JP4718359B2

JP4718359B2 - 伸線性と疲労特性に優れた鋼線材およびその製造方法

Info

Publication number: JP4718359B2
Application number: JP2006095305A
Authority: JP
Inventors: 世意木村; 毅三村; 哲史出浦
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: US8668783B2; US20070051432A1; JP2007092164A; KR20070025988A; KR100792128B1

Description

本発明は、伸線性と疲労特性に優れた鋼線材およびその製造方法に関するものであり、特に、硬質で延性の極めて小さい非金属系介在物が低減されて伸線性と疲労特性の高められた鋼線材と、該鋼線材を製造するための有用な方法に関するものである。

鋼線材中に、硬質で延性の極めて小さい非金属系介在物（特に酸化物系介在物、以下、単に「介在物」ということがある）が存在すると、タイヤコード等の様な極細鋼線にまで伸線する工程で、上記非金属系介在物が断線の原因となる。また上記鋼線材をばねの製造に適用すると、得られる製品（ばね）に繰り返し応力が負荷する状態で上記非金属系介在物が疲労破壊の起点となり得る。従って、鋼線材の製造過程で、上記非金属介在物を極力低減するか若しくは軟質化により延性を高めて無害化することが重要となる。

鋼線材中に存在する非金属介在物の軟質化・延性化を図るという観点から、これまでにも様々な技術が提案されている。例えば特許文献１〜３には、鋼中の非金属介在物組成をある範囲に制御することによって、該介在物の軟質化・延性化を図る方法が示されている。具体的に特許文献１には、圧延鋼材のＬ断面において、全酸化物系介在物に対し、厚み５μｍ以下の酸化物系介在物の個数を所定範囲に制御すれば、疲労特性を確保できる旨示されている。しかし、上記厚み５μｍ以下の酸化物系介在物の個数は、圧延鋼材のＬ断面において８０％以上との割合でしか規定されておらず、疲労特性を確実に高めるには更なる改善を要するものと考えられる。

特許文献２には、圧延鋼材のＬ断面において検出される非金属介在物のうち、長径（Ｌ）と短径（Ｄ）の比Ｌ／Ｄが５超で、かつＤが１０μｍ以上である非金属介在物の８０％以上が、ＣａＯ：１０〜４０％、ＳｉＯ₂：３０〜５０％、ＭｎＯ：１〜５％、Ａｌ₂Ｏ₃：１〜１０％、Ｎａ₂Ｏ：５〜２０％であるものが規定されているが、該技術では粗大な介在物のみを制御の対象としており、また上記組成は、存在する非金属介在物の平均組成でしか示されておらず、伸線性等を確実に高めるには更なる検討が必要であると思われる。

また特許文献３には、圧延鋼材のＬ断面において、長さ（ｌ）と幅（ｄ）の比がｌ／ｄ≦５の非金属介在物の平均組成がＳｉＯ₂：３０〜５０％、Ａｌ₂Ｏ₃：１〜１０％、ＣａＯ：５０％以下、ＭｇＯ：２５％以下からなることを特徴とする冷間加工性および疲労特性の優れた高清浄度鋼が開示されている。しかし該技術においても、非金属介在物の組成は平均組成でしか制御されておらず、疲労特性を確実に高めることは難しいと考える。

一方、特許文献４〜７および非特許文献１には、溶鋼精錬時のスラグ組成をある範囲に制御し、溶鋼とスラグを撹拌して接触混合することにより、軟質で延性を示す介在物に改質する方法が示されている。介在物制御には溶鋼とスラグとを接触させるための方法も重要であると考えられるが、上記特許文献４や特許文献５には該方法について具体的に示されていない。また非特許文献１には、ＣａＯ−ＳｉＯ_２系でＣａＯ／ＳｉＯ₂が０．８〜１．２のスラグを用いて溶鋼処理を行うことにより、非延性の介在物が減少することが示されている。しかし溶鋼処理方法、すなわちスラグと溶鋼の接触混合方法が適切でなければ、該介在物を十分に減少させることは難しい。特許文献６や特許文献７には、精錬時に吹き込むガス流量を制御することが記載されているが、いずれも該ガス流量が高く、スラグ起因の介在物が生成され易いものと考えられる。
特許第３５０４５２１号公報特開２００３−４９２４４号公報特公平６−７４４８５号公報特許第１２７８６６４号公報特開平４−２７２１１９号公報特開２０００−２１２６３６号公報特開平１０−１０２１３２号公報第１８２・１８３回西山記念技術講座「介在物制御と高清浄度鋼製造材技術」、（社）日本鉄鋼協会編、２００４年、第１３８頁）

本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、硬質な非延性介在物が低減されて伸線性と疲労特性の高められた鋼線材と、該鋼線材を製造するための有用な方法を提供する。

本発明に係る伸線性と疲労特性に優れた鋼線材とは、
Ｃ：０．４〜１．３％（質量％の意味、鋼成分について以下同じ）、
Ｓｉ：０．１〜２．５％、
Ｍｎ：０．２〜１．０％、
Ａｌ：０．００３％以下（０％を含まない）を含み、
残部Ｆｅおよび不可避不純物であり、
鋼線材の軸心線を含む断面に存在する、圧延方向に垂直な幅が２μｍ以上の酸化物系介在物が、下記Ｘ組成を満たす鋼線材において、
Ｘ組成：Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋ＭｎＯ＝１００％（質量％の意味、介在物について以下同じ）とした場合に、
Ａｌ_２Ｏ_３＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂≧７０％

下記Ａ組成を満たす上記酸化物系介在物が、上記鋼線材の軸心線を含む断面１００ｍｍ²あたり１個以上２０個以下であり、かつ下記Ｂ組成を満たす上記酸化物系介在物が、上記鋼線材の軸心線を含む断面１００ｍｍ²あたり１個未満であるところに特徴を有する。
Ａ組成：Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＝１００％とした場合に、
２０％≦ＣａＯ≦５０％、かつＡｌ₂Ｏ₃≦３０％
Ｂ組成：Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＝１００％とした場合に、
ＣａＯ＞５０％

上記鋼線材は、更に他の元素として、
（ａ）Ｎｉ：０．０５〜１％や、
（ｂ）Ｃｕ：０．０５〜１％および／またはＣｒ：０．０５〜１．５％、
（ｃ）Ｌｉ：０．０２〜２０ｐｐｍ、Ｎａ：０．０２〜２０ｐｐｍ、Ｃｅ：３〜１００ｐｐｍ、およびＬａ：３〜１００ｐｐｍよりなる群から選択される１種以上
を含むものであってもよい。

本発明は、上記鋼線材の製造方法も規定するものであって、該製造方法は、溶鋼処理時のガス撹拌におけるガス流量を、溶鋼１トンあたり０．０００５Ｎｍ³（Ｎはｎｏｒｍａｌの意；２９８Ｋ、１０^５Ｐａでの体積をいう。以下同じ）／ｍｉｎ以上０．００４Ｎｍ³／ｍｉｎ以下とするところに特徴を有する。

尚、上記「鋼線材」とは、熱間圧延後であって伸線加工前のものをいい、伸線加工により得られる「鋼線」とは区別される。

本発明によれば、鋼線材中の硬質な非延性介在物が低減されて、伸線時に優れた伸線性を発揮すると共に、優れた疲労特性を具備する鋼線材が得られ、タイヤコードといった高強度極細線や、高い疲労特性の要求されるばね等の製造に最適な鋼線材を、効率よく提供できる。

本発明者らは、伸線性と疲労特性のより優れた鋼線材、および該鋼線材を得るための製造方法を確立すべく鋭意研究を行った。

上記伸線性と疲労特性のより優れた鋼線材を得るには、該鋼線材中の介在物の形態を制御することが有効であるが、本発明では、従来技術の様に存在する介在物の平均組成ではなく、個々の介在物のサイズ・組成を把握して、一定サイズ・組成の介在物個数を制御すれば、伸線性と疲労特性をより確実に高めうることを見出した。以下、本発明で規定する介在物形態とその規定理由について詳述する。

まず本発明では、鋼線材の軸心線を含む断面に存在する圧延方向に垂直な幅が２μｍ以上の酸化物系介在物を制御対象とする。圧延方向に垂直な幅が２μｍより小さい介在物は、鋼線材の伸線性や疲労寿命に影響を及ぼさないからである。

また本発明の鋼線材は、脱酸用元素に起因するＳｉＯ₂や、装入金属原料等に含まれるＡｌに起因のＡｌ₂Ｏ₃が存在する溶鋼を、スラグ精錬時にＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系スラグと混合させることにより精錬させて得られるものである。従って、鋼線材中の酸化物系介在物は、ＣａＯ、ＳｉＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃の３成分を主とするものであり、酸化物系介在物中のＭｇＯは溶鋼耐火物に起因し、ＭｎＯは溶鋼成分として添加されるＭｎに起因するものであって、これらＭｇＯやＭｎＯは介在物中に不可避的に混入する。また、上記酸化物系介在物を構成し得るその他の成分（ＴｉＯ₂やＺｒＯ₂等）の存在量は微々たるものである。

そこで上記態様で製造される鋼線材の軸心線を含む断面に存在する、圧延方向に垂直な幅が２μｍ以上の酸化物系介在物が、上記の通りＣａＯ、ＳｉＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃の３成分を主とするものであって、本発明では該酸化物系介在物を制御対象とすることを明確にするため、上記酸化物系介在物が、下記Ｘ組成を満たすものであることを前提とした。
Ｘ組成：Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋ＭｎＯ＝１００％（質量％の意味）とした場合に、
Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂≧７０％

そして本発明では、上記Ｘ組成の酸化物系介在物の詳細な組成（即ち、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂の組成比）と、伸線性および疲労特性との関係について検討を行った。

その結果、
・下記Ａ組成を満たす上記酸化物系介在物（この様に、Ｘ組成を満たす上記圧延方向に垂直な幅が２μｍ以上の酸化物系介在物のうち、Ａ組成を満たす酸化物系介在物を、以下、単に「Ａ組成介在物」ということがある）が、鋼線材の軸心線を含む断面１００ｍｍ²あたり１個以上２０個以下であると共に、
・下記Ｂ組成を満たす上記酸化物系介在物（この様に、Ｘ組成を満たす上記圧延方向に垂直な幅が２μｍ以上の酸化物系介在物のうち、Ｂ組成を満たす酸化物系介在物を、以下、単に「Ｂ組成介在物」ということがある）が、鋼線材の軸心線を含む断面１００ｍｍ²あたり１個未満であるものが、特に伸線性と疲労特性に優れていることを見出した。
Ａ組成：Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＝１００％とした場合に、
２０％≦ＣａＯ≦５０％、かつＡｌ₂Ｏ₃≦３０％
Ｂ組成：Ａｌ_２Ｏ_３＋ＣａＯ＋ＳｉＯ_２＝１００％とした場合に、
ＣａＯ＞５０％

図１は、Ａ組成介在物の個数（鋼線材の軸心線を含む断面１００ｍｍ²あたり）と後述する実施例１の伸線工程での断線回数（鋼線材１０ｔあたりの断線回数）との関係を示したものである。この図１から、鋼線材１０ｔあたりの断線回数を１０回以下に抑制するには、Ａ組成介在物の上記個数を２０個以下（好ましくは１５個以下）に抑える必要があることがわかる。２０個を超えると、介在物のサイズが小さくても伸線性や疲労寿命に少なからず悪影響を及ぼすからである。また図１から、Ａ組成介在物の上記個数が少なくても鋼線材１０ｔあたりの断線回数が急激に増加することがわかる。これは、Ａ組成介在物の個数が少ないことは、硬質な介在物が多く存在していることを意味するためと考えられる。本発明では、上記鋼線材１０ｔあたりの断線回数を１０回以下に抑えるべく、Ａ組成介在物の上記個数を１個以上（好ましくは２個以上）とした。

また図２は、Ａ組成介在物の個数（鋼線材の軸心線を含む断面１００ｍｍ²あたり）と後述する実施例２の疲労試験時の折損率との関係を示したものである。この図２から、疲労試験時の折損率を６０％以下に抑制するには、上述の通りＡ組成介在物の上記個数を２０個以下（好ましくは１５個以下）に抑える必要があることがわかる。一方、Ａ組成介在物の上記個数が少なくても疲労試験時の折損率が急激に増加する。このことから、Ａ組成介在物の個数は、上記疲労試験時の折損率を６０％以下に抑えて疲労特性を確保する観点からも１個以上（好ましくは２個以上）とする必要があることがわかる。

本発明では、硬質なＢ組成介在物を抑制する。図３は、Ｂ組成介在物の個数と上記疲労試験時の折損率との関係を示したものであるが、該Ｂ組成介在物が、鋼線材の軸心線を含む断面１００ｍｍ²あたり１個以上になると、上記疲労試験時の折損率が６０％を超えることがわかる。

上記Ｂ組成介在物が生成する主因は、溶鋼処理の前工程（例えば転炉等）から持ち越されたＣａＯであり、溶鋼処理を適切に行わなければ、該ＣａＯを主成分とするＢ組成介在物が鋼線材に残存する。該Ｂ組成介在物は、そのサイズが５μｍ以下であっても疲労寿命を低下させるので極力低減する必要がある。従って本発明では、上記Ｂ組成介在物の個数を１個未満（好ましくは０．７個以下）とする。

本発明の鋼線材は、成分組成のうち特にＡｌ量が下記に示す通り抑制されたものであって、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎは、下記に示す通り一般的なスチールコード等の伸線加工用鋼材やばね用鋼並みに含まれるものである。該鋼線材は、更なる強度向上等の効果を付与すべく、ＮｉやＣｕ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃｅ、Ｌａを積極的に含むものであってもよい。

＜Ｃ：０．４〜１．３％＞
Ｃは、強度の向上に有用な元素であることから０．４％以上含有させる。好ましくは０．５％以上である。しかしＣ量が過剰になると、鋼が脆化して伸線性が損なわれるので１．３％以下（好ましくは１．２％以下）に抑える。

＜Ｓｉ：０．１〜２．５％＞
Ｓｉは、脱酸作用を有する元素であり、該作用を発揮させるには０．１％以上含有させる必要がある。好ましくは０．２％以上である。但しＳｉ量が過剰になると、脱酸生成物としてＳｉＯ_２が多く生成し伸線性が損なわれるので、２．５％以下（好ましくは２．３％以下）に抑える。

＜Ｍｎ：０．２〜１．０％＞
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸作用を有すると共に、介在物制御作用を有する元素である。これらの作用を有効に発揮させるべくＭｎを０．２％以上（好ましくは０．３％以上）含有させる。一方、Ｍｎ量が過剰になると、鋼材が脆化して伸線性が損なわれるので１．０％以下（好ましくは０．９％以下）に抑える。

＜Ａｌ：０．００３％以下（０％を含まない）＞
Ａｌは介在物制御に有用な元素であり０．００１％程度は必要である。しかし、Ａｌ含有量が多くなると介在物中のＡｌ₂Ｏ₃濃度が高くなり、断線の原因となる粗大Ａｌ₂Ｏ₃が生成する可能性があるので、０．００３％以下（好ましくは０．００２％以下）に抑える。

本発明で規定する含有元素は上記の通りであって、残部は鉄及び不可避不純物であり、該不可避不純物として、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素の混入が許容され得る。更に、下記元素を積極的に含有させて特性を一段と高めることも有効である。

＜Ｎｉ：０．０５〜１％＞
Ｎｉは、伸線材の靭性を高める効果を発揮する元素であり、該効果を発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましく、より好ましく０．０６％以上である。しかしＮｉを過剰に含有させても上記効果は飽和するだけであるので、１％以下（より好ましくは０．９％以下）とすることが好ましい。

＜Ｃｕ：０．０５〜１％および／またはＣｒ：０．０５〜１．５％＞
Ｃｕ、Ｃｒは鋼線の高強度化に寄与する元素であり、Ｃｕは、析出硬化作用により鋼線の強度を高めるのに有用な元素である。Ｃｕの上記効果を発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましく、より好ましく０．０６％以上である。しかしＣｕを過剰に含有させると、結晶粒界に偏析し、鋼材の熱間圧延工程で割れやキズが発生し易くなるので、１％以下（より好ましくは０．９％以下）とすることが好ましい。

Ｃｒは、伸線加工時における加工硬化率を高める作用があり、比較的低い加工率でも容易に高強度を確保できる。しかもＣｒは鋼の耐蝕性を高める作用も有しており、例えばタイヤ等のゴム補強材（極細鋼）に用いられる場合、該極細鋼の腐食を抑制する上でも有効に作用する。これらの効果を発揮させるには、Ｃｒを０．０５％以上含有させることが好ましく、より好ましく０．０６％以上である。しかしＣｒ量が過剰になると、パーライト変態に対する焼入性が高くなり、パテンティング処理が困難となる。更に二次スケールが著しく緻密になりメカニカルデスケーリング性および酸洗性が劣化する。よってＣｒ量は１．５％以下とすることが好ましく、より好ましくは１．４％以下である。

＜Ｌｉ：０．０２〜２０ｐｐｍ、Ｎａ：０．０２〜２０ｐｐｍ、Ｃｅ：３〜１００ｐｐｍ、およびＬａ：３〜１００ｐｐｍよりなる群から選択される１種以上＞
これらの元素は、鋼中の非金属介在物をより軟質化する作用を有する。該効果を発揮させるには、Ｌｉの場合０．０２ｐｐｍ以上（より好ましくは０．０３ｐｐｍ以上）、Ｎａの場合０．０２ｐｐｍ以上（より好ましくは０．０３ｐｐｍ以上）、Ｃｅの場合３ｐｐｍ以上（より好ましくは５ｐｐｍ以上）、Ｌａの場合３ｐｐｍ以上（より好ましくは５ｐｐｍ以上）含有させることが好ましい。しかし上記元素を過剰に入れても効果は飽和するだけであるので、Ｌｉ、Ｎａはそれぞれ２０ｐｐｍ以下（より好ましくは１０ｐｐｍ以下）に抑えるのがよい。またＣｅ、Ｌａはそれぞれ１００ｐｐｍ以下（より好ましくは８０ｐｐｍ以下）に抑えるのがよい。

本発明者らは、上記Ａ組成介在物が１個以上２０個以下で、かつ上記Ｂ組成介在物が１個未満である鋼線材を得るには、特に、取鍋精錬においてスラグと溶鋼とを撹拌させる際のガス流量を制御すればよいことも見出した。

従来より、適切な組成のスラグを用いた溶鋼処理を施すことにより、鋳片中または鋼片中の介在物は、熱間圧延または伸線の際に軟質化し延伸し易くなることが知られている。しかし上述した通り、溶鋼処理、すなわちスラグと溶鋼の接触混合方法が適切でなければ、非延性の介在物を十分に低減させることは難しい。

本発明者らは、介在物の形態に影響を与える溶製時の様々な製造条件のうち、取鍋精錬においてスラグと溶鋼を撹拌させる際の撹拌ガス流量（以下、単に「ガス流量」ということがある）について、介在物形態との関係を調べた。具体的には、ガス流量を変えて５．５ｍｍφの線材を製造し、上記Ａ組成介在物またはＢ組成介在物の個数（軸心線を含む断面１００ｍｍ²あたり）を測定し（その他の製造条件、およびＡ組成介在物とＢ組成介在物の個数測定方法は、後述する実施例１と同じ）、上記ガス流量と、上記Ａ組成介在物またはＢ組成介在物の個数との関係を整理した。その結果を図４に示す。

この図４より、ガス流量が溶鋼１トンあたり０．０００５Ｎｍ^３／ｍｉｎ未満の場合には、上記Ａ組成介在物が非常に少なく、上記Ｂ組成介在物が著しく増加することがわかる。これは、上記ガス流量では、スラグ−溶鋼間の接触が弱いため、脱酸過程で生じたＳｉＯ_２やＡｌ₂Ｏ₃を多く含む硬質の介在物の他に、溶鋼処理の前工程から持ち越されたＣａＯを多く含む介在物が多く残存するためと思われる。

本発明では、上記の通りガス流量を、溶鋼１トンあたり０．０００５Ｎｍ³／ｍｉｎ以上にしてスラグと溶鋼を混合させることにより、溶鋼処理の前工程（例えば転炉等）から持ち越されたＣａＯを多く含む介在物や、溶鋼の脱酸過程で生成したＳｉＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃を多く含有する硬質の介在物を、軟質なＡ組成介在物に改質することができる。

上記Ａ組成介在物を確保して上記Ｂ組成介在物の個数を確実に低減させるには、ガス流量を、溶鋼１トンあたり０．０００６Ｎｍ³／ｍｉｎ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．０００７Ｎｍ³／ｍｉｎ以上である。

上記ガス流量が増加すると、これに比例して上記Ａ組成介在物が増加し、相対的にＢ組成介在物が低減するため好ましいが、上記Ａ組成介在物は軟質であるとはいえ、過剰に存在すると伸線性や疲労強度を低下させる。また上記ガス流量が増加すると、ガス撹拌中の取鍋耐火物の損耗が顕著になり操業上好ましくないばかりでなく、溶鋼中に混入し製品に悪影響を与える。従って上記ガス流量は、溶鋼１トンあたり０．００４Ｎｍ³／ｍｉｎ以下に抑える。好ましくは０．００３５Ｎｍ³／ｍｉｎ以下であり、より好ましくは０．００３Ｎｍ³／ｍｉｎ以下である。

上記撹拌に用いるガスの種類は特に限定されないが、溶鋼と反応を起こさず比較的安価に入手できるアルゴンが適当である。また、ガスの吹き込み方法についても限定されず、溶鋼上部から吹き込む方法や取鍋の底部や側面部から吹き込む方法を採用することができる。

上記スラグとしては、前記特許文献４〜６に開示の様にフラックスを添加してＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系スラグとすればよく、例えばＣａＯとＳｉＯ_２が、ＣａＯ：３５〜５５質量％、ＳｉＯ₂：４５〜６５質量％の割合で混合されたフラックスを添加したり、スラグを、後述する実施例の様な組成とする他、特許文献６に記載の様なＣａＯ／ＳｉＯ₂：０．６〜１．２、Ａｌ₂Ｏ₃：２〜１０質量％、ＣａＦ₂：３０質量％以下（０％を含む）、ＮａＦ：１０質量％以下（０％を含む）を満たすものとすればよい。

本発明の鋼線材は、断面直径が３〜１０ｍｍのものであり、例えば伸線工程で高い伸線性の要求されるタイヤコード、ピアノ線等の極細高強度鋼線の製造に有用である。また高い疲労特性の要求されるばね、ワイヤー等の製造に有用である。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

＜実施例１：伸線性の評価＞
溶銑予備処理工程において、Ｐを０．００７〜０．０２０％、Ｓを０．００２〜０．０１％にまで低下させた各種溶銑：２４０ｔを、冷銑：０〜５ｔおよび／または屑鋼：０〜４ｔとともに転炉に装入した。このとき、溶銑、冷銑および屑鋼は、これらの全鉄源の平均Ｐ濃度が０．０２０％以下となるように配合した。転炉にて、所定の濃度にまで脱Ｃ吹錬し、その後、取鍋へ出鋼し、取鍋加熱精錬装置にて成分調整（成分については下記表１参照）とスラグ精錬を実施した。尚、取鍋精錬時のスラグは、ＣａＯ／ＳｉＯ₂＝０．７〜１．７、Ａｌ₂Ｏ₃＝４〜２５％のＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系である。また、取鍋精錬時の撹拌ガスにはＡｒを用い、その流量を溶鋼１ｔあたり０．０００３〜０．０１２Ｎｍ³／ｍｉｎの範囲で変化させた。ガス撹拌時間はいずれも１５分以上とした。

上記取鍋精錬に引き続いて連続鋳造を行い、断面が６００ｍｍ×３８０ｍｍの鋳片を得た。連続鋳造におけるタンディッシュ内へのパージ用Ａｒガス流量を、溶鋼の再酸化による介在物の総量増加や組成変化を防止する目的で、タンディッシュ内の溶鋼１ｔあたり０．０４〜０．１０Ｎｍ³／ｍｉｎとした。そして、この鋳片を、１２６０℃に加熱し、断面が１５５ｍｍ角となるまで分塊圧延を行った後、更に熱間圧延を施して５．５ｍｍφの線材を得た。

得られた鋼線材中の介在物の組成、大きさおよび個数は次の様にして調べた。即ち、得られた線材の軸心を含む断面を観察できるよう切断した後、該断面の全領域（観察面積：１０８〜２８０ｍｍ²）をＥＰＭＡ［Electron Probe MicroAnalyzer，日本電子社製（ＪＸＡ−８０００シリーズ）］で観察し、該断面に存在する圧延方向に垂直な幅が２μｍ以上の酸化物系介在物が、それぞれ下記Ｘ組成を満たすものであることを下記に詳述する方法で確認した上で、上記圧延方向に垂直な幅が２μｍ以上の酸化物系介在物のうち、下記Ａ組成を満たす介在物の個数、および下記Ｂ組成を満たす介在物の個数を、それぞれ下記に詳述する方法で計測し、鋼線材の軸心線を含む断面１００ｍｍ²あたりの個数に換算した。尚、５μｍを超える上記酸化物系介在物の存在は極めて少ないため、２μｍ以上５μｍ以下の酸化物系介在物を観察対象とした。これらの結果を表１に併記する。
Ｘ組成：Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋ＭｎＯ＝１００％（質量％の意味、
介在物について以下同じ）とした場合に、
Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂≧７０％
Ａ組成：Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＝１００％とした場合に、
２０％≦ＣａＯ≦５０％、かつＡｌ₂Ｏ₃≦３０％
Ｂ組成：Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＝１００％とした場合に、
ＣａＯ＞５０％

上記介在物組成、大きさおよび個数の定量には、上記ＥＰＭＡにＮｏｒａｎ＆Ｒｅｅｄｓ社製の自動画像解析装置を組み合わせたものを用いた。観察倍率は５００倍（直径２〜５μｍの物体が、直径１〜２．５ｍｍで観察される程度）とし、１視野を３００μｍ×３００μｍとして１２００〜３０００視野（観察面積が１０８〜２８０ｍｍ^２）を観察した。定量分析は、倍加速電圧：２０ｋＶ、試料電流：０．０１μＡの条件で特性Ｘ線のエネルギー分散分光により行った。定量対象元素は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｋ、Ｎａ、Ｓ、Ｏとした。定量方法は、上記元素濃度が既知の物質のＸ線強度を測定して、Ｘ線強度と元素濃度の関係を検量線として予め作成し、該検量線を用いて観察対象介在物のＸ線強度から各元素の存在濃度を求めた。そしてＡｌ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｋ、Ｎａ、Ｓの各々の元素が、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｓの形で存在すると仮定し、上記定量により求めた各元素濃度を基に、介在物中のＡｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｓの存在濃度を算出した。そして上記Ａ組成またはＢ組成に該当するかを判断した上で各組成の介在物の個数を求めた。その結果を上記鋼線材の化学成分組成を示した表１に併記する。

尚、上記介在物形態の詳細な測定結果の一例として、表１に示すＮｏ．３の測定結果を表２に、またＮｏ．７の測定結果を表３に示す。その他の例についても同様の測定を行った。

次に、タイヤコードに適用した場合の伸線性を下記要領で評価した。
［評価方法］
５．５ｍｍφ→０．２ｍｍφへ伸線時の断線回数
［伸線方法］
上記５．５ｍｍφの鋼線材の酸化皮膜を塩酸で除去した後、連続伸線機（昭和機械社製：型式ＣＤ−６１０−７＋ＢＤ６１０）で１．２ｍｍφまで乾式伸線を行った。この伸線工程で用いた伸線ダイスの径は、４．８、４．２、３．７、３．２６、２．８５、２．５、２．２、１．９３、１．６９、１．４８、１．３（いずれも単位：ｍｍ）である。また１．２ｍｍφでの線引き速度は４００ｍ／ｍｉｎである。伸線に際し、線材の表面には、予めリン酸亜鉛の皮膜処理を行い、潤滑剤はステアリン酸ナトリウム主体のものを用いた。

１．２ｍｍφまで伸線した線材は、１２３０Ｋまで加熱した後、８３０Ｋの鉛浴中でパテンティング処理を施し、微細パーライト組織としたのち、Ｃｕ：Ｚｎ＝７：３（質量比）のブラスめっき（膜厚：約１．５μｍ）を行った。そして最後に、湿式伸線機（ＫＯＣＨ社製：型式ＫＰＺIII／２５−ＳＰＺ２５０）を用いて、０．２ｍｍφとなるまで引き抜き加工を行った。線引き中の浸漬浴は、水を７５質量％含み、天然脂肪酸、アミン塩、界面活性剤を混合させた溶液を用いた。この伸線工程で用いた伸線ダイスの径は、１．１７６、０．９５９、０．８８０、０．８０６、０．７４１、０．６８０、０．６２５、０．５７４、０．５２７、０．４８４、０．４４４、０．４０８、０．３７４、０．３４３、０．３１３、０．２８７、０．２６０、０．２３７、０．２１６（いずれも単位：ｍｍ）である。また０．２ｍｍφでの線引き速度は５００ｍ／ｍｉｎである。

これらの結果を上記表１に併記する。

表１から次のように考察することができる（尚、下記のＮｏ．は、表１中の実験Ｎｏ．を示す）。

Ｎｏ．１〜１０は、本発明の規定を満たしているので、伸線加工時の断線回数が少なく伸線性に優れていることがわかる。これに対しＮｏ．１１〜１５は、本発明の規定を満たしていないので、伸線加工時の断線回数が多く、伸線性に劣る結果となった。詳細には、Ｎｏ．１１，１２は、Ａ組成の介在物が不足し、Ｂ組成の介在物が存在するため、優れた伸線性を確保できなかった。Ｎｏ．１３〜１５は、Ａ組成の介在物が過剰に存在するため伸線性に劣っている。

＜実施例２：疲労特性の評価＞
上記実施例１と同様に、溶銑予備処理、転炉操業、スラグ精錬、連続鋳造、分塊圧延および熱間圧延を行って８ｍｍφの線材を得た後、得られた線材の介在物組成、大きさおよび個数の測定を、上記実施例１と同様の方法で測定した。尚、介在物形態の詳細な測定結果の一例として、Ｎｏ．１８の測定結果を表５に、またＮｏ．２２の測定結果を表６に示す。その他の例についても同様の測定を行った。

次に、ばねに適用した場合の疲労特性を下記要領で評価した。

［評価方法］
８．０ｍｍφの鋼線材の中村式回転曲げ疲労試験
［試料の調製方法および試験方法］
８．０ｍｍφの線材に、オイルテンパー→歪取焼鈍→ショットピーニング処理→再度歪取焼鈍を施した後、中村式回転曲げ疲労試験機を用いて下記条件で疲労試験を行い、折損率を求めて疲労特性の評価を行った。

これらの結果を、上記鋼線材の化学成分組成を示した表４に併記する。

［疲労試験条件］
試験片長さ：６５０ｍｍ
試験片本数：３０本
試験荷重：９５．８ｋｇｆ／ｍｍ²（９４０ＭＰａ）
回転速度：４５００ｒｐｍ
試験中止回数：２×１０⁷回
折損率の算出式：破損率＝折損本数／（全ての供試験片) ×１００（％）

表４から次のように考察することができる（尚、下記のＮｏ．は、表４中の実験Ｎｏ．を示す）。

Ｎｏ．１６〜２５は、本発明の規定を満たしているので、伸線加工時の断線回数が少なく伸線性に優れていることがわかる。これに対し、Ｎｏ．２６〜３０は、本発明の規定を満たしていないので、疲労試験時の折損が多く、疲労特性に劣っている。詳細には、Ｎｏ．２６，２７は、Ａ組成の介在物が不足し、Ｂ組成の介在物が存在するため、優れた疲労特性を確保できなかった。Ｎｏ．２８〜３０は、Ａ組成の介在物が過剰に存在するため疲労特性に劣っている。

Ａ組成介在物の個数と鋼線材１０ｔあたりの断線回数との関係を示したグラフである。Ａ組成介在物の個数と疲労試験時の折損率との関係を示したグラフである。Ｂ組成介在物の個数と疲労試験時の折損率との関係を示したグラフである。取鍋精錬時の撹拌ガス流量がＡ組成介在物の個数とＢ組成介在物の個数に及ぼす影響を示したグラフである。

Claims

Ｃ：０．４〜１．３％（質量％の意味、鋼成分について以下同じ）、
Ｓｉ：０．１〜２．５％、
Ｍｎ：０．２〜１．０％、
Ａｌ：０．００３％以下（０％を含まない）を含み、
残部Ｆｅおよび不可避不純物であり、
鋼線材の軸心線を含む任意の断面に存在する、圧延方向に垂直な幅が２μｍ以上の酸化物系介在物が、下記Ｘ組成を満たす鋼線材において、
Ｘ組成：Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋ＭｎＯ＝１００％（質量％の意味、
介在物について以下同じ）とした場合に、
Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂≧７０％
下記Ａ組成を満たす上記酸化物系介在物が、上記断面１００ｍｍ²あたり１個以上２０個以下であり、かつ下記Ｂ組成を満たす上記酸化物系介在物が、上記断面１００ｍｍ²あたり１個未満であることを特徴とする伸線性と疲労特性に優れた鋼線材。
Ａ組成：Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＝１００％とした場合に、
２０％≦ＣａＯ≦５０％、かつＡｌ₂Ｏ₃≦３０％
Ｂ組成：Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＝１００％とした場合に、
ＣａＯ＞５０％
更に他の元素として、
Ｎｉ：０．０５〜１％を含む請求項１に記載の鋼線材。
更に他の元素として、
Ｃｕ：０．０５〜１％および／またはＣｒ：０．０５〜１．５％
を含む請求項１または２に記載の鋼線材。
更に他の元素として、
Ｌｉ：０．０２〜２０ｐｐｍ、
Ｎａ：０．０２〜２０ｐｐｍ、
Ｃｅ：３〜１００ｐｐｍ、および
Ｌａ：３〜１００ｐｐｍ
よりなる群から選択される１種以上を含む請求項１〜３のいずれかに記載の鋼線材。
前記請求項１〜４のいずれかに記載の鋼線材の製造方法であって、
溶鋼処理時のガス撹拌におけるガス流量を、溶鋼１トンあたり０．０００５Ｎｍ³／ｍｉｎ以上０．００４０Ｎｍ³／ｍｉｎ以下とすることを特徴とする伸線性と疲労特性に優れた鋼線材の製造方法。