JP3546551B2 - 伸線加工性に優れた高炭素鋼線材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばスチールコード等の極細鋼線を製造するのに好適な伸線加工性に優れた高炭素鋼線材に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、スチールコードを製造するには、熱間圧延した後に調整冷却された直径5〜6mmの極細線用線材に伸線およびパテンティング処理を繰り返し、最終パテンティング処理後にブラスメッキを施し、湿式伸線によって直径0.3mm以下の極細鋼線に加工し、この極細鋼線素線を撚り線加工している。極細線用線材は湿式伸線で90%以上の強加工を受けて高強度の極細鋼線となり、その後の撚り線加工では極細鋼線には捻り応力が作用する。従って、極細線用線材には、湿式伸線加工とその後の撚り線加工とにおいて断線しないことが強く要求される。これらの加工時に断線すると生産性や歩留りが低下し、さらにスチールコードとしての品質が低下する。また、近年、軽量化のために極細線用線材の高強度化が望まれているものの、一般的に、高強度化するほど延性が損なわれるため、特に内部性状に優れた極細線用線材が要求される。
【0003】
高炭素鋼線材の強化方法としては、例えば特公昭55−9044号公報に開示されているように、合金元素を添加することによりパーライトのラメラー間隔を微細化する方法やフェライトを固溶強化する方法が知られている。また、伸線性や撚り線性あるいは耐疲労性に悪影響を及ぼすものとして酸化物系介在物が知られている。特に、Al2 O3 、TiO2 、SiO2 、およびCaO等の単独組成のものは極めて硬く伸延性に劣るので、熱間圧延あるいは冷間伸線において有害である。これらの酸化物系介在物を軟質化することを目的とした技術としては、例えば特開昭55−42961号公報に開示された技術が知られており、この技術は、溶鋼中のAl量を低減してAl2 O3 系介在物の組成制御を行うものであるが、十分な効果が得られるとは言い難い。また、特公平4−8499号公報には、介在物インデックスを規定し、かつ組成も規定することにより介在物の軟質化を図り、伸線性や耐疲労性を改善する技術が開示されている。しかし、この技術においても酸化物系介在物を軟質な組成に改質できてもその大きさや量まで制御して伸線加工性を向上させることは困難である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、伸線加工性に優れた高炭素鋼線材を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材は、
C:0.60mass%以上1.0mass%以下、
Si:0.15mass%以上0.50mass%以下、
Mn:0.30mass%以上1.00mass%以下、
P:0.015mass%以下、
S:0.015mass%以下、
Al:0.002mass%以下、
を含有し、全酸素量が20ppm以下で、残部Fe及び不可避的不純物からなり、
さらに、鋼中の介在物が、10μm以下の大きさで、
Al 2 O 3 :15〜30mass%、
SiO 2 :35〜50mass%、
MnO:5〜20mass%、
CaO:15〜25mass%
を含有する複合介在物であることを特徴とするものである。
【0006】
ここで、さらに、
Cr:0.05mass%以上0.50mass%以下、
V:0.05mass%以上0.20mass%以下、
Ni:0.05mass%以上0.30mass%以下、
からなる3種の元素のうちの1種以上の元素を含有することが好ましい。
【0007】
上記アスペクト比とは、介在物の最大厚さdと長さlとの比(l/d)をいう。
また、上記複合介在物の大きさとは、圧延線材の縦断面における介在物の厚さをいう。
【0008】
【発明の実施の形態】
Al2 O3 、SiO2 等の単独酸化物系介在物は硬質で伸延性が劣ること、及びAl2 O3 −SiO2 −MnO−CaO等の低融点複合介在物は軟質で伸延性に富むことは公知である。本発明者らはこのような知見に基づき高炭素鋼線材の伸線性および撚り線性を改善する手段を鋭意研究を重ねた。その結果、化学組成と全酸素量を規定し、さらに介在物の種類やその大きさ、アスペクト比を規制することにより伸線加工性を大きく改善できるという新たな知見を得、本発明を成し遂げた。
【0009】
先ず、化学組成についてその限定理由を説明する。
C:
伸線加工後の所望強度を確保するために0.6mass%を下限とした。C量を増加させればいっそう高い強度を得ることができるものの、延性の低下が大きく、特に、1.0mass%を超えると粗大な初析セメンタイトが析出して著しく脆化するため上限を1.0mass%とした。
【0010】
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0.15mass%以上添加する必要がある。一方、Siを過多に添加するとSiO2 系介在物が多くなり加工性を損なうので0.50mass%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、さらに焼入れ性を確保する点から下限は0.30mass%とした。しかし、1.00mass%を超えて過多に添加すると焼入れ性が過剰となりミクロなマルテンサイトを生じ伸線性が阻害される。
【0011】
P,S:
PおよびSともに偏析し易く、鋼の延性及び靭性を劣化させる元素であるため、ともに0.015mass%以下とした。
Al:
Alは強力な脱酸元素で酸素量を低減するには極めて有効なものの、Al2 O3 単独の介在物を多く生成し、伸線性、撚り線性を大きく低下させるため0.002mass%以下とした。
【0012】
Cr:
Crは焼入性を高め、特にパーライトラメラー間隔の微細化効果が大きく、延性をあまり低下させることなく伸線後の強度を高めるに有効である。この効果を発揮させるには0.05mass%以上添加する必要がある。しかし過多に添加すると焼入性が過剰となりパーライト変態を制御することが困難となり適切なミクロ組織が得られなくるため0.50mass%以下とした。従って、Crを0.05mass%以上0.50mass%以下添加した場合は、伸線後の強度がいっそう高められる。
【0013】
V:
Vは焼入性と炭窒化物生成の両作用から強度向上に有効な元素であるが、過剰添加は鋳片冷却途上の炭窒化物が表面欠陥を促進するため、0.05mass%以上0.20mass%以下とした。従って、Vを0.05mass%以上0.20mass%以下添加した場合は、強度がいっそう向上する。
【0014】
Ni:
Niは延性及び靭性を高め鋼線そのものの脆化を防ぐために有効な元素であり、その効果を発揮するには0.05mass%以上添加することが必要である。一方、過剰に添加すると製造コストが上昇するばかりか焼入性が向上し、パーライト組織を得ることが困難になる。このため、上限は0.30mass%とした。従って、Niを0.05mass%以上0.30mass%以下添加した場合は、延性及び靭性をいっそう高められる。
【0015】
次に、介在物の大きさ、介在物の種類、及び介在物の伸延性や介在物量について説明する。
介在物の大きさは、極細線の伸線性あるいは撚り線性への悪影響がないと考えられる10μm以下にする。
介在物を加工により薄く伸延させ分断させて無害化を図る上で、複合介在物組成比が重要であることは公知であるが、種々調べると、主にAl2 O3 −SiO2 −MnO−CaO系からなる複合介在物が最も伸延し易く、そのアスペクト比が断線に対し大きな影響を及ぼすことをつきとめた。
【0016】
図1に、上記の範囲内の化学組成を有し、種々の組成比の介在物を含有する高炭素鋼線材を冷間で伸線したときの、加工度とアスペクト比との関係を調べた結果を示す。図1の縦軸はアスペクト比を表し、横軸は加工度を表す。アスペクト比は、光学顕微鏡で観察して撮影した介在物の最大厚さdと長さlとの比(l/d)を表したものである。また、加工度は、伸線前後の断面積の差を伸線前の断面積で割った値を百分率で表したものである。
【0017】
ここで、図1、図2における組成Xの介在物は、Al2 O3 あるいはSiO2 が主な組成のものであり、加工度が変化してもアスペクト比はほとんどかわらず、素材での介在物の大きさが、加工を受けてもほとんどそのままであることがわかる。組成Yの介在物は、Al2 O3 :15〜35mass%、SiO2 :35〜50mass%、MnO:5〜20mass%、CaO:15〜25mass%を含有し、加工とともにアスペクト比が大きくなり、良く伸延していることがわかる。組成Yの介在物では、加工度90%でアスペクト比が約15を示す。組成Zの介在物は、Al2 O3 :10mass%以下、SiO2 :30〜55mass%、MnO:5〜20mass%、CaO:5〜45mass%、MgO:5〜25mass%を含有し、アスペクト比は組成Xのものと組成Yのものとの中位を示す。
【0018】
図2に、上記の各組成X,Y,Zを有する介在物を含有する高炭素鋼線材に冷間で加工度96.5%を与えて極細線に伸線し、その後撚り線加工を行い、その加工時の断線発生指数とアスペクト比との関係を示す。図2の縦軸は断線発生指数を表し、横軸はアスペクト比を表す。アスペクト比は、図1の場合と同じ方法で求めた。また、断線発生指数とは、伸線重量に対する断線頻度を指数化したものをいう。
【0019】
図2に示すように、アスペクト比15以上の場合、断線発生指数が極めて低いことがわかる。したがって、一般的に採用される冷間加工度90%以上の場合に、アスペクト比が15以上となるようなAl2 O3 −SiO2 −MnO−CaO系組成であれば、伸線性や撚り線性が極めてよいことが明らかであり、それぞれの組成比は特に限定する必要はない。
【0020】
次に、介在物について説明する。
高炭素鋼線材の組成および介在物組成を適切に制御しても介在物量が多ければ撚り線加工時に断線を誘発する可能性があり、またマトリックスの延性向上などにも好ましくない。本発明者らは、介在物の個数を少なくし、かつ大きさを小さくするためには、高炭素鋼線材の全酸素量を規制すればよいことを見出した。図3に、高炭素鋼線材中の全酸素量と、この高炭素鋼線材100mm2 当たりの介在物の個数との関係を示す。図3の縦軸は、高炭素鋼線材100mm2 当たりの介在物の個数を表し、横軸は、高炭素鋼線材中の全酸素量を表す。ここで、介在物の個数は、線材の縦断面を光学顕微鏡400倍で観察し測定した。また、高炭素鋼線材中の全酸素量は、周知の化学分析法で調べた。
【0021】
図3に示すように、全酸素量が20ppmを超えると、急激に介在物の個数が多くなる。尚、図3では、2μm以上の大きさの介在物を対象として測定した結果を示しており、全酸素量が20ppm以下の場合、介在物の最大の大きさは5μm程度であった。
図4に、高炭素鋼線材中の全酸素量と捻回値との関係を示す。図4の縦軸は、捻回値を表し、横軸は、高炭素鋼線材中の全酸素量を表す。ここで、捻回値は、例えばJIS G 3521 硬鋼線の中のねじり試験に記載された方法に準拠して測定したものである。尚、高炭素鋼線材中の全酸素量の求め方は、図3のものと同様である。
【0022】
図4に示すように、全酸素量が低い(清浄性が良い)程、捻回値は40回以上と高く延性の優れていることがわかる。したがって、清浄性を改善する点から全酸素量を20ppm以下とした。
本発明の高炭素鋼線材は、以上のように、化学組成や介在物種類等を規制しているため、線材自体の延性が高く、伸線性および撚り線性に優れている。
【0023】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材を製造するに当たっては、先ず、溶銑・予備処理した銑鉄を転炉で製錬して出鋼した。出鋼時に、フェロMn、フェロSiを添加して脱酸し、さらにフラックスを添加し、その後Ar雰囲気調整下においてArガス攪拌を行い、連続鋳造してブルームを製造した。供試鋼とした各ブルームの化学組成を表1に示す。このブルームを通常の加熱温度および圧延温度で圧延し、直径5.5mmの線材を製造した。線材の巻取り温度を900℃に制御し、微細パーライトを得るために適切な調整冷却を行った。これらの線材に、伸線とパテンティングを繰り返した。最終伸線前のパテンティングの加熱温度を950℃とし、鉛浴温度としては、いずれの供試鋼も均一微細なパーライト組織を得るべく適切な温度条件を設定したが、基本的には545℃前後である。その後ブラスメッキを行い、直径0.25mmの極細鋼線(素線)に仕上げた。
【0024】
この素線の引張強さおよび捻回値を求めた。また、撚り線加工を行った際の断線指数を調べた。この結果を表2に示す。本発明鋼A〜Hの素線における強度は、特定化学組成にみあった十分に高い値を示し、また延靭性の指標となる捻回値も優れた値を示す。さらに、撚り線時の断線は、本発明鋼ではいずれの鋼においても全く認められず極めて良好な素線特性および加工性が得られた。一方、比較例のB鋼とC鋼は素線において高い強度は得たものの、捻回値が低く、撚り線加工においても断線が発生し、本発明鋼との加工性の差が明らかになった。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材は、化学組成や介在物種類等を規制しているため、高強度高延性を確保でき、厳しい伸線加工および撚り線加工に耐え得る極めて優れた線材である。従って、ダイス寿命に優れ、高速伸線も可能であり生産性を著しく高めることが期待でき、また耐疲労性等の向上にも大きく寄与すると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】所定の化学組成を有し、各組成X,Y,Zの介在物を含有する高炭素鋼線材を冷間で加工したときの、加工度とアスペクト比との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図2】介在物が各組成X,Y,Zを有する高炭素鋼線材に冷間で加工度95.5%を与えたときの、撚り線加工時の断線発生指数とアスペクト比との関係を示すグラフである。
【図3】高炭素鋼線材中の全酸素量とこの高炭素鋼線材100mm2 当たりの介在物の個数との関係を示すグラフである。
【図4】高炭素鋼線材中の全酸素量と捻回値との関係を示すグラフである。
Claims (2)
- C:0.60mass%以上1.0mass%以下、
Si:0.15mass%以上0.50mass%以下、
Mn:0.30mass%以上1.00mass%以下、
P:0.015mass%以下、
S:0.015mass%以下、
Al:0.002mass%以下、
を含有し、全酸素量が20ppm以下で、残部Fe及び不可避的不純物からなり、
さらに、鋼中の介在物が、10μm以下の大きさで、
Al 2 O 3 :15〜30mass%、
SiO 2 :35〜50mass%、
MnO:5〜20mass%、
CaO:15〜25mass%
を含有する複合介在物であることを特徴とする伸線加工性に優れた高炭素鋼線材。 - さらに、
Cr:0.05mass%以上0.50mass%以下、
V:0.05mass%以上0.20mass%以下、
Ni:0.05mass%以上0.30mass%以下、
からなる3種の元素のうちの1種以上の元素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。
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JP20203695A JP3546551B2 (ja) | 1995-08-08 | 1995-08-08 | 伸線加工性に優れた高炭素鋼線材 |
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- 1995-08-08 JP JP20203695A patent/JP3546551B2/ja not_active Expired - Fee Related
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