JP4319839B2 - 高強度、高靭性高炭素鋼線材 - Google Patents
高強度、高靭性高炭素鋼線材 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピアノ線、オイルテンパー線、ＰＣ鋼線、ＰＣより線、ワイヤーロープＰＣなどとして使用される、ピアノ線材もしくは硬鋼線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炭素硬鋼線を製造するに当たっては、通常熱延線材にパテンティング処理と伸線加工を１回もしくは数回繰り返して所定の線径に仕上げられる。この高炭素硬鋼線は所定の強度を確保すると共に、破断絞りなどによって評価される靭延性についても十分な性能を確保する必要がある。
【０００３】
この高炭素硬鋼線に関しては、ＪＩＳ Ｇ ３５０６に規定されるＳＷＲＨ５２，５７、６２、６７および、ＪＩＳ Ｇ ３５０２に規定されるＳＷＲＳ６２，６７においては、鋳片の中心部にＭｎあるいはＣが偏析し、その後圧延およびパテンティング処理を行う際に、オーステナイト域から冷却する時に、焼入れ性が高い中心偏析部においてミクロマルテンサイトが生成する傾向がある。その結果、伸線加工中の断線頻度も高くなって生産性や歩留低下を招き、また伸線加工後の線材の靭延性も悪くなる。
【０００４】
この問題を解決するために、特許文献１では凝固初晶がγ−Ｆｅである溶鋼に１〜１０μｍの介在物を１〜５００個／ｍｍ２含有させることにより微細な凝固組織を有する鋳片を得、これを用いて高炭素硬鋼線を得る製造方法を提案している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１２９２２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に着目してなされたものであって、その目的は、γ−Ｆｅと整合性の良い介在物を溶鋼中に存在させることによって、鋳片の凝固時の等軸晶率を向上させ、中心偏析を低減することによって、圧延後の線材中心部のミクロマルテンサイトの析出を制限し、それにより伸線加工時の断線を防止することを可能とするピアノ線もしくは硬鋼線材を提供しようとするものである。本発明者らは、上記特許文献１では依然として微細な凝固組織は得られず、上記目的に合致する微細な凝固組織を得るためには１μｍ以下の微細な介在物が有効であり、その数密度も５００個／ｍｍ２以上必要であることを知見した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．４９〜０．７０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．３０〜０．９０％、Ｐ：０．３０％以下、Ｓ：０．３０％以下、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下、Ｎ：０．００３〜０．０１５％を基本成分とし、更に、Ａｌ：０．０１〜０．２％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｃｏ：０．０５〜１．０％、Ｗ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｎｂ：０．０１〜０．２％の１種又は２種以上を含有し、残部が鉄および不可避不純物の高炭素鋼線材であって、
該線材中に大きさが０．１〜１０μｍで、該線材組成成分におけるＺｒのモル分率が０．２以上、数密度が５００〜３０００個／ｍｍ ２ である介在物を含有し、更に、該線材がパーライトを主体とする鋼組織を有し、かつ該線材Ｃ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズ（最大長さ）が１００μｍであることを特徴とする高強度、高靭性高炭素鋼線材。
（２）質量％で、Ｃ：０．６０〜０．７０％、Ｓｉ：０．１２〜０．３２％、Ｍｎ：０．３０〜０．９０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｕ：０．２０％以下、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上、５００ｐｐｍ以下、Ｎ：０．００３〜０．０１５％を基本成分とし、更に、Ａｌ：０．０１〜０．２％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｃｏ：０．０５〜１．０％、Ｗ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｎｂ：０．０１〜０．２％の１種又は２種以上を含有し、残部が鉄および不可避不純物の高炭素鋼線材であって、
該線材中に大きさが０．１〜１０μｍで、該線材組成成分におけるＺｒのモル分率が０．２以上、数密度が５００〜３０００個／ｍｍ ２ である介在物を含有し、更に、該線材がパーライトを主体とする鋼組織を有し、かつ該線材Ｃ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズ（最大長さ）が１００μｍであることを特徴とする高強度、高靭性高炭素鋼線材。
（３）（１）または（２）に記載の高炭素鋼線材の製造に際し、溶鋼をＡｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｍｎの何れかで脱酸後、Ｚｒを添加して鋳片を得、この鋳片から熱間圧延後、直接パテンティング処理するか、或いは再度オーステナイト域の加熱後に直接パテンティング処理することを特徴とする高強度、高靭性高炭素鋼線材の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、使用する硬鋼線材の化学成分を特定すると共に、線材に含有される介在物の化学組成、結晶構造、サイズ、数密度を特定することによって、鋳片の凝固時の等軸晶率を向上させ、中心偏析を低減することによって、圧延後の線材中心部のミクロマルテンサイトの生成を制限し、それにより伸線加工時の断線を防止することを可能とする硬鋼線材を提供しようとするものである。
【０００９】
これらの構成要件を定めた理由を詳細に説明する。先ず線材の成分組成を定めた理由は下記の通りである。
【００１０】
Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｃｕの含有量に関してはＪＩＳ Ｇ ３５０６に規定されるＳＷＲＨ、またはＧ ３５０２に規定されるＳＷＲＳの鋼種に準拠した。
【００１１】
Ｚｒは本発明において必須成分であり、Ｚｒが溶鋼に添加されることによって、凝固時の初晶組織であるγ−Ｆｅと整合性の良い介在物であるＺｒＯ２を形成するため、本発明に必須の元素であるが、１０ｐｐｍ未満では十分な数のＺｒＯ２を得ることが出来ず、５００ｐｐｍ以上では粗大なＺｒＯ２のクラスターを形成し機械的性質劣化の原因となるため、上限を５００ｐｐｍと定めた。
【００１２】
本発明においては、上述の基本成分組成に加えて、Ｎ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｗ，ＶまたはＮｂの１種又は２種以上を添加することができる。
【００１３】
Ｎは、鋼中でＡｌあるいはＴｉと窒化物を生成し、加熱時におけるオーステナイト粒度の粗大化を防止する作用があり、その効果は０．００３％以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、含有量が多くなり過ぎると、Ａｌ窒化物量が増大し過ぎて伸線性に悪影響が現れてくるだけでなく、固溶Ｎが伸線中の時効を促進する恐れが生じてくるので、上限を０．０１５％とする。
【００１４】
Ａｌは脱酸剤として、またオーステナイト粒度の粗大化防止のために有効な必要な元素である。しかし、過剰に含有させると、Ａｌ２Ｏ３の粗大なクラスターを生じて伸線性に悪影響を及ぼすので、上限を０．２％と定めた。
【００１５】
Ｔｉは脱酸剤として、またオーステナイト粒度の粗大化防止のために有効な必要な元素である。しかし、過剰に含有させると、多量のＴｉＮを生じて伸線性に悪影響を及ぼすので、上限を０．０５％と定めた。
【００１６】
Ｃｒは、パーライトのラメラ間隔を微細化し、線材の強度と伸線加工性を高める作用があり、それらの効果は０．０５％以上で有効に発揮される。しかし、１．０％を超えると、変態終了時間が長くなり過ぎて設備の大型化や生産性の低下を招くので、１．０％を上限とする。
【００１７】
Ｎｉは、線材強度の上昇には余り寄与しないが、伸線材の靭性を高める作用があり、その効果はＮｉを０．０５％以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、Ｎｉ量が過剰になると、変態終了時間が長くなり過ぎて設備の大型化や生産性の低下を招くので、１．０％を上限とする。
【００１８】
Ｃｏは、初析セメンタイトの析出を抑制するのに有効であり、その効果は０．０５％以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、その効果は約１．０％で飽和するので、それ以上の添加は経済的にメリットがない。
【００１９】
Ｗも線材強度を高める作用を有しており、その効果は０．０５％以上の含有で有効に発揮される。しかし、含有量が多くなり過ぎると、強度向上効果が飽和するばかりでなく、靭延性に悪影響を及ぼす様になるので、１．０％以下に抑えなければならない。
【００２０】
Ｖ，Ｎｂに関しては、これらの元素が、鋼中で微細な炭窒化物を形成し、析出強化により強度向上に寄与すると共に、加熱時におけるオーステナイト粒の粗大化を防止する作用があり、それらの効果は、それぞれ上記下限値以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、それぞれ上限値を超えて含有させると、炭窒化物量が増大し過ぎるばかりでなく、該炭窒化物の粒子径も大きくなって靭性を悪化させるので、それぞれの添加量を０．０５〜０．５％、０．０１〜０．２％の範囲とした。
【００２１】
本発明では、上記成分組成を満たす硬鋼線材を使用し、これを熱間圧延した後直接パテンティング処理し、あるいは再オーステナイト化した後でパテンティング処理することにより、主たる組織が微細パーライトよりなり、且つＣ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズ（最大長さ）が１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下であるような鋼線を得る。
【００２２】
硬鋼線材およびピアノ線材においては、パテンティング処理工程でオーステナイト域から冷却する際にＭｎが偏析している中心部において焼入れ性が高くなり、ミクロマルテンサイトが生成することがある。このミクロマルテンサイトは鋼の伸線加工性に悪影響を及ぼす。
【００２３】
ところが、本発明者らが種々研究を行ったところによると、伸線加工性に特に影響を及ぼすのは、該線材の中心部に生成したミクロマルテンサイトであり、図１に示したように、Ｃ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズ（最大長さ）を１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下に抑えたものは、その後の伸線加工率を７０〜９０％の範囲に設定した場合でも断線などを生じることがないことが確認された。
【００２４】
このようなミクロマルテンサイトサイズを得るための手段として、溶鋼にＡｌ，Ｔｉ，ＳｉあるいはＭｎを添加して脱酸を行った後にＺｒを添加してこれら脱酸材起因の酸化物をＺｒＯ２に置換することによって、溶鋼中に、凝固時の初晶組織であるγ−Ｆｅの析出核となり得る、Ｚｒを含有するような微細介在物を微細に分散させ、凝固時のγ−Ｆｅの等軸晶率を高め、中心部のＭｎ，Ｃの偏析を抑制することができる。
【００２５】
なお、介在物がγ−Ｆｅの析出核として機能するには、モル分率で０．２以上のＺｒを含有する必要がある。
【００２６】
また、本発明においては図２に示す０．１〜１０μｍのＺｒ含有介在物の数密度とミクロマルテンサイトサイズの関係、図３に示すＺｒ添加量と０．１〜１０μｍのＺｒ含有介在物の数密度の関係を満足することにより高強度、高靭性高炭素鋼線材を製造することができる。
【００２７】
【実施例】
次に実施例により本発明をより具体的に説明する。
【００２８】
表１に示す化学成分の硬鋼線材を使用し、連続鋳造後熱間圧延して直径１１ｍｍの鋼線とした後、種々の条件で直接パテンティング処理あるいは再加熱−パテンティング処理を施した。（鉛パテンティング条件：再加熱９５０℃×５分→恒温変態５４０℃×４分）。
【００２９】
このパテンティング材の埋め込み研磨とナイタール液を用いた化学腐食を実施し、ＳＥＭ観察によって、Ｃ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズを決定した。また、カーボンレプリカサンプルのＴＥＭ観察およびＸＥＤＳ分析によって、介在物の数密度、サイズ分布、化学組成を分析した。今回評価に用いた鋼材の化学成分を表１に示す。これら鋼材の介在物データ、ミクロマルテンサイト最大サイズを表２に示す。ここで、介在物の数密度は、抽出カーボンレプリカサンプルのＴＥＭ観察にてカウントした。サンプル作製条件は、サンプル表面をダイヤモンド研磨を行い、スピードエッチ法で表層を５〜１０μｍエッチングさせ、露出した介在物を２段ステージカーボンレプリカ法で抽出した。これをＴＥＭで観察し、カーボン膜の単位面積当たりの介在物数をカウントすることによって測定した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
表１，２において、ＭからＰは比較鋼である。Ｎ，Ｏ，ＱはＺｒを含有しているものの、添加量が１０ｐｐｍ以下と少なかったためＺｒ含有介在物の数密度が小さい、あるいは介在物中のＺｒ含有量が少ないことにより、十分な等軸度が得られなかったため、炭素の中心偏析を抑制できず、結果として粗大なミクロマルテンサイトを抑制できなかったと考えられる。
【００３３】
Ｍ，ＰはＺｒを含有していない鋼材であり、Ｚｒを含有する介在物が存在せず、十分な等軸度が得られなかったと考えられる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、使用する鋼材の成分組成を特定し、Ｚｒを含有し初晶γと整合性の良好な介在物を分散させることにより、凝固組織の等軸粒度を向上させ、中心偏析を抑制することによって、圧延線材の中心付近のミクロマルテンサイト最大長さが１００μｍ以下の硬鋼線材を得ることができ、ＰＣ鋼線、亜鉛めっき鋼線、ばね用鋼線、吊り橋用ケーブル等としての性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｚｒ添加量とミクロマルテンサイトサイズの関係を示すグラフである。
【図２】０．１〜１０μｍのＺｒ含有介在物の数密度とミクロマルテンサイトサイズの関係を示すグラフである。
【図３】Ｚｒ添加量と０．１〜１０μｍのＺｒ含有介在物の数密度の関係を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピアノ線、オイルテンパー線、ＰＣ鋼線、ＰＣより線、ワイヤーロープＰＣなどとして使用される、ピアノ線材もしくは硬鋼線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炭素硬鋼線を製造するに当たっては、通常熱延線材にパテンティング処理と伸線加工を１回もしくは数回繰り返して所定の線径に仕上げられる。この高炭素硬鋼線は所定の強度を確保すると共に、破断絞りなどによって評価される靭延性についても十分な性能を確保する必要がある。
【０００３】
この高炭素硬鋼線に関しては、ＪＩＳ Ｇ ３５０６に規定されるＳＷＲＨ５２，５７、６２、６７および、ＪＩＳ Ｇ ３５０２に規定されるＳＷＲＳ６２，６７においては、鋳片の中心部にＭｎあるいはＣが偏析し、その後圧延およびパテンティング処理を行う際に、オーステナイト域から冷却する時に、焼入れ性が高い中心偏析部においてミクロマルテンサイトが生成する傾向がある。その結果、伸線加工中の断線頻度も高くなって生産性や歩留低下を招き、また伸線加工後の線材の靭延性も悪くなる。
【０００４】
この問題を解決するために、特許文献１では凝固初晶がγ−Ｆｅである溶鋼に１〜１０μｍの介在物を１〜５００個／ｍｍ２含有させることにより微細な凝固組織を有する鋳片を得、これを用いて高炭素硬鋼線を得る製造方法を提案している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１２９２２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に着目してなされたものであって、その目的は、γ−Ｆｅと整合性の良い介在物を溶鋼中に存在させることによって、鋳片の凝固時の等軸晶率を向上させ、中心偏析を低減することによって、圧延後の線材中心部のミクロマルテンサイトの析出を制限し、それにより伸線加工時の断線を防止することを可能とするピアノ線もしくは硬鋼線材を提供しようとするものである。本発明者らは、上記特許文献１では依然として微細な凝固組織は得られず、上記目的に合致する微細な凝固組織を得るためには１μｍ以下の微細な介在物が有効であり、その数密度も５００個／ｍｍ２以上必要であることを知見した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．４９〜０．７０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．３０〜０．９０％、Ｐ：０．３０％以下、Ｓ：０．３０％以下、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下、Ｎ：０．００３〜０．０１５％を基本成分とし、更に、Ａｌ：０．０１〜０．２％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｃｏ：０．０５〜１．０％、Ｗ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｎｂ：０．０１〜０．２％の１種又は２種以上を含有し、残部が鉄および不可避不純物の高炭素鋼線材であって、
該線材中に大きさが０．１〜１０μｍで、該線材組成成分におけるＺｒのモル分率が０．２以上、数密度が５００〜３０００個／ｍｍ ２ である介在物を含有し、更に、該線材がパーライトを主体とする鋼組織を有し、かつ該線材Ｃ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズ（最大長さ）が１００μｍであることを特徴とする高強度、高靭性高炭素鋼線材。
（２）質量％で、Ｃ：０．６０〜０．７０％、Ｓｉ：０．１２〜０．３２％、Ｍｎ：０．３０〜０．９０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｕ：０．２０％以下、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上、５００ｐｐｍ以下、Ｎ：０．００３〜０．０１５％を基本成分とし、更に、Ａｌ：０．０１〜０．２％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｃｏ：０．０５〜１．０％、Ｗ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｎｂ：０．０１〜０．２％の１種又は２種以上を含有し、残部が鉄および不可避不純物の高炭素鋼線材であって、
該線材中に大きさが０．１〜１０μｍで、該線材組成成分におけるＺｒのモル分率が０．２以上、数密度が５００〜３０００個／ｍｍ ２ である介在物を含有し、更に、該線材がパーライトを主体とする鋼組織を有し、かつ該線材Ｃ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズ（最大長さ）が１００μｍであることを特徴とする高強度、高靭性高炭素鋼線材。
（３）（１）または（２）に記載の高炭素鋼線材の製造に際し、溶鋼をＡｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｍｎの何れかで脱酸後、Ｚｒを添加して鋳片を得、この鋳片から熱間圧延後、直接パテンティング処理するか、或いは再度オーステナイト域の加熱後に直接パテンティング処理することを特徴とする高強度、高靭性高炭素鋼線材の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、使用する硬鋼線材の化学成分を特定すると共に、線材に含有される介在物の化学組成、結晶構造、サイズ、数密度を特定することによって、鋳片の凝固時の等軸晶率を向上させ、中心偏析を低減することによって、圧延後の線材中心部のミクロマルテンサイトの生成を制限し、それにより伸線加工時の断線を防止することを可能とする硬鋼線材を提供しようとするものである。
【０００９】
これらの構成要件を定めた理由を詳細に説明する。先ず線材の成分組成を定めた理由は下記の通りである。
【００１０】
Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｃｕの含有量に関してはＪＩＳ Ｇ ３５０６に規定されるＳＷＲＨ、またはＧ ３５０２に規定されるＳＷＲＳの鋼種に準拠した。
【００１１】
Ｚｒは本発明において必須成分であり、Ｚｒが溶鋼に添加されることによって、凝固時の初晶組織であるγ−Ｆｅと整合性の良い介在物であるＺｒＯ２を形成するため、本発明に必須の元素であるが、１０ｐｐｍ未満では十分な数のＺｒＯ２を得ることが出来ず、５００ｐｐｍ以上では粗大なＺｒＯ２のクラスターを形成し機械的性質劣化の原因となるため、上限を５００ｐｐｍと定めた。
【００１２】
本発明においては、上述の基本成分組成に加えて、Ｎ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｗ，ＶまたはＮｂの１種又は２種以上を添加することができる。
【００１３】
Ｎは、鋼中でＡｌあるいはＴｉと窒化物を生成し、加熱時におけるオーステナイト粒度の粗大化を防止する作用があり、その効果は０．００３％以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、含有量が多くなり過ぎると、Ａｌ窒化物量が増大し過ぎて伸線性に悪影響が現れてくるだけでなく、固溶Ｎが伸線中の時効を促進する恐れが生じてくるので、上限を０．０１５％とする。
【００１４】
Ａｌは脱酸剤として、またオーステナイト粒度の粗大化防止のために有効な必要な元素である。しかし、過剰に含有させると、Ａｌ２Ｏ３の粗大なクラスターを生じて伸線性に悪影響を及ぼすので、上限を０．２％と定めた。
【００１５】
Ｔｉは脱酸剤として、またオーステナイト粒度の粗大化防止のために有効な必要な元素である。しかし、過剰に含有させると、多量のＴｉＮを生じて伸線性に悪影響を及ぼすので、上限を０．０５％と定めた。
【００１６】
Ｃｒは、パーライトのラメラ間隔を微細化し、線材の強度と伸線加工性を高める作用があり、それらの効果は０．０５％以上で有効に発揮される。しかし、１．０％を超えると、変態終了時間が長くなり過ぎて設備の大型化や生産性の低下を招くので、１．０％を上限とする。
【００１７】
Ｎｉは、線材強度の上昇には余り寄与しないが、伸線材の靭性を高める作用があり、その効果はＮｉを０．０５％以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、Ｎｉ量が過剰になると、変態終了時間が長くなり過ぎて設備の大型化や生産性の低下を招くので、１．０％を上限とする。
【００１８】
Ｃｏは、初析セメンタイトの析出を抑制するのに有効であり、その効果は０．０５％以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、その効果は約１．０％で飽和するので、それ以上の添加は経済的にメリットがない。
【００１９】
Ｗも線材強度を高める作用を有しており、その効果は０．０５％以上の含有で有効に発揮される。しかし、含有量が多くなり過ぎると、強度向上効果が飽和するばかりでなく、靭延性に悪影響を及ぼす様になるので、１．０％以下に抑えなければならない。
【００２０】
Ｖ，Ｎｂに関しては、これらの元素が、鋼中で微細な炭窒化物を形成し、析出強化により強度向上に寄与すると共に、加熱時におけるオーステナイト粒の粗大化を防止する作用があり、それらの効果は、それぞれ上記下限値以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、それぞれ上限値を超えて含有させると、炭窒化物量が増大し過ぎるばかりでなく、該炭窒化物の粒子径も大きくなって靭性を悪化させるので、それぞれの添加量を０．０５〜０．５％、０．０１〜０．２％の範囲とした。
【００２１】
本発明では、上記成分組成を満たす硬鋼線材を使用し、これを熱間圧延した後直接パテンティング処理し、あるいは再オーステナイト化した後でパテンティング処理することにより、主たる組織が微細パーライトよりなり、且つＣ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズ（最大長さ）が１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下であるような鋼線を得る。
【００２２】
硬鋼線材およびピアノ線材においては、パテンティング処理工程でオーステナイト域から冷却する際にＭｎが偏析している中心部において焼入れ性が高くなり、ミクロマルテンサイトが生成することがある。このミクロマルテンサイトは鋼の伸線加工性に悪影響を及ぼす。
【００２３】
ところが、本発明者らが種々研究を行ったところによると、伸線加工性に特に影響を及ぼすのは、該線材の中心部に生成したミクロマルテンサイトであり、図１に示したように、Ｃ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズ（最大長さ）を１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下に抑えたものは、その後の伸線加工率を７０〜９０％の範囲に設定した場合でも断線などを生じることがないことが確認された。
【００２４】
このようなミクロマルテンサイトサイズを得るための手段として、溶鋼にＡｌ，Ｔｉ，ＳｉあるいはＭｎを添加して脱酸を行った後にＺｒを添加してこれら脱酸材起因の酸化物をＺｒＯ２に置換することによって、溶鋼中に、凝固時の初晶組織であるγ−Ｆｅの析出核となり得る、Ｚｒを含有するような微細介在物を微細に分散させ、凝固時のγ−Ｆｅの等軸晶率を高め、中心部のＭｎ，Ｃの偏析を抑制することができる。
【００２５】
なお、介在物がγ−Ｆｅの析出核として機能するには、モル分率で０．２以上のＺｒを含有する必要がある。
【００２６】
また、本発明においては図２に示す０．１〜１０μｍのＺｒ含有介在物の数密度とミクロマルテンサイトサイズの関係、図３に示すＺｒ添加量と０．１〜１０μｍのＺｒ含有介在物の数密度の関係を満足することにより高強度、高靭性高炭素鋼線材を製造することができる。
【００２７】
【実施例】
次に実施例により本発明をより具体的に説明する。
【００２８】
表１に示す化学成分の硬鋼線材を使用し、連続鋳造後熱間圧延して直径１１ｍｍの鋼線とした後、種々の条件で直接パテンティング処理あるいは再加熱−パテンティング処理を施した。（鉛パテンティング条件：再加熱９５０℃×５分→恒温変態５４０℃×４分）。
【００２９】
このパテンティング材の埋め込み研磨とナイタール液を用いた化学腐食を実施し、ＳＥＭ観察によって、Ｃ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズを決定した。また、カーボンレプリカサンプルのＴＥＭ観察およびＸＥＤＳ分析によって、介在物の数密度、サイズ分布、化学組成を分析した。今回評価に用いた鋼材の化学成分を表１に示す。これら鋼材の介在物データ、ミクロマルテンサイト最大サイズを表２に示す。ここで、介在物の数密度は、抽出カーボンレプリカサンプルのＴＥＭ観察にてカウントした。サンプル作製条件は、サンプル表面をダイヤモンド研磨を行い、スピードエッチ法で表層を５〜１０μｍエッチングさせ、露出した介在物を２段ステージカーボンレプリカ法で抽出した。これをＴＥＭで観察し、カーボン膜の単位面積当たりの介在物数をカウントすることによって測定した。
【００３０】
【表１】
【表２】
表１，２において、ＭからＰは比較鋼である。Ｎ，Ｏ，ＱはＺｒを含有しているものの、添加量が１０ｐｐｍ以下と少なかったためＺｒ含有介在物の数密度が小さい、あるいは介在物中のＺｒ含有量が少ないことにより、十分な等軸度が得られなかったため、炭素の中心偏析を抑制できず、結果として粗大なミクロマルテンサイトを抑制できなかったと考えられる。
【００３３】
Ｍ，ＰはＺｒを含有していない鋼材であり、Ｚｒを含有する介在物が存在せず、十分な等軸度が得られなかったと考えられる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、使用する鋼材の成分組成を特定し、Ｚｒを含有し初晶γと整合性の良好な介在物を分散させることにより、凝固組織の等軸粒度を向上させ、中心偏析を抑制することによって、圧延線材の中心付近のミクロマルテンサイト最大長さが１００μｍ以下の硬鋼線材を得ることができ、ＰＣ鋼線、亜鉛めっき鋼線、ばね用鋼線、吊り橋用ケーブル等としての性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｚｒ添加量とミクロマルテンサイトサイズの関係を示すグラフである。
【図２】０．１〜１０μｍのＺｒ含有介在物の数密度とミクロマルテンサイトサイズの関係を示すグラフである。
【図３】Ｚｒ添加量と０．１〜１０μｍのＺｒ含有介在物の数密度の関係を示すグラフである。
Claims (3)
- 質量％で、Ｃ：０．４９〜０．７０％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．３０〜０．９０％、Ｐ：０．３０％以下、Ｓ：０．３０％以下、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下、Ｎ：０．００３〜０．０１５％を基本成分とし、更に、Ａｌ：０．０１〜０．２％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｃｏ：０．０５〜１．０％、Ｗ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｎｂ：０．０１〜０．２％の１種又は２種以上を含有し、残部が鉄および不可避不純物の高炭素鋼線材であって、
該線材中に大きさが０．１〜１０μｍで、該線材組成成分におけるＺｒのモル分率が０．２以上、数密度が５００〜３０００個／ｍｍ ２ である介在物を含有し、更に、該線材がパーライトを主体とする鋼組織を有し、かつ該線材Ｃ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズ（最大長さ）が１００μｍであることを特徴とする高強度、高靭性高炭素鋼線材。 - 質量％で、Ｃ：０．６０〜０．７０％、Ｓｉ：０．１２〜０．３２％、Ｍｎ：０．３０〜０．９０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｕ：０．２０％以下、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上、５００ｐｐｍ以下、Ｎ：０．００３〜０．０１５％を基本成分とし、更に、Ａｌ：０．０１〜０．２％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｃｏ：０．０５〜１．０％、Ｗ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｎｂ：０．０１〜０．２％の１種又は２種以上を含有し、残部が鉄および不可避不純物の高炭素鋼線材であって、
該線材中に大きさが０．１〜１０μｍで、該線材組成成分におけるＺｒのモル分率が０．２以上、数密度が５００〜３０００個／ｍｍ ２ である介在物を含有し、更に、該線材がパーライトを主体とする鋼組織を有し、かつ該線材Ｃ断面におけるミクロマルテンサイト粒のサイズ（最大長さ）が１００μｍであることを特徴とする高強度、高靭性高炭素鋼線材。 - 請求項１または２に記載の高炭素鋼線材の製造に際し、溶鋼をＡｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｍｎの何れかで脱酸後、Ｚｒを添加して鋳片を得、この鋳片から熱間圧延後、直接パテンティング処理するか、或いは再度オーステナイト域の加熱後に直接パテンティング処理することを特徴とする高強度、高靭性高炭素鋼線材の製造方法。
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