JP2005281793A

JP2005281793A - 鋼線用線材の製造方法及び鋼線用線材

Info

Publication number: JP2005281793A
Application number: JP2004098786A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kawamura; 隆裕河村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】鋼線用線材のスケール厚さと組成を製造条件で制御し、最適な密着性及び剥離性を持つスケールをその表面に有する鋼線用線材の製造方法及び鋼線用線材を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．６〜１．０％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．２０〜０．７０％、Ｐ：０．００３〜０．０２０％、Ｓ：０．００２〜０．０１５％、Ｃｒ：０．０１〜０．１０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物よりなる鋼線用線材の製造方法において、下記（１）式で表されるＡ値が０．０１５以上０．０３未満の場合には８６０℃以上９２０℃未満の温度で捲き取りを行い、下記（１）式で表されるＡ値が０．０３以上０．０４５以下の場合には８００℃以上８６０℃未満の温度で捲き取りを行う。
（１）式：Ａ＝０．０５Ｓｉ（ｗｔ％）＋２Ｓ（ｗｔ％）＋０．１Ｃｒ（ｗｔ％）
【選択図】なし

Description

本発明は、鋼線用線材の製造方法及び鋼線用線材に関する。詳しくは、スケールの厚さと組成を製造条件で制御し、搬送時のスケール密着性とメカニカルデスケーリング時のスケール剥離性が良好である鋼線用線材の製造方法及び鋼線用線材に係るものである。

鋼線の製造は、鋼片から圧延によって得られた線材を伸線加工することによって行われており、従来、０．７％以上の炭素が含まれる鋼では、伸線に有害であるマルテンサイトを出さないために線材圧延を行った後に空冷或いは風冷することにより組織をパーライト（擬似パーライトを含む）に調整している。

ここで、圧延後の冷却過程において、線材の表面には酸化鉄を主成分とするスケールが生成されるのであるが、このスケールは伸線時における表面キズの原因となるために加工時に除去することが必要であり、従来のスケール制御は、スケール剥離性に重点をおき、Ｓ等の元素を添加して成分の調整を行っている。

なお、スケールは鋼材に応力を与えてスケールの除去を行うメカニカルデスケーリングにおいて容易に剥離することが望ましい。希塩酸等による酸洗によりスケールを除去することも可能であるが、酸洗による除去は酸処理設備を要して工程が複雑になると共にコスト高となってしまうという不都合があるためである。

しかし、単にスケール剥離性を良くしたのでは、線材製造工程から伸線加工に至るまでの運搬や搬送といった過程においてスケールが剥離し、表面に地鉄が露出して錆びが生じてしまうという問題があった。

上記した様な問題に対しての解決策として、例えば、特許文献１には、「重量％で、Ｓｉ：０．１０〜０．４０％、Ｓ：０．００２〜０．０１％を含有する鋼成分からなり、光学顕微鏡による断面の観察により鋼材表面に付着したスケール中に１μｍ以上３μｍ以下の空孔が面積率で１％以上５％以下存在することを特徴とする所定以下の応力負荷時にはスケール密着性がよく、且つ、それ以上の応力負荷時にはスケールの剥離性がよい鋼線用線材」等が開示されている。

この特許文献１に記載の鋼線用線材は、スケール中の１μｍ以上３μｍ以下の空孔を面積率で５％以下とすることによりスケールと地鉄の界面に存在する空孔率を低減し、スケール密着性を向上させる。一方、スケール中の空孔面積率を１％以上とすることによりメカニカルデスケーリングにおける応力が加わったときに界面での亀裂を伝播しやすくし、スケール剥離性を確保する。すなわち、鋼線用線材の搬送時のスケール密着性と、メカニカルデスケーリング時のスケール剥離性を良好にするというものである。

従来、上記した特許文献１に示す様な線材について開示されているものの、必ずしも最適な密着性及び剥離性を持つスケールをその表面に有する鋼線用線材及びその製造条件については明確ではなかった。

特開平１０−１５８７８５号公報（第２−４頁）

本発明は、上記現状に鑑みて創案されたものであって、鋼線用線材のスケールの厚さと組成を製造条件で制御し、最適な密着性及び剥離性を持つスケールをその表面に有する鋼線用線材の製造方法及び鋼線用線材を提供することを目的とするものである。

本発明の要旨は、下記（１）及び（２）に示す鋼線用線材の製造方法及び鋼線用線材にある。

（１）質量％で、Ｃ：０．６〜１．０％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．２０〜０．７０％、Ｐ：０．００３〜０．０２０％、Ｓ：０．００２〜０．０１５％、Ｃｒ：０．０１〜０．１０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物よりなる鋼線用線材の製造方法において、下記（１）式で表されるＡ値が０．０１５以上０．０３未満の場合には８６０℃以上９２０℃未満の温度で捲き取りを行い、下記（１）式で表されるＡ値が０．０３以上０．０４５以下の場合には８００℃以上８６０℃未満の温度で捲き取りを行うことを特徴とする鋼線用線材の製造方法。
（１）式：Ａ＝０．０５Ｓｉ（ｗｔ％）＋２Ｓ（ｗｔ％）＋０．１Ｃｒ（ｗｔ％）

（２）質量％で、Ｃ：０．６〜１．０％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．２０〜０．７０％、Ｐ：０．００３〜０．０２０％、Ｓ：０．００２〜０．０１５％、Ｃｒ：０．０１〜０．１０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物よりなり、上記（１）式で表されるＡ値が０．０１５以上０．０３未満の場合には８６０℃以上９２０℃未満の温度で捲き取りを行い、上記（１）式で表されるＡ値が０．０３以上０．０４５以下の場合には８００℃以上８６０℃未満の温度で捲き取りを行うことによって製造された鋼線用線材であって、スケール厚さが５μｍ以上１５μｍ以下であると共に、スケール組成におけるＦｅＯの割合が６５％以上であることを特徴とする鋼線用線材。

以下、上記の（１）及び（２）に記載のものをそれぞれ（１）及び（２）の発明という。

本発明者は、上記した課題を解決するために様々な検討を行い、以下の知見を得た。

（ａ）線材の表面に生成されたスケール厚さが薄過ぎると、メカニカルデスケーリング時にスケールに歪みが入らないために残留スケールができ易くなるために、５μｍ以上程度のスケール厚さが必要である。

（ｂ）線材の表面に生成されたスケール厚さが厚過ぎると、製品の歩留まりが低下すると共に、二次スケール（以下、ブリスターと言う）が発生して剥離性を阻害してしまうために、スケール厚さは１５μｍ以下程度である必要がある。なお、ブリスターが発生するとダイス寿命が著しく低下する。

（ｃ）線材の表面に生成されたスケール組成のうちＦｅＯの割合（以下、ＦｅＯ比率と言う）が少なく、Ｆｅ_２Ｏ_３やＦｅ_３Ｏ_４といった緻密なスケールの割合が多いと、剥離性が劣化してしまう。そのため、ＦｅＯ比率は６５％以上必要である。

（ｄ）上記したスケールの厚さと組成を実現するためには、上記（１）式で表されるＡ値が０．０１５以上０．０３未満の場合には８６０℃以上９２０℃未満の温度で捲き取りを行い、上記（１）式で表されるＡ値が０．０３以上０．０４５以下の場合には８００℃以上８６０℃未満の温度で捲き取りを行う必要がある。

本発明の鋼線用線材の製造方法では、搬送時のスケール密着性とメカニカルデスケーリング時のスケール剥離性が良好である鋼線用線材を得ることができる。
また、本発明の鋼線用線材では、搬送時の良好なスケール密着性とメカニカルデスケーリング時の良好なスケール剥離性を実現することができる。

以下、本発明の各要件について説明する。なお、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。

（Ａ）化学組成
Ｃ：０．６〜１．０％
鋼線材は熱処理により硬鋼線として充分な強度を得るべくパーライト組織（擬似パーライト組織を含む）とすることが望ましく、そのためにはＣが０．６％以上の含有量が必要であり、一方、含有量が１．０％を超えると黒鉛化の傾向が増大して靭性の低下が著しくなってしまう。従って、Ｃの含有量を０．６〜１．０％とした。

Ｓｉ：０．１０〜０．３０％
Ｓｉは、フェライト中に固溶し素地の強度を上げると共に、結晶粒の微細化にも有効な元素である。それらの効果を得るには、０．１０％以上の含有量が必要であるが、含有量が０．３０％を超えると、鋼材とスケールの界面にＳｉ酸化物であるＳｉＯ_２が多く発生し、スケール剥離性が大きくなり過ぎてしまい、スケール量の確保が困難となり、却ってデスケーリング時に除去不良を起こしてしまうことがある。従って、Ｓｉの含有量を０．１０〜０．３０％とした。

Ｍｎ：０．２０〜０．７０％
Ｍｎは、焼入性を高め、鋼線としての強度を得るために有効な元素である。その効果を得るには、０．２％以上の含有量が必要であるが、含有量が０．７０％を超えると靭性を害する恐れがある。従って、Ｍｎの含有量を０．２０〜０．７０％とした。

Ｐ：０．００３〜０．０２０％
Ｐは、鋼材の強度の向上に寄与する元素である。その効果を得るには、０．００３％以上の含有量が必要であるが、含有量が０．０２０％を超えると脆化して伸線加工に供することができない。従って、Ｐの含有量を０．００３〜０．０２０％とした。

Ｓ：０．００２〜０．０１５％
Ｓは、スケールと地鉄界面を脆化し易くする働きがあり、応力負荷によりスケール除去を行うにあたりスケール剥離性を高めるために有効な元素である。その効果を得るには、０．００２％以上の含有量が必要であるが、含有量が０．０１５％を超えるとスケールの剥離性が強くなりすぎ密着性が損なわれてしまう。従って、Ｓの含有量を０．００２〜０．０１５％とした。

Ｃｒ：０．０１〜０．１０％
Ｃｒは、加工硬化率を高めて高強度化するのに極めて重要な元素である。その効果を得るには、０．０１％以上の含有量が必要であるが、含有量が０．１０％を超えるとメカニカルデスケーリング性を悪化させてしまう。従って、Ｃｒの含有量を０．０１〜０．１０％とした。

上記（１）の発明に係る鋼線用線材の製造方法によって得られる鋼線用線材及び上記（２）の発明に係る鋼線用線材の化学組成は、上記のＣからＣｒまでの元素と、残部がＦｅ及び不純物からなるものである。

（Ｂ）捲き取り温度
上記した様に、５μｍ以上１５μｍ以下のスケール厚さを実現するためには、上記（１）式で表されるＡ値が０．０１５以上０．０３未満の場合には８６０℃以上９２０℃未満の温度で捲き取りを行い、上記（１）式で表されるＡ値が０．０３以上０．０４５以下の場合には８００℃以上８６０℃未満の温度で捲き取りを行うと規定した。

以下、本発明者が表１に示す化学成分を有するビレットＡ〜Ｇを用いて検討した結果を一例として、上記の捲き取り温度に関する規定について詳しく説明する。なお、表１には化学組成から算出した上記（１）式で表されるＡ値も併記している。

先ず、加熱炉で加熱された表１で示す化学成分を有するビレットの表面のスケールをウォータージェット等により除去し、ビレットのコーナー部と面部の温度差が１００℃を超えない様にすると共に、ビレットの温度が８００℃以上９５０℃以下の状態で熱間圧延を開始した。

そして、最終圧延機の出口における鋼材温度が９００℃以上１１００℃以下になる様に圧延途中で適宜冷却を行いながら５．５ｍｍφの線材に圧延を行った。

次に、圧延した線材を（１）８３０℃〜８６０℃、または（２）８７０℃〜９００℃の温度となる様に急速に冷却を行い、各温度条件でステルモアコンベアー上に捲き取った。

その後、線材の温度が５００℃になるまでを３℃／ｓ〜１５℃／ｓの冷却速度で冷却し、５００℃〜１００℃までを５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することによって鋼線用線材を得た。

上記の様にして得られた鋼線用線材のスケール厚さの評価を行った。

以上の試験結果を図１に示す。

図１は、８３０℃〜８６０℃の温度域で捲き取りを行った場合と、８７０℃〜９００℃の温度域で捲き取りを行った場合の上記（１）式で表されるＡ値とスケール厚さの関係を示したものである。

図１から、８３０℃〜８６０℃の温度域で捲き取りを行った場合には、Ａ値が０．０２５以上程度、８７０℃〜９００℃の温度域で捲き取りを行った場合には、０．０３２以下程度の場合に、好ましい範囲である５μｍ以上１５μｍ以下程度にスケール厚さを制御できることがわかる。

また、この図から、Ａ値が０．０３未満の場合には、８６０℃以上９２０℃未満程度の温度域で捲き取りを行い、Ａ値が０．０３以上の場合には、８００℃以上８６０℃未満程度の温度域で捲き取りを行うようにすれば、おおよそ好ましい範囲である５μｍ以上１５μｍ以下程度にスケール厚さを制御できることがわかる。

以上の試験結果に基づき、上記（１）式で表されるＡ値が０．０１５以上０．０３未満の場合には８６０℃以上９２０℃未満の温度で捲き取りを行い、上記（１）式で表されるＡ値が０．０３以上０．０４５以下の場合には８００℃以上８６０℃未満の温度で捲き取りを行うと規定した。

なお、以上の試験において、線材の温度が５００℃になるまでを３℃／ｓ〜１５℃／ｓの冷却速度で冷却を行うのは、鋼の機械的性質を確保するためである。また、５００℃〜１００℃までを５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却を行うのは、線材の表面に成長したスケールが剥離し難いスケール組成へと変態することを抑えるためであり、ＦｅＯ比率を６５％以上にするためには、できるだけ早く常温まで冷却することが好ましい。

以下、実施例により本発明を詳しく説明する。

先ず、加熱炉で加熱された上記表１で示す化学成分を有するビレットＡ〜Ｇの表面のスケールをウォータージェット等により除去し、ビレットのコーナー部と面部の温度差が１００℃を超えない様にすると共に、ビレットの温度が８００℃以上９５０℃以下の状態で熱間圧延を開始した。

そして、最終圧延機の出口における圧延速度が５０ｍ／ｓ以上１５０ｍ／ｓ以下であると共に、鋼材の温度が９００℃以上１１００℃以下になる様にして圧延を行い、５．５ｍｍφの線材を得た。

次に、圧延した線材を０．８ｓ以内に（１）８３０℃〜８６０℃、（２）８７０℃〜９００℃、（３）９２０℃〜９４０℃の温度となる様に急速に冷却を行い、各温度条件でステルモアコンベアー上に捲き取った。

その後、ステルモアコンベアーにより０．００１６ｍ／ｓ〜０．０１２ｍ／ｓの速度で搬送し、線材の温度が５００℃になるまでを３℃／ｓ〜１５℃／ｓの冷却速度で冷却し、５００℃〜１００℃までを５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することによって鋼線材を得た。

上記の様にして得られた鋼線材のスケール厚さ、ＦｅＯ比率及びブリスターの有無を確認することによって評価を行った。

ここで、スケール厚さは５μｍ以上１５μｍ以下であるか否かによって評価を行った。また、ＦｅＯ比率は６５％以上であるか否かによって評価を行った。

以上の試験結果を表２、表３及び表４に整理して示す。

表２は、８３０℃〜８６０℃の温度域で捲き取りを行った場合の（１）式で表されるＡ値、スケール厚さ、ＦｅＯ比率及びブリスターの発生の有無を示したものである。表２から、８３０℃〜８６０℃の温度域で捲き取りを行った場合においては、いずれの線材についてもブリスターの発生は無いものの、線材Ａ〜Ｃ、即ち、（１）式で表されるＡ値が０．０１５以上０．０３０未満である線材では、５μｍ以上のスケール厚さを得ることができないと共に、ＦｅＯ比率も６５％未満であった。
また、線材Ｄ〜Ｇ、即ち、（１）式で表されるＡ値が０．０３０以上０．０４５以下である線材では、５μｍ以上１５μｍ以下のスケール厚さを得ることができると共に、ＦｅＯ比率も６５％以上であった。

表３は、８７０℃〜９００℃の温度域で捲き取りを行った場合の（１）式で表されるＡ値、スケール厚さ、ＦｅＯ比率及びブリスターの発生の有無を示したものである。表３から、８７０℃〜９００℃の温度域で捲き取りを行った場合においては、線材Ａ〜Ｃ、即ち、（１）式で表されるＡ値が０．０１５以上０．０３０未満である線材では、５μｍ以上１５μｍ以下のスケール厚さを得ることができ、ＦｅＯ比率が６５％以上であると共に、ブリスターの発生も無かった。
また、線材Ｄ〜Ｇ、即ち、（１）式で表されるＡ値が０．０３０以上０．０４５以下である線材では、スケール厚さが１５ｍｍを超え、また、ブリスターが発生した。

表４は、９２０℃〜９４０℃の温度域で捲き取りを行った場合の（１）式で表されるＡ値、スケール厚さ、ＦｅＯ比率及びブリスターの発生の有無を示したものである。表４から、９２０℃〜９４０℃の温度域で捲き取りを行った場合においては、いずれの線材もスケール厚さやＦｅＯ比率を満足できないと共に、一部の線材にはブリスターが発生した。また、スケール厚さの薄いものについては、厚くなっていたスケールが一部剥れたものと考えられる。

８３０℃〜８６０℃の温度域で捲き取りを行った場合と、８７０℃〜９００℃の温度域で捲き取りを行った場合の上記（１）式で表されるＡ値とスケール厚さの関係を示したものである。

Claims

質量％で、Ｃ：０．６〜１．０％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．２０〜０．７０％、Ｐ：０．００３〜０．０２０％、Ｓ：０．００２〜０．０１５％、Ｃｒ：０．０１〜０．１０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物よりなる鋼線用線材の製造方法において、
下記（１）式で表されるＡ値が０．０１５以上０．０３未満の場合には８６０℃以上９２０℃未満の温度で捲き取りを行い、下記（１）式で表されるＡ値が０．０３以上０．０４５以下の場合には８００℃以上８６０℃未満の温度で捲き取りを行う
ことを特徴とする鋼線用線材の製造方法。
（１）式：Ａ＝０．０５Ｓｉ（ｗｔ％）＋２Ｓ（ｗｔ％）＋０．１Ｃｒ（ｗｔ％）
質量％で、Ｃ：０．６〜１．０％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０％、Ｍｎ：０．２０〜０．７０％、Ｐ：０．００３〜０．０２０％、Ｓ：０．００２〜０．０１５％、Ｃｒ：０．０１〜０．１０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物よりなり、下記（１）式で表されるＡ値が０．０１５以上０．０３未満の場合には８６０℃以上９２０℃未満の温度で捲き取りを行い、下記（１）式で表されるＡ値が０．０３以上０．０４５以下の場合には８００℃以上８６０℃未満の温度で捲き取りを行うことによって製造された鋼線用線材であって、
スケール厚さが５μｍ以上１５μｍ以下であると共に、スケール組成におけるＦｅＯの割合が６５％以上である
ことを特徴とする鋼線用線材。
（１）式：Ａ＝０．０５Ｓｉ（ｗｔ％）＋２Ｓ（ｗｔ％）＋０．１Ｃｒ（ｗｔ％）