JPH11181547A - 鋼線用線材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼線用線材を小断面ビレット連続鋳造法で製
造するに際し、Ａｌレス化しオープン鋳造を採用しても
従来と同様の成分含有量でＴＳが規格内の値を確保す
る。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．０２％〜０．２２
％、Ｓｉ：０．０１％〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０％
〜０．６０％、Ｔｉ：０．００５％〜０．０３％を含
み、Ａｌ：０．００５％以下であり、残部Ｆｅ及び不可
避不純物からなり、ビレット連続鋳造において鋳型への
注入時に溶鋼流が雰囲気の空気に曝されるオープン鋳造
を行い、かつ鋼線用線材が下記式（１）により規定され
る引張強さ（ＴＳ：ｋｇｆ／ｍｍ² ）を有することを特
徴とする鋼線用線材及びその製造方法。 ＴＳ≦３３＋５５×Ｃｅｑ （１） Ｃｅｑ＝Ｃ＋０．２５×Ｓｉ＋０．２×Ｍｎ （各重量
％）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビレット連続鋳造
において低Ａｌかつオープン鋳造で製造しても製品の引
張強さが所定の低い範囲を維持することが可能な鋼線用
線材、及び該鋼線用線材のビレット連続鋳造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ビレットを経て条鋼として製造される鋼
は、転炉等で精練を完了した後、主に連続鋳造法にてビ
レットに鋳造される。精練完了時に溶鋼中に含まれるフ
リー酸素は、鋳造に先立って脱酸剤を投入して酸化物と
して除去する。脱酸剤としては、ＡｌとＳｉを用いる複
合脱酸が代表的である。脱酸の結果生成した脱酸生成物
としてのＡｌ₂ Ｏ₃ やＳｉＯ₂ は、その大部分は溶鋼中
を浮上して分離されるが、その一部は溶鋼中に残存し、
連続鋳造に際して鋳型への鋳造を行うノズルの内周に析
出する。特にＡｌ₂ Ｏ₃ は融点が高く、鋳造ノズルの周
辺に析出してノズルが閉塞する原因となる。特に、小断
面のビレットを鋳造する連続鋳造においては、鋳型の断
面積が小さいため、必然的に鋳造ノズルの断面積も小さ
くなり、Ａｌ₂ Ｏ₃ の析出によるノズル閉塞が重大な問
題となってきている。Ａｌ添加量を減らして鋼中に含有
するＡｌの量を少なくすることにより（Ａｌレス化）、
鋼中のＡｌ₂ Ｏ₃ をも低減し、連続鋳造ノズル詰まりを
防止する技術が知られている。

【０００３】溶鋼を鋳型内に注入するに際しては、通常
は鋳型内での溶鋼の酸化を防止するため、溶鋼流が空気
に触れないよう浸漬ノズルを用いた鋳造が行われる。し
かし、ビレット連続鋳造においてビレット断面が小断面
化すると、浸漬ノズルの使用が困難となり、溶鋼流が大
気に露出するいわゆるオープン鋳造が行われる。この場
合は鋳造中に空気の捲き込みのためフリー酸素が増大す
る。

【０００４】鋼線用線材を小断面ビレット連続鋳造法で
製造するに際し、鋳造ノズル詰り防止対策としてＡｌレ
ス化し、更に小断面鋳造対策としてオープン鋳造を採用
して製造したところ、従来の高Ａｌ浸漬ノズル鋳造、或
いはＡｌレス浸漬ノズル鋳造材に比較して、Ｃ、Ｓｉ、
Ｍｎの含有量は同一であるにもかかわらず、製品の引張
強さ（ＴＳ）が上昇し、従来製造方法であればＴＳ規格
に対して合格していたものが、ＴＳが高めに外れるとい
う問題が発生した。成分含有量の変更でＴＳを規格内に
戻そうとすると、従来よりＣを下げることが必要とな
り、極低炭化のために溶製コストが上昇するという新た
な問題が発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、鋼線用線材
を小断面ビレット連続鋳造法で製造するに際し、Ａｌレ
ス化しオープン鋳造を採用しても従来と同様の成分含有
量でＴＳが規格内の低い値を確保できる鋼線用線材及び
その製造方法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】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、その要旨とするとこ
ろは以下の通りである。

【０００７】その第１は、重量％で、Ｃ：０．０２％〜
０．２２％、Ｓｉ：０．０１％〜０．４０％、Ｍｎ：
０．２０％〜０．６０％、Ｔｉ：０．００５％〜０．０
３％を含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、全酸素は
Ｏ：０．００６％〜０．０２％であり、残部Ｆｅ及び不
可避不純物からなり、かつ下記式（１）により規定され
る引張強さを有することを特徴とする鋼線用線材であ
る。 ＴＳ≦３３＋５５×Ｃｅｑ （１） Ｃｅｑ＝Ｃ＋０．２５×Ｓｉ＋０．２×Ｍｎ ただし、Ｃ ：炭素含有量（重量％） Ｓｉ：珪素含有量（重量％） Ｍｎ：マンガン含有量（重量％） ＴＳ：引張強さ（ｋｇｆ／ｍｍ² ） その第２は、重量％で、Ｃ：０．０２％〜０．２２％、
Ｓｉ：０．０１％〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０％〜
０．６０％、Ｔｉ：０．００５％〜０．０３％を含み、
Ａｌ：０．００５％以下であり、残部Ｆｅ及び不可避不
純物からなり、ビレット連続鋳造において鋳型への注入
時に溶鋼流が雰囲気の空気に曝されるオープン鋳造を行
い、かつ鋼線用線材が上記式（１）により規定される引
張強さを有することを特徴とする鋼線用線材の製造方法
である。

【０００８】鋳造ノズル詰り対策としてＡｌレス化して
いるので、連続鋳造時の溶鋼中の含有成分で脱酸能力を
有する元素はＳｉとＭｎである。このような含有成分の
溶鋼を鋳型内にオープン注入すると、注入時に大気から
の捲き込みで溶鋼中に酸素が取り込まれる。脱酸剤たる
ＳｉとＭｎは脱酸能力が弱いため、取り込まれた酸素は
鋳型内注入後の初期段階では脱酸されず、フリー酸素と
して残存する。ところが、鋳型内及び鋳型より下方で鋼
の凝固が進行すると、凝固界面において含有元素の偏析
による濃縮が起こり、この段階で残存していたフリー酸
素とＳｉやＭｎとの酸化反応が進行し、凝固層内には微
細な脱酸生成物たる非金属介在物が取り込まれることと
なる。

【０００９】これら微細な非金属介在物は、圧延中及び
圧延後も微細なままで鋼中に残存する。その結果、この
微細非金属介在物による分散強化機構により、引張強度
を増大させる。通常の鋼中に存在する酸化物よりもはる
かに小さく、多数存在するため、引張強化が機能するこ
とが明らかとなった。即ち、小断面ビレット連続鋳造に
おいて、Ａｌレスオープン注入を実施すると製品の線材
の引張強度が増大するという問題は、鋼中に取り込まれ
た酸素に基づく微細な酸化物が原因であることが明らか
となったのである。

【００１０】本発明は、上記のような引張強度増大のメ
カニズムの解明に基づき、鋳造ノズルの詰りの原因とな
るＡｌを添加せずに、ノズル詰りに悪影響を及ぼさずに
鋳型内で発生するフリー酸素を有効に除去するため、Ｔ
ｉを添加することを特徴とする。ＴｉはＳｉやＭｎより
強い脱酸能力を有しているため、鋳型内でオープン注入
の結果浸入する酸素と反応して酸化物とし、凝固層に取
り込まれる前に鋳型内で浮上分離させることが可能とな
る。また、Ａｌレスのままであるので、鋳造ノズル詰り
の問題も発生しない。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、合金成分の含有量は
線材圧延後の製品中の含有量であり、全酸素を除いて製
造段階でのタンディッシュ内溶鋼の分析値から格付けさ
れたものとほぼ同じ値となる。全酸素は、オープン注入
の結果として製造中に取り込まれるためタンディッシュ
内溶鋼の分析値から格付けされたものより線材圧延後の
製品からの分析値は大きくなる。

【００１２】本発明においては、鋼中のＡｌ含有量を
０．００５％以下とすることで脱酸生成物としてアルミ
ナが生成することを防止する。Ｔｉ：０．００５％〜
０．０３％、Ｓｉ：０．０１％〜０．４０％とすること
でＴｉ単独あるいはＴｉとＳｉを主体とする脱酸を行っ
た結果、脱酸生成物はＴｉＯ₂ とＳｉＯ₂ が主体とな
り、脱酸生成物の主体がアルミナである場合に比較して
連続鋳造ノズルへの非金属介在物の析出を低減すること
が可能となる。

【００１３】連続鋳造の鋳型内へのオープン注入におい
ては、タンディッシュから鋳型内溶鋼面への注入流が雰
囲気の空気と接触するため、溶鋼中に酸素が取り込まれ
る。できる限りの酸素巻き込み防止対策をとった場合で
あっても、鋳型内溶鋼中酸素は浸漬ノズル注入の場合と
比較して０．００３％程度増加する。Ａｌレスで脱酸元
素がＳｉとＭｎのみの場合は、溶鋼中に混入した酸素を
十分に脱酸することができず、フリー酸素のままで残存
する。鋳片内で凝固が進行すると、凝固界面では不純物
の溶質分配による濃化が起こり、それまで独立して存在
した酸素とＳｉ、Ｍｎが結合して非常に微細で分散した
酸化物が生成され、溶鋼中を浮上分離せずに凝固層中に
取り込まれる。この微細酸化物が鋼の引張強度を増大さ
せることは上述の通りである。本発明では、鋳型内の溶
鋼中にＴｉを０．００５％〜０．０３％含有しており、
Ｔｉは脱酸力がＳｉやＭｎに比較して強いので、オープ
ン注入によって混入した酸素は速やかにＴｉで脱酸さ
れ、脱酸生成物は鋳型内で浮上して表面に到達して除去
される。

【００１４】Ａｌを０．００５％以下としたのは、Ａｌ
が０．００５％を超えると、生成する非金属介在物の組
成がＡｌ₂ Ｏ₃ 主体となり、介在物融点が高くなってノ
ズル閉塞を防止できなくなるからである。なお、Ａｌ含
有量には酸化物として存在するＡｌをも含んでいる。

【００１５】Ｔｉ下限を０．００５％としたのは、０．
００５％未満では脱酸力が不足し、Ｓｉ単独脱酸と同じ
脱酸となり、オープン注入によって鋳型内の溶鋼中に含
有する酸素を脱酸除去する能力が不足し、製品の引張強
さを改善することができないからである。

【００１６】Ｔｉ上限を０．０３％としたのは、Ｔｉの
添加量を増加し、鋼中の全酸素と結合しても更に余剰に
なる場合にはＴｉＣが析出するが、Ｔｉが０．０３％を
超えるとＴｉＣの分散強化が働いてしまうためである。

【００１７】製品の発明については製品中の全酸素の範
囲を規定している。本発明は連続鋳造中にオープン注入
を行うことを前提としており、オープン注入を行った結
果として製品中の全酸素が特定の範囲となるからであ
る。製品中の全酸素の下限を０．００６％としたのは、
本発明はＡｌレスのオープン注入連続鋳造材を対象とし
ているが、オープン注入を行えば鋳型内に酸素が混入す
る結果として、Ｔｉ、Ｓｉ等の脱酸元素を請求項に記載
されたとおりに含有したとしても酸素は製品中に取り込
まれ、必ず製品中の全酸素は０．００６％以上になるか
らである。

【００１８】製品中の全酸素の上限については、全酸素
が高いと、酸素の一部は脱酸されずに一旦は鋼中に固溶
し、鋼材の冷却中に鋼材中の空孔（ポロシティー）にガ
スが生成し、鋼中の酸素濃度に依存した高い圧力が発生
する。全酸素が０．０２％を超えると、ガス圧が高くな
り圧延や冷間加工では密着しなくなるため、製品中の全
酸素の上限を０．０２％とした。

【００１９】製造方法の発明においては製品中の全酸素
の範囲は規定していない。製造方法の構成要件の中で連
続鋳造中にオープン注入を行うことを規定しているの
で、改めて製品中の全酸素を規定する必要がないからで
ある。

【００２０】Ｓｉの下限を０．０１％としたのは、通常
採用される精錬法ではこれよりも低いＳｉに下げること
は工業的に成り立たないからである。Ｓｉの上限を０．
４０％としたのは、Ｓｉが０．４０％を超えると、靭性
が低下して目的とする品質が得られないからである。

【００２１】Ｍｎの下限を０．２０％としたのは、鋼材
の熱処理性を確保するためである。Ｍｎの上限を０．６
０％としたのは、０．６０％を超えると鋼の冷間加工性
が低下して必要な品質が得られないからである。

【００２２】

【実施例】転炉精錬法にて溶鋼量２４０トンの溶鋼を溶
製し、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌは転炉出鋼中に溶鋼鍋中に
添加し、Ｔｉは出鋼後に溶鋼鍋上方より添加した。

【００２３】連続鋳造法において、鋳型サイズは１２５
ｍｍ×１２５ｍｍ、鋳造速度は２．６〜３．２ｍ／ｍｉ
ｎの条件で鋳造を行った。また鋳造ノズルとしては、内
径１８ｍｍφのノズルを用いた。鋳造ノズルは特に断ら
ない限り原則としてアルミナグラファイト質である。

【００２４】連続鋳造で製造したビレットの鋼片検査実
施後、加熱炉で１０００℃以上に加熱し、線材圧延機で
５．５ｍｍφに圧延し、空冷による冷却工程を経てコイ
ルに巻き取った。

【００２５】介在物個数測定は、上記によって製造した
線材の長手方向に垂直な断面を研磨した試料を調製し、
断面の直径方向の線分を１０等分した各位置にて走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて５０００倍の写真を撮影
した。この写真の中で、介在物の面積を円に換算したと
きの直径が０．１μｍ以下の介在物の個数を数え、面積
当たりの個数を求めて介在物個数とした。

【００２６】引張強さ（ＴＳ）は、圧延後の鋼材（５．
５ｍｍφ）が室温に冷えた状態で、標準的なインストロ
ン型引張試験機にて測定した。

【００２７】表１、表２に示す成分（全酸素以外）の鋼
を溶製し、上記方法で連続鋳造によってビレットを製造
し、更に線材を製造した。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】 表１のＮｏ．１〜１７は、本発明例の製造結果である。
合金成分分析結果はすべて本発明範囲内にある。鋳造ノ
ズルの選択はすべてオープン注入とした。オープン注入
を採用した結果として、製品中における全酸素分析結果
はいずれも０．００６％以上となっている。Ａｌレス、
オープン注入にもかかわらず、Ｔｉを本発明範囲内で含
有しているため、鋳型内での脱酸が進行し、製品におけ
る換算直径０．１μｍ以下の微小な介在物の発生が抑制
され、引張強度はいずれも請求項１の式（１）を満足し
ている。

【００３０】表２は比較例の製造結果である。Ｎｏ．１
８〜２０はＡｌレス、オープン注入であり、かつＴｉを
添加していない。Ｎｏ．２１〜２３はＡｌレス、オープ
ン注入であり、Ｔｉを添加しているものの含有量は本発
明の下限以下である。結果としてＮｏ．１８〜２３はい
ずれも鋳型内での脱酸不足で製品中の介在物個数が増大
し、引張強度が請求項１の式（１）を満足しない結果と
なった。Ｎｏ．２４、２５はＴｉ含有量が本発明上限以
上であり、結果としてＴｉによる強化で引張強度が請求
項１の式（１）を満足しない結果となった。Ｎｏ．２
６、２７は製品中全酸素が本発明の上限以上であり、圧
延後の製品に空孔が発生する結果となった。Ｎｏ．２８
〜３０は、本発明の製造方法と異なり鋳造ノズルとして
浸漬ノズルを採用した。そのため、製品中の全酸素は本
発明の鋼の含有成分の範囲下限を外れている。浸漬ノズ
ルを使用しているため鋳型内での酸素捲き込みがないの
で、製品中の介在物の個数の増大もなく、結果として引
張強度が請求項１の式（１）を満足しているのは当然で
ある。

【００３１】図１に本発明と比較例のＣｅｑとＴＳ（引
張強度）の関係を示す。プロットはいずれもＡｌレス、
オープン注入を採用している。○は本発明例であり、Ｔ
ｉを本発明範囲添加した結果としてＴＳは請求項１の式
（１）の範囲内となっているのに対し、●は比較例であ
り、Ｔｉを添加していないため、ＴＳのアップを招いて
請求項１の式（１）を満足しない結果となった。

【００３２】図２は、Ａｌレス、オープン注入を採用し
た場合において、Ｔｉを本発明範囲添加した場合（ａ）
とＴｉ無添加の場合（ｂ）の製品中の０．１μｍ以下の
介在物の個数を比較した図である。Ｔｉ添加によって介
在物個数が低減する状況が明らかである。

【００３３】図３は、製品中の０．１μｍ以上の介在物
個数が製品の引張強度に及ぼす影響を表したものであ
る。請求項１の式（１）のＣｅｑとＴＳとの関係を基準
とし、Ａｌレス、オープン注入において本発明と比較例
の鋳造を行い、介在物個数と基準ＴＳに対する実績ＴＳ
の変化しろを評価し、その評価結果を用いてＴＳ増加し
ろが介在物個数の１／２乗に比例するとして図３のよう
に回帰線を決定した。

【００３４】

【発明の効果】本発明により、Ａｌレス・オープン注入
によるビレット連続鋳造法を採用しても、同一のＣｅｑ
における製品の引張強度は浸漬鋳造材と同等の低い値と
なり、Ｃｅｑを意図的に下げなくてもＴＳの規格上限を
維持できる製品の製造が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明材と比較材（Ｔｉ無添加Ａｌレスオープ
ン鋳造材）のＣｅｑとＴＳとの関係を比較した図であ
る。

【図２】本発明材と比較材（Ｔｉ無添加Ａｌレスオープ
ン注入材）の介在物個数のヒストグラムを比較した図で
あり、（ａ）は本発明例、（ｂ）は比較例（Ｔｉ無添加
Ａｌレスオープン注入材）である。

【図３】製品中の介在物個数がＴＳの増大に及ぼす影響
を実績に基づいて示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 亘 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内 (72)発明者 清瀬 明人 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０２％〜０．２２
   ％、Ｓｉ：０．０１％〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０％
   〜０．６０％、Ｔｉ：０．００５％〜０．０３％を含
   み、Ａｌ：０．００５％以下であり、全酸素はＯ：０．
   ００６％〜０．０２％であり、残部Ｆｅ及び不可避不純
   物からなり、かつ下記式（１）により規定される引張強
   さを有することを特徴とする鋼線用線材。 ＴＳ≦３３＋５５×Ｃｅｑ （１） Ｃｅｑ＝Ｃ＋０．２５×Ｓｉ＋０．２×Ｍｎ ただし、Ｃ ：炭素含有量（重量％） Ｓｉ：珪素含有量（重量％） Ｍｎ：マンガン含有量（重量％） ＴＳ：引張強さ（ｋｇｆ／ｍｍ² ）
2. 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．０２％〜０．２２
   ％、Ｓｉ：０．０１％〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０％
   〜０．６０％、Ｔｉ：０．００５％〜０．０３％を含
   み、Ａｌ：０．００５％以下であり、残部Ｆｅ及び不可
   避不純物からなり、ビレット連続鋳造において鋳型への
   注入時に溶鋼流が雰囲気の空気に曝されるオープン鋳造
   を行い、かつ鋼線用線材が上記式（１）により規定され
   る引張強さを有することを特徴とする鋼線用線材の製造
   方法。