JPH0676643B2 - 加工性のすぐれた高強度鋼線材 - Google Patents

加工性のすぐれた高強度鋼線材

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JPH0676643B2
JPH0676643B2 JP61080666A JP8066686A JPH0676643B2 JP H0676643 B2 JPH0676643 B2 JP H0676643B2 JP 61080666 A JP61080666 A JP 61080666A JP 8066686 A JP8066686 A JP 8066686A JP H0676643 B2 JPH0676643 B2 JP H0676643B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はワイヤロープ、PC鋼線、ばね、スチールコード
等の高強度鋼線の製造に供せられる高強度鋼線材に関
し、特に連続鋳造法による加工性のすぐれた高強度鋼線
材に係るものである。
(従来の技術) 高炭素鋼線材はパテンテイング後、伸線加工等の冷間加
工を施され、その後ブルーイング処理あるいは焼入焼戻
処理工程を経てワイヤロープ、PC鋼線、ばね、スチール
コード等の高強度鋼線の製造に供されている。
高炭素鋼線材の強化手段としては、特公昭55-460号公報
や特公昭55-9044号公報等に公表されているように合金
元素を添加することによりパーライトのラメラ間隔を微
細化するか、あるいはパーライトを構成するフエライト
を固溶強化する方法が一般的に行なわれている。
一方、加工性を向上させるための手段としては、特公昭
47-51684号公報、特開昭50−61488号公報、特開昭52−1
2611号公報等に示されているように、炭化物あるいは窒
化物を微細析出させることによりパテンテイング時のオ
ーステナイト粒を微細化することが広く行なわれてい
る。
近年、線材の製造プロセスが鋼塊法から連続鋳造法に転
換するにともない、上述の組織因子に加えて線材の中心
偏析が高炭素鋼線材の加工性に支配的な影響を及ぼすこ
とが明らかとなりつつある。このため、例えばワイヤジ
ヤーナルインターナシヨナル第15巻(1982年)、第1
号,66ページに示されているように、線材断面のマクロ
エツチング像ないしはサルフアプリントにもとづいて中
心偏析を定性的に評価するか、あるいは同誌第17巻(19
84年)、第4号、66ページに示されているように、線材
の中心部と半径の1/2部の硬度差を測定するか、あるい
は同誌第10巻(1977年)第7号、64ページに示されてい
るように、ビレツトの中心部と対角線長さの1/4部の化
学成分差を測定するか、いずれかの方法により中心偏析
を評価し、その結果にもとづいて鋳造条件の改善を行な
うと同時に、検査工程で高度の加工に耐え得る高強度線
材を選別していた。
(発明が解決しようとする問題点) このような従来の技術の問題点は、線材の中心偏析評価
方法や評価基準があいまいであつたため、中心偏析部の
早期破壊に起因する伸線中の断線や平圧加工中の割れ、
あるいは最終製品の延性不足等の品質事故が多く、この
ため、工程管理上のトラブルや歩留りの低下をまねいた
のみならず、中心偏析改善のための必要かつ十分な鋳造
技術の開発を実行することが困難であつたことである。
さらに、中心偏析の評価方法や評価基準が特定の製造設
備、あるいは製造プロセスに立脚した経験的なものであ
つたために、線材の製造工程や製造設備が異なつた場合
には技術の移転が困難であり、一般化された汎用技術と
はなり得ていなかつた。
前述の状況に鑑み、本発明は、中心偏析に起因する加工
生の劣化が小さい高炭素高強度鋼線材を提供することを
目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、C:0.6〜1.0%、Si:0.1〜2.0%、Mn:0.3〜2.0
%を含み、残余を鉄および不可避的不純物とする線材の
横断面の中心よりその半径の1/2以内に存在するところ
の該線材の平均組成の1.3倍を越えるCあるいはMnの偏
析帯の最大幅と該線材の直径の比を0.01以下とすること
を特徴とする加工性のすぐれた高強度鋼線材であり、
又、上記C、Si、Mnの他にCr:0.05〜1.5%、Ni:0.05〜
1.5%、Mo:0.01〜0.5%、V:0.01〜0.5%の1種または2
種以上、及び/又は、Al、Ti、Nb、Zrの1種または2種
以上0.01〜0.1%、を含有した前記加工性の優れた高強
度鋼線材である。
(作用) 以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは前述の問題点を解決するために、高炭素鋼
線材の中心偏析の実態および伸線加工性におよぼす中心
偏析の影響に関して多くの基礎的研究を行なつた。その
結果、(1)中心偏析部を構成する偏析元素の濃度ピー
ク(以下、偏析ピークという)は、第1図に模式的に示
すように、取鍋分析値(Co)より立上つた偏析ピーク
(タイプI)と濃度C2を有する台地状偏析上に存在する
偏析ピーク(タイプII)の2種類に分類され、2つのタ
イプの偏析ピークが多数集合することによつて中心偏析
部が構成されていること、(2)これらの偏析ピークの
うち破壊の起点となるものはタイプIにくらべてピーク
高さの高いタイプIIの偏析ピークであること、(3)冷
間加工中タイプIIの偏析ピークで発生したミクロ的な破
壊が伝播してマクロ的な破壊に至るか否かを支配する要
因は台地状偏析の幅(w,以下、偏析帯の幅という)であ
ること、(4)伸線加工性の尺度である断線発生率や鋼
線の絞り値はCあるいはMnの偏析帯の最大幅に依存し、
それらを低減させることにより線材の伸線加工性が著し
く向上することが判明した。これらはいずれも従来知ら
れていなかつたまつたく新しい知見である。本発明者ら
は以上の知見をもとに、従来の線材にくらべて著しく加
工性のすぐれた高炭素高強度鋼線材を提供することに成
功した。
次に本発明の構成要件を説明する。
Cは鋼の強化のための必須元素であるため0.6%以上と
するが、1%を越えると粒界初析セメンタイトが発生し
て加工性が急激に低下する。
Siは鋼の脱酸と非金属介在物の軟質化のために0.1%以
上加える。また、Siはパーライトを構成するフエライト
の固溶強化作用が強いため添加量の多い方が望ましい
が、2%を越えると延性を確保できなくなるため2%を
上限とする。
Mnは鋼の脱酸元素として、また焼入性を改善して線材断
面内に均一なパーライトを生成させる効果があるため0.
3%以上加えるが、2%を越えるとパテンテイング時の
変態終了時間が長くなるため2%を上限とする。
以上は必須元素であるが、必要に応じて以下の元素を添
加する。
Cr,Ni,MoおよびVは鋼の強化作用が大きいため、Crおよ
びNiについては0.05〜1.5%、MoおよびVについては0.0
1〜0.5%の範囲内で1種ないしは2種以上添加する。そ
れぞれの成分の上限は、経済性を考慮して決定した。
また、Al,Ti,NbおよびZrは炭化物あるいは窒化物を形成
して線材の延性を向上させる効果があるため、1種ない
しは2種以上を0.01%以上添加することが望ましいが、
0.1%を越えると効果が飽和するため0.1%を上限とし
た。
高強度鋼線材の延性および加工性をより一層向上させる
ために、上述の鋼の成分制御に加えて中心偏析の制御を
行なうことが本発明の最大の特徴である。
溶質元素はいずれも第1図に示すところの2種類の偏析
ピークを形成しているが、このうち線材の加工性に最も
大きい影響をおよぼすものはCおよびMnの偏析ピークで
ある。
ここで、本発明者らは中心偏析部における破壊の進行過
程の基礎的解明を行なつた結果、パテンテイング条件に
よつてきまる臨界濃度(第1図でC3を越えるCの偏析ピ
ーク上には初析セメンタイト、Mnの偏析ピーク上にはマ
ルテンサイトが生成することにより破壊の起点が形成さ
れ、いつたん発生したミクロ的な破壊は同じ台地状偏析
上に隣接して存在するC3を越える偏析ピーク上のミクロ
的な破壊と合体をくりかえしてマクロ的な破壊へと成長
するという新たな事実を発見した。すなわち、偏析帯の
幅wが小さければ、たとえ加工中にミクロ的な破壊が発
生しても断線の頻度は低く、また製品性能への影響も小
さい。
以上の知見を定量的に表現したものが第2図および第3
図である。すなわち、鋼線の絞り値はCあるいはMnの偏
析帯の最大幅(Wmax)と線材直径との比に依存し、これ
らを0.01以下とすることにより30%以上の高い水準に維
持することが可能である。
偏析帯の幅wは測定する濃度レベルC1によつて異なる
が、本発明者らはC1を取鍋分析値Coの1.3倍と選ぶこと
により、偏析帯の最大幅と伸線加工性の関係に関して最
も高い再現性が得られることを見出した。
CおよびMnの偏析ピークは線材断面内にある分布をもつ
て存在しているが、伸線加工時の応力分布が中心軸に近
いほど引張成分が強く、表面に近づくにつれて引張成分
が弱くなるという特徴を有しているため、実際上は伸線
加工性に影響を与えるCおよびMnの偏析ピークとして
は、線材の中心軸より半径の1/2以内にあるものだけを
考慮すれば良いことを本発明者らは経験的に見出した。
(実施例) 第1表の化学成分の鋼を250トン転炉で溶製し、湾曲型
(曲率半径10.5m)連続鋳造機により300×500mm断面の
鋳片(ブルーム)を製造した。
次に鋳片をウオーキングビーム型加熱炉に装入して1200
℃に加熱後分塊圧延を行ない、122mm角断面のビレツト
とした。線材圧延はビレツトを1100℃に加熱し、5.5mm
から13mmに圧延した。伸線に先立つて、線材の鉛パテン
テイングを行なつた。伸線には単頭伸線機を用い、60m/
minの速度で伸線を行なつた。
第1表には鋼組成以外に鋳造条件、線材および鋼線にお
ける諸特性を一括して示す。本発明が規定するような偏
析帯幅のきわめて狭い高炭素鋼線材を製造するには、連
続鋳造条件の適正化が不可欠である。すなわち、凝固収
縮に伴うデンドライト樹間および等軸晶間の残存濃化溶
鋼の移動・合流によるマクロ偏析粒(線材の台地状偏析
の起源)の生成を阻止するために、第1表(続き)に示
すように、スーパーヒート(タンディッシュ内の溶鋼過
熱度)の高低に応じて、モールド内の溶鋼の電磁攪拌条
件および凝固末期クレータエンド付近の鋳片圧下条件を
制御する必要がある。モールド内溶鋼の電磁攪拌は等軸
晶を微細化するため濃化溶鋼の移動に対する抵抗が増
す。また、クレータエンド付近の鋳片に圧下を加えるの
は、凝固収縮量を補償することにより負圧の発生を防止
し、残存濃化溶鋼の移動・合流を阻止することがねらい
である。
鋳造条件を要約すると以下のようになる。
(1)スーパーヒートが低い(12℃以下)場合 モールド内電磁攪拌条件 連続回転モードの弱攪拌(推力=12mmFe)が必須。
鋳片圧下条件 ロールを用いてクレータエンド付近の鋳片に圧下を付加
することは偏析改善に有効だが、スーパーヒートが低い
(12℃以下)の場合は必須ではない。
なお、鋳造速度0.9m/minの場合の強圧下及び弱圧下の条
件は次の通りである。
弱圧下:メニスカスより20〜32mの間で2%圧下 強圧下:メニスカスより20〜32mの間で4%圧下 (2)スーパーヒートが高い(13℃以上)場合 モールド内電磁攪拌条件 連続回転モードの強攪拌(推力=27mmFe)が必須。
ただし、鋳片圧下を併用の場合は弱攪拌(推力=12mmF
e)で可。
鋳片圧下条件 偏析改善に有効であり、強圧下が望ましい。線材におけ
るCあるいはMnの最大偏析幅WmaxはEPMAを用いて測定し
た。マクロ組織は線材の横断面をエメリー紙で研磨(#
1000)後、5%硝酸アルコール液に浸漬する方法で現出
し、標準写真と比較して評点化した。ここで、Aは中心
偏析がほとんどみとめられない最も良好なマクロ組織、
Bは中心偏析部がやや黒化しているもの、CおよびDは
この順にさらに中心偏析は悪化している。従来の偏析評
価基準によれば、CあるいはDと判定された線材は、伸
線中の断線と伸線加工後の鋼線の絞り値不足(30%未
満)の発生頻度が高いとされていたために不合格とな
り、高強度鋼線の製造には充当することができない。
第1表でNo.1〜No.6およびNo.7〜No.12は同一鋼種の鋳
造条件を変えることによつて中心偏析の状態を変えたも
のである。CあるいはMnの最大偏析幅Wmaxと線材の直径
dとの比Wmax/dが0.01以下の鋼はいずれも伸線中の断線
がなく、また鋼線の絞り値も30%以上と高く、良好な延
性を示した。
一方、No.5およびNo.10のように、従来の偏析評価方法
(マクロ組織判定)ではAと判定されても伸線加工中に
断線が発生し、伸線後の鋼線の絞り値が30%未満と低い
値を示す場合があり、また逆に、No.9,14,16のようにマ
クロ組織判定ではCであるためにリジエクトされるべき
ものでも断線や絞り値不足がなく良好な加工性を示す場
合がある。
(発明の効果) このように、従来の中心偏析評価方法では本来リジエク
トさるべきものが後工程に流れ、逆にすぐれた品質の線
材がジエクトされるため、必然的に歩留りは低下するこ
とゝなる。これに対して、本発明によれば中心偏析の評
価精度が著しく向上するために、Wmax/dが0.01以下とな
るような鋳造条件を選定することにより加工性のすぐれ
た高強度鋼線材を従来より大幅に高い歩留りで製造する
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は線材の中心偏析部に存在する偏析ピークの模式
図、第2図はCの偏析帯の最大幅と線材の直径の比と鋼
線の絞り値の関係を示す図、第3図はMnの偏析帯の最大
幅と線材の直径の比と鋼線の絞り値の関係を示す図であ
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C :0.6〜1.0%、 Si:0.1〜2.0%、 Mn:0.3〜2.0% を含有し、残余を鉄および不可避的不純物とする線材の
    横断面の中心よりその半径の1/2以内に存在するところ
    の該線材の平均組成の1.3倍を越えるCあるいはMnの偏
    析帯の最大幅と該線材の直径の比を0.01以下とすること
    を特徴とする加工性のすぐれた高強度鋼線材。
  2. 【請求項2】C :0.6〜1.0%、 Si:0.1〜2.0%、 Mn:0.3〜2.0% を含有し、更に、 Cr:0.05〜1.5%、 Ni:0.05〜1.5%、 Mo:0.01〜0.5%、 V :0.01〜0.5% の1種または2種以上を含有し、 残余を鉄および不可避的不純物とする線材の横断面の中
    心よりその半径の1/2以内に存在するところの該線材の
    平均組成の1.3倍を越えるCあるいはMnの偏析帯の最大
    幅と該線材の直径の比を0.01以下とすることを特徴とす
    る加工性のすぐれた高強度鋼線材。
  3. 【請求項3】C :0.6〜1.0%、 Si:0.1〜2.0%、 Mn:0.3〜2.0% を含有し、更に、 Al、Ti、Nb、Zrの1種または2種以上を0.01〜0.1%含
    有し、 残余を鉄および不可避的不純物とする線材の横断面の中
    心よりその半径の1/2以内に存在するところの該線材の
    平均組成の1.3倍を越えるCあるいはMnの偏析帯の最大
    幅と該線材の直径の比を0.01以下とすることを特徴とす
    る加工性のすぐれた高強度鋼線材。
  4. 【請求項4】C :0.6〜1.0%、 Si:0.1〜2.0%、 Mn:0.3〜2.0% を含有し、更に、 Cr:0.05〜1.5%、 Ni:0.05〜1.5%、 Mo:0.01〜0.5%、 V :0.01〜0.5% の1種または2種以上、及び Al、Ti、Nb、Zrの1種または2種以上を0.01〜0.1%含
    有し、 残余を鉄および不可避的不純物とする線材の横断面の中
    心よりその半径の1/2以内に存在するところの該線材の
    平均組成の1.3倍を越えるCあるいはMnの偏析帯の最大
    幅と該線材の直径の比を0.01以下とすることを特徴とす
    る加工性のすぐれた高強度鋼線材。
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