JP2000178685A - 疲労特性及び伸線加工性に優れた鋼線材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ワイヤロープ、弁ばね、懸架ばね、ＰＣ鋼線、
スチールコードなどの用途に好適な疲労特性及び伸線加
工性に優れた線材とその製造方法の提供。 【解決手段】鋼線材の長手方向縦断面において、幅２μ
ｍ以上の酸化物系介在物の主成分の平均組成が、重量％
で７０％以上のＳｉＯ₂ を含み、且つ、前記長手方向縦
断面幅全域を含む５５ｍｍ² を単位とする面積中に検出
される酸化物系介在物の密度指数が５０以下である疲労
特性及び伸線加工性に優れた鋼線材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、疲労特性及び伸線
加工性に優れた鋼線材とその製造方法に関し、詳しくは
例えば、ワイヤロープ、弁ばね、懸架ばね、ＰＣ鋼線、
スチールコードなどの用途に好適な疲労特性及び伸線加
工性に優れた鋼線材とその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤロープ、弁ばね、懸架ばね、ＰＣ
鋼線などに用いられる鋼線材（以下、「鋼線材」を単に
「線材」という）には、熱間圧延後伸線加工などの冷間
加工、更に、焼入れ焼戻しの調質処理、あるいはブルー
イング処理が施される。又、自動車のラジアルタイアの
補強材として用いられるスチールコード用の線材は、線
径（直径）約５．５ｍｍまで熱間圧延された後調整冷却
され、１次伸線加工、パテンティング処理、２次伸線加
工、最終パテンティング処理を受け、更にその後でブラ
スメッキ処理、続いて最終湿式伸線加工を受ける。この
ようにして得られた極細鋼線を更に撚り加工（撚線加
工）して複数本撚り合わせ、スチールコードが成形され
ている。

【０００３】したがって、上記技術分野に属する線材に
は、優れた伸線加工性と同時に優れた疲労特性が要求さ
れる。

【０００４】近年、コスト合理化や地球環境問題などを
背景に前記したワイヤロープ、弁ばね、懸架ばね、ＰＣ
鋼線やスチールコードなど各種製品の軽量化に対する要
望がますます高まっており、高強度化への取り組みが活
発に行われている。しかし、一般に鋼材は強度が高くな
るほど伸線加工性が劣化し、疲労破壊に対する感受性が
大きくなるので、前記した各種製品の素材用線材として
は、特にその内部性状の優れたものが要求されるように
なっている。

【０００５】このため、伸線加工性あるいは疲労特性を
高める目的で、鋼の清浄性に着目した技術が開示されて
いる。

【０００６】例えば、第１２６回・第１２７回西山記念
技術講座の第１４８〜１５０ページには、介在物を熱間
圧延時に塑性変形しやすい三元系の低融点組成領域に制
御することで、延性介在物として無害化を図る技術が示
されている。

【０００７】特開昭６２−９９４３６号公報には、介在
物の長さ（ｌ）と幅（ｄ）の比がｌ／ｄ≦５の延伸性の
小さいものに限定し、介在物の平均的組成をＳｉＯ₂ ：
２０〜６０％、ＭｎＯ：１０〜８０％で、更に、Ｃａ
Ｏ：５０％以下、ＭｇＯ：１５％以下の一方又は両方を
含むように制御した技術が開示されている。

【０００８】特開昭６２−９９４３７号公報には、介在
物の長さ（ｌ）と幅（ｄ）の比がｌ／ｄ≦５の延伸性の
小さいものに限定し、介在物の平均的組成をＳｉＯ₂ ：
３５〜７５％、Ａｌ₂Ｏ₃：３０％以下、ＣａＯ：５０％
以下、ＭｇＯ：２５％以下に制御した技術が開示されて
いる。

【０００９】上記２つの公報に開示された技術は、基本
的に介在物の低融点化を図るという技術思想において前
記の西山記念で報告された内容と同一であるが、介在物
の組成制御を行うにあたり、ＭｎＯやＭｇＯを含めた多
元系で低融点化を図り、熱間圧延で十分延伸させ、冷間
圧延あるいは伸線で破砕させて微細に分散させることに
より冷間加工性及び疲労特性の向上を図ろうとするもの
である。

【００１０】しかしながら、介在物は界面エネルギ−が
微小である。このため、介在物はガスバブリングやアー
ク式加熱方式を有するとりべ精錬などの二次精錬時から
鋳造時において凝集肥大化しやすく、鋳片段階で巨大介
在物として残存する傾向がある。いったん巨大介在物が
生じると、仮に介在物としての平均組成は同じであって
も、図１に示すように同一介在物内の凝固過程において
不均一相を晶出する頻度が高くなる可能性がある。した
がって、上記各公報で提案された介在物組成、つまり介
在物の平均組成に制御した場合であっても、巨大で不均
一組成の介在物が晶出すると、その巨大介在物のうちで
公報で提案された組成内の領域は軟質なため熱間圧延及
び冷間圧延や伸線で小型化するが、公報で提案された組
成から外れる領域は大型のまま残存してしまうことがあ
って、伸線加工性及び疲労特性を向上させるには限界が
あった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑みなされたもので、その目的は、ワイヤロープ、弁ば
ね、懸架ばね、ＰＣ鋼線、スチールコードなどの用途に
好適な疲労特性及び伸線加工性に優れた線材とその製造
方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）〜（３）に示す疲労特性及び伸線加工性に優れた
線材、及び（４）に示す線材の製造方法にある。

【００１３】（１）線材の長手方向縦断面において、幅
２μｍ以上の酸化物系介在物が平均組成で、重量％で７
０％以上のＳｉＯ₂ を含み、且つ、前記長手方向縦断面
幅全域を含む５５ｍｍ² を単位とする面積中に検出され
る酸化物系介在物の下記式で表される密度指数ｆｎ１
が５０以下である疲労特性及び伸線加工性に優れた線
材。

【００１４】

【数１】

【００１５】（２）線材の長手方向縦断面において、幅
２μｍ以上の酸化物系介在物が平均組成で、重量％で７
０％以上のＳｉＯ₂ 、０．１〜１０％のＺｒＯ₂ を含
み、且つ、前記長手方向縦断面幅全域を含む５５ｍｍ²
を単位とする面積中に検出される酸化物系介在物の前記
式で表される密度指数ｆｎ１が５０以下である疲労特
性及び伸線加工性に優れた線材。

【００１６】（３）鋼の化学組成が重量％で、Ｃ：０．
４５〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：０．
１〜１．０％を含み、更に、Ｚｒ：０〜０．１％、Ｃ
ｕ：０〜０．５％、Ｎｉ：０〜１．５％、Ｃｒ：０〜
１．５％、Ｍｏ：０〜０．５％、Ｗ：０〜０．５％、Ｃ
ｏ：０〜２．０％、Ｂ：０〜０．００３０％、Ｖ：０〜
０．５％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｔｉ：０〜０．１％を
含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなり、不純物
中のＰは０．０２０％以下、Ｓは０．０２０％以下、Ａ
ｌは０．００５％以下、Ｎは０．００５％以下、Ｏ（酸
素）は０．００２５％以下である上記（１）又は（２）
に記載の疲労特性及び伸線加工性に優れた線材。

【００１７】（４）転炉による一次精錬、二次精錬、連
続鋳造プロセスで製造する上記（１）〜（３）のいずれ
かに記載の疲労特性及び伸線加工性に優れた線材の製造
方法。

【００１８】なお、本発明でいう線材の「長手方向縦断
面」（以下「Ｌ断面」という）とは、線材の圧延方向に
平行に、その中心線を通って切断した面をいう。又、介
在物の「幅」とは、Ｌ断面における幅方向の最大長さの
ことを指す。介在物形態が粒形であった場合も、同一定
義とする。

【００１９】「線材」とは、棒状に熱間圧延された鋼
で、コイル状に巻かれた鋼材を指し、所謂「バーインコ
イル」を含むものである。

【００２０】「二次精錬」とは、ガスバブリングやアー
ク式加熱方式を有するとりべ精錬法や真空脱ガス装置を
使用する精錬法を指す。

【００２１】以下、上記の（１）〜（４）に記載のもの
をそれぞれ（１）〜（４）の発明という。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、疲労特性及び伸線
加工性に優れた線材を提供することを目的として種々の
調査・研究を行った。すなわち、線材中の酸化物系介在
物の組成、サイズ、分布密度が疲労特性及び伸線加工性
に及ぼす影響について調査するために、種々の条件の下
に試験炉で溶製し、二次精錬して得た鋼塊を熱間鍛造し
て鋼片にし、次いで、圧延温度及び冷却速度を調整して
直径５．５ｍｍの線材に熱間圧延した。これらの線材に
一次伸線加工（仕上がり径（直径）２．８ｍｍ）、一次
パテンティング処理、二次伸線加工（仕上がり径（直
径）１．２ｍｍ）を施した後、更に、最終パテンティン
グ処理（９５０〜１０５０℃のオーステナイト化温度、
５６０〜６１０℃の鉛浴温度）を施し、引き続きブラス
めっき処理を行ってから伸線速度５５０ｍ／分の条件で
湿式伸線加工（仕上がり径０．２ｍｍ）を行った。

【００２３】直径５．５ｍｍの線材については、そのＬ
断面を鏡面研磨し、研磨面を被検面としてＥＰＭＡ装置
で分析して幅が２μｍ以上の酸化物系介在物の組成を測
定するとともに、Ｌ断面幅全域を含む面積５５ｍｍ² 当
たりの酸化物系介在物の幅と個数を倍率４００倍で光学
顕微鏡観察して測定した。

【００２４】直径０．２ｍｍの鋼線については引張強度
と疲労強度を測定した。なお、疲労強度は、温度が２０
〜２５℃、湿度が５０〜６０％の条件下でハンター式回
転曲げ疲労試験機を用いて１０⁷ サイクル試験して調査
した。

【００２５】直径１．２ｍｍの鋼線を直径０．２ｍｍの
鋼線に湿式伸線した場合の断線指数（鋼線１トン当たり
の断線回数（回／トン））を求めて伸線加工性も調査し
た。

【００２６】その結果、下記の知見が得られた。

【００２７】（ａ）線材のＬ断面において、幅２μｍ以
上の酸化物系介在物の主成分の平均組成が、重量％で７
０％以上のＳｉＯ₂ を含むもので、しかも、前記式で
表される酸化物系介在物の密度指数ｆｎ１が５０以下で
ある場合には、その線材の疲労特性及び伸線加工性は良
好である。

【００２８】（ｂ）上記（１）において、幅２μｍ以上
の酸化物系介在物の主成分の平均組成が、更に重量％で
０．１〜１０％のＺｒＯ₂ を含む場合には、その線材の
疲労特性及び伸線加工性は極めて良好である。

【００２９】図２、図３に前記の調査結果の一例を示
す。これらの図は、重量％でのＣとＭｎの含有量が、Ｃ
（％）＋０．２Ｍｎ（％）で０．８２〜０．８８％の鋼
を素材鋼とし、Ｌ断面における幅２μｍ以上の酸化物系
介在物の主成分の平均組成がすべて重量％で７０％以上
のＳｉＯ₂ を含む場合について整理したものである。図
２は疲労強度と密度指数ｆｎ１との関係を、図３は断線
指数と密度指数ｆｎ１との関係を示すもので、密度指数
ｆｎ１が５０以下の場合には良好な疲労特性と伸線加工
性が得られることが明瞭である。

【００３０】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。

【００３１】以下、本発明の各要件について詳しく説明
する。なお、成分（組成）含有量の「％」は「重量％」
を意味する。

【００３２】（Ａ）主成分の平均組成を規定する酸化物
系介在物の幅 線材のＬ断面における幅２μｍ未満の酸化物系介在物は
疲労特性及び伸線加工性にほとんど影響を及ぼさない。
更に、上記した幅２μｍ未満の介在物は微小であるた
め、ＥＰＭＡ法など物理的な分析方法で組成分析を行う
とマトリックス部が含まれてしまう場合があり、精度よ
く測定を行うことが困難である。したがって、線材のＬ
断面における酸化物系介在物のうち主成分の平均組成を
規定する介在物の幅を２μｍ以上とした。

【００３３】（Ｂ）線材のＬ断面における幅２μｍ以上
の酸化物系介在物の主成分の平均組成 本発明のうち（１）の発明においては、線材のＬ断面に
おける幅２μｍ以上の酸化物系介在物の主成分の平均組
成（以下、単に「平均組成」という）として、ＳｉＯ₂
を７０％以上含むように規定する。これは、疲労特性や
伸線加工性に影響を及ぼす酸化物系介在物を平均組成で
前記の量のＳｉＯ₂ を含むものとしておけば、Ｌ断面幅
全域を含む面積５５ｍｍ² 当たり前記式で表される酸
化物系介在物の密度指数ｆｎ１を５０以下に調整するこ
とによって、従来提案されている技術のように低融点化
を図らなくとも、他の酸化物系介在物の組成に拘わら
ず、図２、図３に一例を示したように、良好な疲労特性
及び伸線加工性が得られるからである。

【００３４】平均組成において、ＳｉＯ₂ が７０％未満
であると、鋼の凝固過程において不均一相が晶出し、た
とえ前記したＬ断面幅全域を含む面積５５ｍｍ² 当たり
の密度指数ｆｎ１を５０以下に調整しても、線材のＬ断
面における幅１５μｍ以上の酸化物系介在物によって疲
労特性や伸線加工性が劣化する場合がある。したがっ
て、平均組成におけるＳｉＯ₂ を７０％以上とした。な
お、平均組成において、ＳｉＯ₂ が７５％を超えること
が好ましい。

【００３５】本発明において、平均組成で０．１〜１０
％の量のＺｒＯ₂ を上記の量のＳｉＯ₂ と複合して存在
させると、ＳｉＯ₂ が微細に分散し、Ｌ断面幅全域を含
む面積５５ｍｍ² 当たりについての前記した密度指数ｆ
ｎ１の値が一層小さくなるので、伸線加工性や疲労特性
が極めて良好になる。したがって、平均組成で７０％以
上のＳｉＯ₂ と０．１〜１０％のＺｒＯ₂ を含むように
するのがよい（（２）の発明）。平均組成におけるＺｒ
Ｏ₂ は１．０％以上であることが好ましく、１．５％以
上であれば一層好ましい。

【００３６】なお、酸化物系介在物の組成を精度よく短
時間で容易に測定するためには、例えば、線材から採取
した試験片を鏡面研磨し、その研磨面を被検面としてＥ
ＰＭＡ装置で分析すればよい。

【００３７】（Ｃ）密度指数ｆｎ１ 良好な疲労特性と伸線加工性の具備のためには、既に述
べた平均組成で７０％以上のＳｉＯ₂ を含むばかりでな
く、図２、図３に一例を示したように、Ｌ断面幅全域を
含む面積５５ｍｍ² 当たりについて、前記式で表され
る密度指数ｆｎ１の値を５０以下にする必要がある。こ
こで、式における酸化物系介在物の幅に応じた係数Ｋ
_i は、従来の経験に基づくものである。例えば、既に述
べたとおり、Ｌ断面における幅２μｍ未満の酸化物系介
在物は疲労特性及び伸線加工性にほとんど影響を及ぼさ
ない。このため上記サイズの介在物に対する前記係数は
０とした。一方、幅１５．０μｍ以上の大きな介在物は
疲労特性や伸線加工性に大きな影響を及ぼし、特に、幅
２０μｍ以上の介在物は疲労破壊及び伸線加工時におけ
る断線の直接の起点となり、疲労特性及び伸線加工性を
著しく劣化させる。このため、幅２０．０μｍ以上の大
きな介在物に対しては５０という大きな係数を付与して
いる。

【００３８】なお、例えば、転炉から連続鋳造の工程ま
でに溶鋼中に投入又は混入するＡｌ量を５ｇ／トン以下
に調整するとともに、溶鋼と接触する耐火物及びフラッ
クス中のＡｌ₂Ｏ₃量を１０％以下とし、更に、二次精錬
の工程以降で、溶鋼と接触するとりべ中スラグの最終設
定ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 比を０．８〜２．０の範囲にするこ
とによって、平均組成におけるＳｉＯ₂ が７０％以上
で、Ｌ断面幅全域を含む面積５５ｍｍ² 当たりについ
て、前記式で表される密度指数ｆｎ１の値を５０以下
にすることができる。又、例えば、転炉から連続鋳造の
工程までに溶鋼中に投入又は混入するＡｌ量を５ｇ／ト
ン以下に調整するとともに、溶鋼と接触する耐火物及び
フラックス中のＡｌ₂Ｏ₃量を１０％以下とし、且つ、転
炉から連続鋳造の工程までに溶鋼と接触する耐火物及び
フラックスの１種以上に含まれるＺｒＯ₂ の量を１〜８
０％とし、更に、二次精錬の工程以降で、溶鋼と接触す
るとりべ中スラグの最終設定ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 比を０．
８〜２．０の範囲にすることによって、平均組成におけ
るＳｉＯ₂ が７０％以上、ＺｒＯ₂ が０．１〜１０％
で、Ｌ断面幅全域を含む面積５５ｍｍ² 当たりについ
て、前記式で表される密度指数ｆｎ１の値を５０以下
にすることができる。なお、Ｚｒを添加する場合には、
例えば、転炉出鋼時又は二次精錬時にＺｒを含む合金鉄
を溶鋼に添加すればよい。

【００３９】（１）及び（２）の発明に係る疲労特性及
び伸線加工性に優れた線材は、酸化物系介在物の主成分
の平均組成と量及び前記した密度指数ｆｎ１を規定する
ものであり、その線材の素材となる鋼の具体的な化学組
成や鋼の製造方法は特に限定する必要はない。しかし、
疲労特性や伸線加工性は、線材の素材となる鋼の化学組
成によっても大きく変化する。このため、（３）の発明
においては、線材の素材となる鋼の化学組成を下記のと
おり規定する。

【００４０】（Ｄ）素材鋼の化学成分 Ｃ：０．４５〜１．１％ Ｃは、強度を確保するのに有効な元素である。しかし、
その含有量が０．４５％未満の場合には、ばねやスチー
ルコードなどの最終製品に高い強度を付与させることが
困難である。一方、その含有量が１．１％を超えると熱
間圧延後の冷却過程中に初析セメンタイトが生成して、
伸線加工性が著しく劣化する。したがって、Ｃの含有量
は０．４５〜１．１％とするのがよい。

【００４１】Ｓｉ：０．１〜２．５％ Ｓｉは、脱酸に有効な元素であり、その含有量が０．１
％未満ではその効果を発揮させることができない。一
方、２．５％を超えて過剰に含有させると、パーライト
中のフェライト相の延性が低下してしまう。なお、ばね
においては、「耐へたり特性」が重要で、Ｓｉには「耐
へたり特性」を高める作用もあるが、２．５％を超えて
含有させてもその効果は飽和してコストが嵩むし、脱炭
を助長してしまう。したがって、Ｓｉ含有量は０．１〜
２．５％とするのがよい。

【００４２】Ｍｎ：０．１〜１．０％ Ｍｎは、脱酸及び熱間加工性の向上に有効な元素であ
り、その含有量が０．１％未満ではこの効果を発揮させ
ることができない。一方、１．０％を超えて過多に含有
させると、偏析を生じやすくなり伸線加工性及び疲労特
性が劣化してしまう。したがって、Ｍｎの含有量は０．
１〜１．０％とするのがよい。

【００４３】線材の素材となる鋼は、更に下記の元素を
含有してもよい。

【００４４】Ｚｒ：０〜０．１％ Ｚｒは添加しなくてもよい。添加すれば、既に述べた酸
化物系介在物の主成分の平均組成を比較的容易に７０％
以上のＳｉＯ₂ とすることができるほか、ＳｉＯ₂ を微
細に分散させるので、比較的容易に密度指数ｆｎ１を所
望の範囲に調整することができる。更に、オーステナイ
ト結晶粒を微細化させ、延性及び靱性を高める作用も有
する。しかし、０．１％を超えて含有させても前記の効
果が飽和するのでコストが嵩む。したがって、Ｚｒの含
有量は０．１％以下とするのがよい。なお、Ｚｒ含有量
は、酸化物系介在物の平均組成においてＺｒＯ₂ を０．
１％含む場合の値以上とするのがよい。

【００４５】Ｃｕ：０〜０．５％ Ｃｕは添加しなくてもよい。添加すれば、耐食性を高め
る効果を発揮する。この効果を確実に得るには、Ｃｕは
０．１％以上の含有量とすることが望ましい。しかし、
Ｃｕを０．５％を超えて含有させると、結晶粒界に偏析
し、鋼塊の分塊圧延時や線材の熱間圧延時における割れ
や疵の発生が顕著になる。したがって、Ｃｕの含有量は
０〜０．５％とするのがよい。

【００４６】Ｎｉ：０〜１．５％ Ｎｉは添加しなくてもよい。添加すれば、フェライト中
に固溶してフェライトの靱性を高める作用を有する。こ
の効果を確実に得るには、Ｎｉは０．０５％以上の含有
量とすることが好ましい。しかし、その含有量が１．５
％を超えると、焼入れ性が高くなりすぎてマルテンサイ
トが生成しやすくなり伸線加工性が劣化する。したがっ
て、Ｎｉの含有量は０〜１．５％とするのがよい。

【００４７】Ｃｒ：０〜１．５％ Ｃｒは添加しなくてもよい。Ｃｒはパーライトのラメラ
間隔を小さくして熱間圧延後及びパテンティング後の強
度を高める作用を有する。更に、伸線加工時における加
工硬化率を高める作用も有しているので、Ｃｒの添加に
よって比較的低い加工率でも高い強度を得ることができ
る。Ｃｒには耐食性を高める作用もある。こうした効果
を確実に得るには、Ｃｒは０．１％以上の含有量とする
ことが好ましい。しかし、その含有量が１．５％を超え
ると、パーライト変態に対する焼入れ性が高くなり過ぎ
てパテンティング処理が困難になる。したがって、Ｃｒ
の含有量は０〜１．５％とするのがよい。

【００４８】Ｍｏ：０〜０．５％ Ｍｏは添加しなくてもよい。添加すれば、熱処理で微細
な炭化物として析出し強度と疲労特性を高める作用があ
る。この効果を確実に得るには、Ｍｏは０．１％以上の
含有量とすることが好ましい。一方、０．５％を超えて
含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかり
である。したがって、Ｍｏの含有量は０〜０．５％とす
るのがよい。

【００４９】Ｗ：０〜０．５％ Ｗは添加しなくてもよい。添加すれば、Ｃｒと同様に伸
線加工時の加工硬化率を顕著に高める作用がある。この
効果を確実に得るには、Ｗは０．１％以上の含有量とす
ることが好ましい。しかし、その含有量が０．５％を超
えると鋼の焼入れ性が高くなりすぎて、パテンティング
処理が困難になる。したがって、Ｗの含有量は０〜０．
５％とするのがよい。

【００５０】Ｃｏ：０〜２．０％ Ｃｏは添加しなくてもよい。添加すれば、初析セメンタ
イトの析出を抑制する効果を有する。この効果を確実に
得るには、Ｃｏは０．１％以上の含有量とすることが好
ましい。しかし、２．０％を超えて含有させても前記の
効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがっ
て、Ｃｏの含有量は０〜２．０％とするのがよい。

【００５１】Ｂ：０〜０．００３０％ Ｂは添加しなくてもよい。添加すれば、パーライト中の
セメンタイトの成長を促進させて、線材の延性を高める
作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｂは０．０
００５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、
その含有量が０．００３０％を超えると、温間や熱間で
の加工時に割れが生じやすくなる。したがって、Ｂの含
有量は０〜０．００３０％とするのがよい。

【００５２】Ｖ：０〜０．５％ Ｖは添加しなくてもよい。添加すれば、オーステナイト
結晶粒を微細化させ、延性及び靱性を高める作用を有す
る。この効果を確実に得るには、Ｖは０．０５％以上の
含有量とすることが好ましい。しかし、０．５％を超え
て含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばか
りである。したがって、Ｖの含有量は０〜０．５％とす
るのがよい。

【００５３】Ｎｂ：０〜０．１％ Ｎｂは添加しなくてもよい。添加すれば、オーステナイ
ト結晶粒を微細化させ、延性及び靱性を高める作用を有
する。この効果を確実に得るには、Ｎｂは０．０１％以
上の含有量とすることが好ましい。しかし、０．１％を
超えて含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩む
ばかりである。したがって、Ｎｂの含有量は０〜０．１
％とするのがよい。

【００５４】Ｔｉ：０〜０．１％ Ｔｉは添加しなくてもよい。添加すれば、オーステナイ
ト結晶粒を微細化させ、延性及び靱性を高める作用を有
する。この効果を確実に得るには、Ｔｉは０．００５％
以上の含有量とすることが好ましい。しかし、０．１％
を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩
むばかりである。したがって、Ｔｉの含有量は０〜０．
１％とするのがよい。

【００５５】不純物元素としてのＰ、Ｓ、Ａｌ、Ｎ及び
Ｏ（酸素）はその含有量を下記のとおりにするのがよ
い。

【００５６】Ｐ：０．０２０％以下 Ｐは伸線加工時における断線を誘発する。特に、その含
有量が０．０２０％を超えると伸線加工時に断線が多く
なる。したがって、不純物としてのＰの含有量は０．０
２０％以下とするのがよい。

【００５７】Ｓ：０．０２０％以下 Ｓは伸線加工時における断線を誘発する。特に、その含
有量が０．０２０％を超えると伸線加工時に断線が多く
なる。したがって、不純物としてのＳの含有量は０．０
２０％以下とするのがよい。

【００５８】Ａｌ：０．００５％以下 Ａｌは、酸化物系介在物の生成主体となる元素で、疲労
特性及び伸線加工性を劣化させる。特に、その含有量が
０．００５％を超えると疲労特性の劣化が大きくなる。
したがって、不純物としてのＡｌの含有量は０．００５
％以下とするのがよく、０．００４％以下とすれば一層
よい。

【００５９】Ｎ：０．００５％以下 Ｎは、窒化物系介在物となる元素であり、又歪時効によ
って延性及び靱性に悪影響を及ぼす。特に、その含有量
が０．００５％を超えると弊害が顕著になる。したがっ
て、不純物としてのＮの含有量は０．００５％以下とす
るのがよく、０．００３５％以下とすれば一層よい。

【００６０】Ｏ（酸素）：０．００２５％以下 Ｏの含有量が０．００２５％を超えると酸化物系介在物
の数と幅が増大し、疲労特性が著しく劣化する。このた
め、不純物としてのＯの含有量は０．００２５％以下と
するのがよく、０．００２０％以下とすれば一層よい。

【００６１】なお、（３）の発明のうちでも、特に、ば
ね及びスチールコードの用途に好適な素材鋼の化学組成
は次に示すものである。

【００６２】ばねの用途に対しては、鋼の化学組成が重
量％で、Ｃ：０．４５〜０．７０％、Ｓｉ：０．１〜
２．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％を含み、更に、Ｚ
ｒ：０〜０．１％、Ｃｕ：０〜０．５％、Ｎｉ：０〜
１．５％、Ｃｒ：０〜１．５％、Ｍｏ：０〜０．５％、
Ｗ：０〜０．５％、Ｃｏ：０〜１．０％、Ｂ：０〜０．
００３０％、Ｖ：０〜０．５％、Ｎｂ：０〜０．１％、
Ｔｉ：０〜０．１％を含有し、残部はＦｅ及び不可避不
純物からなり、不純物中のＰは０．０２０％以下、Ｓは
０．０２０％以下、Ａｌは０．００５％以下、Ｎは０．
００５％以下、Ｏは０．００２５％以下のものがよい。

【００６３】上記した鋼の化学組成の場合、熱処理後の
ばねに容易に１６００ＭＰａ以上の引張強度を付与でき
る。

【００６４】スチールコードの用途に対しては、鋼の化
学組成が重量％で、Ｃ：０．６０〜１．１％、Ｓｉ：
０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜０．７％を含み、更
に、Ｚｒ：０〜０．１％、Ｃｕ：０〜０．５％、Ｎｉ：
０〜１．５％、Ｃｒ：０〜１．５％、Ｍｏ：０〜０．２
％、Ｗ：０〜０．５％、Ｃｏ：０〜２．０％、Ｂ：０〜
０．００３０％、Ｖ：０〜０．５％、Ｎｂ：０〜０．１
％、Ｔｉ：０〜０．１％を含有し、残部はＦｅ及び不可
避不純物からなり、不純物中のＰは０．０２０％以下、
Ｓは０．０２０％以下、Ａｌは０．００５％以下、Ｎは
０．００５％以下、Ｏは０．００２５％以下のものがよ
い。

【００６５】上記した鋼の化学組成の場合、０．１５〜
０．３５ｍｍまで湿式伸線された鋼線に３２００ＭＰａ
以上の大きな引張強度を付与できる。

【００６６】（３）の発明に係る疲労特性及び伸線加工
性に優れた線材の素材となる鋼の具体的な製造方法は特
に限定する必要はない。しかし、鋼の溶製方法及び鋳造
方法によって鋼の化学組成、特に不純物の含有量が変化
するし、鋳造方法によって鋼塊の製造コストも変化す
る。このため、（４）の発明においては、線材の素材と
なる鋼の製造方法、なかでも溶製方法及び鋳造方法を下
記のとおり規定する。なお、ここでいう「鋼塊」とはＪ
ＩＳ用語として規定されているように「鋳片」を含むも
のである （Ｅ）素材鋼の溶製方法及び鋳造方法 線材の素材となる鋼は、「転炉による一次精錬、二次精
錬、連続鋳造プロセス」で鋼塊にするのがよい。転炉溶
製、二次精錬の工程は、鋼中の不純物元素の低減に極め
て有効で、更に、連続鋳造することによって製造コスト
を比較的低く抑えることができるからである。

【００６７】なお、既に述べたように「二次精錬」と
は、ガスバブリングやアーク式加熱方式を有するとりべ
精錬法や真空脱ガス装置を使用する精錬法を指す。

【００６８】以下、実施例により本発明を詳しく説明す
る。

【００６９】

【実施例】（実施例１）表１に示す化学組成を有する鋼
を試験炉で溶製し、Ｓｉ、Ｍｎで脱酸した後に二次精錬
し、試験炉から連続鋳造の工程までに溶鋼中に投入又は
混入するＡｌ量（以下、単に「混入Ａｌ量」という）、
溶鋼と接触する耐火物及びフラックス中のＡｌ₂Ｏ₃量
（以下、単に「フラックス中のＡｌ₂Ｏ₃量」という）、
試験炉から連続鋳造の工程までに溶鋼と接触する耐火物
及びフラックス中のＺｒＯ₂ の量（以下、単に「ＺｒＯ
₂ 量」という）、及び二次精錬工程以降で、溶鋼と接触
するとりべ中スラグの最終設定ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 比（以
下、単に「最終ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 比」という）を変化さ
せて、酸化物系の介在物の組成が種々変わるようにし、
次いで、連続鋳造を行った。

【００７０】表１における鋼１〜８は本発明例に係るも
のである。鋼５と鋼６は混入Ａｌ量を５ｇ／トン以下に
調整するとともに、フラックス中のＡｌ₂Ｏ₃量を１０％
以下、最終ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 比を０．８〜２．０の範囲
に調整し、その後連続鋳造した。鋼１〜４及び鋼７、鋼
８は混入Ａｌ量を５ｇ／トン以下に調整するとともに、
フラックス中のＡｌ₂Ｏ₃量を１０％以下、ＺｒＯ₂ 量を
１〜８０％とし、更に、最終ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 比を０．
８〜２．０の範囲に調整し、その後連続鋳造した。

【００７１】一方、鋼９〜１６は比較例に係るもので、
混入Ａｌ量、フラックス中の Ａｌ₂Ｏ₃ 量、ＺｒＯ₂
量、最終ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 比のいずれか１つ以上を変化
させたものである。具体的には、鋼１３は最終ＣａＯ／
ＳｉＯ₂ 比を０．６とした。鋼１４は混入Ａｌ量を７ｇ
／トンとし、更に、フラックス中のＡｌ₂Ｏ₃量を１３％
とした。鋼９〜１２及び鋼１５、鋼１６はＺｒＯ₂ 量を
１〜８０％としたほか、鋼９〜１２はそれぞれ最終Ｃａ
Ｏ／ＳｉＯ₂ 比を２．５、２．２、０．７、２．３とし
た。鋼１５は混入Ａｌ量を７ｇ／トン、フラックス中の
Ａｌ₂Ｏ₃量を１２％とし、更に、最終ＣａＯ／ＳｉＯ₂
比を０．６とした。鋼１６は混入Ａｌ量を６ｇ／トン、
フラックス中のＡｌ₂Ｏ₃量を１３％とし、更に、最終Ｃ
ａＯ／ＳｉＯ₂ 比を２．３とした。なお、鋼１と鋼９、
鋼２と鋼１０、鋼３と鋼１１、鋼４と鋼１２、鋼５と鋼
１３、鋼６と鋼１４、鋼７と鋼１５、鋼８と鋼１６はそ
れぞれほぼ同一の化学組成になるように調整した。

【００７２】

【表１】

【００７３】上記のようにして各鋼を連続鋳造した後、
通常の方法で直径５．５ｍｍの線材に、圧延温度及び冷
却速度を調整しつつ熱間圧延した。これらの線材に一次
伸線加工（仕上がり径（直径）２．８ｍｍ）、一次パテ
ンティング処理、二次伸線加工（仕上がり径（直径）
１．２ｍｍ）を施した。この後更に、最終パテンティン
グ処理（９５０〜１０５０℃のオーステナイト化温度、
５６０〜６１０℃の鉛浴温度）を施し、引き続きブラス
めっき処理を行ってから伸線速度５５０ｍ／分の条件で
湿式伸線加工（仕上がり径０．２ｍｍ）を行った。

【００７４】表１に、直径５．５ｍｍの線材のＬ断面を
鏡面研磨し、その研磨面を被検面としてＥＰＭＡ装置で
分析して幅が２μｍ以上である５０個の酸化物系介在物
の平均組成を測定した結果、Ｌ断面幅全域を含む面積５
５ｍｍ² 当たりの酸化物系介在物の幅と個数を倍率４０
０倍で光学顕微鏡観察して測定した結果、０．２ｍｍ鋼
線における引張強度と疲労強度を併せて示す。なお、疲
労強度は、温度が２０〜２５℃、湿度が５０〜６０％の
条件下でハンター式回転曲げ疲労試験機を用いて１０⁷
サイクル試験した場合の結果である。なお、酸化物系介
在物の欄における「その他」とは、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂
以外のものを指し、具体的にはＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ
Ｏなどの酸化物系介在物である。

【００７５】表１から、本発明例に係る鋼１〜８の場合
には、比較例に係る鋼９〜１６に比べて高い疲労強度を
有していることが明らかである。

【００７６】表２に、上記の各鋼について、直径１．２
ｍｍの鋼線を直径０．２ｍｍの鋼線に湿式伸線した場合
の断線指数（鋼線１トン当たりの断線回数（回／ト
ン））を示す。

【００７７】

【表２】

【００７８】表２から、本発明例に係る鋼１〜８の場合
には、比較例に係る鋼９〜１６に比べて断線指数が低
く、優れた伸線加工性を有していることが明らかであ
る。

【００７９】（実施例２）表３に示す本発明に係る鋼１
７〜２３を転炉溶製、二次精錬、連続鋳造プロセスで製
造した。すなわち、転炉溶製し、Ｓｉ、Ｍｎで脱酸した
後に二次精錬し、転炉から連続鋳造の工程までに溶鋼中
に投入又は混入するＡｌ量を５ｇ／トン以下に調整する
とともに、溶鋼と接触する耐火物及びフラックス中のＡ
ｌ₂Ｏ₃量を１０％以下とし、且つ、転炉から連続鋳造の
工程までに溶鋼と接触する耐火物及びフラックス中のＺ
ｒＯ₂ の量を１〜８０％、二次精錬工程以降で溶鋼と接
触するとりべ中スラグの最終設定ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 比を
０．８〜２．０の範囲に調整し、その後連続鋳造した。

【００８０】

【表３】

【００８１】上記の連続鋳造した各鋼を、通常の方法で
直径５．５ｍｍの線材に、圧延温度及び冷却速度を調整
しつつ熱間圧延した。これらの線材に一次伸線加工（仕
上がり径（直径）２．８ｍｍ）、一次パテンティング処
理、二次伸線加工（仕上がり径（直径）１．２ｍｍ）を
施した。この後更に、最終パテンティング処理（９５０
〜１０５０℃のオーステナイト化温度、５６０〜６１０
℃の鉛浴温度）を施し、引き続きブラスめっき処理を行
ってから伸線速度５５０ｍ／分の条件で湿式伸線加工
（仕上がり径０．２ｍｍ）を行った。

【００８２】表４に、直径５．５ｍｍの線材のＬ断面を
鏡面研磨し、その研磨面を被検面としてＥＰＭＡ装置で
分析して幅が２μｍ以上である５０個の酸化物系介在物
の平均組成を測定した結果、Ｌ断面幅全域を含む面積５
５ｍｍ² 当たりの酸化物系介在物の幅と個数を倍率４０
０倍で光学顕微鏡観察して測定した結果、０．２ｍｍ鋼
線における引張強度と疲労強度、及び直径１．２ｍｍの
鋼線を直径０．２ｍｍの鋼線に湿式伸線した場合の断線
指数を示す。なお、疲労強度は、温度が２０〜２５℃、
湿度が５０〜６０％の条件下でハンター式回転曲げ疲労
試験機を用いて１０⁷ サイクル試験した場合の結果であ
る。

【００８３】

【表４】

【００８４】表４から、転炉による一次精錬、二次精
錬、連続鋳造プロセスで製造した本発明例に係る鋼１７
〜２３はいずれも高い疲労強度と優れた伸線加工性を有
していることが明らかである。

【００８５】

【発明の効果】本発明の線材は疲労特性及び伸線加工性
に優れるので、この線材を素材としてワイヤロープ、弁
ばね、懸架ばね、ＰＣ鋼線、スチールコードなどを高い
生産性の下に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】巨大で不均一組成の介在物が晶出すると、その
巨大介在物のうちで軟質な部分は熱間圧延及び冷間圧延
や伸線で小型化するが、硬質の部分は大型のまま残存し
てしまうことを示す概念図である。

【図２】重量％でのＣとＭｎの含有量が、Ｃ（％）＋
０．２Ｍｎ（％）で０．８２〜０．８８％の鋼を素材鋼
とし、直径５．５ｍｍの線材のＬ断面における幅２μｍ
以上の酸化物系介在物の主成分の平均組成がすべて重量
％で７０％以上のＳｉＯ₂ を含む場合の疲労強度と密度
指数ｆｎ１との関係を示す図である。

【図３】重量％でのＣとＭｎの含有量が、Ｃ（％）＋
０．２Ｍｎ（％）で０．８２〜０．８８％の鋼を素材鋼
とし、直径５．５ｍｍの線材のＬ断面における幅２μｍ
以上の酸化物系介在物の主成分の平均組成がすべて重量
％で７０％以上のＳｉＯ₂ を含む場合の断線指数と密度
指数ｆｎ１との関係を示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼線材の長手方向縦断面において、幅２μ
   ｍ以上の酸化物系介在物が平均組成で、重量％で７０％
   以上のＳｉＯ₂ を含み、且つ、前記長手方向縦断面幅全
   域を含む５５ｍｍ² を単位とする面積中に検出される酸
   化物系介在物の下記式で表される密度指数ｆｎ１が５
   ０以下である疲労特性及び伸線加工性に優れた鋼線材。 【数１】
2. 【請求項２】鋼線材の長手方向縦断面において、幅２μ
   ｍ以上の酸化物系介在物が平均組成で、重量％で７０％
   以上のＳｉＯ₂ 、０．１〜１０％のＺｒＯ₂ を含み、且
   つ、前記長手方向縦断面幅全域を含む５５ｍｍ² を単位
   とする面積中に検出される酸化物系介在物の前記式で
   表される密度指数ｆｎ１が５０以下である疲労特性及び
   伸線加工性に優れた鋼線材。
3. 【請求項３】鋼の化学組成が重量％で、Ｃ：０．４５〜
   １．１％、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜
   １．０％を含み、更に、Ｚｒ：０〜０．１％、Ｃｕ：０
   〜０．５％、Ｎｉ：０〜１．５％、Ｃｒ：０〜１．５
   ％、Ｍｏ：０〜０．５％、Ｗ：０〜０．５％、Ｃｏ：０
   〜２．０％、Ｂ：０〜０．００３０％、Ｖ：０〜０．５
   ％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｔｉ：０〜０．１％を含有
   し、残部はＦｅ及び不可避不純物からなり、不純物中の
   Ｐは０．０２０％以下、Ｓは０．０２０％以下、Ａｌは
   ０．００５％以下、Ｎは０．００５％以下、Ｏ（酸素）
   は０．００２５％以下である請求項１又は２に記載の疲
   労特性及び伸線加工性に優れた鋼線材。
4. 【請求項４】転炉による一次精錬、二次精錬、連続鋳造
   プロセスで製造する請求項１〜３のいずれかに記載の疲
   労特性及び伸線加工性に優れた鋼線材の製造方法。