(57)【要約】【課題】機械的特性は勿論のこと、優れた耐食性をも発揮する鋼線材を提供することにある。【解決手段】本発明の鋼線材は、Ｃ：０．３〜０．８５％、Ｓｉ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．２〜１．２％、Ｃｕ：０．０８〜０．５％、Ａｌ：０．００２〜０．１％およびＮ：０．００２〜０．０１％を夫々含有すると共に、引張強さが７００Ｎ／ｍｍ２以上のものであり、こうした鋼線材は、光ファイバー海底ケーブルの異形線や補強用ワイヤ（補強用ピアノ線）の素材だけでなく、その良好な機械的特性を利用して、漁業、船舶等で用いられる鋼索等の素材としても有用である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．３〜０．８５％（質量％の意味、以下同じ）、Ｓｉ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．２〜１．２％、Ｃｕ：０．０８〜０．５％、Ａｌ：０．００２〜０．１％およびＮ：０．００２〜０．０１％を夫々含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、引張強さが７００Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする耐食性に優れた鋼線材
【請求項２】
更に、Ｎｉ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＣｒ：０．５％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１に記載の鋼線材。
【請求項３】
更に、Ｔｉ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）およびＶ：０．２％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種または２種以上を含有するものである請求項１または２に記載の鋼線材。
【請求項４】
海底ケーブル内に埋設される光ファイバーの外周に配置され、該光ファイバーの耐圧層を構成する異形線の素材として用いられるものである請求項１〜３のいずれかに記載の鋼線材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた耐食性を発揮することのできる鋼線材に関するものであり、特に海底ケーブル内に埋設される光ファイバーを外圧（海水圧）から保護する為に、光ファイバーの外周に配置されて耐圧層を構成する異形線等の素材として有用な鋼線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーは、光の伝播を低損失で行えることや軽量であること等の特性を有していることから、大容量の情報を長距離にわたって伝送する海底ケーブルにおける情報伝達媒体として利用することが試みられている。この構成を、図面を用いて説明する。
【０００３】
図１は、光ファイバーを情報伝達媒体として用いた海底ケーブル（以下、「光ファイバー海底ケーブル」と呼ぶことがある）の断面構造例を示す概略説明図であり、図中１は光ファイバーユニット、２は光ファイバーユニット１を深海の海水圧から保護するための耐圧層、３は補強用ピアノ線、４はピアノ線を固定している銅パイプを夫々示す。尚、図１には示されていないが、前記銅パイプ４の外周は低密度ポリエチレン等によって構成される絶縁層に覆われ、更にその表面が高密度ポリエチレン等によって構成される外皮に覆われて光ファイバー海底ケーブルが構成されることになる。
【０００４】
上記の様な光ファイバー海底ケーブルにおいて、前記耐圧層２は、断面形状が略扇型をなす３つの異形線２１〜２３を組み合わせることによって構成されるのが一般的である。この異形線２１〜２３の断面形状を図２（拡大説明図）に示すが、異形線２１〜２３は一対のテーパー側面３０ａ，３０ｂ、凹曲面３１および耐圧層２の外周面を構成する凸曲面３２等を有するものである。尚、この異形線は、扇の要（かなめ）中心から凹曲面までの距離ｒ１が１．５ｍｍ程度、半径方向の厚みｒ２が３．０ｍｍ程度になるように形成されるのが一般的である。
【０００５】
尚、図２に示した構成では、３つの異形線２１〜２３を組み合わせることによって耐圧層２を構成する構造を示したが、組み合わせ個数は３つに限らず、例えば６分割のものも知られている（特許文献１）。
【０００６】
ところで、海底ケーブルが何らかの原因で毀損して海水がケーブル内に浸入したときには、海水が軸芯方向に侵入していく現象（以下、この現象を「水走り」と呼ぶ）が生じることがある。こうした「水走り」を防止するために、光ファイバーユニット１と耐圧層２の間、および耐圧層と銅パイプの間（即ち、補強用ピアノ線３間）にはコンパウンド（図示せず）が充填されている。
【０００７】
上記のような異形線は、例えば８ｍｍφ程度の線材を４ｍｍφ程度までダイス引抜きをし、２．３ｍｍφ程度までロールで平圧延した後、１．５ｍｍ厚程度の略扇型にダイス引抜して製造されている。そして、こうした製造工程段階での加工硬化を利用して耐圧層として要求される強度を確保しているのであるが、海底ケーブルは５００〜８００気圧（深さ：５０００〜８０００ｍ）にも及ぶ深海で使用されるため、１２００Ｎ／ｍｍ２以上の引張強さが必要とされている。
【０００８】
上記のような特性が要求される異形線に関して、これまでにも様々提案されている。例えば、線材中のＣ，ＭｎおよびＣｒの含有量によって規定される炭素当量Ｃｅｑが０．５７％以上を満足し、長さ方向において少なくとも１箇所の溶接部を有し、且つ溶接部を含む全長にわたりフェライト・パーライト組織であって、引張強さが１２６ｋｇｆ／ｍｍ２（１２３６Ｎ／ｍｍ２）以上であるような光ファイバー海底ケーブル用異形線が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００９】
また、補強用ワイヤについては、パーライト組織を構成するフェライトにおけるＣ濃度の最大値と最小値が１．３原子％以下となるように制御することによって、延性に優れた高強度炭素鋼線とすることも提案されている（例えば、特許文献３）。
【００１０】
ところで、光ファイバー海底ケーブル内に海水が浸入する事態があることを想定すれば、異形線は腐食されやすい環境に晒されることになるので、良好な耐食性を有していることも必要になる。しかしながら、これまで提案されている異形線用鋼線材では耐食性については考慮されているとは言えない。鋼線材に良好な耐食性を付与するという観点から、炭素含有量が０．８２％程度である鋼線の表面にＺｎ−Ａｌ合金めっき層を形成することも提案されているが（例えば、特許文献４）、鋼線材自体の耐食性については何ら考慮されていないのが実状である。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭６１−１２０１７号公報  特許請求の範囲等
【特許文献２】
特公平７−４２５４８号公報  特許請求の範囲等
【特許文献３】
特開２００１−２７１１３８号公報  特許請求の範囲等
【特許文献４】
特開平７−４９４３９号公報  特許請求の範囲等
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、機械的特性は勿論のこと、優れた耐食性をも発揮する鋼線材を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し得た本発明の鋼線材とは、Ｃ：０．３〜０．８５％、Ｓｉ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．２〜１．２％、Ｃｕ：０．０８〜０．５％、Ａｌ：０．００２〜０．１％およびＮ：０．００２〜０．０１％を夫々含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、引張強さが７００Ｎ／ｍｍ２以上である点に要旨を有するものである。
【００１４】
本発明の鋼線材においては、必要によって、（１）Ｎｉ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＣｒ：０．５％以下（０％を含まない）、（２）Ｔｉ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）およびＶ：０．２％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種または２種以上等を含有することも有用であり、含有される元素の種類に応じて鋼線材の特性が更に改善される。
【００１５】
本発明の鋼線材は、海底ケーブル内に埋設される光ファイバーの外周に配置され、該光ファイバーの耐圧層を構成する異形線の素材として用いた場合に最も有効であるが、用途についてはこうした異形線の素材に限らず、同様の耐食性および機械的特性が要求される環境下での適用も可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成することのできる鋼線材の実現を目指して様々な角度から検討した。その結果、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，ＡｌおよびＮ等の基本成分を適切に調整し、引張強さが７００Ｎ／ｍｍ２以上である鋼線材であれば、この鋼線材を直接若しくはパテンティング処理した後に冷間加工すれば、要求される機械的特性および耐食性を満足し得るものが得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１７】
本発明の鋼線材の引張強度を７００Ｎ／ｍｍ２以上としたのは、次の理由からである。例えば上記のような異形線の強度は、線材の強度とその後の冷間加工率によって決まるのであるが、本発明者らの検討によると、例えば異形線を８ｍｍφの線材から冷間加工によって製造する場合には、その冷間加工率は約８５％となる。また、冷間加工中の割れを防止するためにも加工率を８５％以下にする必要がある。そして、８５％以下の冷間加工率で、１２００Ｎ／ｍｍ２以上の要求強度を満足する異形線を加工するためには、線材で必要な強度は７００Ｎ／ｍｍ２以上となる。また、異形線では、負荷応力に対する抵抗性も高い必要があるが、本発明の鋼線材を用いれば、例えば破断伸びで２．０％以上であるような優れた靭性が達成されることになる。
【００１８】
本発明の異形線において、上記基本成分の範囲限定理由は下記の通りである。
【００１９】
Ｃ：０．３〜０．８５％
Ｃは異形線に所定の強度を付与する上で有効な元素であり、線材として必要な７００Ｎ／ｍｍ２以上の強度を得るためには、少なくともその含有量は０．３％とすることが必要である。しかしながら、Ｃ含有量が過剰になって０．８５％を超えると、伸線、冷間加工の際の加工性を劣化させたり、線同士の溶接時に焼きが入って溶接性を阻害することになる。尚、Ｃ含有量の好ましい下限は０．３５％であり、好ましい上限は０．６５％である。
【００２０】
Ｓｉ：１．５％以下（０％を含まない）
Ｓｉはフェライトの固溶強化に寄与し、線材の強度を高めるのに有効な元素であるが、１．５％を超えて過剰に含有させると靱性が劣化することになる。尚、Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．１％であり、好ましい上限は１．２％である。
【００２１】
Ｍｎ：０．２〜１．２％
Ｍｎは溶製時の脱酸作用を有し、また線材の強度を高めるのに有効な元素であるが、その含有量が０．２％未満では脱酸の効果が低く、また７００Ｎ／ｍｍ２以上の強度を得ることが困難になる。一方、Ｍｎの含有量が１．２％を超えると線材の焼入性が高くなり過ぎてマルテンサイトが発生し、加工性を著しく劣化させる。尚、Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．３０％であり、好ましい上限は０．９０％である。
【００２２】
Ｃｕ：０．０８〜０．５％
Ｃｕは線材のフェライト脱炭抑制や強度向上に寄与する元素であり、更に異形線の耐食性を向上させるのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、０．０８％以上含有させる必要があるが、過剰に含有させると鋳造時に粒界析出などにより内部割れが発生する恐れがあり、また熱間圧延時に焼入性が高くなって過冷組織が発生するなどの不具合が生じるため０．５％以下とする必要がある。尚、Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．１０％であり、好ましい上限は０．３０％である。
【００２３】
Ａｌ：０．００２〜０．１％
Ａｌは溶製時の脱酸と線材の結晶粒微細化に有効な元素である。この様な効果を有効に発揮させるためには、０．００２％以上含有させることが必要である。但し、Ａｌを過剰に含有させると、粗大なアルミナを形成して、鋳造時のノズル閉塞を引き起こすなどの不具合が発生するので０．１％以下とすることが好ましい。尚、Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、好ましい上限は０．０６％である。
【００２４】
Ｎ：０．００２〜０．０１％
ＮはＡｌと結合してＡｌＮを生成し、圧延時のオーステナイト結晶粒を微細化させる元素であるが、０．００２％未満ではこの様な効果は得られない。しかしながら、過剰に含有させると鋳造時の割れ発生を引き起こすため０．０１％以下とするのが良い。尚、Ｎ含有量の好ましい下限は０．００２５％であり、好ましい上限は０．００９％である。
【００２５】
本発明の鋼線材においては、上記基本成分の他（残部）は実質的に鉄からなるものであるが、これら以外にも微量成分を含み得るものであり、こうした成分を含むものも本発明の技術的範囲に含まれるものである。また本発明の異形線には、不可避的にＰやＳ等の不純物が含まれることになるが、これらは本発明の効果を損なわない限度で許容される。特に、ＰやＳの不純物は靱性の低下を招き、またＳはＭｎと結合してＭｎＳを生成し伸線時の断線の起点となるため、いずれも０．０３％以下に抑制することが好ましい。
【００２６】
また本発明の鋼線材は、上記基本成分の他、必要によって、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ等を含有させることも有効であり、含有される元素の種類に応じて鋼線材の特性が更に改善される。これらの成分を含有させるときの範囲限定理由は下記の通りである。
【００２７】
Ｎｉ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＣｒ：０．５％以下（０％を含まない）
ＣｒおよびＮｉは、いずれも線材の強度向上に有効な元素であり、また異形線として要求される耐食性の向上にも寄与する元素である。更に、Ｎｉは鋼線材の靱性向上作用にも有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、いずれも０．０５％以上含有させることが好ましい、０．５％を超えて過剰に含有させると線材の焼入性が高くなり過ぎることになる。
【００２８】
Ｔｉ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）およびＶ：０．２％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種または２種以上
Ｔｉ、ＮｂおよびＶは、析出強化によって鋼線材の引張強度を向上させる効果があり、このうちＮｂとＶは圧延時の冷却中に窒化物を析出させて鋼中の固溶Ｎを減少させ、その後の伸線加工や冷間加工の加工性を確保できる。こうした効果はその含有量が増加するにつれて増大するが、その効果を有効に発揮させためには、Ｔｉで０．００２％以上、Ｎｂで０．００１％以上、Ｖで０．００１％含有させることが好ましい。しかしながら、Ｔｉで０．０５％、Ｎｂで０．２％、Ｖで０．２％を夫々超えて含有すると靭延性を低下させることになる。
【００２９】
ところで、本発明の鋼線材を素材として製造される異形線の形態については、特に限定されるものではないが、前記図２に示したように、３つの異形線２１〜２３を組み合わせることによって耐圧層２を構成できる断面扇形形状は勿論のこと、前記特許文献１に示されるような６分割形の形態、その他各種の形態も採用できるものである。
【００３０】
本発明の鋼線材は、基本的には光ファイバー海底ケーブルの異形線や補強用ワイヤ（補強用ピアノ線）の素材を想定したものであり、こうした用途に適用したときにその効果が最も発揮されるものであるが、その良好な機械的特性を利用して、例えば漁業、船舶等で用いられる鋼索等への技術的応用も可能である。
【００３１】
以下、実施例によって本発明の効果を更に具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変形することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３２】
【実施例】
下記表１に示す化学成分組成を有する各線材（線径：８ｍｍまたは９．５ｍｍ）を、ダイス引抜きして直径：４．５ｍｍφの鋼線（素材としての鋼線材）とし、次いでロールで厚さ：２．５ｍｍに平圧延し、更にダイス引抜きにて前記図２に示した断面形状の異形線に加工した。
【００３３】
【表１】
2004277759.tif 000002
【００３４】
素材としての鋼線材の線径、引張強さ、および異形線の引張強さ、破断伸びを下記表２に示す。また表２には、下記の条件で塩水噴霧試験を行ったときの腐食減量についても同時に示した。
【００３５】
［塩水噴霧試験条件］
塩水噴霧試験は、（３５℃、５％塩水噴霧の環境下で８時間）＋（３５℃、６０％湿度の環境下で１６時間を１サイクルとして、２８サイクル行なった。
【００３６】
【表２】
2004277759.tif 000003
【００３７】
これらの結果から、次の様に考察できる。まずＮｏ．１〜３のものは、本発明で規定要件を満足する鋼線材を用いて異形線を製造したものであり、機械的特性（引張強さおよび破断伸び）および耐食性に優れた異形線が得られていることが分かる。これに対して、Ｎｏ．４〜１１のものでは、本発明で規定する要件のいずれかを欠くものであり、異形線として要求される特性のいずれかを満足していないことが分かる。
【００３８】
Ｎｏ．４およびＮｏ．６のものでは、夫々ＣおよびＭｎの含有量が本発明で規定する量よりも少なくなっているので、異形線の引張強さが低くなっている。また、Ｎｏ．５のものでは、Ｃ含有量が本発明で規定する量を超えるものであり、伸線後の線同士の溶接時に焼きが入って過冷組織による破断が発生して、その後の製造が困難であった。
【００３９】
Ｎｏ．７のものではＭｎ含有量が過剰になっており、異形線での破断伸びが確保できなかった。Ｎｏ．８のものでは、Ｃｕ含有量が本発明で規定する量に満たないものであり、上記Ｎｏ１〜３のものに比べて腐食減量が大幅に増加している。
【００４０】
Ｎｏ．９のものでは、Ｃｕ含有量が過剰になっており、製鋼段階の鋳造時に内部割れが発生し製造が不可となった。また、線材の線径を９．５ｍｍφにして冷間加工率を高めたＮｏ．１０では、目標の強度：１２００Ｎ／ｍｍ２以上は満足していたが、延性が低下して破断伸び低くなっている。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、機械的特性は勿論のこと、優れた耐食性をも発揮する鋼線材が実現でき、こうした鋼線材は、光ファイバー海底ケーブルの異形線や補強用ワイヤ（補強用ピアノ線）の素材としてだけでなく、その良好な機械的特性を利用して、漁業、船舶等で用いられる鋼索等の素材としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバー海底ケーブルの断面構造例を示す概略説明図である。
【図２】異形線の断面形状を示す拡大説明図である。
【符号の説明】
１    光ファイバーユニット
２  耐圧層
３  補強用ピアノ線
４  銅パイプ
２１〜２３  異形線
３０ａ，３０ｂ  テーパ面
３１  凹曲面
３２  凸曲面
【図１】
2004277759.tif 000004
【図２】
2004277759.tif 000005