JPH07102320A - 溶接性に優れた高強度鋼線材の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ含有量が規定され、
或はこれらに加えて適量のＣｒ，Ｍｏ，Ｗまたは（Ｔｉ
とＢ）の１種以上含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物
からなる鋼材を熱間圧延により線材とし、しかる後７５
０〜８５０℃の温度で加熱処理してから焼入れ伸線加工
し、光学顕微鏡による組織観察で全体の３０〜６０％を
マルテンサイトおよびベイナイト組織とする。 【効果】 用いる鋼材の成分組成を特定すると共に、金
属組織をマルテンサイトとベイナイト組織主体とするこ
とにより、高強度で靭延性に優れ且つ非常に高い溶接強
度を与える鋼線材を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接性に優れた高強度
鋼線材の製法に関し、特に１２００Ｎ／mm²以上の引張
強さを有し、金属学上の組織がマルテンサイトとベイナ
イトを主体とする溶接性に優れた高強度鋼線材の製法に
関するものである。そしてこの高強度鋼線は、たとえば
コンクリート補強用の溶接金網等として有用である。

【０００２】

【従来の技術】たとえば溶接金網などとして用いられる
鋼線では、優れた溶接強度が要求されるので、低炭素鋼
線材を使用し、これに表面処理と伸線加工を施すことに
より製造されている。また高強度鋼線を製造するための
一般的方法としては、高炭素鋼線材にパテンティング処
理を施し、伸線加工する方法が採用されている。

【０００３】即ち上記用途に用いられる鋼線において
は、高強度であること、溶接性および溶接強度に優れて
いること、絞りなど高い延性を有していること等が要望
されるが、とりわけ優れた溶接強度が必要とされるた
め、溶接性に優れた低炭素鋼線材に伸線加工を施すこと
により製造されてきた。たとえば、ＪＩＳ Ｇ３５０５
に規定される軟鋼線材およびこれら線材から製造される
鋼線はその代表例である。また、高強度鋼線の製造には
ＪＩＳ Ｇ３５０６に規定される高炭素鋼線材が使用さ
れてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】低炭素鋼線材を用いた
ものでは、優れた溶接性が得られる反面、低炭素鋼であ
るため高強度の鋼線が得られ難く、また、達成強度が低
いため溶接強度についても十分な値が得られない。ま
た、高強度を得るため高炭素鋼線を使用することもある
が、この場合は溶接強度が低下するという欠点が生じて
くる。即ち従来の鋼線材は、高強度で且つ高溶接強度と
いう２つの要求を共に満たすことができない。本発明は
この様な事情に着目してなされたものであって、高強度
高靭性でしかも高い溶接強度を有し、溶接金網などとし
て優れた適性を備えた鋼線材を提供しようとするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る高強度鋼線材の製法とは、 Ｃ：０．０５〜０．２重量％ Ｓｉ：０．３〜１．５重量％ Ｍｎ：０．５〜２．０重量％ Ｐ：０．０４重量％以下 Ｓ：０．０４重量％以下 の要件を満たし、あるいは更に、Ｃｒ：０．０５〜１．
５重量％、Ｍｏ：０．０５〜１．０重量、Ｗ：０．０５
〜０．５重量％およびＴｉ：０．０２〜０．５重量％と
Ｂ：０．０００５〜０．５重量％との複合添加よりなる
群から選択される１種以上含有し、残部Ｆｅおよび不可
避不純物からなる鋼材を熱間圧延により線材とし、しか
る後７５０〜８５０℃の温度で加熱処理してから焼入れ
及び伸線加工し、光学顕微鏡による組織観察で全体の３
０〜６０％をマルテンサイトおよびベイナイト組織とす
るところに要旨を有するものである。

【０００６】

【作用】上記の様に本発明は、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ
の各含有量が規定され、あるいはこれらに加えて、Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗ，（ＴｉとＢ）よりなる群から選択される
元素の１種以上を適量含有する鋼材を熱間圧延した後、
所定温度で加熱処理してから焼入れ後伸線加工し、金属
組織の３０〜６０％をマルテンサイトとベイナイト組織
とするものであり、それにより優れた強度と靭延性を有
し且つ溶接強度の非常に良好な鋼線材を得ることができ
る。まず、本発明で使用する鋼線材の成分組成を定めた
理由を説明する。

【０００７】Ｃは熱処理材の強度、延性および溶接強度
に極めて強い関係を有しており、Ｃ量が０．２％を超え
ると溶接強度が悪くなる。特にＣｒ、Ｍｏ、Ｗなどの焼
入性向上元素を添加した場合には、鋼線溶接後の冷却時
に組織がマルテンサイトなどの過冷却組織となり、その
部分の延性が著しく悪化し、ひどい場合には簡単に断線
を起こす。そのため、Ｃ量は０．２％以下に抑えなけれ
ばならない。一方、Ｃ量を少なくすると溶接部の延性の
問題は解消されるが、Ｃ量が０．０５％未満になると焼
入れ性が低下してマルテンサイトやベイナイト組織が得
られ難くなる。そこで、Ｃ量不足を補うためＭｎ、Ｃ
ｒ、Ｍｏの如き強い炭化物形成元素を添加したり、焼入
性を上げるためにＴｉとＢとを複合添加することも考え
られるが、０．０５％以下のＣ量では熱処理材の強度を
５００Ｎ／mm² 以上に高めることができず、後の伸線加
工で８０％程度以上の加工率を設定しなければならなく
なり、後述する如くマルテンサイトやベイナイトとフェ
ライトとの界面にクラックが生成し易くなって断線を起
こし易くなる。この様な理由からＣ量は０．０５〜０．
２％と定めた。

【０００８】Ｓｉは脱酸元素であると共にフェライトの
固溶化元素として熱処理材の強度を向上させる作用を有
している。即ち溶接部は部分的に溶解するため、大気中
の酸素が溶鋼に溶け込み気泡となって溶接部の強度を低
下させるが、適量のＳｉを含有させておくとその脱酸作
用によって上記の強度欠陥が解消される。したがって、
本発明材の様に低炭素鋼では、脱酸成分としてＳｉを少
なくとも０．３％以上含有させることが必須となる。更
にＳｉはＡ₁ 〜Ａ₃ 変態点の温度域を広くする作用も有
しており、このためにもＳｉの添加量は０．３％以上に
すべきである。また、Ｓｉは、熱処理材の強度の向上に
も有効に作用するが、多すぎるとフェライトが脆化して
熱処理材の延性が低下し、後の伸線性を悪化させるの
で、１．５％以下に抑えなければならない。

【０００９】Ｍｎは熱処理時の焼入性を高めるうえで重
要な元素であり、特に本発明では、延性と溶接性を確保
するためＣ量を０．２％以下に制限しているので、マル
テンサイトやベイナイト組織を得るためにはＭｎの添加
が不可欠となる。尚Ｍｎの好適添加量はＣ量によって異
なり、Ｃ量が０．０５〜１．５％であるときは１．５〜
２．０％のＭｎが必要となる。一方、Ｃ量が０．１５〜
０．２％である場合は、Ｍｎ量が０．５％でも十分な焼
入性を確保することができる。これらの理由からＭｎ量
は０．５０〜２．０％の範囲に定めた。

【００１０】ＰおよびＳは材料の靭延性を悪化させる有
害元素である。特に低炭素鋼においてはＰがＭｎと共に
偏析し、熱処理時の焼入性にばらつきを生じる。そのた
め、これらの元素は少ない方が望ましく、本発明では
Ｐ，Ｓの含有量をＪＩＳＧ３５０６等にも記載されてい
る様に、夫々０．０４％以下、望ましくは０．０２％以
下に抑えるべきである。

【００１１】本発明で用いる鋼材は上記成分組成の要件
を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるもの
であるが、必要によりＣｒ、Ｍｏ，Ｗの１種以上を含有
せしめ、あるいはＴｉおよび／またはＢを適量含有させ
ることによって、物性を更に高めることができる。

【００１２】即ちＣｒ、Ｍｏ，Ｗは焼入性向上に有効な
元素であり、それらの効果は０．０５％以上の添加で有
効に発揮される。尚焼入性を上げるという目的のみから
すると、これらの元素は０．５％も添加すれば十分であ
る。但し、本発明の鋼線材は溶接時に熱影響をうける
が、これらの元素はＳｉと共に熱による軟化を防ぎ、溶
接時の熱影響による強度低下を防ぐ効果も有している。
そしてこうした効果を有効に発揮させるには０．５％の
添加では不十分であり、Ｃｒ、Ｍｏ，Ｗ添加量を最大値
で夫々１．５％、１．０％、０．５％にするのが良い。
これ以上の添加は、コストの上昇ほど効果がないので経
済的に無駄である。

【００１３】Ｔｉも脱酸材として有効に作用する。ま
た、ＴｉとＢとを複合添加すると、ＴｉによりＮが固定
されてＦｒｅｅのＢが鋼に溶込んで、焼入性を高める。
こうした効果は、Ｔｉを０．０２％〜０．５％，Ｂを
０．０００５〜０．０１％複合添加することによって有
効に発揮される。

【００１４】更にＡｌも脱酸成分として有効な元素であ
り、これを０．００５〜０．０６０％程度含有させると
溶接部の酸素が酸化物として固定され、溶接強度の安定
化に寄与する。

【００１５】本発明では、上記成分組成を満足する鋼材
を熱間圧延して線材とし、その後所定の温度で加熱処理
してから焼入れ後伸線加工し、光学顕微鏡観察による金
属組織がマルテンサイトとベイナイト組織が全体の３０
〜６０％となる様に調整することが必要であり、以下そ
れらの要件を定めた理由を明確にする。

【００１６】まず、７５０〜８７０℃に加熱焼入れし、
主な金属組織をマルテンサイトおよびベイナイトとフェ
ライトとの混合組織にする理由について述べる。本発明
では前述の如く低炭素鋼線材を使用するため、通常の空
冷やパテンティング処理では高強度の鋼線を得ることが
できない。従って熱処理により高強度化する必要がある
が、高強度鋼線を得るには焼入れしてマルテンサイト主
体の組織にすることが最も有効な方法である。しかし、
熱処理によって完全なマルテンサイト組織とし、その後
伸線加工を加えると、絞りや伸びなどの延性は確保され
るものの捻回値に代表される靭性が非常に悪くなり、満
足な特性が得られなくなる。そこで本発明では、金属学
上の組織をマルテンサイトおよびベイナイトとフェライ
トとの混合組織にする必要があり、こうした金属組織を
得るには熱処理時の加熱温度を７５０〜８７０℃に設定
することが必要となる。

【００１７】しかして熱処理後の金属組織におけるマル
テンサイトとベイナイトが全体の３０％未満である場合
は、熱処理材の引張強さが不足し、また、後の伸線加工
時にける加工硬化率が低いため伸線材としての高強度が
達成できなくなる。一方逆に全体の６０％を超えると、
マルテンサイトなどの如く伸線加工で非延性の組織が多
くなり過ぎ、後の伸線工程でカッピー断線が多発し、高
強度鋼線の製造が困難になる。

【００１８】また熱処理温度が７５０℃未満ではオース
テナイト化が不十分であり、マルテンサイトやベイナイ
トの分率を３０％以上にすることができなくなり、本発
明で意図する様な強度が得られなくなる。一方８７０℃
を超える高温になると、マルテンサイトやベイナイトの
分率が６０％を超え、上記の要件を満たす金属組織が得
られなくなる。

【００１９】上記熱処理、焼入れ後に行なわれる伸線加
工も高強度鋼線を得るのに欠かせない工程であり、これ
を上記熱処理線材に適用することによって高強度の鋼線
材を得ることができる。しかし、伸線加工率を高め過ぎ
ると、マルテンサイトおよびベイナイトとフェライトと
の界面にクラックが生成して断線を起こし易くなるの
で、望ましくは、伸線の加工率を総減面率で６０〜８０
％以下に留めるべきであり、また伸線工程でのダイスの
焼付等のトラブルを回避するためにも伸線加工率は低め
に抑えることが望まれる。

【００２０】本発明は以上の様に構成されており、鋼材
の化学成分を特定すると共に熱間圧延後の加熱処理温度
並びに金属組織を特定することによって、高強度で溶接
性に優れた鋼線材を製造し得ることになった。

【００２１】

【実施例】次に本発明の実施例を示すが、本発明はもと
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。

【００２２】実施例 表１に示した化学成分鋼の鋼線材（直径５．５mm）を８
００，８１０℃に加熱した後水焼入れし、その後伸線加
工して鋼線を製造し、夫々について鋼線の機械的性質を
測定し、また溶接したときの溶接部強度を調べた。尚溶
接部の強度は、図１に示す様に同径の鋼線を十字溶接
し、これを引張ることによって破断力を求め、該測定値
を線径で割ることにより算出した。結果を表２に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】表２からも明らかである様に、従来材Ａは
（溶接部強度／鋼線強度）は高いものの、鋼線強度の絶
対値が低いため溶接部の強度は５００〜６００Ｎ／mm²
の値しか得られない。尚、この従来材Ａで高強度鋼線を
得るため伸線加工率を高める方法も試みたが、従来材Ａ
の様な軟鋼線では伸線加工率を上げても本発明で意図す
る様な高強度鋼線を得ることはできなかった。そこで、
従来材Ｂに示す如く高炭素鋼線材にパテンティング処理
を施してから伸線加工する方法を試みたが、同表からも
明らかである様に鋼線強度は向上するものの、（溶接部
強度／鋼線強度）の値が極めて低く、そのため溶接強度
は従来材Ａよりも低くなっている。

【００２６】これらに対し本発明鋼Ｃ〜Ｊでは、鋼線の
引張強さにおいて従来材とほぼ同等の値を示しており、
且つ溶接強度では従来材Ａの約２倍、従来材Ｂの約４．
０倍の強度に達している。

【００２７】更に詳述すると、発明材Ｃ，Ｄは溶接強度
に及ぼすＣ量の影響を示しており、Ｃ量を上げると鋼線
の強度は向上するが、溶接部が脆化するため鋼線の引張
強さに対する溶接強度の比が低下し、結果として溶接部
の強度は低炭素鋼材の方が良好な値を示している。しか
し、０．１９％Ｃ材（発明材Ｄ）でも従来材に比べると
高い溶接強度を示している。但し、Ｃ量をこれ以上増加
すると溶接部の脆化が顕著となり、溶接強度が急激に低
下する。発明材Ｅ，ＦはＳｉ量を変えたものであり、こ
れらの発明材では、焼入れ性を確保するためＳｉ量に対
応してＭｎ量を変えている。これらを対比すれば明らか
である様に、Ｓｉ量を増やすことによってより高い引張
強さの鋼線を得ることができる。これに対し溶接強度は
それほど大きく変化していないが、いずれも良好な値を
示している。発明材Ｈ〜ＪはＭｎ量を変えたものであ
り、Ｍｎ量によっても鋼線強度は若干変化するが、いず
れも十分に高強度化されており、また溶接強度も向上し
ている。

【００２８】次に表３は、芯線材の機械的性質および溶
接性に及ぼすＣｒ，Ｍｏ，ＷおよびＴｉとＢとの複合添
加の影響を調べるために用いた鋼の化学成分を示してい
る。即ち鋼ａ，ｂ，ｃは従来から使用されている低炭素
鋼を、鋼材ｄは通常のパテンティング処理して使用され
る高炭素鋼線材を示している。鋼材ｅ〜ｏは本発明材で
あり、鋼ｅ〜ｇはＣｒ添加量を変えたもの、鋼材ｈ，ｉ
はＭｏを添加したもの、鋼材ｊ，ｋ はＷを添加したも
のであり、鋼材ｌではＴｉとＢが複合添加されている。
鋼材ｍはＭｏとＷを複合添加したものであり、鋼材ｎは
ＣｒとＭｏの複合添加材、鋼材ｏはＣｒ、Ｍｏ，Ｗの３
種が添加されている。表４は、表３に記載された化学成
分の鋼から製造された鋼線（加熱処理温度はいずれも８
００℃）の機械的性質と溶接部の強度とを示している。

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】この実験でも、低炭素鋼では６００〜９０
０Ｎ／mm² の引張強さしか得られていない。但し、これ
らの鋼線は溶接時に熱影響をほとんど受けないため（溶
接部強度／引張強さ）は８０〜９０％と高い値を示して
いる。しかし、伸線まま材での引張強さが低いため、結
果として低い溶接強度しか得られていない。一方、比較
鋼ｄの様に高炭素鋼線材をパテンティング処理し伸線加
工して得られた高強度鋼線では、高い引張強さは得られ
るものの、延性不足のため溶接部の強度は低い値しか得
られていない。

【００３２】一方、発明材ｅ〜ｇはＣｒ量を変えたもの
であり、Ｃｒ添加材においても溶接部の強度は比較材に
比べて高い値を示しており、Ｃｒの添加量の多い方が鋼
線強度は高い。発明材ｈとｉはＭｏを添加したものであ
るが、Ｍｏ添加材でも良好な溶接強度と高強度の鋼線が
良好な延性のもとに得られている。Ｗも焼入性を上げる
元素であり、発明材ｊ，ｋに示す如くＣｒと同様の効果
が認められる。ＴｉとＢの複合添加材（発明材ｈ）にお
いても１４０Ｎ／mm² の引張強さが得られており、溶接
部強度は８４１Ｎ／mm² の値が得られている。ＣｒとＭ
ｏを複合添加した鋼線（発明材ｍ）でも高い鋼線強度が
得られている。発明材ｎはＣｒとＭｏの複合添加材であ
り、１５３９Ｎ／mm² という高い鋼線強度が得られてい
る。発明材ｏはＣｒ、Ｍｏ、Ｗの３種を添加したもので
あり、高強度鋼線は１５６３Ｎ／mm² 、溶接強度は９０
６Ｎ／mm² といずれも非常に高い値が得られている。

【００３３】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、用
いる鋼材の成分組成を特定すると共に、金属組織をマル
テンサイトとベイナイト組織主体とすることにより、高
強度で靭延性に優れ且つ非常に高い溶接強度を与える鋼
線材を提供し得ることになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で採用した溶接強度測定法を示す説明図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．０５〜０．２重量％ Ｓｉ：０．３〜１．５重量％ Ｍｎ：０．５〜２．０重量％ Ｐ：０．０４重量％以下 Ｓ：０．０４重量％以下 の要件を満たし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる
   鋼材を熱間圧延により線材とし、次いで７５０〜８５０
   ℃の温度で加熱処理してから焼入れ及び伸線加工し、光
   学顕微鏡による組織観察で全体の３０〜６０％をマルテ
   ンサイトおよびベイナイト組織とすることを特徴とす
   る、溶接性に優れた高強度鋼線材の製法。
2. 【請求項２】 Ｃ：０．０５〜０．２重量％ Ｓｉ：０．３〜１．５重量％ Ｍｎ：０．５〜２．０重量％ Ｐ：０．０４重量％以下 Ｓ：０．０４重量％以下 の要件を満たす他、Ｃｒ：０．０５〜１．５重量％、Ｍ
   ｏ：０．０５〜１．０重量、Ｗ：０．０５〜０．５重量
   ％、およびＴｉ：０．０２〜０．５重量％とＢ：０．０
   ００５〜０．５重量％との複合添加よりなる群から選択
   される１種以上含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物か
   らなる鋼材を熱間圧延により線材とし、しかる後７５０
   〜８５０℃の温度で加熱処理してから焼入れ及び伸線加
   工し、光学顕微鏡による組織観察で全体の３０〜６０％
   をマルテンサイトおよびベイナイト組織とすることを特
   徴とする、溶接性に優れた高強度鋼線材の製法。