(57)【要約】【課題】ダブルダイスを有効に活用して捻回特性低下や時効硬化を効果的に抑制することのできる鋼線の製造方法を提供する。【解決手段】複数の引抜ダイスＤ１，Ｄ２，Ｄ３，‥‥を用いて鋼線を伸線加工する際に、上記引抜ダイスのうち、前半に用いる引抜ダイスを、シングルダイスとし、伸線加工後半の、鋼線の引張強さが２５００ＭＰａ以上となる箇所、すなわち、最終段の引抜ダイスＤｎ及びその前段及び前々段の引抜ダイスＤｎ−１，Ｄｎ−２をダブルダイスとして、ワイヤー１２を伸線処理するようにした。【選択図】　　　　図１
2004034102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個のダブルダイスを含む複数のダイスを用いて鋼線を伸線加工する鋼線の製造方法において、引抜かれた鋼線の引張強さが２５００ＭＰａ以上となる段以降の段に配設される引抜ダイスにダブルダイスを用いたことを特徴とする鋼線の製造方法。
【請求項２】
最終段のダイスと最終段から所定の段だけ上流側の段までのダイスとを全てダブルダイスとしたことを特徴とする請求項１に記載の鋼線の製造方法。
【請求項３】
鋼線の目標表層引張強さに応じて、上記ダブルダイスを使用する段数を変化させるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の鋼線の製造方法。
【請求項４】
上記ダブルダイスのダイスアプローチ角を７〜１４°、ダイス減面率を２〜１０％としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の鋼線の製造方法。
【請求項５】
上記鋼線を０．７〜０．９重量％の炭素を含有する高炭素鋼線材に熱処理と伸線加工とを施して得られる、直径が０．１０〜０．４０ｍｍ、引張強さＴＳが以下の式で表わされる鋼線としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の鋼線の製造方法。
ＴＳ（ＭＰａ）≧２２５０−１４５０ｌｏｇ１０Ｄ　（Ｄ；線径（ｍｍ））
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の鋼線の製造方法により製造されたスチールワイヤを単線、または、複数本撚り合わせたことを特徴とするゴム補強用スチールコード・スチールワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼線の製造方法に関するもので、特に、ダブルダイスを使用して鋼線を伸線加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用スチールラジアルタイヤや高圧ホースなどのゴム物品の補強に用いられる鋼線は、通常、０．７〜０．９重量％程度の炭素を含有する高炭素鋼材を所定の中間線径まで伸線して熱処理と黄銅メッキ処理とを施して高炭素鋼線材とし、更に、この高炭素鋼線材を引抜加工し、所望の最終線径まで伸線することにより製造されている。
上記伸線処理に用いられる湿式スリップ型伸線製造装置としては、図７（ａ）〜（ｃ）に示すような、２軸あるいは４軸の伸線製造装置１０，１０Ａ，１０Ｂなどがある。例えば、伸線製造装置１０は、潤滑剤１１ａが収納された潤滑液槽１１内に伸線処理されるワイヤ１２を案内するためのプーリＣ１，Ｃ２，Ｃ３，‥‥を設置するとともに、プーリＣ１−プーリＣ２，プーリＣ２−プーリＣ３，‥‥間にそれぞれ引抜ダイスＤ１，Ｄ２，Ｄ３，‥‥を配設して、上記ワイヤ１２を複数段にわたって引抜加工するもので、上記のような高炭素鋼線材を引抜く引抜ダイスＤ１，Ｄ２，Ｄ３，‥‥としては、一般に、硬質の炭化物または窒化物の粉末を焼結して成る焼結超硬合金やダイヤモンド等を用いて形成した引抜ダイスが用いられる。
上記伸線製造装置１０，１０Ａ，１０Ｂなどを用いて伸線処理されたワイヤをゴム物品の補強に用いる場合には、単線、あるいは、撚り合わせてスチールコード・スチールワイヤを形成したものを未加硫のゴム中に埋設し、これを加熱してゴムの加硫及び鋼線とゴムとの接着が行われる。
【０００３】
近年、省エネ、省資源に対する要求の高まりを背景として、より高強度な鋼線の発現が望まれているが、上記のような製造方法により高強度な鋼線を製造するためには、鋼線に施す伸線加工量を増加させる必要がある。ところが、伸線加工量を増加させると鋼線の延性が低下し、製造中の破断、あるいは、使用時の耐久性の低下等の問題が生じ易くなる。そして、伸線加工量、すなわち、達成可能な強度に対しては、特に、表層部の延性低下が支配的となる場合がある。
【０００４】
そこで、上記のような問題点を解決するため、スキンパスやダブルダイスを用いて、鋼線の捻回特性低下や時効硬化を抑制する手法が複数報告されている。具体的には、複数のダイスが配列されたスリップ式極細伸線機を用いた極細鋼線の製造方法において、最終段ダイスの摩擦係数を０．０３〜０．１５、ダイスアプローチ角を６〜１２°、ダイス減面率を２〜１１％としてスキンパス伸線を行う方法（例えば、特開平８−２４９３８号公報など）や、炭素量が０．８０〜０．８９重量％の炭素鋼線材から作られた、引張強さＹ≧−２００ｄ＋４００を満足し、しかも、一方捻り後逆方向捻りを与える捻回−トルク試験結果でのトルク低下率が７％以内の範囲にある素線を使用するとともに、最終段のダイスとして、前段にノーマルダイス、後段にスキンパス用ダイスを配置したダブルダイスを用いて伸線する方法（例えば、特開平８−２２６０８５号公報、特開平８−２１８２８２号公報など）などが挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記最終段ダイスにてスキンパス伸線を行う方法では延性の確保が十分ではなく、また、実施例の捻回特性が１方向の粘性試験のみであるので、試験片である鋼線に縦割れの亀裂が生じると、破断までの回数が増加してみかけの捻回特性が良好であるという結果が得られてしまうことから、実際に鋼線の捻回特性が改善されているかどうか疑問である。
また、上記最終段のダイスにダブルダイスを用いた例では、引張強さなどの、ダブルダイスで引抜く鋼線の特性については何も規定していない。すなわち、上記のように、ダブルダイスを単に最終段に用いただけでは、鋼線の捻回特性低下や時効硬化を十分に抑制することは困難である。また、上記例においても、捻回特性の評価方法に問題があり、実際に鋼線の捻回特性が改善されているかどうか疑問である。すなわち、一方向に所定の回数捻りを与え、次いで逆方向に回転させて破断させる方法や、その過程における捻回トルクを測定し、トルク低下率を抑制する方法では、鋼線の表面から中心に向かって、かなりの厚さにわたって鋼線に塑性変形が生じるため、その厚さ方向の亀裂開始点が複数発生する。このため、上記のような評価方法では、上記複数の亀裂開始点をまとめて評価している可能性があり、鋼線表層部の亀裂開始点を正確に評価できない。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、ダブルダイスを有効に活用して捻回特性低下や時効硬化を効果的に抑制することのできる鋼線の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、伸線工程において、ダブルダイスの適用箇所は、一連の複数のダイスの何処でもよいわけではなく、伸線工程の後半、すなわち、引張強さが上昇し、延性の低下や破断のリスクが高まる領域に用いることが有効であること、また、ダブルダイスは、単に最終段に適用すればよいというものではなく、延性の低下や破断のリスクが高まる領域への導入部として、鋼線の引張強さが２５００ＭＰａ以上となる領域に適用することで、捻回特性を効果的に向上させることが可能であることを見いだし、本発明に到ったものである。
すなわち、請求項１に記載の発明は、少なくとも１個のダブルダイスを含む複数のダイスを用いて鋼線を伸線加工する鋼線の製造方法であって、引抜かれた鋼線の引張強さが２５００ＭＰａ以上となる段以降の段に配設される引抜ダイスにダブルダイスを用いたことを特徴とするものである。これにより、繰返し捻り試験値ＲＴを大幅に向上させることができるので、捻回特性低下や時効硬化を効果的に抑制することが可能となる。
なお、上記繰返し捻り試験値ＲＴは、軸線が直線になるように保持した鋼線に、鋼線の直径の１００倍の長さ当たり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返したときに、上記鋼線にクラックが発生するまでに加えた捻り及び捻り戻しの総量を長さ１００Ｄ当たりの捻り回数で表わした値で、単位は回／１００Ｄである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鋼線の製造方法において、最終段のダイスと最終段から所定の段だけ上流側の段までのダイスとを全てダブルダイスとしたことを特徴とする。これにより、表面優先となる加工が累積されるので、表面引張強さを確実に向上させる
ことが可能となる。なお、上記ダブルダイスはスキンパス用とすることが好ましい。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の鋼線の製造方法において、鋼線の目標表層引張強さに応じて、上記ダブルダイスを使用する段数を変化させるようにしたことを特徴とする。
なお、上記表層引張強さは、鋼線を酸、または、電解研磨装置にて、その断面径が１０％の線径となるまで溶解または研磨し、溶解または研磨前後引張強さから、以下の式により算出する。
2004034102.tif 000003
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の鋼線の製造方法において、上記ダブルダイスのダイスアプローチ角を７〜１４°、ダイス減面率を２〜１０％としたものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の鋼線の製造方法において、上記鋼線を０．７〜０．９重量％の炭素を含有する高炭素鋼線材に熱処理と伸線加工を施して得られる、直径が０．１０〜０．４０ｍｍ、引張強さＴＳが以下の式で表わされる鋼線としたものである。
ＴＳ（ＭＰａ）≧２２５０−１４５０ｌｏｇ１０Ｄ　（Ｄ；線径（ｍｍ））
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、スチールラジアルタイヤや高圧ホースなどのゴム物品の補強に用いられるゴム補強用スチールコード・スチールワイヤであって、上記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の鋼線の製造方法により製造されたスチールワイヤを単線、または、複数本撚り合わせたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
本例では、０．７〜０．９重量％の炭素を含有する高炭素鋼線材に熱処理と伸線加工を施して得られる、直径が０．１０〜０．４０ｍｍ、引張強さＴＳ（ＭＰａ）が以下の式で表わされる、引張強さが１３００ＭＰａの鋼線を、引張強さが３５００ＭＰａになるまで引抜加工する場合について説明する。
ＴＳ（ＭＰａ）≧２２５０−１４５０ｌｏｇ１０Ｄ
Ｄ；鋼線の直径（ｍｍ）
図１は本実施の形態に係る湿式スリップ型伸線製造装置（４軸）の概要を示す模式図で、基本的な構成は上記図７（ａ）の伸線製造装置１０と同様であるので、図を簡略化するため、ワイヤ１２を案内するためのプーリＣ１，Ｃ２，Ｃ３，‥‥と、引抜ダイスＤ１，Ｄ２，Ｄ３，‥‥のみを図示した。
【００１２】
本例では、上記引抜ダイスＤ１，Ｄ２，Ｄ３，‥‥のうち、前半に用いる引抜ダイスを、図２（ａ）に示すようになシングルダイス１とし、伸線加工後半の、鋼線の引張強さが２５００ＭＰａ以上となる箇所、具体的には、最終段の引抜ダイスＤｎとその前段及び前々段の引抜ダイスＤｎ−１，Ｄｎ−２を、図２（ｂ）に示すようにな、２個のシングルダイス２ａ，２ｂを隣接して配置した、ダイスアプローチ角αが７〜１４°、ダイス減面率が２〜１０％であるスキンパス用のダブルダイス２とした。
ダブルダイスは、ダイスを用いる引抜加工において、従来なら巻取ブロックと巻取ブロック間は１個のダイス（シングルダイス）で引抜きを行うものを、２分割して、２個のダイスで巻取ブロックを介さずに連続して引抜加工を行う方法であり、トータルで同じ加工量を確保できるとともに、ダイス１個当たりの加工量は低減されるので、１個のダイス当たりの発熱が軽減される。したがって、潤滑膜の破壊や時効硬化、脆化などを抑制することができ、鋼線表層の延性を向上させることができる。また、最終伸線工程、及び、撚り線工程での破断抑制にも効果を発揮する。
したがって、湿式スリップ型伸線製造装置に上記のようなダブルダイス２を用いることにより、捻回特性低下や時効硬化を効果的に抑制することができるので、高強度でありながら延性にも優れた鋼線を得ることができる。
また、このような鋼線をタイヤ用スチールコードの素線としてゴム製品の補強に用いることにより、優れた補強効果を発揮することができる。
なお、本例では、捻回特性の評価方法として、以下に示すような繰返し捻り試験値ＲＴを用いた。
【００１３】
繰返し捻り試験は、軸線が直線になるように保持した鋼線に、鋼線の直径の１００倍の長さ当たり３回に相当する量の捻りを繰返し与え、上記鋼線にクラックが発生させる試験で、試験中の鋼線の軸線を直線になるように保持するため、鋼線の軸方向に軽く張力をかけておく。そして、鋼線をまず、所定回数Ｎ０回捻り、この時点から逆方向に同量だけ捻り戻すことにより、元の状態に戻す。これを１サイクルとして繰返し、鋼線にクラックを発生させる。ここで、所定回数Ｎ０回とは、鋼線の直径の１００倍の長さ当たり３回に相当する捻り回数であり、捻りに供せられる鋼線の長さをＬ（ｍｍ）、鋼線の直径をＤ（ｍｍ）とすれば、Ｎ０＝３×（Ｌ／１００Ｄ）で表わされる値である。
また、繰返し捻り試験値ＲＴは、上記繰返し捻り試験において鋼線にクラックが発生するまでに加えた捻り及び捻り戻しの総量を長さ１００Ｄ当たりの捻り回数で表した値で、以下のようにして求める。すなわち、Ｎ０回の捻り及び捻り戻しサイクルをｎ回繰返した次のサイクルで、Ｎｆ１回（Ｎｆ１≦Ｎ０）捻った時点でクラックが発生したとすると、繰返し捻り試験値ＲＴ（回／１００Ｄ）は、以下の式で表わせる。
ＲＴ＝（２ｎＮ０＋Ｎｆ１）／（Ｌ／１００Ｄ）
また、Ｎ０回の捻り及び捻り戻しサイクルをｎ回繰返した次のサイクルはＮ０回の捻りで、ここからＮｆ２回（Ｎｆ２≦Ｎ０）捻り戻した時点でクラックが発生したとすると、繰返し捻り試験値ＲＴ（回／１００Ｄ）は、以下の式で表わせる。
ＲＴ＝｛（２ｎ＋１）Ｎ０＋Ｎｆ１｝／（Ｌ／１００Ｄ）
上記繰返し捻り試験の好適条件は以下の通りである。
2004034102.tif 000004
ＡＥ波は、固体が変形または破壊する際の歪エネルギーの開放によって発生する弾性波で、これをＡＥセンサを用いて電気信号として検出することにより、試験片が破断する以前の微小なクッラク発生をも正確に検出することができるので、繰返し捻り試験による鋼線のクラック発生を精度良く評価することができる。
【００１４】
なお、引張強さが１３００ＭＰａの鋼線を、引張強さが３５００ＭＰａになるまで引抜加工する際に、シングルダイスのみを用いた場合には、平均１６．５％の減面率で２０段（２０回）の引抜加工が必要となり、引張強さが２５００ＭＰａを超えるのは後半の７段分である。したがって、この７段分を全部ダブルダイスとすることが好ましいが、最終段だけでもよいし、本例のように、最終段から３段分であっても十分である。なお、加工に関して最も厳しいのは、潤滑剤中で引抜きが実施されない最終段であるため、この部分の時効硬化や脆化の進行が顕著になるので、最終段は最優先でダブルダイス化する必要がある。
【００１５】
また、ダブルダイスを最終段より上流に向かって適用する場合、適用段数が多くなるにしたがい、表層引張強さは増大するが、これは、２〜１０％と比較的低めの減面率による表層優先となる加工の累積によるものである。
表層引張強さが増大すると繰返し曲げ等に対する疲労耐久性も向上する。一般に、繰返し曲げ疲労等の疲労特性は、引張強さが増加すればその増加に見合った分の疲労特性が確保される。繰返し曲げなどの入力は表層への入力が最も著しく、表層から中心に向かって入力度合は低くなっていく。したがって、疲労耐久特性確保の支配的要素は表層引張強さであり、その表層引張強さを増大させ得る本発明は、疲労耐久性をも向上させるといえる。
したがって、２５００ＭＰａを超える段全てにダブルダイスを使用しない場合には、鋼線の目標とする表層引張強さに応じて、ダブルダイスを使用する段数を変化させるようにすれば、適正な段数で必要な表層引張強さを有する鋼線を得ることができる。
なお、ダブルダイスを用いた場合、ダイス１個当たりの加工量が低減されることでの表層への加工歪集中による延性低下が危惧されるが、本発明の場合、延性の低下は認められなかった。これは、表層への加工歪集中による延性低下対比、発熱低減による時効硬化抑制、または、脆化抑制効果が勝っているためと考えられる。
【００１６】
＜実施例＞
複数のダイスが配列された湿式スリップ型連続伸線装置において、以下の表１に示すダイスを用い、図３に示すような従来の製造方法によるシングルダイス法（比較例）と、図４〜図６に示すような、本発明によるダブルダイスを適用した製造方法（実施例１〜３）により、それぞれ、仕上り直径が０．３ｍｍのスチールワイヤを作製した。
なお、図３〜図６において、用いられた引抜ダイスを示す符号１はシングルダイスを、符号２はダブルダイスを示す。
【表１】
2004034102.tif 000005
また、上記作製された仕上り線の引張強さ、繰返し捻り試験値、表層１０％引張強さ、及び、疲労特性を以下の表２に示す。
【表２】
2004034102.tif 000006
また、引張強さ、繰返し捻り試験値、表層１０％引張強さ、及び、疲労特性の評価方法は次の通りである。
（１）鋼線の引張強さ測定
市販の測定器にて、破断強力（Ｎ）を測定し、事前にマイクロメータにて測定しておいた線径にて、引張強さ（ＭＰａ）に換算した。
（２）繰返し捻り試験値
市販の捻回試験機にて、鋼線が直線となるように保持し、鋼線の直径の１００倍の長さ当たり３回に相当する量の捻りを加えてから元の状態に戻すことを繰返したときに、鋼線にクラックが発生するまで加えた捻り及び捻り戻しの総量。
（３）表層１０％引張強さ
鋼線を酸、または、電解研磨装置にて、その断面径が１０％の線径となるまで溶解または研磨し、溶解または研磨前後引張り強さから、以下の式により算出する。
2004034102.tif 000007
（４）疲労限
湿度３９％大気中でのハンター疲労試験での１０６回での疲労限をもって実施。
上記表２から明らかなように、本発明の実施例１〜３は、従来のもの（比較例）に対して、繰返し捻り試験値が１５０％以上向上しており、表層１０％引張強さの上昇も確認できた。
また、比較例と実施例３のみの比較になるが、疲労限は本発明が僅差ではあるが高い値を示しており、本発明によるダブルダイスを適用した製造方法を用いることにより、捻回特性低下や時効硬化を効果的に抑制することができることが確認された。
また、実施例１〜３を比較すると、ダブルダイスの段数が多いほど繰返し捻り特性や表層１０％引張強さが向上していることが分かる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少なくとも１個のダブルダイスを含む複数のダイスを用いて鋼線を伸線加工する際に、引抜かれた鋼線の引張強さが２５００ＭＰａ以上となる段以降の段に配設される引抜ダイスにダブルダイスを用いるようにしたので、繰返し捻り試験値ＲＴを大幅に向上させることができ、捻回特性低下や時効硬化を効果的に抑制することができる。したがって、高強度でありながら鋼線延性にも優れ、更には、高疲労特性を併せ持つを鋼線を得ることができる。
また、このような鋼線をタイヤ用スチールコードの素線としてゴム製品の補強に用いることにより、優れた補強効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る湿式スリップ型伸線製造装置の概要を示す模式図である。
【図２】引抜ダイスの一構成例を示す図である。
【図３】従来のシングルダイス法を示す図である。
【図４】本発明による鋼線の製造法を示す図である。
【図５】本発明による鋼線の製造法を示す図である。
【図６】本発明による鋼線の製造法を示す図である。
【図７】従来の湿式スリップ型伸線製造装置を示す図である。
【符号の説明】
１　シングルダイス、２　ダブルダイス、１０　伸線製造装置、
１１　潤滑液槽、１１ａ　潤滑剤、１２　ワイヤ、
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，‥‥　プーリ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，‥‥　引抜ダイス。
【図１】
2004034102.tif 000008
【図２】
2004034102.tif 000009
【図３】
2004034102.tif 000010
【図４】
2004034102.tif 000011
【図５】
2004034102.tif 000012
【図６】
2004034102.tif 000013
【図７】
2004034102.tif 000014