JPH06306539A - 強冷間伸線用高強度低炭素鋼線材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強冷間伸線加工性に優れると共に、極細線に
伸線加工した線材に優れた疲労特性を付与することので
きる強冷間伸線用高強度低炭素鋼線材を提供する。 【構成】 Ｃ：０．０３〜０．３重量％，Ｓｉ：２重量
％以下およびＭｎ：０．３〜２．５重量％を夫々含有
し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなると共に、一部
残留オーステナイトを含有してもよい針状マルテンサイ
ト若しくは針状ベイナイトまたはこれらの混合組織から
なる低温変態生成相が、１５〜４０％の体積分率でフェ
ライト相中に均一に分散されてなる混合組織を有し、且
つ引張強度が７０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、破断絞りが４０
％以上であると共に、ｋｇｆ／ｍｍ²単位で表した引張
強度に対する％単位で表した破断絞りの比（破断絞り／
引張強度）が０．６０以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強冷間伸線性に優れる
と共に、極細線に伸線加工した線材に優れた疲労特性を
付与することのできる強冷間伸線用高強度低炭素鋼線材
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プレス成形用高強度薄鋼板とし
て、フェライトと低温変態生成相からなり、低降伏比で
高延性の材料が開発されている。しかしながらこの材料
は、張出し成形性には優れているが、例えば加工率が９
０％程度の強加工である伸線加工によって延性が著しく
劣化することが知られている。一方、パテンティング処
理したパーライト組織からなる共折鋼材が鍛造性やプレ
ス成形性に著しく劣ることも知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした技術
的課題を解決する為になされたものであって、その目的
は、強冷間伸線加工性に優れると共に、極細線に伸線加
工した線材に優れた疲労特性を付与することのできる強
冷間伸線用高強度低炭素鋼線材を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、Ｃ：０．０３〜０．３重量％，Ｓｉ：２重量
％以下およびＭｎ：０．３〜２．５重量％を夫々含有
し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなると共に、一部
残留オーステナイトを含有してもよい針状マルテンサイ
ト若しくは針状ベイナイトまたはこれらの混合組織から
なる低温変態生成相が、１５〜４０％の体積分率でフェ
ライト相中に均一に分散されてなる混合組織を有し、且
つ引張強度が７０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、破断絞りが４０
％以上であると共に、ｋｇｆ／ｍｍ² 単位で表した引張
強度に対する％単位で表した破断絞りの比（破断絞り／
引張強度）が０．６０以上である点に要旨を有する強冷
間伸線用高強度低炭素鋼線材である。

【０００５】

【作用】本発明者らは、強冷間伸線性に優れた高強度線
材の実現を目指して様々な角度から検討した。その結
果、所定の化学組成の低炭素鋼の組織を、残留オーステ
ナイトを含有してもよいマルテンサイト若しくはベイナ
イトまたはこれらの微細混合組織に予めしておき、これ
から逆変態した塊状オーステナイトを所定の冷却条件下
に変態させることによって、一部残留オーステナイトを
含有してもよい針状マルテンサイト若しくは針状ベイナ
イトまたはこれらの混合組織からなる微細な低温変態生
成相が、フェライト中に適量均一に分散されてなる複合
組織に最終的に調整し、且つ引張強度が７０ｋｇｆ／ｍ
ｍ² 以上、破断絞りが４０％以上とすると共に、ｋｇｆ
／ｍｍ² 単位で表した引張強度に対する％単位で表した
破断絞りの比（破断絞り／引張強度）が０．６０以上と
なる様にすれば、希望する線材が得られることを見出
し、本発明を完成した。

【０００６】本発明の線材は、所定の化学組成，強度お
よび破断絞りを有すると共に、所定の体積分率にて低温
変態生成相がフェライト中に均一に分散分布されてなる
従来にない特異な複合組織を有する。また上記低温変態
生成相の針状粒子の平均換算粒子径は３μｍ以下であっ
て、著しく微細である。従って、延性のみならず強加工
性に優れたものとなり、例えば９９％以上（好ましくは
９９．８％以上）の加工率による伸線加工を行なうこと
ができ、しかも得られた伸線材は高強度高延性であるば
かりでなく、優れた疲労特性を有するものとなる。

【０００７】尚本発明において、針状（ｅｌｏｎｇａｔ
ｅｄまたはａｃｉｃｕｌａｒ）とは、粒子が方向性を有
していることを言い、塊状（ｇｌｏｂｕｌａｒ）とは、
粒子が方向性を有しないことを言う。また針状粒子の換
算粒子径とは、針状粒子の軸平行断面を円に換算したと
きの直径を意味する。本発明の線材における化学成分の
範囲限定理由は次の通りである。

【０００８】Ｃ：０．０３〜０．３重量％ Ｃは、鋼が本発明で規定する最終金属組織を有する為
に、０．０３重量％以上含有させる必要がある。しかし
ながら、Ｃの含有量が０．３重量％を超えると、針状マ
ルテンサイト若しくは針状ベイナイトまたはこれらの混
合組織からなる低温変態生成相（以下、単に第２相と呼
ぶことがある）の延性が劣化する様になる。こうしたこ
とから、Ｃの含有量は、０．０３〜０．３重量％と規定
した。

【０００９】Ｓｉ：２重量％以下 Ｓｉは、フェライト相の強化元素として有効であるが、
Ｓｉの含有量が２重量％を超えると変態温度を著しく高
温側にずらせ、また鋼材の表面の脱炭を起こしやすくな
るので、２重量％を上限とした。

【００１０】Ｍｎ：０．３〜２．５重量％ Ｍｎは、鋼を強化すると共に、第２相の焼入れ性を高
め、またその形態を針状化するのに有効であり、その効
果を達成するには０．５重量％以上含有させる必要があ
る。しかしながら２．５重量％を超えて過剰に含有させ
ても、その効果が飽和するので、２．５重量％を上限と
した。

【００１１】本発明の鋼線材は、上記各元素を基本成分
とし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなるものである
が、不可避不純物中のＳ，Ｐ，Ｎ等は下記の様に調整す
るのが良い。まずＳについては、鋼中のＭｎＳ量を少な
くするという観点から、０．００５重量％以下とするの
がよく、これにより鋼の延性が向上する。またＰは粒界
偏析の著しい元素であるので、その含有量は０．０１重
量％以下とするのが好ましい。Ｎは固溶状態で存在する
と、最も時効しやすい元素である。従って、加工中に時
効して加工性を阻害し、或は加工後にも時効して、加工
材の延性を劣化させるので、０．００３重量％以下とす
るのが好ましい。一方、ＣａやＣｅ等の希土類元素を添
加することによって、ＭｎＳ介在物の形状を調整するこ
とも好ましい。

【００１２】次に、得られた線材の強度、破断絞りの限
定理由について説明する。伸線後の強度を所定の高強度
とするためには、線材の強度を７０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上
にする必要があり、冷間での強加工性を確保するために
は破断絞りが４０％以上は必要であるため、強度を７０
ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、破断絞りを４０％以上と規定し
た。更に、強冷間加工性をさらに確保するためには、強
度に見合った破断絞りが必要であり、こうしたことがｋ
ｇｆ／ｍｍ² 単位で表した引張強度に対する％単位で表
した破断絞りの比（破断絞り／強度）は０．６０以上と
する必要がある。

【００１３】次に、本発明の鋼線材を製造する方法につ
いて説明する。強加工性の優れた高強度低炭素鋼線材
は、上記したような化学成分組成を有する鋼の組織を旧
オーステナイト粒径が３５μｍ以下の針状ベイナイト若
しくは針状マルテンサイトまたはこれらの混合組織とし
た後、Ａ_c1〜Ａ_c3温度域に加熱して、オーステナイト化
分率が約２０％以上となるようにオーステナイト化を進
行させ、次いで平均冷却速度４０〜１５０℃／秒にて常
温乃至５００℃まで冷却することによって製造される。
即ち、金属組織における第２相を最終的に微細な針状組
織とするために、前記所定の化学成分組成を有する鋼を
Ａ_c1〜Ａ_c3温度域に加熱する前に、その組織を、一部残
留オーステナイトを含有していてもよい旧オーステナイ
ト粒径が３５μｍ以下（好ましくは２０μｍ以下）のベ
イナイト若しくはマルテンサイトまたはこれらの混合組
織（以下、これらを単に前組織ということがある）とす
る。前組織をこのように微細化することによって、最終
組織を微細化して鋼の延性および靭性を向上させ、かく
して鋼に所要の強度を付与することができる。

【００１４】旧オーステナイト粒径を３５μｍ以下に調
整するには、造塊または連続鋳造により得られた鋼を熱
間加工するに際して、オーステナイトの再結晶や粒成長
の進行が著しく遅い温度域、即ち９８０℃以下であっ
て、且つ、Ａr₃点以上の温度範囲において減面率３０％
以上で熱間加工することが必要である。熱間加工温度が
９８０℃を超える温度であるときは、オーステナイトが
再結晶や粒成長し易く、また加工減面率が３０％よりも
少ないときは、オーステナイト粒径を細粒化することが
できない。更に、１０〜２０μｍ程度のオーステナイト
細粒を得るには、上記加工条件に加えて、最終加工パス
を９００℃以下とする必要があり、５〜１０μｍ程度の
極細粒を得るためには、上記最終加工における歪速度を
３００／秒以上とする必要がある。

【００１５】尚、旧オーステナイト粒径を調整するため
の上記熱間加工後に、冷間加工を加えて所望の形状とす
ることもできるが、この場合、冷間加工の加工率は４０
％までとするのが良い。上記前組織に４０％よりも大き
い冷間加工を加えたときは後述するＡ_c1〜Ａ_c3温度域へ
の加熱時にマルテンサイトの再結晶が起こり、目的とす
る最終組織を得ることができない。

【００１６】次に、前組織を針状ベイナイト若しくは針
状マルテンサイトまたはこれらの混合組織とするための
方法について説明する。その第１の方法は、圧延工程中
に上記の前組織を得る方法であって、鋼を制御圧延する
か、または熱間圧延した後に加速冷却することによって
達成される。加速冷却時の冷却速度は５℃／秒以上とす
ることが必要であり、これよりも小さい冷却速度では、
通常のフェライト・パーライト組織となる。前組織を得
るための第２の方法は、圧延した鋼を改めて熱処理する
方法であり、鋼をＡ_c3点以上のオーステナイト域に加熱
した後に調整冷却する。この方法による場合の加熱温度
は、Ａ_c3〜（Ａ_c3＋１５０℃）の範囲であることが望ま
しい。

【００１７】このようにＡ_c1〜Ａ_c3域に加熱する前の組
織を、従来のフェライト・パーライト組織に替えて、残
留オーステナイトを含有していてもよいマルテンサイト
若しくはベイナイト又はこれらの混合組織からなる低温
変態生成相とした鋼を、Ａ_c1〜Ａ_c3域に加熱することに
より、低温変態生成相のラス境界に存在している残留オ
ーステナイト若しくはセメンタイトを優先核として、初
期オーステナイト粒が多数生成し、上記ラス境界に沿っ
て成長する。

【００１８】次いで、所定の条件下での冷却によってこ
のオーステナイトから変態するマルテンサイトまたはベ
イナイトを針状にして、周囲のフェライト相に対して整
合性のよいものとし、かくして従来のフェライト・パー
ライト前組織に比較して、第２相粒子を格段に微細化す
ることができる。従って、Ａ_c1〜Ａ_c3域への加熱および
冷却の条件が重要である。即ち、条件によっては、第２
相が塊状化し、或は第２相に塊状の粒子が混在して、強
加工性を損なうこととなるからである。

【００１９】より詳細に説明すれば、微細なベイナイト
若しくはマルテンサイトまたはこれらの混合組織からな
る前組織をオーステナイト域に加熱する際の逆変態は、
オーステナイト分率が約２０％までは旧オーステナイト
粒界から塊状オーステナイトが生成し、また粒内からは
針状オーステナイトが生成することにより開始されるの
で、この状態から、例えば１５０〜２００℃／秒以上の
冷却速度で急冷することによって、針状と塊状の低温変
態生成相がフェライト中に分散した組織となる。従っ
て、旧オーステナイトが細粒であるほど、塊状オーステ
ナイトの生成頻度が高い。オーステナイト化が更に約４
０％以上進行すると、針状オーステナイト粒子相互が合
体して塊状オーステナイトへと変化するので、この状態
から急冷すると、フェライトと粗大な塊状の低温変態生
成相との混合組織を形成する。更にオーステナイト化が
約９０％以上進行すれば、塊状オーステナイト相互が合
体成長してオーステナイト化が完了するので、この状態
から急冷すれば、低温変態生成相が主体の組織となる。

【００２０】そこで、本発明の鋼線材を製造するに当た
っては、前記前組織に調整した鋼をＡ_c1〜Ａ_c3域に加熱
するに際し、そのオーステナイト化をオーステナイト化
分率が約２０％以上とし、この状態から平均冷却速度４
０〜１５０℃／秒にて常温乃至５００℃の温度まで冷却
することにより、冷却中の変態過程において塊状オース
テナイトからフェライトと針状オーステナイトとを分離
させ、この針状オーステナイトを低温変態生成相に変態
させることにより、一部残留オーステナイトを含有して
いてもよい針状マルテンサイト若しくは針状ベイナイト
またはこれらの混合組織からなる微細な低温変態生成相
がフェライト相中に均一に分散された最終金属組織を得
るのである。

【００２１】前記平均冷却速度が４０℃／秒よりも遅い
場合には、塊状オーステナイトからポリゴナルフェライ
トが生成し、残留する塊状オーステナイト粒子は塊状第
２相に変態し、一方冷却速度が１５０℃／秒よりも速い
場合には、上記したように塊状第２相が生成する。また
本発明の鋼線材においては、フェライト相中における第
２相の体積分率は１５〜４０％の範囲とする必要があ
る。第２相の体積分率がこの範囲にあるとき、第２相粒
子は針状であり、且つその平均換算粒子径が３μｍ以下
となり、かくして、本発明の鋼線材は従来にない独特の
複合組織を有するために、優れた強加工性を有する。ま
た第２相の体積分率が上記範囲をはずれるとき、上記条
件下での冷却によっても、最終組織中に塊状第２相が混
入しやすい。

【００２２】上記冷却停止温度は常温乃至５００℃であ
る必要がある。これは、低温変態生成相としてベイナイ
ト若しくはマルテンサイトまたはこれらの混合組織を得
るためであると共に、この温度範囲内で冷却速度を遅く
し、また或は停止することによって、生成した第２相の
焼戻しを兼ねさせることもできるからである。

【００２３】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００２４】

【実施例】表１に示す化学成分組成を有する鋼を、５．
５ｍｍ径線材に圧延した後、線径２．５ｍｍまで中間伸
線を行った。従来鋼であるＪは鉛パテンティングを行な
い、組織はパーライト組織である。それ以外の線材はオ
ーステナイト域へ再加熱後に急冷し、前組織をマルテン
サイト組織とした。引き続いて二相温度域に加熱後に急
冷してフェライト地に針状のマルテンサイトが分散した
組織を得た。そして、得られた線材の強度と破断絞り，
（破断絞り／引張強度）比，伸線中の断線の有無を表２
に示す。Ｎo.９はそれぞれＣ，Ｍｎ量が下限値以下であ
り、強度が得られていない。Ｎo.１０，１１，１３はそ
れぞれＣ，Ｓｉ，Ｍｎ量が上限値以上であり、マルテン
サイトが過剰に生成して塊状となり、針状マルテンサイ
ト量が少なく、また、強度が高すぎて伸線中に断線して
いる。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】図１は、表２に記載のＮo.１〜８の線材の
強度・延性バランスと断線の有無の関係を示すグラフで
する。横軸は（破断絞り／引張強度）比、縦軸はＣ含有
量である。図１から明らかな様に、Ｃ含有量に関わらず
（破断絞り／引張強度）比が０．６０未満である線材に
は伸線中に断線が生じていることが分かる。

【００２８】次に、本発明鋼線材５と比較鋼線材２の伸
線結果を図２に示す。供試材２は伸線歪４から延性の低
下がみられ、伸線歪５程度で断線が生じている。Ｎo.１
４は従来のパーライト鋼であるが、強度は高いが伸線歪
４程度で断線し、それ以上の伸線はできない。しかし、
本発明鋼である供試材５は伸線歪６以上の伸線が可能
で、３５０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の高強度高延性伸線材を
得ることができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、強
冷間伸線性に優れるのみならず、得られる伸線材は疲労
特性や強度・延性バランスに優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の線材と比較例の線材におけるＣ含有
量、（破断絞り／引張強度）比と断線の有無を示すグラ
フである。

【図２】本発明の線材と比較例の線材について伸線した
ときの伸線歪と、得られた線材の引張強度および破断絞
りとを示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．０３〜０．３重量％，Ｓｉ：２
   重量％以下およびＭｎ：０．３〜２．５重量％を夫々含
   有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなると共に、一
   部残留オーステナイトを含有してもよい針状マルテンサ
   イト若しくは針状ベイナイトまたはこれらの混合組織か
   らなる低温変態生成相が、１５〜４０％の体積分率でフ
   ェライト相中に均一に分散されてなる混合組織を有し、
   且つ引張強度が７０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、破断絞りが４
   ０％以上であると共に、ｋｇｆ／ｍｍ² 単位で表した引
   張強度に対する％単位で表した破断絞りの比（破断絞り
   ／引張強度）が０．６０以上であることを特徴とする強
   冷間伸線用高強度低炭素鋼線材。