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技術 炭素鋼線およびその製造方法

出願人 株式会社ブリヂストン
発明者 大野義昭
出願日 2015年11月20日 (5年6ヶ月経過) 出願番号 2015-227240
公開日 2016年6月9日 (4年11ヶ月経過) 公開番号 2016-104906
状態 特許登録済
技術分野 鋼の加工熱処理 金属の引抜加工
主要キーワード 逆張力 中間線材 中間線 てくび 繊維間隔 せん断荷重 湿式加工 フリッパー
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年6月9日)のものです。
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図面 (5)

課題

従来よりも、耐せん断性に優れた炭素鋼線およびその製造方法を提供する。

解決手段

0.1〜0.6mmの線径を有する炭素鋼線1であり、長手方向と直交する円形断面の半径をrとし、円形断面の外周から中心に向かって0.4rまでの領域を表層部2としたとき、表層部2における、長手方向に対する[110]方位集合組織占有率が60%以下である。

概要

背景

従来、タイヤ高圧ホース等のゴム物品補強に用いられる鋼線は、0.70〜0.90質量%程度の炭素を含む炭素鋼線材を所定の中間線径まで伸線し、その後、熱処理黄銅めっき処理とを施して中間線材とし、さらに、この中間線材を最終線径まで伸線することにより製造されている。この炭素鋼線をゴム物品の補強に用いる場合には、単線、あるいは撚合わせてスチールコードとして未加硫ゴム中に埋設し、加熱してゴム加硫および炭素鋼線とゴムとの接着を行う。

近年、省エネ、省資源に対する要請の高まりを背景として、より高強度な炭素鋼線の開発が望まれている。上記のような製造方法により高強度な炭素鋼線を製造するためには、炭素鋼線材に施す伸線加工量を増やす必要がある。しかしながら、伸線加工量を増やすと炭素鋼線の延性が低下し、製造中の断線あるいは使用時の耐久性の低下等の問題が生じ易くなる。そして、可能な伸線加工量、すなわち達成可能な強度に対しては、特に表層部の延性低下が支配的要因となることがある。これは、炭素鋼線の内部よりも表層部に伸線加工による歪みが集中し易く、内部よりも表層部の方が先に強加工に堪えられなくなるためである。さらに、ダイスとの摩擦による発熱による時効硬化潤滑不良も加わって、表層部の延性低下が助長される。そこで、このような延性の低下の問題を解決すべく、伸線技術についての改良が行われている(例えば、特許文献1)。

概要

従来よりも、耐せん断性に優れた炭素鋼線およびその製造方法を提供する。0.1〜0.6mmの線径を有する炭素鋼線1であり、長手方向と直交する円形断面の半径をrとし、円形断面の外周から中心に向かって0.4rまでの領域を表層部2としたとき、表層部2における、長手方向に対する[110]方位集合組織占有率が60%以下である。

目的

近年、省エネ、省資源に対する要請の高まりを背景として、より高強度な炭素鋼線の開発が望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

0.1〜0.6mmの線径を有する炭素鋼線において、長手方向と直交する円形断面の半径をrとし、前記円形断面の外周から中心に向かって0.4rまでの領域を表層部としたとき、該表層部における、長手方向に対する[110]方位集合組織占有率が60%以下であることを特徴とする炭素鋼線。

請求項2

前記円形断面における前記表層部よりも内側の領域を中心部としたとき、該中心部における、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率が60%を超える請求項1記載の炭素鋼線。

請求項3

ゴム物品補強用である請求項1または2記載の炭素鋼線。

請求項4

複数個ダイスを用いて炭素鋼線材湿式伸線加工を施す工程を有する炭素鋼線の製造方法において、最終的に得られる炭素鋼線の引張強さをT(MPa)、前記湿式加工に用いるダイスの個数をn、としたとき、下記式(1)、T/n≦155(MPa)(1)で表される関係を満足し、かつ、湿式伸線加工前の炭素鋼線材の半径をd0、湿式伸線後の炭素鋼線の線径をd1としたとき、下記式(2)、ε=2×ln(d0/d1)(2)で表される伸線加工歪εが1.5以下のダイスにおけるダイス抗力最大値が750MPa以下であることを特徴とする炭素鋼線の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、炭素鋼線およびその製造方法に関し、詳しくは、従来よりも、耐せん断性に優れた炭素鋼線およびその製造方法に関する。

背景技術

0002

従来、タイヤ高圧ホース等のゴム物品補強に用いられる鋼線は、0.70〜0.90質量%程度の炭素を含む炭素鋼線材を所定の中間線径まで伸線し、その後、熱処理黄銅めっき処理とを施して中間線材とし、さらに、この中間線材を最終線径まで伸線することにより製造されている。この炭素鋼線をゴム物品の補強に用いる場合には、単線、あるいは撚合わせてスチールコードとして未加硫ゴム中に埋設し、加熱してゴム加硫および炭素鋼線とゴムとの接着を行う。

0003

近年、省エネ、省資源に対する要請の高まりを背景として、より高強度な炭素鋼線の開発が望まれている。上記のような製造方法により高強度な炭素鋼線を製造するためには、炭素鋼線材に施す伸線加工量を増やす必要がある。しかしながら、伸線加工量を増やすと炭素鋼線の延性が低下し、製造中の断線あるいは使用時の耐久性の低下等の問題が生じ易くなる。そして、可能な伸線加工量、すなわち達成可能な強度に対しては、特に表層部の延性低下が支配的要因となることがある。これは、炭素鋼線の内部よりも表層部に伸線加工による歪みが集中し易く、内部よりも表層部の方が先に強加工に堪えられなくなるためである。さらに、ダイスとの摩擦による発熱による時効硬化潤滑不良も加わって、表層部の延性低下が助長される。そこで、このような延性の低下の問題を解決すべく、伸線技術についての改良が行われている(例えば、特許文献1)。

先行技術

0004

特開平10−325089号公報

発明が解決しようとする課題

0005

今日、炭素鋼線を撚り合わせてなるスチールコードは、その構成要素である炭素鋼線の強力の総和がスチールコードの強力とはならないことが知られている。これは、張力が加わるとスチールコード内の一部の炭素鋼線間の撚り締りに起因するせん断力が強くなり、その部分の炭素鋼線が先行破断を起こすためである。その結果、スチールコードの強力は、炭素鋼線の強力の総和よりかなり低くなってしまう。したがって、スチールコードの強力のさらなる向上を図るに当たっては、炭素鋼線の先行破断の問題を解決する技術の現実が求められている。

0006

そこで、本発明の目的は、撚り合わせてスチールコードとした場合であっても、先行破断を起こし難い、従来よりも、耐せん断性に優れた炭素鋼線およびその製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の知見を得た。すなわち、せん断に強い2750MPa程度の低強力の炭素鋼線は、せん断に対してくびれを起こすような大きな塑性変形を起こすことで、せん断の応力緩和している。一方、3500MPaのような高強力の炭素鋼線は、ほとんど塑性変形することができないため、せん断荷重が一点に集中してしまい、結果としてこの点が破断に至ることを見出した。かかる知見をもとに、本発明者はさらに鋭意検討した結果、炭素鋼線の長手方向に直交する円形断面における集合組織分布を所定のものとすることで、炭素鋼線の塑性変形能力を保持することができ、これにより、炭素鋼線の耐せん断性を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

0008

すなわち、本発明の炭素鋼線は0.1〜0.6mmの線径を有する炭素鋼線において、
長手方向と直交する円形断面の半径をrとし、前記円形断面の外周から中心に向かって0.4rまでの領域を表層部としたとき、該表層部における、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率が60%以下であることを特徴とするものである。ここで、[110]方位の集合組織とは、炭素鋼線の長手方向断面を電子線後方散乱回折法(Electron Backscatter Diffraction:EBSD)にて解析し、[110]方向から10°以内の方向に配向する集合組織をいう。

0009

本発明の炭素鋼線においては、前記円形断面における前記表層部よりも内側の領域を中心部としたとき、該中心部における、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率が60%を超えることが好ましい。本発明の炭素鋼線は、ゴム物品補強用に好適に用いることができる。

0010

また、本発明の炭素鋼線の製造方法は、複数個のダイスを用いて炭素鋼線材に湿式伸線加工を施す工程を有する炭素鋼線の製造方法において、
最終的に得られる炭素鋼線の引張強さをT(MPa)、前記湿式加工に用いるダイスの個数をn、としたとき、下記式(1)、
T/n≦155(MPa) (1)
で表される関係を満足し、かつ、湿式伸線加工前の炭素鋼線材の半径をd0、湿式伸線後の炭素鋼線の線径をd1としたとき、下記式(2)、
ε=2×ln(d0/d1) (2)
で表される伸線加工歪εが1.5以下のダイスにおけるダイス抗力最大値が750MPa以下であることを特徴とするものである。ここでダイス抗力とは、(ダイス出口を通過したワイヤにかかる張力)−(ダイス入口に入る前のワイヤにかかる逆張力)により算出した値である。

発明の効果

0011

本発明によれば、従来よりも、耐せん断性に優れた炭素鋼線およびその製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の炭素鋼線の長手方向に直交する円形断面の断面図である。
EBSDの測定箇所を示す炭素鋼線の長手方向断面図である。
実施例1と比較例2の炭素鋼線の表面からの距離と、炭素鋼線の長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率との関係を示すグラフである。
スチールワイヤのせん断破断強度測定方法の概略説明図である。

0013

以下、本発明の炭素鋼線について、図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の炭素鋼線の長手方向に直交する円形断面の断面図である。本発明の炭素鋼線は、0.1〜0.6mmの線径を有する炭素鋼線1であり、長手方向と直交する円形断面の半径をrとし、円形断面の外周から中心に向かって0.4rまでの領域を表層部2としたとき、表層部2における、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率が60%以下である。すなわち、表層部2における[110]方位の集合組織の占有率を従来よりも少なくすることで、表層部2の延性を確保して塑性変形能力を保持し、耐せん断性を向上させている。本発明の炭素鋼線においては、本発明の効果をより良好に得るためには、長手方向に直交する円形断面の外周から0.4rの領域における、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率は60%以下が好ましい。

0014

本発明の炭素鋼線においては、中心部における、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率が60%を超えることが好ましい。ここで、中心部3とは、円形断面における表層部2よりも内側の領域をいう。本発明の炭素鋼線は、表層部2における、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率が60%以下であり、従来よりも小さいため、耐せん断性は向上しているが、その分、引張強さが低下してしまっている。そこで、炭素鋼線の引張強さを確保するために、炭素鋼線の中心部3の強度を大きくしている。本発明の炭素鋼線においては、好ましくは、中心部3における、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率は80%以上である。

0015

本発明の炭素鋼線は、線径が0.1〜0.6mmであって、表層部2における、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率が60%以下であれば、それ以外に特に制限はない。例えば、材質については、炭素含有量0.70質量%以上の高炭素鋼線が好適である。

0016

本発明の炭素鋼線は、引張強さおよび耐せん断性を、従来よりも高次元で両立しており、タイヤ、ベルト空気バネホース等のゴム物品補強用に好適に用いることができる。例えば、本発明の炭素鋼線をタイヤの補強材に用いる場合は、カーカスプライベルト層ベルト補強層フリッパー等のベルト周り補強層等の補強材として用いることができる。

0017

次に、本発明の炭素鋼線の製造方法について詳細に説明する。
本発明の炭素鋼線の製造方法は、炭素鋼線材に複数個のダイスを用いて湿式伸線加工を施す工程を有する炭素鋼線の製造方法である。本発明の炭素鋼線の製造方法においては、最終的に得られる炭素鋼線の引張強さをT(MPa)、湿式伸線加工に用いるダイスの個数をn、としたとき、下記式(1)、
T/n≦155(MPa) (1)
で表される関係を満足する。

0018

本発明の炭素鋼線は、上述のとおり、表層部2における、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率を60%以下としている。このような炭素鋼線は、炭素鋼線の表層部2の組織の長手方向に対する[110]配向を遅らせることにより製造することができる。そのためには、湿式伸線加工において、炭素鋼線材の表面のみの加工を主体とすればよい。そこで、加工治具であるダイスと炭素鋼線材の表面の接触が多くなるよう、ダイスを多く用いた方がよい。そこで、本発明の炭素鋼線の製造方法においては、その基準として、最終的に得られる炭素鋼線の引張強さ(MPa)を、伸線加工に用いたダイスの個数で除した値を155(MPa)以下とする。好適には、150(MPa)以下とする。

0019

さらに、本発明の炭素鋼線の製造方法においては、湿式伸線加工前の炭素鋼線材の半径をd0、湿式伸線後の炭素鋼線の線径をd1としたとき、下記式(2)、
ε=2×ln(d0/d1) (2)
で表される伸線加工歪εが1.5以下のダイスにおけるダイス抗力の最大値を750MPa以下とする。結晶の配向は、伸線加工初期に起こる。そこで、伸線加工前半の加工量を小さくすることが有効である。そこで、本発明の炭素鋼線の製造方法においては、伸線加工歪が1.5以下のダイスにおけるダイス抗力の最大値を750MPa以下としている。好適には700MPa以下である。

0020

なお、補足ではあるが、伸線加工歪2.5以上では、ほぼ、金属組織の、長手方向に対する[110]方位への配向が完了している。[110]方位の集合組織が、ほぼ完全に伸線方向に揃い、加工量に伴い繊維間隔が狭くなることで引張強さは高くなるが、伸び絞りといった延性値は一義的に低下する。そのため、加工歪2.5以上の引張強さ3000MPa以上のスチールワイヤではせん断力に対して弱くなる。

0021

本発明の炭素鋼線の製造方法は、湿式伸線工程において、上記の製造条件を満足するのであれば、特に、それ以外については、制限はない。例えば、伸線加工に供する炭素鋼線材としては、炭素を0.70質量%含有するものを好適に用いることができる。また、上述の湿式伸線加工の処理方法処理条件等については、所望に応じ、常法に従い適宜設計することができる。さらに、上述の湿式伸線加工工程に先立って行われる種々の工程についても特に制限はなく、乾式伸線パテンティング熱処理、めっき処理といったプロセスを行った後、本発明の炭素鋼線の製造方法を適用すればよい。その際は、乾式伸線、パテンティング熱処理およびめっき処理については、従来と同様の手法により行うことができる。

0022

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
<実施例1〜3および比較例1〜6>
表1および2に示す引張強さを有する、線径0.24mmのスチールワイヤを用いて評価を行った。評価に供したスチールワイヤの製造は、下記表1および2に示す条件にしたがって行った。各スチールワイヤにつき、下記の手順に従って、せん断強力発揮率指数を算出した。得られた結果を同表に併記する。なお、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率は、Bruker社製のD8 DISCOVERを用いて測定した。

0023

<[110]方位の集合組織の測定>
EBSDの測定は、倍率を5000倍、50nmピッチとし、炭素鋼線の長手方向断面の外側から中心にかけて7視野測定した。図2は、EBSDの測定箇所を示す炭素鋼線の長手方向断面図であり、図中の点線で囲まれた7カ所が、測定対象の7視野である。得られた結果から、表層部および中心部の、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率、外周から0.4rまでの領域における、長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率を算出した。なお、図3として、実施例1と比較例2の炭素鋼線の表面からの距離と、炭素鋼線の長手方向に対する[110]方位の集合組織の占有率との関係を示すグラフを示す。

0024

<せん断強力発揮指数>
スチールワイヤのせん断強力発揮指数は、スチールワイヤを165°に屈曲させた状態で保持し、このスチールワイヤに図4に示すような治具を押し当て、スチールワイヤの破断強度を求め、単純引張強力との比で算出した。図4に、スチールワイヤのせん断破断強度の測定方法の概略説明図を示す。図中に示す治具4のRは0.2mmとした。引張強力が3500MPaのスチールワイヤは比較例1を、引張強力が3750MPaのスチールワイヤは比較例5を、引張強力が3200MPaのスチールワイヤは比較例6を、100とする指数で表した。表1、2中では、せん断強力発揮率指数として表記した。

0025

※1:加工歪が1.5以下のダイスのダイス抗力の最大値
※2:長手方向に直交する円形断面の外周から0.4rまでの領域における[110]方位の集合組織の占有率

0026

実施例

0027

上記表1、2および図3より、本発明の炭素鋼線は、従来よりも優れたせん断強力発揮指数を示しており、本発明の炭素鋼線は、従来よりも耐せん断性に優れていることがわかる。

0028

1炭素鋼線
2表層部
3 中心部
4 治具

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