JP4187199B2

JP4187199B2 - 高靱性炭素鋼ワイヤ

Info

Publication number: JP4187199B2
Application number: JP2003007658A
Authority: JP
Inventors: 望河部; 剛吉岡
Original assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Current assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JP2003253389A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高靱性炭素鋼ワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりパーライト鋼線は高強度と高靱性の両立が求められている。高強度化は伸線加工度を大きくすることで実現されるが、それに伴って靱性は低下する。そのため、伸線前のパーライト組織の均一化（例えば特許文献1には、セメンタイトラメラ間隔の平均値を規定したスチールワイヤが開示されている）や、低温で伸線して時効を抑えることなどが提案されているが、抜本的な解決にはなっていない。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭63-58441号公報(特許請求の範囲参照)
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主目的は、高強度と高靱性とを両立できるワイヤを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明ワイヤは上記目的を達成するもので、Ｃを０．６〜１．０質量％、Ｍｎを０．３〜０．９質量％、Ｓｉを０．１〜１．０質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、伸線後のセメンタイトの厚さ指標（厚さの標準偏差／厚さの平均）が０．２以下で、引張強度が２０００N/mm^２以上であることを特徴とする。ただし、線径０．６mm以下のワイヤは除く。
【０００６】
上記ワイヤは、例えば、以下の製造方法により製造される。即ち、オーステナイト化した線材をパーライト変態させて得た素線(Ｃを０．６〜１．０重量％含有)をダイスで伸線加工するにあたり、前記オーステナイト化する際の加熱温度指標を２５℃以下とし、前記パーライト変態させる際の変態温度指標を１５℃未満とする。また、前記ダイスはアプローチ角が１０°以内（より好ましくは５〜７°）とする。特に、伸線加工前の素線の硬度指標を０．１以下とすることが望ましい。
【０００７】
ここで、オーステナイト化する際の加熱は急速加熱が好ましく、加熱手段は雰囲気炉，高周波加熱など種々の公知の手段を用いることができる。また、パーライト変態させる際の冷媒は、鉛浴、ソルト、沸騰水、衝風のいずれであってもよい。さらに、素材としてはできるだけ偏析が少ない方が好ましく、圧延前に１２５０℃、好ましくは１３００℃以上で５時間以上保持して偏析を低減しておくことが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（試験例１）
SWRH82A(JIS)の鋼線を用い、セメンタイトの厚さ指標が線材の強度と靱性とに及ぼす影響を調べてみた。後述する供試鋼を用意し、この供試鋼を種々の条件で熱処理および伸線して、セメンタイトの厚さ指標が異なる幾つかの供試材を作製した。
【０００９】
供試鋼の準備は次のようにして行った。
(1)溶解鋳造→(2)熱間鍛造→(3)熱間圧延→(4)下引伸線
(1)溶解鋳造：化学成分Ｃ：0.82、Ｓｉ：0.19、Ｍｎ：0.51、Ｐ：0.009、Ｓ：0.008（全て重量％）を含む鋼材を真空溶解炉にて50kg溶解し、これをφ110mmに鋳造する。
(2)熱間鍛造：φ110mmの材料を1050〜900℃の熱間でφ70mmまで鍛造し、得られた材料の表面の疵を切削により除去する。
(3)熱間圧延：φ70mmの材料を1050℃に加熱し、φ10mmまで熱間圧延する。
(4)下引伸線：φ10mmの線材をパテンティングし、さらにφ5.5mmまで伸線して供試鋼とした。
【００１０】
さらに上記の供試鋼を次の順序で供試材に加工して特性評価を行った。
(5)供試鋼のパテンティング→(6)伸線→(7)特性評価
(5)パテンティング：供試鋼を930℃に加熱し、630〜530℃の間で熱処理する。
(6)伸線：伸線加工度の異なる種々の伸線を行う。その際、ダイス接触面付近の供試鋼の最高温度を300℃以下になるように調整した。最も細く加工した供試材はφ0.9mmである。
【００１１】
(7)特性評価：
▲１▼各供試材の引張強度を測定する。
▲２▼捻回試験（試験片の長さは線材直径の100倍）を行い、伸線加工度の増加に伴って強度を増加させた際の捻回値の変化を調べた。靱性の評価はこの捻回値で代用できる。
▲３▼セメンタイトの厚さ指標は、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）にて組織を観察して測定する。パーライトの薄膜試料をＴＥＭで観察し、１層のセメンタイトの厚さを１０箇所測定して、その平均厚さをｄ、標準偏差をｓとする。そして、ｓ／ｄをセメンタイト厚さ指標とした。試験結果を図１のグラフに示す。
【００１２】
図１に示すように、２０００N/mm^２を越える強度まで伸線加工を行うと、セメンタイトの厚さはばらつきが大きくなり始め、捻回値は低下傾向を示す。すなわち、セメンタイトの厚さ指標と捻回値は相関関係があり、この厚さ指標が小さいほど高強度化に伴う靱性の低下を抑制できることがわかる。従って、セメンタイトの厚さ指標を制御すれば、強度と靱性とを両立した線材を得ることができる。ここでは、厚さ指標が０．２以下の場合に強度が２０００N/mm^２以上でも十分な靱性を具えていることがわかる。また、最も細く加工した供試材(φ０．９mm)においても、厚さ指標が０．２以下の場合、強度が２０００N/mm^２以上でも十分な靱性を具えていることがわかる。
【００１３】
（試験例２）
次に、伸線後のセメンタイトの厚さ指標を決める要因を確認するため、線材断面における硬度のばらつきと伸線ダイスのアプローチ角とがセメンタイトの厚さ指標に及ぼす影響を調べてみた。
【００１４】
硬度指標は、線材横断面において直交する２つの直径線上で硬度を測定して求める。すなわち、各直径線上における等間隔の９点（両直径線が交差する線材中心は同一点）でビッカース硬度を測定し、合計１７点のデータから平均Ｈvaと標準偏差Ｈvsを求める。そして、Ｈvs／Ｈvaを硬度指標とした。なお、線材最表面側の測定点は線材表面から線材直径の１／１０の位置とした。
【００１５】
また、伸線ダイスについては、アプローチ角が異なるダイスで伸線を行い、セメンタイトの厚さ指標にどのような影響があるかを調べた。伸線加工度はφ5.5mm→φ1.2mmである。
【００１６】
これらの試験結果を図２のグラフに示す。同図に示すように、線径φ１．２mmといった供試材において、硬度指標が０．１以下で、ダイス角が１０°以下の場合に伸線後のセメンタイトの厚さ指標が０．２以下となっていることが判る。特に、フェライトとセメンタイトの整合している範囲が９０％以上のものが好結果となっている。
【００１７】
（試験例３）
さらに、硬度指標を０．１以下とするための要因を確認するため、熱処理条件を検討した。線材の硬度のばらつきを小さくするには金属組織を均一化することが重要で、パテンティング工程における加熱（γ化）温度とパテンティング温度（パーライト変態温度）とが硬度のばらつきに与える影響を調べた。
【００１８】
一般的なパテンティング工程における温度履歴は図３に示す通りである。ここで、オーステナイト化するための加熱温度をＴγ、パーライト変態開始から終了までにおける最高温度をＴmax、同最低温度をＴmin、パーライト変態開始から終了までの間でグラフが下に凸となる範囲において、時間微分した結果が０になる箇所の温度（グラフが下に凸となる箇所がない場合は、前記微分結果が最小値となる箇所の温度）をＴｍとする。そして、加熱温度を９２０℃、パテンティング温度を５８０℃として、下記式▲１▼、▲２▼に基づいて加熱温度指標とパーライト変態の変態温度指標を調べた。試験結果を図４に示す。
【００１９】
加熱温度指標＝
√｛（Ｔｒ−９２０）^２｝ …式▲１▼
変態温度指標＝
√｛（Ｔmax−Ｔｍ）^２＋（Ｔmin−Ｔｍ）^２｝ …式▲２▼
【００２０】
図４に示すように、加熱温度指標が２５℃以下で、パテンティング変態温度指標が１５℃未満の場合に硬度のばらつきを０．１以下に抑えられることが判る。
【００２１】
さらに、本発明材と従来材の金属組織を顕微鏡で比較観察してみた。本発明材の組織写真を図５に、従来材の組織写真を図６に示す。図示のように、従来材ではセメンタイトの厚さが均一でないのに対し、本発明材ではセメンタイトが直線状に認められ、その厚さが均一であることが判る。
【００２２】
なお、上記の試験では、SWRH82Aを例として説明したが、SWRH82BやSWRH72A、SWRH72Bの他、Ｃ量を0.6〜0.9質量％，Ｍｎを0.3〜0.9質量％の範囲で増減させた材料でも同様の効果が期待できる。また、Ｓｉの量を0.1〜1.0質量％程度の範囲で変化させた場合や、Ｃｒ、Ｖ等を0.1〜1.0質量％添加した場合でも同様の効果が期待できると思われる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ワイヤは高強度と高靱性とを兼備することができる。従って、ビードワイヤなどの用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】セメンタイトの厚さ指標と引張強度および捻回値の関係を示すグラフ。
【図２】セメンタイトの厚さ指標とダイスアプローチ角および線材硬度指標の関係を示すグラフ。
【図３】パテンティング工程における一般的な温度履歴を示すグラフ。
【図４】線材硬度のばらつきとパテンティングにおける加熱温度指標および変態温度指標の関係を示すグラフ。
【図５】本発明ワイヤの金属組織を示す顕微鏡写真。
【図６】従来のワイヤの金属組織を示す顕微鏡写真。

Claims

Ｃを０．６〜１．０質量％、Ｍｎを０．３〜０．９質量％、Ｓｉを０．１〜１．０質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、
伸線後のセメンタイトの厚さ指標（厚さの標準偏差／厚さの平均）が０．２以下で、
引張強度が２０００N/mm^２以上であることを特徴とする高靱性炭素鋼ワイヤ。
ただし、線径０．６mm以下のワイヤは除く。