JP2004162111A - 冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼およびこれを用いて得られる高強度鋼線材並びにこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】規定の成分組成を満たす高強度鋼線材用鋼を製造するに際し、
二次精錬後に使用する取鍋の内壁材としてアルミナ系のものを用い、鋼中C量:[C](質量%)に応じ、以下の条件で操業する。
▲1▼0.7%≦[C]<0.8%の場合は、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を7.5kg/t以下とし、
▲2▼0.8%≦[C]<0.9%の場合は、
前回受鋼鋼種が[Al]≦0.015%である取鍋を使用し、かつ、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を1.5kg/t以下とし、
▲3▼0.9%≦[C]≦1.0%の場合は、
受鋼初回の取鍋または前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用し、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を1.5kg/t以下とし、かつ、
二次精錬後のスラグ塩基度を1〜2とする。
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間加工性に優れた高強度鋼線材と該鋼線材を得るための高強度鋼線材用鋼、およびこれらの製造方法に関するものであって、特に、自動車用タイヤ等に用いられる耐疲労特性に優れたスチールコード等の高強度極細鋼線(以下、冷間伸線前の線状鋼を「鋼線材」といい、冷間伸線後の線状鋼を「鋼線」という)を得るべく冷間伸線を行う際に、冷間伸線性が良好で断線の生じにくい高強度鋼線材とこの様な鋼線材を得るための高強度鋼線材用鋼、およびこれらを製造するのに有用な方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば自動車用タイヤコードとして使用される高強度極細鋼線は、鋼線材を最終的に0.5mm程度の極細径にまで伸線して得られるが、冷間伸線に用いる鋼線材中にアルミナ(Al2O3)やスピネル(MgO・Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、ジルコン(ZrO2・SiO2)、シリカ(SiO2)等といった非金属介在物(以下、単に「介在物」ということがある)が存在すると、これらを起点として冷間伸線中に断線するといった問題がある。
【0003】
この様な介在物を起点とした冷間伸線時の断線を防止すべく、介在物の組成や鋼材断面に現れる割合を規定することが提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2や特許文献3)。
【0004】
そしてこの様な規定を達成するため、製造過程で生成ないし混入し得る硬質介在物を極力排除したり、硬質介在物を軟質化させて割れの起点とならないよう介在物を無害化することが行われている。
【0005】
介在物の軟質化を図る具体的な方法としては、例えば、精錬時にスラグの組成をコントロールしたり、CaまたはMg等を溶鋼に添加して脱酸過程で生ずる介在物を融点の低いものに変化させ、冷間伸線時に延伸し易くしたり微細化し易いものに改質する方法が提案されている。
【0006】
ところでこれらの方法では、介在物の評価を、鋼断面に現れる介在物の組成や個数で行っている。鋼中に数多く存在する軟質介在物を評価する場合、ある程度の鋼断面を観察すれば鋼全体の平均的なデータとみなすことができる。しかし、取鍋内壁を構成する耐火物等から不可避的に混入するアルミナやスピネル等の硬質介在物は、鋼中に僅かしか存在せず断面観察ではほとんど観察されないため、断面観察の結果を、鋼全体の介在物組成を示すデータとみなすことはできない。
【0007】
そこで、一定量の鋼材を酸溶解して不溶性のアルミナを抽出し、鋼材50g中のアルミナ個数によって冷間加工性を評価することが提案されている(例えば、特許文献4)。
【0008】
しかし上記スチールコード等に適用するため、冷間伸線工程で最終線径が約0.2mm以下といった極細径にまで強加工を施す場合、アルミナやスピネル等の硬質なアルミナ系介在物のみを低減しただけでは、断線頻度はほとんど減少せず冷間伸線性を十分に改善することができない。
【0009】
【特許文献1】
特公平6−74484号公報
【特許文献2】
特公平6−74485号公報
【特許文献3】
特開昭62−99437号公報
【特許文献4】
特開平9−125200号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、特に冷間伸線時の断線原因となり易い介在物の生成を抑制し、冷間伸線性の改善された高強度鋼線材とこの様な鋼線材を得るための高強度鋼線材用鋼、および該鋼と鋼線材を得るのに有用な製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼の製造方法は、質量%で(以下、化学成分について同じ)、
C :0.7〜1.0%、
Si:0.1〜0.4%、
Mn:0.2〜0.6%、
Al:0.003%以下(0%を含む)
を満たす高強度鋼線材用鋼を製造するに際し、
二次精錬に使用する取鍋の内張材としてアルミナ系のもの(アルミナが約90質量%以上のもの)を用い、前記鋼の炭素含有量:[C](質量%)に応じて、以下の条件で操業するところに特徴を有する。
【0012】
▲1▼0.7%≦[C]<0.8%の場合は、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を7.5kg/t以下とし、
▲2▼0.8%≦[C]<0.9%の場合は、
前回受鋼鋼種がAl含有量:0.015%以下である取鍋を使用し、
かつ、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を1.5kg/t以下とし、
▲3▼0.9%≦[C]≦1.0%の場合は、
受鋼初回の取鍋または前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用し、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を1.5kg/t以下とし、かつ、
二次精錬後のスラグ塩基度を1〜2とする。
【0013】
尚、上記二次精錬とは、予め粗精錬された溶鋼を別の簡便な精錬装置(例えば取鍋)に導き、該精錬装置で脱酸等の精錬を行い、より清浄度を高める工程をいう。
【0014】
本発明は、このようにして製造される鋼を線状に加工して得られる点に特徴がある冷間伸線性に優れた高強度鋼線材の製造方法も規定するものである。
【0015】
また、本発明の高強度鋼線材用鋼は、
C:0.7〜1.0%、
Si:0.1〜0.4%、
Mn:0.2〜0.6%、
Al:0.003%以下(0%を含む)を満たす鋼であって、
酸溶解して抽出される介在物のうち、電子線マイクロアナライザー(EPMA:electron probe microanalyzer)によって検出される、介在物組成が下記(a)〜(c)のいずれかである長径20μm以上の介在物の、当該鋼50g当たりの合計個数(X)が下記式(1)を満たすところに特徴を有する。
(a)ZrO2:70質量%以上、
(b)ZrO2:50質量%以上かつSiO2:20質量%以上、
(c)Al2O3:70質量%以上。
【0016】
X≦0.21×[C]−1.34 …(1)
{式中、Xは、介在物組成が上記(a)〜(c)のいずれかである長径20μm以上の介在物の、鋼50g当たりの合計個数を示し、[C]は鋼中C量(質量%)を示す}
上記鋼は、更に他の元素として、Ni:0.01〜1.0%を含有していてもよく、また、Cu:0.01〜1.0%および/またはCr:0.01〜1.5%を含有するものであってもよい。
【0017】
本発明には、上記高強度鋼線材用鋼を用いて得られる冷間伸線性に優れた高強度鋼線材も含まれる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、前述した様な状況の下、強度の冷間伸線加工を施した場合でも断線の生じにくい鋼線材を得るため様々な角度から検討を行った。
【0019】
まず本発明者らは、冷間伸線時に破断した多数の鋼線材を回収し、その断線破面に現れた個々の非金属介在物の組成等を調べた。表1および表2に、断線破面に現れた介在物の組成、該介在物の長径、および該介在物の種類(分類)を示す。また、表1および表2に示す断線破面に現れた介在物を分類した円グラフを図1に示す。
【0020】
尚、表1および表2に示す通り、冷間伸線時の破断で生じた破断面に、20μm未満の介在物を起点とする亀裂等は見られなかったので、本発明では、長径が20μm以上の介在物を制御することとした。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
表1、表2および図1から、断線破面に現れた介在物には、アルミナやスピネルといった硬質のアルミナ系介在物(以下、アルミナやスピネルを単に「アルミナ系介在物」と総称することがある)の他、ジルコニアやジルコン等のジルコニア系介在物(以下、ジルコニアやジルコンを「ジルコニア系介在物」と総称することがある)も含まれており、図1から、断線破面に現れる介在物はアルミナ系介在物とジルコニア系介在物とで95個数%以上占めていることがわかる。
【0024】
即ち、冷間伸線時の断線を極力低減するには、アルミナ系介在物のみを抑制したのでは不十分であり、断線頻度のより小さい冷間伸線性に優れた高強度鋼線材を得るには、アルミナ系介在物とともにジルコニア系介在物も抑制しなければならないのである。
【0025】
また、表1および表2に示す介在物組成を詳細に解析すると、
(a)破断面に現れた介在物がジルコニア(ZrO2)である場合は、該ZrO2が70質量%以上を占めており、
(b)破断面に現れた介在物がジルコン(ZrO2・SiO2)である場合には、ZrO2:50質量%以上かつSiO2:20質量%以上を占めており、
(c)破断面に現れた介在物がアルミナ系介在物(Al2O3、スピネル)である場合には、Al2O3が70質量%以上を占めていることがわかる。
【0026】
従って、鋼線材の冷間伸線性を向上させる手段としては、例えば、長径20μm以上の介在物組成をZrO2:70質量%未満としたりすること等が考えられる。しかし、これらの組成を有する介在物は、耐火物や取鍋に付着したスラグに起因するところが大きく、実用的規模で実施する際に精錬条件等を変更したとしても、介在物組成を変えることは極めて困難である。
【0027】
そこで本発明者らは、鋼中に存在する長径20μm以上の介在物の組成が上記(a)〜(c)のいずれかに該当する場合であっても、冷間伸線性に優れた高強度鋼線材および該鋼線材の製造に用いる鋼を得るべく様々な方法について検討した。
【0028】
その結果、追って詳述する本発明の方法を採用し、長径20μm以上の上記組成の介在物の個数を下記の通り制御すればよいことを見出した。
【0029】
X≦0.21×[C]−1.34 …(1)
{式中、Xは、介在物組成が上記(a)〜(c)のいずれかである長径20μm以上の介在物の、鋼50g当たりの合計個数を示し、[C]は鋼中C量(質量%)を示す}
この様に介在物個数を制御する理由について以下に説明する。
【0030】
まず、C量が約0.7%、約0.8%、約1.0%の鋼線材に冷間伸線を施して、断線指数と長径20μm以上のアルミナ、スピネル、ジルコニアおよびジルコンの合計個数との関係を調べた。図2に、上記断線指数と上記介在物合計個数との関係をC量別に示す。図2には、断線指数の許容上限値が20(冷間伸線性を高レベルに維持できる状態)であることを併せて示している。
【0031】
尚、上記「断線指数」とは、以下の加工を行ったときの鋼線材10トン当たりの湿式伸線の断線回数をいう。
【0032】
熱間圧延後の鋼線材(直径:5.5mm)を用い、1次伸線(直径2.5mmまで伸線)→ 熱処理(空気パテンティング処理)→ 二次伸線(直径0.8mmまで伸線)→ 熱処理(鉛パテンティング処理)およびブラスメッキ処理 → 湿式伸線(直径0.15mmまで伸線)。
【0033】
図2より、断線指数を許容上限値以下とするには、C量に応じて介在物個数の許容量上限を把握する必要があり、例えば、C量が約0.7%の場合には、上記介在物を約0.31個/(鋼50g)以下、C量が約0.8%の場合には、上記介在物を約0.26個/(鋼50g)以下、C量が約1.0%の場合には、上記介在物を約0.21個/(鋼50g)以下にすべきであることがわかる。
【0034】
そこで本発明者らは、製造する高強度鋼線材のC量に応じて、20μm以上の上記介在物個数の許容量上限を把握するため、前記図2の結果から式(1)を導き出した。
【0035】
X≦0.21×[C]−1.34 …(1)
{式中、Xは、介在物組成が上記(a)〜(c)のいずれかである長径20μm以上の介在物の鋼50g当たりの合計個数を示し、[C]は鋼中C量(質量%)を示す}
冷間伸線性が一段と優れた鋼線材を得るには、前記図2に示す断線指数が15以下であることが好ましく、この様に断線指数を15以下とするには、上記式(1)のXが(0.158×[C]−1.34)以下となるよう、C含有量に応じて介在物個数を低減することが望ましい。
【0036】
尚、この様に介在物の組成やサイズを制御するにあたり、本発明では下記の評価方法を採用する。
【0037】
本発明では、鋼中のアルミナ系介在物およびジルコニア系介在物の個数を、鋼材を酸溶解することによって抽出される酸不溶性の介在物で評価する。上述した通り、アルミナ等の硬質介在物は、鋼中に僅かしか存在せず断面観察ではほとんど観察されないため、断面観察の結果では鋼全体の介在物組成等を正確に評価できないからである。
【0038】
ところで鋼中介在物のうちアルミナ系介在物は、酸溶解法でほぼ確実に抽出できることが知られているが、ジルコニアやジルコン等のジルコニア系介在物は酸溶解で抽出できるか不明である。そこで、まず対象介在物であるジルコン、ジルコニア、アルミナおよびスピネルが、鋼材を酸溶解することで確実に抽出できるかどうかの確認実験を行った。
【0039】
実験は次の様にして行った。即ち、粒度10〜50μmに分級した酸化物粉末(ジルコン、ジルコニア、アルミナ、スピネル)を、各0.1gずつ計りとり、90℃の温硝酸溶液に入れて5時間後の重量変化を調べた。その結果を表1に示す。
【0040】
尚、前記ジルコン粉末、ジルコニア粉末およびアルミナ粉末としては、工業用耐火物原料粉末を用いた。またスピネル粉末としては、Al2O3、MgOおよびMnO試薬を用いて合成したものを粉砕して使用した。
【0041】
【表3】
【0042】
表3より、ジルコンとジルコニアも、アルミナやスピネルといったアルミナ系介在物と同様、酸にほとんど溶けないことが分かる。
【0043】
従って、鋼中に存在するジルコニア系介在物は、鋼材を酸溶解したのちアルミナ系介在物とともに酸不溶物として溶液中に残存し、該溶液を濾過すれば残渣として取得できる。従って、この残渣(介在物)の組成分析と個数計測を行えば、アルミナ系介在物とともにジルコニア系介在物についても定量評価を行うことができる。
【0044】
本発明は、上記酸溶解に供する鋼材量まで規定するものではないが、鋼材量は多い方が好ましい。その理由は、上述した通り、鋼中に含まれるアルミナ系介在物やジルコニア系介在物の量は僅かであるため、酸溶解に供する鋼材量が少なすぎると、分析結果が鋼材全体の介在物組成を示すものとは言い難くなるからである。
【0045】
図3は、チャージNo.(A1〜A5およびB1〜B3)別のアルミナ系介在物量の異なる鋼線材を用い、酸溶解に供する鋼材量を200〜3000gの範囲で変化させたときの、鋼線材100gあたりの長径20μm以上のアルミナ系介在物の個数を調べた結果を示している。
【0046】
この図3より、鋼線100gあたりに存在する長径20μm以上のアルミナ系介在物の個数は、酸溶解に供した鋼材量(酸溶解量)が約100〜1000gでは介在物個数にかなりのバラツキが見られるが、約1500g以上になるとほぼ一定の値を示すことがわかる。従って、酸溶解には1500g以上の鋼材を用いることが好ましく、より好ましくは2000g以上用いるのがよい。
【0047】
上記酸分解には、用いる酸溶液等について一般的な方法・条件を採用することができる。また本発明では、上記の通り鋼材試料を酸溶解して抽出される介在物の組成とサイズを電子線マイクロアナライザー(EPMA:electron probe microanalyzer)によって測定するのがよい。
【0048】
次に本発明で成分組成を規定した理由を説明する。
【0049】
C:0 . 7〜1 . 0%
Cは鋼の強度の向上に有効な元素であり、0.7%以上含有させるのがよい。しかしC含有量が増加すると、中心偏析が生じやすくなって冷間加工性が損なわれるので、1.0%以下に抑える。
【0050】
Si:0 . 1〜0 . 4%
Siは脱酸作用を有する元素であり、この様な作用を有効に発揮させるには、0.1%以上含有させるのがよい。しかしSi量が過剰になると、脱酸生成物としてSiO2量が多量に生成し冷間加工性が低下するので0.4%以下にするのがよい。
【0051】
Mn:0 . 2〜0 . 6%
Mnは、Siと同様に脱酸作用を有するとともに介在物制御作用も有しており、これらの作用を有効に発揮させるには0.2%以上とするのがよい。但し、Mn量が過剰になると、鋼材が脆化して冷間加工性が低下するため0.6%以下にするのがよい。
【0052】
Al:0.003%以下(0%を含む)
Alが過剰に存在すると、アルミナやスピネル等の非延性介在物が多量に生成して伸線時に断線が生じ易くなる。従って、Al量は0.003%以下に抑える必要がある。
【0053】
またNiやCu、Crを添加して、以下の特性を付与することも有効である。
【0054】
Ni:0 . 01〜1.0%
Niは、鋼線の強度上昇への寄与は少ないが、鋼線の靭性を高めるのに有効な元素である。この様な効果を十分に発揮させるには、Niを0.01%以上含有させることが好ましい。しかし過剰に含有させても、その効果は飽和し製造コストの増加につながるので、1.0%以下に抑えることが好ましい。
【0055】
Cu:0.01〜1.0%および/または
Cr:0.01〜1.5%
Cuは、析出硬化作用を発揮して鋼線の高強度化に寄与する元素である。この様な効果を有効に発揮させるには、0.01%以上含有させることが好ましい。しかしながら過剰に添加すると、結晶粒界に偏析し、鋼材の熱間圧延工程で割れやキズを発生させる原因になるので、1.0%以下の範囲内で含有させるのがよい。
【0056】
Crは、冷間伸線時の加工硬化を促進する作用があり、比較的低い加工率で冷間伸線した場合でも高強度鋼線が得られ易い。しかも、Crは鋼の耐食性を高める作用も有しているので、タイヤのゴム補強材等として用いる場合に鋼線の腐食を有効に抑制する。この様な効果を発揮させるには、0.01%以上含有させることが好ましい。しかしながら過剰に多量させると、パーライト変態に対する焼き入れ性が高くなってパテンティング処理が困難となる他、二次スケールの緻密化が促進されて、メカニカルデスケーリングや酸洗で該スケールを除去し難くなるので、Cr量は1.5%以下に抑えるのが好ましい。
【0057】
本発明で規定する元素は上記の通りであり、残部成分は実質的にFeであるが、該鋼中に微量の不可避不純物の含有が許容されるのは勿論のこと、前記本発明の作用に悪影響を与えない範囲で、更に他の元素を積極的に含有させた鋼を使用することも可能である。
【0058】
次に本発明で製造方法を規定した理由について述べる。前記式(1)に示す通り、C量に応じて制御すべき介在物個数は異なるので、高強度鋼線材用鋼の製造方法もC量別に定める必要がある。そこで本発明者らは、前記介在物の個数が、前記式(1)を満足する高強度鋼線材用鋼および高強度鋼線材を製造するための方法について検討を行った。その結果、下記(i)(ii)の要件を満たすようにすることが有用であることをつきとめた。
(i)二次精錬後に使用する取鍋の内壁材としてアルミナ系のもの(アルミナが約90質量%以上のもの)を用いること。
(ii)鋼の炭素含有量:[C](質量%)に応じ、以下の条件で操業すること。
【0059】
▲1▼0.7%≦[C]<0.8%の場合は、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を7.5kg/t以下とする。
【0060】
▲2▼0.8%≦[C]<0.9%の場合は、
前回受鋼鋼種がAl含有量:0.015質量%以下である取鍋を使用し、
かつ、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を1.5kg/t以下とする。
【0061】
▲3▼0.9%≦[C]≦1.0%の場合は、
受鋼初回の取鍋または前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用し、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を1.5kg/t以下とし、かつ、
二次精錬後のスラグ塩基度を1〜2とする。
【0062】
以下、上記製造方法を規定した理由について述べる。
(i)まず、本発明の高強度鋼線材用鋼を製造するにあたっては、二次精錬に使用する取鍋の内張材としてアルミナ系のもの(アルミナが約90質量%以上を占めるもの)を用いる必要がある。Zrを含む取鍋を用いた場合、精錬等を行う際に、取鍋の内壁材を構成するジルコニアやジルコンといった化合物が溶鋼に混入しやすく、溶鋼にこれらが混入するとそのままジルコニア系介在物として存在するためである。
【0063】
尚、本発明では、アルミナ系介在物も極力抑制すべきであり、アルミナ系の内壁材を取鍋に用いた場合には、アルミナ系介在物としての混入が懸念される。しかし、アルミナ製の取鍋内壁材を使用しても、後記する実施例で明らかにする通り、アルミナ系介在物の生成は十分に抑制できるので、取鍋内壁材としてアルミナ系のものを用いても差し支えない。
【0064】
また本発明は、取鍋以外のタンディッシュやタンディッシュノズル等の設備の材質まで特定するものではないが、アルミナ系介在物の混入を防止するには、タンディッシュにシリカ系の材質のもの、タンティッシュノズルにジルコニア系の材質のものを用いることが望ましい。
(ii)本発明では、二次精錬に使用する取鍋の内壁材にアルミナ系のものを用いることに加え、鋼の炭素含有量:[C](質量%)に応じて、以下の条件で操業する必要がある。
【0065】
▲1▼0.7%≦[C]<0.8%の場合
C量が上記範囲内にある場合、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を7.5kg/t以下に減少させるのがよい。この様にスラグ量を低減するのは次の理由による。
【0066】
即ち、C量が上記範囲内にある場合に、上記介在物個数Xを規定範囲内に抑えるには、アルミナ系介在物の個数を約0.2個/鋼50g以下に抑えておくことが有効であり、この様に、アルミナ系介在物個数を抑制するには、図4に示すとおり、二次精錬後のスラグ中のアルミナ濃度を約12%以下に抑えるのがよい。
【0067】
そしてこの様に二次精錬後のスラグ中のアルミナ濃度を約12質量%以下に抑えるには、二次精錬後のスラグ中アルミナ濃度と二次精錬前のスラグ量との関係を示した図5から分かる通り、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を7.5kg/t以下に減少させるのが大変有効だからである。
【0068】
該スラグ中のアルミナ濃度が約12%を超えると、スラグ中のアルミナが鋼中に巻き込まれ易くなり、アルミナ系介在物の量が増加しやすくなる。
【0069】
アルミナ系介在物の発生量をより抑制して上記介在物個数Xを更に低減するには、上記スラグ中のアルミナ濃度を10%以下に抑えることが好ましく、そのためには、図5から二次精錬前のスラグ量を4.5kg/t以下とすることが好ましいことがわかる。
【0070】
▲2▼0.8%≦[C]<0.9%の場合
前記図2に示される通り、C量が増加するにつれて、優れた冷間伸線性を確保するため介在物個数をより低減しなければならない。従って、C量が上記範囲にある場合には、使用する取鍋の前回受鋼鋼種を規定し、介在物の混入をより一層抑制する必要がある。
【0071】
C量が上記範囲にある場合、取鍋として、前回受鋼鋼種がAl含有量:0.015%以下のものを使用する。図6は、取鍋の前回受講鋼種のAl濃度が該取鍋を使用して同一鋼種を受鋼したときに生ずるアルミナ系介在物個数に及ぼす影響を調べたものであるが、この図6に示されるように、前回受鋼鋼種がAl含有量の高いものであると、生成したアルミナが取鍋に残留したままとなり、次に受鋼した時にアルミナ系介在物として鋼中に混入し易くなる。好ましくは、前回受鋼鋼種がAl含有量:0.01%以下である取鍋を使用するのがよい。
【0072】
またC量が上記範囲にある場合、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を1.5kg/t以下とするのがよい。
【0073】
即ち、C量が上記範囲内にある場合に上記介在物個数Xを規定範囲内に抑えるには、アルミナ系介在物個数を約0.1個/鋼50g以下に抑えておくことが有効であり、この様に、アルミナ系介在物個数を抑制するには、前記図4に示すとおり、二次精錬後のスラグ中のアルミナ濃度を約8%以下に抑えるのがよい。
【0074】
そしてこの様に二次精錬後のスラグ中のアルミナ濃度を約8%以下に抑えるには、二次精錬後のスラグ中アルミナ濃度と発生するアルミナ系介在物の個数の関係を示した前記図5から分かる通り、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を1.5kg/t以下に減少させるのが大変有効だからである。
【0075】
上記スラグ中のアルミナ濃度は約7.4%以下に抑えることが好ましく、そのためには、二次精錬前のスラグ量を0.5kg/t以下とすることが好ましい。
【0076】
▲3▼0.9%≦[C]≦1.0%の場合
前記図2に示される通り、C量が上記範囲にある場合には、前記▲1▼、▲2▼の場合よりも更に介在物個数を低減させる必要がある。従って、製造は下記条件で行う必要がある。
【0077】
まず、前記▲2▼の場合と同様に、取鍋の前回受鋼鋼種について規定するが、この場合は、受鋼初回の取鍋または前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用する必要がある。尚「受鋼初回の取鍋」とは、使用後の取鍋を冷却し、オフラインで取鍋耐火物を更新あるいは補修して、付着スラグや地金等が内壁にほとんど付着していない状態の取鍋をいう。
【0078】
即ち、上記C量の場合には、この様に受鋼初回である取鍋を用いるか、前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用することで、アルミナ系介在物の発生を効果的に抑制することができる。
【0079】
また、C量が上記範囲にある場合には、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を1.5kg/t以下とする必要がある。この様にスラグ量を低減するのは、C量が0.8%≦[C]<0.9%である場合と同様に、二次精錬後のスラグ中のアルミナ濃度を約8%以下にコントロールするためである。該スラグ中のアルミナ濃度が約8%を超えると、前述した如くスラグ中のアルミナが鋼中に巻き込まれ易く、アルミナ介在物が生成しやすくなる。尚、上記スラグ中のアルミナ濃度は約7.4%以下に抑えることが好ましく、そのためには、二次精錬前のスラグ量を0.5kg/t以下に抑えることが好ましい。
【0080】
更にC量が上記範囲内にある場合は、二次精錬後のスラグ塩基度を1〜2とする必要がある。
【0081】
図7は、二次精錬後のスラグ塩基度(CaO/SiO2)と鋼材50g中の長径20μm以上のアルミナ系介在物の関係を示したものである。この図7から、アルミナ系介在物を低減するには、該塩基度を1以上にすることが効果的であることがわかる。
【0082】
一方、図8は、二次精錬後のスラグ塩基度(CaO/SiO2)とCaO含有介在物個数の関係を示したものである。この図8から、スラグ系介在物であるCaO含有介在物を低減するには、前記塩基度を2以下に抑えることが有効であることがわかる。
【0083】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【0084】
実施例
溶銑を240トン転炉で一次精錬し、これを取鍋に受鋼したのち、取鍋加熱精錬設備で二次精錬を行って成分調整をした。
【0085】
後述する表4のA1〜A5、B1〜B5、およびC1〜C5(本発明の製造方法で行った実施例)は、下記の方法で鋼を溶製した。また、表4のNo.AA1〜AA5、No.BB1〜BB5およびNo.CC1〜CC5は、後述する通り、本発明の規定を外れる条件で鋼を溶製した。
【0086】
取鍋の内張り耐火物には、ジルコニア系介在物の不可避的混入を極力避けるためアルミナ系のものを用いた。取鍋スライドバルブ、タンディッシュ本体、タンディッシュスライドバルブ等には、該設備等からアルミナ等が混入すると、そのままアルミナやスピネルといった硬質のアルミナ系介在物となりうるので、ジルコニア系耐火物を使用した。
【0087】
そして鋼中炭素量:[C]が0.7%≦[C]<0.8%の場合には、前記二次精錬前に、スラグ厚を測定し、スラグ密度:3000kg/m3としてスラグ量を求め、スラグ量が7.5kg/t以下となるようスラグを除去(除滓)した。
【0088】
また鋼中炭素量:[C]が0.8%≦[C]<0.9%の場合には、前記二次精錬前に、スラグ量が1.5kg/t以下となるよう除滓し、かつ取鍋として前回受鋼鋼種がAl含有量:0.015%以下のものを用いた。
【0089】
鋼中炭素量:[C]が0.9%≦[C]≦1.0%の場合には、二次精錬前に、スラグ量が1.5kg/t以下となるよう除滓してスラグ厚を薄くし、かつ受鋼鋼種が初回から同一である取鍋を用いた。
【0090】
更に[C]が0.9%≦[C]≦1.0%の場合、取鍋として、前回の受鋼において二次精錬後のスラグ塩基度(CaO/SiO2)を1〜2に調製して取鍋精錬を行ったものを用いた。
【0091】
この様にスラグ塩基度を調整することで、取鍋内張りのアルミナ耐火物とスラグ中のCaOおよびSiO2が反応し、溶鋼と接触する耐火物表面に精錬スラグとの反応層が形成され、アルミナ製耐火物表面の純粋なAl2O3が、断線の原因となり難いAl2O3−CaO−SiO2系の複合酸化物にかわる。従って、不可避的に混入するアルミナやスピネルといった硬質のアルミナ系介在物を低減でき、また仮にAl2O3が混入した場合でもその混入量はごく少量で、Al2O3の割合が70質量%未満と断線の生じ難い介在物組成とすることができる。
【0092】
この様な取鍋を用いて行う二次精錬も、二次精錬後のスラグ塩基度(CaO/SiO2)が1〜2となるよう調製して取鍋精錬を行い、アルミナ系内張耐火物からのアルミナやスピネルといった硬質のアルミナ系介在物の発生を抑制した。
【0093】
こうして得られた溶鋼を鋳造、更には鍛造を行って、直径3〜10mmの鋼線材を得た。この鋼線材から介在物組成分析用に1500gの試料を切り出し、該試料を酸溶解して介在物を抽出し、EPMAで介在物の組成分析を行った。
【0094】
酸溶解による介在物の抽出および介在物の組成分析は次のようにして行った。まず、純水、硝酸(濃度60%)および硫酸(濃度96%)を55:25:1(体積比)の割合で混合した酸溶液をビーカに調製し、これに鋼線材試料を入れた。次に試料を入れたビーカを加熱し、溶液温度を90〜95℃に保持しながら鋼線材のマトリックスを溶解した。そして、溶解後に篩目が10μmのフィルターで濾過を行った。
【0095】
フィルター上に残った介在物のうち、長径20μm以上である介在物の組成分析およびその個数計測を行った。これらの介在物測定には、EPMA装置(島津製作所製EPMA−8705)を用い、設定条件を、
加速電圧:20kV、
試料電流:0.01μA、
ビーム径:を直径3μm、
X線:Kα線
とし、特性X線の波長分散分光法で長径20μm以上の介在物の中央部分を定量評価した。
【0096】
定量対象元素は、Al,Mn,Si,Mg,Ca,Zr,O(酸素)とした。定量に際しては、これらの元素濃度が既知の物質を上記方法で測定し、X線強度と元素濃度との関係を検量線として予め作成し、該検量線を用いて試料測定時のX線強度から各元素濃度を求めた。
【0097】
そして上記各元素がAl2O3,MnO,SiO2,MgO,CaO,ZrO2を構成すると仮定し、上記EPMAで求めた各元素濃度から、各介在物のAl2O3,MnO,SiO2,MgO,CaOまたはZrO2の組成(質量%)を算出した。
【0098】
該組成から、ZrO2:70質量%以上のものをジルコニア(ZrO2)、ZrO2:50質量%以上かつSiO2:20質量%以上のものをジルコン(ZrO2・SiO2)であるとし、これらをジルコニア系介在物として個数を測定した。また、Al2O3が70質量%以上のものをアルミナ系介在物(Al2O3またはスピネル)として個数を測定した。
【0099】
尚、上記濾過時には、酸に不溶のSiO2系介在物もフィルター上に多数存在するが、本発明では、SiO2系介在物単体は本発明の制御対象でなく、上記の通りZrO2、またはZrO2とともに検出されるSiO2、またはAl2O3を制御対象とする。
【0100】
表4に、介在物の酸溶解抽出に供した鋼線材成分組成、鋼線材中のジルコニア系介在物(ジルコニア、ジルコン)の個数、アルミナ系介在物(アルミナ、スピネル)の個数、および、それぞれの鋼線材を冷間伸線したときの断線指数を示す。尚、前記断線指数とは、上述の通り、以下の加工を行ったときの鋼線材10トン当たりの断線回数をいう。
【0101】
熱間圧延後の鋼線材(直径:5.5mm)を用い、1次伸線(直径2.5mmまで伸線)→ 熱処理(空気パテンティング処理)→ 二次伸線(直径0.8mmまで伸線)→ 熱処理(鉛パテンティング処理)およびブラスメッキ処理 → 湿式伸線(直径0.15mmまで伸線)。
【0102】
【表4】
【0103】
表4から次のように考察できる。No.A1〜A5は、炭素量が約0.7%の鋼材を用い、No.B1〜B5は、炭素量が約0.8%の鋼材を用い、No.C1〜C5は、炭素量が約1.0%の鋼材を用いて、いずれも本発明で規定する方法で製造したものである。
【0104】
これらの結果から、本発明の規定要件を満たす方法で製造すれば、硬質のアルミナ系介在物やジルコニア系介在物の個数が非常に少なく、断線指数が20以下と冷間伸線性に優れた高強度鋼線材が得られることがわかる。
【0105】
これらに対し、No.AA1〜AA5は炭素量が約0.7%の鋼材を用い、No.BB1〜BB5は炭素量が約0.8%の鋼材を用い、またNo.CC1〜CC5は炭素量が約1.0%の鋼材を用いたものであるが、いずれも本発明の規定要件を欠く例である。従って、アルミナ系介在物個数またはジルコニア系介在物の個数が本発明で規定する上限を超えており、いずれも断線指数が20を超えて高く冷間伸線性に劣っていることが分かる。
【0106】
即ち、No.AA1〜AA5は、いずれも二次精錬前のスラグ量が7.5kg/tを超えたため、介在物個数が規定上限を超えている。また、No.BB1およびNo.BB2は前回受鋼鋼種がAl量:0.015%超である取鍋を用い、No.BB3およびBB4は二次精錬前のスラグ量が1.5kg/tを超えたため、またNo.BB5は前回受鋼鋼種がAl量:0.015%超である取鍋を用い、かつ二次精錬前のスラグ量が1.5kg/tを超えたため、いずれについても、特にアルミナ系介在物が多量に生じて介在物個数が規定上限を超えている。
【0107】
No.CC1およびNo.CC2は、二次精錬後のスラグ塩基度が1未満であるため、アルミナ介在物個数が過剰となり、介在物個数が規定範囲を超える結果となった。またNo.CC3およびCC4は、前回受鋼鋼種がAl濃度の高い異鋼種である取鍋を用いたため、またNo.CC5は、二次精錬前のスラグ量が1.5kg/tを超えたため、いずれについても、アルミナ系介在物やジルコニア系介在物が多量に生じて介在物個数が規定範囲を超える結果となった。
【0108】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、冷間伸線性に優れた高強度鋼線材および該鋼線材を得るための高強度鋼線材用鋼とこれらの製造方法を提供する。本発明の高強度鋼線材を冷間伸線に用いれば、冷間伸線時の断線発生が極めて少なくなるので、例えば自動車用タイヤに用いられるスチールコード等に適用できる鋼線を高い歩留まりで効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】冷間伸線時に生じた鋼線材の断線破面に見られる介在物の種類を示したグラフである。
【図2】介在物個数と断線指数の関係を鋼中C量別に示したグラフである。
【図3】酸溶解量と介在物の抽出個数の関係を調べたグラフである。
【図4】二次精錬後のスラグ中アルミナ濃度とアルミナ系介在物個数との関係を調べたグラフである。
【図5】二次精錬前のスラグ量と二次精錬後のスラグ中アルミナ濃度との関係を調べたグラフである。
【図6】前回受鋼鋼種のAl濃度とアルミナ系介在物個数との関係を調べたグラフである。
【図7】二次精錬後のスラグ塩基度とアルミナ系介在物個数の関係を調べたグラフである。
【図8】二次精錬後のスラグ塩基度とCaO含有介在物個数の関係を調べたグラフである。
Claims (6)
- 質量%で(以下、化学成分について同じ)、
C :0.7〜1.0%、
Si:0.1〜0.4%、
Mn:0.2〜0.6%、
Al:0.003%以下(0%を含む)
を満たす高強度鋼線材用鋼を製造するに際し、
二次精錬に使用する取鍋の内張材としてアルミナ系のものを用い、前記鋼の炭素含有量:[C](質量%)に応じて、以下の条件で操業することを特徴とする冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼の製造方法。
▲1▼0.7%≦[C]<0.8%の場合は、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を7.5kg/t以下とし、
▲2▼0.8%≦[C]<0.9%の場合は、
前回受鋼鋼種がAl含有量:0.015%以下である取鍋を使用し、かつ、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を1.5kg/t以下とし、
▲3▼0.9%≦[C]≦1.0%の場合は、
受鋼初回の取鍋または前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用し、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を1.5kg/t以下とし、かつ、
二次精錬後のスラグ塩基度を1〜2とする。 - 請求項1に記載の高強度鋼線材用鋼を線状に加工することを特徴とする冷間伸線性に優れた高強度鋼線材の製造方法。
- C:0.7〜1.0%、
Si:0.1〜0.4%、
Mn:0.2〜0.6%、
Al:0.003%以下(0%を含む)
を満たす鋼であって、
酸溶解して抽出される介在物のうち、電子線マイクロアナライザー(EPMA:electron probe microanalyzer)によって検出される、介在物組成が下記(a)〜(c)のいずれかである長径20μm以上の介在物の、当該鋼50g当たりの合計個数(X)が下記式(1)を満たすものであることを特徴とする冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼。
(a)ZrO2:70質量%以上、
(b)ZrO2:50質量%以上かつSiO2:20質量%以上、
(c)Al2O3:70質量%以上。
X≦0.21×[C]−1.34 …(1)
{式中、Xは、介在物組成が上記(a)〜(c)のいずれかである長径20μm以上の介在物の鋼50g当たりの合計個数を示し、[C]は鋼中C量(質量%)を示す} - 更に他の元素として、
Ni:0.01〜1.0%を含有する請求項3に記載の冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼。 - 更に他の元素として、
Cu:0.01〜1.0%および/またはCr:0.01〜1.5%を含有する請求項3または4に記載の冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼。 - 請求項3〜5のいずれかに記載の高強度鋼線材用鋼を用いて得られた冷間伸線性に優れた高強度鋼線材。
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