JPH08176736A - 溶接性と靭延性に優れた高強度鋼線の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各含有量が規定さ
れ、あるいは更に他の元素としてＣｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｂの１種以上を含有する鋼材を熱間圧延して線材と
した後、オーステナイト化温度以上の温度域から制御冷
却し、あるいは一旦降温した後オーステナイト化温度域
以上に昇温してから空冷あるいは流動層冷却を行なうこ
とによって金属組織を所定の混合組織とし、次いで４５
０〜６５０℃で焼戻ししてから真歪み１．５〜２．２で
伸線加工を施す。 【効果】 １２００Ｎ／ｍｍ² レベル以上の高強度を有
すると共に、靭延性、曲げ特性、溶接性、溶接強度の何
れにおいてもバランスのとれた優れた性能を示し、溶接
金網や自動車用シート枠線等として有用な鋼線が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、1200Ｎ／ｍｍ² 以上の
引張強さを有する溶接性と靭延性に優れた高強度鋼線の
製法に関し、この高強度鋼線はコンクリートの補強用な
どに使用される溶接金網、自動車用シートの枠線などと
して有用である。

【０００２】

【従来の技術】たとえば溶接金網、自動車用シート枠線
や各種機械用ばね等に用いられる鋼線の様に優れた溶接
性と曲げ加工性が要求される鋼線は、たとえば、５．５
ｍｍφ以上の線径の低炭素鋼線材に伸線加工を施すこと
によって製造されている。また高強度鋼線を製造する際
には、パテンティング処理を施した高炭素鋼線材に伸線
加工を行なう方法が一般的に採用されている。たとえ
ば、前者の溶接性と曲げ加工性を必要とする鋼線の製造
に用いられる代表的なものは、ＪＩＳ Ｇ３５０５に記
載の軟鋼線材であり、また高強度鋼線の製造にはＪＩＳ
Ｇ３５０６に記載の高炭素鋼線材が代表的に使用され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが低炭素鋼を使
用した場合には、優れた溶接性が得られる反面、低炭素
鋼であるため高強度の鋼線が得られない。即ち低炭素鋼
では、素材そのものの強度が低いばかりでなく、伸線加
工による加工硬化も余り期待できないので、高強度化の
目的を果たすことはできない。これに対し高炭素鋼を使
用すると、伸線加工前の素線自体の強度が高く、しかも
伸線時の加工硬化率も高いため高強度の鋼線が得られ易
い。しかしながら高炭素鋼は炭素含有量が多いため、こ
れを溶接用途に適用した場合には溶接後の急冷時に過冷
却組織が発生し易く、脆化による靭延性の低下が大きな
問題になってくる。

【０００４】即ち従来の鋼線材では、高強度を得ようと
すると溶接性および溶接後の靭延性が悪くなり、一方優
れた溶接性と曲げ加工性を確保しようとすると強度不足
となり、優れた溶接性、曲げ加工性、靭延性および高強
度を同時に満足させることはできない。

【０００５】本発明は上記の様な事情に着目してなされ
たものであって、その目的は、高強度で且つ溶接性も良
好で高い溶接強度を与え、溶接金網や自動車用シート枠
線、各種機械用ばね等として有用な鋼線材を提供しよう
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る高強度鋼線の製法は、 Ｃ：０．０５〜０．２％（以下、特記しない限りmass％
を意味する） Ｓｉ：０．５〜２．０％ Ｍｎ：０．５〜２．０％ Ｐ：０．０４％以下 Ｓ：０．０４％以下 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなり、あるいはこれらに加えて更に Ｃｒ：０．０５〜１．５％ Ｍｏ：０．０５〜１．０％ Ｔｉ：０．０１〜０．５％ Ｖ：０．０５〜０．５％ Ｂ：０．０００５〜０．０１０％ よりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む
鋼を使用し、これを熱間圧延により線材とすると共にオ
ーステナイト化温度以上の温度域から制御冷却を行な
い、あるいは熱間圧延の後一旦オーステナイト化温度未
満にまで降温した場合は、該線材をそのまま或は予備伸
線後再度加熱してオーステナイト化温度以上に昇温せし
め、次いで大気放冷するかソルトバスや流動層中で冷却
を行なうことにより、組織をフェライトおよびパーライ
トと、ベイナイト、マルテンサイトおよび残留オーステ
ナイトのうち少なくとも１種との混合組織とし、その後
４５０〜６５０℃で焼戻しした後、真歪みが総伸線加工
率で１．５〜２．２の範囲の伸線加工を施し、最終伸線
後の引張強さを１２００N/mm² 以上とするところに要旨
を有するものである。

【０００７】

【作用】本発明では、上記の様に成分組成の特定された
鋼材を使用し、熱間圧延によって線材とした後、適正な
熱処理と特定加工率の伸線加工を施すものであり、こう
した構成により1200Ｎ／ｍｍ² レベル以上の高強度と靭
延性を確保しつつ溶接性を高め、優れた溶接強度を与え
る鋼線材を得ることに成功したものである。

【０００８】まず本発明において、熱間圧延後の冷却工
程でオーステナイト化温度以上の温度域から制御冷却を
行ない、あるいは熱間圧延の後一旦冷却された線材ある
いはその予備伸線材を再度オーステナイト化温度以上に
高めた後、大気放冷、あるいは流動層やソルトバス等で
冷却する理由について説明する。

【０００９】本発明では、上記の様な高レベルの強度を
確保することの必要上、伸線前の熱処理で高強度の熱処
理線材を作成しておく必要がある。そのためには、熱処
理線材の金属学上の組織として、マルテンサイトやベイ
ナイト等の過冷却組織を存在させておくことが必要とな
る。

【００１０】オーステナイト化温度域からの冷却を大気
放冷やソルトバス中あるいは流動層（微細な砂の共存す
る流動層中を通過させて冷却する方法）中で冷却するの
は、冷却速度を水冷より遅くまた鉛浴を用いた冷却速度
よりも速めにすることによって上記の様な混合組織を得
るためであり、高炭素鋼で通常採用される鉛浴中での冷
却を行なっても、鉛浴の温度は概５００℃以上であるた
め、この様な温度域ではマルテンサイトやベイナイト等
の過冷却組織が得られないからである。また、こうした
金属組織を得るには、鋼の焼入性を高めるため鋼の化学
成分を調整するだけでなく、熱間圧延後線材に、オース
テナイト化温度以上の温度域から制御冷却を加えること
も有効な手段となる。ＭｎやＣｒ等を多量に添加した鋼
材の場合は、必ずしも熱間圧延後の制御冷却を行なう必
要はないが、これら元素の添加による経済的な不利益を
考慮すると制御冷却を行なう方が好ましい。

【００１１】本発明で使用される鋼材には、前述の如く
また後で詳述する如く過度にならない程度で適量のＭｎ
を含有せしめ、あるいは必要によりＣｒ等の焼入向上元
素を適量含有せしめることによって焼入れ性を高めてお
り、熱間圧延後の制御冷却により、或は熱間圧延の後一
旦冷却した場合はその後再度オーステナイト化してから
大気放冷や流動層等で冷却することによってマルテンサ
イトやベイナイトを含む混合組織を得ることができ、高
強度の線材を得ることを可能にしている。尚、これらの
処理でオーステナイト化を十分に進めるには、熱間圧延
材あるいはその予備伸線材をＡ₃ 変態温度以上に加熱す
ればよく、このときの具体的な好適温度は鋼材の成分組
成によって変わってくるが、標準的な温度は９００〜１
０００℃の範囲である。

【００１２】また、上記の冷却によりベイナイトおよび
マルテンサイト変態を生ぜしめ、金属組織をフェライト
およびパーライトと、ベイナイト、マルテンサイトおよ
び残留オーステナイトのうち少なくとも１種とを含む混
合組織とした後、本発明ではこれを４５０〜６５０℃の
温度で焼戻し処理を行なう。即ち上記冷却過程で生成す
るマルテンサイトやベイナイトは、その後に行なわれる
伸線工程で変形しにくい組織であり、その周囲に生成す
るフェライトやパーライト組織あるいは残留オーステナ
イトとの間で塑性変形に差が生じ、その界面で欠陥が発
生する。この欠陥は、伸線加工が進むにつれて進展し、
最終的には断線を引き起こす。また断線に至らないまで
も欠陥を内在したままで製品化されると、溶接金網や自
動車用シート材、機械用ばね材等として供したときに曲
げ加工等によって折損を生じる原因となる。

【００１３】そのため本発明では、焼入れ後の焼戻し処
理によってマルテンサイトやベイナイト組織を塑性変形
能の高い組織、即ち焼戻しマルテンサイトや一部微細な
炭化物を含む組織に変え、それにより得られる線材に曲
げ性能を与えると共に靭延性を高めるものであり、こう
した効果を得るには、焼入処理の後４５０〜６５０℃の
温度範囲で焼戻し処理することが必要となる。該焼戻し
処理温度は、用いる鋼材の成分組成や先行して行なわれ
る焼入条件等によっても変わってくるが、該焼戻し温度
が４５０℃未満の低温ではマルテンサイトやベイナイト
が塑性変形能に優れた組織に変化せず、一方６５０℃を
超える高温になると、炭化物の粒状化が進行し過ぎ、後
の伸線加工で高加工率が確保できなくなり、いずれの場
合も本発明の目的を果たすことができなくなる。

【００１４】次いで行なわれる伸線加工は、靭延性を余
り低下させることなく加工硬化によって高強度化を達成
するため、真歪みで１．５〜２．２の加工率範囲で行な
うことが必要である。しかして、伸線加工時の真歪が
１．５未満では加工硬化が不十分で満足のいく高強度が
得られず、一方２．２を超えると靭延性が不十分となっ
て曲げ加工やねじり加工において縦割れ等を発生し易く
なる。こうした意味から、より好ましくは加工時の真歪
を１．６〜１．９の範囲に設定することが望ましい。

【００１５】次に、鋼材の化学成分を定めた理由につい
て詳述する。 Ｃ：０．０５〜０．２％ Ｃは強化元素および焼入れ性向上元素として作用すると
共に、熱処理材の伸線加工率を高めて高強度鋼線を得る
のに欠くことのできない元素であり、０．０５％未満で
は強化元素としての量が不足すると共に、焼入れ性が低
下して本発明で意図する鋼線材としての目標強度である
1200Ｎ/mm²が達成できなくなる。一方、Ｃ量が０．２％
を超えると鋼線材としての靭延性が低下して加工時に断
線等を起こし易くなるばかりでなく溶接性も急激に悪く
なる。Ｃのより好ましい含有量は０．１０〜０．１７％
の範囲である。

【００１６】Ｓｉ：０．５〜２．０％ Ｓｉは、溶接時の脱酸元素として作用し、溶接強度を高
める上で重要な元素である。即ち、本発明によって得ら
れる鋼線材は溶接に付されるものであり、溶接工程で部
分的に溶融するため溶接金属中に大気中の酸素が溶解し
て気泡や酸化物等介在物となり、溶接金属の物性を悪化
させる。そしてこれらの問題を回避するには、Ｓｉを脱
酸元素としての０．５％以上含有させなければならな
い。しかもＳｉは、鋼線やばねの耐へたり特性やレラク
セーション特性を向上させるうえでも有効な元素であ
り、更には固溶強化元素としてフェライトを強化すると
共に鋼の焼入性を高めて高強度化を増進する作用も発揮
する。但しＳｉ量が多すぎると、延性が低下して伸線性
に悪影響が表われるばかりでなく、伸線鋼材の曲げ性能
等にも悪影響が現われてくるので、２．０％以下に抑え
るべきである。Ｓｉのより好ましい含有率は０．７〜
１．７％の範囲である。

【００１７】Ｍｎ：０．５〜２％ Ｍｎは焼入れ性を高めて強度を高めるうえで欠くことの
できない元素である。殊に本発明では、焼戻しマルテン
サイトやベイナイト組織を混在させることによって高強
度化を達成するものであり、そのためにはＭｎが必須の
元素となる。Ｍｎの好適含有量は、Ｃやその他の元素の
含有率によっても変わってくるが、十分な焼入性を確保
するには少なくとも０．５％以上含有させなければなら
ない。しかしＭｎ量が多くなり過ぎてもそれ以上の改善
効果は得られず経済的に不利であるので、２％以下と規
定した。Ｍｎのより好ましい含有率は１．０〜１．８％
の範囲である。

【００１８】Ｐ，Ｓ：夫々０．０４％以下 ＰおよびＳは、鋼線材の靭延性を悪化させるばかりでな
く、偏析を起こして焼入れ性にばらつきを生じさせる有
害な元素であり、これらの欠点を生じさせないために
は、ＰおよびＳをいずれも０．０４％以下、より好まし
くは０．０２％以下に抑える必要がある。

【００１９】本発明における構成元素は以上の通りであ
り、残部はＦｅおよび不可避不純物であるが、更に他の
元素としてＣｒ：０．０５〜１．５％，Ｍｏ：０．０５
〜１．０％，Ｔｉ：０．０１〜０．５％，Ｖ：０．０５
〜０．５％、Ｂ：０．０００５〜０．０１０％よりなる
群から選択される少なくとも１種の元素を含有させるこ
とによって、性能を更に高めることができる。

【００２０】即ちＣｒ，Ｍｏ，Ｔｉは焼入れ性を高めて
強度を更に高める作用がある。特に本発明の鋼線材は前
述の如く溶接時に熱影響を受けるが、これらの元素は前
記したＳｉと共に熱による軟化を抑える作用を有してお
り、溶接熱による強度低下を抑えて溶接強度を一層高め
る意味からも有効な元素である。そしてこれらの効果
は、夫々下限値以上含有させることによって有効に発揮
されるが、上限値を越えてもそれ以上の効果は得られな
いので経済的に無駄である。また、ＶやＢは金属組織の
微細化およびフェライトの析出硬化を増進すると共に焼
入性向上元素としても作用して高強度化の増進に寄与す
る元素であり、それらの効果は、上記下限値以上含有さ
せることによって有効に発揮される。しかし、上限値を
超えて含有させてもそれ以上の効果が得られる訳ではな
いので、経済的理由から上限値を規定している。尚、こ
れらの元素は、夫々単独で添加してもよく、あるいは２
種以上を適量複合添加してもよい。尚上記においてＴｉ
とＢを併用すると、不可避的に混入してくるＮをＴｉが
固定し、遊離のＢが鋼中に溶存することによって焼入性
を高める作用を有効に発揮する。

【００２１】

【実施例】次に実施例を挙げて本発明の構成および作用
効果をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記
実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣
旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも勿論
可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含
まれる。

【００２２】まず図１は、良好な溶接強度を確保するた
めにＣ量をどの様に設定するのが良いかを決定するため
に行なった実験結果を示したものであり、Ｓｉ：０．７
５〜０．９０％，Ｍｎ：１．４０〜１．５５％のベース
組成を有し、Ｃ量のみを０．０７〜０．４２の範囲で変
えた熱延鋼線材（５．５ｍｍφ）を使用し、オーステナ
イト化した後水焼入れした鋼線材について、絞りおよび
引張強さを調べた結果を示したものである。水焼入れし
てマルテンサイト組織とした理由は、溶接において溶接
部がマルテンサイト組織となり、この組織の強度や延性
が溶接強度に大きな影響を及ぼすからである。即ち溶接
部の硬い鋼組織であっても、延性がなければ溶接強度は
低下し、たとえ延性があっても柔らかい鋼組織であれば
充分な溶接強度が得られなくなるからである。

【００２３】この図からも明らかである様に、Ｃ量が
０．２０％までは高レベルの引張強さを保っているが、
Ｃ量が０．２０％を超えると延性の指標となる絞り値が
急激に低下しており、溶接後の急冷で延性が確保できな
いことを示している。この結果、鋼材のＣ量を０．２０
％以下に抑えなければ満足のいく溶接強度が得られない
ことが分かる。

【００２４】次に図２は、熱間圧延後制御冷却（冷却速
度：２５０℃／分）を行なった線材を４００〜７５０℃
で焼戻し処理したものについて、引張強さ、絞り、ねじ
り回数（ねじり試験における破断までの回数）のレベル
（伸線加工後の鋼線としての品質評価基準）、および安
定度（操業時のばらつき性）を調べた結果を示したもの
であり、この結果より、引張強さ、絞り、ねじり特性の
いずれにおいてもバランスの取れた特性を得るには、焼
戻し温度を４５０〜６５０℃、より好ましくは５５０〜
６５０℃の範囲にすべきであることが分かる。

【００２５】図３は、上記図２に示したもののうち代表
的な熱処理線材について、真歪みが０〜２．５の伸線加
工を施した場合における、伸線加工時の真歪み量と引張
強さ、ねじり回数、絞りの関係を示したものである。こ
の図からも明らかである様に、本発明で定める焼戻し処
理を行なってから伸線加工したもの（Ｔ₁ ）は、延性、
靭性に優れ且つ高レベルの強度を示している。またこの
図からも、伸線加工時の真歪みは１．５以上にすべきで
あることが分かる。しかし真歪みを高め過ぎると、過剰
伸線による過度の加工硬化によって硬質化が進み、靭延
性（ねじり回数や絞り）に悪影響が現われるところから
加工歪みの上限は２．０とした。

【００２６】次に、化学成分を種々変化させた鋼材を使
用し、化学成分が伸線加工線材の品質に与える影響を調
べた。供試鋼材の化学成分を表１に示すが、これらの鋼
材は夫々熱間圧延後制御冷却した線材を使用し、鋼種Ａ
とＢは制御冷却の後焼戻し処理を行なわなかったもの
で、鋼種Ａ，Ｂ以外のものについては、熱間圧延、制御
冷却後の線材を６００℃の鉛浴に３分間通して焼戻し処
理を行なったものであり、夫々の金属組織を表２に併記
した。

【００２７】表３は、表１の鋼材を様々の伸線歪みとな
る様に伸線加工し、得られた鋼線材の機械的性質および
溶接性を調べた結果を示したものである。尚溶接性は、
２本の鋼線を十字状に電気抵抗溶接した後、交点を母材
から引張破尚することによって、溶接部の引張強さを測
定した。なお通常は、熱影響によって元の引張強さより
低い値となるので、両者の比で溶接性を評価することが
できる。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】表３において、従来の軟鋼（鋼種Ａ）を用
いたものの溶接性は良好であるが、伸線加工後の鋼線と
しての引張強度が低く、また従来の高炭素鋼（鋼種Ｂ）
を用いたものでは、引張強さは高いものの溶接性が悪
く、いずれも本発明の目的に合致しないことが分かる。
これらに対し、成分組成の上で本発明の規定要件を満た
し、且つ本発明で定める好適真歪みの範囲となる様に伸
線加工を施して得た鋼線では、引張強さ、絞り、ねじり
回数、溶接性の何れにおいてもバランスの取れた優れた
性能を有していることが分かる。尚図４に、本発明で採
用される処理手順を略記した。

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、Ｃ
量を低めに抑えた低炭素鋼をベース組成とすることによ
って優れた溶接性を確保し、且つＳｉ量やＭｎ量等を規
定すると共に熱間圧延後制御冷却を行ない、或は熱間圧
延後に一旦冷却した場合はその後再度オーステナイト化
してから大気放冷あるいは流動層等で冷却することによ
って金属組織をフェライトおよびパーライトと、ベイナ
イト、マルテンサイトおよび残留オーステナイトのうち
少なくとも１種との混合組織とし、更に所定温度での焼
戻しおよび所定加工率での伸線加工を行なうことによっ
て、強度、靭延性、曲げ特性、溶接性、溶接強度のいず
れにおいても優れた性能を示す高強度鋼線材を提供し得
ることになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼線材中のＣ量と機械的性質の関係を示すグラ
フである。

【図２】伸線加工前に行なわれる焼戻し処理時の温度が
鋼線材の機械的特性に与える影響を調べた結果を示すグ
ラフである。

【図３】最終的に行なわれる伸線加工時における真歪み
が、鋼線材の機械的特性に与える影響を調べた結果を示
すグラフである。

【図４】本発明で採用される処理手順を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 守文 兵庫県神戸市灘区灘浜東町２番地 株式会 社神戸製鋼所神戸製鉄所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ：０．０５〜０．２％（以下、特記しな
   い限りmass％を意味する） Ｓｉ：０．５〜２．０％ Ｍｎ：０．５〜２．０％ Ｐ：０．０４％以下 Ｓ：０．０４％以下 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる鋼を熱間圧延した後、オーステナイト化温度未
   満に降温した線材を、そのまま若しくは予備伸線した
   後、オーステナト化温度以上に昇温せしめ、次いで大気
   中で放冷するか、流動層またはソルトバス中で冷却する
   ことによって、組織をフェライトおよびパーライトと、
   ベイナイト、マルテンサイトおよび残留オーステナイト
   のうち少なくとも１種との混合組織とし、その後４５０
   〜６５０℃で焼戻しした後、真歪みが総伸線加工率で
   １．５〜２．２の範囲の伸線加工を施し、最終伸線後に
   おける引張強さを１２００N/mm² 以上とすることを特徴
   とする溶接性と靭延性に優れた高強度鋼線の製法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の成分組成の要件を満足
   する鋼を、熱間圧延によって線材とすると共に、オース
   テナイト化温度以上の温度域から制御冷却を行なうこと
   によって、組織をフェライトおよびパーライトと、ベイ
   ナイト、マルテンサイトおよび残留オーステナイトのう
   ち少なくとも１種との混合組織とし、その後４５０〜６
   ５０℃で焼戻しした後、真歪みが総伸線加工率で１．５
   〜２．２の範囲の伸線加工を施し、最終伸線後における
   引張強さを１２００N/mm² 以上とすることを特徴とする
   溶接性と靭延性に優れた高強度鋼線の製法。
3. 【請求項３】 更に他の成分として、 Ｃｒ：０．０５〜１．５％ Ｍｏ：０．０５〜１．０％ Ｔｉ：０．０１〜０．５％ Ｖ：０．０５〜０．５％ Ｂ：０．０００５〜０．０１０％ よりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む
   鋼を使用する請求項１または２に記載の製法。