JPH079037B2

JPH079037B2 - 高強度高延性線材の製造方法

Info

Publication number: JPH079037B2
Application number: JP2071558A
Authority: JP
Inventors: 征雄落合; 浩大羽
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPH03271322A

Description

【発明の詳細な説明】（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。

（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56-8893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、770〜930℃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。

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（特開平2-263951号）あるいは特願平1-76825号（特
開平2-258953号）として出願しているように、0.1％〜
0.3％のCrを添加する方法があるが、小量のセメンタイ
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５〜50ppm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。

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1-76825号（特開平2-258953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％以下の場合や小量の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。

（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。

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ことが可能とな
る。

（課題を解決するための手段および作用）本発明は、C:0.90〜1.25％、Si:0.15〜1.5％、Mn:0.3〜
1.0％、必要に応じて、Cr: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。

以下に、本発明を詳細に説明する。

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。

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。冷媒温度
が400℃未満では、線材表面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、650℃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。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。

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1.25％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。

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。

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。

（実施例−１）以下、250kgf/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。

第１表に示す化学成分の直径6mmの線材を、熱間圧延後8
00℃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、1.8mmの
ばね用鋼線を製造した。

第２表に、線材および鋼線の特性を示す。

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。

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450℃、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。

第２表が示すように、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
250kgf/mm²級鋼線の製造が可能である。

（実施例−２）以下、つ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。

第３表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220kgf/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240kgf/mm²以上の鋼線の製造
を目的としている。

第４表に示すように、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1.08％（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、第４表で、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。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。

第４表に示すように、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、7mm鋼線で200kg
f/mm²級、5mm鋼線で220kgf/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20kgf/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。

（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。

第５表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250kgf/mm
²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。

第６表に結果を示す。

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。Ｖ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。第６表で、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。従来法（１）においては、流動
層温度は590℃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。

第６表にみるように、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250kgf/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みとめられず、十分高いレ
ベルを維持している。

（発明の効果）以上に説明したように、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％、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。
【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。