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特開2024-80891鋼線、めっき鋼線、撚り鋼線及びゴム成形体
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  • 特開-鋼線、めっき鋼線、撚り鋼線及びゴム成形体 図1
  • 特開-鋼線、めっき鋼線、撚り鋼線及びゴム成形体 図2
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(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】P2024080891
(43)【公開日】2024-06-17
(54)【発明の名称】鋼線、めっき鋼線、撚り鋼線及びゴム成形体
(51)【国際特許分類】
   C22C 38/00 20060101AFI20240610BHJP
   C22C 38/16 20060101ALI20240610BHJP
   C22C 38/54 20060101ALI20240610BHJP
   C21D 8/06 20060101ALN20240610BHJP
【FI】
C22C38/00 301Y
C22C38/16
C22C38/54
C21D8/06 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022194230
(22)【出願日】2022-12-05
(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】児玉 順一
(72)【発明者】
【氏名】坂本 昌
(72)【発明者】
【氏名】根石 豊
(72)【発明者】
【氏名】大藤 善弘
【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
4K032CG02
(57)【要約】
【課題】優れた耐腐食疲労特性が得られる鋼線を提供する。
【解決手段】本実施形態の鋼線は、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%以下、N:0.0010~0.0100%、Cu:0.010~0.500%、Ni:0.010~0.500%、Sn:0.003~0.100%、及び、O:0.0040%以下、を含有し、残部はFe及び不純物からなり、鋼線の表層でのCu含有量の指標を[Cu]とし、Sn含有量の指標を[Sn]とし、鋼線の中心部のCu含有量の指標を[Cu]とし、Sn含有量の指標を[Sn]としたとき、式(1)を満たす。
([Cu]+[Sn])/([Cu]+[Sn])>1.05 (1)
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼線であって、
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%以下、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0040%以下、を含有し、
残部はFe及び不純物からなり、
前記鋼線の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記鋼線の表面位置と前記鋼線の中心軸位置とを結ぶ半径線分において、前記表面位置から前記中心軸位置まで0.2μm間隔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、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量のうちの最大値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量のうちの最大値を[Sn]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]と定義したとき、
式(1)を満たす、
鋼線。
([Cu]+[Sn])/([Cu]+[Sn])>1.05 (1)
【請求項2】
鋼線であって、
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%以下、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0040%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、
前記鋼線の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記鋼線の表面位置と前記鋼線の中心軸位置とを結ぶ半径線分において、前記表面位置から前記中心軸位置まで0.2μm間隔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、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量のうちの最大値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量のうちの最大値を[Sn]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]と定義したとき、
式(1)を満たす、
鋼線。
[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]+[Sn])/([Cu]+[Sn])>1.05 (1)
【請求項3】
請求項2に記載の鋼線であって、
前記第1群を含有する、
鋼線。
【請求項4】
請求項2に記載の鋼線であって、
前記第2群を含有する、
鋼線。
【請求項5】
請求項1又は請求項2に記載の鋼線と、
前記鋼線の表面に形成されているめっき層とを備える、
めっき鋼線。
【請求項6】
撚り合わされた請求項1又は請求項2に記載の複数の鋼線を備える、
撚り鋼線。
【請求項7】
請求項1又は請求項2に記載の鋼線が埋設されている、
ゴム成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、線材を熱処理した後、伸線加工等の冷間加工を実施して得られる鋼線、めっき鋼線、撚り鋼線、及び、ゴム成形体に関する。
【背景技術】
【0002】
鋼線は、自動車等のラジアルタイヤ、各種産業用ベルト、及び、ホースの補強材として用いられるスチールコードの素材として用いられる。鋼線は例えば、次の製造方法で製造される。熱間圧延後に調整冷却した線材に対して、1次伸線加工を実施する。一次伸線加工後、中間パテンティング処理を実施し、さらに2次伸線加工を実施して、鋼線を製造する。この鋼線に対して最終パテンティング処理を実施する。最終パテンティング後の鋼線に対して、ブラスめっきを実施し、さらに最終湿式伸線加工を実施する。このようにして得られた鋼線を、さらに撚り加工で複数本撚り合わせて、撚り鋼線とする。以上の工程により、スチールコードが製造される。
【0003】
スチールコードに代表される鋼線は、タイヤ、ベルト及びホースといったゴム組成物に埋設される。ゴム組成物に埋設される鋼線は、ゴム組成物の使用時に、連続的に外力を受ける。さらに、ゴム組成物には水分は空気が透過して侵入する。そのため、ゴム組成物に埋設される鋼線の表面は、腐食環境に曝される。したがって、鋼線は、腐食環境での優れた疲労特性、つまり、優れた耐腐食疲労特性が求められる。
【0004】
耐腐食疲労特性を高める技術が、特開2001-279381号公報(特許文献1)及び特開平4-280944号公報(特許文献2)に提案されている。これらの文献に開示された鋼線では、Cuを含有することにより、耐腐食疲労特性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001-279381号公報
【特許文献2】特開平4-280944号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の技術と異なる技術により、鋼線の耐腐食疲労特性を高めてもよい。
【0007】
本発明の目的は、優れた耐腐食疲労特性が得られる鋼線を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明による鋼線は、
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%以下、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0040%以下、を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
前記鋼線の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記鋼線の表面位置と前記鋼線の中心軸位置とを結ぶ半径線分において、前記表面位置から前記中心軸位置まで0.2μm間隔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、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量のうちの最大値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量のうちの最大値を[Sn]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]と定義したとき、
式(1)を満たす。
([Cu]+[Sn])/([Cu]+[Sn])>1.05 (1)
【0009】
本発明による鋼線は、
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%以下、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0040%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、
前記鋼線の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記鋼線の表面位置と前記鋼線の中心軸位置とを結ぶ半径線分において、前記表面位置から前記中心軸位置まで0.2μm間隔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、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量のうちの最大値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量のうちの最大値を[Sn]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]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]+[Sn])/([Cu]+[Sn])>1.05 (1)
【発明の効果】
【0010】
本発明の鋼線は、優れた耐腐食疲労特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1図1は、鋼線の軸方向に垂直な断面図である。
図2図2は、実施例中の耐腐食疲労特性評価試験で用いた回転曲げ疲労試験の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明者らは、耐腐食疲労特性に優れた鋼線について、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。
【0013】
特許文献1及び特許文献2に記載のとおり、Cuは鋼線の耐腐食疲労特性を高める。さらに、SnもCuと同様に、鋼線の耐腐食疲労特性を高める。したがって、CuだけでなくSnを含有すれば、鋼線の耐腐食疲労特性が高まる。
【0014】
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、鋼線にCu及びSnを含有する場合、素材となる線材の製造工程中の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、耐腐食疲労特性を高めるために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。
【0015】
以上の知見に基づいて、本発明者らは、鋼線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%以下、N:0.0010~0.0100%、Cu:0.010~0.500%、Ni:0.010~0.500%、Sn:0.003~0.100%、及び、O:0.0040%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鋼線であれば、優れた耐腐食疲労特性が得られ、かつ、鋼線の素材となる線材の製造工程中の熱間加工工程での割れの発生も抑制できると考えた。
【0016】
しかしながら、上述の化学組成を満たす鋼線であっても、依然として、十分な耐腐食疲労特性が得られない場合があった。そこで、本発明者らは、上記化学組成を満たす鋼線において、優れた耐腐食疲労特性を得るための手段について、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。
【0017】
上述のとおり、Cu含有量及びSn含有量を高めれば、耐腐食疲労特性が高まるものの、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、耐腐食疲労特性を高めるのであれば、鋼線の表層においてCu含有量及びSn含有量を高めればよく、鋼線内部のCu含有量及びSn含有量は耐腐食疲労特性に関係しない。
【0018】
そこで、本発明者らは、鋼線全体でのCu含有量及びSn含有量を高めるのではなく、鋼線中の表層でCu及びSnを濃化させることにより、耐腐食疲労特性を高めることができると考えた。そこで、本発明者らは、鋼線の内部でのCu含有量及びSn含有量に対して、鋼線表層のCu含有量及びSn含有量を高めることを試みた。その結果、鋼線の表層でのCu含有量の指標である[Cu]と、鋼線の表層でのSn含有量の指標である[Sn]と、鋼線の内部でのCu含有量の指標である[Cu]と、鋼線の内部でのSn含有量の指標である[Sn]とが、式(1)を満たせば、熱間加工割れの発生を抑制しつつ、優れた耐腐食疲労特性が得られることを見出した。
([Cu]+[Sn])/([Cu]+[Sn])>1.05 (1)
【0019】
本実施形態の鋼線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。
【0020】
[1]
鋼線であって、
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%以下、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0040%以下、を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
前記鋼線の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記鋼線の表面位置と前記鋼線の中心軸位置とを結ぶ半径線分において、前記表面位置から前記中心軸位置まで0.2μm間隔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、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量のうちの最大値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量のうちの最大値を[Sn]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]と定義したとき、
式(1)を満たす、
鋼線。
([Cu]+[Sn])/([Cu]+[Sn])>1.05 (1)
【0021】
[2]
鋼線であって、
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%以下、
N:0.0010~0.0100%、
Cu:0.010~0.500%、
Ni:0.010~0.500%、
Sn:0.003~0.100%、及び、
O:0.0040%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、
前記鋼線の軸方向に垂直な円形断面のうち、前記鋼線の表面位置と前記鋼線の中心軸位置とを結ぶ半径線分において、前記表面位置から前記中心軸位置まで0.2μm間隔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、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量のうちの最大値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記表面位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量のうちの最大値を[Sn]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Cu含有量の算術平均値を[Cu]と定義し、
前記半径線分のうち、前記中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての前記分析位置の前記Sn含有量の算術平均値を[Sn]と定義したとき、
式(1)を満たす、
鋼線。
[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]+[Sn])/([Cu]+[Sn])>1.05 (1)
【0022】
[3]
[2]に記載の鋼線であって、
前記第1群を含有する、
鋼線。
【0023】
[4]
[2]又は[3]に記載の鋼線であって、
前記第2群を含有する、
鋼線。
【0024】
[5]
[1]~[4]のいずれか1項に記載の鋼線と、
前記鋼線の表面に形成されているめっき層とを備える、
めっき鋼線。
【0025】
[6]
撚り合わされた[1]~[4]のいずれか1項に記載の複数の鋼線を備える、
撚り鋼線。
【0026】
[7]
[1]~[4]のいずれか1項に記載の鋼線が埋設されている、
ゴム成形体。
【0027】
以下、本実施形態による鋼線について詳述する。
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。
【0028】
[本実施形態の鋼線の特徴]
本実施形態の鋼線は、次の特徴を含む。なお、鋼線とは、伸線加工が施された鋼材である。当業者であれば、鋼線と線材とは容易に区別可能である。鋼線の線径は例えば、0.04~9.00mmである。
(特徴1)
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%以下、N:0.0010~0.0100%、Cu:0.010~0.500%、Ni:0.010~0.500%、Sn:0.003~0.100%、O:0.0040%以下、Cr:0~0.50%、Co:0~0.50%、Mo:0~0.20%、B:0~0.005%、W:0~0.20%、Ti:0~0.10%、Nb:0~0.10%、V:0~0.10%、Ca:0~0.0050%、Mg:0~0.0050%、Zr:0~0.010%以下、及び、希土類元素:0~0.0050%、を含有し、残部はFe及び不純物からなる。
(特徴2)
鋼線の軸方向に垂直な円形断面のうち、鋼線の表面位置と鋼線の中心軸位置とを結ぶ半径線分において、表面位置から中心軸位置まで0.2μm間隔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、
半径線分のうち、表面位置から10.0μmの範囲内の全ての分析位置のCu含有量のうちの最大値を[Cu]と定義し、
半径線分のうち、表面位置から10.0μmの範囲内の全ての分析位置のSn含有量のうちの最大値を[Sn]と定義し、
半径線分のうち、中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての分析位置のCu含有量の算術平均値を[Cu]と定義し、
半径線分のうち、中心軸位置から10.0μmの範囲内の全ての分析位置のSn含有量の算術平均値を[Sn]と定義したとき、
式(1)を満たす。
([Cu]+[Sn])/([Cu]+[Sn])>1.05 (1)
以下、各特徴について説明する。
【0029】
[(特徴1)化学組成について]
本実施形態の鋼線の化学組成は、次の元素を含有する。
【0030】
C:0.70~1.20%
炭素(C)は、鋼線の強度を高める。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、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。
【0031】
Si:0.10~1.00%
シリコン(Si)は鋼線の強度を高める。Siはさらに、鋼線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、鋼線の素材となる線材内で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、製造工程中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。
【0032】
Mn:0.10~1.00%
マンガン(Mn)は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼線の強度を高める。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、鋼線の素材となる線材内に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。
【0033】
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、粒界が脆化して鋼線の素材となる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。
【0034】
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、鋼線の素材となる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。
【0035】
Al:0.005%以下
アルミニウム(Al)が0.005%以下であれば、鋼線の素材となる線材において、十分な伸線加工性が得られる。したがって、Al含有量は0.005%以下である。
Al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%である。
Al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。
【0036】
N:0.0010~0.0100%
窒素(N)は、鋼線の素材となる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、鋼線の素材となる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。
【0037】
Cu:0.010~0.500%
銅(Cu)は、鋼線の耐腐食疲労特性を高める。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、鋼線の素材となる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。
【0038】
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、鋼線の素材となる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、鋼線の素材となる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。
【0039】
Sn:0.003~0.100%
すず(Sn)は、鋼線の耐腐食疲労特性を高める。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、鋼線の素材となる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、鋼線の素材となる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。
【0040】
O:0.0040%以下
酸素(O)は不純物である。O含有量が0.0040%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、鋼線の素材となる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0.0040%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0.0030%であり、さらに好ましくは0.0020%である。
【0041】
本実施形態による鋼線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、鋼線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、本実施形態による鋼線に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【0042】
[任意元素(Optional Elements)について]
本実施形態の鋼線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。
【0043】
[第1群:Cr、Co、Mo、B、W、Ti、Nb及びV]
本実施形態の鋼線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。
【0044】
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は鋼材の焼入れ性を高め、鋼線の強度を高める。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、鋼線の素材となる線材内に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。
【0045】
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は鋼材の焼入れ性を高め、鋼線の強度を高める。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、鋼線の素材となる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。
【0046】
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は鋼材の焼入れ性を高め、鋼線の強度を高める。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、鋼線の素材となる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。
【0047】
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は鋼材の焼入れ性を高め、鋼線の強度を高める。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、鋼線の素材となる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。
【0048】
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は鋼材の焼入れ性を高め、鋼線の強度を高める。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、鋼線の素材となる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。
【0049】
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は鋼材の焼入れ性を高め、鋼線の強度を高める。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、鋼線の素材となる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。
【0050】
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は鋼材の焼入れ性を高め、鋼線の強度を高める。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、鋼線の素材となる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。
【0051】
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は鋼材の焼入れ性を高め、鋼線の強度を高める。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、鋼線の素材となる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。
【0052】
[第2群:Ca、Mg、Zr及び希土類元素(REM)]
本実施形態の鋼線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、鋼線の素材となる線材の延性を高める。
【0053】
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、鋼線の素材となる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。
【0054】
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、鋼線の素材となる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。
【0055】
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、鋼線の素材となる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。
【0056】
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、鋼線の素材となる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。
【0057】
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。
【0058】
[鋼線の化学組成の測定方法]
本実施形態の鋼線の化学組成は、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、鋼線の内部から、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。
【0059】
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。例えば、本実施形態の鋼線の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。
【0060】
本実施形態の鋼線の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。
【0061】
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。
【0062】
[(特徴2)式(1)について]
本実施形態の鋼線ではさらに、鋼線の表層でのCu含有量及びSn含有量が、鋼線の内部のCu含有量及びSn含有量よりも高い。具体的には、鋼線の表層でのCuの平均含有量を[Cu]と定義し、Snの平均含有量を[Sn]と定義する。鋼線の軸方向に垂直な断面の中央部でのCuの平均含有量を[Cu]と定義し、Snの平均含有量を[Sn]と定義する。この場合、本実施形態の鋼線は、式(1)を満たす。
([Cu]+[Sn])/([Cu]+[Sn])>1.05 (1)
【0063】
[[Cu]、[Sn]、[Cu]及び[Sn]の測定方法]
鋼線の表層での[Cu]及び[Sn]と、鋼線の中央部での[Cu]及び[Sn]とを、次の方法で求める。
【0064】
図1は、鋼線の軸方向に垂直な断面図である。図1に示すとおり、鋼線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、鋼線表層での[Cu]及び[Sn]を、次の方法で求める。
【0065】
円形断面のうち、鋼線の表面位置と鋼線の中心軸位置とを結ぶ線分を、半径線分Rと定義する。ここでいう「鋼線の表面」は、鋼線の表面にめっき層が形成されている場合は、めっき層を除いた、いわゆる母材の表面を意味する。めっき層は例えば、アンモニア水溶液に浸漬することにより除去することができる。
【0066】
上述の半径線分R上のCu含有量及びSn含有量を、次の方法で求める。図1を参照して、半径線分Rにおいて、表面位置P0から中心軸PCまで、0.2μm間隔の位置を分析位置Pj(j=1、2、・・・)と定義する。
【0067】
各分析位置Pj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。EPMAにより、分析位置Pjでの質量%でのCu含有量及びSn含有量を求める。
【0068】
半径線分Rのうち、表面位置P0から径方向に10.0μmの範囲内RS内の全ての分析位置PjのCu含有量のうちの最大値を[Cu]と定義する。
半径成分Rのうち、表面位置P0から径方向に10.0μmの範囲内RS内の全ての分析位置PjのSn含有量のうちの最大値を[Sn]と定義する。
【0069】
さらに、上述の円形断面において、鋼線内部の[Cu]及び[Sn]を、次の方法で求める。
半径線分Rのうち、中心軸位置PCから10.0μmの範囲RC内の全ての分析位置PjのCu含有量の算術平均値を[Cu]と定義する。
半径線分Rのうち、中心軸位置PCから10.0μmの範囲RC内の全ての分析位置PjのSn含有量の算術平均値を[Sn]と定義する。
【0070】
[式(1)の作用について]
上述の測定方法により求めた鋼線表層での[Cu]及び[Sn]と、鋼線中央部での[Cu]及び[Sn]とを用いて、次の式で定義されるF1を求める。
F1=([Cu]+[Sn])/([Cu]+[Sn]
【0071】
F1は、鋼線の耐腐食疲労特性の指標である。F1が1.05以下である場合、鋼線において、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を満たす鋼線において、表層でのCu及びSnの濃化が十分ではない。そのため、鋼線において、十分な耐腐食疲労特性が得られない。
【0072】
特徴1を満たす鋼線において、F1が1.05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、鋼線において、優れた耐腐食疲労特性が得られる。
【0073】
F1の好ましい下限は、1.06であり、さらに好ましくは1.07であり、さらに好ましくは1.08であり、さらに好ましくは1.09であり、さらに好ましくは1.10である。
F1の上限は特に限定されない。しかしながら、鋼線が特徴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。
【0074】
[本実施形態の鋼線の効果]
本実施形態の鋼線は、特徴1及び特徴2を満たす。そのため、本実施形態の鋼線では、Cu及びSnの過剰な含有による鋼線の素材となる線材の熱間加工割れを抑制できる。さらに、鋼線の表層においてCu及びSnを濃化させて、耐腐食疲労特性を高めることができる。
【0075】
[本実施形態の鋼線を適用可能な用途]
本実施形態の鋼線は例えば、自動車等のラジアルタイヤ、各種産業用ベルト、及び、ホースの補強材として用いられる。鋼線は例えば、スチールコードとして利用可能である。
【0076】
[めっき鋼線、撚り鋼線及びゴム成形体について]
本実施形態の鋼線は、鋼線の表面にめっき層を形成して、めっき鋼線としてもよい。めっき層は周知のめっきでよい。さらに、複数の鋼線を撚り合わせて撚り鋼線としてもよい。鋼線、めっき鋼線及び撚り鋼線は、例えば、ゴム成形体に埋設される。ゴム成形体は、ゴムで構成された構造体であり、例えば、ラジアルタイヤ、産業用ベルト、ホース等である。
【0077】
[本実施形態の鋼線の製造方法の一例]
本実施形態の鋼線の製造方法の一例を説明する。以降に説明する鋼線の製造方法は、本実施形態の鋼線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鋼線は、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、本実施形態の鋼線の製造方法の好ましい一例である。
【0078】
本実施形態の鋼線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
(工程4)一次伸線加工工程
(工程5)中間パテンティング処理工程
(工程6)二次伸線加工工程
(工程7)最終パテンティング処理工程
(工程8)めっき処理工程
(工程9)湿式伸線加工工程
(工程10)撚り加工工程
工程1~工程3により、鋼線の素材となる線材を製造する。工程4~工程9は線材から鋼線を製造する工程であり、周知の工程である。なお、工程5~工程9は任意の工程である。以上の工程により、鋼線又はめっき鋼線が製造される。なお、工程10も任意の工程である。工程10により、撚り合わされた鋼線(撚り鋼線)が製造される。
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、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。例えば、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。例えば、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
<t700℃<t (A)
ここで、t(分)、t(分)は以下の式で定義される。
=11+10(Cu+5Sn)
=65-10(Cu+5Sn)
なお、t及びt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】
鋼線の表層の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t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t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】
700℃がtよりも長く、t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、鋼線の表層での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、本実施形態の鋼線の素材となる線材が製造される。線材の線径は特に限定されないが、例えば、3.60~16.00mmである。
【0092】
[工程4~工程10について]
工程1~工程3により製造された線材を用いて、工程4~工程9により、鋼線を製造する。具体的には、一次伸線加工工程(工程4)で線材に対して伸線加工を実施し、中間鋼線を製造する。一次伸線加工後の中間鋼線の線径は特に限定されないが、例えば、1.00~9.00mmである。一次伸線加工後の中間鋼線に対して、中間パテンティング処理工程(工程5)を実施する。中間パテンティング処理工程では、中間鋼線の組織を均一なパーライト組織にするための熱処理(パテンティング処理)を実施する。パテンティング処理は周知の条件で実施すればよい。中間パテンティング処理工程後の中間鋼線に対して、二次伸線加工工程(工程6)でさらに伸線加工を実施する。二次伸線加工後の中間鋼線の線径は特に限定されないが、例えば、0.50~3.00mmである。二次伸線加工工程後の中間鋼線に対して、最終パテンティング処理工程(工程7)を実施する。最終パテンティング工程(工程7)も中間パテンティング処理工程(工程5)と同様に、中間鋼線の組織を均一なパーライト組織とする。なお、上述のとおり、中間パテンティング処理工程(工程5)と二次伸線加工工程(工程6)は省略してもよい。工程5と工程6とを省略する場合、一次伸線加工工程(工程4)において、一次伸線加工工程後の中間鋼線の線径が、二次伸線加工工程を実施した場合の二次伸線加工工程後の中間鋼線の線径と同程度となるまで、一次伸線加工を実施する。
めっき処理工程(工程8)では、最終パテンティング処理工程(工程7)後の鋼線に対してめっき処理を実施して、鋼線の表面にめっき層を形成する。めっき層の種類は特に限定されない。めっき層は例えば、Cu-Znめっき層、Cu-Snめっき層等である。めっき処理は例えば電気めっき処理である。めっき処理工程(工程8)では、めっき処理後に熱拡散処理を実施して、ブラスめっき層を形成してもよい。めっき処理工程(工程8)後の中間鋼線に対して湿式伸線加工工程(工程9)を実施して、本実施形態の鋼線を製造してもよい。湿式伸線加工工程後の鋼線の線径は特に限定されないが、例えば、0.04~0.80mmである。
【0093】
撚り加工工程(工程10)は任意の工程である。つまり、撚り加工工程は実施しなくてもよい。実施する場合、撚り加工工程では、めっき層が形成された複数の鋼線に対して、撚り加工を実施して、複数の鋼線を撚り合わせて撚り鋼線を製造する。なお、以上の工程により製造された鋼線をゴム素材中に埋設して、ゴム成形体が形成される。
【実施例0094】
実施例により本実施形態の鋼線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、本実施形態の鋼線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、本実施形態の鋼線はこの一条件例に限定されない。
【0095】
表1-1及び表1-2に示す化学組成を有する鋼線を、次の方法で製造した。
【0096】
【表1-1】
【0097】
【表1-2】
【0098】
具体的には、素材となる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)、t(分)及びt(分)を表2中の「t700℃(分)」、「t(分)」及び「t(分)」に示す。
【0100】
【表2】
【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5.50mmの線材を製造した。
【0102】
線材に対して一次伸線加工を実施して、線径が1.20~1.50mmの中間鋼線を製造した。中間鋼線に対して最終パテンティング処理を実施した。最終パテンティング処理では、950~1000℃に加熱した後、500~630℃で恒温変態処理を実施した。最終パテンティング処理後、電気めっき処理を実施して、中間鋼線の表面にCu-Znめっき層を形成した。さらに、Cu-Znめっき層が形成された中間鋼線に対して流動床炉を用いて580℃で10秒保持する熱拡散処理を実施して、ブラスめっき層を形成した。
【0103】
ブラスめっき層が形成された中間鋼線に対して湿式伸線加工を実施して、線径が0.20mmになるまで伸線した。以上の製造工程により、各試験番号の鋼線を製造した。なお、後述の各評価試験に供するため、各試験番号の鋼線をアンモニア溶液に浸漬して、表面に形成されているブラスめっきを除去した。
【0104】
[評価試験について]
製造された各試験番号のブラスめっき層を除去した鋼線に対して、次の鋼線評価試験(試験1~試験4)を実施した。
(試験1)鋼線の化学組成測定試験
(試験2)[Cu]、[Sn]、[Cu]及び[Sn]の測定試験
(試験3)耐腐食疲労特性試験
(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。
【0105】
[(試験1)鋼線の化学組成測定試験]
各試験番号の鋼線に対して、上述の[鋼線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。
【0106】
[(試験2)[Cu]、[Sn]、[Cu]及び[Sn]の測定試験]
各試験番号の鋼線に対して、上述の[[Cu]、[Sn]、[Cu]及び[Sn]の測定方法]に基づいて、[Cu]、[Sn]、[Cu]及び[Sn]を質量%で求めた。得られた[Cu]、[Sn]、[Cu]及び[Sn]に基づいて、F1を求めた。
F1=([Cu]+[Sn])/([Cu]+[Sn]
得られた[Cu]、[Sn]、[Cu]及び[Sn]及びF1を表2に示す。
【0107】
[(試験3)耐腐食疲労特性評価試験]
各試験番号の鋼線に対して回転曲げ疲労試験を実施することにより、鋼線の腐食疲労特性を評価した。
各試験番号の鋼線から、回転曲げ疲労試験用のサンプルを切り出した。図2は、回転曲げ疲労試験の模式図である。回転曲げ疲労試験は、回転曲げ疲労試験用のサンプル11の一端を軸回転させるための回転モーター16と、回転モーター16に直結され、サンプル11の一端を固定するためのチャック14と、サンプル11の他端を固定するためのブッシュ15と、を備えるハンター疲労試験機(東京製綱社製)を用いて実施した。
具体的には、U字型に曲げたサンプル11の一端及び他端を、それぞれチャック14及びブッシュ15に固定した。ここで、チャック14とブッシュ15との距離C、及び、サンプル11の長さLは下記の式により決定した。
C=1.19×E×d/σ
L=2.19×C
ここで、式中のEには、ヤング率(=205940MPa)を代入し、dにはサンプルの線径(mm)を代入し、σには、回転曲げ腐食疲労試験の負荷応力(MPa)を代入する。
【0108】
U字型に曲げたサンプル11の曲げ部は、腐食タンク13に収容した腐食液12に、浸漬深さ20mmにて浸漬させた。腐食液12としては、NaCl(0.03質量%)、NaNO(0.06質量%)、及びNaSO(0.09質量%)を含有する水溶液を用いた。以上の状態で、回転モーター16により、負荷応力300MPa及び回転速度3000rpmの条件でサンプル11の一端を軸回転させ、サンプル11が破断するまでの時間を測定することにより、破断までの回転数(破断回数)を求めた。得られた破断回数に基づいて、腐食疲労寿命を評価した。得られた破断回数を表2の「破断回数」欄に示す。「破断回数」欄の「.E+04」は、数値×10であることを意味する。試験番号1の場合、破断回数は6.20×10である。
【0109】
[(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鋼線の素材となる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ており、一次伸線加工が可能と判断した(表2中の「伸線加工可否」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ず、一次伸線加工ができないと判断した(表2中の「伸線加工可否」欄で「×」で表記)。なお、一次伸線加工ができないと判断した線材に関しては、以降の製造工程を実施しなかった。
【0110】
[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の鋼線は、特徴1及び特徴2を満たした。その結果、破断回数が50000(5.00.E+04)回以上であり、優れた耐腐食疲労特性が得られた。これらの試験番号の鋼線の素材となる線材ではさらに、熱間加工割れが確認されなかった。
【0111】
一方、試験番号32及び33では、Cu含有量が低すぎた。そのため、破断回数が50000(5.00.E+04)回未満であり、十分な耐腐食疲労特性が得られなかった。
【0112】
試験番号34及び35では、Cu含有量が高すぎた。そのため、鋼線の素材となる線材で熱間加工割れが確認された。
【0113】
試験番号36及び37では、Ni含有量が低すぎた。そのため、鋼線の素材となる線材で熱間加工割れが確認された。
【0114】
試験番号38及び39では、Sn含有量が低すぎた。そのため、破断回数が50000(5.00.E+04)回未満であり、十分な耐腐食疲労特性が得られなかった。
【0115】
試験番号40及び41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。
【0116】
試験番号42~45では、特徴1を満たしたものの、仕上げ圧延工程でのt700℃がt以下であった。そのため、F1が低かった。その結果、破断回数が50000(5.00.E+04)回未満であり、十分な耐腐食疲労特性が得られなかった。
【0117】
試験番号46~49では、特徴1を満たしたものの、仕上げ圧延工程でのt700℃がt以上であった。そのため、F1が低かった。その結果、破断回数が50000(5.00.E+04)回未満であり、十分な耐腐食疲労特性が得られなかった。
【0118】
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。
図1
図2