JPH0711060B2 - 伸線加工性のすぐれた高強度鋼線材 - Google Patents

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，スチールコート
等の高強度鋼線の製造に供せられる高強度鋼線材に係
り、特に連続鋳造法による伸線加工性のすぐれた高強度
鋼線材に関するものである。

（従来の技術） 高炭素鋼線材は各種のパテンティング、すなわち圧延熱
利用の直接パテンティング，鉛パテンティングあるいは
空気パテンティングの後、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ェライト
を固溶強化する方法が一般に行なわれている。

一方、伸線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
-12611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ィング時の
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魂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伸線加工性に支配的な影響をおよ
ぼすことが明らかとなりつつある。このため、例えば、
ワイヤジャーナルインターナショナル第15巻（1982
年），第１号,66ページに示されているように、線材断
面図のマクロエッチング像ないしはサルファプリントに
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（1984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、ビレットの中心部と対角
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
に耐えう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ったため、中心偏析部の
早期破壊に起因する伸線中の断線、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
ことが困難であったことである。

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
ったために、線材の製造工程や製造設備が異なった場合
には技術の移転が困難であり、普遍性を持った技術とは
なり得ていなかった。

前述の状況に鑑み、本発明は、中心偏析に起因する加工
性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） 本発明の要旨とするところは下記のとおりである。

（１） C:0.6〜1.0％ Si:0.1〜2.0％ Mn:0.50〜1.1％ を含有し、残部は鉄および不可避的不純物よりなる線材
において、Mnの偏析ピーク高さが1.2％を超えるMn偏析
帯の幅を５μｍ以下としたことを特徴とする伸線加工性
のすぐれた高強度鋼線材。

（２） C:0.6〜1.0％ Si:0.1〜2.0％ Mn:0.50〜1.1％ に加えて、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、残部は鉄および不可避
的不純物よりなる線材において、Mnの偏析ピーク高さが
1.2％を超えるMn偏析帯の幅を５μｍ以下としたことを
特徴とする伸線加工性のすぐれた高強度鋼線材。

（３） C:0.6〜1.0％ Si:0.1〜2.0％ Mn:0.50〜1.1％ に加えて、更にAl、Ti、Nb、Zrの１種以上を0.01〜0.1
％含有し、残部は鉄および不可避的不純物よりなる線材
において、Mnの偏析ピーク高さが1.2％を越えるMn偏析
帯の幅を５μｍ以下としたことを特徴とする伸線加工性
のすぐれた高強度鋼線材。

（４） C:0.6〜1.0％ Si:0.1〜2.0％ Mn:0.50〜1.1％ に加えて、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種以上を
0.01〜0.1％含有し、残部は鉄および不可避的不純物よ
りなる線材において、Mnの偏析ピーク高さが1.2％を越
えるMn偏析帯の幅を５μｍ以下としたことを特徴とする
伸線加工性のすぐれた高強度鋼線材。

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った。その
結果、（１）伸線加工性に支配的な影響をおよぼす偏析
要因はマクロ組織，サルファプリント，硬度差，あるい
はドリル分析値差というようなマクロ的な要因ではな
く、中心偏析部を構成する帯状の偏析元素の濃度ピーク
（以下、偏析帯あるいは偏析ピークという）の高さと幅
であること、（２）通常のパテンティング条件下では、
Mnの偏析ピーク高さが1.2％を超えると、Mn偏析ピーク
上にマルテンサイトが生成し、一般的には伸線加工性は
劣化するが、Mnの偏析ピーク高さが1.2％を越えるMn偏
析帯の幅が５μｍ以下であればたとえ偏析ピーク上にマ
ルテンサイトが生成しても伸線加工性の劣化が生じない
ことが判明した。

これらは、いずれも従来しられていなかったまったく新
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
著しく伸線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。

次の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
上添加する。また、Siはパーライトを構成するフェライ
トの固溶強化作用が強いため添加量は多い方が望ましい
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Siと共同して鋼の脱酸ならびに非金属介在物の軟質
化に寄与し、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％以上添
加する。しかし、Mnは偏析しやすい元素であるため、通
常のパテンティング条件では、1.1％を越えると中心偏
析部のMn偏析ピーク上に大型のマルテンサイトが生成
し、伸線加工性を著しくそこなうため1.1％を上限とす
る。なお、ここで言う通常のパテンティングとは、線材
圧延後の衝風冷却や温水冷却，空気パテンティング,520
〜600℃の鉛浴中に10〜120sec間浸漬する連続鉛パテン
ティング等の処理を指す。

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については0.05〜1.5％,Niについては0.05〜1.5
％,Moについては0.01〜0.5％,Vについては0.01〜0.5％
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。

高強度鋼線材の伸線加工性と製品である鋼線の延性をよ
り一層向上させるために、上述した鋼の組織制御に加え
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。

第１図は中心偏析部のMn偏析ピークの模式図である。線
材をＣ断面に切断して研磨した後、10％硝酸液あるいは
ピクリン酸飽和水溶液で腐食させ中心偏析部を現出させ
る。その部分をマーキングし再研磨する。その後、ビー
ム径３μｍのEPMAにより中心偏析部を横断する方向で線
分析を行なった。第１図はこの時のEPMA分析によって得
られたチャートの模式図である。ここで、Coは取鍋分析
値，C₁は偏析ピーク幅（ｗ）を規定する濃度レベルで、
本発明者らは多くの実験結果よりこれを1.2％と選ぶこ
とにより偏析ピーク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。

第２図は濃度C₁すなわちMnの偏析ピーク高さが1.2％を
越えるMn偏析帯の幅（ｗ）の異なる７種類の線材を伸線
加工し、各伸線加工ひずみ（ε）において微小クラック
の発生の有無を顕微鏡により調査した結果である。ここ
で伸線加工ひずみ（ε）は、線材の直径（d₀）と伸線後
の鋼線直径（ｄ）より次式で表わすこととする。

ε＝2ln（d₀/d） 第２図で○印はたとえ偏析ピーク上にマルテンサイトが
存在していてもサイズが小さいためにその周囲にクラッ
クを生じないものを示し、必然的に鋼線の延性（絞りや
捻回値）もきわめて高い。●印は偏析ピーク上に生成し
たマルテンサイトが大きいために伸線加工の進行ととも
にその周囲にクラックを生じるものを示し、鋼線の延性
は○印のものにくらべて低い。×印はマルテンサイトの
周囲に発生したクラックにより断線したものを示す。

第２図に示すようにMnの偏析ピーク高さが1.2％を越え
るMn偏析帯の幅を５μｍ以下とすればたとえ偏析が存在
し、偏析ピーク上にマルテンサイトが生成したとしても
高度の伸線加工に耐え得る高強度鋼線材を製造すること
が可能である。このように線材におけるMnの偏析ピーク
幅を小さくするためには、鋳片サイズをできるだけ大き
くとって圧減比（鋳片断面積／線材断面積）を高めるこ
と、中心偏析を改善するために鋳造時の溶鋼過熱度を低
めとすること、鋳型内電磁攪拌を行なうこと、凝固末期
に鋳片に圧下をかけることなどが有効である。また、鋳
片を灼熱炉中で過熱し偏析元素を拡散させることを行な
えばMn偏析ピーク幅を顕著に減らすことが可能である。

（実施例） 第１表に示す化学成分の鋼を250トン転炉で溶製し、湾
曲型連鋳機により300×500mm断面の鋳片（ブルーム）を
製造した。この際、中心偏析を改善するためにスーパー
ヒート（タンディッシュ内の溶鋼過熱度）、モールド内
溶鋼の電磁攪拌、および凝固末期の鋳片圧下条件を制御
した。また、一部の鋳片を灼熱炉中で1250℃以上に加熱
し中心偏析を拡散させた（均熱拡散処理）。均熱拡散処
理を行なった鋳片はそのまま、他の鋳片はウォーキング
ビーム型加熱炉で1200℃に加熱後、122mm角断面のビレ
ットに分魂圧延した。線材圧延はビレットを1100℃に加
熱後、5.5mmから13mmの各サイズに圧延した。伸線に先
立って、線材の鉛パテンティングを実施した。伸線には
単頭伸線機を使用し、伸線速度は60m/minとした。

第１表には鋼組成以外に、鋳造条件、線材および鋼線の
諸特性、鋼線におけるミクロクラックの有無を一括して
示す。線材におけるMnの偏析ピーク高さが1.2％を越え
るMn偏析帯の幅（ｗ）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摩（＃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
らに偏析は悪くなる。従来の偏析評価基準によれば、Ａ
以外の偏析評点がつけられた線材は伸線中の断線と伸線
加工後の鋼線の延性不足（絞り値が35％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って中心偏析の状態を変えたも
のである。Mnの偏析帯幅（ｗ）が５μｍ以下の鋼はいず
れも鋼線の絞り値が35％以上と高く良好な延性を示し、
ミクロクラックはまったくみとめられなかった。一方、
No.5およびNo.11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後の鋼線にはミ
クロクラックが観察され、絞り値も30％未満と低い値を
示す場合があり、また、逆に、No.9,No.15,No.16のよう
にマクロ組織判定ではＢやＣであるために本来リジェク
トされるべきものであってもミクロクラックの発生や絞
り値の下限はずれがなく良好な伸線加工性を示す場合が
ある。このように、従来の偏析評価方法では本来リジェ
クトさるべきものが後工程に流れ、逆にすぐれた品質の
線材がリジェクトされるため必然的に歩留りは低下する
こととなる。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したためにMnの偏析ピーク高さが1.
2％を越えるMn偏析帯の幅（ｗ）を５μｍ以下となるよ
うな鋳造条件、鋳片サイズ、均熱拡散条件を選定するこ
とにより伸線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った。

【図面の簡単な説明】

第１図は線材の中心偏析部におけるMn偏析ピークの模式
図、第２図はMn偏析ピーク幅とミクロクラック発生の有
無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:0.50〜1.1％ を含有し、残部は鉄および不可避的不純物よりなる線材
   において、Mnの偏析ピーク高さが1.2％を超えるMn偏析
   帯の幅を５μｍ以下としたことを特徴とする伸線加工性
   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:0.50〜1.1％ に加えて、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、残部は鉄および不可避
   的不純物よりなる線材において、Mnの偏析ピーク高さが
   1.2％を超えるMn偏析帯の幅を５μｍ以下としたことを
   特徴とする伸線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:0.50〜1.1％ に加えて、更にAl、Ti、Nb、Zrの１種以上を0.01〜0.1
   ％含有し、残部は鉄および不可避的不純物よりなる線材
   において、Mnの偏析ピーク高さが1.2％を越えるMn偏析
   帯の幅を５μｍ以下としたことを特徴とする伸線加工性
   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:0.50〜1.1％ に加えて、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種以上を
   0.01〜0.1％含有し、残部は鉄および不可避的不純物よ
   りなる線材において、Mnの偏析ピーク高さが1.2％を越
   えるMn偏析帯の幅を５μｍ以下としたことを特徴とする
   伸線加工性のすぐれた高強度鋼線材。