(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．６０ｍａｓｓ％以上１．０ｍａｓｓ％以下、
Ｓｉ：０．１５ｍａｓｓ％以上０．５０ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：０．３０ｍａｓｓ％以上１．００ｍａｓｓ％以下、
Ｐ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、
Ｓ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：０．００２ｍａｓｓ％以下、
を含有し、全酸素量が２０ｐｐｍ以下で、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
さらに、鋼中の介在物が、１０μｍ以下の大きさで、
Ａｌ2Ｏ3：１５〜３０ｍａｓｓ％、
ＳｉＯ2：３５〜５０ｍａｓｓ％、
ＭｎＯ：５〜２０ｍａｓｓ％、
ＣａＯ：１５〜２５ｍａｓｓ％
を含有する複合介在物であることを特徴とする伸線加工性に優れた高炭素鋼線材。
【請求項２】
さらに、
Ｃｒ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．５０ｍａｓｓ％以下、
Ｖ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下、
Ｎｉ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％以下、
からなる３種の元素のうちの１種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１記載の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばスチールコード等の極細鋼線を製造するのに好適な伸線加工性に優れた高炭素鋼線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、スチールコードを製造するには、熱間圧延した後に調整冷却された直径５〜６ｍｍの極細線用線材に伸線およびパテンティング処理を繰り返し、最終パテンティング処理後にブラスメッキを施し、湿式伸線によって直径０．３ｍｍ以下の極細鋼線に加工し、この極細鋼線素線を撚り線加工している。極細線用線材は湿式伸線で９０％以上の強加工を受けて高強度の極細鋼線となり、その後の撚り線加工では極細鋼線には捻り応力が作用する。従って、極細線用線材には、湿式伸線加工とその後の撚り線加工とにおいて断線しないことが強く要求される。これらの加工時に断線すると生産性や歩留りが低下し、さらにスチールコードとしての品質が低下する。また、近年、軽量化のために極細線用線材の高強度化が望まれているものの、一般的に、高強度化するほど延性が損なわれるため、特に内部性状に優れた極細線用線材が要求される。
【０００３】
高炭素鋼線材の強化方法としては、例えば特公昭５５−９０４４号公報に開示されているように、合金元素を添加することによりパーライトのラメラー間隔を微細化する方法やフェライトを固溶強化する方法が知られている。また、伸線性や撚り線性あるいは耐疲労性に悪影響を及ぼすものとして酸化物系介在物が知られている。特に、Ａｌ２  Ｏ３  、ＴｉＯ２  、ＳｉＯ２  、およびＣａＯ等の単独組成のものは極めて硬く伸延性に劣るので、熱間圧延あるいは冷間伸線において有害である。これらの酸化物系介在物を軟質化することを目的とした技術としては、例えば特開昭５５−４２９６１号公報に開示された技術が知られており、この技術は、溶鋼中のＡｌ量を低減してＡｌ２  Ｏ３  系介在物の組成制御を行うものであるが、十分な効果が得られるとは言い難い。また、特公平４−８４９９号公報には、介在物インデックスを規定し、かつ組成も規定することにより介在物の軟質化を図り、伸線性や耐疲労性を改善する技術が開示されている。しかし、この技術においても酸化物系介在物を軟質な組成に改質できてもその大きさや量まで制御して伸線加工性を向上させることは困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、伸線加工性に優れた高炭素鋼線材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材は、
Ｃ：０．６０ｍａｓｓ％以上１．０ｍａｓｓ％以下、
Ｓｉ：０．１５ｍａｓｓ％以上０．５０ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：０．３０ｍａｓｓ％以上１．００ｍａｓｓ％以下、
Ｐ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、
Ｓ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、
Ａｌ：０．００２ｍａｓｓ％以下、
を含有し、全酸素量が２０ｐｐｍ以下で、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
さらに、鋼中の介在物が、１０μｍ以下の大きさで、
Ａｌ2Ｏ3：１５〜３０ｍａｓｓ％、
ＳｉＯ2：３５〜５０ｍａｓｓ％、
ＭｎＯ：５〜２０ｍａｓｓ％、
ＣａＯ：１５〜２５ｍａｓｓ％
を含有する複合介在物であることを特徴とするものである。
【０００６】
ここで、さらに、
Ｃｒ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．５０ｍａｓｓ％以下、
Ｖ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下、
Ｎｉ：０．０５ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％以下、
からなる３種の元素のうちの１種以上の元素を含有することが好ましい。
【０００７】
上記アスペクト比とは、介在物の最大厚さｄと長さｌとの比（ｌ／ｄ）をいう。
また、上記複合介在物の大きさとは、圧延線材の縦断面における介在物の厚さをいう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
Ａｌ２  Ｏ３  、ＳｉＯ２  等の単独酸化物系介在物は硬質で伸延性が劣ること、及びＡｌ２  Ｏ３  −ＳｉＯ２  −ＭｎＯ−ＣａＯ等の低融点複合介在物は軟質で伸延性に富むことは公知である。本発明者らはこのような知見に基づき高炭素鋼線材の伸線性および撚り線性を改善する手段を鋭意研究を重ねた。その結果、化学組成と全酸素量を規定し、さらに介在物の種類やその大きさ、アスペクト比を規制することにより伸線加工性を大きく改善できるという新たな知見を得、本発明を成し遂げた。
【０００９】
先ず、化学組成についてその限定理由を説明する。
Ｃ：
伸線加工後の所望強度を確保するために０．６ｍａｓｓ％を下限とした。Ｃ量を増加させればいっそう高い強度を得ることができるものの、延性の低下が大きく、特に、１．０ｍａｓｓ％を超えると粗大な初析セメンタイトが析出して著しく脆化するため上限を１．０ｍａｓｓ％とした。
【００１０】
Ｓｉ：
Ｓｉは脱酸に有効な元素であり、その効果を発揮させるには０．１５ｍａｓｓ％以上添加する必要がある。一方、Ｓｉを過多に添加するとＳｉＯ２  系介在物が多くなり加工性を損なうので０．５０ｍａｓｓ％以下とした。
Ｍｎ：
Ｍｎも脱酸に有効で、かつ延性劣化を助長するＳをＭｎＳとして固定、さらに焼入れ性を確保する点から下限は０．３０ｍａｓｓ％とした。しかし、１．００ｍａｓｓ％を超えて過多に添加すると焼入れ性が過剰となりミクロなマルテンサイトを生じ伸線性が阻害される。
【００１１】
Ｐ，Ｓ：
ＰおよびＳともに偏析し易く、鋼の延性及び靭性を劣化させる元素であるため、ともに０．０１５ｍａｓｓ％以下とした。
Ａｌ：
Ａｌは強力な脱酸元素で酸素量を低減するには極めて有効なものの、Ａｌ２  Ｏ３  単独の介在物を多く生成し、伸線性、撚り線性を大きく低下させるため０．００２ｍａｓｓ％以下とした。
【００１２】
Ｃｒ：
Ｃｒは焼入性を高め、特にパーライトラメラー間隔の微細化効果が大きく、延性をあまり低下させることなく伸線後の強度を高めるに有効である。この効果を発揮させるには０．０５ｍａｓｓ％以上添加する必要がある。しかし過多に添加すると焼入性が過剰となりパーライト変態を制御することが困難となり適切なミクロ組織が得られなくるため０．５０ｍａｓｓ％以下とした。従って、Ｃｒを０．０５ｍａｓｓ％以上０．５０ｍａｓｓ％以下添加した場合は、伸線後の強度がいっそう高められる。
【００１３】
Ｖ：
Ｖは焼入性と炭窒化物生成の両作用から強度向上に有効な元素であるが、過剰添加は鋳片冷却途上の炭窒化物が表面欠陥を促進するため、０．０５ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下とした。従って、Ｖを０．０５ｍａｓｓ％以上０．２０ｍａｓｓ％以下添加した場合は、強度がいっそう向上する。
【００１４】
Ｎｉ：
Ｎｉは延性及び靭性を高め鋼線そのものの脆化を防ぐために有効な元素であり、その効果を発揮するには０．０５ｍａｓｓ％以上添加することが必要である。一方、過剰に添加すると製造コストが上昇するばかりか焼入性が向上し、パーライト組織を得ることが困難になる。このため、上限は０．３０ｍａｓｓ％とした。従って、Ｎｉを０．０５ｍａｓｓ％以上０．３０ｍａｓｓ％以下添加した場合は、延性及び靭性をいっそう高められる。
【００１５】
次に、介在物の大きさ、介在物の種類、及び介在物の伸延性や介在物量について説明する。
介在物の大きさは、極細線の伸線性あるいは撚り線性への悪影響がないと考えられる１０μｍ以下にする。
介在物を加工により薄く伸延させ分断させて無害化を図る上で、複合介在物組成比が重要であることは公知であるが、種々調べると、主にＡｌ２  Ｏ３  −ＳｉＯ２  −ＭｎＯ−ＣａＯ系からなる複合介在物が最も伸延し易く、そのアスペクト比が断線に対し大きな影響を及ぼすことをつきとめた。
【００１６】
図１に、上記の範囲内の化学組成を有し、種々の組成比の介在物を含有する高炭素鋼線材を冷間で伸線したときの、加工度とアスペクト比との関係を調べた結果を示す。図１の縦軸はアスペクト比を表し、横軸は加工度を表す。アスペクト比は、光学顕微鏡で観察して撮影した介在物の最大厚さｄと長さｌとの比（ｌ／ｄ）を表したものである。また、加工度は、伸線前後の断面積の差を伸線前の断面積で割った値を百分率で表したものである。
【００１７】
ここで、図１、図２における組成Ｘの介在物は、Ａｌ２  Ｏ３  あるいはＳｉＯ２  が主な組成のものであり、加工度が変化してもアスペクト比はほとんどかわらず、素材での介在物の大きさが、加工を受けてもほとんどそのままであることがわかる。組成Ｙの介在物は、Ａｌ２  Ｏ３  ：１５〜３５ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２  ：３５〜５０ｍａｓｓ％、ＭｎＯ：５〜２０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１５〜２５ｍａｓｓ％を含有し、加工とともにアスペクト比が大きくなり、良く伸延していることがわかる。組成Ｙの介在物では、加工度９０％でアスペクト比が約１５を示す。組成Ｚの介在物は、Ａｌ２  Ｏ３  ：１０ｍａｓｓ％以下、ＳｉＯ２  ：３０〜５５ｍａｓｓ％、ＭｎＯ：５〜２０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：５〜４５ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜２５ｍａｓｓ％を含有し、アスペクト比は組成Ｘのものと組成Ｙのものとの中位を示す。
【００１８】
図２に、上記の各組成Ｘ，Ｙ，Ｚを有する介在物を含有する高炭素鋼線材に冷間で加工度９６．５％を与えて極細線に伸線し、その後撚り線加工を行い、その加工時の断線発生指数とアスペクト比との関係を示す。図２の縦軸は断線発生指数を表し、横軸はアスペクト比を表す。アスペクト比は、図１の場合と同じ方法で求めた。また、断線発生指数とは、伸線重量に対する断線頻度を指数化したものをいう。
【００１９】
図２に示すように、アスペクト比１５以上の場合、断線発生指数が極めて低いことがわかる。したがって、一般的に採用される冷間加工度９０％以上の場合に、アスペクト比が１５以上となるようなＡｌ２  Ｏ３  −ＳｉＯ２  −ＭｎＯ−ＣａＯ系組成であれば、伸線性や撚り線性が極めてよいことが明らかであり、それぞれの組成比は特に限定する必要はない。
【００２０】
次に、介在物について説明する。
高炭素鋼線材の組成および介在物組成を適切に制御しても介在物量が多ければ撚り線加工時に断線を誘発する可能性があり、またマトリックスの延性向上などにも好ましくない。本発明者らは、介在物の個数を少なくし、かつ大きさを小さくするためには、高炭素鋼線材の全酸素量を規制すればよいことを見出した。図３に、高炭素鋼線材中の全酸素量と、この高炭素鋼線材１００ｍｍ２  当たりの介在物の個数との関係を示す。図３の縦軸は、高炭素鋼線材１００ｍｍ２  当たりの介在物の個数を表し、横軸は、高炭素鋼線材中の全酸素量を表す。ここで、介在物の個数は、線材の縦断面を光学顕微鏡４００倍で観察し測定した。また、高炭素鋼線材中の全酸素量は、周知の化学分析法で調べた。
【００２１】
図３に示すように、全酸素量が２０ｐｐｍを超えると、急激に介在物の個数が多くなる。尚、図３では、２μｍ以上の大きさの介在物を対象として測定した結果を示しており、全酸素量が２０ｐｐｍ以下の場合、介在物の最大の大きさは５μｍ程度であった。
図４に、高炭素鋼線材中の全酸素量と捻回値との関係を示す。図４の縦軸は、捻回値を表し、横軸は、高炭素鋼線材中の全酸素量を表す。ここで、捻回値は、例えばＪＩＳ  Ｇ  ３５２１  硬鋼線の中のねじり試験に記載された方法に準拠して測定したものである。尚、高炭素鋼線材中の全酸素量の求め方は、図３のものと同様である。
【００２２】
図４に示すように、全酸素量が低い（清浄性が良い）程、捻回値は４０回以上と高く延性の優れていることがわかる。したがって、清浄性を改善する点から全酸素量を２０ｐｐｍ以下とした。
本発明の高炭素鋼線材は、以上のように、化学組成や介在物種類等を規制しているため、線材自体の延性が高く、伸線性および撚り線性に優れている。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材を製造するに当たっては、先ず、溶銑・予備処理した銑鉄を転炉で製錬して出鋼した。出鋼時に、フェロＭｎ、フェロＳｉを添加して脱酸し、さらにフラックスを添加し、その後Ａｒ雰囲気調整下においてＡｒガス攪拌を行い、連続鋳造してブルームを製造した。供試鋼とした各ブルームの化学組成を表１に示す。このブルームを通常の加熱温度および圧延温度で圧延し、直径５．５ｍｍの線材を製造した。線材の巻取り温度を９００℃に制御し、微細パーライトを得るために適切な調整冷却を行った。これらの線材に、伸線とパテンティングを繰り返した。最終伸線前のパテンティングの加熱温度を９５０℃とし、鉛浴温度としては、いずれの供試鋼も均一微細なパーライト組織を得るべく適切な温度条件を設定したが、基本的には５４５℃前後である。その後ブラスメッキを行い、直径０．２５ｍｍの極細鋼線（素線）に仕上げた。
【００２４】
この素線の引張強さおよび捻回値を求めた。また、撚り線加工を行った際の断線指数を調べた。この結果を表２に示す。本発明鋼Ａ〜Ｈの素線における強度は、特定化学組成にみあった十分に高い値を示し、また延靭性の指標となる捻回値も優れた値を示す。さらに、撚り線時の断線は、本発明鋼ではいずれの鋼においても全く認められず極めて良好な素線特性および加工性が得られた。一方、比較例のＢ鋼とＣ鋼は素線において高い強度は得たものの、捻回値が低く、撚り線加工においても断線が発生し、本発明鋼との加工性の差が明らかになった。
【００２５】
【表１】
0003546551.tif 000002
【００２６】
【表２】
0003546551.tif 000003
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の伸線加工性に優れた高炭素鋼線材は、化学組成や介在物種類等を規制しているため、高強度高延性を確保でき、厳しい伸線加工および撚り線加工に耐え得る極めて優れた線材である。従って、ダイス寿命に優れ、高速伸線も可能であり生産性を著しく高めることが期待でき、また耐疲労性等の向上にも大きく寄与すると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】所定の化学組成を有し、各組成Ｘ，Ｙ，Ｚの介在物を含有する高炭素鋼線材を冷間で加工したときの、加工度とアスペクト比との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図２】介在物が各組成Ｘ，Ｙ，Ｚを有する高炭素鋼線材に冷間で加工度９５．５％を与えたときの、撚り線加工時の断線発生指数とアスペクト比との関係を示すグラフである。
【図３】高炭素鋼線材中の全酸素量とこの高炭素鋼線材１００ｍｍ２  当たりの介在物の個数との関係を示すグラフである。
【図４】高炭素鋼線材中の全酸素量と捻回値との関係を示すグラフである。
【図１】
0003546551.tif 000004
【図２】
0003546551.tif 000005
【図３】
0003546551.tif 000006
【図４】
0003546551.tif 000007