JP2001226745A - 金属線材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造物の軽量化や安全の確保、信頼性の向上の
ため、強度、可とう性の共に優れた金属線材を提供す
る。 【解決手段】鉄系の素線を複数本集束させて伸線加工を
施す一連の工程を基本工程として、該基本工程を少なく
とも一回経ることによって得られる金属線材であって、
この金属線材を、結晶粒の平均粒径が０．１５μｍ以下
の等軸フェライト結晶粒またはその加工組織を主体とす
る組織からなるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ワイヤロープや
ＰＣより線あるいは吊り橋用のケーブル、各種テンショ
ンメンバー等に使用して好適な金属線材として、耐摩耗
性、耐食性はもちろんのこと、特に引張強度と可とう性
の両特性を共に有利に改善しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼製のワイヤーロープ、ＰＣワイヤ等に
使用される金属線材は、従来、軽量化、信頼性の観点か
ら高い引張強度が要求され、また、使用性の観点から金
属線材の曲げ易さの指標である可とう性についても優れ
たものが要求される。

【０００３】上記のような金属線材が使用される構造部
材についてもその軽量化、信頼性の向上、使用性能の改
善が望まれていて、その要求には際限がなく、このため
金属線材そのものについても引張強度や可とう性等の特
性の飛躍的な向上が必要になっている。

【０００４】金属線の高強度化を図るための手法として
は、現在、冷間伸線加工による加工硬化の利用が主体に
なっていて、そのために、伸線限界を高める研究開発
や、加工硬化能を高める研究開発が精力的になされ、種
々の製品が実用化されている。

【０００５】一方、結晶粒の微細化により高強度化でき
ることは周知の事実であり、また、結晶粒の微細化によ
る高強度化への寄与の限界は、0.03μm 程度であること
も知られている（第２回スパーメタルシンポジウム講演
集．金属材料研究開発センター．平成11年11月．Ｐ393
−401.石原、新宮）。

【０００６】構造物用のバルク材料として微細粒を得る
技術もこれまでに種々提案されていて、その先行文献と
しては例えば特開平2-301540号公報が参照され、その粒
径は0.18μm 程度であることが開示されている。

【０００７】また、粒径が0.18μm よりも小さい0.03μ
m 以下の微細粒になる金属線に関しては、異種金属素線
を機械的に合金化させる点に特徴を有する、例えば特開
平11-6034 号公報、特開平11-6035 号公報、あるいは特
開平11-10219号公報に開示の技術が知られている。

【０００８】上記のような従来技術においては、結晶粒
の微細化によって確かに高強度化は達成されている。し
かしながら、曲げ易さの指標である可とう性の改善を図
ることに関しては何れの技術においても何ら言及されて
いない。

【０００９】なお、従来は、可とう性の向上のために、
鋼素線により加工した、いわゆるワイヤロープが使用さ
れているが、かかるワイヤロープは、その幾何学的効果
により可とう性を高めるものであって、金属線そのもの
の可とう性の改善を図るものではない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、高
い強度（引張強度）を有するだけでなく、曲げ易さの指
標である可とう性の飛躍的な改善を図った金属線材およ
びその製造方法を提案するところにある。

【００１１】

【発明が解決するための手段】本発明者らは，集束伸線
と再結晶焼鈍の組み合わせ、 さらにそれを繰り返す、繰
り返し集束伸線技術に関して種々実験、研究を行い、完
全な合金化を達成しないでも超微細粒が得られ高強度化
が達成でき、かつ高い可とう性を確保できること、さら
に伸線加工後の線材に関し、互いに隣接する素線同士の
界面の金属接合状態を制御することにより金属線そのも
のの可とう性を制御できることを見出し、本発明を完成
するに至ったものである。

【００１２】すなわち、この発明は、鉄系の素線を複数
本集束させて伸線加工を施す一連の工程を基本工程とし
て、この基本工程を少なくとも一回経ることによって得
られる金属線材であって、この金属線材は、結晶粒の平
均粒径が０．１５μｍ以下の等軸フェライト結晶粒また
はその加工組織を主体とする組織からなるものである、
ことを特徴とする金属線材である。

【００１３】上記の構成において、前記金属線材の径方
向断面における最終集束処理時の素線外周の全長さに対
し、互いに隣接する最終集束処理時の素線がその界面で
金属接合に達している長さの割合で規定される界面接合
率が２０％以上（１００％は除く）であるのが好まし
く、また、素線は、その集束に際してその直径（線径）
の２０倍を上限とするより周期にてらせん状に配列した
より加工を施したものとするのが好適である。

【００１４】また、この発明は、鉄系の素線を複数本集
束させて伸線加工を施す一連の工程を基本工程とする金
属線材の製造において、この基本工程を少なくとも一回
行うとともに、その基本工程の途中で２回以上の再結晶
焼鈍を施し、さらに必要に応じて、基本工程のうち、最
終となる基本工程の伸線加工の前段階にて集束させた素
線に対し、各素線がその長手方向に沿いらせん状の配列
となるようにより加工を施すことを特徴とする金属線材
の製造方法である。

【００１５】上記の方法において、基本工程を２回以上
繰り返す場合には、前回の基本工程で得られた線材をそ
のまま素線として次の基本工程で用いる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明をより具体的に説
明する。まず、この発明に適合する、繰り返し集束伸線
技術の基本工程は次の通りである。すなわちこの発明で
は、複数本の金属素線を集束した後に伸線加工を施す一
連の工程を基本工程とし、該基本工程を少なくとも一回
行うものであり、さらに、この工程の途中において再結
晶焼鈍を採用することが重要になる。

【００１７】そこで、まず上記の基本工程および焼鈍条
件の影響について検討した結果について述べる。

【００１８】表１に示す組成を有する鋼の素線を用い
て、表２に示す条件で種々の繰り返し集束伸線を行っ
た。素線の線径はいずれも１mmであり、これを30本ずつ
直線状に集束した後、直径５mmまで伸線加工を施し、次
いで、焼鈍処理、さらに、直径1mm に伸線加工を施す工
程を基本とし、この基本工程を繰り返した。

【００１９】

【表１】

【００２０】表２は、基本工程の繰り返し回数、焼鈍処
理条件、集束時の撚り加工、素線の集束本数を種々変化
させた場合における、線材の特性への影響を調査した結
果を示したものである。

【００２１】

【表２】

【００２２】より周期長さは，素線の径に対する比で示
した。また、焼鈍温度は、再結晶温度域である450 ℃を
基本とし，再結晶温度以下で単に歪み取りを目的とした
SR焼鈍も検討した。表２中に得られた線材の特性値をあ
わせて示す。

【００２３】図１は得られた金属線材のうち、プロセス
NoＡ〜Ｄについての、再結晶粒径に及ぼす繰り返し回数
および焼鈍回数の影響を示したものである。

【００２４】素線を集束した後、伸線加工を行い、その
加工途中で２回以上の再結晶焼鈍を取り入れることによ
り結晶粒が飛躍的に微細化できることが明らかである。

【００２５】再結晶焼鈍は、同一の繰り返しの中で複数
回実施してもその効果は同様に発揮されるので、0.15 μ
m 以下の超微細粒を得るためには、前記基本工程の繰り
返しを、少なくとも一回は行い、さらにその途中で２回
以上の再結晶焼鈍を行うことが必要になる。なお，結晶
粒が0.15μm 以下になると引張強度が著しく上昇するこ
とは表２中に示した結果からも明らかである。

【００２６】また、図２は、得らた金属線材の可とう性
指数に及ぼす界面接合率の影響を示したものである。こ
こで、可とう性指数は、ワイヤロープの曲がり易さ、す
なわち取り扱いのし易さを示す指標で、使用性能の中で
重要な特性である。この発明において可とう性指数と
は、対象の線材と同一外径を有する丸鋼棒の曲げ剛性度
と、線材の曲げ剛性度との比で表示するものとする。

【００２７】可とう性度指数が１で示されるものは通常
の単一線材のことであり、かかる指数はその数値が大き
いほどワイヤロープとして優れた可とう性を示すことに
なる。

【００２８】また、界面接合率は、金属線材の径方向断
面における最終集束処理時の素線外周の全長さに対して
互いに隣接する最終集束処理時の素線がその界面で金属
接合している長さの割合（( 金属接合している長さ) ／
( 最終集束処理時の素線外周の全長さ）×100 ％) と定
義され、かかる径方向断面（Ｃ断面）を電子顕微鏡で観
察して求めたものである。

【００２９】図２より明らかなように、界面接合率が１
００％未満において高い可とう性指数が示されている。

【００３０】界面接合率が低いほど可とう性指数が高く
なるのは、得られた金属線材そのものが素線の集合体と
してその性能が強くなるためと考えられる。しかし、界
面接合率が20％を下回ると、素線としての一体性が小さ
くなり、後工程で素線の集束が解除されてばらばらにな
る、いわゆる憤破を招くため、界面接合率の下限は20％
程度が適正であり、より好ましくは50％以上とするのが
よい。また界面接合率が100 ％では、従来の線材よりも
可とう性指数は良好な値を示すものの、通常の完全一体
化された線材に近くなり、集束効果が小さくなるため
に、可とう性指数が低下する傾向にある。このため、こ
の発明では、界面接合率は20％以上 (ただし100 ％は除
く) とする。この界面接合率は、より望ましくは99％以
下とするのがよい。

【００３１】図３は、得られた金属線材の可とう性指数
と最終基本工程での素線の集束に際してより加工を行っ
た場合におけるより周期の関係を示したものである。

【００３２】図３に示す如く、より周期が素線の径の20
倍を上限とすることにより、さらに高い可とう性指数が
得られることが明らかである。

【００３３】より周期が大きい場合やより加工がない場
合でもこの発明においては可とう性の改善効果が認めら
れるが、さらにその向上をはかるためには、素線のより
周期をその径の20倍を上限とするより加工を施すのが望
ましい。

【００３４】この発明に適合する素線としては、鉄系の
ものであればとくにその成分組成については限定されな
いが、具体的な成分元素として、Ｃについては1.2mass
％以下、Si：３mass％以下、Mn：２mass％以下、Ｐ：0.
1mass ％以下、Ｓ：0.2mass％において含有するものが
好適であり、他の成分として、例えば、Cu、Ni、Cr、M
o、Ｖ、Nb、Ti、Al、ＢあるいはＮを含む場合があって
もかまわない。

【００３５】この発明に従う金属線材は、等軸フェライ
ト結晶粒またはその加工組織を主体とする組織からなる
が、ここに、等軸フェライト結晶粒またはその加工組織
を主体とする組織は、再結晶焼鈍により得られた等軸形
態のフェライト粒またはその加工組織のことであり、か
かる組織は第２相として析出物あるいは50mass％未満の
金属組織 (ベイナイト、パーライト等) が存在する場合
も含むものである。

【００３６】この発明では、基本工程において、複数の
素線を集束する際に、その補助手段としてパイプや箔等
を用いることができ、このような補助手段を用いていも
この発明で所期される効果に何ら影響を受けることがな
い。さらに、素線の一部に異なる組成のものを一部混入
させる場合や粉末等を混入させる場合でも本質的な効果
に影響はない。

【００３７】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
Ｃ含有量を５水準変化させた表３に示すような化学組成
になる線径が１mmの素線を用い、これをそれぞれ30本ず
つ直線状に集束したのち、直径5mm まで伸線加工を行
い、その後の焼鈍処理を経て、さらに直径１mmに伸線す
る工程を基本工程として、表４、表５に示す条件のもと
で加工を行った。

【００３８】なお、焼鈍処理は鋼No２、３については45
0 ℃、鋼No４、５については500 ℃、鋼No６については
550 ℃で再結晶焼鈍を行うことを基本とし、再結晶温度
以下で単に歪み取りを目的とした処理温度400 ℃のＳＲ
焼鈍についても検討した。

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】

【表５】

【００４２】表４におけるプロセスＡＡ、ＡＢ (最終焼
鈍まま) はこの発明に従う適合例であり、プロセスＡＣ
は再結晶焼鈍回数が１回のみでありこの発明の範囲を逸
脱する比較例である。また、プロセスＡＤはこの発明の
条件材であるが、より加工条件がこの発明の望ましい条
件を逸脱している例 (適合例) であり、表５のプロセス
ＡＥは界面接合率が、この発明の望ましい範囲を逸脱す
る例 (適合例) であり、プロセスＡＦは基本工程を１回
とその途中で２回の再結晶焼鈍を施した適合例、プロセ
スＡＧは基本工程を１回と１回の再結晶焼鈍を施した比
較例である。

【００４３】表６に得られた線材の組織特性および材質
の調査結果を示す。なお、表６中、比較例の従来法は、
同一の化学組成になる直径5mm の素線を再加熱した後鉛
パテンティング処理 (パテンティング条件：930 ℃に加
熱後630 ℃の鉛浴に急冷し，その後大気中で放冷) を施
し、直径１mmまで冷間伸線したものであり、比較例の比
較従来法は、かかる従来法で得られた直径１mmの冷間伸
線に対してさらに550 ℃で再結晶焼鈍を施したもの (プ
ロセスＡＢに対する比較例)である。

【００４４】

【表６】

【００４５】表６より明らかなように、この発明に従う
適合例ではいずれの鋼種においても結晶粒の平均粒径が
０．１５μm 以下の微細粒であるとともに、従来例に対
して格段に高い引張強さと可とう性指数を有することが
明らかである。

【００４６】また、再結晶焼鈍回数が１回のみでありこ
の発明の範囲を逸脱するプロセスＡＣでは，いずれも結
晶粒が粗大化し強度が低くなることが明らかである。こ
の発明に従うプロセスＡＤは、より加工条件がこの発明
の望ましい条件を逸脱しているものであるが、引張強さ
および可とう性指数のいずれにおいても従来例に比較し
て十分高い値が得られている。

【００４７】また、プロセスＡＥは、界面接合率がこの
発明の望ましい条件を逸脱しているものではあるもも
の、従来例や従来比較例に比べて可とう性の向上が見ら
れる。

【００４８】

【発明の効果】この発明によれば，強度、可とう性のい
ずれにおいても従来に比べて格段に優れた金属線材を得
ることができ、構造物の軽量化はもとより、安全性の確
保、信頼性向上を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】表２のプロセスNoＡ〜Ｄにおける再結晶粒径を
表示した図である。

【図２】界面接合率と可とう性指数の関係を示したグラ
フである。

【図３】可とう性指数とより周期長さ（×線径）の関係
を示したグラフである。

フロントページの続き (72)発明者 新宮 秀夫 京都府京都市左京区吉田本町 京都大学内 (72)発明者 石原 慶一 京都府京都市左京区吉田本町 京都大学内 Ｆターム(参考） 4E096 EA02 EA12 EA13 EA27 GA03 4K032 AA04 AA16 AA27 AA29 AA31 BA02 CG01 CH04 CM01 5G307 CA07 CB01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄系の素線を複数本集束させて伸線加工を
   施す一連の工程を基本工程として、この基本工程を少な
   くとも一回経ることによって得られる金属線材であっ
   て、 この金属線材は、結晶粒の平均粒径が０．１５μｍ以下
   の等軸フェライト結晶粒またはその加工組織を主体とす
   る組織からなることを特徴とする金属線材。
2. 【請求項２】前記金属線材の径方向断面における最終集
   束処理時の素線外周の全長さに対し、該径方向断面にお
   いて互いに隣接する最終集束処理時の素線がその界面で
   金属接合に達している長さの割合として規定される界面
   接合率が２０％以上（ただし１００％は除く。）であ
   る、請求項１記載の金属線材。
3. 【請求項３】素線は、集束に際してその直径の２０倍を
   上限とするより周期にてらせん状に配列したより加工を
   施したものである、請求項１または２記載の金属線材。
4. 【請求項４】鉄系の素線を複数本集束させて伸線加工を
   施す一連の工程を基本工程とする金属線材の製造におい
   て、 この基本工程を少なくとも一回行うとともに、その基本
   工程の途中で２回以上の再結晶焼鈍を施し、さらに必要
   に応じて、基本工程のうちの最終となる基本工程の伸線
   加工の前段階にて集束させた素線に対し、各素線がその
   長手方向に沿いらせん状の配列となるようにより加工を
   施すことを特徴とする金属線材の製造方法。