(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
C：0.3 〜0.65%(質量% 、以下同じ) 、Mn：0.47〜0.78% 、Si：0.18〜1.90% 、V ：0.05〜0.5%、Cr：0.5 〜2%を含有し、残部Feおよび不純物からなる中高炭素鋼線材の平均スケール付着量を鋼線材に対する重量比で0.3%以下とし、かつ、鋼線材に付着しているスケールの平均剥離率を、鋼線材に6%の引張歪を付与した際に剥離したスケールの、鋼線材に元々付着していたスケールに対する重量比で、40% 以下としたことを特徴とする伸線前の脱スケール処理が省略可能な鋼線材。
【請求項２】
前記スケールの平均剥離率をS とした時、後工程の伸線加工度R との関係で、S(%)≦40−45R[但し、R=ln(d1/d2) で、d1は線材径、d2は伸線径] とした請求項１に記載の伸線前の脱スケール処理が省略可能な鋼線材。
【請求項３】
前記鋼線材がNi：0.1 〜2%を含有する請求項１または２に記載の伸線前の脱スケール処理が省略可能な鋼線材。
【請求項４】
鋼線材の伸線加工方法であって、 C：0.3 〜0.65%(質量% 、以下同じ) 、Mn：0.47〜0.78% 、Si：0.18〜1.90% 、V ：0.05〜0.5%、Cr：0.5 〜2%を含有し、残部Feおよび不純物からなる中高炭素鋼線材の平均スケール付着量が鋼線材に対する重量比で0.3%以下で、かつ、鋼線材に付着しているスケールの平均剥離率が、鋼線材に6%の引張歪を付与した際に剥離したスケールの、鋼線材に元々付着していたスケールに対する重量比で、40% 以下の場合に、鋼線材を脱スケールを行わずに伸線加工することを特徴とする鋼線材の伸線加工方法。
【請求項５】
前記スケールの平均剥離率S が、伸線加工度R との関係で、S(%)≦40−45R[但し、R=ln(d1/d2) で、d1は線材径、d2は伸線径] の場合に、伸線加工前の脱スケールを行わずに伸線加工する請求項４に記載の鋼線材の伸線加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、伸線加工前の脱スケール処理を行わずに伸線可能な鋼線材および鋼線材の伸線加工方法に関するものであり、特に、圧造用線材などの比較的伸線加工度の低い線材や、ばね用線材などの伸線後皮削りを行う線材に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延鋼線材または熱処理された鋼線材の多くは、後工程で伸線加工が施されて、所望の鋼線製品に加工される (以下、鋼線材または鋼線を単に線材または線と記載する場合がある) 。この際、伸線加工性や伸線加工後の製品の表面品質を確保するために、通常、前記熱間圧延または熱処理の際に生じたスケールを、伸線加工前に、酸洗や機械的などの脱スケール処理（以下、単に脱スケールと言う）によって除去することが行われている。より具体的には、酸洗は塩酸などの酸溶液に鋼線材を浸漬することによって行われ、機械的脱スケールは伸線機と連結したリバースベンディングや、或いはショットブラストなどの手段によって行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記酸洗では、酸洗によりスケール等を含む廃酸等の産業廃棄物を多量に生じるため、この廃酸等の処理に設備とコストを要し、また、環境問題からも、酸洗自体の使用が制限されつつある。
【０００４】
一方、前記機械的脱スケールでは、前記酸洗のような問題は少ない。しかしながら、リバースベンディングは、装置能力の面から、特に、太径線材への適用が難しい。また、ショットブラストでは、生産性の面から、特に、細径線材への適用が難しい。更に、ショットブラストの適用の仕方によっては、伸線後の表面品質を却って低下させるという問題もある。また、これらの機械的脱スケールでは、生産性を上げるためには、伸線機台数と同等の脱スケール機が必要であり、伸線機台数が多いほど、脱スケール機設置のために多額の設備費を必要とする。
【０００５】
したがって、これらの伸線加工前の脱スケールを省略できれば、酸洗における酸使用量や脱スケール機などの設備費等において、大幅なコストダウンが図れるとともに、前記環境問題にも対応することができる。
【０００６】
このため、従来からも、伸線加工前の脱スケールを省略する試みがなされてきた。しかし、従来の線材では、この脱スケールを省略した場合、剥離したスケールによる焼付きが発生し、伸線後の鋼線の表面品質を確保することが難しい。また、伸線ダイス磨耗の増大により、ダイス寿命が著しく低下するという問題もある。したがって、線材を伸線加工する際には、前記何らかの手段で脱スケールがなされていたのが実情です。
【０００７】
本発明は、このような事情に着目してなされたものであって、線材表面に付着しているスケールの性状を制御することにより、伸線加工前の脱スケールを省略しても、伸線後の鋼線の表面品質やダイス寿命を損なわずに伸線加工できる、鋼線材と鋼線材の伸線加工方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明鋼線材の要旨は、 C：0.3 〜0.65%(質量% 、以下同じ) 、Mn：0.47〜0.78% 、Si：0.18〜1.90% 、V ：0.05〜0.5%、Cr：0.5 〜2%を含有し、残部Feおよび不純物からなる中高炭素鋼線材の平均スケール付着量を鋼線材に対する重量比で0.3%以下とし、かつ、鋼線材に付着しているスケールの平均剥離率を、鋼線材に6%の引張歪を付与した際に剥離したスケールの、鋼線材に元々付着していたスケールに対する重量比で、40% 以下とし、伸線前の脱スケール処理が省略可能な（後工程で脱スケールを行なわずに伸線加工が可能な）鋼線材としたことである (請求項1 に対応) 。
【０００９】
また、後工程の伸線加工度が大きいものほど、伸線後の鋼線の表面品質やダイス寿命を確保するために、前記スケールの剥離率を小さくすることが必要である。このため、スケールの平均剥離率をS とした時、後工程の伸線加工度R との関係で、S(%)≦40−45R[但し、R=ln(d1/d2) で、d1は線材径、d2は伸線径] とすることが好ましい (請求項2 に対応) 。
【００１０】
また、本発明は、スケールの伸線性に与える影響がより大きい、鋼線材のC 量が0.3%以上の、中高炭素鋼線材に適用される。
【００１１】
また、線材のスケールの剥離を抑制し、伸線性を確保するために、前記線材がV ：0.05〜0.5%、Cr：0.5 〜2%を含有する。
【００１２】
更に、本発明鋼線材の伸線加工方法の要旨は、C ：0.3 〜0.65%(質量% 、以下同じ) 、Mn：0.47〜0.78% 、Si：0.18〜1.90% 、V ：0.05〜0.5%、Cr：0.5 〜2%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる中高炭素鋼線材の平均スケール付着量が鋼線材に対する重量比で0.3%以下で、かつ、鋼線材に付着しているスケールの平均剥離率が、鋼線材に6%の引張歪を付与した際に剥離したスケールの、鋼線材に元々付着していたスケールに対する重量比で、40% 以下の場合に、鋼線材を脱スケールを行わずに伸線加工することである (請求項4 に対応) 。
【００１３】
また、この鋼線材の伸線加工方法においても、前記請求項2 と同じ主旨で、前記スケールの平均剥離率S が、伸線加工度R との関係で、S(%)≦40−45R[但し、R=ln(d1/d2) で、d1は線材径、d2は伸線径] の場合に、伸線加工前の脱スケールを行わずに伸線加工することが好ましい (請求項4 に対応) 。
【００１４】
そして、このような本発明の要旨とすることにより、伸線加工前の脱スケールを省略でき、しかも、伸線加工前の脱スケールを省略しても、伸線後の表面品質などの伸線性に優れた鋼線材および鋼線材の伸線加工方法を提供することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、鋼線材のスケールの性状と、伸線される鋼線材の焼付やダイス摩耗との関係について検討した結果、鋼線材のスケール付着量を少なくし、かつ、鋼線材のスケールの剥離が少ない (スケールの密着性が良い) 場合に、伸線される鋼線材の焼付きやダイス摩耗が抑制されることを知見した。
【００１６】
(スケール付着量)
本発明では、前記知見に基づき、まず、鋼線材の平均スケール付着量を鋼線材に対する重量比で0.3%以下とする。この0.3%の値は臨界的で、かつ各種鋼線材に概ね共通する意義をもっており、この0.3%を越えた場合、伸線される鋼線材の焼付きやダイス摩耗が著しく増加し、伸線後の鋼線の表面品質などが低下する。
【００１７】
なお、スケールの付着量は以下に説明する方法で求める。即ち、適当な長さに切断した線材試料の重量W1を測定しておき、この線材試料から、付着しているスケールのみを酸洗により完全に除去して、スケール除去後の線材試料の重量W2を測定する。なお、酸洗の条件は、例えば、20% 濃度の塩酸水溶液にインヒビターを添加したものを用いるなど、付着しているスケールのみを完全に除去する方法と条件が適宜選択される。
これらの測定値から、スケールの付着量W0は、鋼線材に対する重量比として、W0(%)= [剥離したスケール重量 (W1−W2) ／スケール除去後の線材試料の重量(W2)] ×100 で算出する。
【００１８】
(スケール剥離率)
更に、本発明では、前記知見に基づき、鋼線材に付着しているスケールの平均剥離率を、鋼線材に6%の引張歪を付与した際に剥離したスケールの、鋼線材に元々付着していたスケールに対する重量比で40% 以下とする。この40% の値は臨界的で、かつ各種鋼線材に概ね共通する意義をもっている。スケールの平均剥離率が40% を越えた場合、前記スケール付着量と同じく、伸線される鋼線材の焼付やダイス摩耗が著しく増加し、伸線後の鋼線材の表面品質などが低下して、製品品質を確保できない。
【００１９】
そして、本発明では、伸線加工前の脱スケールを省略できるか否かの判断基準となる鋼線材のスケールの性状を、前記平均スケール付着量と、このスケールの平均剥離率の両方から規定する (両方の条件を満足する) ことを必須とする。
後述する実施例の通り、いずれかの条件を満たさない場合に、脱スケールを省略して伸線した場合には、伸線後の表面品質やダイス寿命を確保できない。
【００２０】
鋼線材に付着しているスケールの剥離性 (密着性) の評価は、従来からも、鋼線材を円弧を有する治具に沿って曲げたり、芯金に巻き付ける等の方法により行われている。しかし、これらの方法は、鋼線材の円周方向に渡って、均一な変形歪みが与えられないため、スケールの剥離性の正確な評価が難しい。このため、これらの方法により求められた耐剥離性と、実際の鋼線材の焼付きやダイス摩耗などとは、必ずしも良く対応しない。
【００２１】
これに対して、本発明のように、鋼線材に引張歪を付与した場合は、鋼線材の円周方向に渡ってほぼ均一に変形する。このため、鋼線材に対する重量比によるスケールの剥離性の評価は、実際の鋼線の焼付きやダイス摩耗などと良く対応して、スケールの剥離性の正確な評価ができる。
【００２２】
本発明では、この引張歪として6%の値を選択したが、後述する実施例の通り、この値の引張歪は、他の値と比較しても、伸線後の鋼線の焼付きやダイス摩耗程度などと良く対応する。そして、この結果、伸線加工前の脱スケールを省略できるか否かの、鋼線材表面に付着しているスケールの性状による効率的な判断基準ともなり得る。しかも、この引張歪による方法は、具体的な測定方法は後述するが、簡便で、かつ効率的であるという利点もある。
【００２３】
なお、このスケールの平均剥離率の伸線性に与える効果は、伸線加工度に大きく依存するので、伸線加工前の脱スケールを行わずに伸線加工した場合の伸線性を確実に保証するために、スケールの平均剥離率をS とした時、後工程の伸線加工度R との関係で、S(%)≦40−45R[但し、R=ln(d1/d2) で、d1は線材径、d2は伸線径] とすることが好ましい。前記スケールの平均剥離率が40% 以下であっても、後工程の伸線加工度R との関係で、前記式を満たさない場合、伸線性が低下して、製品品質を十分確保できない場合が生じる。
【００２４】
ここにおいて、スケールの平均剥離率S は、以下の方法で求める。即ち、適当な長さL1に切断した線材試料の重量W1を求めておき、この線材試料を引張試験機等により、線材長手方向に伸び率6%の引張歪を付与する。そして、除荷後、引張試験機等でのチャック部等の線材試料のつかみ代の長さL2を測定後、このつかみ代を切断除去する。更に、つかみ代を除去した後の残部の線材試料の重量W2を測定しておき、この残部の線材試料から、付着しているスケールのみを酸洗により完全に除去して、スケール除去後の線材試料の重量W3を測定する。
【００２５】
これらの測定値から、スケールの平均剥離率S は、S(%)= 剥離したスケール重量 [｛W1 (L1−L2）／L1｝−W2 ]／鋼線材に元々付着していたスケールの重量[ ｛W1(L1 −L2）／L1｝−W3] を100 倍することで簡便に算出できる。なお、上記式を簡略化するとS(%)=[｛W1 (L1−L2）−W2L1｝／｛W1 (L1−L2）−W3L1｝] ×100 で表される。
【００２６】
スケール付着量とスケールの剥離率について、本発明で平均としているのは、線材のスケール付着状態のばらつきを考慮しているからである。即ち、個々の値を求める試料線材の数だけ、各線材コイルから複数サンプリングし、測定値の平均をとって、判断の基準とした方が、より正確さや再現性が高いからである。したがって、線材のスケール付着のばらつきが少なく、試料線材が各線材コイルを代表するものであれば、勿論、個々の値を求める試料線材の数を1 個としても良い。
【００２７】
(対象とする鋼線材)
本発明で対象とする鋼線材は、鋼線材の中でも、線材のスケール付着状態が伸線性に影響しやすく、鋼線材の中でも比較的生産量の多いカーボン(C) 量が0.3%以上の中高炭素鋼線材に適用される。
【００２８】
(スケールの性状制御)
本発明では、スケール付着量の制御、特に、スケール付着量の低減のために、線材の熱間圧延工程や熱処理工程の条件の内の、加熱温度を下げる、加熱時間 (高温保持時間) を短縮する、加熱時の雰囲気制御 (還元雰囲気の使用) を行う、熱間圧延後や熱処理後の冷却速度を速める、などの種々の手段が有効である。
【００２９】
また、スケールの剥離率の制御、特にスケールの剥離率を下げて密着性を向上させるためには、これに更に材質面の制御として、V ：0.05〜0.5%、Cr：0.5 〜2%を含有する。また、Ni：0.1 〜2%を含有することが好ましい。これらの元素は、スケールの剥離抑制効果があり、元素の前記含有下限量未満では、前記スケールの剥離抑制効果が無く、一方、元素の前記含有上限量を越えた場合には、スケールの剥離抑制効果は飽和するとともに、熱間圧延での組織異常を招くなど、鋼線材の他の特性を阻害する問題を生じる。
【００３０】
(鋼材、鋼線の製造方法)
本発明鋼線材は、前記スケールの性状制御の部分を除いて、基本的に、通常の鋼線材の製造方法と同様に製造することが可能である。また、後工程の伸線も常法により行う。なお、前記リバースベンディングやショットブラストの機械的脱スケール手段が伸線機に配備されており、これを稼働させない場合に、却って、伸線の効率を低下させるような特殊な場合には、本発明の主旨や目的を阻害しない範囲で、機械的脱スケール手段を、軽度の条件乃至部分的に用いることを許容する。そして、必要により、伸線後の線に対し、オイルテンパーなどの調質処理を施し、製品鋼線とされる。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。常法により、熱間圧延終了温度を1000℃とし、直ちに水冷により800 〜950 ℃の温度範囲まで冷却後、これらの温度から衝風条件を種々変更して、冷却速度を変えて冷却し、種々のスケール性状を有する、線径φ7mm の圧延線材を得た。
【００３２】
これらの線材を、脱スケールせずに、表1 に示す条件で伸線加工を行い、伸線性を評価した。これらスケール性状と伸線性の評価結果を、各線材の鋼成分と合わせて、表2 に示す（表2 において、比較例No.1、2 、比較例No.3、4 、5 、発明例No.10 ）。なお、比較のために、線材を酸洗により脱スケールして表1 に示す条件で伸線した例 (表2 の比較例No.5) の結果も合わせて示す。
【００３３】
伸線性の評価の内、伸線の焼付状態は、重量2 トンの線材を伸線する間に、定期的に、線表面を目視または拡大鏡で観察し、焼付が生じるまでに伸線された鋼線の重量 (トン) で評価した。
【００３４】
また、線材を重量で2 トン伸線しても、焼付が生じなかったものについて、当該線材の伸線後のダイスのベアリング部の径を測定し、伸線前の径に対する増加量をダイスの磨耗量として評価した。
【００３５】
更に、スケール付着量とスケールの剥離率については、前記した測定方法により行った。
【００３６】
表2 から明らかな通り、前記圧延条件の調整とともに、Si、Cr、V の含有量を高くして、鋼線材の平均スケール付着量を鋼線材に対する重量比で0.3%以下とし、かつ、鋼線材に付着しているスケールの平均剥離率を、鋼線材に元々付着していたスケールに対する重量比で40% 以下とした発明例No.10 は、鋼線に焼付がなく、かつダイス摩耗量も少なく、比較例No.5の酸洗脱スケール材に比しても、伸線の表面品質の点で遜色がなく、伸線性に優れている。
【００３７】
これに対し、鋼線材の平均スケール付着量が0.3%以下か、鋼線材に付着しているスケールの平均剥離率が40% 以下かの条件の、いずれかまたは両方外れた比較例No.1〜No.4は、前記発明例や比較例No.5の酸洗脱スケール材に比して、ダイス摩耗量が多いか、伸線の焼付が生じている点で、伸線の表面品質の点で著しく劣り、伸線性が悪い。
【００３８】
したがって、これらの結果から、本発明のスケールの要件の、伸線性の点からの、臨界的な意義が裏付けられる。
【００３９】
【表１】
0004117100.tif 000002
【００４０】
【表２】
0004117100.tif 000003
【００４１】
（実施例２）
次に、前記スケールの平均剥離率S を、後工程の伸線加工度R との関係で、S(%)≦40−45R[但し、R=ln(d1/d2) で、d1は線材径、d2は伸線径] とする好ましい意義につき、実施例により具体的に説明する。
【００４２】
表3 に示す化学組成成分の鋼を、実施例1 と同じく、熱間圧延の条件を種々変更して得た、種々のスケール性状を有する線径φ8mm の線材を、脱スケールせずに、表4 に示す条件で伸線加工を行い、伸線性を実施例1 と同様に評価した (表3 において、比較例No. 13、14と発明例No.15 、16、17は、全て同じ鋼成分である) 。これらスケール性状を表3 に、伸線性の評価結果とスケール剥離率および前記伸線加工度R との関係を図1 に示す。
【００４３】
なお、伸線性の評価は、表5 に示す観点で行った。即ち、ダイス摩耗の測定方法は実施例1 と同じとし、伸線ダイスの磨耗量は、線材No.13 を酸洗により脱スケールし、表4 に示す条件で伸線加工を行った酸洗材の、ダイス磨耗量との比( 酸洗材が分母) で表わした。
【００４４】
また、伸線の焼付状態の測定は、実施例1 と同じとし、線材を重量2 トン伸線する間に、焼付が生じるか (焼付有り) 、否か (焼付なし) で評価した。
その際、鋼線の表面品質の良否を示す、金属光沢の有無 (金属光沢なしが表面品質の良) も目視で評価した。
そして、これらを総合して、表5 に記載する通り、良 (○) 、可 (△) 、不可 (×) の3 段階で評価し、鋼線材のスケールの平均剥離率および伸線加工度R との関係で、図1 に示した。
【００４５】
図1 から明らかな通り、鋼線材のスケールの平均剥離率を40% 以下としても、伸線加工度R が大きい領域では、伸線性が低下する傾向がある。これに対して、S(%)≦40−45R の関係 (図1 のラインA 以下の領域) となるように、鋼線材のスケールの平均剥離率を制御してやれば、伸線性が良好であることが分かる。
【００４６】
したがって、これらの結果から、本発明の、鋼線材のスケールの平均剥離率を伸線加工度R との関係で制御する要件の、伸線性の点からのより好ましい意義が裏付けられる。
【００４７】
【表３】
0004117100.tif 000004
【００４８】
【表４】
0004117100.tif 000005
【００４９】
【表５】
0004117100.tif 000006
【００５０】
【発明の効果】
線材表面に付着しているスケールの性状を制御した本発明によれば、伸線加工前の脱スケールを省略しても、伸線後の表面品質などの伸線性に優れた鋼線材および鋼線材の伸線加工方法を提供することが可能となる。この結果、脱スケールの省略に伴う、伸線用線材のコストダウンが図れ、環境改善にも役立つなど、工業的な価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】伸線の表面品質と、鋼線材のスケールの平均剥離率および伸線加工度R と関係を示す説明図である。
【図１】
0004117100.tif 000007