JP4675771B2

JP4675771B2 - ガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線

Info

Publication number: JP4675771B2
Application number: JP2005361477A
Authority: JP
Inventors: 光司高野; 信二柘植; 雅之天藤; 祐司森; 好宣多田
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: JP2007162088A

Description

本発明は、ガラス封入時の耐クラック発生および耐気泡発生に優れるガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線およびその製造方法に関する。
具体的には、建築用ガラスなどの補強用に用いられるステンレス鋼線およびその製造方法に関する。

ガラス補強用鋼線およびそれを用いたガラス板については、従来から種々の提案がなされている。
例えば、下記特許文献１および特許文献２には、耐食性，切断性，磁性，溶接性，密着性等を考慮し、SUS430系材料およびB,Nb,Cu,Mo等の元素が添加され、更に表面粗度(Ra)が制御された鋼線が提案されている。
しかし、特許文献１や特許文献２の鋼線に用いられているSUS430系材料は高価な合金元素が多量に添加されているため、安価な製造プロセスにもかかわらず製品価格が高いという問題点があった。

また、下記特許文献３には、溶接性を改善するためにAlが添加されたフェライト系ステンレス鋼線が提案されている。
さらに、下記特許文献４には、製造性および切断性を考慮して鋼線の強度を規定することが提案されている。
しかし、上記の特許文献には、ガラス封入時のクラックや気泡の発生を防止するという課題は開示されているが、安価なフェライト系ステンレス鋼線において、ガラス封入時のクラックや気泡の発生を防止するための具体的手段は提案されていなかった。
特開2002-241904号公報特開2005-154250号公報特開2004-182535号公報特開2005-162539号公報

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、安価なフェライト系ステンレス鋼線において、ガラス封入時のクラックや気泡の発生を防止することができるガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線およびその製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討した結果、フェライト系ステンレス鋼線の成分範囲とγｐを制御することによって、ガラス封入時のクラックや気泡の発生を防止することができるガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線およびその製造方法を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載したと通りの下記内容である。

（１）質量％で、Ｃ＋Ｎ：０．０１〜０．０４０％を含有し、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜０．８％、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ａｌ：０．００２〜０．１％を含有し、更に、Ｎｂ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜１．０％、Ｚｒ：０．０５〜１．０％のうち１種類以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下記（Ａ）式のγｐが０以下であり、５００〜１２００℃の加熱で相変態しないことを特徴とするガラス封入時の耐クラック発生および耐気泡発生に優れるガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線。
γｐ＝４７０Ｎ＋４２０Ｃ＋３０Ｎｉ＋７Ｍｎ−１１．５Ｃｒ−１１．５Ｓｉ＋１８９−４７Ｎｂ−４９Ｔｉ−５０Ｖ−５０Ｚｒ・・・（Ａ）
（２）前記鋼線の最大表面疵深さの平均が10μm以下であることを特徴とする（１）に記載のガラス封入時の耐クラック発生および耐気泡発生に優れるガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線。
（３）850〜1200℃の高温ストランド焼鈍で仕上げ焼鈍を施すことを特徴とする（１）または（２）に記載のガラス封入時の耐クラック発生および耐気泡発生に優れるガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線の製造方法。

本発明によれば、フェライト系ステンレス鋼線のγｐを制御して500〜1200℃の加熱で相変態させないことによって、ガラス封入時のクラックや気泡の発生を防止することができるガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線およびその製造方法を提供することができ、市場への普及率が大幅に向上するなど産業上有用な著しい効果を奏する。

まず、本発明の技術思想を以下に示す。
１）鋼線を5００〜１２００℃へ加熱し冷却する際に、γ／α相変態を起こすと、急激な熱膨張率変化が発生し、ガラス封入時やガラス加工時にガラスとワイヤー間に微小な空隙が発生し、クラックや気泡発生の原因となる。そのため、成分（極低C,N，安定化元素の添加）とγｐを制御して相変態を防止する。
２）通常、ステンレス鋼線は生産性を重視して乾式伸線を行うが、フェライト系ステンレス鋼では表面凹凸（しわ疵）が大きくなり、脱脂洗浄を実施しても該しわ疵中に伸線潤滑剤が残存しやすくなる。該しわ疵中に伸線潤滑剤が残存すると１０００〜１２００℃付近でのガラス封入時の気泡発生の原因となる。そこで、気泡の原因となる伸線潤滑剤残りを抑制するため、伸線工程で工夫して該しわ疵を規制する。

３）ガラス封入時にワイヤー表面は１０００〜１２００℃付近まで温度が上昇し、潤滑剤残りがあると気泡の原因となる。そのため、鋼線の仕上げ焼鈍は、１０００℃〜１２００℃の炉にて予め焼いて伸線潤滑剤を焼きとばす必要がある。通常、フェライト系ステンレス鋼は８００℃と低温で焼鈍を行うが、本発明における好ましい実施形態として、潤滑剤の焼きとばしを目的として８５０〜１２００℃の高温ストランド焼鈍（ＢＡ）を行う。
以下に、先ず、本発明の請求項1記載の限定理由について説明する。

請求項１の発明は、質量％で、Ｃ＋Ｎ：０．０１〜０．０４０％を含有し、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜０．８％、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ａｌ：０．００２〜０．１％を含有し、更に、Ｎｂ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜１．０％、Ｚｒ：０．０５〜１．０％のうち１種類以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下記（Ａ）式のγｐが０以下であり、５００〜１２００℃の加熱で相変態しないことを特徴とするガラス封入時の耐クラック発生および耐気泡発生に優れるガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線。
γｐ＝４７０Ｎ＋４２０Ｃ＋３０Ｎｉ＋７Ｍｎ−１１．５Ｃｒ−１１．５Ｓｉ＋１８９−４７Ｎｂ−４９Ｔｉ−５０Ｖ−５０Ｚｒ・・・（Ａ）なお、(A)式のN,C,Ni,Mn,Cr,Si,Nb,Ti,V,Zrは各成分の質量％を示す。

C,Nは、鋼の強度を確保するために、C+Nで0.01％以上添加する。一方、Nb,Ti,V,Zrと結合してNb等炭窒化物を形成するが、0.040％を超えて添加すると、Cr炭窒化物が生成して、耐食性・冷間加工性・靭性が劣化する。そのため、上限を0.040％とする。好ましい範囲は、0.01〜0.02％以下である。

本発明において、Nb,Ti,V,Zrは、γ／α相変態の安定化のためNb：0.05％以上，Ti：0.05％以上，V：0.05％以上，Zr：0.05％以上のうち１種類以上を含有させる。
一方、Nb,Ti,V,Zrを過剰に添加すると粗大な炭窒化物に起因してクラック発生の原因となるためNb：1.0％以下，Ti：1.0％以下，V：1.0％以下，Zr：1.0％以下とする。
また、（A）式で規定するγｐは、γ／α相変態の安定性の指標であり、本発明においては、γpを０以下とすることによって、500〜1200℃の加熱で相変態しない。
鋼線を5００〜１２００℃へ加熱し冷却する際に、γ／α相変態を起こすと、急激な熱膨張率変化が発生し、ガラス封入時やガラス加工時にガラスとワイヤー間に微小な空隙が発生し、クラックや気泡発生の原因となる。そのため、本発明においては、成分（極低C,N，安定化元素の添加）とγｐを制御して相変態を防止することができる。

本発明においては、請求項１に記載した成分以外の添加量は特に規定しないが以下の成分とすることが好ましい。
Siは、脱酸のため0.05％以上添加する。しかしながら、1.0％を超えて添加すると冷間加工性および靭性が劣化する。そのため、上限を1.0％に限定することが好ましく、さらに好ましい範囲は、0.1〜0.4％である。

Mnは、脱酸のため0.05％以上添加する。しかしながら、0.8％を超えて添加すると耐食性および冷間加工性が劣化する。そのため、上限を0.8％に限定することが好ましく、さらに好ましい範囲は、0.1〜0.5％である。
Pは、冷間加工性および靭性を劣化させるため、0.04％以下に限定することが好ましく、さらに好ましい範囲は、0.025％以下である。

Sは、冷間加工性および靭性または耐食性をも劣化させるため、0.005％以下に限定することが好ましく、さらに好ましくは、0.003％以下である。
Crは、基本的に耐食性を確保するため10.5％以上添加するが、20.0%％を超えて添加すると靱性が劣化するばかりか経済的でない。そのため、上限を20.0%％に限定することが好ましく、さらに好ましい範囲は、12.0〜18.0％である。

Oは、靭性を確保するため、0.010％以下に限定することが好ましく、さらに好ましくは、0.008％以下である。
Alは、脱酸を行うと共に、微細な窒化物（AｌN）により靭性を確保するために添加するが、0.1％を超えて添加すると逆に靭性が劣化する。そのため、上限を0.1％に限定することが好ましく、さらに好ましい範囲は、0.002％〜0.06％である。

Ni，Cu，Moは、Cr量の添加を規制しつつ耐食性を向上させるのに有効であり、必用に応じて、Ni：1.0％以下，Cu：1.0％以下，Mo：3.0％以下を添加することが好ましい。しかしながら、それ以上添加すると冷間加工性が劣化する。さらに好ましくは、Ni：0.05〜0.8% Cu：0.05〜0.8％，Mo：0.1〜2.5％である。
なお、上記の成分以外の残部はFeおよび不可避的不純物からなる。

本発明の請求項２記載の限定理由について説明する。
本発明の請求項２は、鋼線の最大表面疵深さの平均が10μm以下であることを特徴とする。
前述のように、ステンレス鋼線は生産性を重視して乾式伸線を行うが、フェライト系ステンレス鋼では表面凹凸（しわ疵）が大きくなり、脱脂洗浄を実施しても該しわ疵中に伸線潤滑剤が残存しやすくなる。該しわ疵中に伸線潤滑剤が残存すると１０００〜１２００℃付近でのガラス封入時の気泡発生の原因となる。そこで、気泡の原因となる伸線潤滑剤残りを抑制するため、伸線工程で工夫して該しわ疵を鋼線の最大表面疵深さの平均を10μm以下に規制することが好ましい。
なお、本発明においては最大表面疵深さの平均を10μm以下に規制する方法については問わないが、例えば、伸線工程中に湿式伸線やローラーダイス伸線を入れ、伸線工程で使用するロールの表面粗度を一定範囲に管理する方法や伸線減面率を大きくすることが好ましい。

本発明の請求項３記載の限定理由について説明する。
本発明の請求項３は、850〜1200℃の高温ストランド焼鈍で仕上げ焼鈍を施すことを特徴とする。
従来、フェライト系ステンレス鋼線では、異常粒成長が懸念されるため、850℃未満の低温のバッチ焼鈍またはストランド焼鈍が施されてきた。そのため、生産性が低く、製造コストが高くなっていた。

一方、焼鈍温度が850℃未満の場合、乾式伸線の潤滑剤の焼き飛ばしが不十分となりガラス封入時の気泡発生の原因となる。逆に、1200℃を超えるとフェライト粒径が粗大化し、靭性が劣化するため、上限を1200℃に限定する。好ましい範囲は、950〜1050℃の範囲であれば、汎用のオーステナイト系ステンレス鋼線と同一チャンスで焼鈍することができ、生産性が向上する。特に、焼鈍プロセスとして.ストランド焼鈍（光輝焼鈍等）が最も生産性を向上することができ、望ましい。なお、気泡発生において乾式伸線の潤滑剤の残りが問題となるため、本発明の仕上げのストランド焼鈍で乾式伸線の潤滑を焼き飛ばした後に湿式伸線やローラーダイス伸線などの脱脂を行い、最大表面疵深さを低減することが好ましい。

以下に本発明の実施例について説明する。
表１に実施例の鋼の化学組成を示す。

これら化学組成の鋼は、１００ｋｇの真空溶解炉にて溶解し、φ１８０ｍｍの鋳片に鋳造し、その鋳片をφ5．5ｍｍまで熱間の線材圧延を行い、１０００℃で熱延を終了し、引き続き、１０００℃で３分の連続焼鈍を施して、水冷にて室温まで冷却した。そして、酸洗を行い、表面疵を調査した。その後、伸線と焼鈍を繰り返して、φ０．5mmまで冷間伸線加工を施した。伸線は乾式伸線と湿式伸線を組み合わせて実施し、表面の疵レベルを変化させた。また、焼鈍はストランド焼鈍にて、８００〜１２００℃に温度を変化させ、時間は30〜1minと変化させた。一般にステンレス鋼線のストランド焼鈍とは750〜1200℃で20〜60s／mm在炉で行う焼鈍のことを言う。(mmは鋼線の直径)

その後、該鋼線を１０００〜１１００℃でガラスに封入し、その直後にロールで圧延成型（ガラス厚さ１０ｍｍ）、冷却後、切断したものを試料として、ガラス封入時、切断時の気泡の発生とクラック発生有無を評価した結果を表２に示す。表２中の気泡の発生中の○は、気泡発生のないものを表し、×は、気泡発生のあるものを表す。
表２の本発明例はいずれも気泡やクラックの発生は見られなかった。
表２の比較例No.5はC+Nが高過ぎるため硬過ぎ、No.6はC+Nが低過ぎるため柔すぎて切断時にクラックが発生した。
また、比較例No.7はγｐが高過ぎて500〜1200℃の加熱で相変態ししたため気泡とクラックが発生した。
比較例No.8は安定化元素でNbあるNb，Ti，V，Zrのいずれも添加しなかったため500〜1200℃の加熱で相変態しし気泡とクラックが発生した。
一方、過剰なNb，Ti，V，Zrを添加したNo.9〜12の場合は粗大な炭窒化物に起因して、切断時にクラックが発生した。

最大表面疵深さの平均の影響を表３に示す。最大表面疵深さの平均は、ワイヤーを横断面に埋め込み研磨し、最大深さから10点測定し、その平均深さにより評価した。表２と同様、表３中の気泡の発生中の○は、気泡発生のないものを表し、×は、気泡発生のあるものを表す。
最大表面疵深さの平均が10μm以下の本発明例は気泡およびクラックの発生は見られなかった。
一方、最大表面疵深さの平均が15μmの比較例は気泡およびクラックが発生した。

仕上げストランド焼鈍の温度の影響を表４に示す。表２と同様、表４中の気泡の発生中の○は、気泡発生のないものを表し、×は、気泡発生のあるものを表す。
ストランド焼鈍温度が本発明の範囲である本発明例は気泡およびクラックの発生は見られなかった。
一方、ストランド焼鈍温度が本発明の範囲外である比較例は気泡およびクラックが発生した。

本発明により、フェライト系ステンレス鋼線のガラスへの封入時のクラックと気泡の発生を安定的に抑制することで市場への普及率が大幅に向上し、産業上極めて有用である。

Claims

質量％で、Ｃ＋Ｎ：０．０１〜０．０４０％を含有し、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜０．８％、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、Ａｌ：０．００２〜０．１％を含有し、更に、Ｎｂ：０．０５〜１．０％、Ｔｉ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．０５〜１．０％、Ｚｒ：０．０５〜１．０％のうち１種類以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下記（Ａ）式のγｐが０以下であり、５００〜１２００℃の加熱で相変態しないことを特徴とするガラス封入時の耐クラック発生および耐気泡発生に優れるガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線。
γｐ＝４７０Ｎ＋４２０Ｃ＋３０Ｎｉ＋７Ｍｎ−１１．５Ｃｒ−１１．５Ｓｉ＋１８９−４７Ｎｂ−４９Ｔｉ−５０Ｖ−５０Ｚｒ・・・（Ａ）
前記鋼線の最大表面疵深さの平均が10μm以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラス封入時の耐クラック発生および耐気泡発生に優れるガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線。
850〜1200℃の高温ストランド焼鈍で仕上げ焼鈍を施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス封入時の耐クラック発生および耐気泡発生に優れるガラス封入用フェライト系ステンレス鋼線の製造方法。