JP2829534B2

JP2829534B2 - 均一高強度鋼線材

Info

Publication number: JP2829534B2
Application number: JP2008285A
Authority: JP
Inventors: 広佐々木; 豊明江口
Original assignee: TOOA SUCHIIRU KK
Current assignee: TOOA SUCHIIRU KK
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1998-11-25
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JPH03215626A

Description

【発明の詳細な説明】「発明の目的」（産業上の利用分野）本発明は均一高強度鋼線材に係り、特定成分組成の鋼
を用いて強度が高く、しかもばらつきの少い均一な鋼線
材を提供しようとするものである。

従来の技術近年ワイヤーロープやバネに供されるピアノ線材に対
して軽量化、小型化のために従来より高強度でかつばら
つきの小さい線材が要求され、広く用いられているSWRH
82B等より高強度化を図るために、Si、Mn、Cr、Ｖを高
くする方法が知られている。例えば特開昭52−12611
にはC:0.65〜0.9％、Si:0.5〜２％、Mn:1％以下を含む
熱間圧延後直接パテンティングを施して引張強さ150kgf
/mm²以上とする高強度線材が開示されている。また特
開昭57−57837にはC:0.50〜1.5％、Si:1.5％以下、Mn:
0.3％未満、Cr:0.20〜2.0％、さらにAl、Ti、Nb、Ｖ、Z
rの１種以上を0.3％以下含有する鋼を直接パテンティン
グを施す高強度線材が開示されている。

（発明が解決しようとする課題）然し、上記したような従来の技術においては、それな
りのメリットが認められているとしても、なお相当の不
利、欠点が存する。

つまり、これらの開示においてはSi、Mn、Cr、Ｖの増
加に伴い、強度の冷却速度感受性、即ち冷却速度の僅か
な変動による強度の変動が大幅に増加していくことが考
慮されておらず、高強度の線材が製造できてもばらつき
も大きくなってしまうという欠点を有している。詳言す
ると、一般に熱間圧延後に直接パテンティングを施した
線材はコンベア上を非同心リング状態で搬送されるた
め、リング端部が層厚になり冷却速度むらが生じてしま
い、ある程度の強度バラツキが生じる。又強度の冷却速
度感受性の高い従来鋼を使用した場合には高強度化に伴
いばらつきは益々大きくなってしまい、実用に供し得る
線材を製造することは極めて困難である。

然して、単線でオフラインにて鉛浴、ソルト浴、流動
層炉等の恒温層を用いてパテンティングした場合でも槽
内の撹拌のむら、操業中の槽温の変動等により、完全に
強度が一定ということはなく、上記のような従来開示の
ものにおいては高強度が得られるものの、バラツキも大
きくなってしまい、例えばバネ等に使用した場合にはバ
ネ径にむらが出るし、ピッチが一定でない等の不具合を
生じてしまう。

さらに前記のような従来の開示例においては、Si、M
n、Cr、Ｖの増加に伴い、微細パーライトの得られるパ
テンティング下限温度が上昇していくことが考慮されて
おらず、近年の高い冷却能力を有する直接パテンティン
グラインに適用するとマルテンサイト、ベイナイト等の
過冷組織が発生して、強度、延性とも著しく低下してし
まう欠点を有している。すなわちこれら開示鋼を直接パ
テンティングする場合には設備の冷却能力を従来並みに
下げる必要があるが、弱冷によって製造した線材は延性
にかける欠点を有することになる。今日直接パテンティ
ング法には衝風、ミスト、スプレー水、ソルトを利用す
る方法があるが、衝風でも5.5φ線材では20℃/sec程度
の冷却速度を得ることが可能であり、ミストやソルトの
場合には30℃/secの冷却も可能である。しかしながら単
に合金元素を高めただけではベイナイトの発生する温度
が上昇してしまい、これを防ぐため冷却能力を低下させ
ることは冷却能力の強化がむだになるとともに、操業条
件を変動させねばならないという煩わしさを生ずる。例
えばソルトを用いて直接パテンティングを施す場合には
通常の高炭素鋼のパテンティング温度より50℃以上ソル
ト温度を高める必要があり、この昇温のためには丸１日
費やしてしまい、また元の温度に戻すために又もう１日
費やしてしまう。

また以上のようなパテンティング下限温度が上昇する
という欠点はソルト、鉛、流動層を利用したオフライン
パテンティングに際しても槽温を変化させねばならず、
生産性を阻害するし、オフラインにてミスト、スプレー
水吹きつけによるパテンティングを施す場合にも水量、
急冷停止温度の変化により、操業上の管理が煩わしいも
のとなる。

「発明の構成」（課題を解決するための手段）本発明は上記したような従来のものの課題を解消する
ように、鋭意且つ仔細な研究を重ねた結果、従来から広
く使われている高炭素鋼線材あるいはピアノ線材より高
強度で、かつ冷却速度感受性が低く、さらにまた強冷却
しても過冷組織が発生せず、このため高強度、低バラツ
キでかつパテンティング条件の変更の必要のない鋼線材
を得ることに成功したもので、以下の如くである。

1.C:0.6〜1.0wt％、Si:0.35〜1.0wt％未満、Mn:0.5wt％
以下を含有し、残部不可避的不純物および鉄よりなる鋼
で、下式により計算される微細パーライトを得るパテン
ティング限界温度の指数Tpが400〜500の間になるように
成分調整した鋼を、熱間圧延して線材としたのち、５℃
/sec以上の冷却速度にて、直接パテンティングを施す
か、またはオフラインでソルト浴を用いる場合には400
〜500℃、鉛浴を用いる場合には450〜550℃、流動層炉
を用いる場合には200〜300℃の温度でパテンティングを
施して、強度が100kgf/mm²以上でしかもばらつきが8kgf
/mm²以内としたことを特徴とする均一高強度鋼線材。

Tp＝350＋80Si＋100Mn＋135Cr＋100V（元素wt％） 2.C:0.6〜1.0wt％、Si:0.35〜1.0wt％未満、Mn:0.5wt％
以下に加え、Cr:0.5wt％以下、または（及び）、V:0.15
wt％以下を含有し、残部不可避的不純物および鉄よりな
る鋼で、下式により計算される微細パーライトを得るパ
テンティング限界温度の指数Tpが400〜500の間になるよ
うに成分調整した鋼を、熱間圧延して線材としたのち、
５℃/sec以上の冷却速度にて、直接パテンティングを施
すか、またはオフラインでソルト浴を用いる場合には40
0〜500℃、鉛浴を用いる場合には450〜550℃、流動層炉
を用いる場合には200〜300℃の温度でパテンティングを
施して、強度が100kgf/mm²以上でしかもばらつきが8kgf
/mm²以内としたことを特徴とする均一高強度鋼線材。

Tp＝350＋80Si＋100Mn＋135Cr＋100V（元素wt％）（作用）上記したような本発明について仔細を説明するなら
ば、先ず本発明における成分限定理由をwt％（以下単に
％という）によって説明すると、以下の如くである。

・C;0.6〜1.0％Ｃは、鋼中にパーライトを析出し強度を確保するに重
要な元素であり、0.6％未満では所望の強度を得るのが
困難であるが、1.0％を越えて添加すると延性の低下が
大きくなるとともに、粒界へのセメンタイト析出が多く
なって、伸線中の断線の原因となるので0.6〜1.0％とす
る。

・Si;0.35〜1.0％ Siは、フェライト中に固溶して鋼を強化するのに重要
な元素であり、高強度化に伴う冷却速度感受性を大幅に
高めないので積極的に使用し、0.35％未満では所望の強
度を得るのが困難である。しかし、1.0％を越えて添加
すると後述する限界温度指数Tpの上昇が大きくなる。ま
た鋼内の酸化物系介在物を増やして清浄性を低下させる
とともに脱炭も大きくなるので0.35〜1.0％の間とす
る。

・Mn;0.50％以下 Mnは、パテンティング材の強度を増加する効果が小さ
く、Tp及び冷却速度感受性を大幅に増加させるので0.50
％以下とする。しかし0.10％以下では鋼の延性低下を招
くので望ましくは0.10％以上がよい。

・Cr;0.50％以下 Crは、パテンティング材の強度を増加する効果はある
が、Tp及び冷却速度感受性を大幅に増加させるので0.50
％以下とする。しかしてCrは通常0.01〜0.04程度は鉄源
から混入するが、添加元素として用いる場合は0.05％は
少なくとも必要である。

・V;0.15％以下Ｖは、0.15％まではTpを大幅に増加させずに強度を増
加させる効果が大きい。また冷却速度感受性を高めない
ので、0.15％以下の添加とする。なおＶの効果を発揮す
るには0.03％以上の添加は必要である。

上記した各元素ほど重要でないので特に規定はしてい
ないが、鋼にはこの他P;0.030％以下、S:0.030％以下及
びCu、Ni、Sn等の不可避的に混入する元素を含む。また
Al、Ti等の脱酸剤、結晶粒微細化元素は鋼の清浄性を考
慮して必要に応じて添加される。

パテンティング限度温度指数Tpは、Tp:400〜500の間
とされる。即ちこのTpが500を越える場合には、衝風、
ミスト、ソルト等を使用した場合の直接パテンティン
グ、ソルト浴、鉛浴、流動層等を使用した場合のオフラ
インパテンティングいずれかにおいても、通常操業との
操業条件のずれが大きくなりすぎるのでTpの上限は500
とする。一方400以下では大きな冷却能力を必要とし、
また通常操業条件とずれが大きくなるとともに、鉛、ソ
ルトの場合は線材への付着量が多くなってしまうので下
限は400とする。

・パテンティングにおける冷却速度；５℃/sec以上即ち５℃/sec未満の小さい冷却速度では合金元素量を
高める必要があり、コスト高になるとともに、鋼の延性
が低下するので５℃/sec以上とする。５℃/sec以上とい
う冷却速度は、15mmφ線材を対象とした場合、ミスト、
ソルト、鉛、流動層を使用した場合には容易に得られる
が、広く使用されている衝風冷却の場合には大幅な衝風
速度増加を必要とする。

・パテンティング材の強度;100kgf/mm²以上 100kgf/mm
²未満の強度ではPC用鋼線、バネ、ワイヤーロープ等の
目的に対して強度が不足するので、パテンティング材の
強度は100kgf/mm²以上とする。なお本発明によって得ら
れる上限の強度は約150kgf/mm²である。

・ばらつき;8kgf/mm²以内線材の強度ばらつきが8kgf/mm²より大きい時は伸線し
たのちの線の強度を規格範囲内に入れることが難しく、
またバネにおいてはバネ径にむらが出る、ピッチが一定
でない等の不具合を生じてしまうので、強度ばらつきは
8kgf/mm²以内とする。

次に、線材のパテンティング限界温度指数および冷却
速度感受性について説明すると、第１図は後述する第１
表に示すＡ（SWRH82B相当）、Ｂ（低Mn、高Cr鋼）二種
の鋼をソルト浴温度を変えてパテンティングした時の強
度、絞りの変化を示す概念図である。ここで鋼Ａは450
℃、鋼Ｂは575℃で最高の強度が得られ、絞りも高い
が、これより低い温度では逆に強度、絞りは低下してい
く。これは組織が微細パーライトからベイナイトへ変化
するためである。そこでベイナイトの発生が無く、絞り
30％以上を満足する最高強度が得られる下限の温度を限
界温度として規定した。さて通常の操業は鋼Ａを主体
に、ソルト浴の場合は450〜500℃の間でパテンティング
されるが、鋼Ｂの場合は槽温を100℃以上も高めなけれ
ばならず、実用上大きな問題となり、限界温度は500℃
以下であることが必要である。

なお本発明はソルトによりパテンティングのみを対象
とするものではなく、限界温度は冷却手段によって変化
し、鉛浴を用いた場合にはソルトより50℃高めであり、
流動層炉の場合には200℃程度低めとなる。そこでここ
では便宜的にソルト浴を用いてパテンティングした時の
限界温度をそのまま無名数にして、限界温度指数（以下
Tpという）として用いることにした。

また冷却速度感受性は次のように考えられる。鋼Ａに
対して槽温が475±25℃変動した場合、強度は、第１図
から読み取れる如く約8kgf/mm²変動する。一方鋼Ｂに対
して600±25℃の槽温でパテンティングした場合には、
平均強度は鋼Ａより高くなるが、強度の変動幅、即ちば
らつきも16kgf/mm²と大きくなってしまう。鋼Ｂは鋼Ａ
より強度が槽温の影響を受けやすい、即ち冷却速度感受
性が高いからであり、ばらつきの小さい線材を製造する
には冷却速度感受性の小さい成分系とする必要がある。

さて発明者等は通常鋼を強化すると考えられているS
i、Mn、Cr、Ｖはパテンティング材の強度特性に対して
各々独特の性質を有していることを見出した。先ず各元
素とTpの関係について研究した結果は以下の式で整理さ
れる。

Tp＝350＋80Si＋100Mn＋135Cr＋100V（元素wt％）即ちTpを上昇させる効果はCrが最も大きく、次いでM
n、Ｖであり、Siはその効果が最も小さい。

さらに発明者等はパテンティングによって得られる最
高引張強さTSは成分と概ね次の比例関係にあることを確
認した。

TS∞Ｃ＋Si/7＋Mn/20＋Cr/9＋Ｖ（元素wt％）即ち通常鋼を強化すると考えられているMnは、パテン
ティング限界での鋼の強度に殆ど影響を与えないのであ
る。これは鋼が連続冷却変態を受ける時は、Mnは焼入れ
性を高めて組織を微細化し、鋼を強化するが、恒温変態
に近い冷却速度で処理したパテンティング材の強度には
焼入れ性は関係ないからである。またMnはA₁点を下げ、
パーライト変態開始までの鋼の過冷度を小さくし、パー
ライトラメラー間隔の微細化に有効に作用しない。これ
らによりMnは強度増加への効果が小さくTpを高めるのみ
である。

Cr、はTpを大きく増加させるが、鋼の強化効果は比較
的大きい。Mnと同じ焼入れ性向上元素であるが、このCr
の場合にはA₁点を上げ、鋼の過冷度を大きくし、パーラ
イトラメラー間隔を微細化して、鋼を強化する。

Siは、Tpを高める効果が小さく、またフェライトに固
溶して鋼を強化するととに、A₁点を上げ鋼の過冷度を大
きくするので強度増加の効果も大きい。

Ｖは、焼入れ性を向上させるとともに、Ｖ炭窒化物の
析出効果により鋼を強化させるが、Mnと同程度にTpを上
げる効果が大きい。

強度の冷却速度感受性については、Mn、Cr等の単に焼
入れ性を向上する元素はこれを高める効果が大きいが、
Siは焼入れ性を高める効果が小さいので、冷却速度感受
性を高めない。またＶは冷却速度が小さくなると、炭窒
化物の析出硬化が大きくなって冷却速度感受性を低める
効果がある。以上より鋼を強化する場合には、強度の増
加はSiを主体とし、これによるTpの上昇を低下さすため
に強化作用の小さいMnを低く抑えることが必要なのであ
る。またCr、Ｖの使用に当たってはTpを大幅に高めない
範囲で使用することが必要である。

上記したSi、Mn、Cr、Ｖのパテンティング特性、即ち
Tp、500℃ソルトパテンティング材の強度及び冷却速度
感受性△TSに及ぼす影響について説明すると以下の如く
である。なお△TSとしては、（Tpでの強度）−（Tp＋50
での強度）を用いた。

即ち第２図はC;0.82％、Mn:0.25％と一定で、Siのみ
を変化させた場合のTp、引張強度および△TSを示すもの
である。TpはSiの増加とともに増加し、強度は約1.30％
で飽和する。△TSはSiの増加によって大幅に増加しない
が、1.6％以上では過冷組織の出現により急増する。

又第３図は、C:0.82％、Si:0.98％と一定で、Mnのみ
を変化させた場合である。TpはMnの増加とともに増加
し、0.1％当たりの増加の程度はSiより大きい。強度に
は大幅な増加は見られない。また△TSは0.5％を越える
と急増する。

更に、第４図は、C:0.82％、Si:0.98％、Mn:0.25％の
鋼にCr、Ｖを添加した場合である。TpはCr、Ｖの増加と
ともに増加し、その増加の程度はＶよりCrの方が大き
い。強度にはCrよりＶの効果が大きい。また△TSはCr添
加により漸増するが、少量のＶは冷却速度の小さい場合
には炭窒化物の析出により、鋼を強度するので、△TSは
逆に低下する。しかし添加量が増えると、Ｖは焼入れ性
元素としての効果を発揮するので、△TSは増加する。

以上をまとめるとMn、CrはTp、△TSを増加させる効果
が大きく、できるだけ少量とする。Siは強度増加の効果
が大きく、Tp、△TSを増加させる効果がMn、Crより小さ
いので好まし元素といえる。Ｖは強度作用が大きく、ま
た△TSを改善する唯一の元素であるが、Tp上昇効果が大
きいので、少量に限定して用いるべきである。

（実施例）本発明によるものの具体的な実施例について説明する
と、以下の如くである。

本発明者等の用いた鋼の成分組成は次の第１表の如く
である。

然してこれらの鋼についてのパテンティング材品質に
ついて説明すると、鋼Ａ、Ｂについては前記のとおりで
あり、鋼Ｃは低MnのCr添加鋼、鋼Ｄは高Si−高Mn鋼、鋼
Ｅは高Si−高MnでCrを少量添加した鋼である。従来鋼
Ｂ、Ｄ、ＥはCrまたはMnが高いため鋼ＡよりTpが100℃
前後高い。

鋼Ｆ、ＧはMn0.50％以下の低MnでSiのみを高めた鋼、
鋼Ｈ、Ｉ、Ｊは低Mn−高SiにCrまたはCr、Ｖを少量添加
した鋼で、いずれもTpは450℃前後である。

鋼ＫはSWRH72B相当の鋼、鋼ＬはSWRH72B相当の強度を
ねらった0.62％Ｃ−0.80％Si−0.21％Mn−0.04％Ｖ鋼で
あり、Tpは鋼Ｋと同じである。

次の第２表には上記した第１表の各鋼を10mmφに熱間
圧延後、コンベヤ上を第５図に示すように非同心リング
状態で中央部（ｂ）の両側に厚層部（ａ）を形成し搬送
される途中において、800℃〜500℃まで20℃/secでミス
トにより冷却後、徐冷した直接パテンティング材の特性
を示す。

即ち、鋼Ａは標準的な鉛パテンティング相当の強度、
絞りで組成も微細パーライトであり、ばらつきも8kgf/m
m²と比較的小さい。

又TPの高い鋼Ｂ、Ｄ、Ｅは何れもベイナイトが発生し
ていまったために、絞りも低く、ばらつきも極めて大き
く、とても使用に供することはできない。

また鋼ＣはSiが0.35％未満と低いため鋼Ａより強度が
低く、高強度化の目的を達していない。

これに対してTpの低い鋼ＦからＪは強度、絞りとも鋼
Ａと同等以上であり、組織も微細なパーライトのみであ
る。またばらつきも低Mnとして冷却速度感受性を低めた
ことにより、小さく良好である。

また比較鋼Ｋに対して、鋼Ｌは強度、組織は同じであ
るが、炭素が低いため高絞りであり、またMnの低下、Ｖ
の添加によりばらつきの小さい線材となっている。（な
お第３表中のＢはベイナイト、Ｐは微細パーライト、Ｆ
はフェライトを示す。）更に、次の第３表には前記したような各鋼を970℃に
再加熱後、480℃のソルト浴によりオフラインでパテン
ティングした線材の特性を示す。

即ち、この第３表によるならば、比較鋼Ａに対して、
Tpの高い鋼Ｂ、Ｄ、Ｅは何れもベイナイトが発生してし
まったために、絞りが低く、伸線することは不可能であ
る。

また鋼Ｃは鋼Ａより低強度である。

これに対して鋼ＦからＪは強度、絞りとも鋼Ａと同等
以上であり、組織も繊細なパーライトのみである。また
ばらつきも同等以下である。

また鋼Ｋに対して鋼Ｌは高絞りで、低ばらつきの線材
となっている。

「発明の構成」以上説明したような本発明によるときは、ばらつきの
小さい高強度線材を提供することができ、その製造に関
しても一般材と同等のパテンティング条件で平易に実施
し得るなど工業的にその効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第１図
はソルト浴温度の引張強さ、絞りに及ぼす影響を示す
図。第２図〜４図はそれぞれTp、引張強さ、冷却速度感
受性△TSに及ぼすSi、Mn、CrおよびＶの影響を示す図。
第５図はコンベアを流れる非同心リング状線材を示す図
である。然して第５図において、ａは層厚部、ｂは中央部であ
る。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】C:0.6〜1.0wt％、Si:0.35〜1.0wt％未満、
Mn:0.5wt％以下を含有し、残部不可避的不純物および鉄
よりなる鋼で、下式により計算される微細パーライトを
得るパテンティング限界温度の指数Tpが400〜500の間に
なるように成分調整した鋼を、熱間圧延して線材とした
のち、５℃/sec以上の冷却速度にて、直接パテンティン
グを施すか、またはオフラインでソルト浴を用いる場合
には400〜500℃、鉛浴を用いる場合には450〜550℃、流
動層炉を用いる場合には200〜300℃の温度でパテンティ
ングを施して、強度が100kgf/mm²以上でしかもばらつき
が8kgf/mm²以内としたことを特徴とする均一高強度鋼線
材。 Tp＝350＋80Si＋100Mn＋135Cr＋100V（元素wt％）
【請求項２】C:0.6〜1.0wt％、Si:0.35〜1.0wt％未満、
Mn:0.5wt％以下に加え、Cr:0.50wt％以下、または（及
び）、V:0.15wt％以下を含有し、残部不可避的不純物お
よび鉄よりなる鋼で、下式により計算される微細パーラ
イトを得るパテンティング限界温度の指数Tpが400〜500
の間になるように成分調整した鋼を、熱間圧延して線材
としたのち、５℃/sec以上の冷却速度にて、直接パテン
ティングを施すか、またはオフラインでソルト浴を用い
る場合には400〜500℃、鉛浴を用いる場合には450〜550
℃、流動層炉を用いる場合には200〜300℃の温度でパテ
ンティングを施して、強度が100kgf/mm²以上でしかもば
らつきが8kgf/mm²以内としたことを特徴とする均一高強
度鋼線材。 Tp＝350＋80Si＋100Mn＋135Cr＋100V（元素wt％）