(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．７０〜０．９０質量％の炭素を含む高炭素鋼線材に伸線加工と加熱炉内での熱処理を施して鋼線を製造する鋼線の製造方法において、
予め前記高炭素鋼線材の表面にボラックスを１ｍｇ／ｍ２〜２５ｍｇ／ｍ２付着被覆して前記加熱炉内での熱処理を行い、
前記加熱炉内でのスケール厚を０．７μｍから１．４μｍの範囲内で制御することを特徴とする鋼線の製造方法。
【請求項２】
ボラックスによる皮膜形成処理の後、ステアリン酸カルシウムを主成分とする潤滑剤を用いて伸線し、伸線された鋼線材を加熱炉内で熱処理するにあたり、該加熱処理前に、鋼線材を多段向流式水洗浴で水洗し、この際、最終水洗浴の溶液のボラックス濃度を１ｇ／ｌから１２ｇ／ｌとし、前記最終水洗浴から取り出した後の、前記高炭素鋼線材の表面のボラックス付着量が１ｍｇ／ｍ２〜２５ｍｇ／ｍ２である請求項１記載の鋼線の製造方法。
【請求項３】
前記最終水洗浴の溶液のボラックス濃度の代用特性として、該溶液の電気伝導度を１．０〜４．５ｍＳ／ｃｍに制御して水洗を行う請求項２記載の鋼線の製造方法。
【請求項４】
前記多段向流式水洗浴が、最終水洗浴で水を補給し、最終水洗浴の溶液の増加分をその前の水洗浴に送り、順次川上に向かって増加分を送り、最初の一段目の水洗浴の増加分の溶液を廃液処理する水洗方式であり、最終水洗浴の溶液のボラックス濃度の制御を、最初の水洗浴の廃液量と最終水洗浴での水の補給量とを最終水洗浴の溶液の電気伝導度に基づいて制御することにより行う請求項３記載の鋼線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度および伸線性に優れた鋼線を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スチールコードは、高炭素鋼線材に伸線と熱処理とを繰り返し施すことにより製造される。かかる熱処理は伸線によって加工硬化した鋼線材を軟化させて、更に次の伸線工程で伸線するために行われる。すなわち、加工硬化した鋼線材を加熱炉にてＡ１点（炭素鋼の状態図においてその温度以上では溶体化状態であり、その温度以下では結晶構造になる温度）以上まで加熱してオーステナイト化し、続いて鉛浴等で５００℃〜６００℃に冷却保持して加工性に優れるパーライト組織にし、しかる後、次の伸線工程に供される。
【０００３】
０．７０〜０．９０質量％程度の炭素を含む高炭素鋼線の熱処理においては、表面脱炭が起こりやすく、脱炭を抑制するために炉内の雰囲気を調整することが行われる。熱処理での鋼線表面の脱炭は、鋼線の強度を低下させると共に、その後の伸線性を低下させる要因でもあるため、熱処理において極力脱炭を抑制することが求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、炉内の雰囲気の調整だけでは脱炭を十分に抑制することができず、トラブル的に脱炭が発生することから、安定して脱炭を抑制する方法がなお求められていた。
【０００５】
そこで本発明の目的は、伸線された高炭素鋼線材に熱処理を施す際、極力脱炭を抑制し、強度および伸線性に優れた鋼線を製造する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、加熱炉内で生成する鋼線材表面スケールの性質と脱炭現象との間に関係があることを突き止め、さらに検討を重ねた結果、加熱炉内でのスケール厚を特定範囲内に制御することにより前記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明の鋼線の製造方法は、０．７０〜０．９０質量％の炭素を含む高炭素鋼線材に伸線加工と加熱炉内での熱処理を施して鋼線を製造する鋼線の製造方法において、
予め前記高炭素鋼線材の表面にボラックスを１ｍｇ／ｍ２〜２５ｍｇ／ｍ２付着被覆して前記加熱炉内での熱処理を行い、
前記加熱炉内でのスケール厚を０．７μｍから１．４μｍの範囲内で制御することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、予め前記高炭素鋼線材の表面にボラックスを１ｍｇ／ｍ２〜２５ｍｇ／ｍ２付着被覆して前記加熱炉内での熱処理を行うことにより、前記加熱炉内でのスケール厚を所望範囲に制御することが可能となる。
【０００９】
また、本発明においては、ボラックスによる皮膜処理の後、ステアリン酸カルシウムを主成分とする潤滑剤を用いて伸線し、伸線された鋼線材を加熱炉内で熱処理するにあたり、該加熱処理前に、鋼線材を多段向流式水洗浴で水洗し、最終水洗浴の溶液のボラックス濃度を１ｇ／ｌから１２ｇ／ｌにすることが好ましく、また、前記最終水洗浴の溶液のボラックス濃度の代用特性として、該溶液の電気伝導度を１．０〜４．５ｍＳ／ｃｍに制御して水洗を行うことが好ましい。これにより、ボラックスの被覆量を上記範囲内に容易に制御することができる。
【００１０】
さらに、前記多段向流式水洗浴が、最終水洗浴で水を補給し、最終水洗浴の溶液の増加分をその前の水洗浴に送り、順次川上に向かって増加分を送り、最初の一段目の水洗浴の増加分の溶液を廃液処理する水洗方式であり、最終水洗浴の溶液のボラックス濃度の制御を、最初の水洗浴の廃液量と最終水洗浴での水の補給量とを最終水洗浴の溶液の電気伝導度に基づいて制御することにより行うことが好ましい。
【００１１】
本発明の完成に至るまでの経緯を以下に詳述する。
伸線された鋼線はその表面にボラックスおよびステアリン酸カルシウム等の潤滑剤が残留しており、そのまま加熱すると加熱炉で生成する酸化皮膜が厚くなり、スケールを曲げたときにひびが入りやすくなる。その結果、炉内を通過させて行う熱処理時に、鋼線材がガイド等に接触したときに酸化皮膜が剥離離脱し、鋼線の金属表面が直接雰囲気に曝され、酸化皮膜の保護機能が失われ脱炭を起こすことが先ず解明された。
【００１２】
一方、鋼線材表面に潤滑剤等が残留したままでは、所望の酸化皮膜が生成されないため、加熱処理前に潤滑剤を除去することで脱炭を低減させることができるが、残留潤滑剤および残留ボラックス等を全部除去しても、依然として脱炭現象が発生する。この点につき、本発明者らはさらに鋭意検討を重ねた結果、鋼線材の表面に所定量範囲のボラックスが残存すると、目的の酸化皮膜が生成され、脱炭を極力低下させることができることを見出した。これらの知見に基づき本発明が完成するに至り、スケールの機械的性質が改善されて脱炭の抑制実現が可能となった。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
本発明の鋼線の製造方法においては、加熱炉内でのスケール厚を０．７μｍから１．４μｍの範囲内に制御する。線径が１．３ｍｍで炭素含有量が０．８重量％の鋼線材に熱処理を施してスケール厚と脱炭との関係を検討した結果を示す図１のグラフから明らかなように、スケール厚が０．７μｍから１．４μｍの範囲内のときに脱炭を良好に抑制することができる。即ち、スケール厚が０．７μｍ未満では酸化皮膜が鋼線の表面全部を覆い尽くす程度にまでは生成されず、一方１．４μｍを超えるとスケール厚が厚くなり過ぎ、ひび割れが生じやすくなるからである。尚、図１中、縦軸は鋼線の断面を観察して、脱炭深さ（ｍｍ）を測定したものである。
【００１４】
加熱炉内でのスケール厚を上記範囲内にするための一好適手段として、熱処理前に予め鋼線材表面にボラックスを１ｍｇ／ｍ２〜２５ｍｇ／ｍ２付着被覆しておけばよいことが見出された。即ち、所望のスケール厚範囲への制御において、スケール厚を決める要因としてスケール中のボラックス濃度があることが分かった。図２は、熱処理条件を一定にしたときのスケール中のボラックス濃度とスケール厚との関係を示すグラフであり、スケール中のボラックス濃度に指数関数的に比例してスケール厚は増加していき、この結果、熱処理前の鋼線材表面のボラックス付着量を１ｍｇ／ｍ２〜２５ｍｇ／ｍ２に設定しておけば加熱炉において目的のスケール厚を得ることができることが分かった。
【００１５】
所定の量のボラックスを鋼線に被覆するには、洗浄した鋼線材を所定の濃度のボラックス水溶液に浸漬することにより行うこともできるが、鋼線材は伸線でボラックス皮膜処理がされ、さらにステアリン酸カルシウムを主成分とする潤滑剤が残留しているので、伸線された鋼線材を水洗することで所望のボラックス付着量を得ることができる。すなわち、鋼線材を水洗するとまず最初に潤滑剤が溶解除去され、続いてボラックスが溶解除去されるが、水洗度合いを調整することで、すなわち多段向流式の水洗浴で水洗し、最終水洗浴の水洗度合いの程度を調整することで、水洗後の鋼線材の表面に所定量のボラックスを残存付着させることができる。
【００１６】
さらに水洗浴の溶液でボラックスはイオン化し、潤滑剤はイオン化しないので、溶液中のボラックス濃度は電気伝導度を測定することで簡便に分析することができる。図３はボラックス付着量と溶液の電気伝導度との関係を調べたもので、非常に高い相関関係を示すことが分かる。
【００１７】
最終水洗浴の溶液のボラックス濃度の制御は、多段向流式水洗浴における最初の水洗浴の廃液量と最終水洗浴での水の補給量とを制御することで行われる。かかる多段向流式水洗浴の好適例を図４に模式的に示す。この多段向流式水洗浴にて、鋼線材を水洗して所定の量のボラックスを付着させる。図示する例においては、３段式の水洗浴２〜４を有し、各浴ともオーバーフロータイプの水洗浴で、これら浴の下に設けられた貯液槽５〜７の溶液をポンプＰにより循環させながら、各水洗浴を通過する鋼線材１を水洗する。
【００１８】
最終水洗浴４には、ボラックスの濃度分析の代用特性である電気伝導度を測定する電気伝導度計９を設け、電気伝導度を測定する。この最終水洗浴４のボラックス濃度が所定以上に高くなったら、最初の水洗浴２の溶液を抜き取り、最初の水洗浴２に設けた液レベル検出器８により元の液レベルに戻るまで最終水洗浴４における貯液槽７に水供給管１０から水を供給して濃度調整を行う。この多段向流式の水洗浴の貯液槽５〜７には、液戻し孔１１、１２が設けられ、最終水洗浴４の液の濃度調整で水を補充して増加した溶液を前の水洗浴３に戻して該水洗浴３の水洗溶液に追加し、順次川上に戻して最初の水洗浴２における貯液槽５から抜き取って減少した液を補充する。かかる液戻し孔１１、１２を設けることで、貯液槽５〜７の液レベルを一定に保つことができる。
【００１９】
最終水洗浴４の溶液のボラックス濃度を所定の範囲内に安定して維持するためには、電気伝導度の計測と液の補充とを連続して行い、また最初の水洗浴で１回に抜き取る液の量を少なくし、電気伝導度の測定回数を多くすることで目的のボラックス濃度範囲内に良好に維持することができる。
【００２０】
また、最終水洗浴の溶液濃度を一定にする他の方法として、最初の水洗浴に最終の水洗浴においてオーバーフロータイプの液戻し孔を設け、最終水洗浴で溶液の電気伝導度を測定して、それに基づいて最終水洗浴に水を補充し、増加した水を川上に向って液戻し孔を通して戻し、最初の水洗浴でオーバーフローする水を廃液処理することによっても行うことができる。
【００２１】
【実施例】
本発明を実施例に基づき説明する。図４に示す多段向流式水洗浴を用いて、炭素含有量が０．８質量％で線径が１．３ｍｍの伸線された鋼線に対し、以下の処理を行った。先ず、予め洗浄処理をし、続いてアルゴン、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で鋼線を９００℃で３秒間加熱した後、５６０℃まで急冷して３秒間保持してパーライト組織とした。
【００２２】
本実施例においては、最終水洗浴４の電気伝導度が１．０〜４．５ｍｓ／ｃｍの範囲内になるように最初の水洗浴２の液の抜き取りおよび最終水洗浴４への水の補充を行った。実際の処理においては、最終水洗浴４の液の電気伝導度を３．０±０．５ｍｓ／ｃｍの範囲内で制御した。かかる処理で鋼線に付着したボラックスの量は１２〜１８ｍｇ／ｍ２で、スケール厚は０．９〜１．２μｍの範囲であり、脱炭の深さは２μｍ以下であった。
【００２３】
一方、上述の本実施例のように最終水洗浴４の電気伝導度を管理せず水洗過多となった場合は、脱炭の深さが５〜２５μｍであった。また、逆に水洗不十分の場合は５〜１５μｍの脱炭が認められた。
ここで、脱炭の深さは、熱処理された鋼線の断面をエッチングして光学顕微鏡で観察して測定した。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の鋼線材の製造方法においては、加熱炉内でのスケール厚を特定範囲内に制御することにより、脱炭が良好に抑制され、強度および伸線性に優れた鋼線が得られる。また、本発明においては、かかるスケール厚を、予め鋼線材の表面にボラックスを所定量付着被覆して加熱炉内での熱処理を行うことにより所望範囲に制御することができる。さらに、加熱処理前に、鋼線材を多段向流式水洗浴で水洗し、最終水洗浴の溶液のボラックス濃度を制御するにあたり、ボラックス濃度の代用特性として、該溶液の電気伝導度を特定範囲内に調整することにより、ボラックスの被覆量を所望範囲内に容易に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スケール厚と脱炭との関係を示すグラフである。
【図２】熱処理条件を一定にしたときのスケール中のボラックス濃度とスケール厚との関係を示すグラフである。
【図３】ボラックス付着量と溶液の電気伝導度との関係を示すグラフである。
【図４】多段向流式水洗浴の好適例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  鋼線材
２  最初の水洗浴
３  中間の水洗浴
４  最終の水洗浴
５  最初の貯液槽
６  中間の貯液槽
７  最終の貯液槽
８  液レベル検出器
９  電気伝導度計
１０  水供給管
１１，１２  液戻し孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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