JP5945196B2 - 高強度鋼線用線材 - Google Patents
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Description
ε=2×ln(D0/D) D0:初期線径、D:伸線後の線径
α<30−30×[C]・・・(1)
(上記式(1)中、αは初析フェライトの面積率(%)であり、[C]はC量(質量%)である。)
Cは、強度の上昇に有効であり、C量の増加に従って伸線後の鋼線の強度が向上し、また初析α量も低減する。従って、C量を0.2%以上と定めた。C量は、好ましくは0.25%以上であり、より好ましくは0.30%以上である。一方、C量の増加に伴って鋼中のセメンタイト量が増大し、線材及び鋼線の靭性が低下しやすくなる。そこでC量を0.6%未満と定めた。C量は、好ましくは0.55%以下であり、より好ましくは0.50%以下である。
Siは、有効な脱酸剤である。鋼材をスチールコード等の極細線に用いる場合、酸化物は製造時の断線の原因となるため、十分に脱酸処理して鋼中の酸素量を低減することが必要である。この場合、有用な脱酸剤として知られているAlは、Al系介在物を生じさせるため、多量の使用は好ましくなく、Siによる脱酸が重要である。このような効果を有効に発現するため、Si量を0.1%以上と定めた。Si量は、好ましくは0.2%以上である。一方、Si量が過剰になると線材のメカニカルデスケーリング性(以下、「MD性」と呼ぶ。)が低下し、伸線工程での負荷が増大する。十分なMD性を確保するため、Si量を2.0%以下と定めた。Si量は、好ましくは1.8%以下であり、より好ましくは1.3%以下である。
Mnは、鋼中のSをMnSとして固定し、鋼の靭性及び延性を高める効果を有する。このような効果を有効に発現するため、Mn量を0.2%以上と定めた。Mn量は、好ましくは0.3%以上であり、より好ましくは0.4%以上である。しかし、Mnは偏析しやすい元素であり、過剰に添加するとMn偏析部の焼入性が過剰に増大し、マルテンサイト等の過冷組織を生成させる危険がある。このような影響を考え、Mn量を2.0%以下と定めた。Mn量は、好ましくは1.8%以下であり、より好ましくは1.3%以下である。
Bは、本発明に特徴的な元素であり、鋼中に固溶したNをBNの形で固定することにより固溶Nによる歪み時効を抑制する作用を有する。また、Bは鋼中で粒界に偏析して粒界の界面エネルギーを低下させることで、粒界での核生成を抑制する作用を有する。そのため、初析αの生成を妨げ、組織を均一なパーライト組織に近づける作用を有する。このような作用を有効に発現させるため、B量を0.0003%以上と定めた。またB量を確保するとともに、固溶B量を確保することによって、上記した初析αの抑制が可能となる。そこで、固溶B量を0.0002%以上と定めた。B量は、好ましくは0.0005%以上であり、より好ましくは0.0010%以上である。固溶B量は、好ましくは0.0004%以上であり、より好ましくは0.0007%以上である。しかし、B量が過剰になるとFeB2などの化合物が析出し、逆に界面エネルギーを上昇させてしまう他、熱間圧延時の割れを引き起こす。そこで、B量を0.01%以下と定めた。B量は、好ましくは0.008%以下であり、より好ましくは0.005%以下である。
P、Sは、いずれも旧オーステナイト粒界に偏析して粒界を脆化させ、疲労特性を低下させるため、できるだけ低い方が良く、工業生産上、P量、S量をいずれも0.02%以下と定めた。P量、S量はいずれも、0.017%以下が好ましく、より好ましくは0.015%以下である。P量及びS量はいずれも少なければ少ない程好ましいため、これらの下限値は0%を含むが、製造工程の制約上、P量及びS量を完全に0%とすることが困難な場合もあり、下限値が例えば0.002%程度(又は0.004%程度)となる場合がある。
Nは、Cと同様に侵入型元素として鋼中に固溶し、歪み時効による脆化を引き起こすため、できるだけ低い方が良く、工業生産上、N量を0.005%以下と定めた。N量は、好ましくは0.0045%以下であり、より好ましくは0.004%以下である。N量は少なければ少ない程好ましいため、これらの下限値は0%を含むが、製造工程の制約上、N量を完全に0%とすることが困難な場合もあり、下限値が例えば0.0005%程度(又は0.001%程度)となる場合がある。
Oは、脱酸工程にて、Al2O3やMgOなどの介在物を形成するため、できるだけ低い方が良く、工業生産上、O量を0.0025%以下と定めた。O量は好ましくは0.002%以下であり、より好ましくは0.0015%以下(更に好ましくは0.0012%以下)である。O量は少なければ少ない程好ましいため、これらの下限値は0%を含むが、製造工程の制約上、O量を完全に0%とすることが困難な場合もあり、下限値が例えば0.0002%程度(又は0.0004%程度)となる場合がある。
Alは、有効な脱酸剤であり、鋼中のOを低減して酸化物を低減する効果がある。また、鋼中の固溶NをAlNの形で固定して歪み時効を抑制する効果も期待できる。このような効果を発揮させるためには、Al量は0.001%以上が好ましく、より好ましくは0.003%以上である。しかし、Al量が過剰になると、AlN、Al2O3等の介在物が多量に形成され、延性低下やカッピー断線の原因となる。そこで、Al量を0.1%以下と定めた。Al量は、好ましくは0.08%以下であり、より好ましくは0.05%以下である。なお、本発明の線材をスチールコードの様な極細線に使用する場合には、断線の危険性が高まるため、Al量を低く(例えば0.08%以下、より好ましくは0.05%以下、特に0.02%以下)とすることが好ましい。
Tiは、鋼中の固溶Nを固定(例えばTiNなど)して歪み時効による脆化を抑制する他、結晶粒を微細化して線材の延性を向上させる作用を有する。このような作用を有効に発現させるためには、Ti量は0.03%以上が好ましく、より好ましくは0.04%以上、さらに好ましくは0.05%以上である。しかし、Ti量が過剰になると延性低下やカッピー断線を引き起こすため、Ti量は0.1%以下が好ましい。Ti量は、より好ましくは0.08%以下であり、さらに好ましくは0.07%以下である。なお、本発明の線材を、スチールコードの様な極細線に使用する場合には、断線の危険性が高まるため、Ti量を低く(例えば0.08%以下、好ましくは0.07%以下)とすることが好ましい。
Vは、鋼中で微細な炭窒化物を生成するため、結晶粒の微細化効果がある他、固溶Nを固定して歪み時効による脆化を抑制する作用がある。このような作用を有効に発現させるために、V量は0.01%以上が好ましく、より好ましくは0.03%以上であり、さらに好ましくは0.1%以上である。しかし、V量が過剰になると炭窒化物の量が増え、大きさも大きくなるために延性低下や断線の原因となる。このような影響を考慮して、V量は0.5%以下が好ましく、より好ましくは0.4%以下であり、さらに好ましくは0.3%以下である。
Nbは、鋼中で微細な炭窒化物を生成するため、結晶粒の微細化効果がある他、固溶Nを固定して歪み時効による脆化を抑制する作用がある。このような作用を有効に発現させるため、Nb量は0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.07%以上、より好ましくは0.1%以上である。しかし、Nbを過剰に添加してもその効果は飽和し、経済的に無駄であるので、その上限は0.7%以下が好ましく、より好ましくは0.6%以下であり、さらに好ましくは0.5%以下である。
Crは、パーライトのラメラ間隔を微細化し、線材の強度を高める効果を有する。特に、伸線加工に伴う加工硬化率を向上させる効果がある。これらの効果を有効に発揮させるため、Cr量は0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.1%以上である。一方、Cr量が過剰になると、熱間圧延後の冷却時に過冷組織を発生させる危険性が高まる他、鋼材コストを上昇させる。これらを考慮して、Cr量は1.0%以下が好ましく、より好ましくは0.7%以下、さらに好ましくは0.6%以下(特に0.5%以下)である。
Niは、伸線材の靭性を高める元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Ni量は0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.1%以上である。しかし、Niを過剰に添加してもその効果は飽和し、経済的に無駄であるので、その上限は0.7%以下が好ましく、より好ましくは0.6%以下であり、さらに好ましくは0.5%以下である。
Coは、パーライト変態を促進し、均一なパーライト組織の生成を助けるため、線材の靭性を向上させる元素である。このような作用を有効に発現させるためには、Co量は0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは0.2%以上である。しかし、Coを過剰に添加してもその効果は飽和し、経済的に無駄であるので、その上限は1.0%以下が好ましく、より好ましくは0.8%以下であり、さらに好ましくは0.5%以下である。
Cuは、鋼線の耐食性を高めると共に、MD時のスケール剥離性を向上し、ダイス焼付きなどのトラブルを低減する。このような効果を発揮させるためには、Cu量は0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.08%以上である。しかし、Cuを過剰に添加すると、線材表面にブリスターが生成し、ブリスターと母材の間にマグネタイトが生成するため、MD性が悪化する。更に、CuはSと反応して粒界部にCuSが偏析するため、線材製造過程で疵を発生させる。このような影響を考慮し、Cu量の上限は0.2%以下が好ましく、より好ましくは0.18%以下であり、さらに好ましくは0.15%以下である。
Moは、鋼線の耐食性を高める効果がある。このような効果を発揮させるためには、Mo量は0.01%以上が好ましく、より好ましくは0.05%以上であり、さらに好ましくは0.1%以上である。しかし、Mo量が過剰になると、熱間圧延時に過冷組織が発生しやすくなり、また延性も劣化する。そこで、Mo量は0.3%以下が好ましく、より好ましくは0.25%以下、さらの好ましくは0.2%以下である。
α<30−30×[C]・・・(1)
冷却後の熱間圧延材のコイルから、任意に1リングを採取し、それを円周方向に8分割して8個のサンプルとし、JIS Z2241に従って引張強度を求め、8個のサンプルの平均値を熱間圧延材の強度とした。
上記(1)と同様にして、8個のサンプルを採取し、各サンプルの圧延材の横断面(長手方向に垂直な断面)を鏡面研磨した後、腐食し、D/2部、D/4部(Dは圧延材の直径)、及び表層部(表層から0.2mm程度内側)の計3視野について、光学顕微鏡(倍率:200倍)を用いて撮影し、画像解析から初析フェライト面積率を測定した。写真1枚あたり(1視野あたり)の評価面積は0.1mm2であり、3視野×8サンプル=24視野の結果を平均して、初析フェライト面積率とした。なお、いずれの鋼種についても、初析フェライト以外には、パーライトしか観察されなかった。
別途採取した熱間圧延材のサンプルについて、10%アセチルアセトン試薬を用いた電解抽出残渣測定を行い、ICP発光分析法にて残渣中の化合物型B量を求めた。そして、別途ブロムエステル法で測定した鋼中のB量から、化合物型B量を差し引くことで、固溶B量を求めた。
上記の熱間圧延材に対して、乾式伸線、めっき処理、湿式伸線加工を施し、伸線後のフィラメントに捻回試験を行って、捻回値の測定と縦割れの有無を確認した。捻回試験は、JIS G3521の規定に準じて行い、5本のサンプルを試験して、破断もしくは縦割れが発生するまでの捻り回数を測定し、5本の平均値を捻回値とした。また、5本のサンプルのうち、前記捻回値までに1本でも縦割れが発生した場合は縦割れあり、1本も縦割れが観察されなかった場合は縦割れなしと判定した。なお、表中の捻回値はチャック間距離を線径dの100倍(100d)としたときの捻回値に換算している。
Claims (2)
- C :0.2%以上、0.6%未満(質量%の意味。以下、化学成分組成について同じ。)、
Si:0.1〜2.0%、
Mn:0.2〜2.0%、
B :0.0003〜0.01%を含むとともに、
固溶Bとして0.0002%以上含み、
P :0.02%以下(0%を含む)、
S :0.02%以下(0%を含む)、
N :0.005%以下(0%を含む)、
O :0.0025%以下(0%を含む)、
Al:0.1%以下(0%を含まない)を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であり、
パーライト組織の面積率が60%以上であるとともに、初析フェライト量αが下記式(1)を満たしており、
さらにアスペクト比が10以上であるラメラセメンタイトが、ラメラセメンタイトの総数に対して個数基準で50%以上存在することを特徴とする高強度鋼線用線材。
α<30−30×[C]・・・(1)
(上記式(1)中、αは初析フェライトの面積率(%)であり、[C]はC量(質量%)である。) - 更に、
Ti:0.1%以下(0%を含まない)、
V :0.5%以下(0%を含まない)、
Nb:0.7%以下(0%を含まない)、
Cr:1.0%以下(0%を含まない)、
Ni:0.7%以下(0%を含まない)、
Co:1.0%以下(0%を含まない)、
Cu:0.2%以下(0%を含まない)、及び
Mo:0.3%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される1種以上を含有する請求項1に記載の高強度鋼線用線材。
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