JP2735647B2 - 高強度高延性鋼線材および高強度高延性極細鋼線の製造方法 - Google Patents

高強度高延性鋼線材および高強度高延性極細鋼線の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はスチールコードなどの高強度で高延性の極細
鋼線の製造方法に関し詳しくは、伸線により直径0.4mm
以下であって引張強さ400kgf/mm2以上であるスチールコ
ード用高強度、高延性の極細鋼線及びその製造方法に関
する。
[従来の技術] 高炭素鋼極細線は、通常必要に応じて熱間圧延した後
に調整冷却した直径5.0〜5.5mmの線材を一次伸線加工
後、最終パテンティング処理を行い、その後ブラスメッ
キ処理をへて最終湿式伸線加工により製造されている。
このような極細鋼線の多くは、撚り線加工を施した状態
でスチールコードとして使用されている。撚り線加工
は、必要に応じて2本撚り、5本撚りなどと使い分けが
されているが、高速(18000rpm以上)での加工に耐える
延性が必要とされる。
更には、引張強さが大きいこと靭性や耐疲労性に優れ
ること等が必要であり、従来からこのような要望に応じ
て高品質の鋼材が開発されている。
例えば、特開昭60−204865号公報には、Mn含有量を0.
3%未満に規制して鉛パテンティング後の過冷組織の発
生を抑え、C,Si,Mn等の元素量を規制することによっ
て、撚り線時の断線が少なく高強度および高靭性の極細
線およびスチールコード用高炭素鋼線材が開示されてお
り、また、特開昭63−24046号公報には、Si含有量を1.0
0%以上とすることによって鉛パテンティング材の引張
強さを高くして伸線加工率を小さくした高靭性高延性極
細線用線材が開示されている。また特開昭62−238327号
公報には、炭化物あるいは窒化物によって延性を向上す
るためAl,Ti,Nb,Zrを0.01%以上添加した線材におい
て、線材の横断面の中心よりその半径の1/2以内に存在
するところの該線材の平均組成の1.3倍を越えるCある
いはMnの偏析帯の最大幅を該線材の直径の0.01以下とす
ることを特徴とする線材が開示されている。
[発明が解決しようとする課題] 前記特開昭60−204865号公報に開示されているのは、
伸線により直径0.5mm以下であって、引張強さ250kgf/mm
2以上である極細線を製造するための高炭素鋼線材であ
り、また、特開昭63−24046号公報のものは、引張強さ3
00kgf/mm2以上線径0.5mm以下の極細線を製造するための
高炭素鋼線材に関するものである。
しかしながら、タイヤの軽量化、高性能化にあわせ
て、スチールコードのハイテン化が急速に進展しつつあ
り、これに応えてスチールコードも引張強さ340kgf/mm2
級のものが開発され、更には引張強さ400kgf/mm2以上の
スチールコードの出現が期待されている。
[課題を解決するための手段] 本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであ
って、 (1)重量%で C:0.90%超1.10%以下,Si:0.4%以下, Mn:0.5%以下,Cr:0.10〜0.30%, 残部鉄及び不可避的不純物よりなりかつ不可避的に入る
Al含有量を0.003%以下としたことを特徴とする高強度
高延性鋼線材。
(2)線材の横断面の中心よりその半径1/2以内に存在
するところの該線材の平均組成の1.3倍を越えるC,Mn,Cr
の偏析帯の最大幅を該線材の直径の0.01以下としたこと
を特徴とする前記(1)の高強度高延製鋼線材。
(3)前記(1)または(2)の鋼線材を用い、最終パ
テンティング後の強度を140〜160kgf/mm2かつ初析フェ
ライトおよび初析セメンタイトの存在を面積率で0.02%
以下の組織とし、その後、引き抜き加工により真ひずみ
で3.60以上の加工を行い直径0.4mm以下であって引張強
さ400kgf/mm2以上の高強度高延性極細鋼線を製造するこ
とを特徴とする高強度高延性極細鋼線の製造方法。
を要旨とするものである。
本発明の鋼組成の限定理由は下記のとおりである。
通常のパテンティング処理においてはCが0.8%近傍
の共析成分においても旧オーステナイト粒界に沿って微
量の初析フェライトが析出すること、またこの初析フェ
ライトが伸線後の延性低下の原因となることを本発明者
らは発見した。Cは経済的かつ有効な強化元素である
が、この初析フェライトの析出量低下にも有効な元素で
ある。従って引張強さ400kgf/mm2以上の極細線として延
性を高めるためにはCは0.90%超とすることが必要であ
るが、高すぎると延性が低下し伸線性が劣化するのでそ
の上限は1.10%とする。
Siは鋼の脱酸のために必要な元素であり、従ってその
含有量があまりに少ない時、脱酸効果が不十分となる。
またSiは熱処理後に形成されるパーライト中のフェライ
ト相に固溶しパテンティング後の強度を上げるが、反面
フェライトの延性を低下させ伸線後の極細線の延性を低
下させるため0.4%以下とする。
Mnは鋼の焼き入れ性を確保するために小量のMnを添加
することが望ましい。しかし、多量のMnの添加は偏析を
引き起こしパテンティングの際にベイナイト、マルテン
サイトという過冷組織が発生しその後の伸線性を害する
ため0.5%以下とする。
本発明のような過共析鋼の場合、パテンティング後の
組織においてセメンタイトのネッットワークが発生しや
すくセメンタイトの厚みのあるものが析出しやすい。こ
の鋼において高強度高延性を実現するためには、パーラ
イトを微細にし、かつ先に述べたようなセメンタイトネ
ットワークや厚いセメンタイトを無くす必要がある。Cr
はこのようなセメンタイトの異常部の出現を抑制しさら
にパーライトを微細にする効果を持っている。しかし、
多量の添加は熱処理後のフェライト中の転位密度を上昇
させるため引き抜き加工後の極細線の延性を著しく害す
ることになる。従ってCr添加量はその効果が期待できる
0.10%以上としフェライト中の転位密度を増加させ延性
を害することの無い0.30%以下とする。
従来の極細鋼線と同様に延性を確保するためSの含有
量を0.020%以下とし、PもSと同様に線材の延性を害
するのでその含有量を0.020%以下とするのが望まし
い。
極細線の延性を低下させる原因としてAl2O3,MgO−Al2
O3等のAl2O3を主成分とする非延性介在物の存在があ
る。従って、本発明においては非延性介在物による延性
低下を避けるために、Al含有量を0.003%以下とする。
このような、成分設計を行なっていても、過共析鋼であ
るため、従来以上に偏析を抑えることが必要である。従
って、請求項(2)は、特開昭62−238327に示したよう
に線材の横断面の中心よりその半径の1/2以内に存在す
るところの該線材の平均組成の1.3倍を越えるCあるい
はMnの偏析帯の最大幅を該線材の直径の0.01以下とし
た。さらにCrについても偏析を押えなければ変態特性を
著しく変え理想的な熱処理が困難となるため、線材の横
断面の中心よりその半径の1/2以内に存在するところの
該線材の平均組成の1.3倍を越えるCrの偏析帯の最小幅
を該線材の直径の0.01以下とするのが望ましい。
本発明の製造方法の限定理由は以下に述べるとおりで
ある。
本発明材は過共析鋼であるため、熱間圧延後の線径で
得られる組織に不良部分が発生しやすい。この不良部分
は、一次伸線過程における微小クラックの発生源とな
る。しかし微小クラックの発生を組織の改善により低減
することは本発明鋼が過共析鋼であるため難しい。本発
明者らは、引き抜き加工に10゜を基準にして8゜以上12
゜未満の引き抜きダイスを用いることで容易にこの問題
が解決できることを見いだした。一般的に、高炭素鋼線
の伸線は、引き抜き力が最も低下するアプローチ角が14
゜を基準にして12゜〜16゜の引き抜きダイスが使用され
ている。しかし、この場合、中心部には引張応力が働く
ため中心部分に微細クラックの発生しやすい状態となっ
ている。そこで、より容易に微細クラックのない一次伸
線を行うには、中心部まで十分な圧縮応力の働く10゜を
基準にして8゜以上12゜未満の引き抜きダイスを用いる
のが望ましい。
直径0.4mm以下であって引張強さ400kgf/mm2以上の強
度を得るためには、最終パテンティング強度を少なくと
も140kgf/mm2以上にする必要があり、最も強度の出やす
い場合でも160kgf/mm2以下にしなければ、初析フェライ
トおよび初析セメンタイトさらにベイナイト等の異常部
が出現し延性が低下する。
また、最終湿式伸線における引き抜き加工量を3.60以
上にしなければ引張強さを400kgf/mm2以上にすることが
できない。また、本発明における最終湿式伸線加工に
は、より良い延性を得るためにアプローチ角が10゜を基
準にして8゜以上12゜未満の引き抜きダイスを用いるの
が望ましい。これは、低角度のアプローチ角を持つダイ
スを用いると圧縮応力が高まるためより均一な加工とな
るためである。
[作用] 本発明における極細線用線材においては、パテンティ
ング処理後の強度増加と初析フェライトの出現を抑制す
るためC量を増加し、これによる初析セメンタイトの出
現とパーライトラメラーの形状悪化をCrを添加すること
で抑制し、パーライトの微細化による強度増加を実現し
た。また、パーライトが微細化されることによりセメン
タイト層の延性が従来鋼並となった。さらにCr,Si,Mnの
添加量を低く抑えることでフェライト相の延性を従来鋼
と同程度に保ち、材料の延性増加を実現した。このよう
な組織微細化のみによるパテンティング処理後の強度増
加と初析フェライトと初析セメンタイトの析出を押える
ことを実現する成分設計により、パテンティング後の強
度と延性を従来鋼以上に高めることに成功した。
従って、パテンティング後の強度を高めているにもか
かわらず、引き抜き加工率を上げて製造した極細線の延
性劣化が従来鋼並にとどまり、高強度と高延性が可能と
なった。
また、引き抜き加工に使用するダイスのアプローチ角
度を小さくすることで、一次伸線における内部欠陥の発
生を低下し、さらに、最終湿式伸線にも低角度のアプロ
ーチ角を持つダイスを用いることでより高強度高延性を
実現することが可能となった。
またAlの含有量が0.003%以下とすることによって非
金属介在物による極細線の延性劣化が避けられる。
[実施例] 本発明に基づき表1に示す成分の鋼を用いてスチール
コードを製造した。
鋼A〜Jは本発明鋼であり、鋼K〜Lは比較鋼であ
る。本発明鋼のうち、A,BはC,Mn,Crの偏析を低減しなか
った材料で、C〜Jは請求項(2)の基準にもとづき偏
析を低減した材料である。
製造工程および製造条件を図1に示す。
まず、低角度のアプローチ角を持つダイスによる微細
クラックの抑制効果を表2に示す。これによりアプロー
チ角10゜を使用することで、微細ク ラックを無くすることができるのが分かる。
図1に従って製造された最終LP(最終鉛パテンティン
グ)後の材料特性を表3に示す。本発明に従い、最終LP
後の極細線の強度は140〜160kgf/mm2の範囲内に調整さ
れている。次に、最終湿式伸線加工を行うことによって
得られたスチールコードの材料特性を表4に示す。表中
の撚り線加工性は撚り線を5mmピッチで18000rpmで行っ
た際の破断応力を引張強さで割った値である。この表よ
り、比較鋼(K〜L)においては400kgf/mm2以上の強度
に到達する前に撚り線加工特性が著しく低下しているの
に対し、本発明鋼(A〜J)は400kgf/mm2以上の高強度
が得られ、かつ、優れた撚り線加工性を示すことが分か
る。また、本発明鋼と比較鋼のそれぞれの加工限界まで
の伸線減面率と引張強さの関係を図2に示す。これよ
り、比較鋼に比べ本 発明の加工限界が高くなっていることが分かる。
[発明の効果] 本発明の鋼を用いて直径0.4mm以下の極細鋼線を製造
した場合、400kgf/mm2以上、420kgf/mm2以下の強度を有
しかつ撚り線加工性の優れた高強度高延性極細鋼線を得
ることができる。また、本発明鋼を用いれば、直径0.6m
mで320kgf/mm2〜340kgf/mm2で、100d(dは鋼線の直
径)捻回値が30回以上の極細鋼線、直径0.1mmで470kgf/
mm2〜510kgf/mm2の強度を持ち、絞りが20%以上の極細
鋼線を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例の製造工程および製造条件を示す図、 第2図は本発明鋼と比較鋼の、加工限界までの伸線減面
率と引張強さの関係を示す図、 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芹川 修道 千葉県君津市君津1番地 新日本製鐵株 式会社君津製鐵所内 (56)参考文献 特開 平2−194147(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で C:0.90%超 1.10%以下, Si:0.4%以下, Mn:0.5%以下, Cr:0.10〜0.30%, 残部鉄及び不可避的不純物よりなりかつ不可避的に入る
    Al含有量を0.003%以下としたことを特徴とする高強度
    高延性鋼線材。
  2. 【請求項2】線材の横断面の中心よりその半径1/2以内
    に存在するところの該線材の平均組成の1.3倍を越える
    C,Mn,Crの偏析帯の最大幅を該線材の直径の0.01以下と
    したことを特徴とする請求項(1)に記載の高強度高延
    性鋼線材。
  3. 【請求項3】請求項(1)または(2)に記載の鋼線材
    を用い、最終パテンティング後の強度を140〜160kgf/mm
    2かつ初析フェライトおよび初析セメンタイトの存在を
    面積率で0.02%以下の組織とし、その後、引き抜き加工
    により真ひずみで3.60以上の加工を行い、直径0.4mm以
    下であって引張強さ400kgf/mm2以上の高強度高延性極細
    鋼線を製造することを特徴とする高強度高延性極細鋼線
    の製造方法。
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