(57)【要約】【課題】環境に配慮して水や空気を用いる従来のパテンティング方法は、大規模な冷却設備が必要となったり、生産管理面でのコストアップにつながったり、細かい温度コントロールができなかったりという問題があったことから、中高炭素鋼線材のパテンティングを行う際、設備投資・ランニングコストともに抑制し、かつ高品質のパーライト組織を得るパテンティング方法を提供する。【解決手段】炭素鋼線材を加熱してオーステナイト化した後、冷却する過程で圧延加工を行って、該圧延加工の圧延ロールにより冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素鋼線材を加熱してオーステナイト化した後、冷却する過程で圧延加工を行って、該圧延加工の圧延ロールにより冷却することを特徴とする炭素鋼線材のパテンティング方法。
【請求項２】
炭素を０．４〜１．１質量％含有する直径１〜４ｍｍの炭素鋼線材を加熱してオーステナイト化した後、冷却する過程で１スタンド当たり１％以上の減面率になる圧延加工を行って、該圧延加工の圧延ロールにより冷却する請求項１記載の炭素鋼線材のパテンティング方法。
【請求項３】
前記圧延加工の圧延ロールを、炭素鋼線材の横断面における中心に向けて２方向以上で接触させる請求項１又は２記載の炭素鋼線材のパテンティング方法。
【請求項４】
炭素鋼線材を加熱する加熱装置と、該加熱装置により加熱された炭素鋼線材に圧延加工を行う圧延装置とを備え、該圧延装置は、１スタンド当たり１％以上の減面率になる圧延加工を行い、該圧延装置の圧延ロールにより炭素鋼線材を冷却することを特徴とする炭素鋼線材のパテンティング装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素鋼線材のパテンティング方法によりパテンティングを行う工程を含み、該パテンティング後に均一なパーライト組織を有することを特徴とする炭素鋼線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素鋼線材のパテンティング方法、パテンティング装置及び炭素鋼線の製造方法に関する。詳しくはスチールコード、ソーワイヤ、ビードワイヤ、ホースワイヤ、ピアノ線等の製造コスト抑制に貢献できるパテンティング方法及びパテンティング装置並びにそのパテンティング方法を用いた炭素鋼線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、スチールコードやソーワイヤに代表されるような鋼線を、中高炭素鋼線材に伸線加工を行って製造する方法においては、製造途中での伸線加工性の確保や加工歪の除去、線材の強度や金属組織の制御等を目的としてパテンティング処理が行われている。パテンティング処理は通常、素材ワイヤをＡｃｍ点又はＡｃ３点以上、例えば８５０℃以上に加熱してオーステナイト化した後、溶融鉛浴や溶融塩浴、温水浴、流動床、衝風、ミスト又はこれらの組み合わせ等によって即座に５００〜６００℃の一定温度に保持し、均一なパーライト組織を得ている。
【０００３】
従来から、パテンティングには省エネ、環境に配慮した様々な方法が発明されてきている。例えば、特許文献１では線材をオーステナイト化した後、気水ミストと衝風機とを用いて４００〜５５０℃に急冷し、その後、衝風機のみで徐冷する方法を提案している。しかし、この方法では大規模な冷却設備が必要となるだけでなく、ミスト粒子径や体積率の管理も必要となる。また、特許文献２では水中に沈殿させた固体粒子を振動させて線材の抜熱を促進する方式が提案されているが、水温制御、固体粒子の持ち出しによる補充・更新作業の発生など生産管理面でのコストアップにつながる可能性がある。更に、特許文献３では空気を送り込んだ湯槽中に線材を通して冷却する比較的ランニングコストの少ない装置を提案しているが、この装置は、主に一つの湯槽のみで構成されているため、急冷・保持のような細かい温度コントロールができない問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７６４１６７号
【特許文献２】特開２００２−０３０３４８号公報
【特許文献３】特公平０３−０６２７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、中高炭素鋼線材のパテンティングを行う際、設備投資・ランニングコストともに抑制し、かつ高品質のパーライト組織を得ることのできる炭素鋼線材のパテンティング方法、パテンティング装置及び炭素鋼線の製造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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明者は中高炭素鋼線材のパテンティング方法につき鋭意検討した結果、回転するロールを冷却に用いることで線材の急速冷却が可能であることを見出した。
【０００７】
上記知見に立脚する本発明の炭素鋼線材のパテンティング方法は、炭素鋼線材を加熱してオーステナイト化した後、冷却する過程で圧延加工を行って、該圧延加工の圧延ロールにより冷却することを特徴とする。
【０００８】
本発明の炭素鋼線材のパテンティング方法は、より具体的には炭素を０．４〜１．１質量％含有する直径１〜４ｍｍの炭素鋼線材を加熱してオーステナイト化した後、冷却する過程で１スタンド当たり１％以上の減面率になる圧延加工を行って、該圧延加工の圧延ロールにより冷却する構成とすることができる。
【０００９】
本発明の炭素鋼線材のパテンティング方法においては圧延加工の圧延ロールを、炭素鋼線材の横断面における中心に向けて２方向以上で接触させることが、より好ましい。
【００１０】
本発明の炭素鋼線材のパテンティング装置は、炭素鋼線材を加熱する加熱装置と、該加熱装置により加熱された炭素鋼線材に圧延加工を行う圧延装置とを備え、該圧延装置は、１スタンド当たり１％以上の減面率になる圧延加工を行い、該圧延装置の圧延ロールにより炭素鋼線材を冷却することを特徴とする。
【００１１】
本発明の炭素鋼線の製造方法は、上述した炭素鋼線材のパテンティング方法によりパテンティングを行う工程を含み、該パテンティング後に均一なパーライト組織を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、線材を簡易な設備で適切な温度まで急速に冷却させることができ、ひいては中高炭素鋼線材のパテンティングに要する設備投資・ランニングコストともに抑制でき、かつ高品質のパーライト組織を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のパテンティング方法を実施するパテンティング装置の一実施形態の模式図である。
【図２】本発明のパテンティング装置の圧延ロールの一例の模式図である。
【図３】本発明のパテンティング装置のロールスタンドの一例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の炭素鋼線材のパテンティング方法、パテンティング装置及び炭素鋼線の製造方法を、より具体的に説明する。
【００１５】
本発明の炭素鋼線材のパテンティング方法は、炭素鋼線材を加熱してオーステナイト化した後、冷却する過程で圧延加工を行って、該圧延加工の圧延ロールにより冷却することに特徴がある。
【００１６】
出発材としての炭素鋼線材は、中・高炭素鋼であり、スチールコード、ソーワイヤ、ビードワイヤ、ホースワイヤ、ピアノ線等に要求される高強度を具備するために必要とされる量の炭素を含有している。中・高炭素鋼の炭素含有量は、上記用途に要求される強度と延性とを確保するために、具体的には０．４〜１．１質量％の範囲とすることができる。炭素含有量は、強度確保の面から０．４質量％以上が必要であり、これより少ないとパーライト組織の体積が十分に得られないため、伸線性も悪化する。一方、炭素含有量が１．１質量％を超えると、初析セメンタイトの生成が避けられず、これにより伸線性を著しく劣化させる。
【００１７】
出発材の炭素鋼線材は、線径が１〜４ｍｍであることが好ましい。線径が４ｍｍよりも大きいと、材料の熱容量が大きくなり、オーステナイト化後に行う冷却の際に、後述する圧延ロールでの冷却の冷却速度が十分に得られないために一定温度でのパテンティングが困難になる。線径が１ｍｍよりも細いと、オーステナイト化後に行う冷却の際に、後述する圧延ロールでの冷却の抜熱量が大きくなり過ぎ、線材が過剰に冷却されてマルテンサイト組織が生成し、伸線性を著しく阻害する。
【００１８】
上述の炭素鋼線材に行う熱処理は、良好な伸線性等を具備するために必要な金属組織を得るためのものである。
【００１９】
上述の炭素鋼線材を加熱してオーステナイト化する。オーステナイト化のための炭素鋼線材の加熱温度は、例えば８５０℃以上とする。加熱温度の上限に関しては、融点以下の温度であれば特に限定はしないが、加熱温度が１０５０℃を超えると結晶粒の成長が著しくなり、伸線性が低下するおそれがある。したがって、オーステナイト化のための加熱温度の、より好ましい範囲は、８５０〜１０５０℃である。
【００２０】
炭素鋼線材をオーステナイト化後、所定温度、具体的には５００〜６００℃まで冷却して均一なパーライト組織を得る。この冷却する過程で、軽圧延加工を行って、該圧延加工の圧延ロールにより冷却する。本発明の炭素鋼線材のパテンティング方法は、回転するロールを冷却に用いることで、簡単な設備により、線材の急速冷却が可能になった。また、ロールによる冷却では、冷却条件の調整、管理も容易である。高温のオーステナイト状態で加工を加えることで、オーステナイト結晶粒を微細化することができ、これが低温になったとき生成するパーライトブロックをより微細化できる効果がある。パーライトの微細化は、線材の高強度化を図ることができる。
【００２１】
軽圧延は、具体的には、１スタンド当たり１％以上の減面率になる圧延とする。減面率は、圧延前の線材の断面積をＳ０、圧延後の線材の断面積をＳ１とすると、減面率（％）は［（Ｓ０−Ｓ１）／Ｓ０］×１００によって計算される。１スタンド当たりの減面率が１％より小さいと、線材とロールとの接触が十分でなく、抜熱量が減少し所望の冷却速度を得られなくなる。
【００２２】
線材と圧延ロールとの接触回数、換言すれば圧延装置におけるロールスタンド数は、１スタンド当たりの線材の温度の低下量と、オーステナイト化後、パテンティングのために必要な線材の温度低下量とに応じて、適当な数を選択することができる。１スタンド当たりの線材の温度低下量は、ロールと線材との接触時間、接触面積、熱伝達係数や、ロール及び線材の初期温度によって変化する。したがって、これらの条件に応じて、スタンド数を適宜設定することができる。
【００２３】
圧延ロールによる冷却の際は、できる限り線材の断面内での温度を均一にするため、圧延ロールを、炭素鋼線材の横断面における中心に向けて２方向以上で接触させる。例えば上下一対の圧延ロールにより上下の２方向で、また、左右一対の圧延ロールにより左右の２方向で、更に、線材の周りに１２０°間隔で配置された３つの圧延ロールにより３方向で接触させることができる。
【００２４】
上述のパテンティング方法を実施するためのパテンティング装置の一実施形態を図１に示すように、パテンティング装置１は、炭素鋼線材を加熱する加熱装置２と、加熱装置２の近くに設けられ、線材に圧延加工を行う圧延装置３とを備えている。図示しないドラムに巻き取られている炭素鋼線材ｗは、ドラムから引き出されて加熱装置２、次いで圧延装置を連続的に移動し、この移動過程で加熱装置２により加熱され、圧延装置３により軽圧延加工がされる。
【００２５】
加熱装置２は、中・高炭素鋼線材のパテンティングのために従来から用いられている連続加熱装置を用いることができる。オーステナイト化のための炭素鋼線材の加熱温度は、前述したとおり、例えば８５０℃以上とする。
【００２６】
圧延装置３の一例の模式図を図２（ａ）に正面図を、図２（ｂ）に図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図を示すように、上下一対の圧延ロール３ａ、３ｂの間に線材ｗを通して圧延を行う。圧延ロール３ａ、３ｂは、図２（ｃ）に図２（ｂ）のＢ部分の拡大図を示すようにロール間にギャップを有するように互いに非接触に設けられ、各ロールの表面には溝３ｃが形成されている。この溝３ｃは、圧延ロール３ａ、３ｂの近接領域における断面において、線材ｗの大きさに対応させた形状、図示した例では六角形の空間が形成されるような形状となっている。圧延加工の際は、圧延ロール３ａ、３ｂの溝３ｃの底面及び側面に線材ｗが当接するようにして圧延を行う。
【００２７】
圧延装置３は、線材に対する冷却能を維持するために、当該圧延ロールを冷却する手段を備えることができる。
【００２８】
図３に示すように、圧延装置１３が複数のロールスタンドを備える場合は、線材ｗの移動方向に沿って設けた複数のロールスタンドについて、横ロール１３１（ロールの回転軸が水平方向）、次いで竪ロール１３２（ロールの回転軸が垂直方向）、次いで横ロール１３３というように、ロールの回転軸の方向が異なる複数のロールスタンドを組み合わせることが好ましい。
【００２９】
上述した圧延加工の圧延ロールにより冷却された線材は、５００〜６００℃の一定温度に保持され、均一なパーライト組織になっている。この線材は、その後に伸線加工が施され、ソーワイヤ、ビードワイヤ、ホースワイヤ、ピアノ線等や、また、撚線又は無撚りのスチールコードの構成要素としてのスチールフィラメントといった製品にされる。
【実施例】
【００３０】
以下に述べる実施例では、素材には直径が２．２〜３．２ｍｍの線材を用いた。この線材の化学成分組成は、表１に示すとおりである。
【００３１】
【表１】
2015048498.tif 000003
【００３２】
この線材を一旦オーステナイト組織になるまで加熱装置で加熱した後、圧延装置の圧延ロールによって軽圧延しつつ冷却した。その際、線材の移動速度、ロール通過前の線材温度、１スタンド当たりの減面率、ロール接触回数を変えて様々な冷却条件で冷却した。この圧延ロールによる線材への接触は、図２に示した溝を有する上下一対のロールによる２方向とした。圧延加工後の線材の温度をから圧延装置の通過による線材の冷却速度を求めた。冷却条件及びロール通過前後での線材の冷却速度を表２に示す。
【００３３】
【表２】
2015048498.tif 000004
【００３４】
表２から、本発明に従い、圧延加工の圧延ロールによる冷却を行った各実施例は、高い冷却速度が得られていた。
【符号の説明】
【００３５】
１  パテンティング装置
２  加熱装置
３  圧延装置
３ａ、３ｂ  圧延ロール
【図１】
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【図２】
2015048498.tif 000006
【図３】
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