JPH0280520A - 高延性鋼線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 （産業上の利用分野） 本発明は、高延性の鋼線材の製造法に関するものである
。

（従来の技術） ０．２龍φ程度のタイヤ−コードもしくはドツトプリン
ター用に供される極細線は、通常５．５龍φ程の高炭素
鋼線材を伸線して製造される。然し、この方法では伸線
加工により材質が硬化してくるので、延性を回復させる
ために途中で２〜３回のパテンティング処理を施す必要
があり、製造工程が複雑になりコスト高となる欠点があ
った。

そこで、低Ｃ−Ｓｉ−Ｍｎ鋼を用いてフェライト＋マル
テンサイトの二相からなる線材を使用することが近年試
みられている。これは柔いフェライトのマトリックスに
硬いマルテンサイトを分散させたものであり、加工性を
フェライトにより確保し、強度をマルテンサイトにより
確保しようとするものである。この製造方法の代表的な
ものとしては、線材をＡ　（１〜Ａ（１”　１８０°Ｃ
のフェライト十オーステナイトの二相温度から、焼き入
れによりフェライト＋マルテンサイトの二相組織を得る
ものである。然し、通常、加熱前の線材はフェライト＋
パーライトの比較的粒の大きい組織を存しているため、
得られるマルテンサイトの組織も塊状の大きなものであ
り、伸線加工の段階でフェライトとマルテンサイトの界
面からクランクを発生し易（、断線を生じ易い。これを
防止するには過冷却して前Ｍｉ織をベイナイトかマルテ
ンサイトにしておく必要があり、これまではオフライン
において微細な前！ｌＪ１ｍを得るための中間熱処理と
、フェライト＋マルテンサイトの二相Ｍｉ織を得るため
の仕上げ熱処理が不可欠とされていた。

第９図は従来法における鋼の熱履歴をＦｅ−Ｃ系状態図
と併せて書いたものである１、即ち始めに線材をオース
テナイト化させて焼き入れることによりベイナイトやマ
ルテンサイトを主体とする適冷組織を得る。かかる中間
熱処理を施したのち更にフェライト十オーステナイトの
二相温度域に加熱して焼き入れを行うのである。

通常、この中間熱処理はオフラインで実施されている。

（発明が解決しようとする課題） 前述したように、従来の方法による場合は、何れの方法
によっても、製造工程の複雑さ、もしくはオフラインで
の中間熱処理等の工程を省くことはできず、非能率、コ
スト高は避けられなかった。

本発明はこのような現状に鑑み創案されたものであり、
従来のステルモア法を改良し、オフラインでの中間熱処
理を省略し、伸線性の（Ｎれた高延性線材を、低コスト
で製造する方法を提供することを目的とする。

「発明の構成」 （課題を解決するための手段） 前述の目的を達成するために、本発明者等は、Ｃ：０．
２０ｗｔ％以下、Ｓｉ：２，０ｗｔ％以下、Ｍｎ　：　
０．５０〜２．５０ｗｔ％、Ｐ　：　０．０１５　ｗＬ
％以下、Ｓ　：　０．０１５　ｗｔ％以下、Ｔｉ　：　
０．００５　ｗｔ％以下、Ａ　（１：　０．００５ｗｔ
％以下、全窒素量：５０ｐｐｍ以下、全酸素量：ＩＯ〜
４０ｐｐｍ、残部が実質的にＦｅで、且つ、酸化物系介
在物の大きさが１０μｍ以下で、而も前記酸化物中Ａβ
ＺＯＳの占める割合が４０％以下である鋼を、熱間圧延
により線材となし、非同心リング状態で搬送する途中に
おいて、前記線材の上方でミストノズルを用いて、０．
５〜１０ｒｒｒ／ｆｆｌ１ｎの水を、気水比１００　Ｎ
　ｒｔｔ　／　ｎ？以下で微粒子とした気水ミストを発
生せしめ、該ミストと下方からの衝風により線材を１５
℃／ｓｅｃ、以上の速度で冷却し、ベイナイトもしくは
マルテンサイトまたは双方の混合組織を主とする組織と
なし、次いで該線材をオフラインでＡＣ１〜Ａ　ｃ　＋
　＋１８０℃に加熱し、５０℃／ｓｅｃ、以上の冷却速
度で焼入れすることを特徴とする高延性鋼線材の製造方
法をばに提案する０本発明方法の採用により、高能率で
而も安価に、高延性鋼線材を製造することができる。

（作　用） 本発明方法の特徴は、ステルモア法を改良し、非同心リ
ング状態で搬送される熱間圧延の終了した線材に、上方
から微細な気水ミストを吹きつけると共に、下方からは
衝風を吹きつけ、均−且つ効果的な急速冷却を行うこと
であり、以下詳述するような、化学的組成、気水ミスト
の発生条件、冷却速度の厳正な規制のもとに、直接適冷
組織を得ることができて、オフラインにおける中間熱処
理を省略することができる。

更に本願発明の特質を述べるなら、冷却用のミストが単
に給水を加圧し噴霧して細粒化したものと異なり、特定
の気水混合比の水と空気を用い、加圧噴霧する気水ミス
トを用いているので水滴が微細化されていること、而も
この微細な気水ミストを搬送途中の線材の上方から吹き
付けると共に、下方からは衝風を吹き付けるから、落下
する気水ミストは上昇流に巻き込まれるから上下方向か
ら強制的に気水ミストにより急冷されていることになる
。通常、非同心リング状で搬送される線材は、中央部よ
りも端部に重なり部が多いが、ミストノズルの取り付は
位置、個数、気水比の選択等により全体が均一な速度で
冷却される。

従来の調整冷却装置を用いるステルモア法では容易にベ
イナイトやマルテンサイトの適冷組織を得ることができ
ない。

次に、本発明における特許請求の範囲に記載の数値限定
の理由について述べる。

Ａ、化学組成について ・Ｃ：０．２０ｗｔ％以下（以降ｗｔを省略し単に％と
する）。

Ｃは強度を確保するために重要な元素であるが、０．２
％を超えて添加すると、マルテンサイトの延性の低下が
著しくなるため０．２％以下とする。

・Ｓｉ：２．０％以下。

Ｓｉはフェライトに固溶し、フェライトを強化する重要
な元素であるが、２．０％を超えるとフェライト十オー
ステナイトの二相温度での脱炭が著しくなるので２．０
％以下とする。

−Ｍｎ：　０．５０〜２．５０％。

Ｍｎは鋼の焼き入れ性を高め、鋼を強化するのに有効な
元素であるが、０．５％未満では添加した効果が発揮さ
れず、一方２．５％を超えて添加しても、その効果は飽
和してくるのでこの範囲とした。

・ｐ：ｏ、ｏｒｓ％以下。

Ｐは結晶粒界に偏析し、鋼の延性を低下せしめ、伸線性
を低下せしめるので０．０１５％以下とした。

・Ｓ：０．０１５％以下。

ＳはＭｎと結合し、ＭｎＳとして鋼の清浄性を低下せし
め、鋼の延性を低下させるので０．０１５％以下とした
。

・Ｔｉ：０．００５％以下。

Ｔｉは窒素との結合力が強く、面もＴｉＮは５〜２０μ
ｍと大きく、角張った非延性の介在物として存在し、極
細線の伸線性を著しく損なう原因となる。鋼の溶解時の
成分管理を充分にする必要があり、０．０１％のＴｉが
含有されていると、極細線の伸線は不可能となる。０．
００５％が限界である。

−Ａｊ！：０．００５％以下。

ＡＮは酸素との結合力が強く、酸化物を形成し易い。而
も、窒化物と同様に、伸線性を損うので穫力少な（する
必要がある。鋼中の介在個数を少なくし、介在物自体を
延性のあるものにするには、０．００５％以下とする必
要がある。

・全窒素量：５０ｐｐ＋ｗ以下。

Ｎはフェライトに固溶し、その延性を低下させると共に
、伸線中に歪み時効硬化を起し、延性を著しく低下させ
る。５０ｐｐａｌを超えるＮが含有されている時は、断
線を頻発するので５０ｐｐｍ以下とした。

・全酸素量＝１０〜４０ｐｐｍ。

０は酸化物形成の基となる元素であり、４０ｐｐｍを超
えると鋼の清浄性が悪くなってくる。但し１０ｐｐｍ未
満となると、酸化物系介在物中のＡ　ｌ　！０３の占め
る割合が高くなり、高融点介在物になり、伸線中に変形
しにくくなるので１０〜４０ｐｐａ＋の間とした。

・その他の元素について。

本発明においては、Ｃ，Ｓｔ、　ＭｎとＦｅが主要元素
であるが、延性を損なわない限り、Ｃｒ、　Ｍｏ、等の
焼入れ向上元素、Ｖ、Ｎｂ等の析出硬化元素を含んでも
よい。規制すべき元素として列記はしなかったが、Ｚ「
はＴｉと同様な作用があるから、混入には注意すべきで
ある。又、鋼中には不可避元素としての、Ｃｕ、　Ｎｉ
等も存在するが、微量ならば特に問題とはならない。

Ｂ、酸化物系介在物の形態について 、酸化物系介在物中のＡ　Ｎ　ｚｏ３Ｆ全３Ｆ４０％以
下。

伸線加工時の断線破面から検出される介在物は、＾（ｌ
　ｚｏｉ、Ｍｇｏ　　Ａ　１２０３．等であり、ＡＮ２
０．の含有率が高く、その高融点（約２０００’Ｃ）の
介在物が伸線により変形しないことが断線の原因である
から、介在物を八１　！０３　　ＳｉＯ□−ＣａＯ系、
もしくはＡｌ２Ｏ２−５ｉＯｇ−ＣａＯＭｎＯ系等の精
練スラグ系の多元系介在物として、その融点を低く　（
約１２００℃）することにより、断線を防止することが
できる。そのためには、酸化物系介在物全体中における
Ａ　１．０．の含有率を、４０％以下に抑制する必要が
ある。

・酸化物系介在物の大きさ：１０μｒｎ以下。

非延性の酸化物系介在物の大きさが１０μｍを超えると
、伸線時の断線が多発するので、１０μｍ以下に限定し
た。

Ｃ８急速冷却の条件 ・気水ミストの発生条件：０．５〜１０ｄ／■ｉｎの水
を気水比１００　Ｎ　ｍ　／　ｎ？以下で発生させたも
の。

冷却水量を０．５〜１０　ｒｒｒ／＋ａｉｎとしたのは
、０、５　ｎ？　／ｓｉｎ未満では充分な冷却効率が得
られず、この目的とするベイナイトやマルテンサイトの
過冷組織が得られないためであり、上限の１０ｒｒｒ／
ｍｉｎは目的が達成されて、これ以上の水量は必要がな
いからである。気水比を１００Ｎｎ？／ｒＩ？以下とし
たのは、これを超えると気水ミスト中の水粒子の数が少
なくなり、冷却能力が劣り、過冷組織が得られに（いこ
とによる。

・気水ミストと衝風による冷却速度：１５℃／ｓｅｅ以
上。

１５℃／ｓｅｃ未溝の冷却速度では、ベイナイトやマル
テンサイトの適冷Ｍ１織を得るのに、Ｃｒ、　Ｍ。

等の焼入れ向上元素を加える必要が生ずるので、１５℃
／ｓｅｃ以上とした。

Ｄ、オフラインにおける処理条件 ・加熱温度？ＡＣ１〜八ｃ＋＋１８０℃。

Ａ（１未満の加熱では、マルテンサイトを得るのに必要
なオーステナイトが得られず、Ａｃ＋＋１８０℃を超え
ると、フェライトの量が少なくなるのでこの範囲とした
。

・焼き入れの冷却速度：５０℃／ｓｅｃ以上。

５０℃／ｓｅｃ、未満では焼き入れによってオーステナ
イトをマルテンサイトに完全に変態させるのが困難にな
るので、５０℃／ｓｅｃを下限とした。

焼き入れ剤としては、水もしくは油が使用される。

焼き入れにより、フェライト組織はそのまま残留し、オ
ーステナイトはマルテンサイトに変態してフェライト士
マルテンサイトの二相３■織が得られる。尚、本発明に
おいて、気水ミストと云うのは単なる加圧水のみによる
スプレーミストではなく、空気を混入して給水を加圧ス
プレーし、水滴が微細化されたものを指す、気水ミスト
は上面からのみで充分であるが、補助的に下面から衝風
に乗せて気水ミストを上向きに吹き込んでもよい。

第３図は鋼の連続冷却変態曲線に冷却曲線を重ねて書い
た概念図であり、曲線ＩＯはステルモア法の、曲線１１
は本発明の冷却曲線である。ステルモア法では冷却速度
が小さく、変態後の組織はフェライト士パーライトであ
るのに対して、本発明テはベイナイト＋マルテンサイト
の過冷組織が得られる。なお鋼の成分によっオは適冷Ｍ
ｉ織の中にｌＯ％程度以下のフェライトが混じることも
あるが少量のフェライトであれば特に差し支えは無い。

（実施例） 第１図に本発明の気水ミスト冷却の工程を実施するため
の装置例を示す。＋８１図は正面図、（ｂ１図は側面図
である。ここで１は線材、２はコンベヤ、３は衝風、４
は送気管、５は送水管、６はミストノズル、７は衝風調
節用プレート、８は衝風ミストの流れを示す、即ち送気
管、送水管により送られた空気と水はノズルにより混合
されて気水ミストとなり、線材を上面から冷やす、下方
からは衝風を吹きつけ線材を上下から同時に強制冷却す
るのである。線材の重なり程度に応じてリング中央部で
は気水ミストの量を少なくし、端部では多くしてやる必
要がある。このため上面においてはリング端部における
ミストノズルの数を多くし、また下面においては衝風と
気水ミスト量を調節するためプレートの風穴を端部にお
いて大きくした。

第２図は非同心リング状線材１の重なり示す図であり、
コンベヤ２の端部において重なりが多く、特に最端部に
おいては数リングもの線材がほぼ平行な状態で重なり合
って層厚になっている。かかる層厚部に対して単に上面
あるいは下面だけの片面冷却ではその反対面に位置する
線材は殆ど冷却を受けず、冷却速度の大幅な不均一を招
き、その結果組織、強度が大きくばらつくのである。こ
のような組織、強度バラツキのある線材を仕上げ熱処理
しても得られる線材もまた組織、強度に大きなバラツキ
のあるものとなってしまう。均一な組織、強度の適冷化
処理された線材を得るには特に層厚部に対して上下両面
からの強制冷却が必要なのである。そのため本発明にお
いては上面から気水ミスト、下面から衝風を吹きつける
のである。

（なお下面からの衝風による冷却を強化するためミスト
ノズルを下面側に設けても良いし、層厚部に対して横方
向から気水ミストを吹きつけても良い。） 第４図はＣａＯＡ　ｌ　２０＋　　５ｉｆｔ　３元系状
態図の液相面を示す図である。ＡＮＯＲＴＨＩＴＥ組成
の低Ａ　Ｉ！２０．１側に１２００〜１３００℃の低融
点の組成領域が存在するのが判る。

第１表は試験に用いた供試材の化学成分とＡ（１温度を
示す。ｆ４Ｓは不純物元素も低く、酸化物系介在物の大
きさ、組成とも良好な本発明に係わる鋼であり、１ｉｌ
Ｔは逆に不純物元素も多く、介在物の大きさ、組成とも
不良な比較鋼である。第２表には中間熱処理の条件、第
３表にその結果を示す。

即ち冷却条件ａの従来ステルモア法においては冷却速度
が小さいため、フェライト＋パーライトの組織しか得ら
れていない。

ｂは衝風を停止して線材上面のみより気水ミストを吹き
つけた場合であるが、層厚部が片面冷却されて冷却速度
にバラツキを生じ、そのため組織もベイナイトのほかフ
ェライト＋パーライトの部分が残存してしまい強度、延
性が大きくばらついたものである。

Ｃは気水ミストの水量が少なすぎる場合で未だ冷却能力
が不足しフェライト＋パーライトのままである。

ｄは適正な水量、気水比の気水ミストと衝風を同時に吹
きつけた本発明であり、組織もベイナイトの微細なもの
であり、強度、延性が高くかつバラツキも小さい。この
段階では鋼ＳとＴの特性に差はない。

ｅは気水ミストの水量が不必要に多い場合であるが、組
織はマルテンサイトの混じったベイナイトであり、強度
も高い。特性上は何ら問題ないが、これより少ない水量
で得た組織で本発明の目的は達されるので無駄な冷却水
を使用していることになる。

ｆは空気を送るのを停止し、スプレー水と衝風を同時に
吹きつけた比較例であるが、空気の吹きつけを停止した
ぶん冷却速度がやや小さくなり操業条件には細心の注意
を要するが、得られる組織、強度、延性はｄとほぼ同じ
である。上面ミストの効果の大きいことが判る。

またｇはオフラインにおいて中間熱処理をほどこした場
合であり、組織は微細なマルテンサイトである。

第２表 第４表には仕上げ熱処理の条件を示す、即ち条件りは適
正な加熱温度、冷却方法、焼き戻し温度の本発明、ｉは
加熱温度が高すぎる場合、ｊは逆に低すぎる場合であり
、ｋは加熱後の冷却に空冷を行った場合である。

その結果を第５表に試験阻毎に示す。即ち！ｌｈｌはｔ
ｇＩＩＳにてヘイトナイト組織を有するミスト冷却材を
条件りで処理した本発明であるが、得られる組織はフェ
ライト＋微細なマルテンサイトであり、強度、延性とも
に高い。

寛２は鋼Ｔにてベイナイト組織を有するミスト冷却材を
条件りで処理した比較例であるが、得られる組織、およ
び特性はこの段階ではａｔの＠Ｓと同等である。

阻３はフェライト＋パーライトの組織のステルモア冷却
材を条件りで処理した場合であるが、得られるマルテン
サイトが粗大で延性が低い。

階４〜７はいずれも第３表のｄのへイナイト組織のミス
ト冷却材に各条件の熱処理を施したものであるが、条件
ｉで処理したｌ１ｈ４は加熱においてオーステナイトの
単相になってしまい、得られたＵ織も粗大なマルテンサ
イトのみで延性が極めて低い。条件ｊで処理した隘５は
加熱温度が低すぎ、単に前組織が焼き戻しされたベイナ
イトになっており、強度が低い。また条件にで処理した
磁６は加熱後の冷却速度が小さすぎ、組織がフェライト
＋パーライトになってしまい、強度延性ともに低い。

オフラインにて適正な中間熱処理を施した線材を条件り
で処理した魚７は本発明隘１と同等な機械的性質を有し
ている。

第４表 第５図にａ　（ステルモア法）とｄ（本発明、鋼Ｓ）の
電子顕微鏡組織を示す。ステルモア法では粗大なフェラ
イト＋パーライト組織であるのにだいし、本発明では微
細な適冷組織となっているのが判る。（組織ａにおいて
白い部分はフェライト、黒い部分はパーライトであり、
組織ｄにおいては全体がフェライト地に微細な炭化物を
分散したヘイナイトになっている。） 第６図に陽１．２．３の線材の伸線中における強度と絞
りの変化を示す。本発明の１ｌｈｌの線材は絞りの低下
が小さく、０．２　＊ｍφ迄伸線可能であったが、非清
浄鋼Ｔを用いた隘２および従来ステルモア法により処理
した隘３は途中で断線してしまった。磁ｌ、３の伸線前
の５．５　ｍｕφ線材（階１：（ａｌ、患３：（ｂ））
および伸線途中の１．０鶴φ線（階１：（ｃ）、Ｎａ３
：（ｄｉ）における電子顕微鏡組織を第７図に示す。（
５，５龍φ線材の組織で白い部分はマルテンサイト、黒
い部分はフェライトである）、陽１の組織は伸線前は微
細であり、伸線後も均一に変形しているのに対し、阻３
では伸線前が粗大な組織であり、伸線後も粗大なマルテ
ンサイトが均一な変形を妨げているのが判る。

第８図に鋼Ｔの５．５龍φ線材を酸溶解により抽出した
酸化物の例を示す。即ち１０μｍを越える巨大なもので
、かつその組成も第１表に示すとおり高ＡＩ！２０３で
、融点の高い非延性なものであり、このため鋼Ｓより容
易に断線を生じさせる原因となっている。

尚、前述した本発明方法の実施に使用した装置において
、線材の下方に上向きのミストノズルを設けて気水ミス
トを吹き込んで冷却した実験も行なったが、結果は詳細
に記載した本発明の実施例と全く同様であった。

「発明の効果」 以上詳述したように、本発明方法は、熱延終了後の搬送
の途中において、ステルモア法の装置を改造し、気水ミ
ストと衝風を効率的に活用することにより、従来はオフ
ラインにおいて中間熱処理を必要としていたものを省略
することに成功したものである。化学組成の限定、冷却
条件の特定等と相俟って高延性鋼線材を経済的に高能率
で生産することを可能にしたものであり、産業界の発展
に寄与するところが極めて大きい発明であると云うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気水ミスト冷却の工程を実施するため
の装置の説明のための図面で（ａ）は正面図、山）は側
面図、第２図は非同心リング状線材の重なりを示す平面
図、第３図は鋼の連続冷却変態曲線にステルモア法と本
発明の冷却曲線を重ねて示した図表、第４図はＣａＯＡ
　ｊ！　ｇｏｄ　　５ｉ０２系状態図の液相面の温度を
示す図表、第５図はステルモア法と本発明法の気水ミス
ト冷却によって得られる電子顕微鏡組織を示す写真、第
６図は線材の伸線中の強度と絞りの変化を示す図表、第
７図は伸線前および伸線途中の１．０鶴φにおける本発
明と比較例の電子顕微鏡組織を示す写真、第８図は鋼Ｔ
に含まれる酸化物系介在物を酸溶解により抽出し、電子
顕微鏡写真で示したもの、第９図は二相組織線材を製造
するための従来の熱処理工程をＦｅ−Ｃ系状態図と併せ
て示した図表である。 に線材、２：コンベア、３：衝風、４：送気管、５：送
水管、６：ミストノズル、７：衝風調節用プレート、８
：衝風ミストの流れ、９：気水ミスト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｃ：０．２０ｗｔ％以下、Ｓｉ：２．０ｗｔ％以下、
   Ｍｎ：０．５０〜２．５０ｗｔ％、Ｐ：０．０１５ｗｔ
   ％以下、Ｓ：０．０１５ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．００５
   ｗｔ％以下、Ａｌ：０．００５ｗｔ％以下、全窒素量：
   ５０ｐｐｍ以下、全酸素量：１０〜４０ｐｐｍ、残部が
   実質的にＦｅで、且つ、酸化物系介在物の大きさが１０
   μｍ以下で、而も前記酸化物中Ａｌ＿２Ｏ＿３の占める
   割合が４０％以下である鋼を、熱間圧延により線材とな
   し、非同心リング状態で搬送する途中において、前記線
   材の上方でミストノズルを用いて０．５〜１０ｍ＾２／
   ｍｉｎの水を、気水比１００Ｎｍ＾２／ｍ＾２以下で微
   粒子とした気水ミストを発生せしめ、該ミストと下方か
   らの衝風により線材を１５℃／ｓｅｃ．以上の速度で冷
   却し、ベイナイトもしくはマルテンサイトまたは双方の
   混合組織を主とする組織となし、次いで該線材をオフラ
   インでＡｃ＿１〜Ａ＿ｃ＿１＋１８０℃に加熱し、５０
   ℃／ｓｅｃ．以上の冷却速度で焼入れすることを特徴と
   する高延性鋼線材の製造方法。