JP5098444B2

JP5098444B2 - 高延性の直接パテンティング線材の製造方法

Info

Publication number: JP5098444B2
Application number: JP2007145386A
Authority: JP
Inventors: 世紀西田; 真吾山崎; 仁出町; 哲澤田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: JP2008007856A

Description

本発明は、アルミ送電線などの補強用ＡＣＳＲ線、エレベータ用ケーブル、ロープワイヤ、ＰＣ鋼線、ＰＷＳ用ワイヤなどに使用される高強度の鋼線、亜鉛メッキ鋼線ならびにこの製造に用いられる高延性の高炭素鋼線材の製造方法に関する。

一般にロープ、ＰＣ鋼線、ＡＣＳＲ線、ＰＷＳワイヤなどに用いる高炭素鋼からなる鋼線材は、熱間圧延により直径５〜１６ｍｍに加工された後に、調整冷却を用いて必要な強度、延性に調製した線材とされる。これらの線材は、デスケーリング後にボンデ処理などを行なってから伸線加工してより細い径の鋼線とされる。また、伸線加工量を増やせば引張強さが高くなるため、延性の低下しない範囲で伸線加工を付与してワイヤの強度を高めるなどの機械的性質を調整している。

最近では経済性の観点から熱間圧延後に直接パテンティング処理を行なった線材を伸線加工して製品に用いる鋼線とすることが増えている。このため、熱間圧延後の調整冷却、すなわち直接パテンティングによって線材の機械的性質を均一に調整することは極めて重要となっている。

これらの用途に用いる線材に求められる特性は１）より高強度のワイヤが製造可能なこと、２）伸線加工における延性を十分に保持すること、３）伸線加工して得られるワイヤの機械的性質が長さ方向に均一であることである。このため、従来からこれらの要望に応じた高品質の鋼材が開発されている。

例えば、特許第３６８１７１２号公報には伸線加工における延性を向上する方法として、９５％以上のパーライトを有し、パーライトの平均ノジュール径Ｐが３０μｍ以下、平均ラメラ間隔Ｓが１００ｎｍ以上で、かつＰをμｍ、Ｓをｎｍで表したとき下記Ｆ式がＦ＞０となる範囲にある伸線性に優れた高炭素鋼線材が開示されている。
Ｆ＝３５０．３／√Ｓ＋１３０．３／√Ｐ−５１．７

この発明は、熱間圧延におけるステルモア冷却中に等温保持する冷却をいれることによりラメラ間隔とノジュールサイズを調整するものであるが、一般的なステルモア冷却においては連続冷却となるため、ラメラ間隔の値の幅が大きく、ノジュールサイズの値の幅も大きくなる。このような場合には、如何に平均値を小さくしても良好な加工性が得られず、内部欠陥を伴うという問題がある。また、線材圧延後の冷却条件を変えることで上記Ｆ式に記載の範囲に組織調整を行なうことで高速伸線加工性の優れた線材が得られるとしているが、上記Ｆ式の範囲に組織調整するためには、一般的には採用不可能な特殊な熱処理が必要であるという問題がある。しかも、この発明では伸線ワイヤの長さ方向の延性については考慮されていない。

熱間圧延後の直接パテンティング処理によって製造されるワイヤの均一性を向上させ、単線で処理されたＬＰ材の様により均一性なワイヤを製造することが可能な直接パテンティング線材の開発が望まれている。

本発明は、ＰＣ鋼線、ＰＷＳワイヤ、ＡＣＳＲ線などの製品を製造するために用いられる熱間圧延によって製造される直線パテンティング線材であって、均一性の高いワイヤが得られる高延性の高炭素鋼線材の製造方法を提供する。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は次のとおりである。

（１）Ｃ含有量が０．６〜１．１質量％を含有する高炭素鋼線材を、熱延仕上温度を８００℃以上１０５０℃以下で熱延し、次いで１０秒以内に８００〜８３０℃でコイリング後、５３０〜５７０℃の溶融塩中に浸漬する直接パテンティング処理を行うことにより、９５％以上がパーライト組織からなり、熱間圧延線材の中心部のＥＢＳＰ装置によって測定されるパーライトのパーライトブロック粒径の最大値が４５μｍ以下、平均値が１０〜２５μｍとし、前記線材の引張強さが｛３００＋１２００×（Ｃ質量％）＋１００×（Ｓｉ質量％）｝±８０ＭＰａの範囲にあり、かつ絞り値が｛７２．８-４０×（Ｃ質量％）｝％以上であることを特徴とする高延性の直接パテンティング線材の製造方法。

（２）前記線材が、質量％で、Ｃ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．４％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする（１）に記載の高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
（３）前記線材が、さらに、質量％で、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．１％、Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．００６％、Ａｌ：０．００２〜０．０５％の１種或いは２種以上を含有することを特徴とする（２）記載の高延性の直接パテンティング線材の製造方法。

本発明により、直接パテンティング処理した線材から製造される鋼線の延性が向上し、かつ長さ方向のばらつきの少ない高延性の高炭素鋼線材を得ることが可能となる。

直接パテンティング処理を行なう線材は、溶融塩に直接パテンティング処理するものや、Ｃｒ，Ｖ等の合金添加を行いパーライト変態を遅延させステルモア冷却により強度上昇を図るものなどがある。これらの直接パテンティング線材は、一般的には少なくとも真歪みで１以上の伸線加工をして各種ワイヤが製造されている。

本発明者らは、直接パテンティングされた線材の最終ワイヤでの延性を向上し、より均一な機械的性質となるワイヤを得るため鋭意検討を行い本発明に至った。

伸線ワイヤの延性を向上するためには、パーライトブロックサイズを均一にする必要がある。このためＥＢＳＰ装置を用いて以下に記載する方法によって測定されるパーライトブロックサイズの平均値は、少なくとも１０μｍ以上のサイズに調整する。また、パーライトブロックサイズの平均値を１０μｍ未満に調整する場合、パーライトブロックサイズのばらつきが大きくなるので１０μｍ以上に調整する。また、平均値が大きくなりすぎると個々のパーライトブロックにおける大きさも大きくなるため２５μｍ以下に調整する。中心部で得られるパーライトブロックサイズの最大値は４５μｍ以下に調整する。４５μｍを超えた場合には、その部分が周囲より粗いパーライトとなり、伸線加工の際に欠陥を生じやすくなるので最大値を４５μｍ以下に調整する。

次に、パーライトブロックサイズのＥＢＳＰ装置での測定方法について述べる。
パーライトブロックサイズの測定は、日立製の熱電子型のＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ４３００ＳＥ）にＴＳＬ社製のＥＢＳＰ装置を組み合わせた装置を用いて測定を行なった。パーライトブロックの定義は高橋らの「日本金属学会誌」４２巻（１９７８）ｐ７０２に記載されているフェライトの結晶方位が等しい領域としてＥＢＳＰ装置により求めた。光学顕微鏡で観察される組織あるいはＳＥＭ観察で得られる二次電子像では測定が極めて難しいため、フェライトの結晶方位マップが得られるＥＢＳＰ装置による測定結果からパーライトブロック粒径を求めた。また、パーライト鋼におけるフェライトの結晶粒は、低炭素鋼のフェライト単相の場合と異なり、パテンティング材であっても小傾角の境界が無数に存在している。このため、一般的な結晶粒界として認識できる１５度以上の方位差となる粒界がほぼ９０％以上となるように適度な閾角を調査した結果、９度以上からなる境界を用いて得られる粒界とした場合に最も良い結果が得られた。そこで、９度以上の方位差を持つ境界で構成される単位をパーライトブロック粒とした。また、パーライトブロックサイズは、混粒となる場合もあるため、粒のばらつきを考慮できるＪｏｈｎｓｏｎ−Ｓａｌｔｙｋｏｖの方法（「計量形態学」内田老鶴圃新社、Ｓ４７．７．３０発行、原著：Ｒ．Ｔ．ＤｅＨｏｆｆ，Ｆ．Ｎ．Ｒｈｉｎｅｓｓ．Ｐ１８９参照）を用いて求めた。平均値は線材の横断面における表層近傍、１／４部、中心部の各３箇所の測定を線材１リングで８箇所の横断面で行い、合計２４箇所の値の平均値として求めた。

本発明者らは、パーライトブロックサイズの制御μｍを鋭意調査した結果、次に述べる方法で本発明の線材組織に調整できることを見出した。仕上げ圧延温度を８００℃以上１０５０℃以下の温度範囲に調整し、その後、パーライトブロックの成長を抑えるため、１０秒以内に８００〜８３０℃に調整してコイリングを行い、５３０〜５７０℃の溶媒（溶融ソルト等）に漬けてパテンティング処理を行なう。仕上げ温度は８００℃未満の場合、表面からの冷却で容易に変態が開始され、均一のパーライトブロックを得ることが難しい。また、仕上げ温度が１０５０℃を超えた温度になるとパーライトブロックサイズが大きくなるので１０５０℃以下に調整する必要がある。また、巻き取り温度を１０秒以内に８００℃以上８３０℃以下の温度に調整する。８００℃未満でも８３０℃を超えた場合でもコイリングした際の重なり部と非重なり部の冷却速度の違いによりパーライトブロックサイズのばらつきが大きくなる。
その後、直ちに５３０℃以上、５７０℃以下の冷却用の溶媒に漬けて恒温変態によりパーライト組織に調整する。５３０℃未満ではパーライト組織に調整することが困難となり、５７０℃を超えた温度ではパーライトブロックサイズが大きくなり均一性が低下するため５７０℃以下の溶融塩ソルトを用いることが望ましい。また、溶媒による冷却に変えステルモア冷却を用いることもできる。この場合、均一性は溶媒を用いた場合に劣るが、従来のステルモア冷却と比較すると本発明のステルモアの方が均一性が高い。

また、引張強さ｛３００＋１２００×（Ｃ質量％）＋１００×（Ｓｉ質量％）｝−８０ＭＰａ未満になるとパーライトラメラ間隔組織が大きくなり過ぎて良好な加工性が得られないため引張強さは｛３００＋１２００×（Ｃ質量％）＋１００×（Ｓｉ質量％）｝−８０ＭＰａ以上に調整する必要がある。また、引張強さが｛３００＋１２００×（Ｃ質量％）＋１００×（Ｓｉ質量％）｝＋８０ＭＰａを超えると加工硬化が大きく、伸線加工後の強度が高くなり、延性が低下するので｛３００＋１２００×（Ｃ質量％）＋１００×（Ｓｉ質量％）｝＋８０ＭＰａ以下に調整する必要がある。

次に、本発明による高延性の高炭素鋼線材の鋼組成の限定理由について説明する。成分は全て質量％である。

Ｃは、強化に有効な元素であり高強度の鋼線を得るためにはＣ量を０．６％以上とすることが必要であるが、高すぎると初析セメンタイトが析出しやすくなり延性が低下しやすくなるのでその上限は１．１％とする。

Ｓｉは、鋼の脱酸のために必要な元素であり、その含有量が余りに少ないと、脱酸効果が不十分になるので０．１％以上添加する。また、Ｓｉは熱処理後に形成されるパーライト中のフェライト相に固溶しパテンティング後の強度を上げるが、反面、熱処理性を阻害するので１．４％以下とする。

Ｍｎは、鋼の焼き入れ性を確保するために０．１％以上のＭｎを添加する。しかし、多量のＭｎの添加は、パテンティングの際の変態時間が長くしすぎるので１．０％以下とする。

Ｐは、偏析を造り易く、偏析部はＰが濃化してフェライト中に固溶し加工性を低下させるので０．０２％以下に調整する。

Ｓは、多量に含有されるとＭｎＳを多量に形成し、鋼の延性を低下させるので０．０２％以下に調整する。

Ｃｒは、鋼の強度を高めるために添加するが、その効果の発揮される０．０５％以上添加し、鋼線の延性を引き起こすことのない１．０％以下とする。

Ｍｏは、鋼の強度を高めるために添加するが、その効果の発揮される０．０５％以上添加し、鋼線の延性を引き起こすことのない１．０％以下とする。

Ｃｕは耐食性、腐食疲労特性を向上するが、その添加効果のある０．０１％添加する。しかし、多量の添加をすると熱間圧延の際に脆化しやすくなるので上限を１．０％とする。

Ｎｉは、鋼の強度を上げる効果があり、その添加効果のある０．０５％以上添加する。しかし、添加量が多くなりすぎると延性が低下するので１．０％以下とする。

Ｖは、鋼の強度を上げる効果があり、その添加効果のある０．００１％以上添加する。しかし、添加量が多くなり過ぎると延性が低下するので上限を０．５％とする。

Ｎｂは、鋼の強度を上げる効果があり、その添加効果のある０．００１％以上添加する。しかし、添加量が多くなり過ぎると延性が低下するので上限を０．５％とする。

Ｂは、オーステナイト化した際のγ粒径を細かくする効果があり、これにより絞りなどの延性を向上する。このため、添加する場合にはその効果のある、０．０００５％以上添加する。しかし、０．１％を越えて添加すると熱処理によって変態させる際の変態時間が長くなり過ぎるため、上限を０．１％とする。

Ａｌは、溶鋼中の脱酸に必要な元素であり、その必要性により添加するが、０．０５％を超えると粗大な介在物が出現し、延性を低下させるので０．０５％以下とする。

表１に試作に用いた供試鋼の化学成分を示す。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１８は本発明に従い鋼の成分が調整されている。これらの鋼を実炉で表１に示した成分の鋼となるよう溶製し、５００×３００ｍｍのブルームを連続鋳造で製造した。その後、再加熱して分塊圧延工程で１２２ｍｍ角のビレットにした。その後、再びγ域に加熱し、熱延工程で５．５〜１３．５ｍｍ径の線材とし、表２に記載の方法でそれぞれの線材を製造した。本発明鋼のＮｏ．１〜Ｎｏ．２、Ｎｏ．６〜Ｎｏ．２１は仕上げ温度８００〜１０５０℃の温度範囲で圧延を行い、圧延後、１０秒で巻き取り温度８００〜８３０℃調整して巻き取り、温度調整の可能な２槽からなる溶融塩ソルトバスに漬けて直接パテンティング処理を行った。これらは表２に記載の線径に伸線加工を行い、連続的に捻回試験を行い捻回値と捻回値のばらつきを調査した。本発明により得られたワイヤは３０回以上の良好な捻回値が得られている。また、捻回値２５回未満の値のワイヤも出現していない。

本発明のＮｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．６〜Ｎｏ．２１は一次伸線性、二次伸線性共に良好な結果を示す。

比較鋼Ｎｏ．３は、仕上げ温度が高いため、パーライトブロックの最大値が４５μｍを超え、最終ワイヤにおける捻回値が３０回未満となり、２５回未満の値も出現している。

比較鋼Ｎｏ．４は、巻き取り温度が高いため、パーライトブロックの最大値が４５μｍを超え、最終ワイヤにおける捻回値が２５回未満の値も出現している。

Claims

Ｃ含有量が０．６〜１．１質量％を含有する高炭素鋼線材を、熱延仕上温度を８００℃以上１０５０℃以下で熱延し、次いで１０秒以内に８００〜８３０℃でコイリング後、５３０〜５７０℃の溶融塩中に浸漬する直接パテンティング処理を行うことにより、９５％以上がパーライト組織からなり、熱間圧延線材の中心部のＥＢＳＰ装置によって測定されるパーライトのパーライトブロック粒径の最大値が４５μｍ以下、平均値が１０〜２５μｍとし、前記線材の引張強さが｛３００＋１２００×（Ｃ質量％）＋１００×（Ｓｉ質量％）｝±８０ＭＰａの範囲にあり、かつ絞り値が｛７２．８-４０×（Ｃ質量％）｝％以上であることを特徴とする高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
前記線材が、質量％で、Ｃ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．４％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１記載の高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
前記線材が、さらに、質量％で、Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｖ：０．００１〜０．１％、Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００５〜０．００６％、Ａｌ：０．００２〜０．０５％の１種或いは２種以上を含有することを特徴とする請求項２記載の高延性の直接パテンティング線材の製造方法。