JP5215720B2

JP5215720B2 - 鋼線材

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Publication number: JP5215720B2
Application number: JP2008117331A
Authority: JP
Inventors: 実佳子武田; 昌平中久保; 隆大西; 益美西村; 英典酒井; 知忠丸尾
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-04-28
Also published as: JP2009263750A; EP2113580A1; CN101570817B; US8092916B2; CN101570817A; KR101103233B1; US20090269578A1; EP2113580B1; KR20090113765A

Description

本発明は、鋼線材に関する技術分野に属するものであり、特には、熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時（保管時、搬送時）にはスケール密着性が良く（スケール剥離し難く）、メカニカルデスケーリング時にはスケール剥離性が良い鋼線材に関する技術分野に属するものである。

熱間圧延により製造された鋼線材（以降、線材ともいう）の表面にはスケールが形成されており、線材の二次加工の伸線等に先立ち形成されたスケールを除去することが必要である。近年、線材の伸線加工においては、公害問題やコスト低減の観点から、スケール除去法としては、バッチ酸洗法から、メカニカルデスケーリング法にかわりつつある。そのため、線材としてはメカニカルデスケーリング（以下、ＭＤともいう）によりスケールが容易に剥離する線材、即ち、ＭＤ性の良好なスケール特性を備えた線材の開発が望まれている。

このような観点から、ＭＤ性の良好なスケール性状を有する線材の製造方法として、下記技術が開示されている。
(1) スケールのFeO 比率を高め、もしくは、Fe₃O₄比率を低くしてスケール厚みを厚くし、線材の残留スケール量を低減する方法（特開平4-293721号公報、特開平11-172332 号公報）。
(2) スケールの食い込みによるアンカー効果を防止するため、界面粗度を低減する方法（特開平8-295992号公報）。
(3) スケール内に気孔を含有させて、スケールの強度を低下させ、スケールの剥離性を改善する方法（特開平10-324923 号公報、特開2006-28619号公報）。
特開平4-293721号公報特開平11-172332 号公報特開平8-295992号公報特開平10-324923 号公報特開2006-28619号公報

しかしながら、このような従来技術では、以下の課題があり、十分な方法とはいえなかった。

特開平4-293721号公報や特開平11-172332 号公報に記載の方法では、スケールを厚く形成するために歩留まりの低下を引き起こす。また、ＭＤ法により線材に曲げ歪を加え、さらに表面のブラッシングを行っても完全にスケールを除去することは困難であり、バッチによる酸洗と異なり、表面全体を均一に且つ安定的にスケールの除去処理を行うことが難しく、線材の表面に微細に砕けたスケール粉が点在する場合がある。この局部的に取り残した残留スケールが多くなると、伸線工程において潤滑不良により疵が発生したり、ダイス寿命が劣化するなどの問題を引き起こし、必ずしも十分な方法ではなかった。

界面粗度を低減してＭＤ性を向上させる方法（特開平8-295992号公報記載の技術）については、界面粗度を目標以下に安定して得るのが困難で、安定的にスケールの除去処理を行うことが困難である。

スケール中に気孔を含有させる方法（特開平10-324923 号公報や特開2006-28619号公報に記載の技術）についても、気孔を安定的にスケール中に導入するのが困難であり、安定的にスケールの除去処理を行うことが難しい。

また、これらの従来技術では、冷却中に発生する圧縮応力によるスケール剥離を全く考慮しておらず、熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時（保管時、搬送時）にスケールが剥離してしまい、ＭＤ前に線材に錆びが発生するという問題を抱えていた。

本発明は、このような事情に着目してなされたものであって、その目的は、熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時にはスケールが剥離しにくく、メカニカルデスケーリング時にはスケール剥離性が良くてメカニカルデスケーリング性に優れている鋼線材を提供しようとするものである。

本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。本発明によれば上記目的を達成することができる。

このようにして完成され上記目的を達成することができた本発明は、鋼線材に係わり、特許請求の範囲の請求項１〜８記載の鋼線材（第１〜８発明に係る鋼線材）であり、それは次のような構成としたものである。

即ち、請求項１記載の鋼線材は、Ｃ：0.05〜1.2質量％、Si：0.01〜0.50質量％、Mn：0.1〜1.5質量％、Ｐ：0.02質量％以下（０％を含む）、Ｓ：0.02質量％以下（０％を含む）、Ｎ：0.005質量％以下（０％を含む）を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼の表面に、内層スケールと外層スケールとより成るスケールが形成された鋼線材であって、前記内層スケールとしてランダムな方位を有する微細結晶粒からなるFeＯ層が形成され、前記内層スケールのFeＯ層と鋼の界面に厚み：0.01〜1.0μm のFe₂SiO₄ 層が形成され、前記内層スケールの厚みがスケール全体厚みの１〜40％であり、前記外層スケールの内層スケール側にＦｅＯ層が形成され、前記内層スケールを構成するFeＯ層全体に占める｛１００｝方位の割合が１０％以下であると共に、前記外層スケールを構成する全結晶粒に占める｛１００｝方位を有するFeＯ結晶粒の割合が２０％以上であることを特徴とする鋼線材である〔第１発明〕。

請求項２記載の鋼線材は、前記内層スケールの結晶粒の最大粒径が5.0 μm 以下、平均粒径が2.0 μm 以下である請求項１記載の鋼線材である〔第２発明〕。

請求項３記載の鋼線材は、前記鋼がCr：0.3 質量％以下（０％を含まず）および／またはNi：0.3 質量％以下（０％を含まず）を更に含有する請求項１または２記載の鋼線材である〔第３発明〕。請求項４記載の鋼線材は、前記鋼がCu：0.2 質量％以下（０％を含まず）を更に含有する請求項１〜３のいずれかに記載の鋼線材である〔第４発明〕。請求項５記載の鋼線材は、前記鋼が４Ａ族元素の１種以上：合計で0.1 質量％以下（０％を含まず）を更に含有する請求項１〜４のいずれかに記載の鋼線材である〔第５発明〕。請求項６記載の鋼線材は、前記鋼がＢ：0.0001〜0.005 質量％を更に含有する請求項１〜５のいずれかに記載の鋼線材である〔第６発明〕。請求項７記載の鋼線材は、前記鋼がAl：0.1 質量％以下（０％を含まず）を更に含有する請求項１〜６のいずれかに記載の鋼線材である〔第７発明〕。請求項８記載の鋼線材は、前記鋼がCa：0.01質量％以下（０％を含まず）及び／またはMg：0.01質量％以下（０％を含まず）を更に含有する請求項１〜７のいずれかに記載の鋼線材である〔第８発明〕。

本発明に係る鋼線材は、熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時にはスケールが剥離しにくく、メカニカルデスケーリング時にはスケール剥離性が良くてメカニカルデスケーリング性に優れている。従って、本発明に係る鋼線材によれば、熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時のスケール剥離（地鉄表面の露出）による錆の発生が抑制されて錆が発生しにくくなると共に、メカニカルデスケーリングによるスケール除去を良好に行うことができるようになる。

鋼線材の製造プロセスにおける熱間圧延後の冷却過程においては、地鉄とスケールの熱膨張量の差に基づいて生じる圧縮応力がスケール内に発生し、冷却途中やコイル保管・搬送時にスケールが自然に剥離してしまい、錆の発生原因となっている。また、伸線を実施する前にＭＤ（メカニカルデスケーリング）法でスケールを除去するが、スケールが残存するとダイス寿命を劣化させるため、プロセス途中や保管・搬送時には剥離せず、ＭＤ時には剥離しやすいスケール性状を有する鋼線材が望まれている。

ＭＤ法は線材に歪を与えてスケール内あるいは線材とスケールの界面に亀裂を形成してスケールを剥離させる方法であり、従来のスケールの物性値としては、スケール組成として FeO比率が管理されている。これは、 FeOの強度が Fe₂O₃、Fe₃O₄に比べて低いことから、より多くの FeOを有するスケール組成が有利とされているためである。しかし、 FeO比率を高めるためには一般には高温で二次スケールを形成する必要があり、スケールが厚くなって、スケールロスが多くなる。このため、薄くて且つ高FeO 比率のスケール性状という相反する特性を両立させることは極めて困難であった。

しかしながら、本発明者らはスケール性状とスケールの密着性およびＭＤによるスケール剥離性との関係について鋭意詳細な検討を行った結果、内層スケールとしてランダムな結晶方位を有し、微細結晶粒からなる FeO（ウスタイト）層を生成させるとスケールの剥離力が高まってＭＤ時に歪を与えると容易に剥離し、さらに内層スケールと鋼材の界面部に Fe₂SiO₄（ファイアライト）層を形成させると、熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時にはスケールが剥離しないことを見出した。

即ち、ランダムな結晶方位を有し、微細結晶粒からなる FeO層を内層（地鉄内）に形成させた場合、ＭＤ時に歪を与えると、地鉄／スケール界面の脆いファイアライトから亀裂が発生して、 FeO層自体も強度が弱いためにスケール層が容易に破壊され、比較的大きい箔状スケールとなって剥離する。従って、線材の表面に微細に砕けたスケール粉が残らないため、伸線工程において潤滑不良により疵が発生したり、ダイス寿命が劣化するなどの問題を引き起こすこともない。また、ファイアライトはスケールの密着性を上げるため、熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時にはスケールが剥離しないという利点もある。本発明者らは鋭意検討をした結果、以上のような知見を得た。

本発明は、以上のような知見に基づき完成されたものであり、鋼線材に係わる。このようにして完成された本発明に係る鋼線材は、前述のように、Ｃ：0.05〜1.2 質量％、Si：0.01〜0.50質量％、Mn：0.1 〜1.5 質量％、Ｐ：0.02質量％以下（０％を含む）、Ｓ：0.02質量％以下（０％を含む）、Ｎ：0.005 質量％以下（０％を含む）を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼の表面に、内層スケールとしてランダムな方位を有する微細結晶粒からなるFeＯ層が形成され、前記内層スケールのFeＯ層と鋼の界面に厚み：0.01〜1.0 μm のFe₂SiO₄層が形成され、前記内層スケールの厚みがスケール全体厚みの１〜40％であることを特徴とする鋼線材である〔第１発明〕。

本発明に係る鋼線材は、以上のような知見等からわかるように、熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時にはスケールが剥離しにくく、ＭＤ（メカニカルデスケーリング）時にはスケール剥離性が良くてＭＤ性に優れている。従って、本発明に係る鋼線材によれば、熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時のスケール剥離（地鉄表面の露出）による錆の発生が抑制されて錆が発生しにくくなると共に、ＭＤによるスケール除去を良好に行うことができるようになる。

即ち、本発明に係る鋼線材は、ファイアライト層がスケール層全体の密着性を高めると共に、ＭＤ時には強度の弱い内層スケールから優先的に破壊されるため、スケールが効率的に除去でき、耐錆性とＭＤ性を両立できる。このようにスケール層全体の密着性がよいので、熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時のスケールの自然剥離が抑制される。また、ＭＤ性に優れているので、ＭＤ時にはスケール剥離しやすく、また、スケールが薄くても、剥離性を良くでき、スケールロスが少ないため、歩留まりを高く維持できる。更に、ＭＤ時のスケール剥離が容易であるためにデスケーリング装置が簡便なもので十分な剥離性が確保でき、スケールの取り残しによる線材表面疵や潤滑不良が起こり難くなり、線材二次メーカーで安定した伸線状態が得られ、品質の高い鋼線を製造することが可能となる。

本発明に係る鋼線材の鋼の成分上の数値限定理由（各成分の含有量限定の理由）、および、好ましい含有量等について、以下説明する。

〔Ｃ：0.05〜1.2 ％〕
Ｃは鋼の機械的性質を決定する主要元素である。鋼線材の必要強度確保のためには、Ｃ量は少なくとも0.05質量％（重量％）含有する必要がある。一方、Ｃ量が過多になると線材製造時の熱間加工性が劣化するので、熱間加工性を考慮して上限を1.2 ％とする。従って、Ｃ：0.05〜1.2 質量％（以下、％ともいう）とする。

〔Si：0.01〜0.50％〕
Siは鋼の脱酸のために必要な元素であり、Si含有量が少なすぎる場合は、 Fe₂SiO₄（ファイアライト）の生成が不充分となるため、下限を0.01％とする。一方、Siは過剰に添加すると、Fe₂SiO₄(ファイアライト）が過剰生成し、Fe₂SiO₄層の厚みが1.0 μm 超となるため、メカニカルデスケーリング性が著しく劣化するほか、表面脱炭層の生成などの問題が生じるため、上限を 0.5％とする。従って、Si：0.01〜0.5 ％とする。

〔Mn：0.1 〜1.5 ％〕
Mnは鋼の焼入れ性を確保し、強度を高めるのに有用な元素である。このような作用を有効に発揮させるには 0.1％以上添加することが必要である。ただし、過剰に添加すると、熱間圧延後の冷却過程で偏析を起こし、伸線加工性に有害なマルテンサイト等の過冷組織が発生しやすくなるため、1.5 ％以下にすることが必要である。従って、Mn：0.1 〜1.5 ％とする。

〔Ｐ：０〜0.02％〕
Ｐは鋼の靭性・延性を劣化させる元素であり、伸線工程等における断線を防止するためにＰ量の上限を0.02％とすることが必要である。従って、Ｐ含有量：0.02％以下（０％を含む）とする。好ましくはＰ含有量：0.01％以下であり、更に好ましくはＰ含有量：0.005 ％以下である。

〔Ｓ：０〜0.02％〕
ＳもＰと同様、鋼の靭性・延性を劣化させる元素であり、伸線やその後の撚り工程における断線を防止するためにＳ量の上限を0.02％とすることが必要である。従って、Ｓ含有量：0.02％以下（０％を含む）とする。好ましくはＳ含有量：0.01％以下、更に好ましくはＳ含有量：0.005 ％以下である。

〔Ｎ：０〜0.005 ％〕
Ｎは線材の靭性、延性を劣化させるため、Ｎ含有量：0.005 ％以下（０％を含む）とする。

なお、ＭＤ性や強度等の特性を更に向上させるために下記元素を添加することが推奨され、また、Al、Mg、Ｎ等の含有量を下記のように抑制することが推奨される。

〔Cr：０％超0.3 ％以下および／またはNi：０％超0.3 ％以下〕
Cr，Niはいずれも焼き入れ性を高めて強度向上に寄与する元素である。このような作用効果を発揮させるために、CrやNiを添加するのが好ましい。ただし、過剰に添加すると、マルテンサイトが発生しやすくなる上、スケールの密着性が過剰に高まりすぎて、メカニカルデスケーリングでスケールが取れにくくなるので、Cr：０％超0.3 ％以下および／またはNi：０％超0.3 ％以下とするのがよい〔第３発明〕。これらの元素は単独で添加しても、併用してもよい。

〔Cu：０％超0.2 ％以下〕
Cuは、スケール剥離を促進してＭＤ性を向上させる効果がある。このような作用効果を発揮させるために、Cuを添加することが推奨される。ただし、過剰に添加するとスケール剥離が促進されすぎて、圧延中に剥離してその剥離面に薄い密着スケールを発生させるほか、線材コイル保管中にさび発生をもたらすため、Cu含有量の上限を0.2 ％とするのがよい〔第４発明〕。

〔４Ａ族元素の１種以上：合計で０％超0.1 ％以下〕
４Ａ族元素（Nb，Ｖ，Ti，Hf，Zr）は、微細な炭窒化物を析出して、高強度化に寄与する元素である。このような作用効果を有効に発揮させるために、４Ａ族元素の１種以上を添加するのが好ましく、特に合計で0.003 ％以上添加することが好ましい。ただし、過剰に添加すると、延性が劣化するため、４Ａ族元素の１種以上：合計で0.1 ％以下とするのがよい〔第５発明〕。これらの元素は単独で添加しても、併用してもよい。

〔Ｂ：0.0001〜0.005 ％〕
Ｂは鋼中に固溶するフリーＢとして存在することにより、第２層フェライトの生成を抑制することで知られており、特に縦割れの抑制が必要な高強度線材を製造するにはＢの添加が有効である。このような作用効果を得るために、Ｂ：0.001 ％以上添加するのが好ましい。ただし、0.005 ％を超えて添加すると延性を劣化させるため、Ｂ：0.005 ％以下とするのがよい〔第６発明〕。

〔Al：０％超0.1 ％以下〕
Alは、脱酸剤として有効であるが、過剰に添加するとAl₂O₃等の酸化物系介在物が多く発生して断線が多発する。かかる点から、Al：0.1 ％以下とすることが望ましい〔第７発明〕。

〔Mg：０％超0.01％以下〕
Mgは脱酸剤として有効であるが、過剰に添加するとMgO-Al₂O₃等の酸化物系介在物が多く発生して断線が多発する。かかる点から、Mg含有量の上限を0.01％とするのがよい〔第８発明〕。

〔Ca：０％超0.01％以下〕
Caは鋼材の耐食性を高めるのに有効な元素である。ただし、過剰に含まれると加工性が劣化するため、Ca含有量の上限を0.01％とするのがよい〔第８発明〕。

本発明に係る鋼線材の鋼表面のスケール構造および数値限定理由（スケール厚み等の限定の理由）等について、以下説明する。

図１〜２にスケールの構造の模式図を示す。本発明に係る耐錆性（熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時のスケールの剥離し難さ、即ち、密着性）とＭＤ性（ＭＤ時のスケール剥離性）に優れた鋼線材とするためには、ランダムな結晶方位を有する微細粒から構成されるFeO 層を内層スケール（地鉄内に形成されるスケール）として生成させ、薄いFe₂SiO₄層を内層スケールと鋼（地鉄）の界面に生成させる必要がある。

通常スケールの大部分を占めるのは、 FeO（ウスタイト）であり、外層スケール（地鉄表面に生成されるスケール）として FeO（ウスタイト）が成長する場合、FeO の成長の主方位は｛１００｝である。外層スケール中の FeO（ウスタイト）主方位｛１００｝の割合（外層スケールを構成する全結晶粒に占める｛１００｝方位を有する結晶粒の割合）は、おおよそ２０％以上である。一方、内層スケールを構成する FeO（ウスタイト）結晶粒全体に占める｛１００｝方位の割合は１０％以下である。従って、EBSP（Electron Back Scattering Pattern）により結晶の方位を解析することにより、外層スケールと内層スケールの区別が可能である。

スケールの剥離性には、スケールの集合組織が大きく影響する。スケールの成長方位である｛１００｝面の結晶中に、成長速度の異なる｛１１１｝、｛１１０｝面の結晶粒が増加すると方位がランダムな微細結晶組織となり、スケール内の圧縮応力が増加してスケールの剥離力が高まり、ＭＤ性が向上する。

発明者らは、ＭＤによるスケールの剥離性を向上させつつ、熱延後の冷却中や保管・搬送時にはスケールが剥離しないスケール構造を検討した。その結果、水蒸気等の高露点雰囲気中でスケールを生成すると、成長方位が異なるランダムな方位を有する微細結晶粒からなる FeO層が内層として地鉄内に生成し、かつ、地鉄内のSiO₂と水蒸気との反応（２〔Fe〕＋〔SiO₂〕＋２〔H₂O 〕＝〔Fe₂SiO₄〕＋２〔H₂〕）によって内層スケール（FeO ）と地鉄の界面にFe₂SiO₄層を生成することがわかった。さらに内層スケール（FeO ）の効果によってＭＤ性が高まり、かつ、Fe₂SiO₄によってスケールの密着性が増加し、熱延後の冷却中や保管・搬送時にはスケールが脱落しないことを見出した。

スケール全体厚み（外層スケール＋内層スケール）に対する内層スケールの厚みの割合は、１〜40％がよい。１％未満の場合、内層スケールの生成が不十分であり、ＭＤ性が改善されない。一方、40％を超えると内層スケールが生成しすぎて、全体のスケール厚みが増えすぎるためスケールロスが増えるほか、スケールが十分に取れきれず却ってＭＤ性を悪化させる。従って、内層スケールの厚みはスケール全体厚みの１〜40％とする。

上記内層スケールを構成する結晶粒の最大粒径（Dmax）および平均粒径（Dave）が微細であるほど、成長方位の異なる結晶粒の割合が増し、スケールの剥離性（ＭＤ性）が高まる。平均粒径（Dave）は、2.0 μm 以下であることが好ましく、最大粒径（Dmax）は5.0 μm 以下であることが好ましい〔第２発明〕。なお、外層スケールは、５〜15μｍ程度の大きな粒が地鉄表面に対して垂直に成長する。

熱延後の冷却中や保管・搬送時のスケールの密着性を上げるためには、Fe₂SiO₄層を薄く生成させる必要がある。この密着性向上効果を発揮させるために、内層スケールと鋼の界面に厚み：0.01〜1.0 μm のFe₂SiO₄層を形成させる。密着性向上効果は、Fe₂SiO₄層の厚みが0.01μm 未満では発揮されず、1.0 μm を超えると鋼との密着性が高まりすぎてＭＤで除去できない。従って、Fe₂SiO₄層の厚み：0.01〜1.0 μm とする。

前述のように、水蒸気等の高露点雰囲気中でスケールを生成すると、ランダムな方位を有する微細結晶粒からなる FeO層が内層スケールとして地鉄内に生成し、この内層スケール（FeO ）と地鉄の界面にFe₂SiO₄層が生成する。このとき、内層スケールを十分に得るに必要な雰囲気の露点は30〜80℃である。時間は２秒以内であればよく、２秒を超えるとマグネタイト化が進んで内層スケール（FeO ）が減少し、ＭＤ性が悪化する。

本発明の実施例および比較例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明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。

表１〜２に示す組成のビレットを用いて鋼線材を次のようにして製造した。先ず、ビレットを加熱し、圧延する。即ち、加熱炉内でのファイアライトの生成を抑えるため800 〜900 ℃の低温で30分以内加熱し、その後５℃/min以上で1100〜1200℃まで急速加熱を行って加熱炉内より抽出した後、ただちに３ＭＰａ以上の高圧水デスケーリングを行い、通常の熱間圧延（粗圧延〜仕上げ圧延）を行う。

内層スケールを十分に生成させるため、上記熱間圧延での仕上げ圧延後ただちに３ＭＰａ以上の高圧水によってデスケーリングしてスケールを十分に除去した後、高露点雰囲気で２秒以内酸化して内層スケールを生成させる。その後、７５０〜１０００℃まで冷却し線材を巻取る。巻き取った線材をコンベア上にバラバラと順次落とし込む際に線材表面を再度高露点雰囲気で酸化させ、ただちに１℃／sec 以上、好ましくは５℃／sec 以上の速度で、600 ℃程度まで冷却することによって、高いFeO 比率を保持したまま（表面が酸化されてFe₃O₄に変化しないために内層スケールが減少しない）、所望の厚みの内層スケールとFe₂SiO₄層が得られる。

表３に、上記鋼線材の製造条件を示す。即ち、上記ビレットの加熱の温度（均熱温度）および時間、この加熱後の急速加熱時の昇温速度、及び、加熱炉からの抽出温度を、表３の加熱炉条件の欄に示す。上記仕上げ圧延後の高圧水デスケーリング後の高露点雰囲気での酸化（以下、仕上げ圧延後の高露点雰囲気での酸化ともいう）の際の雰囲気の露点および酸化の時間を、表３の高露点酸化条件／仕上げ圧延後の欄に示す。線材の巻取り温度、巻き取った線材の高露点雰囲気での酸化（以下、巻取り後の高露点雰囲気での酸化ともいう）の際の雰囲気の露点、及び、この酸化後の冷却速度を、表３の高露点酸化条件／巻取り後の欄に示す。なお、表３の(e) 、(h) の場合、仕上げ圧延後および巻取り後の高露点雰囲気での酸化の際の雰囲気の露点が高すぎて適切でなく、(f) 、(g) の場合、この酸化の際の雰囲気の露点が低すぎて適切でない。(d) の場合、仕上げ圧延後の高露点雰囲気での酸化の際の酸化時間が長すぎて適切でなく、表面酸化が進んでマグネタイト化が進行して内層スケールが減少し、ＭＤ性が悪化する。

上記鋼線材の性状を次のようにして調べた。内層、外層スケールの区別は、EBSP（Electron Back Scattering Pattern）を用いて方位の解析を行って調べた。具体的には、｛１００｝方位の割合が20％以上の層を外層スケールとし、10％以下の層を内層スケールとした。これに用いた装置は、日立製作所製ＳＵ−７０電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）であり、測定ステップは0.05μｍとし、加速電圧：１５ｋＶで測定を行った。上記鋼線材各三本より１個ずつ採取して、１００００倍の視野でEBSP測定を行って内層スケールの最大粒径、平均粒径を各々求め、その平均値を求めた。

Fe₂SiO₄層の生成状態は、線材コイルの先端、中央、後端より各１箇所ずつ断面観察用試料を採取し、各サンプルより電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で２００００倍の視野で各４箇所撮影し、Fe₂SiO₄層の厚みを測定して、平均値を求めた。

熱間圧延上がりの線材のスケールの剥離状態（スケールの密着性）は、線材コイルの先端、中央部、後端より各々250mm 長さの線材を各３本採取して、線材の外周面、内周面の表面外観をデジタルカメラで撮影し、スケールが剥離した部分の面積率（％）を画像解析処理ソフトにより算出して平均値を求めた。スケールの剥離率は３％以下であれば合格とした。

上記鋼線材のＭＤ性を次のようにして調べた。上記鋼線材を長さ250mm に切断した後、チャック間距離200mm としてクロスヘッドの変位：12mmまで引張荷重を与え（４％の引っ張り歪を与え）、この後、チャックから取り外す。このチャックから取り外し後のものに風を吹きかけて線材表面のスケールを吹き飛ばし、この後、 200mm長さに切断して重量測定して重量(W1)を求め、このサンプルを塩酸中に浸漬して線材表面に付着しているスケールを完全に剥離させ、再度重量を測定して重量（W2）を求めた。この重量測定の値から下記式(1) により残留スケール量（スケール残留量）を求めた。このスケール残留量が多いほどＭＤ性が悪く、このスケール残留量が0.05質量％〔重量％（wt％）〕以下であるものを、ＭＤ性良好と判定した。

残留スケール量（重量％）＝100 ×（W1−W2）／W1 -----式(1)

上記測定の結果を表４〜６に示す。表４〜６からわかるように、No.1, No.2, 4 〜28, 30〜32, 34, 35, 37〜39, 41, 42, 44, 45, 48, 51の場合は、加熱炉条件（即ち、ビレットの加熱温度および加熱時間）、仕上げ圧延後の高露点雰囲気での酸化の条件、及び、巻取り後の高露点雰囲気での酸化の条件が適切であるため、本発明に係る鋼線材の要件である内層スケール厚み（スケール全体厚みの１〜40％）を満足する内層スケールが形成され、かつ、内層スケールと鋼材の界面に、本発明に係る鋼線材の要件であるFe₂SiO₄層厚み（0.01〜1.0 μm ）を満足するFe₂SiO₄層が生成されており、熱延後の冷却中や保管・搬送時には密着性の良いスケールを有してスケールが剥離しにくく、ＭＤ時にはスケール剥離性が良くてＭＤ性に優れている（いずれも本発明の実施例）。即ち、これらの場合、熱間圧延上がりの線材のスケールの剥離率（圧延材のスケール剥離率）：３％以下であって合格であり、ＭＤ性調査試験でのスケール残留量が0.05wt％以下であってＭＤ性良好である。

No.29 の場合は、仕上げ圧延後の高露点雰囲気での酸化の際の酸化時間が長すぎて、FeO →Fe₃O₄への酸化が進み、内層スケール（FeO ）が減少したため、ＭＤ性が悪化した。即ち、内層スケール厚みが小さくて、本発明に係る鋼線材の要件である内層スケール厚み（スケール全体厚みの１〜40％）を満足していないため、ＭＤ性調査試験でのスケール残留量が0.05wt％超であってＭＤ性不良である（比較例）。

No.33 の場合は、線材の巻取り温度が高いため、巻取り後の高露点雰囲気での酸化の際の温度が高すぎ、このため、外層、内層スケールの両方が過剰に生成し、ＭＤ性は良好なものの、圧延後のスケール脱落が激しく、錆びが発生した。即ち、内層スケール厚みが大きくて、本発明に係る鋼線材の要件である内層スケール厚み（スケール全体厚みの１〜40％）を満足していないため、圧延材のスケール剥離率：３％超であって不合格である（比較例）。

No.36 の場合は、仕上げ圧延後の高露点雰囲気での酸化の際の露点が高すぎて、内層スケールが過剰に生成し、ＭＤ性は良好なものの、圧延後のスケール脱落が激しく、錆びが発生した。即ち、内層スケール厚みが大きくて、本発明に係る鋼線材の要件である内層スケール厚み（スケール全体厚みの１〜40％）を満足していないため、圧延材のスケール剥離率：３％超であって不合格である（比較例）。

No.40 の場合は、加熱炉内の均熱温度が高すぎて、加熱炉内でファイアライトが過剰生成し、ＭＤ性が悪化した。即ち、Fe₂SiO₄層厚みが大きくて、本発明に係る鋼線材の要件であるFe₂SiO₄層厚み（0.01〜1.0 μm ）を満足していないため、ＭＤ性調査試験でのスケール残留量が0.05wt％超であってＭＤ性不良である（比較例）。

No.3, 43の場合は、巻取り後の高露点雰囲気での酸化の際の露点が高すぎて、内層スケールが過剰に生成し、ＭＤ性は良好なものの、圧延後のスケール脱落が激しく、錆びが発生した。即ち、内層スケール厚みが大きくて、本発明に係る鋼線材の要件である内層スケール厚み（スケール全体厚みの１〜40％）を満足していないため、圧延材のスケール剥離率：３％超であって不合格である（比較例）。

No.46 の場合は、仕上げ圧延後の高露点雰囲気での酸化の際の露点が低すぎて、内層スケールの生成が少なく、かつ、ファイアライトの生成が少なく、ＭＤ性も耐錆び性も悪化した。即ち、Fe₂SiO₄層厚みが小さくて、本発明に係る鋼線材の要件であるFe₂SiO₄層厚み（0.01〜1.0 μm ）を満足していないため、圧延材のスケール剥離率：３％超であって不合格であり、また、内層スケール厚みが小さくて、本発明に係る鋼線材の要件である内層スケール厚み（スケール全体厚みの１〜40％）を満足していないため、ＭＤ性調査試験でのスケール残留量が0.05wt％超であってＭＤ性不良である（比較例）。

No.47 の場合は、高温巻取りのため、巻取り後の高露点雰囲気での酸化の際の温度が高すぎ、このため、外層、内層スケールの両方が過剰に生成し、ＭＤ性は良好なものの、圧延後のスケール脱落が激しく、錆びが発生した。即ち、内層スケール厚みが大きくて、本発明に係る鋼線材の要件である内層スケール厚み（スケール全体厚みの１〜40％）を満足していないため、圧延材のスケール剥離率：３％超であって不合格である（比較例）。

No.49 の場合は、巻取り後の高露点雰囲気での酸化の際の露点が低すぎて、内層スケールの生成が少なく且つファイアライトの生成が少なく、ＭＤ性も耐錆び性も悪化した。即ち、Fe₂SiO₄層厚みが小さくて、本発明に係る鋼線材の要件であるFe₂SiO₄層厚み（0.01〜1.0 μm ）を満足していないため、圧延材のスケール剥離率：３％超であって不合格であり、また、内層スケール厚みが小さくて、本発明に係る鋼線材の要件である内層スケール厚み（スケール全体厚みの１〜40％）を満足していないため、ＭＤ性調査試験でのスケール残留量が0.05wt％超であってＭＤ性不良である（比較例）。

No.50 の場合は、加熱炉からの抽出温度が高すぎてファイアライトが過剰生成し、ＭＤ性が悪化した。即ち、Fe₂SiO₄層厚みが大きくて、本発明に係る鋼線材の要件であるFe₂SiO₄層厚み（0.01〜1.0 μm ）を満足していないため、ＭＤ性調査試験でのスケール残留量が0.05wt％超であってＭＤ性不良である（比較例）。

本発明に係る鋼線材は、熱間圧延後の冷却中や保管・搬送時にはスケールが剥離しにくて錆が発生しにくく、ＭＤ時にはスケール剥離性が良くてＭＤ性に優れているので、鋼線製造用の鋼線材（素線材）として極めて好適に用いることができて非常に有用である。

地鉄およびスケールの構造を示す模式図である。地鉄とスケールとの界面構造を示す模式図である。

Claims

Ｃ：0.05〜1.2質量％、Si：0.01〜0.50質量％、Mn：0.1〜1.5質量％、Ｐ：0.02質量％以下（０％を含む）、Ｓ：0.02質量％以下（０％を含む）、Ｎ：0.005質量％以下（０％を含む）を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼の表面に、内層スケールと外層スケールとより成るスケールが形成された鋼線材であって、前記内層スケールとしてランダムな方位を有する微細結晶粒からなるFeＯ層が形成され、前記内層スケールのFeＯ層と鋼の界面に厚み：0.01〜1.0μm のFe₂SiO₄ 層が形成され、前記内層スケールの厚みがスケール全体厚みの１〜40％であり、前記外層スケールの前記内層スケール側にＦｅＯ層が形成され、前記内層スケールを構成するFeＯ層全体に占める｛１００｝方位の割合が１０％以下であると共に、前記外層スケールを構成する全結晶粒に占める｛１００｝方位を有するFeＯ結晶粒の割合が２０％以上であることを特徴とする鋼線材。
前記内層スケールの結晶粒の最大粒径が5.0μm 以下、平均粒径が2.0μm 以下である請求項１記載の鋼線材。
前記鋼がCr：0.3 質量％以下（０％を含まず）及び／またはNi：0.3質量％以下（０％を含まず）を更に含有する請求項１または２記載の鋼線材。
前記鋼がCu：0.2質量％以下（０％を含まず）を更に含有する請求項１〜３のいずれかに記載の鋼線材。
前記鋼が４Ａ族元素の１種以上：合計で0.1質量％以下（０％を含まず）を更に含有する請求項１〜４のいずれかに記載の鋼線材。
前記鋼がＢ：0.0001〜0.005質量％を更に含有する請求項１〜５のいずれかに記載の鋼線材。
前記鋼がAl：0.1質量％以下（０％を含まず）を更に含有する請求項１〜６のいずれかに記載の鋼線材。
前記鋼がCa：0.01質量％以下（０％を含まず）及び／またはMg：0.01質量％以下（０％を含まず）を更に含有する請求項１〜７のいずれかに記載の鋼線材。