JPH08132128A - ゴム補強用高抗張力スチールワイヤの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プレーンカーボン鋼線材を使用して引張り強度
が３８００ＭＰａ以上の高抗張力を備えしかもデラミネ
ーションが発生しにくい特性を有するスチールワイヤを
製造できる方法を提供する。 【構成】Ｃ量が０．８０〜１．０５％のプレーンカーボ
ン鋼線材を使用し、乾式伸線後湿式伸線を行って３８０
０ＭＰａ以上のめっき付きスチールワイヤを得る方法で
あり、前記湿式伸線工程を２工程に分け、潤滑液温度３
５℃以下にて後半の工程で総伸線回数の半数未満の回数
で逆引きを行い、仕上げ引きをスキンパス減面比１．２
〜３．９％のダブルダイスで行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はゴム補強用スチールコー
ドに好適な高抗張力スチールワイヤの製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその技術的課題】タイヤ、高圧ホー
ス、などで代表されるゴム製品の補強材としてスチール
コードが利用されており、このスチールコードは一般
に、表面に真鍮めっきを施した直径が０．１０〜０．４
５ｍｍのスチールワイヤを複数本撚り合わせることで得
られる。従って、こうしためっき付きのスチールワイヤ
は優れた引張り強さが要求され、ことにラジアルタイヤ
用としては軽量化を実現するため、引張り強さが３８０
０ＭＰａ以上の高抗張力が要望されている。かかる特性
のめっき付きスチールワイヤを製造する方法としては、
ワイヤ材質そのものを特殊な成分組成にする手法のほ
か、製造条件すなわち熱処理や伸線条件を工夫する手法
があり、後者の例としては特開昭６２−１９２５３２号
公報などに伸線前の熱処理条件が提案されている。とこ
ろで、めっき付きのスチールワイヤは上記のようにコー
ド製造時撚合加工を受け、かつゴムに埋め込まれた状態
で引張り応力や、圧縮応力、せん断応力など様々な外力
を受けるため、優れた引張り強さと同時に良好な靭性を
備えていることが必要である。この靭性に関し、一般に
は一定以上の捻回値をもって評価されていたが、捻回値
が良好であっても、コードを得るため撚り加工を施した
ときに断線を起す場合があった。すなわち、捻回値が極
端に低下する総減面率よりも低い総減面率の時点でワイ
ヤが靭性劣化を起すことがあった。これはデラミネーシ
ョンといわれる現象であり、ワイヤの捻回中にワイヤ内
部に微細な割れが発生し、図６のように、ねじりのトル
クが不安定になる状態である。したがって、ゴム補強用
のスチールワイヤとしては高抗張力でしかもデラミネー
ションが発生しにくい靭性を有することが要望される
が、上記先行技術を含めて従来では前記特性のスチール
コードを工業的に製造することが実際上困難であった。

【０００３】本発明は前記のような問題点を解消するた
めに創案されたもので、その目的とするところは、プレ
ーンカーボン鋼線材を使用して引張り強度が３８００Ｍ
Ｐａ以上の高抗張力を備えしかもデラミネーションが発
生しにくい特性を有するスチールワイヤを製造できる方
法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、Ｃ量が０．８０〜１．０５％のプレーンカー
ボン鋼線材を使用し、これを所定中間径に伸線し熱処理
・めっき・めっき拡散処理を施した後乾式伸線を行い、
次いで目的線径まで湿式伸線を行って３８００ＭＰａ以
上のめっき付きスチールワイヤを得る方法であって、前
記湿式伸線工程を２工程に分け、潤滑液温度３５℃以下
にて後半の工程で総伸線回数の半数未満の回数で逆引き
を行い、仕上げ引きをスキンパス減面比１．２〜３．９
％のダブルダイスで行う方法としたものである。前記湿
式伸線工程においては、ダイスとしてアプローチ角(2
α)が８〜１０°、ベアリングが０．２５〜０．３５ｄ
の焼結ダイヤモンドニブを使用することが好適である。

【０００５】

【作用】本発明は最終熱処理めっき後の鋼線を乾式伸線
し、次いで湿式伸線する。この時の湿式伸線条件とし
て、潤滑液温度は３５℃以下とする。そして、湿式伸線
の総減面率のうちの７０〜９９．８％の部分の間で一旦
巻取り、その後、巻取った部分のワイヤの尻のほうから
伸線を再開する逆引きを１回以上行って所定の線径に仕
上げる。前記逆引きは伸線加工で延性が低下したワイヤ
の延性を再度高める効果と、ワイヤ表面の引っ張りの残
留応力を緩和させる効果があり、結果として引き上がり
のワイヤの靭性を高め、デラミネーションを防止するこ
とができる。また、本発明は、仕上げダイスとしてダイ
スを直列にしたダブルダイスを用い、このダブルダイス
の最終ダイスをスキンパスとし、その減面率比を１．２
〜３．９％として伸線する。このようなダブルダイスス
キンパス伸線は、伸線加工中に蓄積されるワイヤ表面の
引っ張りの残留応力を緩和させ、ほぼゼロとすることが
できるため、ねじり加工時のデラミネーションを的確に
防止することができ、さらに、前記逆引き伸線との併用
により、伸線上がりでの靭性を一段と向上することがで
きる。

【０００６】以下本発明を添付図面に基いて説明する。
本発明は、工程的には、原料としてＣ量が０．８０〜
１．０５％のプレーンカーボン鋼線を使用し、一次伸線
および二次伸線により所定中間径に減面し、熱処理とめ
っきを行う。そして、このめっきした中間径鋼線を乾式
伸線し、引き続き目的径まで湿式伸線するものである。
原料としてのプレーンカーボン鋼線とは、化学的成分組
成が、Ｃ量が重量比で０．８０〜１．０５％、Ｓｉ：
０．１５〜０．３５％，Ｍｎ：０．３〜０．９％残部鉄
及び不可避的不純物からなるものであり、直径が４．０
〜５．５ｍｍのものが使用される。Ｃ量の下限を０．８
０％としたのは、これを下回るカーボン量では十分な強
度か得られないためであり、上限を１．０５％としたの
は、これを上回るカーボン量では必要な靭性が得られな
いからである。一次伸線は、通常の場合と同じように酸
洗、コーティングを行い、４〜５回程度で直径３．００
〜３．５０ｍｍ程度まで減面する。この段階で必要に応
じてパテンテングを行い、コーティング処理を行って４
〜５回程度の二次伸線する。これにより線径２．００〜
２．６０ｍｍの中間線材を得る。

【０００７】次いで、最終熱処理・めっき・めっき拡散
工程に移る。図１はこの工程の一例を模式的に示してお
り、１は原料ワイヤボビン、２は巻取りボビンであり、
それら原料ワイヤボビン１から巻取りボビン２の間に、
加熱炉３と、パテンティング炉４と、水冷機構５と、め
っき前処理装置６と、Ｃｕめっき槽７と、Ｚｎめっき槽
８と、熱拡散炉９を配置している。パテンティング炉４
としては流動床式のものが好適であるが、溶融鉛式、溶
融塩式のものでもよい。この例では前記熱拡散炉９の出
口側に連続してかまたは別に調整冷却装置１０を設け、
これの下流に水冷機構１１を配置している。前記中間径
ワイヤＷは原料ワイヤボビン１から繰り出され、たとえ
ばガス直火式などの加熱炉３において９００〜９６０℃
に加熱される。これによって均一なオーステナイト相を
形成する。ついで、中間径ワイヤＷはパテンティング炉
４に送入され、ここで４８０〜５６０℃に焼入れされ、
パーライト変態される。このパーライト変態が完了する
と、水冷機構５により室温まで急冷する。

【０００８】次いで中間径ワイヤＷは、めっき前処理装
置６において表面の酸化被膜が除去され、電解酸洗され
る。これらの条件は通常と同じである。そして、次にＣ
ｕめっき槽７とＺｎめっき槽８を通されることで表面に
ＣｕめっきとＺｎめっきが層状に施される。Ｃｕめっき
やＺｎめっきは通常の条件で足りる。次にめっき付き中
間径ワイヤＷは熱拡散炉９において加熱される。熱拡散
炉９は好適には流動床式熱拡散炉が用いられる。ここで
めっき付き中間径ワイヤＷは、４８０〜５６０℃で５〜
１５秒間、再加熱される。この再加熱によってプレーン
カーボン鋼線Ｗの組織のフェライト中の固溶カーボンが
拡散可能な状態となる。再加熱温度の下限は４８０℃で
あり、これを下回る温度では２層めっきを有効に熱拡散
することができない。上限の５６０℃を超える温度では
セメンタイトの再固溶が生じ、引張り強さが低下するの
で避けなければならない。

【０００９】拡散めっき付き中間径ワイヤＷは次いで調
整冷却装置１０に入り、ここで所定条件で徐冷される。
調整冷却装置１０としては、たとえば、ヒータ付きのト
ンネル炉や温風炉が用いられ、拡散めっき付き中間径ワ
イヤＷは４００℃以下の温度好ましくは３００℃以下
（但し室温以上）まで、冷却速度２５〜５０℃／secで
冷却される。前記再加熱とこの徐冷によってスチールワ
イヤ組織のフェライトマトリックス中に固溶しているカ
ーボンはセメンタイト上に析出が進み、これによってワ
イヤの加工限界が向上する。冷却速度が２５℃／sec以
下ではライン全長が長くなりすぎ、５０℃／secを超え
る温度ではフェライト中の固溶カーボンの析出が不十分
となるため、いずれも不可である。そして、前記４００
℃以下の温度好ましくは３００℃以下まで徐冷した後
は、水冷機構１１により室温まで急冷され、巻取りボビ
ン２に巻収される。

【００１０】以上のようにして巻き取られた拡散めっき
付き中間径ワイヤは、ついで１０〜１４回引きにより減
面率８８〜９３％まで乾式伸線される。拡散めっき付き
中間径ワイヤＷを直ちに目的径まで湿式伸線するのでな
く、目的径の８９．５〜９３．９％の範囲の所定径まで
乾式伸線するのは、最終仕上り線径でのワイヤの靭性を
維持するため、摩擦係数が低い乾式伸線を導入し、靭性
の劣化を抑制するためである。伸線機は図示しないが入
口側のペイオフと出口側の巻取り機の間の本体にダイス
を所定間隔で配すとともに、各ダイスの下流側に引抜き
ブロックと対ロールからなるアイドラを配し、引抜きブ
ロックを高速回転させて拡散めっき付き中間径ワイヤを
連続的に引張る。前記ワイヤは引抜きブロックの大径側
からブロック表面にスパイラル状に巻き付けられ、約６
０〜１２０回巻き付けられた状態で出側から次のダイス
に導かれる。この時の伸線条件は、ダイスとして合金ダ
イスが用いられ、線速２００〜６００ｍ／ｍｉｎの条件
で行われる。

【００１１】線速が２００ｍ／ｍｉｎ未満では生産性が
低く、６００ｍ/mｉｎを超える速い速度では、この時点
でワイヤが脆化するので適当ではない。ダイスはアプロ
ーチ角（２α）が８〜１０°、ベアリングが０．２５〜
０．３５ｄ（ｄは線径）が好適である。この理由はワイ
ヤの引張強さが上昇し、靭性も維持されるためであり、
アプローチ角が８°未満では引抜き抵抗が高くなりす
ぎ、１０°を超える大きなものではワイヤの引張強さが
低く、靭性も悪くなるため不可である。ワイヤのダイス
出口温度は１７０℃以下が好ましい。それは歪時効を防
止するためであり、これは引抜きブロックの内部にスプ
レーノズルを配して大量の冷却水をブロック内面に作用
させる方法などで実現できる。

【００１２】このようにして乾式伸線工程を終えて巻取
られた拡散めっき付き細径ワイヤは湿式伸線機により目
的径まで伸線される。この湿式伸線工程において、本発
明は次の条件を採用する。 (1)ダイスはアプローチ角（２α）が８〜１０°、ベア
リングが０．２５〜０．３５ｄ（ｄは線径）の焼結ダイ
ヤモンドニブを使用する。 (2)線引き数は８〜１４回であり、このうち後半の線引
き工程で１回以上半数未満を逆引きにて行う。 (3)最終引きはダブルダイスで行い、スキンパスの減面
比を約１．２〜３．９％として行う。 (4)線速は１００〜５００ｍ／ｍｉｎ、潤滑液温度を３
５℃以下に制御する。

【００１３】詳しく説明すると、図２と図３はこの湿式
伸線工程を模式的に示しており、１３ａは前引き用湿式
伸線部、１３ｂは逆引き用伸線部であり、各伸線部１３
ａ，１３ｂには潤滑液槽１３０ａ，１３０ｂが設けら
れ、これに通常のスチールコード用潤滑剤を水に濃度１
０〜３０％溶解した潤滑液１４が収容されている。前記
各潤滑液槽１３０ａ，１３０ｂ内には、それぞれ潤滑液
１４に浸漬されるように平行状に一対のキャプスタン１
５，１５’が回転自在に横架され、下流側のキャプスタ
ン１５’は図示しない可変速モータにより駆動されるよ
うになっている。そして前引き用伸線部１３ａの一対の
キャプスタン１５，１５’の間には複数個の前引き用ダ
イス１７が、また逆引き用伸線部１３ｂの一対のキャプ
スタン１５，１５’の間には少なくとも１個以上でかつ
前引き用伸線部のダイス数よりも少ない数の逆引き用ダ
イス１８が配置され、キャプスタン１５，１５’の溝に
掛けられたワイヤが順次ダイスを通ることにより引き抜
かれるようになっている。前記前引き用湿式伸線部１３
ａの上流には拡散めっき付き細径ワイヤＷ’のリール１
９が配され、前引き用湿式伸線部の下流にはトラバーサ
２００を介して巻取りリール２０が配されている。逆引
き用伸線部１３ｂの上流側には前引き用湿式伸線部１３
ａの巻取りリール２０がペイオフ側リールとして装備さ
れ、下流側には最終製品としてのめっき付き抗張力ワイ
ヤＷ”の巻取りリール２５が装備されている。

【００１４】図４は前引き用伸線部１３ａの一つの前引
きダイスを示している。図５は逆引き用伸線部１３ｂの
仕上げダイス１８’を示しており、ノーマルダイス１８
ａとスキンパス用ダイス１８ｂを近接して直列に配置
し、所定減面率を２分割して得るようにしている。いず
れのダイスも、ダイスホルダ２１に焼結ダイヤモンド製
のニブ２２を内蔵したダイス２３が固定されており、ニ
ブ２２のアプローチ部２２０の角度(２α)は８〜１０
°、ベアリング部２２１の寸法は０．２５〜０．３５ｄ
となっている。限定理由を説明すると、ニブとして焼結
ダイヤモンドを使用するのは摩擦により、ダイス径が大
きくなり、スキンパス減面率が変化するのを防ぐためで
ある。また、アプローチ角度を限定したのは、８°未満
では引抜抵抗力が高くなり、１０°以上ではワイヤの靭
性が劣化するためである。ベアリング寸法を限定したの
はベアリングが長いと、ワイヤとの接触面積が大きくな
り、ワイヤの発熱が高くなるからである。

【００１５】湿式伸線の引き回数を８〜１４回としたの
は、ワイヤの靭性を考慮したためであり、下限を下回る
回数では、１パス当りの減面率が大きくなりすぎワイヤ
の靭性が劣化する。また、上限を超える回数では抽き回
数が多くなりすぎ、ワイヤの靭性が劣化する。ダイスに
よる毎回の減面率は、後段ほど低い減面率になるように
するが、これだけでなく、仕上げダイス１８’として、
通常ダイス１８ａとスキンパス用ダイス１８ｂを用い
る。これは、ワイヤの表面部の引っ張りの残留応力を開
放し、ほぼゼロとすることで、デラミネーションを防止
するためである。しかし、仕上げ減面率でのスキンパス
用ダイス１８ｂによるスキンバス減面比は、これが４．
０％以上とあまり大きすぎては残留応力の緩和作用が少
なく、逆に１．１％以下とあまり小さくても、加工量が
小さすぎて残留応力の緩和作用が少ない。もっとも好適
には１．２〜３．９％であり、デラミネーションを的確
に防止できる。

【００１６】さらに本発明は、デラミネーションを防止
するため逆引きを併用する。この理由は、前引きだけで
はワイヤ表面の残留応力が引っ張り側に大きくなりす
ぎ、ねじり加工時にデラミネーションが発生するが、逆
引きを行うことでワイヤ表面の残留応力が緩和され、デ
ラミネーションが防止されるからである。この逆引きは
湿式伸線の後半の工程で、かつ１回以上半数未満で行わ
れる。これを減面率との関係で言うならば、湿式伸線の
総減面率の７０〜９９．８％の段階であり、逆引き法と
しては前記減面率に達した段階で図２のように巻取りリ
ール２０に一旦巻取り、その巻取りリール２０を逆引き
用伸線部１３ｂに取り付けて巻き取った尻の部分から伸
線を行えばよい。

【００１７】また湿式伸線での線速を５０〜３００ｍ／
ｍｉｎとし、かつ潤滑液温度を３５℃以下とするのは、
ワイヤ温度を制御してデラミネーションの発生を防止す
るためである。このため、図３に示すように槽外には循
環ポンプ１４０と冷却機１４１が設けられ、潤滑液を槽
から強制的に抜きこれを冷却して槽に戻す循環系とする
ことにより潤滑液は操業中３５℃以下好適には３０〜３
５℃に温度制御される。これにより、線速と相まって上
がりワイヤ温度を１５０℃以下にすることができる。

【００１８】

【実施例】次に本発明の実施例を示す。 １）本発明によりタイヤコード用ブラスめっきスチール
ワイヤを製造した。原料線材は、直径５．５ｍｍのプレ
ーンカーボン材を用いた。その成分組成は、Ｃ：０．８
４％、Ｓｉ：０．２２％，Ｍｎ：０．５０％残部鉄及び
不可避的不純物である。該原料線材を前処理して直径
３．４５ｍｍまで５回引きで一次伸線し、パテンティン
グ後、直径２．３５ｍｍまで５回引きで二次伸線した。
この中間径ワイヤを熱処理・めっき・めっき拡散処理し
た。その条件は、まずガス直火式加熱炉で９５０℃に加
熱し、続いて５００℃の流動床式パテンティング炉で焼
き入れし、パーライト変態終了後直ちに水冷した。この
時の引張り強さは１３２ｋｇｆ／ｍｍ²であった。次い
で、デスケーリング、電解酸洗後、Ｃｕ浴とＺｎ浴を通
すことによってＣｕおよびＺｎを２層めっきした。めっ
きはＣｕ６４．０％、付着量４．１ｇ／ｋｇである。続
いて、流動床式拡散炉にて再加熱し、熱拡散兼引抜き加
工性向上のための再加熱を行った。炉温は約６００℃と
し、３０秒間保持した。そして引き続き、併設の熱風炉
型ボックスで２５０℃まで８秒をかけて徐冷(冷却速度
３７．５℃／sec)し、その後室温まで水冷し、巻き取っ
た。

【００１９】２）次いで連続乾式伸線機により直径０.
７０mm(減面率９１．１%)まで乾式伸線した。ダイスは
アプローチ角10°、ベアリング0.30dの合金ダイスを使
用し、線速４００ｍ／ｍｉｎ、１１回引きで行った。次
いで、図２と図３に示す湿式伸線機により仕上げ直径
０．２８ｍｍのブラスめっきスチールワイヤを得た。潤
滑液は濃度１０％の通常の湿式潤滑液を使用し、冷却循
環系により液温を３２℃に保った。この工程のダイスは
アプローチ角１０°、ベアリング０．３０ｄを用い、線
速６０ｍ／ｍｉｎで１１回引きした。そのうち６回を前
引きで行い(湿式伸線部分の総減面率の７４．７％)、こ
の前引きを終えたワイヤをリールに巻取り、そのリール
を逆引き用湿式伸線機のペイオフ側に取付けて５回の逆
引きを行った。最後に仕上げダイス(ダブルスキンパス
ダイス)に導入し、減面率１１％で逆引きした。このと
きのノーマルダイスによる減面率を９．０％とし、スキ
ンパス用ダイスによる減面率を２．０％とした。行程中
ワイヤ温度は１５０℃以下に保たれ、上がりワイヤ温度
は１３５℃であった。

【００２０】３）以上のようにして得られたワイヤの特
性は、引張り強さ４０８５ＭＰａであり、かつ１００ｄ
の捻回値は３１回であった。しかもこの時のねじり回数
−トルク(ねじり速度30rppm)をねじり−トルク試験機で
測定したところ、デラミネーションの発生はなかった。
比較のため、ダイスアプローチ角を１２°とし、他を上
記条件として湿式伸線した結果は、引張り強さ３９６０
MPa、捻回数２５回で、デラミネーションは不合格であ
り、かつ伸線中に断線が多発した。また、前引き回数を
５回(湿式伸線部分の総減面率の６７％)とし、逆引き回
数を６回とし、他を上記条件として湿式伸線した結果
は、引張り強さ４０７９MPa、捻回数２０回で、デラミ
ネーションは不合格であった。また、仕上げダイスのス
キンパス用ダイスでの減面率を４．０％とし、他を上記
条件として湿式伸線した結果は、引張り強さ３９９５MP
a、捻回数２２回で、デラミネーションは不合格であっ
た。仕上げダイスのスキンパス用ダイスでの減面率を
１．０％とし、他を上記条件として湿式伸線した結果
は、引張り強さ３９８１MPa、捻回数２３回で、デラミ
ネーションは不合格であった。潤滑液温度を５０℃と
し、他を上記条件として湿式伸線した結果は、引張り強
さ４０８５MPa、捻回数２１回で、デラミネーションは
不合格であった。これはワイヤ温度が１５０℃以上に高
くなったためである。以上のことから、所定条件の逆引
きと、所定減面比のダブルダイスと、所定ダイスアプロ
ーチ角と、潤滑液温度条件の相乗効果によって高抗張力
特性とアンチデラミネーション特性が得られることが明
らかである。

【００２１】実施例２ 熱処理・メッキ・めっき拡散を直径２．４５ｍｍで行
い、他を実施例１と同条件で伸線したところ、引張り強
さ４１８９ＭＰａ、捻回数２９回(100d)、デラミネーシ
ョン合格の良品が得られた。

【００２２】

【発明の効果】以上説明した本発明によるときには、プ
レーンカーボン鋼線材を使用して引張り強度が３８００
ＭＰａ以上の高抗張力でしかもデラミネーションが発生
しにくい特性を有するゴム補強用スチールワイヤを容易
に製造することができるというすぐれた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱処理・めっき・めっき拡散工程の概
要を示す説明図である。

【図２】本発明における湿式伸線工程を模式的に示す平
面図である。

【図３】図２の前引き用伸線部と逆引き用伸線部の断面
図である。

【図４】前引き伸線状態を示す断面図である。

【図５】仕上げ伸線状態を示す拡大断面図である。

【図６】めっき付きスチールワイヤのトルク−捻回の関
係を示す線図である。

【符号の説明】

１３ａ 前引き伸線部 １３ｂ 逆引き伸線部 １４ 潤滑液 １８’ 仕上げダイス １８ａ ノーマルダイス １８ｂ スキンパス用ダイス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｊ 5/04 ＣＥＱ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１ Ｙ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ量が０．８０〜１．０５％のプレーンカ
   ーボン鋼線材を使用し、これを所定中間径に伸線し熱処
   理・めっき・めっき拡散処理を施した後乾式伸線を行
   い、次いで目的線径まで湿式伸線を行って３８００ＭＰ
   ａ以上のめっき付きスチールワイヤを得る方法であっ
   て、前記湿式伸線工程を２工程に分け、潤滑液温度３５
   ℃以下にて後半の工程で総伸線回数の半数未満の回数で
   逆引きを行い、仕上げ引きをスキンパス減面比１．２〜
   ３．９％のダブルダイスで行うことを特徴とするゴム補
   強用高抗張力スチールワイヤの製造法。
2. 【請求項２】ダイスとしてアプローチ角(2α)が８〜１
   ０°、ベアリングが０．２５〜０．３５ｄの焼結ダイヤ
   モンドニブを使用して行う請求項１に記載のゴム補強用
   高抗張力スチールワイヤの製造法。