JP6828592B2 - 伸線加工用熱間圧延線材 - Google Patents
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Description
そのため、パテンティング処理を行うことなく安定して伸線加工を行うことにより、スチールコードの素材として好適な鋼線を製造できる伸線加工用熱間圧延線材が強く望まれている。
特許文献1には、C:0.2〜0.6%、B:0.0003〜0.01%を含み、パーライト組織の面積率、初析フェライト量、アスペクト比が10以上であるラメラセメンタイトの数の割合が所定の範囲である高強度鋼線用線材が記載されている。しかしながら、特許文献1に記載の高強度鋼線用線材では、引張り試験での絞りの最小値やTiNの最大粒径に配慮していない。このため、特許文献1に記載の技術は、伸線加工時の断線を安定して抑制する手段として満足できるものではなかった。またパーライト組織の面積率が60%以上であるため、高湿度の環境での疲労寿命が不十分であった。
(b)伸線加工中の線材の断線を抑制するには、熱間圧延線材の引張り試験での絞りを高めるのがよい。特に、熱間圧延線材の絞りの最小値を高めると、伸線加工中の線材の断線を安定して抑制できる。
(c)伸線での断線時の起点となる介在物は主にTiNである。そのため、TiNの最大粒径を小さくすれば、断線を防止できる。また粗大なTiNは疲労試験で破壊起点になるので、TiNの最大粒径を小さくすれば、疲労寿命も向上できる。
本発明は以下の通りである。
C:0.01〜0.29%、
Si:0.10〜2.00%、
Mn:0.30〜1.50%、
を含有すると共に残部がFe及び不純物から成り、かつ不純物中のAl、Ti、N、P、及びSがそれぞれ、
Al:0.040%以下、
Ti:0.003%以下
N:0.0100%以下、
P:0.030%以下、
S:0.020%以下
であり、
フェライト組織とパーライト組織の合計の体積率が90%以上、且つパーライト組織の体積率が40%以下である金属組織を有し、
線材長さ方向と垂直な任意の断面上の測定面積125mm2中でのTiNの最大粒径が20μm未満であり、
引張り試験の絞りの最小値が50%以上である、
伸線加工用熱間圧延線材。
(2) 更に、質量%で、
Al:0.003〜0.030%、
を含有する、(1)に記載の伸線加工用熱間圧延線材。
(3) 更に、質量%で、
Cr:0.03〜0.70%、
Mo:0.02〜0.20%、
V:0.02〜0.20%
B:0.0003〜0.0030%
の1種又は2種以上を含有する、(1)または(2)に記載の伸線加工用熱間圧延線材。
(4) 直径が3.6〜5.6mmである、(1)乃至(3)の何れか一項に記載の伸線加工用熱間圧延線材。
「伸線加工用熱間圧延線材」
本実施形態の伸線加工用熱間圧延線材(以下「熱間圧延線材」と略記する場合がある。)は、パテンティング処理を行うことなく、十分な加工量で伸線加工を行うことにより、スチールコードの素材として好適な鋼線が得られる伸線加工用の熱間圧延線材である。伸線加工は、例えば、真歪みで5.3以上の加工量で行うことができる。
C:0.01〜0.29%
Cは、鋼材の引張強度を高めるために有効な成分である。熱間圧延線材のC含有量が0.01%未満であると、熱間圧延線材を伸線加工することにより得られる鋼線に、例えば引張強さで1600MPa以上の高い強度を安定して付与することが困難となる。2000MPa以上の引張強さの鋼線を得るためには、熱間圧延線材のC含有量を0.10%以上にすることが望ましい。一方、熱間圧延線材のC含有量が多すぎると、パーライト組織の体積分率が多くなり、高湿度環境での疲労寿命が低下する。熱間圧延線材のC含有量が0.29%を超えると、目標とする高湿度環境での疲労寿命が得られない。したがって、熱間圧延線材のC含有量は0.01〜0.29%の範囲内と定めた。熱間圧延線材のC含有量は、望ましくは0.10〜0.29%である。
Siは、鋼材の強度を高めるのに有効な成分である。また、Siは、脱酸剤としても必要な成分である。しかし、熱間圧延線材のSi含有量が0.10%未満では、Siを含有することによる効果が十分に得られない。一方、熱間圧延線材のSi含有量が2.00%を超えると、伸線加工中に断線しやすくなってしまう。そこで、熱間圧延線材のSi含有量は、0.10〜2.00%の範囲内と定めた。また、Siは鋼材の焼入れ性にも影響する元素である。このことから、安定して所望のミクロ組織を有する線材を得るために、熱間圧延線材のSi含有量を0.20〜1.60%の範囲内に調整することがより望ましい。
Mnは、オーステナイトからの相変態時間に影響し、安定したパーライト組織を有する熱間圧延線材を得るために有効な成分である。しかし、熱間圧延線材のMn含有量が0.30%未満であると、Mnを含有することによる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、熱間圧延線材のMn含有量が1.50%を超えると、特に中心部にMnの濃化が顕著になり、伸線加工中に断線しやすくなってしまう。そこで、熱間圧延線材のMn含有量は0.30〜1.50%の範囲内と定めた。熱間圧延線材のMn含有量は、0.40〜1.00%であることがより望ましい。
Tiは、熱間圧延線材中にNとともに含まれていると、TiNを形成しやすい。TiNは、非常に硬質であり、熱間圧延や伸線加工で変形しない。このため、伸線加工中に断線の起点となりやすい。製造方法に配慮しても、熱間圧延線材のTi含有量が0.003%を超えると、伸線加工中に断線しやすくなる。また高湿度環境での疲労寿命が低下する。そこで、Ti含有量は0.003%以下に規制する。Ti含有量は、好ましくは0.002%以下である。
Nは、熱間圧延線材中にTiとともに含まれていると、TiNを形成しやすい。TiNは、非常に硬質であり、熱間圧延や伸線加工で変形しない。このため、伸線加工中に断線の起点となりやすい。製造方法に配慮しても、熱間圧延線材のN含有量が0.0100%を超えると、伸線加工中に断線しやすくなる。また高湿度環境での疲労寿命が低下する。そこで、N含有量は0.0100%以下に規制する。N含有量は、好ましくは0.0070%以下である。
Pは、粒界に偏析して伸線加工性を低下させてしまう元素である。特に、熱間圧延線材のP含有量が0.030%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0.030%以下に規制する。P含有量は、好ましくは0.020%以下である。
Sは、伸線加工性を低下させてしまう元素である。熱間圧延線材のS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、このことから、S含有量は0.020%以下に規制する。S含有量は、好ましくは0.010%以下である。
Alは、Al2O3を主成分とする酸化物系介在物を形成して、脱酸剤としての効果を有する。この効果を得るには、熱間圧延線材のAl含有量を0.003%以上にすることが好ましい。しかし、Al含有量が0.040%を超えると、Al2O3を主成分とする粗大な酸化物系介在物を形成して、熱間圧延線材の伸線加工性を低下が著しくなる。そこで、Al含有量は0.040%以下に規制する。好ましくは、Al含有量は0.030%以下である。
Crの添加は任意である。Crは、伸線加工後に得られる鋼線の引張強さをより高める効果を発揮する。この効果を得るには、熱間圧延線材のCr含有量を0.03%以上にすることが好ましい。しかし、Cr含有量が0.70%を超えると、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、Crを熱間圧延線材中に積極的に添加する場合のCr含有量は、0.03〜0.70%の範囲内が好ましい。より好ましいCr含有量は0.50%以下である。一方、伸線加工後に得られる鋼線の引張強さと延性をより高める観点から、熱間圧延線材のCr含有量を0.10%以上とすることがより好ましい。
Moの添加は任意である。Moは、伸線加工後に得られる鋼線の引張強さをより高める効果を発揮する。この効果を得るには、熱間圧延線材のMo含有量を0.02%以上にすることが好ましい。しかし、Mo含有量が0.20%を超えると、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を熱間圧延線材中に積極的に添加する場合のMo含有量は、0.02〜0.20%の範囲内が好ましい。より好ましいMo含有量は0.10%以下である。一方、伸線加工後に得られる鋼線の引張強さをより高める観点から、熱間圧延線材のMo含有量を0.04%以上とすることがより好ましい。
Vの添加は任意である。Vは、伸線加工後に得られる鋼線の引張強さをより高める効果を発揮する。この効果を得るには、熱間圧延線材のV含有量を0.02%以上にすることが好ましい。しかし、V含有量が0.20%を超えると、粗大なV炭窒化物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、Vを熱間圧延線材中に積極的に添加する場合のV含有量は、0.02〜0.20%の範囲内が好ましい。より好ましいV含有量は0.10%以下である。一方、伸線加工後に得られる鋼線の引張強さをより高める観点から、熱間圧延線材のV含有量を0.04%以上とすることがより好ましい。
Bの添加は任意である。Bは、伸線加工後に得られる鋼線の引張強さをより高める効果を発揮する。この効果を得るには、熱間圧延線材のB含有量を0.0003%以上にすることが好ましい。しかし、B含有量が0.0030%を超えると、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を熱間圧延線材中に積極的に添加する場合のB含有量は、0.0003〜0.0030%の範囲内が好ましい。より好ましいB含有量は、0.0020%以下である。一方、伸線加工後に得られる鋼線の引張強さをより高める観点から、熱間圧延線材のB含有量を0.0005%以上とすることがより好ましい。
熱間圧延線材は、フェライト組織とパーライト組織の合計の体積率が90%以上、且つパーライト組織の体積分率が40%以下である金属組織を有する必要がある。このような金属組織を有する熱間圧延線材であることにより、線材にパテンティング処理を行うことなく、例えば、真歪みで5.3以上の加工量で伸線加工を行うことにより、1600MPa以上の高い引張強さと優れた高湿度環境での疲労寿命を有する鋼線が得られる。
伸線中の断線の起点、および高湿度環境での疲労試験での破壊起点に介在物が存在した場合、多くの場合はTiNであった。そして測定面積125mm2中での最大のTiN粒径が20μmを超える場合には、他の要件を満たしていても、伸線中に断線が発生した。また高湿度環境での疲労寿命が目標に達しなかった。そこで、任意断面上の測定面積125mm2中での最大のTiN粒径が20μm以下とした。なお任意断面上の測定面積125mm2中での最大のTiN粒径は、好ましくは、15μm以下、より好ましくは12μm以下とする。なお、TiNの最大粒径は、熱間圧延線材から圧延方向に垂直な断面を切り出し、圧延方向に垂直な断面における2.5mm×2.5mmの範囲内を光学顕微鏡で観察し、TiNの粒径を求める。そして、この測定を20視野ずつ実施し、測定面積125mm2中での最大のTiNの粒径を求める。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できる。
熱間圧延線材の引張り試験の絞りの最小値が50%未満であると、本発明の他の要件を満たしていても、伸線加工中の断線を十分に防止できない。このため、直径が3.6〜5.6mmである熱間圧延線材を本発明の目標である直径0.40mm以下まで安定して伸線できない。よって、引張り試験の絞りの最小値は50%以上とし、好ましくは55%以上、さらに好ましくは60%以上とする。引張り試験の絞りの上限については特に規定しないが、75%以上にするには製造コストがかさむため、75%未満が好ましい。
熱間圧延線材の直径が5.6mmを超えると、本発明の他の要件を満たしていても、本発明の目標である直径0.40mm以下まで伸線できなかったり、本発明の目標とする延性(鋼線の引張り試験の絞り)が得られなかったりする場合がある。一方、熱間圧延線材の直径を3.6mm未満にすると、熱間圧延で安定して製造することが困難になる場合がある。そこで、熱間圧延線材の直径は3.6〜5.6mmの範囲内とすることが好ましく、より好ましくは4.0〜5.6mmの範囲内、さらに好ましくは4.5〜5.6mmの範囲とする。
次に、本発明の熱間圧延線材を製造する方法の一例について説明する。なお、本発明の熱間圧延線材を製造する方法は、次に説明する方法に限られないことはもちろんである。
本発明の熱間圧延線材を製造する場合、成分組成、フェライト組織とパーライト組織の体積率、引張り試験での絞りの最小値、TiNの最大粒径の条件を確実に満たし得るように、各製造工程における条件を設定する。
以上の工程を行うことにより、本実施形態の熱間圧延線材が得られる。
このため、本実施形態の熱間圧延線材では、パテンティング処理を施すことなく、十分な加工量で伸線加工を行うことにより、鋼線を安定して製造できる。具体的には、例えば、パテンティング処理を施すことなく、真歪みで5.3以上の加工量で直径0.32mm、又は0.25mmまで20kgの熱間圧延線材に湿式伸線加工を行っても、十分に断線を防止できる。また、本実施形態の熱間圧延線材を用いることで、直径が0.15〜0.40mmで、引張強さが1600MPa以上、高湿度環境での良好な疲労寿命であるスチールコードの素材として好適な鋼線が得られる。
以上の方法で製造した鋼片を表3の条件で熱間圧延した。
それに対し、本発明で規定する条件をすべて満たす試験番号は、前記したすべての特性が目標とする値に達していることが明らかである。
試験番号1及び10は、C含有量が本発明の範囲の上限を超えていた。そのため、パーライトの体積分率が発明範囲を超えて、高湿度環境の疲労寿命が不十分になった。
試験番号2は、C含有量が本発明の範囲の下限未満であった。そのため、鋼線の引張強さが不十分となった。
試験番号9は、S含有量が本発明の範囲の上限を超えていた。そのため、伸線加工性の低下が著しくなり、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の上限を超えていた。そのため、粗大な酸化物系介在物が形成し、熱間圧延線材の伸線加工性を低下が著しくなり、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の上限を超えていた。そのため、粗大なTiNが形成し、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号13は、N含有量が本発明の範囲の上限を超えていた。そのため、粗大なTiNが形成し、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。また、高湿度環境の疲労寿命が不十分になった。
試験番号15は、鋳造時の真空排気時間は25分であったが、インゴット重量が50kgを超えていた。このため、真空排気時間が足りず、粗大なTiNが生成し、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、粗大なTiNが生成し、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。また、高湿度環境の疲労寿命が不十分になった。
試験番号24は、700℃までの冷却速度が低く、絞り最小値が小さくなり、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号28及び35は、700〜590℃の間の冷却速度が大きく、フェライトとパーライトの合計体積分率が低下するとともにパーライトの体積分率が増大し、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。また、試験番号35は高湿度環境の疲労寿命が不十分になった。
試験番号29は、鋼片加熱温度及び圧延仕上げ温度が高く、パーライトの体積分率が増大し、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号34は、700〜590℃の間の冷却速度が小さく、絞り最小値が小さくなり、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
試験番号38は、Mn含有量が本発明の範囲の上限を超えていた。そのため、フェライトとパーライトの合計体積分率が低下し、且つ絞り最小値が小さくなり、湿式伸線加工時に鋼線が断線した。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.01〜0.29%、
Si:0.10〜2.00%、
Mn:0.30〜1.50%、
を含有すると共に残部がFe及び不純物から成り、かつ不純物中のAl、Ti、N、P、及びSがそれぞれ、
Al:0.040%以下、
Ti:0.003%以下
N:0.0100%以下、
P:0.030%以下、
S:0.020%以下
であり、
フェライト組織とパーライト組織の合計の体積率が90%以上、且つパーライト組織の体積率が40%以下である金属組織を有し、
線材長さ方向と垂直な任意の断面上の測定面積125mm2中でのTiNの最大粒径が20μm未満であり、
引張り試験の絞りの最小値が50%以上である、
伸線加工用熱間圧延線材。 - 更に、質量%で、
Al:0.003〜0.030%、
を含有する、請求項1に記載の伸線加工用熱間圧延線材。 - 更に、質量%で、
Cr:0.03〜0.70%、
Mo:0.02〜0.20%、
V:0.02〜0.20%
B:0.0003〜0.0030%
の1種又は2種以上を含有する、請求項1または請求項2に記載の伸線加工用熱間圧延線材。 - 直径が3.6〜5.6mmである、請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の伸線加工用熱間圧延線材。
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