JP2000001751A - 耐断線性の高強度鋼線 - Google Patents

耐断線性の高強度鋼線

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JP2000001751A JP23933198A JP23933198A JP2000001751A JP 2000001751 A JP2000001751 A JP 2000001751A JP 23933198 A JP23933198 A JP 23933198A JP 23933198 A JP23933198 A JP 23933198A JP 2000001751 A JP2000001751 A JP 2000001751A
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肇 石川
Satoshi Sugimaru
聡 杉丸
Atsuhiko Yoshie
淳彦 吉江
Yasunobu Miyazaki
康信 宮崎
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    • D07ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
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    • D07B2201/20Rope or cable components
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は伸線直前の熱処理方法によるワイヤー
ロープ、PC鋼材、バネ、スチールコード等に使用する耐
断線性の優れた高強度鋼線の製造方法に関するものであ
る。 【構成】重量%で、C:0.25〜1.2%、Si:0.01〜2.0%、Mn :
0.2〜1.1%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、 Cr :0.5%以下
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物である母材組
織が粒内の組織を形成するセメンタイトのアスペクト比
が4以下でラメラー間隔が0.1μm以上であり、粒界フェ
ライトの面積率が10%以下で粒界に生成する炭化物の長
さ分率が10%以下で該組織の面積率で70%以上の塑性変形
による硬化層に対する耐断線性の優れた高強度鋼線。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は伸線直前の熱処理方
法によるワイヤーロープ、PC鋼材、バネ、スチールコー
ド等に使用する伸線加工性の優れた高強度鋼線の製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高強度鋼線は伸線時の中間熱処理として
各種のパテンティング、すなわち圧延熱利用の直接パテ
ンティング、鉛パテンテイング、あるいは空気パテンテ
ィングの後、伸線加工等の冷間加工が施され、その後ブ
ルーイング処理あるいは焼入焼戻処理等を経てワイヤー
ロープ、PC鋼線、バネ、スチールコード等の高強度鋼線
の製造に提供されている。
【0003】伸線加工性を向上させるための手段として
特公昭47-51684号公報等に示されるように、炭化物ある
いは窒化物を微細化させることによりパテンティング時
のオーステナイト粒の微細化することが広く行われてい
る。さらに特開平6-330240号公報にあるようにベイナイ
ト組織を生成させて伸線加工性を向上させる方法が用い
られている。
【0004】しかしながら、このような伸線加工性を向
上させるための手段を施した材料であっても搬送時の取
扱いによって生ずる疵に対しては効果がなく、搬送時に
疵が生じても耐断線性を劣化させない製造方法が求めら
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点は、材質面の改善で伸線加工性を向上させても、
搬送時に取り扱いにより疵が生じ鋼表面に硬質組織すな
わち擦過マルテンサイトが生成した場合、該材料を伸線
すると耐断線性が劣化する。本発明は搬送時に疵が生じ
ても耐断線性を劣化させない高強度鋼線の製造方法を提
供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】ワイヤーロープ、PC鋼
線、バネ、スチールコードなどは二次加工メーカで所定
の線径および強度などの材質特性を確保する。製鉄所か
ら二次加工メーカへの搬送する必要があり搬送時に多か
れ少なかれ取り扱い疵が生じ、表層マルテンサイトが生
成する。伸線加工性の優れた鋼材を使用しても疵により
マルテンサイトが生成した場合、断線が多くなる。この
ため耐断線性の優れた表層マルテンサイトが生成しても
伸線加工性を低下させない鋼材が必要とされる。
【0007】従来のベイナイト組織は均質な組織であれ
ば伸線加工性に優れていることは特開平6-330240号公報
などで報告されている。しかしながら、取扱い疵により
表層にマルテンサイトのような硬質組織のある場合では
一般に伸線加工性は低下する。また、均質な組織の伸線
限界における破面はカッピー欠陥などの鋼材内部からの
破断が多いの対して、表層に硬質組織のある線材はチェ
ックマークによる表層からの破断である。このように破
壊形態が異なるため前述の伸線加工性の優れた鋼線を使
用しても断線を抑制することは必ずしもできない。
【0008】本発明者らは搬送時に生じる取り扱い疵を
調査し、断線性におよぼすマルテンサイトの影響を調査
し、以下のことをあきらかにした。 ダイス伸線時に表層のマルテンサイトはその硬さのた
めに伸線方向と垂直に割れ、伸線が進むとこの一部が脱
落する。マルテンサイトの厚みはほとんど減少せず母材
中心部にめり込む傾向が認められる。このようなマルテ
ンサイトの端部と母材との界面に切り欠き感受性の高い
割れが観察され、耐断線性を低下させる。 マルテンサイトの端部と母材との界面に発生する割れ
は、伸線における界面の母材の延性の向上により抑制で
きる。
【0009】すなわち、マルテンサイトの端部と母材と
の界面のような強加工部に発生する割れを抑制するため
には、通常の伸線加工性より厳しい値が要求される。そ
のためには、組織が均一に変形することが求められ、塑
性加工による粒内の転位の移動を容易にするためにラメ
ラー間隔を広くする必要がある。ラメラー状のセメンタ
イトは転位の移動を抑制するため、セメンタイトのアス
ペクト比が大きくなってはならない。
【0010】尚、上記のように欠き疵のような極局部的
に大荷重が加わった場合には、マルテンサイトが生成す
るが、より小荷重の場合は、鋼材表層が塑性変形し、加
工を受けた部分に硬化層が生成される。この硬化層につ
いても、本発明者らは、以下のことを明らかにした。 ダイス伸線時に表層の硬化層近傍の母材は歪が集中す
るために耐断線性を低下させる。 加工硬化組織の端部と母材との界面に発生する割れ
は、伸線における界面の母材の延性の向上により抑制で
きる。 すなわち、上記加工硬化層についても、前記マルテンサ
イト組織と同様の対応策が必要である。
【0011】また、パーライトなどの粒界ではネットワ
ーク状にセメンタイトが生成する傾向が認められるが、
粒界近傍の延性を低下させるため粒界にセメンタイトを
含む炭化物の生成を抑制する必要がある。また、一般に
高炭素鋼では粒界にフェライトが生成する事があるが、
局部的にフェライトのようなの軟化組織があるとフェラ
イト部に歪が集中するために伸線加工性を低下させる。
【0012】よって、(1)重量%で C :0.25〜1.2% Si :0.01〜2.0% Mn :0.2〜1.1% P :0.02%以下 S :0.01%以下 Cr :0.5%以下 を含有し、残部が鉄および不可避的不純物である母材組
織が粒内の組織を形成するセメンタイトのアスペクト比
が4以下でラメラー間隔が0.1μm以上であり、粒界フェ
ライトの面積率が10%以下で粒界に生成する炭化物の長
さ分率が10%以下で該組織の面積率が70%以上の耐断線性
の優れた高強度鋼線。
【0013】(2)さらに、線材の化学成分として Nb :0.005〜0.05% Ni :0.05〜1.0% Al :0.10%以下 Ca :0.0005〜0.005% Cu :0.05〜1.0% Mg :0.0005〜0.007% Mo :0.05〜0.35% REM:0.0005〜0.005% Ti :0.005〜0.035% B :0.0005〜0.005% V :0.005〜0.060% の1種または2種以上を含有することを特徴とする前記
(1)の耐断線性の優れた高強度鋼線。
【0014】
【作用】本発明における耐断線性に優れた高強度鋼線の
限定理由について化学成分を規定した理由を述べる。
【0015】C:Cは鋼の強度と延性を支配する基本的な
元素であり、一般に高C化するほど強度が向上する。強
度と焼入性を確保するためには0.25%以上とした。しか
し、1.2%超のCでは初析セメンタイトが生成し伸線加工
性を低下させるため、上限値を1.2%とした。
【0016】Si:Siは脱酸元素として0.01%以上添加する
必要がある。また、鋼を固溶強化するとともにリラクゼ
ーション値を向上させる。しかし、過量に添加するとデ
スケーリングが悪くなり、伸線加工性を低下させるため
その上限値を2.0%とした。
【0017】Mn:Mnは脱酸元素として0.2%以上添加する
必要がある。また、焼入性を改善して線材断面内に均一
なバーライトを生成させる効果がある。しかし、Mnは偏
析し易い元素であるため通常のパテンティング条件では
1.1%を超えると中心偏析部のMn偏析ピーク上に大型のマ
ルテンサイトが生成し、伸線加工性を著しくそこなうた
め上限を1.1%とした。
【0018】P,S:PおよびSは、結晶粒界に偏析し鋼の特
性を劣化させるためできる限り低く抑える必要がある。
Pの上限を0.02%以下、Sの上限を0.01%以下とした。
【0019】Cr:Crは鋼の強化作用が大きいため、ベイ
ナイトの生成を安定化させるために添加する。しかしな
がら、0.5%超添加するとその効果が飽和するため上限
とした。より安定したベイナイト生成のためには、0.02
%以上の添加が望ましい。
【0020】以上は必須元素であるが、必要に応じて以
下の元素を添加する。
【0021】Nb,Ti:Nb,Tiは炭化物あるいは窒化物を形
成して線材の延性を向上させるため1種類ないしは2種類
以上を添加する。Nbの下限は0.005%、Tiは下限は0.005%
である。しかし、Nbは0.05%、Tiは0.035%を超えると効
果が飽和するため、Nbは0.05%、Tiは0.035%を上限値と
する。
【0022】Al:Alは脱酸元素であり、鋼中のNを固定し
細粒オーステナイトにするため添加する。0.1%を超える
と効果が飽和するため、0.1%を上限値とする。
【0023】Cu,Ni,Mo,V:Cu,NiおよびMoは鋼の強化作用
が大きいため、Cuについては0.05〜1.0%、Niについては
0.05〜1.0%、Moについては0.05〜0.35%、Vについては0.
005〜0.060%の範囲内で1種ないしは2種類以上添加す
る。
【0024】Ca,Mg,REM:Ca,MgおよびREMは鋼は鋼中で微
細な酸化物を生成しオーステナイトを細粒にするため、
0.0005%以上添加する。しかし、Caで0.005%、Mgで0.00
7、REMで0.005超添加すると酸化物が粗大化し伸線加工
性を低下させる。Caについては0.0005〜0.005%、Mgにつ
いては0.0005〜0.007%、REMについては0.0005〜0.005%
の範囲内で1種ないしは2種類以上添加する。
【0025】B:Bはわずかの添加により焼入性を向上さ
せる元素であるりその下限値は0.0005%である。0.005%
より多く添加するとBNとして析出し焼入性の改善効果は
得られなくなる。Bの添加範囲を0.0005〜0.005%とし
た。
【0026】次に組織の規定した理由を述べる。マルテ
ンサイトの端部と母材との界面のような強加工部に発生
する割れを抑制するためには、粒内の組織を形成するセ
メンタイトのアスペクト比が4以下てある必要がある。
また、塑性加工による粒内の転位の移動を容易にするた
めにラメラー間隔を0.1μm以上に広くする必要がある。
【0027】粒界部近傍での脆化を抑制するためには粒
界に生成するセメンタイトを含む炭化物の長さ分率が10
%以下に抑える必要がある。粒界フェライトの生成によ
る伸線加工時の応力の集中を抑制するためには粒界フェ
ライトの面積率が10%以下とする。
【0028】このような組織が面積分率の70%以下では
母材全体としての伸線加工性の向上ははかれない。この
ため面積率を70%以上とした。
【0029】
【実施例】表1に示す化学成分の連続鋳造後分塊圧延し
た122mm角断面のビレットを、1100℃加熱後、5.5〜13mm
に線材圧延した。組織観察は3000倍の10視野のSEM写真
(キャビネサイズ)でそれぞれの平均値を求めた。
【0030】アスペクト比、ラメラー間隔、フェライト
の面積分率および炭化物の長さ分率の測定は、種々の方
法が考案されているが、発明者らはルーゼックスを使用
して測定した。粒界に生成する炭化物の長さ分率は全粒
界の長さを占める炭化物の長さである。
【0031】該線材の表層に人工的にマルテンサイトを
生成させるためにレーザーを照射し、急速加熱、急速冷
却を実施した。表2に材質特性を示す。伸線条件は減面
率15〜25%で行い伸線限界を求めた。
【0032】鋼A〜Hは本開発鋼であり所定の強度に対し
て良好な伸線加工性が得られ、硬化組織があっても耐断
線性は低下しない。鋼I〜Kは鋼の化学成分が適切ではな
いため耐断線性が低下した。鋼IはC量が多く、最硬化組
織の硬さが高いため伸線加工性が低下した。鋼JはMn量
が多く、鋼KはSi量が多いため早期に断線した。
【0033】
【表1】
【0034】鋼L〜Pは組織が適正でないために良好な材
質特性が得られない。鋼Lはアスペクト比の平均値が高
く、鋼Mはラメラー間隔の平均値が低いため耐断線性が
低下した。鋼Nではフェライトの面積率が高いため、鋼O
では粒界に占める炭化物の長さ分率が高いため耐断線性
が低下した。鋼Pは組織分率が低いため断線した例であ
る。
【0035】
【表2】
【0036】尚、別途、線材の表層に人工的に塑性加工
を受けた硬化組織を生成させるためにプレスノッチ加工
を実施した。プレスノッチは線径に対して10%以下の
Vノッチとした。その結果も、前記実施例と同様で、本
願発明鋼は、他の比較例に対し、良好な耐断線性が得ら
れた。
【0037】
【発明の効果】本発明により耐断線性の優れた高強度鋼
線を得ることができ工業的に非常に有効である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉江 淳彦 千葉県君津市君津1番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内 (72)発明者 宮崎 康信 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で C :0.25〜1.2% Si :0.01〜2.0% Mn :0.2〜1.1% P :0.02%以下 S :0.01%以下 Cr :0.5%以下 を含有し、残部が鉄および不可避的不純物である母材組
    織が粒内の組織を形成するセメンタイトのアスペクト比
    が4以下でラメラー間隔が0.1μm以上であり、粒界フェ
    ライトの面積率が10%以下で粒界に生成する炭化物の長
    さ分率が10%以下で該組織の面積率が70%以上の耐断線性
    の優れた高強度鋼線。
  2. 【請求項2】さらに、線材の化学成分として Nb :0.005〜0.05% Ni :0.05〜1.0% Al :0.10%以下 Ca :0.0005〜0.005% Cu :0.05〜1.0% Mg :0.0005〜0.007% Mo :0.05〜0.35% REM:0.0005〜0.005% Ti :0.005〜0.035% B :0.0005〜0.005% V :0.005〜0.060% の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項
    1の耐断線性の優れた高強度鋼線。
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