JP3954741B2

JP3954741B2 - 鋼線用線材およびその製造方法

Info

Publication number: JP3954741B2
Application number: JP35989798A
Authority: JP
Inventors: 聡杉丸; 淳彦吉江; 浩大羽
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2018-12-18
Also published as: JP2000178687A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸線加工に供する鋼線用線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鋼線用線材として製造される鋼は、転炉等で精練を完了した後、精練完了時に溶鋼中に含まれる酸素を除去するために、鋳造に先立って脱酸剤が投入され、酸化物として酸素が除去される。生成した酸化物は鋳造時に、タンディッシュ内あるいはモールド内において衝突による合体や成長により大型化し、浮上除去されるため、最終製品中にはほとんど存在しない。そのため、鋳片を圧延加工して得られる線材を伸線加工しても介在物による断線はほとんど見られなかった。
【０００３】
しかし、伸線加工後に焼鈍を行い、再結晶させた場合には結晶粒の成長を阻害するものがないために結晶粒が大きく成長するものと、逆に成長が遅れて小さいままの結晶粒とが混在し、所謂混粒組織となる。このような混粒組織を有する線材を加工したり、滑車を使って搬送した場合には、粗大な結晶粒が優先的に変形し、加工割れや断線の誘因となっていた。
【０００４】
混粒を防止し、結晶粒径を固定する方法としてはＡｌを添加してＡｌＮを微細に分散させ、その粒子によって結晶粒成長を抑制する方法が考え出された。しかし、線材をコイル状に巻き、炉のなかに一定時間入れるバッチ焼鈍では、局所的に温度が上昇しＡｌＮが鋼中に溶解して結晶粒成長が急速に進み、混粒となるケースが認められた。その結果、加工時に割れを生じたり、搬送時の断線が生じていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来は鋼線用線材として製造される鋼中には、非金属介在物は少ない方がよいとされ、その代表的なものである酸化物を極力少なくするために、精練完了時に溶鋼中に含まれる酸素を除去するために、鋳造に先立って脱酸剤が投入され、酸化物として酸素が除去され、その生成した酸化物を鋳造時までに除去する様々な工夫がなされてきた。その結果として鋼中には酸化物がほとんどなく、酸化物は再結晶時の結晶粒成長などには寄与しないとされてきた。
【０００６】
一方、上記ＡｌＮに代わる粒子として酸化物を適用しようとする試みがなされてきているが、この方法では、鋼中の酸化物を多くしようとするために、必然的に酸素濃度が高くなり、大型の酸化物が生成し、伸線加工時に断線するという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）重量％で、Ｃ：０．０２〜０．２２％、Ｓｉ：０．０１〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０〜０．６０％、Ｔｉ：０．０１１５〜０．０３％、を含み、Ａｌ：０．００５％以下、Ｏ：０．００６〜０．０２％残部Ｆｅからなる鋼成分の線材で、当該線材の圧延方向に垂直な断面において、円相当直径で0.3μｍ以下の介在物が、0.5個／μｍ²以上3.0個／μｍ²以下存在することを特徴とする鋼線用線材。
（２）上記（１）記載の鋼成分の線材で、当該線材の圧延方向に平行で、且つ、圧延方向に垂直な断面の中心を通る断面において、介在物の圧延方向に垂直な方向の厚みが２０μｍ以下、あるいは、当該厚みが２０μｍ以上１００μｍ以下で、且つ、介在物の圧延方向に平行な長さが前記厚みの５倍以上であることを特徴とする鋼線用線材。
（３）焼鈍後の鋼線の組織が混粒ではないことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の鋼線用線材。
（４）重量％で、Ｃ：０．０２〜０．２２％、Ｓｉ：０．０１〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０〜０．６０％、Ｔｉ：０．０１１５〜０．０３％、を含み、Ａｌ：０．００５％以下、Ｏ：０．００６〜０．０２％残部Ｆｅからなる溶鋼を、ビレット連続鋳造し、得られた鋳片を圧延して製造することを特徴とする鋼線用線材の製造方法。
【０００８】
従来は鋼線用線材として製造される鋼中には、非金属介在物は少ない方がよいとされ、その代表的なものである酸化物を極力少なくするために、精練完了時に溶鋼中に含まれる酸素を除去するために、鋳造に先立って脱酸剤が投入され、酸化物として酸素が除去され、その生成した酸化物を鋳造時までに除去する様々な工夫がなされてきた。その結果として鋼中には酸化物がほとんどなく、酸化物は再結晶時の結晶粒成長などには寄与しないとされてきた。
【０００９】
本発明は意図的に鋼中の酸素を高くすることにより介在物を分散させ、再結晶時の結晶粒成長を抑制するものである。しかし、単に鋼中酸素を高くするのでは、前述したように大型の酸化物が生成し、伸線中の断線の原因となる。
【００１０】
本発明は溶鋼中の酸素濃度を高く保ち、凝固中に酸化物を微細に生成させ結晶粒径制御に有効活用し、大型の酸化物が存在しても線材圧延時に伸延して長さと厚みの比が５以上であれば介在物が伸線加工時に破壊されることを利用して上記課題を解決することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の説明を行う。
【００１２】
Ｃの下限を０．０２％としたのは、それ以下の炭素量では精錬に脱ガスなどの特殊な処理が必要となるからである。Ｃの上限を０．２２％としたのは、それ以上の含有量では組織中のパーライトの割合が増えて、再結晶の制御が酸化物では規定されなくなるからである。
【００１３】
Ｓｉの下限を０．０１％としたのは、鋳造中のＯと結びついて生成する酸化物を低融点である複合系とするため或程度のＳｉＯ₂を確保するためである。Ｓｉの上限を０．４％としたのは、酸化物中のＳｉＯ₂の濃度を必要以上に高くすると、やはり、介在物融点が高くなるためである。
【００１４】
Ａｌを０．００５％以下としたのはＡｌが０．００５％を超えると生成する非金属介在物の組成がＡｌ₂Ｏ₃主体となり、介在物融点が高くなって伸線断線の原因となり易いからである。なお、Ａｌ含有量には酸化物として存在するＡｌをも含んでいる。
【００１５】
Ｔｉ下限を０．０１１５％としたのは、０．０１１５％未満では脱酸力が不足し、鋳造中の鋳片表面に気泡性の欠陥が発生するためである。Ｔｉ上限を０．０３％としたのは、Ｔｉの添加量を増加し鋼中の全酸素と結合してしまうと結晶粒成長を抑制する微細な介在物が減少するためである。
【００１６】
Ｏの下限を０．００６％としたのは、再結晶の制御粒子としての酸化物を必要量確保するために必要となる酸素量であるからである。Ｏの上限については、Ｏの一部は脱酸されずに一旦は鋼中に固溶し、鋼材の冷却中に鋼材中の空孔（ポロシティー）にガスが生成し、鋼中の酸素濃度に依存し高い圧力が発生する。全酸素が０．０２％を超えると、ガス圧が高くなり圧延や冷間加工では密着しなくなり欠陥の原因となるため、製品中の全酸素の上限を０．０２％とした。
【００１７】
Ｍｎの下限を０．０２％としたのは、鋼材の焼鈍加熱後の冷却時の変態を安定させるためである。Ｍｎの上限を０．６０％としたのは、０．６０％を超えると鋼の冷間加工性が低下して必要な品質が得られないからである。
【００１８】
本発明では、鋼中に酸化物を分散させて粒子の成長を制御することを目的としている。
【００１９】
分散させる介在物の適正量は、介在物面積に相当する円に換算し、その直径で、0.3μｍ以下の介在物が0.5個／μｍ²以上3.0個／μｍ²以下である。その測定方法は、例えば、線材の圧延方向に垂直な断面について、その中心近辺から、１２個前後の透過電子顕微鏡用レプリカサンプルを作成し、透過電子顕微鏡で観察される介在物を測定する。
【００２０】
結晶粒成長抑制に有効な大きさは、本発明者らの調査研究の結果、直径0.3μｍ以下であることが明らかになった。また、その量が0.5個／μｍ²以下では、酸化物が少ないために、介在物の間隔が大きくなり、局所的に結晶粒が粗大になってしまい、一方、介在物量が3.0個／μｍ²以上あると、介在物が多すぎるために分散強化が起きてしまい、材料の強度が制御できなくなる。
【００２１】
鋼中のＯが高くなると鋼中の酸化物が多くなり、大型のものが認められることがある。本発明において、線材の圧延方向に平行な断面において光学顕微鏡により観察される介在物の圧延方向に垂直な厚みが２０μｍ以下の介在物であれば、通常の伸線加工では破断に至ることがないことが明らかとなった。
【００２２】
また、厚みが２０μｍを越えるものでも、１００μｍ以下の軟質な介在物であれば、伸線加工中に破砕され、伸線方向に変形するため、鋼の変形を損なうことがないことが明らかとなった。この変形が起きるか否かの基準が圧延方向に平行な長さが厚みの５倍であり、それ以上では、伸線加工に破断されうる軟質介在物といえる。
【００２３】
伸線加工後に焼鈍を行い材料を軟化させてさらに加工を行う際、または、軟化した材料を溶接でつなぎ、プーリーを使って搬送する際に材料が破断することがある。これを防止するには、結晶粒径の大きいものと小さいものの比が８以下の面積比が８０％以上存在するほぼ均一な組織であればよいことが明らかとなった。即ち、混粒がないことが前提条件である。（ここで、混粒とは、JIS、G0551（1977）、２．の（６）に記載している混粒の定義をそのままフェライト粒に適用したものである。）
また、以上述べてきた線材を得るには、微細な介在物を鋳片段階から得ることが重要である。大断面鋳片の鋳造では、凝固時間が長いため、微細な酸化物が合体して大型化したり、溶鋼との比重差により浮上分離して、微細な酸化物を必要量確保できない。従って、本発明に規定される線材を製造するには、ビレット鋳造に代表される小断面高速連鋳機により、溶鋼が鋳型において冷却され始めてから凝固完了までの時間を短くすることが肝要である。
【００２４】
【実施例】
転炉精錬法にて溶鋼量２４０トンの溶鋼を溶製し、連続鋳造法において、鋳型サイズは１２５ｍｍ×１２５ｍｍ、鋳造速度は２．６〜３．２ｍ／ｍｉｎの条件で鋳造を行った。
【００２５】
連続鋳造で製造したビレットの鋼片検査実施後、加熱炉で約１１００℃に加熱し、線材圧延機で５．５ｍｍφに圧延し、空冷による冷却工程を経てコイルに捲きとった。
【００２６】
表１、表２に示す成分の鋼を溶製し、上記方法で連続鋳造によってビレットを製造し、さらに熱間圧延によって線材を製造した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
表１のＮｏ．１〜１２は、本発明例の製造結果である。分析結果はすべて本発明範囲内にある。表２は比較例の製造結果である。
【００３０】
ここで表中の微細介在物とは、圧延して得られた線材の圧延方向に垂直な断面から透過電子顕微鏡用レプリカサンプルを作成し、透過電子顕微鏡で観察される直径0.3μｍ以下の介在物の、単位面積当たりの個数を示す。また、表中の大型介在物とは線材の圧延方向に平行で、且つ線材圧延方向に垂直断面の中心を通る断面において、光学顕微鏡により観察される介在物の圧延方向に垂直な厚みの最大サイズである。本実施例では、線材断面の圧延方向と垂直方向に中央部から端部までの10視野を測定した。
【００３１】
伸延比とは、同断面内に観察される厚みが２０μｍ以上１００μｍ以下の介在物の圧延方向に平行な長さと厚みの比の最小値である。非混粒とは、結晶粒径の大きいものと小さいものの比が８以下の粒径がそろった領域の面積が８０％以上存在する組織であり、それ以外の大きさ比の大きいものが存在する組織を混粒としている。
【００３２】
表２は比較例の製造結果である。
【００３３】
Ｎｏ．１３〜１５はＴｉを添加していないまたは、本発明の下限以下の場合の例である。酸化物量は多くなるものの、鋳造時に鋳片表層に気泡性の欠陥が発生してしまい、製品としては使用できない。
【００３４】
Ｎｏ．１６〜１８は、Ｔｉ含有量が本発明上限以上である。微細な酸化物が減少し、大型のものに変化してしまい、伸線加工時に断線が発生した。
【００３５】
Ｎｏ．１９，２０はＡｌ添加量が本発明の上限以上である。微細な介在物が存在せず、混粒が発生してしまう。
【００３６】
Ｎｏ．２１，２２は、酸素量が本発明範囲の下限以下の場合である。微細な介在物が存在せず、混粒が発生してしまう。
【００３７】
【発明の効果】
焼鈍後の製品の結晶粒径が均一になり、搬送中の断線や加工時の割れがなくなった。

Claims

重量％で、Ｃ：０．０２〜０．２２％、Ｓｉ：０．０１〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０〜０．６０％、Ｔｉ：０．０１１５〜０．０３％、を含み、Ａｌ：０．００５％以下、Ｏ：０．００６〜０．０２％残部Ｆｅからなる鋼成分の線材で、
当該線材の圧延方向に垂直な断面において、円相当直径で0.3μｍ以下の介在物が、0.5個／μｍ²以上3.0個／μｍ²以下存在することを特徴とする鋼線用線材。
請求項１記載の鋼成分の線材で、
当該線材の圧延方向に平行で、且つ、圧延方向に垂直な断面の中心を通る断面において、介在物の圧延方向に垂直な方向の厚みが２０μｍ以下、あるいは、当該厚みが２０μｍ以上１００μｍ以下で、且つ、介在物の圧延方向に平行な長さが前記厚みの５倍以上であることを特徴とする鋼線用線材。
焼鈍後の鋼線の組織が混粒ではないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼線用線材。
重量％で、Ｃ：０．０２〜０．２２％、Ｓｉ：０．０１〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０〜０．６０％、Ｔｉ：０．０１１５〜０．０３％、を含み、Ａｌ：０．００５％以下、Ｏ：０．００６〜０．０２％残部Ｆｅからなる溶鋼を、ビレット連続鋳造し、得られた鋳片を圧延して製造することを特徴とする鋼線用線材の製造方法。