JP2009263704A - 伸線加工性と耐疲労特性に優れた鋼線材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼線材中の厚み2μm以上の酸化物における平均組成が、SiO2:30〜60%、Al2O3:1〜30%、CaO:10〜50%、B2O3:0.1〜10%の範囲(質量基準)である。複合系酸化物を低融点組成とした上でB2O3:0.1〜10%を含有させることにより、熱間圧延時に複合酸化物を著しく軟質化させ、また著しく伸線加工時の破砕性を向上でき、その結果、熱間圧延や伸線加工で複合酸化物が微細に分断される結果、伸線加工性や耐疲労特性を顕著に改善できる。さらに、酸化物にMgO、Na2O、K2O、Li2O、ZrO2、MnO、Ce2O3、La2O3、Nd2O3、TiO2、NbO、FeO、Fe2O3の1種以上を0.1〜15%以下の範囲で含有してもよい。
【選択図】なし
Description
(1)鋼の化学成分が質量%で、C:0.45〜1.1%、Si:0.1〜3.0%、Mn:0.1〜2.0%を含み、残部はFe及び不可避的不純物からなり、不純物中のPは0.030%以下、Sは0.030%以下、Alは0.005%以下、Nは0.006%以下、O(酸素)は0.0030%以下の鋼線材であって、その長手方向縦断面における厚みが2μm以上の酸化物の平均組成が、質量%で、SiO2:30〜60%、Al2O3:1〜30%、CaO:10〜50%、B2O3:0.1〜10%を含むことを特徴とする鋼線材。
(2)鋼線材の長手方向縦断面における厚みが2μm以上の酸化物の平均組成が、さらに、質量%で、0.1〜15%のMgO、Na2O、K2O、Li2O、ZrO2、MnO、Ce2O3、La2O3、Nd2O3、TiO2、NbO、FeO、Fe2O3よりなる群から選択される少なくとも1種を含有する上記(1)に記載の鋼線材。
(3)鋼の化学成分が、さらに、質量%で、Cr:0.005〜1.5%、Cu:0.005〜0.5%、Ni:0.005〜1.5%、Mo:0.005〜0.5%、W:0.005〜0.5%、Co:0.005〜2.0%、B:0.0002〜0.0030%、V:0.005〜0.5%、Ti:0.005〜0.1%、Zr:0.005〜0.1%、Nb:0.005〜0.100%を1種以上含む上記(1)又は(2)に記載の鋼線材。
である。
Cは、強度を確保するのに有効な元素である。しかし、その含有量が0.45%未満の場合には、ばねやスチールコードなどの最終製品に高い強度を付与させることが困難である。一方、その含有量が1.1%を超えると熱間圧延後の冷却過程中に初析セメンタイトが生成して、伸線加工性が著しく劣化する。したがって、Cの含有量は0.45〜1.1%とするのがよい。
Siは、脱酸に有効な元素であり、その含有量が0.1%未満ではその効果を発揮させることができない。一方、3.0%を超えて過剰に含有させると、パーライト中のフェライト相の延性が低下してしまう。なお、ばねにおいては、「耐へたり特性」が重要で、Siには「耐へたり特性」を高める作用もあるが、3.0%を超えて含有させてもその効果は飽和してコストが嵩むし、脱炭を助長してしまう。したがって、Si含有量は0.1〜3.0%とするのがよい。
Mnは、脱酸に有効な元素であり、その含有量が0.1%未満ではこの効果を発揮させることができない。一方、2.0%を超えて過多に含有させると、偏析を生じやすくなり、偏析部へのミクロマルテンの生成により伸線加工性及び耐疲労特性が劣化してしまう。したがって、Mnの含有量は0.1〜2.0%とするのがよい。
Crは、既に述べた酸化物の平均組成を比較的容易に所望の範囲に調整することができることに加えて、パーライトのラメラ間隔を小さくして熱間圧延後及びパテンティング後の強度を高める作用を有する。さらに、伸線加工時における加工硬化率を高める作用も有しているので、Crの添加によって比較的低い加工率でも高い強度を得ることができる。Crには耐食性を高める作用もある。これらの効果を確実に得るには、Crは0.005%以上の含有量とすることが望ましい。しかし、1.50%を超えて含有させても前記の効果が飽和するばかりか、過剰なCr2O3により伸線加工性や耐疲労特性の劣化を招く場合がある。したがって、Crの含有量は、1.50%以下とするのがよい。
Nbを0.005%以上添加すれば、オーステナイト結晶粒を微細化させ、延性及び靱性を高める作用を有する。しかし、0.1%を超えて含有させても前記の効果が飽和する。したがって、Nbの含有量は、0.1%以下とするのがよい。
Cuを0.005%以上添加すれば、耐食性を高める効果を発揮する。この効果を確実に得るには、Cuは0.1%以上の含有量とすることが望ましい。しかし、Cuを0.5%を超えて含有させると、結晶粒界に偏析し、鋼塊の分塊圧延時や線材の熱間圧延時における割れや疵の発生が顕著になる。したがって、Cuの含有量は0.005〜0.5%とするのがよい。
Niを0.005%以上添加すれば、フェライト中に固溶してフェライトの靱性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Niは0.05%以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が1.5%を超えると、焼入れ性が高くなりすぎてマルテンサイトが生成しやすくなり伸線加工性が劣化する。したがって、Niの含有量は0.005〜1.5%とするのがよい。
Moを0.005%以上添加すれば、熱処理で微細な炭化物として析出し強度と耐疲労特性を高める作用がある。この効果を確実に得るには、Moは0.1%以上の含有量とすることが好ましい。一方、0.5%を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Moの含有量は0.005〜0.5%とするのがよい。
Wは添加しなくてもよい。Wを0.005%以上添加すれば、Crと同様に伸線加工時の加工硬化率を顕著に高める作用がある。この効果を確実に得るには、Wは0.1%以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が0.5%を超えると鋼の焼入れ性が高くなりすぎて、パテンティング処理が困難になる。したがって、Wの含有量は0.005〜0.5%とするのがよい。
Coを0.005%以上添加すれば、初析セメンタイトの析出を抑制する効果を有する。この効果を確実に得るには、Coは0.1%以上の含有量とすることが好ましい。しかし、2.0%を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Coの含有量は0.005〜2.0%とするのがよい。
Bを0.0002%以上添加すれば、パーライト中のセメンタイトの成長を促進させて、線材の延性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Bは0.0005%以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が0.0030%を超えると、温間や熱間での加工時に割れが生じやすくなる。したがって、Bの含有量は0.0002〜0.0030%とするのがよい。
Vを0.005%以上添加すれば、オーステナイト結晶粒を微細化させ、延性及び靱性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Vは0.05%以上の含有量とすることが好ましい。しかし、0.5%を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Vの含有量は0.005〜0.5%とするのがよい。
Tiを0.005%以上添加すれば、オーステナイト結晶粒を微細化させ、延性及び靱性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Tiは0.005%以上の含有量とすることが好ましい。しかし、0.1%を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Tiの含有量は0.005〜0.1%とするのがよい。
Zrを0.005%以上添加すれば、オーステナイト結晶粒を微細化させ、延性及び靱性を高める作用を有する。しかし、0.1%を超えて含有させても前記の効果が飽和し、コストが嵩むばかりである。したがって、Zrの含有量は0.005〜0.1%とするのがよい。
Pは伸線加工時における断線を誘発する。特に、その含有量が0.030%を超えると伸線加工時に断線が多くなる。したがって、不純物としてのPの含有量は0.030%以下とするのがよい。
Sは伸線加工時における断線を誘発する。特に、その含有量が0.030%を超えると伸線加工時に断線が多くなる。したがって、不純物としてのSの含有量は0.030%以下とするのがよい。
Alは、Al系酸化物の生成の原因となる元素で、Al系酸化物は耐疲労特性及び伸線加工性を劣化させる。特に、その含有量が0.005%を超えると耐疲労特性の劣化が大きくなる。したがって、不純物としてのAlの含有量は0.005%以下とするのがよく、0.003%以下とすれば一層よい。また、前記したように酸化物系介在物の平均組成で所定量のNbOあるいはB2O3を含有させるには溶鋼段階からAl含有量を0.005%以下、このましくは0.003%以下に制御する必要がある。
Nは、窒化物となる元素であり、又、歪時効によって延性及び靱性に悪影響を及ぼす。特に、その含有量が0.006%を超えると弊害が顕著になる。したがって、不純物としてのNの含有量は0.006%以下とするのがよく、0.0035%以下とすれば一層よい。
Oの含有量が0.0030%を超えると酸化物の数と幅が増大し、耐疲労特性が著しく劣化する。このため、不純物としてのOの含有量は0.0030%以下とするのがよく、0.0025%以下とすれば一層よい。
転炉精錬、転炉外での二次精錬の工程は、鋼中の不純物元素の低減に極めて有効であるため高い清浄性を有する鋼の製造に適しており、更に、連続鋳造して鋼塊にすることで製造コストを比較的低く抑えることができる。したがって、鋼線材の素材鋼となる鋼は、転炉による一次精錬、転炉外での二次精錬、連続鋳造の工程を順に経て鋼塊にするのがよい。「二次精錬」とは、既に述べたように、ガスバブリングやアーク式加熱方式などを有する取鍋精錬法、真空処理装置を使用する精錬法といった「清浄化のための転炉外での精錬法」で通常「炉外精錬」と称されるもので、具体的にはLF、RH、ASEA−SKF,VOD,AOD,CAS、インジェクション機能付き精錬装置等を指す。
上記項に記した精錬と鋳造の工程を経て製造された鋼を線材にするための熱間圧延方法は特に規定する必要はなく、例えば、通常行われている線材の熱間圧延方法でよい。
熱間圧延して得られた鋼線材の冷間加工は、穴ダイスを用いた伸線加工、ローラダイスを用いた伸線加工、所謂「2ロール圧延機」、「3ロール圧延機」や「4ロール圧延機」を用いた冷間圧延加工など通常の冷間加工方法で行えばよい。「最終の熱処理」である最終パテンティング処理も、例えば、通常行われているパテンティング処理でよい。次の湿式伸線の過程における引き抜き抵抗の低減や、スチールコード用途におけるようなゴムとの密着性を高めることなどを目的に施されるめっき処理も特別なものである必要はなく、通常のブラスめっき、Cuめっき、Niめっきなどでよい。更に、湿式伸線加工も通常行われているものでよい。
表2に示す化学組成を有するスチールコードの素材鋼である鋼A1〜A18及びB1〜B22を、転炉による一次精錬、炉外精錬による二次精錬、連続鋳造のプロセスで製造した。すなわち、270トン転炉で溶製し、出鋼時にSi、Mnで脱酸してからLFを用いて「炉外精錬」して成分(化学組成)の調整と清浄化処理を施し、連続鋳造して鋳片とした。なお、表2には、鋼線材の長手方向縦断面における厚みが2μm以上の酸化物の平均組成を調査した結果とB2O3の添加形態、B2O3を添加する前から連鋳工程までにおける溶鋼中の最高Al%、最終工程である連鋳工程での取鍋スラグのCaO/SiO2比と伸線試験での断線回数及び断線原因となった介在物の種類及び最大厚み(破断面上での長径で定義)も併せて示した。
実施例1と同様、表3に示す化学組成を有する弁ばねの素材鋼である鋼C1〜C20及びD1〜D22を、転炉による一次精錬、LF法による二次精錬、連続鋳造のプロセスで製造した。本実施例でもフラックス添加量は溶鋼t当たり20kg一定で添加した。本実施例においても270トン転炉で溶製し、出鋼時にSi、Mnで脱酸してからLFを用いて「炉外精錬」して成分(化学組成)の調整と清浄化処理を施し、連続鋳造して鋳片とした。なお、表3には、鋼線材の長手方向縦断面における厚みが2μm以上の酸化物の平均組成を調査した結果とB2O3の添加形態、B2O3を添加する前から連鋳工程までにおける溶鋼中の最高Al%、最終工程である連鋳工程での取鍋スラグのCaO/SiO2比と耐疲労特性を評価した中村式回転曲げ試験での介在部物起因の折損率と破断原因となった介在物の種類及び最大厚み(破断面上での長径で定義)も併せて示した。
折損率(%)=[介在物折損本数/(介在物折損+所定回数に達し中止した本数)]×100
Claims (3)
- 鋼の化学成分が質量%で、C:0.45〜1.1%、Si:0.1〜3.0%、Mn:0.1〜2.0%を含み、残部はFe及び不可避的不純物からなり、不純物中のPは0.030%以下、Sは0.030%以下、Alは0.005%以下、Nは0.006%以下、O(酸素)は0.0030%以下の鋼線材であって、その長手方向縦断面における厚みが2μm以上の酸化物の平均組成が、質量%で、SiO2:30〜60%、Al2O3:1〜30%、CaO:10〜50%、B2O3:0.1〜10%を含むことを特徴とする鋼線材。
- 鋼線材の長手方向縦断面における厚みが2μm以上の酸化物の平均組成が、さらに、質量%で、0.1〜15%のMgO、Na2O、K2O、Li2O、ZrO2、MnO、Ce2O3、La2O3、Nd2O3、TiO2、NbO、FeO、Fe2O3よりなる群から選択される少なくとも1種以上を含有する請求項1に記載の鋼線材。
- 鋼の化学成分が、さらに、質量%で、Cr:0.005〜1.5%、Cu:0.005〜0.5%、Ni:0.005〜1.5%、Mo:0.005〜0.5%、W:0.005〜0.5%、Co:0.005〜2.0%、B:0.0002〜0.0030%、V:0.005〜0.5%、Ti:0.005〜0.1%、Zr:0.005〜0.1%、Nb:0.005〜0.100%を1種以上含む請求項1または2に記載の鋼線材。
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