(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼中における酸化物系非金属介在物の含有割合が、非酸化雰囲気中で鋼線材１ｇを溶解したときに浮上した前記介在物を冷却により凝固させ、その上部表面の写真を電子顕微鏡にて撮影し、さらに画像解析することで介在物が存在している表面積を測定したときの前記非金属介在物の表面積にして0.1〜1.0  ｍｍ２／ｇの範囲と高いことを特徴とする乾式伸線性に優れた高炭素鋼線材。
【請求項２】
前記溶解手段として電子ビーム加熱法を用いる請求項１に記載の高炭素鋼線材。
【請求項３】
前記酸化物系非金属介在物におけるAl2O3 の存在割合が、ＥＤＸ分析によって前記介在物中のAl、Ca、Si及びZrのピーク強度を測定し、Al、Ca、Si及びZrのトータルピーク強度に対するAlのピーク強度の比にして95〜100％の範囲と高い請求項１又は２に記載の高炭素鋼線材。
【請求項４】
前記酸化物系非金属介在物 は、平均粒径が10μm以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炭素鋼線材。
【請求項５】
重量％で、Ｃ：0.60〜0.97％、Si：0.10〜0.40％、Mn：0.25〜0.65％、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.015％以下、Cu：0.20％以下、Ni：0.08％以下、Cr：0.30％以下、Ｎ：0.006％以下及びAl：0.001〜0.030％を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の高炭素鋼線材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の高炭素鋼線材を連続的に乾式伸線加工を行うことによって製造される高炭素鋼線において、
抗張力が1700〜2400MPaの範囲であることを特徴とする高炭素鋼線。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の高炭素鋼線材を、酸化スケール除去した後にボラックス被覆処理を施し、次いで焼結超合金製又はダイヤモンド製の複数のダイスを連続的に通過させて乾式伸線加工を行うことによって高炭素鋼線を製造する方法であって、
前記線材表面の一部が伸線加工時に脱離してダイスの表面に焼き付いた場合であっても、前記線材をダイスを通過させることによって、伸線加工されると同時にダイスの表面に焼付いた部分を自動的に研磨除去することを特徴とする高炭素鋼線の製造方法。
【請求項８】
前記伸線加工に使用されるダイスの数は７〜15個の範囲であり、かつ、真歪みが1.5〜4.0の範囲である伸線加工を行う請求項７に記載の高炭素鋼線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高炭素鋼線材、高炭素鋼線及びその製造方法に関するものであり、より詳細には、ダイス寿命が長く、鋼線表面の品質に優れ、高抗張力を有する高炭素鋼線の製造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
線材業界においては、生産性の向上や、伸線加工により製造された鋼線品質の向上が重要課題の一つとなっている。
【０００３】
しかしながら、生産性を向上させるために現状以上の高速度で伸線を行おうとしても、従来の高炭素鋼線材を伸線用鋼線材として用いた場合には、以下に示す理由から、実操業上、高速伸線を行うことは困難であった。
【０００４】
即ち、伸線速度を高めていくと、ダイスによる伸線加工の際に線材表面の潤滑皮膜が膜切れを起こし、ダイスと線材とが金属接触するようになり、さらに伸線加工を続けていくと、線材表面の一部が脱離してダイス表面に焼き付いた状態で付着するようになり、ダイスの孔径は前記付着物によって縮径傾向にあり、この状態でさらに伸線加工を続けると、焼付け前よりも過酷な条件下で線材が伸線されることになり、このため、潤滑剤のみならず、線材表面に予め被覆してあるボラックス等のコーティング剤さえも線材表面から脱落しやすくなり、ダイスと線材との金属接触はさらに促進され、上記状態で伸線加工を続けていくと、孔径が縮径化のみならず、線材表面に存在する微小凹凸が、ダイスとの金属接触下での引き抜き加工によって平滑化していき、その結果、潤滑剤の引き込みが低下して潤滑効果が阻害され、金属接触の更なる増大を招き、線細りやダイス摩耗が顕著に生じるようになるからである。
【０００５】
また、乾式伸線後にめっき処理を施し、タイヤ補強材として使用されるビードワイヤーでは、図２に示すように、線材表面の平滑化は、ゴムとの接着性を低下させる傾向にあるため、製品品質上の問題も生じる。
【０００６】
そのため、発明者らは、ダイス表面に線材表面の一部が脱離して焼付き付着が生じた場合であっても、かかる付着物を速やかに研磨除去できる手段を開発すれば高速伸線を実現できると考え、鋭意検討を行った結果、高炭素鋼線材中に含有する酸化物系非金属介在物(主にAl2O3）を適正に制御すれば、ダイス表面に線材表面の一部が脱離して焼付き付着が生じた場合にも、伸線加工と同時に前記付着物を自動的に研磨除去できることを見出した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、特に高速伸線時であっても、ダイス寿命の低下を抑制できるとともに、良好な表面品質と高抗張力を有する高炭素鋼線の製造を可能にするための高炭素鋼線材等を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１発明は、鋼中における酸化物系非金属介在物の含有割合が、非酸化雰囲気中で鋼線材１ｇを溶解したときに浮上した前記介在物を冷却により凝固させ、その上部表面の写真を電子顕微鏡にて撮影し、さらに画像解析することで介在物が存在している表面積を測定したときの前記非金属介在物の表面積にして0.1〜1.0  ｍｍ２／ｇの範囲と高いことを特徴とする乾式伸線性に優れた高炭素鋼線材である。
【００１０】
加えて、前記溶解手段としては電子ビーム加熱法を用いることが好ましい。
【００１１】
前記酸化物系非金属介在物におけるAl2O3 の存在割合が、ＥＤＸ分析によって前記介在物中のAl、Ca、Si及びZrのピーク強度を測定し、Al、Ca、Si及びZrのトータルピーク強度に対するAlのピーク強度の比にして95〜100％の範囲と高いことが好ましい。
【００１２】
前記酸化物系非金属介在物 は、平均粒径が10μm以下であることがより好適である。
【００１３】
上記高炭素鋼線材の成分組成は、重量％で、Ｃ：0.60〜0.97％、Si：0.10〜0.40％、Mn：0.25〜0.65％、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.015％以下、Cu：0.20％以下、Ni：0.08％以下、Cr：0.30％以下、Ｎ：0.006％以下及びAl：0.001〜0.030％を含有することが好ましい。
【００１４】
また、第２発明は、上記高炭素鋼線材を連続的に乾式伸線加工を行うことによって製造され、抗張力が1700〜2400MPaの範囲であることを特徴とする高炭素鋼線である。
【００１５】
さらに、第3発明は、上記高炭素鋼線材を、酸化スケール除去した後にボラックス被覆処理を施し、次いで焼結超合金製又はダイヤモンド製の複数のダイスを連続的に通過させて乾式伸線加工を行うことによって高炭素鋼線を製造する方法であって、前記線材表面の一部が伸線加工時に脱離してダイスの表面に焼き付いた場合であっても、前記線材をダイスを通過させることによって、伸線加工されると同時にダイスの表面に焼付いた部分を自動的に研磨除去することを特徴とする高炭素鋼線の製造方法である。
【００１６】
加えて、上記製造方法では、前記伸線加工に使用されるダイスの数を７〜15個の範囲とし、かつ、真歪みが1.5〜4.0の範囲である伸線加工を行った場合に特に顕著な効果を生じる。尚、上記伸線加工では、その中間段階で必要に応じて熱処理を行ってもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を説明する。
第1発明の高炭素鋼線材は、鋼材中、特に鋼材表層中における酸化物系非金属介在物(主に硬質なAl2O3）の含有割合を高くすることを必須の発明特定事項とするものであり、この構成を採用することにより、高速伸線に伴ってダイス表面に線材表面の一部が脱離して焼付き付着が生じたとしても、伸線加工を継続しながら、線材表層に存在する硬質な前記介在物の作用で、前記付着物を自動的に研磨除去できる。
【００１８】
また、この発明では、上記介在物を適正に制御した高炭素鋼線材を用いるだけで、伸線速度を高めた場合にも従来の加工条件で伸線を行うことができ、しかも、ダイス表面の焼付き付着物を伸線操業を中断することなく自動的に除去することによって、ダイスの孔径は常に同一サイズを維持することができ、鋼線材及び鋼線のいずれにおいても良好な表面品質が得られることから、作業能率を飛躍的に向上させることができる。
【００１９】
尚、高炭素鋼線材を伸線加工する場合、ダイスに焼き付く成分は主に鋼線材中のセメンタイト(Fe3C）成分であり、ダイスはダイヤモンド製よりも焼結超硬合金製の方が線材に対する摩擦係数が高いために焼付けが起こりやすいことから、この発明では、焼き付きが起こりやすい焼結超硬合金製ダイスで伸線加工する場合に特に顕著な効果を奏することができる。
【００２０】
鋼材中における酸化物系非金属介在物の含有割合は、具体的には、真空中や、Arガス等の不活性ガス雰囲気中のような非酸化雰囲気中で鋼線材１ｇを例えば電子ビーム加熱法等の加熱手段を用いて溶解したときに浮上した前記非金属介在物の表面積にして0.1〜1.0  ｍｍ２／ｇの範囲、より好適には0.2〜0.6  ｍｍ２／ｇの範囲であることが好ましい。
【００２１】
即ち、前記表面積が0.1ｍｍ２／ｇ未満だとダイス表面に焼き付いた付着物を研磨除去する効果が十分ではなくなるからであり、また、1.0ｍｍ２／ｇよりも大きいと、ダイス表面の早期摩耗が生じるおそれがあるからである。
【００２２】
電子ビーム加熱法による溶解条件の一例を示すと、電流を０ｍＡから70ｍＡまで3秒で上昇させ、70ｍＡ(電圧：６ｋＶ）で15秒保持し、その後、1秒で電流を０ｍＡとすることにより溶解（総熱量：6.3ｋＪに相当）させればよい。
【００２３】
浮上した前記非金属介在物の表面積の測定方法は、溶解したサンプルの上部表面に比重差により浮上した前記介在物を冷却により凝固させ、その上部表面の写真を電子顕微鏡にて撮影し、さらに画像解析することで介在物が存在している表面積を測定することによって行い、この表面積を単位質量（１ｇ）当たりの表面積として表すこととする。
【００２４】
さらに、前記酸化物系非金属介在物は、その中に占める硬質なAl2O3 の存在割合が高いことが好ましく、さらにまた、ＥＤＸ分析によって前記介在物中のAl、Ca、Si及びZrのピーク強度を測定し、Al、Ca、Si及びZrのトータルピーク強度に対するAlのピーク強度の比にして95〜100％の範囲、より好ましくは97％以上の範囲であることがより好適である。即ち、前記酸化物系非金属介在物中に占めるAl2O3 の存在割合が少ないと、CaやSiの酸化物はAl2O3に比べると軟質であるため、研磨除去効果を十分に発揮できなくなって高速伸線を継続できなくなる恐れがあるからである。
【００２５】
Al、Ca、Si及びZrのピーク強度比からAl2O3 の存在割合を算出する方法としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、前記溶解物の上部を1000倍で観察し、ＥＤＸにて面分析（加速電圧：20kV、照射電流：２×10-10Ａ、分析時間：100秒）を行い、これによって測定した各成分のピーク強度の一例を図１に示してあるが、図１に示す各成分のピーク強度から、前記酸化物系非金属介在物中に占める硬質なAl2O3 の存在割合を求めればよく、図１の場合ではAl2O3 の存在割合は約53％である。
【００２６】
尚、従来から、特にスチールコードにおいては、最終伸線工程や撚り線工程における断線を低減すべく、鋼材の清浄度を向上させる工程等を設けて、介在物量の低減がなされてきており、近年では、鋼中の前記非金属介在物の含有割合が、前記表面積にして0.02ｍｍ２／ｇ以下にまで低減されるのが一般的であり、この含有割合の低減に関しては、各鋼材メーカーが多大な労力を費やして行っているが、この発明では、前記含有割合を前記表面積にして0.1〜1.0  ｍｍ２／ｇの範囲に制御すればよいので、例えば、従来行っている鋼材の清浄度を向上させる工程等を省略するだけで、比較的容易に所望の高炭素鋼線材を製造することが可能である。
【００２７】
加えて、従来から鋼中の介在物として何らかの形で検出されるのは主としてAl2O3であることから、鋼中のAl2O3の存在割合を高めることも比較的容易であると考えられる。
【００２８】
また、Al系介在物が多いと乾式伸線性には優れるが、特に0.4ｍｍ以下の極細鋼線では、前記介在物の平均粒径が10μmよりも大きいと、この介在物を起点として断線を生じやすいことが知られている。そのため、前記酸化物系非金属介在物 の平均粒径は10μm以下にすることが好ましく、かつ、ダイス表面の焼付き付着物の研磨除去効果を有効に発揮させるため、鋼材表層に均一分散状態で存在していることがより好適である。
【００２９】
このように、第1発明の高炭素鋼線材では、鋼中における酸化物系非金属介在物の含有割合が高いことが必須の発明特定事項とし、鋼材の成分組成については特に限定はされないが、以下に示す限定理由から、鋼材の成分組成は、重量％で、Ｃ：0.60〜0.97％、Si：0.10〜0.40％、Mn：0.25〜0.65％、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.015％以下、Cu：0.20％以下、Ni：0.08％以下、Cr：0.30％以下、Ｎ：0.006％以下及びAl：0.001〜0.030％を含有することが好ましい。
【００３０】
Ｃ：0.60〜0.97wt％
Ｃは、鋼線の引張強さを確保するために最も重要な成分であり、その確保のため、その含有量を0.60wt％以上にすることが好ましいが、0.97wt％を超えると鋼中の初析セメンタイトが発生しやすくなるため、0.97wt％以下にすることが好ましい。
【００３１】
Si：0.10〜0.40wt％
Siは、脱酸に有効で鋼線の強度の確保のために必要な成分であり、その含有量を0.10wt％以上にすることが好ましいが、0.40wt％を超えると伸線後の延性が低下するとともに、SiO2単体介在物が発生しやすくなる。SiO2は硬質介在物であるが、Al2O3に比べると軟質であるため、研磨除去効果が薄れ、加えて、多量なSiO2単体介在物は断線の原因ともなるため、0.40wt％以下にすることが好ましい。
【００３２】
Mn：0.25〜0.65wt％
Mnは、鋼線の強度確保や焼入れ性の向上に有効な成分であり、その含有量を0.25wt％以上にすることが好ましいが、0.65wt％を超えると偏析やパーライト変態遅れを生じるおそれがあるため、0.65wt％以下にすることが好ましい。
【００３３】
Ｐ：0.020wt％以下
Ｐは、伸線後の線材の延性を劣化させる成分であるので、その含有量を0.020wt％以下に制御することが好ましい。
【００３４】
Ｓ：0.015wt％以下
Ｓは、伸線後の線材の延性を劣化させる成分であるので、その含有量を0.015wt％以下に制御することが好ましい。
【００３５】
Cu：0.20wt％以下
Cuは、過剰に添加すると結晶粒界に偏析して粒界割れの原因となるため、その含有量を0.20wt％以下に制御することが好ましい。
【００３６】
Ni：0.08wt％以下
Niは、フェライト中に固溶して伸線加工性及び靭性を向上させるのに有効な成分であるが、0.08wt％を超える添加は脱スケール性を劣化させるばかりでなく、高価なNiの過剰な添加はコストの面でも不利になることから、その含有量を0.08wt％以下の範囲に制御することが好ましい。
【００３７】
Cr：0.30wt％以下
Crは、セメンタイトのラメラー間隔を調質し、鋼材の強度及び加工性を向上させるのに有効な成分であるが、0.30wt％を超える添加は変態時間遅れを生じ、過冷組織の発生原因となるため、その含有量を0.30wt％以下の範囲に制御することが好ましい。
【００３８】
Ｎ：0.006wt％以下
Ｎは、冷間加工中に温度が上昇すると、時効効果の原因となる成分であるため、その含有量を0.006wt％以下の範囲に制御することが好ましい。
【００３９】
Al：0.001〜0.030wt％
Alは、研磨作用を有するAl2O3を形成するが、過剰な添加はAl2O3を多量に形成して断線の原因となることから、0.001〜0.030wt％にすることが好ましい。
【００４０】
尚、この発明の最も好適な使用用途としては、ビードワイヤーがあるが、かかる場合の高炭素鋼線材の成分組成の一例を挙げておくと、重量％で、Ｃ：0.60〜0.85％、Si：0.15〜0.30％、Mn：0.30〜0.60％、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.015％以下、Al：0.02％以下である。
【００４１】
また、第2発明の高炭素鋼線は、上記した高炭素鋼線材を連続的に乾式伸線加工を行うことによって製造され、その抗張力を1700〜2400MPaの範囲にすることができる。
【００４２】
さらに、第3発明の高炭素鋼線の製造方法は、上記した高炭素鋼線材を、酸化スケール除去した後に皮膜処理を施し、次いで焼結超合金製又はダイヤモンド製の複数のダイスを連続的に通過させて乾式伸線加工を行うことによって、前記線材表面の一部が伸線加工時に脱離してダイスの表面に焼き付いた場合であっても、前記線材をダイスを通過させることによって、伸線加工されると同時にダイスの表面に焼付いた部分を自動的に研磨除去することができ、伸線速度を従来よりも高めることができ、生産性が向上する。
【００４３】
また、前記伸線加工に使用されるダイスの数は７〜15個の範囲であり、かつ、真歪みが1.5〜4.0の範囲である伸線加工を行った場合に、特にこの発明の効果を顕著に奏することが可能になる。
【００４４】
尚、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００４５】
【実施例】
次に、第1発明に従う高炭素鋼線材を用い、第3発明に従う製造方法によって高炭素鋼線(ワイヤー）を試作し、ダイス寿命、線細りの程度、鋼線の表面品質及び抗張力について性能評価を行ったので以下で述べる。
【００４６】
・試験例１
線径が3.1mmであり、Ｃ：0.7wt％を含有する高炭素鋼線材に予めボラックス被覆処理を施したものを用意し、この材料を焼結超硬合金製の９個のダイスを用いて連続的に乾式伸線加工を行い、0.96mmのワイヤーを製造した。また、潤滑材としてはステアリン酸ナトリウムを主成分とする乾式潤滑材を用い、伸線速度は750m/min.とした。尚、鋼中における酸化物系非金属介在物の含有割合を表す指標である鋼線材１ｇを溶解したときに浮上した前記非金属介在物の表面積の値（ｍｍ２／ｇ）、及び、ＥＤＸ分析値から求めた前記酸化物系非金属介在物におけるAl2O3 の存在割合（％）については表１にまとめて示してある。
【００４７】
(評価方法）
(1)ダイス寿命評価
ダイス寿命は、ダイスが所定の値に摩耗するまでに伸線できた鋼線のトータル長さを測定し、この測定値から評価した。表１にこの評価結果を示す。尚、表１中の数値は従来例を100としたときの指数比で示してあり、数値は大きいほどダイス寿命が優れている。
【００４８】
(2)線細りの程度の評価
線細りの程度は、線細りが生じると線材断面の真円度（最大直径と最小直径との差で評価）が低下することから、伸線後のワイヤーの線細りを真円度を測定することによって評価した。真円度の測定は、市販の測定器を用いて行い、「大」、「中」、「小」、「無」の4段階で評価した。表１にこの評価結果を示す。尚、この発明では、「小」と「無」を合格レベルとした。
【００４９】
(3)鋼線の表面品質評価
鋼線表面の品質は、鋼線表面の凹凸又は平滑化が伸線後の鋼線表面に残留するボラックスの付着量と相関関係にあることから、最終伸線後に鋼線表面に残留するボラックス付着量を測定し、この測定値によって評価した。ボラックス付着量の測定は、最終伸線後の所定の量の鋼線を採集して溶解液で洗浄し、溶液中のボラックス成分を化学分析することによって行った。
表１にこの評価結果を示す。尚、表１中の数値は従来例を100としたときの指数比で示してあり、数値は大きいほど鋼線の表面品質が優れている。
【００５０】
(4)鋼線の抗張力の測定
鋼線の抗張力は、市販の測定器にて、破断強力を測定し、事前にマイクロメーターにて測定しておいた線径にて抗張力へ換算した。表1にその測定結果を示す。
【００５１】
比較のため、従来の高炭素鋼線材を用いて鋼線を製造した従来例や、鋼中の前記介在物の含有割合及びAl2O3 の存在割合の少なくとも1方がこの発明の適正範囲外である比較例１及び２についても試作し、実施例の場合と同様な項目について性能を評価したので、それらの評価結果についても表１に示す。
【００５２】
【表１】
0004301640.tif 000002
【００５３】
表1に示す評価結果から、実施例１〜７はいずれも、従来例１に比べて、ダイス寿命が長く、線細りの発生が抑制されており、鋼線の表面品質に優れ、十分な抗張力が得られていることがわかる。
一方、比較例１及び２は、上記性能のうちのいずれかが従来例１よりも劣っている。
【００５４】
・試験例２
次に、伸線速度を高めたときのこの発明の効果を調べるための試験を行った。
実施例８及び９は、伸線速度を1000m/min.に高めたことを除けばそれぞれ実施例６及び７と同様な条件で鋼線を製造した場合である。表２に評価結果を示す。比較のため、従来の鋼炭素鋼線材を用い、伸線速度をそれぞれ750m/min.と1000m/min.とする条件下で鋼線を製造した従来例及び比較例3についても同様に表2に示す。尚、表２中の評価結果のうち、ダイス寿命と鋼線の表面品質については、従来例を100とした指数比で示してあり、いずれの数値も大きいほど優れている。
【００５５】
【表２】
0004301640.tif 000003
【００５６】
表２の評価結果から、実施例８及び９は、従来例に比べて線細りが抑制されており、ダイス寿命及び鋼線の表面品質が同等であり、比較例３は、いずれの性能も悪かった。
【００５７】
【発明の効果】
この発明によれば、従来に比べて伸線速度を高めた場合に生じるダイス表面への焼付き付着を、伸線加工をしながらにして自動的に研磨除去することができるため、良好な伸線性を長期にわたって維持することができ、また、ダイス寿命を低下させることなく、良好な表面品質と高抗張力を有する高炭素鋼線を高速伸線で製造することが可能になり、この結果、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【００５８】
加えて、この発明で製造した高炭素鋼線は、伸線加工によって表面凹凸が平滑になるの抑制できるため、ビードワイヤー等のタイヤ用ゴムとの良好な接着性を維持でき、製品不良率が大幅に減少した。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＥＤＸ分析値から鋼材中のAl2O3 の存在割合を算出する方法を説明するための図である。
【図２】  線材の表面粗さがゴムに対する接着性と関係があることを示す図である。
【図１】
0004301640.tif 000004
【図２】
0004301640.tif 000005