JPH0765096B2

JPH0765096B2 - 延性の優れた超高張力鋼線の製造方法

Info

Publication number: JPH0765096B2
Application number: JP61146083A
Authority: JP
Inventors: 修道芹川; 征雄落合
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-06-24
Filing date: 1986-06-24
Publication date: 1995-07-12
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: JPS634016A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は延性の優れた超高張力鋼線の製造方法に関す
る。

（従来の技術）ピアノ線およびこれに準じる鋼線は、PWSワイヤ、ば
ね、ホースワイヤ、タイヤコード等広い分野で使用され
ているが、近年、JIS以上の強度レベルを有する鋼線の
開発に対する要望が高まつている。

以下本発明において「超」高張力鋼線としたのは、通
常、高張力鋼線という場合、JIS G 3522ピアノ線相当の
強度を有する鋼線を指すのが通例であるため、それ以上
の強度を有する鋼線という意味で、超高張力鋼線と称し
た。

JIS G 3522では、直径6mmから0.08mm迄の鋼線の引張強
さを規定しているが、引張強さは線径に依存し、線径の
細いほど容易に高強度を達成しうるため、JISにおいて
もこれに準じた体系をなしており、引張強さの上限は概
ね次式で表わせる。

TS＝250−100logD（kgf/mm²）（１）但し、Ｄは鋼線の直径（mm）である。

（１）式は、６〜0.08mmの鋼線について求めたものであ
るが、凡そ10〜0.05mmの範囲で妥当なものである。鋼線
の断面形状は、円形が多く用いられるが、角形、梯形、
台形等であつても良い。この場合、Ｄとしては同じ断面
を有する円の直径を用いる。

ピアノ線およびこれに準じる鋼線は、ピアノ線材相当の
線材を用い、これにパテンテイング処理を施したのち、
常温で伸線して、製造されるのが一般的である。

また、伸線加工の代りに冷間圧延が行なわれる場合もあ
り、鋼線材の冷間圧延については、Wire J.16（1983）,
7,64に例が示されているが、例示されているような、通
常の炭素鋼では、超高張力レベルを達成することは困難
である。

それは冷間圧延およびローラーダイス引抜きにおいて
は、後に述べる理由により、加工限界は通常伸線より大
きいが、加工硬化率は、通常伸線より小さいため、通常
のピアノ線材の組成では、超高張力レベルを達成するに
は著しく加工度を大きくする必要があり、そのために延
性の低下がもたらされるためである。

また、特公昭59−33175号公報等に、中炭素鋼をマルテ
ンサイト化、ローラーダイス伸線する事例があるが、こ
れは焼戻しマルテンサイト系の高張力線材に関するもの
である。

さらに、従来の伸線法で、（１）式以上の強度レベルの
超高張力鋼線を製造しようとした場合、以下のような問
題を生じる。

即ち強度を高めるためには、パテンテイング処理時の強
度を高める方法と、伸線減面率を大きくする方法がある
が、いずれの方法においても、通常の伸線方法で製造す
るかぎり、強度を高めることは可能であつても、超高張
力鋼線にとつて重要な特性である延性、特に捻り特性の
低下が著しく、撚り線やコイリング等の工程で、割れや
断線などのトラブルが発生しやすくなる。

またピアノ線は、めつきあるいはブルーイング処理をし
て用いることが多いが、これらの処理により、時効硬化
が生じ延性が低下し、超高張力レベルを達成することは
困難である。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、このような延性の低下を来たすことなく、超
高張力を達成するため鋼組成の鋼線材製造方法を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段）本発明はＣ、Si、Mn、Cr、Ｖ、Nbを主たる成分とする高
炭素鋼線材を、冷間でローラーダイス引抜き、または冷
間圧延するか、または、少なくとも該加工後断面減少率
40％以下の孔ダイス伸線することにより、250−100logD
（kgf/mm²）（但し、Ｄは鋼線の直径mm）以上の引張強
さとなすことを特徴とする延性の優れた超高張力鋼線の
製造方法である。

鋼線材を伸線する場合、加工度が大きくなるにつれ、加
工硬化により強度は上昇するが、ある加工度を超える
と、絞り、あるいは捻回値に代表される延性の急激な低
下が起る。その時の強度が、実用上使用可能な強度の限
界点であり、その時の加工度が、実用上の加工限界であ
る。

加工限界は、本質的には加工硬化により、材料の延性が
低下することにより生じるものであるが、加工条件によ
つても変化する。通常の孔ダイスによる伸線加工におい
ては、鋼線の表面近傍に引張残留応力を生じること、伸
線時の発熱により歪時効硬化を生じること、変形集合組
織を生じることは良く知られているが、これらの伸線加
工に固有の因子は、いずれも延性の低下をもたらすもの
である。

通常の強度レベルにおいては、材料固有の延性は十分に
残存しているため、これらの伸線加工に起因する因子
は、目立つた影響をおよぼさないが、強度レベルが上る
につれ、伸線加工因子が重大な影響をおよぼすようにな
り、これがために加工限界の低下が生じる。従つて伸線
加工法によつて、（１）式で表される強度レベル以上の
超高張力鋼線を製造することは困難である。

本発明者らは、超高張力鋼線を製造する方法を種々検討
した結果、以下のような知見を得た。通常の伸線加工
は、（以下単に伸線加工と略す）孔ダイスに鋼線材を通
し、引抜き加工を行うため、ダイスと鋼線材との摩擦
力、ダイスからの圧縮力、および引抜力の組合せによ
る、複雑な応力場における加工であるため、鋼線材の長
手方向に直角な断面内の歪は不均一である。

特に、引抜力の割合が圧縮力に比べ大きいため、材料内
の非金属介在物等の周辺に微少な割れを生じやすく、延
性を低下させる原因となつている。

また、摩擦仕事が大きいため、表面の発熱が大きく、表
層部近傍の温度上昇による時効脆化が大きい。表層部の
脆化は、特に捻り特性に対して有害である。

以上の諸問題は、いずれも孔ダイスの引抜きに由来する
ものであるため、これに変わる加工法を検討した結果、
冷間圧延およびローラーダイス引抜きが有効であるとを
見い出した。

冷間圧延およびローラーダイス引抜きにおいては、ロー
ルと鋼線材の間の摩擦仕事は、孔ダイスに比べて小さい
こと、引抜力が圧延法ではほぼ零であり、ローラーダイ
スにおいても、孔ダイスに比べて小さいこと、従つて主
要な変形応力は、ロールからの圧縮応力であることから
変形が均一であり、非金属介在物周辺の微細な割れを生
じにくく、また、時効による脆化も起りにくいために、
延性の低下を防止しうるのである。

このような圧延およびローラーダイス加工材の優れた延
性は、引続き、孔ダイス伸線を行つても急に失われるこ
とはなく、伸線加工量が、断面減少率約40％以内であれ
ば、その効果が認められた。

通常圧延およびローラーダイス加工は、鋼線の断面形状
精度や、寸法精度が、孔ダイス伸線に比べ劣るため、用
途によつては不都合な場合があるため、このような場合
には、圧延又はローラーダイス加工後、伸線加工するこ
とにより、延性が高く、かつ寸法、形状の優れた超高張
力鋼線となすことができる。

更に、伸線加工では加工硬化率を大きくとれるため、圧
延と伸線を組合せることにより、圧延（又はローラーダ
イス）単独の場合に比べ、容易に強度アツプを図れる利
点もある。従つて、圧延（又はローラーダイス）後伸線
加工することには、積極的な意義があるのである。

本発明者らは高強度化および延性の向上を達成するため
に、鋼組成の影響を調査した結果、次の成分系のものが
適することが判明した。

Ｃは経済的かつ有効な強化元素であるが、特別の合金添
加なしに、（１）式以上の強度を達成するには0.85％
（重量比、以下同じ）以上必要であり、後述のような合
金元素を添加する場合には、0.6％以上必要である。

又1.0％超では、パテンテイング時に初析メンタイトを
生成し、冷間加工に適さない。但し、（１）式以上の強
度において、より優れた延性を得るためには、後述のよ
うな合金元素を含有させることが望ましい。

Siは脱酸のために0.1％以上必要である。Siは固溶硬化
元素として強化にも効果があるが、0.35％以下ではその
効果は小さく、２％超では延性が劣下するため適当でな
い。

鋼線の絞りはパーライトラメラー間隔と密接な関係があ
り、約280Aで最大となるが、Siは素材のパーライトラメ
ラー間隔をほとんど変えずに、フエライト層を強化する
ため、延性の低下はほとんどなしに、鋼線の強度をあげ
ることに有効である。

従つて、脱酸を目的とする場合には、Siの最小値を0.1
％とし、固溶硬化を目的とする場合は、最小値を0.35％
とする。

Mnは脱酸およびＳの害を除くために0.1％以上必要であ
る。Mnは焼入性向上元素として、特に太いサイズの線材
のパテンテイング強度を上げるのに有効である。0.9％
以上の添加で、その効果は顕著であるが、２％を超える
と延性が劣化するため適当でない。

従つてその目的により、Mnの最小値は0.1％及び0.9％の
いずれかを選ぶことができる。

Crはパーライトラメラー間隔の微細化に有効な元素であ
り、細いサイズから太いサイズ迄、線材の強化に効果が
あるが、１％を超えるとその効果を十分に発揮させるこ
とは困難である。

Ｖは焼入性向上元素として、特に太いサイズの線材のパ
テンテイング強度を上げるのに有効である。またオース
テナイト結晶粒度を微細化し、延性の向上に有効であ
る。0.002％未満ではその効果は少なく、0.5％を超える
とかえつて延性が劣化するため適当でない。

Nbはオーステナイト結晶粒度を微細化し、延性の向上に
有効であるが、0.002％未満では効果がなく、0.5％を超
えると、かえつて延性が劣化するため適当でない。

なおAlについては、細粒鋼が望ましい場合には0.01〜0.
1％程度を加え、粗粒鋼あるいは介在物の軟質化が必要
な場合には、0.01％以下とする。これらのいずれの場合
もあるため、Alの含有量は特に規定しない。

上記成分により、パテンテイング時の強度を高めた素材
を、冷間圧延または、ローラーダイス引抜きをすること
により、延性の低下を来たすことなく、（１）式以上の
強度を有する超高張力鋼線を容易に製造することが可能
となる。

（実施例）鋼線材を鉛パテンテイング後酸洗し、スケールを除去し
た後、リン酸亜鉛被膜処理を施した。伸線時には伸線潤
滑剤を用いて、伸線し、冷間圧延およびローラーダイス
引抜き時には、圧延油で潤滑しながら、圧延又はローラ
ーダイス引抜きを行つた。

加工後の鋼線は、加工ままの状態および450℃で、45秒
間のブルーイング処理を施して、引張試験と捻回試験に
より材質評価を行つた。

第１表に各種鋼成分により製造した結果を示す。

No.1〜14は、Ｃ、Si、Mnを高めるか、或いはCr、Ｖ、Nb
を添加することにより、パテンテイング時の強度を、よ
り高めたものであるが、従来の伸線法では特に捻回値の
低下が大きく、十分な性能を得ることが出来なかつた。
しかし本発明の圧延又はローラーダイス法では、絞りお
よび捻回値が高く優れた延性が得られた。

第２表は圧延又はローラーダイスで加工後、孔ダイス伸
線を行つた結果であるが、本発明の40％以内の伸線加工
では、十分な延性が残存していることが判明した。

（発明の効果）本発明は以上のように特定の成分を有する鋼線材を、圧
延またはローラーダイスで冷間加工するか、あるいは該
加工後40％以内の伸線加工をすることにより、延性の劣
化なしに、超高張力鋼線を製造することを可能とした。
本発明により伸線および撚り線時の断線、成形時の加工
割れ、使用時の破壊を著しく減少せしめることができ
た。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で C:0.60/1.0％ Si:0.1/2.0％ Mn:0.1/2.0％を基本成分とする高炭素鋼線材を、冷間で圧延またはロ
ーラーダイス引抜きするか、または、冷間で圧延または
ローラーダイス引抜きを行ったあと、断面減少率40％以
下の孔ダイス伸線をすることにより、250−100logD（kg
/mm）（但し、Ｄは鋼線の直径、mm）以上の引張り強さ
となすことを特徴とする延性の優れた超高張力鋼線の製
造方法。
【請求項２】高炭素鋼線材が、C:0.85/1.0％、Si:0.1/
2.0％、Mn:0.1/2.0％を含み、残部鉄および不可避的不
純物からなる特許請求の範囲第１項記載の延性の優れた
超高張力鋼線の製造方法。
【請求項３】高炭素鋼線材が、C:0.60/1.0％、Si:0.35/
2.0％、Mn:0.1/2.0％を含み、残部鉄および不可避的不
純物からなる特許請求の範囲第１項記載の延性の優れた
超高張力鋼線の製造方法。
【請求項４】高炭素鋼線材が、C:60/1.0％、Si:0.1/2.0
％、Mn:0.1/2.0％を含み、さらに、Cr:0.1/1.0％、V:0.
002/0.5％、Nb:0.002/0.50％の１種以上を含み、残部鉄
および不可避的不純物からなる特許請求の範囲第１項記
載の延性の優れた超高張力鋼線の製造方法。