JP5179331B2

JP5179331B2 - 伸線加工性およびメカニカルデスケーリング性に優れた熱間圧延線材およびその製造方法

Info

Publication number: JP5179331B2
Application number: JP2008307702A
Authority: JP
Inventors: 琢哉 ▲高▼知; 益美西村; 知忠丸尾
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-12-02
Also published as: JP2010132943A

Description

本発明は、伸線加工に供される熱間圧延線材及びその製造方法に関するものである。本発明の熱間圧延線材は、乾式伸線前の熱処理が省略可能であり、熱間圧延ままで優れた伸線加工性を示す（断線しにくく、ダイス寿命にも優れる）。また本発明の熱間圧延線材は、メカニカルデスケラーによるメカニカルデスケーリング性にも優れる。そのため本発明の熱間圧延線材は、自動車のラジアルタイヤ、各種のベルト、ホースの補強材として用いられるスチールコード、ビードワイヤ、ベルトコード、ホースワイヤなどや、半導体用シリコンなどの切断に用いられるソーワイヤなどの高強度鋼線を製造する素材として有用である。

スチールコードなどに代表される高強度鋼線（伸線加工品）は、通常、熱間圧延→デスケーリング→熱処理→乾式伸線（一次伸線）→熱処理→乾式伸線（二次伸線）→熱処理→めっき→湿式伸線→より線の各工程によって製造される（非特許文献１を参照）。このうち乾式伸線は、サイズの調整や材質（物性）の調整などの目的で行われる。ここで、素材となる熱間圧延線材（鋼線材）の伸線加工性を改善することは極めて有用であり、これにより、乾式伸線前の熱処理（中間熱処理）の省略、乾式伸線速度の上昇、乾式伸線パス数の減少などを達成でき、生産性を向上できるだけでなく、ダイス寿命も延長できる。

良好な伸線加工性を確保するためには、伸線加工前に線材表面に付着したスケールを充分に除去する必要がある。従来、一次伸線加工前のスケール除去は主に酸洗によって行われていたが、酸洗は作業環境や使用後の酸の廃棄等の問題がある。このため酸洗に置き換わって、スケールを機械的に除去する機械的スケール除去（メカニカルデスケーリング）が広く行われるようになった。これに応じて、線材の搬送中やハンドリング時には剥離しにくいが、曲げやねじりによるメカニカルデスケーリングの際には容易に剥離するスケールを有する熱間圧延線材が望まれている。

上記のような事情の下で、優れた伸線加工性やメカニカルデスケーリング性を有する熱間圧延線材が要望されており、これまで様々な技術が提案されている。

伸線加工性に関して、例えば特許文献１では、パーライトの平均ノジュール径及び平均ラメラ間隔を制御することによって、高炭素鋼線材の伸線加工性（耐断線性）を向上させる技術が開示されている。また特許文献２では、金属組織のｂｃｃ−Ｆｅ結晶粒において平均結晶粒径および最大結晶粒径を制御することによって、高炭素鋼線材の伸線加工性（ダイス寿命）を向上させる技術が開示されている。

またメカニカルデスケーリング性に関して、例えば特許文献３では、スケール中のＦｅＯ比率及びスケール厚さを制御することによって、ハンドリング時には剥離しにくいが、メカニカルデスケーリング時には容易に剥離するスケールを形成する技術が開示されている。
特許第３６８１７１２号特開２００６−２０００３９号公報特開平１１−１７２３３２号公報「引抜き加工」、コロナ社、日本塑性加工学会編、１９９０年

上述のように伸線加工性やメカニカルデスケーリング性を高める技術はこれまで開示されているが、熱間圧延線材のユーザー（伸線加工品のメーカー）からはさらなる改良が求められている。そこで本発明の目的は、優れた伸線加工性およびメカニカルデスケーリング性を兼備した熱間圧延線材、およびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成し得た本発明の伸線加工性およびメカニカルデスケーリング性に優れた熱間圧延線材は、
Ｃ：０．６〜１．１％（質量％の意味、以下同じ）、
Ｓｉ：０．１〜０．５％、
Ｍｎ：０．１０〜１．０％、
Ｐ：０．０２０％以下（０％を含まない）、
Ｓ：０．０２０％以下（０％を含まない）、
Ａｌ：０．００５％以下（０％を含まない）、
Ｎ：０．００５％以下（０％を含まない）、及び
Ｏ：０．００３０％以下（０％を含まない）
を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる熱間圧延線材であり、
４ｍ長さの線材において、下記（１）〜（４）の要件を満足するところに要旨を有するものである。
（１）金属組織のパーライトラメラ間隔の平均値：１６０〜２５０ｎｍ
（２）前記パーライトラメラ間隔の標準偏差：６０ｎｍ以下
（３）前記線材表層のスケール厚さの平均値：５〜１５μｍ
（４）前記スケール厚さの最小値：５μｍ以上

本発明の熱間圧延線材は、さらに
（ａ）Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まない）、
（ｂ）Ｃｕ：１．０％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：１．０％以下（０％を含まない）、
（ｃ）Ｍｇ：５ｐｐｍ（質量ｐｐｍの意味、以下同じ）以下（０ｐｐｍを含まない）、Ｃａ：５ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）、及びＲＥＭ：２ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素
を含んでいてもよい。

本発明の熱間圧延線材において、上記線材表層のスケール中にファイヤライト（Ｆｅ₂ＳｉＯ₄）が存在することが好ましい。

また、上記目的を達成し得た本発明に係る熱間圧延線材の製造方法は、
上記成分組成の鋼材を１０００〜１１００℃の温度で１０〜３５分間加熱して熱間圧延し、９００〜１１００℃の温度で仕上圧延した後、９００〜９５０℃の温度域まで水冷して搬送装置上で線材リング状に連続的に巻取り、その後、巻取温度から、６００〜６５０℃の制御温度Ｔ１までの温度域を、２０℃／秒以上の平均冷却速度ＣＲで冷却する際に、リング疎部の平均冷却速度ＣＲｎ及びリング密部の平均冷却速度ＣＲｄが式（１）：
ＣＲｎ／ＣＲｄ≦２．０・・・（１）
の関係を満たすように冷却し、その後、前記制御温度Ｔ１よりも高く且つ７００℃以下の制御温度Ｔ２に線材リングを加熱するところに要旨を有するものである。

本発明の製造方法では、巻取り後の前記冷却工程において、冷媒としてミストまたは蒸気を用い、露点が３０〜８０℃である雰囲気中で線材リングを冷却することが好ましい。

本発明によれば、線材中の成分組成、金属組織のパーライトラメラ間隔、及び線材表面に付着したスケール厚さを適正に制御しているため、優れた伸線加工性およびメカニカルデスケーリング性を兼備した熱間圧延線材が得られる。本発明の熱間圧延線材を用いれば、乾式伸線加工前のメカニカルデスケーリングでスケールを容易に剥離することができる。また、本発明の熱間圧延線材を用いれば、乾式伸線工程での伸線速度の上昇や伸線パス数の減少（１パスあたりの減面率を増大）、乾式伸線前の熱処理の省略が可能になるため、生産性を高めることができ、またダイス寿命の延長を図ることができる。

さらに本発明の製造方法によれば、熱間圧延条件（熱間圧延前の加熱温度および時間、並びに仕上圧延温度）、リング載置条件、リングの冷却条件等を適正に制御しているため、上記のような伸線加工性およびメカニカルデスケーリング性に優れた熱間圧延線材を製造することができる。

以下では、まず本発明において線材の化学成分を定めた理由を説明し、次いで金属組織のパーライトラメラ間隔やスケール厚さなどを定めた理由を説明する。

〈Ｃ：０．６〜１．１％〉
Ｃは鋼材の強度を確保するために必要な元素である。伸線加工後のスチールコード、ビードワイヤなどに必要とされる強度を確保するために、Ｃ量は０．６％以上であることが必要である。一方Ｃ量が過剰であると延性が劣化するので、Ｃ量の上限を１．１％と定めた。Ｃ量は、好ましくは０．６５％以上（より好ましくは０．７０％以上）であり、好ましくは０．９５％以下（より好ましくは、０．８５％以下）である。

〈Ｓｉ：０．１〜０．５％〉
Ｓｉは脱酸および鋼材強化の作用を有する元素である。これらの作用を充分に確保するために、Ｓｉ量は０．１％以上であることが必要である。しかしＳｉ量が過剰になると、線材が高強度化しすぎて伸線加工性が劣化すると共に、脱炭が促進される。そこでＳｉ量を０．５％以下と定めた。Ｓｉ量は、好ましくは０．１５％以上（より好ましくは０．１７％以上）であり、好ましくは０．４％以下（より好ましくは０．３％以下）である。

〈Ｍｎ：０．１０〜１．０％〉
Ｍｎは、脱酸作用、有害元素であるＳをＭｎＳとして固定して無害化させる作用、及び鋼中の炭化物を安定化させる作用を有する元素である。これらの作用を充分に確保するために、Ｍｎ量は０．１０％以上であることが必要である。しかしＭｎ量が過剰であると、偏析や過冷組織が生じて伸線加工性が劣化する。そこでＭｎ量を１．０％以下と定めた。Ｍｎ量は、好ましくは０．１５％以上（より好ましくは０．２０％以上）であり、好ましくは０．９％以下（より好ましくは０．７％以下）である。

〈Ｐ：０．０２０％以下（０％を含まない）〉
Ｐは伸線加工性に有害な元素であり、多過ぎると鋼材の靭延性が劣化する。そこでＰ量の上限を０．０２０％と定めた。Ｐ量は、好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下、更に好ましくは０．００７％以下である。

〈Ｓ：０．０２０％以下（０％を含まない）〉
Ｓは、Ｐと同様に有害元素である。なおＳはＭｎＳに固定して無害化することができるが、Ｓ量が多くなると、ＭｎＳの量及びサイズが増大して、延性が劣化する。そこでＳ量の上限を０．０２０％と定めた。Ｓ量は、好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下、更に好ましくは０．００７％以下である。

〈Ａｌ：０．００５％以下（０％を含まない）〉
Ａｌは脱酸剤として有効であり、さらにＮと結合してＡｌＮを形成することで金属組織の微細化にも寄与する元素である。これらの作用を確保するためにＡｌ量は、好ましくは０．０００２％以上、より好ましくは０．０００５％以上である。しかしＡｌ量が過剰であると、粗大酸化物が生成し、伸線性が劣化する。そこでＡｌ量の上限を０．００５％と定めた。Ａｌ量は、好ましくは０．００２％以下、より好ましくは０．００１％以下である。

〈Ｎ：０．００５％以下（０％を含まない）〉
Ｎは時効硬化によって強度上昇に寄与する元素である。この作用を確保するためにＮ量は、好ましくは０．００１０％以上、より好ましくは０．００１５％以上である。しかしＮ量が過剰であると延性が劣化するため、その上限を０．００５％と定めた。Ｎ量は、好ましくは０．００４％以下、より好ましくは０．００３％以下である。

〈Ｏ：０．００３０％以下（０％を含まない）〉
鋼中のＯ（酸素）量が多すぎると、粗大酸化物が形成されて伸線性が劣化する。そこでＯ量の上限を０．００３０％と定めた。Ｏ量は、好ましくは０．００２％以下、より好ましくは０．００１５％以下である。

本発明の熱間圧延線材の基本成分組成は上記の通りであり、残部は実質的に鉄である。但し原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避不純物が線材中に含まれることは、当然に許容される。さらに本発明の線材は、必要に応じて以下の選択元素を含有していても良い。

〈Ｃｒ：１．５％以下〉
Ｃｒは鋼材の高強度化に有効な元素であり、必要に応じて含有させても良い。Ｃｒ量は、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上である。しかしＣｒ量が過剰であると強度が増大しすぎて伸線加工性が劣化する。そこでＣｒ量の上限を１．５％と定めた。Ｃｒ量は、好ましくは１．０％以下、より好ましくは０．５％以下である。

〈Ｃｕ：１．０％以下および／またはＮｉ：１．０％以下〉
Ｃｕ及びＮｉは、表層部の脱炭を抑制する作用、及び耐食性を高める作用を有する元素であり、必要に応じて添加する。これらは単独で添加しても良いし、併用しても良い。Ｃｕ量及びＮｉ量は、それぞれ、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上である。

しかしＣｕ量及びＮｉ量が過剰であると、過冷組織が形成されて伸線加工性に悪影響を及ぼす。またＣｕ量が過剰であると、伸線加工性の劣化に加えて、熱間加工時に割れが発生し易くなる。そこでＣｕ量及びＮｉ量を、それぞれ１．０％以下（好ましくは０．５％以下、より好ましくは０．２５％以下）と定めた。

〈Ｍｇ：５ｐｐｍ以下、Ｃａ：５ｐｐｍ以下、およびＲＥＭ：２ｐｐｍ以下の少なくとも一種〉
Ｍｇ、Ｃａ及びＲＥＭ（希土類元素）は、酸化物を軟質化させて伸線加工性を向上させる作用を有する元素であり、必要に応じて添加する。本発明において「希土類元素」とは、ランタノイド元素（ＬａからＬｎまでの１５元素）およびＳｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）を含む意味である。これらは単独で添加しても良いし、併用しても良い。Ｍｇ量は、好ましくは０．５ｐｐｍ以上、より好ましくは１．０ｐｐｍ以上であり、Ｃａ量は、好ましくは１ｐｐｍ以上、より好ましくは２ｐｐｍ以上であり、ＲＥＭ量は、好ましくは０．２ｐｐｍ以上、より好ましくは０．５ｐｐｍ以上である。

しかしＭｇ量、Ｃａ量及びＲＥＭ量が過剰であると、酸化物の性質が変化して、却って伸線加工性が劣化する。そこでＭｇ量及びＣａ量を、それぞれ５ｐｐｍ以下（好ましくは４ｐｐｍ以下）、ＲＥＭ量を２ｐｐｍ以下（好ましくは１．５ｐｐｍ、より好ましくは０．５ｐｐｍ以下）と定めた。

次に、線材の金属組織および表面に付着したスケール厚さについて説明する。本発明の熱間圧延線材は、４ｍ長さの線材において、（１）金属組織のパーライトラメラ間隔の平均値：１６０〜２５０ｎｍ、（２）前記パーライトラメラ間隔の標準偏差：６０ｎｍ以下、（３）前記線材表層のスケール厚さの平均値：５〜１５μｍ、及び（４）前記スケール厚さの最小値：５μｍ以上を満足していることが必要である。このように本発明では、連続した４ｍ長さの線材をサンプリングし、上記（１）〜（４）の物理的特性を「伸線加工性およびメカニカルデスケーリング性の非常に優れた熱間圧延線材」を得るための指標の一つとして定めている。

ここで、サンプリング長さを４ｍ（概ね線材リング一周の長さに相当する）に設定した理由は、線材リング全体の特性を推定するためには、４ｍ長さが最小限必要であるという実験結果に基づくものである。これよりも短いと誤差が生じ易く、これよりも長いと実用的でない。具体的には線材リング全体のうち、任意に連続した４ｍ長さの線材から、５００ｍｍ長さのカットサンプルに分割し、８本（ｎ＝８）採取したときの各特性値を測定すればよい。金属組織およびスケール厚さは、分割したカットサンプル（線材）の横断面を観察する。

（１）金属組織のパーライトラメラ間隔の平均値：１６０〜２５０ｎｍ、および（２）上記パーライトラメラ間隔の標準偏差：６０ｎｍ以下
熱間圧延線材の伸線加工性の向上を図るには、パーライトラメラ間隔の平均値を１６０〜２５０ｎｍに制御することが有効である。

伸線速度を上昇させたり、ダイス１パスあたりの減面率を増大させると、ボイドが発生したり、線材及びダイスの温度が上昇するために、断線（縦割れ・せん断割れ）が発生しやすくなる。また温度上昇はダイス寿命の低下につながる。この温度上昇は線材の金属組織及びその強度に影響を受ける。そしてパーライトラメラ間隔が大きいほど、線材強度が低く、伸線加工中の温度上昇（加工発熱）を低く抑えられると考えられる。そこで本発明では下記実施例に示すデータから、パーライトラメラ間隔の平均値を１６０ｎｍ以上と定めた。この間隔は好ましくは１７０ｎｍ以上、より好ましくは１８０ｎｍ以上、更に好ましくは２００ｎｍ以上である。

しかしパーライトラメラ間隔が大きすぎると、却って伸線加工性が劣化する。これは線材の延性が低下し、伸線加工中にボイドが発生し易くなるためであると考えられる。本発明では下記実施例に示すデータから、パーライトラメラ間隔の平均値を２５０ｎｍ以下と定めた。この間隔は、好ましくは２４０ｎｍ以下、より好ましくは２３０ｎｍ以下である。

更に、パーライトラメラ間隔の標準偏差を６０ｎｍ以下に抑えることによって、ダイス寿命を向上させることができる。これは、パーライトラメラ間隔のばらつき（標準偏差）を抑えることによって、加工歪分布の不均一性が減少し、温度上昇のばらつきが抑えられたためであると考えられる。パーライトラメラ間隔の標準偏差は、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは４０ｎｍ以下、更に好ましくは３０ｎｍ以下である。

（３）前記線材表層のスケール厚さの平均値：５〜１５μｍ、及び（４）前記スケール厚さの最小値：５μｍ以上
熱間圧延線材の伸線加工性（ダイス寿命）を一層高め、良好なメカニカルデスケーリング性を確保するためには、スケール厚さを適切に制御することが必要である。メカニカルデスケーリング後に線材表面に残留するスケールは、ダイス欠損や潤滑不良による摩耗の原因となり、ダイス寿命に悪影響を及ぼすからである。

メカニカルデスケーリング性はスケールが厚いほど良好であるが、スケールが厚くなりすぎると、運搬中にスケールが剥離して薄スケールの生成や発錆を招き、メカニカルデスケーリング性が劣化する。一方、スケールが薄すぎても同様に、運搬中にスケールが剥離してメカニカルデスケーリング性が劣化すると考えられる。そこでスケール厚さについて検討を続けたところ、表層のスケール厚さの平均値を５μｍ以上（好ましくは７μｍ以上、より好ましくは９μｍ以上）、１５μｍ以下（好ましくは１３μｍ以下、より好ましくは１１μｍ以下）の範囲内に制御することによって、優れたメカニカルデスケーリング性を実現し、且つ薄スケールの生成や発錆を防止できることを見出した。

また、上記と同様の観点から、スケール厚さの最小値を５μｍ以上（好ましくは６μｍ以上、より好ましくは７μｍ以上、更に好ましくは８μｍ以上）と定めた。スケール厚さの最小値の上限は特に限定されないが、おおむね、１３μｍ（より好ましくは１１μｍ）に定めた。

なお、本発明では、上記のように線材のパーライトラメラ間隔および表面に付着したスケール厚さを規定したところに特徴があり、例えば、組織の構成は特に限定さない。本発明線材は、例えば、以下に記載の方法によって得られるが、パーライトを約８５面積％以上含有し、残部組織（製造過程で不可避的に生成される組織）は、フェライト、ベイナイト、マルテンサイトなどである。これらの残部組織は少ない程良く、例えば、フェライトは約１５面積％以下（より好ましくは１０面積％以下）であることが好ましく、ベイナイトやマルテンサイトは合計で３面積％以下（より好ましくは０面積％）であることが好ましい。

また、本発明の熱間圧延線材では、線材表層のスケール中にファイヤライト（Ｆｅ₂ＳｉＯ₄）が存在することが好ましく、これにより、メカニカルデスケーリング性が一層高められる。通常、本発明のようなＳｉ含有鋼では、Ｓｉがスケールと地鉄の界面または結晶粒界で酸化され、低融点酸化物のファイヤライトを含むスケールが形成されるが、このスケールは、地鉄に強固に密着し、剥離が困難なため、メカニカルデスケーリング性を阻害すると考えられていた。しかしながら、本発明の製造方法によれば、ファイヤライト層を形成させることでメカニカルデスケーリング性を向上できることが、本発明者らの検討結果により判明した。その理由は、地鉄／スケール界面に均一に生成したファイヤライトが、運搬中のスケール剥離を抑制し、薄スケールや錆の発生を防止するためと考えられる。

次に、図１を参照しながら、本発明の熱間圧延線材の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、上記成分組成の鋼材を１０００〜１１００℃の温度で１０〜３５分間加熱して熱間圧延し、９００〜１１００℃の温度で仕上圧延した後、９００〜９５０℃の温度域まで水冷して搬送装置上で線材リング状に連続的に巻取り、その後、巻取温度（９００〜９５０℃）→６００〜６５０℃の制御温度Ｔ１までの温度域を、２０℃／秒以上の平均冷却速度ＣＲで冷却する際に、リング疎部の平均冷却速度ＣＲｎ及びリング密部の平均冷却速度ＣＲｄが式（１）：
ＣＲｎ／ＣＲｄ≦２．０・・・（１）
の関係を満たすように冷却し、その後、制御温度Ｔ１よりも高く且つ７００℃以下の制御温度Ｔ２に線材リング（リング状の線材）を加熱することを特徴とする。

なお、図１では、加熱→仕上圧延の温度域について、一旦、仕上圧延温度よりも低い温度まで温度を下げた後、仕上圧延温度まで加熱するヒートパターンを示しているが、本発明はこれに限定する趣旨ではなく、加熱→仕上圧延までの温度域を、連続的に低下させても良い。本発明では、上述したように加熱温度、仕上圧延温度、巻取温度、制御温度（Ｔ１、Ｔ２）、巻取温度→Ｔ１までの平均冷却速度ＣＲおよび（ＣＲｎ／ＣＲｄ）を適切に制御することが重要であって、本発明の効果を損なわない範囲で、他の工程を適宜変更する態様も本発明の範囲内に包含される。

熱間圧延前の加熱温度が１０００℃未満では加熱が不十分であり、圧延後のスケール厚さも低減する。一方、この温度が１１００℃を超えるとスケール厚さが過剰になることに加えて、表層脱炭域が広くなるという問題も生じる。好ましい加熱温度は１０２０℃以上１０８０℃以下である。また熱間圧延前の加熱時間が長すぎるとスケール厚さが過剰になる。そこでこの上限を３５分と定めた。一方、加熱時間が短すぎると鋼材を充分に加熱できない。そこでこの下限を１０分と定めた。好ましい加熱時間は１５分以上３０分以下であり、より好ましくは１７分以上２５分以下である。

仕上圧延温度が低すぎると、表層脱炭が促進されると共に、スケール厚さが薄くなりメカニカルデスケーリング性が劣化する。そこで仕上圧延温度の下限を９００℃と定めた。一方、この温度が１１００℃を超えると、鋼材の焼入性が高くなってパーライトラメラ間隔が狭くなり、伸線加工性が劣化する。好ましい仕上圧延温度は９５０℃以上１０５０℃以下であり、より好ましくは９７０℃以上１０３０℃以下である。

仕上圧延後に線材を９００〜９５０℃に水冷してから、線材リング状に連続的に巻取って搬送装置（コンベア等）に載置する。この巻取温度（９００〜９５０℃）は、その後の変態制御とスケール制御のために管理する。巻取温度が９００℃を下回ると、表層スケール厚さが薄くなりメカニカルデスケーリング性が劣化する。一方、巻取温度が９５０℃を超えると、スケール厚さが厚くなりすぎると共に、鋼線材の焼入性が高くなってパーライトラメラ間隔が狭くなり、伸線加工性が劣化する。好ましい巻取温度は９０５℃以上９４０℃以下であり、より好ましくは９１０℃以上９３０℃以下である。

上記巻取温度で搬送装置に載置してから、線材リングを２０℃／秒以上（好ましくは２５℃／秒以上、より好ましくは３０℃／秒以上、更に好ましくは３５℃／秒以上）の平均冷却速度ＣＲで冷却することによって、金属組織（結晶粒）を均一に微細化し、粗大粒の発生を防止できる。ここで、「ＣＲ」は、巻取温度から、６００〜６５０℃の制御温度Ｔ１までの温度域（巻取温度→Ｔ１）の平均冷却速度を意味する。後記する実施例では、リング疎部の平均冷却速度ＣＲｎとリング密部の平均冷却速度の両方が、２０℃／秒以上のものを、「ＣＲ≧２０℃／秒」と評価している。しかしこのＣＲが速すぎると、線材内の冷却速度のばらつきが大きくなり易い。従ってこのＣＲ（特に冷却され易いリング疎部の平均冷却速度ＣＲｎ）を、好ましくは１００℃／秒以下、より好ましくは８０℃／秒以下、更に好ましくは６０℃／秒以下、更により好ましくは５０℃／秒以下にするのがよい。

圧延線材は、搬送装置（コンベア等）で非同心リング状態で搬送されるため、リング中央部が疎となり、リング端部が密になる（図２）。そのためリング疎部とリング密部とでは冷却速度にむらが生じ、線材の機械的性質（強度など）やスケール付着量にばらつきが生じる。そこでこれらのばらつきを抑制するために、冷却されにくいリング密部の平均冷却速度ＣＲｄを、リング疎部の平均冷却速度ＣＲｎにできるだけ近づけることが重要である。この両者の比であるＣＲｎ／ＣＲｄが２．０を超えると、リング疎部と密部との間で充分な均一性を保つことができず、良好な伸線加工性とメカニカルデスケーリング性の兼備という本発明の目的を達成できない。好ましいＣＲｎ／ＣＲｄは０．５以上１．８以下であり、より好ましくは０．７以上１．５以下である。
なお、ＣＲｎおよびＣＲｄの好ましい範囲は、それぞれ、以下のとおりである：
ＣＲｎ：好ましくは３０℃／秒以上７０℃／秒以下、より好ましくは３２℃／秒以上
６０℃／秒以下、更に好ましくは３５℃／秒以上５５℃／秒以下
ＣＲｄ：２５℃／秒以上５０℃／秒以下、より好ましくは２７℃／秒以上
４５℃／秒以下、更に好ましくは３０℃／秒以上４０℃／秒以下。

ＣＲｎ／ＣＲｄは、リング疎部よりも冷却速度が遅くなるリング密部に多くの風やミストを吹き付けたり、リング密部が載置される部位の搬送装置下面を水冷したりすることで調整できる。

上記のような平均冷却速度ＣＲ並びにリング疎部および密部の平均冷却速度の比ＣＲｎ／ＣＲｄで、線材リングを６００〜６５０℃の制御温度Ｔ１まで冷却する。６００℃未満にまで冷却した場合、パーライトラメラ間隔が小さくなり過ぎ、逆に６５０℃を超えると、パーライトラメラ間隔が大きくなり過ぎる。好ましい制御温度Ｔ１は６１０℃以上６４０℃以下であり、より好ましくは６１５℃以上６３５℃以下、更に好ましくは６２０℃以上６３０℃以下である。

上記のようにして線材リングを制御温度Ｔ１まで冷却してから、引き続いて、Ｔ１よりも高く且つ７００℃以下の制御温度Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２≦７００℃）に再加熱することで、熱間圧延線材のパーライトラメラ間隔を有意に増加させることができる。このＴ２がＴ１よりも低いと、パーライトラメラ間隔が不充分であり、一方Ｔ２が７００℃を超えると、パーライトラメラ間隔が増大しすぎると共に、そのばらつき（標準偏差）も増大し、伸線加工性が劣化する。好ましいＴ２は６５０℃以上６９０℃以下であり、より好ましくは６６０℃以上６８０℃以下である。

上述した本発明の製造方法において、巻取後の冷却工程で、冷媒としてミストまたは蒸気を用い、露点が３０〜８０℃（好ましくは４０〜７０℃）である雰囲気中で線材リングを冷却することが、熱間圧延線材のメカニカルデスケーリング性をさらに向上させるために有効である。露点を上記範囲に制御することによって、スケール厚さの平均値を所定範囲内に維持しながら、スケール厚さの最小値を増加させる。更に露点制御によって、スケールと地鉄界面にファイヤライトを均一に生成させることができ、メカニカルデスケーリング性をさらに向上させることができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、上記・下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勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

表１に示す化学組成の鋼を溶製し、表２及び３に示す条件で直径５．５ｍｍの熱間圧延線材を製造した。なおリング疎部および密部の平均冷却速度（ＣＲｎおよびＣＲｄ）は、リング疎部および密部に吹き付ける風量、或いは吹き付けるミスト又は蒸気量を調整することによって制御した。表１中、ＲＥＭはＣｅを使用した。

製造した熱間圧延線材のパーライトラメラ間隔の平均値および標準偏差、並びにスケール厚さの平均値および最小値を下記のようにして測定した。結果を表４及び５に示す。

〈パーライトラメラ間隔の測定〉
４ｍ長さの線材から、５００ｍｍ長さのカットサンプルを８本採取する。８本のカットサンプルの任意の位置から横断面が観察できるように切断片を採取し、切断片を樹脂に埋め込み、鏡面研磨した８個の試料を作製する。次いでピクラールでエッチングして、組織を現出させ、８個の観察用試料を完成する。ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察倍率２０００〜７０００倍にて、Ｄ／４位置（Ｄ：線材の直径）で、１試料あたり５視野以上観察する。そして１試料あたり２０箇所以上のコロニーからラメラ間隔を測定する。ラメラ間隔は、ラメラに直角に線を引いて、ラメラの本数で線分長さを割ることで求める。このようにして合計１６０箇所以上のコロニーから求めたラメラ間隔の値から、ラメラ間隔の平均値および標準偏差を算出する。

〈スケール厚さの測定〉
上記「パーライトラメラ間隔の測定」と同様にして、鏡面研磨した８個の試料を作製する。観察倍率２０００倍でＳＥＭを用いて、表層部で１試料あたり４箇所観察する。このようにして合計３２箇所の表層部から求めたスケール厚さの値から、最小値を定め、平均値を算出する。

〈ファイヤライトの有無〉
線材表層のスケールの一部をサンプリングし、Ｘ線分析によって線材スケール組成の体積比を測定し、ファイヤライトの存在の有無を確認した。Ｘ線分析の結果、ファイヤライトが０．５体積％以上と算出された場合にファイヤライト有、０．５体積％未満の場合はファイヤライト無と判別した。

直径５．５ｍｍの熱間圧延線材を、メカニカルデスケーリングしてから伸線条件１〜３で伸線加工して、直径０．９５ｍｍの鋼線を製造した。このときの熱間圧延線材のメカニカルデスケーリング性（ＭＤ性）、断線の有無およびダイス寿命を評価した。結果を表４及び５に示す。

〈伸線条件〉
伸線条件１：ダイス数：１８個、最終伸線速度：１０００ｍ／分
伸線条件２：ダイス数：１８個、最終伸線速度：１１００ｍ／分
伸線条件３：ダイス数：１５個、最終伸線速度：１１００ｍ／分

〈メカニカルデスケーリング性（ＭＤ性）の評価〉
上記伸線条件ごとに、メカニカルデスケーリング機を通した後の線材の外観から、ＭＤ性を下記基準によって評価した。
◎：スケール残りがほとんど無し
○：スケール残りがわずかに有り
△：スケール残りの多い部分がある
×：スケール残りが全体的に多い

〈断線の評価〉
上記伸線条件ごとに、断線の有無を評価した。

〈ダイス寿命の評価〉
上記伸線条件ごとに、伸線後のダイスの外観（摩耗、キズ、割れ）から、ダイス寿命を下記基準によって評価した。
◎：ダイスの摩耗、キズ無し
○：ダイスの摩耗が多少有り
△：ダイスの摩耗が多い
×：ダイス割れ

表４及び５に示す結果から、本発明の製造方法の要件を満たして製造した線材Ｎｏ．１〜１０、１８、２０、２６〜３０、３５〜３９、４４、４６、５１、５２、５６及び５７は、いずれも断線しにくく、ＭＤ性およびダイス寿命に優れていることが分かる。特に露点が３０〜８０℃である雰囲気中で巻取り後の線材リングを冷却して製造した線材Ｎｏ．６〜８、Ｎｏ．２８〜３０、及び３６〜３９は、いずれも、線材表層のスケール中にファイヤライトが確認され、スケール厚さも高くなった例であるが、ＭＤ性が良好（◎）であり、最も過酷な伸線条件３でもダイス寿命が良好（○）である。

一方、本発明の要件を満たさない線材は、断線が起こりやすく、またＭＤ性やダイス寿命も不充分である。詳しくは成分組成の要件を満たさない線材Ｎｏ．１７、１９、４１〜４３、４５、５０、５３〜５５及び５８は、最も緩やかな伸線条件１でも断線が発生した。また熱間圧延前の加熱時間および温度、仕上圧延温度、巻取り温度、冷却速度（ＣＲ及びＣＲｎ／ＣＲｄ）並びに制御温度Ｔ１及びＴ２のいずれかの要件を満たさない方法で製造した線材Ｎｏ．１１〜１６、２１〜２５、３１〜３４、４０及び４７〜４９は、パーライトラメラ間隔の平均値および標準偏差、並びにスケール厚さの平均値および最小値のいずれかが本発明の要件を満たさず、ＭＤ性やダイス寿命が不充分である。このうちＮｏ．１５および２２は、ファイヤライトが存在するが、パーライトラメラ間隔が微細で、スケール厚さもＮｏ．６〜８、２８〜３０、３６〜３９に比べて薄いため、ＭＤ性は○（スケール残りがわずかに有り）にとどまるうえ、ダイス寿命が悪い。

本発明の製造方法の製造パターンの一例を示す概略図である。リング疎部及びリング密部を説明するための概略図である。

Claims

Ｃ：０．６〜１．１％（質量％の意味、以下同じ）、
Ｓｉ：０．１〜０．５％、
Ｍｎ：０．１０〜１．０％、
Ｐ：０．０２０％以下（０％を含まない）、
Ｓ：０．０２０％以下（０％を含まない）、
Ａｌ：０．００５％以下（０％を含まない）、
Ｎ：０．００５％以下（０％を含まない）、及び
Ｏ：０．００３０％以下（０％を含まない）
を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる熱間圧延線材であり、
４ｍ長さの線材において、下記（１）〜（４）の要件を満足することを特徴とする伸線加工性およびメカニカルデスケーリング性に優れた熱間圧延線材。
（１）金属組織のパーライトラメラ間隔の平均値：１６０〜２５０ｎｍ
（２）前記パーライトラメラ間隔の標準偏差：６０ｎｍ以下
（３）前記線材表層のスケール厚さの平均値：５〜１５μｍ
（４）前記スケール厚さの最小値：５μｍ以上
さらにＣｒ：１．５％以下（０％を含まない）を含むものである請求項１に記載の熱間圧延線材。
さらにＣｕ：１．０％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：１．０％以下（０％を含まない）を含むものである請求項１又は２に記載の熱間圧延線材。
さらにＭｇ：５ｐｐｍ（質量ｐｐｍの意味、以下同じ）以下（０ｐｐｍを含まない）、Ｃａ：５ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）、及びＲＥＭ：２ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含むものである請求項１〜３のいずれかに記載の熱間圧延線材。
前記線材表層のスケール中にファイヤライト（Ｆｅ₂ＳｉＯ₄）が存在する請求項１〜４のいずれかに記載の熱間圧延線材。
請求項１〜４のいずれかに記載の成分組成の鋼材を１０００〜１１００℃の温度で１０〜３５分間加熱して熱間圧延し、９００〜１１００℃の温度で仕上圧延した後、
９００〜９５０℃の温度域まで水冷して搬送装置上で線材リング状に連続的に巻取り、その後、
巻取温度から、６００〜６５０℃の制御温度Ｔ１までの温度域を、２０℃／秒以上の平均冷却速度ＣＲで冷却する際に、リング疎部の平均冷却速度ＣＲｎ及びリング密部の平均冷却速度ＣＲｄが式（１）：
ＣＲｎ／ＣＲｄ≦２．０・・・（１）
の関係を満たすように冷却し、その後、
前記制御温度Ｔ１よりも高く且つ７００℃以下の制御温度Ｔ２に線材リングを加熱することを特徴とする伸線加工性およびメカニカルデスケーリング性に優れた熱間圧延線材の製造方法。
巻取り後の前記冷却工程において、冷媒としてミストまたは蒸気を用い、露点が３０〜８０℃である雰囲気中で線材リングを冷却する請求項６に記載の製造方法。