JPH075992B2

JPH075992B2 - 高強度鋼線の製造方法

Info

Publication number: JPH075992B2
Application number: JP2072564A
Authority: JP
Inventors: 征雄落合; 浩大羽; 世紀西田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH03271329A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、スチールコード、Znめっき鋼撚線、PC鋼線、
つり橋用ケーブルなどに使用される高強度鋼線の製造方
法に関するものである。

（従来の技術）高強度鋼線の強度を上げる方策として、Ｃ含有率を上げ
ることは、安価で高い効果が得られるため工業的には最
も望ましい方法である。しかし、過共析領域、すなわ
ち、通常Ｃが0.9％を超える領域では、パテンティング
時に旧オーステナイト粒界に沿って脆い初析セメンタイ
トがネットワーク状に生成する。このため、伸線加工
時、初析セメンタイトに沿った粒界割れが発生しやすく
なり、高減面率の伸線加工は不可能となる。

従来、過共析鋼の伸線加工性を向上させる方法として、
熱処理ないしは合金元素の添加により初析セメンタイト
の生成を抑制する方法、あるいは伸線方法を工夫するこ
とにより、初析セメンタイト起因の延性劣化を防止する
方法が開発されている。

たとえば、特公昭56-8893号公報には、熱処理により組
織を粒状セメンタイトが分散したパーライト組織に変え
る方法が開示されている。これは、過共析鋼線をオース
テナイト化し、油焼き入れ処理してマルテンサイト組織
とした後、770〜930℃の温度領域に急速加熱して粒状セ
メンタイトを析出せしめ、目標加熱温度に到達後直ちに
535〜660℃の温度でパテンティング処理する方法であ
る。

この方法は、伸線加工限界を高める方法としては優れて
いるが、粒状化したセメンタイトは層状に発達したセメ
ンタイトと異なり、強化への寄与が小さい（パテンティ
ング後の強度が低く、伸線時の加工硬化も小さい）た
め、Ｃ含有率を高めた効果を生かすことができない。

本発明者らは、これまでに、合金元素の添加効果を利用
して初析セメンタイトの発生を抑制する方法を研究し、
特願平1-281825号および特願平1-76825号として出願し
ている。これらはいずれも、0.1〜0.3％のCrを添加する
ことを特徴としているが、これらによっても小量の初析
セメンタイトの生成は防止できない。

また、特開昭63-186852号公報には、５〜50ppmのREMお
よびCa,Mg,Ba,Srのうちの１種類以上を合計で５〜50ppm
添加する方法が開示されている。これらの元素はいずれ
も、硫化物と酸化物を同時に生成させる元素である。こ
れらの添加により生成したREM,Ca,Mg,Ba,Srを含む微細
な硫化物酸化物を核としてパーライト変態を促進させ、
マルテンサイトや初析セメンタイトの生成を抑制しよう
とする方法である。

しかし、この方法はこれらの微量元素の添加のみなら
ず、微細な硫化物酸化物を出現させるために、S,O,Alの
含有率も制御せねばならず、製造管理はきわめて複雑な
ものとなる。

一方、初析セメンタイトが存在しても伸線加工性が低下
せぬように、塑性加工面からの改善を行なった例として
は、伸線前にローラーダイス加工ないしは冷間圧延を行
なう方法が特開昭63-4016号公報に、また、ダイスのア
プローチ角を10度前後に下げて伸線する方法が、前記特
願平1-281825号に記載されている。

これらは、いずれも伸線加工時に鋼線中心部にかかる引
張り応力を軽減させることにより、初析セメンタイト起
因の内部クラックの発生を抑制しようとしたものであ
る。しかし、この方法が、効果を有するのは、生成した
初析セメンタイトの量が少なく、かつ、粒界に薄く存在
している場合、すなわち、Ｃが１％以下の場合や小量の
Cr添加により、初析セメンタイトの生成が抑制されてい
る場合に限られる。

一方、これらの方法は伸線機とは別に新たにローラーダ
イスや圧延機を装備せねばならないこと、また、ダイス
の管理を厳しくせねばならないことなど製造上の問題も
少なくない。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように、従来技術では、過共析鋼における粒
界初析セメンタイトの発生を完全に阻止することはでき
ない。

本発明の目的は、過共析鋼における粒界初析セメンタイ
トの生成を完全に阻止することにより、高減面率の伸線
加工を可能ならしめ、Ｃ含有率を高めた効果を十分生か
した高強度鋼線の製造技術を提供することにある。

（課題を解決するための手段および作用）本発明は、C:0.90〜1.25％、Si:0.15〜1.5％、Mn:0.3〜
1.0％、必要に応じて、Cr:0.1〜1.0％、およびV:0.02〜
0.30％の１種ないし２種、さらにAl,Ti,Nb,Zr,Bの１種
ないし２種以上をそれぞれ0.1％以下含有し、残余をFe
および不可避的不純物からなる鋼線を加熱してオーステ
ナイト化したのち、（１）式で規定される範囲の冷却速
度で400〜650℃に保持された冷媒中に焼き入れ、引き続
き該冷媒中で恒温変態を完了させることにより初析セメ
ンタイトを含まない微細パーライト組織とすることを特
徴とする高強度鋼線の製造方法である。

Ｙ≦0.16logX＋0.82 （１）ただし、Ｙは鋼のＣ含有率（％）、Ｘは冷却速度（℃/s
ec）を示す。

以下に、本発明を詳細に説明する。

本発明者らは、過共析鋼の伸線加工性を改善すべく多く
の実験を行ない、以下に示すように、オーステナイト化
温度からの冷却条件を選ぶことにより、初析セメンタイ
トの生成を阻止できるという新たな知見を得た。

すなわち、本発明者らは、第１表に示す組成の真空溶解
鋼を熱間圧延した線材より、直径3mm、高さ10mmの円柱
状試料を製作し、これをArガス中で950〜1000℃に誘導
加熱してオーステナイト化したのち、種々の冷却速度で
連続冷却した。

冷却後の試料を研磨し、JIS G0551に規定された方法で
エッチングしたのち、光学顕微鏡により初析セメンタイ
トの生成状況を調べた。

また、粒界の薄いフィルム状セメンタイトの生成状況
は、研磨後の試料をピクラールでエッチングしたのち、
走査型電子顕微鏡をもちいて観察した。

第１図に、初析セメンタイトの発生限界とＣ含有率なら
びに冷却速度の関係を示す。

このように、初析セメンタイトの生成はＣ含有率以外に
冷却速度にも依存し、同一Ｃ含有率でも冷却速度を上げ
ることによりその生成を防ぐことができる。

第１図より、初析セメンタイトの発生しない条件を鋼の
Ｃ含有率とオーステナイト域からの冷却速度で表すと、
次式（１）のようになる。

高強度鋼線の実際のパテンティングにおいては、連続冷
却ではパーライト変態時間が不足するため、鉛パテンテ
ィングないしは流動層パテンティング処理を行ない、微
細パーライトに恒温変態させる必要がある。

その際、冷媒である溶融鉛や流動層の温度を制御して、
鋼線の冷却速度を（１）式を満足する範囲に選択すれ
ば、初析セメンタイトの発生を完全に防止することが可
能である。しかし、冷媒温度が400℃未満では、鋼線表
層にベイナイトが生成し、伸線可能限界が低下する。ま
た、650℃を超えると、パーライトの層状構造が崩れ、
このため、強度、伸線加工限界ともに低下する。したが
って、冷媒温度は400〜650℃とする。

なお、冷却槽内の温度は均一である必要はない。すなわ
ち、（１）式の冷却速度を得るために、赤熱した鋼線が
進入する側の冷媒温度は低く設定し、その他の部分の温
度は、鋼組成に応じて微細な層状パーライトが得られる
温度に保持すべきである。このような目的のためには、
冷却槽は傾斜加熱できるような構造が望ましく、さらに
は、複数の冷却帯に分割された冷却槽を採用すればなお
良い。

次に、本発明の成分限定理由について説明する。

Ｃは強度を上げるための有効かつ経済的な元素であり、
本発明の最も重要な元素の一つである。Ｃ含有率を上げ
るに伴ない、パテンティング後の強度ならびに伸線時の
加工硬化量が増大する。したがって、伸線加工により高
強度鋼線を得るためには、Ｃ含有量は高い方が有利であ
り、本発明では、0.90％以上とする。一方、Ｃ含有率が
1.25％を超えた場合、（１）式が示すように、初析セメ
ンタイトの発生を防止するために必要な冷却速度は480
℃/secを超えるため、工業的に実現が困難となる。した
がって、Ｃ含有率の上限は1.30％とする。

Siは脱酸剤として0.15％以上添加する。一方、Siは合金
元素として、フェライトに固溶して顕著な固溶強化作用
を示す。また、フェライト中のSiは伸線後の溶融亜鉛め
っきやブルーイング時の強度低下を低減させる効果を有
するため、高強度鋼線の製造には不可欠な元素である。
しかし、1.5％を超えると、伸線後の鋼線の延性が低下
するため、1.5％を上限とする。

Mnも脱酸剤として0.3％以上添加する。また、Mnは焼入
れ性向上効果が大きいため、線径が大きい場合には、Mn
含有率を上げることにより断面内の均一性を高めること
が可能であり、伸線後の鋼線の延性向上に有効である。
しかし、1.0％を超えると、中心偏析部にマルテンサイ
トが生成し、伸線加工性が劣化するため、1.0％を上限
とする。

Crはパーライトのラメラー間隔を低減し、鋼線の強度と
伸線加工性を向上させるため、必要に応じて0.1％以上
添加する。0.1％未満ではその効果が十分でなく、一
方、1.0％を超えると変態に要する時間が長くなり、生
産性が著しく低下するため、1.0％を上限とする。

ＶはMnと同様、焼入れ性を向上させるが、一方、炭化物
を形成して析出硬化によりパーライトを強化する。この
目的のため、必要に応じて0.02％以上添加する。しか
し、Ｖ添加によりパーライト変態が遅れ、マルテンサイ
トやベイナイトが生成し易くなるため、さらには、Ｖ炭
化物の析出硬化作用が飽和するため0.3％を上限とす
る。

以上の強化元素に加えて、必要に応じてAl,Ti,Nb,Zr,B
の１種ないし２種以上を0.1％以下添加する。これらの
元素はいずれも窒化物や炭化物を生成しやすく、このた
め、オーステナイト粒を細粒化する傾向が強い。パテン
ティング後の鋼線の絞り値を高め、伸線加工性を向上さ
せるためにはオーステナイト粒の微細化が効果的であ
る。

従って、つり橋用ケーブルワイヤなどを製造する場合に
は、これら窒化物、炭化物形成元素を添加することによ
り好ましい結果が得られる。しかし、0.1％を超えて添
加しても、その効果は飽和するばかりか、非金属介在物
が増加するため、0.1％を上限とする。

（実施例−１）以下、400kgf/mm²以上の引張強さを有する細線の製造結
果について説明する。

第２表に示す化学成分の直径2.4mmの鋼線を、鉛パテン
ティング後伸線して0.4mmの細線を製造した。

第３表にパテンティング条件、パテンティング後の特
性、および伸線後の細線の特性を示す。

Ｃ含有率が0.86％（A-1鋼）では、目標強度が得られ
ず、一方、1.35％（A-4鋼）では、冷却速度不足のため
初析セメンタイトが生成し、伸線できなかった。同様
に、Ｃ含有率が1.20％（A-3鋼）でも、第３表に示すよ
うに、冷却速度が20℃/secと（１）式を満足しない場
合、初析セメンタイトが生成し、伸線後の捻回値が低下
したため、目標とする細線の製造はできなかった。Ｂ添
加鋼（A-3鋼）は、非添加鋼（A-2鋼）にくらべて、パテ
ンティング後の絞り値が高く、また、伸線後の捻回値も
高い。従来法は、特願平1-281825号に記載された方法で
ある。

本発明法で製造された細線は、いずれも400kgf/mm²以上
の強度を有し、従来法で製造されたものにくらべて、強
度が高く、延性、特に捻回値に優れている。

（実施例−２）以下、つり橋や斜張橋を支持する高強度亜鉛めっき鋼線
の製造結果について説明する。

第４表に鋼線の化学成分を示す。

B-1からB-4の各鋼は、直径7mm、引張強さ200kgf/mm²以
上の鋼線の製造を目的とし、また、C-1からC-4の各鋼
は、直径5mm、引張強さ220kgf/mm²以上の鋼線の製造を
目的としている。また、従来法は、いずれも特願平1-76
825号に記載された方法である。

第５表に示すように、直径13mmおよび11mmの鋼線を鉛パ
テンティングした後、目標とする線径まで伸線後溶融亜
鉛めっきを施した。Si含有率の増加により強度は増大す
るが、1.61％（B-3鋼）では延性不足となり、めっき鋼
線の捻回値は低下した。一方、Mnが1.08％（C-3鋼）の
場合も、中心偏析部に生成したマルテンサイトにより、
めっき鋼線の捻回値は著しく低下した。また、第５表
で、B-1鋼を用い、鉛浴温度375℃でパテンティングした
ものは変態時間が不足し、マルテンサイトが生成したた
め、めっき鋼線の捻回値は大幅に低下した。

以上のように、本発明法により溶融亜鉛めっき鋼線を製
造すれば、従来法では得られなかった高強度鋼線、すな
わち、強度が約20kgf/mm²高く、かつ、一段と捻回特性
の優れた鋼線を得ることができる。

（実施例−３）以下、高強度亜鉛めっき鋼撚線（ACSR用鋼線）の製造結
果について説明する。

第６表に鋼線の化学成分を示す。

D-1からD-5までの各鋼は直径2.8mm、また、E-1からE-5
までの各鋼は直径2.0mmの、それぞれ引張強さ240kgf/mm
²以上の高強度鋼線の製造を目的としている。10mmおよ
び7mmの鋼線を流動層パテンティング後、目標線径まで
伸線し、その後、溶融亜鉛めっきを行なった。

第７表に結果を示す。

Cr含有量は0.06％（D-1鋼）では、その効果が小さく、
目標強度が得られない。一方、1.11％（D-4鋼）では、
変態時間不足のためパテンティング組織にマルテンサイ
トが発生したため、断線が頻発し、伸線は不可能であっ
た。従来法（D-5鋼）は、特開昭63-4016号公報に開示さ
れた方法であり、ローラーダイス伸線後、通常の伸線を
行なったものである。また、従来法（E-5鋼）は、特開
昭63-186852号公報に開示された方法である。

第７表にみるように、従来法で達成できる強度は220kgf
/mm²級であるが、本発明法によれば240kgf/mm²級の製造
が可能であり、さらに、初析セメンタイトの生成が完全
に抑制されているために、高強度化されているにもかか
わらず、捻回特性は逆に向上している。

（発明の効果）以上に説明したように、本発明法によれば、従来より強
度が高く、かつ、捻回特性に優れたスチールコード、AC
SR用鋼線、つり橋用ケーブル、PC鋼線などの高強度鋼線
を製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は初析セメンタイトの発生限界とＣ含有率ならび
に冷却速度の関係を示す図表である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で C :0.90〜1.25％、 Si:0.15〜1.5％、 Mn:0.3〜1.0％、残余をFeおよび不可避的不純物からなる鋼線を加熱して
オーステナイト化したのち、（１）式で規定される範囲
の冷却速度で400〜650℃に保持された冷媒中に焼き入
れ、引き続き該冷媒中で恒温変態を完了させることによ
り初析セメンタイトを含まない微細パーライト組織とす
ることを特徴とする高強度鋼線の製造方法。Ｙ≦0.16logX＋0.82 （１）ただし、Ｙは鋼のＣ含有率（％）、Ｘは冷却速度（℃/s
ec）を示す。
【請求項２】重量比で Cr:0.1〜1.0％、 V :0.02〜0.30％の１種ないし２種、さらにAl,Ti,Nb,Zr,Bの１種ないし２種以上をそれぞれ
0.1％以下含有する請求項１記載の高強度鋼線の製造方
法。