(57)【要約】      （修正有）【課題】直進式連続伸線機によって高抗張力鋼線を伸線する際、鋼線の昇温に起因する歪み時効硬化（脆化）をより少なくする方法提供する。【解決手段】引抜の伴う鋼線の昇温は、塑性加工理論から鋼線の変形抵抗に比例し、且つ伸線条件（減面比、ダイス角、摩擦係数）に依存する。他方で逆張力は引抜応力を減じ昇温を軽減することが帰結される。伸線温度を鋼線の脆化が検出される約１４５℃以下に制御するため引抜直後の鋼線温度を測定し、制御器を介して逆張力を前方張力の３５％以上に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆張力が作用する直進式連続伸線機によって鋼線を伸線する方法おいて、逆張力の大きさを引抜前の鋼線の降伏力の２０％以上とし、引抜後の鋼線の温度を１４５℃以下に抑制することを特徴とする連続伸線方法。
【請求項２】
鋼線温度を測定した信号を逆張力調整機構に入力し、該温度が１４５℃以上の場合には逆張力を増加させて該温度以下に誘導することを特徴とする請求項１に記載した連続伸線方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼線材を引抜いて鋼線とする際の連続伸線方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼線は通常線材を孔ダイスにより引抜き、所望径と所望機械的性質に加工したものであるが、その際多くの場合多数のパスを要するので直列配置した単頭引抜釜を順次無停止で通過する連続伸線機（以下連伸機と称する）が多用される。
連伸機における問題の一つは以下である。引抜に伴う加工熱により鋼線は昇温する。該鋼線は巻回された引抜釜との接触により徐々に冷却するが連伸機ではその冷却過程で次パスに誘導され加工前温度が前段よりも上昇し、その分加工後温度も上昇する。昇温が反復累積され、加工硬化とは別の鋼線の硬化・脆化（時効硬化と称される）をもたらす。特に高抗張力鋼線では降伏力が大きいために加工発熱・昇温が大きく脆化が進行し易い。当該品質問題に対して冷却の強化と発熱の抑制の両面から策が講じられている。
【０００３】
冷却強化に関しては例えばダイス出口において鋼線を直接水冷する方法は有効だが、付着水が次の引抜の潤滑性を阻害するので最終釜しか適用しにくい。
通常引抜釜の水冷強化や釜への捲回数の増加による冷却時間稼ぎ等が採用される。引抜釜への捲回には２種の方式がある。一つは蓄線式で、重合して釜に捲き充分な蓄積量を持ち、その結果冷却時間が長く伸線温度制御に対処し易い。また釜間の速度調整が簡単である。品質に対して厳しくない製品に多用される。
【０００４】
他は直進式で鋼線は釜に整列捲きされ且つ常時張力状態で釜間を渡り歩く。逆張力が作用し、ダイス面圧が下がりダイス寿命に良い、ネジレが入りにくく線癖が良い、キズが付きにくい、潤滑が安定する等品質には有利である。他方張力の制御不適による断線（そのため逆張力比は比較的大きくしない）や、冷却が不足傾向（対策として作業的には伸線速度の抑制、設備的には釜の大型化がなされる）、釜間の速度調整を正確に行うための機構が複雑になる等の問題がある。本願発明は品質に有利な該直進式を対象としている。
【０００５】
他方発熱の抑制に対しては、パス当たりの加工度（減面率）の抑制がなされるがパス数増加による釜数不足が生ずることがある。製品の高抗張力化は加工度の増加を必要とするのでパス数を増加させなければならない。そのため最近では新設機は連結釜数が増加する傾向にあり設備費の負担が極めて大きい。
高性能潤滑剤の採用（低摩擦による発熱の減少）はそれなりの効果があるが充分ではなく又高コストになる等の問題がある。従って有効な策が無いのが実態である。勘違いで伸線速度を下げることがなされるが冷却には効果があっても昇温には無効である。
【０００６】
特許文献１には伸線温度をある水準以下に制御することにより鋼線の脆化を防止することが開示されている。所定温度に制御する方法としては減面率の減少による昇温の抑制の他は冷却の強化、伸線速度の減少等が上げられているがいずれも公知公用の手段である。
【０００７】
特許文献２には直進式伸機において張力調整と速度調整がやり易い新機構が開示されている。逆張力の安定により伸線の作業性には優れるが逆張力の意義について従来の知見を越えるものは何も示唆されていない。
【０００８】
特許文献３には、直進式連伸機において歪み時効による脆化を抑制するため引抜釜の釜径の軸方向傾斜（釜形状を円錐台型にする）を適切に設定することにより鋼線と釜との接触を良くして冷却能を上げることが開示されている。本方法は冷却には有効であるが昇温には無関係である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2007-29965
【特許文献２】特開平8-24939
【特許文献３】特開平7-124628
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ピアノ線、ＰＣ鋼線等の高抗張力鋼線は伸線に際して、通常品質に有利な直進式連伸機が使用されるが、高抗張力故に鋼線の昇温が大きくその結果歪み時効脆化が発生し易い。伸線温度を所定値以下に管理しなければならないが、そのためには伸線機の冷却能を強化すること、引抜に伴う発熱を抑制することの両面の対策が必要となる。冷却能が不足する場合には伸線速度を下げざるを得ず生産性の低下をもたらしている。他方発熱面では減面率を下げる策が講じられるが、釜数不足になり特別の対策（例えば設備の新設・増設、２回伸線等）が必要になる。近年の製品の高抗張力化は当問題をさらに難しくしている。
【００１１】
本願発明は、上記問題に対して通常の冷却能においても又通常の減面率においても伸線温度を許容される水準以内に制御することを解決すべき課題とし、そのため引抜に伴う発熱を極力抑制し得る方法を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】
課題解決に当たり、伸線温度の変化を実地に詳細に調査したところ昇温量には逆張力が関係しているらしいこと、他方塑性加工理論を整理すると逆張力がダイス面圧を下げやはり昇温量を下げることが判明した。あまりに単純な帰結に対して先行文献を調査したところ同類の見解は見つからず業界ではまだ気付かれていない現象ではないかと推測し、以下の発明をなした。
【００１３】
本願の第１発明は、逆張力が作用する直進式連続伸線機によって鋼線を伸線する方法おいて、逆張力の大きさを引抜前の鋼線の降伏力の４０％以上とし、引抜後の鋼線の温度を１４５℃以下に抑制することを特徴とする連続伸線方法である。
但し上記温度は、引抜釜上に捲回された鋼線列の最下段の温度とする。
【００１４】
第２発明は、鋼線温度を測定した信号を逆張力調整機構に入力し、該温度が１４５℃以上の場合には逆張力を増加させて該温度以下に誘導することを特徴とする第１発明に記載した連続伸線方法である。
【発明の効果】
【００１５】
上記の発明による第１の効果は、鋼線の伸線温度が所定値（例：１５０℃）以下に制御され、歪み時効硬化が抑制され、靱性のある高抗張力鋼線が容易に得られる。
第２の効果は、鋼線の温度を所定値以下に抑制するため従来の方法である減面率を低位に設定する必要が無くなり、既存の伸線機でも総減面率をかなり大きくすることができる。
第３に、張力制御の方法が温度センサーを入力とする電子制御によって駆動機構を調節すると言う比較的簡単であって容易に付設することができる。
第４に、温度履歴が記録され品質保証に効果的に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の連続伸線方法を実施する連伸機の概略図である。
【図２】連伸機における伸線温度の実態と計算を比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明を実施する直進式連続伸線機の概略図である。通常６〜１２頭の引抜釜が直列しているが説明に必要な３頭に止める。
線材１が連伸機２に供給され、所定減面率を持った第１ダイス３を通過し、第１釜４に捲回されて引抜かれる。引抜かれた中間の鋼線５は加工熱により瞬間的に昇温する。該鋼線５は該釜４から接触冷却を受ける。所定温度以下に冷却する必要時間分の長さが捲回される。次いで該鋼線５はダンサーローラー６を迂回して第２ダイス７を通過し同様に第２釜８に捲回される。第２釜８の速度は第１釜４の速度を基準とし、減面率に対応して『断面積×速度＝一定』の条件で設定される。
【００１８】
前記ダンサーローラー６は二つの機能を持つ。一つは引抜抵抗として作用し、第１釜とその下流の第２ダイス間に逆張力を発生させる。
他は、減面率と速度比の比例関係により鋼線の軌跡・張力は基本的には一定だが僅かな差異が累積すると釜間の張力の均衡がずれてくる。ダンサーローラーの位置を検出して微妙な速度制御がなされる。
該ダンサーローラー６は押込み量が大きいほど逆張力は大きくなる構造となっている。釜上に捲回された鋼線を放射温度計９により測温し、温度に対応して制御器１０を介し、ダンサーローラー１０を押圧して逆張力を調節する。温度が１４５℃以上では鋼線の脆化が認められるようになるので押圧量を大きくし、温度が低下することを確認して当該位置を維持する。ここで鋼線温度は時々刻々変化する値で測温部位は一定にしておく。引抜釜に最初に接触した部位即ち捲回された鋼線列の最下段とする。
【００１９】
引抜による昇温について説明する。
引抜動力の大部分は鋼線の昇温に消費される。その内の鋼線表面の摩擦熱は鋼線内部へ向かう伝導伝熱とダイスへ向かう伝熱に分かれるが、それぞれの温度勾配と熱伝導率の差からダイスへ向かう熱量は無視してよい。昇温量はＫｏｂｅｌの引抜式を展開して以下となる。
昇温ΔＴ(℃)＝発熱Ｑ(kcal/h)／熱容量（＝比熱×生産能率Ｐ）(kcal/℃/h)
発熱Ｑ≒引抜動力Ｅ＝荷重×速度＝σ・A・V
一方塑性加工論から引抜動力は以下に分解される。
引抜動力Ｅ＝変形動力Ｗ＋内部摩擦Ｆｉ＋表面摩擦Ｆｓ
変形動力Ｗ＝降伏応力ｋ×距離/時間＝k・A・V・ln[Ao/Ai]
内部摩擦Ｆｉ＝k・A・V・4/3√3・α
表面摩擦Ｆｓ＝k・A・V・μ/α・ln[Ao/Ai]
【００２０】
以上から次の５式が誘導される。
Ｅ=k・A・V・[ln(Ao/Ai)+4/3√3・α+μ/α・ln(Ao/Ai)]        −−−−（１）
Ｐ=ρ・A・V                                             −−−−（２）
ΔＴ=Ｅ/cρAV=k・[ln(Ao/Ai)+4/3√3・α+μ/α・ln(Ao/Ai)]/cρ −−（３）
=σ/cρ                                           −−−−（４）
σ/k=  ln(Ao/Ai)+4/3√3・α+μ/α・ln(Ao/Ai)            −−−−（５）
ここで記号は以下である。
k：降伏応力    Ao：加工前断面積    Ai：加工後断面積    α：ダイス半角    μ：摩擦係数    c：比熱    ρ：密度    V：伸線速度    σ：引抜応力
【００２１】
（３）式から以下のように整理される。
昇温量は発熱量／生産能率に比例するものであるが、要因としては単純に降伏応力ｋと伸線条件（減面比Ao/Ai、ダイス角α、摩擦係数μ）の積に比例し、伸線速度や線径（断面積）等は無関係である。高抗張力鋼線では降伏応力k値が大きいので昇温が大きくなり問題となり易いことが解る。
【００２２】
逆張力が昇温にどのように影響するか検討する。既述のように発熱量Ｑは引抜動力Ｅであり、引抜動力Ｅは引抜応力σに比例する。（５）式の左辺は降伏応力kに対する引抜応力σの比（引抜応力比）を表し、通常０．４〜０．５である。高抗張力鋼線の場合、後段の釜では減面比が小さくなる分と摩擦が増加する分とが相殺され全パスとも該比は０．５に近い。  該応力比は式から解るように既述の伸線条件のみに関わる。降伏応力k値は引抜材の場合抗張力の約８０％である。
引抜応力σはダイス面圧の引抜方向分力に相当し、該分力は後方（上流側）に向かう。従って該ダイス面圧は逆張力が作用するとその分減少する。即ち発熱量Ｑが減少することになる。通常、逆張力伸線では釜間張力自体は増加するが引抜応力（ダイスへの負荷）は２０〜３０％減少している。下記文献には逆張力による引抜応力σの減少とその計算方法が記載されている。
引用文献：  塑性加工：鈴木  弘、裳華防、P80~81
【００２３】
逆張力は引抜に伴う発熱を減少させるという当然の理論的帰結に関して、従来ほとんど気付かず、議論されてこなかった理由には、１）通常それほど高強度ではないこと、２）高強度の場合は細線（例：スチールタイヤ鋼線）が多く、湿式伸線の故に冷却が強く、問題にならなかったこと、３）さらにＰＣ鋼線のように太径高抗張力の場合には、以前から逆張力連伸機が使用され、意識されていなかったが昇温がある程度抑制されていた等が挙げられる。
【００２４】
逆張力の大きさに関して検討する。逆張力伸線は断線が多いと言う弱点があった。そのため過剰な逆張力が避けられてきた。又安定させることに注意が払われ種々の構造（例え：特許文献２）が考案されている。本願発明では構造は限定しないが目的上逆張力は大きいほど効果があるので、逆張力が無い場合の前方張力（＝引抜応力×断面積）の３０％以上なら充分な効果がある。一般的には約３０％前後ないし以下で操業されているようだ。  実施例で示すように従来適用されている条件では逆張力の大きさは前方張力（既述のように降伏力×約０．５）の約３０％であった。従って本発明ではさらに効果が得られる４０％以上（即ち降伏力の２０％以上）とした。これが本発明の核心である。
逆張力の大きさは正確に把握できていることが望ましいが、できていなくても品質管理上は問題歯小さい。伸線温度が確実に把握することができており且つ張力調整ができれていればよい。
【００２５】
昇温量に対する伸線条件（特に減面比Ao/Ai）、鋼線の抗張力及び逆張力の影響は（３）式、（４）式から簡単に算出することができる。逆張力は引抜応力に対する比を使用すればよい。昇温量は逆張力を含んだ引抜力に比例する。逆張力により引抜応力を減少させるとその減少率に対応した昇温低下が得られる。
【００２６】
従来の直進式連伸機において当然組み込まれている逆張力制御ないし速度制御のシステムに重ねて、何故本願発明においては温度を介して逆張力制御＋速度制御を行うかと言う理由は、逆張力の水準が従来よりも高くなりより正確な制御を要すること、伸線最高温度を常時検出して適性域に維持することが高抗張力鋼線の歪み時効による脆化に対して直接的に効果があり、品質保証にも応用できるからである。
【実施例】
【００２７】
直進式の９頭大型連伸機を使用して高抗張力ＰＣ鋼線の伸線試験を行った結果を示す。
供試材は、鋼種は過共析低合金鋼、線材径１２．５ｍｍ、抗張力１４００ＫＰａの線材、仕上がり径は５．２ｍｍである。各パスとも引抜後釜に巻き付いた部位で鋼線温度を測定した。引抜直前の温度は各パスとも３０℃以下で安定している。他方（３）式に従って引抜による昇温量を計算し、当該部位での温度を算出した。
【００２８】
図２に各パスにおける温度を比較して示す。計算値１は逆張力が引抜応力の３０％とした場合であり、計算値２は逆張力が無い場合である。第１パスは逆張力は作用しないので計算値２を使用すると実測値に近似し、計算式はまず妥当と見なせる。第２パス以後は逆張力が作用する。無張力の計算値２では昇温は大きく実測とかけ離れる。逆張力の大きさは粗い実測値であるが、引抜応力の約３０％と見なされ以後のパス全てで３０％とすると計算値１は実測値に近似する。この約３０％は意図されずに実施されている範囲であるが逆張力の昇温に対する効果が証明された。さらに逆張力を増加させると一層の昇温抑制を期待することができる。本願発明では逆張力の大きさを引抜応力の４０％以上とする。
【符号の説明】
【００２９】
１：線材    ２：連伸機    ３：第１ダイス    ４：第１釜    ５：鋼線    ６：ダンサーロ−ラー    ７：第２ダイス    ８：第２釜    ９：放射温度計    １０：制御器
【図１】
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【図２】
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