JPH04237531A - 銅クラッド鋼線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クラッド層が厚く、か
つ疲労特性の高い銅クラッド鋼線の製造方法に関するも
のである。本発明により得られた銅クラッド鋼線は、Ｚ
ｎめっき、Ｎｉめっき等を施すことにより高耐食性ワイ
ヤが容易に製造できるほか、導電率を高めることにより
導電線として利用することもできる。本発明により得ら
れた銅クラッド鋼線は銅の導電性と鋼の強度特性等を利
用する様々な用途のワイヤに応用することが可能である
。

【０００２】

【従来の技術】現在、鋼線に銅をクラッドする方法とし
ては、電気めっきにより銅を厚付けする電気めっき法、
鋼線に銅テープを溶接被覆後、冷間伸線する造管クラッ
ド法、鋼線を銅パイプに挿入し、冷間伸線するパイプ挿
入法、鋼ビレットの回りに銅を鋳込み、熱間圧延によっ
て線材化するビレット熱間圧延法、鋼線に溶銅を付着さ
せ、凝固させる溶湯浸漬法、等が考えられている。この
うち電気めっき法、造管クラッド法、溶湯浸漬法が工業
的に多く利用されている。

【０００３】これらのクラッド技術はそれぞれ特徴があ
る。例えば、電気めっき法の場合は薄く均一なクラッド
層が得られ、密着性が良好であるが、厚めっきに時間が
かかり、さらに処理線径が比較的細いために生産性が非
常に低く、近年では公害問題となっている廃液の処理が
難しく、コスト高になっている。溶湯浸漬法及びビレッ
ト熱間圧延法による場合は、めっき法に比べると厚い被
覆が可能であるが、クラッド層の厚みが不均一で合金層
の生成などの問題も起き易い。造管クラッド法とパイプ
挿入法の場合は、クラッド層の厚みを厚くでき、安価に
製造することが可能であるが、クラッド層の密着性が弱
いために伸線加工時に鋼線とクラッド層の境界部で滑り
を起こしたり、バルジ変形を起こすなどの問題が発生し
やすい。

【０００４】本発明にかかわる造管クラッド法では、密
着性を向上させるための種々の手段が提案されている。 例えば、特開昭６１−１５４７７７号公報では、予め芯
材表面にクラッド金属と同種の金属をめっきする方法を
提案している。しかしこの方法ではめっきのための設備
が大きくなり、製造法の簡便さ、低コストなど造管クラ
ッド法のメリットが十分得られていない。また特開平１
−２４５９１３号公報では、ブラッシングにより芯材表
面を荒すことを提案しているが、ブラッシングによりつ
けられた引き掻き疵は、密着後にクラッド層と芯材との
境界部に小さなボイドができ易い原因となり、このボイ
ドが仕上がり線での疲労特性を低下させるため、ロープ
や電線及び導線として使用する場合には、熱処理などの
工程を付加する必要がある。さらにブラッシングでは、
引き掻きにより表面が深く削られるために、０．１ｍｍ
程度の厚みの薄い銅テープをクラッドすることはできな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記したように造管ク
ラッド法によれば、クラッド層の肉厚を厚くでき、かつ
冷間加工のみで得られるために、安価に製造することが
可能であるが、クラッド層の密着性が弱いために伸線加
工時に鋼線とクラッド層の境界部で滑りを起こしたり、
バルジ変形を起こすなどの問題が発生し易く、密着性を
改善するために、ブラッシングして引き掻き疵を付ける
と、密着後にクラッド層と芯材との境界部に小さなボイ
ドが発生し、これが仕上がり線での疲労特性を劣化させ
るなどの問題が起きていた。

【０００６】本発明者らは前記の問題点を解決するため
に多くの実験を行った結果、伸線時の境界部の滑りは表
面凹凸が大きいほど抑制できるが、疲労試験でのクラッ
ドした銅の剥離は、表面凹凸が大きくなりすぎると密着
性が低下し、疲労特性が劣化することを見出した。本発
明は、鋼線の表面凹凸の大きさには最適値が存在し、こ
の場合の加工条件を明確化することにより、伸線時の銅
と鋼の境界部の滑りを抑制し、同時に境界部の密着性を
向上させることにより仕上げ線径での銅クラッド鋼線の
疲労特性の改善を図ろうとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような技術
的課題を解決するために創案されたもので、芯材に鋼線
を用い、その周囲に銅テープをパイプ状に成形し、その
突合せ部をＴＩＧ溶接した後、パイプと芯材を縮径加工
して接合させることからなる銅クラッド鋼線の製造に際
し、表面に１μｍ以上１０μｍ以下の凹凸を表面積の４
０％以上の部分に付与した線径３．０ｍｍ以上５．５ｍ
ｍ以下の鋼線を芯材とし、この芯材の長手方向に縦ぞえ
にした厚さ０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の銅テープを
、鋼線の線径より３．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下大きい
内径をもったパイプ状に成形し、その突合せ部を溶接し
た後、芯材とパイプの隙間をなくし、隙間のない状態で
のクラッド鋼線の線径を基準にして１パス減面率５％以
上１５％以下の冷間伸線を繰り返し、合計の減面率が５
０％以上となるように伸線加工することを特徴とする銅
クラッド鋼線の製造方法である。

【０００８】即ち、本発明は芯材鋼線の表面凹凸を抑制
することにより、クラッド層の密着性と疲労強度を向上
させ、かつ芯材とパイプの隙間をなくしてから伸線して
クラッド層境界部の滑りを完全に抑制することにより、
銅クラッド鋼線の特性及び製造コストを改善することを
可能としたものである。本発明において、鋼線表面に１
μｍ以上１０μｍ以下の凹凸を付けるのは、凹凸が１μ
ｍ未満であると銅パイプと芯材の鋼線との摩擦抵抗が著
しく小さくなるために、伸線加工工程でクラッド層境界
部が滑りを起こし断線につながるためであり、１０μｍ
より大きくなると伸線後の銅クラッド鋼線のクラッド層
と芯材の境界部に小さなボイドが残り、線の疲労特性を
劣化させるおそれがあるためである。ボイドができた場
合には、伸線後に熱処理工程を入れることによりボイド
をなくすこともできるが、製造コストが著しく高くなる
。

【０００９】また、１μｍ以上１０μｍ以下の凹凸を付
ける面積は、芯材の鋼線の表面積全体の４０％以上であ
ればよい。４０％未満であると銅パイプと芯材の鋼線と
の摩擦抵抗が著しく小さくなるために、伸線加工工程で
クラッド層境界部が滑りを起こし、断線につながるため
である。線径３．０ｍｍ以上５．５ｍｍ以下の鋼線を芯
材とするのは、線径が３．０ｍｍ未満であると芯材の鋼
線と銅パイプの最小内径との差が大きくなりすぎ、芯材
とパイプの隙間をなくすことが困難になるためであり、
５．５ｍｍより大きいと鋼線の剛性が大きくなり溶接が
困難になるためである。

【００１０】銅テープの厚みを０．１ｍｍ以上２．０ｍ
ｍ以下とする理由は、０．１ｍｍ未満であるとパイプに
成形することが困難になり、２．０ｍｍより大きくなる
と成形性及び溶接性が悪くなり、さらにその後の伸線に
おいてもバルジ変形が発生し易くなり、線のネッキング
や断線の原因となるためである。銅テープを鋼線の線径
より３．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下大きい内径をもった
パイプ状に成形するのは、３．０ｍｍ未満であると芯材
が熱影響を受けるために鋼線の機械的性質にばらつきを
生じ、伸線時の断線頻度が高くなり、５．０ｍｍを越え
ると次の芯材とパイプの隙間をなくすことが困難になる
からである。

【００１１】芯材とパイプの隙間をなくす加工を行う理
由は、隙間のある状態で直接伸線すると、芯材の鋼に比
べ銅パイプの伸びが大きくなりクラッド層境界部の滑り
が起き銅パイプのみが加工されるために銅が破れたり断
線の原因になる。特に本発明では仕上がり線の疲労特性
改善の観点から、表面凹凸を１μｍ以上１０μｍ以下と
微細な凹凸を持った表面にしているために、銅パイプと
芯材の鋼線との摩擦抵抗は不十分であり、伸線条件によ
ってはクラッド層境界部が滑りを起こす場合もあるので
、パイプの縮径加工により軽く銅を鋼線に押し付け滑り
を抑制する必要があるためである。

【００１２】隙間のない状態でのクラッド鋼線の線径を
基準にして１パス減面率５％以上１５％以下の冷間伸線
をする理由は、５％未満であると線が振動したり潤滑が
不安定になるために表層のみに変形が集中し、そのため
クラッド層境界部での滑りを起こし易くなり、１５％を
越えるとクラッド層とダイスとの摩擦抵抗が大きくなり
表層に大きな摩擦力が働くためにクラッド層境界部での
滑りを起こすことがあるからである。

【００１３】さらに合計の減面率が５０％以上となるよ
うに伸線加工するのはクラッド層の密着性を強くし十分
な疲労特性を得るのに必要な加工歪を得るためであり、
５０％に満たないと密着性が不十分であるためにクラッ
ド層の剥離のおそれがあり疲労特性も低くなるからであ
る。

【００１４】

【構成、作用】本発明の構成、作用を図１及び図２に示
す実施例に基づいて説明する。図１に示すように供給装
置１から引き出された鋼線２をピンチローラー３を経由
してショットブラスト装置４に送り込む。ピンチローラ
ー３は鋼線の矯直を行うと共に巻取り機１１に銅複合鋼
線１０が巻き取られるまでの間に該鋼線がたわんだり振
動したりすることを防止している。従って、鋼線の表面
にスケールがついている場合は、ピンチローラー３の代
わりにベンディングローラーによりショットブラスト装
置４に入る前の工程で、鋼線表面のスケールを落として
も構わない。

【００１５】ショットブラストにより本発明に規定する
凹凸をつけるためには、鋼線の円周上の複数方向からＨ
ｖ５００以上で１０μｍから１００μｍの粒度分布を持
ったショット粒を鋼線表面の硬さに応じて適正な圧力で
投射すればよい。ショットブラスト装置４により、１μ
ｍ以上１０μｍ以下の凹凸を表面積の４０％以上の部分
に付与された鋼線２は、ガイドローラー５を介してフォ
ーミング装置６に入る。フォーミング装置６では銅テー
プの供給装置１２から供給された銅テープ１３が送り込
まれ、該銅テープはこの装置により鋼線２の周囲にパイ
プ状に成形される。この時、パイプ状の銅テープの内径
は鋼線２の線径より３．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下大き
い寸法に成形される。

【００１６】フォーミング装置６によりパイプ状に成形
された銅テープ１３の突合せ部を溶接装置７で接合する
。フォーミング装置６と溶接装置７によりパイプ状銅テ
ープの中に芯材が入った状態の複合線は、スエージング
装置８により芯材である鋼線２とパイプ状銅テープとの
隙間が完全になくされる。このようにして弱くパイプ状
銅テープを複合させた銅複合鋼線１０はガイドローラー
９を介して一旦巻取り装置１１に巻き取られる。ここで
ガイドローラー５と９は銅複合鋼線のたわみや振動を防
止するものである。

【００１７】図２に示すように銅複合鋼線の供給装置１
６から銅複合鋼線１０を引出し、ダイス１４により伸線
し、巻取り装置１７で巻き取ることにより銅クラッド鋼
線１５を製造することができる。伸線条件としては通常
の鋼線の伸線と同じダイスを用い、１パス減面率を５〜
１０％にして伸線すれば、通常の鋼線用の伸線機を利用
することができる。

【００１８】この伸線工程において、鋼線表面の凹凸が
１μｍより小さいと伸線時に銅パイプと芯材の境界部で
滑りが発生し、銅パイプのみが引っ張られるために銅パ
イプが破れてしまう。また、１０μｍより大きいと伸線
後の銅クラッド鋼線の銅と芯材の境界部に小さなボイド
が残り、疲労特性を低下させる原因になる。ところでス
エージング後一旦巻き取るのは溶接やスエージングを行
う複合化工程と次の伸線工程との間で処理速度が合わな
い場合に必要になるものであり、特定の銅テープの厚み
と溶接条件及び伸線速度の範囲では巻取り機１１で巻き
取らずに直接伸線することも可能である。

【００１９】

【実施例】以下銅クラッド鋼線の製造試験の結果につい
て説明する。芯材には直径２ｍｍから８ｍｍのＳＷＲＨ
４２ＡとＳＷＲＭ８及びＳＷＲＨ７２Ａ鋼線を用い、芯
材の熱処理後の減面率が９０％を越える場合には、９５
０℃で３分加熱した後、６００℃の鉛浴に１分浸漬させ
るパテンティング処理または９５０℃で３分の焼鈍を行
った。

【００２０】芯材の鋼種によって加工限界が異なるため
、仕上げ線径は芯材によって変わるが、密着の過程はど
の鋼種も同じ傾向であった。表１、表２及び表３に、中
間の硬さを持つＳＷＲＨ４２Ａを芯材にした場合の製造
条件と製造状況及び特性試験結果を示す。クラッド材の
無酸素銅の銅テープは厚み０．０５ｍｍから３ｍｍの範
囲で試験を行った。銅テープ材として無酸素銅を用いた
のは、加工性及び用途によっては導電率を高くする必要
があることから、なるべく酸素含有量の低いものを選択
した。

【００２１】パイプ状にフォオーミング成形した銅テー
プの突合せ部の溶接はＴＩＧ溶接により行った。溶接部
に酸化スケールができて密着性を阻害することを防止し
、かつ芯材の鋼線表面に薄い低温スケールが生成しない
ように、酸素分圧を低く抑えながら溶接を行った。また
銅テープの厚みや芯材の径とパイプの外径の差の大きさ
などにより溶接条件が制限されるため、溶接条件は試験
に応じて最適の条件を採用した。

【００２２】スエージングには芯材の径とパイプの外径
の差の大きさに応じて２段から４段のスエージング装置
を直列に配置して銅パイプの減面加工を行った。ここま
での工程における処理速度と次の工程の伸線速度を合わ
せることのできる場合もあったが、比較のために全ての
試験でスエージングの後、巻取り機で巻き取り、伸線工
程との連続処理は行わなかった。伸線工程では１パスの
減面率を３％から３０％までの範囲で伸線し、合計の減
面率として３０％から最大９９％までの加工を行った。

【００２３】試験では、フォーミングや溶接性、伸線状
況など製造状況の観察と伸線後の銅と鋼の境界部の観察
や疲労試験によって目的とする特性が得られているかど
うか調査を行った。ここで多くのクラッド線の疲労特性
に関する調査の結果、銅クラッド鋼線の疲労強度は銅と
鋼の境界部に存在するクラックや境界面の粗さからでき
るボイド等によって劣化することがわかった。それ故、
伸線後の銅と鋼の境界部を観察してクラックやボイドの
ない状態を確認すれば銅クラッド鋼線の疲労特性を評価
できる。さらに確認のために、線径０．８ｍｍに仕上げ
られた銅クラッド鋼線については、ハンター疲労試験に
よりＳ−Ｎ曲線を求めて疲労限の応力を比較した。また
疲労限は繰り返し数１０７　回で判定した。

【００２４】表１（本発明法）及び表２（比較法）に各
製造条件における製造状況を示す。これらの表から明ら
かなように本発明法の範囲では最終線径まで良好に加工
できるのに対して、本発明法から条件の外れた比較法で
はフォーミング、溶接、スエージング及び伸線の各工程
において様々な問題が発生し、最終線径まで加工できた
のはＮｏ．２２とＮｏ．３０の２水準のものだけであっ
た。

【００２５】表３に最終線径まで加工できたサンプルの
疲労限と銅と鋼の境界部の顕微鏡観察結果を示す。本発
明法のＮｏ．５，６及び比較法のＮｏ．２１，２２から
分かるように、芯材の鋼線の表面凹凸は小さくなると伸
線工程で滑りを起こし易くなり、大きくなると境界部に
ボイドが残り、疲労強度が低くなる傾向になっている。 さらに疲労特性と境界部のボイドの関係調査を裏付ける
ように、凹凸が大きく境界部にボイドの確認されたＮｏ
．２２は疲労特性が劣化している。

【００２６】疲労特性は線径が異なると単純に比較でき
ないために０．８ｍｍのサンプルのみハンター疲労試験
を行ったが、境界部の顕微鏡観察の結果から本発明法の
Ｎｏ．３，４，１４，１５，１６は疲労特性が良好であ
り、ミクロボイドが確認された比較法のＮｏ．３０は疲
労特性が低いことがわかる。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、銅クラッド鋼線の製
造にあたり、本発明に従って造管クラッド法を実施する
と、銅と鋼の境界部の滑りが抑制され、かつ冷間加工の
みで境界部の密着性が向上し、ボイドをなくすことがで
きるので、仕上げ線径での銅クラッド鋼線の疲労特性を
改善することが可能である。

【００３１】さらに本発明によって得られた銅クラッド
鋼線は芯材に強度の高い鋼を用いているために、Ｚｎめ
っきやＮｉめっき等を施すことにより高強度高耐食性ワ
イヤを提供し得るほか、導電率を高めることにより高強
度の導電線としても利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例において利用した製造工
程における凹凸付与及び被覆工程の概略図である。

【図２】図２は伸線工程の概略図である。

【符号の説明】

１　　　　供給装置 ２　　　　鋼線 ３　　　　ピンチローラー ４　　　　ショットブラスト装置 ５　　　　ガイドローラー ６　　　　フォーミング装置 ７　　　　溶接装置 ８　　　　スエージング装置 ９　　　　ガイドローラー １０　　　　複合鋼線 １１　　　　巻取り装置 １２　　　　銅テープ供給装置 １３　　　　銅テープ １４　　　　ダイス １５　　　　銅クラッド鋼線 １６　　　　供給装置 １７　　　　巻取り装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　芯材に鋼線を用い、その周囲に銅テー
   プをパイプ状に成形し、その突合せ部をＴＩＧ溶接した
   後、パイプと芯材を縮径加工して接合させることからな
   る銅クラッド鋼線の製造に際し、表面に１μｍ以上１０
   μｍ以下の凹凸を表面積の４０％以上の部分に付与した
   線径３．０ｍｍ以上５．５ｍｍ以下の鋼線を芯材とし、
   この芯材の長手方向に縦ぞえにした厚さ０．１ｍｍ以上
   ２．０ｍｍ以下の銅テープを、鋼線の線径より３．０ｍ
   ｍ以上５．０ｍｍ以下大きい内径をもったパイプ状に成
   形し、その突合せ部を溶接した後芯材とパイプの隙間を
   なくし、隙間のない状態でのクラッド鋼線の線径を基準
   にして１パス減面率５％以上１５％以下の冷間伸線を繰
   り返し、合計の減面率が５０％以上となるように伸線加
   工することを特徴とする銅クラッド鋼線の製造方法。