CN105164293A - 生拉性优异的高强度钢丝用线材和高强度钢丝 - Google Patents

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Abstract

提供一种通过生产率优良的鼓风冷却，得到即使生拉，也能够均质达成高强度、高韧性的高强度钢丝用线材的技术，和由这样的高强度钢丝用线材得到的高强度钢丝，以及高强度镀锌钢丝。本发明的高强度钢丝用线材，分别含有C：0.80～1.3％、Si：0.1～1.5％、Mn：0.1～1.5％、P：高于0％并在0.03％以下、S：高于0％并在0.03％以下、B：0.0005～0.01％、Al：0.01～0.10％、和N：0.001～0.006％，余量由铁和不可避免的杂质构成，组织为珠光体的面积率在90％以上，且珠光体团的粒度号的平均值Pave及其标准偏差Pσ分别满足下述(1)式和(2)式。7.0≤Pave≤10.0…(1)Pσ≤0.6…(2)。

Description

生拉性优异的高强度钢丝用线材和高强度钢丝
技术领域
本发明涉及用于桥梁用钢缆等的作为镀锌钢丝的原材有用的高强度钢丝，和用于得到这样的高强度钢丝的高强度钢丝用线材，特别是涉及在轧制后不进行热处理，拉丝时的加工性良好的高强度钢丝用线材等。
背景技术
在桥梁等所使用的钢缆中，使用的是为了提高耐腐蚀性而实施了熔融镀锌的钢丝，或使该钢丝绞接在一起的镀锌钢绞线。作为这样的钢丝的原材，例如在JISG3548中，表明的是线径为5mm，抗拉强度TS为1500～1700MPa左右的钢丝，作为其原材钢，主要使用的是JISG3506所述的碳钢。
可是，在作为熔融镀锌钢丝的原材的钢丝中，除了要求降低制造成本以外，还要求高强度化。如果能够实现高强度化，则能够得到钢丝使用量的削减和桥梁设计的自由度提高等的优点。
在制造镀锌钢丝时，一般采用以下的方法。首先将通过热轧制造的线材(也称为钢线材)，以环状载置于冷却输送机上，在进行了珠光体相变之后卷绕成卷状，得到线材卷。其次，实施铅浴淬火处理而进行线材的强度的提高、组织的均匀化。该铅浴淬火(patenting)处理是热处理的一种，一般来说使用连续式炉将线材加热至950℃左右，使之奥氏体化之后，浸渍到保持于500℃左右的铅浴等的冷却介质中，得到微细且均匀的珠光体组织。
之后，进行冷态下的拉丝加工，利用珠光体钢的加工硬化作用，得到具有既定的强度的钢丝。接着，浸渍到保持于450℃左右的熔融锌浴中进行镀敷处理，得到镀锌钢丝。也有在镀锌处理后，再实施精拉丝的情况。使用捆扎如此得到的镀锌钢丝而成的平行钢绞线(PWS(parallelwirestrand))和绞接的镀锌钢绞线，得到例如桥梁用的缆索。
在这样一系列的制造工序中，成为制造成本上升的要因的是铅浴淬火处理。关于铅浴淬火处理，对于线材的强度上升和品质均匀化有效，但也有使制造成本上升，并且排出CO2和使用环境有害物质等环境方面的问题。如果对于轧制后的线材不进行铅浴淬火处理等的热处理就能够拉丝，使之制品化，得到钢丝，则能够消除上述问题，因此价值很大。对于轧制后的线材不实施热处理而进行拉丝加工，称为“生拉”。
在达成生拉线材的高强度化时，线材的纵长方向的强度偏差成为问题。在一般的利用鼓风冷却的线材的制造过程中，在冷却输送机上环状载置线材而进行冷却。冷却输送机上的环状线材的状态显示在图1的概略说明图中。若以这样的状态进行冷却，则线材会产生比较紧密重叠的密集部10的部分，和比较松散的稀疏部11的部分。
其结果是，在密集部10或稀疏部11的各部位冷却速度产生偏差，在析出的珠光体组织中，产生环绕一圈量的周期性的组织偏差，因此机械特性也将发生周期性的偏差。线材存在强度偏差时，从安全上的观点出发，制品强度以其下限值作为设计基准。因此，减小线材的强度偏差，可以设计更高强度的制品。在生拉线材时，因为得不到铅浴淬火处理带来的组织的均匀化效果，所以需要通过热轧后的组织控制来使组织均匀化，减小强度偏差。
作为使线材的拉丝加工性提高的技术，至今为止也提出有种种。例如在专利文献1中提出有一种技术，其以熔融盐浴进行热轧后的冷却，从而使拉丝加工性提高。该技术被称为直接铅浴淬火处理。
另外在专利文献2中公开有一种技术，其通过热轧后的冷却条件的控制使线材强度提高，省略了铅浴淬火处理。
另一方面，在专利文献3中公开有一种技术，其在弹簧用钢线材中，通过减小卷材疏密造成的珠光体组织偏差，从而使线材的拉丝性提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平04-289128号公报
专利文献2：日本特开平05-287451号公报
专利文献3：日本特开2012-72492号公报
但是，像专利文献1这样以熔融盐浴直接进行铅浴淬火处理的方法，若与鼓风冷却相比，则存在制造成本变高，另外设备的维护性也低这样的问题。而且，所得到的钢材的拉丝加工性，以减面率计低达80％左右，金属丝(钢丝)的强度水平也停留在180～190kgf/mm2(1764～1862MPa)左右。
另外由专利文献2的技术得到的线材的拉丝加工性，以减面率计低达50％左右，金属丝(钢丝)的强度水平也为1350～1500MPak左右。
另一方面，在专利文献3的技术中，未考虑以扭绞特性等评价的韧性，未必说能够满足由JISG3625和JISG1784规定这样的、钢缆类所要求的扭绞特性的规格。
发明内容
本发明在这样的状况之下形成，其目的在于，提供一种通过生产率优良的鼓风冷却，得到即使生拉也能够以均质达成高强度、高韧性的高强度钢丝用线材的技术，和由这样的高强度钢丝用线材得到的高强度钢丝，以及高强度镀锌钢丝。
能够达成上述目的的所谓本发明的高强度钢丝用线材，其特征在于，分别含有C：0.80～1.3％(质量％的意思，涉及成分组成，以下均同)、Si：0.1～1.5％、Mn：0.1～1.5％、P：高于0％并在0.03％以下、S：高于0％并在0.03％以下、B：0.0005～0.01％、Al：0.01～0.10％、和N：0.001～0.006％，余量由铁和不可避免的杂质构成，组织为珠光体的面积率在90％以上，且珠光体团的粒度号的平均值Pave及其标准偏差Pσ分别满足下述(1)式和(2)式。
7.0≤Pave≤10.0…(1)
Pσ≤0.6…(2)
在本发明的高强度钢丝用线材中，优选晶界铁素体的面积率为1.0％以下。
此外，在本发明的高强度钢丝用线材中，优选由下述式(3)表示的Ceq为0.85％以上且1.45％以下。
Ceq＝[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14…(3)
其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Ni]、[Cr]、[Mo]和[V]分别表示C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo和V的含量(质量％)。
另外在高强度钢丝用线材的化学成分组成中，根据需要，还含有如下等也有效：(a)Cr：高于0％并在0.5％以下；(b)V：高于0％并在0.2％以下；(c)从Ti：高于0％并在0.2％以下、和Nb：高于0％并在0.5％以下所构成的群中选择的一种以上；(d)从W：高于0％并在0.5％以下、Co：高于0％并在1.0％以下所构成的群中选择的一种以上；(e)Ni：高于0％并在0.5％以下；(f)从Cu：高于0％并在0.5％以下、和Mo：高于0％并在0.5％以下所构成的群中选择的一种以上，根据所含有的成分的种类，高强度钢丝用线材的特性得到进一步改善。
本发明，也包括对于上述这样的高强度钢丝用线材进行拉丝加工，例如，拉拔加工而得到的高强度钢丝。另外，在对于该高强度钢丝实施熔融镀锌而制作的高强度镀锌钢丝中，抗拉强度TS的标准偏差WTSσ，满足下述(4)式。
WTSσ≤40(MPa)…(4)
根据本发明，通过严密地规定化学成分组成，并且组织为珠光体的面积率在90％以上，使珠光体团的粒度号的平均值Pave及其标准偏差Pσ为既定的范围，从而能够得到即使生拉，也能够均质达成高强度、高韧性的高强度钢丝用线材。由这样的高强度钢丝用线材得到的钢丝，作为桥梁等所使用的钢缆的构成原材的熔融镀锌钢丝和钢绞线的原材极其有用。
附图说明
图1是表示冷却输送机上的环状的线材的状态的概略说明图。
图2是用于说明评价用试样的取样方法的图。
图3是表示轧制材的珠光体团的粒度号的标准偏差Pσ，现钢丝的抗拉强度TS的标准偏差WTSσ的关系的曲线图。
具体实施方式
本发明者们为了提供即使生拉，也可减小组织的偏差的均质的线材，特别对于碳钢的相变举动反复进行锐意研究。其结果确认，即使是过共析钢，虽然在珠光体相变之前在晶界有微细的铁素体组织析出，即，晶界铁素体析出，但由于这时产生的相变放热，冷却速度仍会局部性地变化，发生组织偏差。即，晶界铁素体的析出助长珠光体组织的偏差，通过抑制其析出量，能够减小组织偏差。
为了抑制晶界铁素体的析出，特别有效的是添加B。B在奥氏体晶界偏析而使晶界能降低，对于从晶界析出的晶界铁素体有析出抑制效果。这时，若B作为BN这样的化合物析出，则上述的效果无法发挥，因此重要的是，在珠光体相变发生阶段预先使之在钢中固溶。
另外，为了减小组织的偏差，适当设计轧制后的线材的淬火性，即至珠光体相变开始的时间(相变开始时间)，和从相变开始至完毕所花费的时间(相变时间)也很重要。其中相变开始时间，因为相变前的奥氏体结晶粒度的影响很大，所以优选例如通过加大热轧的减面率(具体来说，如后述将减面应变ε控制在0.4以上)而使奥氏体结晶粒度微细化。结晶粒度越微细，相变开始时间越早，结晶粒度越粗大，相变开始时间越迟。因卷材的疏密而冷却速度有所不同，因此越是提前相变开始时间，相变温度的差异就越小，能够减小组织偏差。
另一方面，关于相变时间，通过延长相变时间，借助相变放热带来的复热效果，能够使相变温度均匀化，减小组织偏差。在相变时间的控制中，含有C(碳)的合金成分的影响大，其影响能够使用下述(3)式所定义的碳当量Ceq表示。通过增大碳当量Ceq，能够进一步延长相变时间，减小组织偏差。但是，若使碳当量Ceq过度地增大，则组织控制所需的时间变长，在输送机上相变无法进行完毕，不能进行适当的组织控制。从这一观点出发，碳当量Ceq优选控制在0.85％以上，1.45％以下。碳当量Ceq的更优选的下限为0.90％以上。更优选的上限为1.40％以下，进一步优选为1.35％以下。
Ceq＝[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14…(3)
其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Ni]、[Cr]、[Mo]和[V]分别表示C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo和V的含量(质量％)。
本发明的钢丝用线材，需要适当地控制组织，并且也需要适当地调整其化学成分组成。从这一观点出发，线材的化学成分组成的范围设定理由如下。
(C：0.80～1.3％)
C是对于强度的上升有效的元素，随着C含量增加，冷加工后的钢丝的强度提高。为了达成本发明的目标强度水平，C含量需要为0.80％以上。但是，若C含量过剩，则先共析渗碳体在晶界析出，阻碍拉丝加工性。从这一观点出发，C含量需要为1.3％以下。C含量的优选的下限为0.82％以上，更优选为0.84％以上。优选的上限为1.2％以下，更优选为1.1％以下。
(Si：0.1～1.5％)
Si是有效的脱氧剂，发挥着减少钢中的氧化物系夹杂物的效果。另外，还有使线材的强度提升，并且抑制伴随熔融镀锌时的热过程而来的渗碳体粒状化，抑制强度降低的效果。为了使这样的效果有效地发挥，需要使Si含有0.1％以上。但是，若Si含量过剩，则使线材的韧性降低，因此需要为1.5％以下。Si含量的优选的下限为0.15％以上，更优选为0.20％以上。优选的上限为1.4％以下，更优选为1.3％以下。
(Mn：0.1～1.5％)
Mn大大提高钢材的淬火性，因此使鼓风冷却时的相变温度降低，具有提高珠光体组织的强度的效果。为了使这些效果有效地发挥，需要Mn含量为0.1％以上。但是，Mn是易偏析的元素，若使之过剩含有，则Mn偏析部的淬火性过剩地增大，有可能使马氏体等的过冷组织生成。考虑到这些影响，Mn含量的上限为1.5％以下。Mn含量的优选的下限为0.2％以上，更优选为0.3％以上。优选的上限为1.4％以下，更优选为1.3％以下。
(P：高于0％并在0.03％以下，S：高于0％并在0.03％以下)
P和S在旧奥氏体晶界偏析而使晶界脆化，使疲劳特性降低，因此以尽可能低的方法为宜，但在工业生产上，使其上限为0.03％以下。其含量均优选为0.02％以下，可以更优选为0.01％以下。还有，P和S是钢材中不可避免被包含的杂质，使其量达到0％，在工业生产上有困难。
(B：0.0005～0.01％)
B妨碍晶界铁素体的生成，具有容易将组织控制为均匀的珠光体组织的效果。另外，通过微量的添加就能够使线材的淬火性大幅上升，能够以低成本使线材的强度提高。为了使这些作用有效地显现，需要使B(totalB)含有0.0005％以上。还有，若形成BN这样的化合物，则其效果丧失，因此与钢中的B(totalB)不同，优选作为固溶B而使之含有0.0003％以上，更优选使之含有0.0005％以上。但是，若B(totalB)的含量过剩，则与铁的化合物(B-constituent)析出，热轧时引起裂纹，因此需要使其上限为0.01％以下。B含量的更优选的下限为0.0008％以上，进一步优选为0.001％以上。优选的上限为0.008％以下，进一步优选为0.006％以下。
(Al：0.01～0.10％)
Al具有强力的脱氧效果，具有减少钢中的氧化物系夹杂物的效果。另外，因为形成A1N这样的氮化物，所以还具有抑制BN的析出，使固溶B增加的效果。此外，也能够期待氮化物的钉扎作用带来的晶粒微细效果，和固溶N的降低效果。为了发挥这样的效果，需要使Al含有0.01％以上。但是，若Al含量过剩，则Al2O3这样的Al系夹杂物增大，产生拉丝加工时的断线率上升等弊端。为了对此加以防止，Al含量需要在0.10％以下。Al含量的优选的下限为0.02％以上，更优选为0.03％以上。优选的上限为0.08％以下，更优选为0.06％以下。
(N：0.001～0.006％)
若N作为侵入型元素在钢中固溶，则引起因应变时效造成的脆化，使线材的韧性降低。因此，钢中的N含量(totalN)的上限为0.006％以下。但是，带来这样的弊端的是在钢中固溶的固溶N，而作为氮化物析出的化合物型N，则不会对韧性造成不良影响。因此，与钢中N(totalN)不同，期望控制在钢中固溶的固溶N量，该固溶N量优选为0.0005％以下，更优选为0.0003％以下。另一方面，工业生产上，将钢中N减少至低于0.001％有困难，因此钢中N含量的下限为0.001％以上。还有，钢中N含量的优选的上限为0.004％以下，更优选为0.003％以下。
本发明中规定的含有元素如上述，余量是铁和不可避免的杂质，作为该不可避免的杂质，能够允许因原料、物资、制造设备等的状况而掺杂的元素的混入。
另外，根据需要，再分别单独或适宜组合地含有如下元素也有效：(a)Cr：高于0％并在0.5％以下；(b)V：高于0％并在0.2％以下；(c)从Ti：高于0％并在0.2％以下和Nb：高于0％并在0.5％以下所构成的群中选择的一种以上；(d)从W：高于0％并在0.5％以下、Co：高于0％并在1.0％以下所构成的群中选择的一种以上；(e)Ni：高于0％并在0.5％以下；(f)从Cu：高于0％并在0.5％以下、和Mo：高于0％并在0.5％以下所构成的群中选择的一种以上，根据所含有的成分的种类，线材的特性得到进一步改善。使这些元素含有时的范围设定理由如下。
(a)(Cr：高于0％并在0.5％以下)
Cr使珠光体的片层间隔微细化，具有提高线材的强度和韧性的效果。另外，与Si同样，具有抑制镀锌时线材的强度降低的效果。但是，Cr含量过剩，其效果也是饱和，在经济上造成浪费，因此优选为0.5％以下。还有，为了使Cr的效果有效地发挥，优选使Cr含有0.001％以上，更优选为0.05％以上。另外，Cr含量的更优选的上限为0.4％以下，进一步优选为0.3％以下。
(b)(V：高于0％并在0.2％以下)
V生成微细的碳·氮化物(碳化物、氮化物和碳氮化物)，因此除了具有强度上升效果和晶粒的微细化效果之外，其还固定固溶N，从而也能够期待时效脆化抑制效果。为了使来自V的上述效果有效地发挥，优选使V含有0.001％以上，更优选为0.05％以上。但是，即使V含量过剩，其效果也是饱和，在经济上造成浪费，因此优选为0.2％以下。更优选为0.18％以下，进一步优选为0.15％以下。
(c)(从Ti：高于0％并在0.2％以下和Nb：高于0％并在0.5％以下所构成的群中选择的一种以上)
Ti相比Al和V是更强力的氮化物生成元素，具有增加固溶B的效果、晶粒微细化效果、固溶N减少效果。为了发挥这样的效果，优选使Ti含有0.02％以上，更优选为0.03％以上，进一步优选为0.04％以上。但是，若Ti的含量过剩，则Ti氧化物析出而使拉丝加工时的断线率上升等的弊端产生。从这一观点出发，Ti含量优选为0.2％以下。Ti含量的更优选的上限为0.18％以下，进一步优选为0.16％以下。
Nb与Ti同样，形成氮化物而有助于晶粒微细化，除此之外，还能够期待由固溶N的固定带来的时效脆化抑制。为了发挥这样的效果，优选使Nb含有0.01％以上，更优选为0.02％以上，进一步优选为0.03％以上。但是，即使Nb的含量过剩，其效果也是饱和，在经济上造成浪费，因此优选为0.5％以下。Nb含量的更优选的上限为0.4％以下，进一步优选为0.3％以下。
(d)(从W：高于0％并在0.5％以下，Co：高于0％并在1.0％以下所构成的群中选择的一种以上)
W和Co对于减小组织偏差是有效的元素。详细地说，W使淬火性提高，延迟相变开始时间，由此具有减小组织偏差的效果。为了有效地发挥来自W的效果，优选使W含有0.005％以上，更优选为0.007％以上。但是，W是高价的元素，过剩添加其效果也是饱和，在经济上造成浪费，因此优选为0.5％以下。更优选为0.4％以下，进一步优选为0.3％以下。
Co除了减小组织偏差以外，还有减少先共析渗碳体，容易控制为均匀的珠光体组织的效果。但是，即使过剩地含有Co，其效果也是饱和，在经济上造成浪费，因此优选使其上限值为1.0％以下。更优选为0.8％以下，进一步优选为0.5％以下。还有，为了有效地发挥来自Co的上述效果，优选使之含有0.05％以上，更优选为0.1％以上，进一步优选为0.2％以上。
(e)(Ni：高于0％并在0.5％以下)
Ni对于提高拉丝加工后的钢丝的韧性是有效的元素。为了有效地发挥来自Ni的效果，优选使Ni含有0.05％以上，更优选为0.1％以上。但是，即使Ni含量过剩，其效果也是饱和，在经济上造成浪费，因此优选为0.5％以下。更优选为0.4％以下，进一步优选为0.3％以下。
(f)(从Cu：高于0％并在0.5％以下，和Mo：高于0％并在0.5％以下所构成的群中选择的一种以上)
Cu和Mo对于提高钢丝的耐腐蚀性是有效的元素。为了使这样的效果有效地发挥，均优选使之含有0.05％以上，更优选为0.1％以上。但是，若Cu的含量过剩，则Cu与S反应，使CuS在晶界部偏析，在线材制造过程中使瑕疵发生，因此其上限值优选为0.5％以下。更优选为0.4％以下，进一步优选为0.3％以下。
另一方面，若Mo的含量过剩，则热轧时容易发生过冷组织，另外延展性也劣化。由此，Mo的含量的上限值优选为0.5％以下。更优选为0.4％以下，进一步优选为0.3％以下。
在本发明的高强度钢丝用线材中，金属组织以珠光体主体，例如为90面积％以上。但是，在不阻碍本发明的作用的范围内，珠光体的优选的比率为92面积％以上，更优选为95面积％以上。但是，能够允许其他的相，例如，先共析铁素体和贝氏体混入低于10面积％。
本发明的高强度钢丝用线材中，珠光体团的粒度号的平均值Pave及其标准偏差Pσ，需要分别满足下述(1)式和(2)式。规定这些要件的理由如下。
7.0≤Pave≤10.0…(1)
Pσ≤0.6…(2)
本发明的高强度钢丝用线材，是从减小因卷材疏密引起的线材纵长方向的珠光体组织的周期性的偏差这一观点出发而形成的。关于纵长方向的珠光体团的粒度号的分布，若设其平均值为Pave，标准偏差为Pσ，则需要使标准偏差Pσ为0.6以下。若标准偏差Pσ比0.6大，则线材的强度偏差、拉丝后的金属丝强度(钢丝强度)偏差变大。另外局部性地出现拉丝性低的部分，这一部分在拉丝中韧性降低而发生纵裂纹。标准偏差Pσ优选为0.5以下，更优选为0.4以下。
另一方面，珠光体团的粒度号的平均值Pave过小，即晶粒粗大时，线材的延展性不足，拉丝性降低。平均值Pave过大，即晶粒微细时，线材的硬度增大，也使拉丝性降低，成为断线和模具烧蚀(グイス焼付き)的原因。若上述平均值Pave过大，则也有部分性地发生贝氏体组织的情况，其也成为使断线增加的要因。从这一观点出发，上述平均值Pave需要为7.0以上，10.0以下。上述平均值Pave的优选的下限为7.5以上，更优选为8.0以上，优选的上限为9.5以下，更优选为9.0以下。
在本发明的高强度钢丝用线材中，通过减少晶界铁素体，能够满足上述这样的要件，从这一观点出发，晶界铁素体的面积率优选为1.0％以下。晶界铁素体的面积率更优选为0.9％以下，进一步优选为0.6％以下。另外，虽然晶界铁素体的量越少越好，但减少到超出一定标准，其效果也是饱和，因此从工业方面考虑，晶界铁素体的面积率优选为0.1％以上，更优选为0.2％以上。
制造本发明的高强度钢丝用线材时，使用以上述方式调整了化学成分组成的钢坯，遵循通常的制造条件制造即可。但是，用于适当调整线材的组织等的优选的制造条件如下。
在高碳钢用线材的制造过程中，加热调整为一般既定的化学成分组成的钢坯而使之奥氏体化，通过热轧得到既定的线径的钢线材之后，在冷却输送机上冷却，在此过程中成为珠光体组织。这时热轧中能够得到伴随着动态的再结晶而来的微细奥氏体组织，但为了使奥氏体结晶粒度微细化而提前相变开始时间，具体来说，热轧的减面率取得大即可。将对于结晶粒度的影响最大的最终轧制4个道次(从最终道次开始数至第四道次的4个道次)的减面应变设为ε时，使该减面应变ε为0.4以上，能够使奥氏体结晶粒充分地微细化，提前相变开始时间，减小珠光体的组织偏差。在此，减面应变ε由ε＝ln(S1/S2)表示。在此，S1：表示轧辊进入侧的线材截面积，S2：表示同一放出侧的线材截面积。减面应变ε的优选范围是0.42以上，更优选为0.45以上。另一方面，优选的上限为0.8以下，更优选为0.6以下。
接着，在热轧后，优选使载置于冷却输送机时的载置温度为850～950℃。若该载置温度比950℃高，则奥氏体晶粒粗大化，在此影响下，冷却中析出的珠光体组织的粒度也粗大化。若载置温度比850℃低，则珠光体粒度过度微细化而硬度增大，除此以外，贝氏体和马氏体等的过冷组织容易发生。载置温度的上限更优选为940℃以下，进一步优选为930℃以下。载置温度的下限更优选为870℃以上，进一步优选为880℃以上。
另外从载置后至700℃的平均冷却速度，优选为5℃/秒以上且20℃/秒以下。若这时的平均冷却速度慢，则除了珠光体的结晶粒度粗大化以外，线材的强度也降低。反之若冷却速度过快，则有可能产生珠光体过度微细化，或过冷组织发生的情况。这时的平均冷却速度，更优选的下限为7℃/秒以上，进一步优选为10℃/秒以上。更优选的上限为18℃/秒以下，进一步优选为15℃/秒以下。
如此得到的轧制后的线材(轧制线材)，具有既定的强度，且生拉性良好。轧制后的线材的平均的抗拉强度TSave(关于测量方法后述)，优选为1200MPa以上，更优选为1220MPa以上。其标准偏差TSσ优选为30MPa以下，更优选为25MPa以下。
另外，关于作为轧制线材的拉丝加工性的评价标准的断面收缩率RA，作为平均值(RAave)(关于测量方法后述)优选为20％以上，更优选为24％以上。其标准偏差RAσ优选为2.0％以下，更优选为1.8％以下。
通过对于这样的轧制线材进行拉丝加工，能够得到发挥出期望的强度和扭绞特性的高强度钢丝。这样的高强度钢丝，一般会对其表面实施熔融镀锌，作为高强度镀锌钢丝来使用。在此高强度镀锌钢丝中，抗拉强度TS的标准偏差WTSσ满足下述(4)式。
WTSσ≤40(MPa)…(4)
加工成镀锌钢丝后的强度偏差大时，除了不得不降低作为钢缆的设计强度以外，拉丝性也会发生局部性的偏差，因此断线不良率增大。从这一观点出发，金属丝的纵长方向的强度分布中，设标准偏差为WTSσ时，WTSσ为40MPa以下。该标准偏差WTSσ优选为35MPa以下，更优选为30MPa以下。
以下，通过实施例更具体地说明本发明，但本发明当然不受下述实施例限制，在能够符合前·后述的宗旨的范围当然也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。
本申请基于2013年3月28日申请日本国专利申请第2013-70373号主张优先权的利益。2013年3月28日申请的日本国专利申请第2013-70373号的说明书的全内容，在本申请中用于参考而被援引。
实施例
使用具有下述表1所示的化学成分组成(钢种A～Z)，断面形状为155mm×155mm的钢坯，进行热轧而加工成既定的线径，环状载置于冷却输送机上，以基于鼓风冷却的控制冷却进行珠光体相变后，卷取成卷状而得到各种轧制材卷材。还有，表1中，“-”意思是无添加。
[表1]
下述表2中显示其制造条件。表2中的“加热温度”表示热轧前的加热炉温度，“减面应变ε”表示热轧的终轧4个道次(从最终道次开始数至第四道次的合计4个道次)的合计减面应变。“冷却速度”是从卷材密集部的载置后至700℃的平均冷却速度。这时的测量使用放射温度计进行，对于卷材稀疏部，由于线材空有间隙的影响而不能进行准确的温度测量。
[表2]
对于轧制后的线材(轧制线材)，以下述的各方法进行组织评价、珠光体团的测量(粒度号，标准偏差)、硬度的评价、晶界铁素体量(晶界α量)的测量、机械特性的评价。其结果与轧制线材中的固溶B量、固溶N量一并记述在上述表2。还有，在表2所示的“组织”一栏中，“P”表示90面积％以上为珠光体，“P+B”表示在珠光体组织中，有超过10面积％的贝氏体混入。
(轧制线材的组织评价)
为了评价卷材疏密造成的纵长方向的珠光体组织的偏差，在组织评价中，从合格品未端切下一圈后，如图2所示沿圆周方向8等分，以光学显微镜观察合计8个试样的与纵长方向垂直的截面(横截面)，鉴定组织。
(珠光体团的粒度号的测量方法)
测量各截面的表层部、D/4部(D为线材的直径)、D/2部的珠光体团粒度号(P团粒度号)，将其平均值作为此截面的P团粒度号Pi(i＝1～8)，再计算P1～P8的平均值Pave、标准偏差Pσ。在此，所谓P团，表示珠光体组织中的铁素体晶粒显示出相同取向的区域，其测量方法如下。首先埋入树脂中，使用浓硝酸和醇的混合液，腐蚀对表面进行研磨而使截面露出的试样。这样，由于铁素体晶粒对于结晶面的腐蚀量的差，P团粒浮起并被观察到，因此使用光学显微镜观察，并基于JISG0551所述的“奥氏体结晶粒度的测量”来测量粒度号。
(硬度的评价)
使用与前述的P团粒度号相同的试样，以载荷1kgf测量D/4部(D为线材的直径)4点、D/2部1点的合计5点的维氏硬度，将其平均值作为此截面的硬度HVi(i＝1～8)，HV1～HV8的平均值为轧制线材的“硬度”。还有，表层部在脱碳的影响下，存在铁素体分率提高的可能性，因此从评价中除外。
(晶界铁素体量的评价)
腐蚀液使用苦味酸和乙醇的混合液，因为晶界铁素体发白并浮起，所以通过图像分析能够分析其面积率。首先，埋入树脂，对研磨表面而使截面露出的试样使用上述混合液进行腐蚀。对于腐蚀后产生的晶界铁素体，使用光学显微镜，以倍率400倍拍摄各截面的D/4部、D/2部的合计2点，评价合计16个视野。表2中的“晶界α”表示其平均值。还有，表层部在脱碳的影响下，存在铁素体分率提高的可能性，因此从评价中排除。
(轧制线材的机械的特性的评价)
关于轧制线材的机械特性，以前述组织评价同样的方法提取8等分试样，进行拉伸试验，评价抗拉强度TS和断面收缩率RA。将合计8个的平均值，作为抗拉强度TS的平均值(TSave)，和断面收缩率RA的平均值(RAave)，计算其标准偏差TSσ，其标准偏差RAσ。
对于上述轧制线材经拉丝加工而得到的钢丝，实施熔融镀锌处理得到镀锌钢丝后，根据下述的方法评价其机械的特性、韧性(扭绞特性)。
(钢丝的机械特性的评价)
将轧制线材通过冷拉丝，加工至下述表3所述的既定的线径，在440～460℃的熔融锌中浸渍30秒左右，得到镀锌钢丝。使上述钢丝的长度L为500mm，通过拉伸试验评价抗拉强度TS。将50根的平均值作为抗拉强度TS的平均值(WTSave)，将其标准偏差定义为WTSσ。之所以如此评价拉丝加工后的钢丝的机械特性，是为了评价卷材的疏密偏差对拉拔材料的强度偏差造成的影响。例如，经过从直径到直径的拉丝加工，线材的长度达到5.4倍。因此，若假设环的圆周长度为4m，则推定拉丝后的钢丝拥有大约22m的周期性的偏差。
(钢丝韧性评价)
通过扭绞试验评价上述钢丝的韧性。对于上述熔融镀锌钢丝，进行50根(n＝50)的扭绞试验，判定有无扭绞值与纵裂纹。扭绞值是作为夹盘间距100mm而使达到断裂所需要的扭绞次数标准化，以50根的平均值定义。纵裂纹的有無通过断面观察判定，测量显示出纵裂纹状的断面的上述钢丝的根数(相对于50根的比例)。
这些结果与拉丝加工后的线径、拉丝加工时的减面率一起显示在下述表3中。
[表3]
由这些结果，能够进行如下考察。即，试验No.1～3、8～17、19、24、29～33，完全满足本发明中规定的要件，其组织全部成为90面积％以上的珠光体。还有，拉丝后的镀锌钢丝的组织，与轧制后的线材的组织相同。另外拉丝加工中未见断线等的异常，熔融镀锌处理后的钢丝强度与扭绞特性均良好(扭绞值为20以上)。其中，试验No.19中，固溶N量多一些，实施例之中为扭绞值低的值。
相对于此，试验No.4～7、18、20～23、25～28，是不满足本发明所规定的某一要件，或某一优选要件的例子，拉丝加工中可见断线等的异常，或者可知熔融镀锌处理后的钢丝强度或扭绞特性的任意一项差。
试验No.4其载置温度高，另外载置时的冷却速度慢，珠光体团的粒度号的平均值Pave变小，线材的延展性低，因此拉丝中发生断线。试验No.5其载置温度低，载置时的平均冷却速度快，珠光体团粒度号的平均值Pave大，线材的硬度增大，在拉丝中发生模具烧蚀。试验No.6因为轧制时的减面应变ε小，载置时的冷却速度慢，珠光体团粒度号的标准偏差Pσ大，所以钢丝的强度偏差变大(WTSσ＞40MPa)，扭绞值小，并且纵裂纹多发。试验No.7因为载置时的平均冷却速度快，珠光体团的粒度号的平均值Pave大，贝氏体组织也发生，所以拉丝中发生断线。
试验No.18是使用了B含量少的钢种N的例子，晶界铁素体量比1.0多，标准偏差Pσ变大，钢丝强度的偏差也变大，扭绞特性降低，即纵裂纹多发。试验No.20是使用了C含量少的钢种P的例子，晶界铁素体不能充分减少，标准偏差Pσ变大，金属丝的强度的偏差变大，扭绞特性降低，即纵裂纹多发。
试验No.21是使用了C含量过剩的钢种Q的例子，先共析渗碳体析出，在拉丝中发生断线。试验No.22是碳当量Ceq高的例子，因为在输送机上相变未完毕，标准偏差Pσ变大，还部分地发生了贝氏体组织，拉丝中发生断线。试验No.23是碳当量Ceq低的例子，因为相变时间短，所以标准偏差Pσ大，金属丝的强度偏差大，扭绞值小，并且纵裂纹多发。
试验No.25因为载置时的冷却速度慢，珠光体团的粒度号的平均值Pave小，线材的延展性低，所以拉丝中发生断线。试验No.26其载置温度低，珠光体团粒度号的平均值Pave大，线材的硬度增大，拉丝中发生模具烧蚀。试验No.27因为载置时的冷却速度慢，轧制时的减面应变ε小，珠光体团粒度号的标准偏差Pσ大，所以钢丝的强度偏差大(WTSσ＞40MPa)，扭绞值小，并且纵裂纹多发。试验No.28因为载置时的平均冷却速度快，贝氏体组织发生，所以拉丝中发生断线。
表3之中，轧制材的标准偏差Pσ，与钢丝的抗拉强度TS的标准偏差WTSσ的关系显示在图3中。但是，是未发生断线和模具烧蚀的试验No.1～3、6、8～20、23、24、27、29～33的例子。由此结果可知，轧制材的标准偏差Pσ越小，钢丝的标准偏差WTSσ也越小，强度的偏差相对性地减小。
符号说明
1～8轧制线材
10密集部
11稀疏部

Claims (6)

1.一种生拉性优异的高强度钢丝用线材，其特征在于，以质量％计分别含有
C：0.80～1.3％、
Si：0.1～1.5％、
Mn：0.1～1.5％、
P：高于0％并在0.03％以下、
S：高于0％并在0.03％以下、
B：0.0005～0.01％、
Al：0.01～0.10％、和
N：0.001～0.006％，
余量由铁和不可避免的杂质构成，
组织为珠光体的面积率在90％以上，且珠光体团的粒度号的平均值Pave及其标准偏差Pσ分别满足下述(1)式和(2)式，
7.0≤Pave≤10.0…(1)
Pσ≤0.6…(2)。
2.根据权利要求1所述的高强度钢丝用线材，其中，晶界铁素体的面积率为1.0％以下。
3.根据权利要求1或2所述的高强度钢丝用线材，其中，下述式(3)所表示的Ceq还在0.85％以上且1.45％以下，
Ceq＝[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14…(3)
其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Ni]、[Cr]、[Mo]和[V]分别表示以质量％计的C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo和V的含量。
4.根据权利要求3所述的高强度钢丝用线材，其中，还含有属于以下的(a)～(d)中的任意一项的一种以上，
(a)Cr：高于0％并在0.5％以下；
(b)V：高于0％并在0.2％以下；
(c)从Ti：高于0％并在0.2％以下和Nb：高于0％并在0.5％以下所构成的群中选择的一种以上；
(d)从W：高于0％并在0.5％以下、Co：高于0％并在1.0％以下所构成的群中选择的一种以上；
(e)Ni：高于0％并在0.5％以下；
(f)从Cu：高于0％并在0.5％以下和Mo：高于0％并在0.5％以下所构成的群中选择的一种以上。
5.一种高强度钢丝，其为对权利要求4所述的高强度钢丝用线材进行拉丝加工而得到。
6.一种高强度镀锌钢丝，其特征在于，是对权利要求5所述的高强度钢丝实施熔融镀锌而制作的高强度镀锌钢丝，抗拉强度TS的标准偏差WTSσ满足下述(4)式，
WTSσ≤40(MPa)…(4)。
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