JP2942513B2 - 溶接性に優れた高強度低合金鋼線 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高強度を有するとと
もに溶接性に優れた低合金鋼線に関するもので、より詳
しくはＣ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｖ合金系を基本組成とし、これ
に少量の析出強化用元素が添加されてなった鋼線に固溶
化処理及び時効処理を実施してから伸線加工を行って得
られる溶接性に優れた高強度低合金鋼線に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、コンクリート補強用溶接金属
網、物品運搬用溶接金属網筒を始めとする各種シート類
の縁線等は、その各素材鋼線の継手又は鋼線間の接触部
に対してアーク溶接等の溶接を行うか、連結具を締結し
て、構成部材間の結合が成されるようにし、このような
製品の素材鋼線としては、ＪＩＳ ３５０５軟鋼線材又
はＪＩＳ ３５０６硬鋼線材を伸線加工により所定の直
径に加工して製作した形態が使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記前者の
軟鋼線材を伸線加工した鋼線はＣ含量が低いため、溶接
性は優れるが強度が非常に低いという欠点を有してい
る。これとは反対に、硬鋼線材を伸線加工して製造した
ＪＩＳ Ｇ ３５２１硬鋼線材を使用する場合は高強度値
が得られるが、Ｃ含量が高いため溶接性が不良であり、
溶接部の脆化が大きいという欠点がある。特に、抵抗溶
接時にスパークを発生させ、鋼線を互いに当接してスポ
ット溶接する等の場合においては、母線の強度が高くて
も、荷重が加わると、溶接部で破断され易いため、実際
の適用には問題点を有している。

【０００４】そして、従来の硬鋼線でシート用縁線を製
作する場合にはクリップ継手等が使用されているが、こ
のようなクリップ部では長時間にわたった使用中にきい
きいと摩擦音が発生させる事例があり、又、車両の軽量
化の側面から見ても深刻な障害を表すものと指摘されて
いる。

【０００５】従って、本発明は前記従来の技術で現れる
相反する特性、つまり溶接性と高強度の特性のうち、い
ずれか一方がよくなると他方が悪くなる現象が発生する
ことなしに、両特性が全て良好に現れるように構成され
た低合金鋼線を提供することにその目的がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の前記目的はＣ−
Ｓｉ−Ｍｎ−Ｖ合金系に析出強化用元素としてＴｉ、Ｎ
ｂ、Ｃｒ、Ｗ等が添加されてなった低合金鋼線に対して
固溶化熱処理及び時効処理を実施してから伸線加工を行
うことにより達成される。

【０００７】この際に、前記本発明の鋼線の組成は重量
％でＣ 0.05〜0.15％、Ｓｉ 0.7〜1.3％、Ｍｎ 1.0〜2.
0％、Ｖ 0.05〜0.3％、Ｗ 0.02〜0.2％とＴｉ、Ｎｂ及
びＣｒのいずれか一元素 0.05〜0.3％が含有され、残部
がＦｅでなる。

【０００８】そして、本発明における固溶化熱処理はオ
ーステナイト領域で行われ、固溶化加熱後の時効処理は
５２０〜６００℃で遂行され、８０〜９０％の伸線加工
が行われる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は鋼線の組成を前記特定し
た組成に限定するとともに、このような組成でなった鋼
線に対して後続熱処理及び加工過程を遂行することによ
り、溶接性及び強度に優れた材質の鋼線が得られ、本発
明の組成に対する成分限定理由及び後続熱処理及び加工
理由を実施例に基づいて詳細に説明すると次のようであ
る。

【００１０】先ず、本発明の鋼線の基本合金系の組成と
して、Ｃ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｖにおいて、Ｃ 0.05〜0.15
％、Ｓｉ 0.7〜1.3％、Ｍｎ 1.0〜2.0％、Ｖ 0.05〜0.3
％に限定した理由を説明すると次のようである。

【００１１】先ず、Ｃは一般に知られたように高強度の
実現に有利に作用する元素として作用するが、溶接性を
著しく劣化させ、特に抵抗スポット溶接時に不利に作用
するため、このような特性に鑑みてその範囲を 0.05〜
0.15％に限定した。

【００１２】次に、Ｓｉは鋼の熔錬のための溶鋼中で重
要な脱酸元素として作用する必須元素であり、その他に
もワイヤーの母相であるフェライト、又は特に本発明の
低炭素マルテンサイトの強度を著しく高める効果があ
る。従って、最小限 0.7％が含有される場合にだけ前記
効果を期待することができ、過多に添加される場合には
靱性を低下させる結果を来すため、その上限値を 1.3％
に限定した。

【００１３】次に、Ｍｎは溶接金属が熔融状態から凝固
される時に凝固収縮による壊れ現象を防止する効果を発
揮する元素で、そのような作用を発揮するためには最小
限１％は必要とするが、過多に添加される場合には溶接
金属の延伸率を低下させるため、上限値を２％に限定し
た。

【００１４】終わりに、Ｖはワイヤー母相のフェライト
中でＶ₄ Ｃ₃ の形態で微細に析出されて高強度を実現さ
せるために添加される元素である。このような析出硬化
が現れるようにするためには 0.05％以上を必要とする
が、仮に過多に添加される場合にはオーステナイト粒界
でフィルム相で析出されて、強化に寄与しなく、却って
脆化が増大するため、その添加量は 0.3％以下に制限し
なければならない。

【００１５】以上のような４種の成分組成の範囲内にあ
る鋼を基本鋼とし、この基本鋼に少量のＴｉ、Ｎｂ又は
Ｃｒと微量のＷを添加した鋼線材を９２０℃に加熱した
後、温度の相違した各鉛浴中に焼入し浴中で約５分間維
持させてから水冷させて引張強度を測定したところ、そ
の測定結果は図１のグラフに示されている。

【００１６】図１から分かるように、微量のＷが添加さ
れた組成の鋼線で最大引張強度が現れ、時効温度を５６
０℃付近とした場合に非常に高い引張強度を表す。図１
において、高強度の実現のための適切な時効温度の範囲
は５２０〜６００℃であることが判明されている。

【００１７】即ち、基本鋼に 0.1％Ｔｉ、0.15％Ｎｂ又
は 0.15％Ｃｒを添加した組成だけによっては少しの強
度向上を表すが、Ｗの添加により析出が著しく促進され
る。基本鋼にＷのみが添加される場合、析出は促進され
るが強度が低くなることが分かる。

【００１８】本発明の基本鋼の組成に強化元素として添
加されるＴｉ、Ｎｂ又はＣｒを 0.05〜0.3％に限定し、
Ｗを 0.02〜0.2％に限定した理由を具体的に説明すると
次のようである。

【００１９】（１）基本鋼＋Ｔｉ＋Ｗ系 Ｔｉ：母材フェライトの析出強化に有効な元素で、0.05
％未満が含有される場合には効果を期待し得ないが、反
対に 0.3％を越えて添加される時にはワイヤーと溶接部
の靱性が低下するため、上限値を 0.3％に決めた。

【００２０】Ｗ：他の元素の析出を非常に促進させ、そ
の自体もＷ₂Ｃとして析出するため、添加の効果が大き
い。0.02％以上が添加されれば効果があり、0.2％を越
える時は粒界に塊状Ｗ₂Ｃが析出され脆化が発生するた
め、0.2％を上限値に決めた。

【００２１】（２）基本鋼＋Ｎｂ＋Ｗ系 Ｎｂ：Ｔｉと同様に母相フェライトの析出強化に寄与す
るだけでなく、粒径の微細化にも有効に作用する。この
ような効果を発生させるためには 0.05％以上を必要と
し、0.3％を越える時はその効果が飽和状態になるの
で、上限値を 0.3％とする。

【００２２】Ｗ：前記（１）と同様である。

【００２３】（３）基本鋼＋Ｃｒ＋Ｗ系 Ｃｒ：ＣｒはＣｒ₇Ｃ₃として析出されてフェライトを強
化させる。0.05％以上が添加される時に効果が発揮さ
れ、0.3％以上では析出強化が飽和されて粒界でＣｒ₂₃
Ｃ₆が析出されて靱性に悪影響を及ぼすので、上限値を
0.3％に制限する。

【００２４】Ｗ：前記（１）と同様である。

【００２５】一方、図２は前述した種々の元素が添加さ
れた線材を９２０℃に加熱し、図１に示したように、基
本鋼線材は６３０℃、基本鋼にＴｉ、Ｎｂ、Ｃｒが添加
された線材は６１０℃、基本鋼にＷが添加された線材は
５７０℃、基本鋼＋Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ＋Ｗ添加線材は５
６０℃の鉛浴中に５分間維持させた後、巻取し、酸洗及
びコーティング処理後に最大９０％まで伸線加工を行っ
た時の引張強度の変化を測定した結果である。

【００２６】９０％に至る相当な伸線加工を行う場合で
あってもＷが添加されなかった成分系では引張強度が低
く、ＪＩＳ Ｇ ３５２１硬鋼線ＳＷ−Ｂ種の水準に到達
し得ない。これに反し、基本鋼＋Ｔｉ、Ｎｂ、ＣｒにＷ
が微量添加された鋼線は８０％の伸線加工によりＳＷ−
Ｂ種に同等な水準の引張強度を表すことが分かる。

【００２７】本発明の時効処理後に行われる伸線加工℃
を８０〜９０％に限定した理由を詳細に説明すると次の
ようである。

【００２８】先ず、伸線加工度が７０％以下である時は
ＳＷ−Ｂ種の水準に到達しないため、最低加工度として
８０％以上が要求される。そして、９０％を越える伸線
加工は伸線回数も９〜１０回を必要とするため、一般の
８回伸線の伸線材への適用が困難になるだけでなく、ワ
イヤー自体の脆化が著しく表れるため、９０％を上限に
決めた。

【００２９】次に、図３は４φの直径を有する鋼線
（ｗ）を当接し、その接触部を抵抗スポット溶接（ｓ
ｗ）で溶接した試片を示すもので、このような溶接試片
に対して矢印の方向に力を加えて溶接試片の引張破断が
起こった時の破断荷重を測定した。その結果は下記の表
１のようになった。

【００３０】

【表１】 上記表１から分かるように、従来の比較鋼線（軟鋼線及
び硬鋼線）に比べて本発明の鋼線は強度が高いだけでな
く、靱性に優れるとともに溶接部の脆化も少ない事実が
明白に表れている。

【００３１】本発明の効果を知るために種々の成分を有
する４．０ｍｍの鋼線を製造して特性を比較した。表２
には各試片の組成と処理条件が示されている。

【００３２】

【表２】 上記表２の試片のうち、比較鋼線２５は軟鋼線で、１２
φの線材を９３０℃に加熱した後、インライン（in-lin
e）方式で空気中放冷のエア浴（parenting）処理を試行
し塩酸で酸洗した。その後、燐酸塩皮膜処理を行い、さ
らに４．０ｍｍになるよう、８回にわたって伸線加工を
行った。この時の速度は２９０ｍ／分で８９％の伸線加
工が行われるようにした。

【００３３】そして、試片のうち、比較鋼線２６は硬鋼
線で、８ｍｍの線材を５７０℃で鉛浴処理し、次いで酸
洗及びコーティング処理を行った後、４．０ｍｍになる
ように７回にわたって２９０ｍ／分の速度で伸線作業を
行って７５％の伸線加工がされるように製造した。

【００３４】表２に示したような試片のうち、比較鋼線
１−１８と本発明鋼線１−３の低合金鋼線の場合は、酸
洗及び伸線速度を前記と同様にし、９３０℃に加熱した
後、時効処理を行うが、比較鋼線１−１４と本発明鋼線
１、２は５６０℃、比較鋼線１５は５００℃、比較鋼線
１６は６０５℃、比較鋼線２１−２３は６１０℃で行っ
た。一方、基本鋼である比較鋼線２４は時効処理を６３
０℃で遂行した。

【００３５】伸線加工度において、一部の成分に対して
は７５〜９３％の変化を与え、本発明鋼線の場合は組成
成分の上限値と下限値に近接した成分の鋼線試片までも
製造した。

【００３６】このような鋼線に対して引張強度、延伸率
（ＧＬ＝１００ｍｍ）、捻回値及び図３に示すようなス
ポット溶接部に対する強度試験を行って性能に対する比
較を行った。その結果は下記の表３に示される。

【００３７】

【表３】 上記表３の試片のうち、比較鋼線２５の軟鋼線は軟性及
び靱性は高いが、鋼線自体の強度が低く、溶接部の強度
もあまり高くないことが分かる。

【００３８】そして、比較鋼線２６の硬鋼線の場合は、
軟鋼線の１．７倍に至る程度に引張強度が高いが、溶接
部の脆化が大きく、溶接部の強度が非常に低い欠点を有
している。

【００３９】比較鋼線１−２４と本発明鋼線１−７の低
合金鋼線のうち、７種の本発明の鋼線は強度、軟性及び
靱性が硬鋼線に同等であるだけでなく、スポット溶接部
の強度においても全て約１４ｋＮ程度の高い値を表すの
で、高強度及び良好な溶接性を有する鋼線であることが
立証されている。

【００４０】低合金鋼線であっても、このような７種以
外の鋼線において、成分、時効温度、伸長加工度のう
ち、何れか一つの条件が本発明で限定している範囲を外
れるため、強度は高いが、鋼線の軟性又は靱性が低下
し、溶接部の強度も低いか、又は強度が低い欠点を有し
ていることが分かる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は本発明の
鋼線を構成する組成成分としてＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｗ
の成分を特定範囲内に限定し、これにＴｉ、Ｎｂ又はＣ
ｒ中のいずれか一成分が 0.05〜0.3％添加された低合金
鋼線を５２０〜６００℃で時効処理した後、８０〜９０
％の伸長加工を遂行することにより、従来のＪＩＳ ３
５２１硬鋼線ＳＷ−Ｂ種の引張強度に同等な値を表すと
ともに抵抗スポット溶接部の脆化が発生しない高強度鋼
線の製造が可能になる。

【００４２】従って、このような本発明の高強度低合金
は向後コンクリート補強用溶接金属網、物品運搬用溶接
金属網筒又は各種シート類等として使用時、製品の品質
向上は勿論、部材の軽量化を図ることができる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 時効温度の変化による鋼線の組成別引張強度
の変化を示すグラフである。

【図２】 伸線加工された鋼線の組成別引張の変化を示
すグラフである。

【図３】 抵抗スポット溶接試片の引張破断試験過程を
示す図である。

【符号の説明】

ｗ 鋼線、ｓｗ 抵抗スポット溶接部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＣ 0.05〜0.15％、Ｓｉ 0.7〜
   1.3％、Ｍｎ 1.0〜2.0％、Ｖ 0.05〜0.3％、Ｗ 0.02〜
   0.2％とＴｉ、Ｎｂ及びＣｒのいずれか一元素が 0.05〜
   0.3％含有され、残部がＦｅでなった線材をオーステナ
   イト領域で固溶化処理した後、５２０〜６００℃で時効
   処理を行い、８０〜９０％の伸線加工を遂行することを
   特徴とする溶接性に優れた高強度低合金鋼線。