JPH07179994A - 高強度高靭延性過共析鋼線及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｎ，Ｏの各含有量の
特定された鋼材を、熱間圧延後直接もしくは再オーステ
ナイト化後パテンティング処理し、微細パーライトを主
たる組織とし且つパーライトノジュサールサイズNo. が
７〜９である鋼線を、伸線加工度７０〜９０％で冷間伸
線し、引張強さ２００kgf/mm² 以上、破断絞り３０％以
上の過共析鋼線を得る。 【効果】 用いる鋼材の化学成分を適切に調整し、且つ
パテンティング処理後のパーライトノジュールサイズを
適切に調整すると共に、その後の冷間伸線加工度を適正
に制御することによって引張強さ及び破断絞りに優れた
高強度高靭性過共析鋼線を安定した伸線加工性の下で製
造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＣ鋼線、Ｚｎめっき
鋼撚線、ばね用鋼線、吊り橋用ケーブルなどとして有用
な、高硬度・高靭延性の過共析鋼線及びそのを製方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炭素鋼線材の強度を高めるための最も
簡単な手段は、強化元素であるＣ含有量を増加させる方
法である。ところが、Ｃ含有量が０．９％を超える過共
析領域では、パテンティング処理時にオーステナイト粒
界に沿って脆い初析セメンタイトがネットワーク状に生
成し、初析セメンタイトがその後の伸線工程での割れの
起点となって断線が発生し易くなるという問題が生じて
くる。

【０００３】そこで該初析セメンタイトの析出を防止し
伸線加工性を高める方法として、たとえば特開平２−２
５８９５３号公報や特開平２−２６３９５１号公報に記
載されている様にＣｒを添加する方法が提案されている
が、これらの方法でも初析セメンタイトの析出を完全に
阻止することはできない。また、特開昭６３−１８６８
５２号公報には、鋼中にＲＥＭ、Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａ，Ｓ
ｒなどの１種以上を添加して微細な硫化物や酸化物を析
出させ、それを核としてパーライト変態を促進させる方
法が提案されているが、この方法の特徴が有効に発揮さ
れるのはＣ含有量が１％以下の鋼材に限られる他、微細
な析出物を生成させる為にＳ，Ｏ，Ａｌの含有量を適正
に制御しなければならず、製造上極めて煩雑である。

【０００４】一方、初析セメンタイトが存在しても伸線
加工性が低下しない様に、伸線前にローラーダイス加工
や冷間圧延を行う方法（特開昭６３−４０１６号公報な
ど）が提案されているが、製造工程や設備が複雑となる
ため実用にそぐわない。

【０００５】しかも、初析セメンタイトの析出を防止し
ようとすると逆に初析フェライトが析出し、それに伴っ
て鋼線の延性が低下し、伸線加工性が劣化すると共に高
強度化も図れなくなる。

【０００６】更にこれらの鋼材はＡｌ脱酸鋼であり、オ
ーステナイト粒度の粗大化を防止するためにもＡｌの添
加が不可欠となるが、この様な鋼材を用いた鋼線では、
酸素量が多くなると非延性の酸化物系介在物が多量生成
し、伸線時にその介在物を起点とするカッピー断線が生
じ易くなる。従って、この様な問題を回避するために
は、鋼中の酸素含有量を制御することによって非延性酸
化物系介在物を低減する必要が生じてくる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な従
来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目
的は、過共析鋼を対象として、鋼線製造時における初析
セメンタイトと初析フェライトの析出を抑制し、高靭延
性を兼ね備えた高強度過共析鋼線の製法を確立しようと
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成すること
のできた本発明に係る製法の構成は、重量％で、 Ｃ：０．９〜１．２％、 Ｓｉ：０．５〜２．０％、 Ｍｎ：０．２〜１．０％、 Ａｌ：０．０２％超０．０７％以下、 Ｎ：０．００３０〜０．０１５％、 Ｏ：≦１０ppm の要件を満たし、あるいはこれらに加えて、 Ｃｕ：０．０５〜０．５％、 Ｃｒ：０．０５〜１．０％、 Ｎｉ：０．０５〜１．０％、 Ｃｏ：０．０５〜１．０％、 Ｗ：０．０５〜１．０％ よりなる群から選択される１種以上の元素を含有し、も
しくは更に他の元素として Ｖ：０．０５〜０．５％、 Ｎｂ：０．０１〜０．２％、 Ｔｉ：０．０１〜０．２％ よりなる群から選択される１種以上の元素を含有し、残
部Ｆｅおよび不可避不純物からなる過共析鋼材を、熱間
圧延およびパテンティング処理後伸線加工してなり、引
張強さが２００kgf/mm² 以上で且つ破断絞りが３０％以
上の過共析鋼線からなるところに要旨を有するものであ
る。そしてこの様な過共析鋼線は、上記成分組成を満た
す過共析鋼材を、熱間圧延後直接もしくは再オーステナ
イト化後パテンティング処理し、微細パーライトを主体
とする組織を有し且つパーライトノジュールサイズNo.
が７〜９である鋼線を、伸線加工度７０〜９０％で冷間
伸線することによって得ることができる。

【０００９】

【作用】まず、本発明で使用する過共析鋼の化学成分を
定めた理由について説明する。Ｃは強度を上げるために
有効かつ経済的な元素であり、Ｃ含有量を増加させるに
つれて、パテンティング後の強度並びに伸線時の加工硬
化量が増大し、伸線後の強度は高まってくる。従って、
高強度を１つの目的とする本発明では、目標強度を確保
するため少なくとも０．９％のＣを含有させなければな
らない。しかし、Ｃ量が１．２％を超えると靭延性の低
下が顕著に表われてくるので、Ｃ量は１．２％を上限と
する。

【００１０】Ｓｉは脱酸材として必要な元素であり、し
かもフェライトに固溶して顕著な固溶強化作用を発揮す
る。更に、フェライト中のＳｉは伸線後のブルーイング
や溶融亜鉛めっき時の強度低下を抑える効果があり、こ
れらの効果を有効に発揮させるには０．５％以上含有さ
せなければならない。しかし、過剰に添加すると伸線後
の鋼線の延性が低下するので、Ｓｉ量の上限は２．０％
とする。

【００１１】Ｍｎも脱酸材として必要な元素であり、且
つ鋼の焼入性を向上させて鋼線断面内の組織の均一性を
高める作用も有しており、これらの作用は０．２％以上
含有させることによって有効に発揮される。しかし、Ｍ
ｎ量が過剰になると、Ｍｎの偏析部にマルテンサイトや
ベイナイトなどの過冷却組織が生成して伸線加工性を劣
化させるので、Ｍｎ量の上限は１．０％と定めた。

【００１２】Ａｌは脱酸材として、またＮとの複合添加
によりオーステナイト粒度の粗大化を防止するのに有効
であり、０．０２％以下ではこれらの効果が十分に発揮
されない。しかし、過剰に添加すると窒化物量の増大に
よって伸線性に悪影響が表われてくるので０．０７％を
上限とする。

【００１３】Ｎは鋼中でＡｌと窒化物を形成し、加熱時
におけるオーステナイト粒度の粗大化防止に有効に作用
する。添加量が０．００３％未満ではその効果が不十分
であるため、下限を０．００３％とした。しかし、過剰
に添加するとＡｌ窒化物量が増加し過ぎて伸線性に悪影
響を及ぼすだけでなく固溶Ｎが伸線中の時効を促進する
恐れも生じてくるので、上限は０．０１５％とする。

【００１４】Ｏは常温では鋼にほとんど固溶せず、硬質
の酸化物系介在物として存在し、伸線時にカッピー断線
を引き起こす原因となる。従ってＯ量は極力少なくすべ
きであり、多くとも１０ppm 以下に抑えなければならな
い。

【００１５】本発明で使用される過共析鋼は上記化学成
分の要件を満たし、残部がＦｅ及び不可避不純物からな
るものであるが、他の元素としてＣｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｗよりなる群から選択される１種以上の元素、更に
はＶ，Ｎｂ，Ｔｉよりなる群から選択される１種以上の
元素を適量含有させることによって、伸線加工性や過共
析鋼線としての物性を一段と高めることができる。

【００１６】即ちＣｕは析出硬化作用により鋼線の高強
度化に寄与する元素であり、その効果は０．０５％以下
の添加で有効に発揮される。しかし過剰に添加すると、
それらの効果が飽和するばかりでなく、粒界脆化を起こ
して熱間圧延時に鋼塊表面にひび割れを生じさせる原因
になるので、０．５％を上限とする。

【００１７】Ｃｒは、パーライトのラメラ間隔を微細化
して線材の強度や伸線加工性を高める作用があり、これ
らの作用は０．０５％以上添加することによって有効に
発揮される。しかし過多に添加すると変態終了時間を遅
延させ、設備の大型化、生産性の低下を来す為、１．０
％を上限とする。

【００１８】Ｎｉは線材の強度上昇にはあまり寄与しな
いが、伸線材の靭性を向上させる作用があり、それらの
作用は０．０５％以上添加することによって有効に発揮
される。しかしＮｉ量が過剰になると、変態終了時間が
長くなり過ぎて上記Ｃｒと同様の難点が生じてくるの
で、１．０％を上限とする。

【００１９】Ｃｏは初析セメンタイトの析出を抑制する
作用があり、０．０５％未満ではその効果が有効に発揮
されない。しかし、その効果は１．０％で飽和するの
で、それ以上の添加は経済的に無駄である。

【００２０】Ｗも線材強度を高める作用を有しており、
その効果は０．０５％以上の添加で有効に発揮される。
しかし、過剰の添加は強度上昇効果が飽和するだけでな
く、靭延性を低下させる恐れも生じてくるので、１．０
％を上限とする。

【００２１】Ｖ、Ｎｂ，Ｔｉは鋼中で微細な炭窒化物を
形成し、析出強化作用によって強度上昇に寄与すると共
に、加熱時におけるオーステナイト粒の粗大化も防止す
る。それらの作用は、Ｖで０．０５％以上、ＮｂとＴｉ
は夫々０．０１％以上の添加で有効に発揮されるが、過
剰に添加すると、炭窒化物量が増加し過ぎるばかりでな
く炭窒化物の粒子径も大きくなって靭延性に悪影響を及
ぼす恐れが生じてくるので、上限は夫々Ｖで０．５％、
ＮｂとＴｉは各々０．２％とする。

【００２２】次にパーライト組織におけるノジュールサ
イズに関する限定理由について述べる。本発明では上記
化学成分の要件を満たす鋼材を使用し、熱間圧延により
線状に加工した後直接パテンティング処理を施し、もし
くは再オーステナイト化後にパテンティング処理するこ
とによって、金属組織を微細パーライト主体の組織にす
ると共に、パーライトノジュールサイズNo. が７〜９の
素鋼線とし、これを伸線加工率（減面率）７０〜９０％
で冷間伸線することによって、高強度・高靭延性の過共
析鋼線を得る。

【００２３】即ち本発明者らが種々研究を重ねたところ
によると、上記パテンティング処理後の冷間伸線時にお
ける伸線加工性を高めると共に、伸線材として満足な強
度と靭延性を確保するには、上記パテンティング処理後
の金属組織を微細パーライト主体の組織とすると共に、
パーライトノジュールサイズNo. を７〜９の範囲にする
ことが極めて重要な要件となることをつきとめた。

【００２４】ちなみに、後記実施例によっても明らかに
する如くパテンティング処理材のパーライトノジュール
サイズNo. が７未満では、当該処理材の破断絞り値が３
０以下となってその後の冷間伸線が困難となり、一方、
ノジュールサイズNo. が９を超える微細な組織になる
と、その様な微細組織を得るときの焼入れ性が低下して
初析フェライトや初析セメンタイトの析出量が多くな
り、やはり冷間伸線性が低下してくる。ところが、パテ
ンティング処理後の微細パーライトにおけるノジュール
サイズNo. が７〜９であるものは、伸線性が良好で断線
等を生じることなく円滑に冷間伸線を行なうことができ
るのである。図１は後記実施例を含めた多くの実験デー
タの中から、パーライトノジュールサイズNo. と冷間伸
線時の断線インデックスおよび初析フェライト・セメン
タイト面積率の関係をグラフ化して示したものであり、
上記の傾向が明確に表われている。また図２は、パテン
ティング処理時の加熱温度とパーライトノジュールサイ
ズNo. の関係を示したグラフであり、この図からも明ら
かである様に、ノジュールサイズNo. ７〜９を得るには
加熱温度を９００〜１０００℃の範囲に設定すればよい
ことが分かる。

【００２５】上記の様にしてパテンティング処理を施し
た素線材を伸線加工度７０〜９０％で冷間伸線すると、
安定した伸線加工性の下で引張強さ２００kgf/mm² 以
上、破断絞り３０％以上の高強度・高靭延性の過共析鋼
線が得られる。尚伸線加工度を７０〜９０％と定めたの
は、伸線加工性を害することなく加工硬化作用により高
強度化を達成するための要件として定めたものであり、
伸線加工度が７０％未満では、本発明で意図する２００
kgf/mm² 以上の強度レベルが得られず、一方９０％を超
える高加工度になると、加工硬化が過度に進んで靭延性
が乏しくなり３０％以上の破断絞りが達成できなくなる
ばかりでなく、伸線工程で断線事故を発生し易くなるか
らである。

【００２６】尚本発明によって得られる鋼線材の断面寸
法は、その用途によっても変わってくるので一律に決め
ることはできないが、ＰＣ鋼線、ばね用鋼線、吊り橋ケ
ーブル用鋼線等として使用する場合の最も一般的な直径
は２〜１０mm程度であり、従って本発明を実施するに当
たっては、前記好適伸線加工度の範囲でこの様な仕上が
り直径が得られる様に、熱間圧延時の素鋼線直径をコン
トロールすればよい。

【００２７】かくして得られる高強度高靭延性過共析鋼
線はそのままでも勿論使用できるが、好ましくは耐錆性
を高めるため溶融めっき法等によって亜鉛系めっきを施
して商品化するのがよく、この場合の好ましいめっき目
付け量は２００kgf/mm² 以上である。このとき２〜１０
％程度のＡｌを含有する溶融亜鉛系めっきを採用する場
合は、１０g/mm² 程度のめっき目付け量でも十分な耐錆
性を得ることができる。

【００２８】

【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。

【００２９】実施例 表１に示す化学成分の鋼材を常法に従って熱間圧延して
得た直径１１mmの素鋼線に鉛パテンティング処理（加熱
温度：８５０〜１０５０℃→恒温変態：５４０℃×４
分）を施し、得られた各パテンティング処理材（ＬＰ
材）を減面率７５．０〜８３．３％で目標線径４．５〜
５．５mmまで連続冷間伸線加工した。尚、冷間伸線工程
では７枚のダイスを使用し、全てのダイス出口部で線材
を冷却し線材温度を１７０℃以下に保った。ＬＰ材のパ
ーライトノジュールサイズや引張強さ等、並びに冷間伸
線条件や伸線材の引張強さ、破断絞り等を表２に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】表１，２より次の様に考えることができ
る。供試鋼Ａ，Ｆ，Ｈは夫々鋼材中のＣ，ＳｉまたはＭ
ｎ量が不足する比較例であり、伸線後の強度が目標値に
達していない。供試鋼Ｅは、Ｃ量が多過ぎるため初析セ
メンタイトが多量析出して伸線性が劣化し、結果的に伸
線途中で断線を起こしている。

【００３３】供試鋼ＧはＳｉ量が上限を超える比較例で
あり、目標線径まで伸線が可能で且つ強度も目標値を達
成しているが、靭延性の尺度である破断絞りが極端に悪
い。供試鋼Ｉは、Ｍｎ量が上限値を超えており、過冷組
織の存在のため伸線途中で断線を起こしている。

【００３４】供試鋼Ｊは、Ａｌ量が下限値に満たないた
め結晶粒径が粗大化し、ＬＰ材の延性が乏しくて伸線中
に断線を生じている。供試鋼Ｋは、Ａｌ量が上限を超え
る比較例であり、目標線径までの伸線はできるものの、
窒化物の多量生成により破断絞りが低下している。

【００３５】供試鋼Ｎは、Ｃｒ量が上限値を超えている
ため変態終了までの時間が長くなって鉛パテンティング
中に変態が終了せず、過冷組織の存在により伸線中に断
線を起こしている。

【００３６】供試鋼Ｕは、Ｎ量が上限値を超える比較例
であり、伸線中の時効硬化が顕著であるため、伸線中に
断線が見られる。供試鋼Ｖは、ＬＰ時の加熱温度が高過
ぎるためパーライトノジュールサイズがNo. ６．０とな
り、伸線材の破断絞りが著しく悪化している。

【００３７】供試鋼Ｗは、逆にＬＰ時の加熱温度が低過
ぎるためパーライトノジュールサイズがNo. １０．５と
細かくなり過ぎており、鋼の焼入性低下により初析フェ
ライトが析出し、強度不足となっている。

【００３８】上記以外の供試鋼Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｌ，Ｍ，
Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔは本発明の規定要件を全て満足
する実施例であり、伸線性、伸線後の強度、靭性いずれ
も良好な結果が得られている。次に表３，４は、上記表
１の供試鋼Ａ，Ｂを使用し、素鋼線径と伸線加工度を変
えた以外は上記と同様にして実験を行なった結果を示し
ている。

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】この表からも明らかである様に、供試鋼Ａ
はＣ量が不足するため、どの伸線加工度でも目標強度に
達していない。これに対し供試鋼Ｂは本発明で定める化
学成分の要件を満たす鋼線材であり、７０〜９０の範囲
の伸線加工度（No. ７〜１０）においても目標特性を満
足している。しかし、No. ６は伸線加工度が不足するた
め目標強度に達しておらず、一方No. １１では伸線加工
度が高過ぎるため伸線工程で断線を起こした。

【００４２】更に表５は、表１に示した供試鋼Ｂ，Ｄを
基本組成とし、酸素量を変化させた過共析鋼線について
鉛パテンティング処理（加熱温度：９３０℃→恒温変
態：５４０℃×４分）を施し、上記と同様にして冷間伸
線を行った場合の結果を示したものである。また図３
は、横軸は酸素含有量、縦軸をカッピー断線の頻度を表
わす断線インデックスとしてグラフ化したものである。

【００４３】

【表５】

【００４４】表５および図３からも明らかであるよう
に、供試鋼Ｂ，No. １１〜１５、Ｄ，No. １６〜２１
と、酸素量の増加に伴って断線インデックスは増加（す
なわち伸線性は劣化）し、特に酸素量が１０ppm を超え
るとその傾向が顕著になることが分かる。

【００４５】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、用
いる鋼材の化学成分を適切に調整し、且つパテンティン
グ処理後のパーライトノジュールサイズを適切に調整す
ると共に、その後の冷間伸線加工度を適正に制御するこ
とによって引張強さ２００kgf/mm² 以上、破断絞り３０
％以上といった優れた性能を示す高強度高靭性過共析鋼
線を安定した伸線加工性の下で製造し得ることになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】パーライトノジュールサイズNo. と断線インデ
ックスおよび初析フェライト・セメンタイト面積率の関
係を示すグラフである。

【図２】パテンティング処理時の加熱温度とパーライト
ノジュールサイズNo. の関係を示すグラフである。

【図３】鋼中のＯ含有量をカッピー断線インデックスの
関係を示すグラフである。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で Ｃ：０．９〜１．２％、 Ｓｉ：０．５〜２．０％、 Ｍｎ：０．２〜１．０％、 Ａｌ：０．０２％超０．０７％以下、 Ｎ：０．００３〜０．０１５％、 Ｏ：≦１０ppm の要件を満たし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる
   鋼材を熱間圧延およびパテンティング処理後伸線加工し
   てなり、引張強さが２００kgf/mm² 以上で且つ破断絞り
   が３０％以上の過共析鋼線からなることを特徴とする高
   強度高靭延性過共析鋼線。
2. 【請求項２】 鋼材が、更に他の元素として Ｃｕ：０．０５〜０．５％、 Ｃｒ：０．０５〜１．０％、 Ｎｉ：０．０５〜１．０％、 Ｃｏ：０．０５〜１．０％、 Ｗ：０．０５〜１．０％ よりなる群から選択される１種以上の元素を含有するも
   のである請求項１記載の高強度高靭性過共析鋼線。
3. 【請求項３】 鋼材が、更に他の元素として Ｖ：０．０５〜０．５％、 Ｎｂ：０．０１〜０．２％、 Ｔｉ：０．０１〜０．２％ よりなる群から選択される１種以上の元素を含有するも
   のである請求項１または２記載の高強度高靭延性過共析
   鋼線。
4. 【請求項４】 重量％で Ｃ：０．９〜１．２％、 Ｓｉ：０．５〜２．０％、 Ｍｎ：０．２〜１．０％、 Ａｌ：０．０２％超０．０７％以下、 Ｎ：０．００３〜０．０１５％、 Ｏ：≦１０ppm 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、熱間圧延後直接もしくは再オーステナイト化後
   パテンティング処理し、微細パーライトを主たる組織と
   し且つパーライトノジュサールサイズNo. が７〜９であ
   る鋼線を、伸線加工度７０〜９０％で冷間伸線し、引張
   強さ２００kgf/mm² 以上、破断絞り３０％以上の過共析
   鋼線を得ることを特徴とする高強度高靭延性過共析鋼線
   の製法。
5. 【請求項５】 鋼材が、更に他の元素として Ｃｕ：０．０５〜０．５％、 Ｃｒ：０．０５〜１．０％、 Ｎｉ：０．０５〜１．０％、 Ｃｏ：０．０５〜１．０％、 Ｗ：０．０５〜１．０％ よりなる群から選択される１種以上の元素を含有するも
   のである請求項４記載の高強度高靭性過共析鋼線の製
   法。
6. 【請求項６】 鋼材が、更に他の元素として Ｖ：０．０５〜０．５％、 Ｎｂ：０．０１〜０．２％、 Ｔｉ：０．０１〜０．２％ よりなる群から選択される１種以上の元素を含有するも
   のである請求項４または５記載の高強度高靭延性過共析
   鋼線の製法。