JP3536461B2 - 伸線加工性及び耐時効性に優れた高炭素鋼線材 - Google Patents
伸線加工性及び耐時効性に優れた高炭素鋼線材Info
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- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高炭素鋼線材に関し、
特に、熱延後、線材中に１μｍ以上の介在物量が少な
く、冷間引抜加工性（伸線加工）及び耐時効性に優れた
高炭素鋼線材に係わる。 【０００２】 【従来の技術】自動車用のタイヤコード等に使用されて
いる高炭素鋼線材は、約５．５ｍｍφまで熱間圧延し、
その後、パテンティング（焼入れの一種）を施しながら
数回の冷間引抜加工（伸線加工）を行い、最終的に０．
１５ｍｍφの極細線まで伸線される。 【０００３】この伸線加工時に、鋼中に硬質な粒状の非
金属介在物（以下、介在物という）が存在していると、
マトリックスが伸延されても介在物が伸延せず、そのま
まの形状で存在すると、介在物の周辺にミクロボイドが
形成され、線材の延性が低下し断線の原因となる。そこ
で、断線の原因とならないよう鋼中介在物を微細化する
ため、製鋼工程では、脱酸生成物の組成を熱間圧延時に
延性の良好なＡｌ2 Ｏ 3 −ＳｉＯ2 −ＭｎＯ３元系状態
図のスペサータイト領域に調整する必要があった。 【０００４】このスペーサタイト領域に調整する方法と
しては、溶鋼中に添加する合金鉄中のＡｌ量を溶鋼１ｔ
ｏｎ当たり１０〜５０ｇ程度に規制する方法（特公昭５
２−１７４９０号公報）、及び、それに加えて、Ｍｎ／
Ｓｉを１．７以上に規制する方法（特公昭５７−２２９
６９号公報）が提案されている。しかしながら、上記方
法では、Ａｌ量が規制され且つ溶鋼の脱酸がＭｎ、Ｓｉ
で行われるため、脱酸力が弱く、脱酸後、溶鋼中の残存
酸素量は高く、鋳片の清浄性が悪いという問題がある。
近年、タイヤコードの極細線化と高強度化の一層の進行
により、介在物微細化要求も一段と強くなり、熱延後の
線材で１μｍ以上の介在物量、酸素量の低減が必要で、
上記した介在物組成調整のみでは不十分となっている。
また、スペーサタイト領域の介在物になるようＡｌ量を
規制し組成調整はしているが、溶鋼中の残存酸素量が高
いので該残存酸素がばらつき、生成介在物中のＡｌ2 Ｏ
3 濃度が変化して介在物形態がばらつき、熱延時に該介
在物の微細化が難しいという問題もあった。 【０００５】そこで、溶鋼の脱酸方法を改善して、特公
昭６３−１８６４６号公報は、真空アーク脱ガス装置に
てＣａＯ−ＳｉＯ2 系スラグやフラックスを用い、溶鋼
中に添加されるＡｌ総量を１０ｇ／ｔｏｎ以下に規制す
る方法を、又特開昭６２−２０３６４７号公報は、精練
容器に使用する耐火物を非Ａｌ2 Ｏ3 系にする方法を提
案した。 【０００６】しかしながら、真空アーク脱ガス装置を用
いた溶鋼処理では、低酸素化は可能となったが、溶鋼中
炭素の脱酸力がＡｌより強まり、耐火物やスラグ等に含
まれるＡｌ2 Ｏ3 がＣにより還元され、溶鋼中の残存Ａ
ｌ濃度が増加した。この溶存Ａｌは、処理後の溶鋼温度
低下、及び連続鋳造時に酸素と結びつき、再びＡｌ2Ｏ3
となり、熱延時に非延性な介在物として鋳片に残留す
る問題が生じた。その際、たとえ非Ａｌ2 Ｏ3 系耐火物
を用いても、転炉スラグの混入や、添加合金中のＡｌに
起因してスラグ中にＡｌ2 Ｏ3 が存在することは不可避
であり、連続鋳造におけるタンディッシュ内溶鋼の残存
Ａｌ濃度を低位にすることは難しかった。 【０００７】また、上記以外の溶鋼脱酸改善を施した介
在物調整方法として、特開昭５３−７６９１６号公報
は、「Ａｒ吹込みによる取鍋精錬法を採用して酸素の混
入を規制すると共に、高融点のＣａＣ2 等を含む還元性
スラグに、滓化促進のため低融点のアルカリ金属弗化
物、酸化物、アルカリ土類金属弗化物を５〜３０％添加
した合成スラグを用いて脱酸した後、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔ
ｉ、Ａｌ、Ｚｒを適量添加して延性の良好な介在物にす
る方法」、あるいは特公昭５７−３５２３４号公報は、
「Ａｌ完全規制の下（５ｇ／溶鋼ｔｏｎ以下）で、Ｃａ
Ｏ含有フラックスを溶鋼に吹き込んで予備脱酸した後、
Ｃａ、Ｍｇ、または、ＲＥＭを微量吹き込んで延性の良
好な介在物にする方法を開示している。 【０００８】しかしながら、上記方法では、介在物形態
の調整に使用する脱酸元素の活性度が高過ぎ、該脱酸元
素の添加量が介在物の形態に大きく影響して延性の良好
な介在物を安定して生成させることが困難であった。ま
た、予備脱酸に使用したＣａＣ2 等を含む還元性スラグ
やＣａＯ含有フラックスは、溶鋼に巻込まれたり、吹込
まれた際には完全に浮上できず、その後の脱酸生成物と
凝集、合体せずにかえって硬質な介在物になってしまう
という問題があった。 【０００９】また、特開平４−１１０４１３号公報は、
「溶鋼中のＡｌ総量を溶鋼トン当たり０．０１０ｋｇ以
下にし、アーク加熱式取鍋精錬設備で、スラグ組成を
（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）＝０．７〜０．９、Ａｌ2 Ｏ3 ≦
１０％として溶鋼を処理した後、連続鋳造設備にて鋳型
内、及び、凝固末期で電磁撹拌しながら連続鋳造を行う
方法を提案した。これは、Ａｌ量を低位に保ち、スラグ
組成をＣａＯ／ＳｉＯ2＝０．７〜０．９とすることに
よって、Ａｌ2 Ｏ3 ≦１０％とａAl2O3 （Ａｌ2Ｏ3 活
量）の上限を決め、Ａｌ2 Ｏ3 濃度の高い介在物の生成
を防止する技術である。 【００１０】しかしながら、上記スラグのａAl2O3 が大
きいため、溶鋼中の残存酸素は高く、タンディッシュ内
溶鋼の酸素濃度が２０ｐｐｍを越え、介在物量がかえっ
て増えた。加えて、タンディッシュ内で溶鋼中の残存Ａ
ｌ濃度が低位になりやすく、そのため、凝固時に生成す
る介在物は、ＳｉＯ2 濃度の高い硬質な介在物となり、
熱延時に変形せず、熱延後の線材中に１μｍ以上の大き
さで存在した。 【００１１】さらに、溶鋼の酸素量低減方法として、特
開昭６０−１８４６１７号公報は「溶鋼中のＡｌ総量を
溶鋼トン当たり１０ｇ以下にし、炉外精錬時のスラグ組
成をＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 系で、（ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ2 ）≧１．５、（ＦｅＯ＋ＭｎＯ）≦３％とすると
共に、介在物の組成調整の観点から、スラグ中のＡｌ 2
Ｏ3 量の上限として３．０≧（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）≧
１．５のとき、Ａｌ2 Ｏ 3 ≦１６％−４（ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ2 ）％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）＞３．０のとき、Ａｌ
2 Ｏ3 ≦４％とし、かつ精錬済の溶鋼中Ａｌ総量を１０
ｇ／ｔｏｎ（溶鋼）以下にすることを開示している。こ
の方法によれば、スラグが（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）≧１．
５でスラグのａSiO2が低いので溶鋼の酸素量は低下し、
また、スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量をＣａＯ／ＳｉＯ2 の上
昇にともない上限を低下させるようにしているので、鋼
中のＡｌ濃度の上昇は抑えられ、Ａｌ2 Ｏ3 濃度の高い
介在物生成は防止できる。 【００１２】しかしながら、スラグ中のＣａＯ量が高
く、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 量が低いため、スラグの融点
が上昇し、滓化性が悪く、精錬中のスラグ−溶鋼間の反
応が十分には進行しない。また、スラグが精錬中に溶鋼
内に巻込まれ、浮上できず鋳片に残存し介在物となった
場合、介在物はＣａＯ量が高く、非延性で硬質になる問
題がある。このスラグの滓化性を良くするため、ＣａＦ
2 等の弗化物を混合することも考えられるが、弗化物を
混合すると、耐火物の溶損が増加し、耐火物が非延性で
硬質な介在物として鋼中に入ってしまう問題がある。さ
らに、精錬済の溶鋼中Ａｌ総量を１０ｇ／ｔｏｎ（溶
鋼）以下としているが、タンディッシュ内での溶鋼中の
酸素濃度に対する溶鋼の残存Ａｌ濃度が高く、鋼中にＡ
ｌ2 Ｏ3 濃度の高い介在物が生成する恐れがあった。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を鑑み、鋼材中の全酸素量を従来より低減して非延性の
介在物を少なくし、高強度であるが加工伸延性及び耐時
効性に優れた高炭素鋼材を提供することを目的としてい
る。 【００１４】 【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、前述した従来技術を踏まえて鋭意研究を行
い、脱酸生成物として硬質のＡｌ２ Ｏ３ 系介在物を生
成させないためには、鋼中のＡｌ濃度を低減させるだけ
では駄目で、常に溶存酸素量とのバランスを配慮する必
要があることを痛感した。しかも、酸素に関しては、脱
酸後に大気からピックアップする酸素も考慮しなけれ
ば、特に、連続鋳造で凝固時に析出してくる脱酸生成物
の形態調整は困難であることを確認し、本発明をするに
至った。 すなわち、本発明は、 Ｃ：０．５〜１．０ｗｔ％、 Ｓｉ：０．１５〜０．５０ｗｔ％、 Ｍｎ：０．３〜０．９ｗｔ％、 Ｐ：＜０．０２０ｗｔ％、 Ｓ：＜０．０２０ｗｔ％ で残部鉄及び不可避的不純物からなる炭素鋼線材におい
て、上記線材中の全酸素濃度が２０ｐｐｍ以下、残存Ａ
ｌ濃度が０．４ｐｐｍ以上２．０ｐｐｍ以下、窒素が４
０ｐｐｍ以下であることを特徴とする伸線加工性及び耐
時効性に優れた炭素鋼線材である。 【００１５】 【作用】本発明では、Ｃ：０．５〜１．０ｗｔ％、Ｓ
ｉ：０．１５〜０．５０ｗｔ％、Ｍｎ：０．３〜０．９
ｗｔ％、Ｐ：＜０．０２０ｗｔ％、Ｓ：＜０．０２０ｗ
ｔ％で残部鉄及び不可避的不純物からなる炭素鋼線材に
おいて、上記線材中の全酸素濃度が２０ｐｐｍ以下、残
存Ａｌ濃度が０．４ｐｐｍ以上２．０ｐｐｍ以下、窒素
が４０ｐｐｍ以下であるようにしたので、線材中に硬質
なＡｌ2 Ｏ3 介在物あるいは１μｍ以上のＳｉＯ2 介在
物が存在せず、伸線加工性及び耐時効性が著しく向上し
た高強度の高炭素鋼線材となる。その結果、この線材を
用いて伸線加工工程でも断線せず、極細線の製造が安定
して行えるようになった。 【００１６】 【００１７】以下に、本発明に係る線材の化学組成を限
定した理由を説明する。 Ｃ：Ｃは、線材の伸線加工後の強度を確保するために少
なくとも０．５０ｗｔ％以上必要であり、一方１．０ｗ
ｔ％を越えると粗大な初析セメンタイトが析出し、脆化
するので、０．５〜１．０ｗｔ％とした。 Ｓｉ：Ｓｉは、脱酸に有効な元素であり、その効果を発
揮させるには０．１５ｗｔ％以上必要であり、一方、過
多な添加は、ＳｉＯ2 系介在物を増加して伸線加工性を
損なうので、０．５０ｗｔ％以下とした。 Ｍｎ：Ｍｎも脱酸に有効で、かつ延性劣化を助長するＳ
をＭｎＳとして固定し、さらに焼入れ性を確保して強度
を出す観点から下限を０．３０ｗｔ％とした。しかし、
過多の添加は、焼入れ過剰となり、線材組織にミクロな
マルテンサイトを生じ、伸線加工性を低下させるので
０．９ｗｔ％を上限とする。 Ｐ，Ｓ：Ｐ、Ｓは，それらが高いと伸線加工性が悪化す
るので、少ないのが好ましく、Ｐ＜０．０２０ｗｔ％、
Ｓ＜０．０２０ｗｔ％に抑えた。 Ａｌ：線材中のＡｌ濃度に上下限を設けたことが、本発
明の重要ポイントの一つである。Ａｌ2 Ｏ3 介在物を低
減するため、溶鋼中のＡｌを総量規制することは従来か
ら行われていたが、本発明では、特に少なく残存Ａｌ濃
度で０．４ｐｐｍ以上２．０ｐｐｍ以下に限定した。そ
の理由は、発明者らが開発した微量溶存Ａｌ量分析技術
を用いて溶存Ａｌ量を種々変化させた線材を熱延し、１
μｍ幅以上の介在物の存在を調査して得た結果による。
すなわち、図２から明らかなように、残存Ａｌが０．４
ｐｐｍ〜２．０ｐｐｍの範囲をはずれると、上記介在物
の存在が増加したからである。図２の結果が得られたの
は、推定であるが、残存Ａｌが０．４ｐｐｍ未満では、
介在物中のＳｉＯ2 濃度が上昇し、残存Ａｌが２．０ｐ
ｐｍを超えると、介在物中のＡｌ2 Ｏ3 濃度が上昇し、
いずれの場合も介在物の熱間圧延時の変形能が低下した
ためと考えられる。 【００１８】なお、鋼中のＡｌ濃度を低位に保つには、
Ａｌの混入源として脱酸材であるＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍ
ｎ等の合金は、高純度（Ａｌ＜０．０１％）のものを用
いるのがよく、また、耐火物としてＡｌ2 Ｏ3 質のもの
は避けるのが望ましい。 Ｏ：Ｏも本発明の重要ポイントのひとつで、線材中の残
存酸素濃度を２０ｐｐｍ以下、好ましくは１５ｐｐｍと
した。その根拠は、発明者が、Ｏを微量含む炭素鋼線材
を一定条件で伸線加工し、断線回数を調査した結果によ
る。図１から明らかなように、Ｏが２０ｐｐｍを超える
と断線回数指数の増加傾向が大となり、また該指数も通
常許容される５を超えるからである。 【００１９】そして、酸素を上記限定量にした線材を鋳
造することも本発明の重要ポイントで、転炉出鋼後の溶
鋼に２次精錬を行い、鋳造用タンディッシュ内で溶鋼の
酸素濃度が１０ｐｐｍ以下に維持されることが必要であ
る。鋳造時に溶鋼が酸素をピックアップすることを配慮
しての措置である。そのためには、Ｓｉ脱酸でスラグ中
のａSiO2を下げてスラグ−溶鋼反応により鋼中の酸素量
を低下させる方法が好ましい。本発明では、不活性ガス
の撹拌を行う２次精錬において、ＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａ
ｌ2 Ｏ3 系スラグを用い、ＣａＯ／ＳｉＯ2 を大きくす
ることによりａSiO2を下げ、溶存酸素濃度をタンディッ
シュ内溶鋼で１０ｐｐｍ以下に低下させることができ
た。 Ｎ：Ｎは、その濃度が高いと、伸線後の熱処理による時
効後の伸びが低下するので、４０ｐｐｍ以下とした。そ
の根拠を図４に示すが、５．５ｍｍの素材を０．１５ｍ
ｍφ線材に加工した後、１５０℃で３０ｍｉｎの熱処理
による時効後の伸び（ＲＡ，単位％）とＮ濃度との関係
は、Ｎが４０ｐｐｍ以上になると時効後の伸びが大きく
低下していることによる。 【００２０】なお、線材の溶存Ａｌ濃度は、鉄分離−電
気加熱原子吸光法により分析して求めた。 【００２１】 【実施例】まず、溶銑予備処理によって Ｐ：＜０．０
２０ｗｔ％、Ｓ：＜０．０２０ｗｔ％に低減した溶銑１
８０トンを、複合吹錬転炉にてＣ含有量 ０．７ｗｔ％
まで酸素吹錬した。出鋼に際し、Ａｌ含有量（０．０１
％以下）の少ないＦｅ−Ｓｉを５００ｋｇ、及びＦｅ−
Ｍｎを１０００ｋｇ添加して脱酸すると共に、他の成分
調整を行った。 【００２２】次に、該溶鋼をＡｌ2 Ｏ3 を含有していな
い耐火物を内張した取鍋に受鋼した。また、受鋼時にＣ
ａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 系フラックスを２０００ｋ
ｇ添加し、スラグのＳｉＯ2 活量を０．１０以下に調整
した。なお、耐火物としてはスラグラインにマグネシア
・カーボンレンガ、その他の壁や敷にジルコン流し込み
材を用いた。 【００２３】その後、該取鍋をＶＯＤ設備に入れ、そこ
で溶鋼中にＡｒガスを吹込み撹拌精錬処理を行い、該処
理後の溶鋼を連続鋳造設備にて鋳造した。その際、タン
ディッシュ内の溶鋼からサンプルを採取して酸素分析し
たところ、酸素は８ｐｐｍであった。この鋳片を熱間圧
延にて５．５ｍｍφまで圧延され、線材中の１μｍ幅以
上の非金属介在物個数を公知のＪＩＳ法で測定し、引き
続き伸線加工して０．１５ｍｍφの最終製品にした。 【００２４】 【表１】 【００２５】表１に、本発明例と比較例としての線材
で、介在物、断線回数指数や時効後のＲＡ（伸び）を調
査した結果を示す。本発明に係る線材では、５．５ｍｍ
φ線材中の１μｍ以上の介在物個数指数は５以下と非常
に低位であった。その結果、０．１５ｍｍφの極細線ま
での伸線加工工程での断線も大きく低減されている。ま
た、耐時効性にも優れていることがわかる。 【００２６】最後に、これらのデータから線材中の残存
Ａｌ濃度と断線回数指数との関係を整理し、図３に示し
ておく。図３より、線材の残存Ａｌ濃度が２．０ｐｐｍ
より大きいと、熱間圧延後の５．５ｍｍφ線材中の幅１
μｍ以上の介在物個数は大きく増加し、断線回数指数は
増大することが明らかである。望ましくは、Ａｌを１．
０ｐｐｍ以下にすれば、断線指数はより低下するよう
だ。一方、線材中の残存Ａｌ濃度が０．４ｐｐｍ未満の
場合、熱間圧延後の５．５ｍｍφ線材中の幅１μｍ以上
の介在物個数は大きく増大し、断線回数指数は増加し
た。 【００２７】 【発明の効果】以上述べたように、本発明により、酸素
含有量が２０ｐｐｍ以下で、且つ熱延後の線材中の１μ
ｍ幅以上の介在物量が少ない高炭素鋼材が溶製されるよ
うになり、その後の冷間引抜加工性（伸線加工性）及び
耐時効性に優れた高炭素鋼線材が得られるようになっ
た。
特に、熱延後、線材中に１μｍ以上の介在物量が少な
く、冷間引抜加工性（伸線加工）及び耐時効性に優れた
高炭素鋼線材に係わる。 【０００２】 【従来の技術】自動車用のタイヤコード等に使用されて
いる高炭素鋼線材は、約５．５ｍｍφまで熱間圧延し、
その後、パテンティング（焼入れの一種）を施しながら
数回の冷間引抜加工（伸線加工）を行い、最終的に０．
１５ｍｍφの極細線まで伸線される。 【０００３】この伸線加工時に、鋼中に硬質な粒状の非
金属介在物（以下、介在物という）が存在していると、
マトリックスが伸延されても介在物が伸延せず、そのま
まの形状で存在すると、介在物の周辺にミクロボイドが
形成され、線材の延性が低下し断線の原因となる。そこ
で、断線の原因とならないよう鋼中介在物を微細化する
ため、製鋼工程では、脱酸生成物の組成を熱間圧延時に
延性の良好なＡｌ2 Ｏ 3 −ＳｉＯ2 −ＭｎＯ３元系状態
図のスペサータイト領域に調整する必要があった。 【０００４】このスペーサタイト領域に調整する方法と
しては、溶鋼中に添加する合金鉄中のＡｌ量を溶鋼１ｔ
ｏｎ当たり１０〜５０ｇ程度に規制する方法（特公昭５
２−１７４９０号公報）、及び、それに加えて、Ｍｎ／
Ｓｉを１．７以上に規制する方法（特公昭５７−２２９
６９号公報）が提案されている。しかしながら、上記方
法では、Ａｌ量が規制され且つ溶鋼の脱酸がＭｎ、Ｓｉ
で行われるため、脱酸力が弱く、脱酸後、溶鋼中の残存
酸素量は高く、鋳片の清浄性が悪いという問題がある。
近年、タイヤコードの極細線化と高強度化の一層の進行
により、介在物微細化要求も一段と強くなり、熱延後の
線材で１μｍ以上の介在物量、酸素量の低減が必要で、
上記した介在物組成調整のみでは不十分となっている。
また、スペーサタイト領域の介在物になるようＡｌ量を
規制し組成調整はしているが、溶鋼中の残存酸素量が高
いので該残存酸素がばらつき、生成介在物中のＡｌ2 Ｏ
3 濃度が変化して介在物形態がばらつき、熱延時に該介
在物の微細化が難しいという問題もあった。 【０００５】そこで、溶鋼の脱酸方法を改善して、特公
昭６３−１８６４６号公報は、真空アーク脱ガス装置に
てＣａＯ−ＳｉＯ2 系スラグやフラックスを用い、溶鋼
中に添加されるＡｌ総量を１０ｇ／ｔｏｎ以下に規制す
る方法を、又特開昭６２−２０３６４７号公報は、精練
容器に使用する耐火物を非Ａｌ2 Ｏ3 系にする方法を提
案した。 【０００６】しかしながら、真空アーク脱ガス装置を用
いた溶鋼処理では、低酸素化は可能となったが、溶鋼中
炭素の脱酸力がＡｌより強まり、耐火物やスラグ等に含
まれるＡｌ2 Ｏ3 がＣにより還元され、溶鋼中の残存Ａ
ｌ濃度が増加した。この溶存Ａｌは、処理後の溶鋼温度
低下、及び連続鋳造時に酸素と結びつき、再びＡｌ2Ｏ3
となり、熱延時に非延性な介在物として鋳片に残留す
る問題が生じた。その際、たとえ非Ａｌ2 Ｏ3 系耐火物
を用いても、転炉スラグの混入や、添加合金中のＡｌに
起因してスラグ中にＡｌ2 Ｏ3 が存在することは不可避
であり、連続鋳造におけるタンディッシュ内溶鋼の残存
Ａｌ濃度を低位にすることは難しかった。 【０００７】また、上記以外の溶鋼脱酸改善を施した介
在物調整方法として、特開昭５３−７６９１６号公報
は、「Ａｒ吹込みによる取鍋精錬法を採用して酸素の混
入を規制すると共に、高融点のＣａＣ2 等を含む還元性
スラグに、滓化促進のため低融点のアルカリ金属弗化
物、酸化物、アルカリ土類金属弗化物を５〜３０％添加
した合成スラグを用いて脱酸した後、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔ
ｉ、Ａｌ、Ｚｒを適量添加して延性の良好な介在物にす
る方法」、あるいは特公昭５７−３５２３４号公報は、
「Ａｌ完全規制の下（５ｇ／溶鋼ｔｏｎ以下）で、Ｃａ
Ｏ含有フラックスを溶鋼に吹き込んで予備脱酸した後、
Ｃａ、Ｍｇ、または、ＲＥＭを微量吹き込んで延性の良
好な介在物にする方法を開示している。 【０００８】しかしながら、上記方法では、介在物形態
の調整に使用する脱酸元素の活性度が高過ぎ、該脱酸元
素の添加量が介在物の形態に大きく影響して延性の良好
な介在物を安定して生成させることが困難であった。ま
た、予備脱酸に使用したＣａＣ2 等を含む還元性スラグ
やＣａＯ含有フラックスは、溶鋼に巻込まれたり、吹込
まれた際には完全に浮上できず、その後の脱酸生成物と
凝集、合体せずにかえって硬質な介在物になってしまう
という問題があった。 【０００９】また、特開平４−１１０４１３号公報は、
「溶鋼中のＡｌ総量を溶鋼トン当たり０．０１０ｋｇ以
下にし、アーク加熱式取鍋精錬設備で、スラグ組成を
（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）＝０．７〜０．９、Ａｌ2 Ｏ3 ≦
１０％として溶鋼を処理した後、連続鋳造設備にて鋳型
内、及び、凝固末期で電磁撹拌しながら連続鋳造を行う
方法を提案した。これは、Ａｌ量を低位に保ち、スラグ
組成をＣａＯ／ＳｉＯ2＝０．７〜０．９とすることに
よって、Ａｌ2 Ｏ3 ≦１０％とａAl2O3 （Ａｌ2Ｏ3 活
量）の上限を決め、Ａｌ2 Ｏ3 濃度の高い介在物の生成
を防止する技術である。 【００１０】しかしながら、上記スラグのａAl2O3 が大
きいため、溶鋼中の残存酸素は高く、タンディッシュ内
溶鋼の酸素濃度が２０ｐｐｍを越え、介在物量がかえっ
て増えた。加えて、タンディッシュ内で溶鋼中の残存Ａ
ｌ濃度が低位になりやすく、そのため、凝固時に生成す
る介在物は、ＳｉＯ2 濃度の高い硬質な介在物となり、
熱延時に変形せず、熱延後の線材中に１μｍ以上の大き
さで存在した。 【００１１】さらに、溶鋼の酸素量低減方法として、特
開昭６０−１８４６１７号公報は「溶鋼中のＡｌ総量を
溶鋼トン当たり１０ｇ以下にし、炉外精錬時のスラグ組
成をＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 系で、（ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ2 ）≧１．５、（ＦｅＯ＋ＭｎＯ）≦３％とすると
共に、介在物の組成調整の観点から、スラグ中のＡｌ 2
Ｏ3 量の上限として３．０≧（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）≧
１．５のとき、Ａｌ2 Ｏ 3 ≦１６％−４（ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ2 ）％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）＞３．０のとき、Ａｌ
2 Ｏ3 ≦４％とし、かつ精錬済の溶鋼中Ａｌ総量を１０
ｇ／ｔｏｎ（溶鋼）以下にすることを開示している。こ
の方法によれば、スラグが（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）≧１．
５でスラグのａSiO2が低いので溶鋼の酸素量は低下し、
また、スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量をＣａＯ／ＳｉＯ2 の上
昇にともない上限を低下させるようにしているので、鋼
中のＡｌ濃度の上昇は抑えられ、Ａｌ2 Ｏ3 濃度の高い
介在物生成は防止できる。 【００１２】しかしながら、スラグ中のＣａＯ量が高
く、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 量が低いため、スラグの融点
が上昇し、滓化性が悪く、精錬中のスラグ−溶鋼間の反
応が十分には進行しない。また、スラグが精錬中に溶鋼
内に巻込まれ、浮上できず鋳片に残存し介在物となった
場合、介在物はＣａＯ量が高く、非延性で硬質になる問
題がある。このスラグの滓化性を良くするため、ＣａＦ
2 等の弗化物を混合することも考えられるが、弗化物を
混合すると、耐火物の溶損が増加し、耐火物が非延性で
硬質な介在物として鋼中に入ってしまう問題がある。さ
らに、精錬済の溶鋼中Ａｌ総量を１０ｇ／ｔｏｎ（溶
鋼）以下としているが、タンディッシュ内での溶鋼中の
酸素濃度に対する溶鋼の残存Ａｌ濃度が高く、鋼中にＡ
ｌ2 Ｏ3 濃度の高い介在物が生成する恐れがあった。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を鑑み、鋼材中の全酸素量を従来より低減して非延性の
介在物を少なくし、高強度であるが加工伸延性及び耐時
効性に優れた高炭素鋼材を提供することを目的としてい
る。 【００１４】 【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、前述した従来技術を踏まえて鋭意研究を行
い、脱酸生成物として硬質のＡｌ２ Ｏ３ 系介在物を生
成させないためには、鋼中のＡｌ濃度を低減させるだけ
では駄目で、常に溶存酸素量とのバランスを配慮する必
要があることを痛感した。しかも、酸素に関しては、脱
酸後に大気からピックアップする酸素も考慮しなけれ
ば、特に、連続鋳造で凝固時に析出してくる脱酸生成物
の形態調整は困難であることを確認し、本発明をするに
至った。 すなわち、本発明は、 Ｃ：０．５〜１．０ｗｔ％、 Ｓｉ：０．１５〜０．５０ｗｔ％、 Ｍｎ：０．３〜０．９ｗｔ％、 Ｐ：＜０．０２０ｗｔ％、 Ｓ：＜０．０２０ｗｔ％ で残部鉄及び不可避的不純物からなる炭素鋼線材におい
て、上記線材中の全酸素濃度が２０ｐｐｍ以下、残存Ａ
ｌ濃度が０．４ｐｐｍ以上２．０ｐｐｍ以下、窒素が４
０ｐｐｍ以下であることを特徴とする伸線加工性及び耐
時効性に優れた炭素鋼線材である。 【００１５】 【作用】本発明では、Ｃ：０．５〜１．０ｗｔ％、Ｓ
ｉ：０．１５〜０．５０ｗｔ％、Ｍｎ：０．３〜０．９
ｗｔ％、Ｐ：＜０．０２０ｗｔ％、Ｓ：＜０．０２０ｗ
ｔ％で残部鉄及び不可避的不純物からなる炭素鋼線材に
おいて、上記線材中の全酸素濃度が２０ｐｐｍ以下、残
存Ａｌ濃度が０．４ｐｐｍ以上２．０ｐｐｍ以下、窒素
が４０ｐｐｍ以下であるようにしたので、線材中に硬質
なＡｌ2 Ｏ3 介在物あるいは１μｍ以上のＳｉＯ2 介在
物が存在せず、伸線加工性及び耐時効性が著しく向上し
た高強度の高炭素鋼線材となる。その結果、この線材を
用いて伸線加工工程でも断線せず、極細線の製造が安定
して行えるようになった。 【００１６】 【００１７】以下に、本発明に係る線材の化学組成を限
定した理由を説明する。 Ｃ：Ｃは、線材の伸線加工後の強度を確保するために少
なくとも０．５０ｗｔ％以上必要であり、一方１．０ｗ
ｔ％を越えると粗大な初析セメンタイトが析出し、脆化
するので、０．５〜１．０ｗｔ％とした。 Ｓｉ：Ｓｉは、脱酸に有効な元素であり、その効果を発
揮させるには０．１５ｗｔ％以上必要であり、一方、過
多な添加は、ＳｉＯ2 系介在物を増加して伸線加工性を
損なうので、０．５０ｗｔ％以下とした。 Ｍｎ：Ｍｎも脱酸に有効で、かつ延性劣化を助長するＳ
をＭｎＳとして固定し、さらに焼入れ性を確保して強度
を出す観点から下限を０．３０ｗｔ％とした。しかし、
過多の添加は、焼入れ過剰となり、線材組織にミクロな
マルテンサイトを生じ、伸線加工性を低下させるので
０．９ｗｔ％を上限とする。 Ｐ，Ｓ：Ｐ、Ｓは，それらが高いと伸線加工性が悪化す
るので、少ないのが好ましく、Ｐ＜０．０２０ｗｔ％、
Ｓ＜０．０２０ｗｔ％に抑えた。 Ａｌ：線材中のＡｌ濃度に上下限を設けたことが、本発
明の重要ポイントの一つである。Ａｌ2 Ｏ3 介在物を低
減するため、溶鋼中のＡｌを総量規制することは従来か
ら行われていたが、本発明では、特に少なく残存Ａｌ濃
度で０．４ｐｐｍ以上２．０ｐｐｍ以下に限定した。そ
の理由は、発明者らが開発した微量溶存Ａｌ量分析技術
を用いて溶存Ａｌ量を種々変化させた線材を熱延し、１
μｍ幅以上の介在物の存在を調査して得た結果による。
すなわち、図２から明らかなように、残存Ａｌが０．４
ｐｐｍ〜２．０ｐｐｍの範囲をはずれると、上記介在物
の存在が増加したからである。図２の結果が得られたの
は、推定であるが、残存Ａｌが０．４ｐｐｍ未満では、
介在物中のＳｉＯ2 濃度が上昇し、残存Ａｌが２．０ｐ
ｐｍを超えると、介在物中のＡｌ2 Ｏ3 濃度が上昇し、
いずれの場合も介在物の熱間圧延時の変形能が低下した
ためと考えられる。 【００１８】なお、鋼中のＡｌ濃度を低位に保つには、
Ａｌの混入源として脱酸材であるＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍ
ｎ等の合金は、高純度（Ａｌ＜０．０１％）のものを用
いるのがよく、また、耐火物としてＡｌ2 Ｏ3 質のもの
は避けるのが望ましい。 Ｏ：Ｏも本発明の重要ポイントのひとつで、線材中の残
存酸素濃度を２０ｐｐｍ以下、好ましくは１５ｐｐｍと
した。その根拠は、発明者が、Ｏを微量含む炭素鋼線材
を一定条件で伸線加工し、断線回数を調査した結果によ
る。図１から明らかなように、Ｏが２０ｐｐｍを超える
と断線回数指数の増加傾向が大となり、また該指数も通
常許容される５を超えるからである。 【００１９】そして、酸素を上記限定量にした線材を鋳
造することも本発明の重要ポイントで、転炉出鋼後の溶
鋼に２次精錬を行い、鋳造用タンディッシュ内で溶鋼の
酸素濃度が１０ｐｐｍ以下に維持されることが必要であ
る。鋳造時に溶鋼が酸素をピックアップすることを配慮
しての措置である。そのためには、Ｓｉ脱酸でスラグ中
のａSiO2を下げてスラグ−溶鋼反応により鋼中の酸素量
を低下させる方法が好ましい。本発明では、不活性ガス
の撹拌を行う２次精錬において、ＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａ
ｌ2 Ｏ3 系スラグを用い、ＣａＯ／ＳｉＯ2 を大きくす
ることによりａSiO2を下げ、溶存酸素濃度をタンディッ
シュ内溶鋼で１０ｐｐｍ以下に低下させることができ
た。 Ｎ：Ｎは、その濃度が高いと、伸線後の熱処理による時
効後の伸びが低下するので、４０ｐｐｍ以下とした。そ
の根拠を図４に示すが、５．５ｍｍの素材を０．１５ｍ
ｍφ線材に加工した後、１５０℃で３０ｍｉｎの熱処理
による時効後の伸び（ＲＡ，単位％）とＮ濃度との関係
は、Ｎが４０ｐｐｍ以上になると時効後の伸びが大きく
低下していることによる。 【００２０】なお、線材の溶存Ａｌ濃度は、鉄分離−電
気加熱原子吸光法により分析して求めた。 【００２１】 【実施例】まず、溶銑予備処理によって Ｐ：＜０．０
２０ｗｔ％、Ｓ：＜０．０２０ｗｔ％に低減した溶銑１
８０トンを、複合吹錬転炉にてＣ含有量 ０．７ｗｔ％
まで酸素吹錬した。出鋼に際し、Ａｌ含有量（０．０１
％以下）の少ないＦｅ−Ｓｉを５００ｋｇ、及びＦｅ−
Ｍｎを１０００ｋｇ添加して脱酸すると共に、他の成分
調整を行った。 【００２２】次に、該溶鋼をＡｌ2 Ｏ3 を含有していな
い耐火物を内張した取鍋に受鋼した。また、受鋼時にＣ
ａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 系フラックスを２０００ｋ
ｇ添加し、スラグのＳｉＯ2 活量を０．１０以下に調整
した。なお、耐火物としてはスラグラインにマグネシア
・カーボンレンガ、その他の壁や敷にジルコン流し込み
材を用いた。 【００２３】その後、該取鍋をＶＯＤ設備に入れ、そこ
で溶鋼中にＡｒガスを吹込み撹拌精錬処理を行い、該処
理後の溶鋼を連続鋳造設備にて鋳造した。その際、タン
ディッシュ内の溶鋼からサンプルを採取して酸素分析し
たところ、酸素は８ｐｐｍであった。この鋳片を熱間圧
延にて５．５ｍｍφまで圧延され、線材中の１μｍ幅以
上の非金属介在物個数を公知のＪＩＳ法で測定し、引き
続き伸線加工して０．１５ｍｍφの最終製品にした。 【００２４】 【表１】 【００２５】表１に、本発明例と比較例としての線材
で、介在物、断線回数指数や時効後のＲＡ（伸び）を調
査した結果を示す。本発明に係る線材では、５．５ｍｍ
φ線材中の１μｍ以上の介在物個数指数は５以下と非常
に低位であった。その結果、０．１５ｍｍφの極細線ま
での伸線加工工程での断線も大きく低減されている。ま
た、耐時効性にも優れていることがわかる。 【００２６】最後に、これらのデータから線材中の残存
Ａｌ濃度と断線回数指数との関係を整理し、図３に示し
ておく。図３より、線材の残存Ａｌ濃度が２．０ｐｐｍ
より大きいと、熱間圧延後の５．５ｍｍφ線材中の幅１
μｍ以上の介在物個数は大きく増加し、断線回数指数は
増大することが明らかである。望ましくは、Ａｌを１．
０ｐｐｍ以下にすれば、断線指数はより低下するよう
だ。一方、線材中の残存Ａｌ濃度が０．４ｐｐｍ未満の
場合、熱間圧延後の５．５ｍｍφ線材中の幅１μｍ以上
の介在物個数は大きく増大し、断線回数指数は増加し
た。 【００２７】 【発明の効果】以上述べたように、本発明により、酸素
含有量が２０ｐｐｍ以下で、且つ熱延後の線材中の１μ
ｍ幅以上の介在物量が少ない高炭素鋼材が溶製されるよ
うになり、その後の冷間引抜加工性（伸線加工性）及び
耐時効性に優れた高炭素鋼線材が得られるようになっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、全酸素濃度と５．５ｍｍφ線材を０．
１５ｍｍφの極細線まで伸線した時の断線回数指数の関
係である。 【図２】熱間圧延後の５．５ｍｍφ線材の残存Ａｌ濃度
と線材中の１μｍ幅以上の介在物個数との関係である。 【図３】５．５ｍｍφ線材の残存Ａｌ濃度とその線材を
０．１５ｍｍφの極細線まで伸線加工する工程での断線
回数指数との関係である。 【図４】０．１５ｍｍφ線材における１５０℃で３０ｍ
ｉｎの熱処理による時効後の伸び（ＲＡ）とＮ濃度との
関係である。
１５ｍｍφの極細線まで伸線した時の断線回数指数の関
係である。 【図２】熱間圧延後の５．５ｍｍφ線材の残存Ａｌ濃度
と線材中の１μｍ幅以上の介在物個数との関係である。 【図３】５．５ｍｍφ線材の残存Ａｌ濃度とその線材を
０．１５ｍｍφの極細線まで伸線加工する工程での断線
回数指数との関係である。 【図４】０．１５ｍｍφ線材における１５０℃で３０ｍ
ｉｎの熱処理による時効後の伸び（ＲＡ）とＮ濃度との
関係である。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−212237（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 301
C21C 7/076
C21C 7/10
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｃ：０．５〜１．０ｗｔ％、 Ｓｉ：０．１５〜０．５０ｗｔ％、 Ｍｎ：０．３〜０．９ｗｔ％、 Ｐ：＜０．０２０ｗｔ％、 Ｓ：＜０．０２０ｗｔ％ で残部鉄及び不可避的不純物からなる炭素鋼線材におい
て、 上記線材中の全酸素濃度が２０ｐｐｍ以下、残存Ａｌ濃
度が０．４ｐｐｍ以上２．０ｐｐｍ以下、窒素が４０ｐ
ｐｍ以下であることを特徴とする伸線加工性及び耐時効
性に優れた炭素鋼線材。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP21620395A JP3536461B2 (ja) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | 伸線加工性及び耐時効性に優れた高炭素鋼線材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21620395A JP3536461B2 (ja) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | 伸線加工性及び耐時効性に優れた高炭素鋼線材 |
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