(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024011728
(43)【公開日】2024-01-25
(54)【発明の名称】線材
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20240118BHJP
C22C 38/16 20060101ALI20240118BHJP
C22C 38/54 20060101ALI20240118BHJP
C21D 8/06 20060101ALN20240118BHJP
【FI】
C22C38/00 301Y
C22C38/16
C22C38/54
C21D8/06 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022113971
(22)【出願日】2022-07-15
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001553
【氏名又は名称】アセンド弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】福地 考平
(72)【発明者】
【氏名】根石 豊
(72)【発明者】
【氏名】堀本 雅之
(72)【発明者】
【氏名】坂本 昌
(72)【発明者】
【氏名】宮▲崎▼ 照久
(72)【発明者】
【氏名】寺畑 利美
【テーマコード(参考)】
4K032
【Fターム(参考)】
4K032AA01
4K032AA02
4K032AA06
4K032AA07
4K032AA08
4K032AA09
4K032AA11
4K032AA14
4K032AA16
4K032AA19
4K032AA21
4K032AA22
4K032AA23
4K032AA26
4K032AA27
4K032AA29
4K032AA31
4K032AA35
4K032AA36
4K032AA37
4K032AA39
4K032AA40
4K032BA02
4K032CA01
4K032CA02
4K032CE02
(57)【要約】
【課題】ブリスターの発生を抑制可能な線材を提供する。
【解決手段】線材は、化学組成が、質量%で、C:0.70~1.20%、Si:0.10~1.00%、Mn:0.10~1.00%、P:0.020%以下、S:0.020%以下、Al:0.005超~0.080%、N:0.0010~0.0100%、Cu:0.010~0.500%、Ni:0.010~0.500%、Sn:0.003~0.100%、及び、O:0.0030%以下、を含有し、残部はFe及び不純物からなり、線材の表層でのCu含有量の指標を[Cu]Sとし、Sn含有量の指標を[Sn]Sとし、線材の内部のCu含有量の指標を[Cu]Bとし、Sn含有量の指標を[Sn]Bとしたとき、式(1)を満たす。
([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)>1.10 (1)
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
線材であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.70~1.20%、
Si:0.10~1.00%、
Mn:0.10~1.00%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005超~0.080%、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0030%以下、を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
前記線材の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記線材の表面位置から径方向に100μm深さ位置までの線分観察区域において、前記線分観察区域の前記表面位置から前記100μm深さ位置まで1μm間隔の101点の分析位置で電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた101個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Sと定義し、求めた101個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Sと定義し、
前記線材の軸方向に垂直な前記円形断面のうち、前記円形断面の中心を含み、1辺が10μmの正方形観察区域において、前記正方形観察区域を1辺が1μmの微小正方形に区画したときの前記各微小正方形の頂点に相当する121個の分析位置で前記電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた121個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Bと定義し、求めた121個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Bと定義したとき、式(1)を満たす、
線材。
([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)>1.10 (1)
【請求項2】
線材であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.70~1.20%、
Si:0.10~1.00%、
Mn:0.10~1.00%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005超~0.080%、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0030%以下、を含有し、
さらに、第1群及び第2群からなる群から選択される1種以上を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
前記線材の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記線材の表面位置から径方向に100μm深さ位置までの線分観察区域において、前記線分観察区域の前記表面位置から前記100μm深さ位置まで1μm間隔の101点の分析位置で電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた101個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Sと定義し、求めた101個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Sと定義し、
前記線材の軸方向に垂直な前記円形断面のうち、前記円形断面の中心を含み、1辺が10μmの正方形観察区域において、前記正方形観察区域を1辺が1μmの微小正方形に区画したときの前記各微小正方形の頂点に相当する121個の分析位置で前記電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた121個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Bと定義し、求めた121個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Bと定義したとき、式(1)を満たす、
線材。
[第1群]
Cr:0.50%以下、
Co:0.50%以下、
Mo:0.20%以下、
B:0.005%以下、
W:0.20%以下、
Ti:0.10%以下、
Nb:0.10%以下、及び、
V:0.10%以下、からなる群から選択される1種以上
[第2群]
Ca:0.0050%以下、
Mg:0.0050%以下、
Zr:0.010%以下、及び、
希土類元素:0.0050%以下、からなる群から選択される1種以上
([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)>1.10 (1)
【請求項3】
請求項2に記載の線材であって、
前記第1群を含有する、
線材。
【請求項4】
請求項2に記載の線材であって、
前記第2群を含有する、
線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、線材に関する。
【背景技術】
【0002】
ビードワイヤー、スチールコード及びワイヤロープ等には硬鋼線が用いられる。硬鋼線は、線材又は熱処理(パテンティング処理)された鋼線を素材として、伸線加工処理を施して製造される。伸線加工処理後、ブルーイングや亜鉛めっきを施す場合もある。硬鋼線のうち細いものはさらに、中間パテンティングやブラスめっきを施してもよい。
【0003】
硬鋼線の素材となる線材の表面には、酸化スケールが形成されている。線材の表面に形成されている酸化スケールは、保管中又は運搬中の線材に錆が発生するのを抑制する。
【0004】
しかしながら、線材の表面に形成されている酸化スケールの一部に、ブリスターと呼ばれる膨らみが多数発生する場合がある。ブリスターが発生すると、ブリスター部分の酸化スケールが、保管中又は運搬中に割れやすく、剥離しやすい。ブリスター部分の酸化スケールが割れたり剥離したりすると、その領域には赤錆が発生する。赤錆は伸線加工処理前の脱スケール処理でも除去しにくい。そのため、赤錆に起因して、線材の伸線加工性が低下する。
【0005】
このような線材のブリスターの発生を抑制する技術が、特開2000-239796号公報(特許文献1)に提案されている。
【0006】
特許文献1に開示された線材は、質量%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、及び、Y:0.0005~0.02%を含有し、さらに、Ce、La、Nd及びPrのうちの1種以上を前記Yの含有量と合わせて合計で0.0005~0.02%を含有し、残部がFe及び不純物からなる。この線材では、上述の化学組成とすることにより、ブリスターの発生が抑制できる、と特許文献1には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献1に提案された線材では、ブリスターの発生を抑制でき得る。しかしながら、他の技術により、線材の酸化スケールにブリスターが発生するのを抑制できてもよい。
【0009】
本発明の目的は、ブリスターの発生を抑制可能な線材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明による線材は、
化学組成が、質量%で、
C:0.70~1.20%、
Si:0.10~1.00%、
Mn:0.10~1.00%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005超~0.080%、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0030%以下、を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
前記線材の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記線材の表面位置から径方向に100μm深さ位置までの線分観察区域において、前記線分観察区域の前記表面位置から前記100μm深さ位置まで1μm間隔の101点の分析位置で電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた101個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Sと定義し、求めた101個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Sと定義し、
前記線材の軸方向に垂直な前記円形断面のうち、前記円形断面の中心を含み、1辺が10μmの正方形観察区域において、前記正方形観察区域を1辺が1μmの微小正方形に区画したときの前記各微小正方形の頂点に相当する121個の分析位置で前記電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた121個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Bと定義し、求めた121個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Bと定義したとき、式(1)を満たす。
([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)>1.10 (1)
【0011】
本発明による線材は、
化学組成が、質量%で、
C:0.70~1.20%、
Si:0.10~1.00%、
Mn:0.10~1.00%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005超~0.080%、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0030%以下、を含有し、
さらに、第1群及び第2群からなる群から選択される1種以上を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
前記線材の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記線材の表面位置から径方向に100μm深さ位置までの線分観察区域において、前記線分観察区域の前記表面位置から前記100μm深さ位置まで1μm間隔の101点の分析位置で電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた101個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Sと定義し、求めた101個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Sと定義し、
前記線材の軸方向に垂直な前記円形断面のうち、前記円形断面の中心を含み、1辺が10μmの正方形観察区域において、前記正方形観察区域を1辺が1μmの微小正方形に区画したときの前記各微小正方形の頂点に相当する121個の分析位置で前記電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた121個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Bと定義し、求めた121個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Bと定義したとき、式(1)を満たす。
[第1群]
Cr:0.50%以下、
Co:0.50%以下、
Mo:0.20%以下、
B:0.005%以下、
W:0.20%以下、
Ti:0.10%以下、
Nb:0.10%以下、及び、
V:0.10%以下、からなる群から選択される1種以上
[第2群]
Ca:0.0050%以下、
Mg:0.0050%以下、
Zr:0.010%以下、及び、
希土類元素:0.0050%以下、からなる群から選択される1種以上
([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)>1.10 (1)
【発明の効果】
【0012】
本発明の線材は、ブリスターの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】
図1は、線材の軸方向に垂直な断面図である。
【
図2】
図2は、
図1の円形断面のうち線分観察区域を含む領域の拡大図である。
【
図3】
図3は、
図1の円形断面のうち正方形観察区域を含む領域の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明者らは、表面に形成される酸化スケールにおいてブリスターの発生を抑制可能な線材について、化学組成の観点から検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
【0015】
Cu及びSnは、仕上げ圧延後に線材表面に生成する酸化スケールの密着性を高める。酸化スケールの線材表面に対する密着性が高まれば、酸化スケールの一部が線材表面から離れることを抑制できる。その結果、酸化スケールにおいてブリスターの発生が抑制される。
【0016】
しかしながら、Cu及びSnは高温域で赤熱脆化を引き起こす。そのため、線材にCu及びSnを含有する場合、熱間加工工程で赤熱脆化に起因した割れ(粒界割れ)が発生しやすくなる。Niはこのような赤熱脆化を抑制する作用を有する。したがって、ブリスターの発生を抑制するためにCu、Snを含有し、さらに、Cu及びSnの含有による赤熱脆化を抑制するためにNiを含有することが有効である。
【0017】
以上の知見に基づいて、本発明者らは、線材の化学組成を検討した。その結果、化学組成が、質量%で、C:0.70~1.20%、Si:0.10~1.00%、Mn:0.10~1.00%、P:0.020%以下、S:0.020%以下、Al:0.005超~0.080%、N:0.0010~0.0100%、Cu:0.010~0.500%、Ni:0.010~0.500%、Sn:0.003~0.100%、及び、O:0.0030%以下、を含有し、任意元素を含有する場合はさらに、Feの一部に代えて、上述の第1群及び第2群からなる群から選択される1種以上を含有し、残部はFe及び不純物からなる線材であれば、ブリスターの発生を抑制でき、かつ、熱間加工での割れの発生も抑制できると考えた。
【0018】
しかしながら、上述の化学組成を満たす線材であっても、依然として、ブリスターの発生を十分に抑制できない場合があった。そこで、本発明者らは、上記化学組成を満たす線材において、ブリスターの発生を抑制する手段について、さらに検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
【0019】
上述のとおり、Cu含有量及びSn含有量を高めれば、酸化スケールの線材表面に対する密着性が高まるものの、赤熱脆化に起因した熱間加工割れが発生しやすくなる。したがって、Cu含有量及びSn含有量をさらに高めることは有効ではない。一方、上述の化学組成を満たせば、赤熱脆化に起因した熱間加工割れの発生は抑制できる。さらに、酸化スケールの密着性を高めるのであれば、線材の表層においてCu含有量及びSn含有量を高めればよく、線材内部のCu含有量及びSn含有量は酸化スケールの密着性に関係しない。
【0020】
そこで、本発明者らは、ブリスターの発生を抑制するために、線材全体でのCu含有量及びSn含有量を高めるのではなく、線材中の表層でCu及びSnを濃化させることにより、ブリスターの発生を抑制できると考えた。そこで、本発明者らは、線材の内部でのCu含有量及びSn含有量に対して、線材表層のCu含有量及びSn含有量を高めることを試みた。その結果、線材の表層でのCu含有量の指標である[Cu]Sと、表層でのSn含有量の指標である[Sn]Sと、線材の内部でのCu含有量の指標である[Cu]Bと、内部でのSn含有量の指標である[Sn]Bとが、式(1)を満たせば、熱間加工割れの発生を抑制しつつ、ブリスターの発生を十分に抑制可能であることを見出した。
([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)>1.10 (1)
【0021】
本実施形態の線材は以上の技術思想により完成したものであり、次の構成を有する。
【0022】
[1]
線材であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.70~1.20%、
Si:0.10~1.00%、
Mn:0.10~1.00%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005超~0.080%、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0030%以下、を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
前記線材の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記線材の表面位置から径方向に100μm深さ位置までの線分観察区域において、前記線分観察区域の前記表面位置から前記100μm深さ位置まで1μm間隔の101点の分析位置で電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた101個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Sと定義し、求めた101個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Sと定義し、
前記線材の軸方向に垂直な前記円形断面のうち、前記円形断面の中心を含み、1辺が10μmの正方形観察区域において、前記正方形観察区域を1辺が1μmの微小正方形に区画したときの前記各微小正方形の頂点に相当する121個の分析位置で前記電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた121個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Bと定義し、求めた121個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Bと定義したとき、式(1)を満たす、
線材。
([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)>1.10 (1)
【0023】
[2]
線材であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.70~1.20%、
Si:0.10~1.00%、
Mn:0.10~1.00%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005超~0.080%、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0030%以下、を含有し、
さらに、第1群及び第2群からなる群から選択される1種以上を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
前記線材の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記線材の表面位置から径方向に100μm深さ位置までの線分観察区域において、前記線分観察区域の前記表面位置から前記100μm深さ位置まで1μm間隔の101点の分析位置で電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた101個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Sと定義し、求めた101個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Sと定義し、
前記線材の軸方向に垂直な前記円形断面のうち、前記円形断面の中心を含み、1辺が10μmの正方形観察区域において、前記正方形観察区域を1辺が1μmの微小正方形に区画したときの前記各微小正方形の頂点に相当する121個の分析位置で前記電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して前記各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた121個の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]Bと定義し、求めた121個の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]Bと定義したとき、式(1)を満たす、
線材。
[第1群]
Cr:0.50%以下、
Co:0.50%以下、
Mo:0.20%以下、
B:0.005%以下、
W:0.20%以下、
Ti:0.10%以下、
Nb:0.10%以下、及び、
V:0.10%以下、からなる群から選択される1種以上
[第2群]
Ca:0.0050%以下、
Mg:0.0050%以下、
Zr:0.010%以下、及び、
希土類元素:0.0050%以下、からなる群から選択される1種以上
([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)>1.10 (1)
【0024】
[3]
[2]に記載の線材であって、
前記第1群を含有する、
線材。
【0025】
[4]
[2]又は[3]に記載の線材であって、
前記第2群を含有する、
線材。
【0026】
以下、本実施形態による線材について詳述する。
なお、元素に関する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。
【0027】
[本実施形態の線材の特徴]
本実施形態の線材は、次の特徴を含む。
(特徴1)
化学組成が、本実施形態に記載の範囲を満たす。
(特徴2)
線材の軸方向に垂直な円形断面のうち、線材の表面位置から径方向に100μm深さ位置までの線分観察区域において、線分観察区域の表面位置から100μm深さ位置まで1μm間隔の101点の分析位置で電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた101個のCu含有量の算術平均値を[Cu]Sと定義し、求めた101個のSn含有量の算術平均値を[Sn]Sと定義し、
線材の軸方向に垂直な前記円形断面のうち、円形断面の中心を含み、1辺が10μmの正方形観察区域において、正方形観察区域を1辺が1μmの微小正方形に区画したときの各微小正方形の頂点に相当する121個の分析位置で電子線マイクロアナライザによる元素分析を実施して各分析位置でのCu含有量及びSn含有量を求め、求めた121個のCu含有量の算術平均値を[Cu]Bと定義し、求めた121個のSn含有量の算術平均値を[Sn]Bと定義したとき、式(1)を満たす。
([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)>1.10 (1)
以下、各特徴について説明する。
【0028】
[(特徴1)化学組成について]
本実施形態の線材の化学組成は、次の元素を含有する。
【0029】
C:0.70~1.20%
炭素(C)は、線材の強度を高める。C含有量が0.70%未満である場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、C含有量が1.20%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、初析セメンタイトが過剰に生成する。この場合、線材の伸線加工性が低下する。さらに、伸線加工後の鋼線の靱性及び延性が低下する。
したがって、C含有量は0.70~1.20%である。
C含有量の好ましい下限は0.74%であり、さらに好ましくは0.78%であり、さらに好ましくは0.82%である。
C含有量の好ましい上限は1.16%であり、さらに好ましくは1.12%であり、さらに好ましくは1.08%である。
【0030】
Si:0.10~1.00%
シリコン(Si)は線材の強度を高める。Siはさらに、線材の製造工程中の製鋼工程において、鋼を脱酸する。Si含有量が0.10%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Si含有量が1.00%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材内でSiが偏析する。この場合、Siが偏析した領域にベイナイトが生成し、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、Si含有量は0.10~1.00%である。
Si含有量の好ましい下限は0.15%であり、さらに好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.25%である。
Si含有量の好ましい上限は0.95%であり、さらに好ましくは0.90%であり、さらに好ましくは0.85%である。
【0031】
Mn:0.10~1.00%
マンガン(Mn)は、鋼材の焼入れ性を高め、線材の強度を高める。Mnはさらに、鋼材中のSを固定して、熱間加工性を高める。Mn含有量が0.10%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Mn含有量が1.00%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材内にMnが偏析する。この場合、Mnが偏析した領域にベイナイトが生成し、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、Mn含有量は0.10~1.00%である。
Mn含有量の好ましい下限は0.15%であり、さらに好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.25%である。
Mn含有量の好ましい上限は0.95%であり、さらに好ましくは0.90%であり、さらに好ましくは0.85%である。
【0032】
P:0.020%以下
燐(P)は不純物である。P含有量が0.020%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Pが粒界に偏析する。そのため、粒界が脆化して線材の伸線加工性が低下する。
したがって、P含有量は0.020%以下である。
P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、P含有量の過剰な低減は、製造コストを高くする。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、P含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.003%であり、さらに好ましくは0.005%である。
P含有量の好ましい上限は0.018%であり、さらに好ましくは0.016%であり、さらに好ましくは0.014%である。
【0033】
S:0.020%以下
硫黄(S)は不純物である。S含有量が0.020%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Sが粒界に偏析する。さらに、粗大なMnSが過剰に生成する。そのため、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、S含有量は0.020%以下である。
S含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、S含有量の過剰な低減は、製造コストを高くする。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、S含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.003%である。
S含有量の好ましい上限は0.018%であり、さらに好ましくは0.016%であり、さらに好ましくは0.014%である。
【0034】
Al:0.005超~0.080%
アルミニウム(Al)は、脱酸材として機能する。Al含有量が0.005%以下であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Al含有量が0.080%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が過剰に生成する。この場合、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、Al含有量は0.005超~0.080%である。
Al含有量の好ましい下限は0.008%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.015%である。
Al含有量の好ましい上限は0.075%であり、さらに好ましくは0.070%であり、さらに好ましくは0.065%である。
【0035】
N:0.0010~0.0100%
窒素(N)は、線材を伸線加工するときに、転位を固着して伸線加工後の鋼線の強度を高める。N含有量が0.0010%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、N含有量が0.0100%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材中に窒化物が過剰に生成する。この場合、線材の伸線加工性を低下する。
したがって、N含有量は0.0010~0.0100%である。
N含有量の好ましい下限は0.0015%であり、さらに好ましくは0.0020%であり、さらに好ましくは0.0025%である。
N含有量の好ましい上限は0.0090%であり、さらに好ましくは0.0080%であり、さらに好ましくは0.0070%である。
【0036】
Cu:0.010~0.500%
銅(Cu)は、線材表面に対する酸化スケールの密着性を高める。Cu含有量が0.010%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Cu含有量が0.500%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であってもCuが粒界に偏析して赤熱脆化が発生する。この場合、線材の熱間加工性が低下する。
したがって、Cu含有量は0.010~0.500%である。
Cu含有量の好ましい下限は0.012%であり、さらに好ましくは0.030%であり、さらに好ましくは0.040%である。
Cu含有量の好ましい上限は0.490%であり、さらに好ましくは0.480%であり、さらに好ましくは0.450%である。
【0037】
Ni:0.010~0.500%
ニッケル(Ni)は、Cu及びSnに起因した赤熱脆化を抑制する。Niはさらに、熱間加工時に生じるフェライト脱炭を抑制し、線材の強度の低下を抑制する。Ni含有量が0.010%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ni含有量が0.500%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材のスケールが剥離しにくくなり、十分な脱スケール性が得られない。
したがって、Ni含有量は0.010~0.500%である。
Ni含有量の好ましい下限は0.012%であり、さらに好ましくは0.030%であり、さらに好ましくは0.040%である。
Ni含有量の好ましい上限は0.490%であり、さらに好ましくは0.480%であり、さらに好ましくは0.450%である。
【0038】
Sn:0.003~0.100%
すず(Sn)は、線材表面に対する酸化スケールの密着性を高める。Snはさらに、熱間加工時に生じるフェライト脱炭を抑制し、線材の強度の低下を抑制する。Sn含有量が0.003%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Sn含有量が0.100%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Snが粒界に偏析して赤熱脆化が発生する。この場合、線材の熱間加工性が低下する。
したがって、Sn含有量は0.003~0.100%である。
Sn含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.015%である。
Sn含有量の好ましい上限は0.095%であり、さらに好ましくは0.090%であり、さらに好ましくは0.085%である。
【0039】
O:0.0030%以下
酸素(O)は不純物である。O含有量が0.0030%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材中に粗大な酸化物が生成し、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、O含有量は0.0030%以下である。
O含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、O含有量の過剰な低減は、製造コストを高くする。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、O含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
O含有量の好ましい上限は0.0025%であり、さらに好ましくは0.0020%である。
【0040】
本実施形態による線材の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、化学組成における不純物とは、線材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、意図せずに含有されるものであり、本実施形態による線材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【0041】
[任意元素(Optional Elements)について]
本実施形態の線材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、第1群及び第2群からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。
[第1群]
Cr:0.50%以下、
Co:0.50%以下、
Mo:0.20%以下、
B:0.005%以下、
W:0.20%以下、
Ti:0.10%以下、
Nb:0.10%以下、及び、
V:0.10%以下、からなる群から選択される1種以上
[第2群]
Ca:0.0050%以下、
Mg:0.0050%以下、
Zr:0.010%以下、及び、
希土類元素:0.0050%以下、からなる群から選択される1種以上
以下、これらの任意元素について説明する。
【0042】
[第1群:Cr、Co、Mo、B、W、Ti、Nb及びV]
本実施形態の線材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、上述の第1群を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の焼入れ性を高める。以下、第1群の各元素について説明する。
【0043】
Cr:0.50%以下
クロム(Cr)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cr含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Cr含有量が0%超である場合、Crは線材の焼入れ性を高め、線材の強度を高める。Crが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Cr含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材内にCrが偏析する。この場合、Crが偏析した領域にベイナイトが生成し、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、Cr含有量は0~0.50%であり、含有される場合、0.50%以下である。
Cr含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。
Cr含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.35%である。
【0044】
Co:0.50%以下
コバルト(Co)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Co含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Co含有量が0%超である場合、Coは線材の焼入れ性を高め、線材の強度を高める。Coが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Co含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材の硬さが過剰に硬くなり、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、Co含有量は0~0.50%であり、含有される場合、0.50%以下である。
Co含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。
Co含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.35%である。
【0045】
Mo:0.20%以下
モリブデン(Mo)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Mo含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Mo含有量が0%超である場合、Moは線材の焼入れ性を高め、線材の強度を高める。Moが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Mo含有量が0.20%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材の製造工程において、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Mo含有量は0~0.20%であり、含有される場合、0.20%以下である。
Mo含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Mo含有量の好ましい上限は0.18%であり、さらに好ましくは0.16%であり、さらに好ましくは0.14%である。
【0046】
B:0.005%以下
ボロン(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、B含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、B含有量が0%超である場合、Bは線材の焼入れ性を高め、線材の強度を高める。Bが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、B含有量が0.005%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材の製造工程において、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、B含有量は0~0.005%であり、含有される場合、0.005%以下である。
B含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。
B含有量の好ましい上限は0.004%であり、さらに好ましくは0.003%である。
【0047】
W:0.20%以下
タングステン(W)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、W含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、W含有量が0%超である場合、Wは線材の焼入れ性を高め、線材の強度を高める。Wが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、W含有量が0.20%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材の製造工程において、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、W含有量は0~0.20%であり、含有される場合、0.20%以下である。
W含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.05%である。
W含有量の好ましい上限は0.18%であり、さらに好ましくは0.16%であり、さらに好ましくは0.14%である。
【0048】
Ti:0.10%以下
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ti含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Ti含有量が0%超である場合、Tiは線材の焼入れ性を高め、線材の強度を高める。Tiが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ti含有量が0.10%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材の製造工程において、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ti含有量は0~0.10%であり、含有される場合、0.10%以下である。
Ti含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。
Ti含有量の好ましい上限は0.09%であり、さらに好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.07%である。
【0049】
Nb:0.10%以下
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Nb含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Nb含有量が0%超である場合、Nbは線材の焼入れ性を高め、線材の強度を高める。Nbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Nb含有量が0.10%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材の製造工程において、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Nb含有量は0~0.10%であり、含有される場合、0.10%以下である。
Nb含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。
Nb含有量の好ましい上限は0.09%であり、さらに好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.07%である。
【0050】
V:0.10%以下
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、V含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、V含有量が0%超である場合、Vは線材の焼入れ性を高め、線材の強度を高める。Vが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、V含有量が0.10%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、V含有量は0~0.10%であり、含有される場合、0.10%以下である。
V含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。
V含有量の好ましい上限は0.09%であり、さらに好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.07%である。
【0051】
[第2群:Ca、Mg、Zr及び希土類元素(REM)]
本実施形態の線材の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、上述の第2群を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、線材の延性を高める。
【0052】
Ca:0.0050%以下
カルシウム(Ca)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ca含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Ca含有量が0%超である場合、Caは硬質なアルミナ系介在物を低減し、線材の延性を高める。Caが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ca含有量が0.0050%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が生成して、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、Ca含有量は0~0.0050%であり、含有される場合、0.0050%以下である。
Ca含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0008%である。
Ca含有量の好ましい上限は0.0045%であり、さらに好ましくは0.0040%であり、さらに好ましくは0.0035%である。
【0053】
Mg:0.0050%以下
マグネシウム(Mg)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Mg含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Mg含有量が0%超である場合、Mgは微細な酸化物を形成する。微細な酸化物は、線材の組織を微細化し、線材の延性を高める。Mgが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Mg含有量が0.0050%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が生成して、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、Mg含有量は0~0.0050%であり、含有される場合、0.0050%以下である。
Mg含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0008%である。
Mg含有量の好ましい上限は0.0045%であり、さらに好ましくは0.0040%であり、さらに好ましくは0.0035%である。
【0054】
Zr:0.010%以下
ジルコニウム(Zr)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Zr含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、Zr含有量が0%超である場合、Zrは微細な酸化物を形成する。微細な酸化物は、線材の組織を微細化し、線材の延性を高める。Zrが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Zr含有量が0.010%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が生成して、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、Zr含有量は0~0.010%であり、含有される場合、0.010%以下である。
Zr含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.003%である。
Zr含有量の好ましい上限は0.009%であり、さらに好ましくは0.008%であり、さらに好ましくは0.007%である。
【0055】
希土類元素:0.0050%以下
希土類元素(REM)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、REM含有量は0%であってもよい。
含有される場合、つまり、REM含有量が0%超である場合、REMは微細な硫化物を形成してSを無害化する。そのため、線材の延性が高まる。REMが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、REM含有量が0.0050%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が生成して、線材の伸線加工性が低下する。
したがって、REM含有量は0~0.0050%であり、含有される場合、0.0050%以下である。
REM含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0008%である。
REM含有量の好ましい上限は0.0045%であり、さらに好ましくは0.0040%であり、さらに好ましくは0.0035%である。
【0056】
本明細書におけるREMとは、原子番号21番のスカンジウム(Sc)、原子番号39番のイットリウム(Y)、及び、ランタノイドである原子番号57番のランタン(La)~原子番号71番のルテチウム(Lu)からなる群から選択される1種以上の元素を意味する。また、本明細書におけるREM含有量とは、これら元素の合計含有量を意味する。
【0057】
[線材の化学組成の測定方法]
本実施形態の線材の化学組成は、JIS G0321:2017に準拠した周知の成分分析法で測定できる。具体的には、ドリルを用いて、酸化スケールを除いた線材の内部から、切粉を採取する。採取された切粉を酸に溶解させて溶液を得る。溶液に対して、ICP-AES(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry)を実施して、化学組成の元素分析を実施する。C含有量及びS含有量については、周知の高周波燃焼法(燃焼-赤外線吸収法)により求める。N含有量については、周知の不活性ガス溶融-熱伝導度法を用いて求める。O含有量については、周知の不活性ガス溶融-赤外線吸収法を用いて求める。
【0058】
なお、各元素含有量は、本実施形態で規定された有効数字に基づいて、測定された数値の端数を四捨五入して、本実施形態で規定された各元素含有量の最小桁までの数値とする。たとえば、本実施形態の線材のC含有量は小数第二位までの数値で規定される。したがって、C含有量は、測定された数値の小数第三位を四捨五入して得られた小数第二位までの数値とする。
【0059】
本実施形態の線材のC含有量以外の他の元素含有量も同様に、測定された値に対して、本実施形態で規定された最小桁までの数値の端数を四捨五入して得られた値を、当該元素含有量とする。
【0060】
なお、四捨五入とは、端数が5未満であれば切り捨て、端数が5以上であれば切り上げることを意味する。
【0061】
[(特徴2)式(1)について]
本実施形態の線材ではさらに、線材の表層でのCu含有量及びSn含有量が、線材の内部のCu含有量及びSn含有量よりも高い。具体的には、線材の表層でのCuの平均含有量を[Cu]Sと定義し、Snの平均含有量を[Sn]Sと定義する。線材の中央部でのCuの平均含有量を[Cu]Bと定義し、Snの平均含有量を[Sn]Bと定義する。この場合、本実施形態の線材は、式(1)を満たす。
([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)>1.10 (1)
【0062】
[[Cu]S、[Sn]S、[Cu]B及び[Sn]Bの測定方法]
線材の表層での[Cu]S及び[Sn]Sと、線材の中央部での[Cu]B及び[Sn]Bとを、次の方法で求める。
【0063】
図1は、線材の軸方向に垂直な断面図である。
図1に示すとおり、線材の軸方向に垂直な断面は円形状である。以下、この断面を円形断面という。円形断面において、線材表層での[Cu]
S及び[Sn]
Sを、次の方法で求める。
【0064】
円形断面のうち、線材の表面から径方向に100μm深さ位置までの線分を、線分観察区域LAと定義する。ここでいう「線材の表面」は、線材の表面に酸化スケールが形成されている場合は、酸化スケールを除いた、いわゆる母材の表面を意味する。酸化スケールの除去は例えば、メカニカルデスケーリングを実施する。メカニカルデスケーリングは例えば、引張で6%程度のひずみを付与し、線材表面に付着している酸化スケールを除去する。
【0065】
上述の線分観察区域LAでのCu含有量及びSn含有量を、次の方法で求める。
図2は、
図1の円形断面のうち線分観察区域LAを含む領域100の拡大図である。
図2を参照して、線分観察区域LA上において、表面位置D0から1μm深さ位置D100まで、1μm間隔の位置を分析位置Dj(j=0~100の整数)と定義する。
【0066】
各分析位置Djにおいて、電子線マイクロアナライザ(EPMA:Electron Probe Micro Analyzer)による元素分析を実施する。EPMAによる元素分析では、加速電圧を15kVとする。また、測定対象元素はFe、C、Cr、Cu、Sn、Si、Mn、Niとする。
【0067】
上述のEPMAにより、分析位置Djでの質量%でのCu含有量及びSn含有量を求める。全ての分析位置Dj(合計101点)でのCu含有量の算術平均値を[Cu]Sと定義する。全ての分析位置DjでのSn含有量の算術平均値を[Sn]Sと定義する。以上の方法により線材表層での[Cu]S及び[Sn]Sを求める。
【0068】
さらに、上述の円形断面において、鋼材内部の[Cu]B及び[Sn]Bを、次の方法で求める。
【0069】
上記円形断面のうち、円形断面の中心を含み、1辺が10μmの正方形の領域を、正方形観察区域SAと定義する。正方形観察区域SAでのCu含有量及びSn含有量を、次の方法で求める。
図3は、
図1の円形断面のうち正方形観察区域SAを含む領域200の拡大図である。
図3を参照して、正方形観察区域SAを1辺が1μmの微小正方形SSAに区画する。このとき、正方形観察区域SAは、100個の微小正方形SSAに区画される。そして、正方形観察区域SA中での各微小正方形SSAの頂点に相当する位置を、分析位置PTと定義する。この場合、正方形観察区域SA内での分析位置PTの総個数は121個となる。
【0070】
各分析位置PTにおいて、上述のEPMAによる元素分析を実施し、各分析位置PTでの質量%でのCu含有量及びSn含有量を求める。全ての分析位置PT(合計121点)でのCu含有量の算術平均値を[Cu]Bと定義する。全ての分析位置PTでのSn含有量の算術平均値を[Sn]Bと定義する。以上の方法により鋼材内部での[Cu]B及び[Sn]Bを求める。
【0071】
[式(1)の作用について]
上述の測定方法により求めた線材表層での[Cu]S及び[Sn]Sと、線材中央部での[Cu]B及び[Sn]Bとを用いて、次の式で定義されるF1を求める。
F1=([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)
【0072】
F1は、線材の表面でのブリスターの発生抑制作用を奏するための指標である。F1が1.10以下である場合、線材において、表層でのCu含有量及びSn含有量の総量が、内部でのCu含有量及びSn含有量の総量とそれほど変わらない。この場合、特徴1を満たす線材において、表層でのCu及びSnの濃化が十分ではない。そのため、酸化スケールの線材表面に対する密着性が低下する。その結果、線材にブリスターが発生しやすくなる。ブリスターが発生した箇所での酸化スケールは線材の表面から剥離している。ブリスターが発生した場合、伸線加工前に酸洗処理又はショットブラスト等によりデスケーリング処理を実施しても、酸化スケールの一部が線材の表面に残存しやすい。そのため、伸線加工性が低下する。
【0073】
特徴1を満たす線材において、F1が1.10よりも高ければ、表層においてCu及びSnが十分に濃化している。この場合、ブリスターの発生を十分に抑制することができる。
【0074】
F1の好ましい下限は、1.11であり、さらに好ましくは1.12であり、さらに好ましくは1.13であり、さらに好ましくは1.14であり、さらに好ましくは1.15である。
F1の上限は特に限定されない。しかしながら、線材が特徴1を満たす場合、F1の上限は例えば1.70であり、さらに好ましくは1.65である。
【0075】
[本実施形態の線材の効果]
本実施形態の線材は、特徴1及び特徴2を満たす。そのため、本実施形態の線材では、Cu及びSnの過剰な含有による線材の熱間加工割れを抑制しつつ、表層においてCu及びSnを濃化させて、線材の表面に形成された酸化スケールでのブリスターの発生を抑制できる。
【0076】
[本実施形態の線材を適用可能な用途]
本実施形態の線材は例えば、伸線加工して製造される硬鋼線の素材として広く適用可能である。硬鋼線は例えば、ビードワイヤー、スチールコード、橋梁用ワイヤー及びワイヤロープ等に適用可能である。
【0077】
[本実施形態の線材の製造方法の一例]
本実施形態の線材の製造方法の一例を説明する。以降に説明する線材の製造方法は、本実施形態の線材を製造するための一例である。したがって、上述の構成を有する線材は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態の線材の製造方法の好ましい一例である。
【0078】
本実施形態の線材の製造方法の一例は、次の工程を含む。
(工程1)素材準備工程
(工程2)粗圧延工程
(工程3)仕上げ圧延工程
以下、各工程について説明する。
【0079】
[(工程1)素材準備工程]
素材準備工程では、本実施形態の線材の素材を準備する。具体的には、化学組成が特徴1を満たす溶鋼を製造する。精錬方法は特に限定されず、周知の方法を用いればよい。たとえば、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬(一次精錬)を実施する。転炉から出鋼した溶鋼に対して、周知の二次精錬を実施する。以上の工程により、特徴1を満たす化学組成の溶鋼を製造する。
【0080】
製造された溶鋼を用いて、周知の鋳造法により素材を製造する。たとえば、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造してもよい。また、溶鋼を用いて連続鋳造法によりブルームを製造してもよい。以上の方法により、素材(インゴット又はブルーム)を製造する。
【0081】
[(工程2)粗圧延工程]
粗圧延工程では、素材準備工程で準備された素材(インゴット又はブルーム)に対して粗圧延を実施して、ビレットを製造する。
【0082】
粗圧延工程では、初めに、周知の方法で加熱炉を用いて素材を加熱する。加熱温度は特に限定されない。加熱温度は周知の温度で足りる。加熱温度は例えば、1000~1200℃である。
【0083】
加熱後の素材を、分塊圧延機、又は、分解圧延機及び連続圧延機を用いて圧延(粗圧延)して、ビレットを製造する。具体的には、加熱された素材を、分塊圧延機を用いてリバース圧延して、ビレットを製造する。分塊圧延機の下流に周知の連続圧延機が配置されている場合、分塊圧延後のビレットに対してさらに、連続圧延機を用いてタンデム圧延を実施して、さらにサイズの小さいビレットを製造してもよい。製造されたビレットは、仕上げ圧延工程前に、常温まで放冷(空冷)される。
【0084】
[(工程3)仕上げ圧延工程]
仕上げ圧延工程では、粗圧延工程で製造されたビレットに対して仕上げ圧延を実施して、線材を製造する。仕上げ圧延工程は、次の工程を含む。
(工程31)加熱工程
(工程32)圧延工程
以下、仕上げ圧延工程での加熱工程及び圧延工程について説明する。
【0085】
[(工程31)加熱工程]
加熱工程では、分塊圧延工程で製造されたビレットを、加熱炉を用いて加熱する。加熱温度は900~1150℃とする。
【0086】
加熱工程ではさらに、次の条件を満たす。具体的には、加熱工程での加熱炉での在炉時間のうち、ビレットの表面温度が700℃以上での加熱時間をt700℃(分)と定義する。時間t700℃は、加熱炉内でビレットの表面温度が700℃以上となってから、加熱炉からビレットが抽出されるまでの時間(分)を意味する。加熱炉内ではビレットの搬送方向に沿って所定の間隔で放射温度計が配置されている。放射温度計で測定されたビレットの表面温度が700℃に達した時点を、t700℃の開始時期とする。また、加熱炉からビレットが抽出された時点を、t700℃の終了時期とする。
【0087】
時間t700℃は次の式(A)を満たす
tS<t700℃<tL (A)
ここで、tS(分)、tL(分)は以下の式で定義される。
tS=11+10(Cu+5Sn)
tL=65-10(Cu+5Sn)
なお、tS及びtL中のCu及びSnには、鋼材(ビレット)中の対応する元素含有量が質量%で代入される。
【0088】
線材の表層のCu濃化及びSn濃化は次のメカニズムによると考えられる。ビレットの表面温度が700℃以上になると、ビレット表面に酸化スケールが形成される。酸化スケールの形成により、ビレット(鋼材)の表層の化学組成のうち、酸化されやすいFeがビレットの外部に移動して酸化スケールを形成する。一方、Cu及びSnは酸化されにくい。そのため、ビレットの表層に残存して濃化する。時間t700℃がtS未満であれば、表層のFeが十分に外部に移動せず、その結果、表層でCu及びSnが十分に濃化しない。一方、時間t700℃がtLを超えれば、加熱時間が過剰に長い。この場合、表層に濃化したCu及びSnが鋼材内部に拡散してしまう。その結果、表層でCu及びSnが十分に濃化しない。
【0089】
t700℃がtSよりも長く、tLよりも短ければ、つまり、t700℃が式(A)を満たせば、t700℃が適切な範囲である。そのため、線材表層でのCu及びSnの濃化が十分となり、F1が式(1)を満たす。
【0090】
[(工程32)圧延工程]
圧延工程では、加熱工程で加熱されたビレットに対して、連続圧延機を用いた仕上げ圧延(連続圧延)を実施して、線材を製造する。連続圧延機は、上流から下流に一列に配列された複数の圧延スタンドを含む。各圧延スタンドは一対のワークロールを含む。各ワークロールにはカリバーが形成されており、一対のワークロールのカリバーで孔型を形成する。仕上げ圧延後の線材を周知の方法で冷却する。なお、線材の巻取温度は700℃以上である。
【0091】
以上の方法により、本実施形態の線材が製造される。
【0092】
[硬鋼線の製造方法]
本実施形態の線材を素材とした硬鋼線の製造方法は、周知の製造方法である。硬鋼線は例えば、ビードワイヤー等である。本実施形態の線材を用いた硬鋼線の製造方法は、例えば、次のとおりである。線材の酸化スケールを除去し、潤滑処理を実施する。潤滑処理された線材に対して一次伸線加工を実施して、鋼線を製造する。一次伸線加工後の鋼線に対してさらに、二次伸線加工を実施する。二次伸線加工後の鋼線に対して周知のパテンティング処理を実施する。パテンティング処理後の鋼線に対して、周知のめっき処理を実施する。以上の製造工程により、硬鋼線が製造される。
【0093】
本実施形態の線材では、線材表面に対する酸化スケールの密着性が十分に高い。そのため、ブリスターの発生が十分に抑制される。そのため、伸線加工前の脱スケール処理において、酸化スケールを線材から十分に除去することができる。その結果、酸化スケールの残存に起因した、伸線加工での断線等を抑制できる。つまり、線材において、十分な伸線加工性が得られる。
【実施例0094】
実施例により本実施形態の線材の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の線材の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の線材はこの一条件例に限定されない。
【0095】
[素材準備工程]
表1-1及び表1-2に示す化学組成を有する線材を、次の方法で製造した。
【0096】
【0097】
【0098】
[粗圧延工程]
製造したブルームに対して粗圧延工程を実施して、ビレットを製造した。具体的には、加熱炉を用いてブルームを1100℃に加熱した。加熱後のブルームを、分塊圧延機及び連続圧延機を用いて圧延(粗圧延)して、ビレットを製造した。粗圧延工程で製造されたビレットを常温まで放冷した。
【0099】
[仕上げ圧延工程]
製造されたビレットに対して、仕上げ圧延工程を実施した。具体的には、加熱炉を用いて、各試験番号のビレットを950~1150℃に加熱した。加熱時における時間t700℃(分)、tS(分)及びtL(分)を表2中の「t700℃(分)」、「tS(分)」及び「tL(分)」に示す。
【0100】
【0101】
加熱されたビレットに対して、連続圧延機を用いて、仕上げ圧延(連続圧延)を実施して、線材を製造した。仕上げ圧延後の線材を800℃以上の巻取温度で巻き取り、その後、大気中で常温まで冷却した。以上の製造工程により、線径が5.5mmの線材を製造した。
【0102】
[評価試験について]
製造された各試験番号の線材に対して、次の線材評価試験(試験1~試験4)を実施した。
(試験1)線材の化学組成測定試験
(試験2)[Cu]S、[Sn]S、[Cu]B及び[Sn]Bの測定試験
(試験3)ブリスター抑制評価試験
(試験4)熱間加工割れ評価試験
以下、各試験について説明する。
【0103】
[(試験1)線材の化学組成測定試験]
各試験番号の線材に対して、上述の[線材の化学組成の測定方法]に基づいて化学組成を分析した。その結果、いずれの試験番号の化学組成も、表1-1、表1-2に示すとおりであった。
【0104】
[(試験2)[Cu]S、[Sn]S、[Cu]B及び[Sn]Bの測定試験]
各試験番号の線材に対して、上述の[[Cu]S、[Sn]S、[Cu]B及び[Sn]Bの測定方法]に基づいて、[Cu]S、[Sn]S、[Cu]B及び[Sn]Bを質量%で求めた。得られた[Cu]S、[Sn]S、[Cu]B及び[Sn]Bに基づいて、F1を求めた。
F1=([Cu]S+[Sn]S)/([Cu]B+[Sn]B)
得られた[Cu]S、[Sn]S、[Cu]B及び[Sn]B及びF1を表2に示す。
【0105】
[(試験3)ブリスター抑制評価試験]
上記放冷後の各試験番号の線材の表面に形成されている酸化スケールを目視で観察し、ブリスターの発生の有無を確認した。具体的には、線材のうち、長さ4mの任意の観察範囲を選択した。選択された観察範囲の線材の全表面(外周面)において、ブリスターの発生の有無を目視で観察した。ブリスターが発生している場合、ブリスターの発生数をカウントした。カウントしたブリスター発生数を、表2の「ブリスター発生数」欄に示す。
【0106】
[(試験4)熱間加工割れ評価試験]
上記冷却後の各試験番号の線材の表面を目視で観察し、割れの発生の有無を確認した。具体的には、線材の内、長さ4mの任意の観察範囲を選択した。選択された観察範囲の全表面(外周面)において、割れの発生の有無を目視で観察した。割れが確認されなかった場合、熱間加工割れを十分に抑制できたと判断した(表2中の「熱間加工割れ」欄で「○」で表記)。一方、1箇所でも割れが確認された場合、熱間加工割れを十分に抑制できなかったと判断した(表2中の「熱間加工割れ」欄で「×」で表記)。
【0107】
[試験結果]
表2に試験結果を示す。表1-1、表1-2及び表2を参照して、試験番号1~31の線材は、特徴1及び特徴2を満たした。その結果、ブリスター発生数が10個以下であり、ブリスターの発生が十分に抑制された。これらの試験番号の線材ではさらに、熱間加工割れが確認されなかった。
【0108】
一方、試験番号32では、Cu含有量が低すぎた。そのため、ブリスターの発生を十分に抑制することができなかった。
【0109】
試験番号33では、Cu含有量が高すぎた。そのため、熱間加工割れが確認された。
【0110】
試験番号34では、Ni含有量が低すぎた。そのため、熱間加工割れが確認された。
【0111】
試験番号35では、Sn含有量が低すぎた。そのため、ブリスターの発生を十分に抑制することができなかった。
【0112】
試験番号36では、Sn含有量が高すぎた。そのため、熱間加工割れが確認された。
【0113】
試験番号37~39では、特徴1を満たしたものの、仕上げ圧延工程でのt700℃がtS以下であった。そのため、F1が低かった。その結果、ブリスターの発生を十分に抑制することができなかった。
【0114】
試験番号40~42では、特徴1を満たしたものの、仕上げ圧延工程でのt700℃がtL以上であった。そのため、F1が低かった。その結果、ブリスターの発生を十分に抑制することができなかった。
【0115】
以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。