JP6725007B2 - 線材 - Google Patents
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Description
本発明は、線材に関するものである。
本願は、２０１６年１２月２０日に、日本に出願された特願２０１６−２４６８６６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０１６年１２月２０日に、日本に出願された特願２０１６−２４６８６６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
自動車のラジアルタイヤや、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用鋼線、あるいは、ソーイングワイヤ用の鋼線は、一般に、以下に説明する手順により得られる。まず、熱間圧延後調整冷却した線径（直径）が４〜６ｍｍの鋼線材（以下、「鋼線材」を単に「線材」という）を、一次伸線加工して直径を３〜４ｍｍにし、次いで、中間パテンティング処理を行い、更に二次伸線加工して１〜２ｍｍの直径にする。なお、コスト削減のため中間パテンティング処理を省略して１〜２ｍｍの直径にする場合も多い。上記１〜２ｍｍの直径に伸線した鋼線に、この後、最終パテンティング処理を行い、次いで、ブラスメッキを施し、更に最終湿式伸線加工を施して直径０．０６〜０．４０ｍｍにする。このようにして製造された細径高強度鋼線（極細鋼線）は、例えば撚り加工により複数本が撚り合わされて“撚り鋼線”とされ、スチールコード等となる。
一般に、線材を鋼線に加工する際や鋼線を撚り加工する際に断線が生ずると、生産性と歩留りが大きく低下してしまう。したがって、上記技術分野に属する線材やその線材から加工した鋼線は、伸線加工時や撚り加工時に断線しないことが強く要求される。そして、伸線加工のうちでも特に上記の最終湿式伸線加工では、一次伸線加工および二次伸線加工に較べて被加工物の線径が細くなるため、素材である線材中の欠陥に対して鋭敏になり、しかも、単位質量あたりの伸線長さが長くなる。このため、最終湿式伸線加工では断線の発生頻度が高い。
近年、種々の目的からスチールコードを軽量化する動きが高まってきた。このため、上記の鋼線に対して高強度が要求されるようになり、合金元素の添加、最終湿式伸線加工量の増加などの手法によって所望の強度を得ている。しかし、上述の高強度化手法を用いた場合には、最終湿式伸線加工での断線の発生頻度が高くなりやすい。そのため、より強度の高いスチールコードの量産化はあまり進展していない。そのため、最終湿式伸線加工での断線を防止できるような、伸線加工性に優れ且つ高強度を有する線材に対する要求が極めて大きくなっている。
上述した近年の産業界からの要望に対して、不純物元素の低減、介在物の制御、初析セメンタイトの生成抑制や熱間圧延条件の管理などの手法によって、線材および鋼線の伸線加工性を高める技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ａｌ：０．００３％以下を含み、必要に応じて更に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖを含有するとともに、全酸素量、非金属介在物の平均組成およびＴｉ含有量について規定した「伸線性および撚線性に優れた高炭素鋼線材」が開示されている。この特許文献１で提案された技術は、Ｔｉ量を酸化物系非金属介在物の制御のために制限しており、ＴｉＮについては考慮されていない。また特許文献１で提案された技術では、元素の偏析についても考慮されていない。したがって、特許文献１で提案された技術によれば、高強度化を図るために最終湿式伸線加工での加工量、つまり真歪み量を増やした場合には、断線の発生頻度が高くなりやすく、工業的に安定して鋼線を製造することが困難である。
特許文献２には、質量％で、Ｃ：０．７０〜０．９０％、Ｓｉ：０．０５〜１．２０％、Ｍｎ：０．１０〜１．０％、Ａｌ：０．０５％以下（０％を含まない）を夫々含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、線材の横断面でのＳｉ濃度を規定した「耐カッピー断線性に優れた高炭素鋼線材」が開示されている。この特許文献２で提案された技術では、ＭｎとＣｒの偏析について考慮されておらず、またＴｉＮについても考慮されていない。したがって、特許文献２で提案された技術によれば、高強度化を図るために最終湿式伸線加工での加工量、つまり真歪み量を増やした場合には、断線の発生頻度が高くなりやすく、工業的に安定して鋼線を製造することが困難であった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、その目的は、スチールコードやソーイングワイヤなどへの加工用途に好適な、伸線加工性に優れ、且つ高い引張強さを有する鋼線を製造可能である線材を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決すべく、まず線材の化学組成、ミクロ組織、介在物が、伸線加工時の断線に及ぼす影響について調査・研究を重ね、その結果を仔細に解析して検討したところ、以下の知見を得ることができた。
（ａ）最終伸線加工後の鋼線の強度を向上させるためには、Ｃ量を増やし、Ｃｒを添加することが有効である。
（ｂ）一次伸線加工中の線材の断線抑制のためには、線材の組織をパーライト主体とし、残部をフェライト、セメンタイト、ベイナイトのいずれかとし、マルテンサイト組織を含まないようにすることが好ましい。
（ｃ）Ｍｎ及びＣｒは、線材中に偏析しやすい元素である。特に、Ｍｎ及びＣｒは、線材の中心部に正偏析（濃化）しやすい。そのため、線材の中心部は、強度が高くなりやすく、それに伴って変形能が低下する。さらに、線材の中心部には、伸線加工中に高い引張り応力がかかる。このことから、線材の中心部のＭｎ及びＣｒの正偏析が大きいと、伸線加工中に断線が生じやすくなる。また、Ｍｎ及びＣｒが線材の中心部に正偏析すると、中心部においてマルテンサイト変態が生じ易くなる。このことも、断線発生を助長する原因となる。よって、Ｍｎ量及びＣｒ量を適切に制御する必要がある。なお、線材の引張強さ、およびマルテンサイトの生成に及ぼすＣｒの影響の度合いはＭｎの２倍程度ある。
（ｄ）Ｍｎ及びＣｒは線材の中心部以外でも偏析しやすい。線材では、Ｍｎ及びＣｒがバンド状に偏析しやすい。このバンド状偏析は、圧延方向に平行な断面において観察することができる。その偏析部分が硬質となり、伸線加工によってその偏析部分に沿って亀裂が進展しやすいため、バンド状偏析は断線を生じやすくする。この場合でも、断線へのＣｒの影響の度合いはＭｎの２倍程度ある。
（ｅ）上記（ｃ）および（ｄ）に記載の線材における偏析は、一次伸線加工後にパテンティング処理を行っても残存するので、最終伸線加工まで上述の影響を伸線加工性に及ぼす。
本発明者らは、これらの（ａ）〜（ｅ）の知見に基づいて、さらに詳細な実験・研究を重ねた。その結果、線材の成分組成、パーライトを主体とする金属組織の条件、ＴｉＮの大きさ、並びにＭｎ及びＣｒの偏析を、それぞれ適切に調整すればよいことを見出した。そして本発明者らは、これら各項目が適切な範囲内である線材によれば、上記課題を解決でき、スチールコードの素材として好適な高強度の鋼線を、少ない断線頻度で安定して製造できることを確認し、本発明を想到した。
本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明の一態様に係る線材は、化学成分が、質量％で、Ｃ：０．９０〜１．２０％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．２０〜０．８０％、Ｃｒ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０〜０．００２％、Ｔｉ：０〜０．００２％、Ｎ：０〜０．００５０％、Ｐ：０〜０．０２０％、Ｓ：０〜０．０１０％、Ｏ：０〜０．００４０％、Ｍｏ：０〜０．２０％、Ｂ：０〜０．００３０％、を含有し、残部がＦｅおよび不純物から成り、線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの平均値が０．５０〜１．００％であり、金属組織は、面積分率で９０％以上がパーライトであり、残部がフェライト、セメンタイト、及びベイナイトのいずれか１種又は２種以上を含み、前記セメンタイトの面積分率が３％未満であり、ＴｉＮの最大粒径が１５μｍ未満であり、前記線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、前記線材の中心軸から前記線材の直径の１／１０までの領域である中心部における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値が、前記線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの前記平均値の２．０倍以下であり、前記線材の前記長さ方向に直角な前記切断面で測定される、前記中心部の外縁から線材の表面の０．１ｍｍ深さまでの領域である外周部における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値と最小値との比が２．０以下である。ここで、％Ｍｎ及び％Ｃｒは、Ｍｎ及びＣｒの質量％での含有量を表す。
（２）上記（１）に記載の線材は、前記化学成分が、質量％で、Ｍｏ：０．０２〜０．２０％、及びＢ：０．０００３〜０．００３０％のいずれか１種または２種を含有してもよい。
（１）本発明の一態様に係る線材は、化学成分が、質量％で、Ｃ：０．９０〜１．２０％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．２０〜０．８０％、Ｃｒ：０．１０〜０．４０％、Ａｌ：０〜０．００２％、Ｔｉ：０〜０．００２％、Ｎ：０〜０．００５０％、Ｐ：０〜０．０２０％、Ｓ：０〜０．０１０％、Ｏ：０〜０．００４０％、Ｍｏ：０〜０．２０％、Ｂ：０〜０．００３０％、を含有し、残部がＦｅおよび不純物から成り、線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの平均値が０．５０〜１．００％であり、金属組織は、面積分率で９０％以上がパーライトであり、残部がフェライト、セメンタイト、及びベイナイトのいずれか１種又は２種以上を含み、前記セメンタイトの面積分率が３％未満であり、ＴｉＮの最大粒径が１５μｍ未満であり、前記線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、前記線材の中心軸から前記線材の直径の１／１０までの領域である中心部における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値が、前記線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの前記平均値の２．０倍以下であり、前記線材の前記長さ方向に直角な前記切断面で測定される、前記中心部の外縁から線材の表面の０．１ｍｍ深さまでの領域である外周部における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値と最小値との比が２．０以下である。ここで、％Ｍｎ及び％Ｃｒは、Ｍｎ及びＣｒの質量％での含有量を表す。
（２）上記（１）に記載の線材は、前記化学成分が、質量％で、Ｍｏ：０．０２〜０．２０％、及びＢ：０．０００３〜０．００３０％のいずれか１種または２種を含有してもよい。
本発明の線材によれば、引張強さが例えば４１００ＭＰａ以上の高強度を有するスチールコード用鋼線やソーイングワイヤ用鋼線等を、低い断線頻度で、安定して製造することが可能になる。
本発明の一態様に係る線材（以下、単に「線材」という場合がある。）の化学成分組成および金属組織の条件などについて、より詳細に説明する。本実施形態に係る線材１は、線材の中心軸から線材の直径の１／１０までの領域である中心部１１と、中心部１１の外縁から線材１の表面の０．１ｍｍ深さまでの領域である外周部１２とを含む。
＜成分組成＞
以下に、本実施形態に係る線材の化学成分について説明する。なお、以下に説明される本実施形態に係る線材の化学成分は、線材の材料に含まれる合金元素の量であり、従って、線材の全体にわたる化学成分の平均値である。線材の化学成分は、元素の偏析の影響を受ける局所分析ではなく、ある程度の大きさの領域の平均値を測定する分析によって測定される。
以下に、本実施形態に係る線材の化学成分について説明する。なお、以下に説明される本実施形態に係る線材の化学成分は、線材の材料に含まれる合金元素の量であり、従って、線材の全体にわたる化学成分の平均値である。線材の化学成分は、元素の偏析の影響を受ける局所分析ではなく、ある程度の大きさの領域の平均値を測定する分析によって測定される。
Ｃ：０．９０〜１．２０％
Ｃは鋼材の引張強さを高めるために有効な成分である。しかし、Ｃの含有量が０．９０％未満の場合には、例えば引張強さで４１００ＭＰａといった、高い強度を安定して最終製品に付与させることが困難である。さらに、高強度の最終製品を安定して得るためにはＣ含有量を高めることが有効であり、引張強さで４３００ＭＰａ以上の最終製品を得るためには、Ｃ含有量の下限を１．００％以上にすることが望ましい。一方、Ｃ含有量が多すぎれば、鋼材が硬質化して伸線加工時の断線を招く。特に、Ｃ含有量が１．２０％を超えれば、その影響が顕著になり、鋼線の安定した量産が工業的に困難になる。そこで、Ｃ含有量は０．９０〜１．２０％の範囲内と定めた。Ｃ含有量の下限値を、０．９２％、０．９５％、又は１．００％としてもよい。また、Ｃ含有量の上限値を、１．１５％、１．１２％、又は１．１０％としてもよい。
Ｃは鋼材の引張強さを高めるために有効な成分である。しかし、Ｃの含有量が０．９０％未満の場合には、例えば引張強さで４１００ＭＰａといった、高い強度を安定して最終製品に付与させることが困難である。さらに、高強度の最終製品を安定して得るためにはＣ含有量を高めることが有効であり、引張強さで４３００ＭＰａ以上の最終製品を得るためには、Ｃ含有量の下限を１．００％以上にすることが望ましい。一方、Ｃ含有量が多すぎれば、鋼材が硬質化して伸線加工時の断線を招く。特に、Ｃ含有量が１．２０％を超えれば、その影響が顕著になり、鋼線の安定した量産が工業的に困難になる。そこで、Ｃ含有量は０．９０〜１．２０％の範囲内と定めた。Ｃ含有量の下限値を、０．９２％、０．９５％、又は１．００％としてもよい。また、Ｃ含有量の上限値を、１．１５％、１．１２％、又は１．１０％としてもよい。
Ｓｉ：０．１０〜１．００％
Ｓｉも鋼材の強度を高めるのに有効な成分であり、また脱酸剤としても必要な成分である。しかし、Ｓｉの含有量が０．１０％未満では、Ｓｉの効果が十分に得られない。一方、１．００％を超えてＳｉを含有させれば、伸線加工後の線材又は鋼線の延性が低下する。そこで、Ｓｉの含有量は０．１０〜１．００％の範囲内と定めた。Ｓｉは鋼材の焼入れ性や初析セメンタイトの生成にも影響する元素であることから、線材に安定して所望のミクロ組織を確保するとの観点から、Ｓｉ含有量は０．３０〜０．８０％の範囲内に調整することがより望ましい。Ｓｉ含有量の下限値を、０．１５％、０．２０％、０．３０％、又は０．４０％としてもよい。また、Ｓｉ含有量の上限値を、０．９５％、０．９０％、０．８５％、０．８０％、０．７０％、又は０．５０％としてもよい。
Ｓｉも鋼材の強度を高めるのに有効な成分であり、また脱酸剤としても必要な成分である。しかし、Ｓｉの含有量が０．１０％未満では、Ｓｉの効果が十分に得られない。一方、１．００％を超えてＳｉを含有させれば、伸線加工後の線材又は鋼線の延性が低下する。そこで、Ｓｉの含有量は０．１０〜１．００％の範囲内と定めた。Ｓｉは鋼材の焼入れ性や初析セメンタイトの生成にも影響する元素であることから、線材に安定して所望のミクロ組織を確保するとの観点から、Ｓｉ含有量は０．３０〜０．８０％の範囲内に調整することがより望ましい。Ｓｉ含有量の下限値を、０．１５％、０．２０％、０．３０％、又は０．４０％としてもよい。また、Ｓｉ含有量の上限値を、０．９５％、０．９０％、０．８５％、０．８０％、０．７０％、又は０．５０％としてもよい。
Ｍｎ：０．２０〜０．８０％
Ｍｎは、オーステナイトから各種低温組織への相変態に要する時間に影響し、線材に安定したパーライト組織を生成させるために有効な成分であると同時に、最終製品の強度を高める効果がある。しかし、Ｍｎ含有量が０．２０％未満では上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｎは偏析しやすい元素であり、０．８０％を超えて含有させれば、線材の特に中心部１１にＭｎが偏析し、その偏析部にマルテンサイトが生成して、伸線加工時に断線が生じやすくなってしまう。そこで、Ｍｎ含有量は０．２０〜０．８０％の範囲内と定めた。Ｍｎ含有量の下限値を、０．２５％、０．３０％、又は０．４０％としてもよい。また、Ｍｎ含有量の上限値を、０．７５％、０．７０％、又は０．６０％としてもよい。
Ｍｎは、オーステナイトから各種低温組織への相変態に要する時間に影響し、線材に安定したパーライト組織を生成させるために有効な成分であると同時に、最終製品の強度を高める効果がある。しかし、Ｍｎ含有量が０．２０％未満では上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｎは偏析しやすい元素であり、０．８０％を超えて含有させれば、線材の特に中心部１１にＭｎが偏析し、その偏析部にマルテンサイトが生成して、伸線加工時に断線が生じやすくなってしまう。そこで、Ｍｎ含有量は０．２０〜０．８０％の範囲内と定めた。Ｍｎ含有量の下限値を、０．２５％、０．３０％、又は０．４０％としてもよい。また、Ｍｎ含有量の上限値を、０．７５％、０．７０％、又は０．６０％としてもよい。
Ｃｒ：０．１０〜０．４０％
Ｃｒはオーステナイトから各種低温組織への相変態に要する時間に大きく影響し、線材に安定したパーライト組織を生成させるために有効であると同時に、パーライトのラメラ間隔を小さくして最終製品の強度を高める作用がある。そして、最終製品において、安定して４１００ＭＰａ以上の引張強さを得るためには、０．１０％以上のＣｒ含有量が必要である。しかし、０．４０％を越えてＣｒを含有させれば、線材の特に中心部１１にＣｒが偏析し、その偏析部にマルテンサイトが生成して、伸線加工時に断線が生じやすくなってしまう。そこで、Ｃｒ含有量は０．１０〜０．４０％の範囲内と定めた。Ｃｒ含有量の下限値を、０．１２％、０．１５％、又は０．２０％としてもよい。また、Ｃｒ含有量の上限値を、０．３５％、０．３０％、又は０．２５％としてもよい。
Ｃｒはオーステナイトから各種低温組織への相変態に要する時間に大きく影響し、線材に安定したパーライト組織を生成させるために有効であると同時に、パーライトのラメラ間隔を小さくして最終製品の強度を高める作用がある。そして、最終製品において、安定して４１００ＭＰａ以上の引張強さを得るためには、０．１０％以上のＣｒ含有量が必要である。しかし、０．４０％を越えてＣｒを含有させれば、線材の特に中心部１１にＣｒが偏析し、その偏析部にマルテンサイトが生成して、伸線加工時に断線が生じやすくなってしまう。そこで、Ｃｒ含有量は０．１０〜０．４０％の範囲内と定めた。Ｃｒ含有量の下限値を、０．１２％、０．１５％、又は０．２０％としてもよい。また、Ｃｒ含有量の上限値を、０．３５％、０．３０％、又は０．２５％としてもよい。
線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの平均値：０．５０〜１．００％
上述したように、Ｍｎ及びＣｒはオーステナイトから各種低温組織への相変態時間に大きく影響し、線材で安定したパーライト組織を得るためには、Ｍｎ及びＣｒそれぞれの含有量を所定の範囲としなければならない。しかしながら本発明者らは、上述の限定に加えて、線材の全体にわたるＭｎ含有量の平均値と、線材の全体にわたるＣｒ含有量の平均値に２を乗じた値の合計値も所定範囲内にする必要があると知見した。以下、Ｍｎ含有量を記号「％Ｍｎ」で示し、Ｃｒ含有量を記号「％Ｃｒ」で示す。
上述したように、Ｍｎ及びＣｒはオーステナイトから各種低温組織への相変態時間に大きく影響し、線材で安定したパーライト組織を得るためには、Ｍｎ及びＣｒそれぞれの含有量を所定の範囲としなければならない。しかしながら本発明者らは、上述の限定に加えて、線材の全体にわたるＭｎ含有量の平均値と、線材の全体にわたるＣｒ含有量の平均値に２を乗じた値の合計値も所定範囲内にする必要があると知見した。以下、Ｍｎ含有量を記号「％Ｍｎ」で示し、Ｃｒ含有量を記号「％Ｃｒ」で示す。
引張強さに及ぼすＣｒの効果は、Ｍｎの２倍程度ある。線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒ（以下、Ｍｎ＋２Ｃｒと記載する場合がある）の平均値が０．５０％を下回ると、最終製品において、安定して４１００ＭＰａ以上の引張強さを得られない。そのため、線材の全体にわたるＭｎ＋２Ｃｒの平均値の下限を０．５０％以上とする。引張強さを一層向上させるためには、線材の全体にわたるＭｎ＋２Ｃｒの平均値は０．６０％以上、０．７０％以上、又は０．８０％以上とすることが好ましい。一方、上述したように、Ｍｎ及びＣｒの両方とも、線材の特に中心部１１に偏析しやすく、線材の全体にわたるＭｎ＋２Ｃｒの平均値が１．００％を越えると、ＭｎおよびＣｒの偏析部にマルテンサイトが生成されて、伸線加工時に断線が生じやすくなってしまう。そこで、線材の全体にわたるＭｎ＋２Ｃｒの平均値は０．５０〜１．００％の範囲内と定めた。線材の全体にわたるＭｎ＋２Ｃｒの平均値の上限を、０．９５％、０．９０％、又は０．８０％としてもよい。
本実施形態に係る線材は、上述の必須元素を含み、さらに以下に説明される任意元素を含有しても良い。ただし、本実施形態に係る線材は、任意元素を含むことなく課題を解決することができるので、各任意元素の下限値は０％である。
Ａｌ：０〜０．００２％
ＡｌはＡｌ２Ｏ３を主成分とする酸化物系介在物を形成して、線材の伸線加工性を低下させる元素である。特に、Ａｌ含有量が０．００２％を超えると、酸化物系介在物が粗大化して伸線加工中に断線が多発し、伸線加工性の低下が著しくなる。そこで、Ａｌ含有量は０．００２％以下に規制する。好ましくは、Ａｌ含有量は０．００１％以下である。なお、上述のように本実施形態にかかる線材は、その課題を解決するために、Ａｌを何ら必要とせず、Ａｌ含有量が０％であったとしても良好な特性を得られる。従って、Ａｌ含有量の下限値は０％である。一方、Ａｌ含有量の削減のために製造費用が高騰する場合があるので、Ａｌ含有量は０．０００５％以上、又は０．００１％以上と規定してもよい。
ＡｌはＡｌ２Ｏ３を主成分とする酸化物系介在物を形成して、線材の伸線加工性を低下させる元素である。特に、Ａｌ含有量が０．００２％を超えると、酸化物系介在物が粗大化して伸線加工中に断線が多発し、伸線加工性の低下が著しくなる。そこで、Ａｌ含有量は０．００２％以下に規制する。好ましくは、Ａｌ含有量は０．００１％以下である。なお、上述のように本実施形態にかかる線材は、その課題を解決するために、Ａｌを何ら必要とせず、Ａｌ含有量が０％であったとしても良好な特性を得られる。従って、Ａｌ含有量の下限値は０％である。一方、Ａｌ含有量の削減のために製造費用が高騰する場合があるので、Ａｌ含有量は０．０００５％以上、又は０．００１％以上と規定してもよい。
Ｔｉ：０〜０．００２％
Ｔｉは、線材がＮを含有しているとＴｉＮを形成しやすい。ＴｉＮは非常に硬質で、熱間圧延や伸線加工で変形しないため、伸線加工中の断線起点となりやすい。製造方法に配慮しても、Ｔｉ含有量が０．００２％を超えると、後述の方法で測定される線材のＴｉＮの最大粒径を１５μｍ未満にすることが難しく、伸線加工中に断線が生じやすくなる。そこで、Ｔｉ含有量は０．００２％以下に規制する。好ましくは、Ｔｉ含有量は０．００１％以下である。なお、上述のように本実施形態にかかる線材は、その課題を解決するために、Ｔｉを何ら必要とせず、Ｔｉ含有量が０％であったとしても良好な特性を得られる。従って、Ｔｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｔｉ含有量の削減のために製造費用が高騰する場合があるので、Ｔｉ含有量は０．０００５％以上、又は０．００１％以上と規定してもよい。
Ｔｉは、線材がＮを含有しているとＴｉＮを形成しやすい。ＴｉＮは非常に硬質で、熱間圧延や伸線加工で変形しないため、伸線加工中の断線起点となりやすい。製造方法に配慮しても、Ｔｉ含有量が０．００２％を超えると、後述の方法で測定される線材のＴｉＮの最大粒径を１５μｍ未満にすることが難しく、伸線加工中に断線が生じやすくなる。そこで、Ｔｉ含有量は０．００２％以下に規制する。好ましくは、Ｔｉ含有量は０．００１％以下である。なお、上述のように本実施形態にかかる線材は、その課題を解決するために、Ｔｉを何ら必要とせず、Ｔｉ含有量が０％であったとしても良好な特性を得られる。従って、Ｔｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｔｉ含有量の削減のために製造費用が高騰する場合があるので、Ｔｉ含有量は０．０００５％以上、又は０．００１％以上と規定してもよい。
Ｎ：０〜０．００５０％
Ｎは、線材がＴｉを含有しているとＴｉＮを形成しやすく、ＴｉＮは非常に硬質で、熱間圧延や伸線加工で変形しないため、伸線加工中の断線の起点となりやすい。製造方法に配慮しても、Ｎ含有量が０．００５０％を超えると、後述の方法で測定される線材のＴｉＮの最大粒径を１５μｍ未満にすることが難しく、伸線加工中に断線が生じやすくなる。そこで、Ｎ含有量は０．００５０％以下に規制する。好ましくは、Ｎ含有量は０．００４０％以下である。
Ｎは、線材がＴｉを含有しているとＴｉＮを形成しやすく、ＴｉＮは非常に硬質で、熱間圧延や伸線加工で変形しないため、伸線加工中の断線の起点となりやすい。製造方法に配慮しても、Ｎ含有量が０．００５０％を超えると、後述の方法で測定される線材のＴｉＮの最大粒径を１５μｍ未満にすることが難しく、伸線加工中に断線が生じやすくなる。そこで、Ｎ含有量は０．００５０％以下に規制する。好ましくは、Ｎ含有量は０．００４０％以下である。
Ｐ：０〜０．０２０％
Ｐは、粒界に偏析して伸線加工性を低下させる元素である。特に、Ｐ含有量が０．０２０％を超えると伸線加工性の低下が著しくなる。そこで、Ｐ含有量は０．０２０％以下に規制する。好ましくは、Ｐ含有量は０．０１０％以下である。
Ｐは、粒界に偏析して伸線加工性を低下させる元素である。特に、Ｐ含有量が０．０２０％を超えると伸線加工性の低下が著しくなる。そこで、Ｐ含有量は０．０２０％以下に規制する。好ましくは、Ｐ含有量は０．０１０％以下である。
Ｓ：０〜０．０１０％
Ｓも伸線加工性を低下させてしまう元素である。そして、Ｓ含有量が特に０．０１０％を超えると伸線加工性の低下が著しくなることから、Ｓ含有量は０．０１０％以下に規制する。好ましくは、Ｓ含有量は０．００８％以下である。
Ｓも伸線加工性を低下させてしまう元素である。そして、Ｓ含有量が特に０．０１０％を超えると伸線加工性の低下が著しくなることから、Ｓ含有量は０．０１０％以下に規制する。好ましくは、Ｓ含有量は０．００８％以下である。
Ｏ：０〜０．００４０％
Ｏは酸化物を形成しやすい元素であり、Ａｌと共に線材に存在すると、硬質なＡｌ２Ｏ ３を主成分とする酸化物系介在物を形成して伸線加工性を低下させる元素である。特に、Ｏ含有量が０．００４０％を超えると、Ａｌ含有量を上述の範囲内に規制しても酸化物系介在物が粗大化して、伸線加工中に断線が多発し、伸線加工性の低下が著しくなる。そこで、Ｏ含有量は０．００４０％以下に規制する。好ましくは、Ｏ含有量は０．００３０％以下、又は０．００２５％以下である。
Ｏは酸化物を形成しやすい元素であり、Ａｌと共に線材に存在すると、硬質なＡｌ２Ｏ ３を主成分とする酸化物系介在物を形成して伸線加工性を低下させる元素である。特に、Ｏ含有量が０．００４０％を超えると、Ａｌ含有量を上述の範囲内に規制しても酸化物系介在物が粗大化して、伸線加工中に断線が多発し、伸線加工性の低下が著しくなる。そこで、Ｏ含有量は０．００４０％以下に規制する。好ましくは、Ｏ含有量は０．００３０％以下、又は０．００２５％以下である。
Ｍｏ：０〜０．２０％
Ｍｏは、伸線加工後の鋼線の引張強さを高める効果を有する。この効果を得るためには、Ｍｏの含有量を０．０２％以上とすることが好ましい。しかし、Ｍｏの含有量が０．２０％を超えれば、マルテンサイト組織が生成しやすくなり、伸線加工性が低下する場合がある。したがって、Ｍｏ含有量の上限は、０．２０％とする。より好ましくは、Ｍｏ含有量の上限は０．１０％、又は０．０７％である。一方、線材又は鋼線の引張強さと延性のバランスを最適化する観点からは、Ｍｏ含有量の下限を０．０４％とすることがより好ましい。
Ｍｏは、伸線加工後の鋼線の引張強さを高める効果を有する。この効果を得るためには、Ｍｏの含有量を０．０２％以上とすることが好ましい。しかし、Ｍｏの含有量が０．２０％を超えれば、マルテンサイト組織が生成しやすくなり、伸線加工性が低下する場合がある。したがって、Ｍｏ含有量の上限は、０．２０％とする。より好ましくは、Ｍｏ含有量の上限は０．１０％、又は０．０７％である。一方、線材又は鋼線の引張強さと延性のバランスを最適化する観点からは、Ｍｏ含有量の下限を０．０４％とすることがより好ましい。
Ｂ：０〜０．００３０％
Ｂは、伸線加工後の鋼線の引張強さと延性とのバランスを高める効果を有する。この効果を得るためには、Ｂの含有量を０．０００３％以上にすることが好ましい。しかし、Ｂの含有量が０．００３０％を超えれば、粗大なＢＮが生成しやすくなり、伸線加工性が低下する場合がある。したがって、Ｂ含有量の上限値は０．００３０％とする。より好ましくは、Ｂ含有量の上限は０．００２０％、又は０．００１５％である。一方、線材又は鋼線の引張強さと延性のバランスを最適化する観点からは、Ｂ含有量の下限を０．０００５％とすることがより好ましい。
Ｂは、伸線加工後の鋼線の引張強さと延性とのバランスを高める効果を有する。この効果を得るためには、Ｂの含有量を０．０００３％以上にすることが好ましい。しかし、Ｂの含有量が０．００３０％を超えれば、粗大なＢＮが生成しやすくなり、伸線加工性が低下する場合がある。したがって、Ｂ含有量の上限値は０．００３０％とする。より好ましくは、Ｂ含有量の上限は０．００２０％、又は０．００１５％である。一方、線材又は鋼線の引張強さと延性のバランスを最適化する観点からは、Ｂ含有量の下限を０．０００５％とすることがより好ましい。
線材の化学成分の残部は、Ｆｅ及び不純物を含む。不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石若しくはスクラップ等のような原料、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係る線材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
＜パーライト組織の面積分率と残部組織＞
一次伸線加工中の断線等を安定して防止するためには、線材のパーライト組織の面積分率を９０％以上にする必要がある。パーライトの面積分率を９２％以上、９５％以上、９７％以上、又は１００％としてもよい。さらに、線材の組織の残部（非パーライト領域）はフェライト、セメンタイト、及びベイナイト等のいずれか１種、又は２種以上を含み、且つセメンタイトの面積分率を３％未満にする必要がある。線材の組織の残部は、マルテンサイトを含まないことが好ましいが、面積分率で最大約０．２％まで、マルテンサイトの含有は許容される。
一次伸線加工中の断線等を安定して防止するためには、線材のパーライト組織の面積分率を９０％以上にする必要がある。パーライトの面積分率を９２％以上、９５％以上、９７％以上、又は１００％としてもよい。さらに、線材の組織の残部（非パーライト領域）はフェライト、セメンタイト、及びベイナイト等のいずれか１種、又は２種以上を含み、且つセメンタイトの面積分率を３％未満にする必要がある。線材の組織の残部は、マルテンサイトを含まないことが好ましいが、面積分率で最大約０．２％まで、マルテンサイトの含有は許容される。
このような金属組織を有する線材からは、伸線加工時に低い断線頻度で高強度の鋼線を得ることができる。なお、本実施形態に係る線材におけるフェライト組織には、パーライト組織中のフェライト、およびベイナイト組織中のフェライト組織は含まない。また、本実施形態に係る線材におけるセメンタイト組織は、旧オーステナイト粒界に変態する初析セメンタイトであり、パーライト組織中のセメンタイト、およびベイナイト組織中のセメンタイト組織は含まない。線材の金属組織を上述の範囲内とするためには、熱間圧延前の加熱温度、熱間圧延の仕上げ温度、及び熱間圧延後の冷却速度等を好ましく制御する必要がある。
＜ＴｉＮの最大粒径＞
線材の化学成分においてＡｌが０．００２％以下、及びＯが０．００４０％以下の場合には、断線の起点にＴｉＮ以外の介在物、すなわち硫化物や酸化物は観察されなかった。そして、後述の方法で測定されるＴｉＮの最大粒径が１５μｍ以上の場合には、他の要件を満たしていても、伸線加工中に断線が発生した。そこで、本実施形態に係る線材においては、ＴｉＮの最大粒径を１５μｍ未満に規制する。ＴｉＮの最大粒径は、好ましくは、１２μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以下である。ＴｉＮの最大粒径の下限値を規定する必要はないが、５μｍ、又は６μｍとしてもよい。線材のＴｉＮの最大粒径を小さくするためには、少なくとも、線材の材料となる鋳片を製造する際に凝固速度をなるべく早める必要がある。
線材の化学成分においてＡｌが０．００２％以下、及びＯが０．００４０％以下の場合には、断線の起点にＴｉＮ以外の介在物、すなわち硫化物や酸化物は観察されなかった。そして、後述の方法で測定されるＴｉＮの最大粒径が１５μｍ以上の場合には、他の要件を満たしていても、伸線加工中に断線が発生した。そこで、本実施形態に係る線材においては、ＴｉＮの最大粒径を１５μｍ未満に規制する。ＴｉＮの最大粒径は、好ましくは、１２μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以下である。ＴｉＮの最大粒径の下限値を規定する必要はないが、５μｍ、又は６μｍとしてもよい。線材のＴｉＮの最大粒径を小さくするためには、少なくとも、線材の材料となる鋳片を製造する際に凝固速度をなるべく早める必要がある。
＜金属組織の測定方法＞
次に、本実施形態に係る線材の金属組織及びＴｉＮの最大粒径の測定方法を説明する。
次に、本実施形態に係る線材の金属組織及びＴｉＮの最大粒径の測定方法を説明する。
パーライト組織の面積分率は次の方法によって測定する。まず、線材の横断面（すなわち線材の長さ方向に直角な切断面）を鏡面研磨した後、ピクラールで腐食して組織を現出させ、観察試料とする。次に、電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いて、試料の観察面上における１０箇所を倍率３０００倍で写真撮影する。観察箇所は、線材の表面から深さが線材の半径の１／４の位置を含む領域である５箇所、線材の表面から深さが線材の半径の１／２の位置を含む領域である４箇所、及び線材の中心部にある領域である１箇所である。各測定箇所同士を可能な限り離隔させることが好ましい。上記観察を複数の断面において実施しても良い。なお１視野あたりの面積は、５．０×１０−４ｍｍ２（縦２０μｍ、横２５μｍ）である。次いで、その写真を用いて、結晶粒の形状や面積などの解析が可能な画像解析装置によりパーライト組織以外の組織の面積分率を求める。１００％からパーライト組織以外の面積分率（％）を除いた値を、パーライト組織の面積分率とする。またこの際、フェライト組織、セメンタイト組織、ベイナイト組織等の面積分率も同様の方法によって求める。
ＴｉＮの最大粒径は次の方法によって測定する。まず、線材から圧延方向（線材の長さ方向）に垂直な断面を切り出し、当該断面を鏡面研磨して観察試料とし、この試料中のＴｉＮを光学顕微鏡で観察する。観察は、２．５ｍｍ×２．５ｍｍの範囲毎に行い、この観察範囲内での最大のＴｉＮについて写真撮影し、その最大のＴｉＮの面積を写真の画像解析により求め、最大のＴｉＮの面積の１／２乗をその最大のＴｉＮの粒径とみなす。即ち、その観察範囲内での最大のＴｉＮの形状を正方形と見なした場合の一辺の長さを、その観察範囲内での最大のＴｉＮの粒径とみなす。上述の断面を１つの試料につき２０面作成し、１つの試料につきこの測定を２０視野ずつ実施することにより、合計１２５ｍｍ２の観察範囲中でのＴｉＮの最大粒径を求める。
合計１２５ｍｍ２の観察範囲において確認されたＴｉＮの最大粒径は、その線材全体に含まれるＴｉＮの最大粒径と強い相関がある。ＴｉＮ粒径測定対象を線材全体とすることは不可能であり、また、合計１２５ｍｍ２の観察範囲において確認されたＴｉＮの最大粒径が上述の範囲内である線材では、伸線加工時にＴｉＮに起因する断線が生じる可能性は極めて低い。そのため、本実施形態における線材では、合計１２５ｍｍ２の観察範囲において確認されるＴｉＮの最大粒径を、線材のＴｉＮの最大粒径と称する。
また、光学顕微鏡による観察では、ＴｉＮは金色を呈するため、他の介在物と容易に区別することができる。なお、色に基づく識別が難しい介在物があった場合、後述するエネルギー分散型の電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）によってＴｉＮであるか否かを特定してもよい。
合計１２５ｍｍ２の観察範囲において確認されたＴｉＮの最大粒径は、その線材全体に含まれるＴｉＮの最大粒径と強い相関がある。ＴｉＮ粒径測定対象を線材全体とすることは不可能であり、また、合計１２５ｍｍ２の観察範囲において確認されたＴｉＮの最大粒径が上述の範囲内である線材では、伸線加工時にＴｉＮに起因する断線が生じる可能性は極めて低い。そのため、本実施形態における線材では、合計１２５ｍｍ２の観察範囲において確認されるＴｉＮの最大粒径を、線材のＴｉＮの最大粒径と称する。
また、光学顕微鏡による観察では、ＴｉＮは金色を呈するため、他の介在物と容易に区別することができる。なお、色に基づく識別が難しい介在物があった場合、後述するエネルギー分散型の電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）によってＴｉＮであるか否かを特定してもよい。
上述した２．５ｍｍ×２．５ｍｍの観察範囲は、線材の断面の中心に配置される。即ち、観察範囲の中心と、線材の断面の中心とは略一致する。粗大なＴｉＮは、線材の中心軸の近傍に偏析する傾向にあるからである。なお、線材の径が小さく、上述した２．５ｍｍ×２．５ｍｍの観察範囲が線材の断面に収まらない場合、ＴｉＮの観察範囲を適宜縮小しても良い。この場合、測定断面数を増大させることにより、観察範囲の合計面積を１２５ｍｍ２以上とすればよい。また、ＴｉＮの観察範囲の対角線の長さを、線材の直径の９０％以下とすることが望ましい。
＜線材の中心部１１の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値＞
本実施形態に係る線材の化学成分（線材の全体にわたる化学成分の平均値）は上述した通りである。しかし、ＥＰＭＡ等を用いて線材の断面を局所分析することにより得られる化学成分は、合金成分の偏析、及び介在物の析出の影響により、線材の化学成分の平均値とは若干相違する場合がある。本実施形態に係る線材では、合金元素の偏析が所定範囲内に抑制されており、これにより以下に説明する特徴を有する。
本実施形態に係る線材の化学成分（線材の全体にわたる化学成分の平均値）は上述した通りである。しかし、ＥＰＭＡ等を用いて線材の断面を局所分析することにより得られる化学成分は、合金成分の偏析、及び介在物の析出の影響により、線材の化学成分の平均値とは若干相違する場合がある。本実施形態に係る線材では、合金元素の偏析が所定範囲内に抑制されており、これにより以下に説明する特徴を有する。
本実施形態に係る線材１の、中心軸から線材の直径の１／１０までの領域は、中心部１１と定義される。長さ方面に直角な切断面において測定される、中心部１１におけるＳ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒ（以下、Ｍｎ＋２Ｃｒと記載する場合がある）の最大値は、線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの平均値の２．０倍以下である。ここで、Ｍｎ及びＣｒの偏析を評価するにあたり、硫化物及び酸化物の影響は除外される必要がある。硫化物及び酸化物の領域においては、Ｓ含有量又はＯ含有量が１％を大きく超える値となる。そのため、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域は、上述の化学成分を有する本実施形態に係る線材においては、硫化物及び酸化物が存在しない領域であるとみなすことができる。以下、線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、中心部１１のＳ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒを、単に「中心部１１のＭｎ＋２Ｃｒ」と記載する場合がある。
中心部１１のＭｎ＋２Ｃｒの最大値が、線材１全体のＭｎ＋２Ｃｒの２．０倍を超えると、中心部１１の変形能の低下が顕著になる。その結果、伸線加工中に断線が生じやすくなる。そこで、中心部１１のＭｎ＋２Ｃｒの最大値を、全体のＭｎ＋２Ｃｒの２．０倍以下とする。中心部１１のＭｎ＋２Ｃｒの最大値を、全体のＭｎ＋２Ｃｒに対して、好ましくは１．７倍以下とし、さらに好ましくは１．５倍以下とする。ここで上述されたように、本明細書において、％Ｍｎ、％Ｃｒはそれぞれ、Ｍｎ、Ｃｒの質量％での含有量を表す。中心部１１のＭｎ＋２Ｃｒの最大値と全体のＭｎ＋２Ｃｒとの比の下限値を規定する必要はないが、１．２、１．４、又は１．５としてもよい。以下、中心部１１のＭｎ＋２Ｃｒの最大値と線材１全体のＭｎ＋２Ｃの平均値との比（中心部のＭｎ＋２Ｃｒの最大値／線材全体のＭｎ＋２Ｃの平均値）を「中心部Ｍｎ＋２Ｃｒ偏析量」と記載する場合がある。
＜線材の外周部１２の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値と最小値との比（最大値／最小値）＞
本実施形態に係る線材の、中心部の外縁から表面の０．１ｍｍ深さまでの領域は外周部１２と定義される。長さ方面に直角な切断面において測定される、外周部１２における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の、％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値と最小値との比（即ち最大値／最小値）は２．０以下である。外周部１２においても、中心部１１と同様、Ｍｎ及びＣｒの偏析を評価するにあたり、硫化物及び酸化物の影響は除外される必要がある。そのため、Ｓ含有量又はＯ含有量が１％を超える領域を除外し、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域における％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの値を測定する。以下、線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、外周部１２のＳ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒを、単に「外周部１２のＭｎ＋２Ｃｒ」と記載する場合がある。
本実施形態に係る線材の、中心部の外縁から表面の０．１ｍｍ深さまでの領域は外周部１２と定義される。長さ方面に直角な切断面において測定される、外周部１２における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の、％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値と最小値との比（即ち最大値／最小値）は２．０以下である。外周部１２においても、中心部１１と同様、Ｍｎ及びＣｒの偏析を評価するにあたり、硫化物及び酸化物の影響は除外される必要がある。そのため、Ｓ含有量又はＯ含有量が１％を超える領域を除外し、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域における％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの値を測定する。以下、線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、外周部１２のＳ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒを、単に「外周部１２のＭｎ＋２Ｃｒ」と記載する場合がある。
外周部１２のＭｎ＋２Ｃｒの最大値と最小値との比が２．０を超えると、線材において、Ｍｎ及びＣｒがバンド状に偏析して硬質となるため、伸線加工によってその領域に沿って亀裂が進展し、断線が生じやすくなる。そこで、外周部１２のＭｎ＋２Ｃｒの最大値と最小値との比を２．０以下とする。外周部１２のＭｎ＋２Ｃｒの最大値と最小値との比を、好ましくは１．６以下とし、さらに好ましくは１．４以下とする。線材の中心部１１及び外周部１２におけるＭｎ及びＣｒの偏析を解消するためには、少なくとも、線材の材料となる鋳片を製造する際に電磁攪拌を行い、凝固速度をなるべく早めること、並びに鋳片及び鋼片を十分に高い温度で長時間保持することが必要とされる。外周部１２のＭｎ＋２Ｃｒの最大値と最小値との比の下限値を規定する必要はないが、１．３、１．４、又は１．５としてもよい。以下、外周部１２のＭｎ＋２Ｃｒの最大値と最小値との比（Ｍｎ＋２Ｃｒの最大値／Ｍｎ＋２Ｃｒの最小値）を「外周部Ｍｎ＋２Ｃｒ偏析量」と記載する場合がある。
＜中心部１１および外周部１２のＭｎとＣｒ濃度の測定方法＞
線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、線材の中心部１１の、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域のＭｎの濃度及びＣｒの濃度は、次の方法によって測定する。まず、線材から、長さ２００ｍｍの間隔で５箇所の横断面（長さ方向に直角な切断面）を切り出す。次に、図１に示すように、各切断面の中心から直径Ｄの１／１０まで延在する線分析領域１３において、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓ、及びＯの各元素について、エネルギー分散型の電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて線分析を行い、各切断面の線分析領域１３における各元素の濃度分布を測定する。ＥＰＭＡによる線分析は、加速電圧１５ｋＶ、ビーム直径を１μｍ、走査速度を２００μｍ／分、及び測定点間隔を２μｍとして行うのが好ましい。
線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、線材の中心部１１の、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域のＭｎの濃度及びＣｒの濃度は、次の方法によって測定する。まず、線材から、長さ２００ｍｍの間隔で５箇所の横断面（長さ方向に直角な切断面）を切り出す。次に、図１に示すように、各切断面の中心から直径Ｄの１／１０まで延在する線分析領域１３において、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓ、及びＯの各元素について、エネルギー分散型の電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて線分析を行い、各切断面の線分析領域１３における各元素の濃度分布を測定する。ＥＰＭＡによる線分析は、加速電圧１５ｋＶ、ビーム直径を１μｍ、走査速度を２００μｍ／分、及び測定点間隔を２μｍとして行うのが好ましい。
次に、得られたＭｎとＣｒの濃度線分析の測定結果から、１％以上のＳが存在している領域および／または１％以上のＯが存在している領域の測定結果を除外する。この操作により、介在物である酸化物及び硫化物の影響を、偏析評価結果から除くことができる。そして、１％以上のＳが存在している領域および／または１％以上のＯが存在している領域を除外した各切断面の線分析領域１３について、％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値を求め、５箇所の切断面の線分析領域１３の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値を、線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、中心部１１におけるＳ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値とする。
線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの平均値は、線材の化学成分（線材の全体にわたる化学成分の平均値）に基づいて算出すればよい。即ち、線材の材料が既知である場合、線材の材料に含まれるＭｎ量及びＣｒ量に基づいて、線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの平均値を算出すればよい。線材の材料が不明である場合、通常の化学成分分析法によって線材の全体にわたるＭｎ含有量の平均値及びＣｒ含有量の平均値を求め、これらに基づいて、線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの平均値を算出すればよい。
線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、線材の外周部１２の、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒは、次の方法によって測定する。まず、中心部１１のＭｎとＣｒの濃度の測定と同様に、線材から長さ２００ｍｍの間隔で５箇所の横断面（長さ方向に直角な切断面）を切り出す。次に、図２に示すように、線材の断面の中心を通る直線に沿って、線材の断面の中心から直径Ｄの１／１０だけ離れた箇所（即ち、中心部１１の外縁）から、線材の断面の外縁から０．１ｍｍ深さの箇所まで延在する線分析領域１４において、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓ、及びＯの各元素について、中心部１１のＭｎ、Ｃｒ、Ｓ、及びＯの濃度の測定と同様にＥＰＭＡを用いて線分析を行い、各切断面の線分析領域１４における各元素の濃度分布を測定する。
次に、得られたＭｎとＣｒの濃度線分析の結果から、１％以上のＳが存在している領域および／または１％以上のＯが存在している領域の測定結果を除外する。この操作により、介在物である硫化物および酸化物の影響を偏析評価結果から除くことができる。そして、１％以上のＳが存在している領域および／または１％以上のＯが存在している領域を除外した各切断面の線分析領域１４について、％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値を求め、５箇所の切断面の線分析領域１４の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値を、線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、外周部１２におけるＳ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値とする。また、１％以上のＳが存在している領域および／または１％以上のＯが存在している領域を除外した各切断面の線分析領域１４について、％Ｍｎ＋２×％Ｃｒ濃度の最小値を求め、５箇所の切断面の線分析領域１４の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒ濃度の最小値を、線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、外周部１２におけるＳ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最小値とする。このようにして得られた％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値および最小値の結果を用いて、最大値と最小値との比（最大値／最小値）を算出し、これを、前記線材の前記長さ方向に直角な前記切断面で測定される、外周部１２における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値と最小値との比（最大値／最小値）とする。
本実施形態に係る線材の直径は特に限定されない。現在、市場に流通する線材の直径は３．６〜８．０ｍｍの範囲内とされることが多いので、本実施形態に係る線材の直径を３．６〜８．０ｍｍとしてもよい。
＜製造方法＞
次に本実施形態に係る線材を製造する方法について説明する。
次に本実施形態に係る線材を製造する方法について説明する。
本実施形態に係る線材を製造する場合、パーライトの面積分率、パーライト以外の組織およびＴｉＮの最大粒径が、上述した各条件を確実に満たし得るように、鋼の成分組成や目標性能、線径等に応じて、工程および各プロセス条件を設定すれば良い。
実験のために少量の鋼を鋳造する場合、鋼の重量が１５０ｋｇ以下であれば、まず原料を溶解後に２０分以上真空排気し、内部の平均断面積が１２０ｃｍ２以下である鋳型を用いて鋳造し、インゴットを得る。インゴットを得る際に用いる鋳型の材質としては、例えば、鋳鉄などが挙げられる。好ましくない材質としては、例えばシリカが挙げられる。また、鋳造後のインゴットの長手方向の両端から、体積分率で１５％の部分は使用しないこととし、熱間鍛造を行う前にインゴットの当該部分を切断する。
次に、両端を取り除いたインゴットを、１２６０〜１３００℃で８〜１２時間加熱し、炉内で５００℃以下まで冷却する。次いで、インゴットを１２００〜１２５０℃に加熱した後、熱間鍛造することにより鋼片を得る。
連続鋳造を含む製造方法によって本実施形態に係る線材を製造する場合、転炉によって溶鋼を溶製した後、溶鋼の電磁攪拌を十分に行い、凝固開始から凝固終了までの平均冷却速度を５℃／分以上とし、さらに凝固途中で圧下を行うことにより鋳片を得る。
次に、鋳造した鋳片を、１２６０〜１３００℃で８〜１２時間加熱し、炉内で５００℃以下まで冷却する。次いで、鋳片を１２００〜１２５０℃で４〜６時間加熱した後、分塊圧延することにより鋼片を得る。
上記のいずれかの方法で製造した鋼片を、１０５０〜１１５０℃になるように加熱し、この温度範囲で４０〜６０分間保持した後、圧延仕上げ温度を９００〜１０００℃として熱間圧延する。熱間圧延後の線材の直径は特に限定されないが、上述のように３．６〜８．０ｍｍとされる場合が多い。仕上げ圧延後の線材は、仕上げ圧延終了直後に、水冷および大気による風冷を組み合わせた冷却（一次冷却）によって、平均冷却速度を３０℃／秒以上で６８０〜７３０℃の温度範囲に入るまで冷却し、その後、大気による風冷（二次冷却）によって平均冷却速度を１０〜２０℃／秒で６１０〜６５０℃の温度範囲になるまで冷却した後、５００℃以下になるまで放冷（三次冷却）する。以上の方法により、本実施形態に係る線材を製造する。このようにして得られた線材は、いわゆる熱間圧延線材であるが、これにさらに冷間圧延及び伸線加工等の冷間加工を行って得られた線材も、上述の要件を満たす限り、本実施形態に係る線材である。
なお、本明細書における鋼片の加熱温度とは、鋼片の表面温度を指し、圧延仕上げ温度とは、仕上げ圧延直後の線材の表面温度を指し、仕上げ圧延後の冷却速度は、線材の表面における冷却速度を指す。また、水冷および大気による風冷を組み合わせた一次冷却における平均冷却速度とは、水又は大気の線材への噴射が開始された時点における線材の表面温度と、水又は大気の線材への噴射が終了された時点における線材の表面温度との差を、噴射時間で除すことによって得られる値である。大気による風冷（二次冷却）における平均冷却速度とは、大気の線材への噴射が開始された時点における線材の表面温度と、大気の線材への噴射が終了された時点における線材の表面温度との差を、噴射時間で除すことによって得られる値である。なお、上述した冷却速度条件が満たされる限り、一次冷却及び二次冷却において線材に噴射される冷媒は、水または大気に限定されない。
以上説明したように、本実施形態の線材は、所定の成分組成を有し、パーライト組織の面積分率が９０％以上である金属組織を有し、残部がフェライト、セメンタイト、及びベイナイト等のいずれか１種又は２種以上を含み、セメンタイトの面積分率が３％以下未満であり、ＴｉＮの最大粒径が１５μｍ未満であり、線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、線材の中心軸から線材の直径の１／１０までの領域である中心部１１における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値が、線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの平均値の２．０倍以下であり、線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、中心部の外縁から表面（外周面）の０．１ｍｍ深さまでの領域である外周部１２における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値と最小値との比（最大値／最小値）が２．０以下である。このため、本実施形態の線材は伸線加工性に優れ、伸線加工を行って鋼線とした際に、低い断線頻度で高強度の鋼線を製造することができる。
次に本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
表１に示す成分組成（化学組成）の鋼Ａ１〜Ｚ１、Ａ２およびＧ２を、表１に示す平均断面積を有し、重量が５０ｋｇまたは１５０ｋｇであるインゴットに鋳造した。インゴットを得る際には、表１に示す鋳型材質の鋳型を用いた。また、表１に示す体積分率で、インゴットの長手方向の両端を切断して取り除いた。
次に、両端を取り除いたインゴットを、表１中に示す熱処理条件（インゴット熱処理条件）で熱処理し、炉内で４００℃まで冷却した。次いで、インゴットを１２３０℃に加熱し、熱間鍛造によって、直径８０ｍｍの鋼片にし、室温まで放冷した。
また、表２に示す成分組成（化学組成）の鋼Ｂ２〜Ｆ２を、転炉によって溶製した後、連続鋳造した。鋳造の際、溶鋼の電磁攪拌を十分に行い、凝固開始から凝固終了までの平均冷却速度を６℃／分とし、さらに凝固途中で圧下を行った。次に、鋳造した鋳片を表２中に示す熱処理条件（鋳片熱処理条件）で熱処理し、炉内で５００℃以下まで放冷した。次いで、表２中に示す条件で加熱した後、分塊圧延によって１２２ｍｍ角の鋼片を得た。
以上の方法で製造した鋼片を、表３に示す鋼片加熱温度まで加熱し、表３に示す鋼片加熱保持時間の間だけ同加熱温度にてその温度を保持し、表３に示す圧延仕上げ温度で、仕上げ圧延径（直径）が５．５ｍｍとなるように熱間圧延工程を行った。仕上げ圧延後、水冷と大気による風冷とを組み合わせた冷却（一次冷却）によって、表３に示す平均冷却速度で７００℃まで線材を冷却した。その後、大気による風冷（二次冷却）によって、７００℃から６１０℃までを表３に示す平均冷却速度で線材を冷却した。各試料に関する７００℃までの平均冷却速度（一次冷却速度）及び７００℃から６１０℃までの平均冷却速度（二次冷却速度）は、表に示される通りであった。その後、６１０℃未満の線材を放冷（三次冷却）し、線材を得た。
得られた線材について、上述した測定方法を用いて、パーライト組織、フェライト組織、セメンタイト組織、ベイナイト組織の面積分率、中心部Ｍｎ＋２Ｃｒ偏析量（即ち、線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、中心部における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値と線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの平均値との比）、外周部Ｍｎ＋２Ｃｒ偏析量（即ち、線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、外周部における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値と最小値との比）およびＴｉＮの最大粒径を求めた。その結果を表４および表５に示す。
上記の線材について、通常の方法で脱スケール、潤滑処理を行った後、各ダイスでの減面率が平均で１８％となるパススケジュールで、乾式伸線加工を行った。なお、１８ｋｇの線材を直径５．５ｍｍから直径１．５０ｍｍまで伸線加工し、１０ｋｇの線材を直径５．５ｍｍから直径１．１０ｍｍまで伸線加工を行った。これらのうち、直径５．５ｍｍから直径１．１０ｍｍまで伸線加工を行った場合の断線回数を表４および表５に示す。直径５．５ｍｍから直径１．５０ｍｍまで伸線加工したものについては、一次伸線加工性を評価せず、後述する二次伸線加工性の評価に供した。直径５．５ｍｍから直径１．１０ｍｍまで乾式伸線加工を行って１回も断線しない場合に、一次伸線加工性が良好であると評価した。なお、直径５．５ｍｍから直径１．１０ｍｍまで伸線した時の真歪みは３．２２である。
ここで、真歪み（ε）は伸線加工前の直径（ｄ０）と伸線加工後の鋼線の直径（ｄ）を用いて下記の（ｉ）式で表されるものである。
ここで、真歪み（ε）は伸線加工前の直径（ｄ０）と伸線加工後の鋼線の直径（ｄ）を用いて下記の（ｉ）式で表されるものである。
ε＝２ｌｎ（ｄ０／ｄ） ・・・ （ｉ）
次いで、上述した直径１．５０ｍｍの伸線材（鋼線）について、加熱炉と鉛浴炉を用いたパテンティング処理を行った。加熱炉は鋼線の温度が９７５〜９９０℃に５〜１５秒間保持されるように設定した。また、鉛浴の温度は５８５〜５９５℃とし、鉛浴への浸漬時間は７〜１０秒とした。パテンティング後の鋼線は、引き続き通常の方法によってブラスめっきを行った。
ブラスめっきを施した鋼線に、各ダイスでの減面率が平均で１５％となるパススケジュールで、直径０．１９ｍｍまで湿式伸線加工（最終伸線加工）を行った。なお、直径１．５０ｍｍから直径０．１９ｍｍまで伸線した時の真歪みは４．１３である。この湿式伸線加工（最終伸線加工）においては、伸線加工性を評価し、その結果を表４および表５中に示した。なお、直径１．５０ｍｍから直径０．１９ｍｍまで１８ｋｇの線材を湿式伸線加工した際の、断線回数が０回の場合を、二次伸線加工性が良好と評価した。一方、断線回数が１回以上の場合には、伸線加工性が悪いと評価した。なお、断線回数が２回になった時点で、直径０．１９ｍｍまでの伸線加工およびそれ以降の評価を中止した。
湿式伸線加工後の鋼線の強度は次のようにして調べた。直径０．１９ｍｍまで伸線できた鋼線について、各３本ずつ引張試験を行い、引張強さを測定して、３本の引張強さの平均値を表４および表５中に示した。
なお、本発明の線材の目標とする性能は、１０ｋｇの線材を、真歪み３．２２まで乾式伸線加工した際の断線回数が０回であること、パテンティングおよびブラスめっきを施した１８ｋｇの鋼線を、真歪み４．１３まで湿式伸線加工した際の断線回数が０回であること、及び直径０．１９ｍｍの鋼線の引張強さが４１００ＭＰａ以上であることである。
表４および表５から、本発明で規定する条件をすべて満たす試験番号は、上述したすべての性能を満たしていることが明らかである。また、一部の試験番号については、直径０．１９ｍｍの鋼線の引張強さが４３００ＭＰａ以上となる好ましい結果を示した。
本発明で規定する条件から外れた試験番号では、上述した性能のうち少なくとも１つを満たさなかった。以下に、本発明で規定する条件から外れた試験番号について説明する。
本発明で規定する条件から外れた試験番号では、上述した性能のうち少なくとも１つを満たさなかった。以下に、本発明で規定する条件から外れた試験番号について説明する。
試験番号１は、Ｃ含有量が本発明の範囲外であり、試験番号３は、Ｍｎ＋２Ｃｒが本発明の範囲外であり、試験番号５は、Ｃｒ含有量が本発明の範囲外であった。そのため、いずれの試験番号も鋼線の引張強さが不十分となった。
試験番号６は、Ｍｎ＋２Ｃｒが本発明の範囲外であった。また、線材中にマルテンサイトが生成したため、乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号８は、Ｃｒ含有量およびＭｎ＋２Ｃｒが本発明の範囲外であった。また、パーライトの面積分率が本発明の範囲を満たさず、鋼組織中にマルテンサイトが生成したため、乾式伸線加工および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号８は、Ｃｒ含有量およびＭｎ＋２Ｃｒが本発明の範囲外であった。また、パーライトの面積分率が本発明の範囲を満たさず、鋼組織中にマルテンサイトが生成したため、乾式伸線加工および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号１０は、Ｃ含有量が本発明の範囲外であった。また、セメンタイトの面積分率が本発明の範囲を満たさなかったため、乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号１１は、Ａｌ含有量が本発明の範囲外であった。そのため、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号１１は、Ａｌ含有量が本発明の範囲外であった。そのため、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号１２は、Ｔｉ含有量が本発明の範囲外であり、試験番号１３はＮ含有量が本発明の範囲外であった。また、いずれの試験番号もＴｉＮの最大粒径が本発明の範囲を満たさなかったため、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号１４は、Ｏ含有量が本発明の範囲外であり、真空排気時間が１０分であった。そのため、乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号１４は、Ｏ含有量が本発明の範囲外であり、真空排気時間が１０分であった。そのため、乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号１５は、インゴットの平均断面積が好ましくないため、ＴｉＮの最大粒径および外周部１２におけるＭｎ＋２Ｃｒの最大値と最小値との比が本発明の範囲外となった。そのため、乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号１６は、鋳造時に材質がシリカの鋳型を用いたため、ＴｉＮの最大粒径および中心部１１におけるＭｎ＋２Ｃｒの最大値と平均値との比が本発明の範囲外となった。そのため、乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号１６は、鋳造時に材質がシリカの鋳型を用いたため、ＴｉＮの最大粒径および中心部１１におけるＭｎ＋２Ｃｒの最大値と平均値との比が本発明の範囲外となった。そのため、乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号１７は、インゴットの平均断面積が好ましくないため、試験番号１８は、インゴットの両端の切断体積分率が５％であったため、いずれの試験番号もＴｉＮの最大粒径が本発明の範囲外となった。そのため、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号２２は、Ｍｎ＋２Ｃｒが本発明の範囲外であり、鋼組織中にマルテンサイトが生成したため、乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号２２は、Ｍｎ＋２Ｃｒが本発明の範囲外であり、鋼組織中にマルテンサイトが生成したため、乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号２４、試験番号２５、試験番号２７および試験番号４３は、インゴットの熱処理条件が好ましくないため、中心部１１におけるＭｎ＋２Ｃｒの最大値と平均値との比および外周部１２におけるＭｎ＋２Ｃｒの最大値と最小値との比が本発明の範囲外となった。そのため、いずれの試験番号も乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号２６は、インゴットの熱処理条件が好ましくないため、中心部１１におけるＭｎ＋２Ｃｒの最大値と平均値との比が本発明の範囲外となった。そのため、乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号２８は、圧延仕上げ温度が好ましくないため、セメンタイトの面積分率が本発明の範囲外となった。そのため、乾式伸線加工時および湿式伸線加工時に鋼線断線した。
試験番号２９は、７００℃までの平均冷却速度が好ましくなく、試験番号３０、試験番号３９および試験番号４０は、７００℃から６１０℃までの平均冷却速度が好ましくないため、セメンタイトの面積分率が本発明の範囲外となった。そのため、乾式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号２９は、７００℃までの平均冷却速度が好ましくなく、試験番号３０、試験番号３９および試験番号４０は、７００℃から６１０℃までの平均冷却速度が好ましくないため、セメンタイトの面積分率が本発明の範囲外となった。そのため、乾式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号３３は、７００℃から６１０℃までの平均冷却速度が好ましくなく、試験番号３４は、鋼片の加熱温度が好ましくなく、また、圧延仕上げ温度が好ましくないため、いずれの試験番号もパーライトの面積分率が本発明の範囲外となった。そのため、乾式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号４５は、熱間圧延の前の鋼片熱処理条件が好ましくないため、外周部１２におけるＭｎ＋２Ｃｒの最大値と最小値との比が本発明の範囲外となった。そのため、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
以上、本発明の好ましい実施形態および実施例について説明したが、これらの実施形態および実施例は、あくまで本発明の要旨の範囲内の一つの例に過ぎず、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。すなわち本発明は、前述した説明によって限定されることはなく、特許請求の範囲の記載によってのみ限定され、その範囲内で適宜変更可能であることはもちろんである。
１ 線材
１１ 中心部
１２ 外周部
１３、１４ 線分析領域
１１ 中心部
１２ 外周部
１３、１４ 線分析領域
Claims (2)
- 化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．９０〜１．２０％、
Ｓｉ：０．１０〜１．００％、
Ｍｎ：０．２０〜０．８０％、
Ｃｒ：０．１０〜０．４０％、
Ａｌ：０〜０．００２％、
Ｔｉ：０〜０．００２％、
Ｎ：０〜０．００５０％、
Ｐ：０〜０．０２０％、
Ｓ：０〜０．０１０％、
Ｏ：０〜０．００４０％、
Ｍｏ：０〜０．２０％、
Ｂ：０〜０．００３０％、
を含有し、残部がＦｅおよび不純物から成り、
線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの平均値が０．５０〜１．００％であり、
金属組織は、面積分率で９０％以上がパーライトであり、残部がフェライト、セメンタイト、及びベイナイトのいずれか１種又は２種以上を含み、
前記セメンタイトの面積分率が３％未満であり、
ＴｉＮの最大粒径が１５μｍ未満であり、
前記線材の長さ方向に直角な切断面で測定される、前記線材の中心軸から前記線材の直径の１／１０までの領域である中心部における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値が、前記線材の全体にわたる％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの前記平均値の２．０倍以下であり、
前記線材の前記長さ方向に直角な前記切断面で測定される、前記中心部の外縁から線材の表面の０．１ｍｍ深さまでの領域である外周部における、Ｓ含有量及びＯ含有量が１％未満である領域の％Ｍｎ＋２×％Ｃｒの最大値と最小値との比が２．０以下である
ことを特徴とする線材。
ここで、％Ｍｎ及び％Ｃｒは、Ｍｎ及びＣｒの質量％での含有量を表す。 - 前記化学成分が、質量％で、
Ｍｏ：０．０２〜０．２０％、及び
Ｂ：０．０００３〜０．００３０％
のいずれか１種または２種を含有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の線材。
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