JPH06297031A - 伸線方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 安定した品質の鋼線を少ない労働力で生産す
ることのできる伸線方法を提供する。 【構成】 メカニカルデスケーリングした後、表面の凹
凸を均一化してボラックス皮膜を付着させた線材を伸線
ダイス１３により伸線するにあたり、伸線時の鋼線の振
動をピンチローラー１２で抑えることによりダイスの振
動を安定化させ、この振動状態を圧電素子１４で検出す
ることにより潤滑状態を検出し、伸線状態を安定化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、線材をデスケーリング
および伸線前処理を行い、線材から最終熱処理線径まで
連続伸線を行う中間伸線工程に関するもので、少ない労
働力でも安定した品質の中間伸線材を低コストで製造す
るための方法である。

【０００２】

【従来の技術】線材の中間伸線工程の役割は、次の工程
で安定した加工ができるように鋼線を加工することであ
り、近年では、中間線の生産コストを低減するためにで
きるだけ連続的に処理できるように検討が進んでいる。
このことは労働力不足の深刻化により、一層重要な問題
になりつつある。つまり工程の連続化や省工程化により
労働力を削減する傾向が強まっている。また、スチール
コード製品は製品線径が１ｍｍ以下のものが多く、減面
率や潤滑の点で非常に加工条件が厳しくなっている。こ
のような条件でも安定した加工を行うためには、中間伸
線材における鋼線の品質の均一化が重要な要素になる。
均一な品質の製品を効率よく製造するためには、例えば
現場の作業者が伸線中の鋼線の色の微妙な変化を感じと
って判断したり、伸線を止めてルーペで鋼線表面を拡大
してみたりして確認する以外になく、現場の作業者の注
意深い観察と経験を必要とするが、熟練労働者が少なく
なっている現状においては非常に困難な問題である。

【０００３】このような問題を解決するために、例えば
伸線工程で冷間渦流探傷器を利用して表面疵を検出する
技術（特開昭５８−２２１６１１号公報）が提案されて
いる。しかし渦流探傷器で疵を検出する技術では、検出
した疵をバイトのような工具で疵の部分だけを削り落と
す手入れを行うために、その間伸線速度を遅くしなけれ
ばならず、生産性が著しく低下する原因になっており、
場合によっては疵の手入れのためにさらに多くの人手が
必要になることもある。

【０００４】このように欠陥を探傷して品質を保証する
方法では、出荷する製品の品質は改善できるが、同時に
歩留りの低下や生産性の劣化を招くために熟練労働力が
不足し、このため一層のコスト削減を必要とする現状で
は製造者にとっては大きな負担であり、品質の向上と製
造コストの低減を同時に実現する有効な手段にはなって
いない。さらに、渦流探傷による検出では、焼付きやダ
イスマークなど線の長手方向に付いた疵については検出
が困難なために、結局現場の労働者が鋼線を目視観察す
ることが必要である。

【０００５】また、伸線時のダイス摩耗や焼付き疵の発
生を圧電素子を利用して検出する研究も行われている
が、実機の伸線ラインではノイズの影響が大きいために
実用化には至っていないのが現状である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記のように疵が発生
してから検出する方法を採る場合、労働力が不足してい
る状況においては生産性も同時に向上させることは不可
能である。つまり、少ない労働力でも効率的に線材を伸
線して安定した品質の鋼線を得るためには、伸線潤滑状
態を安定化させ、異常が起きる前に潤滑状態の変化を把
握することが必要である。

【０００７】伸線時の潤滑状態に関する詳細な調査を行
った結果、伸線ダイスは潤滑状態に起因する振動のほか
に、機械による振動と鋼線自身の振動により振動してい
ることがわかった。そして、潤滑状態による振動とは、
鋼線と伸線ダイスの接触によるものであることがわかっ
た。この鋼線とダイスの接触による振動について詳述す
ると以下のとおりである。鋼線が伸線ダイスで伸線され
る際には、潤滑剤が潤滑膜を形成して鋼線と伸線ダイス
との直接接触を防いでいる。しかし、潤滑良好な状態で
も鋼線と伸線ダイスは完全に潤滑膜で隔たれているわけ
ではなく、鋼線表面の凹凸によっては局部的に接触する
部分が存在している。この局部的な接触による伸線ダイ
スの振動が、伸線潤滑状態をよく反映していることがわ
かった。

【０００８】そこで、機械による振動と鋼線自身の振動
および鋼線表面の凹凸の長手方向のばらつきを最小限に
抑えることができれば、ダイスの振動状態を一定にする
ことが可能であり、そして潤滑状態が変化した場合の伸
線ダイスの振動の変化を検出することが可能になれば、
伸線潤滑状態の変化を判断することができることを確か
めた。多くの実験を行った結果、圧電素子を利用してダ
イスの振動を電気信号に変えて検出して評価すれば、伸
線潤滑状態の変化を知ることができることを見出した。

【０００９】つまり本発明は、鋼線の表面肌を均一化し
て、表面肌によるダイスの振動を安定化することによ
り、潤滑状態に起因する振動の変化だけを評価して、異
常が起きる前に伸線潤滑状態の変化を作業者に知らせる
ことにより、少ない労働力で効率的に中間伸線材を製造
することのできる伸線方法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、メカニカルデ
スケーラーにより機械的にデスケーリングした熱間圧延
線材の表面凹凸を均一に調整し、ボラックス皮膜を付着
させた後、伸線ダイスにより伸線しながら伸線ダイスに
取り付けられた圧電素子より検出した電気信号を、信号
処理装置により３００ｋＨｚ未満と３００ｋＨｚ以上の
周波数を区別して計測し、安定状態の信号と対比して出
力する伸線方法において、ボラックス皮膜を付着させた
後に、引き続き温風を吹き付けながら２０秒以内に、伸
線機のダイスボックス入り口側に取り付けられたピンチ
ローラーを経由させて、伸線ダイスで伸線することを特
徴とする伸線方法を要旨とするものである。

【００１１】

【作用】前記したように、本発明は、鋼線の表面肌を均
一化して、表面肌によるダイスの振動を安定化させるこ
とにより、これまで困難であると考えられていた潤滑状
態を圧電素子により評価して、異常が起きる前に伸線潤
滑状態の変化を作業者に知らせることのできる伸線方法
である。そのため本発明は、線材表面を均一化する工
程、ダイスの振動を安定化する工程、そしてダイス振動
を検出評価する構成で成り立っている。

【００１２】以下に、各構成要素について説明する。熱
間圧延線材をメカニカルデスケーラーにより機械的にデ
スケーリングするのは、バッチ式の酸洗で処理するとコ
イルの下側と上側に酸洗度合いの違いができたり、ボラ
ックスでは下側に滴がたまり、良好なボラックス皮膜を
均一に形成することができないためである。線材表面肌
の状態を均一化するためには単線で処理する必要があ
る。さらに、バッチ式の酸洗では線材コイルのまま処理
するために作業性が向上しないことや、単線で処理する
ことによりデスケーリングと伸線工程を連続化して省力
化を図ることが不可能になるためである。

【００１３】次に線材の表面凹凸を均一に調整するの
は、ダイスの振動状態を安定化させるためである。例え
ば、線材の長手方向で表面状態が違っていると、これに
よって伸線ダイスの振動が変動する。そして伸線ダイス
に取り付けた圧電素子はダイスの振動状態を検出してい
るので、振動状態が安定しないと、圧電素子の信号検出
条件をどのように設定しても、検出信号と潤滑状態が一
致しなくなってしまうからである。均一化する手段とし
ては、ベンディングの後、ブラッシングすることにより
表面を調整した後、酸で表面を腐食することにより数ミ
クロンの凹凸を導入したり、ショットピーニングやベル
トサンダーにより線材表面に機械的に数ミクロンの凹凸
を導入することも可能である。凹凸の大きさは加工条件
や製品の要求特性に合わせて決めるべきであるが、経験
上潤滑状態を安定化させるためには数ミクロンの凹凸が
有効である。

【００１４】線材のボラックス皮膜処理を行うのは、メ
カニカルデスケーリングでは線材をコイル単位ではなく
単線で処理するために、短時間で皮膜の生成を完了しな
くてはならないためである。線材の潤滑皮膜処理材とし
ては、ボラックスのほかにボンデライトなどの化成皮膜
があるが、化学反応を伴う皮膜では皮膜の生成時間がか
かるために、単線で処理する方法には向いていない。

【００１５】伸線しながら伸線ダイスに取り付けられた
圧電素子により電気信号を検出するのは、ダイスの振動
を忠実に電気信号に変換して処理するためである。伸線
ダイスはダイスボックスでは水冷されているために、防
水の観点から導波棒を取り付けることも可能である。導
波棒とは聴診器のようにダイスの振動を減衰しないよう
に伝える治具のことである。しかし、ダイスボックスに
圧電素子を取り付けた場合は、伸線ダイスの振動を正確
に検出することは困難である。これは、伸線ダイスは冷
却水が漏れないようにゴム製のオーリングなどで固定さ
れており、このゴムが振動を吸収してしまうためであ
る。つまり、できるだけ直接伸線ダイスから信号を検出
することが望ましい。

【００１６】該圧電素子から検出した信号を、信号処理
装置により３００ｋＨｚ未満と３００ｋＨｚ以上の周波
数を区別して計測するのは、多くのノイズから感度良く
潤滑状態を検出するためである。多くの試験の結果か
ら、伸線機のギアや鋼線と伸線機の釜との接触などによ
るノイズは３００ｋＨｚ未満の周波数が多く、ダイスと
鋼線の金属的な接触による信号は３００ｋＨｚ以上の周
波数が多く発生している。そのためこの周波数を境界に
して信号を検出することにより、ノイズと潤滑状態によ
る信号を分離することが可能になる。

【００１７】安定状態の信号と対比して出力する理由
は、検出した信号が、鋼種、伸線時の伸線条件、潤滑剤
の種類、デスケーリング方法など多くの要因から影響を
受けるために、一定の基準で潤滑状態を評価することが
できないためである。対比して出力する形式としては、
伸線開始からの信号の変化をペンレコーダーで出力する
方法のほかに、一定の時間当たりの信号同士の差あるい
は比をモニターやプリンターなどに出力させて、安定状
態の信号との変動を知ることもできる。また、安定状態
からどの程度変化したら異常であるかの判断は、様々な
状況から総合的に判断する必要がある。つまり、本方法
においては異常が起きる兆候を検出するために、安定状
態から検出信号が変動しても実際の伸線の外見上におい
ては何も変化がないので、検出値に対して直ちに対策を
講じる必要があるかどうかは、材料や伸線条件によって
判断する必要がある。

【００１８】以上の伸線方法において、ボラックス皮膜
を付着させた後、引き続き温風を吹き付けながら２０秒
以内に伸線機に導くのは、線材表面に生成されたボラッ
クス皮膜の潤滑能あるいは潤滑剤キャリヤーとしての能
力の局部的な変動要因を排除するためである。線材の長
手方向の潤滑能の変動は、検出した信号と実際の潤滑状
態が一致しなくなる最大の原因となるために、ボラック
ス皮膜生成後の線材の取扱いは潤滑状態を評価するため
に最も注意を必要とするところである。線材表面につい
たボラックス液は数秒で乾燥されてボラックス皮膜にな
るが、このボラックス皮膜は生成後すぐに空気中の水分
を吸収し始めるので、できるだけ早く伸線することが望
ましい。詳細な調査の結果、ボラックス皮膜を付着させ
てから２０秒より長く放置するとボラックス皮膜の表層
部が局部的に水分を吸収して皮膜の能力が劣化する部分
が発生する。特に線材に温風を吹き付けないと局部的な
劣化が大きくなるので、温風を吹き付けながら伸線機に
導くことが必要である。さらに、ボラックス皮膜を生成
した後で一旦コイル状に巻き取る工程が入ると、線材同
士の擦れにより表面に生成させたボラックスが局部的に
脱落するので、コイル状に巻き取る工程は入れない方が
良い。もし乾燥に時間がかかる場合には、ボラックス処
理前に線材を予熱するなどして、ボラックス液が乾燥す
るまでの時間をさらに短くすることも可能である。

【００１９】伸線機のダイスボックス入り口側に取り付
けられたピンチローラーを経由させるのは、線材表面と
ダイスの接触による振動を安定化させるためである。ダ
イスボックス入り口部にピンチローラーがないと、線材
は大きくうねりながらダイスボックスに入ってくるの
で、ダイスのエントランス部などに線材が接触したりし
て、ダイスの異常振動の原因になる。

【００２０】

【実施例】次に本発明について実験した実施例について
説明する。 実施例１ 初めに実施例で用いた設備は、図１に示すように、鋼線
材１、サプライスタンド２、ベンディングローラー３、
ワイヤーブラシ４、酸洗槽５、加熱槽６、ボラックス皮
膜処理装置７、温風乾燥機８、８段の連続伸線が可能な
乾式連続伸線機９−ａ〜９−ｈと巻取り機１０が直列に
配置された設備である。酸洗槽５は１０％の常温の塩酸
を使用し、鋼線材１の浸漬時間は１５秒である。この時
間より短かったり、酸の濃度が薄かったりすると、鋼線
材１の表面に均一な凹凸を導入することはできない。加
熱槽６は８０℃の熱湯が満たされており、鋼線材１はこ
の槽の中を通過することにより、８０℃に加熱される。
これは、ボラックス皮膜処理装置７におけるボラックス
液の温度が８０℃に設定してあるためであるが、ボラッ
クスは水の温度が６０℃以下になるとほとんど水に溶解
しなくなり、ボラックス皮膜処理することができなくな
るので、加熱槽６およびボラックス皮膜処理装置７のボ
ラックス液温度は８０℃程度が適当である。温風乾燥機
８は１００℃の熱風を発生できるようになっており、乾
式連続伸線機９−ａで鋼線材１がダイスボックス１１の
中に導かれるまでの間、ボラックス皮膜が空気中の水分
を吸収することを防いでいる。

【００２１】乾式連続伸線機９−ｈのダイスボックス１
１は図２のようになっており、鋼線入り口部に鋼線の振
動を抑えるためのピンチローラー１２が取り付けられて
いる。最終段の伸線ダイス１３だけに圧電素子１４を取
り付けてダイスの振動を観測した。圧電素子１４の信号
は信号処理装置１５で処理されるようになっている。最
終段だけに圧電素子１４を取り付けた理由は、鋼線表面
の平滑化やダイス摩耗の進展は１枚のダイスだけでは進
展せず、ダイススケジュールの後半において、数枚のダ
イスでセットになって同時に進行することが多いという
経験的な判断によるものである。１枚のダイスで局部的
に進行することがある場合には、当然のことであるが全
てのダイスに圧電素子１４を取り付けることが必要であ
る。

【００２２】また、信号処理装置１５では、電圧の振幅
の個数を全て計算するリングダウン値と各振幅のピーク
電圧を二乗平均したＲＭＳ値を３００ｋＨｚ未満と３０
０ｋＨｚ以上に分けて計算し、１秒単位で計測データの
累積値を出力する。鋼線材１の処理量は各水準１ｔｏｎ
づつ伸線し、伸線開始から５００ｋｇ伸線したところで
ダイスボックス１１から潤滑剤を取り去り、人工的に潤
滑不良を発生させて、信号の変化を観測した。図３は出
力データをまとめた結果である。潤滑不良、つまり焼付
きあるいはダイス摩耗が発生すると３００ｋＨｚ以上の
リングダウン値が著しく大きくなっていることがわか
る。同時にＲＭＳ値については、焼付きが起きた場合に
は３００ｋＨｚ以上のＲＭＳ値が大きくなり、ダイス摩
耗の場合には小さくなっていることも観測された。

【００２３】実施例２ 実施例１で用いた設備を利用して、本発明の構成要件を
変えることにより信号がどのように変化するかを観測
し、潤滑状態の評価が可能かどうかを調査した。表１は
その結果をまとめたものである。表１において、酸洗時
間とはメカニカルデスケーリング後、線材の表面に数ミ
クロン程度の微細な凹凸を導入するための手段として、
酸によって線材の表面を腐食して凹凸を導入した例であ
り、酸洗時間が短いと線材表面に導入される凹凸が不十
分なために、線材の表面は均一な凹凸になっていない。
また、表１の温風吹付時間は、鋼線材１がボラックス皮
膜処理装置７でボラックス処理された後、乾式連続伸線
機９−ａの伸線ダイスで伸線されるまでの時間を示した
ものである。

【００２４】水準Ａは本発明の基準になる水準であり、
最も安定した伸線および潤滑状態が得られる例である。
水準Ｂ、Ｅ、Ｆは、水準Ａに対して酸洗時間を調整し、
線材の表面凹凸の状態を変えたものである。水準Ｂは線
材の表面に均一な凹凸が導入されているために安定した
伸線潤滑状態が得られたが、水準Ｅ、Ｆでは表面凹凸が
十分導入されていないために伸線ダイスの振動状態が不
安定になり、検出信号が潤滑状態に一致しなかった例で
ある。

【００２５】水準Ｃ、Ｄ、Ｇ、Ｈ、Ｉは、温風吹付時間
を変えた水準である。温風吹付時間が長くなると、鋼線
材１のボラックス皮膜が局部的に水分を吸って潤滑能や
潤滑剤のキャリヤーとしての特性が劣化するために、伸
線ダイスの振動状態を安定化させることが困難になる。
水準Ｃ、Ｄからわかるように、温風吹付時間が２０秒以
下であれば伸線ダイスの振動が安定し、検出信号と実際
の潤滑状態が一致するが、水準Ｇ、Ｈ、Ｉのように温風
吹付時間が２０秒より長くなると振動は安定しなくなり
潤滑状態を検出することはできなくなる。

【００２６】水準Ｊは、ピンチローラーなしで伸線した
例である。ピンチローラーがないと鋼線の振動により伸
線ダイスの振動状態が影響を受けるために、潤滑状態を
検出することはできない。水準Ｋ、Ｌは、圧電素子によ
る検出信号の境界周波数を変えた例である。境界周波数
が２００ｋＨｚでも４００ｋＨｚでもノイズの影響や検
出信号が弱くなりすぎるなどの弊害がおき、伸線潤滑状
態を検出することはできなかった。

【００２７】図４は本発明以外の条件で伸線したときの
検出信号の変化の代表的な例である。この図のように本
発明の条件からはずれた条件では、測定値が大きくばら
ついて伸線後半に発生した潤滑不良による焼付きを予知
することができなかった。これは、ダイスの振動が潤滑
状態に起因する振動だけでなく、鋼線表面の凹凸状態や
線の振動などに起因する振動も含んでいるためにばらつ
いたものと考えられる。

【００２８】

【表１】

【００２９】実施例３ 実施例１で用いた設備を利用して、本発明の条件で硬鋼
線材を２０ｔｏｎ連続して伸線した。図５は、伸線の経
過と測定データの変化を示したものである。伸線開始か
ら約６ｔｏｎのところで３００ｋＨｚ以上のリングダウ
ン値とＲＭＳ値が増加する傾向を示した。焼付きが発生
するおそれがあるので、劣化した酸洗槽の酸を新品に交
換し、ダイスボックスにも新しい潤滑剤を追加して様子
を見たところ、リングダウン値とＲＭＳ値共に低くなり
潤滑状態が安定した。もしこのような処置を採っていな
ければ、焼付きが発生していたものと考えられる。そし
て約１５ｔｏｎを過ぎたところからリングダウン値が増
加傾向を示したが、ＲＭＳ値は低めであったので、ダイ
ス摩耗の兆候であると判断し、伸線を中断してダイス交
換を行った。この伸線の結果、２０ｔｏｎの中間伸線材
で疵や線径の変動などの不良品は全く発生せず、疵検査
や手入れにかかる労力を省略でき、またダイス交換時な
どの生産ロスを最小限に抑えることができた。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、伸線潤滑状態を観測す
ることにより伸線作業を安定化させ、ダイス摩耗や断線
等のトラブルを未然に防ぎ、安定した品質の鋼線を少な
い労働力で生産することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた設備の構成を示す図である。

【図２】乾式連続伸線機９−ｈに付属するダイスボック
ス１１の詳細図である。

【図３】圧電素子１４で検出した信号を時間の経過で表
したデータと伸線の状況を重ねて示した図であり、検出
周波数が３００ｋＨｚ以上ではリングダウン値とＲＭＳ
値で潤滑状態を評価できることを表している。

【図４】圧電素子１４で検出した信号を時間の経過で表
したデータと伸線の状況を重ねて示した図であり、本発
明以外の条件で検出した信号が伸線潤滑状態を反映して
いないことを表している。

【図５】圧電素子１４で検出した信号を時間の経過で表
したデータと伸線の状況および伸線処理量を重ねて示し
た図であり、大量伸線実験において、検出信号の変化に
より適切な処置を講じることにより焼付きによる疵の発
生や断線、あるいはダイス摩耗による線径不良を未然に
防いだ例である。

【符号の説明】

１ 鋼線材 ２ サプライスタンド ３ ベンディングローラー ４ ワイヤーブラシ ５ 酸洗槽 ６ 加熱槽 ７ ボラックス皮膜処理装置 ８ 温風乾燥機 ９−ａ〜９−ｈ 乾式連続伸線機 １０ 巻取り機 １１ ダイスボックス １２ ピンチローラー １３ 伸線ダイス １４ 圧電素子 １５ 信号処理装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メカニカルデスケーラーにより機械的に
   デスケーリングした熱間圧延線材の表面凹凸を均一に調
   整し、ボラックス皮膜を付着させた後、伸線ダイスによ
   り伸線しながら、伸線ダイスに取り付けられた圧電素子
   より検出した電気信号を、信号処理装置により３００ｋ
   Ｈｚ未満と３００ｋＨｚ以上の周波数を区別して計測
   し、安定状態の信号と対比して出力する伸線方法におい
   て、ボラックス皮膜を付着させた後に、引き続き温風を
   吹き付けながら２０秒以内に、伸線機のダイスボックス
   入り口側に取り付けられたピンチローラーを経由させ
   て、伸線ダイスで伸線することを特徴とする伸線方法。