JP2687839B2 - 伸線性および撚線性に優れた高炭素鋼線材 - Google Patents
伸線性および撚線性に優れた高炭素鋼線材Info
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Description
ワイヤー、ベルトコードおよびタイヤコード等の素材と
して、更には弁ばね等の素材として用いられる高炭素鋼
線材に関するものであり、特に伸線性および伸線後の撚
線性を改善すると共に、製品化した後の疲労特性にも優
れた高炭素鋼線材に関するものである。
撚線加工によって複数本撚り合わせてコード等に成形さ
れたり、ばね等の成形加工を受けるのが一般的である。
これらの加工において、伸線性や撚線性に悪影響を与え
るものとして、酸化物系非金属介在物が知られている。
また酸化物系非金属介在物は、製品化した後の線材の疲
労特性を低下させることも知られている。酸化物系非金
属介在物のうち、とりわけAl2 O3 ,SiO2 ,Ca
OおよびTiO2 等の単組成の介在物は、硬度も高く非
延性であって、上記各特性に直接的に悪影響を及ぼすも
のである。
は疲労特性に優れた高炭素鋼線材を製造するには、鋼の
洗浄度を高めると共に、酸化物系非金属介在物を軟質化
する必要があると言われている。
介在物を軟質化する為の技術として、例えば特開昭55
−24961号公報等に開示された技術が提案されてい
る。この技術は、溶鋼中のAl量を低減して、Al2 O
3 系非金属介在物の組成制御を行なうものであるが、十
分な効果が得られるとは言い難かった。
いては、Al規制下で取鍋内にキャリアーガス(不活性
ガス)と共にCaOフラックスを吹込み、予備脱酸した
後、Ca,MgおよびREMよりなる群から選ばれる1
種以上を含有する合金を吹込むことによって非金属介在
物を軟質化する技術が提案されている。また特公平4−
8499号公報には、非金属介在物インデックスを規定
し、且つ非金属介在物の組成をも規定することによっ
て、非金属介在物の軟質化を図り、これによって伸線性
や疲労特性を改善する技術が提案されている。しかしな
がら、これらの技術においては、SiO2 −Al2 O3
−MnO−CaO系の介在物について、組成を軟質な介
在物に改質することができても、その制御は非常に困難
を極めるばかりか、特に硬質で有害なTi系介在物につ
いては全く低減できず、それほどの効果が発揮されてい
なかった。
のもとになされたものであって、その目的は、硬質な酸
化物系非金属介在物の軟質化および低減を図ることによ
って、伸線性および撚線性を改善すると共に、疲労特性
にも優れた高炭素鋼線材を提供することにある。
発明とは、C:0.6〜1.1%,Si:0.1〜1.
5%,Mn:0.2〜1%,P:0.025%以下,
S:0.025%以下,Al:0.003%以下を夫々
含有すると共に、下記(I) 〜(III) の要件を満足し、残
部鉄および不可避不純物からなる点に要旨を有する高炭
素鋼線材である。
である(Al2 O3 /SiO2 )が0.2〜0.6であ
る。 (III) Ti含有量が、Ti(ppm)≦12/[Si
(%)+0.4]の関係を満足する。
いては、単組成若しくは特定の酸化物が著しく高含有量
となる場合には、硬質となって可塑性が劣ることは知ら
れている。本発明者らはこうした知見に基づき、高炭素
鋼線材の伸線性および撚線性を改善する手段について、
様々な角度から検討を重ねた。その結果、特定の化学成
分組成を有する高炭素鋼線材において、該線材中の全酸
素量を所定の範囲に規定すると共に、厚さ5μm以上の
非金属介在物の平均組成の指数値となるAl2 O3 量と
SiO2 量の比(Al2 O3 /SiO2 )を所定の範囲
に規制することによって、Al2 O3 −SiO2 よりな
る非金属介在物を軟質化できること、および鋼中のSi
量に合わせたTi含有量の制御を行なうことによって、
Ti系介在物を大幅に低減できることを見出し、更にこ
れらをバランス良く達成することによって伸線加工性お
よび撚線性を大きく改善でき、しかも疲労特性をも向上
できることを見出し、本発明を完成した。まず本発明に
おいて対象とする線材の化学成分限定理由は下記の通り
である。
限値はピアノ線の下限値である0.6%とした。一方、
C含有量は多くすればするほど高強度が達成されるが、
その反面高炭素化は線材の脆化を招く。特にCの含有量
が1.1%を超えると、旧オーステナイト粒界にセメン
タイトの析出が多くなって却って伸線加工性を阻害する
ので、その上限は1.1%とした。
元素であり、その効果を発揮させる為には0.1%以上
添加する必要がある。しかしながら、Siが過剰に添加
されると、SiO2 系の非金属介在物が生成し、伸線性
と撚線性が悪化し、断線回数が増加すると共に、脱炭層
の生成が著しくなって疲労特性が低下するので、Siの
添加量は1.5%以下とする必要がある。
でなく、鋼中のSをMnSとして固定する作用を有して
おり、鋼中に固溶しているSによる鋼線材の靭性劣化を
防止する効果がある。これらの効果を発揮させるために
は、0.2%以上添加する必要がある。一方、Mnは鋼
の焼入性を増大させるので、1%を超えて過剰に含有さ
せるとマルテンサイトが発生し、伸線性を著しく低下さ
せ曲線を発生させる。
以下 PとSは共に鋼の靭延性を低下させる元素であり、また
偏析し易い元素であり、どちらも0.025%以下に規
制する必要がある。 Al;0.003%以下 Alは過剰に含有させると、Al2 O3 やMgO−Al
2 O3 等の非金属介在物が多量に生成し、湿式伸線工程
や撚線工程での断線原因となる。従って、Alの添加量
は可能な限り少なくするのが良く、少なくとも0.00
3%以下にする必要がある。
本成分とすると共に、後に詳述する(I) 〜(III) の要件
を満足し、残部鉄および不可避不純物からなるものであ
るが、必要に応じてNi,Co,Cu,Cr,V等を含
有するものであってもよい。これらの元素を含有させる
ときの、作用および適切な含有量は下記の通りである。
を防ぐと共に、絞り性の改善にも有効な元素である。こ
れらの効果を発揮させるためには、0.05%以上添加
する必要がある。しかしながら、1.5%を超えて過剰
に添加すると、焼入性が上がり、マルテンサイトが発生
し易くなって、伸線性が低下する。
織を微細化して鋼の強度を高めるのに有効である。この
ような効果を発揮させるには0.05%以上添加する必
要があるが、1%を超えて添加しても効果は飽和する。
度化に有効な元素であり、そのためには0.05%以上
添加する必要がある。しかしながら、過剰に添加すると
却って延性を損なうので1%以下にする必要がある。
たは熱処理後の強度を上昇させる。また伸線加工等にお
ける加工硬化率を高める作用を有するので、Crの添加
によって比較的低い加工率でも高強度を得ることができ
る。これらの作用を発揮させるには0.05%以上添加
する必要があるが、過剰に添加するとパーライト変態に
対する焼入性が高くなりパテンティング処理が困難にな
り、さらに2次スケールが緻密になり過ぎ、メカニカル
デスケーリング性や酸洗性が劣化することから、1%以
下にする必要がある。
あり、鋼の強度向上に有効である。このような作用を発
揮させるためには、0.05%以上添加する必要がある
が、過剰に添加するとマルテンサイトやベーナイト組織
が発生し、加工性が悪くなるので1%以下とする必要が
ある。
明する。まず(I) の要件は、鋼中の全酸素量を10〜3
0ppmと規定したものである。全酸素量が高くなる
と、凝固時にブローホールが発生し易くなってそれが表
面疵になったり、硬質の酸化物系非金属介在物量が多く
なるので、30ppm以下とする必要がある。
するには、一般的にAlやMg等の強力な脱酸材が必要
となり、これらを使用した場合にはAlやMgは酸化物
となって硬質の非金属介在物として鋼中に残り、伸線性
や撚線性を低下させる。従って、全酸素量の下限は10
ppmとした。ちなみに図1は、全酸素量と介在物指数
の関係を示すグラフであるが、全酸素量が10〜30p
pmで介在物が少なくなっていることがわかる。
在物の平均組成の指数値である(Al2 O3 /SiO
2 )が0.2〜0.6と規定したものである。本発明者
らが、線材中に酸化物非金属介在物として認められる介
在物の組成と、伸線性および撚線性並びに疲労特性との
関係について調査したところ、非金属介在物がSiO2
−Al2 O3 −CaO−MnO系の場合には、主にSi
O2 とAl2 O3 のバランス(即ちAl2 O3 /SiO
2 )が特定範囲内に入っていれば、酸化物系非金属介在
物は軟質な延性介在物になることが判明した。尚、非金
属介在物の厚さを5μm以上としたのは、厚さ5μm以
上の非金属介在物が伸線性、撚線性および疲労特性等に
直接的な影響を及ぼすからである。
線指数(撚線時および伸線時)の関係を図2に、介在物
組成(Al2 O3 /SiO2 )と(S−N曲線)疲労特
性の関係を図3に夫々示す。これらの結果から明らかな
様に、(Al2 O3/SiO2)が0.2〜0.6の範囲内
では、非常に良好な伸線性および撚線性が得られてお
り、また疲労特性も良好であることがわかる。
i(ppm)≦12/[Si(%)+0.4]の関係を
満足する」と規定したものである。酸化物系非金属介在
物のうち、Al2 O3 ,SiO2 ,CaO,TiO2 の
各単組成の介在物は硬度も高く非粘性であることは、上
述した通りである。このうちAl2 O3 ,SiO2 ,C
aO等の介在物については、上記の如く全酸素量を規定
することと、(Al2O3 /SiO2 )の値のバランス
を図ることによって、Al2 O3 −SiO2 −CaO−
MnO系内の介在物として軟質化することが可能である
が、TiO2 系介在物についてはAl2 O3 −SiO2
系の複合の介在物にすることによって軟質化させること
は非常に困難である。この為、Ti系介在物はTiO2
単体として存在し、断線の原因となる。また本発明者ら
が研究したところによると、Ti系介在物は従来のAl
2 O3 系やSiO2 系の介在物に比べて小さな大きさ
で、伸線性や撚線性に悪影響を及ぼすことを見出した。
iO2 系)における破面介在物平均大きさ指数が伸線加
工性(伸線加工時の断線指数)に与える影響を示したグ
ラフである。図4から明らかな様にTi系介在物はAl
2 O3 系介在物に比べて約半分の大きさであるにもかか
わらず、同じ程度に断線が発生していることがわかる。
するという観点から、成分の異なる種々の鋼線材で実験
を行なった。その結果、Ti系介在物の発生は鋼中に含
まれているTi量とSi量で関係づけられることを見出
した。即ち、図5はSi含有量およびTi含有量がTi
系介在物による断線に与える影響を示すグラフである
が、Si含有量が多い場合はTi含有量が少なくてもT
i系介在物が発生し、伸線時や撚線時に断線が発生し易
いことが判明した。
i含有量が疲労特性に与える影響を示すグラフ(S−N
曲線)であるが、この結果はTi含有量をSi含有量と
の関係で規定することによって伸線性や撚線性をより良
好にできることを示すものである。
を重ねたところ、Ti含有量をTi(ppm)≦12/
[Si(%)+0.4]となる様に規定すれば、Ti系
介在物による伸線性および撚線性を極めて良好にできる
ことがわかった。
発明の高炭素鋼線材は硬質の酸化物系非金属介在物が少
なくなって伸線性が良好となるので、高速での伸線が可
能となり、加工の厳しい極線線用素材として最適であ
る。またAl2 O3 −SiO2 系の介在物は軟質化され
ており、且つTiO2 等の硬質な介在物も少なくなって
いるので、伸線時や撚線時の介在物に起因する断線が非
常に少なくなり、従来の線材に比べこれらの特性が著し
く向上したものとなる。そして断線が少なくなること
は、生産性を大幅に向上するという利益も得られる。更
に、本発明の高炭素鋼線材は、硬質の酸化物系非金属介
在物が少なくなることによって疲労特性にも優れたもの
となり、各種ワイヤー、スチールコード、弁ばね等の素
材として最適である。
る。
数(撚線時および伸線時)の関係を示すグラフである。
性の関係を示すグラフである。
ける破面介在物平均大きさ指数が伸線加工性に与える影
響を示すグラフである。
よる断線に与える影響を示すグラフである。
に与える影響を示すグラフである。
Claims (6)
- 【請求項1】 C:0.6〜1.1%(重量%の意味、
以下同じ),Si:0.1〜1.5%,Mn:0.2〜
1%,P:0.025%以下,S:0.025%以下,
Al:0.003%以下を夫々含有すると共に、下記
(I) 〜(III) の要件を満足し、残部鉄および不可避不純
物からなることを特徴とする伸線性および撚線性に優れ
た高炭素鋼線材。 (I) 全酸素量が10〜30ppmである。 (II)厚さ5μm以上の非金属介在物の平均組成の指数値
である(Al2 O3 /SiO2 )が0.2〜0.6であ
る。 (III) Ti含有量が、Ti(ppm)≦12/[Si
(%)+0.4]の関係を満足する。 - 【請求項2】 更に、Ni:0.05〜1.5%を含有
するものである請求項1に記載の高炭素鋼線材。 - 【請求項3】 更に、Co:0.05〜1%を含有する
ものである請求項1または2に記載の高炭素鋼線材。 - 【請求項4】 更に、Cu:0.05〜1%を含有する
ものである請求項1〜3のいずれかに記載の高炭素鋼線
材。 - 【請求項5】 更に、Cr:0.05〜1%を含有する
ものである請求項1〜4のいずれかに記載の高炭素鋼線
材。 - 【請求項6】 更に、V:0.05〜1%を含有するも
のである請求項1〜5のいずれかに記載の高炭素鋼線
材。
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Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP11872493A Expired - Lifetime JP2687839B2 (ja) | 1993-05-20 | 1993-05-20 | 伸線性および撚線性に優れた高炭素鋼線材 |
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1993
- 1993-05-20 JP JP11872493A patent/JP2687839B2/ja not_active Expired - Lifetime
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