(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延鋼材のＬ断面において検出される非金属介在物のうち長径（Ｌ）と短径（Ｄ）の比Ｌ／Ｄが５超で、かつＤが１０μｍ以上である非金属介在物の８０％以上がＭｎＯ：１〜５％、Ａｌ２Ｏ３：１〜１０％、Ｎａ２Ｏ：５〜２０％であり鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％を含むことを特徴とする高炭素鋼線材。
【請求項２】
圧延鋼材のＬ断面において検出される非金属介在物のうち長径（Ｌ）と短径（Ｄ）の比Ｌ／Ｄが５超で、かつＤが１０μｍ以上である非金属介在物の８０％以上がＣａＯ：１０〜４０％、ＳｉＯ２：３０〜５０％、ＭｎＯ：１〜５％、Ａｌ２Ｏ３：１〜１０％、Ｎａ２Ｏ：５〜２０％であり、鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％を含むことを特徴とする高炭素鋼線材。
【請求項３】
圧延鋼材のＬ断面において検出される非金属介在物のうち長径（Ｌ）と短径（Ｄ）の比Ｌ／Ｄが５超で、かつＤが１０μｍ以上である非金属介在物の８０％以上がＭｎＯ：１〜５％、Ａｌ２Ｏ３：１〜１０％、Ｎａ２Ｏ：５〜２０％含む酸化物であり、Ｌ／Ｄが５以下である非金属介在物の８０％以上がＳｉＯ２：２５〜７０％、ＭｎＯ：８〜３０％、ＭｇＯ：４０％以下、Ａｌ２Ｏ３：３５％以下、ＣａＯ：２５％以下、ＴｉＯ２：６％以下で、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯのいずれかまたは両方を５％以上含み、さらにＣａＯとＴｉＯ２のいずれかまたは両方を２％以上含み、鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％を含むことを特徴とする高炭素鋼線材。
【請求項４】
圧延鋼材のＬ断面において検出される非金属介在物のうち長径（Ｌ）と短径（Ｄ）の比Ｌ／Ｄが５超で、かつＤが１０μｍ以上である非金属介在物の８０％以上がＣａＯ：１０〜４０％、ＳｉＯ２：３０〜５０％、ＭｎＯ：１〜５％、Ａｌ２Ｏ３：１〜１０％、Ｎａ２Ｏ：５〜２０％含む酸化物であり、Ｌ／Ｄが５以下である非金属介在物の８０％以上がＳｉＯ２：２５〜７０％、ＭｎＯ：８〜３０％、ＭｇＯ：４０％以下、Ａｌ２Ｏ３：３５％以下、ＣａＯ：２５％以下、ＴｉＯ２：６％以下で、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯのいずれかまたは両方を５％以上含み、さらにＣａＯとＴｉＯ２のいずれかまたは両方を２％以上含み、鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％を含むことを特徴とする高炭素鋼線材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間加工性および疲労特性の優れた高清浄度鋼、特に超高張力線、極細線において優れた性能を有する高炭素鋼線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、Ａｌ＜０．００２％以下のＳｉ脱酸鋼中の硬質な介在物は、極細線用途においては断線の原因となり、疲労強度が問題となる用途においては疲労破壊の原因になり、また被削性が要求される用途においては被削性悪化の原因となる。そのため介在物の組成制御に関わる技術が多く開発されている。
【０００３】
例えば、特公平６−７４４８４号公報では、圧延鋼材のＬ断面において、長さ（ｌ）と幅（ｄ）の比がｌ／ｄ≦５の非金属介在物の平均的組成が、ＳｉＯ２：２０〜６０％、ＭｎＯ：１０〜８０％に、ＣａＯ：５０％以下、ＭｇＯ：１５％以下の一方又は両方を含む冷間加工性および疲労特性の優れた高清浄度鋼が開示されている。このような介在物の組成にする理由は、ＳｉＯ２が高いと硬質のＳｉＯ２介在物が析出するためであり、一方、ＳｉＯ２が低く、ＣａＯあるいはＭｇＯが高いと、ＣａＯ系あるいはＭｇＯ系の硬質介在物が発生するためである。鋼の連続鋳造において、鋳型内溶鋼の空気酸化防止、保温、および鋳型と凝固鋳片間の潤滑、伝熱制御の目的で連続鋳造用パウダーが使用されている。しかし、中心偏析抑制のため等軸晶凝固を促進する目的で鋳型内電磁攪拌の印加したり、あるいは鋳造速度を増加すると、鋳型内の溶鋼流動が激しくなり、連続鋳造用パウダーは溶鋼中に巻き込まれて鋼中の非金属介在物となる。一般に、連続鋳造用パウダーは、ＳｉＯ２，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ等の金属酸化物およびＣａＦ２等の金属弗化物、またカーボン粉末などを溶融速度調整用に加えた物から成っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、鉄鋼製品のコストダウンを図るため大断面ブルーム、分塊圧延工程を経て製造する方法に代わり高級線材用ビレットを小断面ビレット連鋳機で直接製造する試みがある。しかし、小断面ビレット連鋳機で高炭素線材を製造する場合には、大断面のブルーム鋳片に比べて圧減比が小さいため、中心偏析および介在物に対してさらに厳しい品質が要求される。この課題に対して鋳型内電磁攪拌を適用し等軸晶凝固させることで中心偏析の低減を図っているが、電磁攪拌の推力を増すと溶鋼中に連続鋳造用パウダーが巻き込まれパウダー系の非金属介在物が増加する。このパウダー系介在物の粒径は大きなものでは５００〜８００μｍに達する。
【０００５】
このパウダー巻き込みは大断面ブルームでも発生するものであるが、小断面ビレット連鋳機においては鋳造速度が１．５〜３．５ｍ／分と大きいために巻き込まれたパウダーが浮上しきれない場合が多く、パウダー系介在物の個数がブルームに比べて多い。また、ブルームに比べて圧延工程における圧減比の小さいビレットでは圧延工程においてパウダー系介在物が十分に延伸しきれず粒径の大きなまま線材に残るという問題もある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の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。
（１）圧延鋼材のＬ断面において検出される非金属介在物のうち長径（Ｌ）と短径（Ｄ）の比Ｌ／Ｄが５超で、かつＤが１０μｍ以上である非金属介在物の８０％以上がＭｎＯ：１〜５％、Ａｌ２Ｏ３：１〜１０％、Ｎａ２Ｏ：５〜２０％であり鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％を含むことを特徴とする高炭素鋼線材。
（２）圧延鋼材のＬ断面において検出される非金属介在物のうち長径（Ｌ）と短径（Ｄ）の比Ｌ／Ｄが５超で、かつＤが１０μｍ以上である非金属介在物の８０％以上がＣａＯ：１０〜４０％、ＳｉＯ２：３０〜５０％、ＭｎＯ：１〜５％、Ａｌ２Ｏ３：１〜１０％、Ｎａ２Ｏ：５〜２０％であり、鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％を含むことを特徴とする高炭素鋼線材。
【０００７】
（３）圧延鋼材のＬ断面において検出される非金属介在物のうち長径（Ｌ）と短径（Ｄ）の比Ｌ／Ｄが５超で、かつＤが１０μｍ以上である非金属介在物の８０％以上がＭｎＯ：１〜５％、Ａｌ２Ｏ３：１〜１０％、Ｎａ２Ｏ：５〜２０％含む酸化物であり、Ｌ／Ｄが５以下である非金属介在物の８０％以上がＳｉＯ２：２５〜７０％、ＭｎＯ：８〜３０％、ＭｇＯ：４０％以下、Ａｌ２Ｏ３：３５％以下、ＣａＯ：２５％以下、ＴｉＯ２：６％以下で、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯのいずれかまたは両方を５％以上含み、さらにＣａＯとＴｉＯ２のいずれかまたは両方を２％以上含み、鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％を含むことを特徴とする高炭素鋼線材。
（４）圧延鋼材のＬ断面において検出される非金属介在物のうち長径（Ｌ）と短径（Ｄ）の比Ｌ／Ｄが５超で、かつＤが１０μｍ以上である非金属介在物の８０％以上がＣａＯ：１０〜４０％、ＳｉＯ２：３０〜５０％、ＭｎＯ：１〜５％、Ａｌ２Ｏ３：１〜１０％、Ｎａ２Ｏ：５〜２０％含む酸化物であり、Ｌ／Ｄが５以下である非金属介在物の８０％以上がＳｉＯ２：２５〜７０％、ＭｎＯ：８〜３０％、ＭｇＯ：４０％以下、Ａｌ２Ｏ３：３５％以下、ＣａＯ：２５％以下、ＴｉＯ２：６％以下で、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯのいずれかまたは両方を５％以上含み、さらにＣａＯとＴｉＯ２のいずれかまたは両方を２％以上含み、鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．６〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％を含むことを特徴とする高炭素鋼線材。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳細に説明する。
まず、Ｌ／Ｄが５超、Ｄが１０以上の介在物について説明する。
本発明者らは、小断面ビレット連鋳機で製造した鋳片に存在する鋼中のパウダー系介在物の変形挙動について調査し以下のことを明らかにした。
まず、熱間の線材圧延工程において、パウダー系介在物は圧延時に塑性変形し圧延方向に延ばされ介在物の長径（Ｌ）／短径（Ｄ）の比が大きくなる。しかし、一辺が１３０ｍｍのビレット鋳片で、粒径：５００〜８００μｍを有するパウダー系介在物は、直径６ｍｍの線材にまで圧延した後も短径が２０〜１００μｍ程度の介在物もあり非常に大きい。しかも、上記圧延後の粒径はブルーム・分塊・線材圧延を経たものにくらべて大きい。これは小断面で鋳造した場合には厚減比が小さい理由によるものである。
しかしながら、このように非常に大きなパウダー系介在物が存在しても、組成によっては冷間での伸線加工により、図１に示すように、さらに細かく破砕されることがわかった。
【０００９】
図２は、パウダー系介在物の冷間での伸線過程における粒径の変化を示している。パウダー系介在物は非常によく破砕されるために線材径の減少とともに急激に介在物短径が減少している。従って、パウダー系介在物は伸線時に細かく破砕されるために、鋼線を直径０．１５ｍｍにまで伸線してもパウダー系介在物を起点として線材が断線に至ることはない。
【００１０】
次に介在物組成について説明する。
このように、破砕性に富むパウダー系介在物を得るには介在物組成を適正にすることが重要である。本発明者らは、伸線加工初期の線材中の介在物を顕微鏡で観察し組成分析を行った。その結果、介在物の組成がＣａＯ：１０〜４０％、ＳｉＯ２：３０〜５０％、ＭｎＯ：１〜５％、Ａｌ２Ｏ３：１〜５％、Ｎａ２Ｏ：５〜２０％を含んでいれば介在物の破砕性がよいことが分った。また、その他の成分としてフッ素を１０％以下含有することが好ましく、またＭｇＯ，ＺｒＯ２等の酸化物を含んでもよい。
【００１１】
ここで、この介在物の主成分は、ＣａＯ，ＳｉＯ２であり、これらの酸化物の濃度を規定する理由はＣａＯが４０％を超え、またＳｉＯ２が３０％未満になると、ＣａＯの硬質な介在物が生成するからである。
一方、ＣａＯが１０％未満、ＳｉＯ２が５０％を超えると、ＳｉＯ２の硬質介在物が生成するからである。Ｎａ２Ｏは介在物を低融点化し破砕性を向上するために必須であり、５％以上２０％以下の範囲で含むことが必要である。
ＭｎＯとＡｌ２Ｏ３は少量含まれることにより介在物が低融点化し破砕性がよくなる。しかし、パウダー中にＭｎＯ，Ａｌ２Ｏ３を必要以上に添加することは連続鋳造における操業安定性を悪化させるので上限は５％である。
【００１２】
フッ素も介在物を軟質化させるために重要な役割を担っていると考えられるが、後述する簡便な線材中の介在物を分析する方法では検出が不可能であるため特定の範囲を定めるには至っていない。
また、その他の元素としてはＭｇＯ，ＺｒＯ２が含まれる場合が多い。これらはＺｒＯ２質の浸漬ノズルの溶損防止に対して有効であるため不可避的にパウダー中に含まれる。
【００１３】
次に上記介在物組成の測定方法について述べる。
この介在物は、圧延の加熱炉において複数の相に変態する場合があるため、以下のように複数の点において分析を行う必要がある。ＳＥＭにおいて鋼材中の介在物を観察し、ＥＤＸにより１個の非金属介在物中において任意の３点の分析を行う。点分析のビーム系は３μｍ程度とする。なお、非金属介在物のうち軽元素であるフッ素はこの方法では検出されない。測定後ＺＡＦ法により補正し、バックグラウンドとして存在するＦｅを差し引いて介在物の組成を求める。
【００１４】
次に介在物サイズについて説明する。
Ｌ／Ｄが５超であるのは、上述のパウダー巻き込みによる介在物が熱間での延性にも富むため、熱間圧延時に大きく延伸するためである。また、Ｄが１０μｍ以上としているのは、パウダー系介在物では巻き込まれたときのもともとの粒径が上述のように５００〜８００μｍ程度と大きいために、熱間加工時の延伸しても線材における介在物の短径Ｄは１０μｍ以上、３０〜５０μｍ程度となることが多いからである。
【００１５】
次に、Ｌ／Ｄが５以下の介在物組成は特公平４−８４９９号公報で述べられているものに準じている。すなわち、ＳｉＯ２：２５〜７０％、ＭｎＯ：８〜３０％、Ａｌ２Ｏ３：３５％以下、ＣａＯ：２５％以下、ＭｇＯ：４０％以下、ＴｉＯ２：６％以下でＡｌ２Ｏ３とＭｇＯのいずれかまたは両方を５％以上含み、さらにＣａＯとＴｉＯ２のいずれかまたは両方を２％以上含む酸化物である。この介在物は溶鋼の脱酸により生成するものであり、その組成は以下の理由により規定される。
【００１６】
ＳｉＯ２が２５％未満では軟質な多元系介在物が得られなくなる。また７０％以上になると硬質な介在物が発生する。
ＭｎＯは８％未満では硬質介在物が生成しやすい。なお、Ｌ／Ｄ超の介在物ではＭｎＯの濃度が低くても軟質で破砕性に富む介在物が得られるが、これは主にＮａ２Ｏ濃度に起因していると考えられる。
Ａｌ２Ｏ３は３５％を超えると硬質介在物が生成するので、それ以下である必要がある。またＭｇＯも同様に４０％を超えると硬質介在物が生成する。ＴｉＯ２は６％以下の場合に介在物を軟質化する効果がある。
【００１７】
本発明は、以上のように介在物の組成と大きさを制御することにより伸線性および伸線後の疲労特性を確保することができた。
本発明の鋼成分の規定について述べる。
Ｃは鋼の強化するのに０．６％以上必要である。１．１％を超えると鋼の延性が低下するのでそれ以下である必要性がある。ＳｉとＭｎは脱酸と介在物組成制御および鋼を強化するために０．１％以上必要である。また１．５％をこえると鋼が脆化する。
【００１８】
【実施例】
本実施例による鋼はＬＤ転炉にて溶製し、受鋼後の取鍋内溶鋼はＳｉ，Ｍｎで脱酸されたいわゆるキルド鋼である。この溶鋼にスラグ調整を行った後にさらに複数の合金鉄を添加して脱酸した。
上記溶鋼を、タンディッシュを介して連続鋳造により鋳造した。鋳片は１５０ｍｍ角のビレットであり、鋳造速度は３ｍ／ｍｉｎであった。中心偏析を抑制するため鋳型内で電磁攪拌しながら鋳造した。ビレットは加熱炉を経由して線材圧延により５．５ｍｍφ線材に製造した。
【００１９】
本実施例において、非金属介在物の個数、大きさ、組成は、５．５ｍｍφの線材の１コイルから０．５ｍ長さのサンプルを切り出し、さらに任意の１０箇所から長さ１１ｍｍの小サンプルを切り出した。それぞれ長さ方向の中心を通る断面の顕微鏡調査を行い介在物の大きさを測定するとともに、介在物の組成を上述の方法で分析し、その平均組成を求めた。
その後、線材を０．１７５ｍｍφにまで伸線し伸線性を断線指数として評価した。表１および表２に本発明の実施例を比較例と共に示す。
本発明の実施例１〜５では、伸線過程において断線を起こすことなく良好な製品を得ることができた。
【００２０】
比較例について説明すると、比較例１では、Ｌ／Ｄ≦５の介在物中のＡｌ２Ｏ３濃度が本発明の範囲よりも高く、そのため硬質な介在物であるＡｌ２Ｏ３が生成して断線が発生している。比較例２では、Ｌ／Ｄ≦５の介在物中のＳｉＯ２濃度が著しく高く、硬質な介在物ＳｉＯ２が生成したため断線指数が高い。従って、Ｌ／Ｄ＞５以上で１０μｍ以上の大きな介在物の組成が適正にコントロールされていても元々の脱酸生成物の組成制御ができていないと断線する。
【００２１】
比較例３，４は、いずれもＬ／Ｄ＞５以上の介在物のＮａ２Ｏ濃度が本発明の範囲よりも低いために、断線が発生している。この場合連続鋳造鋳造用パウダーとしてＮａ２Ｏ含有量の非常に低いものを使用した。比較例５はＬ／Ｄ＞５の介在物中のＭｎＯ濃度が本発明よりも低く、比較例６はＬ／Ｄ＞５の介在物中のＭｎＯおよびＡｌ２Ｏ３濃度が本発明よりも低いため、介在物が十分に破砕できなかったために断線が起こった。
【００２２】
【表１】
0004477800.tif 000002
【００２３】
【表２】
0004477800.tif 000003
【００２４】
【発明の効果】
本発明により、連鋳機において中心偏析を抑制するために鋳型内電磁攪拌を印加することで発生していた連続鋳造用パウダーの巻き込みによる大型介在物を無害化することが可能となり、線材の伸線時における断線率が減少し、冷間加工性および疲労特性の優れた超高張力線、極細線において優れた性能を有する高炭素鋼線材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】伸線加工において破砕したパウダー系介在物を示す図。
【図２】伸線加工における介在物の短径（伸線方向に垂直な方向）の変化を示す図。
【図１】
0004477800.tif 000004
【図２】
0004477800.tif 000005