JP2012097300A - 伸線加工性に優れた高炭素鋼線材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の高炭素鋼線材は、C:0.6〜1.5%、Si:0.1〜1.5%、Mn:0.1〜1.5%、P:0.02%以下(0%を含まない)、S:0.02%以下(0%を含まない)、Ti:0.03〜0.12%、B:0.001〜0.01%、N:0.001〜0.005%を夫々含有すると共に、固溶Bが0.0002%以上、固溶Nが0.0010%以下であり、残部が鉄および不可避的不純物からなり、且つ所定の関係式を満足するものである。
【選択図】図1
Description
[sol.Ti]=[Ti]−[Ti with N]−[Ti with C]−[Ti with S]≧0.002(質量%) …(1)
[Ti with C]≧0.020(質量%) …(2)
但し、[sol.Ti]:鋼中に固溶しているTiの量(質量%)
[Ti]:全Tiの量(質量%)
[Ti with N]:窒化物を形成するTiの量(質量%)
[Ti with C]:炭化物を形成するTiの量(質量%)
[Ti with S]:硫化物を形成するTiの量(質量%)
を夫々示す。
[sol.Ti]=[Ti]−[Ti with N]−[Ti with C]−[Ti with S]≧0.002(質量%) …(1)
[Ti with C]≧0.020(質量%) …(2)
但し、[sol.Ti]:鋼中に固溶しているTi量(質量%)
[Ti]:全Tiの量(質量%)
[Ti with N]:窒化物を形成するTi量(質量%)
[Ti with C]:炭化部物を形成するTi量(質量%)
[Ti with S]:硫化物を形成するTi量(質量%)
を夫々示す。
Cは、経済的且つ有効な強化元素であり、Cの含有量の増加に伴って伸線時の加工硬化量、伸線後の強度が増大する。C含有量が0.6%未満になると、伸線加工硬化に優れたパーライト組織を得ることが困難となる。従ってC含有量は0.6%以上(好ましくは0.65%以上、より好ましくは0.7%以上)とした。一方、C含有量が過剰になると、オーステナイト粒界にネット状の初析セメンタイトが生成して伸線加工時に断線が発生しやすくなるだけでなく、最終伸線後における線材の靱性・延性が著しく劣化する。こうしたことから、C含有量は1.5%以下(好ましくは1.4%以下、より好ましくは1.3%以下)とした。
Siは鋼の脱酸のために必要な元素である。またパーライト組織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効果も発揮する。Siの含有量が0.1%未満と少ない場合には、脱酸効果や強度向上効果が不十分となるため、下限は0.1%(好ましくは0.15%以上、より好ましくは0.2%以上)とする。一方、Siの含有量が過剰になると、前記パーライト組織中のフェライト相の延性を低下させ、伸線後の鋼線の延性を低下させるため、その上限を1.5%(好ましくは1.4%以下、より好ましくは1.3%以下)と規定した。
MnはSiと同様に、脱酸剤として有用な元素である。また線材の強度を高めるのにも有効である。更に、Mnは、鋼中のSをMnSとして固定して熱間脆化を防止する効果も有する。こうした効果を発揮させるためには、Mnの含有量は0.1%以上とする必要がある。好ましくは0.2%以上、より好ましくは0.3%以上である。一方、Mnは偏析しやすい元素であり、その含有量が1.5%を超えると、特に線材の中心部に偏析し、その偏析部にはマルテンサイトやベイナイトが生成するので、伸線加工性が低下する。こうしたことから、Mn含有量は1.5%以下(好ましくは1.4%以下、より好ましくは1.3%以下)とした。
Pは不可避的不純物であり、できるだけ少ないほうが好ましい。特に、フェライトを固溶強化するため、伸線加工性の劣化への影響が大きくなる。こうしたことから、本発明ではP含有量が0.02%以下(好ましくは0.01%以下、より好ましくは0.005%以下)とした。
Sは不可避的不純物であり、できるだけ少ないほうが良い。特に、MnS系介在物を生成して伸線加工性を劣化させる。こうしたことから、本発明では、S含有量は0.02%以下(好ましくは0.01%以下、より好ましくは0.005%以下)とした。
Tiは、脱酸剤として有効であり、固溶Tiとしてフェライト中に存在することで、固溶Cの拡散を抑制する他、Ti炭・窒化物(炭化物、窒化物および炭窒化物)を形成することにより、伸線加工による脆化の原因となる固溶Cを低減する効果がある。また、Ti炭・窒化物は、オーステナイト粒の粗大化を防止する効果も有している。その結果、伸線加工性が向上すると共に、高延性化に対しても有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ti含有量は0.03%以上(好ましくは0.04%以上、より好ましくは0.05%以上)とした。一方、Ti含有量が過剰になると、オーステナイト中で粗大なTi炭・窒化物を生じ、伸線性が低下する虞がある。従ってTi含有量は、0.12%以下(好ましくは0.11%以下、より好ましくは0.10%以下)とした。
Bは、フェライトの析出を抑制する効果がある。フェライトの析出抑制に寄与し、伸線材の縦割れ抑制元素として有効に作用する。こうした効果が発揮される場合のBの存在形態は、固溶Bであり、固溶Bを0.0002%以上とする必要がある。またB含有量が0.001%未満では、一定量の固溶Bを確保することが難しく、伸線材の縦割れ抑制効果が期待できない。従って、B含有量は0.001%以上(好ましくは0.0015%以上、より好ましくは0.0020%以上)とした。一方、0.01%を超えてBを過剰に含有すると、Fe23(CB)6等の化合物が生成し、固溶Bとして存在するBが低下してしまうので、伸線材の縦割れ抑制効果も低減する。従って、B含有量は0.01%以下(好ましくは0.009%以下、より好ましくは0.008%以下)とした。
Nは、固溶状態では伸線中に脆化を引き起こし、伸線性を劣化させるため、TiによってTi炭・窒化物を析出させて、固溶Nを0.0010%以下とする必要がある。N含有量が過剰になるとTiによる固定が不十分となり、固溶Nが増加するため、その上限を0.005%以下(好ましくは0.004%以下、より好ましくは0.003%以下)とした。一方、N含有量を0.001%未満にするには、製造コストから現実的でないため、その下限は0.001%以上(好ましくは0.0015%以上、より好ましくは0.0020%以上)とした。
Alは脱酸元素として有効であり、またAlNを形成することによりオーステナイト粒度の粗大化防止に有効である。しかしながら、過剰に含有させてもその効果が飽和すると共に、経済性を損なう要因となるので、Al含有量は0.1%以下が好ましい(より好ましくは0.09%以下、更に好ましくは0.08%以下)。尚、上記の効果を発揮させるための好ましいAl含有量は0.005%以上であり、より好ましくは0.010%以上、更に好ましくは0.015%以上である。
CrとVは、いずれも線材の強度や伸線加工性等を向上させるのに有効である。このうちCrは、パーライトのラメラ間隔を微細化し、線材の強度や伸線加工性等を向上させる。しかしながら、Crの含有量が過剰になると未溶解セメンタイトが生成しやすくなったり、変態終了時間が長くなり、熱間圧延線材中にマルテンサイトやベイナイト等の過冷組織が生じる恐れが生じるほか、メカニカクデスケーリング性も悪くなる。従って、Cr含有量は0.45%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.40%以下、更に好ましくは0.35%以下である。尚、上記の効果を発揮させるための好ましいCr含有量は0.01%以上であり、より好ましくは0.03%以上、更に好ましくは0.05%以上である。
[測定方法]
全Ti量:ICP発光分光分析法(JIS G 1258−1)に従って求める。
全B量:クルクミン吸光光度法(JIS G 1227 附属書2)に従って求める。
全N量:不活性ガス融解−熱伝導法(JIS G 1228 附属書4)に従って求める。
(ii−b)硫化水素気化分離メチレンブルー吸光光度法(JIS G 1251 附属書7)に従って、残渣中のS濃度(化合物型S濃度:S*)を求める。
(ii−c)残渣を白金るつぼに移し入れ、ガスバーナーでフィルターを灰化した後、アルカリ融剤を加え、加熱して残渣を融解する。融成物に酸を加えて溶解した後、全量フラスコに移し入れ、水を加えて一定容とし、ICP発光分析装置によって測定することにより残渣中のMn濃度(化合物型Mn濃度:Mn*)およびTi濃度(化合物型Ti濃度:Ti*)を求める。
(ii−d)クルクミン吸光光度法(JIS G 1227 附属書2)に従って、残渣中のB濃度(化合物型B濃度:B*)を求める。
(ii−e)ブロムエステル法に従って、残渣中のAlN濃度(AlN*)を求める。
固溶Ti:全Ti量と、(ii−c)で求めたTi濃度(Ti*)から算出する。
固溶N:全N量と、(ii−a)で求めたN濃度(N*)から算出する。
固溶B:全B量と、(ii−d)で求めたB濃度(B*)から算出する。
伸線加工性は、試作でサンプリングした全ての線径で、線材の捻回試験を実施することにより判定した。このときの捻回試験は、前川試験機製作所製のねじり試験機を使用し、GL(チャック間距離)=200mmとした。破断後の破面に縦割れが発生していない最も細い線径の伸線加工歪みを、伸線加工可能な限界歪みとした。また、引張り試験機(島津製作所製のオートグラフを使用)によって、GL(チャック間距離)=200mm、歪み速度10mm/minとして、伸線加工可能な限界歪みでの素線強度についても測定した。
Claims (3)
- C:0.6〜1.5%(「質量%」の意味、化学成分組成について以下同じ)、Si:0.1〜1.5%、Mn:0.1〜1.5%、P:0.02%以下(0%を含まない)、S:0.02%以下(0%を含まない)、Ti:0.03〜0.12%、B:0.001〜0.01%、N:0.001〜0.005%を夫々含有すると共に、固溶Bが0.0002%以上、固溶Nが0.0010%以下であり、残部が鉄および不可避的不純物からなり、且つ下記(1)式および(2)式の関係を満足するものであることを特徴とする伸線加工性に優れた高炭素鋼線材。
[sol.Ti]=[Ti]−[Ti with N]−[Ti with C]−[Ti with S]≧0.002(質量%) …(1)
[Ti with C]≧0.020(質量%) …(2)
但し、[sol.Ti]:鋼中に固溶しているTi量(質量%)
[Ti]:全Tiの量(質量%)
[Ti with N]:窒化物を形成するTi量(質量%)
[Ti with C]:炭化物を形成するTi量(質量%)
[Ti with S]:硫化物を形成するTi量(質量%)
を夫々示す。 - 更に、Al:0.1%以下(0%を含まない)を含有する請求項1に記載の高炭素鋼線材。
- 更に、Cr:0.45%以下(0%を含まない)および/またはV:0.5%以下(0%を含まない)を含有する請求項1または2に記載の高炭素鋼線材。
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