説明

ゴム物品補強用鋼線の製造方法並びにゴム物品補強用スチールコード及び空気入りタイヤ

【課題】高炭素鋼の線材を用いてスチールワイヤを製造する際に、最終伸線工程に工夫を加えることにより、高強度でかつ延性にも優れるスチールワイヤを得ることのできるゴム補強用鋼線の製造方法を提供する。
【解決手段】めっき処理後の高炭素鋼線に湿式伸線による最終伸線を行うゴム物品補強用鋼線の製造方法において、湿式伸線を太線の伸線機で行い、この最終伸線の中段以降で、鋼線の減面率を順次に減少させて鋼線の伸線加工時の温度上昇を抑制する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ゴム物品補強用鋼線の製造方法並びにこの製造方法により得られたゴム物品補強用鋼線を用いたゴム物品補強用スチールコード及び空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【0002】
ゴム物品のなかには、鋼線(以下、「スチールワイヤ」又は単に「ワイヤ」ともいう。)により補強されたものがある。例えば、空気入りタイヤは、複数本のスチールワイヤを束にして撚りをかけ、必要に応じて更に撚り合わせてなるスチールコードが、カーカスプライやベルトの補強のために用いられたものである。
【0003】
スチールコードを構成するスチールワイヤの一般的な製造法は、スチール線材を伸線機により一次伸線をし、次いで一次熱処理、すなわちパテンティング処理をした後に、二次伸線をし、次いで二次熱処理、すなわち再度のパテンティング処理をしてから、めっき処理により二次伸線後のスチールワイヤの表面にめっき層、例えばブラスめっき層を形成し、必要に応じてめっき層の熱拡散のための拡散熱処理を行い、その後に最終伸線を行って所定の直径を有するスチールワイヤを得るものである。
【0004】
近年、空気入りタイヤは地球環境負荷低減のために軽量化することについての技術開発が進められている。そのため、カーカスやベルトについては、スチールコードを層撚りのものから単撚りのものへ、更には撚り無しのものとすることによって、スチールコードの径を小さくし、よってカーカスやベルト層の厚さを薄くすることが行われてきた。もっとも、単撚りのスチールコードや無撚りのスチールコードをカーカスやベルトに用いた場合であっても、空気入りタイヤの強度が低下することは避けなければならない。したがって、単撚りのスチールコードや無撚りのスチールコードは、所定の強度を有することが必要とされる。
【0005】
スチールコードに関し、線径を0.4mmφ以上の素線からなることにより、耐食性を高めて耐久寿命を長くしたスチールコードがある(特許文献1)。また、省エネルギーのために1回のパテンティングでスチールワイヤを製造して、2800MPa以上のスチールコードを得る製造方法がある(特許文献2)。更に、初析セメンタイトの生成量をも考慮してC含有量が過度に多くならないように成分調整したCr含有鋼の熱間線材圧延時に加熱温度と圧延温度を制御し、熱間圧延後の所定温度を急速冷却した鋼線材を、中間熱処理を行うことなく通常の冷間加工、通常の最終熱処理,メッキ処理,伸線加工をこの順に施して、スチールワイヤを安価に製造する方法がある(特許文献3)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平6−109609号公報
【特許文献2】特開平5−156369号公報
【特許文献3】特開2004−91912号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
無撚りのスチールコードに用いられるスチールワイヤは、撚線のスチールコードに用いるワイヤよりもワイヤ径を大きくすることが必要になる。また、無撚りのスチールコードが所定の強度を有するためには、素線のスチールワイヤが高強度であることが必要になる。
【0008】
このスチールワイヤの強度を高めるには、炭素含有量を従来よりも高めた、高炭素鋼の線材を用いてスチールワイヤを製造することが考えられる。しかしながら、高炭素鋼の線材を用いたスチールワイヤの製造では、最終伸線工程において従来の鋼線のように加工量を大きくすることが難しく、よって伸線工程の設計が困難であった。
【0009】
より詳しくは、一般的な条件で最終伸線工程を実施した場合には、伸線時のワイヤの発熱が大きくなり、ワイヤの延性の低下を招くおそれがあった。このワイヤの延性の低下を回避するために、最終伸線工程の前に伸線とパテンティングとの組み合わせを複数回実施することで、最終伸線工程における加工量を低減させた場合には、スチールワイヤを省エネルギーで製造することができず、製造時の環境負荷の軽減を実現できない。
【0010】
この点、上記特許文献1では、ワイヤ径0.4mmφ以上の素線からなるスチールコードが開示されているが、製造方法は、上述したような一般的な製造方法であるため環境負荷を軽減させることはできなかった。
【0011】
また、上記特許文献2では、熱処理(パテンティング)を1度だけ行うことで省エネルギー化が図られているが、熱間圧延とそれに続く調整冷却を必須とする製造方法である。熱間圧延及び引き続く冷却を改良することは、その熱間圧延設備及び冷却設備の設備投資に費用が嵩む。したがって、従来の一般的な製造方法を敷衍した改良が望ましい。
【0012】
更に、上記特許文献3では、中間熱処理(一次熱処理)を廃止して、圧延で径を調節してから伸線を行うことについて開示があるが、この特許文献3も、特許文献2と同様に熱間圧延及び引き続く冷却を改良することは、その熱間圧延設備及び冷却設備の設備投資に費用が嵩む。したがって、従来の一般的な製造方法を敷衍した改良が望ましい。
【0013】
そこで本発明の目的は、高炭素鋼の線材を用いたスチールワイヤの製造の際に、最終伸線工程に工夫を加えることにより、高強度でかつ延性にも優れるスチールワイヤを製造することのできるゴム補強用鋼線の製造方法を、この製造方法により得られたゴム物品補強用鋼線を用いたゴム物品補強用スチールコード及び空気入りタイヤと共に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明のゴム物品補強用鋼線の製造方法は、めっき処理後の高炭素鋼線に最終伸線を行うゴム物品補強用鋼線の製造方法において、この最終伸線の中段以降で、鋼線の減面率を順次に減少させて鋼線の温度上昇を抑制することを特徴とする。
【0015】
本発明のゴム物品補強用鋼線の製造方法においては、最終伸線を行う鋼線が、炭素を1.00質量%以上、クロムを0.10〜0.40質量%含むこと、最終伸線後の鋼線の直径が0.5mm以上であり、破断強力が3000MPa以上であることが好ましい。また、鋼線材に最初に行う一次伸線の後、最終伸線の前に、パテンティングを一度のみ行うことが好ましい。更に、最終伸線後に、鋼線の表面に圧縮応力を残留させる改質処理を行うこともできる。
【0016】
本発明のゴム物品補強用スチールコードは、上述した製造方法により製造されたゴム物品補強用鋼線の一本又は複数本を撚り合わせずに束ねてなるものである。
【0017】
本発明の空気入りタイヤは、上述した製造方法により製造されたゴム物品補強用鋼線からなるゴム物品補強用スチールコードをプライコード及びベルトコードの少なくとも一方に用いたものである。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、最終伸線の中段以降で、鋼線の減面率を順次に減少させて鋼線の温度上昇を抑制することから、この温度上昇による鋼線の延性の低下を抑制することができ、よって高強度の鋼線を延性の低下を招くことなく製造することができる。このような最終伸線は、既存の伸線機の改良により実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の製造方法の一実施形態のフロー図である。
【図2】最終伸線時における各パスの減面率及び鋼線の温度を示すグラフである。
【図3】最終伸線時における各パスの減面率及び鋼線の温度を示すグラフである。
【図4】矯正装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明のゴム物品補強用鋼線の製造方法の実施形態を、より具体的に説明する。
【0021】
図1に、本発明の一実施形態のゴム物品補強用鋼線の製造方法のフロー図を示す。図1では、ゴム物品補強用鋼線の一例として、空気入りタイヤのカーカスやベルトに用いられるスチールワイヤを製造する際の製造工程の一例のフロー図を示している。
【0022】
図1において、鋼線材に一次伸線を行い(ステップS1)、次いでパテンティングを行う(ステップS2)。この熱処理後はめっき処理を行い(ステップS3)、次いで最終伸線を行う(ステップS4)。この最終伸線により鋼線を得る。
【0023】
一次伸線に供する鋼線材については、特に限定しないが、鋼線、ステンレス鋼線、高炭素鋼線等を使用することができ、例えば、炭素を1.00質量%以上、かつ、Cr(クロム)を0.10〜0.40質量%を含む高炭素鋼とすることができる。炭素を1.00質量%以上、かつ、Cr(クロム)を0.10〜0.40質量%を含む高炭素鋼の鋼線材を材料として用いることにより、既存の製造装置を用いて破断強力が3000MPa以上という高強度でかつ、直径が0.5mm以上という太線のスチールワイヤを製造することができる。また、鋼線材の直径も特に限定しないが、例えば5.5mm程度のものを用いることができる。
【0024】
鋼線材に施す一次伸線(ステップS1)は、従来と同様の伸線条件により、乾式伸線機により行うことができる。この一次伸線後の鋼線の線径は、例えば2.6mmφ程度とすることができる。
【0025】
図1に示した本実施形態では、鋼線材に最初に行う一次伸線(ステップS1)の後、最終伸線(ステップS4)の前に、パテンティング(ステップS2)を一度のみ行っている。すなわち、従来の鋼線の製造方法で通常行われていた一次伸線後の一次熱処理、及びこの一次熱処理後の二次伸線を省略している。このように、一次熱処理、及びこの一次熱処理後の二次伸線を省略していることから、従来の鋼線の製造方法と比べて、飛躍的に省エネルギーが可能となった。
【0026】
また、鋼線の製造工程において、一次熱処理、及びこの一次熱処理後の二次伸線を省略することにより、太径、例えば直径が0.5mm以上であるスチールワイヤを容易に製造することができる。これは、空気入りタイヤのカーカスやベルトの補強用に用いられるスチールコードとして、無撚りのスチールワイヤの一本又は複数本を用いる場合の当該スチールワイヤに特に有利に適合する。したがって、最終伸線後の鋼線の直径が0.5mm以上であるスチールワイヤを製造する場合、パテンティング(ステップS2)を一度のみ行うことは好ましい。
【0027】
このような本実施形態における一次伸線後のパテンティング(ステップS2)は、従来の一般的なスチールコードの製造方法における、めっき処理前の熱処理工程と同じ熱処理装置を用いて、従来と同様の熱処理条件で行うことができ、これにより一次伸線後のスチールコードのパテンティング処理、すなわち、鋼線材を加熱してオーステナイト化した後に冷却して微細パーライト組織とする処理を実施することができる。
【0028】
パテンティング(ステップS2)後は、ゴムとの密着性を向上させるために、めっき処理を行う(ステップS3)。このめっき処理は、銅、亜鉛、ニッケル等の金属あるいは合金めっきを鋼線の表面に被覆させる処理であり、一例としてブラス(黄銅)めっきを適用することができる。このめっき処理の条件は、従来のスチールワイヤのめっき処理と同様の条件で行うことができる。例えば、ブラスめっきの場合は、銅めっきと亜鉛めっきとを順次に行ったのち、拡散熱処理を行うことにより、銅と亜鉛の合金であるブラスめっきを鋼線表面上に形成させることもできる。
【0029】
次いで最終伸線を行う(ステップS4)。最終伸線は、例えば通常用いられている太物専用の伸線機により伸線することができる。
【0030】
最終伸線工程においては、最終伸線の中段以降において、鋼線の減面率を順次に減少させて鋼線の伸線加工時の温度上昇を抑制する。すなわち、最終パス及びこの最終パスから遡る中段パスまでは、直前のパスよりも減面率を低くする。これは、次の理由による。
【0031】
上述したような、鋼線材に炭素を1.00質量%以上、かつ、Cr(クロム)を0.10〜0.40質量%を含む高炭素鋼を最終伸線するときに、この最終伸線工程の中段以降の各パスの減面率が大きい場合には、伸線加工時の鋼線温度が高温となり、最終伸線後の延性が低下するおそれがある。
【0032】
これに対して、発明者の研究によれば、最終伸線において、最終伸線の中段以降で、鋼線の減面率を順次に減少させ、換言すれば最終パス及びこの最終パスから遡る中段以降のパスを、直前のパスよりも減面率を低くし、伸線加工中の鋼線の発熱を抑制することで最終伸線後の延性低下を抑制することができる。本発明において、最終伸線の中段とは、最終伸線工程の全てのパスにおける最終パスを含む後半のパスのことをいい、連続であっても、非連続であってもよい。
【0033】
図2を用いて、最終伸線の中段以降において、鋼線の減面率を順次に減少させて鋼線の温度上昇を抑制した、最終伸線のシリーズの一例を説明する。図2(a)に、最終伸線の各パスにおける鋼線の減面率及び伸線機の設計リダクションを示し、図2(b)に、図2(a)に対応する最終伸線の各パスにおける鋼線の平均温度を示す。
【0034】
図2に示したシリーズでは、最終伸線時において最終伸線での湿式伸線の全22パス中、中段以降の第12パス〜第22パスを直前のパスよりも減面率を低くして高炭素鋼を伸線した。なお、鋼線の各パスにおける減面率は、伸線機の設計リダクション以上である必要があるため、設計リダクションも中段以降において、順次に減少させた、漸減方式の構成としている。すなわち、図2に示した例では、設計リダクション及び減面率を、中段以降において、順次に減少させている。このようなシリーズでは、図2(b)に示したとおり、最終伸線中に鋼線の平均温度は、高くても250℃程度に抑制されていた。
【0035】
比較のために、一般的なシリーズの一例を図3に示す。図3(a)と、一般的な最終伸線の各パスにおける鋼線の減面率及び伸線機の設計リダクションを示し、図3(b)に、図3(a)に対応する最終伸線の各パスにおける鋼線の平均温度を示す。
【0036】
図3に示したシリーズでは、最終伸線時において最終伸線での湿式伸線の全19パス中、第10パス以降の減面率が、図2に示した例よりも大きい。このときの設計リダクションは、第2パスから第16パスまで一定の値としている。このようなシリーズでは、図3(b)に示したとおり、最終伸線中の中段以降において300℃近くまで温度上昇していた。
【0037】
図2に示した最終伸線のシリーズの例と、図3に示した最終伸線のシリーズの対比から分かるように、最終伸線の中段以降において、鋼線の減面率を順次に減少させて鋼線の温度上昇を抑制することにより、最終伸線時の鋼線の温度を250℃程度以下とすることができ、これにより、一般的なダイスシリーズを適用した場合に比べて伸線時の鋼線の発熱を抑制することができ、これにより最終伸線後の鋼線の延性低下を抑制することができる。
【0038】
なお、最終伸線の中段以降において、鋼線の伸線加工時の減面率を順次に減少させることを、伸線パス数を増加させたり、設計リダクションを中段以降で低下させたりすることと組み合わせることにより、既存の太線の伸線機で実施することができる。
【0039】
以上のような最終伸線工程を実施して、直径が0.5mm以上の鋼線を得ることができる。最終伸線後の鋼線は、破断強力が3000MPa以上であることが好ましく、より好ましくは破断強力が3500MPa以上である。直径が0.5mm以上であり、破断強力が3000MPa以上の鋼線は、無撚りのスチールコードに好適に用いられる。
【0040】
最終伸線後は、鋼線がコイルに巻かれ、その後に例えばタイヤのカーカスプライやベルト用に供されるが、この最終伸線後に、鋼線の表面に圧縮応力を残留させる矯正処理を行うこともできる。
【0041】
図4に、この最終伸線後に行う矯正処理に用いて好適な、矯正装置10の一例の模式図を示す。同図において、Dは最終伸線の伸線機であり、Dは最終伸線工程の最終ダイス、11は最終伸線後のブラスめっき鋼線Wが巻きかけられてこのブラスめっき鋼線Wに引き抜き力を与える駆動キャプスタンである。12は、ブラスめっき鋼線Wの表面に圧縮応力を加えるための矯正加工ロールである。この矯正加工ロール12は、第1の矯正部12Aと第2の矯正部12Bとを備え、各矯正部12A、12Bは、千鳥状に配置された複数のローラ12aを有している。ブラスめっき鋼線Wを、駆動キャプスタンに巻き付けずに直接的に矯正加工ロール12に入線してこれらのローラ12a間に通過させると、ブラスめっき鋼線Wは、各ローラの周面と接して曲げ応力が交互に加えられる。第1の矯正部12Aのローラ12aと第2の矯正部12Bのローラ12aとは、互いにブラスめっき鋼線Wを中心に90°回転させた位置関係で配置されているので、ブラスめっき鋼線Wの表面には、四方から引張応力及び曲げ応力が加えられ、圧縮応力が残留する。
【0042】
図4に示した矯正装置1では、最終ダイスDからのブラスめっき鋼線Wは、駆動キャプスタンに巻きかけることなく、直接的に矯正加工ロール12に導かれる。ブラスめっき鋼線Wが、直接的に矯正加工ロール12に導かれることにより、最終ダイスDでの引き抜き力が、直接的に矯正加工ロール12での矯正入力として加わるため、矯正加工ロール12にてブラスめっき鋼線Wに大きな圧縮残留応力が容易に得られる。
【0043】
矯正加工ロール12を経たブラスめっき鋼線Wは、ガイドローラ13により移動方向を変えられた後、溝付きの多条プーリ14と駆動キャプスタン11との間で多条に巻きかけられる。多条プーリ14を経たブラスめっき鋼線Wは、ボビンBに巻き取られる。
【0044】
矯正装置10では、多条プーリ14と駆動キャプスタン11との通線方法の調整と、多条プーリ14の傾き調整とによって、ブラスめっき鋼線Wの回転性、すなわちトーションが改善される。また、矯正加工ロール12での噛み量の調整によってブラスめっき鋼線Wの真直性、すなわちストレートネスが改善される。
【0045】
したがって、最終伸線後のブラスめっき鋼線Wに矯正装置10によって矯正処理を行うことによって、ブラスめっき鋼線Wは矯正加工ロールに直接的に入線されて鋼線の表面に大きな圧縮応力が残留することでブラスめっき鋼線Wの延性を向上させることができる。また、ブラスめっき鋼線Wは矯正加工ロール12での矯正加工により真直性が改善され、更に、多条プーリ14と駆動キャプスタン11とでの多条巻きかけによりブラスめっき鋼線Wの回転性が改善されるので、例えばタイヤ工場でのカレンダー揚がりのゴム付きトリートのカールや反りを防ぐことができる。
【0046】
本発明のゴム物品補強用鋼線の製造方法で製造されたゴム物品補強用鋼線は、その一本をそのままで、又は複数本を撚り合わせずに束ねて、ゴム補強用スチールコードとすることができる。なお、従来と同様に、撚線のスチールコードに用いてもよい。このゴム補強用スチールコードは、空気入りタイヤのプライコード、ベルトコードの少なくとも一方に用いることができる。
【実施例】
【0047】
(実施例1)
炭素を1.0質量%、クロムを0.2質量%含む直径5.5mmの線材に一次伸線を行って線径2.6mmとした。次に、熱処理としてオーステナイト相(約940℃)に加熱後、きれいな微細パーライト組織が得られる条件で500℃までパテンティング冷却した。次に、めっき処理としてブラスめっきを鋼線表面に2〜4μmの厚さで形成した。その後、最終伸線を、湿式伸線により全22パスで行い、直径0.52mmの鋼線とした。この最終伸線時の伸線条件と、そのときの鋼線の線温を表1に示す。この伸線条件は、図2に示したような、鋼線の減面率を順次に減少させて鋼線の温度上昇を抑制した条件である。
【0048】
【表1】

【0049】
得られた鋼線は、破断強力が3510MPaであり、また、鋼線の延性を評価するための繰り返し捻り試験の結果は、RT値が25回であった。この鋼線は、ベルトコードとして好適に用いることができた。
上記繰り返し捻り試験は、繰り返し捻り試験装置を用いて、軸線が直線となるように保持した鋼線に、鋼線の直径の100倍の長さ当たり3回に相当する量の捻りを繰り返し与え、鋼線にクラックを発生させる試験である。試験中の鋼線の軸線を直線に保持するためには、鋼線の軸線方向に軽く張力を掛けておく。この鋼線をまず所定回数N回捻り、この時点から逆方向に同量だけ捻り戻すことによりもとの状態に戻す。これを1サイクルとして繰り返し、鋼線にクラックを発生させる。ここで、所定回数Nとは鋼線の直径の100倍の長さ当たり3回に相当する捻り回数であり、捻りに供される鋼線の長さをL(mm)、鋼線の直径をD(mm)とすれば、式N=3×(L/100D)で表される値である。
この繰り返し捻り試験に際し、鋼線試料長Lを100mmとし、荷重には2.0kgの重りを用いた。鋼線の線径dの100倍の長さ当たり3回に相当する回転数Nは、N=3×(L/100d)の計算式により、N=5.8回である。そこで、各鋼線試料に時計方向および反時計方向に6回転させることを繰り返し与えて、クラックが入るまでの繰り返し回数を数えてRT値とした。なお、回転速度は約30回転/分とした。
RT値は、数値が大きいほど延性が良好といえる。
【0050】
(比較例1)
最終伸線を表2に示した伸線条件で行った以外は、実施例1と同様にして鋼線を得た。この伸線条件は、図3に示したような、湿式伸線による全19パスの、一般的な最終伸線条件である。
【0051】
【表2】

【0052】
得られた鋼線は、破断強力が3520MPa以上であったが、RT値が3回であり、実施例1により得られた鋼線よりも延性が劣っていた。
【0053】
(実施例2)
最終伸線後、図4に示す矯正装置を通過させた他は、実施例1と同様にして鋼線を製造した。得られた鋼線は、実施例1の鋼線に比べて、破断強力が3535MPaであり、RT値が35回であり、延性が改善されていた。また、真直性及び回転性も改善されていた。
【0054】
以上、本発明のゴム物品補強用鋼線の製造方法を、実施例を用いて具体的に説明したが、本発明はこれらの実施例によって限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で幾多の変形が可能であることは、いうまでもない。
【符号の説明】
【0055】
10 矯正装置
11 駆動キャプスタン
12 矯正加工ロール
14 多条プーリ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
めっき処理後の高炭素鋼線に最終伸線を行うゴム物品補強用鋼線の製造方法において、
この最終伸線の中段以降で、鋼線の減面率を順次に減少させて鋼線の温度上昇を抑制することを特徴とするゴム物品補強用鋼線の製造方法。
【請求項2】
前記最終伸線を行う鋼線は、炭素を1.00質量%以上、クロムを0.10〜0.40質量%含むことを特徴とする請求項1記載のゴム物品補強用鋼線の製造方法。
【請求項3】
前記最終伸線後の鋼線は、直径が0.5mm以上であり、破断強力が3000MPa以上であることを特徴とする請求項1又は2記載のゴム物品補強用鋼線の製造方法。
【請求項4】
鋼線材に最初に行う一次伸線の後、最終伸線の前に、パテンティングを一度のみ行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のゴム物品補強用鋼線の製造方法。
【請求項5】
前記最終伸線後に、鋼線の表面に圧縮応力を残留させる矯正処理を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のゴム物品補強用鋼線の製造方法。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法により製造されたゴム物品補強用鋼線の一本又は複数本を撚り合わせずに束ねてなるゴム物品補強用スチールコード。
【請求項7】
請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法により製造されたゴム物品補強用鋼線からなるゴム物品補強用スチールコードをプライコード及びベルトコードの少なくとも一方に用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−45579(P2012−45579A)
【公開日】平成24年3月8日(2012.3.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−190118(P2010−190118)
【出願日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【出願人】(000005278)株式会社ブリヂストン (11,469)
【Fターム(参考)】