JP2005015856A - 伸び特性に優れる安価なステンレス鋼線材及び細線及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な低Ｎｉ系（≦１０％）のオーステナイト系ステンレス鋼線材を線径３００μｍ以下の細線に伸線加工しストランド焼鈍する方法において、該焼鈍を超短時間で行なった場合の伸び値を安定して向上させる。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０８％，Ｓｉ：０．１〜２．０％，Ｍｎ：０．４〜１０．０％，Ｐ：０．０４％以下，Ｓ：０．０３％以下，Ｎｉ：５．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｃｕ：０．１〜４．０％，Ｎ；０．００５〜０．０７％とし、残部を不可避的不純物とし、Ｍ値（％）を−３０℃以下に制御することにより、線径が３００μｍ以下で、全伸びが３０％以上の伸び特性に優れる安価なステンレス鋼細線を製造する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低Ｎｉ系のオーステナイト系ステンレス鋼線材を素材として冷間伸線性加工により線径φ３００μｍ以下の細線に加工した後において、超短時間ストランド焼鈍後の伸び値を改善することができる線材及び伸び値を改善した細線およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金網用等のステンレス鋼細線は、高い製品加工性（この場合、製網性）が要求される観点から高い伸び値が要求される一方で、民生用であるため低価格が要求される。すなわち、安価な素材と安価な製造方法（高生産性）が求められる。特に、線径が細くなればなる程、高生産性が望まれる。
【０００３】
従来、このようなステンレス鋼細線は、線径が５ｍｍ程度の線材を線径２ｍｍ程度まで伸線加工を施した後、約６０秒間の中間ストランド焼鈍を施し、続いて線径０．２ｍｍ程度まで伸線加工を施した後、約１０秒間の超短時間ストランド焼鈍を施して製造している。
【０００４】
このような製造方法により安価に製造するためには、線材は伸線加工において大きな加工率であっても断線しない高伸線性であることが必要であり、また、ストランド焼鈍は所要時間が短い超短時間ストランド焼鈍であっても所定の伸び値が得られることが必要である。このような条件を満足するために、従来はＮｉ含有量が１０％超の高価なＳＵＳ３０４Ｌ系が使用されていたが高Ｎｉ材は素材コストを上げるため、低Ｎｉ化が要望されてきた。
【０００５】
すなわち、最近の低コスト化ニーズから、安価な材料を使用し、線径３００μｍ以下まで高生産性（高伸線性および超短時間焼鈍）で生産され、安定して高い伸び値を示す安価なステンレス鋼細線が望まれるようになってきた。しかし、安価なステンレス鋼細線を製造するために低Ｎｉ化すると、線径φ３００μｍ以下の細線まで伸線加工した後の伸び値が悪くなるため、伸び値を改善するためのストランド焼鈍に長時間を要して生産能率が悪くなる。
【０００６】
低Ｎｉ含有量のステンレス鋼線材の伸線性を改善した発明が、例えば特許文献１により知られているが、この発明による線材の線径が６．０ｍｍであり、線径３００μｍ以下の細線を対象としたものではない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１２１２０８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高伸線性で且つ超短時間ストランド焼鈍であっても安定して高い伸び値を示す線径３００μｍ以下の低Ｎｉ系ステンレス鋼細線を安価に提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討した結果、安価な低Ｎｉ系のステンレス鋼線材を３００μｍ以下の細線に伸線加工した後、該細線に超短時間ストランド焼鈍を行った場合において、高い伸び値を達成するためには、伸線加工時の加工誘起マルテンサイト量を抑制することが重要であることを解明し、低Ｎｉ化しても加工誘起マルテンサイトの生成量の指標であるＭ値を制御して成分調整すれば、低Ｎｉ系の安価な線材から線径３００μｍ以下のステンレス細線を安価に高生産性で製造できることを見出し、本発明をなしたものである。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０８％，Ｓｉ：０．１〜２．０％，Ｍｎ：０．４〜１０．０％，Ｐ：０．０４％以下，Ｓ：０．０３％以下，Ｎｉ：５．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｃｕ：０．１〜４．０％，Ｎ；０．００５〜０．０７％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｍ値（％）が−３０％以下に制御されていることを特徴とする伸び特性に優れる安価な細線用ステンレス鋼線材である。
Ｍ値＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ
−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ −−−（１）式
（２）前記（１）記載の化学組成において、質量％で、Ｍｏ：０．３〜２．５％を含有することを特徴とする伸び特性に優れる安価な細線用ステンレス鋼線材である。
（３）前記（１）または（２）記載の化学組成であって、線径が３００μｍ以下で、伸び値が３０％以上であることを特徴とする伸び特性に優れる安価なステンレス鋼細線である。
（４）前記（１）または（２）記載の化学組成のステンレス鋼線材を溶体化処理した後、８０％以上の減面率で線径３００μｍ以下まで冷間伸線加工し、続いて在炉時間が１０秒以下の超短時間ストランド焼鈍を施すことを特徴とする伸び特性に優れる安価なステンレス鋼細線の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、先ず、本発明の請求項１及び２記載の化学組成（質量％）の限定理由について説明する。
【００１２】
Ｃは、高い伸線性と超短時間ストランド焼鈍後の伸び値を確保（焼鈍時の再結晶促進）するために、０．０８％以下とする。しかしながら、０．００５％未満にすることは工業的な脱炭プロセスにおいて不経済である。そのため、下限を０．００５％とする。好ましい範囲は、０．０１〜０．０６％である。
【００１３】
Ｓｉは、脱酸に必要であり、経済的に０．１％未満に落とすことが困難であるため、０．１％以上とする。しかしながら、２．０％を超えると固溶強化のため伸線性が劣化する。そのため、上限を２．０％とする。好ましい範囲は、０．２〜１．０％である。
【００１４】
Ｍｎは、０．４％未満に低下することは不経済であり、また、伸線加工時にオーステナイト組織を安定化させて加工誘起マルテンサイト組織の生成を抑制する元素であるため、０．４％以上とする。しかしながら、１０．０％を超えるとステンレス鋼としての耐食性が損なわれる。そのため、上限を１０．０％とする。好ましい範囲は、０．８〜３．０％である。
【００１５】
Ｐ，Ｓは、材質を劣化させて伸線性を劣化させるばかりか、耐食性をも劣化させるため、Ｐ：０．０４％以下，Ｓ：０．０３％とする。好ましい範囲は、Ｐでは０．０１〜０．０３％，Ｓでは０．０００５〜０．０１％である。
【００１６】
Ｎｉは、高価な元素であり高コストの原因であるため、従来の１０％超材よりも経済的効果を発揮させるために、１０．０％以下とする。しかしながら、５％未満では、その他の成分を調整しても加工誘起マルテンサイトの生成を抑制できず、伸線性と超短時間焼鈍後の伸び値が劣化する。そのため、下限を５％とする。好ましい範囲は、７〜９．５％である。
【００１７】
Ｃｒは、耐食性を付与するために、１７．０％以上とする。しかしながら、２０．０％を超えると逆に伸線加工性ばかりか伸び値も劣化する。そのため、上限を２０．０％とする。好ましい範囲は、１８．０〜１９．０％である。
【００１８】
Ｃｕは、冷間伸線加工時の加工硬化を抑制し、また、オーステナイト組織を安定化させて加工誘起マルテンサイト組織の生成を抑制する元素であるため、０．１％以上とする。しかしながら、４．０％を超えるとＣｕ脆化により製造性が著しく劣化するため、上限を４．０％とする。好ましい範囲は、０．５〜３．５％である。
【００１９】
Ｎは、伸線性と超短時間ストランド焼鈍後の伸び値を確保（焼鈍時の再結晶を促進）するために、０．０７％以下とする。しかしながら、０．００５％未満では工業的な脱窒プロセスにおいて不経済であるため、下限を０．００５％とする。好ましい範囲は、０．０１〜０．０５％である。
【００２０】
Ｍｏは、耐食性を付与するため、必要に応じて０．３％以上添加する。しかしながら、３．０％を超えると高コストとなるばかりか超短時間焼鈍後の伸び値が劣化する。そのため、上限を３．０％にする。好ましい範囲は、０．５〜２．０％である。
【００２１】
続いて、請求項１記載のＭ値（％）を−３０％以下とした限定理由について説明する。
【００２２】
Ｍ値（％）が低いと線径３００μｍ以下の細線に伸線加工するとき、加工誘起マルテンサイト量を抑制し、超短時間ストランド焼鈍時の再結晶を促進させることができる。そのため、安価材料・安価プロセスで伸び値を確保するためには、Ｍ値（％）を−３０％以下に限定する。
【００２３】
図１は、線径が２００μｍの細線に１０５０℃でストランド焼鈍を行った場合の、焼鈍時間毎のＭ値（％）と焼鈍後の伸び値の関係を示す。Ｍ値（％）が−３０％を超えると実際のストランド焼鈍時間レベル（１０秒以内）で再結晶が完了せずに伸び値が３０％以下に低下する。そのため。Ｍ値（％）を−３０％以下とすることが必要である。好ましい範囲は、−４０％以下である。
【００２４】
次に、請求項３記載の線径を３００μｍ以下とした限定した理由について説明する。
【００２５】
線径（直径）が３００μｍ以下の場合、線径が小さいことにより細線中心までの熱伝導が短時間で済むため、超短時間ストランド焼鈍を施すことで生産性を向上させることができる。そのため、高伸線性および超短時間ストランド焼鈍で高い伸び値が得られ易いので本発明の効果が顕著に発揮される。一方、３００μｍよりも大きくなると、線径が大きいことにより細線中心までの熱伝導に長時間を要するため、ストランド焼鈍の在路時間が長くなるので本発明鋼の効果が明確でなくなる。そのため、本発明では線径が３００μｍ以下の細線に限定した。
【００２６】
次に、請求項３記載の伸び値を３０％以上と限定した理由について説明する。
【００２７】
伸び値は、加工性の観点から一般に高い程望ましい。ここで、伸び値が３０％未満では、他鋼種との差が明確にならないため、他鋼種との優位性が明らかな３０％以上の伸び値に限定する。
【００２８】
次に、請求項４記載の限定理由について説明する。
【００２９】
超短時間ストランド焼鈍を施す前の伸線加工の減面率は、８０％未満では加工誘起マルテンサイトの生成量が少ないことにより高い伸び値を示すため、本発明鋼の効果が得難い。そのため、加工誘起マルテンサイトが生成し易くなって伸び値が低くなり本発明の効果が明確になる８０％以上の減面率に限定する。好ましい減面率は９０％以上である。
【００３０】
線径を３００μｍ以下とした限定理由は、前記課題を解決する手段の最初の段落に記載した通りである。
【００３１】
超短時間ストランド焼鈍の在炉時間が１０秒以上では、汎用の大半の鋼も再結晶して高い伸び値を示すため、本発明鋼の効果が明確でない。そのため、在炉時間が短いことにより伸び値が低くなって本発明の効果が明確となる１０秒以下の在炉時間に限定する。在炉時間を１０秒以下とすることにより生産能率が向上する。
【００３２】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００３３】
表１に実施例の鋼の化学組成を示す。
【００３４】
本発明鋼Ａ〜Ｃおよび比較鋼Ｏ，Ｐは、０．５Ｓｉ−１Ｍｎ−０．０３Ｐ−０．００５Ｓ−９．２Ｎｉ−１８．５Ｃｒ−０．７Ｃｕ鋼を基本化学組成として、伸線性と超短時間ストランド焼鈍後の伸び値に影響を及ぼすＣ含有量（％）とＮ含有量（％）を変化させたものである。
【００３５】
本発明鋼Ａ，Ｄ，Ｅおよび比較鋼Ｑは、０．０４Ｃ−１Ｍｎ−０．０３Ｐ−０．００５Ｓ−９．２Ｎｉ−１８．５Ｃｒ−０．７Ｃｕ−０．０３Ｎ鋼を基本化学組成として、伸線性に影響を及ぼすＳｉ含有量（％）を変化させたものである。
【００３６】
本発明鋼Ａ，Ｆ〜Ｈおよび比較鋼Ｒ〜Ｕは、０．０４Ｃ−０．５Ｓｉ−０．０３Ｐ−０．００５Ｓ−１８．５Ｃｒ−０．０３Ｎ鋼を基本化学組成として、オーステナイト組織の安定度、すなわち、伸線性と超ストランド焼鈍後の伸び値に影響を及ぼすＭｎ含有量（％），Ｎｉ含有量（％）とＣｕ含有量（％）を変化させたものである。比較鋼Ｒ、ＴはＭ値が本発明範囲を外れている。
【００３７】
本発明鋼Ａ，Ｉ，Ｊおよび比較鋼Ｗ，Ｘは、０．０４Ｃ−０．５Ｓｉ−１Ｍｎ−９．３Ｎｉ−１８．５Ｃｒ−０．８Ｃｕ−０．０３Ｎ鋼を基本化学組成として、伸線性および耐食性に影響を及ぼすＰ含有量（％）およびＳ含有量（％）を変化させたものである。
【００３８】
本発明鋼Ａ，Ｋ，Ｌおよび比較鋼Ｙ，Ｚは、０．０４Ｃ−０．５Ｓｉ−１Ｍｎ−０．０３Ｐ−０．００５Ｓ−９．３Ｎｉ−０．８Ｃｕ−０．０３Ｎ鋼を基本化学組成として、耐食性および伸線性，超短時間ストランド焼鈍後の伸び値に影響を及ぼすＣｒ含有量（％）を変化させたものである。
【００３９】
本発明Ａ，Ｍ，Ｎおよび比較鋼ＡＡは、０．０４Ｃ−０．５Ｓｉ−１Ｍｎ−０．０３Ｐ−０．００５Ｓ−９．３Ｎｉ−１８．５Ｃｒ−０．８Ｃｕ−０．０３Ｎ鋼を基本化学組成として、耐食性および超短時間ストランド焼鈍後の伸び値に影響を及ぼすＭｏ含有量（％）を変化させたものである。
【００４０】
【表１】

【００４１】
これら化学組成の鋼は、１００ｋｇの真空溶解炉にて溶解し、φ１８０ｍｍの鋳片に鋳造し、その鋳片をφ５．５ｍｍまで熱間の線材圧延を行い、１０００℃で熱延を終了し、室温まで冷却した。そして、その線材を１０５０℃で３０分の溶体化処理（水冷）を施した。その後、酸洗・被膜処理し、φ１．８ｍｍまで伸線加工を施して、１０５０℃で６０秒の中間のストランド焼鈍を施し、続いて、φ０．２ｍｍまで伸線加工を施して伸線性を評価し、引き続き１０５０℃で５秒間在炉の超短時間ストランド焼鈍を施した。そして、伸び値を評価した。
【００４２】
伸線性は、中間焼鈍無しでφ１．８ｍｍからφ０．２ｍｍに線加工したとき、断線するかどうかで評価した。断線しなかった場合は伸線性を○とし、断線した場合は伸線性を×として評価した。表２に伸線性の評価結果を示す。本発明の細線の伸線性は、全て○であった。
【００４３】
伸び値は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に基づき、長さ３００ｍｍの鋼線を標点距離１００ｍｍで１０本づつ引張試験を行い、破断伸びを測定し、破断Ａ材の平均値で評価した。表２に伸び値の評価結果を示す。本発明の細線の伸び値は、３０％以上であった。
【００４４】
【表２】

【００４５】
比較例Ｎｏ．１５，１６では、伸線性のみならず、超短時間ストランド焼鈍の伸び値を劣化させるＣ含有量（％）およびＮ含有量（％）が高いため伸線性および伸び値に劣っている。
【００４６】
比較例Ｎｏ．１７では、伸線性を劣化させるＳｉ含有量（％）が高いため、伸線性に劣っている。
【００４７】
比較例Ｎｏ．１８では、Ｍ値が−３０％を超えているため、超短時間ストランド焼鈍時の再結晶が遅延し、伸び値に劣っている。
【００４８】
比較例Ｎｏ．１９では、Ｍｎ含有量（％）が高すぎるため、ステンレス鋼としての耐食性に劣っている。
【００４９】
比較例Ｎｏ．２０では、Ｎｉ含有量（％）が低く、Ｍ値が−３０％を超えているため、伸線性に劣るばかりか、伸び値に劣っている。
【００５０】
比較例Ｎｏ．２１では、従来の高Ｎｉ材であり、特性は満足しているが、Ｎｉ含有量（％）が高いため素材価格が高い。
【００５１】
比較例Ｎｏ．２２では、Ｃｕ含有量（％）が高いため、Ｃｕ脆性のため熱間製造性に劣り、経済的でない。
【００５２】
比較例Ｎｏ．２３，２４では、それぞれＰ含有量（％）又はＳ含有量（％）が高いため、伸線性に劣るばかりか、ステンレス鋼として耐食性に劣っている。
【００５３】
比較例Ｎｏ．２５では、Ｃｒ含有量（％）が低いため、ステンレス鋼として耐食性に劣っている。
【００５４】
比較例Ｎｏ．２６では、Ｃｒ含有量（％）が高いため、伸線性に劣っているばかりか、伸び値にも劣っている。
【００５５】
比較例Ｎｏ．２７では、Ｍｏ含有量（％）が高いため、伸び値に劣っている。
【００５６】
次に、伸び値に及ぼすストランド焼鈍時間の影響を調べるため、本発明鋼Ａおよび比較鋼Ｐ，Ｓについて、１０５０℃でのストランド焼鈍の在炉時間を５〜３０秒と変化させた。そして、伸び値を評価した。その評価結果を表３に示す。
【００５７】
【表３】

【００５８】
ストランド焼鈍時間が１０秒以下の本発明例Ｎｏ．２８，２９と比較例Ｎｏ．３３，３４を比べると、比較例Ｎｏ．３３，３４は鋼成分のＭ値が本発明範囲から外れているために伸び値が不良であるのに対して、本発明例Ｎｏ．２８，２９は、従来の高Ｎｉ系材料である比較例Ｎｏ．３８，３９並みの伸び値を示しており、本発明鋼の効果は明確である。しかしながら、１０秒を超えて十分にストランド焼鈍を施した比較例Ｎｏ．３０〜３２，３５〜３７，４０〜４２の場合、Ｍ値が高い材料（比較例Ｎｏ．３５〜３７）も３０％以上の伸び値を示し、本発明鋼の優位性が認められない。
【００５９】
次に、超短時間ストランド焼鈍前の伸線率の影響を調べるため、本発明鋼Ａおよび比較鋼Ｐ，Ｓについて、φ１．８ｍｍとφ０．２ｍｍの間に中間ストランド焼鈍を施して、最終伸線加工の減面率を６０〜９９％と変化させ、その後、φ０．２ｍｍで同様の５秒間の超短時間ストランド焼鈍を施して伸び値を評価した。その評価結果を表４に示す。
【００６０】
【表４】

【００６１】
超短時間ストランド焼鈍前の伸線加工の減面率が８０％以上の本発明例Ｎｏ．４４，４５と比較例Ｎｏ．４７，４８を比べると、比較例Ｎｏ．４７，４８は鋼成分のＭ値が本発明範囲から外れているために伸び値が３０％未満であるのに対して、本発明例Ｎｏ．４４，４５は従来の高Ｎｉ系材料である比較例Ｎｏ．５０，５１並の伸び値を示しており、本発明鋼の効果は明確である。しかしながら、伸線加工の減面率が８０％未満の比較例Ｎｏ．４３，４６，４９の場合は、伸び値が３０％以上であり、本発明の優位性は認められない。
【００６２】
以上の実施例から分かるように本発明鋼の優位性が明らかである。
【００６３】
【発明の効果】
以上の各実施例から明らかなように、本発明によれば、線径３００μｍ以下に伸線加工を行った場合でも断線を生じることなく、また、１０秒以下の超短時間ストランド焼鈍を行った場合でも安定した高い伸び値を示す低Ｎｉ系ステンレス鋼細線を安価に提供することが可能であり、金網等の用途として、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】細線の焼鈍時間毎のＭ値と焼鈍後の伸び値の関係を示す図

Claims (4)

1. 質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０８％，Ｓｉ：０．１〜２．０％，Ｍｎ：０．４〜１０．０％，Ｐ：０．０４％以下，Ｓ：０．０３％以下，Ｎｉ：５．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｃｕ：０．１〜４．０％，Ｎ；０．００５〜０．０７％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｍ値（％）が−３０％以下に制御されていることを特徴とする伸び特性に優れる安価な細線用ステンレス鋼線材。
   Ｍ値＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ
   −２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１３．７Ｃｒ−１８．５Ｍｏ −−−（１）式
2. 請求項１記載の化学組成において、質量％で、Ｍｏ：０．３〜２．５％を含有することを特徴とする伸び特性に優れる安価な細線用ステンレス鋼線材。
3. 請求項１又は２記載の化学組成であって、線径が３００μｍ以下で、伸び値が３０％以上であることを特徴とする伸び特性に優れる安価なステンレス鋼細線。
4. 請求項１または２記載の化学組成のステンレス鋼線材を溶体化処理した後、８０％以上の減面率で線径３００μｍ以下まで冷間伸線加工し、続いて在炉時間が１０秒以下の超短時間ストランド焼鈍を施すことを特徴とする伸び特性に優れる安価なステンレス鋼細線の製造方法。

Images