JP5873563B2 - 海底ケーブル保護管用異形鋼線及びその製造方法並びにケーブル - Google Patents
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Description
本願は、2012年10月4日に、日本に出願された特願2012−222347号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(2)上記(1)に記載の異形鋼線は、さらに、前記化学成分が、質量%で、Cr:0.01%〜1.00%、B:0.0004%〜0.0030%の一種以上を含有してもよい。
(3)本発明の一態様に係る異形鋼線の製造方法は、上記(1)または(2)に記載の異形鋼線を製造する方法であって、金属組織がフェライト−パーライト組織又はパーライト組織からなる素材鋼線に伸線加工を行って、中間鋼線を得る伸線加工工程と、前記伸線加工工程の後、前記中間鋼線に異形圧延を行って異形鋼線を得る異形圧延工程とを備え、前記伸線加工工程において、前記素材鋼線の断面積から前記異形鋼線の断面積を減じた全減少断面積に対する、前記素材鋼線の断面積から前記中間鋼線の断面積を減じた減少断面積の比の百分率を伸線加工割合としたとき、前記伸線加工割合を30%〜85%として前記伸線加工を行い、次いで、前記異形圧延工程において、ローラーの作動直径を210mm〜350mmとし、前記ローラー表面と前記中間鋼線との摩擦係数を0.05〜0.2とし、かつバックテンションを予め求めた前記中間鋼線の破断荷重の2%〜7%として異形圧延を行う。
(4)本発明の一態様に係るケーブルは、上記(1)または(2)に記載の3本の異形鋼線と光通信ファイバーとを備え、前記3本の異形鋼線が、前記光通信ファイバーを中心として円筒状に組み合わされて耐圧層を構成している。
Cは、セメンタイトを生成し、強度を高める元素である。C含有量が0.30%未満であると、鋼の加工硬化率が低く、伸線加工及び異形圧延後、引張強度を高めることができない。そのため、C含有量の下限を0.30%とする。さらに、引張強度を高めるためには、C量を0.60%以上にすることが好ましく、0.70%以上にすることがより好ましい。一方、C含有量が1.10%を超えると、初析セメンタイトが生成して冷間加工性が劣化する。さらに、C含有量が1.10%を超えると、伸線加工工程や異形圧延工程において異形鋼線の破断が発生するため、C含有量の上限を1.10%とする。また、C含有量は、1.00%以下が好ましく、0.90%以下がより好ましい。
Siは、脱酸元素であり、固溶強化にも寄与する。引張強度を高めるには、0.10%以上のSiを含有させることが必要である。Si含有量は0.15%以上が好ましい。一方、Si含有量が1.50%を超えると、Al2O3−SiO2系複合介在物が硬質化するため、異形鋼線の低サイクル疲労特性が劣化する。そのため、Si含有量の上限を1.50%とする。さらに、Si含有量は、1.00%以下が好ましく、0.50%以下がより好ましい。
Mnは、脱酸やSの固定に必要な元素であり、鋼の引張強度の向上にも有効な元素である。そのため、0.20%以上を含有する必要がある。Mn含有量は0.30%以上が好ましく、0.40%以上がより好ましい。一方、Mn含有量が1.50%を超えると鋼中にMnSなどの偏析が生じて冷間加工性が劣化するため、Mn含有量の上限を1.50%とする。また、MnSの生成を抑制して低サイクル疲労特性の向上を図るには、Mn含有量を1.00%以下にすることが好ましく、0.70%以下にすることがより好ましい。
Pは不純物であり、鋼中に存在すると、結晶粒界に偏析して延性を低下させる。そのため、延性を確保する観点から、P含有量を0.020%以下に制限する必要がある。好ましくはP含有量を0.015%以下に制限する。P含有量の下限は0%を含むが、0%にすることは工業的に困難であるため、P含有量の下限を0.0005%としてもよい。
Sは不純物であり、鋼中に存在すると、硫化物を形成する。例えば、Mnと結合して、粗大なMnSを形成し、延性を劣化させる。そのため、延性を確保する観点から、S含有量を0.020%以下に制限する必要がある。好ましくはS含有量を0.015%以下に制限する。S含有量の下限は0%を含むが、0%にすることは工業的に困難であるため、S含有量の下限を0.0005%としてもよい。
Crは、パーライトのラメラー間隔を微細化させ、引張強度を向上させる元素である。伸線加工後及び異形圧延後の引張強度を向上させるためには、Crを0.01%以上含有することが好ましい。より好ましくは0.10%以上のCrを含有し、更に好ましくは、0.20%以上を含有する。一方、Cr含有量が1.00%を超えると恒温熱処理時のパーライト変態が遅延し、生産性が低下することがある。そのため、Cr含有量の上限は1.00%が好ましい。またCr含有量は、より好ましくは、0.70%以下とし、更に好ましくは0.50%以下とする。
Bは、粒界に偏析して初析フェライトや上部ベイナイトの生成を抑制する元素である。冷間加工性を高めるために、Bを0.0004%以上含有することが好ましい。より好ましくは、0.0005%以上のBを含有する。一方、B含有量が0.0030%を超えると、冷間加工性や低サイクル疲労特性を損なうことがあるため、B含有量の上限を0.0030%にすることが好ましい。より好ましくは、B含有量の上限を0.0020%とする。
A=Nf/Δε-0.3885 式(1)
このとき、異形圧延工程において、圧延機のローラーの入側に張力検出器及び張力付加装置を設置し、バックテンションの負荷及び制御を行った。なお、伸線加工工程後、及び異形圧延工程の各圧延後にその前工程により得られたそれぞれの中間鋼線の破断荷重を引張試験によって測定した。そして、測定により得られた各破断荷重に基づいてバックテンションの制御を行った。
一方、比較例14〜16は、肉厚中央部における集合組織や長手方向の断面における集合組織が、本発明に必要な条件を満たしていなかった。さらに、比較例14〜16は、製造条件において、伸線加工割合が高く、好適ではなかった。これらの結果、低サイクル疲労特性が低下していた。
比較例20は、製造条件において、異形圧延時のバックテンションが十分ではなかったため、寸法精度指標が本発明に必要な範囲を満たしておらず、表面性状が悪化していた。
比較例21は、製造条件において、異形圧延時のバックテンションが高く好適ではなかったため、孔型ロールへの鋼線の入線量が不足していた。そのため、寸法精度指標が本発明に必要な範囲を満たしておらず、表面性状が悪化していた。
さらに、比較例22〜24は、異形圧延において圧延機のローラーの表面と中間鋼線とのローラー摩擦係数が大きく好適ではなかったため、中間鋼線が、圧延方向へ所定以上に延びてしまい、中間鋼線の幅方向への塑性変形流動が不足して、十分な低サイクル疲労係数Aを得られなかった。
これらの結果、比較例22〜24は、低サイクル疲労特性が劣化していた。
さらに、比較例25〜27は、異形圧延において圧延機のローラーの作動直径が大きく好適ではなかったため、十分な低サイクル疲労係数Aを得られなかった。
これらの結果、比較例25〜27は、低サイクル疲労特性が劣化していた。
比較例30及び31は、異形鋼線の長手方向の断面の寸法精度指標が本発明に必要な範囲を上回ってしまい、表面性状が悪化していた。さらに、比較例30及び31は、圧延機のローラーの表面と中間鋼線との摩擦係数が十分ではなかったため、孔型ロールへの入線量が不十分となっていた。
比較例33は、鋼種の化学組成においてC含有量が1.20%と本発明の範囲を上回っていた。その結果、初析セメンタイトの析出により冷間加工性が低下しており、また、十分な低サイクル疲労係数Aが得られず、低サイクル疲労特性が劣化していた。
2 内面側表層部
3 肉厚中央部
R 内面側両端内角
5 TD面
6 肉厚方向
7 長手方向
8 光通信ファイバー
9 異形鋼線
10 耐圧層
Claims (4)
- 化学成分が、質量%で、
C:0.30%〜1.10%、
Si:0.10%〜1.50%、
Mn:0.20%〜1.50%
を含有し、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下
に制限し、残部がFe及び不純物からなり、
金属組織がフェライト−パーライト組織またはパーライト組織からなり、
長手方向に垂直な断面が中空扇形であり、
前記断面の肉厚中央部、内面側表層部及び外面側表層部における、前記長手方向の<110>方位の集積度がそれぞれ2.0〜4.0であり、
前記断面の前記内面側表層部と前記外面側表層部との前記長手方向の前記<110>方位の前記集積度の差の絶対値が0.3以下であり、
前記断面の前記肉厚中央部における、肉厚方向の<100>方位の集積度が1.2〜3.8であり、
前記断面の向かい合う内面側両端内角をそれぞれR1、R2としたとき、前記R1に対する前記R2の比で表される寸法精度指標が0.5〜2.0であり、
JIS Z 2241に準拠した引張試験により得られた引張強度が1200MPa以上であり、
歪振幅Δεを2%〜6%とし、歪速度ε´を0.4%/sとし、試験波形を繰返速度0.050Hzの三角波とした低サイクル疲労試験において、下記式1により算出される低サイクル疲労係数Aが15以上である
ことを特徴とする異形鋼線。
A=Nf/Δε -0.3885 (式1) - さらに、前記化学成分が、質量%で、
Cr:0.01%〜1.00%、
B:0.0004%〜0.0030%
の一種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の異形鋼線。 - 請求項1または2に記載の異形鋼線を製造する方法であって
金属組織がフェライト−パーライト組織またはパーライト組織である素材鋼線に伸線加工を行って、中間鋼線を得る伸線加工工程と、
前記伸線加工工程の後、前記中間鋼線に異形圧延を行って異形鋼線を得る異形圧延工程と、を備え、
前記伸線加工工程において、前記素材鋼線の断面積から前記異形鋼線の断面積を減じた全減少断面積に対する、前記素材鋼線の前記断面積から前記中間鋼線の前記断面積を減じた減少断面積の比の百分率を伸線加工割合としたとき、前記伸線加工割合を30%〜85%として前記伸線加工を行い、
前記異形圧延工程において、ローラーの作動直径を210mm〜350mmとし、前記ローラーの表面と前記中間鋼線との摩擦係数を0.05〜0.2とし、かつ、バックテンションを予め求めた前記中間鋼線の破断荷重の2%〜7%として前記異形圧延を行う
ことを特徴とする異形鋼線の製造方法。 - 請求項1または2に記載の3本の異形鋼線と;
光通信ファイバーと;
を備え、
前記3本の異形鋼線が、前記光通信ファイバーを中心として円筒状に組み合わされて耐圧層を構成していることを特徴とするケーブル。
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