CN113748224A - 线材 - Google Patents

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Abstract

一种线材，其具有指定的化学成分，满足下述(1)～(3)，金属组织含有90％以上的珠光体组织，在线材的长度方向上以任意的等间距采集的8个样本si中，在将各个样本的表层部的维氏硬度的值分别设为Hvsi，并将所述Hvsi的平均值设为Hvsiave、最大值设为Hvsimax时，满足下述(4)。(1)[Cu]/[Ni]>1.00；(2)1.70≦Y1≦4.50、Y1＝3×[Cr]+5×[Mn]+[Cu]+[Ni]；(3)Y2<1.81、Y2＝[C]+[Si]/10+A、就A而言，当a＝350×([N]‑0.29×[Ti])的值为a≥0时，A＝a，当a＝350×([N]‑0.29×[Ti])的值为a<0时，A＝0；(4)Hvsimax‑Hvsiave≦50。

Description

线材
技术领域
本发明涉及一种线材。
背景技术
近年来，用于高强度绳索用钢丝、桥梁缆索用钢丝、PC钢丝等领域中的高强度钢丝要求具有1700MPa以上的高拉伸强度。就这些高强度钢丝而言，例如是对直径为5.0～16.0mm的轧制线材进行索氏体化处理以使金属组织形成珠光体组织，随后通过进行拉丝加工而制备的。
若经过拉丝加工后的钢丝的拉伸强度高，则其受到在拉丝加工中产生的加工放热导致应变时效的影响，出现脆化的风险较高。由于应变时效，高强度钢丝在扭转试验中直至断裂的转数(扭转值)变小，有时会发生所谓分层的垂直裂纹。在扭转试验中发生分层会成为用于使钢丝产品化的绞线工序中发生断裂的原因，会使制造性发生劣化。因此，特别需要高强度钢丝同时具有拉伸强度和扭转特性。
同时，钢丝的强度越高，钢丝或进行绞线后的产品在腐蚀环境下使用时，由于腐蚀的进展或氢脆导致发生断裂的危险性变高。因此，需要用于上述领域中的高强度钢丝及作为其材料的线材具有优异的抗腐蚀性和抗氢脆特性。
作为提高高强度钢丝的扭转特性的技术，例如，在专利文献1中提出了一种钢丝，该钢丝以质量％计含有C:0.75～1.10％、Si:0.10～1.40％、Mn:0.10～1.0％、Al:0～0.10％、Ti:0～0.10％、Cr:0～0.60％、V:0～0.10％、Nb:0～0.10％、Mo:0～0.20％、W:0～0.50％、B:0～0.0030％，限制为N:0.0030％、P:0.03％以下、S:0.03％以下，剩余部分实质上包含Fe，在钢丝的从沿着包含轴线的轴方向的L截面的表面起至比100μm的深度更靠近轴线侧的区域内，金属组织含有面积率为90％以上的拉丝珠光体，在从所述L截面的表面起至深度为100μm的区域内，金属组织含有面积率为70％以上的拉丝珠光体，钢丝的直径(D[mm])、钢丝表面的维氏硬度的标准偏差(δHV)、钢丝的屈服强度(Rp0.2)满足下述式(1)，且该钢丝具有拉伸强度为1770MPa以上的高强度。δHV<(-9500×In(d)+30000)×exp(-0.003×Rp0.2)……(1)
此外，作为提高高强度钢丝的抗氢脆特性的技术，例如，在专利文献2中提出了一种抗氢脆特性优异的高强度钢丝，其含有C:0.70～1.20％、Si:0.10～2.00％、Mn:0.20～1.00％、P:0.030％以下、S:0.030％以下、N:0.0010～0.0100％、Al:0～0.100％、Cr:0～2.00％、V:0～0.30％、B:0～0.0050％、Nb:0～0.050％、Zr:0～0.050％、Ni:0～2.00％、Cu:0～1.00％、Sn:0～0.50％、Mg:0～0.010％、Ca:0～0.010％的化学成分，金属组织具有95面积％以上的珠光体组织，在钢丝的包含轴的轴方向的截面的表层上测定的珠光体块的平均长径比为2.0以上，将钢丝的直径设为D时，在钢丝的包含轴的轴方向的截面上(在表层上测定的平均长径比)/(在0.25D的位置处测定的平均长径比)为1.1以上，拉伸长度为1800MPa以上。
进一步而言，在专利文献3中提出了一种抗延迟破坏性和抗腐蚀性优异的高强度钢丝，该高强度钢丝含有C:0.5～1.0％，同时以满足下述式(1)的方式含有选自Cu、Ni、Ti中一种以上的钢，该钢丝的珠光体组织的面积率设为80％以上且具有1200N/mm2以上的强度。
3.1≥3[Cu]+[Ni]+6[Ti]≥0.24(％)……(1)
其中，[Cu]、[Ni]以及[Ti]分别表示Cu、Ni以及Ti的含量(质量％)。
同时，在专利文献4中提出了一种高强度弹簧用轧材，所述轧材含有C:0.39～0.65％、Si:1.5～2.5％、Mn:0.15～1.2％、P:大于0％且为0.015％以下、S:大于0％且为0.015％以下、Al:0.001～0.1％、Cu:0.1～0.80％、Ni:0.1～0.80％，剩余部分为铁和不可避免的杂质，非扩散性氢量为0.40质量ppm以下，在以百分制表示的铁素体的面积率满足下述式(1)的同时，贝氏体和马氏体的总面积率为2％以下。
铁素体面积率<{(0.77-[C])/0.77-[C]/3+0.08}×100……(1)
其中，在上述式(1)中，[元素名]是指以质量％表示的各元素的含量。
此外，在专利文献5中提出了一种热轧钢筋或线材，其含有C:0.55～0.75％、Si:0.1～1.0％、Mn:0.3～1.5％、Cr:0.1～2.0％、S:0.002～0.05％、Al:0.01～0.2％以及N:0.002～0.01％，剩余部分含有Fe和杂质，杂质中的P和O分别为P:0.025％以下、O:0.002％以下，同时，该热轧钢筋或线材还具有下述式[1]中所示的Fn1为2.5～4.5的化学组成成分，其组织为珠光体率为90％以上，珠光体片层的平均间距为150～300mm，且珠光体片层间隔的标准偏差为25mm以下。
Fn1＝3Si+Mn+1.5Cr……[1]
其中，式[1]中的元素符号表示各元素的含量(质量％)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2018/012625号
专利文献2:国际公开第2018/021574号
专利文献3:专利第4124590号
专利文献4:特开2015-143391号公报
专利文献5:特开2014-37592号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明所要解决的问题在于提供一种线材，其适合用作要求具有1700MPa以上的高拉伸强度(ultimate tensile strength)的高强度钢丝的材料，该线材的抗腐蚀性和抗氢脆特性优异，在拉丝加工后的钢丝中难以发生分层且扭转特性优异。
用于解决问题的技术方案
在用于解决上述问题的技术方案中包含以下的实施方式。
<1>一种线材，其化学成分以质量％计包含：
C:0.60～1.15％、
Si:0.01～1.80％、
Mn:0.20～0.90％、
P:0.015％以下、
S:0.015％以下、
Al:0.005～0.080％、
N:0.0015～0.0060％、
Cu:0.10～0.65％、
Ni:0.05～小于0.65％、
Cr:0～0.30％、
Mo:0～0.30％、
Ti:0～0.100％、
Nb:0～0.100％、
V:0～0.20％、
Sn:0～0.30％、
B:0～0.0050％、
Ca:0～0.0050％、
Mg:0～0.0050％、
Zr:0～0.100％、
REM:0～0.0200％、以及
剩余部分：Fe及杂质，
将线材中所含的C、Si、Mn、Cr、Cu、Ni、N以及Ti各元素的以质量％计的含量用[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Cu]、[Ni]、[N]以及[Ti]表示时，满足下述(1)～(3)，
(1)[Cu]/[Ni]>1.00
(2)1.70≤Y1≤4.50
Y1＝3×[Cr]+5×[Mn]+[Cu]+[Ni]
(3)Y2<1.81
Y2＝[C]+[Si]/10+A
就A而言，
当a＝350×([N]-0.29×[Ti])的值为a≥0时，A＝a，
当a＝350×([N]-0.29×[Ti])的值为a<0时，A＝0，
金属组织含有：线材中包含中心轴的与长度方向平行的截面中的面积率为90％以上的珠光体组织，
在所述线材的长度方向上以任意的等间距采集的8个样本si(i为1～8的整数)中，在将在各个样本的所述截面中距所述线材的表面深度为50μm的位置处所测量的维氏硬度分别设为Hvsi，并将所述Hvsi的平均值设为Hvsiave、最大值设为Hvsimax时，满足下述(4)，
(4)Hvsimax-Hvsiave≤50。
<2>如<1>所述的线材，其中，所述任意的等间距为600mm的间距。
<3>如<1>或<2>所述的线材，其化学成分以质量％计含有选自以下成分中的一种或两种以上来代替所述Fe的一部分：
Cr:0.01～0.30％、
Mo:0.01～0.30％、
Ti:0.002～0.100％、
Nb:0.002～0.100％、
V:0.01～0.20％、
Sn:0.01～0.30％、
B:0.0002～0.0050％、
Ca:0.0002～0.0050％、
Mg:0.0002～0.0050％、
Zr:0.0002～0.100％、以及
REM:0.0002～0.0200％。
发明的效果
根据本发明，提供一种线材，其适合用作要求具有1700MPa以上的高拉伸强度(ultimate tensile strength)的高强度钢丝的材料，该线材的抗腐蚀性和抗氢脆特性优异，在拉丝加工后的钢丝中难以发生分层且扭转特性优异。
附图说明
图1是表示通过本发明的实施例所得的线材的拉伸强度与作为抗氢脆特性的指标的FIP断裂时间的关系的图。
图2是表示通过本发明的实施例所得的拉丝加工后钢丝的拉伸强度与作为抗氢脆特性的指标的FIP断裂时间的关系的图。
具体实施方式
对作为本发明的一个示例的实施方式进行说明。
在本发明中，使用“～”表示的数值范围是指，包含“～”前后记载的数值作为下限值和上限值的范围。但是，“～”前后记载数值中加上“大于”或“小于”时的数值范围是指不包含这些数值作为下限值和上限值的范围。
此外，在本发明中阶段性地记载的数值范围中，某个阶段性数值范围的上限值可以替换为其他阶段性记载的数值范围的上限值，某个阶段性数值范围的下限值也可以替换为其他阶段性记载的数值范围的下限值。同时，上限值或下限值可以替换为实施例所示的数值。
在本发明中，表示成分(元素)含量的“％”是指“质量％”。
在本发明中，有时会将C(碳)含量表示为“C量”。其他元素含量有时亦会采用同样的表示方式。
在本发明中，线材或钢丝的“表面”是指外周面。此外，切割线材或钢丝而采集的样本的“表面”也是指外周面。
为了解决上述技术问题，本发明人员等对于以下课题进行了各种研究：对于优选用作要求具有1700MPa以上的高的拉伸强度材料的线材(本说明书中也称为“高强度钢丝用线材”)的抗腐蚀性、抗氢脆特性、以及拉丝加工后的扭转特性而言，元素和金属组织所产生的影响等课题，并获得了下述(a)～(c)的发现。
(a)拉伸强度为1700MPa以上的高强度钢丝容易发生分层，容易出现由腐蚀或氢脆导致的断裂。为了抑制高强度钢丝分层的发生并防止腐蚀或氢脆导致的断裂，在不使扭转特性降低的前提下，考虑作为材料的线材的化学成分的范围并提高抗腐蚀性和抗氢脆特性即可，在满足[Cu]>[Ni]的范围内含有Cu:0.10～0.65％、Ni:0.05～小于0.65％，并且在下述式<1>所示的Y1满足1.70≤Y1≤4.50的范围内含有Mn、Cr、Cu、Ni即可。
Y1＝3×[Cr]+5×[Mn]+[Cu]+[Ni]……<1>
此处，上述式中的[Mn]、[Cr]、[Cu]、[Ni]分别表示各自元素以质量％计的含量。
(b)高强度钢丝是通过对线材进行拉丝加工而制造的。拉伸强度为1700MPa以上的高强度钢丝在进行拉丝加工时，由于与模具摩擦生热等导致的温度上升和加工放热有变大的倾向，钢丝容易受到应变时效的影响发生脆化。由于应变时效，高强度钢丝在扭转试验中会发生被称为分层的垂直裂纹，同时，至断裂为止的转数即扭转值变小。为了在进一步防止拉伸强度为1700MPa以上的高强度钢丝由于腐蚀或氢脆出现断裂的同时，将拉丝加工所导致的应变时效的影响降至最低限度，并提高拉丝加工后的扭转值，在下述式<2>所表示的Y2满足Y2<1.81的范围内含有C、Si、Ti、N即可。
Y2＝[C]+[Si]/10+A……<2>
此时，就式<2>中的A而言，通过下述式<4>计算出来的值为a≥0时，A＝a，当为a<0时，A＝0。
a＝350×([N]-0.29×[Ti])……<4>
此处，上述式中的[C]、[Si]、[N]、[Ti]分别表示各自元素以质量％计的含量，A是与式<4>所表示的a相关联的参数。
(c)在为了提高线材的抗腐蚀性和抗氢脆特性，而含有Mn、Cr、Cu、Ni时，线材的淬透性变高，根据线材的制造条件，线材表层的硬度的分布偏差趋于变大。当由于上述线材表层的硬度分布偏差，在线材的长度方向上存在表层硬度局部较高的部分时，抗氢脆特性急剧下降。线材的抗氢脆特性降低会导致通过对线材进行拉丝加工而获得的高强度钢丝的抗氢脆特性降低。因此，为了同时提高线材的抗腐蚀性和抗氢脆特性，在满足特定的化学成分的范围的同时，需要降低线材表层硬度的分布偏差，消除表层硬度局部变高的部分。
本发明涉及的线材是基于上述发现而完成的，其化学成分以质量％计包含：
C:0.60～1.15％、
Si:0.01～1.80％、
Mn:0.20～0.90％、
P:0.015％以下、
S:0.015％以下、
Al:0.005～0.080％、
N:0.0015～0.0060％、
Cu:0.10～0.65％、
Ni:0.05～小于0.65％、
Cr:0～0.30％、
Mo:0～0.30％、
Ti:0～0.100％、
Nb:0～0.100％、
V:0～0.20％、
Sn:0～0.30％、
B:0～0.0050％、
Ca:0～0.0050％、
Mg:0～0.0050％、
Zr:0～0.100％、
REM:0～0.0200％、以及
剩余部分：Fe及杂质，
将线材中所含的C、Si、Mn、Cr、Cu、Ni、N以及Ti各元素的以质量％计的含量用[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Cu]、[Ni]、[N]以及[Ti]表示时，满足下述(1)～(3)，
(1)[Cu]/[Ni]>1.00
(2)1.70≤Y1≤4.50
Y1＝3×[Cr]+5×[Mn]+[Cu]+[Ni]
(3)Y2<1.81
Y2＝[C]+[Si]/10+A
就A而言，
当a＝350×([N]-0.29×[Ti])的值为a≥0时，A＝a，
当a＝350×([N]-0.29×[Ti])的值为a<0时，A＝0，
就金属组织而言，在线材的包含中心轴且与长度方向平行的截面(本发明中有时会称为“轴方向截面”。)中含有面积率为90％以上的珠光体组织，
对于在线材的长度方向上以任意的等间距采集的8个样本si(i为1～8的整数)，在各个样本的轴方向截面中，将从线材的表面(外周面)起至深度为50μm的位置处所测量的维氏硬度分别设为Hvsi，将Hvsi的平均值设为Hvsiave、最大值设为Hvsimax时，满足下述(4)，
(4)Hvsimax-Hvsiave≤50。
<化学成分>
首先，对限定本发明涉及的高强度钢丝用线材中所含元素的范围的理由进行说明。
本发明涉及的高强度钢丝用线材的化学成分以质量％计包含：C:0.60～1.15％、Si:0.01～1.80％、Mn:0.20～0.90％、P:0.015％以下、S:0.015％以下、Al:0.005～0.080％、N:0.0015～0.0060％，同时，在满足[Cu]>[Ni]的范围内含有：Cu:0.10～0.65％、Ni:0.05～小于0.65％，此外，任意含有的成分为：Cr:0～0.30％、Mo:0～0.30％、Ti:0～0.100％、Nb:0～0.100％、V:0～0.20％、Sn:0～0.30％、B:0～0.0050％、Ca:0～0.0050％、Mg:0～0.0050％、Zr:0～0.100％、以及REM:0～0.0200％，剩余部分为Fe及杂质。
C:0.60～1.15％
为了提高线材的拉伸强度而含有C。若C量不足0.60％，则会生成先共析铁素体，无法确保高强度钢丝所需的拉伸强度。为此，将C量设为0.60％以上。从保障优异的抗氢脆特性和扭转特性的观点出发，为了在不过度提高拉丝加工的加工减面率的情况下获得高强度钢丝，C量优选为0.67％以上，更优选为0.70％以上，更进一步优选为0.85％以上。另一方面，若C量大于1.15％，则先共析渗碳体量增加、拉丝加工性发生劣化，因此难以获得高强度钢丝，钢丝的扭转特性也会发生劣化。因此，C量可以设为1.10％以下，更优选设为1.05％以下。
Si:0.01～1.80％
Si具有通过固溶强化以提高拉伸强度的效果，同时还具有提高抗氢脆特性的效果。若Si量小于0.01％，则无法获得这些效果。因此，将Si量设为0.01％以上。为了切实地获得这些效果，优选Si量为0.21％以上，更有选Si量为0.70％以上。但是，若Si量大于1.80％，则这些效果饱和，同时，热轧性发生劣化，在轧制线材的阶段中容易出现表面瑕疵等情况，导致制造性下降。同时，拉丝加工后的高强度钢丝的扭转特性发生劣化。因此，优选将Si量设为1.49％以下，更优选设为1.35％以下。
Mn:0.20～0.90％
Mn具有提高钢的淬透性并提高珠光体相变后的钢的拉伸强度的效果。若Mn量小于0.20％，则无法充分获得上述效果。因此，将Mn量设为0.20％以上。为了切实地获得上述效果，优选Mn量为0.30％以上，更优选为将Mn量设为0.35％以上。另一方面，若Mn量大于0.90％，则钢的淬透性过高，上述效果出现饱和，同时，线材的延展性降低，拉丝加工后所得的高强度钢丝的扭转特性发生劣化。因此，Mn量优选设为0.80％以下，更优选设为0.75％以下。
P:0.015％以下
P作为杂质而含有。由于P会在晶界偏析，导致抗氢脆特性劣化，同时还会使拉丝加工性发生劣化，因此优选P量越低越好。因此，P量的上限为0.015％。P量的优选的范围为0.012％以下，更优选为0.010％以下。另外，需要说明的是，对P量的下限值没有特殊的限制，其可以大于0％，例如，从降低制钢成本的角度出发，也可以为0.0001％以上。
S:0.015％以下
S作为杂质而含有。由于S会在晶界偏析，导致抗氢脆特性劣化，同时还会使拉丝加工性发生劣化，因此需要抑制S量。因此，S量的上限为0.015％。S量的优选的范围为0.012％以下，更优选为0.010％以下。另外，需要说明的是，对S量的下限值没有特殊的限制，其可以大于0％，例如，从降低脱硫成本的角度出发，S量也可以为0.0001％以上。
Al:0.005～0.080％
Al是脱氧元素，若Al量小于0.005％，则氧化物粗大化，成为氢脆引起的断裂的起始点，因此会降低线材的抗氢脆特性。因此，将Al量设为0.005％以上。为了切实地获得上述效果，Al量优选为0.008％以上，更优选为0.010％以上。但是，若Al量大于0.080％，则上述效果饱和，同时，含有Al的氧化物和氮化物粗大化，导致在轧制时出现表面瑕疵等情况，而使线材的制造性下降，反而会使抗氢脆特性下降。因此，优选将Al量设为0.060％以下，更优选设为0.050％以下。
N:0.0015～0.0060％
由于N在钢中与Ti等合金元素发生反应，形成氮化物和碳氮化物，从而使线材的晶粒细化，因此具有提高延展性的效果。因此，将N量设为0.0015％以上。为了切实地获得上述效果，N量优选为0.0021％以上，更优选为0.0025％以上。另一方面，在通过拉丝加工制造高强度钢丝时，在钢中固溶的N受到应变时效影响较大，而使扭转特性降低，因此需要注意N的含量，N量必须在0.0060％以下。优选将N量设为0.0049％以下，更优选设为0.0040％以下。
Cu:0.10～0.65％
Cu是具有提高本发明涉及的高强度钢丝用线材的抗腐蚀性和抗氢脆效果的重要元素，其含量设为0.10％以上。由于Cu固溶并存在于珠光体组织内，因此具有提高线材的抗腐蚀性和抗氢脆特性的效果。若Cu小于0.10％，则无法获得上述效果，因此将Cu量设为0.10％以上。为了切实地获得上述效果，Cu量优选为0.15％以上，更优选为0.20％以上。另一方面，若Cu量大于0.65％，则会使线材脆化，因此在拉丝加工时容易发生断线，反而会使线材的抗氢脆特性发生劣化。因此，将Cu量设为0.65％以下，优选设为0.60％以下，更优选设为0.50％以下。
Ni:0.05～小于0.65％
Ni是在制造含有Cu的线材时用于抑制轧制时出现表面瑕疵的必要元素，同时，Ni还具有提高线材淬透性的效果。然而，若过度含有Ni，会诱发拉丝加工时的开裂，使抗氢脆特性发生劣化。为了获得上述效果，Ni的含量设为0.05％以上。若Ni小于0.05％，则在轧制时在线材的表面上会出现表面瑕疵，从而导致拉丝加工时发生断线，线材的抗氢脆特性也会发生劣化。为了获得上述效果，Ni量优选为0.10％以上，更优选为0.15％以上。另一方面，若Ni量为0.65％以上，则淬透性过高，反而会使抗氢脆特性降低。因此，将Ni量设为小于0.65％，优选设为0.60％以下，更优选设为0.50％以下。
此外，通过在满足[Cu]>[Ni]即[Cu]/[Ni]>1.00的范围内含有Cu和Ni，能够确保本发明涉及的拉丝加工后的高强度钢丝具有良好的扭转特性。
若[Cu]/[Ni]为1.00以下即Ni的含量大于Cu的含量，则本发明涉及的高强度钢丝用线材的淬透性过高，因此无法确保拉丝加工后的高强度钢丝具有充分的扭转特性。因此，必须在满足[Cu]>[Ni]的范围内含有Cu和Ni。为了稳定地保证拉丝加工后的钢丝的扭转特性，[Cu]/[Ni]优选为1.20以上，更优选为1.50以上。Cu和Ni只要满足[Cu]>[Ni]即可，对[Cu]/[Ni]的上限没有特殊的限制，但若[Cu]/[Ni]过高，则会在线材的热轧工序中发生表面瑕疵等，使线材的制造性下降。因此，考虑到线材的制造性，[Cu]/[Ni]优选为5以下，更优选为4以下。
本发明涉及的高强度钢丝用线材还可以含有Cr、Mo、Ti、Nb、V、Sn、B、Ca、Mg、Zr、REM各元素中的一种或两种以上作为任意元素。若含有这些任意元素，则可以以质量％计含有Cr:0～0.30％、Mo:0～0.30％、Ti:0～0.100％、Nb:0～0.100％、V:0～0.20％、Sn:0～0.30％、B:0～0.0050％、Ca:0～0.0050％、Mg:0～0.0050％、Zr:0～0.100％、以及REM:0～0.0200％中的一种或两种以上。
Cr:0～0.30％
Cr具有提高线材的淬透性并提高珠光体相变后的线材的拉伸强度的效果，可以在想要获得此效果时含有Cr。为了获得此效果，Cr量优选为0.01％以上。为了切实地获得上述效果，Cr量优选为0.05％以上，更优选为0.10％以上。但是，若Cr量大于0.30％，则容易形成马氏体或贝氏体组织，从而使拉丝加工性和拉丝加工后的高强度钢丝的抗氢脆特性劣化。因此，若含有Cr，则将Cr量设为0.30％以下，优选设为0.25％以下，更优选设为0.20％以下。
Mo:0～0.30％
Mo具有提高线材的淬透性并提高珠光体相变后的线材的拉伸强度的效果，可以在想要获得此效果时含有Mo。为了获得此效果，Mo量优选为0.01％以上。为了切实地获得上述效果，Mo量优选为0.03％以上，更优选为0.05％以上。但是，若Mo含量大于0.30％，则容易形成马氏体或贝氏体组织，从而使拉丝加工性和拉丝加工后的高强度钢丝的抗氢脆特性劣化。因此，若含有Mo，则将Mo量设为0.30％以下，优选设为0.20％以下，更优选设为0.10％以下。
Ti:0～0.100％
Ti具有与C或N结合后析出碳化物或碳氮化物并使晶粒细化以提高线材的延展性的效果，还具有提高拉丝加工后的抗氢脆特性和扭转特性的效果。此外，通过含有Ti，能够降低固溶N，因此还具有抑制应变时效、提高拉丝加工后的钢丝扭转特性的效果。通过含有Ti而实现的上述效果对获得本发明涉及的高强度钢丝用线材而言是有效的，因此可以积极地含有Ti。为了获得这些效果，Ti的含量可以为0.002％以上。为了切实地获得上述效果，Ti量优选为0.005％以上，更优选为0.008％以上。但是，若Ti的含量大于0.10％，则不仅上述效果达到饱和，还会使线材的强度过高，反而导致拉丝加工后的钢丝的抗氢脆特性和扭转特性发生劣化。因此，若含有Ti，则将Ti量设为0.10％以下，优选设为0.050％以下，更优选设为0.025％以下。
Nb:0～0.100％
Nb具有析出碳化物或碳氮化物，使晶粒细化以提高线材的延展性的效果，同时，还具有提高拉丝加工后的抗氢脆特性和扭转特性的效果。为了获得上述效果，Nb的含量优选为0.002％以上。为了切实地获得上述效果，Nb量优选为0.005％以上，更优选为0.008％以上。但是，若Nb的含量大于0.100％，则不仅上述效果会达到饱和，且在通过分块轧制获得钢片的阶段或轧制线材的阶段中容易形成表面瑕疵，从而使制造性恶化。因此，若含有Nb，则将Nb量设为0.100％以下，优选设为0.050％以下，更优选设为0.025％以下。
V:0～0.20％
V具有析出碳化物VC并在提高拉伸强度的同时提高抗氢脆特性的效果，可以在想要获得此效果时含有V。为了获得此效果，V的含量优选为0.01％以上。为了切实地获得上述效果，V量优选为0.03％以上，更优选为0.05％以上。但是，若V的含量大于0.20％，则不仅上述效果会达到饱和，还会使拉丝加工后的钢丝的抗氢脆特性和扭转特性发生劣化。因此，若含有V，则将V量设为0.20％以下，优选设为0.15％以下，更优选设为0.10％以下。
Sn:0～0.30％
Sn固溶在珠光体组织中，具有提高抗腐蚀性和抗氢脆特性的效果，可以在想要获得此效果时含有Sn。为了获得此效果，Sn的含量优选为0.01％以上。为了切实地获得上述效果，Sn量优选为0.03％以上，更优选为0.05％以上。但是，若Sn的含量大于0.30％，则不仅上述效果会达到饱和，还会使线材脆化，因此会导致在轧制时形成表面瑕疵，轧制材料的制造性变差。因此，若含有Sn，优选将Sn量设为0.01～0.30％，因此，若含有Sn，则将Sn量设为0.30％以下，优选设为0.20％以下，更优选设为0.15％以下。
B:0～0.0050％
B具有提高等温转变后的珠光体组织率、改善拉丝加工后的高强度钢丝的扭转特性的效果，可以在想要获得此效果时含有B。为了获得此效果，B的含量优选为0.0002％以上。为了切实地获得上述效果，B量优选为0.0005％以上，更优选为0.0007％以上。但是，若B的含量大于0.0050％，则不仅上述效果会达到饱和，还会使线材脆化，导致在轧制时形成表面瑕疵，使制造性变差，同时，还反而会使拉丝加工后的高强度钢丝的扭转特性发生劣化。因此，若含有B，则将B量设为0.0050％以下，优选设为0.0030％以下，更优选设为0.0020％以下。
Ca:0～0.0050％
Ca固溶在MnS中，具有将MnS细微地分散的效果，并具有改善抗氢脆特性的效果，因此可以在想要获得上述效果时含有Ca。也可以不含有Ca(Ca:0％)，但若想要获得Ca的改善抗氢脆特性的效果，则Ca的含量可以为0.0002％以上，若想获得更好的效果，可以含有0.0005％以上。但是，若Ca的含量大于0.0050％，则不仅上述效果会达到饱和，还会与钢中的氧发生反应所形成的氧化物粗大化，导致拉丝加工后的扭转特性下降。因此，含有Ca时的适当的Ca含量为0.0050％以下。从提高抗氢脆特性和扭转特性的观点出发，Ca量优选为0.0030％以下，更优选为0.0025％以下。
Mg:0～0.0050％
Mg固溶在MnS中，具有将MnS细微地分散的效果，并具有改善抗氢脆特性的效果，因此，可以在想要获得此效果时含有Mg。也可以不含有Mg(Mg:0％)，但若想要获得Mg的改善抗氢脆特性的效果，则Mg的含量可以为0.0002％以上，若想获得更好的效果，可以含有0.0005％以上。但是，若Mg的含量大于0.0050％，则不仅上述效果会达到饱和，还会与钢中的氧发生反应所形成的氧化物粗大化，导致拉丝加工后的扭转特性下降。因此，含有Mg时的适当的Mg含量为0.0050％以下。从提高抗氢脆特性和扭转特性的观点出发，Mg量优选为0.0030％以下，更优选为0.0025％以下。
Zr:0～0.100％
Zr与O反应生成氧化物，若含有微量Zr，则其具有将氧化物细微地分散并抑制拉丝加工后的抗氢脆特性和扭转特性的效果，可以在想要获得此效果时含有Zr。为了获得此效果，Zr的含量可以为0.0002％以上，若想获得更好的效果，可以含有0.001％以上。但是，若Zr的含量大于0.10％，则不仅上述效果会达到饱和，还会生成粗大的氮化物或硫化物，因此反而会降低拉丝加工后的抗氢脆特性和扭转特性。因此，含有Zr时的Zr含量为0.100％以下。从减少对拉丝加工后的抗氢脆特性和扭转特性造成不良影响的夹杂物的观点出发，Zr量优选为0.080％以下，更优选为0.050％以下。
REM:0～0.0200％
REM是稀土类元素的总称，REM的含量是稀土类元素的总含量。REM与Ca及Mg同样地固溶在MnS中，具有使MnS细微地分散的效果。通过将MnS细微地分散能够改善抗氢脆特性，因此可以含有REM。也可以不含有REM(REM:0％)，但如果要获得REM的改善抗氢脆特性的效果，REM的含量可以为0.0002％以上，若想获得更好的效果，可以含有0.0005％以上。但是，若REM的含量大于0.020％，则不仅上述效果会达到饱和，还会与钢中的氧发生反应所形成的氧化物粗大化，反而会导致拉丝加工后的扭转特性下降。因此，含有REM时的适当的REM含量为0.0200％以下。从提高抗氢脆特性和扭转特性的观点出发，REM量优选为0.0100％以下，更优选为0.0050％以下。
剩余部分：Fe和杂质
剩余部分为Fe和杂质。“杂质”是钢材中非意图地含有的成分，是指在工业制造钢铁材料时从作为原料的矿石、废料、或制造环境等中混入的物质。作为杂质，除P、S、N以外，还可以列举上述任意元素中非意图地包含在钢材中的元素，以及O(氧)等。例如，就O(氧)而言，若含有大量O(氧)，则在钢中生成的氧化物会粗大化，导致拉丝加工后的扭转特性降低，因此优选为0.0030％以下，进一步优选为0.0025％以下。
本发明涉及的高强度钢丝用线材在以上述范围含有各种成分的同时，下述式<1>所表示的Y1满足1.70≤Y1≤4.50、式<2>所表示的Y2满足Y2<1.81。
Y1＝3×[Cr]+5×[Mn]+[Cu]+[Ni]……<1>
Y2＝[C]+[Si]/10+A……<2>
a＝350×([N]-0.29×[Ti])……<4>
此时，上述式中的[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Cu]、[Ni]、[N]、[Ti]分别表示各元素以质量％计的含量，式<2>中的A是与上述式<4>所表示的a相关联的参数，就通过式<4>计算出的值而言，当a≥0时，则A＝a，当a<0时，则A＝0。
另外，需要注意的是，在本发明涉及的线材中，Cr以及Ti为任意元素，若本发明涉及的线材实质上不含这些任意元素(零添加，即为杂质水平时)，则将该元素的含量设为“0”并分别计算出Y1、Y2、a。
Y1主要与高强度钢丝用线材的淬透性相关，是为了提高线材的拉伸强度、改善抗氢脆特性所需的参数。此外，通过将Y1设为1.70≤Y1≤4.50的范围，能够改善高强度钢丝用线材的抗氢脆特性，提高拉丝加工后的高强度钢丝的抗氢脆特性。
高强度钢丝可以通过对适当控制了化学成分及金属组织的线材进行拉丝加工获得。优选通过在拉丝加工前再次加热线材进行索氏体化处理，或在轧制后直接浸渍在盐浴炉中进行等温转化处理等，形成直至中心部的均匀性高的细微珠光体组织。Y1控制线材的淬透性，赋予其作为从表面至中心部均匀性高的细微珠光体组织所需的强度，同时，也是为了提高线材的抗氢脆特性的必要参数，Y1必须为1.70以上且4.50以下。若Y1小于1.70，则抗氢脆特性下降，进行拉丝加工后的钢丝也无法获得充分的抗氢脆特性。为了切实地获得上述效果，Y1优选在2.00以上，更优选在2.50以上。另一方面，若Y1大于4.50，则在进行索氏体化处理或轧制后的等温转化处理后会生成贝氏体及马氏体等珠光体组织以外的非珠光体组织，反而会使线材的抗氢脆特性下降。Y1设为4.50以下，优选为4.22以下。若想要保证线材的强度并更稳定地确保抗氢脆特性，则可以将Y1设为4.00以下，更优选为3.75以下。
Y2主要是影响拉丝加工后的钢丝的扭转特性的参数。为了提高抗腐蚀性和抗氢脆特性，本发明涉及的高强度钢丝用线材含有Cu、Ni，由于线材的拉伸强度较高，在拉丝加工中与模具产生的摩擦热等会导致温度上升，因此容易受到应变时效的影响而脆化，拉丝加工后的钢丝的扭转特性容易下降。特别是，对于拉丝加工引起的应变时效而言，来自C、Si、固溶在钢中的N的影响较大，因此Y2可以由下述式<2>所表示。
Y2＝[C]+[Si]/10+A……<2>
a＝350×([N]-0.29×[Ti])……<4>
此时，上述式中的[C]、[Si]、[N]、[Ti]分别表示各元素以质量％计的含量，A是与式<4>所表示的a相关联的参数。式<4>的右边表示固溶N的影响，若右边的值为负，则固溶N对应变时效的影响消失，因此A＝0。为了将拉丝加工中的应变时效的影响控制在最低限度，因此，将Y2的值设为小于1.81。若Y2为1.81以上，则由于拉丝加工引起的应变时效的影响，拉丝加工后的扭转特性降低。为了提高拉丝加工后的扭转特性，Y2的值优选为小于1.70，更优选为小于1.50。Y2的值小于1.81即可，对其下限值没有特殊的限制，但从保证拉丝加工后的拉伸强度的观点出发，优选为0.50以上，进一步优选为0.80以上。
<金属组织>
在本发明涉及的高强度钢丝用线材的金属组织中，作为铁素体和渗碳体的层状组织的珠光体组织占90％以上。在对线材进行索氏体化处理的阶段或等温转变处理的阶段中，根据化学成分、转变前的γ粒径、或冷却速度的变化，有时会生成铁素体、贝氏体、或马氏体，这些组织增加了在线材的长度方向上的表层硬度的不均匀，降低了线材的抗氢脆特性。若在线材的长度方向上的表层硬度的不均匀较大，则拉丝加工后的钢丝的抗氢脆特性和扭转特性下降。本发明涉及的高强度钢丝用线材的金属组织优选92％以上为珠光体组织，更优选95％以上为珠光体组织。
另外，需要说明的是，作为珠光体组织以外的剩余部分组织(非珠光体组织)，可以列举马氏体、贝氏体、先共析铁素体、先共析渗碳体等。从使得拉丝加工后的钢丝的扭转特性和抗氢脆特性不会过度降低的观点出发，作为非珠光体组织，优选为先共析铁素体以及伪珠光体，更优选为伪珠光体。另外，需要说明的是，珠光体组织是指保持层状结构的珠光体，在本发明中，将层状结构塌陷的伪珠光体定义为非珠光体组织。
<特性>
(表层硬度的分布偏差)
线材的长度方向上出现的由于化学成分或金属组织的分布偏差而造成的线材表层的硬度分布偏差会对抗氢脆特性造成影响，同时也会大大影响拉丝加工后的钢丝的特性。特别是，抗氢脆特性受到线材表层的硬度分布偏差的影响，如果在线材表层若存在硬度高的部分，则会成为氢脆的起始点，因此会使抗氢脆特性降低。
在本发明涉及的线材中，以任意的等间距采集8个样本，使得在各个样本的轴方向截面(包含中心轴的与长度方向平行的截面)中距线材的表面深度为50μm的位置处(以下，有时会表示为“50μm深处”。)所测量的维氏硬度的Hvsi的最大值Hvsimax与平均值Hvsiave之间的关系满足下述(4)，
(4)Hvsimax-Hvsiave≤50。
另外，需要说明的是，在本发明中，线材的“表层”是指，从线材的表面(外周面)起至深度为100μm的区域，在表层的中间点的50μm深度处进行硬度测定。
根据成为测定对象的线材长度以任意的等间距采取用于测定维氏硬度的样本。由于线材通常以卷曲成环状的状态制造，因此，如果是具有相当于一个环的长度以上的线材，则优选从相当于一个环的长度上以等间距采集8个样本并测定各个样本的维氏硬度，求出各个样本的维氏硬度的平均值和最大值。具体地，从线材的长度方向起以600mm的间隔，采集8个长度为25mm的各个样本si(i为1～8的整数)，在将在各个样本中测定的在轴方向截面(包含中心轴的与长度方向平行的截面)中距线材的表面深度为50μm的位置处的维氏硬度在各个样本内的平均值分别设为Hvsi，并将8个Hvsi(i为1～8的整数)的最大值设为Hvsimax，此时，将式<3>所表示的Y3的值设为50以下。
[算式1]
Y3＝Hvsimax-Hvsiave…<3>
式<3>的右边表示：在8个样本中所得的Hvsi的最大值Hvsimax与在8个样本中所得的Hvsi根据下述式(n＝8)求出的平均值Hvsiave(在本发明中有时称为“整体平均维氏硬度”。)之差。
[算式2]
Figure BDA0003325743030000181
使用对线材将轴方向截面进行树脂填充并进行镜面研磨的样本，利用自动维氏硬度计，以0.98N的负载，对一个样本在轴方向截面上距线材的表面深度为50μm的位置处以200μm的间距测量50个点(即，长10mm)，以此测定并求出各个样本的Hvsi即可。
由此求出的8个Hvsi中，最大值Hvsimax是以间距600mm采集的长25mm的8个样本中，在轴方向截面中距线材的表面深度为50μm的位置处的硬度最高的样本的维氏硬度，换言之，是指在线材的长度方向上的表层硬度分布中观测到最高平均硬度的部位的维氏硬度。线材的氢脆会受到线材表层的硬度分布偏差的影响，线材表层的硬度局部较高的部分会成为断裂的起始点，进而引起氢脆造成的断裂。如果在8个样本中测定的Hvsimax比包含其他样本的50μm深的位置处的整体平均维氏硬度高超过50，则在该部位上发生氢脆导致的断裂的可能性变高，线材的抗氢脆特性下降。并且，在通过对线材进行拉丝加工所得的钢丝中，长度方向上的表层硬度的分布偏差进一步变大，钢丝中的抗氢脆特性下降更为明显。若Y3的值为50以下，则线材的抗氢脆特性下降得以抑制，同时，通过拉丝加工所得的钢丝的抗氢脆特性下降也得以抑制。从提高抗氢脆特性的观点出发，Y3的值越小越好，优选为30以下，进一步优选为25以下。
线材的长度方向上每间隔600mm而采集的长25mm的样本数量为8。即，只要求出8个样本在轴方向截面中距线材的表面深度为50μm的位置处的维氏硬度的各个样本内的平均值Hvsi，则可以知晓线材表层的硬度分布偏差情况。就线材表层的硬度分布偏差情况而言，优选对轧制卷绕的线材线圈中至少相当于一环的范围中的表层硬度的分布偏差情况进行调查。这是由于热轧后在奥氏体域内被卷绕的线材环在与前后的环部分重叠的状态下被运送至传送带上，因此，在一个环中存在相接触的部位或距离近的部位(重叠部)、以及与前后的环分离的部位(非重叠部)。由于上述理由，卷绕后的线圈的一个环内出现冷却速度的差异，因此，重叠部与非重叠部的珠光体转变温度产生差异。由此重叠部与非重叠部的珠光体分层间隔产生差异，其结果，会出现大幅的表层硬度分布偏差。另一方面，由于线材线圈内的各个环基本上都是在相同条件(一定条件)下卷绕的，因此各个环之间的分布偏差较小。因此，若取600mm的间隔采集8个样本，即是在线材的长度方向的约4200mm范围内验证了表层硬度的分布偏差情况，从而能够验证线材线圈的相当于一个环以上的长度中的表层硬度分布偏差情况。如上所述，由于各个环之间的分布偏差较小，因此能够使用上述的采样法验证线材线圈内的分布偏差。
另外，需要说明的是，对本发明涉及的线材的长度以及制造时的一个环的长度没有特殊的限制，从线材上采集样本的间隔不限于600mm。本发明涉及的线材无论长度，且无论采集用于测定维氏硬度的样本时所取的间隔，通过满足Hvsimax-Hvsiave≤50，即可满足特性。另外，需要说明的是，在实际制造线材的过程中，在线材的长度方向上会产生分布偏差。因此，只要适当调整制造方法，即可以获得在线材的长度方向上的分布偏差得到降低的线材。如果是一个环的长度约为4200mm的线材，通过以600mm的间隔进行维氏硬度试验，即可以在线材线圈的长度方向上确认特性。此外，若一个环的长度不是4200mm，则从相当于一个环的长度上以等间距采集8个样本并测定各样本的维氏硬度Hvsi，通过计算出最大值Hvsimax最大值与平均值Hvsiave之差，从而能够确认线材线圈的长度方向的维氏硬度。同时，当线材的长度不足一个环时，优选从整体上以等间距采集8个样本并测定各个样本的维氏硬度Hvsi，计算出最大值Hvsimax与平均值Hvsiave之差。
(拉伸强度)
线材及钢丝的强度越高，就越容易使腐蚀进展或发生由于氢脆导致的断裂，但若使用本发明涉及的高强度钢丝用线材制造钢丝，即便拉伸强度超过1700MPa，由于其具备优异的抗腐蚀性和抗氢脆特性，在腐蚀环境下使用钢丝或绞线后的产品时也不易发生断裂。此外，若线材的拉伸强度不高，也可以通过扩大拉丝加工过程中的加工减面率获得拉伸强度大于1700MPa的高强度钢丝，但若过度扩大拉丝加工过程中的加工减面率，则会使扭转特性下降，抗氢脆特性也会下降。为此，优选将拉丝加工前的线材的拉伸强度设为1000MPa以上，在不过度扩大拉丝加工过程中的加工减面率的基础上制造高强度钢丝。若在线材的阶段作为细微珠光体组织而具备1000MPa以上的拉伸强度，则能够抑制拉丝加工后的钢丝的拉伸强度和抗氢脆特性的下降。
为了提高钢丝的扭转特性和抗氢脆特性，线材的拉伸强度更优选为1200MPa以上，进一步优选为1300MPa以上。
另一方面，若线材的拉伸强度大于1650MPa，则线材的延展性降低，拉丝加工后的钢丝的扭转特性和抗氢脆特性反而有可能下降。从此观点出发，线材的拉伸强度优选为1600MPa以下，进一步优选为1550MPa以下。
通过使用本发明涉及的高强度钢丝用线材进行拉丝加工，即便是在超过1700MPa的高强度的情况下，也依旧能够获得抗腐蚀性和抗氢脆特性优异的高强度钢丝。这是由于在制造线材的阶段中对化学成分偏析、金属组织、以及线材表层的硬度分布进行了控制，提高了抗腐蚀性和抗氢脆特性。
本发明涉及的线材具备优异的抗腐蚀性和抗氢脆特性，并且在拉丝加工后的钢丝中还表现出优异的扭转特性，因此能够通过拉丝加工提高强度并作为高强度绳索用钢丝、桥梁缆索用钢丝、PC钢丝等高强度钢丝进行使用。
<测定方法>
根据以下的方法分别调查了线材的金属组织、线材及钢丝的拉伸强度、线材的表层硬度分布偏差情况、线材的抗腐蚀性、线材及钢丝的抗氢脆特性、以及钢丝的扭转特性。
<1>线材的金属组织：
通过以下步骤计算出线材的金属组织的面积率。对线材的与长度方向平行且通过中心轴的截面进行了树脂填充而得的微样品进行镜面研磨之后，使用苦味酸浸蚀溶液显现出金属组织。随后，将线材的直径设为D时，使用扫描型电子显微镜(SEM)以1000倍的倍数，在相当于距线材表面0.25D的深度的位置处拍摄了10处组织照片。对拍摄的各照片中被判定为渗碳体和铁素体的层状组织、相当于珠光体组织的部分进行标涂，通过图像解析测定面积值，计算出珠光体面积率，取10处测量值的平均并求出了珠光体面积率。另外，需要说明的是，珠光体组织以外的组织是，部分生成的马氏体、贝氏体、以及先共析铁素体等的、无法将其判定为作为渗碳体和铁素体的层状组织的珠光体组织的非珠光体组织。
<2>线材及钢丝的拉伸强度：
在线材及经过拉丝加工后的钢丝的长度方向上以250～300mm的间隔采集长400mm的样本片，使用该样本片并依据JIS Z 2241:2011进行了拉伸试验。用样本片直至断裂为止的最大试验力除以由拉伸试验前测定的直径求出的截面积，由此求出了拉伸强度。试验使用8个样本片进行测定并将其平均值作为线材和钢丝的拉伸强度。
<3>线材的表层硬度分布偏差情况：
在测定表层硬度中使用了在线材的长度方向上以600mm的间隔(等间距的一个例子)采集的长25mm的样本片。作为样本片，采集了8个样本(n＝8)，使用了将线材的与长度方向平行的截面进行树脂填充后进行镜面研磨而得的微样品。使用自动维氏硬度计并依据JIS Z 2244:2009对于各个微样品进行了硬度测定。硬度测定的试验载重为0.98N，测定了各个微样品中50个距线材表面深度为50μm的位置处的维氏硬度并计算其平均值，求出了各个样本片的Hvsi(i＝1,2,…8)。随后，求出在各个微样品中测定的Hvsi的最大值Hvsimax，同时，计算出Hvsi的整体平均维氏硬度Hvsiave，并计算出了下述式<3>所表示的Y3。
[算式3]
Y3＝Hvsimax-Hvsiave…<3>
<4>线材及钢丝的抗腐蚀性：
对在线材的中心轴方向上以100mm的长度切割的样本片的外周部进行均等的切削，分别冲切出各两个机械加工为直径7mm的φ7×100mmL样本片。腐蚀试验使用可进行盐水喷雾的干湿反复腐蚀试验机，进行了以(1)盐水喷雾(5％NaCl喷雾、35℃、2hr)、(2)干燥(湿度20％、60℃、4hr)、(3)湿润(湿度95％、50℃、2hr)为一个周期的试验。试验期间为12周，求出各两个样本片由于腐蚀造成的体积减少率，将其平均值作为评价各个线材的抗腐蚀性的评价指标。根据以下式求出了由于腐蚀造成的体积减少率(％)。
腐蚀体积减少率(％)＝100×(腐蚀试验前的样本片体积-腐蚀试验后的样本片体积)/腐蚀试验前的样本片体积
就腐蚀试验前的样本片体积而言，在试验前，改变位置测定了三点处的样本片的直径以及样本片长度，求出其平均值，以此计算出了腐蚀试验前的样本片体积。就腐蚀试验后的样本片体积而言，在腐蚀试验后使用喷沙完全去除样本片表面的腐蚀生成物后，改变位置测定了三点处的样本片的直径以及样本片长度，求出其平均值，以此计算出了腐蚀试验后的样本片体积。
<5>线材以及钢丝的抗氢脆特性：
通过由国际预应力混凝土联盟(Federation Internationale de laPrecontrainte)标准化的FIP试验对线材以及拉丝加工后的钢丝的抗氢脆特性进行了评价。对线材或拉丝加工后的钢丝进行酸洗处理去除表面的氧化皮或润滑膜后，进行矫直加工以确保直线度，将切割为长700mmL的样本用作样本片。随后，使用能够浸渍包含样本片中心部在内的200mm的长度的溶液池，将样本片浸渍在50℃的硫氰酸铵(NH4SCN)水溶液内，在该状态下将从拉伸试验中获得的断裂负载的70％施加至样本片上，测量直至断裂的时间。断裂时间的上限设为200小时。对各个线材、或从各个钢丝采集的6根样本片进行试验，计算出断裂时间的平均值，评价了线材以及钢丝的抗氢脆特性。
<6>钢丝的扭转特性：
就拉丝加工后的钢丝的扭转特性而言，以钢丝的直径的100倍的长度、并以能够进行扭转试验的方式切割钢丝，进行矫直加工后，以1分钟15转的速度进行扭转钢丝的扭转试验直至发生断线。就分层的发生而言，测定扭转时的扭矩曲线，若在发生断线之前的扭矩减少20％以上，则判断发生了分层。对于每种钢丝各5根进行扭转试验，当所有钢丝均未发生分层时，判断扭转特性为良好。
<线材的制造方法>
只要满足本发明的要求，则本发明涉及的高强度钢丝用线材不受线材的制造方法的影响，均可获得本发明的钢丝的效果，例如，可以按照下述所示的制造方法，制造线材并将其作为材料制造高强度钢丝。另外，需要说明的是，下述的制造工序是一个示例，即便是通过下述以外的工序获得了化学成分以及其他要求在本发明公开的范围内的线材，该线材也包含在本发明涉及的线材中。
本发明涉及的高强度钢丝用线材优选通过调整钢熔融阶段中的化学成分、以及控制铸片的加热条件和轧制时的加热温度等制造条件，来使得使在线材的长度方向上出现的化学成分的偏析降低，或将其控制为均匀性高的珠光体组织。
具体而言，调整C、Si、Mn、Cu、Ni、Al等化学成分，通过转炉或电炉熔融、铸造成的钢块或铸片经过分块轧制的工序，获得成为产品轧制用材料的钢片。在轧制产品前，即在分块轧制过程中进行加热时或在其之前的钢块或铸片的阶段中，进行1260℃以上、12hr以上的加热处理。随后，再次加热钢片，热轧产品，最后将其制成具有指定直径的线材。
通过在如上述所示地在将产品轧制成线材之前的阶段中对其施加高温且长时间的加热处理，能够抑制化学成分的偏析，因此，能够抑制产品轧制后的线材的长度方向上的表层硬度分布偏差。此外，如上所示，通过增加用于降低化学成分的偏析的工序：通常制造条件中不会进行的高温·长时间的加热处理、控制从钢水凝固成铸片或钢块时的冷却速度等，能够降低轧制后的线材的长度方向上的硬度分布偏差。
随后，对通过分块轧制获得的钢片进行再次加热，进行1000℃以上的加热。为了抑制奥氏体颗粒的粗大化和混合化，此时的加热可以为1150℃以下，优选为1130℃以下。此外，为了抑制奥氏体颗粒的混合化，到达加热温度后的保持时间优选设为小于90分钟。
在对以上述条件进行加热的钢片进行粗轧之后，进行精轧，获得直径为5.0～16.0mm的线材。此时，将精轧的温度调整为850℃～950℃。若低于850℃，则奥氏体颗粒过于细微化，珠光体转变变得不均匀，若超过950℃，则在之后的冷却过程中难以控制奥氏体颗粒，线材表层的硬度分布偏差变大。随后，在不低于800℃的温度下保持热轧后的钢材15秒以上，调整奥氏体颗粒。之后，将其直接浸渍在保持在500～580℃下的熔盐中，使之等温转化为珠光体组织之后，进行冷却即可。或者，也可以通过脉冲冷却将热轧钢材冷却至室温程度后，在A3以上的奥氏体区域的温度下进行加热，将其浸渍在保持在500～600℃的熔融铅中使其等温转化为珠光体组织后，进行冷却。
<钢丝的制造方法>
作为一个示例，使用通过上述工序获得的线材，进行拉丝加工，将其制成具有所需直径的钢丝即可。拉丝加工的加工减面率可以根据所需的钢丝的直径和强度决定，但若拉丝加工的加工减面率过大，则拉丝加工后的钢丝的扭转特性和抗氢脆特性会下降。拉丝加工的加工减面率可以设为70～92％。若加工减面率小于70％，则难以获得所需的拉伸强度。另一方面，若加工减面率大于92％，则钢丝的扭转特性和抗氢脆特性容易下降。对拉丝加工的方法没有特殊的限制，但为了降低钢丝表层的硬度分布偏差，优选使用在拉丝加工后用水冷却钢丝等抑制拉丝加工中加工放热导致的钢丝的应变时效的方法。
此外，也可以根据需要在拉丝加工后实施熔融镀锌、冲泡、或热拉伸处理等加热钢丝的工序。
实施例
以下，将列举实施例对本发明涉及的线材及钢丝进行更进一步具体的说明。但是，下述各实施例并不限制本发明涉及的线材及钢丝。
具体而言，熔融具有表1、表2所示的化学成分的钢，按照以下方法制备了线材及钢丝。另外，需要说明的是，表1、表2中的“-”表示该元素的含量为杂质级别，能够判断为实质上不含该元素。此外，在表2～表5中具有下划线的数值是指，不在本发明的范围内，或不满足所述的制造方法(制造条件)。
[表1]
钢编号 C Si Mn P S Al N Cu Ni Cr Ti Cu/Ni Y1 Y2 A
A0 0.82 0.22 0.70 0.004 0.005 0.031 0.0027 0.25 0.15 - - 1.67 3.90 1.79 0.95
A1 0.82 0.21 0.69 0.004 0.005 0.030 0.0026 0.25 0.15 - - 1.67 3.85 1.75 0.91
B0 0.87 0.85 0.41 0.005 0.005 0.025 0.0038 0.25 0.15 0.03 0.015 1.67 2.54 0.96 0.00
B1 0.87 0.84 0.40 0.004 0.005 0.027 0.0036 0.25 0.15 0.03 0.015 1.67 2.49 0.95 0.00
Figure BDA0003325743030000251
为了使用化学成分相同的钢而分别制造拉伸强度或长度方向上的表层硬度分布偏差不同的线材，根据表3所示的试验编号a0、a1、a0-1～a0-4、试验编号b0、b1、b0-1～b0-4的制造条件轧制了线材。
[表3]
Figure BDA0003325743030000261
[制造线材以及钢丝(1)]
熔融表1所示化学成分的钢编号A0、A1、B0、B1。钢编号A0与A1、钢编号B0与B1的成分几乎相同，但为了分别制造拉伸强度或长度方向上的表层硬度分布偏差不同的线材，就试验编号a0和b0而言，分别使用具有钢编号A0与B0的化学成分的铸片，在分块轧制为钢片之前，对铸片进行加热至1280℃保持24hr的加热处理，将分块轧制为122mm见方的钢片作为轧制用材料。
就试验编号a1和b1而言，分别使用钢编号A1与B1的铸片，在分块轧制为钢片之前，不进行1260℃以上的加热，而是进行作为通常条件的1200℃下保持4hr的加热，将分块轧制为122mm见方的钢片作为轧制用材料。随后，将每块钢片分别在1100℃下加热60分钟后，轧制成线材。此时，精轧温度如表3所示，在精轧后，卷绕成线材线圈。将卷绕的线材线圈直接浸渍在保持为550℃的熔融盐浴中进行等温转化处理后，用水冷却至300℃以下，获得了线材。
试验编号a0-1～a0-4使用钢编号A0的铸片，试验编号b0-1～b0-4使用钢编号B0的铸片，在分块轧制为钢片之前，对铸片进行加热至1280℃保持24hr的加热处理，将分块轧制为122mm见方的钢片作为轧制用材料。即使是相同成分的钢，为了分别制造拉伸强度或长度方向上的表层硬度分布偏差不同的线材，如表3所示地改变了轧制条件。具体而言，在试验编号a0-1、b0-1中将线材轧制时的加热温度设为1150℃以上，在试验编号a0-2、b0-2中将线材轧制时的加热的保持时间设为90分钟以上。此外，在试验编号a0-3、b0-3中将线材轧制的精轧温度设为850℃以下进行轧制，在试验编号a0-4、b0-4中将线材轧制的精轧温度设为950℃以上进行轧制。其他设为表3所示轧制条件，精轧后，卷绕成线材线圈。将卷绕的线材线圈直接浸渍在保持为550℃的熔融盐浴中进行等温转化处理后，用水冷却至300℃以下，获得了线材。
随后，对各线材分别进行了拉丝加工，制造了钢丝。具体而言，对各线材分别进行酸洗处理，除去氧化膜后，为了提高润滑性，通过对表面进行化学转化处理形成磷酸锌膜，使用超硬模具进行了拉丝加工。就拉丝加工而言，使用以使得在各模具中的加工减面率为20％左右的方式而进行了调整的路径调度进行拉丝加工直至线径为5.2mm(根据此条件进行的拉丝加工也称为”拉丝加工A”。)。随后，将拉丝加工后的钢丝浸渍在加热至400℃的铅浴中30秒并用水进行了冷却。
[评价(1)]
对于通过上述方法所得的试验编号a0、a1、a0-1～a0-4、试验编号b0、b1、b0-1～b0-4的线材及钢丝，就线材的金属组织、线材及钢丝的拉伸强度、线材的表层硬度的分布偏差情况、线材的抗腐蚀性、线材及钢丝的抗氢脆特性、以及钢丝的扭转特性进行了评价。其结果如表4A所示。作为珠光体以外的金属组织，观察到了先共析铁素体和伪珠光体中的一种或两种。
[表4A]
Figure BDA0003325743030000271
就试验编号a0、a0-1、a0-4的线材而言，在任意的位置上，在线材的长度方向上以50mm的间隔分别采集长25mm的8个样本，并测量了各样本的表层硬度。其结果如表4B所示。表4B中除线材的表层硬度以外的项目与表4A相同。
[表4B]
Figure BDA0003325743030000281
[制造线材以及钢丝(2)]
为了确认本发明中的化学成分的效果，用电炉熔融了具有表2所示的化学成分的钢编号C1～C24、以及钢编号D1～D22。钢编号C1～C24是满足本发明的要件的实施例，钢编号D1～D22是不满足本发明的要件中的任意一项以上的比较例的钢。
在分块轧制为钢片之前，对钢编号C1～C24、以及钢编号D1～D22的铸片分别进行以1280℃为目标加热并保持24hr的加热处理，随后将分块轧制为122mm见方的钢片作为轧制用材料。
随后，将钢片分别以1080℃为目标加热温度加热60分钟后，轧制成线径8.0～12.5mm的线材。此时，精轧温度的目标为900℃，卷绕成线材线圈。将卷绕的线材线圈直接浸渍在保持为550℃的熔融盐浴中进行等温转化处理后，用水冷却至300℃以下，获得了线材。
对各线材分别进行拉丝加工，制造了钢丝。具体而言，以与所述的拉丝加工A相同的方法进行了拉丝加工以使其成为线径3.8～5.2mm的钢丝。随后，将拉丝加工后的钢丝浸渍在加热至400℃的铅浴中30秒并用水进行了冷却。
[评价(2)]
对于通过上述方法所得的试验编号c1～c24、试验编号d1～d22的线材、以及钢丝，根据上述的方法，就线材的金属组织、线材及钢丝的拉伸强度、线材的表层硬度的分布偏差情况、线材的抗腐蚀性、线材及钢丝的抗氢脆特性、以及钢丝的扭转特性分别进行了评价。其结果如表5所示。作为珠光体以外的金属组织，观察到了马氏体、贝氏体、先共析铁素体和伪珠光体。
[表5]
Figure BDA0003325743030000291
图1表示通过本发明的实施例所得的线材的拉伸强度与作为抗氢脆特性的指标的FIP断裂时间的关系。
图2表示通过本发明的实施例所得的拉丝加工后钢丝的拉伸强度与作为抗氢脆特性的指标的FIP断裂时间的关系。
从表4A和表4B可知，作为本发明的实施例的试验编号a0、b0满足本发明中的化学成分以及其他要件，且线材的制造条件适宜，由此，都获得了抗腐蚀性和抗氢脆特性优异的线材，其作为线材的抗腐蚀性的指标的腐蚀体积减少率均小于25％，作为抗氢脆特性指标的FIP的断裂时间为100hr以上。并且，就试验编号a0、b0中所得的拉丝加工后的钢丝而言，拉伸强度为1700MPa以上，FIP的断裂时间为30hr以上，在扭转试验中未发生分层，获得了抗氢脆特性优异的钢丝。
此外，还可以看出，就表层部的维氏硬度而言，不限于以假设对应一个环的长度的600mm为间隔采集样本并进行测量的情况，即使是在以50mm的间隔采集样本并进行测量的情况下，只要满足”Hvsimax-Hvsiave≤50”的关系也是有效的。
与此相对，试验编号a1与试验编号a0-1～a0-4分别使用与试验编号a0化学成分几乎相同的钢A1或具有相同的化学成分的钢编号A0，同时，试验编号b1与试验编号b0-1～b0-4分别使用与试验编号b0化学成分几乎相同的钢B1或具有相同的化学成分的钢编号B0轧制了线材，但由于线材的制造条件不适宜，因此表面硬度的分布偏差情况或珠光体组织的面积率未满足本发明的要件。因此，线材的抗氢脆特性发生劣化，拉丝加工后的钢丝的抗氢脆特性较差。此外，在试验编号a0-1～a0-4、试验编号b0-1～b0-4中，在拉丝加工后的钢丝的扭转试验中发生分层，扭转特性也较差。
从表5中可知，作为本发明的实施例的试验编号c1～c24其化学成分均满足本发明的要件，且钢材的制造条件适宜，因此拉伸强度均在1000MPa～1650MPa的范围内，抗腐蚀性、以及在同等拉伸强度下进行比较时的抗氢脆特性优异。
试验编号d1、d2的[Cu]/[Ni]<1.00、且d2的Y2为1.81以上，拉丝加工后的钢丝中发生分层，扭转特性差。此外，钢丝中的抗氢脆特性与实施例中拉伸强度为同等水平的钢丝相比较差。
试验编号d3的Y1值小于1.70，线材的抗氢脆特性以及拉丝加工后的钢丝的抗氢脆特性较差。
试验编号d4的Y1值大于4.50，线材的抗氢脆特性以及拉丝加工后的钢丝的抗氢脆特性、扭转特性较差。
试验编号d5的Y2值为1.81以上，线材的抗氢脆特性以及拉丝加工后的钢丝的抗氢脆特性、扭转特性较差。
就试验编号d6、d7、d8、d10、d12～d21而言，本发明中的化学成分中的任意一种在本发明的范围外，或Y2值为1.81以上，线材的抗氢脆特性和/或拉丝加工后的钢丝的抗氢脆特性、扭转特性较差。
试验编号d9、d22的化学成分在本发明的范围外，由于在拉丝加工阶段中出现了断线，因此未调查钢丝的拉伸强度、抗氢脆特性、扭转特性。
试验编号d11的化学成分在本发明的范围外(Y2值也在1.81以上)，由于在轧制线材的阶段中出现了大幅度的表面瑕疵，因此未调查线材的抗腐蚀性、抗氢脆特性，并且，未进行拉丝加工。
本发明涉及的线材的用途等不限于上述的实施方式和实施例。例如，本发明涉及的线材不限于用作拉伸强度为1700MPa以上的钢丝的材料，也可以用作所需拉伸强度小于1700MPa的钢丝的材料。
对于2019年6月19日提交的日本专利申请2019-113720的公开内容通过引用将其整体内容并入本说明书。本说明书中所述的所有文献、专利申请、以及技术标准，以与通过具体且独立地将各文献、专利申请、以及技术标准记载在本发明书中的情形同等程度地、通过引用的方式并入本说明书中。

Claims (3)

1.一种线材，其化学成分以质量％计包含：
C:0.60～1.15％、
Si:0.01～1.80％、
Mn:0.20～0.90％、
P:0.015％以下、
S:0.015％以下、
Al:0.005～0.080％、
N:0.0015～0.0060％、
Cu:0.10～0.65％、
Ni:0.05～小于0.65％、
Cr:0～0.30％、
Mo:0～0.30％、
Ti:0～0.100％、
Nb:0～0.100％、
V:0～0.20％、
Sn:0～0.30％、
B:0～0.0050％、
Ca:0～0.0050％、
Mg:0～0.0050％、
Zr:0～0.100％、
REM:0～0.0200％、以及
剩余部分：Fe及杂质，
将线材中所含的C、Si、Mn、Cr、Cu、Ni、N以及Ti各元素的以质量％计的含量用[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Cu]、[Ni]、[N]以及[Ti]表示时，满足下述(1)～(3)，
(1)[Cu]/[Ni]>1.00
(2) 1.70≤Y1≤4.50
Y1＝3×[Cr]+5×[Mn]+[Cu]+[Ni]
(3)Y2<1.81
Y2＝[C]+[Si]/10+A
就A而言，
当a＝350×([N]-0.29×[Ti])的值为a≥0时，A＝a，
当a＝350×([N]-0.29×[Ti])的值为a<0时，A＝0，
金属组织含有：线材中包含中心轴的与长度方向平行的截面中的面积率为90％以上的珠光体组织，
在所述线材的长度方向上以任意的等间距采集的8个样本si(i为1～8的整数)中，在将在各个样本的所述截面中距所述线材的表面深度为50μm的位置处所测量的维氏硬度分别设为Hvsi，并将所述Hvsi的平均值设为Hvsiave、最大值设为Hvsimax时，满足下述(4)，
(4) Hvsimax-Hvsiave≤50。
2.如权利要求1所述的线材，其中，所述任意的等间距为600mm的间距。
3.如权利要求1或2所述的线材，其所述化学成分以质量％计含有选自以下成分中的一种或两种以上来代替所述Fe的一部分：
Cr:0.01～0.30％、
Mo:0.01～0.30％、
Ti:0.002～0.100％、
Nb:0.002～0.100％、
V:0.01～0.20％、
Sn:0.01～0.30％、
B:0.0002～0.0050％、
Ca:0.0002～0.0050％、
Mg:0.0002～0.0050％、
Zr:0.0002～0.100％、以及
REM:0.0002～0.0200％。
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