JPH04289127A

JPH04289127A - 高強度高延性線材の製造方法

Info

Publication number: JPH04289127A
Application number: JP275691A
Authority: JP
Inventors: Yukio Ochiai; 落合　征雄; Hiroshi Oba; 浩大羽
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1991-01-14
Publication date: 1992-10-14

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＣ鋼線、亜鉛めっき
鋼撚線、ばね用鋼線、つり橋用ケーブルなどの製造に供
される高強度線材の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炭素鋼線材の強度を高める手段として
、Ｃ含有率を上げることは、安価で高い効果が得られる
ため工業的には最も望ましい方法である。しかし、過共
析領域、すなわち、通常Ｃが０．９％を超える領域では
、パテンティング時にオーステナイト粒界に沿って脆い
初析セメンタイトがネットワーク状に生成する。このた
め、伸線加工時、初析セメンタイトに沿った粒界割れが
発生しやすくなり、高減面率の伸線加工は不可能となる
。従来、過共析鋼の伸線加工性を向上させる方法として
、熱処理ないしは合金元素の添加により初析セメンタイ
トの生成を抑制する方法、あるいは伸線方法を工夫する
ことにより、初析セメンタイト起因の延性劣化を防止す
る方法が開発されている。たとえば、特公昭５６−８８
９３号公報には、熱処理により組織を粒状セメンタイト
が分散したパーライト組織に変える方法が開示されてい
る。これは、過共析鋼線をオーステナイト化し、油焼き
入れ処理してマルテンサイト組織とした後、７７０〜９
３０℃の温度領域に急速加熱して粒状セメンタイトを析
出せしめ、目標加熱温度に到達後直ちに５３５〜６６０
℃の温度でパテンティング処理する方法である。この方
法は、伸線加工限界を高める方法としては優れているが
、粒状化したセメンタイトは層状に発達したセメンタイ
トと異なり、強化への寄与が小さい（パテンティング後
の強度が低く、伸線時の加工硬化も小さい）ため、Ｃ含
有率を高めた効果を生かすことができない。

【０００３】合金元素の添加効果を利用して初析セメン
タイトの発生を抑制する方法としては、本発明者らが特
願平１−２８１８２５号あるいは特願平１−７６８２５
号として出願しているように、０．１％〜０．３％のＣ
ｒを添加する方法があるが、少量のセメンタイトの生成
を防ぐことはできない。また、特開昭６３−１８６８５
２号公報には、５〜５０ｐｐｍ　のＲＥＭおよびＣａ，
Ｍｇ，Ｂａ，Ｓｒのうちの１種類以上を合計で５〜５０
ｐｐｍ　添加する方法が開示されている。これらの元素
はいずれも、硫化物と酸化物を同時に生成させる元素で
ある。これらの添加により生成したＲＥＭ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａ
，Ｓｒを含む微細な硫化物酸化物を核としてパーライト
変態を促進させ、マルテンサイトや初析セメンタイトの
生成を抑制しようとする方法である。しかし、この方法
が適用できるのはＣ含有率が１％以下に限られ、さらに
、これらの微量元素の添加のみならず、微細な酸化物硫
化物を出現させるために、Ｓ，Ｏ，Ａｌの含有率も制御
せねばならず、製造管理はきわめて複雑なものとなる。

【０００４】一方、初析セメンタイトが存在しても伸線
加工性が低下せぬように、塑性加工面からの改善を行な
った例としては、伸線前にローラーダイス加工ないしは
冷間圧延を行なう方法が特開昭６３−４０１６号公報に
、また、ダイスのアプローチ角を１０°前後に下げて伸
線する方法が、前記特願平−７６８２５号に記載されて
いる。これらは、いずれも伸線加工時に鋼線中心部にか
かる引張り応力を軽減させることにより、初析セメンタ
イト起因の内部クラックの発生を抑制しようとしたもの
である。しかし、この方法が、効果を有するのは、生成
した初析セメンタイトの量が少なく、かつ、粒界に薄く
存在している場合、すなわち、Ｃが１％以下の場合や少
量のＣｒ添加により初析セメンタイトの生成が抑制され
ている場合に限られる。一方、これらの方法は伸線機と
は別に新たにローラーダイスや圧延機を装備せねばなら
ないこと、また、ダイスの管理を厳しくせねばならない
ことなど、製造上の問題も少なくない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来技術では、過共析鋼のパテンティングにおける粒界初
析セメンタイトの生成を完全に阻止することはできない
。また、初析セメンタイトの生成に伴う線材や鋼線の延
性劣化を救済するための手段は開発されているが、十分
な効果を有するとはいえない。このため、従来技術では
、Ｃ含有率の増加に見合った高強度化を達成し、十分な
延性をそなえた高強度鋼線材を製造することは不可能で
あった。

【０００６】本発明が解決しようとする課題は、過共析
鋼のパテンティングにおいて、粒界初析セメンタイトが
生成することを完全に阻止すると同時に、パテンティン
グ後の鋼線材に、従来法では得られなかった高強度と高
延性を付与することであり、これにより、高減面率の伸
線加工後も高い延性をそなえた高強度鋼線を製造する方
法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｃ：０．９０
〜１．２５％、Ｓｉ：０．１５〜１．５％、Ｍｎ：０．
３〜１％、Ｎｉ：０．１〜０．５％、必要に応じて、Ｃ
ｒ：０．１〜１．０％、およびＶ：０．０２〜０．３０
％の１種ないし２種、さらにＡｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，
Ｂの１種ないし２種以上をそれぞれ０．１％以下含有し
、残余をＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、線材
圧延後、直ちに４００〜６５０℃に保持された冷媒中に
焼き入れ、該冷媒中で恒温変態を完了させたのち冷却す
ることを特徴とする高強度高延性線材の製造方法である
。

【０００８】以下に、本発明を詳細に説明する。

【０００９】本発明者らは、過共析鋼線材のパテンティ
ング時に初析セメンタイトが生成するのを防止し、かつ
、パテンティング後の線材に、従来法では得られなかっ
た高強度と高延性を付与すべく、多くの実験を行なった
。その結果、以下に示すように、線材圧延直後、赤熱線
材を４００〜６５０℃に保持された冷媒中に焼き入れ、
冷媒中で恒温変態を完了させることにより、目標特性を
そなえた高強度高延性線材が製造できるという新たな知
見を得た。

【００１０】初析セメンタイトの生成を阻止するために
は、オーステナイト域からの冷却速度を十分高くとる必
要がある。通常のパテンティングのように、いったん冷
却された線材を再加熱によりオーステナイト化した場合
には、線材表面は厚いスケールに覆われている。このた
め、初析セメンタイトの生成を阻止するに十分な冷却速
度を得るには特別な工夫を要する。これに対して、熱間
圧延後の線材表面はきわめて薄いスケールで均一に覆わ
れており、地鉄との密着も良好である。従って、再加熱
パテンティングの場合に比べ、安定した高い冷却速度を
得ることが可能である。冷媒には、溶融塩ないしは流動
層を使用する。

【００１１】冷媒温度が４００℃未満では、線材表層に
ベイナイトが大量に生成するうえ、中心偏析部にマルテ
ンサイトが発生し、伸線加工限界が低下する。一方、６
５０℃を超えると、パーライトの層状構造が崩れ、この
ため、強度、伸線加工性ともに低下する。なお、冷却槽
内温度は均一である必要はない。

【００１２】熱間圧延線材が進入する側の冷媒温度は低
く設定して必要な冷却速度を得、その他の部分の温度は
、鋼組成に応じて微細な層状パーライトが得られる温度
に保持すべきである。このような目的のためには、冷却
槽は複数の冷却帯に分割されたものが望ましい。

【００１３】次に、本発明の成分限定理由について説明
する。Ｃは強度を上げるための有効かつ経済的な元素で
あり、本発明の最も重要な元素の一つである。Ｃ含有率
を上げるに伴ない、パテンティング後の強度ならびに伸
線時の加工硬化量が増大する。したがって、伸線加工に
より高強度鋼線を得るためには、Ｃ含有率は高い方が有
利であり、本発明では、０．９％以上とする。一方、Ｃ
含有率が１．２５％を超えた場合、初析セメンタイトの
発生を防止できなくなるため、Ｃ含有率の上限は１．２
５％とする。Ｓｉは脱酸剤として０．１５％以上添加す
る。一方、Ｓｉは合金元素としてフェライトに固溶し、
顕著な固溶強化作用を示す。また、フェライト中のＳｉ
は伸線後のブルーイングや溶融亜鉛めっき時の強度低下
を低減させる効果を有するため、高強度鋼線の製造には
不可欠な元素である。しかし、１．５％を超えると、伸
線後の鋼線の延性が低下するため、１．５％を上限とす
る。Ｍｎも脱酸剤として０．３％以上添加する。また、
Ｍｎは焼入性向上効果が大きいため、線径が大きい場合
には、Ｍｎ含有率を上げることにより、断面内の均一性
を高めることが可能であり、伸線後の鋼線の延性向上に
有効である。しかし、１．０％を超えると中心偏析部に
マルテンサイトが生成し、伸線加工性が劣化するため１
．０％を上限とする。Ｎｉは、Ｍｎと同様、パーライト
の強度と靭性を高めるため、０．１％以上添加する。０．１％未満ではその効果が十分でなく、一方、０．５
％を超えると変態に要する時間が長くなり、マルテンサ
イトが発生しやすくなるため、０．５％を上限とする。

【００１４】Ｃｒは、パーライトのラメラー間隔を低減
し、線材の強度と伸線加工性を向上させるため、必要に
応じて０．１％以上添加する。０．１％未満ではその効
果が十分でなく、一方、１．０％を超えると変態に要す
る時間が長くなり、設備の大型化、あるいは、生産能率
の低下をきたすため、１．０％を上限とする。

【００１５】Ｖは、Ｍｎと同様、焼入れ性を向上させる
ため、線径が大きい場合の強化には効果的である。また
、炭窒化物を形成して析出硬化によりパーライトを強化
する。この目的のために必要に応じて０．０２％以上添
加する。しかし、Ｖ添加によりパーライト変態が遅延し
、マルテンサイトやベイナイトが生成しやすくなるため
、また、Ｖ炭窒化物の析出硬化作用が飽和するため、０
．３％を上限とする。オーステナイト粒度に関しては、
本発明法のように、オーステナイト域で高速かつ高減面
率の圧延加工をした後、直ちに冷却する場合には、再加
熱パテンティングの場合に比べて、オーステナイト結晶
粒は細かくなる傾向を有す。しかし、線材の絞り値や鋼
線の延性をより一層向上させたい場合には、Ａｌ，Ｔｉ
，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｂの１種ないし２種以上を０．１％以下
添加する。これらの元素はいずれも炭化物や窒化物を生
成しやすく、このため、オーステナイト粒を細粒化し、
線材の延性を向上する効果が強い。しかし、０．１％を
超えて添加しても、その効果は飽和するのみならず、非
金属介在物が増加するため、０．１％を上限とする。

【００１６】

【実施例】［実施例１］以下、２６０ｋｇｆ／ｍｍ２　
以上の引張強さを有するばね用鋼線の製造結果について
説明する。表１に示す化学成分の直径７ｍｍの線材を、
熱間圧延後、８５０℃で巻取り、その後、溶融塩槽中で
連続的にパテンティングを行なった。次に、線材を酸洗
、潤滑処理したのち伸線し、２．０ｍｍのばね用鋼線を
製造した。表２に、線材および鋼線の特性を示す。

【００１７】Ｃ含有率が０．８６％（Ａ−１鋼）では、
目標強度が得られず、一方、１．３５％（Ａ−４鋼）で
は、初析セメンタイトが生成し、伸線できなかった。従
来法（１）および従来法（２）は、いずれも再加熱パテ
ンティングを行なったのち、伸線したものであるが、パ
テンティング条件が異なっている。

【００１８】従来法（１）は、パテンティングは６００
℃に保持された鉛浴中で行なう通常のパテンティングで
ある。従来法（２）は、本発明者らが既に特許出願して
いるパテンティング方法、すなわち、鉛浴温度を入側４
５０℃、出側６００℃とすることにより、冷却速度を約
２８０℃／ｓｅｃ　に制御する方法を採用している。こ
のため、従来法（２）では初析セメンタイトは生成して
いない。表２が示すように、本発明法により製造された
鋼線は、従来法に比較して強度、延性ともに優れている
。すなわち、本発明法によれば、従来法では不可能であ
った２６０ｋｇｆ／ｍｍ２　級鋼線の製造が可能である
。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】［実施例２］以下、吊り橋や斜張橋を支持
する高強度亜鉛めっき鋼線の製造結果について説明する
。表３に線材の化学成分を示す。Ｂ−１からＢ−４の各
鋼は、直径７ｍｍ、引張強さ２３０ｋｇｆ／ｍｍ２　以
上の鋼線の製造を目的とし、また、Ｃ−１からＣ−４ま
での各鋼は、直径５ｍｍ、引張強さ２５０ｋｇｆ／ｍｍ
２　以上の鋼線の製造を目的としている。表４に示すよ
うに、１３ｍｍおよび１１ｍｍに圧延した線材を７８０
〜７９０℃で巻取り、溶融塩中で連続的にパテンティン
グを行なった。線材を目標とする線径まで伸線後、溶融
亜鉛めっきを施した。Ｓｉ含有率の増加により強度は増
大するが、１．６１％（Ｂ−３鋼）では延性不足となり
、めっき鋼線の捻回値は低下した。一方、Ｍｎが１．０
８％（Ｃ−３鋼）の場合は、中心偏析部に生成したマル
テンサイトにより、めっき鋼線の捻回値は著しく低下し
た。また、表４で、Ｂ−１鋼を用い、鉛浴温度３７０℃
でパテンティングしたものは変態時間が不足し、マルテ
ンサイトが生成したため、めっき鋼線の捻回値は大幅に
低下した。

【００２２】従来法（１）は、特願平１−７６８２５号
に記載された方法である。従来法（１）および従来法（
２）は、いずれも鉛浴炉を用いて再加熱パテンティング
を行なっているが、冷却方法が異なっている。すなわち
、従来法（１）においては、鉛浴温度は５５０℃一定で
あるのに対して、従来法（２）では、実施例−１に述べ
た冷却速度制御が実施されている。したがって、従来法
（２）においては、初析セメンタイトは生成していない
。

【００２３】表４に示すように、本発明法により溶融亜
鉛めっき鋼線を製造すれば、目標とする強度レベルが得
られる。従来法で到達できる強度レベルの限界は、７ｍ
ｍ鋼線で２００ｋｇｆ／ｍｍ２　級、５ｍｍ鋼線で２２
０ｋｇｆ／ｍｍ２　である。また、捻回値について言え
ば、本発明法で製造された鋼線は、強度レベルが従来法
で製造されたものに比べて３０ｋｇｆ／ｍｍ２　高いに
もかかわらず、捻回値レベルの低下は認められず、むし
ろ向上している。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】［実施例３］以下、高強度亜鉛めっき鋼撚
線（ＡＣＳＲ用鋼線）の製造結果について説明する。表
５に線材の化学成分を示す。Ｄ−１からＤ−５までの各
鋼は直径２．８ｍｍ、また、Ｅ−１からＥ−５までの各
鋼は直径２．０ｍｍの、それぞれ引張強さ２５０および
２６０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の高強度亜鉛めっき鋼線の製
造を目的としている。従来法のＤ−５鋼は特開昭６３−
４０１６号公報に開示されたものである。また、従来法
のＥ−５鋼は特開昭６３−１８６８５２号公報に開示さ
れたものである。１０ｍｍおよび７ｍｍに圧延した線材
を７９０〜８００℃で巻取り、流動層中で連続的にパテ
ンティングを行なった。線材を目標とする線径まで伸線
後、溶融亜鉛めっきを施した。表６に結果を示す。

【００２７】Ｃｒ含有率は０．０６％（Ｄ−１鋼）では
、その効果が小さく目標強度が得られない。一方、１．
１１％（Ｄ−４鋼）では、変態時間不足のためパテンテ
ィング組織にマルテンサイトが発生したため、断線が頻
発し、伸線は不可能であった。含有率の増加に伴って強
度は増大するが、Ｅ−３鋼（０．１６％）とＥ−４鋼（
０．４０％）では強度の増加が小さい。表６で、従来法
（１）、従来法（２）、および従来法（３）は、いずれ
も流動層を用いた再加熱パテンティングを行なっている
。

【００２８】従来法（１）においては、流動層温度は５
９０℃と一定であるが、従来法（２）では、実施例１に
述べた冷却速度制御が実施されている。従って、従来法
（２）においては、初析セメンタイトは生成していない
。従来法（３）は、従来法（１）でパテンティングした
のち、前記特開昭６３−４０１６号公報に開示されてい
るように、ローラーダイス伸線後に通常の伸線を行なっ
たものである。

【００２９】表６にみるように、従来法で達成できる強
度レベルの限界は２４０ｋｇｆ／ｍｍ２　級であるが、
本発明法によれば、目標とする２６０ｋｇｆ／ｍｍ２　
級の製造が可能である。また、捻回値について言えば、
本発明法で製造された鋼線は、強度レベルが従来法で製
造されたものに比べて高いにもかかわらず、捻回値レベ
ルの低下は認められず、十分高いレベルを維持している
。

【００３０】

【表５】

【００３１】

【表６】

【００３２】

【発明の効果】本発明法によれば、従来より強度が高く
、かつ、捻回特性に優れたばね用鋼線、ＡＣＳＲ用鋼線
、つり橋用ケーブル、ＰＣ鋼線などの高強度鋼線を製造
することが可能である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　重量％でＣ：０．９０〜１．２５％、
Ｓｉ：０．１５〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、
Ｎｉ：０．１〜０．５％、残余をＦｅおよび不可避的不
純物からなる鋼を、線材圧延後、直ちに４００〜６５０
℃に保持された冷媒中で恒温変態を完了させたのち冷却
することを特徴とする高強度高延性線材の製造方法。
【請求項２】　　重量％でＣｒ：０．１〜１．０％Ｖ：０．０２〜０．３０％の１種ないし２種、さらにＡｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｂ
の１種ないし２種以上をそれぞれ０．１％以下含有する
請求項１記載の高強度高延性線材の製造方法。