの鋼材を乾式伸線設備により乾式伸線し、熱処理装置で中間熱処理を施した後、乾式伸線設備により乾式伸線してから最終熱処理をする。最終熱処理後の線材に酸洗・めっき処理を施した後に、最終湿式伸線を行って線径０．２〜０．４ｍｍの鋼線を得る。
【０００５】
現在、上記の製造方法における中間熱処理については、乾式伸線技術の向上や線径５．５ｍｍのロッドの品質向上により、省略化が図られている。具体的には、Ｃ（炭素）を０．８質量％含有する共析鋼の場合、線径５．５ｍｍのロッドから中間熱処理を経ずに加工できる限界として、線径１．２ｍｍ程度（歪量で３．０）までの細径化が可能になっている。
【０００６】
しかしながら、製品の更なる細径化ニーズに伴って、最終湿式線径前の線径ニーズが更に細くなると、中間熱処理を省略することは困難となる。中間熱処理の目的は、加工硬化した線材を軟化させて冷間加工性を回復させることであるため、必ずしも加工硬化能の高い組織であるパーライト化を図る必要性はない。
【０００７】
以上のような従来技術の課題を踏まえ、球状化処理時間の短縮については、これまでもいくつかの方法が開示されている。
例えば、特許文献１では、工具鋼等に用いられる過共析鋼の球状化処理方法に関し、熱間圧延条件の制御と冷間加工及び急速加熱・短時間保熱処理により、球状化処理の短時間化を図る技術を提案している。しかしながら、熱間圧延条件の高度な制御が一義的に必要であるため、汎用的に適用できる球状化処理方法ではない。
【０００８】
また、特許文献２では、冷間加工を受けて加工硬化した棒鋼や線材の短時間での軟化焼鈍条件に関し、急速加熱後、所定の温度範囲ごとに異なる冷却速度で冷却してから所定の温度域で温度保持する方法が記載されている。しかしながら、この方法は、冷却速度を異ならせるステップ冷却が必要である複雑な焼鈍条件であるため、量産品への適用は困難である。また、記載されたステップ冷却は、バッチ処理が基本となるため、連続処理はできない。
【０００９】
更に、特許文献３においては、鋼線の製造方法に関し、オンライン２次加工処理をすることで球状化させることか可能な製造方法が記載されている。しかしながら、加工熱処理の対象とする材料が熱間で圧延されたままの線材に限定されているため、乾式伸線の冷間加工により硬化した材料へは適用できず、したがって軟化という目的に対しては効果が限定されることは否めない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平２−２２１３２４号公報
【特許文献２】特開平８−２５３８０９号公報
【特許文献３】特開平９−２７９２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記に掲げた先行技術が有する課題を解決するためになされたものであり、冷間加工によって加工硬化した高炭素鋼線材を、低コスト及び高生産性で軟化させ、かつ、脱炭や酸化の少ない表面性状を持ち加工性に優れるといった高品質を有する鋼線を製造可能な、連続処理型の球状化処理方法を、球状化熱処理方法を用いた鋼線の製造方法、鋼線を製造するための製造装置、鋼線それ自体及び鋼線を用いたタイヤと共に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の高炭素鋼線材の球状化処理方法は、炭素を０．７〜１．２質量％含有する高炭素鋼線材を、歪量が０．５〜３．０の範囲で冷間加工を加えた後、この加えられた歪量εに応じて、下記の（１）式で算出される加熱温度上限Ｔ１及び（２）式で算出される加熱温度下限Ｔ２の範囲内に１〜１０秒加熱した後、引き続き５００〜７００℃の温度範囲で歪量が０．１〜１．０の加工を施すことを特徴とする。
記
（１）式：  加熱温度上限Ｔ１（℃）＝−６０×ε＋７８０
（２）式：  加熱温度下限Ｔ２（℃）＝−７０×ε＋７２５
【００１３】
また、本発明の別の側面は、上記本発明の高炭素鋼線材の球状化処理方法を施した線材に対し、引き続き歪量が１．０〜３．０の冷間加工を加え、更にパテンティング処理を施し、その後に歪量が３．０を超える加工を加えることを特徴とする高炭素鋼鋼線の製造方法である。
【００１４】
更に、本発明の別の側面は、冷間加工後の線材を連続的に加熱する連続熱処理設備と、当該連続熱処理設備により加熱された線材を５００〜７００℃の温度範囲で加工する加工設備とを備え、上記本発明の高炭素鋼線材の球状化処理方法を連続的に実施することを特徴とする高炭素鋼鋼線の製造装置である。
【００１５】
また更に、本発明の別の側面は、上記本発明の高炭素鋼鋼線の製造方法により製造された鋼線であって、線径が０．１５ｍｍ以下である高炭素鋼鋼線である。
更に、本発明の別の側面は、上記本詰め意の高炭素鋼鋼線を用いたタイヤである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、冷間加工後の鋼線を連続的にかつ効果的に球状化処理することができ、ひいては高延性・高強度化のニーズに応じて細径化した鋼線を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の鋼線の製造装置の一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の高炭素鋼線材の球状化処理方法、鋼線の製造方法、製造装置、鋼線及びタイヤを、より具体的に説明する。
【００１９】
本発明の高炭素鋼線材の球状化処理方法は、炭素を０．７〜１．２質量％含有する高炭素鋼線材を、歪量が０．５〜３．０の範囲で冷間加工を加えた後、この加えられた歪量εに応じて、上記の（１）式で算出される加熱温度上限Ｔ１及び（２）式で算出される加熱温度下限Ｔ２の範囲内に１〜１０秒加熱した後、引き続き５００〜７００℃の温度範囲で歪量が０．１〜１．０の加工を施す。
【００２０】
出発材としての高炭素鋼線材は、線径が例えば５．５ｍｍのロッドであり、熱間圧延により製造されたものを用いることができる。高炭素鋼線材は、主にスチールコードやソーワイヤに要求される高強度を具備するために必要な化学成分組成として、炭素含有量が定められる。つまり、スチールコード、ホースワイヤおよびソーワイヤなどの用途に要求されるワイヤ強度と延性を確保するために、高炭素鋼線材の炭素含有量は、０．７〜１．２質量％である。
【００２１】
まず、強度確保の面から０．７質量％以上が必要である。一方、炭素含有量が１．２質量％を超えると、伸線加工性を著しく劣化させる。
【００２２】
上記高炭素鋼線材に、歪量が０．５〜３．０の範囲で冷間加工を加える。この冷間加工は、乾式伸線設備による乾式伸線が代表的である。冷間加工の歪量を０．５〜３．０の範囲とするのは、０．５に満たないと（炭化物を十分に伸長させることができないため、球状化の処理時間および球状化組織の均一性）の点で不利であり、３．０を超えると（断線の可能性が高まる）という不具合が生じるおそれがあるためである。なお、線材に加えられる歪量εは、加工前の鋼線材の直径をｄ０（ｍｍ）とし、加工後の鋼線材の直径をｄ１（ｍｍ）とするとき、次式ε＝２・ｌｎ（ｄ０／ｄ１）で求められる。ｌｎは自然対数である。後で説明する加熱後の加工の歪量、球状化処理後の歪量も同様に求められる。
【００２３】
冷間加工後は、冷間加工で加えられた歪量εに応じて（１）式で算出される加熱温度上限Ｔ１、すなわち、
加熱温度上限Ｔ１（℃）＝−６０×ε＋７８０
及び（２）式で算出される加熱温度下限Ｔ２、すなわち、
加熱温度下限Ｔ２（℃）＝−７０×ε＋７２５
の範囲内に１〜１０秒加熱する。冷間加工での歪量（ε＝０．５〜３．０）に応じて上記の式で示す温度範囲に加熱することとしたのは、冷間加工により伸長した炭化物（主としてセメンタイト）を分断・微細化させながらも、析出核として重要なセメンタイトを完全に固溶させず適正量を残存させるためである。
【００２４】
上記（１）式及び（２）式で上限、下限が定められた適切な温度域は、歪量と相関があり、歪量が大きいほど適切な温度は低くなる。すなわち、歪量が高いものは、比較的容易に炭化物の分断が進む。かかる相関について詳細に調べた結果として、上記（１）式及び（２）式の係数及び切片が定められた。
【００２５】
次に、上記温度範囲での処理時間を１〜１０秒としたのは、１秒未満であると、上記反応が進まず、また、１０秒を超えると、生産性を阻害するおそれがあり、また、鋼材の表面性状、ひいては鋼線の表面性状に悪影響を及ぼすおそれがあるためである。より好ましい処理時間は３〜７秒である。
【００２６】
上記加熱後に、引き続き５００〜７００℃の温度範囲で歪量が０．１〜１．０の加工を施す。この加工は、加工による歪により、金属組織の結晶粒内にも核生成サイトを与え、極めて短時間にセメンタイトを析出させるとともに、均一化を図るためである。加工の歪量は、０．１以上ないと上記効果が得られず、また、０．１以上であれば組織均一化の観点から歪量は大きいほうが望ましいが、この加工で過度な加工を加えることは、炭化物からのクラック発生を誘発させるために上限は１．０とする。より好ましい歪量は０．４〜０．８である。加工の手段は、伸線、圧延など手段は問わないが、高温での加工という観点から圧延加工が望ましい。
【００２７】
本発明の上記球状化処理を施すことにより、冷間加工後の線材を十分に軟化させて伸線加工性を回復させることができる。また、従来、提案されてきた球状化処理方法に対し、加熱条件が低温であること、及び短時間処理が可能であることといった優位性があるため、環境負荷が少なく、高生産性を有することに加え、脱炭や酸化も抑制される利点がある。
【００２８】
次に、本発明の鋼線の製造方法について説明する。鋼線の製造方法においては、球状化熱処理後は冷間加工を施す。具体的には、冷間加工として乾式伸線を行う。本発明4により球状化処理された鋼材はパテンティング処理されて金属組織がパーライト化された鋼材と比べて加工硬化能が低いため、冷間加工に要するエネルギーも少なくて済む。一方、加工限界に対しては懸念もあるが、以下に述べる歪量１．０〜３．０の範囲内であれば、断線やクラック発生といった問題は生じない。球状化熱処理後の冷間加工の歪量は、最終製品の線径及び得たい強度に合わせて設計される。もっとも、球状化熱処理後の冷間加工の歪量εが１．０未満であると、加工が均一に線材に導入されないおそれがあり、これによりパテンティング後の熱処理組織も極めて不均一になるので下限は１．０とする。もしパテンティング後の金属組織が不均一であると、パテンティング後に実施する歪量が３．０を超える強加工、具体的には湿式伸線加工時に断線を生じる。一方、歪量の上限は３．０であるが、これを超えると炭化物とフェライトとの界面にクラックが生じ断線するか、やはりパテンティング後に実施する歪量が３．０を超える加工で断線を生じる。
【００２９】
上記球状化処理後の冷間加工を加えた後、更にパテンティング処理を施す。パテンティング処理は、特に限定されず、通常実施されているパテンティング処理条件に従って行えばよい。
【００３０】
パテンティング処理後は、製造される鋼線がゴム物品補強のために用いられる場合には、酸洗により脱スケールと表面清浄化をしたのち、後工程の湿式伸線時の潤滑性向上とゴム密着性向上のためにめっき処理、特にブラスめっき処理が施される。
【００３１】
次いで歪量が３．０を超える加工を行う。加工は、特に、湿式伸線を行うことができる。
以上の工程を含む本発明の鋼線の製造方法により製造された鋼線は、湿式伸線後の最終線径が０．１５ｍｍという、細径化が可能となった。
【００３２】
本発明の鋼線の製造方法を実施するための鋼線の製造装置の一例のブロック図を図１に示す。図示した本実施形態の鋼線の製造装置は、ロッドを冷間加工する冷間加工設備としての乾式伸線装置１１と、この乾式伸線装置１１によって伸線加工された線材を連続的に加熱する連続熱処理設備としての加熱炉１２と、この加熱炉１２により加熱された後の所定温度域で線材に加工を加える加工設備としての圧延装置１３と、圧延装置で圧延加工された線材に冷間加工を施す冷間加工設備としての乾式伸線装置１５と、パテンティング装置１６と酸洗めっき装置１７と、最終加工装置１８.とを備えている。本実施形態の製造装置は、加熱炉１２と圧延装置１３とからなる球状化処理装置１４を備えることから、球状化処理を連続的に実施することができ、よって低コスト及び高い生産性で、しかもスケール付着が少ないために表面性状に優れる鋼線を製造することが可能である。
【００３３】
本発明の鋼線は、高強度、高延性を有する鋼線であり、また、線径０．１５ｍｍ以下という細線とずることができる。スチールコード、ソーワイヤに用いて好適である。
本発明のタイヤは、本発明の鋼線を用いたスチールコードにより補強されたタイヤである。
【実施例】
【００３４】
以下に述べる実施例では、素材には線径がφ３．０〜３．５ｍｍの伸線加工した線材を用いた。この線材の化学成分組成は、表１に示すとおりである。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
この線材に様々な条件で加工熱処理を加えて線径φ２．５〜３．０ｍｍの線材を製造し、得られた線材の金属組織の観察を実施した。製造条件は表２のとおりであり、加熱温度、加工前の冷却速度、加工温度、加工歪、歪速度、加工後の冷却速度をパラメータとして変動させた。加工は、一対の圧延ロールを線材の進行方向に（1〜3）段に設けた圧延設備による圧延を行った。金属組織はＰＢＳの目標を１５μｍに設定し、疑似パーライトを含むパーライト組織の体積分率が90％以上の組織を健全なパーライト組織として評価した。表２に得られた結果も併せて示している。表２中、組織の健全性は、健全なパーライト組織であった場合を○印、健全なパーライト組織ではなかった場合を×印で示した。
【００３７】
【表２】
2014145124.tif 000004
【００３８】
表２から、本発明に従い、圧延による加工熱処理を行った各実施例は、加工前及び／又は加工後の冷却速度を比較的低い速度で行っても、微細なＰＢＳであり、金属組織が健全であった。
【符号の説明】
【００３９】
１２：加熱炉（連続熱処理設備）
１３：圧延装置（加工設備）
【図１】
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