(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材が、重量％で、Ｃ：０．７〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１％、Ｃｒ：０〜１％、Ａｌ：０．００３％以下、Ｓ：０．０１％以下およびＹ：０．０００５〜０．０２％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる熱間圧延線材。
【請求項２】
素材が、重量％で、Ｃ：０．７〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１％、Ｃｒ：０〜１％、Ａｌ：０．００３％以下、Ｓ：０．０１％以下およびＹ：０．０００５〜０．０２％を含み、さらに、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＰｒのうちの１種以上を前記Ｙの含有量と合わせ合計で０．０００５〜０．０２％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる熱間圧延線材。
【請求項３】
素材が、重量％で、Ｃ：０．７〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１％、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｃｒ：０〜１％、Ａｌ：０．００３％以下およびＳ：０．０１％以下を含み、さらに、Ｙ、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＰｒのうちの１種以上を合計で０．０００５〜０．０２％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる熱間圧延線材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スケール付き熱間圧延鋼線材に関し、より詳しくは、保管中や輸送中の保護性と冷間メカニカルデスケーリング性に優れたスケールで表面が覆われたスケール付き熱間圧延鋼線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コードワイヤーなどの素材となる鋼線材は、熱間圧延された後、７５０〜９５０℃で巻取られ、必要に応じて冷却速度などを制御することで所望の組織に制御されている。
【０００３】
上記の製造工程において、鋼線材の表面には、不可避的に酸化物スケール（以下単にスケールという）が生成する。このスケールは、通常、コードワイヤーなどの最終製品に伸線加工される前に種々の方法によって除去される。
【０００４】
すなわち、塩酸などの酸による酸洗法やベンディングロールなどで冷間曲げ加工を加えて剥離脱落させる冷間メカニカルデスケーリング法によって除去される。そして、最近では、近年の公害問題への配慮と製造効率の観点から、冷間メカニカルデスケーリング法が多用されるようになっている。
【０００５】
したがって、そのスケールは、冷間で歪みを与えた際に容易に剥離脱落する一方で、保管中や運搬中の製品に錆を発生させない保護性（環境遮断性）にも優れていることが重要で、そのためには表面が膨れたり割れたり、さらには剥離脱落した欠陥部分がない方が望ましい。
【０００６】
しかし、上記の従来方法で製造されたスケールは、熱間圧延工程においてすでに鋼表面から剥離して円形または楕円形に膨れており、その多くの表面が割れたり脱落している部分が多い。そして、この膨れが生じた部分とその近傍のスケールの冷間メカニカルデスケーリング性が劣り、完全には除去されないために、伸線工程において残存スケールが原因の噛み込み疵が発生するほか、表面性状が劣化し、出荷までの保管中に赤錆が発生するという問題があった。
【０００７】
このため、熱間圧延工程でのスケールの表面性状を向上（欠陥の減少）させる方法が種々検討されており、例えば、スケール中のＦｅ3Ｏ4量を３０％未満にする方法（特開平８−２９５９９１号公報）や、スケールと鋼の界面粗度を１０μｍ以下にする方法（特開平８−２９５５９２号公報）などが提案されている。
【０００８】
しかし、上記の提案方法は、熱間圧延工程において雰囲気制御などを行うための特殊な設備が必要で、既存設備による製造が困難であるという欠点を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、熱間圧延工程において特別な処理を施す必要がなく、既存設備によって容易に製造することが可能であり、表面が膨れたり割れたり、さらには脱落した欠陥部分が極めて少なく、保管中や輸送中の保護性に優れ、しかもメカニカルデスケーリング性に優れたスケール層で表面が覆われたスケール付き熱間圧延鋼線材を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記の保護性と冷間メカニカルデスケーリング性に優れたスケール付き熱間圧延鋼線材にある。
【００１１】
素材が、重量％で、Ｃ：０．７〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１％、Ｃｒ：０〜１％、Ａｌ：０．００３％以下、Ｓ：０．０１％以下およびＹ：０．０００５〜０．０２％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる熱間圧延線材である。さらに、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＰｒのうちの１種以上を前記Ｙの含有量と合わせ合計で０．０００５〜０．０２％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる熱間圧延線材である。
【００１２】
また、素材が、重量％で、Ｃ：０．７〜１．１％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１％、Ｃａ：０．００１〜０．０１％、Ｃｒ：０〜１％、Ａｌ：０．００３％以下およびＳ：０．０１％以下を含み、さらに、Ｙ、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＰｒのうちの１種以上を合計で０．０００５〜０．０２％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる熱間圧延線材である。
【００１３】
上記の本発明は、下記の知見に基づいて完成させた。すなわち、本発明者らは、上記の目的を達成するために、保護性と冷間メカニカルデスケーリング性に及ぼすスケールの性状と、このスケールの性状に及ぼす鋼の化学組成について鋭意実験研究を行う一方、実機による多くの製造実験を行った結果、以下のことを知見した。
【００１４】
熱間圧延工程での巻き取り温度が８５０℃以上の場合、鋼表面にブリスターが部分的に発生し、この部分のスケールが鋼表面から剥離して円形または楕円形に膨れ、その多くの表面が割れたり脱落している。
【００１５】
このブリスターが発生した部分とその周辺の鋼表面には、地金との密着性が高いＦｅ3Ｏ4を主成分とするスケールが生成付着しており、膨れたスケール自体は容易に脱落するものの、その近傍に生成付着しているＦｅ3Ｏ4を主成分とするスケールが残るのに加え、このスケールの生成付着と膨れにより応力が解放されることとの相乗作用により膨れ部近傍のスケールが残るためにデスケーリング性が劣る。
【００１６】
そして、ブリスターの発生に起因して生じ、スケールが鋼表面から剥離して円形または楕円形に膨れ、その多くの表面が割れたり脱落した部分である欠陥発生部の面積割合が１０％を超えると、冷間メカニカルデスケーリング法のみではスケールを十分に除去できず、酸洗法による除去が必要になり、生産効率が著しく低下する。
【００１７】
また、ブリスターは、スケールの表面性状を劣化させ、保管中や輸送中における赤錆発生の起点になっており、上記の欠陥発生部の面積割合が１０％を超えると、赤錆の発生が顕著になる。
【００１８】
ブリスターの主たる発生原因は、スケール内の圧縮応力である。しかし、この圧縮応力は、Ｃａを適量（０．００１〜０．０１％重量％）含有させれば小さくなり、巻き取り温度が８５０℃以上の場合であっても、ブリスターの発生が抑制され、欠陥発生部の面積割合が１０％以下のスケールになる。
【００１９】
また、スケール内の圧縮応力は、スケール厚さが厚ければ厚いほど大きいが、Ｙ、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＰｒのうちの１種以上を適量（合計で、０．０００５〜０．０２％）含有させれば二次スケールの生成が抑制されてスケール厚さが薄くなるとともに、母材に対する密着性が向上し、巻き取り温度が８５０℃以上の場合であっても、ブリスターの発生が抑制され、欠陥発生部の面積割合が１０％以下のスケールになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスケール付き熱間圧延鋼線材について詳細に説明する。なお、以下において、特に断らない限り、「％」は「重量％」を意味する。
【００２１】
《スケールの欠陥発生部の面積割合》
本発明のスケール付き熱間圧延鋼線材は、鋼線材表面を覆うスケール層が、前述したブリスター起因の欠陥発生部の面積割合が１０％以下のスケールでなければならない。これは、前述したように、ブリスター起因の欠陥発生部の面積割合が１０％を超えると、冷間メカニカルデスケーリング法のみでは伸線加工時に問題が生じない程度にまでスケール除去できなくなるだけでなく、保管中や輸送中の製品の赤錆発生が顕著になるためである。
【００２２】
なお、冷間メカニカルデスケーリング性の観点からは、ブリスター起因以外、例えば圧延作業中や圧延終了後のハンドリングの衝撃などにより生じた表面割れや剥離脱落などの欠陥発生部は幾ら多くてもよいが、赤錆発生防止、すなわち保護性の観点からは、このようなブリスター起因以外の欠陥発生部は、ブリスター起因の欠陥発生部を含めて少なければ少ないほどよい。
【００２３】
また、スケール層の厚さは特に制限しない。しかし、その全厚が厚すぎると、出荷前後の保管や輸送などのハンドリング時に上記ブリスター起因の膨れ部は勿論であるが、その余の部分のスケールも剥離しやすくなって赤錆がより発生しやすくなるので、３０μｍ以下とするのが好ましい。
【００２４】
さらに、ブリスター起因の欠陥であるか否かについては、鋼表面の地金と接する部分のスケールを調べることで弁別でき、そのスケールがＦｅ3Ｏ4を主成分とするスケールの場合がブリスター起因の欠陥であり、ＦｅＯを主成分とするスケールの場合がブリスター起因以外の欠陥である。
【００２５】
また更に、本発明のスケール付き熱間圧延鋼線材を構成する素材鋼は、通常、コードワイヤーなどに用いられる炭素鋼や低合金鋼であればよく、特に制限されない。
【００２６】
しかし、熱間圧延後に７５０〜９５０℃で巻き取る通常の方法によって製造する際には、前述したように、Ｃａを０．００１〜０．０１％、またはＹ、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＰｒのうちの１種以上を合計で０．０００５〜０．０２％のうちのいずれか一方または両方を含む炭素鋼や低合金鋼を用いるのが好ましく、この場合にはブリスター起因の欠陥発生部の面積割合が１０％以下のスケール層で覆われた本発明のスケール付き熱間圧延鋼線材が何らの特別な処理を施すことなく得られる。
【００２７】
また、本発明の鋼線材が、例えばコードワイヤーの素材として用いられる場合には、必要とされる強度や耐断線性を確保する必要があるが、そのための素材鋼としては次に述べる化学組成を有する炭素鋼または低合金鋼を用いる。すなわち、本発明の熱間圧延線材で必要とされる強度や耐断線性を確保するには、次の化学組成を必要とする。
【００２８】
《本発明で規定する素材鋼の化学組成》
Ｃ：Ｃは、鋼線材の強度を上げるのに有効な元素である。しかし、その含有量が０．７％未満では線径を０．２ｍｍまで伸線する場合の強度が４０００ＭＰａに達しない。一方、１．１％を超えて含有させると、初析セメンタイトが生成し、冷間伸線時に断線が頻発する。このため、Ｃ含有量は、０．７〜１．１％とするのがよい。
【００２９】
Ｓｉ：
Ｓｉは、鋼線材の強度を上げるのに有効な元素であるほか、脱酸剤として必要な元素である。しかし、その含有量が０．１％未満では、十分な脱酸効果が得られない。一方、１．５％を超えて含有させると、伸線加工性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は、０．１〜１．５％とするのがよい。
【００３０】
Ｍｎ：
Ｍｎは、鋼線材の強度、特に引張り強さ（ＴＳ）を上げるのに有効な元素であるほか、Ｓによる熱間加工性の低下を防止するのに必要である。これらの効果を十分に発揮させるためには０．２％以上の含有量が必要である。しかし、１％を超えて含有させると、鋼線材の軸心部に偏析しやすいために、熱間圧延後の鋼線材の軸心部にマルテンサイトやベイナイトが生成して加工性が低下し、伸線時に断線しやすくなる。このため、Ｍｎ含有量は、０．２〜１％とするのがよい。
【００３１】
Ｃｒ：
Ｃｒは、添加しなくてもよいが、添加すれば、パーライトのラメラ間隔を小さくし、強度（ＴＳ）を向上させる作用がある。したがって、その効果を得たい場合には添加することができ、その効果は０．１％以上で顕著になる。しかし、１％を超えて含有させると、オーステナイトからパーライトへの変態所要時間が長く（＞３０秒）なり、生産性が低下する。このため、添加する場合のＣｒ含有量は、０．１〜１％とするのがよい。
【００３２】
Ａｌ：
Ａｌは、通常、脱酸剤として添加されるが、その含有量が０．００３％を超えると、Ａｌ2Ｏ3を主とする介在物を形成して鋼中に残存し、伸線時の加工性が低下して断線が発生しやすくなる。このため、Ａｌ含有量は、０．００３％以下にするのがよい。
【００３３】
Ｓ：
Ｓは、鋼中に不可避的に含まれ、鋼の延性を劣化させる元素である。しかし、その含有量が０．０１％以下であれば特に支障はない。なお、Ｓ含有量は低くければ低いほど好ましい。
【００３４】
Ｃａ：
Ｃａは、熱間圧延工程において鋼線材の表面に生成するスケール層内の圧縮応力を緩和し、ブリスターの発生を防止するのに有効な元素である。しかし、その含有量が０．００１％未満では、前記の効果が得られない。一方、０．０１％を超えて含有させると、酸化物系介在物として鋼中に残存して加工性が低下し、伸線時に断線しやすくなる。このため、Ｃａ含有量は、０．００１〜０．０１％とするのがよい。
【００３５】
Ｙ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｌａ：
これらの元素は、上記のＣａに代えて添加する元素であり、いずれか１種を単独または２種以上を複合で添加すれば、二次スケールの生成を抑制してスケール厚さを薄くし、上記のＣａと同様に、熱間圧延工程において鋼線材の表面に生成するスケール層内の圧縮応力を緩和し、ブリスターの発生を防止するとともに、母材に対するスケールの密着性を向上させる作用を有している。しかし、いずれの元素も、その含有量が０．０００５％未満では、前記の効果が得られない。一方、その合計含有量が０．０２％超になると、酸化物系介在物として鋼中に残存して加工性が低下し、伸線時に断線しやすくなる。このため、これらの元素の含有量は、合計で０．０００５〜０．０２％とするのがよい。なお、これらの元素のうち、Ｙを除いたＣｅ、Ｎｄ、ＰｒおよびＬａは、通常、ミッシュメタル（Ｍ．Ｍ）として添加分析される。
【００５３】
【実施例】
《実施例２》表３に示す化学組成を有する２４種類の炭素鋼（鋼Ｎｏ．Ｂ９、Ｂ１０除く）を溶製し、連続鋳造機により断面が１２５ｍｍ角で長さが６０００ｍｍの鋳片とし、この鋳片を１１５０℃に加熱してから熱間圧延に供し、仕上げ温度８７０〜９３０℃で線径５．５ｍｍの線材に仕上げて直ちに巻き取り、その後大気中で室温まで放冷した。
【００５４】
【表３】
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【００５５】
そして、放冷後の各線材の表面スケール層を目視観察し、ブリスターの発生の有無の確認を行うとともに、ブリスター起因の欠陥発生状況を調べる一方、ブリスター起因の欠陥発生部分の面積を測定し、この面積を全観察面積で除すことにより、その欠陥発生部の面積割合（面積％）を調べた。その際、紛らわしい欠陥は、地金と接する部分のスケールを調べることで弁別したが、以下の試験に供した各線材にはブリスター起因以外の欠陥はほとんど認められなかった。
【００５６】
上記調査後の各線材から長さ３００ｍｍの試験片を採取し、下記の冷間メカニカルデスケール試験に供してその冷間メカニカルデスケーリング性を調べた。
《冷間メカニカルデスケール試験》採取した試験片に、６％の引張歪を付与してスケール層を除去し、スケール除去後のスケール残存率Ｒを下式によって求め、その冷間メカニカルデスケーリング性を調べた。
Ｒ＝｛（Ｗ1−Ｗ2）／Ｗ1｝×１００（％）
ただし、
Ｗ1：６％引張歪付与後の試験片重量
Ｗ2：６％引張歪付与後の試験片の表面に残存するスケール層のみを除去した後の試験片重量
なお、スケール層のみの除去は、塩酸による酸洗で行った。
【００５７】
さらに、各線材を下記の伸線試験に供して伸線加工性も調べた。
《伸線試験》ベンディングロール式の冷間メカニカルデスケーリング装置を備え、その後段にアプローチ角度が２０゜のダイスを備える１１基のダイスタンドが連設された連続伸線機を用い、冷間メカニカルデスケーリング処理を施しながら、線径５．５ｍｍから１．５ｍｍにまで一気に連続伸線した。
その際、冷間メカニカルデスケーリング装置では、上記の冷間メカニカルデスケール試験で付与したのと同等の歪みを付与した。また、冷間メカニカルデスケーリング処理後の線材には、燐酸塩の潤滑皮膜を施す一方、各ダイスタンドの入側では粉末状の金属石鹸を供給した。さらに、各ダイスタンドでの減面率は、平均で２０％とした。
【００５８】
本実施例における伸線加工性の評価は、次の基準に従って行った。すなわち、目標仕上げ線径の１．５ｍｍにまで一気に加工でき、加工後の線材表面に残存スケール起因のダイス焼付き疵やスケール押し込み疵が認められなかった場合を良好「○」とし、それ以外、具体的には、目標仕上げ線径の１．５ｍｍにまで加工はできたが、加工後の線材表面に残存スケール起因のダイス焼付き疵やスケール押し込み疵が認められた場合を不良１「△」、目標仕上げ線径の１．５ｍｍに達するまでに断線した場合を不良２「×」として評価した。
【００５９】
【表４】
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【００６０】
表４に示すように、表面スケール層のブリスター起因の欠陥発生部の面積割合が２．５〜６．０％の本発明例の線材（鋼Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ１５、ただし、鋼Ｎｏ．Ｂ９、Ｂ１０除く）は、冷間メカニカルデスケーリング後の残存スケール率が０．０１２％以下と少なく、冷間メカニカルデスケーリング性に優れていた。
【００６１】
また、本発明例の線材（鋼Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ１５、ただし、鋼Ｎｏ．Ｂ９、Ｂ１０除く）は、残存スケールに起因するダイス焼付きを引き起こすなく目標仕上げ線径の１．５ｍｍにまで一気に加工でき、伸線加工性も良好であった。
【００６２】
しかし、素材鋼のＣ含有量が多すぎる線材（鋼No. Ｂ１６）は、残存スケールに起因するダイス焼付きは生じなかったが、初析セメンタイトが多量に析出していたために線径が１．６ｍｍになった時点で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００６３】
素材鋼のＳｉ含有量が多すぎる線材（鋼No. Ｂ１７）は、残存スケールに起因するダイス焼付きは生じなかったが、母材の延性が低下したために線径が１．６ｍｍになった時点で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００６４】
素材鋼のＳｉ含有量が少なすぎる線材（鋼No. Ｂ１８）は、残存スケールに起因するダイス焼付きは生じなかったが、脱酸不足で非金属介在物が多量に存在し、鋼の加工性が劣っていたために線径が１．６ｍｍになった時点で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００６５】
素材鋼のＭｎ含有量が多すぎる線材（鋼No. Ｂ１９）は、残存スケールに起因するダイス焼付きは生じなかったが、素線材の軸心部濡にマルテンサイトやベイナイトが多量に生成していたために線径が１．６ｍｍになった時点で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００６６】
素材鋼のＳ含有量が多すぎる線材（鋼No. Ｂ２０）は、残存スケールに起因するダイス焼付きは生じなかったが、母材の延性が劣化したために線径が１．７ｍｍになった時点で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００６７】
素材鋼のＹまたは／およびミッシュメタル（Ｃｅ、Ｎｄ、ＰｒおよびＬａ）の含有量が多すぎる線材（鋼No. ２１〜２３）は、残存スケールに起因するダイス焼付きは生じなかったが、酸化物系介在物が多量に存在し、鋼の加工性が劣っていたために線径がいずれも１．８ｍになった時点で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００６８】
素材鋼のＡｌ含有量が多すぎる線材（鋼No. Ｂ２４）は、残存スケールに起因するダイス焼付きは生じなかったが、Ａｌ2Ｏ3を主とする介在物が多量に存在し、鋼の加工性が劣っていたために線径が１．７ｍｍになった時点で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００６９】
これに対し、表面スケール層のブリスター起因の欠陥発生部の面積割合が１２．５％と１３．０％である比較例の線材（鋼Ｎｏ．Ｂ２５とＢ２６）は、冷間メカニカルデスケーリング後の残存スケール率が０．０７０％と０．０８０％で、本発明の線材の約７倍と多く、冷間メカニカルデスケーリング性が著しく劣っていた。このため、伸線加工後の線材表面には残存スケールに起因するダイス焼付きが発生していて、伸線加工性も悪かった。
【００７０】
なお、鋼Ｎｏ．Ｂ２５とＢ２６の線材の表面スケール層のブリスター起因の欠陥発生部の面積割合が１２．５％と１３．０％と高かったのは、素材鋼のＹまたは／およびミッシュメタル（Ｃｅ、Ｎｄ、ＰｒおよびＬａ）の含有量が本発明で規定する範囲内を外れているためである。また、この鋼Ｎｏ．Ｂ２５とＢ２６の線材には、多くのブリスターが発生し、該部のスケールは膨れて鋼表面から剥離しており、その近傍には主成分がＦｅ3Ｏ4のデスケーリング性に劣るスケールの発生が確認された。
【００７１】
さらに、データは省略するが、本発明例の線材は、その製造後、建家内に１ケ月間放置しても赤錆はほとんど発生しなかったが、比較例の線材には多くの赤錆が発生した。
【００７２】
【発明の効果】
本発明のスケール付き熱間圧延鋼線材は、鋼表面がブリスター起因の欠陥の少ない保護性に優れたスケール層で覆われいるので保管中や輸送中に赤錆がほとんど発生しない。また、そのスケール層は、冷間メカニカルデスケーリング性に優れるので、高能率に除去することができ、冷間メカニカルデスケーリング装置を備える連続伸線機による伸線加工に供して極めて好適である。
【００７３】
また、その線材は、素材鋼にＣａ、または／およびＹ、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＰｒのうちの１種以上を添加した鋼を用いれば、既存設備を用いて常法にしたがって製造できるので、設備改造などが不要である。