(57)【要約】【課題】炭素含有量の多い高炭素鋼線について、組織崩壊や延性低下を生ずることなく伸線加工を行って、所望の高強度かつ高延性の鋼線を得ることのできる鋼線の製造方法およびそれにより得られる鋼線を提供する。【解決手段】パーライト組織を有する炭素含有量０．７０〜１．１０質量％の鋼線材に対し、最終熱処理後に湿式伸線加工を施す鋼線の製造方法である。湿式伸線加工を２回に分けて行うとともに、前半の湿式伸線加工後、後半の湿式伸線加工前に、中間熱処理を行う。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
パーライト組織を有する炭素含有量０．７０〜１．１０質量％の鋼線材に対し、最終熱処理後に湿式伸線加工を施す鋼線の製造方法において、
前記湿式伸線加工を２回に分けて行うとともに、前半の湿式伸線加工後、後半の湿式伸線加工前に、中間熱処理を行うことを特徴とする鋼線の製造方法。
【請求項２】
前記中間熱処理を、熱処理温度が９０〜２５０℃であって、かつ、下記式、
Ｎ＝Ｌｎ（ｔ）−１０１００／Ｔ＋２０
（式中、ｔは熱処理時間（ｓ）であり、Ｔは熱処理温度（Ｋ）である）により表される熱処理指数Ｎが１≦Ｎ≦７．５の範囲を満足するよう行う請求項１記載の鋼線の製造方法。
【請求項３】
前記前半の湿式伸線加工でε≦３．０の加工歪εを加えて、抗張力σをσ＞２５００ＭＰａとする請求項１または２記載の鋼線の製造方法。
【請求項４】
前記後半の湿式伸線加工でε＞３の加工歪εを加えて、抗張力σをσ＞３６００ＭＰａとする請求項１〜３のうちいずれか一項記載の鋼線の製造方法。
【請求項５】
前記前半の湿式伸線加工後、前記中間熱処理前に、矯正加工を行う請求項１〜４のうちいずれか一項記載の鋼線の製造方法。
【請求項６】
前記中間熱処理を、不活性雰囲気で行う請求項１〜５のうちいずれか一項記載の鋼線の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項記載の鋼線の製造方法により得られることを特徴とする鋼線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼線の製造方法およびそれにより得られる鋼線に関し、詳しくは、高強度でかつ高延性の高炭素鋼線を得るための鋼線の製造方法、および、それにより得られる鋼線に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鋼線の伸線方法では、伸線途中で加工歪を緩和させることなく、最終線径までの伸線を行っていた。伸線時における加工歪は、鋼線の抗張力を増大させるために必要なものであるが、過度に加えられると時効が進行しやすくなり、また、歪の累積に起因する微細クラックが生じて、鋼線が脆化（延性低下）しやすくなる。特に、高強力の鋼線では、加工量が多くなるために過度に歪が加えられることになり、組織崩壊や延性低下が起こりやすかった。
【０００３】
高強度の鋼線を得るための技術としては、例えば、特許文献１に、Ｃ量が０．８０〜１．０５％のプレーンカーボン鋼線材を、所定中間径に伸線し熱処理・めっき・めっき拡散処理を施した後、目的線径まで湿式伸線を行って３８００ＭＰａ以上のめっき付きスチールワイヤを得るにあたり、湿式伸線工程を２工程に分けて、潤滑液温度３５℃以下にて後半の工程で総伸線回数の半数未満の回数で逆引きを行い、仕上げ引きをスキンパス減面比１．２〜３．９％のダブルダイスで行うゴム補強用高抗張力スチールワイヤの製造法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、金属線材からなる素材を冷間伸線加工によって、結晶がその長手方向に沿って伸びる繊維状組織を持つ線径０．５ｍｍ以下の硬質細線にする段階と、この伸線加工によって硬質細線に生じた加工歪を除去する為の加熱処理を、硬質細線の再結晶温度（℃）×（３５〜８０％）の範囲内で行なう段階と、この低温熱処理後、圧下率４０〜９５％で圧延して厚さ（ｔ）：０．２ｍｍ以下、かつ幅（ｗ）を厚さ（ｔ）×２〜２０倍の金属極細平線にする段階とを経る耐疲労特性に優れた高強度極細平線の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１３２１２８号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】特開２００８−１８４６４３号公報（特許請求の範囲等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の技術は、後半の湿式伸線において、逆引きにより鋼線の延性を向上し、スキンパスにより残留応力を緩和させる点に特徴を有する。しかしながら、歪緩和を行っていないために、特に超高強度（４０００ＭＰａ以上）のような鋼線の伸線加工を行った場合には、過度の歪による延性低下が懸念される。
【０００７】
また、特許文献２に記載の技術では、伸線後に加工歪を除去する為の加熱処理を行っているが、低炭素含有金属線材を前提とした技術であることから、熱処理による金属組織（パーライト組織）の崩壊が考慮されていない。そのため、処理条件が広すぎて、例えば、スチールコードに用いられる炭素含有量０．７０〜１．１０質量％の鋼材の場合、同様の熱処理を行うと組織が崩壊してしまうため、適用できるものではなかった。
【０００８】
したがって、従来の伸線方法では、炭素鋼線、特に、炭素含有量の多い高炭素鋼線について、組織崩壊や延性低下を生ずることなく伸線加工を行って、所望の高強度かつ高延性の鋼線を得ることは困難であり、新たな改良技術の確立が求められていた。
【０００９】
そこで本発明の目的は、炭素含有量の多い高炭素鋼線について、組織崩壊や延性低下を生ずることなく伸線加工を行って、所望の高強度かつ高延性の鋼線を得ることのできる鋼線の製造方法およびそれにより得られる鋼線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は鋭意検討した結果、湿式伸線加工を２回に分けて行うものとし、その２回の湿式伸線加工の間に所定の適正熱処理を実施して、鋼線材の加工歪を緩和させることで、上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の鋼線の製造方法は、パーライト組織を有する炭素含有量０．７０〜１．１０質量％の鋼線材に対し、最終熱処理後に湿式伸線加工を施す鋼線の製造方法において、
前記湿式伸線加工を２回に分けて行うとともに、前半の湿式伸線加工後、後半の湿式伸線加工前に、中間熱処理を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明においては、前記中間熱処理を、熱処理温度が９０〜２５０℃であって、かつ、下記式、
Ｎ＝Ｌｎ（ｔ）−１０１００／Ｔ＋２０
（式中、ｔは熱処理時間（ｓ）であり、Ｔは熱処理温度（Ｋ）である）により表される熱処理指数Ｎが１≦Ｎ≦７．５の範囲を満足するよう行うことが好ましい。また、前記前半の湿式伸線加工でε≦３．０の加工歪εを加えて、抗張力σをσ＞２５００ＭＰａとすることが好ましく、前記後半の湿式伸線加工でε＞３の加工歪εを加えて、抗張力σをσ＞３６００ＭＰａとすることも好ましい。
【００１３】
さらに、本発明においては、前記前半の湿式伸線加工後、前記中間熱処理前に、矯正加工を行うことが好ましく、前記中間熱処理を、不活性雰囲気で行うことも好ましい。
【００１４】
また、本発明の鋼線は、上記本発明の鋼線の製造方法により得られることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、上記構成としたことにより、所望の高強度かつ高延性の鋼線を得ることのできる鋼線の製造方法、および、それにより得られる鋼線を実現することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例における引掛け試験を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。  
本発明は、パーライト組織を有する炭素含有量０．７０〜１．１０質量％の鋼線材に対し、最終熱処理後に湿式伸線加工を施す鋼線の製造方法である。パーライト組織（フェライトとセメンタイトとからなる層状組織）を有するためには炭素を０．７０〜１．１０質量％含有する必要があるため、このような高炭素鋼線材を用いるものとしている。
【００１８】
本発明においては、上記湿式伸線加工を２回に分けて行うとともに、前半の湿式伸線加工後、後半の湿式伸線加工前に、中間熱処理を行う点が重要である。前述したように、伸線加工を行うほど、鋼線材には加工歪が蓄積されるが、高強度鋼線材になるほど伸線加工量が多くなるため、その影響は顕著となる。その結果、鋼線材が脆化して延性が悪くなり、最悪の場合には湿式伸線時に断線が生じて伸線できなくなる場合もある。そこで、本発明では、伸線加工によって蓄積された加工歪を、適正条件下での中間熱処理によりいったん緩和させて、過度の歪の累積を防ぐことで、延性の悪化を防止しつつ、さらなる湿式伸線加工を可能としている。また、このような方法で歪を緩和させることで、高強度かつ高延性で捻回性にも優れた鋼線を実現したものである。
【００１９】
かかる中間熱処理は、好適には、熱処理温度が９０〜２５０℃であって、かつ、下記式、
Ｎ＝Ｌｎ（ｔ）−１０１００／Ｔ＋２０
（式中、ｔは熱処理時間（ｓ）であり、Ｔは熱処理温度（Ｋ）である）により表される熱処理指数Ｎが、１≦Ｎ≦７．５の範囲内を満足するよう行うものとする。この熱処理指数Ｎは、加工歪が緩和する反応が起こっていることを熱分析による試験で評価した結果から、上記範囲としたものである。また、パーライト組織を壊さずに加工歪を緩和させるために、熱処理温度Ｔは２５０℃以下とし、かつ、この歪緩和が生ずる温度として、９０℃以上としている。
【００２０】
ここで、上記熱処理指数Ｎの式は、加工歪の緩和反応の進行量は原子の拡散律速であると考えられることから、一般的な下記の原子拡散移動距離Ｘの式より係数を導き出したものである。
Ｘ＝√（２×Ｄ×ｔ）
Ｄ＝Ｄ０×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）
（上記式中、ｔ：熱処理時間（ｓ）、Ｔ：熱処理温度（Ｋ）、Ｒ：気体定数、Ｑ：活性化エネルギー（ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｄ０：拡散係数である）
上記式から、好適な範囲の熱処理温度Ｔおよび熱処理時間ｔから係数を求めて算出し、整理した結果、上記熱処理指数Ｎの式を導き出した。
【００２１】
本発明においては、伸線加工を加えることで、鋼線材中のパーライト組織を配向させるとともに間隔を狭くしつつも、過度の加工歪の付加による脆化や組織崩壊を起こさせないために、前半の湿式伸線加工での加工歪εはε≦３．０、例えば、２．３≦ε≦２．７とすることが好ましい。これにより、鋼線材の抗張力σをσ＞２５００ＭＰａとすることができる。一方、後半の湿式伸線加工での加工歪εは、高強力を得るために、ε＞３とすることが好ましい。これにより、鋼線材の抗張力σをσ＞３６００ＭＰａとすることができる。ここで、上記加工歪εとは、最終熱処理後からの鋼線材の加工量を示しており、ε＝２・ｌｎ（ｄ０／ｄ１）（ｄ０は加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）であり、ｄ１は加工後の鋼線材の直径（ｍｍ）であり、ｌｎは自然対数である）で表わされる。
【００２２】
なお、本発明において、上記中間熱処理は、鋼線の表面状態の悪化を防止するために、減圧下や真空中、不活性ガス中等の、不活性雰囲気で行うことが好ましい。かかる中間熱処理を大気中で施した場合、鋼線材の表面が酸化してしまい、このような表面が酸化した鋼線材を、例えば、タイヤ等のゴム物品の補強に用いた場合には、ゴムとの接着性が悪化するおそれがある。また、表面が酸化することで、後半の湿式伸線での潤滑性が悪化するおそれもある。なお、鋼線材表面に形成された酸化皮膜は除去することもできるが、このような除去プロセスを鋼線の製造工程に付加するよりは、鋼線表面の酸化を抑制できる不活性雰囲気で熱処理を実施することが効率的である。
【００２３】
また、本発明においては、前半の湿式伸線加工後、中間熱処理前に、矯正加工を行うことが好ましい。これにより、鋼線材の歪時効を緩和する効果を得ることができる。かかる矯正加工は、例えば、鋼線材を、千鳥状に配置された複数のローラ間に通過させることにより、行うことができる。
【００２４】
本発明の鋼線の製造方法においては、２回に分けた湿式伸線加工の間に中間熱処理を実施する点のみが重要であり、それ以外の伸線加工条件の詳細や、最終熱処理等の他の工程における条件等については常法に従い適宜選定して実施することができ、特に制限されるものではない。
【００２５】
また、本発明の鋼線は、上記本発明の鋼線の製造方法により得られたものであればよく、これにより、高強度かつ高延性で捻回性にも優れるものである。したって本発明の鋼線は、タイヤ等のゴム物品補強用の高強度高延性スチールコードとして有用であり、これをタイヤに適用することで、タイヤの軽量化を図ることができる。本発明の鋼線についても、上述した以外の線径や材質の詳細等については、特に制限されるものではなく、所望に応じ適宜選択することが可能である。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜実施例１＞
パーライト組織を有する炭素含有量１．０質量％の鋼線材に対し、最終熱処理後に湿式伸線加工を施して、直径約０．２ｍｍの鋼線を得た。湿式伸線処理は、下記表中に示す伸線条件にて２回に分けて行い、前半の湿式伸線加工後、後半の湿式伸線加工前に、矯正加工および中間熱処理を順次行った。矯正加工は、鋼線材を、千鳥状に配置された複数のローラ間に通過させることにより行った。また、中間熱処理は、下記表中に示す熱処理指数に従い、１４５℃で、窒素ガス中にて行った。
【００２７】
＜比較例１＞
実施例１と同様の最終熱処理後の鋼線材を用い、中間熱処理を行わない以外はダイス、潤滑剤および伸線条件についても同様の条件で、湿式伸線加工を施した鋼線を得た。
【００２８】
得られた各鋼線につき、下記に従い延性値および捻回値を評価した。その結果を、下記の表中に併せて示す。
【００２９】
＜延性値評価＞
図１に示すように、２本の鋼線１をループ状にして互いに引っ掛け合い、各鋼線１を引張試験機のグリップ２間の中央に、同一の鋼線が平行に接触するように固定して、鋼線の引っ掛け部分の曲率が一定になるようにした状態で鋼線を引っ張って、破断したときの荷重を測定した。この引掛け試験により得られた破断時荷重を、比較例１を１００として指数化したものを延性値とした。この数値が大きいほど延性が高く良好である。
【００３０】
＜捻回値評価＞
捻回値は、直線状となるよう保持した鋼線に、鋼線の直径の１００倍の長さあたり３回に相当する量の捻りを加えてから元の状態に捻り戻すことを繰り返す繰返し捻り試験を行って、鋼線にクラックが発生するまでに加えた捻りおよび捻り戻しの総量（回／１００Ｄ）を測定し、比較例１を１００として指数化したものである。この数値が大きいほど結果は良好である。
【００３１】
【表１】
2011052269.tif 000002
【００３２】
上記表中に示すように、本発明に係る中間熱処理を行っていない比較例１の鋼線に比べ、実施例１の鋼線では、抗張力がほぼ同等であるにもかかわらず、延性値および捻回値ともに大幅な向上が見られた。
【００３３】
＜参考例１，２＞
前半の湿式伸線加工で加える加工歪εの値と、その後の中間熱処理時における熱処理指数Ｎとの関係について、試験を行った。パーライト組織を有する炭素含有量１．０質量％の鋼線材に対し、最終熱処理後に前半の湿式伸線加工としてそれぞれ加工歪をε＝２．５，２．７まで加えて、下記表中に示す各熱処理指数Ｎに対応する中間熱処理を行った際の歪緩和の反応指数を、それぞれ測定した。反応指数は、熱分析機器を用いて、歪がどれだけ緩和されたかについて、中間熱処理をしていない状態を１００として、反応熱量を比較することにより評価した。
【００３４】
【表２】
2011052269.tif 000003
【００３５】
上記表中に示すように、参考例１（加工歪ε＝２．５）では、熱処理指数２．１の熱処理を行うとすでに緩和の効果が見られ（反応指数３５）、熱処理指数７．５ではすでに反応が全て終了しているのが確認された（反応指数０）。また、参考例２（加工歪ε＝２．７）でも、同様に熱処理指数１．０の熱処理で緩和の効果が見られ（反応指数３４）、熱処理指数７．５ですでに反応が全て終了しているのが確認された（反応指数０）。これにより、熱処理指数Ｎの有効範囲が１≦Ｎ≦７．５の範囲であることが確認された。
【符号の説明】
【００３６】
１  鋼線
２  グリップ
【図１】
2011052269.tif 000004