JP4180839B2

JP4180839B2 - 中炭素鋼高強度鋼線の製造方法

Info

Publication number: JP4180839B2
Application number: JP2002138614A
Authority: JP
Inventors: 世紀西田; 聡杉丸
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: JP2003328076A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピアノ線、スティールコード、ホースワイヤ、ビードワイヤ、コントロールケーブル、釣り糸、カットワイヤ、ソーワイヤなど伸線加工によって製造される中炭素鋼高強度鋼線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スティールコードなどに用いる０．６質量％以上の炭素（Ｃ）を含む高炭素鋼からなるワイヤは、熱間圧延により直径５〜１６mmの形状に加工された後、パテンティング処理などによりパーライト組織を有する線材とされる。このような線材の製造方法の例としては、特開昭６０−２０４８６５号公報に、Ｍｎ含有量を０．３質量％未満に規制して鉛パテンティング処理後の過冷組織の発生を抑え、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎなどの元素量を適量に規制することによって撚り線時の断線が少なく高強度、高靱性、高延性の極細線およびスティールコード用高炭素鋼線材を製造する方法が開示されており、また、特開昭６３−２４０４６号公報には、Ｓｉ含有量を１．００質量％以上添加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靱性高延性の極細線用線材が開示されている。
【０００３】
このような高強度が要求される線材は、より高強度のワイヤを製造する技術が必要とされているが、従来の技術では５．５mm径の線材を伸線加工して、中間パテンティング処理することが必要不可欠であった。このため、パテンティング処理するためにオーステナイト域に加熱する炉と恒温変態させるための鉛浴或いは流動層炉が必要となる。そこで、より簡素な設備構成で製造可能な高強度のスティールコードの開発が切望されていた。
【０００４】
一方、特開昭６０−１５２６５５号公報には、Ｃ含有量：０．０１〜０．３０質量％を含有する鋼で、針状粒子の平均換算粒子径が３μｍ以下の針状マルテンサイト組織、ベイナイト組織、またはこれらの混合組織からなる低温変態生成相がフェライト組織に対して１５〜４０％の体積分率でフェライト組織中に均一に分散された金属組織を有する強伸線加工に優れた高強度低炭素線材が開示されている。しかし、このような方法では、平均換算粒子径が３μｍ以下である針状マルテンサイト組織、ベイナイト組織を生成させるためには２０％以上の微細なオーステナイト組織が存在するように加熱しなければならないため組織調整が困難になるという問題がある。そのため、この従来技術以上に簡単に製造しうるより高強度の極細鋼線の開発が望まれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、熱間圧延された線材から製造されるスティールコードなどに用いられる極細鋼線においてより高強度で簡便に製造することができる高強度鋼線を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は、
（１）質量％で、Ｃ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるブルーム或いはビレットを熱間圧延して線材に加工後、パテンティング処理して線材組織をパーライト組織とし、次いで該線材を真歪みで３．５以上の伸線加工を施し、次いで、２００〜４００℃の温度範囲に１０〜１２００秒間、再結晶させることなく熱処理し、さらに総加工量を真歪みで６以上の伸線加工を施すことにより、１５ｎｍ以下の厚みを有するフェライトファイバー組織を有し、かつ前記フェライトファイバー組織中に固溶もしくはクラスターとして存在する炭素が０．３〜０．６質量％を含み、Ｘ線回析法又はメスバウワー分光分析法で検出されるセメンタイトが該組織中に存在しない、引張強さが４．０ＧＰａ以上、絞りが３０％以上の鋼線を得ることを特徴とする中炭素鋼高強度鋼線の製造方法。
（２）前記線材が、さらに、質量％で、Ｃｒ：０．１〜０．５％を含有することを特徴とする（１）記載の中炭素鋼高強度鋼線の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明で規定した鋼組成とその限定理由について説明する。なお、本発明で規定する成分は全て質量％である。
【０００８】
Ｃは、鋼の強化に有効な元素であり、高強度の鋼線を得るためにはＣ量を０．３％以上添加する必要があるが、その含有量が高過ぎると強加工後の伸線ワイヤの延性を低下させるのでＣ量の上限を伸線性が劣化しない０．６％以下とする。
【０００９】
Ｓｉは、鋼の脱酸のために必要な元素であり、０．１％以下では脱酸効果が不十分となり、更に、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、熱処理性を阻害するので上限を１．０％とする。
【００１０】
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を確保するために少量のＭｎを添加することが望ましい。しかし、多量のＭｎの添加は偏析部分のパーライト変態を遅らすので１．０％以下とする。
【００１１】
Ｃｒは、パテンティング後の強度および伸線加工後の強度を向上させるために必要により添加するが、下限はその効果が期待できる０．１％以上とし、上限はパテンティング時の変態遅延による熱処理性が劣化することのない０．５％以下とする。
【００１２】
ＰならびにＳは、鋼中に多量に存在すると鋼の伸線加工性が低下するので両者とも０．０２％以下とする。上述した元素以外にも目的に応じて一般的に知られている鋼の添加元素がパーライト組織を調整することが可能であれば添加されていてもよい。
【００１３】
次に、本発明による中炭素鋼高強度鋼線の製造方法についてみると、鋼組成として、Ｃ量が０．３〜０．６％と共析炭素鋼より低いＣ量であっても、パテンティング条件を適切に調整することにより亜共析鋼を実質的にパーライト組織の鋼とすることも可能である。そこで、パーライト組織に調整された線材を伸線加工を用いて真歪みで３．５以上の加工を行う。その後、２００〜４００℃の温度範囲に１０〜１２００秒間、再結晶させない熱処理を行うことにより伸線されたワイヤの延性を回復させる。更に、その後、伸線加工を行い、総加工量を真歪みで６以上とする。これらの工程を経ることにより従来以上の強加工をすることが可能となり、その結果、鋼線の組織が実質的にフェライトファイバーとなり、そのフェライトファイバーの厚みを１５nm以下に調整することができる。また、伸線加工された鋼線中の固溶もしくはクラスターとして存在するＣ量が０．３〜０．６％に調整することができる。なお、伸線加工された固溶量が前記範囲で存在するフェライトファイバーの幅方向の大きさが１５nmを超える場合には組織が均一とならないため延性が低下するため、フェライトファイバーの大きさを１５nm以下とする必要がある。このように、上述した強加工を施すことにより引張強さを４GPa 以上とすることも可能となる。
【００１４】
更に、パーライト組織を有する鋼を伸線加工することによりセメンタイト組織が実質的に存在しない状態にすることもできる。このセメンタイト組織の存在を確認する方法として透過電子顕微鏡を用いるが、この場合には任意の測定点のうち回析パターンの得られない測定点が、全測定点の９５％以上存在する状態で実質的にセメンタイト組織が存在するか、しないかを判定する。この時、セメンタイト組織は伸線加工により固溶状態かクラスター状態であれば透過電子顕微鏡を用いたＸ線回析法を用いてもセメンタイト組織として回析パターンを得ることができない。なお、上記Ｘ線回析法に代えてメスバウワー分光分析法を採用しても同様の観察結果が得られるので、この分析法を採用しても良い。
【００１５】
【実施例】
表１に示す化学成分を有する鋼に調整された鋼を溶製後、ブルーム或いはビレットに連続鋳造した。なお、ブルームに鋳造されたものはビレットに圧延された。このビレットを加熱後熱間圧延され任意の線径の線材に加工した。熱間圧延後の調整冷却は組織が全てパーライト組織となるように直接パテンティング処理するか、別途パテンティング処理を行って全てパーライト組織となるように調整した。表１のＡ−１からＡ−８は本発明で規定する化学組成を満たす実施例で、Ａ−９はＣ含有量が多く本発明範囲を外れた比較例で、Ａ−１０はＣ含有量が少なく本発明範囲を外れた比較例である。
【００１６】
次いで、これらの線材は、デスケーリング後、表面に潤滑剤引き込まれ易いように燐酸塩被膜処理、ボラックス処理、電解ボンデ処理などのいずれかの処理を行った。その後、表２に示すような伸線加工を行い、途中で２５０℃〜３５０℃の温度範囲で焼鈍を行った後、再度ボンデ処理或いはブラスメッキ処理を行い、伸線加工を行って所定の線径を有する製材を製造した。
【００１７】
表３に得られたワイヤの引張強さ、絞り値、ならびにフェライトファイバーの幅を示した。ファライトファイバーの幅はＴＥＭ観察を行い、Ｘ線回析によりフェライトファイバーの単位を同定し、得られた１０個以上のファイバーの幅の平均値として求めた。表３から分かるように、本発明による実施例Ａ−１〜Ａ−８は何れも４０００MPa 以上の強度と３０％以上の高い絞り値を示している。一方、比較例Ａ−９，Ａ−１０は何れも最後までの伸線加工ができなかった。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
【表３】

【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、中間パテンティング処理を実施することなく中炭素鋼で高強度の鋼線を容易に得ることができる。

Claims

質量％で、Ｃ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるブルーム或いはビレットを熱間圧延して線材に加工後、パテンティング処理して線材組織をパーライト組織とし、次いで該線材を真歪みで３．５以上の伸線加工を施し、次いで、２００〜４００℃の温度範囲に１０〜１２００秒間、再結晶させることなく熱処理し、さらに総加工量を真歪みで６以上の伸線加工を施すことにより、１５ｎｍ以下の厚みを有するフェライトファイバー組織を有し、かつ前記フェライトファイバー組織中に固溶もしくはクラスターとして存在する炭素が０．３〜０．６質量％を含み、Ｘ線回析法又はメスバウワー分光分析法で検出されるセメンタイトが該組織中に存在しない、引張強さが４．０ＧＰａ以上、絞りが３０％以上の鋼線を得ることを特徴とする中炭素鋼高強度鋼線の製造方法。
前記線材が、さらに、質量％で、Ｃｒ：０．１〜０．５％を含有することを特徴とする請求項１記載の中炭素鋼高強度鋼線の製造方法。