JP6795319B2 - 伸線性に優れた高炭素鋼線材、および鋼線 - Google Patents
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Description
3522(1991)に記載のピアノ線が知られている。ピアノ線はA種、B種、V種の3種類に大別され、高強度のピアノ線B種として、線径0.2mm、引張強度2840〜3090MPaのSWP−B種などが挙げられる。ピアノ線の素材としては、一般にJIS G 3502(2004)に記載のSWRS82Aなどのパーライト鋼が用いられている。
Cは強度の上昇に有効であり、C含有量の増加に伴って冷間加工後の鋼線材の強度は向上する。所望とする4000MPa以上の強度を達成するためには、C含有量の下限を0.90%以上、好まくは0.93%以上、より好ましくは0.95%以上とする。しかし、C含有量が多くなり過ぎると、伸線加工性に有害な初析セメンタイトを十分低減することができず、伸線性が低下する。よって、C含有量の上限を1.3%以下、好ましくは1.25%以下とする。
Siは有効な脱酸材であり、鋼中の酸化物系介在物を低減する効果がある他、鋼線材の強度を上昇させる効果もある。更に、後述するように初析セメンタイトの成長を抑制する効果もある。これらの効果を有効に発揮させるためには、Si含有量の下限を0.4%以上、好ましくは0.45%以上、より好ましくは0.50%超、更に好ましくは0.55%以上とする。ただし、Siを過剰に添加すると伸線時の脆化を促進し、伸線材の捻回特性を低下させる。よって、Si含有量の上限を1.2%以下、好ましくは1.15%以下とする。
Mnは鋼の焼入れ性を大きく高めるため、衝風冷却時の変態温度を低下させ、パーライト組織の強度を高める効果がある。これらの効果を有効に発揮させるため、Mn含有量の下限を0.2%以上、好ましくは0.3%以上とする。しかし、Mnは線材中心部に偏析し易い元素であり、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虞がある。よって、Mn含有量の上限を1.5%以下、好ましくは1.0%以下、より好ましくは0.95%以下とする。
Pは不純物として含有されるが、旧オーステナイト粒界に偏析して粒界を脆化させ、鋼片割れを引き起こす他、伸線後の鋼線の疲労特性を低下させる。よって、これらの弊害を防ぐため、P含有量の上限を0.02%以下、好ましくは0.018%以下とする。なお、Pの下限を0%とすることは工業生産上困難である。
Sは上記Pと同様、不純物として含有されるが、旧オーステナイト粒界に偏析して粒界を脆化させ、鋼片割れを引き起こす他、伸線後の鋼線の疲労特性を低下させる。よって、これらの弊害を防ぐため、S含有量の上限を0.02%以下、好ましくは0.018%以下とする。なお、Sの下限を0%とすることは工業生産上困難である。
Alは不純物として含有され、Al2O3の様なAl系介在物を生成して、伸線加工時の断線率を上昇させる。よって、十分な伸線性を確保するためには、Al含有量の上限を0.008%以下、好ましくは0.006%以下とする。なお、Alの下限を0%とすることは工業生産上困難である。
Tiは不純物として含有されるが、TiNなどのTi系介在物を生成させ、伸線加工時の断線率を上昇させる。よって、十分な伸線性を確保するためには、Ti含有量の上限を0.005%以下、好ましくは0.003%以下とする。
Nは鋼中に固溶して伸線加工時に歪み時効を引き起こし、鋼線の靱性を低下させる。この様な弊害を防ぐため、N含有量の上限を0.008%以下、好ましくは0.007%以下とする。N量は少ない方が良いが、工業生産上、その下限を0.001%以上、好ましくは0.0015%以上とする。
Bはオーステナイト粒界に濃化し、粒界フェライトの生成を妨げて伸線性を向上させる効果がある。また、Nと化合してBNなどの窒化物を形成し、固溶Nによる靱性低下を抑えて捻回特性を向上させる効果もある。B添加による鋼線材の伸線性や捻回特性を有効に発揮させるため、B含有量の下限を0.0005%以上とすることが好ましい。但し、過剰に添加するとFeとの化合物(B−constituent)が析出し、熱間圧延時の割れを引き起こすため、B含有量の上限を好ましくは0.01%以下、より好ましくは0.008%以下とする。
VおよびCrは、鋼線材の強度向上に寄与する元素である。これらの元素は、単独で添加しても良いし、併用しても良い。
上記のとおり、本発明の鋼線材は、パーライトおよび初析セメンタイトを含む。ベイナイトやマルテンサイトなどの低温変態組織(過冷組織と呼ばれる場合もある)は伸線性を阻害するため、十分な伸線性を確保するためにはパーライト組織の面積率を90%以上、好ましくは95%以上とする。なお、その上限は、初析セメンタイトとの関係で適切に制御すれば良いが、おおむね99面積%以下であることが好ましい。
板状に析出する初析セメンタイトは、伸線加工性に有害な組織であり、鋼線材のパーライトコロニーの配向を妨げ、クラックの起点となって断線を増加させる。しかしながら、最大長さが短い初析セメンタイトは上記弊害が少ない。このような初析セメンタイトによるメカニズムは、前述した特許文献1に詳述したとおりである。十分な伸線性を確保するには、初析セメンタイトの最大長さの上限を15μm以下、好ましくは13μm以下、より好ましくは10μm以下とする。なお、初析セメンタイトの最大長さの下限は特に限定されず、例えば、0.1μm程度であっても良い。
Siはセメンタイトに固溶し難い元素であり、初析セメンタイトが析出する際にはセメンタイト相から外部のオーステナイト相に排出され、その界面(初析セメンタイトとフェライト相の界面)にSiの濃度差が形成される。本発明者らの実験結果によれば、このSi濃度差が大きい程、初析セメンタイト相の成長を抑制し、初析セメンタイトの最大長さを低減できることが判明した。このとき形成されたSi濃度分布は、その後のパーライト変態を経ても受け継がれるため、製造された鋼線材の組織を観察すると初析セメンタイト相と、その周囲にあるフェライト相との界面のSi濃度差として確認することができる。
上記圧延材コイルの端末の非定常部を切り捨てた後、良品の端末を採取して長さ5cmの試験片を採取した。このようにして得られた試験片の線材長手方向に垂直な横断面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)で撮影した組織写真を用いて、点算法により、パーライト組織と非パーライト組織の面積率を求めた。点算法とは、組織写真をメッシュに区切り、その格子点に存在する組織をカウントすることで組織の面積率を簡易に求める方法である。詳細には、横断面の中心部を4000倍で撮影したSEM写真を3枚作製し、それぞれ100個の格子点に区切ってパーライト面積率を求め、その平均値を算出した。SEM写真1枚の評価面積は868μm2である。各試験片におけるパーライト面積率、および組織の詳細を表2に示す。表2には、上記点算法で検出された非パーライト組織(初析セメンタイト組織、ベイナイト組織)も併記した。表中、Pはパーライト組織、Bはベイナイト組織、θは初析セメンタイトである。
上記のようして得られたSEM写真を用い、観察された各初析セメンタイトの長さを測定し、最大長さを求めた。なお、初析セメンタイトは板状に析出するが、板状のセメンタイトが複数に枝分かれしている場合、各枝の長さを合計した値を採用した。
上記のようにして得られたSEM写真を用い、観察された初析セメンタイトについてCs−STEM(球面収差補正走査透過型電子顕微鏡、spherical aberration corrected Scanning Transmission Electron Microscope)によりSi濃度をEDX(エネルギー分散型X線分析:Energy dispersive X−ray spectrometry)でライン分析し、初析セメンタイト相内部と、その周囲にあるフェライト相との間のSi濃度差を求めた。詳細には、初析セメンタイト相のSi濃度の平均値と、フェライト相のSi濃度の最大値をそれぞれ測定し、その差をSi濃度差と定義した。ライン分析のステップ幅は2nm、評価長さは200nmとした。
上記圧延材コイルの端末の非定常部を切り捨て、良品のコイル端末から1リング採取し、長手方向に8分割して、JIS Z2201に基づいて引張試験を行い、引張強度TSを測定した。合計8本の平均値を求め、圧延材コイルのTSを算出した。
上記圧延材コイルを用い、表2に伸線歪みで冷間伸線して所定の線径まで加工し、伸線加工後の引張強度TSを求めた。伸線量はそれぞれ200kgである。なお、伸線加工中に断線が生じたものは「断線」と記載した。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.90〜1.3%、Si:0.4〜1.2%、Mn:0.2〜1.5%、P:0%超0.02%以下、S:0%超0.02%以下、Al:0%超0.008%以下、Ti:0〜0.005%、N:0.001〜0.008%を含有し、残部が鉄および不可避的不純物であり、
組織は、パーライトおよび初析セメンタイトを含み、
全組織に対するパーライトの面積率が95%以上、
初析セメンタイトの最大長さが15μm以下、
初析セメンタイト内部のSi濃度の平均値と、パーライトのラメラ構造を形成するフェライト内部のSi濃度の最大値との濃度差が0.50〜3%であることを特徴とする鋼線材。 - 更に質量%で、B:0%超0.01%以下を含有する請求項1に記載の鋼線材。
- 更に質量%で、V:0%超0.5%以下、およびCr:0%超0.5%以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項1または2に記載の鋼線材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の鋼線材を伸線加工して得られる鋼線。
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