CN103314125A - 钢线材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的钢线材含有C：0.05～1.2%（质量%的意思。以下、涉及化学成分均同）、Si：0.01～0.5%、Mn：0.1～1.5%、P：0.02%以下（不含0%）、S：0.02%以下（不含0%）、N：0.005%以下（不含0%），余量是铁和不可避免的杂质，其中，具有厚7.0μm以下的氧化皮，并且，该氧化皮中的FeO比率为30～80体积%，Fe2SiO4比率低于0.1体积%，形成有在热轧后的冷却中，保管/搬送时不会剥离，在MD时容易剥离的氧化皮。

Description

钢线材及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢线材及其制造方法，特别是涉及形成有在热轧后的冷却中和保管/搬送时不会剥离，通过机械除鳞却能够容易除去的薄的氧化皮的热轧钢线材（以下，仅称为“线材”）及其制造方法。
背景技术
在通过热轧制造的线材的表面，通常形成有氧化皮，对于线材实施拉丝等的二次加工前，需要除去该氧化皮。作为这样的二次加工前的氧化皮除去方法，历来使用的是分批式的酸洗法，但近年来从公害问题和成本削减的观点出发，机械除鳞（以下，称为MD）法正在被采用。因此，就要求线材形成有MD性良好的氧化皮。
作为形成有MD性的良好的氧化皮的线材的制造方法，例如可列举专利文献1～5。在专利文献1、2中，通过使FeO比率高且厚的氧化皮形成，从而减少MD后的线材上残留的氧化皮量。在专利文献3中，通过减小界面粗糙度，以促进在氧化皮的界面产生的裂纹的传播，减少残留氧化皮量。在专利文献4、5中，是控制氧化皮中的空穴的面积率而改善氧化皮的剥离性。
但是，在上述专利文献1～5中有以下这样的问题点。如专利文献1、2这样使氧化皮形成得厚的方法中，会发生成品率的降低，并且在冷却过程和保管/搬送时氧化皮剥离而生锈。另外，若氧化皮厚，则即使通过MD法对线材施加弯曲应变，再进行线材表面的刷光，也难以完全除去氧化皮。即，MD法与分批式的酸洗法不同，均匀且稳定地除去氧化皮的全体困难，对于氧化皮形成得厚的线材即使进行MD，也有在线材的表面散布微细零碎的氧化皮粉末的情况。如此若局部性残存的残留氧化皮多，则在拉丝等的二次加工中会引起如下问题，即发生润滑不良造成的瑕疵，或模具寿命降低等。
另外，在专利文献3等减小界面粗糙度的方法中，使界面粗糙度稳定减小困难，如专利文献4、5这样在氧化皮中形成空穴的方法中，稳定地使空穴形成也困难，这些技术均难以使氧化皮残存量稳定降低。
此外在这些专利文献1～5中，对于冷却中发生的压缩应力造成的氧化皮剥离没有予以任何考虑，由于冷却中和保管/搬送时氧化皮剥离，导致MD前线材生锈这样的问题。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4－293721号公报
专利文献2：日本特开平11－172332号公报
专利文献3：日本特开平8－295992号公报
专利文献4：日本特开平10－324923号公报
专利文献5：日本特开2006－28619号公报
发明内容
本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种形成有在热轧后的冷却中和保管/搬送时不会剥离，在MD时容易剥离的氧化皮的线材及其制造方法。
达成上述课题的本发明的钢线材，其特征在于，含有C：0.05～1.2%（质量%的意思。以下、涉及化学成分均同。）、Si：0.01～0.5%、Mn：0.1～1.5%、P：0.02%以下（不含0%）、S：0.02%以下（不含0%）、N：0.005%以下（不含0%），余量是铁和不可避免的杂质，具有厚7.0μm以下的氧化皮，并且，该氧化皮中的FeO比率为30～80体积%，Fe2SiO4比率低于0.1体积%。
本发明的钢线材，根据需要也可以含有如下元素：（a）Cr：0.3%以下（不含0%）和/或Ni：0.3%以下（不含0%）；（b）Cu：0.2%以下（不含0%）；（c）从Nb、V、Ti、Hf和Zr构成的群中选择的至少一种的元素，合计为0.1%以下（不含0%）；（d）Al：0.1%以下（不含0%）；（e）B：0.005%以下（不含0%）；（f）Ca：0.01%以下（不含0%）和/或Mg：0.01%以下（不含0%）。
另外，本发明也包括钢线材的制造方法，即，对于上述任意一种化学成分的钢进行热轧后，以750～880℃卷取，一边喷射氧分率低于20体积%的氧和惰性气体的混合气体或喷射惰性气体，一边进行冷却。优选所述惰性气体是氮。
本发明的线材，FeO比率适当被控制在规定范围内（30～80体积%），并且，具有很薄的（7.0μm以下）氧化皮。因此，在热轧后的冷却中和保管/搬送时，氧化皮不会剥离，能够防止锈的发生。此外，根据本发明，因为在MD时氧化皮容易剥离，所以用简便的除鳞装置就能够确保充分的剥离性，不会在拉丝等的二次加工时带来不良影响（氧化皮的残留造成的线材表面瑕疵、润滑不良等），能够提供品质高的钢线材。另外，因为氧化皮损耗少，所以能够维持高成品率。
附图说明
图1是表示氧化皮中的FeO比率和MD后的残留氧化皮面积率的关系的标绘图。
图2是表示氧化皮厚度和轧制材的氧化皮剥离率的关系的标绘图。
具体实施方式
线材的制造工艺中的冷却工序中，通常，由于基体铁和氧化皮的热膨胀系数的差，导致在氧化皮中发生压缩应力。其结果是，在冷却工序或其后保管/搬送线材时，氧化皮自然剥离，这成为锈的发生原因。另外，线材进行的是在进行拉丝等的二次加工之前，通过MD除去氧化皮，若MD后氧化皮残存，则使模具寿命降低。因此，期望线材具有在制造工艺中的冷却工序和保管/搬送时不会剥离，而在MD时容易剥离的氧化皮。
MD法是对于线材施加应变而使氧化皮内或基体铁与氧化皮的界面发生龟裂，从而剥离氧化皮的方法。一直以来，为了使氧化皮的剥离性提高，进行的是使氧化皮中的FeO比率提高。这是由于，FeO与基体铁的密接强度与Fe2O3和Fe3O4相比更小，因此认为提高氧化皮中的FeO比率，对于MD时的氧化皮剥离性提高有效。为了提高氧化皮中的FeO比率，通常，需要在高温下形成氧化皮（终轧前的除鳞以后所形成的二次氧化皮），但若在高温下使氧化皮形成，则氧化皮的厚度增加，氧化皮损耗变多，而且有厚的氧化皮在冷却过程和保管/搬送时剥离这样的问题。就是说，使氧化皮的厚度薄，并且确保氧化皮中的FeO比率极其困难。
因此，本发明者们研究的结果发现，如果使热轧后的卷取温度为较低温，其后，一边喷射氧分率低的氧和惰性气体的混合气体或惰性气体一边进行冷却，则能够使氧化皮薄，并且能够确保氧化皮中的FeO比率达到规定以上。
对于氧化皮的厚度进行更详细的研究时判明，如果氧化皮的厚度在7.0μm以下，则与基体铁的密接性良好，冷却途中和保管/搬送时不会剥离。氧化皮厚度优选为6.5μm以下，更优选为6.0μm以下（特别优选为5.5μm以下）。氧化皮厚度的下限没有特别限定，但通常为0.9μm左右。
此外，本发明者们就氧化皮中的FeO比率与MD性的关系进行调查。更详细地说，使用0.9%C－0.25%Si－0.86%Mn－0.007%P－0.0063%S－0.002%N的组成的、长200mm的线材，使卷取温度条件变化，制作调整了氧化皮的组成的试样。还有，使卷取温度在700～1000℃的范围内变化，卷取后的冷却中使用N2－10体积%O2气体。对于制作的试样，施加相当于MD的变形应变（6%）而使氧化皮剥离，与后述的实施例同样，通过图像处理测量残留的氧化皮量（面积率）。图1是表示氧化皮中的FeO比率和MD后残留的氧化皮的面积率的关系的标绘图。
根据图1可知，如果氧化皮中的FeO比率为30～80体积%，则能够充分减少MD后的残留氧化皮量。FeO比率优选为35体积%以上、75体积%以下，更优选为40体积%以上、70体积%以下，进一步优选为45体积%以上、65体积%以下。
另外，氧化皮中的Fe2SiO4（铁橄榄石（fayalite）：ファイアライト）比率低于0.1体积%。若Fe2SiO4过剩地生成，则在氧化皮和基体铁的界面不均匀地生成，MD时氧化皮不均匀地剥离，因此MD性恶化。Fe2SiO4比率优选为0.09体积%以下，更优选为0.08体积%以下，进一步优选为0.07体积%以下。另一方面，氧化皮中的Fe2SiO4是脆而容易剥离的氧化物，如果微量，则均匀而薄地生成，因此具有改善MD性这样的作用。这了使这样的作用有效地发挥，优选确保0.01体积%以上，更优选为0.02体积%以上，进一步优选为0.03体积%以上。
在本发明的氧化皮中，除了FeO和Fe2SiO4以外，还含有Fe2O3、Fe3O4等。
通过使氧化皮的厚度及组成如上述这样，能够使MD后的残留氧化皮量相对于MD前的氧化皮量，以面积率计为30%以下。这相当于残存氧化皮量相对于钢线材的质量大约为0.05质量%以下。残留氧化皮量优选为25面积%以下，更优选为20面积%以下。
为了形成上述的氧化皮，重要的是在对于后述的化学成分的钢进行热轧后，以较低温（750～880℃）卷取，其后，一边喷射氧分率低和氧和惰性气体的混合气体或惰性气体，一边进行冷却。通过以低温卷取，能够使氧化皮薄。此外，通过喷射如上述这样的氧分率低或不含氧的气体而进行冷却，不会使生成的FeO变成Fe3O4，而能够使之确保在规定以上。
若热轧后的卷取温度超过880℃，则氧化皮厚度超过7.0μm，或氧化皮中的FeO比率超过80体积%，MD性恶化。另外，若卷取温度超过880℃，则有超过0.1体积%的情况，Fe2SiO4（铁橄榄石）在氧化皮与基体铁的界面不均匀地生成，MD时氧化皮不均匀地剥落，MD性恶化。另一方面，若卷取温度低于750℃，则不能将FeO比率确保在30体积%以上，MD性劣化。卷取温度优选为770℃以上、875℃以下，更优选为790℃以上、860℃以下。
热轧后的冷却，一边喷射氧分率低于20体积%的氧和惰性气体的混合气体或惰性气体一边进行。如此通过喷射氧分率低或不含氧的气体一边进行冷却，能够防止已经生成的FeO发生Fe3O4化，能够确保氧化皮中的FeO比率。氧分率优选为10体积%以下，更优选为5体积%以下，进一步优选为0体积%（即只有惰性气体）。作为上述惰性气体，可列举氩、氮等，优选为氮。喷射上述气体而进行的冷却的冷却停止温度没有特别限定，但例如可以一边喷射上述气体一边冷却至550～650℃左右，其后在大气中冷却至室温。
以下，对于本发明的钢线材的化学组成进行说明。
C：0.05～1.2%
C是对钢的机械的性质产生巨大影响的元素。为了确保线材的强度，将C量定为0.05%以上。C量优选为0.15%以上，更优选为0.3%以上。另一方面，若C量过剩，则线材制造时的热加工性劣化。因此将C量定为1.2%以下。C量优选为1.1%以下，更优选为1.0%以下。
Si：0.01～0.5%
Si是用于钢的脱氧所需要的元素，若其含量过少，则Fe2SiO4（铁橄榄石）的生成不充分，MD性劣化。因此，将Si量定为0.01%以上。Si量优选为0.1%以上，更优选为0.2%以上。另一方面，若Si量过剩，则Fe2SiO4（铁橄榄石）的过剩生成，由此使MD性显著劣化，此外发生表面脱碳层生成等问题。因此，将Si量定为0.5%以下。Si量优选为0.45%以下，更优选为0.4%以下。
Mn：0.1～1.5%
Mn确保钢的淬火性，是对于提高强度有用的元素。为了有效地发挥这样的作用，将Mn量定为0.1%以上。Mn量优选为0.2%以上，更优选为0.4%以上。另一方面，若Mn量过剩，则在热轧后的冷却过程发生偏析，容易发生对拉丝加工性等有害的过冷组织（马氏体等）。因此将Mn量定为1.5%以下。Mn量优选为1.4%以下，更优选为1.2%以下。
P：0.02%以下（不含0%）
P是使钢的韧性和延展性劣化的元素。为了防止拉丝工序等的断线，将P量定为0.02%以下。P量优选为0.01%以下，更优选为0.005%以下。P量的下限没有特别限定，但通常为0.001%左右。
S：0.02%以下（不含0%）
S与P一样，是使钢的韧性和延展性劣化的元素。为了防止在拉丝和其后的扭绞工序中发生断线，将S量定为0.02%以下。S量优选为0.01%以下，更优选为0.005%以下。S量的下限没有特别限定，但通常为0.001%左右。
N：0.005%以下（不含0%）
N是若含量过剩则使钢的延展性劣化的元素。因此，将N量定为0.005%以下。N量优选为0.004%以下，更优选为0.003%以下。N量的下限没有特别限定，但通常为0.001%左右。
本发明的钢线材的基本成分如上述，余量实质上是铁。但是，当然允许由于原料、物资、制造设备等的状况而混入的不可避免的杂质包含在钢线材中。此外，在不阻碍本发明的作用效果的范围内，也推荐根据需要添加下述的元素。
Cr：0.3%以下（不含0%）和/或Ni：0.3%以下（不含0%）
Cr和Ni均提高钢的淬火性，是有助于强度提高的元素。为了有效地发挥这样的作用，优选Cr量为0.05%以上，优选Ni量为0.03%以上。更优选的Cr量、Ni量均为0.10%以上，进一步优选均为0.12%以上。另一方面，若Cr量和Ni量过剩，则马氏体组织容易发生，而且氧化皮与基体铁的密接性过高，MD时的氧化皮的剥离性劣化。因此，Cr量、Ni量均优选为0.3%以下。更优选的Cr量、Ni量均为0.25%以下，进一步均优选为0.20%以下。
Cu：0.2%以下（不含0%）
Cu是具有促进氧化皮剥离的作用的元素。为了有效地发挥这样的作用，优选Cu量为0.01%以上。Cu量更优选为0.05%以上，进一步优选为0.10%以上。另一方面，若Cu量过剩，则氧化皮的剥离过剩地被促进，轧制中氧化皮剥离，在此剥离面发生薄而密接性高的其他氧化皮，此外在保管/搬送线材卷材时生锈。因此，优选Cu量为0.2%以下。Cu量更优选为0.17%以下，进一步优选为0.15%以下。
从Nb、V、Ti、Hf和Zr构成的群中选择的至少一种的元素，合计0.1%以下（不含0%）
Nb、V、Ti、Hf和Zr均形成微细的碳氮化物，是有助于高强度化的元素。为了有效地发挥这样的作用，优选Nb量、V量、Ti量、Hf量和Zr量均为0.003%以上。更优选Nb量、V量、Ti量、Hf量和Zr量均为0.007%以上，进一步优选为0.01%以上。另一方面，若这些元素过剩，则延展性劣化，因此其合计量优选为0.1%以下。元素的合计量更优选为0.08%以下，进一步优选为0.06%以下。
Al：0.1%以下（不含0%）
Al是作为脱氧剂有效的元素。为了有效地发挥这样的作用，Al量优选为0.001%以上。Al量更优选为0.005%以上，进一步优选为0.01%以上。另一方面，若Al量过剩，则Al2O3等的氧化物系夹杂物变多，拉丝加工时等断线多发。因此，Al量优选为0.1%以下。Al量更优选为0.08%以下，进一步优选为0.06%以下。
B：0.005%以下（不含0%）
B作为在钢中固溶的游离的B（不形成化合物的B）存在，由此是抑制铁素体的生成的元素，特别是在需要抑制纵裂纹的高强度线材中是有效的元素。为了有效地发挥这样的作用，B量优选为0.0001%以上。B量更优选为0.0005%以上，进一步优选为0.0010%以上。另一方面，若B量过剩，则延展性劣化。因此B量优选为0.005%以下，更优选为0.0040%以下，进一步优选为0.0035%以下。
Ca：0.01%以下（不含0%）和/或Mg：0.01%以下（不含0%）
Ca和Mg均控制夹杂物的形态，是具有提高延展性的作用的元素。另外，Ca还具有提高钢材的耐腐蚀性的作用。为了有效地发挥这样的作用，Ca量和Mg量均优选为0.001%以上。更优选Ca和Mg均为0.002%以上，进一步优选为0.003%以上。另一方面，若这些元素过剩，则加工性劣化。因此，Ca量、Mg量均优选为0.01%以下。更优选Ca量、Mg量均为0.008%以下，进一步优选为0.005%以下。
【实施例】
以下，列举实施例更具体地说明本发明。本发明不受以下的实施例限制，在能够符合所述、后述的宗旨的范围内当然可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
遵循通常的熔炼法，熔炼表1、2所示的化学组成的钢后，制作150mm×150mm的坯段，在加热炉内进行加热。其后，使用高压水对于在加热炉内生成的一次氧化皮进行除鳞，以表3所示的条件（热轧后的卷取温度和用于冷却的气体）进行热轧，得到φ5.5mm的钢线材。还有，使用表3所示的气体的冷却均进行至600℃左右，其后在大气中放冷。
用以下的方法测量得到的钢线材。
（1）氧化皮的厚度的测量
分别从卷材的前端、中央部、后端，提取长10mm的试样，从各个试样，以扫描型电子显微镜（SEM）观察（观察倍率：5000倍）任意的3处氧化皮截面。对于各测量位置，在钢线材周向长度100μm内测量10点氧化皮厚度，求得其氧化皮平均厚度，将3处平均值作为各试样的氧化皮厚度。再计算各试样（卷材前端、中央部、后端）的平均值，作为各试验No.的氧化皮厚度。
（2）氧化皮的组成的测量
与上述（1）同样，分别从卷材的前端、中央部、后端，提取长10mm的试样，从各个试样，对于任意的3处的氧化皮截面，进行X射线衍射，由FeO、Fe2SiO4、Fe2O3和Fe3O4的峰值强度比，求得FeO和Fe2SiO4的比率（体积%）。将3处的平均值作为各试样的FeO比率和Fe2SiO4比率。再计算出各试样（卷材前端、中央部、后端）的平均值，作为各试验No.的FeO比率和Fe2SiO4比率。
（3）轧制材的氧化皮剥离性的测量
分别从卷材的前端、中央部、后端，提取长200mm的试样，对试样鼓风，吹飞钢线材表面的氧化皮。利用数码照相机，对于鼓风前后的外观拍摄照片，以图像分析对两者进行比较，由此求得剥离的氧化皮的面积率。
（4）MD性的测量
分别从卷材的前端、中央部、后端，提取长250mm的试样，用拉伸试验机施加6%的变形应变，从卡盘取出后，对试样鼓风而吹飞钢线材表面的氧化皮。利用数码照相机，对于施加应变前后的外观拍摄照片，以图像分析对两者进行比较，由此计算出残留氧化皮面积率。
结果显示在表4、5和图2中。
【表1】
Figure BDA00003462984200091
【表2】
Figure BDA00003462984200101
【表3】
Figure BDA00003462984200102
【表4】
【表5】
Figure BDA00003462984200111
表4、5的No.1、2、4～28、30～32、34、35、37～39、41、42、44、45、48是满足本发明的要件例子，氧化皮厚度和氧化皮的组成恰当，因此MD性良好。
另一方面，No.3、29、33、36、40、43、46、47、49，因为制造条件不满足本发明的要件，所以MD性劣化。
No.3、29、36、40、43、46、47是热轧后，喷射大气而进行冷却的例子，由于在冷却中FeO成为Fe3O4，从而不能确保FeO分率，MD性劣化。No.33是热轧后的卷取温度高的例子，氧化皮厚度变厚，并且FeO比率过大，此外Fe2SiO4比率也高，因此MD性劣化。No.49是热轧后的卷取温度低的例子，FeO比率不能确保，MD性劣化。No.50～54是热轧后的卷取温度更高的例子，氧化皮厚度超过7.0μm，轧制材的氧化皮剥离率上升，有锈发生。即，No.50～54在热轧后的冷却中和保管/搬送时氧化皮脱落，认为会生锈。
另外，图2中显示氧化皮厚度和轧制材的氧化皮剥离率的关系。可知若氧化皮厚度超过7.0μm而变厚，则轧制材的氧化皮剥离率变大。
详细并参照特定的实施方式说明了本发明，但不脱离本发明的精神和范围而能够加以各种变更和修改，这对于从业者来说很清楚。
本申请基于2011年1月7日申请的日本专利申请（专利申请2011－002014，其内容在此参照并援引。
【产业上的可利用性】
本发明的钢线材，因为热轧后（拉丝加工前）的机械除鳞性优异，所以除了汽车的轮胎帘子线（钢帘线、轮胎钢丝）和软管钢丝以外，作为半导体用硅等的切割所使用的线锯钢丝等的原材也有用。

Claims (4)

1.一种钢线材，其特征在于，含有：C：0.05～1.2%（质量%的意思，以下、涉及化学成分均同）、Si：0.01～0.5%、Mn：0.1～1.5%、P：0.02%以下（不含0%）、S：0.02%以下（不含0%）、N：0.005%以下（不含0%），余量是铁和不可避免的杂质，其中，
具有厚度为7.0μm以下的氧化皮，并且，该氧化皮中的FeO比率为30～80体积%，Fe2SiO4比率低于0.1体积%。
2.根据权利要求1所述的钢线材，其中，还含有下述（1）～（6）中的至少1个：
（1）Cr：0.3%以下（不含0%）和/或Ni：0.3%以下（不含0%）；
（2）Cu：0.2%以下（不含0%）；
（3）合计0.1%以下（不含0%）的从Nb、V、Ti、Hf和Zr构成的群中选择的至少一种的元素；
（4）Al：0.1%以下（不含0%）；
（5）B：0.005%以下（不含0%）；
（6）Ca：0.01%以下（不含0%）和/或Mg：0.01%以下（不含0%）。
3.一种钢线材的制造方法，其特征在于，
对权利要求1或2所述的化学成分的钢进行热轧后，在750～880℃卷取，一边喷射氧分率低于20体积%的氧和惰性气体的混合气体、或惰性气体一边进行冷却。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其中，所述惰性气体是氮。
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