JP2010059548A - 冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼の製造方法を提供する。
【解決手段】規定の成分組成を満たす高強度鋼線材用鋼を製造するに際し、二次精錬後に使用する取鍋の内壁材としてアルミナ系のものを用い、鋼中Ｃ量：［Ｃ］（質量％）に応じ、以下の条件で操業する。（１）０．７％≦［Ｃ］＜０．８％の場合は、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を７．５ｋｇ／ｔ以下とし、（２）０．８％≦［Ｃ］＜０．９％の場合は、前回受鋼鋼種が［Ａｌ］≦０．０１５％である取鍋を使用し、かつ、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を１．５ｋｇ／ｔ以下とし、（３）０．９％≦［Ｃ］≦１．０％の場合は、受鋼初回の取鍋または前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用し、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を１．５ｋｇ／ｔ以下とし、かつ、二次精錬後のスラグ塩基度を１〜２とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼の製造方法に関するものであって、特に、自動車用タイヤ等に用いられる耐疲労特性に優れたスチールコード等の高強度極細鋼線（以下、冷間伸線前の線状鋼を「鋼線材」といい、冷間伸線後の線状鋼を「鋼線」という）を得るべく冷間伸線を行う際に、冷間伸線性が良好で断線の生じにくい高強度鋼線材とこの様な鋼線材を得るための高強度鋼線材用鋼、およびこれらを製造するのに有用な方法に関するものである。

例えば自動車用タイヤコードとして使用される高強度極細鋼線は、鋼線材を最終的に０．５ｍｍ程度の極細径にまで伸線して得られるが、冷間伸線に用いる鋼線材中にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、ジルコン（ＺｒＯ_２・ＳｉＯ_２）、シリカ（ＳｉＯ_２）等といった非金属介在物（以下、単に「介在物」ということがある）が存在すると、これらを起点として冷間伸線中に断線するといった問題がある。

この様な介在物を起点とした冷間伸線時の断線を防止すべく、介在物の組成や鋼材断面に現れる割合を規定することが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２や特許文献３）。

そしてこの様な規定を達成するため、製造過程で生成ないし混入し得る硬質介在物を極力排除したり、硬質介在物を軟質化させて割れの起点とならないよう介在物を無害化することが行われている。

介在物の軟質化を図る具体的な方法としては、例えば、精錬時にスラグの組成をコントロールしたり、ＣａまたはＭｇ等を溶鋼に添加して脱酸過程で生ずる介在物を融点の低いものに変化させ、冷間伸線時に延伸し易くしたり微細化し易いものに改質する方法が提案されている。

ところでこれらの方法では、介在物の評価を、鋼断面に現れる介在物の組成や個数で行っている。鋼中に数多く存在する軟質介在物を評価する場合、ある程度の鋼断面を観察すれば鋼全体の平均的なデータとみなすことができる。しかし、取鍋内壁を構成する耐火物等から不可避的に混入するアルミナやスピネル等の硬質介在物は、鋼中に僅かしか存在せず断面観察ではほとんど観察されないため、断面観察の結果を、鋼全体の介在物組成を示すデータとみなすことはできない。

そこで、一定量の鋼材を酸溶解して不溶性のアルミナを抽出し、鋼材５０ｇ中のアルミナ個数によって冷間加工性を評価することが提案されている（例えば、特許文献４）。

しかし上記スチールコード等に適用するため、冷間伸線工程で最終線径が約０．２ｍｍ以下といった極細径にまで強加工を施す場合、アルミナやスピネル等の硬質なアルミナ系介在物のみを低減しただけでは、断線頻度はほとんど減少せず冷間伸線性を十分に改善することができない。

特公平６−７４４８４号公報 特公平６−７４４８５号公報 特開昭６２−９９４３７号公報 特開平９−１２５２００号公報

本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、特に冷間伸線時の断線原因となり易い介在物の生成を抑制し、冷間伸線性の改善された高強度鋼線材とこの様な鋼線材を得るための高強度鋼線材用鋼、および該鋼と鋼線材を得るのに有用な製造方法を提供することにある。

本発明に係る冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼の製造方法は、質量％で（以下、化学成分について同じ）、
Ｃ ：０．７〜１．０％、
Ｓｉ：０．１〜０．４％、
Ｍｎ：０．２〜０．６％、
Ａｌ：０．００３％以下（０％を含む）
を満たす高強度鋼線材用鋼を製造するに際し、
二次精錬に使用する取鍋の内張材としてアルミナ系のもの（アルミナが約９０質量％以上のもの）を用い、前記鋼の炭素含有量：［Ｃ］（質量％）に応じて、以下の条件で操業するところに特徴を有する。

（１）０．７％≦［Ｃ］＜０．８％の場合は、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を７．５ｋｇ／ｔ以下とし、
（２）０．８％≦［Ｃ］＜０．９％の場合は、
前回受鋼鋼種がＡｌ含有量：０．０１５％以下である取鍋を使用し、
かつ、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を１．５ｋｇ／ｔ以下とし、
（３）０．９％≦［Ｃ］≦１．０％の場合は、
受鋼初回の取鍋または前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用し、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を１．５ｋｇ／ｔ以下とし、かつ、
二次精錬後のスラグ塩基度を１〜２とする。

尚、上記二次精錬とは、予め粗精錬された溶鋼を別の簡便な精錬装置（例えば取鍋）に導き、該精錬装置で脱酸等の精錬を行い、より清浄度を高める工程をいう。

本発明は、このようにして製造される鋼を線状に加工して得られる点に特徴がある冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼の製造方法も規定するものである。

本発明は以上のように構成されており、冷間伸線性に優れた高強度鋼線材および該鋼線材を得るための高強度鋼線材用鋼とこれらの製造方法を提供する。本発明の高強度鋼線材を冷間伸線に用いれば、冷間伸線時の断線発生が極めて少なくなるので、例えば自動車用タイヤに用いられるスチールコード等に適用できる鋼線を高い歩留まりで効率よく製造することができる。

冷間伸線時に生じた鋼線材の断線破面に見られる介在物の種類を示したグラフである。 介在物個数と断線指数の関係を鋼中Ｃ量別に示したグラフである。 酸溶解量と介在物の抽出個数の関係を調べたグラフである。 二次精錬後のスラグ中アルミナ濃度とアルミナ系介在物個数との関係を調べたグラフである。 二次精錬前のスラグ量と二次精錬後のスラグ中アルミナ濃度との関係を調べたグラフである。 前回受鋼鋼種のＡｌ濃度とアルミナ系介在物個数との関係を調べたグラフである。 二次精錬後のスラグ塩基度とアルミナ系介在物個数の関係を調べたグラフである。 二次精錬後のスラグ塩基度とＣａＯ含有介在物個数の関係を調べたグラフである。

本発明者らは、前述した様な状況の下、強度の冷間伸線加工を施した場合でも断線の生じにくい鋼線材を得るため様々な角度から検討を行った。

まず本発明者らは、冷間伸線時に破断した多数の鋼線材を回収し、その断線破面に現れた個々の非金属介在物の組成等を調べた。表１および表２に、断線破面に現れた介在物の組成、該介在物の長径、および該介在物の種類（分類）を示す。また、表１および表２に示す断線破面に現れた介在物を分類した円グラフを図１に示す。

尚、表１および表２に示す通り、冷間伸線時の破断で生じた破断面に、２０μｍ未満の介在物を起点とする亀裂等は見られなかったので、本発明では、長径が２０μｍ以上の介在物を制御することとした。

表１、表２および図１から、断線破面に現れた介在物には、アルミナやスピネルといった硬質のアルミナ系介在物（以下、アルミナやスピネルを単に「アルミナ系介在物」と総称することがある）の他、ジルコニアやジルコン等のジルコニア系介在物（以下、ジルコニアやジルコンを「ジルコニア系介在物」と総称することがある）も含まれており、図１から、断線破面に現れる介在物はアルミナ系介在物とジルコニア系介在物とで９５個数％以上占めていることがわかる。

即ち、冷間伸線時の断線を極力低減するには、アルミナ系介在物のみを抑制したのでは不十分であり、断線頻度のより小さい冷間伸線性に優れた高強度鋼線材を得るには、アルミナ系介在物とともにジルコニア系介在物も抑制しなければならないのである。

また、表１および表２に示す介在物組成を詳細に解析すると、
（ａ）破断面に現れた介在物がジルコニア（ＺｒＯ_２）である場合は、該ＺｒＯ_２が７０質量％以上を占めており、
（ｂ）破断面に現れた介在物がジルコン（ＺｒＯ_２・ＳｉＯ_２）である場合には、ＺｒＯ_２：５０質量％以上かつＳｉＯ_２：２０質量％以上を占めており、
（ｃ）破断面に現れた介在物がアルミナ系介在物（Ａｌ_２Ｏ_３、スピネル）である場合には、Ａｌ_２Ｏ_３が７０質量％以上を占めていることがわかる。

従って、鋼線材の冷間伸線性を向上させる手段としては、例えば、長径２０μｍ以上の介在物組成をＺｒＯ_２：７０質量％未満としたりすること等が考えられる。しかし、これらの組成を有する介在物は、耐火物や取鍋に付着したスラグに起因するところが大きく、実用的規模で実施する際に精錬条件等を変更したとしても、介在物組成を変えることは極めて困難である。

そこで本発明者らは、鋼中に存在する長径２０μｍ以上の介在物の組成が上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかに該当する場合であっても、冷間伸線性に優れた高強度鋼線材および該鋼線材の製造に用いる鋼を得るべく様々な方法について検討した。

その結果、追って詳述する本発明の方法を採用し、長径２０μｍ以上の上記組成の介在物の個数を下記の通り制御すればよいことを見出した。
Ｘ≦０．２１×［Ｃ］^{−１．３４} …（１）
｛式中、Ｘは、介在物組成が上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかである長径２０μｍ以上の介在物の、鋼５０ｇ当たりの合計個数を示し、［Ｃ］は鋼中Ｃ量（質量％）を示す｝
この様に介在物個数を制御する理由について以下に説明する。

まず、Ｃ量が約０．７％、約０．８％、約１．０％の鋼線材に冷間伸線を施して、断線指数と長径２０μｍ以上のアルミナ、スピネル、ジルコニアおよびジルコンの合計個数との関係を調べた。図２に、上記断線指数と上記介在物合計個数との関係をＣ量別に示す。図２には、断線指数の許容上限値が２０（冷間伸線性を高レベルに維持できる状態）であることを併せて示している。

尚、上記「断線指数」とは、以下の加工を行ったときの鋼線材１０トン当たりの湿式伸線の断線回数をいう。

熱間圧延後の鋼線材（直径：５．５ｍｍ）を用い、１次伸線（直径２．５ｍｍまで伸線）→ 熱処理（空気パテンティング処理）→ 二次伸線（直径０．８ｍｍまで伸線）→ 熱処理（鉛パテンティング処理）およびブラスメッキ処理 → 湿式伸線（直径０．１５ｍｍまで伸線）。

図２より、断線指数を許容上限値以下とするには、Ｃ量に応じて介在物個数の許容量上限を把握する必要があり、例えば、Ｃ量が約０．７％の場合には、上記介在物を約０．３１個／（鋼５０ｇ）以下、Ｃ量が約０．８％の場合には、上記介在物を約０．２６個／（鋼５０ｇ）以下、Ｃ量が約１．０％の場合には、上記介在物を約０．２１個／（鋼５０ｇ）以下にすべきであることがわかる。

そこで本発明者らは、製造する高強度鋼線材のＣ量に応じて、２０μｍ以上の上記介在物個数の許容量上限を把握するため、前記図２の結果から式（１）を導き出した。
Ｘ≦０．２１×［Ｃ］^{−１．３４} …（１）
｛式中、Ｘは、介在物組成が上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかである長径２０μｍ以上の介在物の鋼５０ｇ当たりの合計個数を示し、［Ｃ］は鋼中Ｃ量（質量％）を示す｝

冷間伸線性が一段と優れた鋼線材を得るには、前記図２に示す断線指数が１５以下であることが好ましく、この様に断線指数を１５以下とするには、上記式（１）のＸが（０．１５８×［Ｃ］^{−１．３４}）以下となるよう、Ｃ含有量に応じて介在物個数を低減することが望ましい。

尚、この様に介在物の組成やサイズを制御するにあたり、本発明では下記の評価方法を採用する。

本発明では、鋼中のアルミナ系介在物およびジルコニア系介在物の個数を、鋼材を酸溶解することによって抽出される酸不溶性の介在物で評価する。上述した通り、アルミナ等の硬質介在物は、鋼中に僅かしか存在せず断面観察ではほとんど観察されないため、断面観察の結果では鋼全体の介在物組成等を正確に評価できないからである。

ところで鋼中介在物のうちアルミナ系介在物は、酸溶解法でほぼ確実に抽出できることが知られているが、ジルコニアやジルコン等のジルコニア系介在物は酸溶解で抽出できるか不明である。そこで、まず対象介在物であるジルコン、ジルコニア、アルミナおよびスピネルが、鋼材を酸溶解することで確実に抽出できるかどうかの確認実験を行った。

実験は次の様にして行った。即ち、粒度１０〜５０μｍに分級した酸化物粉末（ジルコン、ジルコニア、アルミナ、スピネル）を、各０．１ｇずつ計りとり、９０℃の温硝酸溶液に入れて５時間後の重量変化を調べた。その結果を表１に示す。

尚、前記ジルコン粉末、ジルコニア粉末およびアルミナ粉末としては、工業用耐火物原料粉末を用いた。またスピネル粉末としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯおよびＭｎＯ試薬を用いて合成したものを粉砕して使用した。

表３より、ジルコンとジルコニアも、アルミナやスピネルといったアルミナ系介在物と同様、酸にほとんど溶けないことが分かる。

従って、鋼中に存在するジルコニア系介在物は、鋼材を酸溶解したのちアルミナ系介在物とともに酸不溶物として溶液中に残存し、該溶液を濾過すれば残渣として取得できる。従って、この残渣（介在物）の組成分析と個数計測を行えば、アルミナ系介在物とともにジルコニア系介在物についても定量評価を行うことができる。

本発明は、上記酸溶解に供する鋼材量まで規定するものではないが、鋼材量は多い方が好ましい。その理由は、上述した通り、鋼中に含まれるアルミナ系介在物やジルコニア系介在物の量は僅かであるため、酸溶解に供する鋼材量が少なすぎると、分析結果が鋼材全体の介在物組成を示すものとは言い難くなるからである。

図３は、チャージＮｏ．（Ａ１〜Ａ５およびＢ１〜Ｂ３）別のアルミナ系介在物量の異なる鋼線材を用い、酸溶解に供する鋼材量を２００〜３０００ｇの範囲で変化させたときの、鋼線材１００ｇあたりの長径２０μｍ以上のアルミナ系介在物の個数を調べた結果を示している。

この図３より、鋼線１００ｇあたりに存在する長径２０μｍ以上のアルミナ系介在物の個数は、酸溶解に供した鋼材量（酸溶解量）が約１００〜１０００ｇでは介在物個数にかなりのバラツキが見られるが、約１５００ｇ以上になるとほぼ一定の値を示すことがわかる。従って、酸溶解には１５００ｇ以上の鋼材を用いることが好ましく、より好ましくは２０００ｇ以上用いるのがよい。

上記酸分解には、用いる酸溶液等について一般的な方法・条件を採用することができる。また本発明では、上記の通り鋼材試料を酸溶解して抽出される介在物の組成とサイズを電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｐｒｏｂｅ ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｚｅｒ）によって測定するのがよい。

次に本発明で成分組成を規定した理由を説明する。

Ｃ：０．７〜１．０％
Ｃは鋼の強度の向上に有効な元素であり、０．７％以上含有させるのがよい。しかしＣ含有量が増加すると、中心偏析が生じやすくなって冷間加工性が損なわれるので、１．０％以下に抑える。

Ｓｉ：０．１〜０．４％
Ｓｉは脱酸作用を有する元素であり、この様な作用を有効に発揮させるには、０．１％以上含有させるのがよい。しかしＳｉ量が過剰になると、脱酸生成物としてＳｉＯ_２量が多量に生成し冷間加工性が低下するので０．４％以下にするのがよい。

Ｍｎ：０．２〜０．６％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸作用を有するとともに介在物制御作用も有しており、これらの作用を有効に発揮させるには０．２％以上とするのがよい。但し、Ｍｎ量が過剰になると、鋼材が脆化して冷間加工性が低下するため０．６％以下にするのがよい。

Ａｌ：０．００３％以下（０％を含む）
Ａｌが過剰に存在すると、アルミナやスピネル等の非延性介在物が多量に生成して伸線時に断線が生じ易くなる。従って、Ａｌ量は０．００３％以下に抑える必要がある。

またＮｉやＣｕ、Ｃｒを添加して、以下の特性を付与することも有効である。

Ｎｉ：０．０１〜１．０％
Ｎｉは、鋼線の強度上昇への寄与は少ないが、鋼線の靭性を高めるのに有効な元素である。この様な効果を十分に発揮させるには、Ｎｉを０．０１％以上含有させることが好ましい。しかし過剰に含有させても、その効果は飽和し製造コストの増加につながるので、１．０％以下に抑えることが好ましい。

Ｃｕ：０．０１〜１．０％および／または
Ｃｒ：０．０１〜１．５％
Ｃｕは、析出硬化作用を発揮して鋼線の高強度化に寄与する元素である。この様な効果を有効に発揮させるには、０．０１％以上含有させることが好ましい。しかしながら過剰に添加すると、結晶粒界に偏析し、鋼材の熱間圧延工程で割れやキズを発生させる原因になるので、１．０％以下の範囲内で含有させるのがよい。

Ｃｒは、冷間伸線時の加工硬化を促進する作用があり、比較的低い加工率で冷間伸線した場合でも高強度鋼線が得られ易い。しかも、Ｃｒは鋼の耐食性を高める作用も有しているので、タイヤのゴム補強材等として用いる場合に鋼線の腐食を有効に抑制する。この様な効果を発揮させるには、０．０１％以上含有させることが好ましい。しかしながら過剰に多量させると、パーライト変態に対する焼き入れ性が高くなってパテンティング処理が困難となる他、二次スケールの緻密化が促進されて、メカニカルデスケーリングや酸洗で該スケールを除去し難くなるので、Ｃｒ量は１．５％以下に抑えるのが好ましい。

本発明で規定する元素は上記の通りであり、残部成分は実質的にＦｅであるが、該鋼中に微量の不可避不純物の含有が許容されるのは勿論のこと、前記本発明の作用に悪影響を与えない範囲で、更に他の元素を積極的に含有させた鋼を使用することも可能である。

次に本発明で製造方法を規定した理由について述べる。前記式（１）に示す通り、Ｃ量に応じて制御すべき介在物個数は異なるので、高強度鋼線材用鋼の製造方法もＣ量別に定める必要がある。そこで本発明者らは、前記介在物の個数が、前記式（１）を満足する高強度鋼線材用鋼および高強度鋼線材を製造するための方法について検討を行った。その結果、下記（ｉ）（ｉｉ）の要件を満たすようにすることが有用であることをつきとめた。
（ｉ）二次精錬後に使用する取鍋の内壁材としてアルミナ系のもの（アルミナが約９０質量％以上のもの）を用いること。
（ｉｉ）鋼の炭素含有量：［Ｃ］（質量％）に応じ、以下の条件で操業すること。

（１）０．７％≦［Ｃ］＜０．８％の場合は、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を７．５ｋｇ／ｔ以下とする。

（２）０．８％≦［Ｃ］＜０．９％の場合は、
前回受鋼鋼種がＡｌ含有量：０．０１５質量％以下である取鍋を使用し、
かつ、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を１．５ｋｇ／ｔ以下とする。

（３）０．９％≦［Ｃ］≦１．０％の場合は、
受鋼初回の取鍋または前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用し、
二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を１．５ｋｇ／ｔ以下とし、かつ、
二次精錬後のスラグ塩基度を１〜２とする。

以下、上記製造方法を規定した理由について述べる。
（ｉ）まず、本発明の高強度鋼線材用鋼を製造するにあたっては、二次精錬に使用する取鍋の内張材としてアルミナ系のもの（アルミナが約９０質量％以上を占めるもの）を用いる必要がある。Ｚｒを含む取鍋を用いた場合、精錬等を行う際に、取鍋の内壁材を構成するジルコニアやジルコンといった化合物が溶鋼に混入しやすく、溶鋼にこれらが混入するとそのままジルコニア系介在物として存在するためである。

尚、本発明では、アルミナ系介在物も極力抑制すべきであり、アルミナ系の内壁材を取鍋に用いた場合には、アルミナ系介在物としての混入が懸念される。しかし、アルミナ製の取鍋内壁材を使用しても、後記する実施例で明らかにする通り、アルミナ系介在物の生成は十分に抑制できるので、取鍋内壁材としてアルミナ系のものを用いても差し支えない。

また本発明は、取鍋以外のタンディッシュやタンディッシュノズル等の設備の材質まで特定するものではないが、アルミナ系介在物の混入を防止するには、タンディッシュにシリカ系の材質のもの、タンティッシュノズルにジルコニア系の材質のものを用いることが望ましい。

（ｉｉ）本発明では、二次精錬に使用する取鍋の内壁材にアルミナ系のものを用いることに加え、鋼の炭素含有量：［Ｃ］（質量％）に応じて、以下の条件で操業する必要がある。

（１）０．７％≦［Ｃ］＜０．８％の場合
Ｃ量が上記範囲内にある場合、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を７．５ｋｇ／ｔ以下に減少させるのがよい。この様にスラグ量を低減するのは次の理由による。

即ち、Ｃ量が上記範囲内にある場合に、上記介在物個数Ｘを規定範囲内に抑えるには、アルミナ系介在物の個数を約０．２個／鋼５０ｇ以下に抑えておくことが有効であり、この様に、アルミナ系介在物個数を抑制するには、図４に示すとおり、二次精錬後のスラグ中のアルミナ濃度を約１２％以下に抑えるのがよい。

そしてこの様に二次精錬後のスラグ中のアルミナ濃度を約１２質量％以下に抑えるには、二次精錬後のスラグ中アルミナ濃度と二次精錬前のスラグ量との関係を示した図５から分かる通り、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を７．５ｋｇ／ｔ以下に減少させるのが大変有効だからである。

該スラグ中のアルミナ濃度が約１２％を超えると、スラグ中のアルミナが鋼中に巻き込まれ易くなり、アルミナ系介在物の量が増加しやすくなる。

アルミナ系介在物の発生量をより抑制して上記介在物個数Ｘを更に低減するには、上記スラグ中のアルミナ濃度を１０％以下に抑えることが好ましく、そのためには、図５から二次精錬前のスラグ量を４．５ｋｇ／ｔ以下とすることが好ましいことがわかる。

（２）０．８％≦［Ｃ］＜０．９％の場合
前記図２に示される通り、Ｃ量が増加するにつれて、優れた冷間伸線性を確保するため介在物個数をより低減しなければならない。従って、Ｃ量が上記範囲にある場合には、使用する取鍋の前回受鋼鋼種を規定し、介在物の混入をより一層抑制する必要がある。

Ｃ量が上記範囲にある場合、取鍋として、前回受鋼鋼種がＡｌ含有量：０．０１５％以下のものを使用する。図６は、取鍋の前回受講鋼種のＡｌ濃度が該取鍋を使用して同一鋼種を受鋼したときに生ずるアルミナ系介在物個数に及ぼす影響を調べたものであるが、この図６に示されるように、前回受鋼鋼種がＡｌ含有量の高いものであると、生成したアルミナが取鍋に残留したままとなり、次に受鋼した時にアルミナ系介在物として鋼中に混入し易くなる。好ましくは、前回受鋼鋼種がＡｌ含有量：０．０１％以下である取鍋を使用するのがよい。

またＣ量が上記範囲にある場合、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を１．５ｋｇ／ｔ以下とするのがよい。

即ち、Ｃ量が上記範囲内にある場合に上記介在物個数Ｘを規定範囲内に抑えるには、アルミナ系介在物個数を約０．１個／鋼５０ｇ以下に抑えておくことが有効であり、この様に、アルミナ系介在物個数を抑制するには、前記図４に示すとおり、二次精錬後のスラグ中のアルミナ濃度を約８％以下に抑えるのがよい。

そしてこの様に二次精錬後のスラグ中のアルミナ濃度を約８％以下に抑えるには、二次精錬後のスラグ中アルミナ濃度と発生するアルミナ系介在物の個数の関係を示した前記図５から分かる通り、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を１．５ｋｇ／ｔ以下に減少させるのが大変有効だからである。

上記スラグ中のアルミナ濃度は約７．４％以下に抑えることが好ましく、そのためには、二次精錬前のスラグ量を０．５ｋｇ／ｔ以下とすることが好ましい。

（３）０．９％≦［Ｃ］≦１．０％の場合
前記図２に示される通り、Ｃ量が上記範囲にある場合には、前記（１）、（２）の場合よりも更に介在物個数を低減させる必要がある。従って、製造は下記条件で行う必要がある。

まず、前記（２）の場合と同様に、取鍋の前回受鋼鋼種について規定するが、この場合は、受鋼初回の取鍋または前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用する必要がある。尚「受鋼初回の取鍋」とは、使用後の取鍋を冷却し、オフラインで取鍋耐火物を更新あるいは補修して、付着スラグや地金等が内壁にほとんど付着していない状態の取鍋をいう。

即ち、上記Ｃ量の場合には、この様に受鋼初回である取鍋を用いるか、前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用することで、アルミナ系介在物の発生を効果的に抑制することができる。

また、Ｃ量が上記範囲にある場合には、二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を１．５ｋｇ／ｔ以下とする必要がある。この様にスラグ量を低減するのは、Ｃ量が０．８％≦［Ｃ］＜０．９％である場合と同様に、二次精錬後のスラグ中のアルミナ濃度を約８％以下にコントロールするためである。該スラグ中のアルミナ濃度が約８％を超えると、前述した如くスラグ中のアルミナが鋼中に巻き込まれ易く、アルミナ介在物が生成しやすくなる。尚、上記スラグ中のアルミナ濃度は約７．４％以下に抑えることが好ましく、そのためには、二次精錬前のスラグ量を０．５ｋｇ／ｔ以下に抑えることが好ましい。

更にＣ量が上記範囲内にある場合は、二次精錬後のスラグ塩基度を１〜２とする必要がある。

図７は、二次精錬後のスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）と鋼材５０ｇ中の長径２０μｍ以上のアルミナ系介在物の関係を示したものである。この図７から、アルミナ系介在物を低減するには、該塩基度を１以上にすることが効果的であることがわかる。

一方、図８は、二次精錬後のスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）とＣａＯ含有介在物個数の関係を示したものである。この図８から、スラグ系介在物であるＣａＯ含有介在物を低減するには、前記塩基度を２以下に抑えることが有効であることがわかる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、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。

実施例
溶銑を２４０トン転炉で一次精錬し、これを取鍋に受鋼したのち、取鍋加熱精錬設備で二次精錬を行って成分調整をした。

後述する表４のＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５、およびＣ１〜Ｃ５（本発明の製造方法で行った実施例）は、下記の方法で鋼を溶製した。また、表４のＮｏ．ＡＡ１〜ＡＡ５、Ｎｏ．ＢＢ１〜ＢＢ５およびＮｏ．ＣＣ１〜ＣＣ５は、後述する通り、本発明の規定を外れる条件で鋼を溶製した。

取鍋の内張り耐火物には、ジルコニア系介在物の不可避的混入を極力避けるためアルミナ系のものを用いた。取鍋スライドバルブ、タンディッシュ本体、タンディッシュスライドバルブ等には、該設備等からアルミナ等が混入すると、そのままアルミナやスピネルといった硬質のアルミナ系介在物となりうるので、ジルコニア系耐火物を使用した。

そして鋼中炭素量：［Ｃ］が０．７％≦［Ｃ］＜０．８％の場合には、前記二次精錬前に、スラグ厚を測定し、スラグ密度：３０００ｋｇ／ｍ^３としてスラグ量を求め、スラグ量が７．５ｋｇ／ｔ以下となるようスラグを除去（除滓）した。

また鋼中炭素量：［Ｃ］が０．８％≦［Ｃ］＜０．９％の場合には、前記二次精錬前に、スラグ量が１．５ｋｇ／ｔ以下となるよう除滓し、かつ取鍋として前回受鋼鋼種がＡｌ含有量：０．０１５％以下のものを用いた。

鋼中炭素量：［Ｃ］が０．９％≦［Ｃ］≦１．０％の場合には、二次精錬前に、スラグ量が１．５ｋｇ／ｔ以下となるよう除滓してスラグ厚を薄くし、かつ受鋼鋼種が初回から同一である取鍋を用いた。

更に［Ｃ］が０．９％≦［Ｃ］≦１．０％の場合、取鍋として、前回の受鋼に おいて二次精錬後のスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）を１〜２に調製して取鍋精錬を行ったものを用いた。

この様にスラグ塩基度を調整することで、取鍋内張りのアルミナ耐火物とスラグ中のＣａＯおよびＳｉＯ_２が反応し、溶鋼と接触する耐火物表面に精錬スラグとの反応層が形成され、アルミナ製耐火物表面の純粋なＡｌ_２Ｏ_３が、断線の原因となり難いＡｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系の複合酸化物にかわる。従って、不可避的に混入するアルミナやスピネルといった硬質のアルミナ系介在物を低減でき、また仮にＡｌ_２Ｏ_３が混入した場合でもその混入量はごく少量で、Ａｌ_２Ｏ_３の割合が７０質量％未満と断線の生じ難い介在物組成とすることができる。

この様な取鍋を用いて行う二次精錬も、二次精錬後のスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が１〜２となるよう調製して取鍋精錬を行い、アルミナ系内張耐火物からのアルミナやスピネルといった硬質のアルミナ系介在物の発生を抑制した。

こうして得られた溶鋼を鋳造、更には鍛造を行って、直径３〜１０ｍｍの鋼線材を得た。この鋼線材から介在物組成分析用に１５００ｇの試料を切り出し、該試料を酸溶解して介在物を抽出し、ＥＰＭＡで介在物の組成分析を行った。

酸溶解による介在物の抽出および介在物の組成分析は次のようにして行った。まず、純水、硝酸（濃度６０％）および硫酸（濃度９６％）を５５：２５：１（体積比）の割合で混合した酸溶液をビーカに調製し、これに鋼線材試料を入れた。次に試料を入れたビーカを加熱し、溶液温度を９０〜９５℃に保持しながら鋼線材のマトリックスを溶解した。そして、溶解後に篩目が１０μｍのフィルターで濾過を行った。

フィルター上に残った介在物のうち、長径２０μｍ以上である介在物の組成分析およびその個数計測を行った。これらの介在物測定には、ＥＰＭＡ装置（島津製作所製ＥＰＭＡ−８７０５）を用い、設定条件を、
加速電圧：２０ｋＶ、
試料電流：０．０１μＡ、
ビーム径：を直径３μｍ、
Ｘ線：Ｋα線
とし、特性Ｘ線の波長分散分光法で長径２０μｍ以上の介在物の中央部分を定量評価した。

定量対象元素は、Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｒ，Ｏ（酸素）とした。定量に際しては、これらの元素濃度が既知の物質を上記方法で測定し、Ｘ線強度と元素濃度との関係を検量線として予め作成し、該検量線を用いて試料測定時のＸ線強度から各元素濃度を求めた。

そして上記各元素がＡｌ_２Ｏ_３，ＭｎＯ，ＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＺｒＯ_２を構成すると仮定し、上記ＥＰＭＡで求めた各元素濃度から、各介在物のＡｌ_２Ｏ_３，ＭｎＯ，ＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＣａＯまたはＺｒＯ_２の組成（質量％）を算出した。

該組成から、ＺｒＯ_２：７０質量％以上のものをジルコニア（ＺｒＯ_２）、ＺｒＯ_２：５０質量％以上かつＳｉＯ_２：２０質量％以上のものをジルコン（ＺｒＯ_２・ＳｉＯ_２）であるとし、これらをジルコニア系介在物として個数を測定した。また、Ａｌ_２Ｏ_３が７０質量％以上のものをアルミナ系介在物（Ａｌ_２Ｏ_３またはスピネル）として個数を測定した。

尚、上記濾過時には、酸に不溶のＳｉＯ_２系介在物もフィルター上に多数存在するが、本発明では、ＳｉＯ_２系介在物単体は本発明の制御対象でなく、上記の通りＺｒＯ_２、またはＺｒＯ_２とともに検出されるＳｉＯ_２、またはＡｌ_２Ｏ_３を制御対象とする。

表４に、介在物の酸溶解抽出に供した鋼線材成分組成、鋼線材中のジルコニア系介在物（ジルコニア、ジルコン）の個数、アルミナ系介在物（アルミナ、スピネル）の個数、および、それぞれの鋼線材を冷間伸線したときの断線指数を示す。尚、前記断線指数とは、上述の通り、以下の加工を行ったときの鋼線材１０トン当たりの断線回数をいう。

熱間圧延後の鋼線材（直径：５．５ｍｍ）を用い、１次伸線（直径２．５ｍｍまで伸線）→ 熱処理（空気パテンティング処理）→ 二次伸線（直径０．８ｍｍまで伸線）→ 熱処理（鉛パテンティング処理）およびブラスメッキ処理 → 湿式伸線（直径０．１５ｍｍまで伸線）。

表４から次のように考察できる。Ｎｏ．Ａ１〜Ａ５は、炭素量が約０．７％の鋼材を用い、Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ５は、炭素量が約０．８％の鋼材を用い、Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ５は、炭素量が約１．０％の鋼材を用いて、いずれも本発明で規定する方法で製造したものである。

これらの結果から、本発明の規定要件を満たす方法で製造すれば、硬質のアルミナ系介在物やジルコニア系介在物の個数が非常に少なく、断線指数が２０以下と冷間伸線性に優れた高強度鋼線材が得られることがわかる。

これらに対し、Ｎｏ．ＡＡ１〜ＡＡ５は炭素量が約０．７％の鋼材を用い、Ｎｏ．ＢＢ１〜ＢＢ５は炭素量が約０．８％の鋼材を用い、またＮｏ．ＣＣ１〜ＣＣ５は炭素量が約１．０％の鋼材を用いたものであるが、いずれも本発明の規定要件を欠く例である。従って、アルミナ系介在物個数またはジルコニア系介在物の個数が本発明で規定する上限を超えており、いずれも断線指数が２０を超えて高く冷間伸線性に劣っていることが分かる。

即ち、Ｎｏ．ＡＡ１〜ＡＡ５は、いずれも二次精錬前のスラグ量が７．５ｋｇ／ｔを超えたため、介在物個数が規定上限を超えている。また、Ｎｏ．ＢＢ１およびＮｏ．ＢＢ２は前回受鋼鋼種がＡｌ量：０．０１５％超である取鍋を用い、Ｎｏ．ＢＢ３およびＢＢ４は二次精錬前のスラグ量が１．５ｋｇ／ｔを超えたため、またＮｏ．ＢＢ５は前回受鋼鋼種がＡｌ量：０．０１５％超である取鍋を用い、かつ二次精錬前のスラグ量が１．５ｋｇ／ｔを超えたため、いずれについても、特にアルミナ系介在物が多量に生じて介在物個数が規定上限を超えている。

Ｎｏ．ＣＣ１およびＮｏ．ＣＣ２は、二次精錬後のスラグ塩基度が１未満であるため、アルミナ介在物個数が過剰となり、介在物個数が規定範囲を超える結果となった。またＮｏ．ＣＣ３およびＣＣ４は、前回受鋼鋼種がＡｌ濃度の高い異鋼種である取鍋を用いたため、またＮｏ．ＣＣ５は、二次精錬前のスラグ量が１．５ｋｇ／ｔを超えたため、いずれについても、アルミナ系介在物やジルコニア系介在物が多量に生じて介在物個数が規定範囲を超える結果となった。

Claims (1)

1. 質量％で（以下、化学成分について同じ）、
   Ｃ ：０．７〜１．０％、
   Ｓｉ：０．１〜０．４％、
   Ｍｎ：０．２〜０．６％、
   Ａｌ：０．００３％以下（０％を含む）
   を満たす高強度鋼線材用鋼を製造するに際し、
   二次精錬に使用する取鍋の内張材としてアルミナ系のものを用い、前記鋼の炭素含有量：［Ｃ］（質量％）に応じて、以下の条件で操業することを特徴とする冷間伸線性に優れた高強度鋼線材用鋼の製造方法。
   （１）０．７％≦［Ｃ］＜０．８％の場合は、
   二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を７．５ｋｇ／ｔ以下とし、
   （２）０．８％≦［Ｃ］＜０．９％の場合は、
   前回受鋼鋼種がＡｌ含有量：０．０１５％以下である取鍋を使用し、かつ、
   二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を１．５ｋｇ／ｔ以下とし、
   （３）０．９％≦［Ｃ］≦１．０％の場合は、
   受鋼初回の取鍋または前回受鋼鋼種が同鋼種である取鍋を使用し、
   二次精錬前に除滓を実施してスラグ量を１．５ｋｇ／ｔ以下とし、かつ、
   二次精錬後のスラグ塩基度を１〜２とする。