JP6893212B2 - 高強度鋼線 - Google Patents

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Description

本開示は、高強度鋼線に関わるものである。
鋼線は、例えば、ロープ用ワイヤ、橋梁用ワイヤ等の土木・建築構造物用途に適用されている。ロープ用ワイヤおよび橋梁用ワイヤは、例えば、ピアノ線材をパテンティング処理してパーライト組織にした後、伸線加工を行い、時効処理した鋼線を用いて製造されている。
特許文献１には、鋼線表層の少なくとも１／１０ｄ（ｄは鋼線半径）の深さの領域において、パーライト中の板状セメンタイトの平均アスペクト比が３０以下とした高強度鋼線が提案されている。
また、特許文献２では、鋼線の線径をＤとしたときに、表面から０．１Ｄの領域の硬さが内部の硬さの１．１倍以下にした高強度鋼線が提案されている。
特許文献１：特開２００４−３６０００５号公報
特許文献２：特開２００９−２８０８３６号公報
近年、鋼線が、土木・建築構造物用途に適用される場合、施工コストの低減、構造物の軽量化等を目的として、例えば、引張強さが１８００ＭＰａ以上である高強度鋼線が求められている。
しかしながら、鋼線は、高強度化に伴って、耐水素脆化特性が低下する場合がある。したがって、高強度鋼線には、耐水素脆化特性のさらなる改善が求められていた。
本開示は、高強度でかつ耐水素脆化特性に優れた高強度鋼線を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための手段には、以下の態様が含まれる。
（１） 質量％で、Ｃ ：０．７０〜１．２０％、Ｓｉ：０．１０〜２．００％、Ｍｎ：０．２０〜１．００％、Ｐ ：０．０３０％以下、Ｓ ：０．０３０％以下、Ｎ ：０．００１０〜０．０１００％、Ａｌ：０〜０．１００％、Ｃｒ：０〜２．００％、Ｖ ：０〜０．３０％、Ｂ ：０〜０．００５０％、Ｔｉ：０〜０．０５０％、Ｎｂ：０〜０．０５０％、Ｚｒ：０〜０．０５０％、Ｎｉ：０〜２．００％、Ｃｕ：０〜１．００％、Ｓｎ：０〜０．５０％、Ｍｇ：０〜０．０１０％、Ｃａ：０〜０．０１０％、並びに、残部：Ｆｅ及び不純物からなる化学組成を有し、金属組織が、面積率で９５％以上のパーライト組織からなり、鋼線の軸を含む軸方向の断面における表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比Ｒが２．０以上であり、かつ、鋼線の直径をＤとしたとき、鋼線の軸を含む軸方向の断面において、（表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）／（０．２５Ｄの位置で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）が１．１以上であり、かつ、引張強さが１８００ＭＰａ以上である高強度鋼線。
（２） 前記化学組成が、質量％で、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｃｒ：０．０１〜２．００％、Ｖ ：０．０１〜０．３０％、Ｂ ：０．０００１〜０．００５０％、Ｔｉ：０．００１〜０．０５０％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５０％、Ｚｒ：０．００１〜０．０５０％、及びＮｉ：０．０１〜２．００％の１種または２種以上を含有する前記（１）に記載の高強度鋼線。
（３） 前記化学組成におけるＡｌの含有量が、質量％で、０．００５超〜０．１００％である前記（１）又は（２）に記載の高強度鋼線。
（４） 直径が２．５ｍｍ〜９．５ｍｍである前記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の高強度鋼線。
本開示によれば、高強度でかつ耐水素脆化特性に優れた高強度鋼線が提供される。
本開示の高強度鋼線における鋼線の軸を含む軸方向と直交する断面を示す概略図である。 本開示の高強度鋼線における鋼線の軸を含む軸方向の断面を示す概略図である。
引張強さが１８００ＭＰａ以上である高強度鋼線の耐水素脆化特性の低下を抑制するためには、鋼線の金属組織をパーライト組織とし、かつパーライトブロックが鋼線の軸方向（鋼線の長手方向）に沿って伸長した組織にすることが有効である。パーライト組織はセメンタイト相とフェライト相の層状構造を有する。この層状構造が、亀裂の進展に対する水素の侵入抵抗（耐水素脆化特性）となる。パーライトブロックが鋼線の軸方向に沿って伸長している場合、パーライト組織の層状構造の向きが均一となるので、耐水素脆化特性の低下が抑制される。
即ち、金属組織が下記条件の全てを満足することで、鋼線の強度が１８００ＭＰａ以上であっても優れた耐水素脆化特性を有することが可能である。
１）金属組織が、面積率で９５％以上のパーライト組織である。
２）鋼線の軸を含む軸方向の断面における表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比Ｒが２．０以上である。
３）鋼線の直径をＤとしたとき、鋼線の軸を含む軸方向の断面において、（表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）／（０．２５Ｄの位置で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）が１．１以上である。
したがって、本開示の高強度鋼線は、高強度でかつ耐水素脆化特性に優れた鋼線であるため、例えば、土木・建築構造物に用いられるロープ用ワイヤ、橋梁用ワイヤ等への用途に有用である。
本明細書中において、「鋼線の軸を含む軸方向の断面」とは、鋼線の中心軸を含み、鋼線の軸方向（長手方向、つまり伸線方向）に沿って切断した、中心軸方向と平行な断面を示す。
なお、本明細書中において、「中心軸」とは、鋼線の軸方向（長手方向）と直交する断面の中心点を通り、軸方向に延びる仮想線を示す。
ここで、図２を参照すると、図２は、鋼線の軸を含む軸方向の断面を示す概略図である。図２において、Ｓは表層、Ｑは中心軸、Ｄは鋼線の直径を表す。図２に示すように、鋼線の軸を含む軸方向の断面は、中心軸Ｑ方向に、鋼線の中心軸Ｑに沿って、中心軸Ｑと平行な面で切断した面を表す。
本明細書中において、「表層」とは、鋼線の表面から、中心軸に向かって（径方向に向かって）、１００μｍまでの深さの領域を示す。
本明細書中において、「０．２５Ｄ」とは、鋼線の直径をＤとしたとき、鋼線の表面から、中心軸に向かって（径方向に向かって）、直径Ｄの０．２５倍の深さの位置を示す。
ここで、図１を参照すると、図１は、鋼線の軸方向と直交する断面を示す概略図である。図１において、Ｓは表層、Ｄは鋼線の直径、０．２５Ｄは０．２５Ｄの位置を表す。図１に示すように、表層Ｓは、鋼線の表面から、中心軸に向かって、１００μｍまでの深さの領域である。０．２５Ｄは、鋼線の表面から、中心軸に向かって、直径Ｄの０．２５倍の深さの位置である。
本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「〜」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
本明細書中において、成分（元素）の含有量を示す「％」は、「質量％」を意味する。
本明細書中において、Ｃ（炭素）の含有量を、「Ｃ量」と表記することがある。他の元素の含有量についても同様に表記することがある。
本明細書中において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
まず、本開示における高強度鋼線に含有される元素の範囲を限定した理由を説明する。
本開示の高強度鋼線の化学組成は、質量％で、Ｃ ：０．７０〜１．２０％、Ｓｉ：０．１０〜２．００％、Ｍｎ：０．２０〜１．００％、Ｐ ：０．０３０％以下、Ｓ ：０．０３０％以下、Ｎ ：０．００１０〜０．０１００％、Ａｌ：０〜０．１００％、Ｃｒ：０〜２．００％、Ｖ ：０〜０．３０％、Ｂ ：０〜０．００５０％、Ｔｉ：０〜０．０５０％、Ｎｂ：０〜０．０５０％、Ｚｒ：０〜０．０５０％、Ｎｉ：０〜２．００％、Ｃｕ：０〜１．００％、Ｓｎ：０〜０．５０％、Ｍｇ：０〜０．０１０％、Ｃａ：０〜０．０１０％、並びに残部：Ｆｅ及び不純物からなる化学組成を有する。
Ｃは鋼線の引張強さを確保するため添加する。Ｃ量が０．７０％未満では初析フェライトが生成し、所定の引張強さを確保することが困難である。一方、Ｃ量が１．２０％を越えると、初析セメンタイト量が増加し、伸線加工性が劣化する。そのため、Ｃ量を０．７０〜１．２０％とした。高強度と伸線加工性とを両立する点で、Ｃ量の好ましい範囲は、０．８０〜１．１５％、より好ましい範囲は、０．９０〜１．１０％である。
Ｓｉはリラクセーション特性を高めるとともに、固溶強化により引張強さを高める効果がある。Ｓｉ量が０．１０％未満ではこれらの効果が不十分である。一方、Ｓｉ量が２．００％を越えると、これらの効果が飽和するとともに熱間延性が劣化して、製造性が低下する。そのため、Ｓｉ量を０．１０〜２．００％とした。Ｓｉ量の好ましい範囲は０．２０〜１．８０％、より好ましい範囲は０．５０〜１．５０％である。
Ｍｎはパーライト変態後の鋼の引張強さを高める効果がある。Ｍｎ量が０．２０％未満では効果が不十分である。一方、Ｍｎ量が１．００％を越えると上記効果が飽和する。そのため、Ｍｎ量を０．２０〜１．００％とした。Ｍｎ量の好ましい範囲は０．３０〜０．９０％、より好ましい範囲は０．４０〜０．８０％である。
ＰおよびＳは、不純物として含有される。ＰおよびＳは、結晶粒界に偏析して耐水素脆化特性を劣化させるため、Ｐ量およびＳ量は抑制したほうがよい。そのため、Ｐ量およびＳ量の上限をそれぞれ０．０３０％とした。Ｐ量およびＳ量の好ましい範囲は、それぞれ０．０２０％以下、より好ましい範囲は０．０１５％以下である。なお、Ｐ量およびＳ量の下限値は特に限定されないが、０％超でもよく、例えば、脱燐コスト低減および脱硫コスト低減の点から、それぞれ０．０００１％以上であってもよい。
Ｎ量が過剰であると、耐水素脆化特性を劣化させる。そのため、Ｎ量は、０．０１００％以下とした。一方、Ｎは、リラクセーション特性を高める効果がある。また、Ｎは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、及びＶと窒化物を形成し、結晶粒径を細粒化し延性を向上させる効果がある。Ｎ量が０．００１０％未満ではこれらの効果が得られ難い。そのため、Ｎ量は０．００１０〜０．０１００％とした。Ｎ量は好ましくは、０．００１０〜０．００８０％、より好ましくは、０．００１０〜０．００５０％である。
また、本開示の高強度鋼線は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖ、Ｂ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、及びＮｉの各元素の１種または２種以上を含有してもよい。本開示の高強度鋼線が、これら元素を含有する場合、質量％で、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｃｒ：０．０１〜２．００％、Ｖ：０．０１〜０．３０％、Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、Ｔｉ：０．００１〜０．０５０％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５０％、Ｚｒ：０．００１〜０．０５０％、及びＮｉ：０．０１〜２．００％の１種又は２種以上を含有してもよい。
Ａｌは任意の元素である。したがって、Ａｌ量は０％であってもよい。
Ａｌは脱酸元素として機能する。また、Ａｌは、ＡｌＮを形成し結晶粒を細粒化し延性を向上させる効果、及び固溶Ｎを低減して耐水素脆化特性を向上させる効果がある。この点で、Ａｌ量は０％超でもよい。また、この効果を十分に得るためには、Ａｌ量は０．００５％以上であることがよい。さらに、Ａｌ量は０．００５％超であることがよく、０．００８％以上であることがよく、０．０１０％以上であることがよく、０．０２０％以上であることがよい。一方、Ａｌ量が０．１００％を超えると、上記効果が飽和するとともに、製造性を低下させる場合がある。そのため、Ａｌ量は０．１００％以下とすることがよく、０．０６０以下とすることがよい。したがって、Ａｌを含む場合のＡｌ量は０．００５〜０．１００％とすることがよく、０．００５超〜０．１００％であることがよく、０．００８〜０．０６０％であってもよい。
Ｃｒは任意の元素である。したがって、Ｃｒ量は０％であってもよい。
Ｃｒはパーライト変態後の鋼の引張強さを高める効果がある。この点で、Ｃｒ量は０％超でもよい。また、この効果を十分に得るためには、Ｃｒ量は０．０１％以上とすることがよい。一方、Ｃｒ量が２．００％を超えると合金コストが上昇する。さらに、マルテンサイト組織が生じ易くなって、伸線加工性および耐水素脆化特性を劣化させる場合がある。そのため、Ｃｒを含む場合のＣｒ量は０．０１〜２．００％とすることがよい。好ましい範囲は０．１０〜０．５０％である。
Ｖは任意の元素である。したがって、Ｖ量は０％であってもよい。
Ｖは炭化物ＶＣを析出して、引張強さを高めるとともに、耐水素脆化特性を向上させる効果がある。この点で、Ｖ量は０％超でもよい。また、この効果を十分に得るためには、Ｖ量は０．０１％以上とすることがよい。一方、Ｖ量が０．３０％を超えると、合金コストが増加する。そのため、Ｖを含む場合のＶ量は０．０１〜０．３０％とすることがよい。好ましい範囲は０．０２〜０．１０％である。
Ｂは任意の元素である。したがって、Ｂ量は０％であってもよい。
Ｂはパーライト変態後の引張強さを高める効果および耐水素脆化特性を向上させる効果がある。この点で、Ｂ量は０％超でもよい。また、この効果を十分に得るためには、Ｂ量は０．０００１％以上とすることがよい。一方、Ｂ量が０．００５０％を超えると上記効果が飽和する。そのため、Ｂを含む場合のＢ量は０．０００１〜０．００５０％とすることがよい。好ましい範囲は０．０００５〜０．００２０％である。
Ｔｉは任意の元素である。したがって、Ｔｉ量は０％であってもよい。
Ｔｉは脱酸元素として機能するとともに、炭化物および窒化物を析出させて引張強さを高める効果、並びに結晶粒を細粒化して延性を向上させる効果がある。この点で、Ｔｉ量は０％超でもよい。また、この効果を十分に得るためには、Ｔｉ量は０．００１％以上とすることがよい。一方、Ｔｉ量が、０．０５０％を超えると、これらの効果が飽和するとともに、粗大な酸化物を生成して伸線加工性を劣化させる場合がある。そのため、Ｔｉを含む場合のＴｉ量は０．００１〜０．０５０％とすることがよい。好ましい範囲は０．００５〜０．０２０％である。
Ｎｂは任意の元素である。したがって、Ｎｂ量は０％であってもよい。
Ｎｂは炭化物および窒化物を析出させて引張強さを高める効果、並びに結晶粒を細粒化して延性を向上させる効果がある。この点で、Ｎｂ量は０％超でもよい。また、これらの効果を十分に得るためには、Ｎｂ量は０．００１％以上とすることがよい。一方、Ｎｂ量が０．０５０％を超えると上記効果が飽和するとともに捻回特性を劣化させる場合がある。そのため、Ｎｂを含む場合のＮｂ量は０．００１〜０．０５０％とすることがよい。好ましい範囲は０．００５〜０．０２０％である。
Ｚｒは任意の元素である。したがって、Ｚｒ量は０％であってもよい。
Ｚｒは脱酸元素として機能する。また、Ｚｒは硫化物を形成することで固溶Ｓを低減し、耐水素脆化特性を向上させる効果がある。この点で、Ｚｒ量は０％超でもよい。また、この効果を十分に得るためには、Ｚｒ量は０．００１％以上とすることがよい。一方、Ｚｒ量が０．０５０％を超えると上記効果が飽和するとともに粗大な酸化物を生成し、伸線加工性を劣化させる場合がある。そのため、Ｚｒを含む場合のＺｒ量は０．００１〜０．０５０％とすることがよい。好ましい範囲は０．００２〜０．０２０％である。
Ｎｉは任意の元素である。したがって、Ｎｉ量は０％であってもよい。
Ｎｉは水素の侵入を抑制する効果がある。この点で、Ｎｉ量は０％超でもよい。また、この効果を十分に得るためには、Ｎｉ量は０．０１％以上とすることがよい。一方、Ｎｉ量が２．００％を超えると合金コストが上昇する。さらに、マルテンサイト組織が生じ易くなって、伸線加工性および耐水素脆化特性を劣化させる場合がある。そのため、Ｎｉを含む場合のＮｉ量は０．０１〜２．００％とすることがよい。好ましい範囲は０．０５〜０．５０％である。
さらに、任意成分として、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｍｇ、及びＣａの各元素の１種または２種以上を含有していてもよい。したがって、これら元素の含有量は、質量％で、０％であってもよい。これら元素を含む場合、質量％で、Ｃｕ：０超〜１．００％、Ｓｎ：０超〜０．５０％、Ｍｇ：０超〜０．０１０％、及びＣａ：０超〜０．０１０％であってもよい。
残部はＦｅおよび不純物である。本開示の高強度鋼線の化学組成において、上述した各元素を除いた残部は、Ｆｅ及び不純物である。
ここで、不純物とは、原材料に含まれる成分、または、製造の工程で混入する成分であって、意図的に鋼に含有させたものではない成分を指す。
不純物としては、例えば、Ｏ（酸素）が挙げられる。
Ｏは鋼中に不純物として含有し、Ａｌ、Ｔｉなどの酸化物として存在する。Ｏ量が高いと粗大な酸化物が形成し、伸線加工を施すときに断線の原因となる。そのため、Ｏ量は０．０１％以下に抑制することが好ましい。なお、Ｏ量の下限は特に限定されないが、例えば、０％超でもよく、０．００１％以上であってもよい。
本開示の高強度鋼線では、上記成分を有する鋼線を前述の特定の金属組織とする。次に金属組織の限定理由について説明する。
鋼線の金属組織において、パーライト組織の面積率が９５％未満では強度の低下および捻回特性が劣化する。このため、パーライト組織の面積率の下限を９５％とした。パーライト組織の面積率は９６％以上でもよい。また、パーライト組織の面積率の上限は１００％以下でもよく、９９％以下でもよい。
本開示の高強度鋼線において、パーライトブロックの平均アスペクト比Ｒを規定する領域は、鋼線の表面から深さ１００μｍの位置（表層）である。また、本開示の高強度鋼線において、０．２５Ｄの位置で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比に対する表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比の比率を規定する。
引張強さが１８００ＭＰａ以上の高強度鋼線に、優れた耐水素脆化特性を付与するためには、鋼線の表層のパーライトブロックを、伸線方向に伸長させることが有効である。
パーライト組織は、セメンタイト相とフェライト相との層状構造を有する。この層状構造が、表層からの水素侵入に対する抵抗（耐水素脆化特性）となる。鋼線の表層のパーライトブロックが伸線方向（鋼線の長手方向）に沿って伸長している場合、鋼線の表層のパーライト組織の層状構造の向きが均一となる。そのため、パーライト組織の多数の層が積層されるので、耐水素脆化特性の低下が抑制される。
一方で、鋼線の軸を含む軸方向の断面における鋼線の表層で測定した、パーライトブロックの平均アスペクト比Ｒが２．０未満である場合、上述の効果が得られない。そのため、表面からの水素侵入に対する抵抗が十分に向上しないので、耐水素脆化特性が低下する。したがって、この平均アスペクト比Ｒは、２．０以上とする。好ましくは２．５以上、さらに好ましくは３．０以上である。一方、この平均アスペクト比Ｒの上限は特に限定されるものではないが、生産性の点で、例えば、１５以下でもよく、１２以下でもよく、１０以下でもよい。
また、鋼線の耐水素脆化特性の低下を効率的に抑制するためには、表層にひずみを集中させることが有効である。鋼線の軸を含む軸方向の断面において、鋼線の直径をＤとしたとき、下記式で表される平均アスペクト比の比率が、１．１未満では、内部のひずみが高くなり、耐水素脆化特性が劣化する。なお、表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比は、上述の平均アスペクト比Ｒと同じ意味を表す。
（式）平均アスペクト比の比率＝（表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）／（０．２５Ｄの位置で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）
鋼線の軸を含む軸方向の断面において、上記式の平均アスペクト比の比率が小さい（１．１未満）とき（すなわち、内部のパーライトブロックに対する表層のパーライトブロックの伸長が同じであるか、または小さいとき）、表層のひずみは内部のひずみと同程度であるか、または表層より内部が高いひずみを受けている。そのため、表層は、内部に対して、十分なひずみが付与されていない場合がある。表層のひずみが十分に付与されず、内部のひずみが高いとき、鋼線は、延性が低下し、亀裂が発生しやすくなることで、耐水素脆化特性が劣化する。そのため、表層にひずみを集中させ、上記式の平均アスペクト比の比率を１．１以上としている。なお、鋼線の表層と内部の両方に高いひずみを付与するためには、例えば、伸線加工での総減面率を高くする。その結果、上記式の平均アスペクト比の比率が１．１未満となり、鋼線の延性低下および亀裂が生じやすい。
上記式で表される平均アスペクト比の比率は、耐水素脆化特性の低下をより抑制する点で、好ましくは、１．２以上、より好ましくは１．３以上である。この平均アスペクト比の比率の上限は特に限定されるものではないが、生産性の点で、例えば、５以下でもよく、３以下でもよく、２以下でもよい。
金属組織の測定方法は、以下とした。
鋼線のパーライト組織の面積率は、以下の手順により求めた。まず、鋼線の軸と直交する断面（以下、「Ｃ断面」とも称す）を、ピクラールを用いてエッチングし、金属組織を現出させる。次に、鋼線の直径をＤとしたとき、表層の中心位置（鋼線表面からの深さが５０μｍの位置）、及び、０．２５Ｄの深さの位置の金属組織を観察する。金属組織の観察は、鋼線の軸を中心に９０°おきに回転させた４箇所、中心部において１箇所、計９箇所にてＳＥＭを用いて写真撮影することによって行う。ＳＥＭによる金属組織の写真撮影は、周方向に１２０μｍおよび中心方向に９０μｍの領域を、１０００倍の倍率で行う。
ここで、図１を参照すると、鋼線のパーライト組織の面積率を測定する箇所は、４箇所の表層Ｓの中心位置（鋼線表面からの深さが５０μｍの位置）、４箇所の０．２５Ｄの位置、および１箇所の中心部Ｃの計９箇所である。
そして、撮影した組織写真中の非パーライト組織（フェライト、ベイナイト、マルテンサイト、および初析セメンタイトの各組織）を目視でマーキングし、それぞれの組織の面積率を画像解析により求める。パーライト組織の面積率は、観察視野全体から前記非パーライト組織の面積を減じることにより求められる。これを２個のサンプルについて測定し、それらの平均値を求め、鋼線全体のパーライト面積率とする。
また、表層のパーライトブロックの平均アスペクト比は、以下の手順により求めた。
まず、鋼線の軸を含む軸方向の断面（以下、Ｌ断面とも称す）に対して、ＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ：電子線後方散乱回折法）装置を用いて、パーライトブロック粒界を検知する。このとき、一つのＬ断面当たり、鋼線の表面から鋼線の中心軸方向（径方向）に１００μｍおよび鋼線の長手方向に５００μｍの領域において、測定ステップを０．３μｍとして各測定点のｂｃｃ−Ｆｅの結晶方位を測定し、方位差が９度以上の境界を求める。その境界に囲まれた領域をパーライトブロック粒とする。得られた結晶方位マップにおいて、測定領域内のパーライトブロック群のうち、円相当径の最大のものから順に２０個のパーライトブロックを選定する。次に選定された２０個のパーライトブロックの各々のアスペクト比（パーライトブロックの短径に対する長径の比、すなわち、長径／短径）を求め、２０個のパーライトブロックのアスペクト比の平均値を求める。そして、パーライトブロックを一つのＬ断面当たり両側の２箇所、さらに鋼線の別部位から採取した全４個のサンプルについて調査し、全８箇所の平均アスペクト比の平均値を表層におけるパーライトブロックの平均アスペクト比とする。
次に、同様にして上記サンプルについて、線材の径をＤとしたとき、鋼線表面から０．２５Ｄの深さの位置を中心とした中心軸方向に１００μｍおよび鋼線長手方向に５００μｍの領域において、同様に全８箇所のパーライトブロックの平均アスペクト比を求める。そして、前記表層のパーライトブロックの平均アスペクト比との比率、（表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）／（０．２５Ｄの位置で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）を求める。
ここで、図２を参照すると、アスペクト比を測定する箇所は、表層Ｓにおいて、表面から鋼線の中心軸方向に１００μｍおよび鋼線の長手方向に５００μｍの領域である。また、０．２５Ｄにおいて、０．２５Ｄの深さの位置を中心とした中心軸方向に１００μｍ（０．２５Ｄの深さの位置を中心として、０．２５Ｄから表面方向に５０μｍまで、及び０．２５Ｄから中心軸方向に５０μｍまでの１００μｍの範囲）および鋼線長手方向に５００μｍの領域である。測定は、図２に示すように、Ｌ断面における中心軸Ｑに対して両側の表層および両側の０．２５Ｄについて行う。
次に、実施形態に係る鋼線の引張強さについて説明する。鋼線の引張強さが１８００ＭＰａ未満では、例えば、土木・建築構造物の用途に適用した場合、施工コストの低減および軽量化の効果が小さくなる。そのため、本開示の高強度鋼線では、引張強さの下限を１８００ＭＰａとした。
なお、引張強さの上限は特に限定されるものではないが、引張強さが高すぎると、延性が低下し、伸線加工を施すときに割れが生じる場合がある。この点で、引張強さは３０００ＭＰａ以下でもよく、２８００ＭＰａ以下でもよい。
本開示の高強度鋼線は、前述の金属組織及び引張強度を有する鋼線を製造する観点及び前述の用途の観点から、鋼線の直径（線径）が２．５ｍｍ〜９．５ｍｍであることがよく、３．０ｍｍ〜９．０ｍｍでもよく、３．５ｍｍ〜８．５ｍｍでもよい。
なお、鋼線の直径は、鋼線の線径と同じ意味を表す。
次に、本開示の高強度鋼線の好ましい製造方法の一例について説明する。本開示の高強度鋼線の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、好ましい製造方法の一例としては、下記の態様が挙げられる。
第１の態様としては、特定の化学組成を有する鋼片を、１０００〜１１５０℃に加熱する工程と、前記鋼片を、仕上げ圧延温度８００〜９５０℃で熱間圧延することにより線材を得る工程と、８００〜９５０℃である前記線材を、直接、５００〜６００℃の溶融塩浴に５０秒以上浸漬することによりパーライト変態処理する工程と、さらに、４００℃以上から３００℃以下まで水冷する工程と、パーライト変態処理後の線材を、総減面率７０〜９５％で伸線加工する工程と、伸線後の線材に４５０℃以下で時効処理を行う工程と、を有する。
第２の態様としては、特定の化学組成を有する鋼片を、１０００〜１１５０℃に加熱する工程と、前記鋼片を、仕上げ圧延温度８００〜９５０℃で熱間圧延することにより線材を得る工程と、８００〜９５０℃である前記線材を、衝風冷却することによりパーライト変態処理する工程と、パーライト変態処理後の線材を、総減面率７０〜９５％で伸線加工する工程と、伸線後の線材に４５０℃以下で時効処理を行う工程と、を有する。
第３の態様としては、特定の化学組成を有する鋼片を、１０００〜１１５０℃に加熱する工程と、前記鋼片を、仕上げ圧延温度８００〜９５０℃で熱間圧延することにより線材を得る工程と、８００〜９５０℃である前記線材を冷却し、前記冷却した線材を９５０℃以上の温度域に再加熱する工程と、前記再加熱後の線材を、Ｐｂ浴または溶融塩浴に浸漬して、５００〜６００℃に保持することによりパーライト変態処理する工程と、パーライト変態処理後の線材を、総減面率７０〜９５％で伸線加工する工程と、伸線後の線材に４５０℃以下で時効処理を行う工程と、を有する。
上記の各態様において、伸線加工は次のようにして行う。総減面率が７０〜９５％となる範囲で、少なくとも最終パスでの伸線加工の際、アプローチ半角１０度以上（好ましくは２０度以下）のダイスを用いて、減面率を１２％以下（好ましくは３％以上、９％以下）として強度を付与する。つまり、この条件は、最終パスのみでなく、最終パスと最終パスを含む複数のパスで採用してもよい。
なお、上記の各態様において、鋼片の化学組成は、前述の高強度鋼線の化学組成と同様である。鋼片の化学組成を以下に示す。
鋼片の化学組成は、Ｃ ：０．７０〜１．２０％、Ｓｉ：０．１０〜２．００％、Ｍｎ：０．２０〜１．００％、Ｐ ：０．０３０％以下、Ｓ ：０．０３０％以下、Ｎ ：０．００１０〜０．０１００％、Ａｌ：０〜０．１００％、Ｃｒ：０〜２．００％、Ｖ ：０〜０．３０％、Ｂ ：０〜０．００５０％、Ｔｉ：０〜０．０５０％、Ｎｂ：０〜０．０５０％、Ｚｒ：０〜０．０５０％、Ｎｉ：０〜２．００％、Ｃｕ：０〜１．００％、Ｓｎ：０〜０．５０％、Ｍｇ：０〜０．０１０％、Ｃａ：０〜０．０１０％、並びに、残部：Ｆｅ及び不純物からなるものである。
以上、本開示の高強度鋼線の好ましい製造方法として上記態様を例に挙げて説明した。上記態様によれば、高強度でかつ耐水素脆化特性に優れた鋼線を、簡便に製造することができる。
表１に示す化学組成を有する鋼種Ａ〜Ｌを、表２に示す条件で加熱し、熱間圧延を行い、リング状に巻取り、表２に示す温度で熱間圧延ライン後方の溶融塩槽に浸漬してパテンティング処理を行い、線材を製造した。また、一部については、溶融塩槽に浸漬してパテンティング処理を行うことに変えて、衝風冷却を行うことで、線材を製造した。その後、得られた線材を表３に示す伸線後の線径まで伸線加工を行い、伸線後に加熱して時効処理を行い、試験番号１〜２２に示す鋼線を製造した。
また、熱間圧延後冷却した線材を表４に示す条件で再加熱して、表４に示す温度でＰｂ浴に浸漬してパテンティング処理を行い、線材を製造した。その後、得られた線材を表５に示す伸線後の線径まで伸線加工を行い、伸線後に加熱して時効処理を行い、試験番号２３〜２５に示す鋼線を製造した。
Figure 0006893212
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そして、これらの鋼線に対して、以下の試験を行った。
引張強さ試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に準拠し、９Ａ号試験片を用いて行った。結果を表３、及び表５に示す。
金属組織の面積率、表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比Ｒ、及び前記表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比と表層から０．２５Ｄ位置における平均アスペクト比との比率（表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比／０．２５Ｄの位置で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）は前記したように求めた。結果を表３、及び表５に示す。
耐水素脆化特性は、ＦＩＰ試験により評価した。具体的には、試験番号１〜２５の鋼線を、５０℃の２０％濃度ＮＨ４ＳＣＮ溶液中に浸漬して、破断荷重の０．８倍の荷重を負荷し、破断時間を評価した。なお、比液量（溶液量／試験片表面積）は１２ｃｃ／ｃｍ２とした。ＦＩＰ試験は、鋼線につき１２本ずつ評価し、その平均値を水素脆化時間とした。水素脆化時間が１０時間以上となるものを、耐水素脆化特性が良好（各表中Ｇと表記）と判定した。また、上記条件に該当しないものを、耐水素脆化特性が不良（各表中ＮＧと表記）と判定した。結果を表３、及び表５に示す。
本開示の高強度鋼線の要件をすべて満たす試験番号１〜１１、２０〜２５の鋼線は、引張強さが１８００ＭＰａ以上となり、かつ耐水素脆化特性が良好である。
一方、試験番号１２の鋼線は、耐水素脆化特性が良好であるが、引張強さが低い。さらに、パーライト組織の面積率、表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比Ｒ、及び（表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）／（０．２５Ｄの位置で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）が本開示の範囲を外れる。
試験番号１３と１５の鋼線は、表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比Ｒが本開示の下限未満であり、耐水素脆化特性が不良である。
試験番号１４の鋼線は、パーライト組織の面積率が本開示の下限未満であり、耐水素脆化特性が不良である。
試験番号１６の鋼線は、パーライト組織の面積率、及び表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比Ｒが本開示の下限未満であり、耐水素脆化特性が不良である。
試験番号１７の鋼線は、表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比Ｒ、及び（表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）／（０．２５Ｄの位置で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）が本開示の下限未満であり、耐水素脆化特性が不良である。
試験番号１８の鋼線は、耐水素脆化特性が良好であるが、引張強さが本開示の下限未満である。さらに、パーライト組織の面積率、及び（表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）／（０．２５Ｄの位置で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）が本開示の下限未満である。
試験番号１９の鋼線は、（表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）／（０．２５Ｄの位置で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）が本開示の下限未満であり、耐水素脆化特性が不良である。
日本国特許出願２０１６−１５０５８４の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (5)

  1. 質量％で、
    Ｃ ：０．７０〜１．２０％、
    Ｓｉ：０．１０〜２．００％、
    Ｍｎ：０．２０〜１．００％、
    Ｐ ：０．０３０％以下、
    Ｓ ：０．０３０％以下、
    Ｎ ：０．００１０〜０．０１００％、
    Ａｌ：０〜０．１００％、
    Ｃｒ：０〜２．００％、
    Ｖ ：０〜０．３０％、
    Ｂ ：０〜０．００５０％、
    Ｔｉ：０〜０．０５０％、
    Ｎｂ：０〜０．０５０％、
    Ｚｒ：０〜０．０５０％、
    Ｎｉ：０〜２．００％、
    Ｃｕ：０〜１．００％、
    Ｓｎ：０〜０．５０％、
    Ｍｇ：０〜０．０１０％、
    Ｃａ：０〜０．０１０％、並びに
    残部：Ｆｅ及び不純物からなる化学組成を有し、
    金属組織が、面積率で９５％以上のパーライト組織からなり、
    鋼線の軸を含む軸方向の断面における表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比Ｒが２．０以上であり、
    かつ、鋼線の直径をＤとしたとき、鋼線の軸を含む軸方向の断面において、（表層で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）／（０．２５Ｄの位置で測定したパーライトブロックの平均アスペクト比）が１．１以上であり、
    かつ、引張強さが１８００ＭＰａ以上である高強度鋼線。
  2. 前記化学組成が、質量％で、
    Ａｌ：０．００５〜０．１００％、
    Ｃｒ：０．０１〜２．００％、
    Ｖ ：０．０１〜０．３０％、
    Ｂ ：０．０００１〜０．００５０％、
    Ｔｉ：０．００１〜０．０５０％、
    Ｎｂ：０．００１〜０．０５０％、
    Ｚｒ：０．００１〜０．０５０％、及び
    Ｎｉ：０．０１〜２．００％
    の１種または２種以上を含有する請求項１に記載の高強度鋼線。
  3. 前記化学組成におけるＡｌの含有量が、質量％で、０．０２０〜０．０６０％である請求項１又は請求項２に記載の高強度鋼線。
  4. 直径が２．５ｍｍ〜９．５ｍｍである請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の高強度鋼線。
  5. 前記Ｃの含有量が、０．９０〜１．２０％である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の高強度鋼線。
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