(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．８５〜１．１％
Ｓｉ：０．０５〜２．０％
Ｍｎ：０．２〜２．０％
残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼線において、伸線加工されたパーライト組織を有し、かつフェライト中のＣ濃度が１．５原子％以下であり、引張強さが４２００ＭＰａ以上でねじり回数が２２回以上であることを特徴とする高強度極細鋼線。
【請求項２】
更に、質量％で、
Ｃｒ：０．０５〜２．０％
Ｎｉ：０．１〜１．０％
Ｖ：０．０１〜０．５％
Ｎｂ：０．００１〜０．１％
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記載の高強度極細鋼線。
【請求項３】
高炭素鋼の熱間圧延線材から中間伸線、パテンティング処理を繰り返し所定の線径にした後、最終パテンティング処理を行い、伸線加工性およびゴムとの接着性を向上させるめっき処理を施し所定の線径まで湿式伸線加工することにより製造される高強度極細鋼線の製造方法において、前記高炭素鋼を、質量％で、
Ｃ：０．８５〜１．１％
Ｓｉ：０．０５〜２．０％
Ｍｎ：０．２〜２．０％
残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼とし、前記最終パテンティング処理以降の製造工程を下記Ａ〜Ｇの２種以上を組み合わせて構成することを特徴とする、伸線加工されたパーライト組織を有し、かつフェライト中のＣ濃度が１．５原子％以下であり、引張強さが４２００ＭＰａ以上でねじり回数が２２回以上である高強度極細鋼線の製造方法。
Ａ：ベイナイトが生成しない温度でパテンティング処理を行い、パテンティング材強度を１４５０ＭＰａ以上にする。
Ｂ：アプローチ角度が８〜１２°、ベアリング長さが０．２〜０．５Ｄ（Ｄ：ダイス径）であるダイスを用いて伸線加工を行う。
Ｃ：ダイヤモンドダイスを使用する。
Ｄ：伸線材の温度を５０℃以下に制御して伸線加工を行う。
Ｅ：ダイスと伸線材の摩擦係数が０．１以下の潤滑剤を使用する。
Ｆ：伸線加工真歪みで１までは、１ダイス当たりの減面率を２０％以上にする。
Ｇ：伸線加工後、２００〜５００℃の温度に加熱する。
【請求項４】
前記鋼が、更に、質量％で、
Ｃｒ：０．０５〜２．０％
Ｎｉ：０．１〜１．０％
Ｖ：０．０１〜０．５％
Ｎｂ：０．００１〜０．１％
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３記載の高強度極細鋼線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スチールタイヤコード、スチールベルトコード等の素線として使用され、延性に優れた引張強さが４２００ＭＰａ以上の高強度極細鋼線およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軽量化などのために極細鋼線に対する高強度化の要求は一段と高まっている。従来、自動車用タイヤ、産業用各種ベルト類などの補強用に使用されている極細鋼線は、高炭素鋼の熱間圧延線材から中間伸線、パテンティング処理を繰り返し所定の線径にした後、最終パテンティング処理を行い、伸線加工性およびゴムとの接着性を向上させるめっき処理を施し所定の線径まで湿式伸線加工することにより製造される。例えばスチールタイヤコードは、上記のように製造される素線を最終的にダブルツイスタなどの撚り線機を用いて撚り線加工することによって製造される。
【０００３】
上記のような製造工程において、極細鋼線の高強度化を図るためには、最終パテンティング処理後の素線強度を上げるか、最終の伸線加工歪みを増加させる必要がある。ところが、最終パテンティング処理後の素線強度ないしは伸線加工歪を増加させて極細鋼線の高強度化を図っても、強度が４２００ＭＰａを越えると延性の低下が著しく、実用化することが極めて困難となる。
【０００４】
これに対して、延性低下の少ない高強度化手段の従来の知見としては、例えば特開昭６０−２０４８６５号、特開昭６３−２４０４６号、特公平３−２３６７４号の各公報にはそれぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の化学成分を規制した高強度で高延性の極細線用高炭素線材が提案されている。しかし、これらの公報で開示されている実施例からもわかるように鋼線の引張強さは最大でも３５００〜３６００ＭＰａであり、極細鋼線の高強度化には限界があった。また、特開平６−１４５８９５号公報では化学成分と非金属介在物組成および初析セメンタイトの面積分率を制御した高強度高靭性鋼線材が提案されている。更に、特開平７−１１３１１９号公報では鋼の化学成分と最終ダイスでの減面率を制御する高強度高靭延性極細鋼線の製造方法が開示されている。しかし、いずれの技術でも引張強さが４２００ＭＰａ以上で高延性を有する極細鋼線を実現することは困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の如き実状に鑑みなされたものであって、線径が０．０５〜０．４ｍｍの極細鋼線を高強度化する際に問題となる延性の低下を防止し、強度が４２００ＭＰａ以上で且つ延性に優れた高強度極細鋼線およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは高強度鋼線の延性の支配要因について種々解析した結果、強加工されたパーライト組織におけるフェライト中のＣ濃度が鋼線の延性に著しい影響を及ぼすことを見出した。即ち、伸線加工歪みが増加するとセメンタイトが分解しフェライト中のＣ濃度が増加し、高強度鋼線の延性が低下するという全く新たな事実を見出した。
【０００７】
以上の新知見に基づき、強加工したパーライト組織のフェライト中のＣ濃度を制御すれば、高強度極細鋼線の延性低下を防止することが出来るとの結論に達し本発明をなしたものである。
【０００８】
本発明は以上の知見に基づいてなされたものであって、まず、高強度極細鋼線に関する本発明の要旨とするところは、質量％で、
Ｃ：０．８５〜１．１％
Ｓｉ：０．０５〜２．０％
Ｍｎ：０．２〜２．０％
を含有するか、あるいは更に
Ｃｒ：０．０５〜２．０％
Ｎｉ：０．１〜１．０％
Ｖ：０．０１〜０．５％
Ｎｂ：０．００１〜０．１％
の１種または２種以上を含むとともに残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼線において、伸線加工されたパーライト組織を有し、かつフェライト中のＣ濃度が１．５原子％以下であり、引張強さが４２００ＭＰａ以上でねじり回数が２２回以上であることを特徴とする高強度極細鋼線にある。
また、高強度極細鋼線の製造方法に関する本発明の要旨とするところは、高炭素鋼の熱間圧延線材から中間伸線、パテンティング処理を繰り返し所定の線径にした後、最終パテンティング処理を行い、伸線加工性およびゴムとの接着性を向上させるめっき処理を施し所定の線径まで湿式伸線加工することにより製造される高強度極細鋼線の製造方法において、前記高炭素鋼を、質量％で、
Ｃ：０．８５〜１．１％
Ｓｉ：０．０５〜２．０％
Ｍｎ：０．２〜２．０％
を含有するか、あるいは更に
Ｃｒ：０．０５〜２．０％
Ｎｉ：０．１〜１．０％
Ｖ：０．０１〜０．５％
Ｎｂ：０．００１〜０．１％
の１種または２種以上を含むとともに残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼とし、前記最終パテンティング処理以降の製造工程を下記Ａ〜Ｇの２種以上を組み合わせて構成することを特徴とする、伸線加工されたパーライト組織を有し、かつフェライト中のＣ濃度が１．５原子％以下であり、引張強さが４２００ＭＰａ以上でねじり回数が２２回以上である高強度極細鋼線の製造方法にある。
Ａ：ベイナイトが生成しない温度でパテンティング処理を行い、パテンティング材強度を１４５０ＭＰａ以上にする。
Ｂ：アプローチ角度が８〜１２°、ベアリング長さが０．２〜０．５Ｄ（Ｄ：ダイス径）であるダイスを用いて伸線加工を行う。
Ｃ：ダイヤモンドダイスを使用する。
Ｄ：伸線材の温度を５０℃以下に制御して伸線加工を行う。
Ｅ：ダイスと伸線材の摩擦係数が０．１以下の潤滑剤を使用する。
Ｆ：伸線加工真歪みで１までは、１ダイス当たりの減面率を２０％以上にする。
Ｇ：伸線加工後、２００〜５００℃の温度に加熱する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１０】
はじめに、本発明の成分限定理由について述べる。
【００１１】
Ｃ：Ｃはパテンティング処理後の引張強さの増加および伸線加工硬化率を高める効果があり、より少ない伸線加工歪で極細鋼線の引張強さを高めることができる。Ｃが０．８５％未満では本発明で目的とする４２００ＭＰａ以上の高強度の極細鋼線を製造することが困難となり、一方、１．１％を越えるとパテンティング処理時に初析セメンタイトがオーステナイト粒界に析出して伸線加工性が劣化し伸線加工工程あるいは撚り線加工工程で断線が頻発するため、Ｃを０．８５〜１．１％の範囲に限定した。
【００１２】
Ｓｉ：Ｓｉはパーライト中のフェライトを強化させるためと鋼の脱酸のために有効な元素である。０．０５％未満では上記の効果が期待できず、一方２．０％を越えると伸線加工性に対して有害な硬質のＳｉＯ2系介在物が発生しやすくなるため、０．０５〜２．０％の範囲に制限した。
【００１３】
Ｍｎ：Ｍｎは脱酸、脱硫のために必要であるばかりでなく、鋼の焼入性を向上させパテンティング処理後の引張強さを高めるために有効な元素であるが、０．２％未満では上記の効果が得られず、一方２．０％を越えると上記の効果が飽和しさらにパテンティング処理時のパーライト変態を完了させるための処理時間が長くなりすぎて生産性が低下するため、０．２〜２．０％の範囲に限定した。
【００１４】
本発明による高強度極細鋼線においては、上記の元素に加えて、更にＣｒ：０．０５〜２．０％、Ｎｉ：０．１〜１．０％、Ｖ：０．０１〜０．５％、Ｎｂ：０．００１〜０．１％の範囲で１種または２種以上を含有することができる。
【００１５】
Ｃｒ：Ｃｒはパーライトのセメンタイト間隔を微細化しパテンティング処理後の引張強さを高めるとともに特に伸線加工硬化率を向上させる有効な元素であるが、０．０５％未満では前記作用の効果が少なく、一方２．０％を越えるとパテンティング処理時のパーライト変態終了時間が長くなり生産性が低下するため、０．０５〜２．０％の範囲に限定した。
【００１６】
Ｎｉ：Ｎｉはパテンティング処理時に変態生成するパーライトを伸線加工性の良好なものにする作用を有するが、０．１％未満では上記の効果が得られず、１．０％を越えても添加量に見合うだけの効果が少ないためこれを上限とした。
【００１７】
Ｖ：Ｖはパーライトのセメンタイト間隔を微細化しパテンティング処理後の引張強さを高める効果があるが、この効果は０．０１％未満では不十分であり、一方０．５％を越えると効果が飽和するため０．０１〜０．５％の範囲に制限した。
【００１８】
Ｎｂ：ＮｂはＶと同様にパーライトのセメンタイト間隔を微細化しパテンティング処理後の引張強さを高める効果があるが、０．００１％未満では不十分であり、一方０．１％を越えて添加しても効果が飽和するため０．００１〜０．１％の範囲に制限した。
【００１９】
他の元素は特に限定しないが、不純物として含有される元素としてＰ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎ：０．００７％以下が望ましい範囲である。また、Ａｌは０．００５％を越えると鋼中の介在物の中で最も硬質なＡｌ2Ｏ3系介在物が生成しやすくなり、伸線加工あるいは撚り線加工の際の断線原因となるため、０．００５％以下が好ましい範囲である。
【００２０】
次に、本発明で目的とする高強度極細鋼線の延性低下を防止する上で極めて重要となるパーライト組織におけるフェライト中のＣ濃度の限定理由について述べる。
【００２１】
本発明では鋼線の延性をねじり試験を用いて破断までのねじり回数で評価している。図１は伸線加工真歪みで４以上の強加工を行った線径が０．１５ｍｍの極細鋼線のフェライト中のＣ濃度とねじり回数の関係について解析した一例である。極細鋼線の引張強さは、鋼の化学成分と伸線加工歪みを変化させることによって、約４５００ＭＰａに調整したものである。同図から明らかなように、強加工を受けたパーライト組織におけるフェライト中のＣ濃度が増加するとねじり回数は低下する。特に、フェライト中のＣ濃度が１．５原子％を越えるとねじり回数が著しく低下し、延性が劣化することがわかる。極細鋼線の線径、強度を種々に変化させた場合についても全く同様の結果が得られることから、フェライト中のＣ濃度を１．５原子％以下に制限するものである。極細鋼線の高強度化と高延性化を両立する観点から、フェライト中のＣ濃度は１．２原子％以下が好ましい範囲である。
【００２２】
ここで、強加工された極細鋼線のパーライト組織におけるフェライト中のＣ濃度を１．５原子％以下に制御するために、最終パテンティング処理以降の製造工程で下記のＡ〜Ｇの製造方法を採用することができ、それぞれ単独ではなく、組み合わせることが重要である。下記Ａ〜Ｇの製造方法の中でも、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇが特に重要な技術である。このため、Ｃ濃度が１．５原子％以下の極細鋼線を製造するためには、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの内、２種類以上、好ましくは３種類以上の方法を組み合わせることが良い。
【００２３】
Ａ：鋼の化学成分と最終パテンティング処理条件を最適化することにより、パテンティング材強度を１４５０ＭＰａ以上にする。なお、パテンティング処理は、ベイナイトが生成しない温度で行うことが重要である。
【００２４】
Ｂ：アプローチ角度が８〜１２°、ベアリング長さが０．２〜０．５Ｄ（Ｄ：ダイス径）であるダイスを用いて伸線加工を行う。
【００２５】
Ｃ：従来の超硬ダイスではなく、ダイヤモンドダイスを使用する。
【００２６】
Ｄ：伸線による加工発熱を抑える。好ましくは、伸線材の温度を５０℃以下に制御して伸線加工を行う。
【００２７】
Ｅ：潤滑能力の高い潤滑剤を使用する。好ましくは、ダイスと伸線材の摩擦係数が０．１以下の潤滑剤を使用する。
【００２８】
Ｆ：伸線加工真歪みで１までの伸線加工の初期は、１ダイス当たりの減面率を２０％以上にする。
【００２９】
Ｇ：伸線加工後、２００〜５００℃の温度に加熱する。
【００３０】
フェライト中のＣ濃度は、アトムプローブ電界イオン顕微鏡を用いれば、簡単に且つ正確に測定することができる。本発明において、フェライト中のＣ濃度Ｘは、アトムプローブ電界イオン顕微鏡による分析から、全検出イオン数をＹ（ｔｏｔａｌ）、Ｃの検出イオン数をＹ（ｃａｒｂｏｎ）とした時に、下式により求める。
【００３１】
Ｘ＝［Ｙ（ｃａｒｂｏｎ）／Ｙ（ｔｏｔａｌ）］×１００  （原子％）
【００３２】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果をさらに具体的に説明する。
【００３３】
表１に供試材の化学組成を示す。これらの供試材を用いて線径が０．１２〜０．３５ｍｍのブラスめっきを有する極細鋼線を試作した。表２に極細鋼線の製造条件および引張強さ、フェライト中のＣ濃度、ねじり回数を示す。同表において製造条件の記号であるＢ〜Ｇは前述した内容である。ねじり試験は、試験片の両端を線径の１００倍のつかみの間隔で固定し、破断するまでのねじり回数を測定した。
【００３４】
表２において、試験Ｎｏ．１〜８が本発明例であり、その他は比較例である。同表に見られるように、本発明例はいずれも引張強さが４２００ＭＰａ以上であるとともにフェライト中のＣ濃度が１．５原子％以下に押さえられている。この結果、高強度であるにもかかわらず、ねじり回数が高く高延性の極細鋼線が実現できている。
【００３５】
これに対して比較例であるＮｏ．９、１６、１７は、いずれも鋼の化学成分が不適切な例である。即ち、Ｎｏ．９はＣ量が０．７２％と低いために４２００ＭＰａ以上の高強度化が達成できていない。また、Ｎｏ．１６はＳｉ含有量が高すぎるためにＳｉＯ2系介在物が多くなり、伸線途中で断線が頻発した例である。更に、Ｎｏ．１７はＣ含有量が高すぎるためにパテンティング処理時に初析セメンタイトが析出した例である。この結果、伸線加工性が劣化し、伸線加工時に断線が頻発したものである。
【００３６】
また、比較例である１０〜１５のいずれのいずれの極細鋼線もフェライト中のＣ濃度が１．５原子％を越えているため、本発明例に比べねじり回数が低下しており延性劣化が著しい。
【００３７】
【表１】
0003814070.tif 000002
【００３８】
【表２】
0003814070.tif 000003
【００３９】
【発明の効果】
以上の実施例からも明かなように、本発明は引張強さが４２００ＭＰａ以上の高強度極細鋼線の延性低下の防止に対して、フェライト中のＣ濃度を制御することが極めて有効であることを見出し、高延性の高強度極細鋼線を実現してものであり、産業上の効果は極めて顕著なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】極細鋼線のフェライト中のＣ濃度とねじり回数の関係について解析した一例を示す図である。
【図１】
0003814070.tif 000004