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高延性の直接パテンティング線材の製造方法 - 特開2008−7856 | j-tokkyo
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【発明の名称】 高延性の直接パテンティング線材の製造方法
【発明者】 【氏名】西田 世紀

【氏名】山崎 真吾

【氏名】出町 仁

【氏名】澤田 哲

【要約】 【課題】本発明は伸線加工において断線の少ないスチールコード用などの高延性の直接パテンティング線材の製造方法を提供する。

【構成】熱間圧延によって製造されるC:0.6〜1.1%、Si:0.1〜1.4%、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高炭素鋼線材であって、95%以上がパーライト組織からなり、熱間圧延線材の中心部のEBSP装置によって測定されるパーライトのパーライトブロック粒径の最大値が45μm以下で平均値が10〜25μmの高延性の高炭素鋼線材。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
C含有量が0.6〜1.1質量%を含有する高炭素鋼線材を、熱間圧延後、溶融塩を用いて直接パテンティングを行ない、95%以上がパーライト組織からなり、熱間圧延線材の中心部のEBSP装置によって測定されるパーライトのパーライトブロック粒径の最大値が45μm以下、平均値が10〜25μmとすることを特徴とする高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
【請求項2】
C含有量が0.6〜1.1質量%を含有する高炭素鋼線材を、熱延仕上温度を800℃以上1050℃以下で熱延し、次いで10秒以内に800〜830℃でコイリング後、500〜570℃の溶融塩中に浮漬する直接パテンティング処理を行なうことにより、95%以上がパーライト組織からなり、熱間圧延線材の中心部のEBSP装置によって測定されるパーライトのパーライトブロック粒径の最大値が45μm以下、平均値が10〜25μmとすることを特徴とする高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
【請求項3】
前記線材の引張強さが{300+1200×(C質量%)+100×(Si質量%)}±80MPaの範囲にあり、かつ絞り値が{72.8−40×(C質量%)}%以上であることを特徴とする請求項1または2記載の高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
【請求項4】
前記線材が、質量%で、C:0.6〜1.1%、Si:0.1〜1.4%、Mn:0.1〜1.0%、P:0.02%以下、S:0.02%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
【請求項5】
前記線材が、さらに、質量%で、Cr:0.05〜1.0%、Mo:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.05〜1.0%、V:0.001〜0.1%、Nb:0.001〜0.1%、Ti:0.005〜0.1%、B:0.0005〜0.006%、Al:0.002〜0.05%の1種或いは2種以上を含有することを特徴とする請求項4記載の高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、アルミ送電線などの補強用ACSR線、エレベータ用ケーブル、ロープワイヤ、PC鋼線、PWS用ワイヤなどに使用される高強度の鋼線、亜鉛メッキ鋼線ならびにこの製造に用いられる高延性の高炭素鋼線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般にロープ、PC鋼線、ACSR線、PWSワイヤなどに用いる高炭素鋼からなる鋼線材は、熱間圧延により直径5〜16mmに加工された後に、調整冷却を用いて必要な強度、延性に調製した線材とされる。これらの線材は、デスケーリング後にボンデ処理などを行なってから伸線加工してより細い径の鋼線とされる。また、伸線加工量を増やせば引張強さが高くなるため、延性の低下しない範囲で伸線加工を付与してワイヤの強度を高めるなどの機械的性質を調整している。
【0003】
最近では経済性の観点から熱間圧延後に直接パテンティング処理を行なった線材を伸線加工して製品に用いる鋼線とすることが増えている。このため、熱間圧延後の調整冷却、すなわち直接パテンティングによって線材の機械的性質を均一に調整することは極めて重要となっている。
【0004】
これらの用途に用いる線材に求められる特性は1)より高強度のワイヤが製造可能なこと、2)伸線加工における延性を十分に保持すること、3)伸線加工して得られるワイヤの機械的性質が長さ方向に均一であることである。このため、従来からこれらの要望に応じた高品質の鋼材が開発されている。
【0005】
例えば、特許文献1には伸線加工における延性を向上する方法として、95%以上のパーライトを有し、パーライトの平均ノジュール径Pが30μm以下、平均ラメラ間隔Sが100nm以上で、かつPをμm、Sをnmで表したとき下記F式がF>0となる範囲にある伸線性に優れた高炭素鋼線材が開示されている。
F=350.3/√S+130.3/√P−51.7
【0006】
この発明は、熱間圧延におけるステルモア冷却中に等温保持する冷却をいれることによりラメラ間隔とノジュールサイズを調整するものであるが、一般的なステルモア冷却においては連続冷却となるため、ラメラ間隔の値の幅が大きく、ノジュールサイズの値の幅も大きくなる。このような場合には、如何に平均値を小さくしても良好な加工性が得られず、内部欠陥を伴うという問題がある。また、線材圧延後の冷却条件を変えることで上記F式に記載の範囲に組織調整を行なうことで高速伸線加工性の優れた線材が得られるとしているが、上記F式の範囲に組織調整するためには、一般的には採用不可能な特殊な熱処理が必要であるという問題がある。しかも、この発明では伸線ワイヤの長さ方向の延性については考慮されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
熱間圧延後の直接パテンティング処理によって製造されるワイヤの均一性を向上させ、単線で処理されたLP材の様により均一性なワイヤを製造することが可能な直接パテンティング線材の開発が望まれている。
【0008】
本発明は、PC鋼線、PWSワイヤ、ACSR線などの製品を製造するために用いられる熱間圧延によって製造される直線パテンティング線材であって、均一性の高いワイヤが得られる高延性の高炭素鋼線材の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は次のとおりである。
【0010】
(1)C含有量が0.6〜1.1質量%を含有する高炭素鋼線材を、熱間圧延後、溶融塩を用いて直接パテンティングを行ない、95%以上がパーライト組織からなり、熱間圧延線材の中心部のEBSP装置によって測定されるパーライトのパーライトブロック粒径の最大値が45μm以下、平均値が10〜25μmとすることを特徴とする高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
【0011】
(2)C含有量が0.6〜1.1質量%を含有する高炭素鋼線材を、熱延仕上温度を800℃以上1050℃以下で熱延し、次いで10秒以内に800〜830℃でコイリング後、500〜570℃の溶融塩中に浮漬する直接パテンティング処理を行なうことにより、95%以上がパーライト組織からなり、熱間圧延線材の中心部のEBSP装置によって測定されるパーライトのパーライトブロック粒径の最大値が45μm以下、平均値が10〜25μmとすることを特徴とする高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
【0012】
(3)前記線材の引張強さが{300+1200×(C質量%)+100×(Si質量%)}±80MPaの範囲にあり、かつ絞り値が{72.8−40×(C質量%)}%以上であることを特徴とする(1)または(2)記載の高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
【0013】
(4)前記線材が、質量%で、C:0.6〜1.1%、Si:0.1〜1.4%、Mn:0.1〜1.0%、P:0.02%以下、S:0.02%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかの項に記載の高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
(5)前記線材が、さらに、質量%で、Cr:0.05〜1.0%、Mo:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.05〜1.0%、V:0.001〜0.1%、Nb:0.001〜0.1%、Ti:0.005〜0.1%、B:0.0005〜0.006%、Al:0.002〜0.05%の1種或いは2種以上を含有することを特徴とする(4)記載の高延性の直接パテンティング線材の製造方法。
【発明の効果】
【0014】
本発明により、直接パテンティング処理した線材から製造される鋼線の延性が向上し、かつ長さ方向のばらつきの少ない高延性の高炭素鋼線材を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
直接パテンティング処理を行なう線材は、溶融塩に直接パテンティング処理するものや、Cr,V等の合金添加を行いパーライト変態を遅延させステルモア冷却により強度上昇を図るものなどがある。これらの直接パテンティング線材は、一般的には少なくとも真歪みで1以上の伸線加工をして各種ワイヤが製造されている。
【0016】
本発明者らは、直接パテンティングされた線材の最終ワイヤでの延性を向上し、より均一な機械的性質となるワイヤを得るため鋭意検討を行い本発明に至った。
【0017】
伸線ワイヤの延性を向上するためには、パーライトブロックサイズを均一にする必要がある。このためEBSP装置を用いて以下に記載する方法によって測定されるパーライトブロックサイズの平均値は、少なくとも10μm以上のサイズに調整する。また、パーライトブロックサイズの平均値を10μm未満に調整する場合、パーライトブロックサイズのばらつきが大きくなるので10μm以上に調整する。また、平均値が大きくなりすぎると個々のパーライトブロックにおける大きさも大きくなるため25μm以下に調整する。中心部で得られるパーライトブロックサイズの最大値は45μm以下に調整する。45μmを超えた場合には、その部分が周囲より粗いパーライトとなり、伸線加工の際に欠陥を生じやすくなるので最大値を45μm以下に調整する。
【0018】
次に、パーライトブロックサイズのEBSP装置での測定方法について述べる。
パーライトブロックサイズの測定は、日立製の熱電子型のFE−SEM(S4300SE)にTSL社製のEBSP装置を組み合わせた装置を用いて測定を行なった。パーライトブロックの定義は高橋らの「日本金属学会誌」42巻(1978)p702に記載されているフェライトの結晶方位が等しい領域としてEBSP装置により求めた。光学顕微鏡で観察される組織あるいはSEM観察で得られる二次電子像では測定が極めて難しいため、フェライトの結晶方位マップが得られるEBSP装置による測定結果からパーライトブロック粒径を求めた。また、パーライト鋼におけるフェライトの結晶粒は、低炭素鋼のフェライト単相の場合と異なり、パテンティング材であっても小傾角の境界が無数に存在している。このため、一般的な結晶粒界として認識できる15度以上の方位差となる粒界がほぼ90%以上となるように適度な閾角を調査した結果、9度以上からなる境界を用いて得られる粒界とした場合に最も良い結果が得られた。そこで、9度以上の方位差を持つ境界で構成される単位をパーライトブロック粒とした。また、パーライトブロックサイズは、混粒となる場合もあるため、粒のばらつきを考慮できるJohnson−Saltykovの方法(「計量形態学」内田老鶴圃新社、S47.7.30発行、原著:R.T.DeHoff,F.N.Rhiness.P189参照)を用いて求めた。平均値は線材の横断面における表層近傍、1/4部、中心部の各3箇所の測定を線材1リングで8箇所の横断面で行い、合計24箇所の値の平均値として求めた。
【0019】
本発明者らは、パーライトブロックサイズの制御μmを鋭意調査した結果、次に述べる方法で本発明の線材組織に調整できることを見出した。仕上げ圧延温度を800℃以上1050℃以下の温度範囲に調整し、その後、パーライトブロックの成長を抑えるため、10秒以内に800〜830℃に調整してコイリングを行い、500〜570℃の溶媒(溶融ソルト等)に漬けてパテンティング処理を行なう。仕上げ温度は800℃未満の場合、表面からの冷却で容易に変態が開始され、均一のパーライトブロックを得ることが難しい。また、仕上げ温度が1050℃以下の温度になるとパーライトブロックサイズが大きくなるので1050℃以下に調整する必要がある。また、巻き取り温度を10秒以内に800℃以上840℃以下の温度に調整する。800℃未満でも840℃を超えた場合でもコイリングした際の重なり部と非重なり部の冷却速度の違いによりパーライトブロックサイズのばらつきが大きくなる。
その後、直ちに530℃以上、570℃以下の冷却用の溶媒に漬けて恒温変態によりパーライト組織に調整する。530℃未満ではパーライト組織に調整することが困難となり、570℃を超えた温度ではパーライトブロックサイズが大きくなり均一性が低下するため570℃以下の溶融塩ソルトを用いることが望ましい。また、溶媒による冷却に変えステルモア冷却を用いることもできる。この場合、均一性は溶媒を用いた場合に劣るが、従来のステルモア冷却と比較すると本発明のステルモアの方が均一性が高い。
【0020】
また、引張強さ{300+1200×(C質量%)+100×(Si質量%)}−80MPa未満になるとパーライトラメラ間隔組織が大きくなり過ぎて良好な加工性が得られないため引張強さは{300+1200×(C質量%)+100×(Si質量%)}−80MPa以上に調整する必要がある。また、引張強さが{300+1200×(C質量%)+100×(Si質量%)}+80MPaを超えると加工硬化が大きく、伸線加工後の強度が高くなり、延性が低下するので{300+1200×(C質量%)+100×(Si質量%)}+80MPa以下に調整する必要がある。
【0021】
次に、本発明による高延性の高炭素鋼線材の鋼組成の限定理由について説明する。成分は全て質量%である。
【0022】
Cは、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0.6%以上とすることが必要であるが、高すぎると初析セメンタイトが析出しやすくなり延性が低下しやすくなるのでその上限は1.1%とする。
【0023】
Siは、鋼の脱酸のために必要な元素であり、その含有量が余りに少ないと、脱酸効果が不十分になるので0.1%以上添加する。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、熱処理性を阻害するので1.4%以下とする。
【0024】
Mnは、鋼の焼き入れ性を確保するために0.1%以上のMnを添加する。しかし、多量のMnの添加は、パテンティングの際の変態時間が長くしすぎるので1.0%以下とする。
【0025】
Pは、偏析を造り易く、偏析部はPが濃化してフェライト中に固溶し加工性を低下させるので0.02%以下に調整する。
【0026】
Sは、多量に含有されるとMnSを多量に形成し、鋼の延性を低下させるので0.02%以下に調整する。
【0027】
Crは、鋼の強度を高めるために添加するが、その効果の発揮される0.05%以上添加し、鋼線の延性を引き起こすことのない1.0%以下とする。
【0028】
Moは、鋼の強度を高めるために添加するが、その効果の発揮される0.05%以上添加し、鋼線の延性を引き起こすことのない1.0%以下とする。
【0029】
Cuは耐食性、腐食疲労特性を向上するが、その添加効果のある0.01%添加する。しかし、多量の添加をすると熱間圧延の際に脆化しやすくなるので上限を1.0%とする。
【0030】
Niは、鋼の強度を上げる効果があり、その添加効果のある0.05%以上添加する。しかし、添加量が多くなりすぎると延性が低下するので1.0%以下とする。
【0031】
Vは、鋼の強度を上げる効果があり、その添加効果のある0.001%以上添加する。しかし、添加量が多くなり過ぎると延性が低下するので上限を0.5%とする。
【0032】
Nbは、鋼の強度を上げる効果があり、その添加効果のある0.001%以上添加する。しかし、添加量が多くなり過ぎると延性が低下するので上限を0.5%とする。
【0033】
Bは、オーステナイト化した際のγ粒径を細かくする効果があり、これにより絞りなどの延性を向上する。このため、添加する場合にはその効果のある、0.0005%以上添加する。しかし、0.1%を越えて添加すると熱処理によって変態させる際の変態時間が長くなり過ぎるため、上限を0.1%とする。
【0034】
Alは、溶鋼中の脱酸に必要な元素であり、その必要性により添加するが、0.05%を超えると粗大な介在物が出現し、延性を低下させるので0.05%以下とする。
【実施例】
【0035】
表1に試作に用いた供試鋼の化学成分を示す。No.1〜No.18は本発明に従い鋼の成分が調整されている。これらの鋼を実炉で表1に示した成分の鋼となるよう溶製し、500×300mmのブルームを連続鋳造で製造した。その後、再加熱して分塊圧延工程で122mm角のビレットにした。その後、再びγ域に加熱し、熱間圧延で5.5〜13.5mm径の線材とし、表2に記載の方法でそれぞれの線材を製造した。本発明鋼のNo.1〜No.2、No.6〜No.21は仕上げ温度800〜1050℃の温度範囲で圧延を行い、圧延後、10秒で巻き取り温度800〜840℃調整して巻き取り、温度調整の可能な2槽からなる溶融塩ソルトバスに漬けて直接パテンティング処理を行った。これらは表2に記載の線径に伸線加工を行い、連続的に捻回試験を行い捻回値と捻回値のばらつきを調査した。本発明により得られたワイヤは30回以上の良好な捻回値が得られている。また、捻回値25回未満の値のワイヤも出現していない。
【0036】
本発明のNo.1、No.2、No.6〜No.21は一次伸線性、二次伸線性共に良好な結果を示す。
【0037】
比較鋼No.3は、仕上げ温度が高いため、パーライトブロックの最大値が45μmを超え、最終ワイヤにおける捻回値が30回未満となり、25回未満の値も出現している。
【0038】
比較鋼No.4は、巻き取り温度が高いため、パーライトブロックの最大値が45μmを超え、最終ワイヤにおける捻回値が25回未満の値も出現している。
【0039】
比較鋼No.5は、冷却槽の温度を500℃と低く設定した場合で、この場合、組織中にベイナイト組織が出現して捻回値全体が25回以下と低くなっている。
【0040】
【表1】


【0041】
【表2】


【出願人】 【識別番号】000006655
【氏名又は名称】新日本製鐵株式会社
【出願日】 平成19年5月31日(2007.5.31)
【代理人】 【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤

【識別番号】100077517
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬

【識別番号】100087413
【弁理士】
【氏名又は名称】古賀 哲次

【識別番号】100113918
【弁理士】
【氏名又は名称】亀松 宏

【識別番号】100111903
【弁理士】
【氏名又は名称】永坂 友康


【公開番号】 特開2008−7856(P2008−7856A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2007−145386(P2007−145386)