(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．７〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物である高炭素鋼からなり、その表層から３００μｍまでの層のビッカース硬度をＨｖ：３９０以下とし、かつ、前記層内の平均ラメラ間隔が９５nm以上とすることにより、前記層が擦過マルテンサイト組織の生成し難い層としたことを特徴とする高強度直接パテンティング線材。
【請求項２】
前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ｃｒ：０．１〜０．５％、Ｖ：０．００１〜０．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．１〜０．５％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の高強度直接パテンティング線材。
【請求項３】
前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ｃｕ：０．０５〜０．８％、Ｗ：０．０５〜０．８％、Ｌａ：０．０００５〜０．０１％、Ｃｅ：０．０００５〜０．０１％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２記載の高強度直接パテンティング線材。
【請求項４】
前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．０６％、Ｂ：０．０００５〜０．０６％、Ｔｉ：０．００１〜０．０６％、Ｎｂ：０．００１〜０．０６％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１乃至３記載の高強度直接パテンティング線材。
【請求項５】
鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．７〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物である高炭素鋼を、線材加熱炉で１０００〜１２００℃で加熱後、直径４〜１６mmとする熱間圧延を行い、前記熱間圧延を８５０℃以上の温度で終了し、１５秒以内に７５０〜８３０℃まで冷却し、その後直ちに５３０〜５７０℃の溶融ソルトバスに浸漬してパーライト変態を終了させることを特徴とする高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【請求項６】
前記熱間圧延を行い、その後、１５秒以内に７５０〜８３０℃の温度で巻き取り、その後直ちに５３０〜５７０℃の溶融ソルトバスに浸漬することを特徴とする請求項５記載の高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【請求項７】
鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．７〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物である高炭素鋼を、線材加熱炉で１０００〜１２００℃で加熱後、直径４〜１６mmとする熱間圧延を行い、前記熱間圧延を７５０〜８３０℃の温度で終了し、その後直ちに５３０〜５７０℃の溶融ソルトバスに浸漬してパーライト変態を終了させることを特徴とする高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【請求項８】
前記熱間圧延を行い、その後、７５０〜８３０℃の温度で巻き取り、その後直ちに５３０〜５７０℃の溶融ソルトバスに浸漬することを特徴とする請求項７記載の高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【請求項９】
前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ｃｒ：０．１〜０．５％、Ｖ：０．００１〜０．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．１〜０．５％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項５乃至８記載の高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【請求項１０】
前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ｃｕ：０．０５〜０．８％、Ｗ：０．０５〜０．８％、Ｌａ：０．０００５〜０．０１％、Ｃｅ：０．０００５〜０．０１％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項５乃至９記載の高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【請求項１１】
前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．０６％、Ｂ：０．０００５〜０．０６％、Ｔｉ：０．００１〜０．０６％、Ｎｂ：０．００１〜０．０６％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項５乃至１０記載の高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度のＰＣ鋼線、ＰＷＳ鋼線、ピアノ線、スチールコード、ホースワイヤ、ビードワイヤ、コントロールケーブル、釣り糸、カットワイヤ、ソーワイヤなどに使用される高強度鋼線を製造可能とする線材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にスチールコードなどに用いる０．６％以上の炭素を含む高炭素鋼からなるワイヤは、熱間圧延により直径５〜１６mmに加工された後に、調整冷却により組織調整され線材とされる。一般に線材はコイル状に巻き取られ搬送される。
例えば、特開昭６０−２０４８６５号公報には、Ｍｎ含有量を０．３％未満に規制して鉛パテンティング後の過冷組織の発生を抑え、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ等の元素量を規制することによって、撚り線時の断線が少なく高強度および高靱延性の極細線およびスチールコード用高炭素鋼線材が開示されており、また、特開昭６３−２４０４６号公報には、Ｓｉ含有量を１．００％以上とすることによって鉛パテンティング材の引張強さを高くして伸線加工率を小さくした高靱性高延性極細線用線材が開示されている。
【０００３】
このような高強度に用いられる線材は、伸線工程で表面に付けられた疵により断線を引き起こしやすい。このため、従来の線材では、輸送中やコイルの取り扱い時に出来るだけ疵を付けない工夫がなされていた。しかし、このような努力にも限界があり、疵による断線の起こらない線材が必要とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、熱間圧延された線材の搬送あるいは表面処理加工過程で発生する疵に対する感受性を低減し、疵に強い線材を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は次のとおりである。
（１）鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．７〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物である高炭素鋼からなり、その表層から３００μｍまでの層のビッカース硬度をＨｖ：３９０以下とし、かつ、前記層内の平均ラメラ間隔が９５nm以上とすることにより、前記層が擦過マルテンサイト組織の生成し難い層としたことを特徴とする高強度直接パテンティング線材。
【０００７】
（２）前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ｃｒ：０．１〜０．５％、Ｖ：０．００１〜０．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．１〜０．５％の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）記載の高強度直接パテンティング線材。
【０００８】
（３）前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ｃｕ：０．０５〜０．８％、Ｗ：０．０５〜０．８％、Ｌａ：０．０００５〜０．０１％、Ｃｅ：０．０００５〜０．０１％の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）または（２）記載の高強度直接パテンティング線材。
【０００９】
（４）前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．０６％、Ｂ：０．０００５〜０．０６％、Ｔｉ：０．００１〜０．０６％、Ｎｂ：０．００１〜０．０６％の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）乃至（３）記載の高強度直接パテンティング線材。
【００１０】
（５）鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．７〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物である高炭素鋼を、線材加熱炉で１０００〜１２００℃で加熱後、直径４〜１６mmとする熱間圧延を行い、前記熱間圧延を８５０℃以上の温度で終了し、１５秒以内に７５０〜８３０℃まで冷却し、その後直ちに５３０〜５７０℃の溶融ソルトバスに浸漬してパーライト変態を終了させることを特徴とする高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【００１１】
（６）前記熱間圧延を行い、その後、１５秒以内に７５０〜８３０℃の温度で巻き取り、その後直ちに５３０〜５７０℃の溶融ソルトバスに浸漬することを特徴とする上記（５）記載の高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【００１２】
（７）鋼成分が、質量％で、Ｃ：０．７〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物である高炭素鋼を、線材加熱炉で１０００〜１２００℃で加熱後、直径４〜１６mmとする熱間圧延を行い、前記熱間圧延を７５０〜８３０℃の温度で終了し、その後直ちに５３０〜５７０℃の溶融ソルトバスに浸漬してパーライト変態を終了させることを特徴とする高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【００１３】
（８）前記熱間圧延を行い、その後、７５０〜８３０℃の温度で巻き取り、その後直ちに５３０〜５７０℃の溶融ソルトバスに浸漬することを特徴とする上記（７）記載の高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【００１５】
（９）前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ｃｒ：０．１〜０．５％、Ｖ：０．００１〜０．２％、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．１〜０．５％の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（５）乃至（８）記載の高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【００１６】
（１０）前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ｃｕ：０．０５〜０．８％、Ｗ：０．０５〜０．８％、Ｌａ：０．０００５〜０．０１％、Ｃｅ：０．０００５〜０．０１％の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（５）乃至（９）記載の高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【００１７】
（１１）前記高炭素鋼の鋼成分が、更に質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．０６％、Ｂ：０．０００５〜０．０６％、Ｔｉ：０．００１〜０．０６％、Ｎｂ：０．００１〜０．０６％の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（５）乃至（１０）記載の高強度直接パテンティング線材の製造方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、鋼組成の限定理由について説明する。成分は全て質量％であり、重量％と同義である。
Ｃは強化に有効な元素であり高強度の鋼線を得るためにはＣ量を０．７％以上とすることが必要であるが、高すぎると初析セメンタイトが析出しやすいため、延性が低下し、かつ伸線性が劣化するのでその上限は１．２％とする。
【００１９】
Ｓｉは鋼の脱酸のために必要な元素であり、従ってその含有量があまりに少ないとき、脱酸効果が不十分になるので０．１％以上添加する。また、Ｓｉは熱処理後に形成されるパーライト中のフェライト相に固溶しパテンティング後の強度を上げるが、反面、熱処理性を阻害するので１．５％以下とする。
Ｍｎは鋼の焼き入れ性を確保するために０．１％以上のＭｎを添加することが必要である。しかし、多量のＭｎの添加も溶融亜鉛めっきの際の延性の回復を遅らすので１．０％以下とする。
【００２０】
Ｃｒはパテンティング後の強度ならびに伸線加工後の強度を向上するために添加する。従って、Ｃｒの添加量はその効果が期待できる０．１％以上とし、パテンティング時の変態遅延による熱処理性が悪化することの無い０．５％以下とする。
Ｖもパテンティング後の強度ならびに伸線加工後の強度を向上するために添加する。添加する場合は、その効果の表れる０．００１％以上とし、添加し過ぎると変態が著しく遅れ、生産性に影響を及ぼすので０．１％以下とする。
【００２１】
Ｎｉもパテンティング後の強度ならびに伸線加工後の強度を向上するために添加する。添加する場合は、その効果の表れる０．０５％以上とし、添加し過ぎると変態が著しく遅れ、生産性に影響を及ぼすので１．０％以下とする。
Ｍｏもパテンティング後の強度ならびに伸線加工後の強度を向上するために添加する。添加する場合は、その効果の表れる０．１％以上とし、添加し過ぎるとパーライト変態を著しく遅らせ生産性を低下させるので影響の無い０．５％以下とする。
【００２２】
Ｃｕは腐食疲労特性を向上するために添加する。添加する場合は、その効果の表れる０．０５％以上とし、添加し過ぎるとパーライト変態を著しく遅らせ生産性を低下させる影響の無い０．８％以下とする。
Ｗは腐食疲労特性を向上するために添加する。添加する場合は、その効果の表れる０．０５％以上とし、添加し過ぎるとパーライト変態を著しく遅らせ生産性を低下させる影響の無い０．８％以下とする。また、これらの元素は複合添加するとより効果を発揮する。
【００２３】
その他、Ｌａ，Ｃｅを微量添加（０．０００５％〜０．０１％）することにより腐食疲労特性を向上することができる。
Ａｌはパーライトブロックサイズを微細にするために添加する。添加する場合は、その効果の表れる０．００１％以上添加する。添加量が０．０６％超ではＡｌ2 Ｏ3 などの硬質の介在物が増え伸線加工性を低下させるので
Ｂはパーライトブロックサイズを微細にするために添加する。添加する場合は、その効果の表れる０．０００５％以上添加する。添加元素が多すぎると恒温変態が遅延し、硬質なミクロマルテンサイトが発生しやすくなるため０．０６％以下とする。
【００２４】
Ｔｉはパーライトブロックサイズを微細にするため添加する。添加する場合は、その効果の表れる０．００１％以上添加する。添加元素が多すぎると恒温変態が遅延し、硬質なミクロマルテンサイトが発生しやすくなるため０．０６％以下とする。
Ｎｂはパーライトブロックサイズを微細にするため添加する。添加する場合は、その効果の表れる０．００１％以上添加する。添加元素が多すぎると恒温変態が遅延し、硬質なミクロマルテンサイトが発生しやすくなるため０．０６％以下とする。
【００２５】
Ｐは偏析することによる脆化組織を生成しやすく、Ｓは介在物を形成しやすい元素なので悪影響の少なくなる０．０２％以下にそれぞれするのが望ましい。
次にこれらの本発明の製造方法について説明する。
前述の鋼成分に調整された鋼は、溶製された後にブルームあるいはビレットに連続鋳造される。また、ブルームとされた鋼は、分塊圧延でビレットに熱間圧延される。ビレットは線材加熱炉で１０００℃から１２００℃で加熱して鋼の組織をオーステナイトとする。オーステナイト化する温度は、熱間圧延中にオーステナイト化温度以下とならないようにするため、少なくとも９００℃以上に加熱する必要がある。また、加熱し過ぎると圧延の仕上げ温度が高くなり、オーステナイトの粒成長を促進するので１２００℃以下の温度とする。その後、加熱されたビレットを熱間圧延により直径４〜１６mmの形状とし、８００℃以上の温度で熱間圧延を終える。
【００２６】
この時の仕上げ温度を一般的な８５０℃以上とした場合には、線材の表層近傍のオーステナイト粒径を小さくするために、直ちに冷却を行い、１５秒以内に巻き取り温度を７５０℃から８３０℃の間に調整する必要がある。１５秒以上では、粒成長が起こりやすくなるため、少なくとも１５秒以内に調整する。
また、冷却後の温度が７５０℃未満では変態が開始するため、不均一さが大きくなり過ぎ、かえって伸線加工性を低下させるので７５０℃以上とする。また、８３０℃を越えると表層のオーステナイトが大きくなり、表層から３００μｍ以内の組織を擦過マルテンサイトを発生しにくいラメラ間隔９５nm以上の組織とする事が困難となる。
【００２７】
その後、直ちに５３０℃〜５７０℃の溶融ソルトに浸漬しパーライト変態を終了させることにより、ラメラ間隔９５nm以上のパーライトで、ビッカース硬度Ｈｖ３９０以下に組織を調整する。溶融ソルトの温度が５３０℃未満ではラメラ間隔を９５nm以上とすることが困難となる。また、５７０℃以上とすると強度が低くなりすぎるので５７０℃以下とするのが望ましい。
【００２８】
次に線材に疵が入る場合、断線に至る原因について述べる。
線材に入る疵の深さは、大きいもので１００μｍ程度である。このとき断線に最も影響を与えるのは、疵が入る際に発生する熱により表層に形成される硬質なマルテンサイトの存在である。断線を引き起こすマルテンサイトの発生を無害化するためには、表層から３００μｍのビッカース硬度をＨｖ３８０以下に、また、表層から３００μｍの層の平均のラメラ間隔を９５nm以下に調整する必要がある。これらのことにより、疵が入る際に形成されるマルテンサイトは、発生しなくなるか無害な程度に薄くなる。
【００２９】
【実施例】
表１に試作に用いた本発明鋼の化学成分を示す。また、比較鋼の化学成分を同表１に示す。本発明鋼ならびに比較鋼を転炉で溶製したのち連続鋳造により５００mm×３００mmのブルームとした。その後、熱間圧延で１２２mm角のビレットとした。その後、１１００〜１２００℃で加熱した後、熱間圧延で直径５．５mmから１３mmの線材とした。
【００３０】
表２に線材の熱間圧延終了後の温度をはじめとする製造条件を示し、同表２に得られた線材の表層の硬度ならびに表層のラメラ間隔を示した。
本発明鋼１〜１２は、本発明に従って鋼の化学成分とミクロ組織が調整されている。
（なお、本発明鋼１３〜１５は、鋼の成分は本発明鋼と同じで、調整冷却を衝風冷却パテンティングとした参考例である。）
比較鋼１６は、鋼の成分は本発明鋼と同じで、熱間圧延における仕上げ温度が９００℃で、その後の冷却により８５０℃と本発明より高くした場合である。
【００３１】
比較鋼１７は、鋼の成分は本発明鋼と同じで、熱間圧延における仕上げ温度ならびにその後の巻き取り温度が本発明の範囲にあるが巻き取り温度にするまでの冷却をゆっくり行い時間が本発明より長くかかった場合である。
比較鋼１８は、鋼の成分は本発明鋼と同じで、熱間圧延における仕上げ後に冷却を行わずに巻き取り温度が８４℃と本発明より高くなった場合である。
【００３２】
比較鋼１９は、鋼の成分は本発明鋼と同じで、加熱温度が低く、巻き取り温度が本発明より低い場合である。
比較鋼２０は、鋼の成分は本発明鋼と同じで、加熱温度は高いが仕上げの冷却を強くし、巻き取り温度が本発明より低くなった場合である。
これらの線材を用いて、人工的に疵を付け、疵の下に形成されたマルテンサイトの厚み測定した。また、これらの線材の２トンのコイルをフォークリフトのフックが線材と擦れあうようにして３０回運搬を繰り返し、伸過程における断線回数を調べた。これらの結果を表２に示す。
【００３３】
本発明にしたがって製造された１〜１２はマルテンサイトの厚みが薄く、断線回数を少ない良好な結果を示す。
一方、比較鋼１６〜１８、２０は、マルテンサイトの厚みがあつく、断線回数が本発明鋼より高い。また、比較鋼１９は、マルテンサイトの厚みは薄いものの、表２に示す絞りが低く、表２の断線回数が本発明鋼より高くなっている。
【００３４】
【表１】
0003965010.tif 000002
【００３５】
【表２】
0003965010.tif 000003
【００３６】
【発明の効果】
本発明を用いることで、疵による断線の少ない高強度の線材を容易に得ることができる。