(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼精錬工程で、ＣａＯ／ＳｉＯ2が０．６〜１．０（重量比）、Ａｌ2Ｏ3含有量が５〜１５％であるスラグを用いて溶鋼のＳｉ脱酸及び精錬をした後、該溶鋼に、溶鋼１トン当たり０．０１〜０．０５ｋｇのＣａを添加して、
０．１５〜１．５％（質量％を意味する、以下同じ）のＳｉを含み、二次イオン質量分析法によって求められる固溶Ａｌ量が０．００１％以下（０％を含まない）、固溶Ｃａ量が０．００５〜０．１ｐｐｍである伸線性に優れた炭素鋼を製造する方法。
【請求項２】
前記炭素鋼はＣ含有量が０．４〜１．０％、Ｍｎ含有量が０．２〜１．０％である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記炭素鋼は、更に他の元素としてＣｏ、ＣｕおよびＣｒよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を、夫々１％以下含有するものである請求項１又は２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸線性に優れた炭素鋼とその製法に関し、特に自動車用タイヤ等に用いられるスチールコードの如き高強度極細鋼線用として優れた伸線性と耐疲労特性を備えた炭素鋼とその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤコード等として用いられるスチールコードは、通常、直径０．１〜０．５ｍｍ程度まで高度に伸線加工されるが、鋼中に不純物として混入してくるＳｉＯ２（シリカ）やＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（アノーサイト）等の非金属介在物は硬質で低延性であるため、伸線工程で断線を起こす原因になる。そのため、これらの非金属介在物を極力低減するか若しくは該介在物を軟質化して延性を高め、断線障害を無くすことが高強度極細鋼線用鋼などを製造する際に極めて重要となる。
【０００３】
こうした非金属介在物の軟質化、高延性化については、例えば特公平６−７４４８４号公報や、同６−７４４８５号公報等に、非金属介在物組成自体をある範囲に規定することによって、該介在物の軟質化と高延性化を図る方法が示されている。しかしながらこれらの公報には、上記介在物を適正な組成範囲内に制御する具体的手段については言及していない。
【０００４】
また特公平７−１０３４１６号、特開平６−２１２２３７号、同７−３１６６３１号等の各公報には、溶鋼精錬時のスラグ組成をある範囲に制御することによって、介在物を軟質・高延性化する方法が示されている。ところが、精錬スラグの組成は溶鋼中に懸濁する介在物の組成に比較的近いものの、該溶鋼を鋳造凝固させ、鋳片加熱、鍛圧加工、伸線加工等を施した後の鋼中の介在物組成が、溶鋼段階で存在する介在物の組成と同じであるとは限らない。
【０００５】
ところで、スチールコード用鋼やばね用鋼中の非金属介在物組成を、ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系で低融点組成とすることによって介在物の軟質・高延性化を図る場合、鋼中の介在物組成は図１の三角図に示すＢ領域付近が望ましいとされている。なぜならば、該領域付近の組成を有する介在物は後工程の鋳片加熱によっても安定であり、ＣａＯ・ＳｉＯ２（ウォラステナイト）と硬質介在物であるＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（アノーサイト）に分離する化学変化を起こし難く、しかも上記Ｂ領域は、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２系において最も融点が低く、軟質で延性が高いからである。
【０００６】
この領域に介在物組成を制御する方法として、溶鋼精錬時のスラグ組成の制御は有力な方法であるが、Ｓｉ脱酸溶鋼では、溶鋼内に生じたＳｉＯ２（図１中のＡ領域付近）を、溶鋼とスラグとの反応によって完全に図１中のＢ領域付近に変化させることは実操業における時間的制約の観点から極めて困難であり、結果として、鋼中に硬質介在物の一つであるＳｉＯ２の残存が避けられない。
【０００７】
また、上記Ａ領域付近の硬質介在物を生成させないため、スラグ中のＣａＯ／ＳｉＯ２を１．０以上にして溶鋼精錬を行なうことも考えられるが、この方法でも時間的な制約からＳｉＯ２残存の問題が解消されないばかりか、溶鋼内の非金属介在物組成が図１のＣ領域付近になってしまうことがあり、鋳造凝固後の鋳片加熱工程で、前述した様なＣａＯ・ＳｉＯ２（ウォラステナイト）と硬質介在物であるＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（アノーサイト）に分離する化学変化を起こす可能性が高まる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様な理由から、溶鋼精練時のスラグ組成制御のみで鋼中の介在物組成を前記Ｂ領域付近に制御することは実際上困難である。本発明はこの様な状況に鑑みてなされたものであり、炭素鋼中の非金属介在物を確実に軟質・高延性化し、伸線性を高めることのできる技術を確立することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた伸線性に優れた炭素鋼は、０．１５〜１．５％（質量％を意味する、以下同じ）のＳｉを含む炭素鋼からなり、二次イオン質量分析法によって求められる固溶Ａｌ量が０．００１％以下（０％を含まない）、固溶Ｃａ量が０．００５〜０．１ｐｐｍであるところに特徴を有している。
【００１０】
上記炭素鋼としては、基本組成としてＣ：０．４〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％を含有するものが好ましく、或いは更に他の元素としてＣｏ、ＣｕおよびＣｒよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を、夫々１％以下含有するものは、伸線加工性が更に高められて好ましい。
【００１１】
そして本発明に係る製法は、伸線性に優れた上記炭素鋼を効率よく製造することのできる方法を提供するもので、溶鋼精錬工程で、ＣａＯ／ＳｉＯ2が０．６〜１．０（重量比）、Ａｌ2Ｏ3含有量が５〜１５％であるスラグを用いてＳｉ脱酸及び精錬した後、該溶鋼に、溶鋼１トン当たり０．０１〜０．０５ｋｇのＣａを添加するところに特徴を有している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
前述した様な課題の下で本発明者らは、伸線性を阻害する硬質介在物の生成原因および生成過程について研究を進めた。その結果、溶製段階でＳｉ脱酸後の溶鋼内にＣａを積極的に添加し、鋼中の固溶Ｃａ量を０．００５〜０．１ｐｐｍの範囲とし、且つ固溶Ａｌ量を０．００１％以下に抑えると、該鋼中の介在物組成が前記図１のＢ領域付近に確実に制御されて軟質・高延性のものとなり、それにより伸線性に優れた鋼材となることが確認された。
【００１３】
ここで鋼中の上記固溶Ｃａ量および固溶Ａｌ量は、二次イオン分析法によって求めた値を意味する。即ち、供試鋼に数ｋｅｖから十数ｋｅｖのエネルギーを有するイオンを照射し、供試鋼表面から放出されるＣａ原子およびＡｌ原子イオン（二次イオン）を質量分離して検出する方法であり、この分析法によれば、鋼中に非金属介在物として濃化している部分以外の当該Ｃａ原子およびＡｌ原子の濃度、即ち鋼中の固溶Ｃａ量と固溶Ａｌ量をｐｐｍオーダーからｐｐｂオーダーまで正確に分析することができる。
【００１４】
上記固溶Ｃａ量および固溶Ａｌ量を規定することによって、介在物組成を高延性の前記Ｂ領域付近に制御される理由は、次の通りである。
【００１５】
即ち鋼中の介在物は、前記図１にも示した如くＣａＯ・ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３の三元系組成であり、鋼中に存在する上記３種の酸化物の存在量によって決まってくる。一方、Ｓｉ脱酸鋼中に含まれるのＳｉ量は通常０．１５〜１．５％の範囲内であり、またＡｌ量は通常０．００１％以下に制限されているが、鉄鉱石中の脈石成分等に由来して０．００００１％程度以上の固溶Ａｌの混入は避けられない。そしてこうしたＳｉ量およびＡｌ量が決まれば、これらＳｉ量およびＡｌ量との熱力学的平衡状態で溶鋼内に分散状態で残存し得るＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の量は自ずと決まってくる。
【００１６】
そして上記前提の下で、溶鋼内に存在する上記ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３と複合して前記図１のＢ領域付近にある好適組成の介在物を生成するために必要なＣａＯ量と、該ＣａＯ量と熱力学的に平衡する固溶Ｃａ量の関係、およびＡｌ２Ｏ３量と、該Ａｌ２Ｏ３量と熱力学的に平衡する固溶Ｃａ量の関係について更に検討を進めたところ、前述の如く鋼中の固溶Ｃａ量を０．００５〜０．１ｐｐｍの範囲に制御してやれば、鋼中の介在物組成が確実に前記Ｂ領域付近になることが確認されたのである。
【００１７】
即ち本発明では、最終的に鋼中の非金属介在物を軟質・高延性を示す組成に制御することによって高伸線性を与えるものであるが、こうした介在物組成を確実に得るための要素として、鋼中のＳｉおよびＡｌ含有量を特定すると共に、固溶Ｃａ量を前述した適正範囲に制御するものである。
【００１８】
従って本発明では、鋼中のＳｉ含有量が０．１５〜１．５％、Ａｌ含有量が０．００３％以下であることが前提となり、これらＳｉ量およびＡｌ量との多少に応じて、三元系介在物組成が前記Ｂ領域付近となる様に前記範囲の中からＣａ固溶量を適正に制御することになる。
【００１９】
よって本発明では、上記介在物の成分組成に関与するＳｉ量とＡｌ量が制限されるだけで、その他の鋼成分については特に限定されず、一般に使用されるスチールコード用鋼の如き伸線加工用鋼材を適用することが、具体的には、下記の如く、Ｃ：０．４〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％を含み、好ましくは更に他の成分として、Ｃｏ，ＣｕおよびＣｒの１種または２種以上を夫々１％以下の量で含有し、残部は実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなる炭素鋼に適用できる。
【００２０】
Ｃ：０．４〜１．０％
Ｃは強度の向上に有用な元素であり、その為には０．４％以上、より好ましくは０．６％以上含有させることが望ましい。しかし、Ｃ量が多くなり過ぎると炭素鋼が脆化して伸線性が損なわれるので、１．０％以下、より好ましくは０．９％以下に抑えるのがよい。
【００２１】
Ｍｎ：０．２〜１．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸作用を有すると共に介在物制御作用も有しており、これらの作用を有効に発揮させるには０．２％以上含有させることが好ましい。但し、Ｍｎ量が多くなり過ぎると鋼材が脆化して伸線性が損なわれるので、１．０％以下に抑えることが望ましい。
【００２２】
本発明で好ましく使用される炭素鋼中の含有元素は上記の通りであり、残部は実質的にＦｅと不可避的不純物であるが、必要により下記元素を選択成分として積極的に添加することによって、伸線性を一段と高めることも有効である。
【００２３】
Ｃｏ，Ｃｕ，Ｃｒよりなる群から選ばれる１種または２種以上：１％以下
これらの元素は炭素鋼の延性を高めるのに有効な元素であり、それらの作用を有効に発揮させるには、Ｃｏ：０．０５％以上（より好ましくは０．１％以上）、Ｃｕ：０．０５％以上（より好ましくは０．１％以上）およびＣｒ：０．０５％以上（より好ましくは０．１％以上）の少なくとも１種を添加することが好ましい。但し、Ｃｏ，Ｃｕ，Ｃｒの上記添加効果はそれぞれ１％で飽和するのでし、それ以上に添加することは経済的に無駄であり、経済性を加味してより好ましいのはＣｏ：０．８％以下、Ｃｕ：０．８％以下、Ｃｒ：０．８％以下である。
【００２４】
次に、本発明に係る伸線性に優れた炭素鋼の製法について説明する。
【００２５】
延性に優れた本発明の炭素鋼を製造するに当たっては、溶鋼精錬工程でスラグを添加し、湯面上の該スラグと溶鋼中の介在物との反応によって鋼中の介在物組成を調整することになるが、本発明ではまず、原料溶鋼としてＳｉ脱酸溶鋼を使用することが前提となる。
【００２６】
即ちＳｉ脱酸溶鋼では、Ｓｉ脱酸によって生成するＳｉＯ２の殆どは精錬時に湯面上に浮上し或いはスラグとの反応によって溶鋼から分離するが、一部は懸濁状態で溶鋼内に残存し、鋼中の硬質介在物となって伸線性を阻害する原因となる。そこで本発明では、溶製段階で適量のＣａを添加し、生成するＣａＯを上記ＳｉＯ２と結合させることによって軟質・高延性のＣａＯ−ＳｉＯ２系に組成制御するものであり、よって、鋼中に介在物としてＳｉＯ２が混入してくるＳｉ脱酸溶鋼の使用が前提となる。
【００２７】
また、精錬後の溶鋼への上記Ｃａ添加による介在物組成の制御を実効あるものとするには、精練時に使用するスラグ組成を、ＣａＯ／ＳｉＯ２の重量比で０．６〜１．０、より好ましくは０．７以上、０．９以下、Ａｌ２Ｏ３量を５〜１５％、より好ましくは７％以上、１３％以下に制御することが必要となる。
【００２８】
その理由は、上記ＣａＯ／ＳｉＯ２比が０．６未満では、スラグ中のＳｉＯ２量が相対的に多過ぎるため、その後のＣａ添加によっても介在物組成がＳｉＯ２リッチとなり、前記Ｂ領域付近の介在物組成が確保できなくなり、一方上記比が１．０を超えるスラグを用いて精錬を行なうと、精錬後に添加するＣａによって介在物組成がＣａＯリッチとなり、図１におけるＣ領域付近の組成の介在物量が増加するからである。
【００２９】
また、該スラグのＡｌ２Ｏ３量が５重量％未満では、スラグとの平衡状態で溶鋼内に残存するＡｌ２Ｏ３量が不十分となって、Ｃａ添加の後で図１におけるＣ領域付近の組成の介在物量が増大し、またスラグ中のＡｌ２Ｏ３量が１５％を超えると、溶鋼内に残存するＡｌ２Ｏ３量が過剰となり、Ｃａ添加後の介在物組成が図１のＡ領域付近となり、いずれの場合も軟質・高延性介在物の確保ができなくなる。
【００３０】
ところが、精練時に使用するスラグ組成を上記の様にＣａＯ／ＳｉＯ２重量比で０．６〜１．０、Ａｌ２Ｏ３量を５〜１５％の範囲に調整してやれば、精錬後のＣａの適量添加によって介在物組成を図１のＢ領域付近に確実にコントロールすることができ、軟質・高延性介在物の確保によって伸線性の優れた炭素鋼を確実に得ることが可能となる。
【００３１】
なお、上記スラグを用いた精錬後に添加するＣａの量は、溶鋼１トン当たり０．０１〜０．０５ｋｇ、より好ましくは０．０２５〜０．０３５ｋｇの範囲が好ましく、０．０１ｋｇ未満ではＣａ量不足で溶鋼精錬後の溶鋼内の介在物組成が前記Ａ領域付近となり、また０．０５ｋｇを超える場合はＣａ過剰で精錬後の介在物組成が前記Ｃ領域付近となり、いずれの場合も好適な介在物組成である前記Ｂ領域付近に変化し難くなる。
【００３２】
Ｃａの添加形態は特に制限されず、例えば金属Ｃａ粉末を鉄カプセルに封入して添加する方法、金属Ｃａ粉末を鉄材で被覆してからワイヤ状に加工して溶鋼内に装入する方法、金属Ｃａをブロック状でそのまま添加する方法、更には金属Ｃａ粉末をアルゴンなどの不活性ガスと共に溶鋼内に吹き込む方法等を適宜採用できる。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明の構成と作用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受ける訳ではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００３４】
実施例
溶銑を２４０トン転炉で一次精錬した後、取鍋加熱精錬装置によりＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系スラグを用いて二次精錬を行ない、該二次精練開始後にＳｉ脱酸を行なう。この時、湯面上のスラグ組成はＣａＯ／ＳｉＯ２：０．６〜１．０、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５％の範囲に制御し、成分調整した後、溶鋼内にＣａを所定量添加する。尚Ｃａは、鉄ケース内に金属Ｃａ粉末を充填して伸線加工したワイヤ状物として添加した。
【００３５】
得られた各溶鋼を鋳造し、鍛造してから最終的に直径５．５ｍｍの線状に加工し、各鋼材の固溶Ｃａ量、非金属介在物組成、並びに伸線加工時の断線指数を下記方法によって調べた。
【００３６】
成分調整後の鋼材組成を表１に、また各溶鋼へのＣａ添加量と得られた鋼材の固溶Ｃａ量および非金属介在物組成、並びに夫々の鋼材を伸線加工したときの断線回数などを表２に一括して示す。また表２に示した評点とは、鋼中に存在する硬質・非延性介在物の大きさと個数を指数化したもので、この値が小さいほど、硬質・非延性介在物が小さく或いは個数が少ないことを意味する。
【００３７】
［鋼材の固溶Ｃａ量］
直径５．５ｍｍの各鋼線材の軸心方向断面にＣＡＭＥＣＡ社製のイオン照射機を用いて８ｋｅｖのエネルギーを持った酸素イオンを照射し、各鋼線断面から放出されたＣａイオンを質量分析することによって固溶Ｃａ量を定量する。
【００３８】
［非金属介在物組成］
直径５．５ｍｍ、長さ２０ｍｍの各鋼線材を軸心方向縦断して５．５ｍｍ×２０ｍｍの面を出す。該断面をＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ    Ｍｉｃｒｏ−ａｎａｌｙｚｅｒ）分析にかけ、長手方向長さが５μｍ以上の介在物の全てに電子線を照射して、その反跳情報から介在物組成（観察した全介在物の平均組成）を求める。
【００３９】
【表１】
0003548453.tif 000002
【００４０】
【表２】
0003548453.tif 000003
【００４１】
表１，２より次の様に考察できる。
【００４２】
Ｎｏ．１〜９：本発明の製法によって得られる炭素鋼（実施例）であり、鋼中の非金属介在物組成は、いずれも図１のＢ領域内の軟質・高延性組成を有しており、いずれも断線指数が非常に小さく、伸線加工性に優れたものであることが分かる。
【００４３】
これらに対しＮｏ．１０〜１７は、鋼中の固溶Ｃａ量が本発明の規定範囲を外れており、介在物組成は図１のＡ領域あるいはＣ領域となっており、硬質・非延性介在物量が多いため何れも断線指数が高く、伸線加工性が悪い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、鋼中のＳｉおよびＡｌ量を規定すると共に、固溶Ｃａ量を特定範囲に制御することによって、介在物組成を軟質・高延性を示す図１のＡ領域付近に調整することができ、伸線加工性の優れた炭素鋼を提供できる。また本発明の方法によれば、Ｓｉ脱酸鋼の精錬工程で使用するスラグ組成を特定すると共に、精錬溶鋼内に所定量のＣａを添加して鋼中の固溶Ｃａ量を所定範囲内に調整することにより、介在物を軟質・高延性組成に変えて伸線性に優れた炭素鋼を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３三元系スラグ組成を示す三角図である。
【図１】
0003548453.tif 000004