JP3387149B2

JP3387149B2 - 伸線強化高強度鋼線用線材およびその製造方法

Info

Publication number: JP3387149B2
Application number: JP11131593A
Authority: JP
Inventors: 孝塚本; 輝隆津村; 正威富田; 通孝藤田; 基男浅川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-05-13
Filing date: 1993-05-13
Publication date: 2003-03-17
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: EP0624658A1; JPH06322480A; US5458699A; EP0624658B1

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およびその製造方法に関
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および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来一般に、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の上限値は320k
gf/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５はこの従来の素線と製品の製造工程を
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 900℃に加熱後 600℃前後の鉛浴に浸漬し、引
張強さが125kgf/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６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】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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のであ
る。

【００１０】

【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、
410kgf/mm²を超える強度レベルと絞り値40〜50％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）とその製造方法
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の線材
とその製造方法にある。

【００１２】(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％以下であり、パ
ーライトブロックサイズが 4.0μm以下、パーライトラ
メラ間隔が 0.1μm 以下、および遊離フェライト量が体
積率で１％以下であることを特徴とする伸線強化高強度
鋼線用線材。

【００１３】(2) 上記(1) に記載の成分を含有する鋼線
材を、Ａc₃点またはＡ_cm点以上のオーステナイト域に加
熱後、 850℃〜750 ℃の温度域で塑性加工を開始し、総
加工減面率20％以上の加工を加え、Ａe₁点未満 650℃以
上の温度域で仕上げ、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、本発明の鋼線材の組成を前記のように限定した理
由を述べる。以下、％は重量％を意味する。

【００１５】Ｃ：Ｃは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
する。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：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：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：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：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）：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：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】本発明の素材鋼線材は上記成分の鋼に限定
するものではなく、次に示す目的と範囲で、Ｂ、Nb、C
r、Ｖ、Ni、Moおよび希土類元素（以下、ＲＥＭ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を生じやすくなる。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 ％以下で
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は鋼線材の強度を向上させるのに有
効な元素であるほか、オーステナイト加工後の遊離フェ
ライト生成を抑制する効果を有する。

【００２７】図１は遊離フェライトの体積率に及ぼすCr
含有量の影響を示す図であり、Cr含有量の増加とともに
遊離フェライトの生成量が体積率で抑制される様子を示
す例である。同図から明らかなように、Cr含有量が 0.1
％を下回ると、遊離フェライトの量が増大する。しか
し、 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。

【００２８】Ｖ、Ni、Mo：Ｖ、Ni、Moはいずれも鋼線材
の強度を向上させる元素である。

【００２９】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 0.3％以下に限定するのが好ましい。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】本発明の素材鋼線材では、次の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。

【００３３】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種以上で各々0.01％以
上 0.10 ％以下に限定するのが好ましい。

【００３４】〔II〕製造工程および条件次に、製造工程とその各加工熱処理条件を前記のように
限定した理由を、その作用効果とともに説明する。

【００３５】(a)素材鋼線材の加熱温度本発明の製造方法に供する素材鋼線材は、転炉溶製、連
続鋳造、熱間圧延によっ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点以上に加熱する。

【００３６】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。

【００３７】(b)塑性加工条件オーステナイトの塑性加工開始温度を 850℃以下 750℃
以上、終了温度をＡｅ_１点未満６５０℃以上とし、20
％以上の総加工減面率で加工を行う理由を以下に示す。

【００３８】図２は、遊離フェライト生成に及ぼす塑性
加工の開始と終了温度の影響を示す図である。図示する
ように、加工開始温度が 750℃を下回る場合、また、加
工終了温度が 650℃を下回る場合、遊離フェライトが生
成する。これは、この温度範囲では加工後のオーステナ
イトの回復、再結晶が不十分なことによる。一方、加工
開始温度が 850℃を超えると、遊離フェライト生成の有
無に係わらず、再結晶のため結晶粒が粗大化する。

【００３９】さらに、加工終了温度がＡe₁点以上になる
と、オーステナイトの回復、再結晶が進み、結晶 (パー
ライトブロック) の配向性が十分向上しなくなる。一
方、 650℃を下回ると遊離フェライトの析出が避けられ
なくなる。

【００４０】次に、総加工減面率を20％以上とした理由
を説明する。

【００４１】図３は、パーライトブロックサイズに及ぼ
すオーステナイトの総加工減面率の影響を示す図であ
る。図示するとおり、パーライトブロックサイズの望ま
しい微細化（4.0 μm 以下）が、総加工減面率が20％以
上で顕著に表れる。すなわち、後述する連続冷却終了後
の組織を望ましいものにするためには、この総加工減面
率を20％以上としなければならないのである。

【００４２】なお、この塑性加工は前記の温度範囲と総
加工減面率で施すが、加工開始から終了まで一定の加工
度で行うのがよい。すなわち、上記の加工温度範囲内の
高温側での加工はオーステナイトの再結晶を促して結晶
粒を微細化させ、一方、同じく低温側での加工は加工歪
みを残存させることによりパーライト生成の核を増加さ
せて、同様に結晶粒を微細化させる。このような効果を
前記条件で安定して得るために、さらに加工開始（高温
側）から終了（低温側）までを一定の加工度で行うのが
好ましい。

【００４３】(c) 連続冷却条件次に、上記条件での塑性加工終了後、 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。

【００４４】すなわち、冷却終了温度が 650℃を超える
と、後述するパーライトラメラ間隔が粗くなり、十分な
強度が得られない。一方、 550℃を下回ると低温変態組
織が生成して延性が劣化する。冷却速度を速くするほど
パーライトラメラ間隔は小さくなる。

【００４５】(d) 素線材の組織伸線強化高強度用線材（素線）の組織は、所望の強度を
得るために、そのパーライトブロックサイズは 4.0μm
以下、パーライトラメラ間隔は 0.1μm 以下、かつ遊離
フェライトの量は体積率で１％以下の三条件を同時に満
たさなければならない。

【００４６】上記のように、加工熱処理による組織制御
で遊離フェライトを出さずに結晶粒を微細化し、さらに
結晶の配向性を向上させることで、熱間加工により得ら
れる素線の延性を増大させた組織にして、伸線加工度ln
ε≧4.0 の高加工を施した製品ワイヤーにおいても、40
〜50％の高い絞り値と30回以上の高い捻回値のレベルに
し、少なくとも410kgf/mm²以上、さらには 430〜450kgf
/mm²の強度レベルを実現することができる。

【００４７】パーライトブロックサイズが 4.0μm を超
えると伸線性が阻害され、目標とする410kgf/mm²を超え
る製品強度が得られない。パーライトラメラ間隔が 0.1
μmを超えると、同様に目標とする製品強度が得られな
い。また、遊離フェライトの量が体積率で１％を超える
と伸線限界が低下し、目標とする製品強度が得られな
い。

【００４８】図４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。

【００４９】図４(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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】図４(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４
(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。

【００５４】

【実施例】表１、表２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 の線材
を得た後、図４(b) に示す加工熱処理装置により、表
３、表４に示す条件で処理を行った。

【００５５】

【表１（１）】

【００５６】

【表１（２）】

【００５７】

【表２（１）】

【００５８】

【表２（２）】

【００５９】

【表３】

【００６０】

【表４】

【００６１】得られた素線、すなわち加工熱処理材の特
性値と組織を表５、表６に示す。

【００６２】

【表５（１）】

【００６３】

【表５（２）】

【００６４】

【表６（１）】

【００６５】

【表６（２）】

【００６６】これらの素線を用いて、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５、表６に併記
して示す。

【００６７】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410kgf/mm²以上と、いずれも目標とする値を超え、
製品では絞り、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。

【００６８】次に、鋼種 No.３と図４(b) に示す加工熱
処理装置を用いて、加工熱処理条件を表７の実験 No.49
〜63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８に示す。

【００６９】

【表７】

【００７０】

【表８】

【００７１】実験 No.49〜52は加工開始温度の、実験 N
o.53〜56は加工終了温度の、実験 No.57〜59は総加工減
面率の、実験 No.60〜63では変態開始と終了温度の、そ
れぞれ影響を調査したものである。

【００７２】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８に併記して示
す。

【００７３】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）を連続的に製造することができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明の方法によれば、伸線強化高強度
鋼線用線材（素線）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≧4.0 の高
加工後でも、 410kgf/mm²を超える強度レベルととも
に、絞り値が40〜50％、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、 430〜450kgf/mm²の強度レベルを有
する製品も得ることができる。本発明の方法では、繰り
返し加工や熱処理が不要である。

【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Cr含有量の影
響を示す図である。

【図２】遊離フェライト生成に及ぼす塑性加工の開始と
終了温度の影響を示す図である。

【図３】パーライトブロックサイズに及ぼすオーステナ
イトの加工度（総加工減面率）の影響を示す図である。

【図４】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５】従来の製造プロセスの例を示すフロー図であ
る。

【図６】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：巻取り装
置、９：線材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田通孝北九州市小倉北区甲斐町１住友金属工業株式会社小倉製鉄所内 (72)発明者浅川基男北九州市小倉北区甲斐町１住友金属工業株式会社小倉製鉄所内 (56)参考文献特開平４−346618（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 8/06

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％以下であり、パーライ
トブロックサイズが 4.0μm 以下、パーライトラメラ間
隔が 0.1μm 以下、および遊離フェライト量が体積率で
１％以下であることを特徴とする伸線強化高強度鋼線用
線材。
【請求項２】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後、
850℃〜750 ℃の温度域で塑性加工を開始し、総加工減
面率20％以上の加工を加え、Ａe₁点未満 650℃以上の温
度域で仕上げ、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。