JP2016014169A - 鋼線用線材および鋼線 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の鋼線用線材は、質量%で、C:0.70〜1.3%、Si:0.1〜1.5%、Mn:0.1〜1.5%、N:0.001〜0.006%、Al:0.001〜0.10%、Ti:0.02〜0.20%、B:0.0005〜0.010%、P:0%以上、0.030%以下、S:0%以上、0.030%以下、を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物であり、パーライトを主相とし、300℃における鋼中の水素拡散係数Dが下記(1)式を満足する。
D≦2.5×10-7(cm2/秒) …(1)
【選択図】なし
Description
質量%で、
C :0.70〜1.3%、
Si:0.1〜1.5%、
Mn:0.1〜1.5%、
N :0.001〜0.006%
Al:0.001〜0.10%、
Ti:0.02〜0.20%、
B :0.0005〜0.010%
P :0%以上、0.030%以下、
S :0%以上、0.030%以下、
を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物であり、
パーライトを主相とし、300℃における鋼中の水素拡散係数Dが下記(1)式を満足することを特徴とする。
D≦2.5×10-7(cm2/秒) …(1)
D≦2.5×10-7(cm2/秒) …(1)
Cは、強度の上昇に有効な元素であり、C量の増加に伴って、冷間加工前の線材(鋼線材)、および冷間加工後の鋼線の強度が向上する。そこで、C量は0.70%以上と定めた。C量は、好ましくは0.74%以上であり、より好ましくは0.78%以上である。しかし、C量が過剰になり過ぎると、初析セメンタイト(以下、「初析θ」と略記することがある)が析出し、伸線加工中に断線を引き起こす。そこで、C量は1.3%以下と定めた。C量は、好ましくは1.2%以下であり、より好ましくは1.1%以下である。
Siは、脱酸剤としての作用を有し、また線材の強度を向上させる作用も有する。これらの作用を有効に発揮させるために、Si量を0.1%以上と定めた。Si量は、好ましくは0.15%以上であり、より好ましくは0.18%以上である。一方、Si量が過剰になり過ぎると、冷間伸線性を悪化させ、断線率の増加を引き起こす。そこで、Si量を1.5%以下と定めた。Si量は好ましくは1.4%以下であり、より好ましくは1.3%以下である。
Mnは、Siと同様に脱酸作用も有しているが、特に鋼中のSをMnSとして固定して、鋼の靭性および延性を高める作用を有している。これらの作用を有効に発揮させるために、Mn量は0.1%以上とする。Mn量は、好ましくは0.15%以上であり、より好ましくは0.20%以上である。しかしながら、Mnは偏析し易い元素であり、過剰に添加すると、Mn偏析部の焼入れ性が過剰に増大し、マルテンサイト等の過冷組織を生成させる恐れがある。そこで、Mn量は1.5%以下と定めた。Mn量は、好ましくは1.4%以下であり、より好ましくは1.3%以下である。
Nは、鋼中のBと化合してBNを形成し、Bによる効果を失わせる。また、固溶状態のNは伸線時に歪み時効による捻回特性の低下を引き起こし、著しい場合には縦割れを招く。これらの弊害を防ぐために、N量は0.006%以下とする。好ましくは0.005%以下であり、より好ましくは0.004%以下である。一方、少量であればTiNやAlNなどの窒化物によって結晶粒を微細化し、線材の延性を高める効果がある。そのような効果を発揮させるために、N量は0.001%以上とする。好ましくは0.0015%以上、より好ましくは0.0020%以上である。
Alは、有効な脱酸元素である。また、AlNの様な窒化物を形成して結晶粒を微細化する効果も有する。このような効果を有効に発揮させるために、Al量は0.001%以上とする。Al量は、好ましくは0.002%以上であり、より好ましくは0.003%以上である。一方、Alを過剰に添加するとAl2O3の様な酸化物を形成し、伸線時の断線を増加させる。こうした観点から、Al量は0.10%以下とする。好ましくは0.09%以下であり、より好ましくは0.08%以下である。
Tiは、TiCの様な炭化物を形成し、水素の拡散係数を低下させて鋼線の疲労特性を向上させる働きがある。また、鋼中のNと化合してTiNの様な窒化物を形成し、Nによる捻回特性の低下を防ぐ働きもある。それらの効果を有効に発揮させるために、Ti量は0.02%以上とする。好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.04%以上である。一方、Ti量が過剰になると、TiCやTiN等のTi系介在物が多量に析出し、伸線時の断線を増加させる。したがって、Ti量は0.20%以下とする。好ましくは0.15%以下であり、さらに好ましくは0.10%以下である。
Bは、粒界に析出する初析フェライト(以下、「初析α」と略記することがある)を抑制する働きがあり、疲労特性の向上に有効である。また、BNを形成することで、鋼中の固溶Nを固定し、捻回特性を向上させる効果も期待できる。Bの効果を有効に発揮させるために、B量は0.0005%以上が必要である。好ましいB量の下限は0.0007%以上であり、より好ましくは0.001%以上である。一方、B量が過剰になると、Feとの化合物であるFe−B系化合物、例えばFeB2が析出し、熱間圧延時の割れを引き起こすため、B量は0.010%以下にする必要がある。好ましくは0.008%以下であり、より好ましくは0.006%以下である。
Pは、旧オーステナイト粒界に偏析して粒界を脆化させ、疲労強度を低下させるため、その含有量は少なければ少ないほど好ましい。したがって、P量は0.030%以下とする。P量は、好ましくは0.025%以下であり、より好ましくは0.020%以下である。P量は0%であってもよいが、通常0.001%以上で含まれる。
Sは、Pと同様に旧オーステナイト粒界に偏析して粒界を脆化させ、疲労強度を低下させるため、その含有量は少なければ少ないほど好ましい。したがって、S量は0.030%以下とする。S量は、好ましくは0.025%以下であり、より好ましくは0.020%以下である。S量は0%であってもよいが、通常0.001%以上で含まれる。
Crは、パーライトのラメラ間隔を微細化し、線材の強度や靭性を高める作用を有する。このような作用を有効に発揮させるために、Cr量は0.05%以上が好ましい。Cr量は、より好ましくは0.10%以上であり、更に好ましくは0.15%以上である。一方、Cr量が過剰になり過ぎると、焼入れ性が向上して熱間圧延中に過冷組織を発生させる危険性が高まるため、Cr量は1.0%以下とすることが好ましい。Cr量は、より好ましくは0.8%以下であり、更に好ましくは0.6%以下である。
Niは、伸線後の鋼線の靭性を高める元素である。このような作用を有効に発揮させるために、Ni量は0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.1%以上であり、更に好ましくは0.2%以上である。しかし、Niは過剰に添加してもその効果が飽和し、経済的に無駄である。したがって、Ni量は0.5%以下が好ましく、より好ましくは0.4%以下、更に好ましくは0.3%以下である。
Coは、初析セメンタイトを低減し(特にC量が高い場合)、組織を均一なパーライト組織に制御しやすくするという作用を有する。この作用を有効に発揮させるために、Co量は0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.1%以上、更に好ましくは0.2%以上である。しかし、Coは過剰に添加してもその効果が飽和し、経済的に無駄である。したがって、Co量は1.0%以下が好ましく、より好ましくは0.8%以下であり、更に好ましくは0.6%以下である。
Moは、鋼線の耐食性を向上させる元素である。このような作用を有効に発揮させるために、Mo量は0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.1%以上であり、更に好ましくは0.2%以上である。しかし、Mo量が過剰になると、熱間圧延時に過冷組織が発生しやすくなり、また延性も劣化する。そこでMo量は0.5%以下が好ましく、より好ましくは0.4%以下であり、更に好ましくは0.3%以下である。
Vε={ln(S0/S4)}/t …(2)
得られた線材コイルを伸線加工して鋼線を作製し、鋼線の引張強度TS(Tensile Strength;素線強度)および降伏点YP(Yield Point)を、JIS Z 2241(2011)に準拠して測定すると共に(N=8本の平均値)、捻回特性、疲労特性を、下記の方法で評価した。
金属組織は、試料の横断面を光学顕微鏡にて観察し、パーライト組織の面積率が95%以上のものを表中に「P」と示した。
採取した試料に対して飽和状態まで水素チャージを行ない、昇温分析によって水素放出曲線を得た。昇温速度は12℃/秒とし、大気圧イオン化質量分析計にて水素の放出量を測定した。水素チャージ条件は、電解液にH2SO4水溶液(pH3)+KSCN0.01mol/Lを用い、電流密度5mA/cm2で48時間チャージを行なった。尚、チャージ後の試料は、水素の離散を極力防止するため、測定まで液体窒素中に保管した。
捻回特性は、捻回試験を行ない、破断までに要した捻回値(破断捻回数)を求めた。下記表5中の捻回値は、N=5本の平均値である。このとき、捻り速度は52回/分、張力は500gf(4.9N)とした。尚、捻回値は、チャック間距離(試験線長)を、線径dの100倍(100d)に換算して規格化した。また、破面観察によって正常破面と縦割れを判別し、5本中1本でも縦割れしたものは、後記表5において「縦割れあり」と記載した。
疲労特性は、4点支持となる治具によって、繰り返し4点曲げ疲労試験を実施して評価した(図1:支持点を○で示す)。試験は片曲げで行ない、最大応力と最小応力の差を応力振幅と定義した。種々の応力振幅で10万回の繰り返し曲げを行ない、N=3本の試験で全て破断(断線)しなかったものを合格、1本でも破断したものは不合格と判定した。合格と判定した試料における最大の応力振幅を、疲労強度と定義した。尚、応力波形は正弦波、周波数は10Hzとした。
Claims (6)
- 質量%で、
C :0.70〜1.3%、
Si:0.1〜1.5%、
Mn:0.1〜1.5%、
N :0.001〜0.006%、
Al:0.001〜0.10%、
Ti:0.02〜0.20%、
B :0.0005〜0.010%、
P :0%以上、0.030%以下、
S :0%以上、0.030%以下、
を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物であり、
パーライトを主相とし、300℃における鋼中の水素拡散係数Dが下記(1)式を満足する鋼線用線材。
D≦2.5×10-7(cm2/秒) …(1) - 更に、Cr:0%超、1.0%以下およびV:0%超、0.5%以下の少なくとも1種を含有する請求項1に記載の鋼線用線材。
- 更に、Ni:0%超、0.5%以下およびNb:0%超、0.5%以下の少なくとも1種を含有する請求項1または2に記載の鋼線用線材。
- 更に、Co:0%超、1.0%以下を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の鋼線用線材。
- 更に、Mo:0%超、0.5%以下およびCu:0%超、0.5%以下の少なくとも1種を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の鋼線用線材。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の鋼の化学成分組成からなり、300℃における鋼中の水素拡散係数Dが下記(1)式を満足する鋼線。
D≦2.5×10-7(cm2/秒) …(1)
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