JPH06505308A - 冷間圧延され焼き戻されたマルテンサイト型組織を有する鋼の基質および被覆を含む金属線材、およびこの線材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 冷間圧延され焼き戻されたマルテンサイト型組織を有する鋼の基質および被覆を 含む金属線材、およびこの線材の製造法 本発明は鋼線材およびこれらの線材の製造法に関するものである。これらの線材 は例えばプラスティックまたはゴム材料の製品、特に管、ベルト、シート、タイ ヤ外皮の補強のために使用される。

現在一般に使用されるこの型の線材は、少なくとも０．６％の炭素を含有する鋼 から成り、この鋼は冷間圧延されたパーライト組織を有する。これらの線材の破 断抵抗は約２８００ＭＰａ（メガパスカル）、その直径は一般に０．１５乃至０ ．３５聰、その破断伸びは０．４乃至２％の間に含まれる。これらの線材は、５ −６ｍのオーダの直径の「加工線材」と呼ばれる出発線材の伸線によって製造さ れ、この加工線材の組織は、一般に７２％以上の高含有量のパーライトを含むパ ーライトとフェライトから成る硬質組織である。この線材の製造に際して、初組 織を再生する一回または複数回の熱処理を実施するため、この伸線工程を少なく とも一回中断する。最後の熱処理後に、最終伸線工程が正確に実施されるために は線材上に、合金、例えば黄銅の付着物が必要である。

この方法は下記の問題点を有する。

−炭素含有量が比較的高いので原材料が高価である。

−パラメータの変更が容易でない。特に加工線材の直径と最終直径が厳格な限度 内に保持されるので、この方法は柔軟性に欠ける。

一高パーライト含有量の組織の故に加工線材の硬度が高く、熱処理前の伸線が困 難であるので、この伸線処理の変形率εが当然に３以下となる。他方、この伸線 速度が低く、この処理に際して線材の破断の生じる可能性がある。

一合金、例えば黄銅の付着操作がこの工程において必要な段階であって、これに 先行する熱処理操作に合体する事ができない。

他方、線材そのものの破断抵抗と破断延性がしばしば不十分であり、加工線材の 高硬度の故に熱処理前の伸線処理の結果、大きな損傷を受ける。

本発明の主旨は、金属合金の冷間圧延され焼き戻された鋼線材において、この線 材の鋼は焼き戻しされた非パーライト組織を有しまた公知の焼き戻されたパーラ イト鋼線材と少なくとも同等の破断抵抗および破断伸びを示し公知の線材よりも 伸線による損傷の少ない鋼線材を提供するにある。

本発明の他の主旨は、この線材を製造するため前記の問題点を示さない方法を提 供するにある。

本発明による金属線材は基質と被覆とを有し、下記の特性を示す： イ）最低０．０５％、最高０．６％の炭素含有量を有する鋼の基質を含み、 口）この鋼は９０％以上の冷間圧延され焼き戻されたマルテンサイトを含有する 組織を示し、ハ）前記基質は鋼以外の金属合金によって被覆され、二）線材の直 径は最低０．１０ｍ＋ａ、最高０．４０■に等しく、 ホ）線材の破断抵抗は少なくとも２８００　Ｍ　Ｐ　ａに等しく、 へ）線材の破断伸びは少なくとも０．４％に等しい。

被覆鋼のこの線材の本発明による製造法は下記の段階を特徴とする。

イ）最低０．０５％、最高０．６％の炭素含有量を有し、２８％乃至９６％の初 析フェライトと、７２％乃至４％のパーライトとを含有する鋼の加工線材を冷間 圧延し、この冷間圧延の変形率εを少なくとも３とする段階と、 口）冷間圧延を中止し、冷間圧延された線材に対して焼き入れ処理を実施し、こ の焼き入れ処理は、ＡＣ３変態点以上に線材を加熱してこれに均一オーステナイ ト組織を与え、次にマルテンサイト変態終点ＭＦ以下まで線材を急速に冷却する にあり、前記冷却速度は、９０％以上のマルテンサイトを含む組織をえるように 少なくとも１５０℃／秒に等しくする段階と、 ハ）次に拡散によって合金を形成する事のできる少なくとも２種の金属を線材上 に付着させ、鋼を基質とする被覆を形成する段階と、 二）次に最低０．３７Ｆ、最高０．５ＴＦの温度に線材を加熱し、拡散によって 前記付着金属の合金を形成し、また鋼については９０％以上の焼き戻しマルテン サイトを含有する組織を形成し、ＴＦはケルビン温度で表わした鋼の融点とする 段階と、 ホ）次に線材を０．３ＴＦ以下の温度まで冷却する段階と、 へ）次に線材に対して冷間圧延を実施し、冷間圧延に際しての線材温度は０．３ ７Ｆ以下とし、またこの冷間圧延の変形率εは少なくとも１とする段階。

また本発明は、本発明による少なくとも１本の線材を含む組立体に関するもので ある。

また本発明は、前記の定義による線材または組立体によって少なくとも部分的に 補強された製品、例えば管、ベルト、シート、タイヤ外皮に関するものである。

以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明するが本発明はこれに限定 されるものではない。

付図において、 第１図は本発明の方法を実施する際の熱処理前の線材の鋼の組織を示す図、 第２図は本発明の方法を実施する際の焼き入れ熱処理後の線材の鋼の組織を示す 図、 第３図は本発明の方法を実施する際の黄銅めっき後の線材の鋼の組織を示す図、 第４図は本発明による線材の鋼の組織を示す図である。

下記において、すべてのパーセントは重量％であり、また破断抵抗および破断伸 びの測定はＡＦＮＯＲＮＦＡ　０３−１５１で実施された。

定義上、冷間圧延処理の変形率εは式ε＝　Ｌｎ　（Ｓｏ／Ｓｔ）で表示され、 ここにＬｎは自然対数、ＳＯは冷間圧延前の線材の切断面積、またＳｆはこの冷 間圧延後の線材の断面積である。

下記の実施例の目的は、本発明による３本の線材の製造法および特性を示すにあ る。

これらの実施例において、直径５．５ｍの冷間圧延されていない加工線材を使用 する。この加工線材は下記の組成の鋼から成る。

一炭素含有量　・０．４％ −マンガン含有量　＝０．５％ −ケイ素含有量　二０．２％ −リン含有量　：０．０１５％ −硫黄含有量　：０．０２％ −アルミニウム含有量　：０．０１５％−窒素含有量　：０．００５％ −クロム含有量　：０．０５％ −ニッケル含有量　：０．１０％ −銅含有量　：０．１０％ −モリブデン含有量　：０．０１％ −初析フエライト含有量：５３％ 一パーライト含有量　＝４７％ 銅鋼融点、ＴＦ　：１７９５　χ −マルテンサイト変態安定点、ＭＦ：１５０℃−破断抵抗、Ｒｍ　ニア００ＭＰ ａ −破断伸び、Ａｒ　：１７％ この加工線材を使用して、下記の実施例のようにして３本の線材を製造する。

実施例　１ 加工線材を脱スケール処理し、伸線石鹸、例えばボラックスを線材に塗布し、乾 式伸線して、直径１．１■の線材をえる。これは３．２より少し高い変形率εに 対応する。

伸線は、加工線材の比較的延性の組織の故に容易に実施される。−例として、冷 間圧延されない０．７％炭素鋼は、約９００　Ｍ　Ｐ　ａの破断抵抗Ｒｍと、約 ８％の破断伸びＡｒとを示す。すなわちこの鋼は著しく延性が低い。

また−例として、この伸線は０．３ＴＦ以下の温度で実施されるが、これは不可 欠ではないが簡単のためである。この伸線温度は０．３ＴＦと同等またはこれ以 上とする事ができる。

第１図はこのようにして得られた線材の組織の一部１の断面図である。この組織 は細長いセメンタイトブロック２と、細長いフェライトブロック３とから成り、 これらのブロックの大寸法は伸線方向に配向されている。

この線材に対して下記の熱処理を実施する。

−マッフル炉中で対流によって線材を９５０℃まで、すなわち変態点ＡＣ３以上 に加熱し、この温度に３０秒間保持して均一オーステナイト組織をえる。

−次に、タービンによって発生されたガスリングの中で線材を７５℃まで、すな わちマルテンサイト変態安定点ＭＦ以下（マルテンサイト安定）まで、３．５秒 以内に冷却し、９０％以上のマルテンサイトのラスを含有する組織をえる。

第２図はこのようにして得られた組織の一部４の断面図であって、前記のマルテ ンサイトのラスを５で示す。

次に線材を脱脂処理する。次に常温で電解によって線材に銅被覆し、次に亜鉛を 被覆する。次にこの線材をジュール効果によって５４０℃（８１３°Ｋ）で２． ５秒間熱処理し、次にこの線材を常温（２０℃すなわち２９３″Ｋ）に冷却する 。

この熱処理により、銅と亜鉛の拡散によって黄銅被覆が得られ、また鋼について は９０％以上の焼き戻しマルテンサイトを含有する組織が得られる。この黄銅層 の厚さは薄く　（マイクロメートルのオーダ）、線材直径に対して無視できる。

第３図はこのようにして得られた線材の組織の一部６の断面図である。この組織 はフェライト型の基質８の中に実際上均一に分布された炭素析出物７を含む。こ の組織は前記の熱処理によって得られ、常温まで冷却する際に保存される。析出 物７は一般に最低０．００５μｍ（マイクロメートル）、最高１μｍの粒径を有 する。

次にこの線材の湿式伸線を実施して、最終直径０．２１をえる。これは実際上、 ε＝３．４に対応する。この伸線に際して、線材温度は当然に０．３７Ｆ以下で ある。

このように伸線された線材の黄銅層の厚さは非常に薄く、１／１０マイクロメー トルのオーダである。

第４図はこのようにして得られた本発明による線材の鋼の一部９の縦断面図であ る。この部分９は冷間圧延焼き戻しされたマルテンサイト型組織を示し、この組 織は細長い炭化物１０から成り、これらの炭化物は実際上相互に平行であり、そ の最大寸法は線材の軸線方向、すなわち第４図の矢印Ｆによって示される伸線方 向に配向されている。これらの炭化物］０は冷間圧延された基質１１の中に配置 されている。

本発明によるこの線材は３０００　Ｍ　Ｐ　ａの破断抵抗と、０．７％の破断伸 びとを有する。

実施例　２ 加工線材を脱スケール処理し、伸線石鹸、例えばボラックスを線材に塗布し、乾 式伸線して、直径０．９ｍの線材をえる。これは３．６より少し高い変形率εに 対応する。得られた組織は第１図に図示のものと類似である。

そこでこの線材に対して下記の熱処理を実施する。

ジュール効果によって線材を３秒間で１０００℃、すなわち変態点ＡＣ３以上の 温度まで加熱して、均一オーステナイト組織をえる。次に３秒間以内で線材を油 浴中で１００℃の温度、すなわち変態安定点ＭＰ以下の温度まで冷却して、９０ ％以上のマルテンサイトラスを含む組織をえる。得られた線材組織を第２図に示 す。

次に線材を脱脂処理する。次に常温で電解によって線材に銅被覆し、次に亜鉛を 被覆する。次にこの線材をジュール効果によって２．５秒間、５４０℃（８１３ χ）で熱処理し、次にこの線材を常温に冷却する。これらの処理は実施例１と類 似である。

この黄銅処理された線材の組織は第３図の組織と類似である。そこで線材を湿式 伸線処理して、０．１’１ｍの最終直径をえる。これは実際上ε＝３．３に対応 する。

この伸線に際しての線材温度は０．３ＴＦ以下とする。

このようにして得られた本発明の線材鋼は第４図と類似の組織を有する。

この線材は、２８５０　Ｍ　Ｐ　ａの破断抵抗と、１％に等しい破断伸びとを有 する。

実施例３ 実施例１と同様にして加工線材の伸線によって得られた直径１．１日の線材をジ ュール効果で３秒間、１０００℃、すなわち変態点ＡＣ３以上に加熱し、均一オ ーステナイト組織をえる。

次にこの線材を、タービンによって発生されたガスリングの中で、１００℃、す なわち変態安定点ＭＦ以下の温度に３秒以下で冷却し、９０％以上のマルテンサ イトラスを含有する組織をえる。

次に電解法によって線材を銅被覆し、次に亜鉛被覆し、次に５秒間、ジュール効 果で５００℃（７７３χ）で熱処理する。次にこの黄銅処理された線材を常温ま で冷却し、０．３７Ｆ以下の温度で直径０．１７ｍまで湿式伸線する。これは実 際上、ε＝３．７に対応する。本発明によるこの線材は３２００　Ｍ　Ｐ　ａの 破断抵抗と０．６％の破断伸びとを有する。

中間組織と最終組織は前記の組織に類似である。

本発明は下記の利点を有する。

一低炭素含有量の加工線材から出発するので、コストが低い。

一線材直径の選択における柔軟性が高い。すなわち、例えば６ｍより著しく大き な直径を有する加工線材を使用する事ができ、これはコストを低下させまた非常 に多様な直径の線材を製造する事ができる。

−熱処理前の伸線が比較的容易であるので、この伸線の変形率εが３以上になる 事ができる。他方、この伸線は高速で実施する事ができる。最後に線材の折損の 頻度とノズル交換の頻度が低減される。これはさらにコストを低下させる。

一合金を生じるための拡散処理が線材の焼き戻しと同時に実施される。これは、 追加の拡散処理の必要をなくし、また加工線材から仕上がり線材まで線材の全体 的ライン生産を可能として製造コストを低減させる。

一本発明の線材は、公知の線材と少なくとも同等の破断抵抗値および破断伸び値 を与える。これは、公知線材と少なくとも同等の破断エネルギーによって示され る。

一本発明の線材は熱処理前の伸線に際して損傷が少ない。

一本発明の線材は、その炭素含有量が低いので、公知線材よりも耐食性がすぐれ ている。

均一オーステナイトから焼き入れ処理を実施する際に、変態点ＡＣ３からＭＦ以 下の温度までの間において本発明によれば冷却速度が少なくとも１５０℃／秒に 等しいので、マルテンサイト変態開始点（ＭＳ　）に対応する温度に達する前に 均一オーステナイトの１０％以下が変態されるので、この焼き入れの末期におけ る組織は９０％以上のマルテンサイトを含み、従ってこの組織は全体としてマル テンサイトとみなす事ができる。好ましくは、焼き入れ後に得られたマルテンサ イトは前記の実施例に記載のようにラス状組織を有する。

好ましくは、本発明による線材の鋼、従って加工線材は最低０．２％、最高０． ５％の炭素含有量を有する。

好ましくは、本発明による線材の鋼、従って原料加工線材は、下記の組成を有す る二０．３％≦Ｍｎ≦０．６％；０．１％≦Ｓｉ≦０．３％；Ｐ≦０．０２％； Ｓ≦０．０２％、ＡＩ≦０．０２％；Ｎ≦０．００６％。

望ましくは、本発明による線材の鋼、従って加工線材において、下記の組成を有 する二Ｃｒ≦０．０６％；Ｎｉ≦０．１５％；Ｃｕ≦０．１５％。

好ましくは本発明による方法において、下記の特性の少なくとも１つを有する。

一出発加工線材は、最低４１％、最高７８％の初析フェライト含有量と、最低２ ２％、最高５９％のパーライト含有量とを有する。

一熱処理前の冷間圧延に際しての変形率εは、最低３．２、最高６に等しい。

一熱処理後の最終冷間圧延に際しての変形率εは、最低３、最高５に等しい。

−焼き入れ熱処理は少なくとも２５０℃／秒の冷却速度をもって実施される。

前記の実施例における線材の冷間圧延は伸線によって実施されるが、冷間圧延処 理の少な（とも１つについて他の技術、例えば伸線と組合わされた圧延処理を実 施する事もできる。もちろん本発明は前記の実施例に限定されるものでなく、例 えば本発明は２つの金属または２つ以上の金属の黄銅以外の合金、例えば、銅− 亜鉛−ニッケル、銅−亜鉛−コバルト、銅−亜鉛−スズの３元合金を使用する場 合も含み、要は使用される金属が最低０゜３ＴＦ、最高０．５７Ｆの温度で拡散 によって合金を形成できる事にある。

国際調査報告 国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　セール、ラウル フランス国セイラ、アブニュ、ウィルソン、１８

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．基質と被覆とを有し、特性として：イ）最低０．０５％、最高０．６％の炭 素含有量を有する鋼の基質を含み、 ロ）この鋼は９０％以上の冷間圧延され焼き戻されたマルチンサイトを含有する 組織を示し、ハ）前記基質は鋼以外の金属合金によって被覆され、ニ）線材の直 径は最低０．１０ｍｍ、最高０．４０ｍｍに等しく、 ホ）線材の破断抵抗は少なくとも２８００ＭＰａに等しく、 へ）線材の破断伸びは少なくとも０．４％に等しい事を特徴とする金属線材。
2. ２．最低０．２％、最高０．５％の炭素含有量を有することを特徴とする請求項 １に記載の線材。
3. ３．前記鋼は下記の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２のいずれか に記載の金属線材：０．３％≦Ｍｎ≦０．６％；０．１％≦Ｓｉ≦０．３％；Ｐ ≦０．０２％；Ｓ≦０．０２％；Ａｌ≦０．０２％；Ｎ≦０．００６％。
4. ４．前記鋼は下記の関係を満たすことを特徴とする請求項３に記載の金属線材： Ｃｒ≦０．０６％；Ｎｉ≦０．１５％；Ｃｕ≦０．１５％。
5. ５．金属合金は黄銅であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の 線材。
6. ６．イ）最低０．０５％、最高０．６％の炭素含有量を有し、２８％乃至９６％ の初析フェライトと、７２％乃至４％のパーライトとを含有する鋼の加工線材を 冷間圧延し、この冷間圧延の変形率εを少なくとも３とする段階と、 ロ）冷間圧延を中止し、冷間圧延された線材に対して焼き入れ処理を実施し、こ の焼き入れ処理は、ＡＣ３変態点以上に線材を加熱してこれに均一オーステナイ ト組織を与え、次にマルチンサイト変態終点ＭＦ以下まで線材を急速に冷却する にあり、前記冷却速度は、９０％以上のマルチンサイトを含む組織をえるように 少なくとも１５０℃／秒に等しくする段階と、 ハ）次に拡散によって合金を形成する事のできる少なくとも２種の金属を線材上 に付着させ、鋼を基質とする被覆を形成する段階と、 ニ）次に最低０．３ＴＦ、最高０．５ＴＦの温度に線材を加熱し、拡散によって 前記付着金属の合金を形成し、また鋼については９０％以上の焼き戻しマルチン サイトを含有する組織を形成し、ＴＦはケルビン温度で表わした鋼の融点とする 段階と、 ホ）次に線材を０．３ＴＦ以下の温度まで冷却する段階と、 へ）次に線材に対して冷間圧延を実施し、冷間圧延に際しての線材温度は０．３ ＴＦ以下とし、またこの冷間圧延の変形率εは少なくとも１とする段階とを含む ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の線材の製造法。
7. ７．前記出発加工線材は最低０．２％、歳高０．５％の炭素含有量を存すること を特徴とする請求項６に記載の方法。
8. ８．前記鋼は下記の関係を満たすことを特徴とする請求項６または７のいずれか に記載の方法：０．３％≦Ｍｎ≦０．６％；０．１％≦Ｓｉ≦０．３％；Ｐ≦０ ．０２％；Ｓ≦０．０２％；Ａｌ≦０．０２％；Ｎ≦０．００６％。
9. ９．前記鋼は下記の関係を満たすことを特徴とする請求項８に記載の方法：Ｃｒ ≦０．０６％；Ｎｉ≦０．１５％；Ｃｕ≦０．１５％。
10. １０．出発加工線材は、最低４１％、最高７８％の初析フェライト含有量と、最 低２２％、最高５９％のパーライト含有量とを有することを特徴とする請求項６ 乃至９のいずれかに記載の方法。
11. １１．熱処理前の冷間圧延に際しての変形率εは、最低３．２、最高６に等しい ことを特徴とする請求項６乃至１０に記載の方法。
12. １２．熱処理後の最終冷間圧延に際しての変形率εは、最低３、最高５に等しい ことを特徴とする請求項６乃至１１に記載の方法。
13. １３．焼き入れ熱処理後に線材に対して実施される付着処理は銅と亜鉛の付着で あることを特徴とする請求項６乃至１２のいずれかに記載の方法。
14. １４．少なくとも一方の冷間圧延処理が少なくとも部分的に伸線によって実施さ れることを特徴とする請求項６乃至１３のいずれかに記載の方法。
15. １５．前記焼き入れ熱処理が少なくとも２５０℃／秒の冷却速度で実施されるこ とを特徴とする請求項６乃至１４のいずれかに記載の方法。
16. １６．焼き入れ熱処理が９０％以上のラス状マルテンサイトを含有する組織を線 材に与えることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. １７．請求項１乃至５のいずれかに記載の少なくとも１本の線材を含有する組立 体。
18. １８．請求項１乃至５のいずれかに記載の少なくとも１本の線材によって補強さ れた製品。
19. １９．請求項１７による少なくとも１つの組立体によって補強された製品。
20. ２０．タイヤ外皮であることを特徴とする請求項１８または１９のいずれかに記 載の製品。