(57)【要約】  この異形鋼線は、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、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、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であって、肉厚中心部及び表層部の長手方向の＜１１０＞方位の集積度が２．０〜４．０であり、表層部のうち内面側と外面側との集積度の差の絶対値が０．３以下であり、肉厚中心部の肉厚方向の＜１００＞方位の集積度が１．２〜３．８であり、寸法精度指標が０．５〜２．０である。
2014054756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成が、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である
ことを特徴とする異形鋼線。
【請求項２】
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３】
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；
ことを特徴とする請求項１または２に記載の異形鋼線。
Ａ＝Ｎｆ／Δε-0.3885      （式１）
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項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５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の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いることを特徴とする耐圧層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長手方向に垂直な断面の形状が中空扇形で、引張強度が１２００ＭＰａ以上と高強度で、かつ低サイクル疲労特性に優れた、海底ケーブル保護管用異形鋼線と、その製造方法と、耐圧層とに関する。
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。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーなどの保護管は、断面形状が中空扇形である異形鋼線３本を、円筒状に組み合わせて形成される。また、光ファイバーは保護管に通されて外力から保護され、その保護管は耐圧層となる。ケ−ブルの敷設コストを削減するため、保護管や耐圧層には軽量化が求められており、例えば、特許文献１〜４に開示されているように、従来から、引張強度の高い異形鋼線が提案されている。また、異形鋼線は、線材を伸線加工した後、線材にその断面形状を略中空扇形にする異形圧延を施して製造される。そのため、例えば特許文献５において冷間加工性と高強度化とを両立させた高強度鋼線が提案されている。ここでは、線材とは、鋼線の素材を表す。また鋼線とは、異形鋼線と、異形鋼線以外の鋼線とを含む総称とする。【０００３】
鋼線の冷間加工性と高強度化とを両立させるには、セメンタイト分率の増加、Ｓｉなどの固溶によるフェライトの強化、パ−ライトのラメラー間隔の微細化が有効である。このような鋼線は、例えば、多量のＣを含有し、必要に応じて、Ｓｉ、Ｃｒ等を添加して製鋼した鋼片を、熱間圧延して線材とし、さらにその線材をオ−ステナイト域まで加熱して、その後冷却し、冷却した後に恒温変態させるパテンティング処理を行って製造される。【０００４】
従来の引張強度の高い異形鋼線は、熱間圧延後やパテンティング処理後の鋼線の金属組織に着目し、高強度化と高延性化との両立を図ったものである。また、高強度化と高延性化との両立を図った異形鋼線の製造のための伸線加工工程や異形圧延工程については、例えば、特許文献２及び３に、断線を防止するため、減少断面積や圧延ローラーのカリバー形状を調整する方法が提案されている。【０００５】
しかし、例えば、特許文献２及び３に開示されている、減少断面積や圧延ローラーのカリバー形状を調整するという技術は、異形鋼線の引張強度の確保には有効であるが、その技術によって得られた異形鋼線が低サイクル疲労特性に優れているとは言えない。また、例えば、特許文献１では、集合組織や寸法精度を規定していないため、引張強度の均一性と、優れた低サイクル疲労特性、即ち、耐久性とを両立させることは難しい。【０００６】
さらに、海洋などに、船上から電力ケーブル、通信ケ−ブルを敷設する際には、ケーブルが海底、特に、深海底に到達して安定するまでの短時間の間に、荒天、波浪等の影響を受ける。そのため、ケーブルに水圧や潮力により大きな張力が繰り返し負荷される場合があり、低サイクル疲労による破断の発生が懸念されている。したがって、光ファイバーなどを保護する異形鋼線には、低サイクル疲労特性が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本国特開昭６２−２２８４３１号公報
【特許文献２】日本国特開２００３−３０１２３９号公報
【特許文献３】日本国特開２００３−３０１２４０号公報
【特許文献４】日本国特開２００４−２７７７５９号公報
【特許文献５】日本国特開２０１０−２２９４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑み、特に、海底ケーブル保護管用に好適で、高強度でかつ低サイクル疲労特性に優れた海底ケーブル保護管用異形鋼線と、その製造方法と、耐圧層とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の要旨は、次の通りである。【００１０】
（１）本発明の一態様に係る異形鋼線は、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−パーライト組織又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Ｒ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である。
（２）上記（１）に記載の異形鋼線は、さらに、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）上記（１）または（２）に記載の異形鋼線は、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、Ａ＝Ｎｆ／Δε-0.3885・・・（式１）により算出される低サイクル疲労係数Ａが１５以上であってもよい。
（４）本発明の一態様に係る異形鋼線の製造方法は、上記（１）〜（３）のいずれか一項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。
（５）本発明の一態様に係る耐圧層は、上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の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いる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の上記各態様によれば、従来に比較して大幅に耐久性が改善された高強度の海底ケーブル保護管用異形鋼線と、その製造方法と、耐圧層とを提供することができる。この異形鋼線を使用すれば、低サイクル疲労によるケーブルの破断の発生を抑制することができる、また、耐圧層によれば、光通信ファイバーを保護することができるので、産業上の貢献が極めて顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る異形鋼線の、長手方向に垂直な断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る異形鋼線におけるＥＢＳＤ測定面（ＴＤ面）と、長手方向及び肉厚方向を示す斜視図である。
【図３】同異形鋼線を、光通信ファイバーを中心として、３本を円筒状に組み合わせて形成した耐圧層の、長手方向に垂直な断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者らは、従来技術の問題点を解決するために、鋭意実験、検討を重ねた。その結果、異形鋼線において強度と低サイクル疲労特性とを両立するため、フェライト−パーライト組織又はパーライト組織の金属組織を調整する。それとともに、伸線加工工程及び異形圧延工程の条件を制御することにより、異形鋼線の長手方向の中空扇形の形状をした断面の長手方向の＜１１０＞方位や肉厚方向の＜１００＞方位の集合組織やその断面の内面側両端内角Ｒの寸法精度を制御することが可能となることを見出した。以下、本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の断面を、長手方向に垂直な断面、中空扇形の形状をした断面、又は、単に、断面と言うことがある。なお、以下、海底ケーブル保護管用異形鋼線は異形鋼線であり、単に異形鋼線と言う場合がある。
【００１４】
さらに、本発明者らは、異形鋼線の特性が、伸線加工及び異形圧延によって形成される集合組織によって、大きく変化すること、集合組織の制御により、高強度な異形鋼線の低サイクル疲労特性を向上させることが可能になること、また、集合組織の制御には、伸線加工及び異形圧延の条件が重要であることを見出した。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る異形鋼線の、長手方向に垂直な断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る異形鋼線におけるＥＢＳＤ測定面（ＴＤ面）と、長手方向及び肉厚方向を示す斜視図である。図３は、同異形鋼線を、光通信ファイバーを中心として、３本を円筒状に組み合わせて形成した耐圧層の、長手方向に垂直な断面を示す図である。図３に示すように、海底ケーブル等の耐圧層１０は、光通信ファイバー８を中心として、長手方向に垂直な断面の形状が中空扇形の異形鋼線９を３本、長手方向の断面で組み合わせて円筒状に形成したものである。異形鋼線９の長手方向に垂直な断面の形状は、図１に示すように、半径が異なり、中心角が１２０°である外面及び内面の２つの円弧と、中心軸で１２０°で交差する両端面とからなる中空扇形である。図１に示すように、この中空扇形の形状をした断面において、内面の円弧側を内面側表層部２とし、外面の円弧側を外面側表層部１とする。このような異形鋼線９の断面の形状は、熱間圧延によって製造された素材鋼線を伸線加工し、伸線加工により得た中間鋼線に異形圧延を施して成形される。
【００１６】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の金属組織は、引張強度及び冷間加工性に優れるパーライトとフェライトとからなり、集合組織は、異形鋼線の長手方向の断面において長手方向の＜１１０＞方位が集積した、即ち、異形鋼線の伸線加工方向である長手方向に＜１１０＞方位が配向したものである。異形鋼線の引張強度を高めるには、一定方向に方位が集積する度合いを表す集積度において、ランダムな結晶方位を集積度が１の基準として、長手方向の＜１１０＞方位の集積度を高めることが必要である。しかし、この集積度が高くても、異形鋼線の長手方向の中空扇形の形状をした断面の内面側表層部と外面側表層部とにおいて、長手方向の＜１１０＞方位の集積度の均一性を損なうと、低サイクル疲労特性が低下することを、本発明者らは見出した。ここで、異形鋼線の中空扇形の形状をした断面の長手方向の＜１１０＞方位とは、体心立方格子結晶における、｛１１０｝結晶面の法線方向を向いた結晶方位を表すものとする。即ち、長手方向の＜１１０＞方位が集積するということは、｛１１０｝結晶面が長手方向に対して垂直な断面に平行に集積することを意味している。
【００１７】
そこで、本発明者らは、異形鋼線の長手方向の中空扇形の形状をした、図１に示すような、断面の内面側表層部２及び外面側表層部１とで、長手方向の＜１１０＞方位の集積度の差を小さくするための検討を行った。その結果、伸線加工時、又は、異形圧延時において、異形圧延時の圧延機のローラーの作動直径を制御し、圧延機のローラー表面と中間鋼線との摩擦係数を制御することによって、異形鋼線の長手方向の断面における＜１１０＞方位の集積度を内面側表層部２と外面側表層部１とで均一に保つことができることや、さらに、低サイクル疲労特性の劣化を防止できることを、本発明者らは見出した。更に、本発明者らは、異形鋼線の長手方向の断面における肉厚方向の肉厚中心部３で、長手方向に垂直な肉厚方向の＜１００＞方位の集積度の低下を抑制することにより、低サイクル疲労特性を改善できるという知見を得た。
【００１８】
以下に、上述の知見に基づきなされた本発明の実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線と、その製造方法と、耐圧層とを詳細に説明する。
【００１９】
まず、本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の成分組成とその限定理由について説明する。なお、下記の元素の含有量に関する％は、質量％を意味する。
【００２０】
Ｃ：０．３０％〜１．１０％
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。
【００２１】
Ｓｉ：０．１０％〜１．５０％
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。
【００２２】
Ｍｎ：０．２０％〜１．５０％
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。
【００２３】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線においてＰ、及び、Ｓは不純物であり、以下のように制限される。
【００２４】
Ｐ：０．０２０％以下
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。
【００２５】
Ｓ：０．０２０％以下
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。
【００２６】
以上が、本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の基本的な成分組成であり、残部は、鉄及び不純物である。なお、「残部は、鉄及び不純物である」における「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから不可避的に混入するものを指す。
【００２７】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線は、更に、Ｃｒ、Ｂの一種以上を含有してもよい。
【００２８】
Ｃｒ：０．０１％〜１．００％
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。
【００２９】
Ｂ：０．０００４％〜０．００３０％
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。
【００３０】
Ｎは、不純物であり、鋼中に存在すると、窒化物を形成して低サイクル疲労特性を劣化させる。さらに、歪時効によって延性を劣化させる。なお、不純物であるＮの含有量は特に規定しないが、延性を確保する観点から、Ｎ含有量は０．００６％以下とすることが望ましい。
【００３１】
Ｃｕは、不純物であり、鋼中に存在すると、熱間加工時に、赤熱脆性などによる割れを引き起こす。そのため、Ｃｕ含有量を０．０５％以下とすることが望ましい。Ｃｕ含有量の下限を０％にすることは工業的に困難であり、不可避的に、スクラップなどから、０．００５％程度は混入する。また、Ｃｕ含有量は、０．００５％〜０．０５％混入することもある。
【００３２】
Ｎｉは、不純物であり、鋼中に存在すると、冷間加工性を劣化させる。そのため、Ｎｉ含有量を０．０５％以下とすることが望ましい。Ｎｉ含有量を０％にすることは工業的に困難であり、不可避的に、スクラップなどから、０．００５％程度は混入する。また、Ｎｉ含有量は、０．００５％〜０．０５％混入することもある。
【００３３】
上述したように、Ｃｕ、Ｎｉ及びＮは不純物である。しかしながら、Ｃｕ及びＮｉは製鋼時にスクラップから混入する可能性がある。そのため、Ｃｕ含有量及びＮｉ含有量は０．０５％以下とすることが望ましい。また、Ｎ含有量は、０．００６％以下とすることが望ましい。
【００３４】
次に、本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の金属組織について説明する。異形鋼線の金属組織は、伸線加工によって高強度を得るため、フェライト−パーライト組織、又は、パーライト単独組織とする。これらの金属組織は、光学顕微鏡によって判別することができる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の長手方向に垂直な断面の集合組織について説明する。異形鋼線の長手方向に垂直な断面は中空扇形の形状をしている。通常、フェライト−パーライト組織、又は、パーライト単独組織を有する鋼は、減面率の増加とともに、異形鋼線の長手方向の断面において長手方向の＜１１０＞方位が集積した集合組織が発達する。ここで、減面率とは、加工により減少した断面積即ち減少断面積を、加工前の断面積で除して百分率で表した値である。本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の引張強度は、断面の長手方向の＜１１０＞方位の集積度を高めることによって上昇する。しかしながら、低サイクル疲労特性を向上させるためには、異形鋼線の長手方向に垂直な断面の法線方向、即ち肉厚方向の＜１００＞方位の集積度を高めることが必要である。
【００３６】
異形鋼線の長手方向に垂直な断面の集合組織は、断面の周方向の中央部のＴｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ面、即ち、長手方向と肉厚方向とに平行な面において測定される。以下、Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ面を単にＴＤ面と言う。ＴＤ面については、図２にＴＤ面５として示されている。図２に示す本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線のＴＤ面５において、長手方向７の＜１１０＞方位及び肉厚方向６の＜１００＞方位の集積度は、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）によって測定される。測定した集合組織は、結晶方位が異形鋼線の長手方向７に垂直な方向である法線方向即ち肉厚方向６、又は、異形鋼線の長手方向７に平行な圧延方向などを軸とした材料座標系に対し、完全にランダム方位であった場合を１とした集積度の度合いで示される。例えば、異形鋼線のＴＤ面における肉厚方向の＜１００＞方位の集積度が４の場合、完全に方位がランダムに配置されている場合と比較して、肉厚方向に向いている＜１００＞方位の頻度が４倍であることを意味している。
【００３７】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の圧延方向に平行な長手方向の＜１１０＞方位の集積度は、長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面の周方向の肉厚中央部などで測定される。具体的には、図１に示すこの断面の肉厚方向の肉厚中央部３、並びに、内面側表層部２及び外面側表層部１の３箇所で測定する。断面の肉厚方向の肉厚中央部３は、断面の肉厚方向の中心から、それぞれ、内面側表層部２及び外面側表層部１に向かって、肉厚の１０％の範囲とする。よって、この中空扇形の形状をした断面の肉厚中央部３の厚みは肉厚の２０％の範囲である。さらに、この断面の内面側表層部２及び外面側表層部１は、それぞれ、断面の内面側及び外面側の表面から、肉厚の１０％までの部位とする。
【００３８】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面において、肉厚方向の肉厚中央部、並びに、内面側表層部及び外面側表層部の何れかの部位で、長手方向の＜１１０＞方位の集積度が２．０未満である場合は、引張強度が低下する。一方、この断面において、肉厚方向の肉厚中央部、並びに、内面側表層部及び外面側表層部の何れかの長手方向の＜１１０＞方位の集積度が４．０を超えると、低サイクル疲労特性が低下する。また、引張試験を行った際に脆性破壊し、結果として引張強度が低下する。これは、特定方位の集積度が高くなったことで、特定方向の転位のすべりが容易となり、異形鋼線の圧延方向に平行な長手方向において、長い距離に亘って疲労亀裂の伝播が引き起こされたことが原因である。また、異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面において、内面側表層部及び外面側表層部の強度が不均一になることも、引張強度が低下する原因である。したがって、この中空扇形の形状をした断面において、肉厚方向の肉厚中央部、並びに、内面側表層部及び外面側表層部の長手方向の＜１１０＞方位の集積度を２．０〜４．０とする。
【００３９】
さらに、本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面において、断面の内面側表層部及び外面側表層部で測定した長手方向の＜１１０＞方位の集積度の差の絶対値が０．３を超えると、引張強度の均一性が低下する。そして、引張強度の均一性が低下した結果、低周波の外力が作用した際に、その影響が中空扇形の形状をした断面の内面側と外面側とで異なる。そのため、異形鋼線の耐久性、即ち、低サイクル疲労特性が劣化する。したがって、この中空扇形の形状をした断面において、断面の内面側表層部及び外面側表層部で測定した長手方向の＜１１０＞方位の集積度の差の絶対値が０．３以下である必要がある。
【００４０】
また、本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の製造方法における伸線加工工程及び異形圧延工程によって、異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面において、長手方向の＜１１０＞方位の集積度を高めることができる。この場合、異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面において、特定方向の転位のすべりが容易となり、長い距離に亘って疲労亀裂が伝播してしまう。そのため、異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面において、長手方向の＜１１０＞方位の集積を抑制するとともに、法線方向、即ち肉厚方向の＜１００＞方位の結晶方位の集積度の低下を抑制する。よって、等軸結晶粒からなる多結晶体での結晶粒微細化効果と同様に、異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面を、結晶粒界での転位のすべりを抑制することで、異形鋼線の長手方向への亀裂の伝播を防止することとした。
【００４１】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面では、断面の肉厚中央部の法線方向、即ち肉厚方向の＜１００＞方位の集積度を１．２以上にすることにより、異形鋼線の低サイクル疲労特性を向上させることができる。好ましくは、肉厚方向の＜１００＞方位の集積度を１．３以上、より好ましくは１．４以上とする。一方、この中空扇形の形状をした断面では、断面の肉厚中央部の肉厚方向の＜１００＞方位の集積度が、３．８を超えても、低サイクル疲労特性を向上させる効果が飽和する。そのため、この断面における肉厚中央部の肉厚方向の＜１００＞方位の集積度の上限を３．８とする。したがって、この中空扇形の形状をした断面において、断面の肉厚中央部の法線方向、即ち肉厚方向の＜１００＞方位の集積度を、１．２〜３．８とする。
【００４２】
続いて、本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面における集合組織の測定方法について説明する。図２に示すように、異形鋼線の長手方向７に垂直な中空扇形の形状をした断面の周方向の中心のＴＤ面５を測定面とし、試料を調整する。即ち、異形鋼線の長手方向７に垂直な中空扇形の形状をした断面を見たとき、円弧状の湾曲した外周に沿って測った長さを板幅Ｗとし、円弧の端点から、外周上を円弧に沿ってＷ／２の位置の法線上で試料を切断する。この切断面がＴＤ面５、即ち測定面である。
【００４３】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面において、ＴＤ面を測定面とする集合組織の解析手法は、本発明者らが見出した知見に基づいている。従来、パーライト組織を多く含む鋼に、大きな塑性加工を加えた場合、ＥＢＳＤによる集合組織の解析を、法線方向に垂直な面、即ち法線面、又は、長手方向に垂直な面、即ち、横断面で行う場合、ＥＢＳＤの方位データの元になる菊池線という情報が極めて得られ難いという問題があった。しかし、本発明者らは、この問題を、ＴＤ面で測定することにより解決した。
【００４４】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の集合組織を測定するための試料の作成方法を説明する。異形圧延工程を経た後の異形鋼線を、歪み及び熱が加わらないようにしながら、長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面の、外周に沿って測った長さを板幅Ｗとし、外周の端点から、外周に沿ってＷ／２の位置の法線上で、湿式の高速カッターなどで機械的に切断して、試料を得る。その後、得られた試料の測定面、即ち、ＴＤ面を研磨する。研磨は、まず機械研磨で行われる。機械研磨の後の仕上げに行う鏡面研磨には、粒径が１μｍ〜３μｍのアルミナ又はダイヤモンド粒子を含浸させたバフ布を使用する。更に、測定面であるＴＤ面の歪を除去するために公称０．０５μｍ径のコロイダルシリカ研磨液により振動研磨を行う。更には、電解研磨等により、ＴＤ面の表面を化学的に溶解して仕上げるのが望ましい。
【００４５】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の集合組織の測定方法を説明する。集合組織、即ち、結晶方位の測定は、ＴＳＬ社製ＥＢＳＤ装置を使用して行う。まず、上述の方法によって得られた試料の測定面、即ちＴＤ面の法線方向が電子線の入射方向に対して約７０°をなすようにステージを傾ける。次に、傾けたステージに対して、電子線を照射して、微小ステップでスキャンする。そして、スキャンした電子線の非弾性散乱の干渉によって発生するＥＢＳＤパターンをＣＣＤカメラで撮影する。この集合組織の測定方法において、結晶方位の情報を得る領域、及びスキャンするステップを特に限定する必要はない。しかしながら、フェライト及びパーライトブロックの大きさを考慮すると、適切な領域は４０μｍ×４０μｍであり、適切なステップは０．５μｍである。この適切な領域でステップの情報を取得して計算機上で再構築することにより、集合組織を示す逆極点図、即ち、結晶方位マップを得ることができる。
【００４６】
上述の方法により得られたこの結晶方位マップを基に、本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面における、肉厚方向の肉厚中央部、並びに、内面側表層部及び外面側表層部の各部位の集合組織に関するデータ、即ち、結晶方位の集積度を求める。結晶方位の集積度は、ＴＳＬ社ＯＩＭ−Ａｎａｌｙｓｉｓ上で計算され、結晶方位が測定面であるＴＤ面、異形鋼線の圧延方向即ち長手方向などを軸とした材料座標系に対し、完全にランダム方位であった場合を１とした集積度の度合いで示される。上述の方法によって、異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面における、肉厚方向の肉厚中心部並びに内面側表層部及び外面側表層部での集合組織を測定する。また、この中空扇形の形状をした断面における、肉厚方向の肉厚中心部では、長手方向の＜１１０＞方位及び法線方向の＜１００＞方位の集積度を求める。また、この中空扇形の形状をした断面における、内面側表層部及び外面側表層部では、長手方向の＜１１０＞の方位の集積度を求める。
【００４７】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の寸法精度評価方法について説明する。本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線は、長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面を有し、光通信ファイバーを中心として、この異形鋼線を３本組み合わせて円筒状に形成して使用される。そのため、非常に優れた寸法精度が要求される。異形鋼線の長手方向に垂直な断面の寸法精度は、図１に示す中空扇形の形状をした断面の内側面両端内角Ｒの比、即ち寸法精度指標で評価される。即ち、十分な寸法精度を得るためには、内面側両端内角Ｒを、それぞれ、Ｒ１、Ｒ２とした場合、Ｒ１に対するＲ２の比、即ち、Ｒ２／Ｒ１で表される寸法精度指標が０．５〜２．０である必要がある。寸法精度指標が０．５未満である場合、または、２．０を超える場合、異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面が、この断面の外周の１／２の位置と内周の１／２の位置とを結んだ法線上を軸にして非対称になってしまい、光通信ファイバーを中心として、３本の異形鋼線を円筒状にすることができない。
【００４８】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の機械的特性について説明する。異形鋼線の機械的特性は、引張試験によって得られる引張強度と低サイクル疲労試験によって得られる低サイクル疲労係数Ａとによって評価を行う。本実施形態に係る異形鋼線の引張強度は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠した引張試験によって試験を行う。光ファイバーなどの保護管に用いられる異形鋼線の引張強度としては１２００ＭＰａ以上が要求されることが多い。引張強度が、１２００ＭＰａ以上であると、海底ケーブル等を海底に設置する際に潮力などを受けても、ケーブルが破断しない。一方、伸線加工及び異形圧延加工によって、異形鋼線の引張強度を高める場合、工業的に３０００ＭＰａを超える強度を得ることは難しい。そのため、異形鋼線の引張強度は、１２００ＭＰａ〜３０００ＭＰａが好ましい。また、異形鋼線の疲労特性は、低サイクル疲労試験によって得られる低サイクル疲労係数によって評価をする。低サイクル疲労試験は、評点間距離を８ｍｍとし、歪振幅Δεを２％〜６％とする。さらに、歪速度ε´を０．４％／秒とし、試験波形を繰返速度０．０５０Ｈｚの三角波として歪を負荷する。式（１）に示すように、この試験により得られた破断までの繰返数、即ち、破断繰り返し数Ｎｆを歪振幅Δε-0.3885で除して得られるのが、低サイクル疲労係数Ａである。低サイクル疲労係数Ａが１５以上であれば、例えば、海洋に、船上から通信ケ−ブルを敷設する際の荒天、波浪等による低周波の外力による破断の可能性を顕著に低下させることができる。低サイクル疲労係数Ａが３００を超えることは、工業的に難しいため、異形鋼線の疲労特性を評価する指標である低サイクル疲労係数Ａは、１５〜３００が好ましい。
Ａ＝Ｎｆ／Δε-0.3885      式（１）
【００４９】
次に、本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の製造方法について説明する。異形鋼線の素材となる素材鋼線は、転炉等従来の方法で、成分を調整した鋼片を熱間圧延することで得られる。得られた素材鋼線の化学成分は、例えば、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％以下に制限され、残部がＦｅ及び不純物からなる。また、この素材鋼線の金属組織は、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。ここで、熱間圧延の条件は特に規定しないが、例えば、鋼片の加熱温度を１０００℃〜１２００℃とし、オーステナイト域で熱間圧延を行い、冷却すればよい。次に、熱間圧延をして得られた素材鋼線は、線径を伸線加工によって調整され、オ−ステナイト域まで加熱され、その後冷却された後、恒温変態を起こすためのパテンティング処理を施され、中間鋼線となる。
【００５０】
上述の伸線加工工程において、素材となる素材鋼線を伸線加工して、中間鋼線は得られる。その後、得られた中間鋼線は、異形圧延を行って、異形鋼線として製造される。伸線加工は、冷間で、ダイスを用いて引抜加工することによって行われる。異形圧延工程は、平圧延、第一の異形圧延及び第二の異形圧延からなる。具体的には、異形圧延工程は、中間鋼線を長手方向の断面形状を円形から板状に成形する平圧延と、平圧延後に、平圧延で得られた中間鋼線の幅方向の端面の形状を調整する第一の異形圧延と、その後の第一の異形圧延で得られた中間鋼線の長手方向即ち圧延方向に垂直な断面が中空扇形になるように、第一の異形圧延で得られた中間鋼線に対して曲げ加工を行う第二の異形圧延からなる。このように、中間鋼線は、異形圧延工程を経て、異形鋼線となる。ここで、平圧延後の端面の形状の調整及び長手方向に垂直な断面が中空扇形になるような曲げ加工は、孔型ロールを用いた異形圧延である。
【００５１】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の製造方法において、長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面の集合組織を制御するためには、伸線加工工程では、伸線加工による断面積の減少の度合いが極めて重要である。この伸線加工による断面積の減少の度合いは、伸線加工割合とされる。この伸線加工割合は、素材鋼線の断面積から異形鋼線の断面積を減じた全減少断面積に対する、素材鋼線の断面積から中間鋼線の断面積を減じた減少断面積の比であり、百分率で表される。即ち、伸線加工割合とは、伸線加工工程において減少した断面積を、素材鋼線の断面積から異形鋼線の断面積を減じた値で除して、百分率で表した値である。以下、素材鋼線の断面積から異形鋼線の断面積を減じた値は総減面積と、伸線加工割合を伸線加工による減少断面積割合ということがある。本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の製造方法では、素材となる素材鋼線から中空扇形の形状をした断面を有する異形鋼線に加工するまでの総減面積のうち、伸線加工による減少断面積割合、即ち、伸線加工割合を３０％〜８５％とする。
【００５２】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の製造方法において、伸線加工割合が３０％未満であると、異形鋼線の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面の長手方向の＜１１０＞方位の集積度が２．０未満になり、引張強度が低下する。一方、伸線加工割合が８５％を超えると、この断面の長手方向の＜１１０＞方位の集積度が４．０を超え、低サイクル疲労特性が劣化する。もしくは、この断面の肉厚中心部における肉厚方向の＜１００＞方位の集積度が１．２未満に低下し、低サイクル疲労特性が劣化する。
【００５３】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線の製造方法における異形圧延工程では、異形圧延を行う圧延機のローラーの作動直径、及び、圧延機のローラーの表面と中間鋼線との摩擦係数が重要である。異形圧延を行う圧延機のローラーの作動直径が３５０ｍｍを超えると、異形圧延を行う際に、中間鋼線が、圧延方向へ所定以上に延びてしまい、必要な寸法精度が得られない。また、異形圧延を行う際に、圧延機のローラーの表面と中間鋼線との摩擦係数が０．２を超える場合においても、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、必要な寸法精度が得られない。さらに、この場合、表面疵が発生することがある。また、異形圧延を行う圧延機のローラーの作動直径が３５０ｍｍを超える場合、もしくは、圧延機のローラーの表面と中間鋼線との摩擦係数が０．２を超える場合は、異形鋼線の長手方向の中空扇形の形状をした断面の内面側表層部と外面側表層部との塑性変形流動に大幅な差異が生じてしまう。塑性変形流動に大幅な差異が生じると、この断面の内面側表層部と外面側表層部とにおいて、異形鋼線の長手方向の＜１１０＞方位の集積度の差の絶対値が０．３を超え、低サイクル疲労特性が劣化する。そのため、異形圧延を行う際の、圧延機のローラーの作動直径の上限を３５０ｍｍとする。また、異形圧延を行う際の、圧延機のローラーの表面と中間鋼線との摩擦係数の上限を０．２とする。
【００５４】
一方、異形圧延工程において、異形圧延を行う圧延機のローラーの作動直径が２１０ｍｍ未満の場合は、異形鋼線の長手方向の中空扇形の形状をした断面を安定的に造り込むことが困難になる。また、異形圧延を行う圧延機のローラーの表面と中間鋼線との摩擦係数が０．０５未満の場合においても、中空扇形の形状をした断面を安定的に造り込むことが困難になる。さらに、異形圧延を行う圧延機のローラーの作動直径が２１０ｍｍ未満の場合、もしくは、異形圧延を行う圧延機のローラーの表面と中間鋼線との摩擦係数が０．０５未満の場合には、第二の異形圧延において、第一の異形圧延を経た鋼線の孔型ロールへ入線量が、不十分になってしまう。そのため、異形鋼線の寸法精度が低下し、必要な寸法精度指標が得られない。さらに、異形圧延を行う圧延機のローラーの作動直径が２１０ｍｍ未満の場合、もしくは、異形圧延を行う圧延機のローラーの表面と中間鋼線との摩擦係数が０．０５未満の場合には、例えば第二の異形圧延において、圧延機のローラーの隙間に中間鋼線がはみ出して、疵の原因になることがある。そのため、異形圧延を行う際の、圧延機のローラーの作動直径の下限を２１０ｍｍ、圧延機のローラーの表面と中間鋼線との摩擦係数の下限を０．０５とする。
【００５５】
また、異形圧延工程において、異形圧延を行う際の、圧延機のローラーの入側の張力を調整するバックテンションの制御は、非常に重要である。その理由は、このバックテンションの制御により、異形鋼線の表面疵を防止し、かつ、寸法精度を確保することができるからである。異形圧延を行う際、バックテンションが圧延機のローラーの入側の中間鋼線の破断荷重の２％未満であると、圧延機のローラーへの入線が、例えば上下左右に振動するなど、不安定になる。異形圧延を行う際、圧延機のローラーへの入線が不安的になると、異形鋼線の表面に疵が発生しやすくなる。さらに、異形圧延を行う際、圧延機のローラーへの入線が不安的になると、異形鋼線の必要な寸法精度が得られない。一方、異形圧延を行う際、バックテンションが圧延機の入側の中間鋼線の破断荷重の７％を超えると、圧延機のローラーによる加工によって、不安定な塑性変形が生じてしまい、結果として異形鋼線の寸法精度を損なうことになる。
【００５６】
異形圧延工程において、異形圧延を行う際の、圧延機のローラーの入側の中間鋼線とは、その前の圧延により加工された中間鋼線である。即ち、その前の圧延により加工された中間鋼線とは、平圧延の場合は伸線加工を経た中間鋼線を、端面の形状調整を行う第一の異形圧延の場合は平圧延を経た中間鋼線を、曲げ加工を行う第二の異形圧延場合は第一の異形圧延後の中間鋼線を意味している。そして、それぞれの中間鋼線の破断荷重を、圧延機のローラーの入側の中間鋼線の破断荷重とする。この破断荷重は、異形圧延の張力を調整するバックテンションを制御するために、予め前工程で加工された中間鋼線の引張試験により測定される。そして引張試験により測定された破断荷重に基づいてバックテンションを制御する。
【００５７】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線は次のように使用される。まず、図３に示すように、異形鋼線９の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面の内面側表層部を、光通信ファイバー８を中心として当て、長手方向に異形鋼線３本を円筒状に組み合わせて耐圧層１０を形成する。この耐圧層１０は、海底ケーブル保護管として使用される。つまり、耐圧層１０は、３本の異形鋼線９と光通信ファイバー８とを有し、その３本の異形鋼線９が、光通信ファイバー８を中心として円筒状に組み合わされている。なお、本実施形態に係る耐圧層が備える異形鋼線は、組み合わせて円筒状になるのであれば、本数は限定されず、例えば２本や４本でも構わない。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。【００５９】
まず、表１に示す成分の鋼片を１１００℃に加熱した後、熱間圧延を行った。この熱間圧延によって、線径が４．０ｍｍ〜６．５ｍｍの素材鋼線を製造した。得られた素材鋼線の金属組織はフェライト−パーライト又はパーライト単独の組織であった。伸線加工工程の前処理として、この素材鋼線の表面のスケールを、曲げ加工とショットブラストとによって除去した。このショットブラスト後に、素材鋼線を洗浄して、その後に潤滑剤を塗布して、その後に乾燥させた。そして得られた素材鋼線に対して、パテンティング処理を施し、伸線加工工程において伸線加工を行った。【００６０】
【表１】
2014054756.tif 000003
【００６１】
伸線加工工程における伸線加工は、ダイスアプローチ全角が１０°〜１４°の複数のダイスを用いて行った。各ダイスによる減面率は１５％〜３５％とした。次の異形圧延工程において、伸線加工後の中間鋼線に対し、平圧延を行った。この平圧延は、円形の形状を有する中間鋼線の長手方向の断面に対して、平ロールによって異形圧延をおこなうものである。平圧延を経た後、第一の異形圧延では、平圧延を経た中間鋼線に対して、平ロールに接触していなかった中間鋼線の幅方向の端面を斜めに圧下する異形圧延を行った。この異形圧延によって、第一の異形圧延を経た中間鋼線の長手方向の断面の形状は台形となった。そして、第一の異形圧延を経た後、第一の異形圧延を経た中間鋼線に対して、第二の異形圧延では、第一の異形圧延によって加工された中間鋼線の長手方向の台形の形状をした断面において、台形の短辺の中心から短辺に沿って外側に押し出すように、異形圧延を行った。また、第二の異形圧延では、第一の異形圧延によって加工された中間鋼線の長手方向の台形の形状をした断面において、台形の長辺の端部を外側から内側に押し込むように、異形圧延を行った。この第二の異形圧延によって、長手方向の断面が中空扇形の形状をした異形鋼線が得られた。
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。【００６２】
素材である素材鋼線の半径即ち線径と断面積、伸線加工後の中間鋼線の半径即ち伸線径と断面積、異形圧延後の異形鋼線の断面積を製造条件とともに表２に示す。【００６３】
【表２】
2014054756.tif 000004
【００６４】
伸線加工工程及び異形圧延工程を経て得られた異形鋼線の、長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面の周方向の中心のＴＤ面を測定面とし、ＥＢＳＤにより、集合組織を測定した。なお、測定前に、異形鋼線の測定面に対し鏡面研磨を行い、更に歪を除去するために振動研磨を行った。また、ＥＢＳＤによる集合組織の測定は、長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面の周方向の中心軸上、また、この断面の肉厚方向では、肉厚中心部並びに内面側表層部及び外面側表層部で行った。また、この異形鋼線の金属組織は、光学顕微鏡で観察した結果、フェライト−パーライト組織、又は、パーライト単独の組織であった。【００６５】
異形鋼線の引張強度は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠してインストロン型引張試験機を用いて測定した。表３に示すように、引張強度が１２００ＭＰａ以上のものを、十分な強度を有するものとした。また、異形鋼線の低サイクル疲労試験は、評点間距離を８ｍｍとする試験片を用いて、片振り引張試験で行った。この低サイクル疲労試験は、歪振幅Δε：２％〜６％の間で、歪速度ε´：０．４％／秒、試験波形：繰返速度０．０５０Ｈｚの三角波で歪を負荷した。この低サイクル疲労試験において、試験片が破断するまでの繰返数Ｎｆを測定した。この試験結果を、式（１）のＡ＝Ｎｆ／Δε-0.3885に代入し、低サイクル疲労係数Ａを算出した。この低サイクル疲労係数Ａが１５以上である場合、表３に示すように、海底ケーブルの敷設時に十分な低サイクル疲労特性を持つものとした。【００６６】
異形鋼線の疵は、表３に示すように、０〜３の疵評点により評価を行った。まず、異形鋼線の表面疵の判別は、軍手をはめた触手、及び表面を目視で観察することにより行った。具体的には、製造した異形鋼線から１０ｍ〜２０ｍの長さの試料を採取した。次に、軍手をはめた掌中で採取した試料の全長を滑らせながら触った。この時、なめらかに滑らすことができ、いわゆる「ケバ」が認められない試料を「疵が全く存在しない」として疵評点を０とした。また、この評価方法において、軍手が試料の表面に引っ掛かり、ケバが認められた場合を１〜３の疵評点とした。疵評点が１とは、軍手が試料の表面の部位が、疵限度見本写真と比較して、その見本写真よりも小さい場合であり、許容できると判断した。また、疵評点が２とは、軍手が試料の表面その部位を、疵限度見本写真と比較した結果、その見本写真よりも大きい場合である。また、疵限度見本写真と比較して、疵が非常に大きく、操業中に断線が発生した場合には、疵評点を３とした。また、表３において、寸法精度指標が０．５〜２．０である場合にのみ寸法精度はｇｏｏｄとし、それ以外の場合はｎｏ  ｇｏｏｄと表示した。【００６７】
上述の結果を表３に示した。本発明例０１〜１３は、本発明に必要な集合組織の集積度及び寸法精度を満たし、また、引張強度及び低サイクル疲労係数Ａの十分な機械的特性が得られていた。さらに、表２に示したように製造条件が好適であった。
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。【００６８】
【表３】
2014054756.tif 000005
【００６９】
比較例１７〜１９は、異形鋼線の長手方向の断面の内面側表層部及び外面側表層部への＜１１０＞方位の集積度が不足していた。さらに、比較例１７〜１９は、伸線加工割合が十分ではなかった。これらの結果、引張強度が低下していた。
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。【００７０】
比較例２２〜２４は、必要な寸法精度が得られなかっただけでなく、異形鋼線の長手方向の内面側表層部と外面側表層部において、塑性変形流動に大幅な差異が生じ、これに起因して、異形鋼線の内面側表層部と外面側表層部との長手方向の＜１１０＞の集積度の差の絶対値が本発明の範囲を超えていた。また、比較例２２〜２４は、表面疵が発生していた。
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。【００７１】
比較例２５〜２７は、異形鋼線の長手方向の断面の内面側表層部及び外面側表層部とで、塑性変形流動に大幅な差異が生じて、異形鋼線の長手方向の断面の内面側表層部と外面側表層部とで長手方向の＜１１０＞の集積度の差が本発明の範囲を超えていた。そのうち比較例２５及び２６は、寸法精度指標が本発明に必要な範囲を満たしておらず、また、表面に疵が発生し、表面性状が悪化していた。
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。【００７２】
比較例２８及び２９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下回り、表面性状が悪化していた。また、比較例２８及び２９は、表面の疵が発生していた。さらに、比較例２８及び２９は、異形圧延において圧延機のローラーの作動直径が小さく十分ではなかったため、ロールへの入線量が不十分になってしまい、中間鋼線の噛み出しが発生した。
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。【００７３】
比較例３２は鋼種の化学組成においてＣ含有量が、０．１５％と本発明の範囲を下回っていた。その結果、異形鋼線の加工硬化率が低く、引張強度が低くなっていた。
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。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明によれば、異形鋼線の化学組成や集合組織を制御する事により、高強度で、かつ、低サイクル疲労特性に優れた異形鋼線を提供することができる。本発明によれば、ケーブル軽量化によりケ−ブルの敷設コスト削減、工事の簡略化、短工期化を達成する事に加えて、海洋に、船上から電力、通信ケ−ブルを敷設する際の荒天、波浪などによる、ケーブの断線事故の懸念を払しょくすることが可能となる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００７５】
１    外面側表層部
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
【図１】
2014054756.tif 000006
【図２】
2014054756.tif 000007
【図３】
2014054756.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月14日(2015.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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）
【請求項２】
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３】
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４】
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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、長手方向に垂直な断面の形状が中空扇形で、引張強度が１２００ＭＰａ以上と高強度で、かつ低サイクル疲労特性に優れた、海底ケーブル保護管用異形鋼線と、その製造方法と、ケーブルとに関する。
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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑み、特に、海底ケーブル保護管用に好適で、高強度でかつ低サイクル疲労特性に優れた海底ケーブル保護管用異形鋼線と、その製造方法と、ケーブルとを提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
（１）本発明の一態様に係る異形鋼線は、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−パーライト組織又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Ｒ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、Ａ＝Ｎｆ／Δε-0.3885・・・（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。
（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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
本実施形態に係る海底ケーブル保護管用異形鋼線は次のように使用される。まず、図３に示すように、異形鋼線９の長手方向に垂直な中空扇形の形状をした断面の内面側表層部を、光通信ファイバー８を中心として当て、長手方向に異形鋼線３本を円筒状に組み合わせて耐圧層１０を形成する。この耐圧層１０は、海底ケーブル保護管として使用される。つまり、ケーブルは、３本の異形鋼線９と光通信ファイバー８とを有し、その３本の異形鋼線９が、光通信ファイバー８を中心として円筒状に組み合わされている。なお、本実施形態に係る耐圧層が備える異形鋼線は、組み合わせて円筒状になるのであれば、本数は限定されず、例えば２本や４本でも構わない。
【国際調査報告】
2014054756.tif 000009
2014054756.tif 000010