CN110088318A - 线材 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供能够制造拉丝加工性优异、并且具有高抗拉强度的钢线的线材。本发明的一个方案的线材的化学成分为规定范围内，整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的平均值为0.50～1.00％，金属组织以面积分率计90％以上为珠光体，渗碳体的面积分率低于3％，TiN的最大粒径低于15μm，中心部中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值为整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的平均值的2.0倍以下，外周部中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值与最小值之比为2.0以下。

Description

线材
技术领域
本发明涉及线材。
本申请基于2016年12月20日在日本申请的特愿2016-246866号而主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
作为汽车的子午线轮胎、各种带、软管的增强材料所使用的钢丝绳(steel cord)用钢线或者锯线(Sawing wire)用的钢线一般通过以下说明的步骤而获得。首先，对热轧后调整冷却后的线径(直径)为4～6mm的钢线材(以下，将“钢线材”简称为“线材”)进行一次拉丝加工而使直径成为3～4mm，接着进行中间铅浴淬火处理，进一步进行二次拉丝加工而成为1～2mm的直径。此外，为了削减成本而省略中间铅浴淬火处理来制成1～2mm的直径的情况也多。之后，对拉丝成上述1～2mm的直径的钢线进行最终铅浴淬火处理，接着实施黄铜镀覆，进一步实施最终湿式拉丝加工而使直径成为0.06～0.40mm。像这样操作而制造的细径高强度钢线(极细钢线)例如通过扭绞加工将多根捻合而制成“扭绞钢线”，成为钢丝绳等。
一般来说，如果在将线材加工成钢线时或对钢线进行扭绞加工时产生断线，则生产率和成品率会大大降低。因此，属于上述技术领域的线材或由该线材加工而成的钢线被强烈要求在拉丝加工时、扭绞加工时不会断线。而且，在拉丝加工中的特别是上述的最终湿式拉丝加工中，由于与一次拉丝加工及二次拉丝加工相比，被加工物的线径变细，因此对于作为原材料的线材中的缺陷变得敏锐，并且每单位质量的拉丝长度变长。因此，在最终湿式拉丝加工中断线的产生频率高。
近年来，出于各种目的，将钢丝绳轻量化的动向在提高。因此，对于上述的钢线变得要求高强度，通过添加合金元素、增加最终湿式拉丝加工量等方法来得到所期望的强度。但是，在采用上述的高强度化方法的情况下，最终湿式拉丝加工中的断线的产生频率容易变高。因此，强度更高的钢丝绳的量产化没有什么进展。因此，对于能够防止最终湿式拉丝加工中的断线那样的拉丝加工性优异并且具有高强度的线材的要求变得极大。
对于上述近年来的来自产业界的愿望，提出了一种技术，其通过降低杂质元素、控制夹杂物、抑制先共析渗碳体的生成、管理热轧条件等方法来提高线材及钢线的拉丝加工性。
例如在专利文献1中公开了一种“拉丝性及绞线性优异的高碳钢线材”，其以质量％计含有C：0.6～1.1％、Si：0.1～1.5％、Mn：0.2～1％、P：0.025％以下、S：0.025％以下、Al：0.003％以下，根据需要进一步含有Ni、Co、Cu、Cr、V，并且对全氧量、非金属夹杂物的平均组成及Ti含量进行了规定。该专利文献1中提出的技术是为了控制氧化物系非金属夹杂物而限制了Ti量，对于TiN没有进行考虑。另外，在专利文献1中提出的技术中，对于元素的偏析也没有进行考虑。因此，根据专利文献1中提出的技术，在为了谋求高强度化而增加了最终湿式拉丝加工中的加工量即真应变量的情况下，断线的产生频率容易变高，难以在工业上稳定地制造钢线。
在专利文献2中公开了一种“耐纵裂纹断线性优异的高碳钢线材”，其以质量％计分别含有C：0.70～0.90％、Si：0.05～1.20％、Mn：0.10～1.0％、Al：0.05％以下(不包含0％)，剩余部分包含Fe及不可避免的杂质，对线材的横截面中的Si浓度进行了规定。在该专利文献2中提出的技术中，对于Mn和Cr的偏析没有进行考虑，而且对于TiN也没有进行考虑。因此，根据专利文献2中提出的技术，在为了谋求高强度化而增加了最终湿式拉丝加工中的加工量即真应变量的情况下，断线的产生频率容易变高，难以在工业上稳定地制造钢线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-330239号公报
专利文献2：日本特开2007-297674号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于上述现状而进行的，其目的是提供能够制造适合于加工成钢丝绳、锯线等用途的拉丝加工性优异、并且具有高抗拉强度的钢线的线材。
用于解决课题的手段
本发明的发明者们为了解决上述课题，首先对线材的化学组成、显微组织、夹杂物对拉丝加工时的断线造成的影响反复进行了调查和研究，并对其结果仔细进行了解析研究，结果得到了以下的见识。
(a)为了提高最终拉丝加工后的钢线的强度，增加C量、添加Cr是有效的。
(b)为了抑制一次拉丝加工中的线材的断线，优选的是，将线材的组织设定为以珠光体为主体、将剩余部分设定为铁素体、渗碳体、贝氏体中的任一者、且不包含马氏体组织。
(c)Mn及Cr是容易在线材中偏析的元素。特别是Mn及Cr容易在线材的中心部中正偏析(浓集)。因此，线材的中心部的强度容易变高，伴随于此变形能力降低。此外，在线材的中心部，在拉丝加工中受到高的拉伸应力。由此，如果线材的中心部的Mn及Cr的正偏析大，则在拉丝加工中变得容易产生断线。另外，如果Mn及Cr在线材的中心部中正偏析，则在中心部中变得容易产生马氏体相变。这也成为助长断线产生的原因。因而，需要妥当地控制Mn量及Cr量。此外，Cr对线材的抗拉强度及马氏体的生成造成的影响的程度是Mn的2倍左右。
(d)Mn及Cr在线材的中心部以外也容易偏析。在线材中，Mn及Cr容易以带状偏析。该带状偏析能够在与轧制方向平行的截面中观察到。由于该偏析部分变得硬质，通过拉丝加工而使龟裂容易沿着该偏析部分进展，因此带状偏析容易产生断线。在该情况下，Cr对断线的影响的程度也是Mn的2倍左右。
(e)上述(c)及(d)中记载的线材中的偏析即使在一次拉丝加工后进行铅浴淬火处理也会残存，因此直至最终拉丝加工为止都会对拉丝加工性造成上述的影响。
本发明的发明者们基于这些(a)～(e)的见识，进一步反复进行了详细的实验和研究。其结果发现：只要分别适当地调整线材的成分组成、以珠光体作为主体的金属组织的条件、TiN的大小以及Mn及Cr的偏析即可。于是，本发明的发明者们确认：根据这些各项目为适当的范围内的线材，能够解决上述课题，能够以少的断线频率稳定地制造适宜作为钢丝绳的原材料的高强度的钢线，从而想到了本发明。
本发明的主旨如下所述。
(1)本发明的一个方案的线材的化学成分以质量％计含有C：0.90～1.20％、Si：0.10～1.00％、Mn：0.20～0.80％、Cr：0.10～0.40％、Al：0～0.002％、Ti：0～0.002％、N：0～0.0050％、P：0～0.020％、S：0～0.010％、O：0～0.0040％、Mo：0～0.20％、B：0～0.0030％，剩余部分包含Fe及杂质，其中，整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的平均值为0.50～1.00％，金属组织以面积分率计90％以上为珠光体，剩余部分包含铁素体、渗碳体及贝氏体中的任1种或2种以上，上述渗碳体的面积分率低于3％，TiN的最大粒径低于15μm，在与上述线材的长度方向成直角的切断面中测定的从上述线材的中心轴至上述线材的直径的1/10为止的区域即中心部中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值为上述整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的上述平均值的2.0倍以下，在与上述线材的上述长度方向成直角的上述切断面中测定的从上述中心部的外缘至线材的表面的0.1mm深度为止的区域即外周部中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值与最小值之比为2.0以下。其中，％Mn及％Cr表示Mn及Cr的以质量％计的含量。
(2)上述(1)所述的线材的上述化学成分也可以以质量％计含有Mo：0.02～0.20％及B：0.0003～0.0030％中的任1种或2种。
发明效果
根据本发明的线材，能够以低的断线频率稳定地制造具有抗拉强度例如为4100MPa以上的高强度的钢丝绳用钢线、锯线用钢线等。
附图说明
图1是用于说明中心部的Mn及Cr浓度的测定方法的说明图。
图2是用于说明外周部的Mn及Cr浓度的测定方法的说明图。
具体实施方式
对于本发明的一个方案的线材(以下，有时简称为“线材”。)的化学成分组成及金属组织的条件等，更详细地进行说明。本实施方式的线材1包含：从线材的中心轴至线材的直径的1/10为止的区域即中心部11；和从中心部11的外缘至线材1的表面的0.1mm深度为止的区域即外周部12。
<成分组成>
以下，对本实施方式的线材的化学成分进行说明。需要说明的是，以下说明的本实施方式的线材的化学成分是线材的材料中所含的合金元素的量，因此，是整个线材的整体中的化学成分的平均值。线材的化学成分不是通过受到元素的偏析的影响的局部分析来测定，而是通过测定一定程度的大小的区域的平均值的分析来测定。
C：0.90～1.20％
C是为了提高钢材的抗拉强度而有效的成分。但是，在C的含量低于0.90％的情况下，难以稳定地对最终制品赋予例如以抗拉强度计为4100MPa这样的高强度。进而，为了稳定地得到高强度的最终制品，提高C含量是有效的，为了得到以抗拉强度计为4300MPa以上的最终制品，优选将C含量的下限设定为1.00％以上。另一方面，如果C含量过多，则钢材发生硬质化而导致拉丝加工时的断线。特别是如果C含量超过1.20％，则其影响变得显著，钢线的稳定的量产在工业上变得困难。因此，C含量规定为0.90～1.20％的范围内。也可以将C含量的下限值设定为0.92％、0.95％或1.00％。另外，也可以将C含量的上限值设定为1.15％、1.12％或1.10％。
Si：0.10～1.00％
Si也是对提高钢材的强度有效的成分，另外也是作为脱氧剂所需的成分。但是，Si的含量低于0.10％时，无法充分得到Si的效果。另一方面，如果含有Si超过1.00％，则拉丝加工后的线材或钢线的延展性降低。因此，Si的含量规定为0.10～1.00％的范围内。Si由于是对钢材的淬透性、先共析渗碳体的生成也有影响的元素，因此从对线材稳定地确保所期望的显微组织的观点出发，Si含量更优选调整为0.30～0.80％的范围内。也可以将Si含量的下限值设定为0.15％、0.20％、0.30％或0.40％。另外，也可以将Si含量的上限值设定为0.95％、0.90％、0.85％、0.80％、0.70％或0.50％。
Mn：0.20～0.80％
Mn会影响由奥氏体向各种低温组织的相变所需要的时间，是为了在线材中生成稳定的珠光体组织而有效的成分，并且具有提高最终制品的强度的效果。但是，Mn含量低于0.20％时，无法充分得到上述效果。另一方面，Mn是容易偏析的元素，如果含有Mn超过0.80％，则Mn在线材的特别是中心部11中偏析，在该偏析部中生成马氏体，在拉丝加工时变得容易产生断线。因此，Mn含量规定为0.20～0.80％的范围内。也可以将Mn含量的下限值设定为0.25％、0.30％或0.40％。另外，也可以将Mn含量的上限值设定为0.75％、0.70％或0.60％。
Cr：0.10～0.40％
Cr会大大影响由奥氏体向各种低温组织的相变所需要的时间，为了在线材中生成稳定的珠光体组织是有效的，并且具有减小珠光体的片层间距而提高最终制品的强度的作用。而且，在最终制品中，为了稳定地得到4100MPa以上的抗拉强度，需要0.10％以上的Cr含量。但是，如果含有Cr超过0.40％，则Cr在线材的特别是中心部11中偏析，在该偏析部中生成马氏体，在拉丝加工时变得容易产生断线。因此，Cr含量规定为0.10～0.40％的范围内。也可以将Cr含量的下限值设定为0.12％、0.15％或0.20％。另外，也可以将Cr含量的上限值设定为0.35％、0.30％或0.25％。
整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的平均值：0.50～1.00％
如上述那样，Mn及Cr会大大影响由奥氏体向各种低温组织的相变时间，为了在线材中得到稳定的珠光体组织，必须将Mn及Cr各自的含量设定为规定的范围。然而，本发明的发明者们认识到：除了上述的限定以外，整个线材的整体中的Mn含量的平均值与整个线材的整体中的Cr含量的平均值乘以2而得到的值的合计值也需要设定为规定范围内。以下，将Mn含量以符号“％Mn”表示，将Cr含量以符号“％Cr”表示。
Cr对抗拉强度产生的效果为Mn的2倍左右。如果整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr(以下，有时记载为Mn+2Cr)的平均值低于0.50％，则在最终制品中，无法稳定地得到4100MPa以上的抗拉强度。因此，将整个线材的整体中的Mn+2Cr的平均值的下限设定为0.50％以上。为了进一步提高抗拉强度，整个线材的整体中的Mn+2Cr的平均值优选设定为0.60％以上、0.70％以上或0.80％以上。另一方面，如上述那样，Mn及Cr这两者都容易在线材的特别是中心部11中偏析，如果整个线材的整体中的Mn+2Cr的平均值超过1.00％，则会在Mn及Cr的偏析部中生成马氏体，在拉丝加工时变得容易产生断线。因此，整个线材的整体中的Mn+2Cr的平均值规定为0.50～1.00％的范围内。也可以将整个线材的整体中的Mn+2Cr的平均值的上限设定为0.95％、0.90％或0.80％。
本实施方式的线材包含上述的必需元素，也可以进一步含有以下说明的任选元素。但是，本实施方式的线材由于能够在不包含任选元素的情况下解决课题，因此各任选元素的下限值为0％。
Al：0～0.002％
Al是形成以Al2O3作为主要成分的氧化物系夹杂物、降低线材的拉丝加工性的元素。特别是如果Al含量超过0.002％，则氧化物系夹杂物粗大化而在拉丝加工中频发断线，拉丝加工性的降低变得显著。因此，Al含量限制为0.002％以下。优选Al含量为0.001％以下。需要说明的是，如上述那样本实施方式的线材为了解决其课题，对Al没有任何需要，即使Al含量为0％，也可得到良好的特性。因此，Al含量的下限值为0％。另一方面，为了削减Al含量，有可能制造费用高涨，因此Al含量也可以规定为0.0005％以上或0.001％以上。
Ti：0～0.002％
Ti是如果线材含有N则容易形成TiN。TiN由于非常硬质，在热轧、拉丝加工中不会变形，因此容易成为拉丝加工中的断线起点。即使考虑制造方法，如果Ti含量超过0.002％，则难以将通过后述的方法测定的线材的TiN的最大粒径设定为低于15μm，在拉丝加工中也变得容易产生断线。因此，Ti含量限制为0.002％以下。优选Ti含量为0.001％以下。需要说明的是，如上述那样本实施方式的线材为了解决其课题，对Ti没有任何需要，即使Ti含量为0％，也可得到良好的特性。因此，Ti含量的下限值为0％。另一方面，为了削减Ti含量，有可能制造费用高涨，因此Ti含量也可以规定为0.0005％以上或0.001％以上。
N：0～0.0050％
N是如果线材含有Ti则容易形成TiN，TiN由于非常硬质，在热轧、拉丝加工中不会变形，因此容易成为拉丝加工中的断线的起点。即使考虑制造方法，如果N含量超过0.0050％，则难以将通过后述的方法测定的线材的TiN的最大粒径设定为低于15μm，在拉丝加工中也变得容易产生断线。因此，N含量限制为0.0050％以下。优选N含量为0.0040％以下。
P：0～0.020％
P是在晶界偏析而降低拉丝加工性的元素。特别是如果P含量超过0.020％，则拉丝加工性的降低变得显著。因此，P含量限制为0.020％以下。优选P含量为0.010％以下。
S：0～0.010％
S也是会使拉丝加工性降低的元素。而且，如果S含量特别是超过0.010％，则拉丝加工性的降低变得显著，因此S含量限制为0.010％以下。优选S含量为0.008％以下。
O：0～0.0040％
O是容易形成氧化物的元素，是如果与Al一起存在于线材中则会形成硬质的以Al2O3作为主要成分的氧化物系夹杂物从而降低拉丝加工性的元素。特别是如果O含量超过0.0040％，则即使将Al含量限制为上述的范围内，氧化物系夹杂物也会粗大化，在拉丝加工中频发断线，拉丝加工性的降低变得显著。因此，O含量限制为0.0040％以下。优选O含量为0.0030％以下或0.0025％以下。
Mo：0～0.20％
Mo具有提高拉丝加工后的钢线的抗拉强度的效果。为了得到该效果，优选将Mo的含量设定为0.02％以上。但是，如果Mo的含量超过0.20％，则变得容易生成马氏体组织，有可能拉丝加工性降低。因此，Mo含量的上限设定为0.20％。更优选Mo含量的上限为0.10％或0.07％。另一方面，从优化线材或钢线的抗拉强度与延展性的平衡的观点出发，更优选将Mo含量的下限设定为0.04％。
B：0～0.0030％
B具有提高拉丝加工后的钢线的抗拉强度与延展性的平衡的效果。为了得到该效果，优选将B的含量设定为0.0003％以上。但是，如果B的含量超过0.0030％，则变得容易生成粗大的BN，有可能拉丝加工性降低。因此，B含量的上限值设定为0.0030％。更优选B含量的上限为0.0020％或0.0015％。另一方面，从优化线材或钢线的抗拉强度与延展性的平衡的观点出发，更优选将B含量的下限设定为0.0005％。
线材的化学成分的剩余部分包含Fe及杂质。杂质是指在工业上制造钢材时因矿石或废料等那样的原料或制造工序的各种要因而混入的成分，是在不会对本实施方式的线材产生不良影响的范围内被允许的成分。
<珠光体组织的面积分率和剩余部分组织>
为了稳定地防止一次拉丝加工中的断线等，需要将线材的珠光体组织的面积分率设定为90％以上。也可以将珠光体的面积分率设定为92％以上、95％以上、97％以上或100％。此外，线材的组织的剩余部分(非珠光体区域)需要包含铁素体、渗碳体及贝氏体等中的任1种或2种以上、并且将渗碳体的面积分率设定为低于3％。线材的组织的剩余部分优选不包含马氏体，但允许以面积分率计含有马氏体最大到约0.2％为止。
由具有这样的金属组织的线材，能够在拉丝加工时以低的断线频率得到高强度的钢线。此外，在本实施方式的线材中的铁素体组织中，不包含珠光体组织中的铁素体及贝氏体组织中的铁素体组织。另外，本实施方式的线材中的渗碳体组织是在原奥氏体晶界上相变的先共析渗碳体，不包含珠光体组织中的渗碳体及贝氏体组织中的渗碳体组织。为了将线材的金属组织设定为上述的范围内，需要对热轧前的加热温度、热轧的终轧温度及热轧后的冷却速度等优选地进行控制。
<TiN的最大粒径>
在线材的化学成分中Al为0.002％以下及O为0.0040％以下的情况下，在断线的起点中没有观察到TiN以外的夹杂物即硫化物或氧化物。而且，在通过后述的方法测定的TiN的最大粒径为15μm以上的情况下，即使满足其它的必要条件，也会在拉丝加工中产生断线。因此，在本实施方式的线材中，将TiN的最大粒径限制为低于15μm。TiN的最大粒径优选为12μm以下，更优选为10μm以下。没有必要规定TiN的最大粒径的下限值，也可以设定为5μm或6μm。为了减小线材的TiN的最大粒径，需要至少在制造成为线材的材料的铸坯时尽可能加快凝固速度。
<金属组织的测定方法>
接下来，对本实施方式的线材的金属组织及TiN的最大粒径的测定方法进行说明。
珠光体组织的面积分率通过下面的方法来进行测定。首先，对线材的横截面(即与线材的长度方向成直角的切断面)进行镜面研磨后，用苦味醇液进行腐蚀而使组织现出，制成观察试样。接着，使用场发射型扫描型电子显微镜(FE-SEM)，对试样的观察面上的10个部位以3000倍倍率进行照片拍摄。观察部位是：包含距离线材的表面的深度为线材的半径的1/4的位置的区域的5个部位、包含距离线材的表面的深度为线材的半径的1/2的位置的区域的4个部位以及位于线材的中心部的区域的1个部位。优选使各测定部位彼此尽可能分开。也可以在多个截面中实施上述观察。此外，每1个视场的面积为5.0×10-4mm2(纵为20μm、横为25μm)。接着，使用该照片，通过能够解析晶粒的形状、面积等的图像解析装置求出珠光体组织以外的组织的面积分率。将从100％中除去珠光体组织以外的面积分率(％)而得到的值设定为珠光体组织的面积分率。另外，此时，铁素体组织、渗碳体组织、贝氏体组织等的面积分率也通过同样的方法来求出。
TiN的最大粒径通过下面的方法来测定。首先，从线材中切取出与轧制方向(线材的长度方向)垂直的截面，对该截面进行镜面研磨而制成观察试样，用光学显微镜对该试样中的TiN进行观察。就观察而言，对每个2.5mm×2.5mm的范围进行，对该观察范围内的最大的TiN拍摄照片，通过照片的图像解析求出该最大的TiN的面积，将最大的TiN的面积的1/2次方视为该最大的TiN的粒径。即，将该观察范围内的最大的TiN的形状视为正方形的情况下的一边的长度视为该观察范围内的最大的TiN的粒径。每1个试样制作20个的上述截面，通过对每1个试样各实施20个视场的该测定，求出合计为125mm2的观察范围中的TiN的最大粒径。
在合计为125mm2的观察范围内确认到的TiN的最大粒径与该线材整体中所含的TiN的最大粒径具有强的相关性。将TiN粒径测定对象设定为线材整体是不可能的，而且，在合计为125mm2的观察范围内确认到的TiN的最大粒径为上述的范围内的线材中，在拉丝加工时产生起因于TiN的断线的可能性极低。因此，在本实施方式中的线材中，将在合计为125mm2的观察范围内确认到的TiN的最大粒径称为线材的TiN的最大粒径。
另外，在利用光学显微镜的观察中，由于TiN呈现出金色，因此能够与其他的夹杂物容易地进行区别。此外，在存在难以基于颜色来识别的夹杂物的情况下，也可以通过后述的能量色散型的电子射线微分析仪(EPMA)来确定是否为TiN。
上述的2.5mm×2.5mm的观察范围配置于线材的截面的中心。即，观察范围的中心与线材的截面的中心大致一致。这是因为粗大的TiN具有偏析于线材的中心轴的附近的倾向。此外，在线材的直径小、上述的2.5mm×2.5mm的观察范围无法收入线材的截面中的情况下，也可以适当缩小TiN的观察范围。这种情况下，只要通过增大测定截面数来将观察范围的合计面积设定为125mm2以上即可。另外，优选将TiN的观察范围的对角线的长度设定为线材的直径的90％以下。
<线材的中心部11的％Mn+2×％Cr的最大值>
本实施方式的线材的化学成分(整个线材的整体中的化学成分的平均值)如上所述。但是，通过使用EPMA等对线材的截面进行局部分析而得到的化学成分有可能会因合金成分的偏析及夹杂物的析出的影响而与线材的化学成分的平均值有些不同。在本实施方式的线材中，合金元素的偏析被抑制为规定范围内，由此具有以下说明的特征。
本实施方式的线材1的从中心轴至线材的直径的1/10为止的区域被定义为中心部11。在与长度方向成直角的切断面中测定的中心部11中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr(以下，有时记载为Mn+2Cr)的最大值为整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的平均值的2.0倍以下。这里，在评价Mn及Cr的偏析时，需要排除硫化物及氧化物的影响。在硫化物及氧化物的区域中，S含量或O含量成为大大超过1％的值。因此，S含量及O含量低于1％的区域在具有上述的化学成分的本实施方式的线材中，可以视为不存在硫化物及氧化物的区域。以下，有时将在与线材的长度方向成直角的切断面中测定的中心部11的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr简单地记载为“中心部11的Mn+2Cr”。
如果中心部11的Mn+2Cr的最大值超过线材1整体的Mn+2Cr的2.0倍，则中心部11的变形能力的降低变得显著。其结果是，在拉丝加工中变得容易产生断线。因此，将中心部11的Mn+2Cr的最大值设定为整体的Mn+2Cr的2.0倍以下。将中心部11的Mn+2Cr的最大值相对于整体的Mn+2Cr优选设定为1.7倍以下，进一步优选设定为1.5倍以下。这里，如上述的那样，在本说明书中，％Mn、％Cr分别表示Mn、Cr的以质量％计的含量。没有必要规定中心部11的Mn+2Cr的最大值与整体的Mn+2Cr之比的下限值，也可以设定为1.2、1.4或1.5。以下，有时将中心部11的Mn+2Cr的最大值与线材1整体的Mn+2Cr的平均值之比(中心部的Mn+2Cr的最大值/线材整体的Mn+2Cr的平均值)记载为“中心部Mn+2Cr偏析量”。
<线材的外周部12的％Mn+2×％Cr的最大值与最小值之比(最大值/最小值)>
本实施方式的线材的从中心部的外缘到表面的0.1mm深度为止的区域被定义为外周部12。在与长度方向成直角的切断面中测定的外周部12中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值与最小值之比(即最大值/最小值)为2.0以下。在外周部12中，也与中心部11同样在评价Mn及Cr的偏析时，需要排除硫化物及氧化物的影响。因此，将S含量或O含量超过1％的区域除外，测定S含量及O含量低于1％的区域中的％Mn+2×％Cr的值。以下，有时将在与线材的长度方向成直角的切断面中测定的外周部12的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr简单地记载为“外周部12的Mn+2Cr”。
如果外周部12的Mn+2Cr的最大值与最小值之比超过2.0，则在线材中，Mn及Cr以带状偏析而变成硬质，因此通过拉丝加工而使龟裂沿着该区域进展，变得容易产生断线。因此，将外周部12的Mn+2Cr的最大值与最小值之比设定为2.0以下。将外周部12的Mn+2Cr的最大值与最小值之比优选设定为1.6以下，进一步优选设定为1.4以下。为了消除线材的中心部11及外周部12中的Mn及Cr的偏析，需要至少在制造成为线材的材料的铸坯时进行电磁搅拌而尽可能加快凝固速度以及将铸坯及钢坯在充分高的温度下进行长时间保持。没有必要规定外周部12的Mn+2Cr的最大值与最小值之比的下限值，也可以设定为1.3、1.4或1.5。以下，有时将外周部12的Mn+2Cr的最大值与最小值之比(Mn+2Cr的最大值/Mn+2Cr的最小值)记载为“外周部Mn+2Cr偏析量”。
<中心部11及外周部12的Mn和Cr浓度的测定方法>
在与线材的长度方向成直角的切断面中测定的线材的中心部11的S含量及O含量低于1％的区域的Mn的浓度及Cr的浓度通过下面的方法来进行测定。首先，从线材中以长度为200mm的间隔切取出5个部位的横截面(与长度方向成直角的切断面)。接着，如图1中所示的那样，在从各切断面的中心延伸至直径D的1/10为止的线分析区域13中，对于Mn、Cr、S及O的各元素，使用能量色散型的电子射线微分析仪(EPMA)进行线分析，测定各切断面的线分析区域13中的各元素的浓度分布。利用EPMA的线分析优选的是将加速电压设定为15kV、将束直径设定为1μm、将扫描速度设定为200μm/分钟以及将测定点间隔设定为2μm来进行。
接着，从所得到的Mn和Cr的浓度线分析的测定结果中，将存在1％以上的S的区域和/或存在1％以上的O的区域的测定结果除外。通过该操作，能够将作为夹杂物的氧化物及硫化物的影响从偏析评价结果中除去。然后，对于将存在1％以上的S的区域和/或存在1％以上的O的区域除外后的各切断面的线分析区域13，求出％Mn+2×％Cr的最大值，将5个部位的切断面的线分析区域13的％Mn+2×％Cr的最大值设定为在与线材的长度方向成直角的切断面中测定的中心部11中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值。
整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的平均值只要基于线材的化学成分(整个线材的整体中的化学成分的平均值)来算出即可。即，在线材的材料为已知的情况下，只要基于线材的材料中所含的Mn量及Cr量来算出整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的平均值即可。在线材的材料不清楚的情况下，只要通过通常的化学成分分析法求出整个线材的整体中的Mn含量的平均值及Cr含量的平均值、并基于它们来算出整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的平均值即可。
在与线材的长度方向成直角的切断面中测定的线材的外周部12的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr通过下面的方法来进行测定。首先，与中心部11的Mn和Cr的浓度的测定同样地，从线材中以长度为200mm的间隔切取出5个部位的横截面(与长度方向成直角的切断面)。接着，如图2中所示的那样，沿着通过线材的截面的中心的直线，在从与线材的截面的中心仅相距直径D的1/10的部位(即中心部11的外缘)起延伸至距离线材的截面的外缘为0.1mm深度的部位为止的线分析区域14中，对于Mn、Cr、S及O的各元素，与中心部11的Mn、Cr、S及O的浓度的测定同样地使用EPMA进行线分析，测定各切断面的线分析区域14中的各元素的浓度分布。
接着，从所得到的Mn和Cr的浓度线分析的结果中，将存在1％以上的S的区域和/或存在1％以上的O的区域的测定结果除外。通过该操作，能够将作为夹杂物的硫化物及氧化物的影响从偏析评价结果中除去。然后，对于将存在1％以上的S的区域和/或存在1％以上的O的区域除外后的各切断面的线分析区域14，求出％Mn+2×％Cr的最大值，将5个部位的切断面的线分析区域14的％Mn+2×％Cr的最大值设定为在与线材的长度方向成直角的切断面中测定的外周部12中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值。另外，对于将存在1％以上的S的区域和/或存在1％以上的O的区域除外后的各切断面的线分析区域14，求出％Mn+2×％Cr浓度的最小值，将5个部位的切断面的线分析区域14的％Mn+2×％Cr浓度的最小值设定为在与线材的长度方向成直角的切断面中测定的外周部12中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最小值。使用像这样操作而得到的％Mn+2×％Cr的最大值及最小值的结果，算出最大值与最小值之比(最大值/最小值)，将其设定为在与上述线材的上述长度方向成直角的上述切断面中测定的外周部12中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值与最小值之比(最大值/最小值)。
本实施方式的线材的直径没有特别限定。由于目前市场上流通的线材的直径大多被设定为3.6～8.0mm的范围内，因此也可以将本实施方式的线材的直径设定为3.6～8.0mm。
<制造方法>
接下来，对制造本实施方式的线材的方法进行说明。
在制造本实施方式的线材的情况下，只要按照珠光体的面积分率、珠光体以外的组织及TiN的最大粒径可切实地满足上述的各条件的方式，根据钢的成分组成、目标性能、线径等来设定工序及各工艺条件即可。
在为了实验而铸造少量的钢的情况下，如果钢的重量为150kg以下，则首先将原料熔化后进行20分钟以上真空排气，使用内部的平均截面积为120cm2以下的铸模进行铸造，得到钢锭。作为在得到钢锭时使用的铸模的材质，例如可列举出铸铁等。作为不优选的材质，例如可列举出二氧化硅。另外，从铸造后的钢锭的长度方向的两端起以体积分率计为15％的部分不使用，在进行热锻造之前将钢锭的该部分切断。
接着，将除去了两端的钢锭在1260～1300℃下加热8～12小时，在炉内冷却至500℃以下。接着，通过将该钢锭加热至1200～1250℃后，进行热锻造而得到钢坯。
在采用包含连续铸造的制造方法来制造本实施方式的线材的情况下，通过转炉将钢水进行熔炼后，充分进行钢水的电磁搅拌，将从凝固开始到凝固结束为止的平均冷却速度设定为5℃/分钟以上，进一步在凝固过程中进行压下，由此得到铸坯。
接着，将铸造的铸坯在1260～1300℃下加热8～12小时，在炉内冷却至500℃以下。接着，通过将铸坯在1200～1250℃下加热4～6小时后，进行开坯而得到钢坯。
将通过上述的任一种方法制造的钢坯加热至成为1050～1150℃，在该温度范围内保持40～60分钟后，将轧制终轧温度设定为900～1000℃来进行热轧。热轧后的线材的直径没有特别限定，大多情况如上述那样设定为3.6～8.0mm。精轧后的线材在刚结束精轧后，通过组合了水冷及利用大气的空气冷却而成的冷却(一次冷却)，以30℃/秒以上的平均冷却速度冷却至进入680～730℃的温度范围，之后，通过利用大气的空气冷却(二次冷却)，以10～20℃/秒的平均冷却速度冷却至成为610～650℃的温度范围后，进行自然冷却(三次冷却)直至成为500℃以下为止。通过以上的方法来制造本实施方式的线材。像这样操作而得到的线材是所谓的热轧线材，对其进一步进行冷轧及拉丝加工等冷加工而得到的线材，只要满足上述的必要条件，则也是本实施方式的线材。
需要说明的是，本说明书中的钢坯的加热温度是指钢坯的表面温度，轧制终轧温度是指刚刚精轧后的线材的表面温度，精轧后的冷却速度是指线材的表面的冷却速度。另外，组合了水冷及利用大气的空气冷却而成的一次冷却中的平均冷却速度是指下述值：开始对线材喷射水或大气的时刻的线材的表面温度与结束对线材喷射水或大气的时刻的线材的表面温度之差除以喷射时间而得到的值。利用大气的空气冷却(二次冷却)中的平均冷却速度是指下述值：开始对线材喷射大气的时刻的线材的表面温度与结束对线材喷射大气的时刻的线材的表面温度之差除以喷射时间而得到的值。此外，只要满足上述的冷却速度条件，则在一次冷却及二次冷却中对线材喷射的致冷剂并不限于水或大气。
如以上说明的那样，本实施方式的线材具有规定的成分组成，具有珠光体组织的面积分率为90％以上的金属组织，剩余部分包含铁素体、渗碳体及贝氏体等中的任1种或2种以上，渗碳体的面积分率低于3％以下，TiN的最大粒径低于15μm，在与线材的长度方向成直角的切断面中测定的从线材的中心轴至线材的直径的1/10为止的区域即中心部11中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值为整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的平均值的2.0倍以下，在与线材的长度方向成直角的切断面中测定的从中心部的外缘至表面(外周面)的0.1mm深度为止的区域即外周部12中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值与最小值之比(最大值/最小值)为2.0以下。因此，本实施方式的线材的拉丝加工性优异，在进行拉丝加工而制成钢线时，能够以低的断线频率制造高强度的钢线。
接下来，对本发明的实施例进行说明，实施例的条件是为了确认本发明的可实施性及效果而采用的一个条件例，本发明并不限于这一个条件例。只要不脱离本发明的主旨，并达成本发明的目的，则本发明可以采用各种条件。
实施例
将表1中所示的成分组成(化学组成)的钢A1～Z1、A2及G2铸造成具有表1中所示的平均截面积、重量为50kg或150kg的钢锭。在得到钢锭时，使用了表1中所示的铸模材质的铸模。另外，以表1中所示的体积分率，将钢锭的长度方向的两端切断并除去。
接着，将除去了两端的钢锭在表1中所示的热处理条件(钢锭热处理条件)下进行热处理，在炉内冷却至400℃。接着，将钢锭加热至1230℃，通过热锻造制成直径为80mm的钢坯，自然冷却至室温。
另外，将表2中所示的成分组成(化学组成)的钢B2～F2通过转炉进行熔炼后，进行了连续铸造。在铸造时，充分进行钢水的电磁搅拌，将从凝固开始到凝固结束为止的平均冷却速度设定为6℃/分钟，进一步在凝固过程中进行了压下。接着，将铸造的铸坯在表2中所示的热处理条件(铸坯热处理条件)下进行热处理，在炉内自然冷却至500℃以下。接着，在表2中所示的条件下进行加热后，通过开坯而得到122mm见方的钢坯。
[表1]
[表2]
将通过以上的方法而制造的钢坯加热至表3中所示的钢坯加热温度，仅以表3中所示的钢坯加热保持时间的期间在该加热温度下保持该温度，以表3中所示的轧制终轧温度按照精轧径(直径)成为5.5mm的方式进行了热轧工序。精轧后，通过组合了水冷和利用大气的空气冷却而成的冷却(一次冷却)，以表3中所示的平均冷却速度将线材冷却至700℃。之后，通过利用大气的空气冷却(二次冷却)，以表3中所示的平均冷却速度将线材从700℃冷却至610℃。关于各试样的到700℃为止的平均冷却速度(一次冷却速度)及从700℃到610℃为止的平均冷却速度(二次冷却速度)如表中所示的那样。之后，将低于610℃的线材进行自然冷却(三次冷却)，得到了线材。
[表3]
对于所得到的线材，使用上述的测定方法，求出了珠光体组织、铁素体组织、渗碳体组织、贝氏体组织的面积分率、中心部Mn+2Cr偏析量(即，在与线材的长度方向成直角的切断面中测定的中心部中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值与整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的平均值之比)、外周部Mn+2Cr偏析量(即，在与线材的长度方向成直角的切断面中测定的外周部中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值与最小值之比)及TiN的最大粒径。将其结果示于表4及表5中。
[表4]
[表5]
对于上述的线材，采用通常的方法进行了脱氧化皮、润滑处理后，通过各模中的断面收缩率平均成为18％的孔型系统进行了干式拉丝加工。此外，将18kg的线材从5.5mm直径拉丝加工至1.50mm直径为止，将10kg的线材从5.5mm直径进行拉丝加工至1.10mm直径为止。在它们当中，将从5.5mm直径进行拉丝加工至1.10mm直径为止的情况下的断线次数示于表4及表5中。对于从5.5mm直径进行拉丝加工至1.50mm直径的线材，没有评价一次拉丝加工性，而供于后述的二次拉丝加工性的评价。在从5.5mm直径进行干式拉丝加工至1.10mm直径为止1次也没有断线的情况下，评价为一次拉丝加工性良好。此外，从5.5mm直径拉丝至1.10mm直径时的真应变为3.22。
其中，真应变(ε)是使用拉丝加工前的直径(d0)和拉丝加工后的钢线的直径(d)以下述的(i)式表示的值。
ε＝2ln(d0/d) (i)
接着，对于上述的直径为1.50mm的拉丝材料(钢线)，使用加热炉和铅浴炉进行了铅浴淬火处理。加热炉按照钢线的温度在975～990℃保持5～15秒钟的方式进行了设定。另外，铅浴的温度设定为585～595℃，在铅浴中的浸渍时间设定为7～10秒。铅浴淬火后的钢线接下来通过通常的方法进行了黄铜镀覆。
对实施了黄铜镀覆的钢线通过各模中的断面收缩率平均成为15％的孔型系统进行了湿式拉丝加工(最终拉丝加工)至0.19mm直径为止。此外，从1.50mm直径拉丝至0.19mm直径时的真应变为4.13。在该湿式拉丝加工(最终拉丝加工)中，对拉丝加工性进行评价，将其结果示于表4及表5中。此外，将18kg的线材从1.50mm直径进行湿式拉丝加工至0.19mm直径时的断线次数为0次的情况评价为二次拉丝加工性良好。另一方面，在断线次数为1次以上的情况下，评价为拉丝加工性差。此外，在断线次数达到2次的时刻，中止了至0.19mm直径为止的拉丝加工以及其以后的评价。
湿式拉丝加工后的钢线的强度如以下那样进行了调查。对于拉丝至0.19mm直径为止的钢线，各3根进行拉伸试验，测定抗拉强度，将3根的抗拉强度的平均值示于表4及表5中。
需要说明的是，本发明的线材的目标性能是：将10kg的线材进行干式拉丝加工至真应变为3.22为止时的断线次数为0次；将实施了铅浴淬火及黄铜镀覆的18kg的钢线进行湿式拉丝加工至真应变为4.13为止时的断线次数为0次；以及直径为0.19mm的钢线的抗拉强度为4100MPa以上。
由表4及表5可明确：满足本发明中规定的全部条件的试验编号满足上述的所有性能。另外，对于一部分的试验编号，示出了直径为0.19mm的钢线的抗拉强度达到4300MPa以上的优选的结果。
就脱离了本发明中规定的条件的试验编号而言，没有满足上述性能中的至少1个。以下，对脱离了本发明中规定的条件的试验编号进行说明。
试验编号1的C含量为本发明的范围外，试验编号3的Mn+2Cr为本发明的范围外，试验编号5的Cr含量为本发明的范围外。因此，任一试验编号的钢线的抗拉强度都变得不充分。
试验编号6的Mn+2Cr为本发明的范围外。另外，在线材中生成了马氏体，因此在干式拉丝加工时及湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号8的Cr含量及Mn+2Cr为本发明的范围外。另外，珠光体的面积分率不满足本发明的范围，在钢组织中生成了马氏体，因此在干式拉丝加工及湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号10的C含量为本发明的范围外。另外，渗碳体的面积分率不满足本发明的范围，因此在干式拉丝加工时及湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号11的Al含量为本发明的范围外。因此，在湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号12的Ti含量为本发明的范围外，试验编号13的N含量为本发明的范围外。另外，任一试验编号的TiN的最大粒径都不满足本发明的范围，因此在湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号14的O含量为本发明的范围外，真空排气时间为10分钟。因此，在干式拉丝加工时及湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号15由于钢锭的平均截面积不合适，因此TiN的最大粒径及外周部12中的Mn+2Cr的最大值与最小值之比成为本发明的范围外。因此，在干式拉丝加工时及湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号16由于在铸造时使用了材质为二氧化硅的铸模，因此TiN的最大粒径及中心部11中的Mn+2Cr的最大值与平均值之比成为本发明的范围外。因此，在干式拉丝加工时及湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号17由于钢锭的平均截面积不优选，试验编号18由于钢锭的两端的切断体积分率为5％，因此任一试验编号的TiN的最大粒径都成为本发明的范围外。因此，在湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号22由于Mn+2Cr为本发明的范围外，在钢组织中生成了马氏体，因此在干式拉丝加工时及湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号24、试验编号25、试验编号27及试验编号43由于钢锭的热处理条件不合适，因此中心部11中的Mn+2Cr的最大值与平均值之比及外周部12中的Mn+2Cr的最大值与最小值之比成为本发明的范围外。因此，任一试验编号都在干式拉丝加工时及湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号26由于钢锭的热处理条件不合适，因此中心部11中的Mn+2Cr的最大值与平均值之比成为本发明的范围外。因此，在干式拉丝加工时及湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号28由于轧制终轧温度不合适，因此渗碳体的面积分率成为本发明的范围外。因此，在干式拉丝加工时及湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号29由于到700℃为止的平均冷却速度不合适，试验编号30、试验编号39及试验编号40由于从700℃至610℃为止的平均冷却速度不合适，因此渗碳体的面积分率成为本发明的范围外。因此，在干式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号33由于从700℃至610℃为止的平均冷却速度不合适，试验编号34由于钢坯的加热温度不合适，而且轧制终轧温度不合适，因此任一试验编号的珠光体的面积分率都成为本发明的范围外。因此，在干式拉丝加工时钢线发生了断线。
试验编号45由于热轧之前的钢坯热处理条件不合适，因此外周部12中的Mn+2Cr的最大值与最小值之比成为本发明的范围外。因此，在湿式拉丝加工时钢线发生了断线。
以上，对本发明的优选的实施方式及实施例进行了说明，但这些实施方式及实施例只不过是本发明的主旨的范围内的一个例子，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行构成的附加、省略、置换及其它的变更。即显而易见的是，本发明不受上述说明的限定，而仅受权利要求书的记载的限定，可以在其范围内适当变更。
符号的说明
1 线材
11 中心部
12 外周部
13、14 线分析区域

Claims (2)

1.一种线材，其特征在于，
化学成分以质量％计含有：
C：0.90～1.20％、
Si：0.10～1.00％、
Mn：0.20～0.80％、
Cr：0.10～0.40％、
Al：0～0.002％、
Ti：0～0.002％、
N：0～0.0050％、
P：0～0.020％、
S：0～0.010％、
O：0～0.0040％、
Mo：0～0.20％、
B：0～0.0030％，
剩余部分包含Fe及杂质，
其中，整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的平均值为0.50～1.00％，
金属组织以面积分率计90％以上为珠光体，剩余部分包含铁素体、渗碳体及贝氏体中的任1种或2种以上，
所述渗碳体的面积分率低于3％，
TiN的最大粒径低于15μm，
在与所述线材的长度方向成直角的切断面中测定的从所述线材的中心轴至所述线材的直径的1/10为止的区域即中心部中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值为所述整个线材的整体中的％Mn+2×％Cr的所述平均值的2.0倍以下，
在与所述线材的所述长度方向成直角的所述切断面中测定的从所述中心部的外缘至线材的表面的0.1mm深度为止的区域即外周部中的S含量及O含量低于1％的区域的％Mn+2×％Cr的最大值与最小值之比为2.0以下，
其中，％Mn及％Cr表示Mn及Cr的以质量％计的含量。
2.根据权利要求1所述的线材，其特征在于，
所述化学成分以质量％计含有Mo：0.02～0.20％及B：0.0003～0.0030％中的任1种或2种。
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