(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間加工後にメカニカルデスケーリングが行なわれ、その後更に伸線加工に付される鋼線材であって、Ｃ：０．０３〜０．２％（質量％の意味、以下同じ），Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない），Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ａｌ：０．１％以下（０％を含む），Ｃｕ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：０．６％以下（０％を含まない）およびＮ：０．００１〜０．０１％を夫々含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、且つ下記（１）式を満足することを特徴とするメカニカルデスケーリング時のスケール剥離性に優れた鋼線材。
１．０≦（［Ｃｒ］＋［Ｓｉ］）／［Ｃｕ］）≦１０．０  ……（１）
但し、［Ｃｒ］，［Ｓｉ］および［Ｃｕ］は、夫々Ｃｒ，ＳｉおよびＣｕの含有量（質量％）を示す。
【請求項２】
更に他の成分として、Ｂ：０．０００３〜０．００８％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】
熱間加工に伴って生成する総スケール量が線材重量に対して０．２０〜０．６０％である請求項１または２に記載の鋼線材。
【請求項４】
熱間加工後に４％以上の歪みを付与してメカニカルデスケーリングされた鋼線材表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．５５μｍ以下である請求項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、冷間鍛造用鋼線材や普通線材用の熱間圧延鋼線材に関するものであり、例えば外棚用の菱形金網や簡易ハンガー等の材料として使用される合成樹脂被覆鋼線や着色塗装鋼線、或いは釘等の材料として使用される軟鋼線等に関するものであって、殊にメカニカルデスケーリング時のスケール剥離性に優れた鋼線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂で表面が被覆された簡易ハンガー用被覆鋼線は、通常次の様な方法で製造されている。即ち、所定の化学成分組成を有する鋼線材を熱間圧延し、調整冷却して直径：５〜６．５ｍｍ程度としてから、更に所定の線径まで伸線加工し、その後塩化ビニル樹脂等の合成樹脂で被覆（低温加熱）して被覆鋼線材とするものである。そして、こうした鋼線材においては、その途中工程において、メカニカルデスケーリングが行なわれるのが一般的であるが、その後の伸線加工を効率良く行なう為には、メカニカルデスケール時のスケール剥離性が良好であることが要求される。
【０００３】
しかしながら、従来の鋼線材ではメカニカルデスケーリング時のスケール剥離性が必ずしも良好であるとは言えず、メカニカルデスケーリング後にもスケールが厚く残存してしまい、この残存スケールはその後の伸線加工の際にダイスの焼き付きが生じる原因となっている。即ち、スケールが鋼線材表面に厚く残存すると、スケールがダイスに噛み込まれていき、この付着スケールが多量になることによって、ダイスに焼き付きが発生するのである。そして、こうした焼き付きの発生は、鋼線材の生産性を大幅に低下させることになる。
【０００４】
こうした状況は、簡易ハンガー等の材料として使用される合成樹脂被覆鋼線や着色塗装鋼線に限らず、釘等の材料として使用される軟鋼線の様な、一般的な冷間鍛造用鋼線材や普通線材用の熱間圧延鋼線材においても同様であり、要するにメカニカルデスケーリング後に伸線加工が施される鋼線材においては、上記の様な伸線加工時の焼き付きは頻繁に発生している。
【０００５】
【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でなされたものであって、その目的は、メカニカルデスケール時のスケール剥離性を良好にすることによって、その後の伸線加工性を良好にして生産性を高めることができる鋼線材を提供することにある。
【０００６】
【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、熱間加工後にメカニカルデスケーリングが行なわれ、その後更に伸線加工に付される鋼線材であって、Ｃ：０．０３〜０．２％（質量％の意味、以下同じ），Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない），Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ａｌ：０．１％以下（０％を含む），Ｃｕ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：０．６％以下（０％を含まない）およびＮ：０．００１〜０．０１％を夫々含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、且つ下記（１）式を満足する点に要旨を有するものである。
１．０≦（［Ｃｒ］＋［Ｓｉ］）／［Ｃｕ］）≦１０．０  ……（１）
但し、［Ｃｒ］，［Ｓｉ］および［Ｃｕ］は、夫々Ｃｒ，ＳｉおよびＣｕの含有量（質量％）を示す
【０００７】
本発明の鋼線材においては、更に他の成分として、Ｂ：０．０００３〜０．００８％を含有することも有効であり、これによって歪み時効による強度ばらつきを抑制することができる。
【０００８】
また、本発明の鋼線材による効果をより発揮させる為には、（ａ）熱間加工に伴って生成する総スケール量が線材重量に対して０．２０〜０．６０％であることや、（ｂ）熱間加工後に４％歪みを付与してメカニカルデスケーリングされた鋼線材表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．５５μｍ以下である、等の要件を満足することが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成する為に様々な角度から検討した。その結果、化学成分組成を適切に調整してやれば、上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明を完成した。本発明で規定する化学成分組成の範囲限定理由は下記の通りである。
【００１０】
Ｃ：０．０３〜０．２％
Ｃは線材の強度を上げる為に有効且つ経済的な元素であるが、Ｃ含有量が増加するに伴い伸線時の加工硬化量や伸線後の歪み時効による強度が増加することになる。こうした観点から、本発明の線材では低炭素であることが好ましい。但し、ある程度の強度が必要であることから、０．０３％以上とする必要がある。しかしながらＣ含有量が過剰になると、特に軟鋼線の場合にはパーライトが増加して脆化してしまい、延性が極端に悪くなるのでＣ含有量の上限は０．２％とする必要がある。尚、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０４％であり、好ましい上限は０．１８％である。
【００１１】
Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）
Ｓｉは鋼の脱酸に有効である他、フェライトの固溶体元素として熱処理材の強度向上に有効に作用する元素である。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になると、フェライトが脆化して延性劣化を引き起こし、メカニカルデスケーリング後の伸線加工が困難になる。こうした観点から、Ｓｉ含有量は０．５％以下とする必要があり、好ましくは０．３５％以下とするのが良い。尚、上記の効果を発揮させる為には、Ｓｉは少なくとも０．００１％以上含有させることが好ましい。
【００１２】
Ｍｎ：０．０５〜１．５％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として必要な元素であると共に、鋼の焼入れ性を向上させて鋼線材の組織の均一性を高める上で有効に作用する元素である。また、Ｓｉと同様にフェライトの固溶体元素として熱処理材の強度向上にも有用である。こうした効果を発揮させるためには、Ｍｎは低炭素鋼の場合には少なくとも０．０５％含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｎの含有量が過剰になると、Ｍｎの偏析部が形成され、マルテンサイトやベイナイト等の過冷組織が生成して伸線加工性が劣化するので、その上限を１．５％とする必要がある。尚、Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．１％であり、好ましい上限は１．０％である。
【００１３】
Ａｌ：０．１％以下（０％を含む）
Ａｌは脱酸剤として有効に作用し、またオーステナイト粒度の粗大化を防止して伸線加工性を高める作用も有している。また、鋼中のＮと結合して歪み時効を抑制する作用も発揮する。しかしながら、Ａｌ含有量が過剰になると、非金属介在物の増大によって伸線性に悪影響を及ぼすので、０．１％以下とする必要があり、好ましくは０．０５％以下にするのが良い。尚、Ａｌを含有させるときの好ましい下限は０．００１％である。
【００１４】
Ｃｕ：０．２％以下（０％を含まない）
Ｃｕは耐食性を高めるのに有効な元素であり、Ｃｕ含有量が増加するにつれて耐食性も向上する。また、Ｃｕを含有させることによってメカニカルデスケーリング後の伸線加工性も向上し、ダイスの焼き付き等のトラブル発生を防ぐ上でも有効である。しかしながら、Ｃｕ含有量が過剰になると、熱間加工後の載置温度を９００℃と比較的高温にしても線材表面にブリスターが発生してしまい、このブリスターの下の鋼母材にマグネタイトが発生する為に、伸線時の初期段階でダイス焼き付きが発生する。また、ＣｕはＳと反応してＣｕＳを生成し、このＣｕＳは粒界に偏析して線材製造過程で鋼塊や線材等に疵を発生させ、伸線時に断線の原因となって生産性を低下させる。こうした観点から、Ｃｕ含有量は０．２％以下とする必要がある。尚、Ｃｕによる上記効果を発揮させる為には、０．００５％以上含有させることが好ましく、また好ましい上限は０．１５％程度である。
【００１５】
Ｃｒ：０．６％以下（０％を含まない）
Ｃｒは伸線加工において加工硬化率を高める作用があり、適量のＣｒを含有させることによって、線材の強度上昇が図れる。しかしながら、Ｃｒ含有量が過剰になると、鋼の焼き入れ性が上がり過ぎてメカニカルデスケーリング性が悪くなるので０．６％以下にする必要がある。尚、Ｃｒによる上記効果を発揮させる為には、０．００５％以上含有させることが好ましく、また好ましい上限は０．５％程度である。
【００１６】
本発明では、上記の様に化学成分組成を限定するだけでは、本発明の目的を達成することはできず、Ｃｒ，ＳｉおよびＣｕが前記（１）式の関係を満足する様に調整する必要がある。上記（１）式を規定した理由は、次の通りである。
【００１７】
上記の様に、Ｃｒは高強度化に欠くことができない元素であるが、多過ぎるとメカニカルデスケーリング性を悪化させる。また、Ｃｕはメカニカルデスケーリング性を改善する作用を有しているが、多過ぎるとスケールにブリスターが生成してメカイニカルデスケーリング性が却って悪化することになる。更に、前述の如くＳｉも過剰になるとメカニカルデスケーリング性を悪くすることが確認されている。
【００１８】
そこで、本発明者らは高強度化とメカニカルデスケーリング性の改善を同時に達成するには、Ｃｒ，ＣｕおよびＳｉの全体としての含有率を抑制することが重要になるのではないかと考え、更に検討を進めた。その結果、これらの元素が上記で規定した含有量の範囲内で、１．０≦（［Ｃｒ］＋［Ｓｉ］）／［Ｃｕ］）≦１０．０［前記（１）式］の関係を満足する様にすれば、メカニカルデスケーリング性を悪化させることなく、高強度の鋼線材が得られることを見出した。尚、上記（１）式において、その下限が１．０未満になるとブリスターの生成を抑えることができなくなって伸線性が悪化してしまい、また１０．０を超えるとメカニカルデスケーリング後に線材表面に多量の残留スケールが存在して伸線処理が非常に困難になる。
【００１９】
本発明の鋼線材における基本的な化学成分組成は上記の通りであり、残部はＦｅおよび不可避不純物からなるものであるが、必要によって、Ｂ：０．０００３〜０．００８％や、Ｎ：０．００１〜０．０１％を含有させることも有効であり、これによって本発明の鋼線材の特性を更に向上させることができる。これらの元素の範囲限定理由は、下記の通りである。尚これらの成分以外にも、本発明の鋼線材には、その特性を阻害しない範囲の微量成分も含み得るものであり、こうした鋼線材も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２０】
Ｂ：０．０００３〜０．００８％
Ｂは鋼中のＮと結合して、歪み時効を生じるＮを固定させ、線材の特性のばらつきを抑制する作用を発揮する。こうした効果を発揮させる為には、０．０００３％以上含有させることが好ましいが、過剰に含有させてもその効果が飽和すると共に、経済性を損なうことになるのでその上限を０．００８％とする。
【００２１】
Ｎ：０．００１〜０．０１％
Ｎは鋼中でＡｌやＢ等の窒化物となり、加熱時のオーテナイト粗大化防止に有効に作用する。こうした効果を発揮させる為には、Ｎ含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｎ含有量が過剰になると固溶Ｎが増加し、歪み時効を促進させ、軟鋼線材の特性のばらつきが生じるので、その上限を０．０１％とした。
【００２２】
本発明の鋼線材を製造するに当たっては、まず熱間圧延によって直径：５〜６．５ｍｍ程度の線材とした後、メカニカルデスケーリングによってスケールを除去するのであるが、スケールの剥離性に対して熱間圧延後の線材表面の粗さが重要な要件となる。即ち、線材表面が粗くなるとメカニカルデスケーリングを行なっても残留スケール量が増加し、その後の伸線加工でダイスの焼き付き等の問題が生じることになる。
【００２３】
但し、熱間圧延後の線材表面の粗さを直接測定することは困難であり、この粗さはメカニカルデスケーリング前・後ではそれほど変化のないことから、本発明ではメカニカルデスケーリング後の線材表面の粗さを規定した。即ち、本発明の鋼線材においては、熱間圧延後に４％以上の歪みを付与してメカニカルデスケーリングされた線材表面粗さが中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．５５μｍ以下であるようにすれば、メカニカルデスケーリング時におけるスケール剥離性が良好であると判断できるのである。
【００２４】
尚、ここで定義する中心線平均粗さ（Ｒａ）とは、粗さ曲線からその中心線の方向に測定長さＬの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸、粗さ曲線をｙ＝ｆ（Ｘ）で表したときに、下記（２）式で求められる値をマイクロメートル（μｍ）で表したものを言う。
【００２５】
【数１】
0004159706.tif 000002
【００２６】
スケール除去を酸洗によって行なう場合には、搬送中等で錆が発生しなければ良いので、スケール付着量については格別の考慮を払う必要がない。しかしながら、メカニカルデスケーラーによるスケール除去後の鋼線材表面の残留スケールが少なくなれば、その後の伸線加工は比較的容易になるが、反面スケール量が多くなるので歩留まりは低下する。そこで、本発明の鋼線材においては、歩留まりを考慮して熱間圧延に伴う総スケール生成量は線材重量に対して０．６０％以下であることが好ましい。
【００２７】
一方、圧延鋼線材表面のスケール付着量が少なくなると、メカニカルデスケーリングによるスケール剥離効果が低下して、メカニカルデスケーリン後の残留スケール量が却って増大し、その後の伸線工程でダイスの焼き付き等のトラブルが発生し、伸線性が著しく悪化する。この限界スケール量は、一般に０．４５％程度とされているが、上記成分組成の本発明鋼線では線材重量に対して０．２０％のスケール量であっても健全なスケール剥離状況が達成できるので、本発明の鋼線材では熱間圧延に伴う総スケール生成量は線材重量に対して０．２０％以上であることが好ましい。
【００２８】
尚、上記した線材表面粗さとスケール付着量は、前述の如くスケール除去をメカニカルデスケーリングによって行なう場合に問題になるのであって、スケール除去を酸洗によって行なう場合には、格別の制限要素とはならないのである。また、本発明の鋼線材では、前述の様な化学成分組成の要件を満足する鋼線材を熱間圧延した後、調整冷却することによって得ることができ、通常は直径：５．０〜６．４ｍｍ程度の範囲のものとして得られるが、メカニカルデスケーリング後の伸線性等において非常に優れたものとなる。
【００２９】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に特徴して設計変更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。
【００３０】
【実施例】
下記表１に示す化学成分組成の各種鋼材を真空溶解炉にて溶製し、熱間圧延によって線径：５．５ｍｍの鋼線材を作製した。このとき、圧延時の載置温度を７００〜９５０℃の範囲で変化させると共に、８００〜５００℃までの線材の冷却速度を１℃／ｓｅｃから３０℃／ｓｅｃまで変化させた。
【００３１】
【表１】
0004159706.tif 000003
【００３２】
得られた各鋼線材について、メカニカルデスケーリングによって機械的に脱スケールを行なうと共に、スケール剥離後の線材表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）と鋼線材表面に残留するスケール量を測定した。また、この鋼線材を線径：２．２ｍｍまでの伸線処理に付し、伸線速度を逐次高めていったときに、ダイスに焼き付きが発生する限界伸線速度を求めることによって伸線性を評価した。
【００３３】
このときの伸線ダイス枚数は７枚とし、いずれのダイス出口においても線材を冷却することによって、線材温度を１２０℃以下に維持した。また、鋼線材表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は、熱間圧延線材に４％の引張り歪みを付与して脱スケールを行なった後測定した。これらの結果を、下記表２に一括して示す。
【００３４】
【表２】
0004159706.tif 000004
【００３５】
これらの結果から、次の様に考察できる。まず、線材Ｎｏ．１〜４のものでは、本発明で規定する要件のいずれも満足する実施例であり、適量のＣｕとＣｒを含有し、且つ（［Ｃｕ］＋［Ｓｉ］）／Ｃｕの値も１．０〜１０．０の範囲内に制御することによって、表面粗さが小さく、スケール剥離性が向上し、焼き付き限界速度もそれにつれて向上していることが分かる。
【００３６】
これに対して、線材Ｎｏ．５〜１３のものでは、本発明で規定する要件のいずれかを欠くので良好な特性が発揮されていない。まず、線材Ｎｏ．５のものでは、Ｃ含有量が多過ぎるので伸線後の歪み時効による強度バラツキが多きくなっており、線材Ｎｏ．６のものでは、Ｓｉ含有量が多過ぎるので伸線性が低下し、伸線時に断線が発生した。また、線材Ｎｏ．７のものでは、Ｍｎ含有量が多過ぎるので、過冷組織が生成して伸線時に断線した。
【００３７】
線材Ｎｏ．８のものでは、（［Ｃｒ］＋［Ｓｉ］）／［Ｃｕ］の値が１．０〜１０．０の範囲内にあるものの、Ｃｕ含有量が０．２％を超えているので、ブリスターが発生している。そして、このブリスター生成の為に、残留スケールはそれほど多くはないが、限界焼き付き伸線速度が悪くなっている。
【００３８】
線材Ｎｏ．９のものでは、Ｃｒ添加によって線材表面粗さ（Ｒａ）は、０．７５μｍ以上と非常に悪くなっているが、それに従ってメカニカルデスケーリング後の残留スケール量も多くなり、焼き付き限界速度は３００ｍ／ｍｉｎ以下と非常に低くなっている。
【００３９】
線材Ｎｏ．１０，１１のものでは、Ｃｕ含有量と（［Ｃｒ］＋［Ｓｉ］）含有量のバランスが崩れた為に、スケールにブリスターが生成し、その結果サブスケールが生成して伸線性が極端に悪化した。
【００４０】
線材Ｎｏ．１２，１３のものでは、線材表面粗さがＲａで０．７５μｍ以上を非常に悪く、それに従ってメカニカルデスケーリング後の残留スケール量も多くなり、焼き付き限界速度も３００ｍ／ｍｉｎ以下と非常に低くなっている。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、化学成分組成を適切に調整してメカニカルデスケール時のスケール剥離性を良好にすることによって、その後の伸線加工性を良好にして生産性を高めることができる鋼線材が実現できた。