JP2004124236A - 高炭素鋼線材 - Google Patents
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Abstract
【課題】ダイス寿命を延長することができる高炭素鋼線材を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．６０〜１．１０％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００１％を超えて０．０５０％まで、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｂ：０．０１％以下を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、不純物中のＰは０．０２５％以下、Ｓは０．０２５％以下で、更に、線材１ｇ当たりについて、２００〜６００Ｊ／秒のエネルギー供給速度及び１０〜２５秒の照射時間で５０００Ｊ以上の供給エネルギーとする条件で電子ビーム溶解して凝固させた後の試料表面に存在する非金属介在物の面積値が、線材１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えて３０００００μｍ２ までである高炭素鋼線材。
【選択図】なし
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．６０〜１．１０％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００１％を超えて０．０５０％まで、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｂ：０．０１％以下を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、不純物中のＰは０．０２５％以下、Ｓは０．０２５％以下で、更に、線材１ｇ当たりについて、２００〜６００Ｊ／秒のエネルギー供給速度及び１０〜２５秒の照射時間で５０００Ｊ以上の供給エネルギーとする条件で電子ビーム溶解して凝固させた後の試料表面に存在する非金属介在物の面積値が、線材１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えて３０００００μｍ２ までである高炭素鋼線材。
【選択図】なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炭素鋼線材に関し、より詳しくは、伸線加工におけるダイス寿命の延長に寄与する高炭素鋼線材、なかでも、橋梁用ロープ、ホースワイヤー、自動車のラジアルタイアの補強材として用いられるビードワイヤーの用途に好適な伸線加工時にダイス寿命の延長に寄与する高炭素鋼線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延して製造された高炭素鋼線材の大半は、数個から数十個のダイスを用いた伸線加工によって半製品である鋼線に加工されて各種最終製品用に振り向けられる。このため、高炭素鋼線材を素材とする最終製品の生産コストに占めるダイス費用の割合は高く、ダイス寿命の延長によってコストを低減したいという産業界からの要望が大きい。
【０００３】
ダイス寿命は、例えば、特許文献１に開示されているような特定の伸線加工方法の採用や、特許文献２に開示されているような特定の伸線加工用潤滑剤を用いることによって延長させることができる。しかし、上記いずれの特許文献で提案された技術の実施にも伸線加工設備の改良が必要である。このため、加工設備の改良費用が発生するし、場合によっては、設備レイアウトの面から加工設備の改良が実施できないこともある。
【０００４】
このため、伸線加工設備の改良を行うことなくダイス寿命の延長が可能な技術が求められている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−５７５３１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２４１０８６号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、その目的は、高炭素鋼線材そのものの内質（内部性状）を変えることによって、伸線加工設備の改良を行うことなくダイス寿命の延長を可能とする高炭素鋼線材を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記（１）〜（４）に示す高炭素鋼線材にある。
【０００８】
（１）質量％で、Ｃ：０．６０〜１．１０％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００１％を超えて０．０５０％まで、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｂ：０．０１％以下を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、不純物中のＰは０．０２５％以下、Ｓは０．０２５％以下で、更に、その線材１ｇ当たりについて、２００〜６００Ｊ／秒のエネルギー供給速度及び１０〜２５秒の照射時間で５０００Ｊ以上の供給エネルギーとする条件で電子ビーム溶解して凝固させた後の試料表面に存在する非金属介在物の面積値が、線材１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えて３０００００μｍ２ までである高炭素鋼線材。
【０００９】
（２）Ｔｉの含有量が０．０００５〜０．１％である上記（１）に記載の高炭素鋼線材。
【００１０】
（３）Ｂの含有量が０．０００５〜０．０１％である上記（１）に記載の高炭素鋼線材。
【００１１】
（４）Ｔｉの含有量が０．０００５〜０．１％、且つ、Ｂの含有量が０．０００５〜０．０１％である上記（１）に記載の高炭素鋼線材。
【００１２】
ここで、電子ビーム（ＥＢ）による溶解は、真空雰囲気下で試料にＥＢを照射して行うものとする。
【００１３】
なお、凝固させた後の試料表面に存在する非金属介在物（以下、単に介在物ともいう）の面積値は、例えば、走査電子顕微鏡で介在物の反射電子像を観察し、この反射電子像を画像処理装置に取り込み画像解析することによって測定すれば良い。
【００１４】
以下、上記（１）〜（４）の高炭素鋼線材に係る発明をそれぞれ（１）〜（４）の発明という。
【００１５】
高炭素鋼線材の材質的特徴としての鋼の内質（内部性状）面からは、従来、加工性を阻害する鋼中の介在物を低減した高清浄度鋼を素材とすることで伸線加工性を向上させ、それによってダイス寿命を延長することが行われてきた。すなわち、従来は、アルミナ、スピネルやその複合物などの高融点系の介在物は、伸線加工性を著しく低下させてダイス寿命を短くしてしまうと考えられており、このため上記の介在物を極力低減する製造工程を採用した鋼が用いられてきた。
【００１６】
例えば、本願発明者も、特許文献３で、通常のＳｉ脱酸に加えて、高融点介在物の生成を防止するためにＡｌ含有量の極めて少ない合金鉄を使用し、フラックスによる低融点系介在物の組成制御を行って溶製することによって高清浄度鋼を得、この鋼を橋梁用ロープ、ホースワイヤー、ビードワイヤー、スチールコード、バルブスプリングなどの素材として利用する技術を提案した。
【００１７】
すなわち、上記のようにして溶製した鋼は、その鋼を加工した鋼材を試料として特定の条件の下で電子ビームを用いて溶解し凝固させた場合、具体的には、上記試料１ｇ当たりについて、２００〜６００Ｊ／秒のエネルギー供給速度及び１０〜２５秒の照射時間で５０００Ｊ以上の供給エネルギーとする条件で電子ビーム溶解して凝固させた場合、凝固後の試料表面に存在するアルミナ、スピネルやその複合物など高融点介在物の面積値を、試料１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ 以下にでき、伸線加工性などの冷間加工性と耐疲労特性をともに優れたものとすることが可能で、しかも安定して確保できる。このため、上記２つの特性を両立させることが要求される橋梁用ロープ、ホースワイヤー、ビードワイヤー、スチールコード、バルブスプリングなどの素材として前記の高清浄度鋼を利用することを提案した。以下の説明において、電子ビームをＥＢ、電子ビーム溶解をＥＢ溶解ということがある。なお、１〜３ｇ程度の鋼材試料にＥＢを照射することによって短時間にその試料を溶解して介在物を試料表面に浮上させ、凝固後の試料表面に存在する介在物を評価（検査）する方法はＥＢ法として確立された技術である。
【００１８】
ところで、伸線加工後の線径が０．９〜３．５ｍｍであるホースワイヤーやビードワイヤーは、線径が０．２〜０．３ｍｍの極細線にまで大きな加工度で伸線加工されるスチールコードに比べて、伸線加工性や耐疲労特性の要求度合いが低くなる。
【００１９】
本質的には、伸線加工性やその結果としてダイス寿命の向上を期待されることは必須である用途に相違ないものの、ホースワイヤーやビードワイヤーのように伸線加工性の要求度合いが若干低いものに対しては、ダイス寿命をより向上させる積極的な対策を採用することができる。
【００２０】
本願発明者らのその後の検討により、従来は僅かでも存在すれば伸線加工性を著しく低下させてダイス寿命を短くしてしまうと考えられていたアルミナ、スピネルやその複合物などの高融点系の介在物が鋼中に特定の量だけ存在すれば、却ってダイス寿命の延長に効果があることが判明した。
【００２１】
したがって、伸線加工性や耐疲労特性の要求度合いが若干低いホースワイヤーやビードワイヤーに対しては、ダイス寿命の延長に効果があるアルミナ、スピネルやその複合物などの高融点系の介在物が鋼中に特定の量だけ存在する鋼を素材とした高炭素鋼線材を利用することができる。
【００２２】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
【００２３】
【特許文献３】
特開２０００−８０４４３号公報
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、ダイス寿命の延長に効果があるアルミナ、スピネルやその複合物などの高融点介在物を評価するため、ＥＢ溶解時のエネルギー供給速度及び照射時間を種々変えて介在物面積、介在物の鋼材試料表面への浮上の状況（つまり、凝固させた後の鋼材試料表面に存在する介在物の状況）、低融点介在物の分解の状況について検討した。その結果の一例を図１、図２に示す。
【００２５】
図１は、Ｓｉ脱酸後に微量のＡｌを添加して溶製した表１に示す化学組成（とりべ分析値）を有する鋼を鋼塊としたものに、通常の方法で分塊圧延、鍛造を施して直径３０ｍｍの鋼材とし、この鋼材のＲ／２部（Ｒは鋼材の半径）から直径５．５ｍｍで長さが５ｍｍの試料を切り出し、試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度及び照射時間をそれぞれ１５０〜８００Ｊ／秒、５〜３０秒の範囲で種々変えて試料表面に浮上した介在物の面積、換言すれば、凝固させた後の試料表面に存在する介在物の面積を測定した結果である。なお、上記においてＥＢ溶解は、水冷されている銅製のハース上に置いた試料に１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａ程度の真空雰囲気下でＥＢを照射して行った。
【００２６】
【表１】
【００２７】
図２は、上記において照射時間を１５秒とした場合の介在物の組成と試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度との関係を示したものである。この場合もＥＢ溶解は、水冷されているＣｕ（銅）製の器に入れた試料に１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａ程度の真空雰囲気下でＥＢ照射して行った。
【００２８】
図２にはＣａ−Ａｌ−Ｓｉ系の酸化物が示されているが、このうちＣａは精錬時に添加するフラックスや耐火材から混入するものであり、Ｓｉは主に脱酸剤として添加するＳｉが残存するものである。又、ＡｌはＳｉ脱酸後に添加した微量のＡｌが残存するものである。なお、図２中の領域「Ｉ」は、製品から切り出して研磨した試料を用いてＥＰＭＡで定量した場合の組成である。介在物組成が領域「Ｉ」にある試料をＥＢ溶解した場合、凝固後の試料表面に存在する介在物の組成は、試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度によって領域「ＩＩ」、領域「ＩＩＩ」及び領域「ＩＶ」にわかれる。ここで、領域「ＩＩ」、領域「ＩＩＩ及び領域「ＩＶ」はそれぞれ試料１ｇ当たりについて１５０〜４００Ｊ／秒、４００超〜５００Ｊ／秒、５００超〜８００Ｊ／秒のエネルギー供給速度でＥＢ溶解した場合の介在物組成を示している。なお、図２における介在物ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２ の融点はそれぞれ２５７２℃、２０５０℃、１７０２℃である。
【００２９】
図１及び図２から下記の事項が明らかになった。
（ｉ ）試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度が２００Ｊ／秒未満の場合には、ＥＢの照射時間を長くしてもエネルギーが不足するので試料は完全には溶解せず、介在物はその一部が浮上するだけである。すなわち、試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度が２００Ｊ／秒未満では試料中の介在物は完全には浮上しない。
（ｉｉ）どの照射時間においても、浮上した介在物の面積値は、あるエネルギー供給速度をピークとして漸次減少する傾向が認められ、このピーク値は試料１ｇ当たりの供給エネルギーがほぼ５０００ＪとなるＥＢ照射条件に対応する。
（ｉｉｉ ）試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度、つまり供給エネルギーが大きくなる程、浮上し凝固後の試料表面に存在する介在物の組成は高融点側にシフトする。これは試料中の介在物が一旦表面に完全に浮上した後（ピーク位置）、電子ビームによって鋼中のＣによる還元反応が促進され、低融点の酸化物系介在物が順次還元、分解されていくためである。
（ｉｖ）上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）から、試料が完全に溶解するエネルギー供給速度範囲、つまり鋼材試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度が２００Ｊ／秒以上の範囲では、照射時間によってエネルギー供給速度は異なるものの、試料１ｇ当たりの供給エネルギーがほぼ５０００Ｊで浮上して凝固後の試料表面に存在する介在物の面積が最大となり（以下、浮上して凝固後の試料表面に存在する介在物の面積が最大となるところを「ピーク位置」という）、このピーク位置を境に介在物浮上状態は下記の（ａ）〜（ｃ）に分類できることがわかる。
【００３０】
つまり、（ａ）ピーク位置に至るまでの介在物が完全に浮上しきっていない状態、（ｂ）ピーク位置である試料中の介在物が完全に浮上した状態、（ｃ）ピーク位置を超え浮上した酸化物系介在物が低融点のものから順次還元、分解されていき、高融点介在物が残った状態、に分類できる。
【００３１】
更に、本発明者らの検討の結果、鋼材試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度には上限を設ける必要があることが判明した。これは、エネルギー供給速度が大きくなりすぎると、溶解の初期段階で溶け始めた試料の一部に飛散（スプラッシュ）が生ずるためである。試料の溶解中に飛散が起こると、（ｖ ）試料中に含まれる介在物も飛散してしまう、（ｖｉ）溶解した部分の流動が激しくなって一旦表面に浮上した介在物が流動により試料内部に巻き込まれてしまう、といった問題が生じるため適切な情報が得られなくなる。したがって、上記した飛散を抑えることが重要となる。
【００３２】
表２に、鋼材試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時の照射時間（ｔ）を５〜２５秒とした場合のエネルギー供給速度（Ｅｖ）と飛散率（飛散が認められた試料数／溶解した全試料数）の関係を示す。この場合もＥＢ溶解は、水冷されている銅製のハース上に置いた試料に１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａ程度の真空雰囲気下でＥＢを照射して行った。
【００３３】
【表２】
【００３４】
この表２から、飛散はエネルギー供給速度が６００Ｊ／秒を超えると顕著に現れ、飛散率で５０％を超えてしまうことがわかった。
【００３５】
以上の知見から、ダイス寿命の延長に効果があるアルミナ、スピネルやその複合物などの高融点介在物を評価しようとする本発明においては、ＥＢ溶解試料としての線材１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度を２００〜６００Ｊ／秒とした。
【００３６】
高融点介在物を効率的に精度良く評価するためには、少なくとも既に述べた浮上介在物の面積におけるピーク値に対応するエネルギーを供給することが必要である。したがって、本発明においては、ＥＢ溶解試料である線材１ｇ当たりの供給エネルギーを５０００Ｊ以上とした。なお、この供給エネルギーの上限値は特に規定する必要はなく、エネルギー供給速度が６００Ｊ／秒、照射時間が２５秒の場合の１５０００Ｊであっても良い。
【００３７】
ＥＢ溶解試料としての線材１ｇ当たりのＥＢ照射時間が１０秒未満の場合には、所望の５０００Ｊの供給エネルギーを付与するのために高いエネルギー供給速度が必要となって溶解の初期段階で溶け始めた試料の一部に飛散が生じてしまう。一方、試料としての１ｇ当たりのＥＢ照射時間が２５秒を超えると供給エネルギーが大きくなりすぎて、高融点介在物が還元、分解され始めるようになるので適切な情報が得られなくなる。したがって、本発明においては、ＥＢ溶解試料としての線材１ｇ当たりのＥＢ照射時間を１０〜２５秒とした。
【００３８】
なお既に述べたように、本発明におけるＥＢによる溶解は、真空雰囲気下で試料にＥＢを照射して行うものであり、例えば、水冷されている銅製のハース上に置いた試料に真空雰囲気下（例えば、１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａ程度の真空雰囲気下）でＥＢを照射して行えば良い。
次いで、本発明者らは、種々の化学組成を有する鋼材を前記本発明に係る条件の下、１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａ程度の真空雰囲気中でＥＢ溶解し、凝固させた後の試料表面に存在する介在物の面積値とダイス寿命との関係を調査した。その結果、介在物の面積値が鋼材試料１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えて３０００００μｍ２ までの場合に、後述の実施例でその一例を示すように、介在物が一種の潤滑剤となって良好なダイス寿命が得られることがわかった。このため、本発明においては、本発明に係る条件の下でＥＢ溶解し、凝固させた後の試料表面に存在する非金属介在物の面積値を、線材１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えて３０００００μｍ２ までと規定した。
【００３９】
なお、本発明に係る条件の下でＥＢ溶解し、凝固させた後の試料表面に存在するアルミナ、スピネルやその複合物など高融点介在物の面積値を、ＥＢ溶解試料としての線材１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えて３０００００μｍ２ までとするには、例えば、次に述べる化学組成に調整して通常のＳｉ脱酸を行った後、微量のＡｌ（例えば、溶鋼７０トン当たり３ｋｇ程度）添加して鋼を溶製し、高融点介在物の生成量を調整すればよい。
【００４０】
以下、本発明における成分元素の限定理由について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
【００４１】
Ｃ：０．６０〜１．１０％
Ｃは、高強度化に有効な元素であり、高炭素鋼線材を素材とする製品に求められる強度を確保するために０．６０％以上含有させる。しかし、その含有量が多すぎると鋼材が硬質化して冷間加工性が低下する。特に、Ｃ含有量が１．１％を超えると、鋼材が硬質化するばかりでなく、旧オーステナイト粒界へのセメンタイトの析出が多くなって冷間加工性の低下が著しくなる。したがって、Ｃの含有量を０．６０〜１．１０％とした。
【００４２】
Ｓｉ：０．１〜１．５％
Ｓｉは、脱酸作用を有するとともに素地の強化にも有効な元素である。しかし、その含有量が０．１％未満では添加効果に乏しく、一方、１．５％を超えると部分的に脱炭層が生成して組織が不均一となり、伸線加工性を阻害する。したがって、Ｓｉ含有量を０．１〜１．５％とした。
【００４３】
Ｍｎ：０．２〜１．０％
Ｍｎは、脱酸作用を有するとともに鋼中に固溶しているＳをＭｎＳとして固定して靱性の劣化を抑える作用を有する。しかし、その含有量が０．１％未満では前記の効果が得難く、一方、１．０％を超えるとマルテンサイトやベイナイトが生成して冷間加工性が著しく低下する。したがって、Ｍｎの含有量を０．２〜１．０％とした。
【００４４】
Ｃｒ：０．０１〜２．０％
Ｃｒは、パーライトのラメラ間隔を小さくして強度を高める作用を有する。又、伸線加工を初めとする冷間加工時の加工硬化率を高める働きがあるので、Ｃｒの添加によって比較的低い加工率でも高強度を得ることができる。しかし、その含有量が０．０１％未満では添加効果に乏しい。一方、Ｃｒを過剰に添加すると焼入れ性が高くなってマルテンサイトやベイナイトが生成して冷間加工性が低下する。特に、その含有量が２．０％を超えると多量のマルテンサイトやベイナイトが生成して冷間加工性の著しい低下をきたす。更に、鋼線を対象としたパテンティング処理が困難になるばかりか、２次スケールが緻密になり過ぎて、機械的な処理や酸洗処理によるデスケーリング性が劣化する。したがって、Ｃｒの含有量を０．０１〜２．０％とした。
【００４５】
Ａｌ：０．００１％を超えて０．００３％まで
アルミナ、スピネルやその複合物など高融点介在物を特定の量だけ生成させてダイス寿命を延長させるために、Ａｌは０．００１％を超えて含有させる必要がある。しかし、０．０５０％を超えて含有させると上記の高融点介在物量が過剰になり、橋梁用ロープ、ホースワイヤー、ビードワイヤーなどへの伸線加工に耐えきれない程度の大型介在物を生成するおそれがある。したがって、Ａｌの含有量を０．００１％を超えて０．０５０％までとした。
【００４６】
Ｃｕ：１．０％以下
Ｃｕは添加しなくても良い。添加すれば、強度を高める作用を有する。Ｃｕには耐食性を高める作用もある。これらの効果を確実に得るには、Ｃｕは０．０５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が１．０％を超えると延性を損なう。したがって、Ｃｕの含有量を１．０％以下とした。
【００４７】
Ｎｉ：１．０％以下
Ｎｉは添加しなくても良い。添加すれば、強度を高める作用を有する。又、Ｎｉには、ＣやＮによる時効硬化を遅らせて靱性と延性の低下を防ぐ作用や、絞りを高める作用もある。これらの効果を確実に得るには、Ｎｉは０．０５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が１．０％を超えるとマルテンサイトやベイナイトが生成し易くなって冷間加工性が低下する。したがって、Ｎｉの含有量を１．０％以下とした。
【００４８】
Ｍｏ：１．０％以下
Ｍｏは添加しなくても良い。添加すれば、強度を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｍｏは０．０５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が１．０％を超えるとマルテンサイトやベイナイトが生成し易くなって冷間加工性が低下する。したがって、Ｍｏの含有量を１．０％以下とした。
【００４９】
Ｔｉ：０．１％以下
Ｔｉは添加しなくても良い。添加すれば、動的歪時効の原因となるＮをＴｉＮとして捕捉して冷間加工性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｔｉは０．０００５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．１％を超えるとＴｉＯ２ などの硬質の介在物が多量に生成し、却って冷間加工性が大きく低下する。したがって、Ｔｉの含有量を０．１％以下とした。
【００５０】
Ｂ：０．０１％以下
Ｂは添加しなくても良い。添加すれば、パーライト中のセメンタイトの成長を促進させて、冷間加工性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｂは０．０００５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．０１％を超えると粒界に偏析して靱性や延性の低下をきたす。したがって、Ｂの含有量を０．０１％以下とした。
【００５１】
不純物元素としてのＰ及びＳはその含有量を下記のとおりに規定する。
【００５２】
Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは偏析しやすい元素であり、靱性と延性を低下させてしまう。特にその含有量が０．０２５％を超えると靱性と延性の低下が著しくなる。したがって、不純物元素としてのＰの含有量を０．０２５％以下とした。
【００５３】
Ｓ：０．０２５％以下
Ｓは偏析しやすい元素であり、靱性と延性を低下させてしまう。特にその含有量が０．０２５％を超えると靱性と延性の低下が著しくなる。したがって、不純物元素としてのＳの含有量を０．０２５％以下とした。
【００５４】
前記（１）の発明に係る高炭素鋼線材は、前述のＥＢ溶解した際の介在物規定を満たし、上記のＣからＳまでの元素と、残部がＦｅ及び不純物の化学組成を有する鋼である。
【００５５】
前記（２）の発明に係る高炭素鋼線材は、（１）の発明の高炭素鋼線材におけるＴｉ含有量の下限値を０．０００５％とした高炭素鋼線材である。
【００５６】
前記（３）の発明に係る高炭素鋼線材は、（１）の発明の高炭素鋼線材におけるＢ含有量の下限値を０．０００５％とした高炭素鋼線材である。
【００５７】
前記（４）の発明に係る高炭素鋼線材は、（１）の発明の高炭素鋼線材におけるＴｉ含有量の下限値を０．０００５％とするとともにＢ含有量の下限値を０．０００５％とした高炭素鋼線材である。
【００５８】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
【００５９】
【実施例】
表３に示す化学組成を有する各種の鋼を下記Ａ〜Ｃの条件で処理して７０トン試験溶製し鋼塊としたものに、通常の方法で分解圧延、線材圧延を施して直径５．５ｍｍの線材を作製した。
【００６０】
条件Ａ：通常のＳｉ脱酸に加えて、高融点介在物の生成を防止するためにＡｌ含有量の極めて少ない合金鉄を使用し、フラックスによる低融点系介在物の組成制御を行って鋼を溶製。
【００６１】
条件Ｂ：通常のＳｉ脱酸を行った後、微量のＡｌを添加して鋼を溶製。
【００６２】
条件Ｃ：Ａｌ脱酸を行って鋼を溶製。
【００６３】
【表３】
【００６４】
上記のようにして得た線材を、ＥＢ溶解試料とするために約１ｇずつに切断し、通常の方法で酸洗して表面に付着している圧延スケールを除去した。次いで、アルコール中で超音波洗浄を行い、乾燥させた後ＥＢ装置（日本電子製：ＪＥＢＭ−３ＩＡＩ）に設置した。ＥＢ装置内を１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａの高真空状態にしてから、本発明に係るＥＢ溶解条件例として、エネルギー供給速度を４２０Ｊ／秒、照射時間を１５秒として、水冷されている銅製のハース上に置いた試料を溶解し、浮上し凝固させた後の試料表面に存在する介在物を走査型電子顕微鏡にて観察し、得られた介在物の像の面積値を汎用の画像処理装置を用いて測定した。
【００６５】
一方、上記のようにして得た直径５．５ｍｍの各線材を通常の方法で直径１．４ｍｍまで冷間伸線し、ダイス寿命指数と最終伸線後の鋼線の表面色調を調査した。
【００６６】
ダイス寿命指数とは、伸線量１００トン当たりの最終伸線ダイス交換数をいい、その値が小さいほどダイス寿命が長いことを示す。鋼線の表面色調は、色差計で測定した色差を０〜１０の段階に区分して調査した。なお、上記の数値が大きいほど色調が明るいことを意味し、ダイス摩耗による金属光沢が発生してダイス寿命が短いことを示す。
【００６７】
表４に、上記のようにして測定した試料表面に存在する介在物の面積値（ＥＢ溶解試料としての線材１ｇ当たりについての値に換算）、ダイス寿命指数及び最終伸線後の鋼線の表面色調を前記溶製条件と併せて示す。なお、鋼１１の線材は直径１．４ｍｍに伸線加工する前に断線を生じた。このため、表４のダイス寿命指数及び最終伸線後の鋼線の表面色調の欄は「−」と表示した。
【００６８】
【表４】
表４によれば、本発明に係る条件でＥＢ溶解した場合に、介在物面積値が、ＥＢ溶解試料としての線材１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えて３０００００μｍ２ までであれば、ダイス寿命指数は小さくて鋼線の表面色調は暗く、したがって、安定して長いダイス寿命が得られることが明らかである
【００６９】
【発明の効果】
本発明の高炭素鋼線材は、線材そのものの内質を変えたものであるので、ダイス寿命の延長を図るために伸線加工設備の改良を行う必要がない。この線材はダイス寿命に優れるので耐疲労特性が要求されることが少ない橋梁用ロープ、ホースワイヤー、自動車のラジアルタイアの補強材として用いられるビードワイヤーなどの用途に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＢ溶解時のエネルギー供給速度と照射時間が凝固後の試料表面に存在する介在物の面積値に与える影響を示す図である。
【図２】ＥＢ溶解条件と浮上する介在物の組成変化の関係を示した図である。
【符号の説明】
Ｉ：製品から切り出して研磨した試料をＥＰＭＡで定量した場合の組成、
ＩＩ：試料１ｇ当たりについて１５０〜４００Ｊ／秒のエネルギー供給速度でＥＢ溶解した場合の介在物組成、
ＩＩＩ：試料１ｇ当たりについて４００超〜５００Ｊ／秒のエネルギー供給速度でＥＢ溶解した場合の介在物組成、
ＩＶ：試料１ｇ当たりについて５００超〜８００Ｊ／秒のエネルギー供給速度でＥＢ溶解した場合の介在物組成。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炭素鋼線材に関し、より詳しくは、伸線加工におけるダイス寿命の延長に寄与する高炭素鋼線材、なかでも、橋梁用ロープ、ホースワイヤー、自動車のラジアルタイアの補強材として用いられるビードワイヤーの用途に好適な伸線加工時にダイス寿命の延長に寄与する高炭素鋼線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延して製造された高炭素鋼線材の大半は、数個から数十個のダイスを用いた伸線加工によって半製品である鋼線に加工されて各種最終製品用に振り向けられる。このため、高炭素鋼線材を素材とする最終製品の生産コストに占めるダイス費用の割合は高く、ダイス寿命の延長によってコストを低減したいという産業界からの要望が大きい。
【０００３】
ダイス寿命は、例えば、特許文献１に開示されているような特定の伸線加工方法の採用や、特許文献２に開示されているような特定の伸線加工用潤滑剤を用いることによって延長させることができる。しかし、上記いずれの特許文献で提案された技術の実施にも伸線加工設備の改良が必要である。このため、加工設備の改良費用が発生するし、場合によっては、設備レイアウトの面から加工設備の改良が実施できないこともある。
【０００４】
このため、伸線加工設備の改良を行うことなくダイス寿命の延長が可能な技術が求められている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−５７５３１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２４１０８６号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、その目的は、高炭素鋼線材そのものの内質（内部性状）を変えることによって、伸線加工設備の改良を行うことなくダイス寿命の延長を可能とする高炭素鋼線材を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記（１）〜（４）に示す高炭素鋼線材にある。
【０００８】
（１）質量％で、Ｃ：０．６０〜１．１０％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００１％を超えて０．０５０％まで、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｂ：０．０１％以下を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、不純物中のＰは０．０２５％以下、Ｓは０．０２５％以下で、更に、その線材１ｇ当たりについて、２００〜６００Ｊ／秒のエネルギー供給速度及び１０〜２５秒の照射時間で５０００Ｊ以上の供給エネルギーとする条件で電子ビーム溶解して凝固させた後の試料表面に存在する非金属介在物の面積値が、線材１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えて３０００００μｍ２ までである高炭素鋼線材。
【０００９】
（２）Ｔｉの含有量が０．０００５〜０．１％である上記（１）に記載の高炭素鋼線材。
【００１０】
（３）Ｂの含有量が０．０００５〜０．０１％である上記（１）に記載の高炭素鋼線材。
【００１１】
（４）Ｔｉの含有量が０．０００５〜０．１％、且つ、Ｂの含有量が０．０００５〜０．０１％である上記（１）に記載の高炭素鋼線材。
【００１２】
ここで、電子ビーム（ＥＢ）による溶解は、真空雰囲気下で試料にＥＢを照射して行うものとする。
【００１３】
なお、凝固させた後の試料表面に存在する非金属介在物（以下、単に介在物ともいう）の面積値は、例えば、走査電子顕微鏡で介在物の反射電子像を観察し、この反射電子像を画像処理装置に取り込み画像解析することによって測定すれば良い。
【００１４】
以下、上記（１）〜（４）の高炭素鋼線材に係る発明をそれぞれ（１）〜（４）の発明という。
【００１５】
高炭素鋼線材の材質的特徴としての鋼の内質（内部性状）面からは、従来、加工性を阻害する鋼中の介在物を低減した高清浄度鋼を素材とすることで伸線加工性を向上させ、それによってダイス寿命を延長することが行われてきた。すなわち、従来は、アルミナ、スピネルやその複合物などの高融点系の介在物は、伸線加工性を著しく低下させてダイス寿命を短くしてしまうと考えられており、このため上記の介在物を極力低減する製造工程を採用した鋼が用いられてきた。
【００１６】
例えば、本願発明者も、特許文献３で、通常のＳｉ脱酸に加えて、高融点介在物の生成を防止するためにＡｌ含有量の極めて少ない合金鉄を使用し、フラックスによる低融点系介在物の組成制御を行って溶製することによって高清浄度鋼を得、この鋼を橋梁用ロープ、ホースワイヤー、ビードワイヤー、スチールコード、バルブスプリングなどの素材として利用する技術を提案した。
【００１７】
すなわち、上記のようにして溶製した鋼は、その鋼を加工した鋼材を試料として特定の条件の下で電子ビームを用いて溶解し凝固させた場合、具体的には、上記試料１ｇ当たりについて、２００〜６００Ｊ／秒のエネルギー供給速度及び１０〜２５秒の照射時間で５０００Ｊ以上の供給エネルギーとする条件で電子ビーム溶解して凝固させた場合、凝固後の試料表面に存在するアルミナ、スピネルやその複合物など高融点介在物の面積値を、試料１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ 以下にでき、伸線加工性などの冷間加工性と耐疲労特性をともに優れたものとすることが可能で、しかも安定して確保できる。このため、上記２つの特性を両立させることが要求される橋梁用ロープ、ホースワイヤー、ビードワイヤー、スチールコード、バルブスプリングなどの素材として前記の高清浄度鋼を利用することを提案した。以下の説明において、電子ビームをＥＢ、電子ビーム溶解をＥＢ溶解ということがある。なお、１〜３ｇ程度の鋼材試料にＥＢを照射することによって短時間にその試料を溶解して介在物を試料表面に浮上させ、凝固後の試料表面に存在する介在物を評価（検査）する方法はＥＢ法として確立された技術である。
【００１８】
ところで、伸線加工後の線径が０．９〜３．５ｍｍであるホースワイヤーやビードワイヤーは、線径が０．２〜０．３ｍｍの極細線にまで大きな加工度で伸線加工されるスチールコードに比べて、伸線加工性や耐疲労特性の要求度合いが低くなる。
【００１９】
本質的には、伸線加工性やその結果としてダイス寿命の向上を期待されることは必須である用途に相違ないものの、ホースワイヤーやビードワイヤーのように伸線加工性の要求度合いが若干低いものに対しては、ダイス寿命をより向上させる積極的な対策を採用することができる。
【００２０】
本願発明者らのその後の検討により、従来は僅かでも存在すれば伸線加工性を著しく低下させてダイス寿命を短くしてしまうと考えられていたアルミナ、スピネルやその複合物などの高融点系の介在物が鋼中に特定の量だけ存在すれば、却ってダイス寿命の延長に効果があることが判明した。
【００２１】
したがって、伸線加工性や耐疲労特性の要求度合いが若干低いホースワイヤーやビードワイヤーに対しては、ダイス寿命の延長に効果があるアルミナ、スピネルやその複合物などの高融点系の介在物が鋼中に特定の量だけ存在する鋼を素材とした高炭素鋼線材を利用することができる。
【００２２】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
【００２３】
【特許文献３】
特開２０００−８０４４３号公報
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、ダイス寿命の延長に効果があるアルミナ、スピネルやその複合物などの高融点介在物を評価するため、ＥＢ溶解時のエネルギー供給速度及び照射時間を種々変えて介在物面積、介在物の鋼材試料表面への浮上の状況（つまり、凝固させた後の鋼材試料表面に存在する介在物の状況）、低融点介在物の分解の状況について検討した。その結果の一例を図１、図２に示す。
【００２５】
図１は、Ｓｉ脱酸後に微量のＡｌを添加して溶製した表１に示す化学組成（とりべ分析値）を有する鋼を鋼塊としたものに、通常の方法で分塊圧延、鍛造を施して直径３０ｍｍの鋼材とし、この鋼材のＲ／２部（Ｒは鋼材の半径）から直径５．５ｍｍで長さが５ｍｍの試料を切り出し、試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度及び照射時間をそれぞれ１５０〜８００Ｊ／秒、５〜３０秒の範囲で種々変えて試料表面に浮上した介在物の面積、換言すれば、凝固させた後の試料表面に存在する介在物の面積を測定した結果である。なお、上記においてＥＢ溶解は、水冷されている銅製のハース上に置いた試料に１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａ程度の真空雰囲気下でＥＢを照射して行った。
【００２６】
【表１】
図２は、上記において照射時間を１５秒とした場合の介在物の組成と試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度との関係を示したものである。この場合もＥＢ溶解は、水冷されているＣｕ（銅）製の器に入れた試料に１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａ程度の真空雰囲気下でＥＢ照射して行った。
【００２８】
図２にはＣａ−Ａｌ−Ｓｉ系の酸化物が示されているが、このうちＣａは精錬時に添加するフラックスや耐火材から混入するものであり、Ｓｉは主に脱酸剤として添加するＳｉが残存するものである。又、ＡｌはＳｉ脱酸後に添加した微量のＡｌが残存するものである。なお、図２中の領域「Ｉ」は、製品から切り出して研磨した試料を用いてＥＰＭＡで定量した場合の組成である。介在物組成が領域「Ｉ」にある試料をＥＢ溶解した場合、凝固後の試料表面に存在する介在物の組成は、試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度によって領域「ＩＩ」、領域「ＩＩＩ」及び領域「ＩＶ」にわかれる。ここで、領域「ＩＩ」、領域「ＩＩＩ及び領域「ＩＶ」はそれぞれ試料１ｇ当たりについて１５０〜４００Ｊ／秒、４００超〜５００Ｊ／秒、５００超〜８００Ｊ／秒のエネルギー供給速度でＥＢ溶解した場合の介在物組成を示している。なお、図２における介在物ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２ の融点はそれぞれ２５７２℃、２０５０℃、１７０２℃である。
【００２９】
図１及び図２から下記の事項が明らかになった。
（ｉ ）試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度が２００Ｊ／秒未満の場合には、ＥＢの照射時間を長くしてもエネルギーが不足するので試料は完全には溶解せず、介在物はその一部が浮上するだけである。すなわち、試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度が２００Ｊ／秒未満では試料中の介在物は完全には浮上しない。
（ｉｉ）どの照射時間においても、浮上した介在物の面積値は、あるエネルギー供給速度をピークとして漸次減少する傾向が認められ、このピーク値は試料１ｇ当たりの供給エネルギーがほぼ５０００ＪとなるＥＢ照射条件に対応する。
（ｉｉｉ ）試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度、つまり供給エネルギーが大きくなる程、浮上し凝固後の試料表面に存在する介在物の組成は高融点側にシフトする。これは試料中の介在物が一旦表面に完全に浮上した後（ピーク位置）、電子ビームによって鋼中のＣによる還元反応が促進され、低融点の酸化物系介在物が順次還元、分解されていくためである。
（ｉｖ）上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）から、試料が完全に溶解するエネルギー供給速度範囲、つまり鋼材試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度が２００Ｊ／秒以上の範囲では、照射時間によってエネルギー供給速度は異なるものの、試料１ｇ当たりの供給エネルギーがほぼ５０００Ｊで浮上して凝固後の試料表面に存在する介在物の面積が最大となり（以下、浮上して凝固後の試料表面に存在する介在物の面積が最大となるところを「ピーク位置」という）、このピーク位置を境に介在物浮上状態は下記の（ａ）〜（ｃ）に分類できることがわかる。
【００３０】
つまり、（ａ）ピーク位置に至るまでの介在物が完全に浮上しきっていない状態、（ｂ）ピーク位置である試料中の介在物が完全に浮上した状態、（ｃ）ピーク位置を超え浮上した酸化物系介在物が低融点のものから順次還元、分解されていき、高融点介在物が残った状態、に分類できる。
【００３１】
更に、本発明者らの検討の結果、鋼材試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度には上限を設ける必要があることが判明した。これは、エネルギー供給速度が大きくなりすぎると、溶解の初期段階で溶け始めた試料の一部に飛散（スプラッシュ）が生ずるためである。試料の溶解中に飛散が起こると、（ｖ ）試料中に含まれる介在物も飛散してしまう、（ｖｉ）溶解した部分の流動が激しくなって一旦表面に浮上した介在物が流動により試料内部に巻き込まれてしまう、といった問題が生じるため適切な情報が得られなくなる。したがって、上記した飛散を抑えることが重要となる。
【００３２】
表２に、鋼材試料１ｇ当たりのＥＢ溶解時の照射時間（ｔ）を５〜２５秒とした場合のエネルギー供給速度（Ｅｖ）と飛散率（飛散が認められた試料数／溶解した全試料数）の関係を示す。この場合もＥＢ溶解は、水冷されている銅製のハース上に置いた試料に１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａ程度の真空雰囲気下でＥＢを照射して行った。
【００３３】
【表２】
この表２から、飛散はエネルギー供給速度が６００Ｊ／秒を超えると顕著に現れ、飛散率で５０％を超えてしまうことがわかった。
【００３５】
以上の知見から、ダイス寿命の延長に効果があるアルミナ、スピネルやその複合物などの高融点介在物を評価しようとする本発明においては、ＥＢ溶解試料としての線材１ｇ当たりのＥＢ溶解時のエネルギー供給速度を２００〜６００Ｊ／秒とした。
【００３６】
高融点介在物を効率的に精度良く評価するためには、少なくとも既に述べた浮上介在物の面積におけるピーク値に対応するエネルギーを供給することが必要である。したがって、本発明においては、ＥＢ溶解試料である線材１ｇ当たりの供給エネルギーを５０００Ｊ以上とした。なお、この供給エネルギーの上限値は特に規定する必要はなく、エネルギー供給速度が６００Ｊ／秒、照射時間が２５秒の場合の１５０００Ｊであっても良い。
【００３７】
ＥＢ溶解試料としての線材１ｇ当たりのＥＢ照射時間が１０秒未満の場合には、所望の５０００Ｊの供給エネルギーを付与するのために高いエネルギー供給速度が必要となって溶解の初期段階で溶け始めた試料の一部に飛散が生じてしまう。一方、試料としての１ｇ当たりのＥＢ照射時間が２５秒を超えると供給エネルギーが大きくなりすぎて、高融点介在物が還元、分解され始めるようになるので適切な情報が得られなくなる。したがって、本発明においては、ＥＢ溶解試料としての線材１ｇ当たりのＥＢ照射時間を１０〜２５秒とした。
【００３８】
なお既に述べたように、本発明におけるＥＢによる溶解は、真空雰囲気下で試料にＥＢを照射して行うものであり、例えば、水冷されている銅製のハース上に置いた試料に真空雰囲気下（例えば、１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａ程度の真空雰囲気下）でＥＢを照射して行えば良い。
次いで、本発明者らは、種々の化学組成を有する鋼材を前記本発明に係る条件の下、１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａ程度の真空雰囲気中でＥＢ溶解し、凝固させた後の試料表面に存在する介在物の面積値とダイス寿命との関係を調査した。その結果、介在物の面積値が鋼材試料１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えて３０００００μｍ２ までの場合に、後述の実施例でその一例を示すように、介在物が一種の潤滑剤となって良好なダイス寿命が得られることがわかった。このため、本発明においては、本発明に係る条件の下でＥＢ溶解し、凝固させた後の試料表面に存在する非金属介在物の面積値を、線材１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えて３０００００μｍ２ までと規定した。
【００３９】
なお、本発明に係る条件の下でＥＢ溶解し、凝固させた後の試料表面に存在するアルミナ、スピネルやその複合物など高融点介在物の面積値を、ＥＢ溶解試料としての線材１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えて３０００００μｍ２ までとするには、例えば、次に述べる化学組成に調整して通常のＳｉ脱酸を行った後、微量のＡｌ（例えば、溶鋼７０トン当たり３ｋｇ程度）添加して鋼を溶製し、高融点介在物の生成量を調整すればよい。
【００４０】
以下、本発明における成分元素の限定理由について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
【００４１】
Ｃ：０．６０〜１．１０％
Ｃは、高強度化に有効な元素であり、高炭素鋼線材を素材とする製品に求められる強度を確保するために０．６０％以上含有させる。しかし、その含有量が多すぎると鋼材が硬質化して冷間加工性が低下する。特に、Ｃ含有量が１．１％を超えると、鋼材が硬質化するばかりでなく、旧オーステナイト粒界へのセメンタイトの析出が多くなって冷間加工性の低下が著しくなる。したがって、Ｃの含有量を０．６０〜１．１０％とした。
【００４２】
Ｓｉ：０．１〜１．５％
Ｓｉは、脱酸作用を有するとともに素地の強化にも有効な元素である。しかし、その含有量が０．１％未満では添加効果に乏しく、一方、１．５％を超えると部分的に脱炭層が生成して組織が不均一となり、伸線加工性を阻害する。したがって、Ｓｉ含有量を０．１〜１．５％とした。
【００４３】
Ｍｎ：０．２〜１．０％
Ｍｎは、脱酸作用を有するとともに鋼中に固溶しているＳをＭｎＳとして固定して靱性の劣化を抑える作用を有する。しかし、その含有量が０．１％未満では前記の効果が得難く、一方、１．０％を超えるとマルテンサイトやベイナイトが生成して冷間加工性が著しく低下する。したがって、Ｍｎの含有量を０．２〜１．０％とした。
【００４４】
Ｃｒ：０．０１〜２．０％
Ｃｒは、パーライトのラメラ間隔を小さくして強度を高める作用を有する。又、伸線加工を初めとする冷間加工時の加工硬化率を高める働きがあるので、Ｃｒの添加によって比較的低い加工率でも高強度を得ることができる。しかし、その含有量が０．０１％未満では添加効果に乏しい。一方、Ｃｒを過剰に添加すると焼入れ性が高くなってマルテンサイトやベイナイトが生成して冷間加工性が低下する。特に、その含有量が２．０％を超えると多量のマルテンサイトやベイナイトが生成して冷間加工性の著しい低下をきたす。更に、鋼線を対象としたパテンティング処理が困難になるばかりか、２次スケールが緻密になり過ぎて、機械的な処理や酸洗処理によるデスケーリング性が劣化する。したがって、Ｃｒの含有量を０．０１〜２．０％とした。
【００４５】
Ａｌ：０．００１％を超えて０．００３％まで
アルミナ、スピネルやその複合物など高融点介在物を特定の量だけ生成させてダイス寿命を延長させるために、Ａｌは０．００１％を超えて含有させる必要がある。しかし、０．０５０％を超えて含有させると上記の高融点介在物量が過剰になり、橋梁用ロープ、ホースワイヤー、ビードワイヤーなどへの伸線加工に耐えきれない程度の大型介在物を生成するおそれがある。したがって、Ａｌの含有量を０．００１％を超えて０．０５０％までとした。
【００４６】
Ｃｕ：１．０％以下
Ｃｕは添加しなくても良い。添加すれば、強度を高める作用を有する。Ｃｕには耐食性を高める作用もある。これらの効果を確実に得るには、Ｃｕは０．０５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が１．０％を超えると延性を損なう。したがって、Ｃｕの含有量を１．０％以下とした。
【００４７】
Ｎｉ：１．０％以下
Ｎｉは添加しなくても良い。添加すれば、強度を高める作用を有する。又、Ｎｉには、ＣやＮによる時効硬化を遅らせて靱性と延性の低下を防ぐ作用や、絞りを高める作用もある。これらの効果を確実に得るには、Ｎｉは０．０５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が１．０％を超えるとマルテンサイトやベイナイトが生成し易くなって冷間加工性が低下する。したがって、Ｎｉの含有量を１．０％以下とした。
【００４８】
Ｍｏ：１．０％以下
Ｍｏは添加しなくても良い。添加すれば、強度を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｍｏは０．０５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が１．０％を超えるとマルテンサイトやベイナイトが生成し易くなって冷間加工性が低下する。したがって、Ｍｏの含有量を１．０％以下とした。
【００４９】
Ｔｉ：０．１％以下
Ｔｉは添加しなくても良い。添加すれば、動的歪時効の原因となるＮをＴｉＮとして捕捉して冷間加工性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｔｉは０．０００５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．１％を超えるとＴｉＯ２ などの硬質の介在物が多量に生成し、却って冷間加工性が大きく低下する。したがって、Ｔｉの含有量を０．１％以下とした。
【００５０】
Ｂ：０．０１％以下
Ｂは添加しなくても良い。添加すれば、パーライト中のセメンタイトの成長を促進させて、冷間加工性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｂは０．０００５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．０１％を超えると粒界に偏析して靱性や延性の低下をきたす。したがって、Ｂの含有量を０．０１％以下とした。
【００５１】
不純物元素としてのＰ及びＳはその含有量を下記のとおりに規定する。
【００５２】
Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは偏析しやすい元素であり、靱性と延性を低下させてしまう。特にその含有量が０．０２５％を超えると靱性と延性の低下が著しくなる。したがって、不純物元素としてのＰの含有量を０．０２５％以下とした。
【００５３】
Ｓ：０．０２５％以下
Ｓは偏析しやすい元素であり、靱性と延性を低下させてしまう。特にその含有量が０．０２５％を超えると靱性と延性の低下が著しくなる。したがって、不純物元素としてのＳの含有量を０．０２５％以下とした。
【００５４】
前記（１）の発明に係る高炭素鋼線材は、前述のＥＢ溶解した際の介在物規定を満たし、上記のＣからＳまでの元素と、残部がＦｅ及び不純物の化学組成を有する鋼である。
【００５５】
前記（２）の発明に係る高炭素鋼線材は、（１）の発明の高炭素鋼線材におけるＴｉ含有量の下限値を０．０００５％とした高炭素鋼線材である。
【００５６】
前記（３）の発明に係る高炭素鋼線材は、（１）の発明の高炭素鋼線材におけるＢ含有量の下限値を０．０００５％とした高炭素鋼線材である。
【００５７】
前記（４）の発明に係る高炭素鋼線材は、（１）の発明の高炭素鋼線材におけるＴｉ含有量の下限値を０．０００５％とするとともにＢ含有量の下限値を０．０００５％とした高炭素鋼線材である。
【００５８】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
【００５９】
【実施例】
表３に示す化学組成を有する各種の鋼を下記Ａ〜Ｃの条件で処理して７０トン試験溶製し鋼塊としたものに、通常の方法で分解圧延、線材圧延を施して直径５．５ｍｍの線材を作製した。
【００６０】
条件Ａ：通常のＳｉ脱酸に加えて、高融点介在物の生成を防止するためにＡｌ含有量の極めて少ない合金鉄を使用し、フラックスによる低融点系介在物の組成制御を行って鋼を溶製。
【００６１】
条件Ｂ：通常のＳｉ脱酸を行った後、微量のＡｌを添加して鋼を溶製。
【００６２】
条件Ｃ：Ａｌ脱酸を行って鋼を溶製。
【００６３】
【表３】
上記のようにして得た線材を、ＥＢ溶解試料とするために約１ｇずつに切断し、通常の方法で酸洗して表面に付着している圧延スケールを除去した。次いで、アルコール中で超音波洗浄を行い、乾燥させた後ＥＢ装置（日本電子製：ＪＥＢＭ−３ＩＡＩ）に設置した。ＥＢ装置内を１．３３×１０−３〜１．３３×１０−４Ｐａの高真空状態にしてから、本発明に係るＥＢ溶解条件例として、エネルギー供給速度を４２０Ｊ／秒、照射時間を１５秒として、水冷されている銅製のハース上に置いた試料を溶解し、浮上し凝固させた後の試料表面に存在する介在物を走査型電子顕微鏡にて観察し、得られた介在物の像の面積値を汎用の画像処理装置を用いて測定した。
【００６５】
一方、上記のようにして得た直径５．５ｍｍの各線材を通常の方法で直径１．４ｍｍまで冷間伸線し、ダイス寿命指数と最終伸線後の鋼線の表面色調を調査した。
【００６６】
ダイス寿命指数とは、伸線量１００トン当たりの最終伸線ダイス交換数をいい、その値が小さいほどダイス寿命が長いことを示す。鋼線の表面色調は、色差計で測定した色差を０〜１０の段階に区分して調査した。なお、上記の数値が大きいほど色調が明るいことを意味し、ダイス摩耗による金属光沢が発生してダイス寿命が短いことを示す。
【００６７】
表４に、上記のようにして測定した試料表面に存在する介在物の面積値（ＥＢ溶解試料としての線材１ｇ当たりについての値に換算）、ダイス寿命指数及び最終伸線後の鋼線の表面色調を前記溶製条件と併せて示す。なお、鋼１１の線材は直径１．４ｍｍに伸線加工する前に断線を生じた。このため、表４のダイス寿命指数及び最終伸線後の鋼線の表面色調の欄は「−」と表示した。
【００６８】
【表４】
【００６９】
【発明の効果】
本発明の高炭素鋼線材は、線材そのものの内質を変えたものであるので、ダイス寿命の延長を図るために伸線加工設備の改良を行う必要がない。この線材はダイス寿命に優れるので耐疲労特性が要求されることが少ない橋梁用ロープ、ホースワイヤー、自動車のラジアルタイアの補強材として用いられるビードワイヤーなどの用途に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＢ溶解時のエネルギー供給速度と照射時間が凝固後の試料表面に存在する介在物の面積値に与える影響を示す図である。
【図２】ＥＢ溶解条件と浮上する介在物の組成変化の関係を示した図である。
【符号の説明】
Ｉ：製品から切り出して研磨した試料をＥＰＭＡで定量した場合の組成、
ＩＩ：試料１ｇ当たりについて１５０〜４００Ｊ／秒のエネルギー供給速度でＥＢ溶解した場合の介在物組成、
ＩＩＩ：試料１ｇ当たりについて４００超〜５００Ｊ／秒のエネルギー供給速度でＥＢ溶解した場合の介在物組成、
ＩＶ：試料１ｇ当たりについて５００超〜８００Ｊ／秒のエネルギー供給速度でＥＢ溶解した場合の介在物組成。
Claims (4)
- 質量％で、Ｃ：０．６０〜１．１０％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００１％を超えて０．０５０％まで、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｂ：０．０１％以下を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、不純物中のＰは０．０２５％以下、Ｓは０．０２５％以下で、更に、線材１ｇ当たりについて、２００〜６００Ｊ／秒のエネルギー供給速度及び１０〜２５秒の照射時間で５０００Ｊ以上の供給エネルギーとする条件で電子ビーム溶解して凝固させた後の試料表面に存在する非金属介在物の面積値が、線材１ｇ当たりについて１５０００μｍ２ を超えてて３０００００μｍ２ までであることを特徴とする高炭素鋼線材。
- Ｔｉの含有量が０．０００５〜０．１％である請求項１に記載の高炭素鋼線材。
- Ｂの含有量が０．０００５〜０．０１％である請求項１に記載の高炭素鋼線材。
- Ｔｉの含有量が０．０００５〜０．１％、且つ、Ｂの含有量が０．０００５〜０．０１％である請求項１に記載の高炭素鋼線材。
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| US20130295412A1 (en) * | 2011-01-26 | 2013-11-07 | Daimler Ag | Wire-type spray material for a thermally sprayed layer having a pearlite, bainite, martensite structure |
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2002
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| US20130295412A1 (en) * | 2011-01-26 | 2013-11-07 | Daimler Ag | Wire-type spray material for a thermally sprayed layer having a pearlite, bainite, martensite structure |
| US9546414B2 (en) * | 2011-01-26 | 2017-01-17 | Daimler Ag | Wire-type spray material for a thermally sprayed layer having a pearlite, bainite, martensite structure |
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