(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分としてmass％でＣ：１．１％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％を有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼によって形成された地鉄部と、この地鉄部の表面に付着したスケール層とを有し、前記地鉄部の界面に接した前記スケール層の界面部におけるスケールのＳｉ平均濃度が地鉄部のＳｉ濃度の２．０倍以上である、メカニカルデスケーリング性に優れた鋼線材。
【請求項２】
成分としてmass％でＣ：１．１％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ｃｒ：０〜２．０％、Ｍｏ：０〜０．６％、Ｃｕ：０〜２．０％、Ｎｉ：０〜４．０％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ａｌ：０．００１〜０．１０％、Ｎ：０〜０．０３％、Ｖ：０〜０．４０％、Ｎｂ：０〜０．１５％、Ｂ：０〜０．００５％を有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼によって形成された地鉄部と、この地鉄部の表面に付着したスケール層とを有し、前記地鉄部の界面に接した前記スケール層の界面部におけるスケールのＳｉ平均濃度が地鉄部のＳｉ濃度の２．０倍以上である、メカニカルデスケーリング性に優れた鋼線材。
【請求項３】
前記スケール層の界面部において、スケールのＳｉ濃度が地鉄部のＳｉ濃度の２．０倍以上であるＳｉ濃化領域が６０面積％以上である、請求項１または２に記載した鋼線材。
【請求項４】
請求項１または２に記載した成分を有する鋼を１０００〜１１００℃の圧延終了温度にて熱間圧延を行い、
圧延終了後、５０℃／ｓ未満の第１冷却速度にて９５０〜８００℃の巻取開始温度まで冷却し、
巻取開始温度から７００℃までを酸素供給雰囲気中にて３℃／ｓ以上、下記(1) 式により定まる限界冷却速度以下の第２冷却速度にて冷却し、
さらに、７００〜５００℃を２．５℃／ｓ以下の第３冷却速度にて冷却する、メカニカルデスケーリング性に優れた鋼線材の製造方法。
限界冷却速度（℃／ｓ）＝２２＋１１×〔Ｓｉ〕−８．５×log (Ｄ)…(1)
但し、〔Ｓｉ〕は鋼中のＳｉ濃度（mass％）、Ｄは線径（mm）である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はデスケーリングを必要とする鋼線材の全般に関し、例えば冷間圧延用線材、溶接ワイヤ用線材、ワイヤロープ，ゴムホース，タイヤコードなどに用いられる鋼線の素材となる鋼線材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼線は、通常、熱間圧延によって製造された鋼線材を必要な線径に伸線加工する工程を経て製造される。伸線加工においては、良好な伸線性を確保するため、加工前に線材の表面に付着したスケールを十分に除去する必要がある。
【０００３】
従来、スケールの除去は主に酸洗によって行われていたが、酸洗は作業環境や使用後の酸の廃棄等の問題がある。このため、酸洗に置き換わって、スケールを機械的に除去する機械的スケール除去（メカニカルデスケーリング）が行われるようになった。これに応じて、熱間圧延後の鋼線材においても、搬送中は剥離しにくく、曲げやねじりによるメカニカルデスケーリングの際には容易に剥離するスケールの形成が望まれている。
【０００４】
かかる要望に対して、例えば特開平７−２０４７２６号公報、特開平８−２９５９９２号公報、特開平１０−２０４５８２号公報、特開平１１−１７２３３２号公報に記載されているように、スケールの組成を制御したり、地鉄部とスケールとの界面粗度を制御したり、スケールの厚さを制御するなどの方策が採られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のとおり、伸線加工が施される鋼線材に対して、メカニカルデスケーリング性の改善のために種々の方策が採られているが、近年、ますますデスケーリング性の向上が要望されており、更なる方策が求められている。
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、メカニカルデスケーリングに対するスケール剥離性に優れた鋼線材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、スケールの厚さにかかわらず、優れたメカニカルデスケーリング性（以下、ＭＤ性と略記する場合がある。）を有する鋼線材について鋭意研究した結果、スケールの剥離性は鋼線材の地鉄部の界面に接するスケール層の界面部のスケールのＳｉ量に大きく依存することを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の鋼線材は、成分としてmass％でＣ：１．１％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％を有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼、あるいはＣ：１．１％以下、Ｓｉ：０．０５〜０．８０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ｃｒ：０〜２．０％、Ｍｏ：０〜０．６％、Ｃｕ：０〜２．０％、Ｎｉ：０〜４．０％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ａｌ：０．００１〜０．１０％、Ｎ：０〜０．０３％、Ｖ：０〜０．４０％、Ｎｂ：０〜０．１５％、Ｂ：０〜０．００５％を有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼によって形成された地鉄部と、この地鉄部の表面に付着したスケール層とを有し、前記地鉄部の界面に接した前記スケール層の界面部におけるスケールのＳｉ平均濃度が地鉄部のＳｉ濃度の２．０倍以上としたものである。前記スケール層の界面部において、スケールのＳｉ濃度が地鉄部のＳｉ濃度の２．０倍以上であるＳｉ濃化領域が６０面積％以上を占めるようにすることがより好ましい。
【０００８】
また、本発明の鋼線材の製造方法は、前記成分を有する鋼を１０００〜１１００℃の圧延終了温度にて熱間圧延を行い、圧延終了後、５０℃／ｓ未満の第１冷却速度にて９５０〜８００℃の巻取開始温度まで冷却し、巻取開始温度から７００℃までを酸素供給雰囲気中にて３℃／ｓ以上、下記(1) 式により定まる限界冷却速度以下の第２冷却速度にて冷却し、さらに、７００〜５００℃を２．５℃／ｓ以下の第３冷却速度にて冷却する工程を有するものである。
限界冷却速度（℃／ｓ）＝２２＋１１×〔Ｓｉ〕−８．５×log (Ｄ)
但し、〔Ｓｉ〕は鋼中のＳｉ濃度（mass％）、Ｄは線径（mm）である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の鋼線材の地鉄部（スケールが被覆される鋼部分）の化学成分（以下、単位はmass％）の限定理由について説明する。
【００１０】
Ｃ：１．１％以下（０％を含まない。）
Ｃは鋼の機械的性質を決定する主要元素である。用途に応じてＣ量を適宜設定することができるが、Ｃ量が過多になると線材製造時の熱間加工性が劣化するので、熱間加工性を考慮して上限を１．１％とする。
【００１１】
Ｓｉ：０．０５〜０．８０％
Ｓｉはスケール層の地鉄部界面近傍のＳｉ濃度を上げるために必須の元素である。０．０５％未満ではスケール層の界面部へのＳｉの付与が過少となり、一方過剰に添加すると表層脱炭層の生成や、ＭＤ性を逆に劣化させる。このため、下限を０．０５％、好ましくは０．１％とし、上限を１．０％、好ましくは０．８％、さらに好ましくは０．６％とする。
【００１２】
本発明の鋼線材（地鉄部）は、前記Ｃ、Ｓｉのほか、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるが、強度や耐食性などの要求特性に応じて、Ｍｎ：０．０１〜２．０、Ｃｒ：０〜２．０％、Ｍｏ：０〜０．６％、Ｃｕ：０〜２．０％、Ｎｉ：０〜４．０％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ａｌ：０．００１〜０．１０％、Ｎ：０〜０．０３％、Ｖ：０〜０．４０％、Ｎｂ：０〜０．１５％、Ｂ：０〜０．００５％を含有することができる。
【００１３】
前記地鉄部の表面にはスケール層が形成されているが、特に地鉄部の界面に隣接して形成された界面部のスケール中のＳｉ量が重要である。スケール層の界面部のＳｉ濃度は界面部の特性に大きな影響を及ぼし、スケール層全体の剥離性を左右する。なお、界面部におけるＳｉは、主としてＳｉＯ2 などの酸化物の形態で存在する。
前記界面部のスケールにＳｉを含有させることで、スケール層が付着した鋼線材にひずみを与えたとき、スケール層の破壊強度が上昇し、メカニカルデスケーリングで破壊するスケール小片サイズが大きくなる。その結果、剥離性の良好なスケール層を得ることができ、曲げ方式、ねじり方式等のメカニカルデスケーリングにより優れた剥離効果を得ることができる。この際、後述の実施例から明らかなように、前記界面部において、地鉄部の鋼組成のＳｉ量の２．０倍以上の平均Ｓｉ量を有するようにＳｉを地鉄部から付与することで良好な剥離性が得られるが、平均Ｓｉ量が２．０倍未満では顕著な効果が見られない。
【００１４】
また、スケール層の界面部において、地鉄部の鋼組成のＳｉ量の２．０倍以上のＳｉ量を有するＳｉ濃化領域を面積率で６０％以上、好ましくは８０％以上占めるように形成することによって、より良好なスケール剥離性が得られる。
【００１５】
前記スケール層の界面部のＳｉ量は、例えば、鋼線材の地鉄部を溶解して地鉄部の表面を被覆していたスケール層からなるスケール殻を採取し、このスケール殻の内面をＥＰＭＡによりライン分析することによって測定することができる。前記地鉄部を溶解するための溶解液としては、例えば臭素−臭化ナトリウム−ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）−メタノール溶液（ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ  Vol.１３（２０００）-ｐ１０８４参照）を用いることができる。
【００１６】
次に、本発明の鋼線材の工業的生産に適した製造方法について説明する。
上記スケール組織を得るには、常法に従い鋼片を加熱し、１０００〜１１００℃で熱間圧延を終了した後、熱延線材を５０℃／ｓ未満の第１冷却速度にて８００〜９５０℃の巻取開始温度まで冷却して巻き取り、その後、線材表面温度７００℃までの冷却を酸素を供給できる雰囲気、例えば大気中にて３℃／ｓ以上、下記(1) 式で規定される限界冷却速度以下の第２冷却速度にて冷却し、さらに７００〜５００℃を２．５℃／ｓ以下の第３冷却速度で冷却する。５００℃以降の冷却は特に限定されず、徐冷しても急冷してもよい。
第２冷却速度の限界冷却速度（℃／ｓ）
＝２２＋１１×〔Ｓｉ〕−８．５×ｌｏｇ（Ｄ）  ……(1)
但し、〔Ｓｉ〕：線材のＳｉ量（mass％）、Ｄ：線材線径（mm）である。
【００１７】
以下、製造条件を詳細に説明する。
スケールは熱間圧延終了以後に生成成長し、Ｓｉは線材の地鉄部からスケール中へ供給され、主にスケール層の界面部に濃化する。仕上げ圧延温度が１０００℃を下回ると、冷却開始後のスケールへのＳｉの濃化が遅延し、所期のＳｉ濃化スケールを獲得することができない。一方、１１００℃超で圧延を終了すると、スケールへのＳｉ濃化は促進するが、スケール中のＳｉ濃度が不均一になり、メカニカルデスケーリングによってスケールが剥離しない部分が生じるようになる。このため、熱間圧延終了温度を１０００〜１１００℃とする。
【００１８】
圧延終了後の第１冷却速度は５０℃／ｓ未満とする必要がある。５０℃／ｓ以上では、スケールの核生成、成長の時間的余裕を確保することが困難となり、その後の冷却条件を調整してもＳｉ濃化が不十分となる。冷却速度は生産性を考慮すると３０℃／ｓ以上とすることが望ましい。また、スケール層の界面部においてＳｉ濃化領域が６０％以上の、より剥離性の良好なスケール構造を確保するためには冷却速度としては４５℃／ｓ以下とすることが望ましい。
【００１９】
巻き取り開始温度も第１冷却速度の規定と同様に、スケール核生成の初期の成長を支配する。９５０℃超からの巻き取りはスケール中のＳｉの濃化ムラが生じ、スケール剥離性を劣化させる。また８００℃より低い温度からの巻き取りではスケール中のＳｉ濃化が不十分となり、やはりスケール剥離性が劣化する。
【００２０】
巻き取り後、スケールヘのＳｉ濃化を促し、スケール層の界面部において所定のＳｉ濃度のスケールを得るには、７００℃までの第２冷却速度を圧延線径、地鉄部のＳｉ量にあわせて調整する必要がある。巻き取り開始直後、７００℃までの冷却速度を３℃／ｓより小さくすると、スケール層が必要以上に分厚くなり、スケール剥離性は極めて良好になるものの、メカニカルデスケーリング工程に至る前にスケールが剥離してしまい、線材コイルの保管、搬送中に剥離部分に錆が生じ易くなる。一方、前記式(1) で定まる限界冷却速度を超えると、スケール中のＳｉ濃化量が不足し、所望のスケール剥離性を得ることができないようになる。なお、前記限界冷却速度は後述の実施例のデータから求められた。
【００２１】
また、７００℃〜５００℃における第３冷却速度も重要であり、２．５℃／ｓ以下の冷却速度にすることによって、Ｓｉ濃化を促進することが可能となり、所期の剥離性の良好なスケールを得ることができる。
【００２２】
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。
【００２３】
【実施例】
［実施例Ａ］
表１に記載したＣ量、Ｓｉ量を有する炭素鋼を転炉で溶製し、その鋼塊を分解圧延してビレット（１５５mm角）を作製し、１１５０℃程度に加熱後、熱間圧延を行い、１０３０℃にて圧延を終了し、同表に示すように種々の直径Ｄ（mm）の線材を得た。圧延終了後、引き続いて第１冷却速度４０℃／ｓにて巻き取り開始温度の８４０℃まで冷却した後、巻き取りを開始し、７００℃までを種々の第２冷却速度にて冷却し、さらに７００〜５００℃の間を第３冷却速度２．５℃／ｓにて冷却した。
【００２４】
得られた線材に付着したスケール層の界面部におけるＳｉの平均含有量を測定した。測定方法は先に説明したとおり、前記溶解液にて線材の地鉄部を溶解し、スケール層からなるスケール殻を分離し、スケール殻の内面（地鉄部界面側の表面）にＥＰＭＡライン分析を実施した。測定ラインは円周方向とした。測定条件は加速電圧１５ｋＶ、照射電流１×１０-8Ａとし、走査距離４０μm の間を測定間隔１００ｎｍで４００点測定し、測定点４００での平均Ｓｉ濃度をスケール層の界面部の平均Ｓｉ量として求めた。なお、（スケール層界面部の平均Ｓｉ量）／（地鉄部の鋼のＳｉ量）をＳｉ平均濃度指数と呼ぶ。
【００２５】
上記線材を用いて、メカニカルデスケーリング性を調べた。線材を長さ２５０ｍｍに切断した後に、これをチャック間距離２００ｍｍとしてクロスヘッドに取り付け、これに４％の引っ張り歪を与えた後、チャックから取り外した。この試験片に圧縮空気を吹き付けて線材表面のスケールを吹き飛ばし、２００ｍｍ長さに切断して重量（ｗ１）測定した後、これを塩酸中に浸漬して線材表面に付着しているスケールを完全に除去して、再び重量（ｗ２）を測定した。これらの測定値から下記式により残留スケール率を求めた。これらの測定値を表１に併せて示す。なお、同番号の発明例と比較例とは鋼成分が同じものである。
残留スケール率（％）＝（ｗ１−ｗ２）／ｗ２×１００
【００２６】
【表１】
0004248790.tif 000002
【００２７】
表１を基にＳｉ濃度指数と残留スケール率との関係を整理したグラフを図１に示す。図１より、発明例と比較例とはＳｉ濃度指数が２．０にて残留スケール率のレベルが明瞭に異なり、２．０以上で良好なスケール剥離性が得られることがわかる。
【００２８】
一方、良好なスケール剥離性が得られる線材を得るために必要とされる、巻き取り開始から７００℃までの第２冷却速度Ｖ（℃／ｓ）の限界（上限）を調べるため、発明例、比較例の各試料について、地鉄部の〔Ｓｉ〕と（Ｖ＋８．５＊ｌｏｇ（Ｄ））との関係を整理したグラフを図２に示す。前記〔Ｓｉ〕の単位はmass％、Ｄの単位はmmである。
図２より、発明例と比較例とは図中の直線を境として２分されることがわかる。この直線は下記式(1) にて示される。なお、表１には、式(1) にて算出した第２冷却速度の限界（上限）値も併記した。
Ｖ＋８．５＊ｌｏｇ（Ｄ）＝１１×〔Ｓｉ〕＋２２  …(1)
【００２９】
［実施例Ｂ］
実施例Ａと同様、種々のＣ量、Ｓｉ量の鋼を用いて熱間圧延を行い、地鉄部にスケール層が形成された線材を製造した。熱間圧延終了温度、熱延後の冷却条件を表２に併せて示す。
【００３０】
得られた線材に対して、実施例Ａと同様にして、スケール層の界面部のＳｉ平均濃度、Ｓｉ平均濃度指数、スケール残留率を求めた。さらに、地鉄部の鋼のＳｉ量に対して、（ライン分析による測定点Ｓｉ量）／（地鉄部Ｓｉ量）が２．０以上の測定点の面積割合をスケール層の界面部におけるＳｉ濃化領域の面積割合（％）として求めた。これらの結果を表２に併せて示す。
【００３１】
【表２】
0004248790.tif 000003
【００３２】
表２より、比較例ではスケール残留率が０．１％程度であるが、Ｓｉ平均濃度指数が２．０以上の発明例ではスケール残留率が０．０３％程度以下とスケールの残留が著しく抑制されており、スケール剥離性に優れるスケール層が形成された線材であることがわかる。特に、Ｓｉ濃化領域が６０％以上のものではスケール剥離性がより一層良好である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼線材のスケール層の界面部におけるＳｉ濃度を地鉄部のＳｉに比して２．０倍以上濃化させるので、メカニカルデスケーリング工程前には適度のスケール密着性を有しつつ、メカニカルデスケーリング工程においてスケール層がほとんど残留することなく剥離され、従来のスケール厚さやスケールの組成に依存しない、良好なスケール剥離性を有する鋼線材を提供することができる。また、本発明の製造方法によれば、前記鋼線材を工業的に容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例ＡにおけるＳｉ平均濃度指数とスケール残留率との関係を示すグラフである。
【図２】実施例Ａにおける地鉄部Ｓｉ量（mass％）と第２冷却速度Ｖ（℃／ｓ）および線径Ｄ（mm）との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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