JP3018268B2 - 伸線加工性に優れた高炭素鋼線材または鋼線およびその製造方法 - Google Patents
伸線加工性に優れた高炭素鋼線材または鋼線およびその製造方法Info
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Description
炭素鋼線材または鋼線とその製造方法に関するものであ
る。
の用途に応じて、伸線加工が行われるが、この伸線加工
の前に予め伸線に適した線材あるいは鋼線にしておく必
要がある。従来その対策として、特公昭60−5621
5号公報に開示されているように、オーステナイト化温
度にあるC:0.2〜1.0%、Si<0.30%、M
n:0.30〜0.90%を含む鋼線材を、カリウム硝
酸塩またはナトリウム硝酸塩を、単独又は複合して35
0〜600℃の温度に加熱溶融し、ガス体により攪拌し
た溶融塩に浸漬して、800〜600℃間の冷却速度
を、15〜60℃/secにすることを特徴とする高強
度かつ強度ばらつきの小さい鋼線材の熱処理方法があ
る。
記載の熱処理方法により得られるパーライト組織の線材
では、伸線加工工程において高減面率における延性の劣
化、捻回試験での割れの発生(以下デラミネーションと
称する)が問題となっている。本発明は、前記の如き従
来技術の問題点を有利に解決することのできる伸線加工
用高炭素鋼線材または鋼線およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。
ろは下記のとおりである。 (1) 重量%でC:0.90〜1.10%、 Si:0.40%以下、 Mn:0.50%以下、 を含有し、 P:0.02%以下、 S:0.01%以下 Al:0.003%以下、 に制限され、残部がFeおよび不可避的不純物よりな
り、2段変態により得られた上部ベイナイト組織が面積
率で80%以上で、かつHvが450以下であるミクロ
組織を有することを特徴とする伸線加工性に優れた高炭
素鋼線材または鋼線。
0.10〜0.30%を含有することを特徴とする前項
1記載の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材または鋼線。 (3) 重量%で C:0.90〜1.10%、 Si:0.40%以下、 Mn:0.50%以下、 を含有し、 P:0.02%以下、 S:0.01%以下 Al:0.003%以下、 に制限され、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる
鋼片を線材に圧延後、1100〜755℃の温度範囲か
ら60〜300℃/secの冷却速度で350〜500
℃の温度範囲に冷却し、この温度範囲に、ベイナイト変
態が開始しない範囲内でまたはベイナイト変態開始後で
かつベイナイト変態終了前の範囲内で、一定時間保定し
た後、昇温し、完全にベイナイト変態が終了するまで保
定することを特徴とする伸線加工性に優れた高炭素鋼線
材の製造方法。
にCr:0.10〜0.30%を含有することを特徴と
する前項3記載の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材の製
造方法。 (5) 出発鋼片を線材に圧延後、1100〜755℃
の温度範囲から60〜300℃/secの冷却速度で3
50〜500℃の温度範囲に冷却し、この温度範囲に1
秒以上、かつベイナイト変態が開始しない範囲内で下記
式(1)で定める時間X秒以下保定した後、10℃以
上、600−T1 (T1 :冷却後の保定温度)℃以下昇
温し、完全にベイナイト変態が終了するまで保定するこ
とを特徴とする前項3または4記載の伸線加工性に優れ
た高炭素鋼線材の製造方法。
の温度範囲から60〜300℃/secの冷却速度で3
50〜500℃の温度範囲に冷却し、この温度範囲に、
ベイナイト変態開始後でかつベイナイト変態終了前の範
囲内で、下記式(2)で定める時間Y秒以下保定した
後、10℃以上、600−T1 (T1 :冷却後の保定温
度)℃以下昇温し、完全にベイナイト変態が終了するま
で保定することを特徴とする前項3または4記載の伸線
加工性に優れた高炭素鋼線材の製造方法。
組成の鋼線を1100〜755℃の加熱温度範囲から6
0〜300℃/secの冷却速度で350〜500℃の
温度範囲に冷却し、この温度範囲に、ベイナイト変態が
開始しない範囲内でまたはベイナイト変態開始後でかつ
ベイナイト変態終了前の範囲内で、一定時間保定した
後、昇温し、完全にベイナイト変態が終了するまで保定
することを特徴とする伸線加工性に優れた高炭素鋼鋼線
の製造方法。
にCr:0.10〜0.30%を含有することを特徴と
する前項7記載の記載の伸線加工性に優れた高炭素鋼鋼
線の製造方法。 (9) 出発鋼線を1100〜755℃の加熱温度範囲
から60〜300℃/secの冷却速度で350〜50
0℃の温度範囲に冷却し、この温度範囲に1秒以上、か
つベイナイト変態が開始しない範囲内で下記式(1)で
定める時間X秒以下保定した後、10℃以上、600−
T1 (T1 :冷却後の保定温度)℃以下昇温し、完全に
ベイナイト変態が終了するまで保定することを特徴とす
る前項7または8記載の伸線加工性に優れた高炭素鋼鋼
線の製造方法。
囲から60〜300℃/secの冷却速度で350〜5
00℃の温度範囲に冷却し、この温度範囲に、ベイナイ
ト変態開始後でかつベイナイト変態終了前の範囲内で、
下記式(2)で定める時間Y秒以下保定した後、10℃
以上、600−T1 (T1 :冷却後の保定温度)℃以下
昇温し、完全にベイナイト変態が終了するまで保定する
ことを特徴とする前項7または8記載の伸線加工性に優
れた高炭素鋼鋼線の製造方法。
たは鋼線およびその製造法の限定理由について述べる。
通常のパテンティング処理においては0.8%近傍の共
析成分においても旧オーステナイト粒界に添って初析セ
メンタイトが析出すること、またこの初析セメンタイト
が伸線後の延性低下の原因となることを本発明者らは見
出した。Cは経済的かつ有効な強化元素であるが、この
初析セメンタイトの析出量低下にも有効な元素である。
従って引張強さ3500MPa以上の極細線とし延性を
高めるためには、Cの添加量を0.90%以上とするこ
とが必要であり、高すぎると延性が低下し、伸線性が劣
化するのでその上限を1.10%とする。
り、従ってその含有量があまりに少ない時、脱酸効果が
不十分となる。またSiは熱処理後に形成されるパーラ
イト中のフェライト相に固溶しパテンティング後の強度
を上げるが、反面フェライトの延性を低下させ伸線後の
極細線の延性を低下させるため0.40%以下とする。
Mnは鋼の焼き入れ性を確保するために少量添加するこ
とが望ましい。しかし、多量のMnの添加は偏析を引き
起こしパテンティングの際にベイナイト、マルテンサイ
トという過冷組織が発生しその後の伸線性を害するため
0.50%以下とする。
めSの含有量を0.01%以下とし、PもSと同様に線
材または鋼線の延性を害するのでその含有量を0.02
%以下とする。極細線の延性を低下させる原因としてA
l2 O3 、MgO−Al2 O3 等のAl2 O3 を主成分
とする非延性介在物の存在がある。従って、本発明にお
いては非延性介在物による延性低下を避けるために、A
l含有量を0.003%以下とする。
ィング後の組織においてセメンタイトのネットワークが
発生しやすくセメンタイトの厚みのあるものが析出しや
すい。この鋼において高強度高延性を実現するために
は、パーライトを微細にし、かつ先に述べた様なセメン
タイトネットワークや厚いセメンタイトをなくす必要が
ある。本発明において必要に応じて添加されるCrはこ
のようなセメンタイトの異常部の出現を抑制し、さらに
パーライトを微細にする効果を持っている。しかし、多
量の添加は熱処理後のフェライト中の転位密度を上昇さ
せるため引き抜き加工後の極細線の延性を著しく害する
ことになる。従ってCr添加量はその効果が期待できる
0.10%以上とし、フェライト中の転位密度を増加さ
せ延性を害することのない0.30%以下とする。
るとおりである。線材圧延後または鋼線加熱後の冷却開
始温度(T0)は変態後の組織に影響を与える。下限は
平衡変態開始温度であるオーステナイト変態点(755
℃)以上とした。上限はオーステナイト結晶粒の異常成
長を抑えるために1100℃とした。
速度(V1)はパーライト変態の開始を抑制するための
重要な因子である。このことを本発明者等は実験的に求
めた。初期冷却速度が60℃/sec未満で緩冷した場
合、パーライト変態のノーズ位置より高温側で変態が開
始し、パーライト組織が生成するため完全なベイナイト
組織が得られない。ベイナイト組織の生成温度は500
℃以下であるが、完全なベイナイト組織を生成させるた
めには冷却初期に急激に冷却する必要がある。そこで冷
却速度(V1)の下限を60℃/secとし、上限は工
業的に可能な300℃/secとした。
組織を決定する重要な因子である。保持温度が500℃
超では線材または鋼線中心部にパーライト組織が生成す
るため、引張強さが上昇し伸線加工性が劣化する。また
保持温度が350℃未満ではベイナイト組織中のセメン
タイトの粒状化が始まることにより、引張強さが上昇
し、伸線加工性が劣化する。このため恒温変態温度の上
限を500℃、下限を350℃とした。
ることにより過冷オーステナイト組織が得られる。その
後温度を上昇させることにより出現するベイナイト組織
は、等温変態に比較し、セメンタイトの析出が粗くな
る。このため上部ベイナイト組織は軟質化する。このよ
うに過冷オーステナイト組織を得るために、一定時間所
定の温度に保持し、さらにその後、温度を上昇し、一定
時間保持することを2段変態と称す。完全2段変態の場
合は、350〜500℃の温度範囲での必要な過冷時間
(t1)は、過冷オーステナイト組織を生成するのに必
要な時間以上で、かつ上限はベイナイト変態が開始する
以前までとする。好ましくは1秒以上かつ下記式で示す
X秒以下とする。
下限を2段変態による軟質化効果が現れる10℃とし、
上限は昇温後の温度を600℃以下にする必要があるた
め下記式に示すΔT以下とする。 ΔT=600−T1 (T1 :冷却後の保定温度) 昇温後の保定時間(t2)は完全に変態が完了する迄と
する。
の温度範囲での必要な過冷時間(t1)は、ベイナイト
変態開始後でかつベイナイト変態終了前の範囲内で、下
記式で示すY秒以下とする。 Y=exp(19.83−0.0329×T1 )(T1 :冷却後の保定温度) 過冷後、2段変態させる場合の昇温温度幅(ΔT)は完
全2段変態の場合と同様に、下限を2段変態による軟質
化効果が現れる10℃とし、上限は昇温後の温度を60
0℃以下にする必要があるため下記式に示すΔT以下と
する。
は鋼線は線材または鋼線中心部にパーライト組織が生成
する。パーライト組織はセメンタイトとフェライトが層
状構造を有しているため、加工硬化には大きな寄与をも
たらすが、延性の低下を防げない。このため高減面率領
域において引張強さが上昇するとともに捻回特性が劣化
し、デラミネーションの発生をまねく。
たベイナイト線材または鋼線は、フェライト中に粗いセ
メンタイトが分散している状態にあるため加工硬化を抑
えられる。これにより高減面率領域までデラミネーショ
ンの発生を抑制でき、伸線加工が可能である。ベイナイ
ト組織の面積率の測定法は、断面内の組織観察から格子
点法により求める。面積率はベイナイト組織の生成状況
を示す重要な指標であり、伸線加工性に影響を与える。
面積率の下限は2段変態効果が顕著に現れる80%とし
た。
の試料の特性を示すのに重要な因子である。冷却過程及
び昇温過程を施した2段変態させたベイナイト線材また
は鋼線は、等温変態させた場合に比較し、セメンタイト
の析出が粗くなる。このため2段変態させた上部ベイナ
イト組織は軟質化する。ビッカース硬度の上限はC量の
影響を考え450以下とした。
鋼の例、E〜Jは比較鋼の例である。E鋼はC量が上限
以上、F鋼はMn量が上限以上である。
した鋳片を122mm角断面の鋼片に圧延した。これら
の鋼片を線材圧延後、表2に示す条件で直接溶融塩(D
LP)冷却を行なった。これらの線材を平均減面率17
%で1.00mmφまで伸線し引張試験、捻回試験を行
なった。
を用い、JISZ2241記載の方法で行なった。捻回
試験は試験片長さ100d+100に切断後、チャック
間距離100d、回転速度10rpmで破断するまで回
転させた。dは鋼線の直径を表わす。このようにして得
られた特性値を表2に併せて示す。
o.5〜No.10は比較例である。比較例No.5は
冷却速度が遅すぎたためにパーライト組織が生成し、伸
線加工性が低下し、伸線途中で断線が生じた。比較例N
o.6は昇温温度が低すぎたため2段変態させたベイナ
イト組織が生成せず、伸線加工性が低下し、伸線途中で
断線が生じた。
されなかったためマルテンサイトが発生し、伸線加工性
が低下し、伸線途中で断線が生じた。比較例No.8は
過冷却処理時間が長かったため2段変態させたベイナイ
ト組織が生成する割合が低下し、伸線加工性が低下し、
伸線途中で断線が生じた。比較例No.9はC量が高す
ぎたため初析セメンタイトが発生し、伸線加工性が低下
した。
中心偏析に伴うミクロマルテンサイトが発生し伸線加工
性が低下した。
鋼の例、E〜Jは比較鋼の例である。E鋼はC量が上限
以上、F鋼はMn量が上限以上である。連続鋳造設備に
より300×500mmとした鋳片を122mm角断面
の鋼片に圧延してから鋼線を製造した。
直接溶融塩(DLP)冷却を行なった。これらの鋼線を
平均減面率17%で1.00mmφまで伸線し引張試
験、捻回試験を行った。引張試験はJISZ2201の
2号試験片を用い、JISZ2241記載の方法で行っ
た。
切断後、チャック間距離100d、回転速度10rpm
で破断するまで回転させた。dは鋼線の直径を表わす。
このようにして得られた特性値を表4に併せて示す。N
o.1〜No.4は本発明例である。No.5〜No.
10は比較例である。
にパーライト組織が生成し、伸線加工性が低下し、伸線
途中で断線が生じた。比較例No.6は昇温温度が低す
ぎたため2段変態させたベイナイト組織が生成せず、伸
線加工性が低下し、伸線途中で断線が生じた。比較例N
o.7は恒温変態時間が十分確保されなかったためマル
テンサイトが発生し、伸線加工性が低下し、伸線途中で
断線が生じた。
たため2段変態させたベイナイト組織が生成する割合が
低下し、伸線加工性が低下し、伸線途中で断線が生じ
た。比較例No.9はC量が高すぎたため初析セメンタ
イトが発生し、伸線加工性が低下した。比較例No.1
0はMn量が高すぎたため中心偏析に伴うミクロマルテ
ンサイトが発生し伸線加工性が低下した。
造された線材または鋼線は、従来法にくらべてより一段
と高減面率まで伸線が可能で、耐デラミネーション特性
も改善されている。これにより伸線加工性が優れたベイ
ナイト線材または鋼線の製造が可能になり、2次加工工
程における中間熱処理が省略でき、大幅なコストダウ
ン、工期短縮、設備費削減が図れる。
Claims (10)
- 【請求項1】 重量%で C:0.90〜1.10%、 Si:0.40%以下、 Mn:0.50%以下、 を含有し、 P:0.02%以下、 S:0.01%以下 Al:0.003%以下、 に制限され、残部がFeおよび不可避的不純物よりな
り、2段変態により得られた上部ベイナイト組織が面積
率で80%以上で、かつHvが450以下であるミクロ
組織を有することを特徴とする伸線加工性に優れた高炭
素鋼線材または鋼線。 - 【請求項2】 合金成分として、さらにCr:0.10
〜0.30%を含有することを特徴とする請求項1記載
の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材または鋼線。 - 【請求項3】 重量%で C:0.90〜1.10%、 Si:0.40%以下、 Mn:0.50%以下、 を含有し、 P:0.02%以下、 S:0.01%以下 Al:0.003%以下、 に制限され、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる
鋼片を線材に圧延後、1100〜755℃の温度範囲か
ら60〜300℃/secの冷却速度で350〜500
℃の温度範囲に冷却し、この温度範囲に、ベイナイト変
態が開始しない範囲内でまたはベイナイト変態開始後で
かつベイナイト変態終了前の範囲内で、一定時間保定し
た後、昇温し、完全にベイナイト変態が終了するまで保
定することを特徴とする伸線加工性に優れた高炭素鋼線
材の製造方法。 - 【請求項4】 出発鋼片が、合金成分としてさらにC
r:0.10〜0.30%を含有することを特徴とする
請求項3記載の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材の製造
方法。 - 【請求項5】 出発鋼片を線材に圧延後、1100〜7
55℃の温度範囲から60〜300℃/secの冷却速
度で350〜500℃の温度範囲に冷却し、この温度範
囲に1秒以上、かつベイナイト変態が開始しない範囲内
で下記式(1)で定める時間X秒以下保定した後、10
℃以上、600−T1 (T1 :冷却後の保定温度)℃以
下昇温し、完全にベイナイト変態が終了するまで保定す
ることを特徴とする請求項3または4記載の伸線加工性
に優れた高炭素鋼線材の製造方法。 X=exp(16.03−0.0307×T1)……(1) T1 :冷却後の保定温度 - 【請求項6】 出発鋼片を線材に圧延後、1100〜7
55℃の温度範囲から60〜300℃/secの冷却速
度で350〜500℃の温度範囲に冷却し、この温度範
囲に、ベイナイト変態開始後でかつベイナイト変態終了
前の範囲内で、下記式(2)で定める時間Y秒以下保定
した後、10℃以上、600−T1 (T1 :冷却後の保
定温度)℃以下昇温し、完全にベイナイト変態が終了す
るまで保定することを特徴とする請求項3または4記載
の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材の製造方法。 Y=exp(19.83−0.0329×T1)……(2) T1 :冷却後の保定温度 - 【請求項7】 重量%で C:0.90〜1.10%、 Si:0.40%以下、 Mn:0.50%以下、 を含有し、 P:0.02%以下、 S:0.01%以下 Al:0.003%以下、 に制限され、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる
組成の鋼線を1100〜755℃の加熱温度範囲から6
0〜300℃/secの冷却速度で350〜500℃の
温度範囲に冷却し、この温度範囲に、ベイナイト変態が
開始しない範囲内でまたはベイナイト変態開始後でかつ
ベイナイト変態終了前の範囲内で、一定時間保定した
後、昇温し、完全にベイナイト変態が終了するまで保定
することを特徴とする伸線加工性に優れた高炭素鋼鋼線
の製造方法。 - 【請求項8】 出発鋼線が、合金成分としてさらにC
r:0.10〜0.30%を含有することを特徴とする
請求項7記載の記載の伸線加工性に優れた高炭素鋼鋼線
の製造方法。 - 【請求項9】 出発鋼線を1100〜755℃の加熱温
度範囲から60〜300℃/secの冷却速度で350
〜500℃の温度範囲に冷却し、この温度範囲に1秒以
上、かつベイナイト変態が開始しない範囲内で下記式
(1)で定める時間X秒以下保定した後、10℃以上、
600−T1 (T1 :冷却後の保定温度)℃以下昇温
し、完全にベイナイト変態が終了するまで保定すること
を特徴とする請求項7または8記載の伸線加工性に優れ
た高炭素鋼鋼線の製造方法。 X=exp(16.03−0.0307×T1)……(1) T1 :冷却後の保定温度 - 【請求項10】 出発鋼線を1100〜755℃の加熱
温度範囲から60〜300℃/secの冷却速度で35
0〜500℃の温度範囲に冷却し、この温度範囲に、ベ
イナイト変態開始後でかつベイナイト変態終了前の範囲
内で、下記式(2)で定める時間Y秒以下保定した後、
10℃以上、600−T1 (T1 :冷却後の保定温度)
℃以下昇温し、完全にベイナイト変態が終了するまで保
定することを特徴とする請求項7または8記載の伸線加
工性に優れた高炭素鋼鋼線の製造方法。 Y=exp(19.83−0.0329×T1)……(2) T1 :冷却後の保定温度
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