JP2003193129A - 伸線加工性に優れる高強度鋼線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｃ量が共析組成の0.8 mass％以上であって
も、パテンティング時に初析セメンタイトが生成するこ
とがないために伸線加工性に優れ、かつパテンティング
後のパーライト相のラメラー間隔が微細になるために伸
線加工性に優れる、鋼線材を、有利に製造するための方
法を提案する。 【解決手段】 Ｃ：0.8 mass％以上1.5 mass％以下、S
i：0.05mass％以上2.00mass％以下、Mn：0.2 mass％以
上1.5 mass％以下、Cr：0.1 mass％以上0.5 mass％未満
およびAl：0.6 mass％以上3.0 mass％以下を含有する鋼
素材に、熱間加工を施して鋼線材を製造するに際し、該
熱間加工の 830℃以上900 ℃以下における総加工率を20
％以上に、かつ熱間加工の終了温度を830 ℃以上に制御
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、ＰＣ鋼線、ＰＣ
鋼より線、ワイヤーロープのワイヤー、ばねおよびスチ
ールコードのフィラメント等の、各種線の製造に用いる
線材、とりわけ冷間伸線加工による加工強化を利用して
高強度鋼線を製造する場合に好適である、伸線加工性に
優れた高強度鋼線材の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高強度鋼線の分野では、共析鋼線材をパ
テンティングにより微細パーライト組織とした後に、そ
の良好な伸線加工性を利用して、強冷間伸線加工を行
い、各種の高強度鋼線を製造する技術が、既に実用化さ
れている。例えば、高強度鋼線を得るためには、Ｃ量を
増加させるのが有効であり、特開平７−179994号公報に
は、過共析の高強度鋼線およびその製造技術が開示され
ている。すなわち、高Ｃ化によりセメンタイト量が増加
し、かつラメラー間隔が微細化されることにより、ある
程度の高強度化が達成されるのである。

【０００３】しかしながら、過共析鋼では、Fe−Ｃ状態
図から明らかなように、パテンティング時に初析セメン
タイトが旧オーステナイト粒界に生成しやすく、それに
より冷間伸線加工性の低下を招きやすく、高強度鋼線を
安定して得るのが困難である。

【０００４】また、高炭素鋼線材のラメラー間隔がさら
に微細化されれば、より高い伸線加工性が得られる結
果、高強度鋼線の製造が可能になるため、従来、種々の
鋼組成や熱処理法等に工夫がなされているが、いずれも
十分とは言えないことから、新しい鋼線材の開発が望ま
れていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、この発明の目
的は、Ｃ量が共析組成の0.8 mass％以上であっても、パ
テンティング時に初析セメンタイトが生成することがな
いために伸線加工性に優れ、かつパテンティング後のパ
ーライト相のラメラー間隔が微細になるために伸線加工
性に優れる、鋼線材を、有利に製造するための方法を提
案することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者らは、まず、Ｃ量
が共析組成の0.8 mass％以上であっても、パテンティン
グ時に初析セメンタイトが生成することがなく、しかも
パテンティング後のパーライト相のラメラー間隔が微細
になる、鋼組成を見出し、この鋼組成を基本として、パ
テンティング後のパーライト組織をさらに微細化する方
法を究明したところ、パテンティング前の鋼組織におけ
るオーステナイト組織の微細化が極めて有効であること
を究明した。

【０００７】すなわち、この発明で見出した鋼組成は、
高温域で（フェライト＋オーステナイト＋セメンタイ
ト）の３相組織が存在することに着目し、この高温度域
で熱間加工を行うことによりパテンティング前組織が微
細化される結果、その後の低温変態組織（パーライト相
など）が微細化されることを新たに知見した。さらに、
このようなパテンティング前組織を有する鋼は、パテン
ティング処理時の加熱段階で逆変態オーステナイト相が
微細化される結果、パテンティング後のパーライト組織
のコロニーサイズが微細化され、冷間伸線加工性を向上
させることも見出した。

【０００８】この発明は、以上の知見に基づくものであ
る。すなわち、この発明の要旨行為は、次のとおりであ
る。 （１）Ｃ：0.8 mass％以上1.5 mass％以下、Si：0.05ma
ss％以上2.00mass％以下、Mn：0.2 mass％以上1.5 mass
％以下、Cr：0.1 mass％以上0.5 mass％未満およびAl：
0.6 mass％以上3.0 mass％以下を含有する鋼素材に、熱
間加工を施して鋼線材を製造するに際し、該熱間加工の
830℃以上900 ℃以下における総加工率を20％以上に、
かつ熱間加工の終了温度を830 ℃以上に制御することを
特徴とする、伸線加工性に優れる高強度鋼線材の製造方
法。

【０００９】（２）上記（１）において、熱間加工の 8
30℃以上900 ℃以下における総加工率を50％以上とする
ことを特徴とする、伸線加工性に優れる高強度鋼線材の
製造方法。

【００１０】（３）上記（１）または（２）において、
熱間加工の 830℃以上900 ℃以下における少なくとも１
パスは、20％／パス以上の加工率で行うことを特徴とす
る、伸線加工性に優れる高強度鋼線材の製造方法。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の方法につい
て、詳しく説明する。まず、この発明の鋼素材の成分組
成について、各成分毎に限定理由を述べる。 Ｃ：0.8 mass％以上1.5 mass％以下 Ｃは、鋼線材の強度を支配する重要な元素であり、Ｃ量
が多いほど高い強度が得られる。そのためには、0.8 ma
ss％以上は必要である。しかし、多すぎると、延性の低
下を招いて伸線加工性を低下するため、含有量は1.5 ma
ss％以下の範囲とする。

【００１２】Si：0.05mass％以上2.00mass％以下 Siは、脱酸に必要な元素であるとともに、固溶強化によ
り鋼線材の高強度化に重要な元素である。そのために
は、0.05mass％以上は必要である。しかし、多すぎる
と、延性の低下を招いて伸線加工性を低下するため、含
有量は2.00mass％以下の範囲とする。

【００１３】Mn：0.2 mass％以上1.5 mass％以下 Mnは、脱酸に必要な元素であるとともに、セメンタイト
の形成を促進することにより高強度化に重要な元素であ
り、そのためには0.2 mass％以上は必要である。しか
し、多すぎると、延性の低下を招いて伸線加工性を低下
するため、含有量は1.5 mass％以下の範囲とする。

【００１４】Cr：0.1 mass％以上0.5 mass％未満 Crは、セメンタイトの形成を著しく促進させることによ
り、パテンティング後のパーライト相のラメラー間隔を
微細化するのに有効である。そのためには、0.1 mass％
以上は必要である。しかし、多すぎるとその効果が飽和
するとともに、延性の低下を招いて伸線加工性を低下す
るため、含有量は0.5 mass％未満の範囲とする。

【００１５】Al：0.6 mass％以上3.0 mass％以下 Alは、パテンティング時の初析セメンタイトの生成を抑
制するため、伸線加工性を劣化させる初析セメンタイト
を生成することなくＣ量の増加を可能とする重要な元素
である。また、この発明の鋼組成では、Alの存在により
高温域で（フェライト＋オーステナイト＋セメンタイ
ト）の３相組織が存在するようになり、該温度域での熱
間加工により組織が微細化され、その後のパテンティン
グ後のパーライトコロニー組織を微細化するため、Alは
伸線加工性の向上に寄与する重要な元素である。そのた
めには、0.6mass ％以上が必要である。しかし、多すぎ
ると延性の低下を招いて伸線加工性を低下するため、含
有量は3.0 mass％以下の範囲とする。

【００１６】上記の成分を含有し、残部が鉄および不可
避的不純物の成分組成になる鋼素材、例えば連続鋳造、
そしてビレット圧延を経て得られたビレットは、熱間加
工によって線材となる。なお、この発明では、上記した
成分組成に加えて、さらに以下に示す成分が添加されて
いても、この発明で所期する効果が発揮されることは言
うまでもない。ここで、鋼線材の化学成分として許容さ
れるのは、Cu：0.02mass％以上1.00mass％以下、Ni：0.
02mass％以上1.00mass％以下、Mo：0.02mass％以上0.30
mass％以下、Ｖ：0.005 mass％以上0.100 mass％以下、
Nb：0.005 mass％以上0.100 mass％以下、Ti：0.005 ma
ss％以上0.100 mass％以下、Ca：0.0005mass％以上0.01
00mass％以下、Mg：0.0005mass％以上0.0100mass％以下
およびREM ：0.0005mass％以上0.0100mass％以下のいず
れか１種または２種以上である。

【００１７】すなわち、Cu、NiおよびMoは、固溶強化に
より鋼線材を高強度化するのに有効な元素であり、また
Ｖ、NbおよびTiは、炭窒化物の形成により鋼線材の高強
度化に寄与する元素であり、そしてCa、MgおよびREM
は、鋼中の微細な酸化物を形成し、オーステナイト粒の
微細化を通じて、パーライト組織を微細化し、伸線加工
性を向上させる効果を有するものである。しかし、いず
れについても、多すぎると、延性の低下を招いて伸線加
工性を低下するため、含有量は、上記の範囲に制御す
る。

【００１８】次に、この熱間加工条件について詳述す
る。さて、この発明に従う鋼において、（オーステナイ
ト＋フェライト＋セメンタイト）の３相組織が存在する
温度域は、おおよそ 830℃〜 900℃の範囲である。この
３相温度域で加工を加えると、混合組織のために組織の
微細化がより促進される。そこで、830 ℃以上 900℃以
下の温度範囲を主な加工温度域とした。すなわち、 830
℃未満ではオーステナイト相が減少し、（フェライト＋
セメンタイト）の２相域になるため、この温度域での加
工では所期した効果が得られないのみならず、変形抵抗
が高くなり圧延の負荷が大きくなるため、少なくとも熱
間加工の終了温度を 830℃以上とする必要がある。

【００１９】次に、上記の温度域 830℃〜 900℃におけ
る加工率について述べる。まず、オーステナイト粒の微
細化を達成するためには、 830℃〜 900℃の範囲での総
加工率を20％以上、より好ましくは50％以上とすること
が肝要である。すなわち、該温度域での総加工率が20％
未満では、熱間加工による再結晶、析出およびセメンタ
イトの分断等が十分に行われないため、組織の微細化が
不十分となる。

【００２０】さらに、 830℃〜 900℃の範囲での加工に
おいて、少なくとも１パスは20％／パス以上の加工率で
行うことが好ましい。すなわち、例えばビレットを線材
に加工するには、通常複数パスの圧延が行われるが、こ
の複数パスのうち少なくとも１パスは20％／パス以上の
加工率で行うことによって、上記したオーステナイト粒
の微細化をより促進することができる。

【００２１】

【実施例】転炉で溶製してからRH脱ガス処理を施した
後、連続鋳造、そしてビレット圧延により、表１に示す
化学成分を含有する鋼ビレットを製造し、該ビレットを
1100℃に加熱後、表１に示す条件の下に、5.5 mmφの鋼
線材に圧延した。次いで、鋼線材を950 ℃に加熱後、65
0 ℃の鉛浴にてパテンティングを行った後に、鋼線材の
引張強さ、パーライト相の平均ラメラー間隔および平均
コロニー粒径を求めた。さらに、このパテンティング後
の鋼線材に、減面率12％／パスの連続伸線加工を行い、
断線が生じるまでの伸線限界加工率を求めた。以上の各
測定結果を、表１に併記する。

【００２２】なお、表１において、鋼Ａ〜Ｅはいずれ
も、この発明の鋼組成を満足するもの、また鋼ＦはAl量
がこの発明の鋼組成の下限を逸脱した比較鋼である。ま
た、 No.１〜５，８，９，11，12は、いずれも熱間加工
条件がこの発明の範囲内にあるもの、また No.６，７，
10はいずれも熱間加工条件がこの発明の範囲を逸脱した
比較例である。

【００２３】

【表１】

【００２４】まず、この発明の組成および熱間加工条件
を満足したものは、いずれも初析セメンタイトが認めら
れず、ラメラー間隔およびコロニーサイズともに微細化
され、その結果、強度並びに伸線加工限界がともに良好
になることが明らかである。さらに、 No.２〜５の比較
から、総圧下率が50％以上のもの、さらに総圧下率が50
％以上かつ少なくとも１パスを20％／パス以上とした加
工を経たものは、さらにパーライト相のコロニーが微細
化され、伸線限界加工率が向上することが明らかであ
る。

【００２５】No.２，4 と６，７との比較、また No.９
と10との比較により、この発明の熱間加工条件を逸脱す
ると、パーライトのコロニーサイズが大きくなり、伸線
加工限界の低下を招くことが明らかである。また，No.1
2 に示すように、この発明の熱間加工条件を満足してい
ても、この発明の鋼組成の範囲を逸脱した鋼では、その
効果が得られないことも明らかである。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、冷間伸線性に優れた
高強度鋼線材の製造が可能であり、この鋼線材を用いた
高加工により優れた特質の鋼線を得ることができ、この
鋼線を各種構造物に適用すれば、その軽量化並びに信頼
性の向上に大きく貢献する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K032 AA01 AA06 AA07 AA11 AA16 AA31 AA32 BA02 CA01 CA02 CB01 CB02 CC03 CC04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ：0.8 mass％以上1.5 mass％以下、 Si：0.05mass％以上2.00mass％以下、 Mn：0.2 mass％以上1.5 mass％以下、 Cr：0.1 mass％以上0.5 mass％未満および Al：0.6 mass％以上3.0 mass％以下 を含有する鋼素材に、熱間加工を施して鋼線材を製造す
   るに際し、該熱間加工の830℃以上900 ℃以下における
   総加工率を20％以上に、かつ熱間加工の終了温度を830
   ℃以上に制御することを特徴とする、伸線加工性に優れ
   る高強度鋼線材の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、熱間加工の 830℃以
   上900 ℃以下における総加工率を50％以上とすることを
   特徴とする、伸線加工性に優れる高強度鋼線材の製造方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、熱間加工の
   830℃以上900 ℃以下における少なくとも１パスは、20
   ％／パス以上の加工率で行うことを特徴とする、伸線加
   工性に優れる高強度鋼線材の製造方法。