JPWO2008093466A1 - 捻回特性に優れるｐｗｓ用めっき鋼線及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
この捻回特性に優れるＰＷＳ用めっき鋼線は、質量％で、Ｃ：０．８〜１．１％、Ｓｉ：０．８〜１．３％、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｂ：０．０００４〜０．００６０％を含有し、且つ、固溶Ｂが０．０００２％以上であり、更に、Ａｌ：０．００５〜０．１、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の１種あるいは２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、表層から５０μｍまでの深さの部分において非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、全断面において非パーライト組織の面積率が５％以下であり、表面に、めっき付着量が３００〜５００ｇ／ｍ２の亜鉛めっきが施されている。
Description
本発明は、橋梁の懸吊用等に用いられる、捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線及びその製造方法に関する。
本願は、２００７年１月３１日に出願された日本国特許出願第２００７−０２２４１２号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２００７年１月３１日に出願された日本国特許出願第２００７−０２２４１２号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、ＰＷＳ（プレハブ平行線ストランド）用の高強度めっき鋼線を製造する際は、通常、熱延線材に、必要に応じてパテンティング処理を行った後、伸線加工することによって所定の線径の鋼線とし、更に、亜鉛めっきを施すことによって耐食性を付与している。こうした処理によりＴＳ≧２１９２−６１×ｄ（式中、ＴＳは引張強さ（ＭＰａ）、ｄは線径（ｍｍ））の強度を確保すると共に、破断絞り値などによって評価される靭延性についても十分な性能を確保することが求められている。
上記のような要求に対して、偏析やミクロ組織を制御したり、特定の元素を含有させることにより、高炭素線材の伸線加工性を高める試みがなされている。
パテンティング線材の絞り値はオーステナイト粒径に依存し、オーステナイト粒径を微細化することによって絞り値が向上することから、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ等の炭化物や窒化物をピニング粒子として用いることによってオーステナイト粒径を微細化する試みもなされている。
パテンティング線材の絞り値はオーステナイト粒径に依存し、オーステナイト粒径を微細化することによって絞り値が向上することから、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ等の炭化物や窒化物をピニング粒子として用いることによってオーステナイト粒径を微細化する試みもなされている。
高炭素線材に、成分元素として、質量％でＮｂ：０．０１〜０．１重量％、Ｚｒ：０．０５〜０．１重量％、Ｍｏ：０．０２〜０．５重量％よりなる群から１種類以上を含有させた線材が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
また、高炭素線材にＮｂＣを含有させることによりオーステナイト粒径を微細化した線材が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
特許文献１に記載の線材では、上記の成分元素を含有させることにより、鋼線の延靭性を高めた成分組成としている。しかしながら、特許文献１に記載の線材では、添加される成分元素が何れも高価であるため、製造コストが上昇する虞がある。
特許文献２に記載の線材では、ピニング粒子としてＮｂＣを用いることにより、伸線加工性を向上させている。しかしながら、特許文献２に記載の線材では、含有される成分元素がいずれも高価であるため、製造コストが上昇する虞がある。また、Ｎｂが粗大な炭化物や窒化物を形成し、Ｔｉが粗大な酸化物を形成するため、これらが破壊の起点となり、伸線性を低下させる虞がある。
ところで、高炭素鋼線の高強度化においては、線材成分中のＣ量及びＳｉ量を増大することが最も経済的で且つ有効な手段であることが確認されている。しかしながら、Ｓｉの増加に伴いフェライト析出が促進されると共にセメンタイトの析出が抑制される。このため、Ｃ量が０．８％を超えるような過共析組成であっても、パテンティング処理を行う際に、オーステナイト域から冷却する時にオーステナイト粒界に沿って初析フェライトが板状に析出する傾向がある。
さらに、Ｓｉ添加によりパーライトの共析温度が高くなるため、通常パテンティングが行われる４８０〜６５０℃の温度域において、擬似パーライトやベイナイトといった過冷組織が生成する傾向がある。その結果、パテンティング処理後の線材の破断絞り値が低下し、延靭性が劣化すると共に、伸線加工中の断線頻度も高くなり生産性や歩留低下を招くという問題があった。
特許第２６０９３８７号公報
特開２００１−１３１６９７号公報
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、安価な構成で、歩留が高く、また、絞り値の高い、捻回特性に優れためっき鋼線及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、Ｃ量及びＳｉ量に応じた量の固溶Ｂを、パテンティング処理前のオーステナイトに存在させることにより、セメンタイト析出とフェライト析出の駆動力をバランスさせ、非パーライト組織が少なく、絞り値の高い高炭素パーライト線材が得られ、優れた伸線特性による加工性と高強度を両立しうることを知見し、本発明を完成するに至った。
本発明の要旨とするところは以下の通りである。
本発明の要旨とするところは以下の通りである。
本発明の捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線は、質量％で、Ｃ：０．８〜１．１％、Ｓｉ：０．８〜１．３％、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｂ：０．０００４〜０．００６０％を含有し、且つ、固溶Ｂが０．０００２％以上であり、更に、Ａｌ：０．００５〜０．１、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の１種あるいは２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、表層から５０μｍまでの深さの部分において非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、全断面において非パーライト組織の面積率が５％以下であり、表面に、めっき付着量が３００〜５００ｇ／ｍ２の亜鉛めっきが施されている。
本発明の捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線では、更に、質量％で、Ｃｒ：０％よりも多く０．５％以下、Ｎｉ：０％よりも多く０．５％以下、Ｃｏ：０％よりも多く０．５％以下、Ｖ：０％よりも多く０．５％以下、Ｃｕ：０％よりも多く０．２％以下、Ｍｏ：０％よりも多く０．２％以下、Ｗ：０％よりも多く０．２％以下、Ｎｂ：０％よりも多く０．１％以下、Ｚｒ：０％よりも多く０．０５％以下よりなる群から選択される少なくとも1種以上を含有してもよい。
線径が４．５〜７．５ｍｍであり、引張強さがＴＳ≧２１９２−６１×ｄ（式中、ＴＳは引張強さ（ＭＰａ）、ｄは線径（ｍｍ））を満たしてもよい。
線径が４．５〜７．５ｍｍであり、引張強さがＴＳ≧２１９２−６１×ｄ（式中、ＴＳは引張強さ（ＭＰａ）、ｄは線径（ｍｍ））を満たしてもよい。
本発明の捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線の製造方法の第１の態様は、質量％で、Ｃ：０．８〜１．１％、Ｓｉ：０．８〜１．３％、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｂ：０．０００４〜０．００６０％を含有し、更に、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の内の１種あるいは２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼片を、１０００〜１２００℃の炉内にて加熱を行い、抽出直後にデスケーリングを施し、粗圧延、仕上げ圧延することにより、９〜１６ｍｍの線径の線材とし、最終圧延スタンドにて圧延後に冷却を行い、８００〜９５０℃の線材温度で巻取を行い、次いで、下記式（１）で示される時間ｔ１秒以内に、５２５〜６００℃の溶融塩に浸漬してパテンティング処理を施した後、得られる線材に、下記式（２）で表される真ひずみが１．２〜１．９の冷間加工を行うことにより、表層から５０μｍまでの深さの部分において非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、全断面において非パーライト組織の面積率が５％以下である鋼線とし、次いで、３００〜５００ｇ／ｍ２のめっき付着量で亜鉛めっきを施す。
ｔ１＝０．００１３×（Ｔｒ−８１５）２＋７×（Ｂ−０．０００３）／（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）・・・（１）（但し、式（１）中、Ｔｒは線材の巻き取り温度である。また（Ｎ−Ｔｉ／３．４１）−Ｂ＋０．０００３）が０以下であるか、もしくはｔ１が４０秒より大きい場合は、ｔ１＝４０秒とする。）
ε＝２・ｌｎ（ｄ０／ｄ）・・・（２）（但し、式（２）中、ｄ０は冷間加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）、ｄは冷間加工後の鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｎは自然対数を示す。）
ｔ１＝０．００１３×（Ｔｒ−８１５）２＋７×（Ｂ−０．０００３）／（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）・・・（１）（但し、式（１）中、Ｔｒは線材の巻き取り温度である。また（Ｎ−Ｔｉ／３．４１）−Ｂ＋０．０００３）が０以下であるか、もしくはｔ１が４０秒より大きい場合は、ｔ１＝４０秒とする。）
ε＝２・ｌｎ（ｄ０／ｄ）・・・（２）（但し、式（２）中、ｄ０は冷間加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）、ｄは冷間加工後の鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｎは自然対数を示す。）
本発明の捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線の製造方法の第１の態様では、前記最終圧延スタンドにおいて圧延し、次いで冷却した後、溶融塩、ステルモア、あるいは大気放冷によって線材を２００℃以下の温度に一旦冷却し、変態を終了させた後、９５０℃以上の温度に再加熱してオーステナイト化し、次いで、５２５〜６００℃の溶融鉛に浸漬することにより、パテンティング処理を施す。
本発明の捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線の製造方法の第２の態様は、質量％で、Ｃ：０．８〜１．１％、Ｓｉ：０．８〜１．３％、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｂ：０．０００４〜０．００６０％を含有し、且つ、固溶Ｂが０．０００２％以上であり、更に、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の内の１種あるいは２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼成分を有し、表層から１００μｍまでの深さの部分において非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、更に全断面において非パーライト組織の面積率が５％以下であり、引張強さが１２５０ＭＰａ以上の線材に、下記式（３）で表される真ひずみが１．２〜１．９の冷間加工を行うことにより、表層から５０μｍまでの深さの部分において非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、全断面において非パーライト組織の面積率が５％以下とされた鋼線とし、次いで、３００〜５００ｇ／ｍ２の範囲のめっき付着量で亜鉛めっきを施す。
ε＝２・ｌｎ（ｄ０／ｄ）・・・（３）（但し、式（３）中、ｄ０は冷間加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）、ｄは冷間加工後の鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｎは自然対数を示す）
ε＝２・ｌｎ（ｄ０／ｄ）・・・（３）（但し、式（３）中、ｄ０は冷間加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）、ｄは冷間加工後の鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｎは自然対数を示す）
なお、線材を鋼線に加工するための冷間加工は、通常用いられる穴ダイスを用いた伸線加工だけではなく、ローラーダイスを用いた冷間圧延加工も含む。
また、本発明において説明する「捻回特性に優れる」とは、鋼線やめっき鋼線に対しねじり試験を実施した際、ねじれが一部に集中する「局部ねじれ」による破断や、ねじり開始直後に縦割れが生じる「デラミネーション」が生じないことを意味する。
本発明の捻回特性と巻付け性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線によれば、質量％で、Ｃ：０．８〜１．１％、Ｓｉ：０．８〜１．３％、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｂ：０．０００４〜０．００６０％を含有し、且つ固溶Ｂ量が０．０００２％以上であり、更に、Ａｌ：０．００５〜０．１、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％の１種あるいは２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、引張強さＴＳがＴＳ≧２１９２−６１×ｄ（式中、ＴＳは引張強さ（ＭＰａ）、ｄは線径（ｍｍ））を満たす構成としている。
また線材段階において、表層から１００μｍまでの深さの部分において、旧オーステナイト粒界に沿って析出する初析フェライト、擬似パーライトもしくはベイナイトからなる非パーライト組織の面積率が１０％以下である、もしくは線材表層から中心部までの断面内の非パーライト組織の面積率が５％以下であり、残部がパーライト組織からなる構成としている。
更に伸線後の鋼線段階において、表層から５０μｍまでの深さの部分において、旧オーステナイト粒界に沿って析出する初析フェライト、擬似パーライトもしくはベイナイトからなる非パーライト組織の面積率が１０％以下である、もしくは鋼線表層から中心部までの断面内の非パーライト組織の面積率が５％以下であり、残部がパーライト組織からなる構成としている。
各成分組成を上記として、Ｃ量及びＳｉ量に応じた量の固溶Ｂを、パテンティング処理前のオーステナイトに存在させることにより、セメンタイト析出とフェライト析出の駆動力をバランスさせ、非パーライト組織の発生を抑制する。これにより、延靭性が向上すると共に、伸線加工における断線を防止できるので、ＰＷＳ用めっき鋼線を製造する際の生産性や歩留が向上する。
更に、冷間加工を施した鋼線にめっき処理を施しためっき鋼線においても、パーライトを主体とする組織を有し、且つ非パーライト組織の面積率を低下させているため、捻回特性に優れる。
また線材段階において、表層から１００μｍまでの深さの部分において、旧オーステナイト粒界に沿って析出する初析フェライト、擬似パーライトもしくはベイナイトからなる非パーライト組織の面積率が１０％以下である、もしくは線材表層から中心部までの断面内の非パーライト組織の面積率が５％以下であり、残部がパーライト組織からなる構成としている。
更に伸線後の鋼線段階において、表層から５０μｍまでの深さの部分において、旧オーステナイト粒界に沿って析出する初析フェライト、擬似パーライトもしくはベイナイトからなる非パーライト組織の面積率が１０％以下である、もしくは鋼線表層から中心部までの断面内の非パーライト組織の面積率が５％以下であり、残部がパーライト組織からなる構成としている。
各成分組成を上記として、Ｃ量及びＳｉ量に応じた量の固溶Ｂを、パテンティング処理前のオーステナイトに存在させることにより、セメンタイト析出とフェライト析出の駆動力をバランスさせ、非パーライト組織の発生を抑制する。これにより、延靭性が向上すると共に、伸線加工における断線を防止できるので、ＰＷＳ用めっき鋼線を製造する際の生産性や歩留が向上する。
更に、冷間加工を施した鋼線にめっき処理を施しためっき鋼線においても、パーライトを主体とする組織を有し、且つ非パーライト組織の面積率を低下させているため、捻回特性に優れる。
以下に本発明に係る捻回特性に優れたＰＷＳ用高強度めっき鋼線及びその製造方法を詳細に説明する。
［成分組成］
以下に、本実施形態の捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線の、各成分組成の限定理由について説明する。
［成分組成］
以下に、本実施形態の捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線の、各成分組成の限定理由について説明する。
（Ｃ：０．８〜１．１質量％）
Ｃは、線材の引張強さの増加や、伸線時の加工硬化率を高めるのに有効な元素である。
Ｃの含有量が０．８％未満の場合には、１２５０ＭＰａ以上の高強度の線材を得ることが困難となると共に、冷却時にオーステナイト粒界状に析出する初析フェライトの体積分率が増大し、均一なパーライト組織を得ることが困難となる。一方、Ｃが１．１％を越えると、パテンティング処理時に初析セメンタイトがオーステナイト粒界にネット状に析出し、伸線加工性、靭性、および延性が著しく低下する。このため、Ｃの含有量を質量％で０．８〜１．１％の範囲に限定した。
Ｃは、線材の引張強さの増加や、伸線時の加工硬化率を高めるのに有効な元素である。
Ｃの含有量が０．８％未満の場合には、１２５０ＭＰａ以上の高強度の線材を得ることが困難となると共に、冷却時にオーステナイト粒界状に析出する初析フェライトの体積分率が増大し、均一なパーライト組織を得ることが困難となる。一方、Ｃが１．１％を越えると、パテンティング処理時に初析セメンタイトがオーステナイト粒界にネット状に析出し、伸線加工性、靭性、および延性が著しく低下する。このため、Ｃの含有量を質量％で０．８〜１．１％の範囲に限定した。
（Ｓｉ：０．８〜１．３質量％）
Ｓｉは、線材の強度を高める元素であり、脱酸材としても有効な元素である。
Ｓｉの含有量が０．８％以上の場合には、パーライト変態時にフェライト／セメンタイト界面にＳｉが濃化することで、めっき処理時の温度下でのラメラーセメンタイトの溶解を抑制し引張強さの低下や延性の低下を抑制する効果がある。一方、Ｓｉ添加量が多すぎると、過供析鋼においても初析フェライトの析出を促進し、且つ恒温変態時の変態開始ノーズ位置が高温側に移行するため、パテンティング後の上部ベイナイト組織率が増加し、均一なパーライト組織を得ることが困難となる。また、更にメカニカルデスケーリング性が悪化する。このため、Ｓｉの含有量を質量％で０．８〜１．３％の範囲に限定した。
Ｓｉは、線材の強度を高める元素であり、脱酸材としても有効な元素である。
Ｓｉの含有量が０．８％以上の場合には、パーライト変態時にフェライト／セメンタイト界面にＳｉが濃化することで、めっき処理時の温度下でのラメラーセメンタイトの溶解を抑制し引張強さの低下や延性の低下を抑制する効果がある。一方、Ｓｉ添加量が多すぎると、過供析鋼においても初析フェライトの析出を促進し、且つ恒温変態時の変態開始ノーズ位置が高温側に移行するため、パテンティング後の上部ベイナイト組織率が増加し、均一なパーライト組織を得ることが困難となる。また、更にメカニカルデスケーリング性が悪化する。このため、Ｓｉの含有量を質量％で０．８〜１．３％の範囲に限定した。
（Ｍｎ：０．３〜０．８質量％）
Ｍｎは、脱酸及び脱硫材として有効な元素であると共に、焼入れ性を向上させ、パテンティング処理後の引張強さを高める為に有効な元素である。Ｍｎの含有量が０．３％未満であると、目的とする引張強さに対して上記の効果は十分に得られない。一方、０．８％を超えると、線材の中心部に偏析して、偏析部にベイナイトあるいはマルテンサイトが生成するので、伸線加工性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量を質量％で０．３〜０．８％の範囲に限定した。
Ｍｎは、脱酸及び脱硫材として有効な元素であると共に、焼入れ性を向上させ、パテンティング処理後の引張強さを高める為に有効な元素である。Ｍｎの含有量が０．３％未満であると、目的とする引張強さに対して上記の効果は十分に得られない。一方、０．８％を超えると、線材の中心部に偏析して、偏析部にベイナイトあるいはマルテンサイトが生成するので、伸線加工性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量を質量％で０．３〜０．８％の範囲に限定した。
（Ａｌ：０．００５〜０．１質量％）
Ａｌは、脱酸材として有効な元素である。さらに窒化物を形成してＮを固定することで、オーステナイト粒の粗大化を抑制するとともに時効を抑制し、更には、固溶Ｂ量を増加させる効果を有する。
Ａｌの含有量が０．００５％未満の場合、ＡｌのＮを固定する効果が得られ難い。一方、０．１％を超えると硬質のアルミナ系非金属介在物が多量に析出し、延性及び伸線性が低下する。したがってＡｌの含有量を質量％で０．００５〜０．１％の範囲内であることが望ましい。但し、後述するＴｉ量を含有させた場合には、ＴｉがＮを固定する効果を有する為、Ａｌを添加しない場合においても上記の効果が得られるので、Ａｌの下限を規定する必要は無く、Ａｌの含有量は０であっても構わない。
Ａｌは、脱酸材として有効な元素である。さらに窒化物を形成してＮを固定することで、オーステナイト粒の粗大化を抑制するとともに時効を抑制し、更には、固溶Ｂ量を増加させる効果を有する。
Ａｌの含有量が０．００５％未満の場合、ＡｌのＮを固定する効果が得られ難い。一方、０．１％を超えると硬質のアルミナ系非金属介在物が多量に析出し、延性及び伸線性が低下する。したがってＡｌの含有量を質量％で０．００５〜０．１％の範囲内であることが望ましい。但し、後述するＴｉ量を含有させた場合には、ＴｉがＮを固定する効果を有する為、Ａｌを添加しない場合においても上記の効果が得られるので、Ａｌの下限を規定する必要は無く、Ａｌの含有量は０であっても構わない。
（Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％）
Ｔｉは脱酸材として有効な元素である。さらに窒化物を形成してＮを固定することで、オーステナイト粒の粗大化を抑制するとともに、時効を抑制し、更には固溶Ｂ量を増加させる効果を有する。
Ｔｉの含有量が０．００５％未満の場合、ＴｉのＮを固定する効果は得られ難く、一方で０．１％を超えるとオーステナイト中で粗大なＴｉ炭化物として析出し、延性及び伸線性が低下する。したがってＴｉの含有量を質量％で０．００５〜０．１％の範囲に限定した。
Ｔｉは脱酸材として有効な元素である。さらに窒化物を形成してＮを固定することで、オーステナイト粒の粗大化を抑制するとともに、時効を抑制し、更には固溶Ｂ量を増加させる効果を有する。
Ｔｉの含有量が０．００５％未満の場合、ＴｉのＮを固定する効果は得られ難く、一方で０．１％を超えるとオーステナイト中で粗大なＴｉ炭化物として析出し、延性及び伸線性が低下する。したがってＴｉの含有量を質量％で０．００５〜０．１％の範囲に限定した。
（Ｎ：０．００１〜０．００６質量％）
ＮはＡｌ、Ｔｉ、およびＢと窒化物を生成し、加熱時におけるオーステナイト粒の粗大化を抑制する作用がある。
Ｎの含有量が０．００１％未満の場合、上記の効果は得られない。一方、含有量が多くなりすぎると、Ｂとの窒化物生成量も増大し、オーステナイト中の固溶Ｂを低下させる。したがって、Ｎの含有量を、質量％で０．００１〜０．００６％の範囲内とした。
ＮはＡｌ、Ｔｉ、およびＢと窒化物を生成し、加熱時におけるオーステナイト粒の粗大化を抑制する作用がある。
Ｎの含有量が０．００１％未満の場合、上記の効果は得られない。一方、含有量が多くなりすぎると、Ｂとの窒化物生成量も増大し、オーステナイト中の固溶Ｂを低下させる。したがって、Ｎの含有量を、質量％で０．００１〜０．００６％の範囲内とした。
（Ｂ：０．０００４〜０．００６０質量％）
Ｂは、固溶Ｂとしてオーステナイト中に存在する場合に、粒界に濃化して初析フェライトの析出を抑制すると共に、初析セメンタイトの析出を促進する効果がある。したがって、Ｃ量及びＳｉ量のバランスに応じて適量を添加することにより、初析フェライトの生成、及びベイナイトを抑制することが可能となる。一方、Ｂは窒化物を形成することから、上記の効果を有するオーステナイト中の固溶Ｂを確保するためには、線材製造段階におけるパテンティング処理時のＮ量とのバランスも考慮する必要がある。更に、Ｂの含有量が多すぎると、初析セメンタイトの析出を促進するのみならず、オーステナイト中に粗大なＦｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の炭化物を生成し、伸線性を低下させる虞がある。したがって、初析フェライト、ベイナイトが抑制され、且つ良好な伸線性を有する線材を得るため、Ｂの含有量を０．０００４〜０．００６０％とした。
Ｂは、固溶Ｂとしてオーステナイト中に存在する場合に、粒界に濃化して初析フェライトの析出を抑制すると共に、初析セメンタイトの析出を促進する効果がある。したがって、Ｃ量及びＳｉ量のバランスに応じて適量を添加することにより、初析フェライトの生成、及びベイナイトを抑制することが可能となる。一方、Ｂは窒化物を形成することから、上記の効果を有するオーステナイト中の固溶Ｂを確保するためには、線材製造段階におけるパテンティング処理時のＮ量とのバランスも考慮する必要がある。更に、Ｂの含有量が多すぎると、初析セメンタイトの析出を促進するのみならず、オーステナイト中に粗大なＦｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の炭化物を生成し、伸線性を低下させる虞がある。したがって、初析フェライト、ベイナイトが抑制され、且つ良好な伸線性を有する線材を得るため、Ｂの含有量を０．０００４〜０．００６０％とした。
（固溶Ｂ：０．０００２質量％以上）
本発明に係るＰＷＳ用高強度めっき鋼線は、Ｃ量及びＳｉ量に応じた量の固溶Ｂを、パテンティング処理前のオーステナイトに存在させることにより、非パーライト組織が少なく、絞り値の高い高炭素パーライト線材が得られ、且つ、冷間加工後、めっき処理後の捻回特性に優れる鋼線が得られる。このような効果を得るためには、固溶Ｂが０．０００２％以上であることが必要である。
本発明に係るＰＷＳ用高強度めっき鋼線は、Ｃ量及びＳｉ量に応じた量の固溶Ｂを、パテンティング処理前のオーステナイトに存在させることにより、非パーライト組織が少なく、絞り値の高い高炭素パーライト線材が得られ、且つ、冷間加工後、めっき処理後の捻回特性に優れる鋼線が得られる。このような効果を得るためには、固溶Ｂが０．０００２％以上であることが必要である。
なお、不純物であるＰとＳは特に限定しないが、各々０．０２％以下とすることが望ましい。
本実施形態で説明するＰＷＳ用高強度めっき鋼線は、上述の成分を基本組成とするものであるが、更に強度、靭性、延性等の機械的性質の向上を目的として、以下に説明する選択的許容添加元素を１種又は２種以上、積極的に含有した成分組成としてもよい。
（Ｃｒ：０．５質量％以下（０％を含まない））
Ｃｒは、パーライトのセメンタイト間隔を微細化させると共に、線材の引張強さや伸線時の加工硬化率を向上させるのに有効な元素である。上記作用を有効に発揮させるには０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｃｒの添加量が多過ぎるとパテンティング処理時の変態終了時間が長くなり、マルテンサイトやベイナイトなどの過冷組織が生じる恐れがあるほか、メカニカルデスケーリング性も悪化するため、その上限を０．５％とした。
Ｃｒは、パーライトのセメンタイト間隔を微細化させると共に、線材の引張強さや伸線時の加工硬化率を向上させるのに有効な元素である。上記作用を有効に発揮させるには０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｃｒの添加量が多過ぎるとパテンティング処理時の変態終了時間が長くなり、マルテンサイトやベイナイトなどの過冷組織が生じる恐れがあるほか、メカニカルデスケーリング性も悪化するため、その上限を０．５％とした。
（Ｎｉ：０．５質量％以下（０％を含まない））
Ｎｉは、線材の伸線加工性と靭性を高める効果がある。上記作用を有効に発揮させるためには０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｎｉを過剰に添加すると、変態終了時間が長くなるので、上限値を０．５％とした。
Ｎｉは、線材の伸線加工性と靭性を高める効果がある。上記作用を有効に発揮させるためには０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｎｉを過剰に添加すると、変態終了時間が長くなるので、上限値を０．５％とした。
（Ｃｏ：０．５質量％以下（０％を含まない））
Ｃｏは、パテンティング処理時の初析セメンタイトの析出を抑制するのに有効な元素である。上記作用を有効に発揮させるには０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｃｏを過剰に添加しても上記作用は飽和し製造コストに見合わなくなるため、その上限値を０．５％とした。
Ｃｏは、パテンティング処理時の初析セメンタイトの析出を抑制するのに有効な元素である。上記作用を有効に発揮させるには０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｃｏを過剰に添加しても上記作用は飽和し製造コストに見合わなくなるため、その上限値を０．５％とした。
（Ｖ：０．５質量％以下（０％を含まない））
Ｖは、フェライト中に微細な炭窒化物を形成することにより、加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制すると共に、熱間圧延後の強度上昇にも寄与する。上記作用を有効に発揮させるには０．０５％以上の添加が好ましい。一方、Ｖを過剰に添加すると、炭窒化物の形成量が多くなり過ぎると共に、炭窒化物の粒子径も大きくなるため、その上限値を０．５％とした。
Ｖは、フェライト中に微細な炭窒化物を形成することにより、加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制すると共に、熱間圧延後の強度上昇にも寄与する。上記作用を有効に発揮させるには０．０５％以上の添加が好ましい。一方、Ｖを過剰に添加すると、炭窒化物の形成量が多くなり過ぎると共に、炭窒化物の粒子径も大きくなるため、その上限値を０．５％とした。
（Ｃｕ：０．２質量％以下（０％を含まない））
Ｃｕは、鋼線の耐食性を高める効果がある。このような作用を有効に発揮させるには０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｃｕを過剰に添加すると、Ｓと反応してオーステナイト粒界中にＣｕＳが偏析するため、線材製造過程で鋼塊や線材などに傷を発生させる。このような悪影響を防ぐために、その上限値を０．２％とした。
Ｃｕは、鋼線の耐食性を高める効果がある。このような作用を有効に発揮させるには０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｃｕを過剰に添加すると、Ｓと反応してオーステナイト粒界中にＣｕＳが偏析するため、線材製造過程で鋼塊や線材などに傷を発生させる。このような悪影響を防ぐために、その上限値を０．２％とした。
（Ｍｏ：０．２質量％以下（０％を含まない））
Ｍｏは、鋼線の耐食性を高める効果がある。上記作用を有効に発揮させるには、０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｍｏを過剰に添加すると変態終了時間が長くなるので、その上限値を０．２％とした。
Ｍｏは、鋼線の耐食性を高める効果がある。上記作用を有効に発揮させるには、０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｍｏを過剰に添加すると変態終了時間が長くなるので、その上限値を０．２％とした。
（Ｗ：０．２質量％以下（０％を含まない））
Ｗは、鋼線の耐食性を高める効果がある。上記作用を有効に発揮させるには０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｗを過剰に添加すると変態終了時間が長くなるので、その上限値を０．２％とした。
Ｗは、鋼線の耐食性を高める効果がある。上記作用を有効に発揮させるには０．１％以上の添加が好ましい。一方、Ｗを過剰に添加すると変態終了時間が長くなるので、その上限値を０．２％とした。
（Ｎｂ：０．１質量％以下（０％を含まない））
Ｎｂは、Ｔｉと同様に炭窒化物を生成することで加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する効果がある。上記作用を有効に発揮させるには０．０５％以上の添加が好ましい。一方、Ｎｂを過剰に添加すると、変態終了時間が長くなるので、その上限値を０．１％とした。
Ｎｂは、Ｔｉと同様に炭窒化物を生成することで加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する効果がある。上記作用を有効に発揮させるには０．０５％以上の添加が好ましい。一方、Ｎｂを過剰に添加すると、変態終了時間が長くなるので、その上限値を０．１％とした。
（Ｚｒ：０．０５質量％以下（０％を含まない））
Ｚｒは、Ｔｉと同様に炭窒化物を生成することで加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制すると共に、耐食性を高める効果がある。上記作用を有効に発揮させるには０．００１％以上の添加が好ましい。一方、Ｚｒを過剰に添加すると、変態終了時間が長くなるので、その上限値を０．０５％とした。
Ｚｒは、Ｔｉと同様に炭窒化物を生成することで加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制すると共に、耐食性を高める効果がある。上記作用を有効に発揮させるには０．００１％以上の添加が好ましい。一方、Ｚｒを過剰に添加すると、変態終了時間が長くなるので、その上限値を０．０５％とした。
［線材の組織］
次に本発明で目的とする捻回特性に優れる高強度めっき鋼線において、デラミネーション発生防止、及び、線材の冷間加工性に影響し、絞り値向上に重要である線材の組織について述べる。
次に本発明で目的とする捻回特性に優れる高強度めっき鋼線において、デラミネーション発生防止、及び、線材の冷間加工性に影響し、絞り値向上に重要である線材の組織について述べる。
高強度めっき鋼線のデラミネーション発生に影響を及ぼすのは、線材の旧オーステナイト粒界に沿って生成したベイナイト、加えて粒界フェライト、擬似パーライトからなる非パーライト組織である。さらに、デラミネーションは表層部を起点として発生することが知られているため、本実施形態の線材の如く、表層から１００μｍまでの深さの部分において、非パーライト組織の面積率を１０％以下とすることにより、伸線、及び、めっき処理後のデラミネーションの発生を抑えられることが確認された。
更に、線材中心部の非パーライト組織を低減することは、絞り値の向上に有効である。本実施形態の線材の如く、線材表層から中心の断面内において非パーライト組織の面積率を５％以下とすることで、絞り値の向上が確認された。
［線材の製造方法］
次に、捻回特性に優れる高強度めっき鋼線用線材の製造方法について述べる。
本実施形態では、上述した鋼成分を有する鋼片を１０００〜１２００℃の炉内にて加熱を行い、抽出直後にデスケーリングを施し、粗圧延、仕上げ圧延することにより、９〜１６ｍｍの線径の線材とする。そして最終圧延スタンドにて圧延後に冷却を行い、８００〜９５０℃の線材温度で巻取を行う。次いで、下記式（１）で示される時間ｔ１秒以内に、５２５〜６００℃の溶融塩に浸漬してパテンティング処理を施す。
ｔ１＝０．００１３×（Ｔｒ−８１５）２＋７×（Ｂ−０．０００３）／（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）・・・（１）
次に、捻回特性に優れる高強度めっき鋼線用線材の製造方法について述べる。
本実施形態では、上述した鋼成分を有する鋼片を１０００〜１２００℃の炉内にて加熱を行い、抽出直後にデスケーリングを施し、粗圧延、仕上げ圧延することにより、９〜１６ｍｍの線径の線材とする。そして最終圧延スタンドにて圧延後に冷却を行い、８００〜９５０℃の線材温度で巻取を行う。次いで、下記式（１）で示される時間ｔ１秒以内に、５２５〜６００℃の溶融塩に浸漬してパテンティング処理を施す。
ｔ１＝０．００１３×（Ｔｒ−８１５）２＋７×（Ｂ−０．０００３）／（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）・・・（１）
（加熱温度：１０００〜１２００℃）
鋼片の加熱温度は、各添加元素の存在状態、鋼片の脱炭に影響する。Ｂを固溶させるためには、加熱温度が１０００℃以上であることが好ましい。一方、鋼片の加熱温度が１２００℃を超えると、鋼片表層部で脱炭が顕著になるため、加熱温度範囲を１０００〜１２００℃とした。なお、鋼片は脱炭の少ない１１００℃以下の低温で加熱し、且つ、熟熱させることが好ましい。
鋼片の加熱温度は、各添加元素の存在状態、鋼片の脱炭に影響する。Ｂを固溶させるためには、加熱温度が１０００℃以上であることが好ましい。一方、鋼片の加熱温度が１２００℃を超えると、鋼片表層部で脱炭が顕著になるため、加熱温度範囲を１０００〜１２００℃とした。なお、鋼片は脱炭の少ない１１００℃以下の低温で加熱し、且つ、熟熱させることが好ましい。
（巻取終了からパテンティング処理の開始までの時間：ｔ１）
本実施形態で規定した成分組成の鋼片を用いて、本実施形態で規定する組織及び引張強さを有する線材を得るためには、圧延後の巻き取りからパテンティング処理までの搬送中およびパテンティング処理時の冷却中にＢ炭化物あるいは窒化物が析出せず、且つ、固溶Ｂ量が質量％で０．０００２％以上含有することが必要である。本発明者らの検討によれば、１０５０℃に加熱後、１ｓｅｃ以内に７５０℃〜９５０℃の温度に急冷し、引き続きこの温度で一定時間保持した後に、鉛パテンティングした線材の組織及び固溶Ｂを測定した結果、固溶Ｂを０．０００２％以上含有する限界の保持時間は、Ｂ量とＮ量の組み合わせで決まるＣ曲線となり、その時間ｔ１は次式（１）で表わすことができることを明らかにした。
ｔ１＝０．００１３×（Ｔｒ−８１５）２＋７×（Ｂ−０．０００３）／（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）・・・（１）
本実施形態で規定した成分組成の鋼片を用いて、本実施形態で規定する組織及び引張強さを有する線材を得るためには、圧延後の巻き取りからパテンティング処理までの搬送中およびパテンティング処理時の冷却中にＢ炭化物あるいは窒化物が析出せず、且つ、固溶Ｂ量が質量％で０．０００２％以上含有することが必要である。本発明者らの検討によれば、１０５０℃に加熱後、１ｓｅｃ以内に７５０℃〜９５０℃の温度に急冷し、引き続きこの温度で一定時間保持した後に、鉛パテンティングした線材の組織及び固溶Ｂを測定した結果、固溶Ｂを０．０００２％以上含有する限界の保持時間は、Ｂ量とＮ量の組み合わせで決まるＣ曲線となり、その時間ｔ１は次式（１）で表わすことができることを明らかにした。
ｔ１＝０．００１３×（Ｔｒ−８１５）２＋７×（Ｂ−０．０００３）／（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）・・・（１）
なお、式（１）において、Ｔｒは巻き取り温度であり、（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）が０（ゼロ）より大きい成分範囲で有効であり、０（ゼロ）以下である場合は、保持時間に制限はない。また、実際の圧延においては巻き取り後、パテンティング処理開始までに４０秒以上かかることはほとんどなく、４０秒を上限としている。
（線材の巻取温度Ｔｒ：８００〜９５０℃）
圧延及び水冷後の巻取温度Ｔｒは、パテンティング開始時の固溶Ｂ量に影響する。
更に、本実施形態で規定する組織を有する線材を得るには、上記式（１）に示される時間ｔ１以内にパテンティングを開始することが必要となる。巻取温度Ｔｒが８００℃未満の場合、Ｂ炭化物が析出し、固溶Ｂとして非パーライト組織を抑制する効果が不十分となる。一方、巻取温度Ｔｒが９５０℃を超えると、γ粒径が粗大化し、絞り値が低下する。そのため、巻取温度Ｔｒを８００℃以上、好ましくは８５０℃以上、更に好ましくは９００℃以上、且つ、９５０℃以下とした。
圧延及び水冷後の巻取温度Ｔｒは、パテンティング開始時の固溶Ｂ量に影響する。
更に、本実施形態で規定する組織を有する線材を得るには、上記式（１）に示される時間ｔ１以内にパテンティングを開始することが必要となる。巻取温度Ｔｒが８００℃未満の場合、Ｂ炭化物が析出し、固溶Ｂとして非パーライト組織を抑制する効果が不十分となる。一方、巻取温度Ｔｒが９５０℃を超えると、γ粒径が粗大化し、絞り値が低下する。そのため、巻取温度Ｔｒを８００℃以上、好ましくは８５０℃以上、更に好ましくは９００℃以上、且つ、９５０℃以下とした。
（パテンティング温度：５２５〜６００℃）
線材のパテンティング処理は、巻取後、次いで５２５〜６００℃の温度の溶融ソルト又は溶融鉛に直接浸漬してパテンティングをする方法か、一旦冷却したあと９５０℃以上に加熱して再オーステナイト化し、５２５℃〜６００℃の温度の溶融鉛に浸漬することにてパテンティングをする方法があり、何れかを採用できる。
線材のパテンティング処理は、巻取後、次いで５２５〜６００℃の温度の溶融ソルト又は溶融鉛に直接浸漬してパテンティングをする方法か、一旦冷却したあと９５０℃以上に加熱して再オーステナイト化し、５２５℃〜６００℃の温度の溶融鉛に浸漬することにてパテンティングをする方法があり、何れかを採用できる。
線材のパテンティング温度は、パテンティング処理後の組織、及びパーライトのラメラー間隔に影響する。パテンティング温度が６００℃を超えると、粗いラメラー間隔のパーライト組織ができることで、引張強さ及び靱性が低下する。一方、本発明に係るめっき鋼線の如く、Ｓｉ含有量の多い鋼線では、５２５℃未満の温度でパテンティング処理した場合、パテンティング後のベイナイト組織分率が急激に増加する。表層から１００μｍまでの深さの部分において、過冷却を抑制し、非パーライト組織の面積率を１０％以下に抑えるためには、溶融ソルト又は溶融鉛の温度を５２５℃以上とすることが望ましい。
上記のパテンティング処理により、線材（圧延材）の断面内の非パーライト組織を５％以下に抑制し、且つ次式（４）で表される以上の引張強さＴＳを確保することが可能となる。
ＴＳ≧１０００×Ｃ+３００×Ｓｉ−１０×ｄ０+２５０・・・（４）
但し、 ＴＳ；引張強さ（ＭＰａ）
Ｃ；鋼中のＣ含有量（質量％）
Ｓｉ；鋼中のＳｉ含有量（質量％）
ｄ０；線径（ｍｍ）
ＴＳ≧１０００×Ｃ+３００×Ｓｉ−１０×ｄ０+２５０・・・（４）
但し、 ＴＳ；引張強さ（ＭＰａ）
Ｃ；鋼中のＣ含有量（質量％）
Ｓｉ；鋼中のＳｉ含有量（質量％）
ｄ０；線径（ｍｍ）
［鋼線の製造方法］
上述の条件で製造された線材を用い、靭性に優れ高強度であるとともに、捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線の製造方法の限定理由について説明する。
本実施形態では、上述の条件で製造された線材に、下記式（２）で表される真ひずみが１．２〜１．９の冷間加工を行うことにより、表層から５０μｍまでの深さの部分において非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、全断面において非パーライト組織の面積率が５％以下である鋼線とする。次いで、３００〜５００ｇ／ｍ２のめっき付着量で亜鉛めっきを施す。
ε＝２・ｌｎ（ｄ０／ｄ）・・・（２）（但し、式（２）中、ｄ０は冷間加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）、ｄは冷間加工後の鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｎは自然対数を示す。）
上述の条件で製造された線材を用い、靭性に優れ高強度であるとともに、捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線の製造方法の限定理由について説明する。
本実施形態では、上述の条件で製造された線材に、下記式（２）で表される真ひずみが１．２〜１．９の冷間加工を行うことにより、表層から５０μｍまでの深さの部分において非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、全断面において非パーライト組織の面積率が５％以下である鋼線とする。次いで、３００〜５００ｇ／ｍ２のめっき付着量で亜鉛めっきを施す。
ε＝２・ｌｎ（ｄ０／ｄ）・・・（２）（但し、式（２）中、ｄ０は冷間加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）、ｄは冷間加工後の鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｎは自然対数を示す。）
（真ひずみε：１．２〜１．９）
本発明で説明する真ひずみεは、元径からの減面率を示すパラメータであり、真ひずみ量が増すとＴＳが上昇する。しかし、真ひずみが１．２未満であると、ねじり試験において局部ねじれが発生するため真ひずみ１．２以上の伸線が好ましい。一方、真ひずみが１．９を越えると、当該鋼線の線径では絞り値の低下、及びデラミネーションが発生するため、その上限値を１．９とした。
本発明で説明する真ひずみεは、元径からの減面率を示すパラメータであり、真ひずみ量が増すとＴＳが上昇する。しかし、真ひずみが１．２未満であると、ねじり試験において局部ねじれが発生するため真ひずみ１．２以上の伸線が好ましい。一方、真ひずみが１．９を越えると、当該鋼線の線径では絞り値の低下、及びデラミネーションが発生するため、その上限値を１．９とした。
（めっき付着量：３００〜５００ｇ／ｍ２）
めっき付着量は、めっき鋼線の耐食性に影響し、付着量が多いほど鋼線表面の露出までに時間を要すため、耐食性が増す。３００ｇ／ｍ２以上で十分な耐食性が得られる。一方、付着量が多すぎると剥離が問題となるため、その上限を５００ｇ／ｍ２とした。
めっき付着量は、めっき鋼線の耐食性に影響し、付着量が多いほど鋼線表面の露出までに時間を要すため、耐食性が増す。３００ｇ／ｍ２以上で十分な耐食性が得られる。一方、付着量が多すぎると剥離が問題となるため、その上限を５００ｇ／ｍ２とした。
以上説明したように、本実施形態では、各成分組成の関係を上述した範囲として、Ｃ量及びＳｉ量に応じた量の固溶Ｂを、パテンティング処理前のオーステナイトに存在させることで、セメンタイト析出とフェライト析出の駆動力をバランスさせ、非パーライト組織の発生を抑制する。これにより、延靭性が向上するとともに、伸線加工における断線を防止できるので、ＰＷＳ用めっき鋼線を製造する際の生産性や歩留が向上する。
また、冷間加工を施した鋼線にめっき処理を施しためっき鋼線においても、パーライトを主体とする組織を有し、且つ、非パーライト組織の面積率を低下させた構成とすることにより、捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線が得られる。
また、冷間加工を施した鋼線にめっき処理を施しためっき鋼線においても、パーライトを主体とする組織を有し、且つ、非パーライト組織の面積率を低下させた構成とすることにより、捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線が得られる。
また本実施形態では、例えば径が９〜１６ｍｍの上述した所定の鋼成分及び組織を有する線材から、ＰＷＳ用として一般に用いられる４．５〜７．５ｍｍのめっき鋼線を製造する。この線径でも組織がパーライト組織主体であるため、引張強さがＴＳ≧２１９２−６１×ｄ（式中、ＴＳは引張強さ（ＭＰａ）、ｄは線径（ｍｍ））を満足する高強度を有するとともに優れた伸線特性を備え、捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線を安定して得ることができる。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術範囲に含まれる。
［サンプル作製方法］
表１，２及び表５，６は、供試材の化学組成、パテンティング条件、線材の機械的性質を示す。これらの供試材を用いて所定の直径の線材に熱間圧延し、所定の温度で巻取後、所定時間内に直接溶融塩パテンティング（ＤＬＰ）あるいは再加熱溶融鉛パテンティング（ＬＰ）を行った。その際、同じ成分の実施例でも、巻き取りからパテンティング処理までの時間によってＢ窒化物の析出量が異なるため、固溶Ｂ量が異なっている。
その後、これらのパテンティング材を用いて、所定の線径となるまで、所定の冷却方法にて伸線加工を行い、溶融亜鉛めっきを施した。溶融亜鉛めっきは浴温が４５０℃の条件で行った。
そして、これらの線材、鋼線、及びめっき鋼線について、下記の評価試験を行った。
表１，２及び表５，６は、供試材の化学組成、パテンティング条件、線材の機械的性質を示す。これらの供試材を用いて所定の直径の線材に熱間圧延し、所定の温度で巻取後、所定時間内に直接溶融塩パテンティング（ＤＬＰ）あるいは再加熱溶融鉛パテンティング（ＬＰ）を行った。その際、同じ成分の実施例でも、巻き取りからパテンティング処理までの時間によってＢ窒化物の析出量が異なるため、固溶Ｂ量が異なっている。
その後、これらのパテンティング材を用いて、所定の線径となるまで、所定の冷却方法にて伸線加工を行い、溶融亜鉛めっきを施した。溶融亜鉛めっきは浴温が４５０℃の条件で行った。
そして、これらの線材、鋼線、及びめっき鋼線について、下記の評価試験を行った。
［評価試験方法］
固溶Ｂ量は、パテンティング線材に対し、メチレンブルー吸光光度法による測定を行うことで求めた。
非パーライト組織分率については、パテンティング線材及び伸線を行った鋼線を、樹脂に埋め込み研磨し、ピクリン酸を用いた科学腐食を実施した後、ＳＥＭによる組織観察から、線材の長さ方向と平行な断面（Ｌ断面）における非パーライト組織率を決定した。
圧延線材の表層非パーライト組織率については、まず線材の中心から半径の−５％〜＋５％の部位にて切断及び研磨することによりＬ断面を出現させた。そして、表層部分において、ＳＥＭによる組織観察によって２０００倍の倍率で、表面から深さ１００μｍ×幅１００μｍの領域の組織写真を５視野ずつ撮影し、画像解析により非パーライトの面積率を測定し、その平均値（表層非パーライト面積率）を求めた。
伸線された鋼線の表層非パーライト組織率については、まず線材の中心から半径の−５％〜＋５％の部位にて切断及び研磨することによりＬ断面を出現させた。そして、表層部分においてＳＥＭによる組織観察によって２０００倍の倍率で、表面から深さ４０μｍ×幅１００μｍの領域の組織写真を５視野ずつ撮影し、画像解析により非パーライトの面積率を測定し、その平均値（表層非パーライト面積率）を求めた。
圧延線材および鋼線の断面内非パーライト面積率については、線材又は鋼線の長さ方向と平行な断面（Ｌ断面）において、中心部（１／２Ｄ部、Ｄは線材又は鋼線の直径）をＳＥＭによる組織観察によって２０００倍の倍率で、深さ１００μｍ×幅１００μｍの領域の組織写真を５視野ずつ撮影した。画像解析により非パーライトの面積率を測定し、その平均値（断面内非パーライト面積率）を求めた。
この測定により、伸線前の非パーライト組織面積率と伸線後の非パーライト組織面積率はほぼ一致することを確認した。
固溶Ｂ量は、パテンティング線材に対し、メチレンブルー吸光光度法による測定を行うことで求めた。
非パーライト組織分率については、パテンティング線材及び伸線を行った鋼線を、樹脂に埋め込み研磨し、ピクリン酸を用いた科学腐食を実施した後、ＳＥＭによる組織観察から、線材の長さ方向と平行な断面（Ｌ断面）における非パーライト組織率を決定した。
圧延線材の表層非パーライト組織率については、まず線材の中心から半径の−５％〜＋５％の部位にて切断及び研磨することによりＬ断面を出現させた。そして、表層部分において、ＳＥＭによる組織観察によって２０００倍の倍率で、表面から深さ１００μｍ×幅１００μｍの領域の組織写真を５視野ずつ撮影し、画像解析により非パーライトの面積率を測定し、その平均値（表層非パーライト面積率）を求めた。
伸線された鋼線の表層非パーライト組織率については、まず線材の中心から半径の−５％〜＋５％の部位にて切断及び研磨することによりＬ断面を出現させた。そして、表層部分においてＳＥＭによる組織観察によって２０００倍の倍率で、表面から深さ４０μｍ×幅１００μｍの領域の組織写真を５視野ずつ撮影し、画像解析により非パーライトの面積率を測定し、その平均値（表層非パーライト面積率）を求めた。
圧延線材および鋼線の断面内非パーライト面積率については、線材又は鋼線の長さ方向と平行な断面（Ｌ断面）において、中心部（１／２Ｄ部、Ｄは線材又は鋼線の直径）をＳＥＭによる組織観察によって２０００倍の倍率で、深さ１００μｍ×幅１００μｍの領域の組織写真を５視野ずつ撮影した。画像解析により非パーライトの面積率を測定し、その平均値（断面内非パーライト面積率）を求めた。
この測定により、伸線前の非パーライト組織面積率と伸線後の非パーライト組織面積率はほぼ一致することを確認した。
なお、表層に脱炭層が存在する場合、ＪＩＳ Ｇ ０５５８の４で規定される全脱炭部は測定部位から除外した。
引張強さＴＳ（ＭＰａ）については、ゲージ長さを２００ｍｍとし、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張試験を行い、ｎ＝３の平均値を測定した（測定を３回行い、得られた測定値の平均値を求めた）。
ねじり試験については、ゲージ長さを１００Ｄｍｍとし（Ｄは鋼線の直径）、２０ｒｐｍの速度でねじり試験を行った。ｎ＝３で破断までの回転数である捻回値の平均値を測定し、同時に測定したトルクパターンによりデラミネーションの発生の有無を確認した。更に、サンプルのねじれより局部ねじれの有無を確認した。
引張強さＴＳ（ＭＰａ）については、ゲージ長さを２００ｍｍとし、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張試験を行い、ｎ＝３の平均値を測定した（測定を３回行い、得られた測定値の平均値を求めた）。
ねじり試験については、ゲージ長さを１００Ｄｍｍとし（Ｄは鋼線の直径）、２０ｒｐｍの速度でねじり試験を行った。ｎ＝３で破断までの回転数である捻回値の平均値を測定し、同時に測定したトルクパターンによりデラミネーションの発生の有無を確認した。更に、サンプルのねじれより局部ねじれの有無を確認した。
表１，２に、Ｎｏ．１〜１６の本発明鋼及び比較鋼の成分組成及び線材製造条件を示し、表３，４に、めっき鋼線製造条件及び評価結果の一覧を示す。
［評価試験結果］
表１〜４において、Ｎｏ．１〜３，５，６，１２，１３，１５，１６に示す各サンプルは、本発明に係る捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線（本発明鋼）であり、Ｎｏ．４，７〜１１，１４に示す各サンプルは、従来のめっき鋼線（比較鋼）である。
表１〜４において、Ｎｏ．１〜３，５，６，１２，１３，１５，１６に示す各サンプルは、本発明に係る捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線（本発明鋼）であり、Ｎｏ．４，７〜１１，１４に示す各サンプルは、従来のめっき鋼線（比較鋼）である。
表１〜４に示すように、Ｎｏ．１〜３，５，６，１２，１３，１５，１６に示すサンプル（本発明鋼）の線材は、何れもＢの含有量が０．０００４〜０．００６０％の範囲を満たし、且つ巻取後パテンティング開始までの時間がｔ１以内を満足している。ここで、ｔ１は式ｔ１＝０．００１３×（Ｔｒ−８１５）２＋７×（Ｂ−０．０００３）／（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）で表される。このため、何れも固溶Ｂ量が０．０００２％以上となり、線材表層から１００μｍまでの深さの部分において、非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、全断面において、非パーライト組織の面積率が５％以下となった。また、何れのパテンティング材強度も、ＴＳ≧（１０００×Ｃ+３００×Ｓｉ−１０×ｄ０+２５０）で示される強度（ＴＳしきい値）、且つ、１２５０ＭＰａ以上を満たしている。
さらに、冷間加工後、及び、亜鉛めっき処理後において、デラミネーションや局所ねじれが共に発生せず、１８７０ＭＰａを満たしている。
さらに、冷間加工後、及び、亜鉛めっき処理後において、デラミネーションや局所ねじれが共に発生せず、１８７０ＭＰａを満たしている。
なお、Ｎｏ．８に示すサンプル（比較鋼）だけは、伸線のままの状態でデラミネーションが発生しているが、亜鉛めっき処理後はデラミネーションが発生していなく、且つ、１８７０ＭＰａを満たしている。
これに対して、Ｎｏ．４，７に示すサンプル（比較鋼）の線材は、巻取後、パテンティング開始までの時間がｔ１よりも長かったため、固溶Ｂの確保が出来ず、非パーライト組織を抑制できなかったと共に、冷却速度が小さいため、所定の引張強さ（ＴＳしきい値）を満足できなかった。ここで、ｔ１は式ｔ１＝０．００１３×（Ｔｒ−８１５）２＋７×（Ｂ−０．０００３）／（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）で表される。
また、Ｎｏ．９，１０，１４に示すサンプル（比較鋼）では、Ｂの含有量が所定の量に満たないため、固溶Ｂが確保できず、非パーライト組織が抑制できなかった。さらに、伸線後、あるいは亜鉛めっき後にデラミネーションが発生している。
次に、表５，６にＮｏ．１７〜３５の本発明鋼及び比較鋼の成分組成及び線材製造条件を示し、表７，８に、めっき鋼線製造条件及び評価結果の一覧を示す。
表５〜８において、Ｎｏ．１７〜２６に示す各サンプルは、本発明に係る捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線（本発明鋼）であり、Ｎｏ．２７〜３０，３２〜３５に示す各サンプルは、成分の何れかが本発明で規定する含有量の範囲から外れており、Ｎｏ．３１に示すサンプルはパテンティング温度が本発明で規定する温度範囲から外れている比較鋼である。
表５〜８に示すように、Ｎｏ．１５〜２４に示すサンプル（本開発鋼）の線材は、何れもＢの含有量が０．０００４〜０．００６０％で与えられる範囲を満たし、且つ巻取後パテンティング開始までの時間がｔ１以内を満足している。ここで、ｔ１は式ｔ１＝０．００１３×（Ｔｒ−８１５）２＋７×（Ｂ−０．０００３）／（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）で表される。このため、何れも固溶Ｂ量が０．０００２％以上となり、線材表層から１００μｍまでの深さの部分において、非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、全断面において、非パーライト組織の面積率が５％以下となった。また、何れのパテンティング材強度も、ＴＳ≧（１０００×Ｃ+３００×Ｓｉ−１０×ｄ０+２５０）で示される強度（ＴＳしきい値）、且つ、１２５０ＭＰａ以上を満たしている。
さらに、冷間加工後、及び、亜鉛めっき処理後にデラミネーション、局所ねじれ共に発生せず、１８７０ＭＰａを満たしている。
さらに、冷間加工後、及び、亜鉛めっき処理後にデラミネーション、局所ねじれ共に発生せず、１８７０ＭＰａを満たしている。
これに対して、Ｎｏ．２７に示すサンプル（比較鋼）の線材では、Ｃの含有量が０．７％と規定量に満たなかったため、線材での引張強さが１２５０ＭＰａに届かず、且つめっき鋼線でも１８７０ＭＰａに満たなかった。
Ｎｏ．２８に示すサンプル（比較鋼）の線材では、Ｓｉの含有量が１．６％と過剰なため、非パーライト組織を抑制できなかった。更に、伸線後、及び、亜鉛めっき処理後にデラミネーションを抑制できなかった。
Ｎｏ．２９に示すサンプル（比較鋼）の線材では、Ｍｎの含有量が１．３％と過剰なため、ミクロマルテンサイトの生成を抑制できなかった。更に、伸線後、及び、亜鉛めっき処理後にデラミネーションが発生した。
Ｎｏ．３０，３４に示すサンプル（比較鋼）の線材では、巻取後、パテンティング開始までの時間がｔ１よりも長かったため、固溶Ｂの確保が出来ず、非パーライト組織を抑制できなかった。更に、伸線後、及び、亜鉛めっき処理後にデラミネーションが発生した。ここで、ｔ１は式ｔ１＝０．００１３×（Ｔｒ−８１５）２＋７×（Ｂ−０．０００３）／（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）で表される。
Ｎｏ．３１に示すサンプル（比較鋼）の線材では、パテンティング温度が本発明で規定の温度範囲から外れており、非パーライト組織を抑制できず、伸線後、及び亜鉛めっき処理後にデラミネーションが発生した。
Ｎｏ．３２に示すサンプル（比較鋼）では、Ｓｉの含有量が本発明で規定の量に満たないため、線材伸線後の亜鉛めっき処理時に、ＴＳの低下が大きく、規定の引張強度に満たなかった。
Ｎｏ．３３に示すサンプル（比較鋼）の線材では、Ｂの含有量が０．００７％と過剰なため、Ｂの炭化物が析出してしまった。更に、伸線後、及び、亜鉛めっき処理後にデラミネーションが発生した。
Ｎｏ．３５に示すサンプル（比較鋼）の線材では、Ｃの含有量が１．１５％と過剰なため、初析セメンタイト析出を抑制できなかった。更に、伸線後、及び、亜鉛めっき処理後にデラミネーションが発生した。
図１は、実施例に用いためっき鋼線の一部について、縦軸に表層非パーライト分率、横軸に引張強さ（ＭＰａ）をとって、デラミネーション発生に及ぼす影響を説明するためのグラフである。図中、○は表１〜４に示す本発明鋼、◇は表５〜８に示す本発明鋼、●は表１〜４に示す比較鋼、◆は表５〜８に示す比較鋼である。
本発明によれば、鋼材の成分組成を特定し、Ｃ，Ｓｉに応じた量の固溶Ｂを、パテンティング処理前のオーステナイトに存在させることによって、パーライトを主体とし、且つ表層から１００μｍまでの深さの部分において、非パーライト組織が１０％以下であり、全断面において、非パーライト組織の面積率が５％以下である組織を有する線材が得られる。このため、捻回特性に優れた、線径が４．５〜７．５ｍｍで、引張強さがＴＳ≧２１９２−６１×ｄ（式中、ＴＳは引張強さ（ＭＰａ）、ｄは線径（ｍｍ））を満足するＰＷＳ用めっき鋼線の製造が可能である。
Claims (6)
- 質量％で、Ｃ：０．８〜１．１％、Ｓｉ：０．８〜１．３％、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｂ：０．０００４〜０．００６０％を含有し、且つ、固溶Ｂが０．０００２％以上であり、
更に、Ａｌ：０．００５〜０．１、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の１種あるいは２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、
表層から５０μｍまでの深さの部分において非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、全断面において非パーライト組織の面積率が５％以下であり、
表面に、めっき付着量が３００〜５００ｇ／ｍ２の亜鉛めっきが施されていることを特徴とする捻回特性に優れるＰＷＳ用めっき鋼線。 - 更に、質量％で、Ｃｒ：０％よりも多く０．５％以下、Ｎｉ：０％よりも多く０．５％以下、Ｃｏ：０％よりも多く０．５％以下、Ｖ：０％よりも多く０．５％以下、Ｃｕ：０％よりも多く０．２％以下、Ｍｏ：０％よりも多く０．２％以下、Ｗ：０％よりも多く０．２％以下、Ｎｂ：０％よりも多く０．１％以下、Ｚｒ：０％よりも多く０．０５％以下よりなる群から選択される少なくとも1種以上を含有している請求項１に記載の捻回特性に優れるＰＷＳ用めっき鋼線。
- 線径が４．５〜７．５ｍｍであり、引張強さがＴＳ≧２１９２−６１×ｄ（式中、ＴＳは引張強さ（ＭＰａ）、ｄは線径（ｍｍ））を満たす請求項１に記載の捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線。
- 質量％で、Ｃ：０．８〜１．１％、Ｓｉ：０．８〜１．３％、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｂ：０．０００４〜０．００６０％を含有し、更に、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の内の１種あるいは２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼片を、
１０００〜１２００℃の炉内にて加熱を行い、抽出直後にデスケーリングを施し、粗圧延、仕上げ圧延することにより、９〜１６ｍｍの線径の線材とし、
最終圧延スタンドにて圧延後に冷却を行い、８００〜９５０℃の線材温度で巻取を行い、
次いで、下記式（１）で示される時間ｔ１秒以内に、５２５〜６００℃の溶融塩に浸漬してパテンティング処理を施した後、得られる線材に、下記式（２）で表される真ひずみが１．２〜１．９の冷間加工を行うことにより、表層から５０μｍまでの深さの部分において非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、全断面において非パーライト組織の面積率が５％以下である鋼線とし、
次いで、３００〜５００ｇ／ｍ２のめっき付着量で亜鉛めっきを施すことを特徴とする捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線の製造方法。
ｔ１＝０．００１３×（Ｔｒ−８１５）２＋７×（Ｂ−０．０００３）／（Ｎ−Ｔｉ／３．４１−Ｂ＋０．０００３）・・・（１）（但し、式（１）中、Ｔｒは線材の巻き取り温度である。また（Ｎ−Ｔｉ／３．４１）−Ｂ＋０．０００３）が０以下であるか、もしくはｔ１が４０秒より大きい場合は、ｔ１＝４０秒とする。）
ε＝２・ｌｎ（ｄ０／ｄ）・・・（２）（但し、式（２）中、ｄ０は冷間加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）、ｄは冷間加工後の鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｎは自然対数を示す。） - 前記最終圧延スタンドにおいて圧延し、次いで冷却した後、溶融塩、ステルモア、あるいは大気放冷によって線材を２００℃以下の温度に一旦冷却し、変態を終了させた後、９５０℃以上の温度に再加熱してオーステナイト化し、次いで、５２５〜６００℃の溶融鉛に浸漬することによりパテンティング処理を施す請求項４に記載の捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線の製造方法。
- 質量％で、Ｃ：０．８〜１．１％、Ｓｉ：０．８〜１．３％、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｂ：０．０００４〜０．００６０％を含有し、且つ、固溶Ｂが０．０００２％以上であり、更に、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の内の１種あるいは２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼成分を有し、表層から１００μｍまでの深さの部分において非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、更に全断面において非パーライト組織の面積率が５％以下であり、引張強さが１２５０ＭＰａ以上の線材に、下記式（３）で表される真ひずみが１．２〜１．９の冷間加工を行うことにより、表層から５０μｍまでの深さの部分において非パーライト組織の面積率が１０％以下であり、全断面において非パーライト組織の面積率が５％以下とされた鋼線とし、
次いで、３００〜５００ｇ／ｍ２の範囲のめっき付着量で亜鉛めっきを施すことを特徴とする捻回特性に優れたＰＷＳ用めっき鋼線の製造方法。
ε＝２・ｌｎ（ｄ０／ｄ）・・・（３）（但し、式（３）中、ｄ０は冷間加工前の鋼線材の直径（ｍｍ）、ｄは冷間加工後の鋼線の直径（ｍｍ）、ｌｎは自然対数を示す）
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