JP3043176B2 - 高強度高延性線材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＣ鋼線、亜鉛めつき
鋼撚線、ばね用鋼線、つり橋用ケーブルなどの製造に供
される高強度線材の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炭素鋼線材の強度を高める手段とし
て、Ｃ含有率を上げることは、安価で高い効果が得られ
るため工業的には最も望ましい方法である。しかし、過
共析領域、すなわち、通常Ｃが０．９％を越える領域で
は、パテンティング時にオーステナイト粒界に沿って脆
い初析セメンタイトがネットワーク状に生成する。この
ため、伸線加工時、初析セメンタイトに沿った粒界割れ
が発生しやすくなり、高減面率の伸線加工は不可能とな
る。

【０００３】従来、過共析鋼の伸線加工性を向上させる
方法として、熱処理ないしは合金元素の添加により初析
セメンタイトの生成を抑制する方法、あるいは、伸線方
法を工夫することにより、初析セメンタイト起因の延性
劣化を防止する方法が開発されている。

【０００４】たとえば、特公昭５６−８８９３号公報に
は、熱処理により組織を粒状セメンタイトが分散したパ
ーライト組織に変える方法が開示されている。これは、
過共析鋼線をオーステナイト化し、油焼き入れ処理して
マルテンサイト組織とした後、７７０〜９３０℃の温度
領域に急速加熱して粒状セメンタイトを析出せしめ、目
標加熱温度に到達後直ちに５３５〜６６０℃の温度でパ
テンティング処理する方法である。この方法は、伸線加
工限界を高める方法としては優れているが、粒状化した
セメンタイトは層状に発達したセメンタイトと異なり、
強化ヘの寄与が小さい（パテンティング後の強度が低
く、伸線時の加工硬化も小さい）ため、Ｃ含有率を高め
た効果を生かすことができない。

【０００５】合金元素の添加効果を利用して初析セメン
タイトの発生を抑制する方法としては、本発明者らが特
開平２−２６３９５１号あるいは特開平２−２５８９５
３号として出願しているように、０．１％〜０．３％の
Ｃｒを添加する方法があるが、小量のセメンタイトの生
成を防ぐことはできない。また、特開昭６３−１８６８
５２号公報には、５〜５０ｐｐｍのＲＥＭおよびＣａ、
Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒのうちの１種類以上を合計で５〜５０
ｐｐｍ添加する方法が開示されている。これらの元素は
いずれも、硫化物と酸化物を同時に生成させる元素であ
る。これらの添加により生成したＲＥＭ、Ｃａ、Ｍｇ、
Ｂａ、Ｓｒを含む微細な硫化物酸化物を核と瞭てパーラ
イト変態を促進させ、マルテンサイトや初析セメンタイ
トの生成を抑制しようとする方法である。しかし、この
方法が適用できるのはＣ含有率がｌ％以下に限られ、さ
らに、これらの微量元素の添加のみならず、微細な酸化
物硫化物を出現させるために、Ｓ、Ｏ、Ａｌの含有率も
制御せねばならず、製造管理はきわめて複雑なものとな
る。

【０００６】一方、初析セメンタイトが存在しても伸線
加工性が低下せぬように、塑性加工面からの改善を行な
った例としては、伸線前にローラーダイス加工ないしは
冷間圧延を行なう方法が特開昭６３−４０１６号公報
に、また、ダイスのアプローチ角を１０゜前後に下げて
伸線する方法が、前記特開平２−２５８９５３号に記載
されている。これらは、いずれも伸線加工時に鋼線中心
部にかかる引張り応力を軽減させることにより初析セメ
ンタイト起因の内部クラックの発生を抑制しようとした
ものである。しかし、この方法が、効果を有するのは、
生成した初析セメンタイトの量が少なく、かつ、粒界に
薄く存在している場合、すなわち、Ｃが１％以下の場合
や少量のＣｒ添加により初析セメンタイトの生成が抑制
されている場合に限られる。一方、これらの方法は伸線
機とは別に新たにローラーダイスや圧延機を装備せねば
ならないこと、また、ダイスの管理を厳しくせねばなら
ないことなど、製造上の問題も少なくない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来技術では、過共析鋼のパテンティングにおける粒界初
析セメンタイトの生成を完全に阻止することはできな
い。また、初析セメンタイトの生成に伴う線材や鋼線の
延性劣化を救済するための手段は開発されているが、十
分な効果を有するとはいえない。このため、従来技術で
は、Ｃ含有率の増加に見合った高強度化を達成し、十分
な延性をそなえた高強度鋼線材を製造することは不可能
であった。本発明が解決しようとする課題は、過共析鋼
のパテンティングにおいて、粒界初析セメンタイトが生
成することを完全に阻止すると同時に、パテンティング
後の鋼線材に、従来法では得られなかった高強度と高延
性を付与することであり、これにより、高減面率の伸線
加工後も高い延性をそなえた高強度鋼線を製造すること
が可能となる。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、
Ｃ：０．９０〜１．２５％、Ｓｉ：０．１５〜１．５
％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｕ：０．１〜０．５
％、必要に応じて、Ｃｒ：０．１〜１．０％、および
Ｖ：０．０２〜０．３０％の１種ないし２種、さらにＡ
ｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｂの１種ないし２種以上をそれ
ぞれ０．１％以下含有し、残余をＦｅおよび不可避的不
純物からなる鋼を、線材圧延後、直ちに４００〜６５０
℃に保持された冷媒中に焼き入れ、該冷媒中で恒温変態
を完了させたのち冷却することを特徴とする高強度高延
性線材の製造方法である。

【０００９】以下に、本発明を詳細に説明する。本発明
者らは、過共析鋼線材のパテンティング時に初析セメン
タイトが生成するのを防止し、かつ、パテンティング後
の線材に、従来法では得られなかった高強度と高延性を
付与すべく、多くの実験を行なった。その結果、以下に
示すように、線材圧延直後、赤熱線材を４００〜６５０
℃に保持された冷媒中に焼き入れ、冷媒中で恒温変態を
完了させることにより目標特性をそなえた高強度高延性
線材が製造できるという新たな知見を得た。

【００１０】初析セメンタイトの生成を阻止するために
は、オーステナイト域からの冷却速度を十分高くとる必
要がある。通常のパテンティングのように、いったん冷
却された線材を再加熱によりオーステナイト化した場合
には、線材表面は厚いスケールに覆われている。このた
め、初析セメンタイトの生成を阻止するに十分な冷却速
度を得るには特別な工夫を要する。これに対して、熱間
圧延後の線材表面はきわめて薄いスケールで均一に覆わ
れており、地鉄との密着も良好である。従って、再加熱
パテンティングの場合に比べ、安定した高い冷却速度を
得ることが可能である。冷媒には、溶融塩ないしは流動
層を使用する。冷媒温度が４００℃未満では、線材表層
にベイナイトが大量に生成するうえ、中心偏析部にマル
テンサイトが発生し、伸線加工限界が低下する。一方、
６５０℃を越えると、パーライトの層状構造が崩れ、こ
のため、強度、伸線加工性ともに低下する。なお、冷却
槽内温度は均一である必要はない。熱間圧延線材が進入
する側の冷媒温度は低く設定して必要な冷却速度を得、
その他の部分の温度は、鋼組威に応じて微細な層状パー
ライトが得られる温度に保持すべきある。このような目
的のためには、冷却槽は複数の冷却帯に分割されたもの
が望ましい。

【００１１】次に、本発明の成分限定理由ついて説明す
る。Ｃは強度を上げるための有効かつ経済的な元素であ
り、本発明の最も重要な元素の一つである。Ｃ含有率を
上げるに伴ない、パテンティング後の強度ならびに伸線
時の加工硬化量が増大する。したがって、伸線加工によ
り高強度鋼線を得るためには、Ｃ含有率は高い方が有利
であり、本発明では、０．９％以上とする。一方、Ｃ含
有率が１．２５％を超えた場合、初析セメンタイトの発
生を防止できなくなるため、Ｃ含有率の上限は１．２５
％とする。

【００１２】Ｓｉは脱酸剤として０．１５％以上添加す
る。一方、Ｓｉは合金元素としてフェライトに固溶し、
顕著な固溶強化作用を示す。また、フェライト中のＳｉ
は伸線後のブルーイングや溶融亜鉛めつき時の強度低下
を低減させる効果を有するため、高強度鋼線の製造には
不可欠な元素である。しかし、１．５％を超えると、伸
線後の鋼線の延性が低下するため、１．５％を上限とす
る。

【００１３】Ｍｎも脱酸剤として０．３％以上添加す
る。また、Ｍｎは焼入性向上効果が大きいため、線径が
大きい場合には、Ｍｎ含有率を上げることにより、断面
内の均一性を高めることが可能であり、伸線後の鋼線の
延性向上に有効である。しかし、１．０％を超えると中
心偏析部にマルテンサイトが生成し、伸線加工性が劣化
するため１．０％を上限とする。Ｃｕは、析出硬化によ
るパ‐ライトの強度増をはかる目的で０．１％以上添加
する。０．１％未満ではその効果が十分でなく、一方、
０．５％を超えると熱間圧延時に割れが発生しやすくな
るため０．５％を上限とする。

【００１４】Ｃｒは、パーライトのラメラー間隔を低減
し、線材の強度と伸線加工性を向上させるため、必要に
応じて０．１％以上添加する。０．１％未満ではその効
果が十分でなく、一方、１．０％を超えると変態に要す
る時間が長くなり、設備の大型化、あるいは、生産能率
の低下をきたすため、１．０％を上限とする。

【００１５】Ｖは、Ｍｎと同様、焼入れ性を向上させる
ため、線径が大きい場合の強化には効果的である。ま
た、炭窒化物を形成して析出硬化によりパーライトを強
化する。この目的のために必要に応じて０．０２％以上
添加する。しかし、Ｖ添加によりパーライト変態が遅延
し、マルテンサイトやべイナイトが生成しやすくなるた
め、また、Ｖ炭窒化物の析出硬化作用が飽和するため、
０．３％を上限とする。オーステナイト粒度に関して
は、本発明法のように、オーステナイト域で高速かつ高
減面率の圧延加工をした後、直ちに冷却する場合には、
再加熱パテンティングの場合に比ベて、オーステナイト
結晶粒は細かくなる傾向を有す。しかし、線材の絞り値
や鋼線の延性をより一層向上させたい場合には、Ａｌ、
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｂの１種ないし２種以上を０．１％
以下添加する。これらの元素はいずれも炭化物や窒化物
を生成しやすく、このため、オーステナイト粒を細粒化
し、線材の延性を向上する効果が強い。しかし、０．ｌ
％を越えて添加しても、その効果は飽和するのみなら
ず、非金属介在物が増加するため、０．１％を上限とす
る。

【００１６】

【実施例】

実施例−１ 以下、２６０ｋｇｆ／ｍｍ²以上の引張強さを有するば
ね用鋼線の製造結果について説明する。

【００１７】表１に示す化学成分の直径７ｍｍの線材
を、熱間圧延後、溶融塩槽中で連続的にパテンティング
を行なった。次に、線材を酸洗、潤滑処理したのち伸線
し、２．０ｍｍのばね用鋼線を製造した。表２に、線材
および鋼線の特性を示す。Ｃ含有率が０．８６％（Ａ−
１鋼）では、目標強度が得られず、一方、１．３５％
（Ａ−４鋼）では、初析セメンタイトが生成し、伸線で
きなかった。従来法（ｌ）および従来法（２）は、いず
れも再加熱パテンティングを行なったのち、伸線したも
のであるが、パテンティング条件が異なっている。従来
法（１）は、パテンティングは６００℃に保持された鉛
浴中で行なう通常のパテンティングである。従来法
（２）は、本発明者らが既に特許出願しているパテンテ
ィング方法、すなわち、鉛浴温度を入側４５０℃、出側
６００℃とすることにより、冷却速座を約２８０℃／ｓ
ｅｃに制御する方法を採用している。このため、従来法
（２）では初析セメンタイトは生成していない。表２が
示すように、本発明法により製造された鋼線は、従来法
に比較して強度、延性ともに優れている。すなわち、本
発明法によれば、従来法では不可能であった２６０ｋｇ
ｆ／ｍｍ²級鋼線の製造が可能である。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】実施例―２ 以下、つり橋や斜張橋を支持する高強渡亜鉛めっき鋼線
の製造結果について説明する。表３に線材の化学成分を
示す。Ｂ−１からＢ−４の各鋼は、直径７ｍｍ、引張強
さ２３０ｋｇｆ／ｍｍ²以上の鋼線の製造を目的とし、
また、Ｃ−１からＣ−４までの各鋼は、直径５ｍｍ、引
張強さ２５０ｋｇｆ／ｍｍ²以上の鋼線の製造を目的と
している。表４に示すように、１３ｍｍおよび１１ｍｍ
に圧延した線材を溶融塩中で連続的にパテンティングを
行なった。線材を目標とする線径まで伸線後、溶融亜鉛
めっきを施した。Ｓｉ含有率の増加により強度は増大す
るが、１．６１％（Ｂ−３鋼）では延性不足となり、め
つき鋼線の捻回値は低下した。一方、Ｍｎが１．０８％
（Ｃ−３鋼）の場合は、中心偏析部に生成したマルテン
サイトにより、めっき鋼線の捻回値は著しく低下した。
また、表４で、Ｂ−１鋼を用い、鉛浴温度３７０℃でパ
テンティングしたものは変態時間が不足し、マルテンサ
イトが生成したため、めっき鋼線の捻回数は大幅に低下
した。従来法（１）は、特開平２−２５８９５３号に記
載された方法である。従来法（１）および従来法（２）
は、いずれも鉛浴炉を用いて再加熱パテンティングを行
っているが、冷却方法が異なっている。すなわち、従来
法（ｌ）においては、鉛浴温度は５５０℃一定であるの
に対して、従来法（２）では、実施例−１に述ベた冷却
速度制御が実施されている。したがって、従来法（２）
においては、初析セメンタイトは生成していない。表４
に示すように、本発明法により溶融亜鉛めつき鋼線を製
造すれば、目標とする強度レベルが得られる。従来法で
到達できる強度レベルの限界は、７ｍｍ鋼線で２００ｋ
ｇｆ／ｍｍ²級、５ｍｍ鋼線で２２０ｋｇｆ／ｍｍ²であ
る。また、捻回値について言えば、本発明法で製造され
た鋼線は、強度レベルが従来法で製造されたものに比べ
て３０ｋｇｆ／ｍｍ²高いにもかかわらず、捻回値レベ
ルの低下は認められず、むしろ向上している。

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】実施例−３ 以下、高強度亜鉛めつき鋼撚線（ＡＣＳＲ用鋼線）の製
造結果について説明する。表５に線材の化学成分を示
す。Ｄ−１からＤ−５までの各鋼は直径２．８ｍｍ、ま
た、Ｅ−１からＥ−５までの各鋼は直径２．０ｍｍの、
それぞれ引張強さ２５０および２６０ｋｇｆ／ｍｍ²以
上の高強度亜鉛めっき鋼線の製造を目的としている。従
来法のＤ−５鋼は特開昭６３−４０１６号公報に開示さ
れたものである。また、従来法のＥ−５鋼は特開昭６３
−１８６８５２号公報に開示されたものである。１０ｍ
ｍおよび７ｍｍに圧延した線材を流動層中で連続的にパ
テンティングを行なった。線材を目漂とする線径まで伸
線後、溶融亜鉛めつきを施した。表６に結果を示す。Ｃ
ｒ含有率は０．０６％（Ｄ−１鋼）では、その効果が小
さく目標強度が得られない。一方、１．１１％（Ｄ−４
鋼）では、変態時間不足のためパテンティング組織にマ
ルテンサイトが発生したため、断線が頻発し、伸線は不
可能であった。Ｖ含有率の増加に伴って強度は増大する
が、Ｅ−３鋼（０．１６％）とＥ−４鋼（０．４０％）
では強度の増加が小さい。表６で、従来法（１）、従来
法（２）、および従来法（３）は、いずれも流動層を用
いた再加熱パテンティングを行なっている。従来法
（１）においては、流動層温度は５９０℃と一定である
が、従来法（２）では、実施例−１に述べた冷却速度制
御が実施されている。従って、従来法（２）において
は、初析セメンタイトは生成していない。従来法（３）
は、従来法（１）でパテンティングしたのち、前記特開
昭６３−４０１６号公報に開示されているように、ロー
ラーダイス伸線後に通常の伸線を行なったものである。
表６にみるように、従来法で達成できる強度レベルの限
界は２４０ｋｇｆ／ｍｍ²級であるが、本発明法によれ
ば、目標とする２６０ｋｇｆ／ｍｍ²級の製造が可能で
ある。また、捻回値について言えば、本発明法で製造さ
れた鋼線は、強度レベルが従来法で製造されたものに比
べて高いにもかかわらず、捻回値レベルの低下はみとめ
られず、十分高いレベルを維持している。

【００２４】

【表５】

【００２５】

【表６】

【００２６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明法によれ
ば、従来より強度が高く、かつ、捻回特性に優れたばね
用鋼線、ＡＣＳＲ用鋼線、つり橋用ケーブル、ＰＣ鋼線
などの高強度鋼線を製造することが可能である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/32 Ｃ２２Ｃ 38/32 (56)参考文献 特開 昭61−177326（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−57637（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−67828（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−261436（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−8893（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭47−51684（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 9/52 103 C21D 6/00 C21D 8/08 C22C 38/00 301 C22C 38/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で Ｃ：０．９０〜１．２５％、 Ｓｉ：０．１５〜１．５％、 Ｍｎ：０．３〜１．０％、 Ｃｕ：０．１〜０．５％、 残余をＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、線材圧
   延後、直ちに４００〜６５０℃に保持された冷媒中で恒
   温変態を完了させたのち冷却することを特徴とする高強
   度高延性線材の製造方法。
2. 【請求項２】 重量％で、更に Ｃｒ：０．１〜１．０％ Ｖ：０．０２〜０．３０％ の１種ないし２種、 さらにＡｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｂの１種ないし２種以
   上をそれぞれ０．１％以下含有し、残余をＦｅおよび不
   可避的不純物からなる鋼を、線材圧延後、直ちに４００
   〜６５０℃に保持された冷媒中で恒温変態を完了させた
   のち冷却することを特徴とする請求項１記載の高強度高
   延性線材の製造方法。