JP2003301239A - 陸上光ファイバーケーブル補強用異形線 - Google Patents
陸上光ファイバーケーブル補強用異形線Info
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Abstract
を用いて、強度の高い陸上光ファイバーケーブル補強用
略扇形異形線を提供する。 【解決手段】 質量%で、C:0.40〜1.1%、S
i:0.15〜1.5%、Mn:0.20〜1.5%を
含有し、更にCr、Mo、V、Al、Ti、Nb、Bの
1種または2種以上を合計で0.0005〜0.5%含
有し、Ceq=C+1/4Si+1/5Mn+4/13
Crが、0.80%≦Ceq≦1.80%を満足し、フ
ェライト・パーライト組織あるいはパーライト組織を有
し、引張り強さが、1800MPa 以上で、断面積が略扇
形をなす異形線で、この異形線を複数本合わせて光ファ
イバーを収容する円形中空断面を構成することを特徴と
する陸上光ファイバーケーブル補強用異形線。
Description
ケーブル補強用異形線に関するものである。
ル用に光ファイバーが急速に普及してきている。光ファ
イバーケーブルの構造としては、例えば特開平5−60
956公報、特開平6−69915公報、特開平7−4
9439公報、特開平11−23923公報、特願20
00−310728公報に記載された構造のものがあ
る。
の例を示しているが、基本的にはケーブル芯部にテンシ
ョン部材を配置し、その周囲に光ファイバーユニットを
配置し、その外周に光ファイバーユニットを内包した補
強管を配し、その外周にラッピング、シース補強層、シ
ースを設ける構造としている。
に、吊線支点間隔、電柱間隔の関係上、ケーブルの重量
を増加させる事は出来ないため、光ファイバーの補強管
を強化する事にも限界がある。そのため、耐久性を向上
される目的で、例えば、特開平5−60956公報に記
載されているようにケーブル外周部にセラミックパウダ
ーを充填する。または、特開平6−69915公報に記
載されているように吸水テープを複数層巻き付けるなど
の工夫が必要となり、コストアップの原因となってい
る。
ブル構造として、図2に示すような特公平7−6514
2公報に記載されている海底光ファイバーケーブル補強
用異形線が提案されており、Ceq=C+(Mn+C
r)/5≧0.57%に規制した鋼線より製造される引
張り強さ1226MPa 以上の扇形断面の異形線がある。
しかし、達成されている引張り強さの最大値は1520
MPa レベルであり、ピアノ線の引張り強さである180
0〜2000MPa に比べて低いのが実状である。
アップ、敷設性の改善目的での軽量化要求が市場で高ま
っているが、電送容量をアップの目的で扇型異形線の内
径を大きくする事により断面を薄肉化し、光ファイバー
本数を増加させようとしてもテンション部材としての強
度確保の観点から薄肉化にも限界があり、扇形断面の異
形線を使用する方式では、年々増加する電送容量のアッ
プの市場ニーズに対応できなくなりつつある。
ニーズが高まっているが、従来強度の扇形の異形線では
軽量化目的で薄肉化しようとしても補強層の強度確保の
観点から十分な薄肉化を行う事ができないために年々増
加するケーブル軽量化の市場ニーズに対応するにも限界
がある。
に優れた長尺高張力鋼線用の線材を用いて、強度の高い
陸上光ファイバーケーブル補強用異形線を提供するもの
である。
するためになされたもので、その要旨は次のとおりであ
る。
%、Si:0.15〜1.5%、Mn:0.20〜1.
5%を含有し、更にCr:1.2%以下かつ(Mn+C
r):0.2〜1.5%、Mo:0.01〜0.1%、
V:0.01〜0.1%、Al:0.002〜0.1
%、Ti:0.002〜0.1%、Nb:0.001〜
0.3%、B:0.0005〜0.1%の1種または2
種以上を合計で(0.0005〜0.5%)含有し、残
部:Fe及び不可避的不純物からなり、更にCeq=C
+1/4Si+1/5Mn+4/13Crが、0.80
%≦Ceq≦1.80%を満足し、フェライト・パーラ
イト組織あるいはパーライト組織であって、かつL断面
中心軸線上を横切るせん断帯(圧延方向に対して傾斜を
有するShear band)の数が中心軸の単位長さ
当たり20本/mm以下であり、かつ、前記中心軸とせん
断帯のなす角度が10〜90度の範囲内にあり、引張り
強さが、1800MPa 以上で、断面積が略扇形をなし、
該略扇形が複数本合わさり光ファイバーを収容する円形
中空断面を構成することを特徴とする陸上光ファイバー
ケーブル補強用異形線。
%、Si:0.50〜1.5%、Mn:0.20〜1.
5%を含有し、更にCr:1.2%以下かつ(Mn+C
r):0.2〜1.5%、Mo:0.01〜0.1%、
V:0.01〜0.1%、Al:0.002〜0.1
%、Ti:0.002〜0.1%、Nb:0.001〜
0.3%、B:0.0005〜0.1%の1種または2
種以上を合計で(0.0005〜0.5%)含有し、残
部:Fe及び不可避的不純物からなり、更にCeq=C
+1/4Si+1/5Mn+4/13Crが、0.80
%≦Ceq≦1.80%を満足し、フェライト・パーラ
イト組織あるいはパーライト組織であって、かつ、パー
ライト組織のセメンタイトとフェライト界面からフェラ
イト相側の30nmの範囲で、セメンタイト/フェライト
界面のSi最大偏析度(セメンタイトとフェライト界面
からフェライト相側に30nmの範囲での最大Si濃度÷
バルクのSi含有量)≧1.1を満足するようにSi偏
析しており、L断面中心軸線上を横切るせん断帯(圧延
方向に対して傾斜を有するShear band)の数
が中心軸の単位長さ当たり20本/mm以下であり、か
つ、前記中心軸とせん断帯のなす角度が10〜90度の
範囲内にあり、引張り強さが、1800MPa 以上で、断
面積が略扇形をなし、該略扇形が複数本合わさり光ファ
イバーを収容する円形中空断面を構成することを特徴と
する陸上光ファイバーケーブル補強用異形線。
する。
イバーケーブルの保護パイプを薄肉化するためには、該
略扇形の異形線の引張り強さを1800MPa 以上にする
必要がある。
強さと冷間加工量により決まるが、扇形異形線を製造す
る際の最大の課題は加工中に発生する断線であり、断線
無く高強度化を図る事が本発明のポイントである。本発
明者らの検討によれば、例えば、図3に示した陸上光フ
ァイバーケーブルのための補強用の略扇形異形線20〜
25を加工中の断線無く製造するためには、圧延方向に
対して傾きを有するせん断帯を制御する事が重要である
ことが判明した。そのためには、例えば、略扇形の異形
線の引張り強さが1800MPa では総減面率を85%以
下、2000MPa では80%以下に抑える事が有効であ
る。これらの条件を満たすためには、略扇形異形線の引
張り強さ1800MPa では線材の引張り強さを1100
MPa 以上、2000MPa では1200MPa 以上は必要で
ある。
の断線は、冷間加工中の発熱によるセメンタイト分解に
起因する鋼材中に固溶したフリーな炭素と鋼材中に固溶
したフリーな窒素に起因する歪時効が進行し、発生する
ことを見出した。そのため、加工発熱によるセメンタイ
ト分解を抑制するために有効な添加合金とその最適添加
量を検討した結果、フェライト中のセメンタイト/フェ
ライト界面に存在するSi量を調整する事が有効であ
り、合わせてCr,Mo,V,Ti,Nbの炭化物形成
する合金元素を補助的に添加する事により更に冷間加工
中のセメンタイトの分解が抑制されることを見出した。
に、不可避的固溶した窒素はMo,Al,Ti,Nb,
V,Bの窒化物により固定する事により窒素起因の歪時
効を抑制する事が有効であることを見出した。
て略扇形異形線を製造する場合は、強度、靱性に優れて
いる事が求められている。高強度化目的で添加するC,
Si,Mn,Crは、添加量が増加するに冷間加工性が
悪化する組織になる傾向があるため、高強度化と冷間加
工性をバランスさせた最適な範囲に規定することが望ま
しい。
な冷間加工性の全てを満足するために、成分元素の範囲
を規定している。以下に成分範囲の限定理由を説明す
る。
100MPa 以上を確保できない。一方、1.1%超で
は、連続鋳造工程での偏析が大きくなり、圧延線材内に
冷間加工性を著しく劣化させるミクロマルテンサイト、
初析セメンタイトが発生する事になるので、C含有量は
0.65%超〜1.1%とする。
化する効果がある。0.15%以下ではその効果を得ら
れない。また、1.5%超では靱性を劣化させるので
0.15%〜1.5%とする。
には、前述したように冷間加工中のC起因の歪時効を抑
制するためには、冷間加工中のセメンタイトの分解、C
のフェライトへの固溶を抑制する必要があるが、そのた
めには、Siの含有量を0.5%〜1.5%とし、パー
ライト組織のセメンタイトとフェライト界面からフェラ
イト相側の30nmの範囲で、セメンタイト/フェライト
界面のSi最大偏析度(セメンタイトとフェライト界面
からフェライト相側に30nmの範囲での最大Si濃度÷
バルクのSi含有量)≧1.1を満足するようにSiが
存在するように制御する必要がある。図4に、扇形異形
線のSiの含有量とSiのフェライト相への存在状況の
扇形異形線の加工性に及ぼす影響を示した。本発明の範
囲内であれば、加工中の断線は発生しない。尚、セメン
タイト/フェライト界面のSi偏析度の分布状況は、例
えば、図5に示すようにAP−FIMなどにより測定
し、求めることが可能である。
率良く偏析させるためには、例えば、伸線加工性を劣化
させる粗いパーライトが析出しない程度にパーライト変
態高温化、終了までの時間を長時間化し、セメンタイト
析出時にフェライト相側に排出されるSi量を出来る限
り多くする事が有効である。そのためには、線材圧延後
の衝風冷却の冷速を1〜10℃/秒以下にすることなど
が有効である。
として固定し線材圧延中の熱間脆性を抑制する元素であ
り、可能な範囲で添加することが望ましい。Mn0.2
%未満ではSを硫化物として固定することが出来ず、ま
た、線材の引張り強さで1100MPa 以上が確保出来な
い。一方、1.5%超では線材の焼き入れ性が高くなり
すぎて、ミクロマルテンサイトが発生し、加工性を著し
く劣化させることがあるので、0.2%〜1.5%の範
囲に限定した。
Mnの一部と置換し、添加することが出来る。また、パ
ーライトを微細に線材の強度を上げる事に加えて前述し
たように、炭化物を形成し、セメンタイトの安定性を促
進する元素である。Crが1.2%を超えて、しかもM
nとCrの合計量が1.5%を越えるとミクロマルテン
サイトが発生するのでCr:1.2%以下、かつ(Cr
+Mn):0.2〜1.5%の範囲に限定した。
もγ粒度の調整することに加えて、前述したように炭化
物、窒化物を形成し、セメンタイトの安定性及び固溶窒
素の固定を促進する元素である。Mo:0.01未満、
Al:0.002%未満、V:0.01%未満、Ti:
0.002%未満、Nb:0.001未満、V:0.0
01%未満、B:0.0005%未満で1種または2種
以上を合計で0.0005%未満ではその効果が得られ
ない。Mo:0.1%超、Al:0.1%超、V:0.
1%超、Ti:0.1%超、Nb:0.3%超、V:
0.3%超、B:0.1%超では1種または2種以上を
合計で0.5%超ではその効果が飽和する上に靱性が劣
化するためにMo:0.01〜0.1%、V:0.01
〜0.1%、Al:0.002〜0.1%、Ti:0.
002〜0.1%、Nb:0.001〜0.3%、B:
0.0005〜0.1%の1種または2種以上を合計で
(0.0005〜0.5%)に限定した。
ら0.03%以下が望ましい。Nは時効抑制の観点から
0.01%以下に抑えることが望ましい。
i+1/5Mn+4/13Crと線材のオーステナイト
域からの冷速によって確定される。Ceqが高い程、冷
速が高いほど線材の強度は増加するが、本発明者らの検
討によるとCeqが0.80%以上でなければ1100
MPa 以上の強度を有する線材は得られないことが判明し
たので異形線の引張り強さが1800MPa 以上では0.
80%以上に限定した。これより低いCeqでは、線材
の強度を確保するために、線材の冷却速度を極めて高速
に上げる必要が発生し、冷間加工性に有害なベーナイ
ト、マルテンサイトの析出を回避できないためである。
焼き入れ性が上がり、線材の冷速を調整しても冷間加工
性に有害なベーナイト、マルテンサイトが析出し、加工
性を著しく劣化させることがあるので、1.80%を上
限とした。
軸方向に揃った繊維集合組織が発達するが、扇形異形線
を製造する際には、一般的には、略扇形状カリバーを有
するローラーにて冷間圧延を行ったために、図6
(a),(b)に示すように軸方向平行に揃った組織に
加えて圧延方向に対して傾きを有するせん断帯28が形
成される。せん断帯28のパーライトラメラー間隔は、
圧延方向に揃ったパーライトのラメラー間隔より極めて
微細であり、加工歪が局部的に集中していることを示し
ている。そのため、せん断帯28の延性は周囲に比較し
て低く、最悪の場合、図7(a),(b)に示すように
加工中にせん断帯を起点に断線31が発生し、また、略
扇形異形線自体の延性低下の原因ともなるので、その存
在を極力少なくする必要があるともに、不可避的に存在
する場合もせん断28と中心軸29のなす角度30が極
端に低角度にならないようにすることが重要である。低
角度であることは、ローラー圧延中の略扇形の外径側と
内径側の変形状況が大きく異なり、よりせん断帯に歪が
集中することになり、延性が低下していることを意味し
ている。図8に示すように、略扇形異形線のL断面中心
軸線29上を横切るせん断帯28の数が中心軸の単位長
さ当たり20本/mm以下、かつ、中心軸とせん断帯のな
す角度30が10〜90度の範囲内とすることにより加
工中の断線を抑制できる。
しては、例えば、前述したように、略扇形異形線の強度
が上がるに従い、総減面率を小さくすることにより達成
できる。しかし、従来実用化されている線径5.0mmの
線材では、冷間加工時の減面率を小さくすることに限界
がある。線径5.0mm未満、例えば4.5mm,4.0m
m,3.0mmなどの線材を冷間加工し、略扇形異形線を
製造することにより減面率は低減可能となる。また、線
径5.0mm以下とする事により線材圧延中の加工量が増
加する効果によりγ粒径が微細となりγ粒度番号で8番
以上に微細化する事が可能となり、単に総減面率を低減
する以上の延性改善効果が発揮される。更に、前述した
ようにSiの添加量を調整し、伸線加工中の歪時効抑制
も効果的である。
度30を抑制するためには、略扇形の外径側と内径側の
相対速度が大きく異ならないように上下の圧延ローラー
の形状を調整することも有効である。なお、図8の場
合、せん断帯の角度は本発明の範囲を満足するが、せん
断帯本数が単位長さ当たり24.3本/mmあり、本発明
の範囲を越えるために断線が発生した。
を6分割した略扇形の形状をしめしているが、4分割に
限定しているものではなく、その用途、使用条件により
複数本の分割扇形とすることが出来る。尚、工業的見地
から2〜10本程度扇形が望ましい。陸上用の光ファイ
バーケーブルではチューブに大きな耐圧性は要求されな
いが、ケーブルに柔軟性が要求されるため3分割より多
く分割したチューブ、例えば、4〜6分割程度に分割し
た扇形異形線が有効である。
用異形線は、例えば、0.82%C−1.0%Si−
0.50%Mn−0.0045%Al(Ceq=1.2
3)を含有する単重2tのビレットを1050度に加熱
後に線径4.5mmに圧延し、7℃/秒程度の衝風冷却に
より引張り強さ1300MPa に調整した単重2tの線材
コイルを製造する。その後、スケールを除去後に燐酸亜
鉛被膜処理し、3.0mmまでダイス伸線とし、ローラー
の冷間圧延で厚さ1.8mm厚の断面矩形状線材とする。
ついで略扇形にするために略扇形状カリバーを有するロ
ーラーにて冷間圧延を行い、図4の陸上光ファイバーケ
ーブルに示すような外径b:5.2mm、内径a:2.5
5mm、厚みt:1.325mm、引張り強さ1820MPa
の異形線18〜20を得ることが出来る。その略扇形異
形線のL断面ミクロ組織にはせん断帯は存在しない。
に線材の組成、Ceq,TS、線材を略扇形異形線に加
工した時に加工性、異形線の強度、保護層を形成する異
形線の数などを示した。
は比較例である。本発明であれば、線材の良好な加工性
が確保され、2000MPa 級を超える略扇形異形線が製
造可能である。
が、本発明の範囲を低め目に外れるため、断線を抑制す
るために総減面率85%以下製造しようとした場合、1
800MPa 以上の略扇形異形線の強度を確保する事が出
来ない。
明の範囲を高め目に外れる場合、加工性が著しく劣化
し、略扇形異形線を安定的に製造出来ない。
発明の範囲を高め目に外れる場合、加工性が著しく劣化
し、略扇形異形線を安定的に製造出来ない。
Cr)が本発明の範囲を高め目に外れる場合、加工性が
著しく劣化し、略扇形異形線を安定的に製造出来ない。
Ceqがあっても、Al,Ti,Mo,V,Nb,Bの
総量が高めに外れれば、加工性が著しく劣化し、略扇形
異形線を安定的に製造出来ない。
が本発明の範囲内に外れれば、高強度略扇形異形線は安
定的に製造出来ない。
形線内のせん断帯の数が、本発明の範囲を多めに外れる
場合、比較例38に示すように、せん断帯角度が本発明
の範囲を低めに外れる場合、比較例39に示すように、
略扇形異形線内のせん断帯の数が、せん断帯角度が本発
明の範囲を両方外れる場合、加工中に断線が多発し、略
扇形異形線を安定的に製造出来ない。
が本発明の範囲内にあっても、ミクロ組織としてせん断
帯の数、角度が本発明の範囲から外れれば、高強度略扇
形異形線は安定的に製造出来ない。
イト/フェライト界面のSi偏析度が、本発明の範囲を
多めに外れる場合、伸線中の時効が進行し、加工性が著
しく劣化し、略扇形異形線を安定的に製造出来ない。
発明の略扇形異形線は、非常に高い強度が確保できるた
め、陸上用光ファイバーケーブルの軽量化、耐久性向上
に多大な効果を発揮するために、その工業的効果は大き
い。
る。
圧層を形成した海底ケーブルの斜視図であり、(b)は
その断面図である。
形成した陸上ケーブルの断面図である。
量とSiのフェライト相への存在状況の略扇形異形線の
加工性に及ぼす影響を示した図である。
n−0.0042%Al成分系略扇形異形線のパーライ
ト組織中のSi分布状況をAP−FIMにより測定した
例を示す図である。
示す写真である。
例を示す写真である。
断帯の数、角度の扇形異形線の断線に及ぼす影響を示す
図である。
度 31…略扇形異形線の断線部
Claims (2)
- 【請求項1】 質量%で、C:0.65%超〜1.1
%、Si:0.15〜1.5%、Mn:0.20〜1.
5%を含有し、更にCr:1.2%以下かつ(Mn+C
r):0.2〜1.5%、Mo:0.01〜0.1%、
V:0.01〜0.1%、Al:0.002〜0.1
%、Ti:0.002〜0.1%、Nb:0.001〜
0.3%、B:0.0005〜0.1%の1種または2
種以上を合計で(0.0005〜0.5%)含有し、残
部:Fe及び不可避的不純物からなり、更にCeq=C
+1/4Si+1/5Mn+4/13Crが、0.80
%≦Ceq≦1.80%を満足し、フェライト・パーラ
イト組織、あるいはパーライト組織であって、かつL断
面中心軸線上を横切るせん断帯(圧延方向に対して傾斜
を有するShear band)の数が中心軸の単位長
さ当たり20本/mm以下であり、かつ、前記中心軸とせ
ん断帯のなす角度が10〜90度の範囲内にあり、引張
り強さが、1800MPa 以上で、断面積が略扇形をな
し、該略扇形が複数本合わさり光ファイバーを収容する
円形中空断面を構成することを特徴とする陸上光ファイ
バーケーブル補強用異形線。 - 【請求項2】 質量%で、C:0.65%超〜1.1
%、Si:0.50〜1.5%、Mn:0.20〜1.
5%を含有し、更にCr:1.2%以下かつ(Mn+C
r):0.2〜1.5%、Mo:0.01〜0.1%、
V:0.01〜0.1%、Al:0.002〜0.1
%、Ti:0.002〜0.1%、Nb:0.001〜
0.3%、B:0.0005〜0.1%の1種または2
種以上を合計で(0.0005〜0.5%)含有し、残
部:Fe及び不可避的不純物からなり、更にCeq=C
+1/4Si+1/5Mn+4/13Crが、0.80
%≦Ceq≦1.80%を満足し、フェライト・パーラ
イト組織、あるいはパーライト組織であって、かつ、パ
ーライト組織のセメンタイトとフェライト界面からフェ
ライト相側の30nmの範囲で、セメンタイト/フェライ
ト界面のSi最大偏析度(セメンタイトとフェライト界
面からフェライト相側に30nmの範囲での最大Si濃度
÷バルクのSi含有量)≧1.1を満足するようにSi
偏析しており、L断面中心軸線上を横切るせん断帯(圧
延方向に対して傾斜を有するShearband)の数
が中心軸の単位長さ当たり20本/mm以下であり、か
つ、前記中心軸とせん断帯のなす角度が10〜90度の
範囲内にあり、引張り強さが、1800MPa 以上で、断
面積が略扇形をなし、該略扇形が複数本合わさり光ファ
イバーを収容する円形中空断面を構成することを特徴と
する陸上光ファイバーケーブル補強用異形線。
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