JPH04289148A - 伸線用ワイヤーおよび鋼製ワイヤー - 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、例えば自動車タイヤの
補強用として用いられるスチールコードワイヤーに代表
される鋼製ワイヤーおよびそのための伸線用ワイヤーに
関する。さらに詳しくは、本発明は、前記鋼製ワイヤー
の高強度化および高延性化を図った高強度および高延性
の鋼製ワイヤーとそのための伸線用ワイヤーに関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼製の極細ワイヤーの最も代表的な使用
例であるスチールコードワイヤーは、従来、ＡＩＳＩ規
格Ｃ１０８０　に代表される共析炭素鋼にパテンティン
グ処理、すなわち約１０００℃に加熱してオーステナイ
ト化してから　４５０〜６００　℃の鉛浴中で急冷する
処理を施した後伸線を行うことにより製造されていた。

【０００３】前記パテンティング処理により得られた組
織は、微細なパーライトであり、図３にその結晶粒組織
を示すように、炭化物　（Ｆｅ３Ｃ、セメンタイト）　
とフェライトとが層状に重なった組織が様々な方向を指
向して配列されていた。各結晶粒内において黒い線がセ
メンタイトを示し、白地がフェライトを示す。このよう
な組織を有する伸線用線材を伸線することにより、加工
硬化を利用して、得られる鋼製ワイヤーの強度の上昇を
図っていた。

【０００４】ところで、この鋼製ワイヤーの伸線時の結
晶粒組織を模式的に示す図４から明らかなように、ダイ
スを使った伸線時には、炭化物　（セメンタイト）　と
フェライトとからなる層状組織の一部が伸線方向である
線材の長手方向に揃うように回転したり、また座曲する
現象が発生する。つまり、結晶粒が図中矢印方向に回転
したり、結晶粒が押しつぶされて同一結晶粒内において
セメンタイト・フェライトの層状組織が折れ曲がったり
する。層状組織のこのような回転や座曲は、最終的には
、製品である鋼製ワイヤーの内部組織に欠陥（ミクロボ
イド）　を発生させて鋼製ワイヤーの延性を劣化させる
とともに伸線加工度の高度化を阻害するため、かかる回
転や座屈が生じると鋼製ワイヤーの高強度化を図ること
ができなくなる。

【０００５】図５は、本発明者らが上述の点を実験的に
確認した結果を示すもので、表１に示す組成を有すると
ともに図４の回転・座屈のみられる結晶粒組織を有する
鋼に慣用のパテンティング処理を行って、強度を　１１
５〜１２５ｋｇｆ／ｍｍ２程度に維持した伸線用ワイヤ
ー（本明細書では、伸線用線材ともいう）　を伸線した
際の加工度（ＩｎＡｏ／Ａｎ）と得られた鋼製ワイヤー
の機械的特性との相関を実線で示す。

【０００６】

【表１】

【０００７】図５から明らかなように、伸線方向への前
述の層状組織の回転や座曲が伸線の途中で発生するため
加工硬化が一度小さくなり、得られるワイヤーの高強度
化が阻害されることが分かる。なお、この実験では、実
験室的に十分選定された条件として伸線を行ったのであ
るが、延性が一定レベルに確保されたときに得られる強
度も、高々　３８０〜４００ｋｇｆ／ｍｍ２程度であっ
た。

【０００８】一方、例えば特願平２−３４５２５　号に
は、最終伸線前のパテンティング処理において、オース
テナイト域温度に加熱してから、パーライト変態開始温
度を切らない範囲の冷却速度でＡｅ１　点以下、Ｍｓ点
以上の温度範囲に冷却し、加工度２０％以上の塑性加工
を行いパーライト変態させたものを伸線することにより
、成品の強度が４００ｋｇｆ／ｍｍ２を超える鋼製ワイ
ヤーを得る技術が提案されている。しかし、この技術に
よっても、得られる強度は４１０ｋｇｆ／ｍｍ２程度で
あり、またその熱処理に際しては特別な手法を要するた
め、製造コストの点からも望ましい技術とは言い難かっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】スチールコードのよう
に、伸線を行うことにより得られる鋼製ワイヤーの強度
を向上させるためには、伸線用線材の強度をできるだけ
高くするとともに伸線時の伸線加工度もできるだけ高く
設定する手段が一般的に用いられる。しかし、伸線用線
材の強度を単に高く設定すると伸線加工度を高くするこ
とが困難になり、結果として得られる鋼製ワイヤーの強
度は向上しない。一方、伸線用線材の強度を低くすると
伸線加工度は高くすることはできるものの、やはり鋼製
ワイヤーの強度はそれほど向上しない。

【００１０】このように、いずれの場合においても、絞
りや捻回値等で示される鋼製ワイヤーの延性値を確保し
た状態で強度を向上させることは、伸線時の前述した層
状組織の回転や座曲の発生のために限界があり、特に層
状組織の回転のために、加工硬化が小さくなってしまい
、高強度化を図ることはできなかった。このように、従
来の鋼種や熱処理法に依っては、例えば絞り：４０％以
上で強度：３９０ｋｇｆ／ｍｍ２程度、あるいは絞り：
３０％以上で強度４１０ｋｇｆ／ｍｍ２程度の鋼製ワイ
ヤーしか得られなかったのである。ここに、本発明の目
的は、上記従来の技術の有する問題を解消し、より一層
の高強度化および高延性化を図ることができる高強度お
よび高延性の鋼製ワイヤーおよびそのための伸線用ワイ
ヤーを提供すること、具体的には、強度：５００ｋｇｆ
／ｍｍ２以上で絞り：４０％以上の機械的性質を具備す
る高強度および高延性の鋼製ワイヤーおよびそのための
伸線用ワイヤーを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】炭化物とフェライトとが
層状に重なり、これらが様々な方向に配列されたパーラ
イト組織を有する伸線用線材に伸線を行う従来の技術に
よっても、高々　３８０〜４００ｋｇｆ／ｍｍ２程度の
強度しか得られなかった理由は、前述のように■炭化物
とフェライトとの層状組織の一部が回転または座曲を起
こし延性の劣化が起こるために、伸線加工に限界を生じ
たこと、および■前記層状組織の回転が起こって加工硬
化が小さくなってしまうことにあると考えられる。

【００１２】そこで、本発明者らは、前記課題を解決す
るためには、伸線時に層状組織の回転と座曲とを発生さ
せなければよいと考え、さらに検討を重ねた。その結果
、本発明者らは、図１に示すように、長手方向へ４５°
以内に配列された炭化物とフェライトとの層状組織　（
以降、本明細書においては「一方向パーライト組織」と
いう）　を有する材料が伸線用線材として有用であるこ
とを知り、この伸線用線材に伸線を行うことにより、従
来の伸線時に生じていた内部欠陥の発生や加工硬化の低
下といった高強度化を阻害する要因を取り除くことがで
きるとともに、前述した伸線の途中における加工硬化の
低下を防ぐことができ、伸線時の伸線限界が著しく向上
し、最終的には、従来には存在しなかった高強度および
高延性を有する鋼製ワイヤーおよびそのための伸線用ワ
イヤーが得られることを知見して、本発明を完成した。

【００１３】ここに、本発明の要旨とするところは、炭
化物とフェライトとが間隔を置いて交互に配列されると
ともに、その配列の方向が長手方向に対して４５°以内
の角度を有する組織からなり、炭素含有量が　０．７〜
０．９重量％の伸線用ワイヤーである。また別の面から
は、上記伸線用ワイヤーに伸線を行って得られるＴＳ≧
５００ｋｇｆ／ｍｍ２　、ＲＡ≧４０％の高強度および
高延性の鋼製ワイヤーである。

【００１４】本発明の好適態様においてパーライト・フ
ェライトの層状組織の配列方向はすべての結晶粒につい
て好ましくは４０度以内とする。また、特にそれに制限
されるのではないが、ＴＳ≧５００ｋｇｆ／ｍｍ２　、
ＲＡ≧４０％が確保される限り、一般には１０〜２０％
までは４５度を超えた配向は許容されよう。

【００１５】

【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。な
お、以降の本発明の説明においては、特にことわりがな
い限り「％」は「重量％」を意味するものとする。まず
、本発明にかかる鋼製ワイヤーおよびそのための伸線用
ワイヤーにおいて、炭素含有量を　０．７〜０．９　％
と限定する理由を説明する。炭素含有量が　０．７％未
満では、炭化物とフェライトとからなるパーライト組織
中に単独でフェライト組織が析出してしまい、高強度化
を阻害するからであり、一方炭素含有量が　０．９％を
超えると同様に単独で炭化物　（セメンタイト）　が析
出し、これがその後の伸線過程で内部欠陥の原因となり
鋼製ワイヤーの延性を著しく阻害するからである。した
がって、本発明においては、炭素含有量は、　０．７％
以上０．９　％以下と限定する。

【００１６】炭素以外の組成は、特に限定を要するもの
ではなく、通常のこの種のワイヤーの組成と同様であれ
ばよい。例えば、Ｓｉ：０．３　〜０．６　％、Ｍｎ：
０．４　〜０．７　％、Ｐ：０．０１０〜０．０１５　
％、Ｓ：０．０１０〜０．０１５　％、残部Ｆｅおよび
不可避的不純物を例示することができる。次に、本発明
において、一方向パーライト組織とする理由を説明する
。

【００１７】この組織を模式的に図１に示す。従来の組
織は、図４に示すように、炭化物　（Ｆｅ３Ｃ）　とフ
ェライトとがなす層状組織が多方向を指向するように配
列されているため、これを伸線すると、各組織が伸線方
向へ揃うように回転しようとするとともに、回転できな
い組織は座曲してしまう。この回転現象は、図５に示す
加工度曲線で判るように、伸線途中での加工硬化の低下
をもたらす。さらに、座曲した部分が延性　（絞り）　
低下の原因にもなるため、伸線加工度を高くすることも
できないため、得られるワイヤーの強度は十分に向上し
ない。

【００１８】そこで、本発明では、前記回転および座曲
の発生を防止するために、伸線用ワイヤーのパーライト
組織をほゞ一方向に揃えておき、これに対し伸線を行う
。こうすることにより、従来にない高強度および高延性
の鋼製ワイヤーが得られる。一方向パーライト組織にお
いて、長手方向に対する層状組織の傾斜角度を４５°以
内と限定するが、これは前記一方向の範囲を示したもの
であり、前記傾斜角度が４５゜超となると、前記回転お
よび座曲の抑制効果が薄れてしまう。

【００１９】このような一方向パーライト組織とするに
は、多くの手段が考えられるが、実用上の観点からみて
簡便な手段としては、Ａｃ１　点以上に加熱してから、
線材の長手方向に温度勾配を設けて　１５０〜２５０　
℃／ｓｅｃの冷却速度で冷却し、こうして析出した一方
向パーライト組織を　５５０〜６００　℃に加熱して成
長させることが考えられる。なお、伸線用ワイヤーおよ
び得られる鋼製ワイヤーの径等については何ら限定を要
するものではない。伸線加工も慣用手段によって行えば
よい。一般に、ＴＳ≧５００ｋｇｆ／ｍｍ２　、ＲＡ≧
４０％を実現するには乾式および湿式伸線によりワイヤ
ーとすればよい。さらに、本発明を実施例を参照しなが
ら詳述するが、これはあくまでも本発明の例示であって
、これにより本発明が限定されるものではない。

【００２０】

【実施例】表２に示す組成を有する鋼種Ａ〜Ｄを　１５
０ｋｇ真空溶解炉で溶製後、熱間圧延を行って、直径：
５．５ｍｍ　の線材に圧延し、更に冷間伸線を行って直
径：２．０ｍｍ　とした線材に、図２（ａ）　または図
２（ｂ）　に示す装置により、熱処理を行った。

【００２１】

【表２】

【００２２】図２は、前記熱処理を行うための装置の構
成を模式的に示す略式説明図である。まず、図２（ａ）
　は、一方向パーライト組織を得るための装置の一例を
示す略式説明図であり、この装置は、インダクションヒ
ーター１および２、加熱炉３、急冷装置４および恒温変
態炉５からなり、線材６をインダクションヒーター１と
加熱炉３とによりＡ１点以上の温度域に加熱してオース
テナイト化を図り、インダクションヒーター２と急冷装
置４とにより　１５０〜２５０　℃／ｓｅｃの冷却速度
で過冷オーステナイトの状態に冷却してパーライトの一
方向析出を図り、さらに恒温変態炉５により　５５０〜
６００　℃の温度域に加熱してパーライトの一方向成長
を図る装置である。

【００２３】図２（ｂ）　は、加熱炉７と鉛浴炉８とか
ら成る従来の鉛パテンティング処理を行う装置の構成を
示す略式説明図である。この装置は線材の組織をソルバ
イト組織（微細パーライト組織）　とする装置として従
来から公知の装置であるから、これ以上の説明は省略す
る。このような装置を用いて前記線材に熱処理を行い、
熱処理材の引張特性　（ＴＳ、ＲＡ）　を測定してから
、慣用の操作にしたがってそれぞれ酸洗　（Ｈ２ＳＯ４
　：２０　℃×５分）　、ボンデライト法およびボンダ
リューベ法を用いた潤滑　（造膜）　処理、および冷間
伸線を行い、伸線限界と伸線材のＴＳおよびＲＡを測定
した。結果を表３にまとめて示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】同表において、試料Ｎｏ．１は、供試鋼Ａ
のＣ含有量が本発明の範囲の下限を下回っているために
、パーライト組織中に遊離フェライトが析出してしまい
、強度が不足していることがわかる。試料Ｎｏ．２およ
び試料Ｎｏ．３は、全ての条件が本発明の範囲を満足す
るために、ＴＳ＝　５１５〜５２０ｋｇｆ／ｍｍ２、Ｒ
Ａ＝４１〜４４％と、高強度かつ高延性の鋼製ワイヤー
　（伸線材）　が得られた。

【００２６】試料Ｎｏ．４は、供試鋼のＣ含有量が本発
明の範囲の上限を上回っているために、セメンタイトが
単独析出して十分な伸線を行うことができなかったため
に強度が上がっていないことがわかる。試料Ｎｏ．５な
いし試料Ｎｏ．８は、組織が本発明の範囲とは異なり多
方向のパーライト組織となっているために、強度が不足
している。

【００２７】次に試料Ｎｏ．２について加工度を変えた
ときのＴＳおよびＲＡの変化をみたところ、図５に破線
で示す結果が得られた。一方向性組織とすることにより
加工度を上げるにつれ、ＲＡはほぼ一定に維持しながら
ＴＳを顕著に改善できることが分かる。

【００２８】以上のように、本発明の範囲を満足するこ
とにより、高強度（ＴＳ≧５００ｋｇｆ／ｍｍ２）　お
よび高延性　（ＲＡ≧４０％）　の鋼製ワイヤーおよび
そのための伸線用ワイヤーを得られることが明らかであ
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明により、高強度および高延性の鋼
製ワイヤーおよびそのための伸線用ワイヤーを提供する
こと、具体的には、強度：５００ｋｇｆ／ｍｍ２以上、
絞り：４０％以上の機械的性質を有する高強度および高
延性の鋼製ワイヤーを提供することができた。かかる効
果を有する本発明の実用上の意義は極めて著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる高強度および高延性の鋼製ワイ
ヤーを得るための伸線用ワイヤーの組織を模式的に示す
略式説明図である。

【図２】伸線用線材に熱処理を行うための装置の構成を
模式的に示す略式説明図であり、図２（ａ）　は一方向
パーライト組織を得るための装置の一例を、図２（ｂ）
　は従来の鉛パテンティング処理を行う装置の一例をそ
れぞれ示す。

【図３】パテンティング処理により得られた伸線用ワイ
ヤーの組織を示す略式説明図である。

【図４】伸線用ワイヤーの伸線時の組織を模式的に示す
略式説図である。

【図５】特定の条件下での確認実験により得られた加工
度曲線を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　炭化物とフェライトとが間隔を置いて
   交互に配列されるとともに、その配列の方向が線材の長
   手方向に対して４５°以内の角度を有する組織からなり
   、炭素含有量が　０．７〜０．９　重量％の伸線用ワイ
   ヤー。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の伸線用ワイヤーに伸線
   を行って得られるＴＳ≧５００ｋｇｆ／ｍｍ２　、ＲＡ
   ≧４０％の高強度および高延性の鋼製ワイヤー。