JP3216404B2

JP3216404B2 - 伸線強化高強度鋼線用線材の製造方法

Info

Publication number: JP3216404B2
Application number: JP06256894A
Authority: JP
Inventors: 孝塚本; 輝隆津村; 進神原
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: JPH07268463A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、伸線強化線材（ワイヤ
ー）製造用の素線となる鋼線材の製造方法に関し、特に
高強度で、かつ延性に優れた伸線強化型線材を製造する
ための素線となる加工性に優れた鋼線材の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、最終的に直径0.2mm 前後まで伸線
して得られる製品ワイヤーの強度は、320kgf/mm²前後
で、この場合、素線から製品に至る最終加工は、伸線加
工度lnε≒3.2 前後での冷間伸線がなされている。そし
て、例えば、直径5.5mm クラスの素材鋼線材から素線を
経て、直径0.2mm 前後の最終製品ワイヤーを製造する際
には、所定の素線強度を得るために、ＬＰ（鉛パテンテ
ィング）熱処理と加工を何回か繰り返して行う必要があ
る。

【０００３】図６は上記の従来の製造工程を示すフロー
図である。この工程によれば、中間のＬＰにおいて約 9
00℃に加熱後 600℃前後の鉛浴に浸漬し、引張強さが12
5kgf/mm²の素線を得、さらに前記の伸線加工度で伸線し
て引張強さが320kgf/mm²前後の強度を有する最終製品ワ
イヤーを得ることができる。

【０００４】しかし、この製造工程と条件においては、
伸線加工度をさらに上げて最終製品で引張強さが320kgf
/mm²以上の強度を得ようとしても、延性低下のため不可
能である。

【０００５】図７は、この場合の伸線加工度ln( Ａ₀/Ａ
_n) と引張強さ、ＲＡ（絞り）との関係の例を示す図で
ある。ここで、Ａ₀：素線の断面積、Ａ_n：ｎパス後の
断面積、ε＝Ａ₀/Ａ_nである。図示するように、伸線製
品ワイヤーの強度は素線の高炭素線材を伸線していく過
程で徐々に高められていくが、従来の共析鋼化学組成を
有する直径１〜２mmの素線をパテンティング処理して伸
線する場合、上述のとおりlnε≒3.2 程度の伸線加工度
で、最終製品の到達引張強さは320kgf/mm²前後が限界で
あることがわかる。

【０００６】特公昭57−19168 号公報には、Ｃ： 0.4〜
0.9 ％の鋼線材をＡc₃点以上に加熱してオーステナイト
にした後、未変態オーステナイトの状態で450 ℃以下、
Ｍs点以上の温度域に急冷し、10〜40％の減面加工を加
えた後、恒温変態熱処理をして微細なフェライト・セメ
ンタイト組織を得る強靱性鋼線の製造方法が示されてい
る。しかしこの方法には、 450℃以下、Ｍs 点以上の温
度域で10〜40％の塑性加工を行うと遊離フェライトが生
成し、その後の伸線過程で断線などの原因となるという
問題がある。

【０００７】本発明者らは、特開平３−240919号公報に
おいて、Ｃ： 0.7〜0.9 ％を含有する鋼線材をＡc₃点以
上のオーステナイト域に加熱してから、パーライト変態
開始温度を切らない範囲の冷却速度でＡe₁点以下500 ℃
以上の温度域に冷却して得た過冷オーステナイトを有す
る線材を、加工減面率20％以上で加工した後、変態させ
て伸線用の鋼線材（素線）を得る方法を示した。

【０００８】上記の特開平３−240919号公報に示される
方法は、加工熱処理で結晶粒 (パーライトブロック) を
微細化 (５μm 前後) し、パーライトラメラ間隔を粗め
に調整( 0.15μm ）して、引張強さが115kgf/mm²クラス
の伸線用素線を得るものである。これを最終的に伸線加
工度lnε＝4.9 近くまで伸線することで、410kgf/mm²程
度の引張強さを有する製品ワイヤーを得ることができ
る。

【０００９】しかし、この方法では加工温度が低く、オ
ーステナイトの回復、再結晶が起こりにくいため、オー
ステナイト中に過剰な加工組織が残り、その後のパーラ
イトの分解過程において遊離フェライトを発生させる原
因となっている。この遊離フェライトは最終伸線過程で
の延性低下や加工硬化不足の原因となり、高強度化を阻
害する要因である。

【００１０】このような理由から、最終パテンティング
後の引張強さが115kgf/mm²クラスの素線を伸線加工度ln
ε＝4.9 近くまで伸線しても、引張強さが高々410kgf/m
m²クラスの製品鋼線材しか得られない。さらに、このよ
うな高伸線加工度が内部欠陥の原因ともなって製品伸線
材の延性が低くなる上に、疲労強度も劣化する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の課題を
解決するためになされたものであり、本発明の目的は、
420kgf/mm²を超える強度レベルと絞り値40〜60％および
捻回値30回以上の性能を有する最終製品を得ることがで
きる伸線強化高強度鋼線用線材（素線）の製造方法を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の線材
の製造方法にある。

【００１３】重量％で、Ｃ： 0.6〜1.1 ％、Si： 0.2〜
0.6 ％およびMn： 0.3〜0.8 ％を含有し、不純物として
Ｐは 0.010％以下、Ｓは 0.010％以下、Ｏ（酸素）は
０．００３％以下およびＮは０．００４％以下である
鋼線材を、Ａc₃点またはＡ_cm点以上のオーステナイト域
に加熱した後、 850℃〜650 ℃の温度域で全加工度40％
以上を２回以上に分けて加工し、その１回の加工度はそ
れぞれ15〜30％の範囲とし、かつ加工と加工の間には１
〜５秒の間隔を置き、次いで 650℃未満 550℃以上の温
度域に連続冷却してパーライト変態させることを特徴と
する伸線強化高強度鋼線用線材の製造方法。

【００１４】

【作用】

〔Ｉ〕素材鋼線材の化学組成まず、本発明方法の対象となる素材鋼線材の組成を前記
のように限定した理由について述べる。以下、％は重量
％を意味する。

【００１５】Ｃ： 0.6〜1.1 ％Ｃは素材鋼線材の強度を確保するのに必要な元素である
ほか、その含有量は、後述する条件で加工熱処理を行っ
た場合の遊離フェライトの生成挙動に影響を与える。Ｃ
含有量が0.6 ％未満では目標とする410kgf/mm²以上の製
品強度が得られない上に、遊離フェライトが生成しやす
くなるため、0.6 ％以上とした。一方、1.1 ％を超える
と、Ｃ以外の元素含有量を本発明で定める範囲内におさ
めても、初析セメンタイトの析出が避けられない。よっ
て、Ｃ含有量の範囲は 0.6〜1.1％とした。

【００１６】Si： 0.2〜0.6 ％ Siも鋼線材の強度を確保するのに必要な元素であるほ
か、脱酸剤として必要な元素である。Si含有量が0.2 ％
未満では強度が確保できない上に、脱酸効果が不十分と
なる。一方、0.6 ％を超えると伸線性が阻害され、目標
とする強度も得られない。よって、Si含有量の範囲は
0.2〜0.6 ％とした。

【００１７】Mn： 0.3〜0.8 ％ Mnは鋼線材の強度を確保するのに必要な元素である。Mn
含有量が0.3 ％を下回ると、目標とする強度が確保でき
ない。一方、0.8 ％を超えるとパーライトの延性が低下
する。よって、Mn含有量の範囲は 0.3〜0.8 ％とした。

【００１８】Ｐ： 0.010％以下Ｐはフェライト中に固溶して延性を劣化させ、伸線性を
阻害するため 0.010％以下とした。

【００１９】Ｓ： 0.010％以下Ｓは鋼線材中に介在物として存在し、伸線性を阻害する
ため 0.010％以下とした。

【００２０】Ｏ（酸素）： 0.003％以下Ｏは鋼線材中の酸化物系介在物の原因となり、伸線性を
阻害するため 0.003％以下とした。

【００２１】Ｎ： 0.004％以下Ｎはフェライト中に固溶して伸線工程における歪時効の
原因となり、延性を劣化させるため 0.004％以下とし
た。

【００２２】本発明方法の対象となる素材鋼線材は上記
成分に限定するものではなく、次に示す目的と範囲で、
Ｂ、Nb、Cr、Ｖ、Ni、Moおよび希土類元素（以下、ＲＥ
Ｍという）などを含有させることができる。

【００２３】Ｂ：Ｂはパーライト中のセメンタイトの成
長を促進し、線材の延性を向上させる。

【００２４】この効果は 0.002％未満では得られない。
一方、0.005 ％を超えると、温熱間域でのオーステナイ
ト加工において内部割れが生じやすくなる。よって、Ｂ
含有量の範囲は 0.002〜0.005 ％とするのが好ましい。

【００２５】Nb：Nbは変態前のオーステナイトの結晶粒
を微細化する効果を有する。Nb含有量が0.002 ％未満で
はその効果が表れない。しかし、0.010 ％を超えると温
熱間域でのオーステナイト加工において、NbC が優先析
出し、伸線性を劣化させる。よって、Nb含有量の範囲は
0.002〜0.010 ％とするのが好ましい。

【００２６】Cr：Crは素材鋼線材の強度を向上させるの
に有効な元素である。Cr含有量が0.1 ％を下回ると強度
が得られず、また、1.0 ％を超えるとパーライト中のセ
メンタイト板が十分成長せず、延性が劣化する。これら
の理由からCr含有量の範囲は 0.1〜1.0 ％とするのが好
ましい。

【００２７】Ｖ、Ni、Mo：Ｖ、Ni、Moはいずれも素材鋼
線材の強度を向上させる元素である。

【００２８】Ｖは0.01％以上含有させることにより、そ
の効果が認められる。しかし、Ｖ含有量が0.30％を超え
るとかえって延性が低下する。このため、Ｖ含有量の範
囲は0.01％以上0.30％以下に限定するのが好ましい。

【００２９】Niは0.05％以上含有させることにより、素
材鋼線材 (共析組織) の強度を向上させるほか、伸線に
おける加工硬化率を向上させる。しかし、Ni含有量が1.
0 ％を超えると延性が低下する。このため、Ni含有量の
範囲は0.05％以上1.0 ％以下に限定するのが好ましい。

【００３０】Moも0.01％以上含有させることにより、素
材鋼線材 (共析組織) の強度を向上させる。しかし、Mo
含有量が0.20％を超えると、かえって延性が低下するほ
か、変態に長時間を要し工業的に熱処理を行うことが難
しくなる。このため、Mo含有量の範囲は0.01％以上0.20
％以下に限定するのが好ましい。

【００３１】本発明方法の対象となる素材鋼線材では、
ＲＥＭの１種以上を各々0.01〜0.10％の範囲で含有させ
ることができる。

【００３２】本発明で定める条件でオーステナイトを加
工することによって、結晶粒微細化とこれに伴う延性向
上の効果が得られるが、ＲＥＭ含有量を0.01％以上とす
ることで、より延性が改善される。一方、ＲＥＭ含有量
が0.10％を超えると逆に延性が劣化する。よって、ＲＥ
Ｍ含有量の範囲は、１種もしくは２種以上で、１種毎に
0.01％以上0.10％以下に限定するのが好ましい。

【００３３】〔II〕製造工程および条件次に、製造工程とその条件を前記のように限定した理由
について、作用効果とともに説明する。

【００３４】(a)素材鋼線材の加熱温度本発明方法に供する素材鋼線材は、転炉溶製、連続鋳
造、熱間圧延の各工程を経て製造されるもので、通常は
およそ直径5.5mm の太さのものである。この素材鋼線材
をＡc₃点またはＡ_cm点以上のオーステナイト域に加熱す
る。

【００３５】加熱温度をＡc₃点またはＡ_cm点以上の範囲
としたのは、その後の加工熱処理に先行してオーステナ
イト中に炭化物を完全固溶させるためである。

【００３６】(b)加工条件上記の加熱後、 850℃〜650 ℃の温度域で全加工度40％
以上を２回以上に分けて加工する。このとき分割したそ
れぞれの１回の加工度はいずれも15〜30％の範囲とし、
かつ加工と加工の間には１〜５秒の間隔を置く。

【００３７】まず、オーステナイト組織の素材鋼線材の
加工温度を 850℃以下 650℃以上の温度域としたは、次
の理由による。

【００３８】850℃を超えると加工中の動的再結晶や加
工直後の再結晶のためγ粒がかえって粗大化し、その
後、変態によって得られる材料の延性が劣化する。この
理由で加工温度は850℃以下とした。一方、650℃を下回
ると回復、再結晶が起こりにくく、変態前に過剰な転位
が導入されるため、その他の条件が本発明の範囲にあっ
ても遊離フェライトや初析セメンタイトといった第２相
が生成する。この理由で加工温度は650℃以上とした。

【００３９】次に、全加工度40％以上を２回以上に分け
て１回の加工度が15〜30％の範囲とし、しかも加工と加
工の間に１秒以上５秒以下の間隔を開けて加工を行うと
した理由を図１〜図４に基づいて説明する。

【００４０】図１は、オーステナイトの全加工度と生成
する遊離フェライトの体積率の関係を一段加工と二段ま
たは二段以上の多段加工の場合で比較して示す図であ
る。図１から、二段または二段以上の多段加工の方が、
一段加工より遊離フェライトの体積率が飛躍的に少ない
ことがわかる。このように、加工段数を二段以上にする
ことで遊離フェライトの量を１％以下の低いレベルに抑
えることができる。

【００４１】遊離フェライトの量を１％以下に抑えると
伸線加工性が飛躍的に向上し、オースフォームパテンテ
ィング材本来のlnε≧ 4.0〜4.5 の加工が可能となる。

【００４２】図２は、オーステナイト全加工度とパーラ
イトブロックサイズの関係を一段加工と二段または二段
以上の多段加工の場合で比較して示す図である。図２か
ら、全加工度が40％以上でパーライトブロックサイズが
５μｍ以下に微細化され、しかも二段または二段以上の
多段加工の方が一段加工より、より微細化されることが
わかる。

【００４３】パーライトブロックサイズの微細化を５μ
ｍ以下とすれば、遊離フェライトの量を１％以下に抑え
る場合と同じく、伸線加工性が飛躍的に向上し、オース
フォームパテンティング材本来のlnε≧ 4.0〜4.5 の加
工が可能となる。

【００４４】このような理由から、オーステナイトの全
加工度を40％以上とし、加工の回数を２回以上とした。
望ましいオーステナイトの全加工度の上限は約75％、望
ましい多段加工回数は４回である。

【００４５】図３は、１回当たりのオーステナイトの加
工度とパーライトブロックサイズ、遊離フェライトの体
積率との関係を示す図である。図３から、１回当たりの
オーステナイトの加工度が15％未満では、パーライトブ
ロックサイズが５μｍ以下にならないことがわかる。ま
た、30％を超えると遊離フェライトの量が１％を超える
ことがわかる。

【００４６】このような理由から、１回当たりのオース
テナイトの加工度を15％以上30％以下とした。

【００４７】図４は、オーステナイトの加工と加工の間
の保持時間とパーライトブロックサイズ、遊離フェライ
トの体積率との関係を示す図である。図４から、加工間
の保持時間が１秒未満では、遊離フェライトの体積率が
１％を超えることがわかる。

【００４８】また、５秒を超えるとパーライトブロック
サイズが５μｍを超えて粗大化することがわかる。

【００４９】このような理由から、オーステナイトの加
工と加工の間の保持時間を１秒以上５秒以下とした。

【００５０】(c)冷却条件次に、上記条件での加工終了後、 650℃未満 550℃以上
の温度域に連続冷却し、パーライト変態させる。これは
次の理由による。

【００５１】すなわち、冷却終了温度が 650℃以上で
は、後述するパーライトラメラ間隔が粗くなりすぎて目
標とする強度が得られない。一方、 550℃未満ではベイ
ナイトなどの低温生成物が混入して伸線性が阻害され目
標とする強度が得られない。よって、加工終了後の冷却
温度範囲は 650℃未満 550℃以上とした。

【００５２】上記の工程と条件で製造された伸線強化高
強度鋼線用線材は、遊離フェライトの体積率が小さくな
っていることに加えて、パーライトブロックサイズも小
さくなっているので、極めて優れた伸線性を備えたもの
となる。さらに、この線材ではパーライトの配向率も約
75％以上となっており、これも伸線加工性の改善に寄与
している。

【００５３】図５は、上記の本発明の方法を実施するた
めの加工熱処理装置の例を示す概略図である。

【００５４】図５(a) は、ピンチロール２、インダクシ
ョンヒーター３に代表される急速加熱装置、水冷装置４
に代表される冷却装置、塑性加工機としてマイクロミル
５に代表される連続圧延機および出側のピンチロール２
から構成されている装置である。この装置では、塑性加
工後連続冷却する手段は空冷である。図中、符号１はペ
イオフリール、符号８は巻取装置、符号９は線材を示
す。

【００５５】急速加熱装置には通電加熱方式を、冷却装
置には空冷方式を、それぞれ用いることもできる。水冷
装置４では、例えば浸漬タイプのものが用いられ、水
冷、空冷のいずれの方式の場合にも、組織の制御を行う
ためにヒートパターンを可変とし、また後続の圧延機と
の間で可動としたタイプのものであることが望ましい。

【００５６】上記のインダクションヒーター３のような
急速加熱装置で所定温度に加熱した線材を、上記のよう
な冷却装置で所定の温度に冷却し、次いでマイクロミル
５などの連続圧延機で所定の条件で塑性加工を施す。例
えばその場合、マイクロミル５の各圧延スタンド毎に調
整弁で冷却水の流量を制御し、圧延による線材の昇温と
冷却が釣り合うようにすることで、加工温度一定の条件
にして加工を行うこともできる。

【００５７】塑性加工後、空冷により所定の温度域に連
続冷却してパーライト変態させる。

【００５８】図５(b) は、塑性加工後連続冷却する手段
として、マイクロミル５と出側のピンチロール２の間に
鉛パテンティング用の鉛バス６を設ける例である。図５
(c)は、上記の鉛バス６に代えて、Si、Alなどの酸化物
を用いる流動層７を設ける例である。

【００５９】

【実施例】表１〜表３に示す No.１〜48の鋼を150kg 真
空溶解炉で溶解し、鍛造、圧延により直径5.5mm の素材
鋼線材とした後、図５(b) に示す加工熱処理装置によ
り、表４、表５に示す条件で処理を行い、直径3.5mm の
素線とした。

【００６０】

【表１】

【００６１】

【表２】

【００６２】

【表３】

【００６３】

【表４】

【００６４】

【表５】

【００６５】得られた素線（すなわち中間線材としての
加工熱処理材）の特性値と組織を、表６〜表８に示す。

【００６６】

【表６】

【００６７】

【表７】

【００６８】

【表８】

【００６９】これらの加工熱処理材素線を用いて、酸
洗、潤滑、冷間伸線加工を行い、得られた最終製品ワイ
ヤーについて、引張試験、捻回試験、疲労試験などによ
る評価を行った。その伸線加工度と評価試験結果を表６
〜表８に併記して示す。

【００７０】なお、表中の「パーライト配向率」とは、
線材の長手方向に対し45°以内のラメラー成長方向をも
っているパーライトブロックの占める面積率をいう。

【００７１】全ての条件が本発明で定める範囲内にある
本発明例では、素線の強度は130kgf/mm²以上、製品の強
度は420kgf/mm²以上と、いずれも目標とする値を超え、
製品では捻回、疲労特性でも良好な値が得られているこ
とがわかる。

【００７２】次に、鋼種 No.３と図５(b) に示す加工熱
処理装置を用いて、加工熱処理条件を表９の実験 No.49
〜65に示す範囲で変化させて得られた素線の特性値を比
較した。その結果を表10に示す。

【００７３】

【表９】

【００７４】

【表10】

【００７５】実験 No.49〜53は加工温度の、実験 No.54
〜56は全加工度の、実験 No.57、58は加工段数の、実験
No.59〜61は１回当たりの加工度の、また、実験 No.62
〜65は加工間の保持時間の、それぞれ影響を調査したも
のである。

【００７６】これらの素線を用いて、その後、酸洗、潤
滑、伸線を行い、得られた最終製品ワイヤーについて、
引張試験、捻回試験、疲労試験などによる評価を行っ
た。その伸線加工度と評価試験結果を表10に併記して示
す。

【００７７】全ての条件が本発明で定める範囲内にある
本発明例では、いずれも強度をはじめ、良好な機械的特
性値が得られていることがわかる。このように、本発明
の方法により、高強度線材を製造するのに好適な高炭素
鋼線材（素線、中間線材）を連続的に製造することがで
きる。

【００７８】

【発明の効果】本発明の方法による伸線強化高強度鋼線
用線材（素線、中間線材）は、強度が130kgf/mm²以上で
ある。これを用いて最終伸線すれば、伸線加工度lnε≧
4.27の高加工度域で、420kgf/mm²を超える強度レベルと
ともに、絞り値が40〜60％、捻回値が30回以上の高い延
性を有する高強度鋼線材製品が得られる。合金元素含有
量を適正に選択すれば、 430〜470kgf/mm²の強度レベル
を有する製品も得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】遊離フェライトの体積率に及ぼすオーステナイ
ト全加工度および加工段数の影響を示す図である。

【図２】パーライトブロックサイズに及ぼすオーステナ
イト全加工度および加工段数の影響を示す図である。

【図３】パーライトブロックサイズ、遊離フェライト体
積率に及ぼす１回当りのオーステナイトの加工度の影響
を示す図である。

【図４】パーライトブロックサイズ、遊離フェライト体
積率に及ぼす加工間の保持時間の影響を示す図である。

【図５】本発明の方法を実施する装置の例を示す概略図
である。

【図６】従来の製造プロセスの例を示すフロー図であ
る。

【図７】従来技術の場合の、強度と絞りに及ぼす伸線加
工度の影響を示す図である。

【符号の説明】

１：ペイオフリール、２：ピンチロール、３：インダク
ションヒーター、４：水冷装置、５：マイクロミ
ル、６：鉛バス、７：流動層、８：巻取装置、
９：線材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/00 - 8/10 C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ： 0.6〜1.1 ％、Si： 0.2〜
0.6 ％およびMn： 0.3〜0.8 ％を含有し、不純物として
Ｐは 0.010％以下、Ｓは 0.010％以下、Ｏ（酸素）は
0.003％以下およびＮは 0.004％以下である鋼線材を、
Ａc₃点またはＡ_cm点以上のオーステナイト域に加熱した
後、 850℃〜650 ℃の温度域で全加工度40％以上を２回
以上に分けて加工し、その１回の加工度はそれぞれ15〜
30％の範囲とし、かつ加工と加工の間には１〜５秒の間
隔を置き、次いで 650℃未満 550℃以上の温度域に連続
冷却してパーライト変態させることを特徴とする伸線強
化高強度鋼線用線材の製造方法。