JP2001152289A - 鋼線用線材およびその製造方法 - Google Patents

鋼線用線材およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 伸線加工に有害な介在物を生成させずに伸線
加工後の熱処理時にオーステナイト粒径の成長を制御す
る伸線用鋼線およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．３５〜１．０％、Ｓ
ｉ：０．１０〜０．３５％、Ｍｎ：０．４０〜１．０
％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｃａ：０．０００
５〜０．００３０％、Ｏ：０．００４〜０．０１０％を
含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、残部Ｆｅ及び不
可避不純物からなる鋳片及び線材。線材中に直径０．１
μｍ以上０．３μｍ以下の介在物が、１５００個／ｍｍ
2以上３０００個／ｍｍ2以下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、伸線加工に供する
鋼線用線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の鋼線用線材として製造される鋼
は、転炉等で精錬を完了した後、精錬完了時に溶鋼中に
含まれる酸素を除去するために、鋳造に先立って脱酸剤
が投入され、酸化物として酸素が除去される。生成した
酸化物は鋳造時に、タンディッシュ内あるいはモールド
内において衝突による合体や成長により大型化し、浮上
除去される。鋼線用線材として製造される鋼中には、非
金属介在物は少ない方がよいとされ、その代表的なもの
である酸化物を極力少なくするために、精錬完了後鋳造
開始までに除去する様々な工夫がなされてきた。そのた
め、鋳片を圧延加工して得られる線材には有害となる介
在物は存在せず、伸線加工しても介在物による断線はほ
とんど見られなかった。このような材料を伸線加工した
後、パテンティングにより組織を調整する場合、熱処理
時の結晶粒を一定の大きさにコントロールし、均一な熱
処理組織とすることが重要となる。これまでは、パテン
ティングにより均一な組織を得るためには、オーステナ
イト化の温度と時間を調整することにより行ってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上に記述したように、
伸線後の線材は熱処理（パテンティング処理）により一
定の強度を得ることができる。この熱処理では、組織を
オーステナイト一相にした後、適当な鉛浴または流動層
中でパーライトに変態させて強度を調整する。パーライ
ト変態は、オーステナイト過冷されて一定温度において
起こることが望ましい。一般に粒径が大きい方が過冷さ
れやすく、その後の変態も一定温度で実現する。しか
し、粒径が大きすぎると変態開始から終了までの時間が
かかるため、適正な粒径にコントロールすることが必要
であった。そのため、従来は温度と時間を調整してオー
ステナイト粒径を制御してきた。しかし、熱処理条件が
わずかに変動してもオーステナイト粒径がばらついてし
まい、材質にばらつきが生ずることが問題となった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、その趣旨とするとこ
ろは以下の通りである。
【０００５】その第一は、質量％で、Ｃ：０．３５〜
１．０％、Ｓｉ：０．１０〜０．３５％、Ｍｎ：０．４
０〜１．０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｃａ：
０．０００５〜０．００３０％、Ｏ：０．００４〜０．
０１０％を含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、残部
Ｆｅ及び不可避不純物からなる熱処理安定性に優れた鋼
線用線材である。その第二は上記第一に加え質量％で、
Ｃｒ：０．００５〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．３
５％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜
１．０％、Ｖ：０．００５〜０．０６％、Ｂ：０．００
０５〜０．００５％のいずれか１つまたは２つ以上を含
有する鋼線用線材である。その第三は、線材の圧延方向
に垂直な断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察
される直径０．１μｍ以上０．３μｍ以下の介在物が、
１５００個／ｍｍ 2以上３０００個／ｍｍ2以下である上
記第一又は第二の鋼線用線材である。その第四は、線材
の圧延方向に平行な断面において光学顕微鏡により観察
される介在物の圧延方向に垂直な厚みが１００μｍ以下
であり、同断面内に観察される厚みが２０μｍ以上１０
０μｍ以下の介在物の圧延方向に平行な長さが厚みの５
倍以上である上記第一乃至第三のいずれかに記載の鋼線
用線材である。
【０００６】その第五はビレット連続鋳造により得られ
た鋳片を減面率９０％以上の熱間圧延により上記第一乃
至第４のいずれかの鋼線用線材を製造する鋼線用線材製
造方法である。
【０００７】その第六は、質量％で、Ｃ：０．３５〜
１．０％、Ｓｉ：０．１０〜０．３５％、Ｍｎ：０．４
０〜１．０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｃａ：
０．０００５〜０．００３０％、Ｏ：０．００４〜０．
０１０％を含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、残部
Ｆｅ及び不可避不純物からなる線材用連続鋳造ビレット
である。その第七は、更に質量％で、Ｃｒ：０．０５〜
２．０％、Ｍｏ：０．０５〜０．３５％、Ｃｕ：０．０
５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０
０５〜０．０６％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％の
いずれか１種または２種以上を含有する上記第六の線材
用連続鋳造ビレットである。その第八は、上記第六又は
第七の線材用連続鋳造ビレットであって、当該ビレット
を減面率９０％以上の熱間圧延して得られた線材の圧延
方向に垂直な断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により
観察される直径０．１μｍ以上０．３μｍ以下の介在物
が、１５００個／ｍｍ2以上３０００個／ｍｍ2以下であ
ることを特徴とする線材用連続鋳造ビレットである。そ
の第九は、上記第六乃至第八のいずれかの線材用連続鋳
造ビレットであって、当該ビレットを減面率９０％以上
の熱間圧延して得られた線材の圧延方向に平行な断面に
おいて光学顕微鏡により観察される介在物の圧延方向に
垂直な厚みが１００μｍ以下であり、同断面内に観察さ
れる厚みが２０μｍ超１００μｍ以下の介在物の圧延方
向に平行な長さが厚みの５倍以上が９０％以上であるこ
とを特徴とする線材用連続鋳造ビレットである。
【０００８】
【発明の実施の形態】鋼線用線材として製造される鋼中
には、非金属介在物は少ない方がよいとされている。そ
の代表的なものである酸化物を極力少なくするために、
鋼中に脱酸剤を投入し酸素を酸化物として固定し、生成
した酸化物を精錬完了から鋳造時までに除去する様々な
工夫がなされてきた。本発明は意図的に鋼中の酸素を高
くすることにより介在物を分散させ、オーステナイト化
温度における結晶粒成長を抑制するものである。しか
し、単に鋼中酸素を高くしてしまうと大型の酸化物が生
成し、伸線中の断線原因となる。
【０００９】本発明は溶鋼中の酸素濃度を高く保ち、凝
固中に酸化物を微細に生成させ結晶粒径制御に有効活用
し、大型の酸化物が存在しても線材圧延時に伸延して長
さと厚みの比が５以上であれば介在物が伸線加工時に破
壊されることを利用して上記課題を解決することを特徴
とする。
【００１０】以下、本発明の説明を行う。Ｃの下限を
０．３５％としたのは、パーライト変態を利用して材質
を制御する鋼線を得るためである。Ｃの上限を１．０％
としたのは、それ以上の含有量では組織中に初析セメン
タイトが生成し、材質のコントロールが困難となるから
である。
【００１１】Ｓｉの下限を０．１０％としたのは、鋳造
中のＯと結びついて生成する酸化物を低融点である複合
系とするためである。Ｓｉの上限を０．３５％としたの
は、酸化物中のＳｉＯ2の濃度を必要以上に高くしない
ためである。
【００１２】Ｍｎの下限を０．４０％としたのは、鋼材
の熱処理性を確保するためである。Ｍｎの上限を１．０
％としたのは、１．０％を超えると鋼の冷間加工性が低
下して必要な品質が得られないからである。
【００１３】Ａｌを０．００５％以下としたのはＡｌが
０．００５％を超えると生成する非金属介在物の組成が
Ａｌ2Ｏ3主体となり、介在物融点が高くなって伸線断線
の原因となり易いからである。なお、Ａｌ含有量には酸
化物として存在するＡｌをも含んでいる。
【００１４】Ｔｉ下限を０．００５％としたのは、０．
００５％未満では脱酸力が不足し、鋳造中の鋳片表面に
気泡性の欠陥が発生するためである。Ｔｉ上限を０．０
３％としたのは、Ｔｉの添加量を増加し鋼中の全酸素と
結合してしまうと結晶粒成長を抑制する微細な介在物が
減少するためである。
【００１５】Ｏの下限を０．００４％としたのは、再結
晶の制御粒子としての酸化物を必要量確保するために必
要となる酸素量であるからである。Ｏの上限について
は、Ｏの一部は脱酸されずに一旦は鋼中に固溶し、鋼材
の冷却中に鋼材中の空孔（ポロシティー）にガスが生成
し、鋼中の酸素濃度に依存し高い圧力が発生する。全酸
素が０．０１％を超えると、ガス圧が高くなり圧延や冷
間加工では密着しなくなり欠陥の原因となるため、製品
中の全酸素の上限を０．０１％とした。
【００１６】Ｃａの下限を０．０００５％としたのは、
酸化物中にＣａＯを成分として含有させ加工時の変形抵
抗を小さくするためである。Ｃａの上限を０．００３０
％としたのはそれを超える含有量でＣａＯ単体が晶出し
てしまい、変形抵抗が高くなるからである。
【００１７】Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖは強度を調整
する元素として用いられる。その範囲（％）はＣｒ：
０．０５〜２．０、Ｍｏ：０．０５〜０．３５、Ｃｕ：
０．０５〜１．０、Ｎｉ：０．０５〜１．０、Ｖ：０．
００５〜０．０６とした。
【００１８】Ｂは鋼中のＮを固定する元素であり、０．
０００５％以上を添加することにより、Ｎを固定する。
０．００５％を越える添加は、鋼を脆化させるため上限
を０．００５％とした。
【００１９】本発明では、鋼中に酸化物を分散させて加
熱時のオーステナイトの成長を制御することを目的とし
ている。分散させる介在物の適正量は、鋼片または鋳片
を、熱間圧延により得られた線材の圧延方向に垂直な断
面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察される直径
０．１μｍ以上０．３μｍ以下の介在物が、１５００個
／ｍｍ2以上３０００個／ｍｍ2以下である。介在物の観
察方法を透過電子顕微鏡としたのは、他の方法では０．
３μｍ以下の介在物を測定することが困難だからであ
る。結晶粒成長抑制に有効な大きさは、直径０．３μｍ
以下であることが明らかになった。０．１μｍ以上とし
たのは、ＳＥＭにより安定して観察可能だからである。
また、その量が１５００個／ｍｍ2以下であると、酸化
物が少ないために、介在物の間隔が大きくなり、局所的
に加熱時のオーステナイト粒が粗大になってしまう。一
方、介在物量が３０００個／ｍｍ2以上あると、介在物
が多すぎるためにオーステナイト粒径が微細になりすぎ
てしまう。
【００２０】鋼中のＯが高くなると鋼中の酸化物が多く
なり、大型のものが認められることがある。本発明にお
いて、減面率９０％以上の熱間圧延して得られた線材の
圧延方向に平行な断面において光学顕微鏡により観察さ
れる介在物の圧延方向に垂直な厚みが２０μｍ以下の介
在物であれば、通常の伸線加工では破断に至ることがな
いことが明らかとなった。減面率９０％以上としたの
は、凝固組織を完全に均一な加工組織にし、粒径を均一
にするためである。また、厚みが２０μｍを越えるもの
でも、厚みが１００μｍ以下の軟質な介在物であれば、
伸線加工中に破砕され、伸線方向に変形するため、鋼の
変形を損なうことがないことが明らかとなった。この変
形が起きるかどうかの基準が圧延方向に平行な長さが厚
みの５倍以上である。本発明の線材は、Ａｌレスとし、
Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａによる共同脱酸を採用しているため、
生成する介在物はＴｉＯ2−ＳｉＯ2−ＣａＯ系の軟質介
在物となり、上記条件を満足することができる。即ち、
上記第四の発明に記載の鋼成分及び介在物分布とするこ
とにより、良好な伸線加工性を確保することができる。
【００２１】以上述べてきた線材を得るには、微細な介
在物を鋳片段階から得ることが重要である。大断面の鋳
造では、微細な酸化物が合体して大型化したり、溶鋼と
の比重差により浮上分離して必要量が確保できない。本
発明に規定される線材は、鋳型寸法が１５０ｍｍ×１５
０ｍｍ以下の矩形あるいは直径１７０ｍｍ以下の円形で
あるビレット鋳造に代表される小断面高速連鋳機によ
り、溶鋼が鋳型において冷却され始めてから凝固完了ま
での時間が短いビレット連続鋳造法が最適である。これ
により、上記第三の発明にあるように微細でかつ多数の
介在物を生成することができる。
【００２２】本発明において、転炉による脱炭後、精錬
工程での脱酸材の投入量を最小限にとどめ、取鍋での脱
ガス等の二次精錬処理を行わない溶鋼を大気に解放され
た（酸化防止策を施さない）タンディッシュを経て鋳造
することにより、線材中のＯ濃度を０．００４〜０．０
１０％に調整することができる。
【００２３】
【実施例】転炉精錬法にて溶鋼量２４０トンの溶鋼を溶
製し、連続鋳造法において、鋳型サイズは１２５ｍｍ×
１２５ｍｍ、鋳造速度は２．６〜３．２ｍ／ｍｉｎの条
件で鋳造を行った。連続鋳造で製造したビレットの鋼片
検査実施後、加熱炉で約１１００℃に加熱し、線材圧延
機で直径５．５ｍｍに圧延し、空冷による冷却工程を経
てコイルに捲きとった。得られた線材を伸線加工により
直径２ｍｍのワイヤに加工した。伸線後のワイヤを９５
０℃にて１０分、３０分の加熱を行い水中に焼き入れオ
ーステナイト粒径測定用のサンプルを作成した。
【００２４】表１、表２に示す成分の鋼を溶製した。上
記方法で得られた線材について圧延方向に垂直な断面を
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し直径０．１μ
ｍ以上０．３μｍ以下の介在物調査を行い、得られた線
材の圧延方向に平行な断面において光学顕微鏡により大
型の介在物観察を行った。熱処理のワイヤの組織観察に
よりオーステナイトの大きさをＪＩＳに基づき測定し
た。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】表１のＮｏ．１〜１７は、本発明例の製造
結果である。分析結果はすべて本発明範囲内にある。表
２は比較例の製造結果である。
【００２８】Ｎｏ．１８〜２０はＴｉを添加していない
または、本発明の下限以下の場合の例である。酸化物量
は多くなるものの、鋳造時に鋳片表層に気泡性の欠陥が
発生してしまい、製品としては使用できない。
【００２９】Ｎｏ．２１〜２３は、Ｔｉ含有量が本発明
上限以上である。微細な酸化物が減少し、大型のものに
変化してしまい、断線が発生した。
【００３０】Ｎｏ．２４，２５はＡｌ添加量が本発明の
上限以上である。微細な介在物が存在せず、混粒が発生
してしまう。
【００３１】Ｎｏ．２６，２７は、微細な介在物量が本
発明範囲の上限以上の場合である。オーステナイトが小
さくなりすぎ必要な強度が得られなかった。
【００３２】Ｎｏ．２８，２９は成分は請求範囲内であ
るが鋳造時の冷却速度が遅く、介在物が凝固過程で大型
化し、微細な介在物が本発明範囲の下限以下の場合であ
る。オーステナイトの異常成長が観察された。
【００３３】
【発明の効果】本発明により、伸線後の線材を熱処理し
た時のオーステナイト結晶粒径が均一になり、製品の材
質のばらつきが低下した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 世紀 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 大羽 浩 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内 Ｆターム(参考） 4K032 AA01 AA02 AA05 AA06 AA08 AA11 AA12 AA14 AA16 AA19 AA23 AA26 AA31 AA35 AA36 BA02 CA02 CB02 CF03

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 質量％で、Ｃ：０．３５〜１．０％、Ｓ
    ｉ：０．１０〜０．３５％、Ｍｎ：０．４０〜１．０
    ％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｃａ：０．０００
    ５〜０．００３０％、Ｏ：０．００４〜０．０１０％を
    含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、残部Ｆｅ及び不
    可避不純物からなる熱処理安定性に優れた鋼線用線材。
  2. 【請求項２】 更に質量％で、Ｃｒ：０．０５〜２．０
    ％、Ｍｏ：０．０５〜０．３５％、Ｃｕ：０．０５〜
    １．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．００５
    〜０．０６％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％のいず
    れか１種または２種以上を含有する請求項１記載の熱処
    理安定性に優れた鋼線用線材。
  3. 【請求項３】 線材の圧延方向に垂直な断面を走査型電
    子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察される直径０．１μｍ以
    上０．３μｍ以下の介在物が、１５００個／ｍｍ2以上
    ３０００個／ｍｍ2以下である請求項１又は２記載の熱
    処理安定性に優れた鋼線用線材。
  4. 【請求項４】 線材の圧延方向に平行な断面において光
    学顕微鏡により観察される介在物の圧延方向に垂直な厚
    みが１００μｍ以下であり、同断面内に観察される厚み
    が２０μｍ超１００μｍ以下の介在物の圧延方向に平行
    な長さが厚みの５倍以上が９０％以上である請求項１乃
    至３のいずれかに記載の熱処理安定性に優れた鋼線用線
    材。
  5. 【請求項５】 ビレット連続鋳造により得られた鋳片を
    減面率９０％以上の熱間圧延により請求項１乃至４のい
    ずれかに記載の鋼線用線材を製造する鋼線用線材製造方
    法。
  6. 【請求項６】 質量％で、Ｃ：０．３５〜１．０％、Ｓ
    ｉ：０．１０〜０．３５％、Ｍｎ：０．４０〜１．０
    ％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｃａ：０．０００
    ５〜０．００３０％、Ｏ：０．００４〜０．０１０％を
    含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、残部Ｆｅ及び不
    可避不純物からなる線材用連続鋳造ビレット。
  7. 【請求項７】 更に質量％で、Ｃｒ：０．０５〜２．０
    ％、Ｍｏ：０．０５〜０．３５％、Ｃｕ：０．０５〜
    １．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．００５
    〜０．０６％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％のいず
    れか１種または２種以上を含有する請求項６記載の線材
    用連続鋳造ビレット。
  8. 【請求項８】 請求項６又は７記載の線材用連続鋳造ビ
    レットであって、当該ビレットを減面率９０％以上の熱
    間圧延して得られた線材の圧延方向に垂直な断面を走査
    型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察される直径０．１μ
    ｍ以上０．３μｍ以下の介在物が、１５００個／ｍｍ2
    以上３０００個／ｍｍ2以下であることを特徴とする線
    材用連続鋳造ビレット。
  9. 【請求項９】 請求項６乃至９のいずれかに記載の線材
    用連続鋳造ビレットであって、当該ビレットを減面率９
    ０％以上の熱間圧延して得られた線材の圧延方向に平行
    な断面において光学顕微鏡により観察される介在物の圧
    延方向に垂直な厚みが１００μｍ以下であり、同断面内
    に観察される厚みが２０μｍ超１００μｍ以下の介在物
    の圧延方向に平行な長さが厚みの５倍以上が９０％以上
    であることを特徴とする線材用連続鋳造ビレット。
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