JPH06312209A - 伸線加工性および疲労強度の優れた超極細鋼線およびその製造方法 - Google Patents

伸線加工性および疲労強度の優れた超極細鋼線およびその製造方法

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JPH06312209A
JPH06312209A JP10264093A JP10264093A JPH06312209A JP H06312209 A JPH06312209 A JP H06312209A JP 10264093 A JP10264093 A JP 10264093A JP 10264093 A JP10264093 A JP 10264093A JP H06312209 A JPH06312209 A JP H06312209A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 伸線加工性、疲労強度の優れた超極細鋼線の
製造方法を提供する。 【構成】 C:0.9〜1.10%、Si:0.4%以
下、Mn:0.5%以下、P:0.020%以下、S:
0.020%以下に加えCr,Mi,Cuのいづれかを
一種以上添加し、鋳片の介在物組成がMnO+CaO,
SiO2 , Al2O3 の四元系で見た場合に領域Iに8
0%以上はいり、引張強さが4000MPa以上、(−
1450×logD+3400)MPa以下、線径0.
02〜0.15mmφの超極細鋼線。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はゴム、有機材料の補強用
に使用されている高強度で高延性の極細鋼線に関するも
のである。これらの鋼線は、乗用車用カーカスコード、
ソーワイヤなどに使用することができる。
【0002】
【従来の技術】一般的に使用されている0.15〜0.
35mmφのスチールコードなど伸線された高炭素鋼極細
線は、通常必要に応じて熱間圧延した後に調整冷却した
直径4.0〜5.5mmの線材を一次伸線加工後、最終パ
テンティング処理を行い、その後ブラスメッキ処理を経
て最終湿式伸線加工により製造されている。このような
極細鋼線の多くは、2本撚り、5本撚りなどの撚り線加
工を施した状態でスチールコードとして使用されてい
る。これらの極細線は 1)より高強度であること、 2)高速伸線性が優れていること、 3)疲労特性が優れていること、 4)高速撚り線性が優れること、 等の特性を具備しなければならない。
【0003】このため、従来から要望に応じた高品質の
鋼材が開発されている。例えば、特開昭60−2048
65号公報には、Mn含有量を0.3%未満に規制して
鉛パテンティング後の過冷組織の発生を抑え、C,S
i,Mn等の元素量を規制することによって、撚り線時
の断線が少なくした高強度および高靱延性の極細線およ
びスチールコード用高炭素鋼線材が開示されており、ま
た、特開昭63−24046号公報には、Si含有量を
1.00%以上とすることによって鉛パテンティング材
の引張強さを高くして伸線加工率を小さくした高靱性高
延性極細線用線材が開示されている。
【0004】また一方で、これらの特性に悪影響を与え
るものの一つとして硬質の酸化物系非金属介在物があ
る。一般的に酸化物系介在物の中でもAl2 O3 ,Si
O2 ,CaO,TiO2 ,MgO等の単組成の介在物は
硬度も高く非延性である。従って伸線性に優れた高炭素
鋼線材製造のためには、溶鋼の清浄性を高めるととも
に、酸化物系介在物を低融点化し軟質化する必要があ
る。この鋼の清浄度を上げ、非延性介在物の軟質化を図
る方法として、特公昭57−22969号公報に示され
る伸線性の良好な高炭素鋼線材用鋼の製造法及び特開昭
55−24961号公報に示される極細線の製造方法が
示されているが、これらの技術の基本思想は、Al2 O
3 −SiO2 −MnOの三元系の酸化物系非金属介在物
の組成制御によるものである。
【0005】一方、特開昭50−71507号公報で
は、非金属介在物をAl2 O3 ,SiO2 ,MnOの三
元状態図におけるスペーサータイト領域にすることによ
って製品の伸線性を改善することが提案され、また、特
開昭50−81907号公報では溶鋼中に添加するAl
量を規制することによって有害な介在物を減少せしめ
て、伸線性を改善する方法が開示されている。
【0006】また、特公昭57−35243号公報にお
いては、非延性介在物指数20以下のスチールコード製
造に関し、Al完全規制の下で取鍋溶鋼内にキャリアー
ガス(不活性ガス)と共にCaO含有フラックスを吹込
み、予備脱酸した後、Ca,Mg,REMの一種または
二種以上を含む合金を吹込み介在物を軟質化する方法が
提案されている。
【0007】しかしながら、ナイロン、ポリエステルが
主に使用されていた0.02〜0.15mmφの高強度超
極細線の分野においても、高剛性、高疲労寿命の極細鋼
線の開発が望まれている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来、達成
し得なかった高強度、高延性、高疲労寿命の超極細線を
提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するためになされたもので、その要旨は、 (1)重量%で C:0.9〜1.10% Si:0.4%以下 Mn:0.5%以下 P:0.020%以下 S:0.020%以下 Al:0.003%以下 に加えて以下の元素のいづれかあるいは両方を添加し Cr:0.10〜0.30% Ni:0.10〜1.00% 残部鉄及び不可避的不純物からよりなる鋼で、鋳片の介
在物組成がMnO+CaO,SiO2 , Al2 O3 の四
元系で見た場合に、図1のイ、ロ、ハ、ニ、ホ、ヘ、
ト、チ、リ、ヌで囲まれる領域Iとなる介在物が80%
以上で、ブラスめっき、Cuめっき、Niめっきのいづ
れかを施し、引張強さが、4000MPa以上、(−1
450×logD+3400)MPa以下で、円相当直
径が0.02〜0.15mmφであることを特徴とする伸
線加工性および疲労強度の優れた超極細鋼線。
【0010】但し、 D:円相当直径(mm) (2)鋼成分が重量%で、更に、Cu:0.10〜0.
80%を含む(1)記載の伸線加工性および疲労強度の
優れた超極細鋼線。 (3)重量%で C:0.9〜1.10% Si:0.4%以下 Mn:0.5%以下 P:0.020%以下 S:0.020%以下 Al:0.003%以下 に加えて以下の元素のいづれかあるいは両方を添加し Cr:0.10〜0.30% Ni:0.10〜1.00% 残部鉄及び不可避的不純物からよりなる鋼で、鋳片の介
在物組成がMnO+CaO,SiO2 , Al2 O3 の四
元系で見た場合に、図1のイ、ロ、ハ、ニ、ホ、ヘ、
ト、チ、リ、ヌで囲まれる領域Iとなる介在物が80%
以上に調整したビレットを、熱間圧延によって4.0〜
7.0mmφの線材とし、調整冷却により、パーライト組
織化し、中間パテンティングを加えながら伸線加工によ
り、0.3から1.2mmφのワイヤとし、850℃以上
1000℃以下の温度範囲に加熱した後、550〜60
0℃の温度範囲で最終パテンティング処理を行うことに
より引張強さを{(530+980×Cwt%)±50}
MPaに調整し、ブラスめっき、Cuめっき、Niめっ
きのいづれかを施し、真歪で(−1.23×logD+
3.00)以上、(−1.23×logD+4.00)
以下の加工を行い円相当直径が0.02〜0.15mmφ
のワイヤとすることを特徴とする伸線加工性および疲労
強度の優れた超極細鋼線の製造方法。
【0011】但し、 D:円相当直径(mm) (4)出発鋼成分が重量%で、更に、Cu:0.10〜
0.80%を含む鋼である。(3)記載の伸線加工性お
よび疲労強度の優れた超極細鋼線の製造方法。 (5)伸線加工において、アプローチ角が10°±2°
である引き抜き用ダイスによって伸線加工する(3)ま
たは(4)記載の伸線加工性および疲労特性の優れた超
極細鋼線の製造方法。
【0012】
【作用】以下本発明を詳細に説明する。先ず本発明の組
成及び介在物限定理由に関して説明する。なお、以下に
示す%は重量%である。本発明の鋼組成の限定理由は下
記の通りである。
【0013】通常のパテンティング処理においては、C
が0.8%近傍の共析成分においても、旧オーステナイ
ト粒界に沿って微量の初析フェライトが析出すること、
また、この初析フェライトが伸線後の延性低下の原因と
なることを本発明者らは発見した。Cは経済的かつ有効
な強化元素であるが、この初析フェライトの析出量低下
にも有効な元素である。従って、引張強さ4000MP
a以上の極細線とし延性を高めるためにはCは0.9%
以上とすることが必要であるが、高すぎると延性が低下
し伸線性が劣化するのでその上限は1.10%とする。
【0014】Siは鋼の脱酸のために必要な元素であ
り、従ってその含有量があまりに少ないとき、脱酸効果
が不十分になる。また、Siは熱処理後に形成されるパ
ーライト中のフェライト相に固溶しパテンティング後の
強度を上げるが、反面フェライトの延性を低下させ伸線
後の極細線の延性を低下させるため0.4%以下とす
る。
【0015】Mnは鋼の焼き入れ性を確保するために小
量のMnを添加することが望ましい。しかし、多量のM
nの添加は偏析を引き起こしパテンティングの際にベイ
ナイト、マルテンサイトという過冷組織が発生しその後
の伸線性を害するため0.5%以下とする。本発明のよ
うな過共析鋼の場合、パテンティング後の組織において
セメンタイトのネットワークが発生しやすくセメンタイ
トの厚みのあるものが析出しやすい。この鋼において高
強度高延性を実現するためには、パーライトを微細に
し、かつ先に述べたようなセメンタイトネットワークや
厚いセメンタイトを無くす必要がある。Crはこのよう
なセメンタイトの異常部の出現を抑制しさらに、パーラ
イトを微細にする効果を持っている。しかし、多量の添
加は熱処理後のフェライト中の転移密度を上昇させるた
め、引き抜き加工後の極細線の延性を著しく害すること
になる。従って、Crの添加量はその効果が期待できる
0.10%以上としフェライト中の転移密度を増加させ
延性を害することの無い0.30%以下とする。
【0016】NiもCrと同じ効果があるため、必要に
よりその効果を発揮する0.1%以上添加する。Niも
添加量が多くなり過ぎるとフェライト相の延性を低下さ
せるので上限を1.0%とする。Cuは線材の腐食疲労
特性を向上させる元素であるので、ワイヤー被覆ゴムの
種類等によっては必要によりその効果を発揮する0.1
%以上添加することが望ましい。Cuも添加量が多くな
り過ぎるとフェライト相の延性を低下させるので上限を
0.8%とする。
【0017】従来の極細鋼線と同様に、延性を確保する
ためSの含有量を0.025%以下とし、PもSと同様
に線材の延性を害するので含有量を0.025%以下と
するのが望ましい。極細線の延性を低下させる原因とし
てAl2 O3 ,Al2 O3 −MgO等のAl2 O3 を主
成分とする非延性介在物の存在がある。従って、本発明
においては非延性介在物による延性低下を避けるため
に、鋼中のAl含有量を0.003%以下にする必要が
ある。
【0018】次に、本発明の介在物組成の限定理由に関
して説明する。鋼線中の非金属介在物は、介在物融点が
低い方が加工時の介在物の伸びが大きく線材圧延加工時
の断線防止に有効である。しかし、特公昭57−229
69号公報、特開昭55−24961号公報に示される
Al2 O3 ,SiO2 ,MnOの三元状態図におけるス
ペーサータイト領域にする方法では、硬質の介在物の出
現が避けられず、伸線加工性、疲労特性の優れた超極細
鋼線を得る事が出来なかった。
【0019】そこで、本発明者らが研究を進めた結果、
本発明の鋳片で見られる介在物は主としてMnO,Ca
O,SiO2 , Al2 O3 からなり、鋳片からビレット
に分塊圧延する際、主に介在物の変形が進行することが
わかった。図2に示すように、鋳片の介在物組成を、M
nO+CaO,SiO2 , Al2 O3 四元系で見た融点
1500℃以下の組成にすると、鋳片からビレットに分
塊圧延後、伸びた介在物の割合が急増する。これにより
伸線加工後の介在物組成も低融点組成となり、0.15
mmφ以下の超極細線の伸線の際に断線をおこすことなく
伸線加工を行う事が可能となる。
【0020】また図3に、横軸に領域Iの介在物の割合
をとって、縦軸にハンター疲労試験での疲労強度σ
Fatigue をワイヤの引張強さσT.S.で割って規格化した
値とワイヤを2t製造する際の断線回数を取った値を示
す。この部に示されるように、介在物組成が図1の領域
Iに80%以上存在する場合には伸線加工性が向上し、
疲労強度が高くなる。ここでの断線回数は0.8mmから
0.062μmまで20Kg伸線加工した時の断線回数を
示した。
【0021】従って、図1の領域Iには計数される介在
物の80%以上が存在する必要がある。以下、製造方法
の限定理由について述べる。先の鋼組成と含有する介在
物が前記範囲内にある鋼を熱間圧延により、4.0mmφ
以上7.0mmφ以下の線材とする。この時の線径は円相
当直径で、実際の断面形状は、円、楕円、三角などの多
角形のいづれでも良い。4.0mmφ未満の線径とする場
合には生産性が著しく低下する。また、7.0mmφを越
えた場合には、調整冷却において充分な冷却速度が得ら
れないため、7.0mmφ以下とする。
【0022】また線材圧延後の調整冷却において、初析
セメンタイトが出現すると伸線性が著しく低下するた
め、熱間圧延後の調整冷却の際の線材中心部の冷却速度
をvとすると logv≧0.2066×Cwt. %+0.09976 を満足する冷却速度で冷却することで、実質、パーライ
ト組織とする必要がある。
【0023】これらの熱間圧延線材を伸線加工により線
径を0.3から1.2mmφのワイヤとする。線径を0.
3mmφ未満にするとパテンティング処理の際の張力制御
が困難となり、線径の安定したワイヤを得ることができ
ない。また、1.2mmφ超のワイヤとすると最終製品線
径を0.15mmφ以下とする場合に良好な結果を得るこ
とができないので最終パテンティング処理前の線径を
1.2mmφ以下とする。この時、伸線加工は引き抜き加
工でもローラーダイスのどちらを用いても良い。
【0024】パテンティング処理により、引張強さが
(530+980×Cwt.%)MPaに調整されたと
き、真歪みで4.0以上の加工における強度延性バラン
スが最も優れている。{(530+980×Cwt.%)
−50}MPa以下となった場合、伸線加工後の引張強
さを充分に得ることができない。{(530+980×
Cwt.%)+50}MPa以上となった場合には、強度
は高いがパーライト組織中にベイナイト組織が多く出現
しているので、伸線加工中の加工硬化率が低下し、同一
減面率での到達強度が低下し、延性も低下する。従っ
て、パテンティング処理における引張強さを{(530
+980×Cwt.%)±50}MPaに調整する必要が
ある。
【0025】最終パテンティング処理条件における加熱
温度は、850℃未満であるとセメンタイトを短時間で
全て固溶させる事が困難であり、1000℃超ではパテ
ンティング処理中のワイヤ張力のコントロールが極めて
難しくなり、ワイヤ径がばらついてしまう。恒温変態温
度は、550℃未満であるとベイナイト組織が出現し、
伸線後のワイヤ延性が低下し、逆に600℃超であると
パーライト組織のラメラ間隔が粗くなるため、パテンテ
ィング後の強度及び伸線加工後の強度を充分得ることが
出来ない。
【0026】これらのワイヤは、乾式伸線、湿式伸線の
いづれかあるいは組み合わせで製造されているが、伸線
の過程においてダイスの磨耗を出来るだけ起こしにくく
するため表面にめっきを施すことが望ましい。これらの
めっきはブラスメッキ、Cuめっき、Niめっきなどが
経済的に望ましいがこれ以外のめっきでも良い。湿式伸
線加工において真歪みで(−1.23×logD+4.
00)以上の加工では、強度が上がり過ぎるため疲労特
性が低下する。また、(−1.23×logD+3.0
0)以下の加工では、4000MPa以上の強度を得る
ことができない。
【0027】以上の製造工程において使用する引き抜き
ダイスに、アプローチ角が10°±2°である引き抜き
用ダイスを使用することで、従来の14°±2°のダイ
スに比べ、内部に圧縮残留応力を働かせて伸線加工をす
ることが可能となり、いっそう優れた超極細線を製造す
ることが可能となる。この製造工程により円相当直径が
0.02〜0.15mmφのワイヤを製造することで、疲
労寿命の高い素線を製造することができる。また、この
ようにして製造された素線は、優れた延性を具備するた
め、撚り線においても疲労特性の優れたコードを製造す
ることが可能となる。
【0028】
【実施例】以下に実施例に基づいて本発明の効果を記
す。転炉出鋼後、二次精練処理を行い表1に示した溶鋼
組成に成分調整した後に、連続鋳造法により鋳造を行
い、300×500mmの鋳片を製造した。
【0029】
【表1】
【0030】さらにこの鋳片を分塊圧延してビレットを
製造し、5.5mmφの熱間圧延した後に調整冷却を行い
5.5mmφの線材を製造した。調整冷却はステルモア冷
却にて行った。この5.5mmφの線材を伸線加工と中間
パテンティング処理により1.2〜2.0mmφのワイヤ
とした(表2および表3)。
【0031】
【表2】
【0032】
【表3】
【0033】この後、900℃に加熱し、550〜60
0℃の温度範囲で最終パテンティング処理を行うことで
組織と引張強さを調整し、ブラスめっきを行ってから最
終湿式伸線を行った。それぞれの鋼線の製造における、
パテンティング処理時のワイヤ径、パテンティング処理
後の引張強さ、伸線加工後の最終ワイヤ径は表2および
表3に示される通りである。
【0034】これらのワイヤ特性を引張試験、捻回試
験、疲労試験により評価した。
【0035】
【表4】
【0036】表4中の疲労特性は、ハンター疲労試験に
おいて疲労強度を測定し、疲労強度が引張強さの0.3
3以上の場合を◎、0.3以上の場合を○として表し、
0.3未満の場合を×で表した。また、疲労強度はハン
ター疲労試験を用いて測定し、疲労強度として106 以
下の繰り返しで破壊しない強度を疲労強度とした。表中
の鋼1〜12は本発明鋼であり、鋼13〜17は比較鋼
である。
【0037】比較鋼13は鋼組成が本発明範囲外で製造
方法は同じ場合である。比較鋼14は鋼組成が本発明範
囲で、鋳片中の介在物的中率が本発明より低く、これ以
外のワイヤの製造方法は本発明方法と同じ場合である。
比較鋼15は鋼組成と介在物組成が同じで熱間圧延後の
調整冷却において初析セメンタイトの出現した場合であ
る。
【0038】比較鋼16は鋼組成および介在物組成が本
発明と同じで、最終パテンティング材の引張り強さが特
許請求の範囲から高くなった場合である。比較鋼17は
鋼組成および介在物組成が本発明と同じで、最終パテン
ティング処理後の伸線減面率が本発明より大きい場合で
ある。表2および表3より、本発明鋼を用いて製造した
ワイヤの場合にはいずれも4000MPa以上の強度と
優れた伸線加工性および疲労寿命を持ち合わせることが
分かる。この中で、本発明鋼11と12はダイスアプロ
ーチ角による効果を比較した場合であるが、アプローチ
角が10°の本発明鋼12の方がより引張強さが高く、
優れた疲労強度を示している。
【0039】一方、比較鋼13においては鋼成分が本発
明鋼と異なるため4000MPa以上の強度が得られて
いない。比較鋼14においては、4000MPa以上の
強度が得られているが鋳片中の介在物組成が本発明鋼と
異なるため、断線回数が多く疲労特性において良好な結
果が得られていない。
【0040】比較鋼15においては、熱間圧延後に初析
セメンタイトが出現したため、最終ワイヤまでの製造が
出来なかった。比較鋼16においては、最終パテンティ
ング処理における引張強さが高すぎるため、最終ワイヤ
での疲労特性が劣化して良好な結果が得られていない。
比較鋼17に於いては、最終湿式伸線の際の減面率が高
すぎるため、最終ワイヤでの疲労特性が劣化して良好な
結果が得られていない。
【0041】
【発明の効果】本発明の高強度高延性鋼線及び高強度高
延性極細線製造用鋳片及び線材を用いて直径0.02mm
以上、0.15mmφ以下の極細鋼線を製造した場合、疲
労寿命の優れた超極細鋼線を製造することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の適性介在物組成を示す図である。
【図2】鋼中介在物融点とビレットでの非延性介在物量
との関係を示す図である。
【図3】介在物適性割合と伸線加工性および疲労特性と
の関係である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/16 C23C 30/00 B (72)発明者 芹川 修道 千葉県君津市君津1番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で C:0.9〜1.10% Si:0.4%以下 Mn:0.5%以下 P:0.020%以下 S:0.020%以下 Al:0.003%以下 に加えて以下の元素のいづれかあるいは両方を添加し Cr:0.10〜0.30% Ni:0.10〜1.00% 残部鉄及び不可避的不純物からよりなる鋼で、鋳片の介
    在物組成がMnO+CaO,SiO2 , Al2 O3 の四
    元系で見た場合に、図1のイ、ロ、ハ、ニ、ホ、ヘ、
    ト、チ、リ、ヌで囲まれる領域Iとなる介在物が80%
    以上で、ブラスめっき、Cuめっき、Niめっきのいづ
    れかを施し、引張強さが、4000MPa以上、(−1
    450×logD+3400)MPa以下で、円相当直
    径が0.02〜0.15mmφであることを特徴とする伸
    線加工性および疲労強度の優れた超極細鋼線。但し、 D:円相当直径(mm)
  2. 【請求項2】 鋼成分が重量%で、更に、Cu:0.1
    0〜0.80%を含む請求項1記載の伸線加工性および
    疲労強度の優れた超極細鋼線。
  3. 【請求項3】重量%で C:0.9〜1.10% Si:0.4%以下 Mn:0.5%以下 P:0.020%以下 S:0.020%以下 Al:0.003%以下 に加えて以下の元素のいづれかあるいは両方を添加し Cr:0.10〜0.30% Ni:0.10〜1.00% 残部鉄及び不可避的不純物からよりなる鋼で、鋳片の介
    在物組成がMnO+CaO,SiO2 , Al2 O3 の四
    元系で見た場合に、図1のイ、ロ、ハ、ニ、ホ、ヘ、
    ト、チ、リ、ヌで囲まれる領域Iとなる介在物が80%
    以上に調整したビレットを、熱間圧延によって4.0〜
    7.0mmφの線材とし、調整冷却により、パーライト組
    織化し、中間パテンティングを加えながら伸線加工によ
    り、0.3から1.2mmφのワイヤとし、850℃以上
    1000℃以下の温度範囲に加熱した後、550〜60
    0℃の温度範囲で最終パテンティング処理を行うことに
    より引張強さを{(530+980×Cwt%)±50}
    MPaに調整し、ブラスめっき、Cuめっき、Niめっ
    きのいづれかを施し、真歪で(−1.23×logD+
    3.00)以上、(−1.23×logD+4.00)
    以下の加工を行い円相当直径が0.02〜0.15mmφ
    のワイヤとすることを特徴とする伸線加工性および疲労
    強度の優れた超極細鋼線の製造方法。但し、 D:円相当直径(mm)
  4. 【請求項4】 出発鋼成分が重量%で、更に、Cu:
    0.10〜0.80%を含む鋼である請求項3記載の伸
    線加工性および疲労強度の優れた超極細鋼線の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 伸線加工において、アプローチ角が10
    °±2°である引き抜き用ダイスによって伸線加工する
    請求項3または4記載の伸線加工性および疲労特性の優
    れた超極細鋼線の製造方法。
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