JPS62164822A - Ｐｃ鋼棒、鋼線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はｐｃ鋼捧、鋼線の製造方法に係り、特に靭性に
優れ、リラクセーションロスの少ないＰＣ鋼捧、鋼線の
安価な製造方法に関する。

（従来の技術及び解決しようとする問題点）一般に、線
材は、鋼片を加熱炉で加熱した後。

粗圧延列、中間圧延列及び仕上圧延列の各圧延列にて圧
延し、次いで１強制冷却した後、巻取機にてリング状に
巻取ることにより製造される。

従来、このような圧延列において高強度線材を得る方法
としては、例えば、Ｃ−３Ｌ−Ｃ−３Ｌ−系鋼にＴｉ及
びＢを添加し、この鋼を通常圧延して、Ｂによる焼入れ
性向上効果を確保し、この圧延後に焼入れを行う方法（
特公昭５６−１８０５２号）や、Ｃ−Ｓ　ｉ　−Ｍｎ　
−Ｃｒ　−Ｍｏ系鋼又はＣ−３ｉ　−Ｍｎ　−Ｃｒ　−
Ｂ系鋼を低温圧延し、圧延後、７００℃以下で巻取り、
調整冷却する方法（特公昭５９−４０２０７号及び特公
昭５９−４０２０８号）等が知られており、かかる方法
によってマルテンサイト組織を有する線材を得ることが
でき。

る。

しかし、このような方法では、−塔高強度は得られるも
のの、靭性やリラクセーションロスが多く、ｐｃ鋼捧、
鋼線に要求される特性を満たすことは困難である。

そこで、上記特性を向上させるために、コイル状又は棒
状に熱間圧延された鋼棒、鋼線を再度８５０〜９５０℃
のオーステナイト域まで加熱し、一定時間保持後、水中
又はその他の冷却媒体中に浸漬冷却することにより焼入
れし、引続き１００〜５ｏＯ℃で焼もどしを行う方法が
とられている。

しかしながら、この方法は、圧延後に焼入れ焼もどし処
理を行う必要があるために、経済的でなく、加えて靭性
やリラクセーションロス等の特性も期待する程向上され
ないという欠点があった。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し。

工程省略したプロセスで、しかも靭性が優れリラクセー
ションロスの少ないＰＣ鋼捧、鋼線を安価に製造できる
方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者らは、上記した方法
とは異なる観点に立脚し、Ｃ，Ｓｉ及びＭｎを主要合金
成分とするＢ無添加鋼を用いて高強度高靭性線材からｐ
ｃ鋼棒、鋼線を製造する方法について鋭意研究した結果
、上記した圧延ラインにおいて、圧延中の線材を所定温
度以下に強制冷却して低温圧延を行い、しかも、仕上圧
延列の入側温度と出側温度とを規制すると共に、圧延後
の予備冷却温度を７５０℃以上に規制し、かかる圧延後
に水焼入れを行うことによって、非常に微細な組織を有
して、高強度高靭性を有する線材を得ることができるこ
とを見出し１次いでその線材に冷間加工を行い、矯正又
は矯正後、ブルーインクを行うことにより、靭性及びリ
ラクセーション特性の共に優れたＰＣ鋼棒、鋼線を得る
ことを見出して、本発明に至ったものである。

すなわち、本発明に係るｐｃｍ棒、鋼線の製造方法は、
Ｃ：０．０５〜０．５０％、Ｓｉ：０．１０〜２．５％
及びＭｎ：０．５〜２．５％を含有する鋼を熱間圧延す
るに際して、圧延中の該線材を強制冷却して、粗列、中
間列及び仕上圧延列における線材温度を１０００℃以下
に保持すると共に、仕上圧延列入側温度を８００〜９０
０℃とし、且つ。

仕上圧延温度を９６０℃以下として、圧延後７５０〜８
５０℃に予備冷却し、リング状に巻取った後、直ちに水
焼入れし、次いで断面減少率で１０％未満４％以上の冷
間加工を行い、その後矯正加工又は矯正加工後、ブルー
インクを行うことを特徴とするものである。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

先ず１本発明における鋼の化学成分の限定理由について
説明する。

Ｃは、鋼強度を確保するために、少なくとも０．０５％
を添加することが必要である。しかし、過多に添加する
ときは、鋼の靭性の劣化を招き、また、水焼入れの際に
焼割れを生じるので、添加量の上限を０．５０％とする
。

ＳＬは、脱酸剤として添加されると共に、固溶強化元素
として作用するので、強度の向上に有効であり、少なく
とも０．１０％を添加する必要がある。しかし、過多に
添加するときは、靭性を劣化させるのみならず、経済的
にも不利であるので、その上限は２．５％とする。

Ｍｎは、焼入れ性を向上させ１強度の上昇にも効果があ
り、０．５％以上を添加する。反面、過剰に添加すると
、その効果が飽和し、しかも、偏析等も発生しやすくな
るので、添加量の上限、は２゜５％とする。

また、本発明において用いる鋼は、脱酸剤として通常の
キルド鋼に添加される程度のＡＱを含有してもよく、そ
の含有量は、通常、０．１％以下が望ましい。

なお、本発明においては、上記した元素に加えてＮｂ、
Ｖ及びＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種の炭
窒化物生成元素を必要に応じて鋼に添加することができ
る。

Ｎｂ、Ｖ及びＴｉは、いずれも微細な炭窒化物を生成し
て、オーステナイトの未再結晶域を拡大し、圧延後の結
晶粒の微細化に効果がある。かかる効果を有効に発揮さ
せるために、これらの元素はそれぞれについて０．０１
％を添加する必要がある。しかし、過多に添加しても、
効果が飽和して、経済的に不利であるので、添加量の上
限はそれぞれの元素について０．２％とする。

更に、本発明においては、Ｃｒ、Ｃｕ及びＮｉよりなる
群から選ばれる少なくとも１種の強度向上性元素を必要
に応じて鋼に添加することができる。

Ｃｒは、焼入れ性を向上させ１強度の上昇に有効であり
、かかる効果を得るためには、少なくとも０．１０％を
添加することが必要である。しかし、２．０％を超えて
過多に添加すると、鋼の靭性を著しく劣化させ、しかも
、経済的にも不利である。

Ｎｉは、焼入れ性、強度、靭性及び耐候性の改善に有効
であり、０．１０％以上を添加する。しかし、高価な元
素であるので、その添加量の上限を２．０％とする。

Ｃｕｔ強度、靭性及び耐候性の改善に効果があり、少な
くとも０．０１％を添加するが、しかし、過多に添加す
ると、鋼塊を分塊する際に熱間割れを起こすことがある
ので、添加量の上限は１．０％とする。

上記炭窒化物生成性元素は単独で又は複合添加してもよ
く、また、上記強度向上性元素も単独で又は複合添加し
てもよい、更に、炭窒化物生成性元素と強度向上性元素
とを併用して添加することもできる。

本発明の方法において用いる鋼は、不純物としてＰ、Ｓ
及びＮを含有することが許容される。Ｐは偏析を生じや
すい元素であるので、その含有量は０．０１２％以下と
するのが望ましい。Ｓは鋼中で硫化物系介在物を生成し
、線材の二次加工性を阻害するので、０．００５％以下
の含有量とするのが好ましい。また、Ｎは時効しやすく
、鋼棒や鋼線の延性に有害であるので、その含有量を０
゜０３５％以下とするのがよい。

次に、本発明によるＰＣ鋼棒、鋼線の製造方法について
説明する。

本発明による方法は、上記したような化学成分組成を有
する鋼を熱間圧延するに際して、圧延中のオーステナイ
ト結晶粒の微細化を図り、線材の靭性を向上させるため
に、圧延中の線材を強制的に冷却して低温圧延を行い、
しかも、圧延後に水中にて焼入れし、次いで伸線加工に
よりサイジング後、直線矯正を行うか、又は直線矯正後
ブルーインク処理を行い、靭性に優れ、かつ、リラクセ
ーションロスの少ないＰＣ鋼捧、鋼線を得るのである。

詳細には、本発明の方法においては、熱間圧延中の線材
温度を１０００℃以下に保持し、このように、圧延温度
を通常の圧延におけるよりも低く抑えて、所謂低温圧延
を行うために、線材の圧延ライン中に１例えば、中間圧
延列と仕上圧延列との間に高圧水噴射ノズルを備えた箱
型冷却装置を設置し、この冷却装置により仕上圧延列入
側温度を８００〜９００℃の範囲に冷却することにより
、仕上圧延出口での温度を９６０℃以下に抑える。

更に、仕上圧延列と巻取機との間で予備冷却を行って、
線材を７５０〜８５０℃の範囲の温度でリング状に巻取
った後、直ちに水中にて急冷して水焼入れを行って、線
材を微細な組織よりなる焼入れ組織に変態させ、次いで
サイジング及びリラクセーションロス減少のため減面率
で１０％未満４％以上の軽伸線を行い、直線矯正を実施
するか又は直線矯正後、リラクセーションロスを更に向
上するため２００〜４５０℃でブルーインクを行い、靭
性に優れ、リラクセーションロスの少ないＰＣ鋼捧、鋼
線を得るのである。

以下に本発明方法における圧延、冷却条件及び加工条件
について説明する。

本発明の方法においては、熱間圧延中に線材温度を１０
００℃以下にし、且つ、仕上圧延入側温度を８００〜９
００℃、仕上出口温度を９６０℃以下とすることによっ
て、圧延中のオーステナイト粒の再結晶と成長を効果的
に阻止し、かくして、オーステナイト粒度にして２５μ
Ｉ以下、好ましくは２２μｍ以下（ＡＳＴＭＮａ８）の
微細粒を得ることが必要である。

仕上出口温度が９６０’Ｃを超えるときは、後述するよ
うに、その後の予備冷却の許容される範囲で最大の冷却
条件（巻取目標温度７５０℃）を採用しても、オーステ
ナイト粒は２０μｍを超える大きさとなる。すなわち、
仕上出口温度として９６０℃以下を目標とした場合、仕
上入側温度が９００℃を超えると、仕上出口で９６０℃
を超えることになり、目標値を満足しない、また、仕上
入側温度が８００℃以下であるときは、仕上圧延列での
圧延に際して、材料の変形抵抗が大きくなるため、圧延
材のモーター負荷が増大し、製造費用の増大を招くと共
に、材料先端が仕上圧延機ロールにうまく噛み込まれな
くなり、ロール破損やミスロールの危険が増すため、８
００℃以下の仕上入側温度は避けるべきである。

本発明の方法においては、上記のような仕上圧延後、線
材を巻取るまでの間に予備冷却を施し、線材を７５０〜
８５０”Ｃの範囲の温度に冷却し、この後、巻取機にて
リング状に巻取る。

この予備冷却によって、仕上後のオーステナイト粒の成
長を阻止すると共に、後述するように、組織としてフェ
ライト・マルテンサイト主体組織又はフェライト・マル
テンサイト・ベイナイト三相組織を得る場合には、この
予備冷却の間にフェライトを析出させるのである。巻取
温度が８５０℃を超えるときは、仕上圧延の後、巻取の
間にオーステナイト粒が成長し、前記した２０μｍ以下
の結晶粒を達成できなくなる。一方、巻取温度が７５０
℃より低いときは、水焼入れの後の線材特性、具体的に
は絞り、伸び等の靭性値が劣化すると共に、バラツキが
大きい。

巻取温度が低いときに、上記したような弊害が生じるの
は、線材表面が適冷されると、水焼入れに際して内部ひ
ずみが大きくなることによるとみられる。すなわち、圧
延終了温度から７５０℃以下の温度まで急冷しすぎると
、線材の表面と中心部の温度差が著しく大きくなり、最
終冷却時には表面部から変態が開始されて中心部へと進
行することとなり、冷却後の線材の断面内の不均一性を
増す原因となる。

なお、断面不均一を生じた線材は、低温焼鈍によって均
一化を図り、延性を回復することもできるが、冷却まま
で均一な線材を得ることが望ましいので、本発明の方法
においては、予備冷却の温度は７５０℃を下限とする。

一方、より厳密に断面内において均一性が要求される場
合には、最終冷却前に短時間保定を行い、予備冷却後の
線材の断面内温度分布を均一化することもできる。

本発明の方法によれば、上記のように、７５０〜８５０
℃の温度で線材をリング状に巻取った後、直ちに水中で
水焼入れを行うことにより、非常に微細なマルテンサイ
ト組織、フェライト・マルテンサイト組織或いはフェラ
イト・マルテンサイト・ベイナイト組織への変態が生じ
、かくして、高強度と高靭性とを兼ね備えた線材を得る
ことができる。

次いで、この線材をＰＣ鋼捧、鋼線として供するために
、まずサイジングど加工硬化による降伏点上昇によるリ
ラクセーションロスの改善を目的として伸線を行う、但
し、この場合の減面率としては１０％未満４％以上の軽
伸線でなければならない。１０％以上の加工では降伏点
上昇によるリラクセーションロスの減少効果が著しいが
、一方、本発明におけるようなマルテンサイト主体組織
の場合、伸線加工率が大きいと伸び値、特に均−伸びの
値が大幅に劣化するため、加工率は１０％未満にとどめ
るべきである。またサイジングという目的から４％未満
の加工率では未加工の部分が残る恐れがあり、好ましく
ない。

伸線に引き続いて矯正加工を実施するが、異形棒の場合
には伸線に引き続いてインデント加工を行い、矯正を行
うが、この矯正はＰＣＣ鋼棒鋼線としての直線性を具備
させるのに必要である。伸線→矯正ままでも、本発明法
の場合、リラクセーションロスは小さいが、更にリラク
セーションロスの小さいＰＣ鋼棒、鋼線が望まれる時は
、矯正加工に引続いて２００〜４５０℃の温度域での短
時間ブルーインク処理を実施する。ブルーインク時の温
度を２００〜４５０℃にした理由は、２００℃未満では
りラクセーションロスの減少効果が少なく、また４５０
’Ｃを超えると強度が低下しＰＣ鋼棒、鋼線としての規
格を満たさないからである。なお、ブルーインク処理が
ない場合でも矯正加工、例えば１回転矯正などを採用す
る場合、線速、線径、回転矯正量などにより異るが、矯
正加工により線温が上昇し、線温としては１００〜１８
０℃位になり、矯正中にある程度の低温ブルーインク効
果が得られ、矯正ままでもリラクセーションロスが充分
規格を満足している。

更に本発明の方法においては、圧延開始直前の鋼片の温
度を８００〜９５０℃に低温加熱し、引続いて上記した
ように低温圧延を実施することによって、圧延開始前の
オーステナイト粒自体がより細かいため、更に一層のオ
ーステナイト粒の微細化を図ることができ、かくして、
靭性が一層向上したＰＣ鋼棒、鋼線を得ることができる
。また、使用する鋼片として、溶銑予備処理を実施した
場合、不純物元素としてのＰ及びＳを著しく低減するこ
とができ、かかる鋼片を用いて、本発明の方法に従って
低温圧延、水焼入れを行なえば、Ｐ及びＳ量が通常の範
囲にある鋼片を用いる場合に比べて、一層、靭性の高い
ＰＣ鋼線、鋼棒を得ることができ、更には、特性面では
耐遅れ破壊性が高いＰＣ鋼線、鋼棒を得ることができる
。

以上のように１本発明の方法においては、Ｂ無添加鋼を
低温圧延することにより、オーステナイト粒の微細化を
図り、仕上圧延後の冷却過程において完全マルテンサイ
ト又はフェライト・マルテンサイト又はフェライト・マ
ルテンサイト・ベイナイト組織を得、かくして、ｐｃ用
高強度高靭性線材を得ることができる。かかる線材によ
れば、二次加工を大幅に省略して、従来の焼入れ焼戻し
処理品と同等又はそれ以上の高強度部品に加工すること
ができる。例えば、従来の線材によれば、所要の高強度
を得るために、焼入れ焼戻しの熱処理を行って製造する
ｐｃ鋼鋼棒鋼線の場合、本発明の方法による線材を用い
る場合は、熱延ままの線材を軽度の伸線加工を施し、所
定の寸法にした後、直線矯正、又は直線矯正し処理を施
すのみで、引張強さとして１００〜２００ｋｇｆ／ｍｍ
”で靭性、リラクセーションロスの少ないＰＣ鋼棒、鋼
線を容易に得ることができる。

（実施例） 第１表に示す化学成分の鋼に対し、同表に示す条件で圧
延を行い、リング状に巻取った後、直ちに水焼入れし、
これらの直接焼入れ線材（本発明線材Ａ−Ｆ及び比較線
材Ｇ〜工）の機械的性質、粒度及び組織を調べた。その
結果を同表に示す。

なお、比較線材Ｉは、８７０’Ｃで８分間オーステナイ
ト化後、水焼入れした再加熱焼入れ線材である。

第１表かられかるように、同一強度で比較した場合１例
えば鋼Ａと鋼重を比較した場合９本発明線材Ａは直接焼
入れのままで既に比較鋼Ｉより伸び、絞りなどの靭性が
優れており、結晶粒度も２０μｍと極細粒である。特に
、本発明線材りでは、微細化元素Ｎｂの添加によりオー
ステナイト粒が１５　μｍ（ＡＳＴＭｋｇ、５）へと細
粒化しており、更にＥ、Ｆについては鋼片加熱温度をそ
れぞれ８００℃、８１０℃と低温にしたため、オーステ
ナイト粒がそれぞれ１２μｍ、１０μｍ（Ａ　Ｓ　ＴＭ
ＮＱＩＯ）へと極細粒化している。なお、比較線材Ｇ、
Ｈは組成的にはり、Ｅと同じであるが、Ｇの場合１巻取
温度を７３０℃としたもので、一方。

■（の場合は仕上列入口温度が９４０°Ｃと高く更に仕
上列出口温度も９９０℃と高くしたものである。

Ｇの場合、引張強さが低下しているうえに、伸び。

絞りも大幅に低下し、且つバラツキも大きい。また、Ｈ
の場合、結晶粒が３０μｍと粗くなり、しかも伸び、絞
りの値も本発明線材りに比べ低下している。

次に、本発明線直接焼入線材Ａ、Ｂ、Ｆ（２相組織）と
比較再加熱焼入線材工（マルテンサイト組織）からＰＣ
鋼棒を製造した場合の冷間加工率とブルーインク条件が
ＰＣＣ鋼棒各種特性に及ぼす影響を第２表に示す。

すなわち１本発明＠Ａ、Ｂ、Ｆの場合、圧延後。

酸洗、潤滑処理後、Ａ、Ｆの場合は直径９．５φから９
．１φ（減面率８％）へ、Ｂの場合は直径１０．０φか
ら９．１φ（減面率１７％）へ伸線を行い、引続きイン
デント加工、直線矯正を行った。

更にこれに加えて１５０〜５００℃でのブルーインクを
実施した工程についても調査した。一方、比較鋼重の場
合、これを８７０℃で８分間オーステナイト域に加熱し
、引続き水中に急冷して、水焼入れ後、酸洗、潤滑処理
し、次いで、直径９゜５φから９．１φ（減面率８％）
へ伸線を行い、引続きインデント加工、直線矯正を行い
、一部のものについては３５０℃でのブルーインクを実
施した。このようにして得られた各ＰＣＣ鋼棒特性と重
連のｐｃ鋼棒製造工程を第２表に示す。

第２表に示す如く、本発明方法の場合、靭性、リラクセ
ーション値において非常に優れた特性を有しており、Ｐ
Ｃ鋼鋼棒非常に有利に適用することができる。

以下、第２表に示す例について詳細に説明する。

第２表の工程別記号（イ）〜（ニ）は引抜きインデント
、直線矯正の工程によるもので、（ホ）〜（ヌ）は引抜
きインデント、直線矯正、ブルーインク工程によるもの
である。本発明法（イ）と比較法（ハ）の場合、引抜加
工率が高くなると１本例の場合、両者とも全伸びは規格
（ＥＱ≧５％）を満足しているが、均−伸びについては
、（ハ）の場合は低下する。ｐｃ鋼棒の場合、均−伸び
のＪＩＳ規格は存在しないが、均−伸びの値で通常は１
％以上位が要求されており、均−伸びの値がこれ以下の
場合、ＰＣ鋼棒緊張時やポールに製作後、ポール打込時
にｐｃ鋼鋼棒破断が懸念される。更に本発明法（ロ）で
は（イ）に比べ均−伸び、リラクセーションロスともに
優れている。これは直接焼入材の段階で鋼Ａに比べ鋼Ｆ
の靭性が優れ、結晶粒が微細なことが寄与しているから
である。本発明法（イ）。

（ロ）の場合、比較法（ニ）に比べ均−伸び、絞り、リ
ラクセーションロスの面において優れた値を示す。

次に本発明法（ホ）、（へ）と比較法（ト）、（チ）の
場合は、ブルーインク温度の影響をみたものであるが、
（ト）の場合、均−伸び、リラクセーションロスともに
ブルーインクのない場合とほぼ同等の値を示し、ブルー
インクの効果が認められない。

一方、（チ）の場合、ブルーインクの温度が高すぎるた
め、過時効現象を示し、ＴＳの低下を招き好ましくない
。本発明法（ホ）、（へ）ではブルーインクのない場合
に比ペリラクセージョンロスの値が大幅に改善されてい
る。更に比較法（ヌ）は、減面率の大きいものを３５０
℃でブルーインクした場合であるが、均−伸びの値が低
い。比較法（す）は従来法を示し、比較法（ニ）に比ベ
ブルーインクすることにより、リラクセーションロスが
改善されているが、本発明法（ホ）、（へ）に比べると
均−伸び、リラクセーションロスはやはり本発明法の法
が優れていると云える。本発明法（イ）、（ロ）、（ホ
）、（へ）の場合、２相組織で初析フェライトが存在し
てもリラクセーションロスが少ないのは、フェライト中
に固溶Ｃ量が多く、転位の移動を防止するからであると
考えられる。

（発明の効果） 以上詳述した如く、本発明は、靭性が優れリラクセーシ
ョンロスの少ないＰＣ鋼鋼棒鋼線の製造を可能ならしむ
るものであり、かつ、熱間圧延後、直接焼入れを利用す
るものであるから、圧延後の焼入れ焼戻し処理工程を省
略化でき、従来の再加熱焼入れに比べ大幅にコストダウ
ンできるメリットがあり、したがって、本発明法は、従
来得られなかった優れた性質を具備したＰＣＲ棒、鋼線
をより経済的に製造可能とした工業上極めて優れた方法
と云える。

【図面の簡単な説明】

第１図は高温リラクセーシコンテストにおけるヒートパ
ターンを示す図である。 第１図 １８０°Ｃ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０５〜０．５
   ０％、Ｓｉ：０．１０〜２．５％及びＭｎ：０．５〜２
   ．５％を含有する鋼を熱間圧延するに際して、圧延中の
   該線材を強制冷却して、粗列、中間列及び仕上圧延列に
   おける線材温度を１０００℃以下に保持すると共に、仕
   上圧延列入側温度を８００〜９００℃とし、且つ、仕上
   圧延温度を９６０℃以下として、圧延後７５０〜８５０
   ℃に予備冷却し、リング状に巻取った後、直ちに水焼入
   れし、次いで断面減少率で１０％未満４％以上の冷間加
   工を行い、その後矯正加工を行うことを特徴とするＰＣ
   鋼棒、鋼線の製造方法。
2. （２）Ｃ：０．０５〜０．５０％、Ｓｉ：０．１０〜２
   ．５％及びＭｎ：０．５〜２．５％を含有する鋼を熱間
   圧延するに際して、圧延中の該線材を強制冷却して、粗
   列、中間列及び仕上圧延列における線材温度を１０００
   ℃以下に保持すると共に、仕上圧延列入側温度を８００
   〜９００℃とし、且つ、仕上圧延温度を９６０℃以下と
   して、圧延後７５０〜８５０℃に予備冷却し、リング状
   に巻取った後、直ちに水焼入れし、次いで断面減少率で
   １０％未満４％以上の冷間加工を行い、その後矯正加工
   を行い、更に２００〜４５０℃の温度範囲でブルーイン
   クを行うことを特徴とするＰＣ鋼棒、鋼線の製造方法。