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技術 線材、過共析ベイナイト鋼線、及びそれらの製造方法

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 多田達誠高橋幸弘西川宜孝平上大輔真鍋敏之
出願日 2014年10月8日 (6年2ヶ月経過) 出願番号 2015-541609
公開日 2017年3月9日 (3年9ヶ月経過) 公開番号 WO2015-053311
状態 特許登録済
技術分野 鋼の加工熱処理 熱処理
主要キーワード 低強度化 限界加工度 線材同士 コイル形 用線材 伸線方向 腐食疲労特性 結束状態
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年3月9日)のものです。
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図面 (8)

課題・解決手段

本発明に係る線材は、所定の成分組成を有し、金属組織が、90〜100面積%のベイナイトを含み、長さ3200mmの線材を8本の同じ長さの要素に分割することにより、8本の長さ400mmの試験片を製造した場合に、各前記試験片の平均引張強度TSが、単位N/mm2で、「[TS]≦810×[C]+475」との関係を満足し、各前記試験片の各前記引張強度のうち最大値最小値との差が50N/mm2以下であり、各前記試験片の平均絞り値RAが、単位%で、「[RA]≧−0.083×[TS]+154」との関係を満足する。

概要

背景

線材は、鋼線などの種々の機械部品の材料である。線材から種々の機械部品(以下、最終製品と称する)を製造する場合、通常は伸線加工等の機械加工と、焼鈍とが線材に行われる。最終製品の引張強度は、主に線材の成分組成、特に線材のC含有量に影響される。一方、線材の金属組織は、焼鈍の際の変態によって変化する。従って、最終製品が焼鈍を含む工程によって製造される場合、線材の金属組織は最終製品の引張強度に影響しない。以上の理由により、最終製品が焼鈍を含む工程によって製造される場合、線材の成分組成は、最終製品に必要とされる引張強度に応じたものとされる必要がある。

一方、最終製品の引張強度に関わらず、線材の引張強度は低い方が好ましい。引張強度が高い線材は、機械加工性および伸線特性が低い。さらに、引張強度が高い線材は、遅れ破壊水素脆化による破壊)に対する感受性が高いので、その製造、保管、および輸送の際に折損しやすい。特に、線材のC含有量が0.8質量%以上である場合(すなわち、線材のC含有量が共析点を上回っているので、線材が過共析鋼である場合)、遅れ破壊(水素脆化)に対する線材の感受性が高くなるという問題がある。その結果、保管及び輸送のために製造後の線材をコイル状に結束した場合、結束時の応力によって線材が折損することがある。線材の折損は、線材の加工能率の低下を招く。さらに、折損した線材の長さが最終製品に必要とされる長さよりも短い場合、その線材を最終製品の材料として用いることができない。

遅れ破壊(水素脆化)に起因する折損を防止するためには、結束条件を緩和すること、例えば線材を結束する力を低減すること等が考えられる。しかし、結束条件を緩和することにより、コイルの保管性、コイルの輸送性、及び、コイルを取り扱う際の安全性等が損なわれる。

線材の成分組成を調整すること、例えばC含有量を低下させることにより線材の引張強度を低下させれば、遅れ破壊および機械加工性に関する問題は解消される。しかし、上述したように、線材の成分組成は、最終製品に必要とされる引張強度に応じたものとされる必要がある。従って、線材の成分組成の調整を、遅れ破壊の防止の手段として採用することはできない。

線材の製造時の熱処理条件を変化させることにより、線材の引張強度を低下させることができる。従来の過共析線材(C含有量が共析点を上回る線材)の金属組織は主にパーライトからなる。従来の過共析線材の製造方法は、鋼材圧延して線材を得る工程と、この線材を冷却する工程とを含む。冷却する工程の際に、線材の金属組織がパーライトとなる。この製造方法において、圧延後の線材をまずオーステナイト温度域まで加熱し、次に比較的遅い冷却速度で冷却すれば、線材の引張強度を低下させることができる。しかし、C含有量が共析点を上回る線材の製造方法に、冷却速度が遅い製造条件を適用した場合、冷却時にパーライトのみならず初析セメンタイトが多く生成する。初析セメンタイトは、線材の加工性を悪化させる。従って、線材の冷却速度を遅くすることを、遅れ破壊の防止の手段として採用することはできない。

以上の事情に鑑みて、本発明者らは、線材の金属組織の調整を、引張強度の低下の手段として採用することを検討した。上述のように、最終製品が焼鈍を含む工程によって製造される場合、線材の金属組織は最終製品の引張強度に影響を及ぼさない。従来技術による一般的な線材は主にパーライト組織からなり、このような線材はパーライト線材と称される。一方、ベイナイトを主な組織とする線材(ベイナイト線材)は、パーライト線材よりも伸線特性に優れていることが知られている(例えば特許文献1〜7参照)。また、C含有量が共析点を上回る過共析ベイナイト線材の引張強度は、そのベイナイト線材と同じC含有量を有するパーライト線材の引張強度よりも低い。例えば、本発明者らは、C含有量が1.1%であるベイナイト線材の平均引張強度が、C含有量が1.1%であるパーライト線材の平均引張強度よりも200〜300MPa低いことを知見した。線材の金属組織をベイナイトとすることにより、焼鈍後の最終製品に求められる引張強度に関わらず(すなわち、鋼線に求められるC含有量に関わらず)、線材の引張強度を低下させ、これにより伸線特性の向上と遅れ破壊の抑制とを達成することができる。

しかしながら、ベイナイト線材は、引張強度がばらつきやすいという問題がある。線材の引張強度がばらついている状態とは、1本の線材の中の複数個所において引張強度を測定した場合に、これら測定値がばらついている状態を意味する。線材の引張強度がばらついている場合、引張強度が高い箇所において遅れ破壊(水素脆化)に対する感受性が高まり、折損が生じる。さらに、線材の引張強度がばらついている場合、線材の加工性がばらつくので、線材の機械加工が難しくなる。特許文献1〜7には、ベイナイト線材の製造方法が開示されている。しかし本発明者らは、これら文献中に具体的に開示された製造方法に基づいてベイナイト線材を製造した場合、線材の引張強度が大きくばらつくことを知見した。本発明者らは、上述の製造方法によって得られた線材を、まず3200mmの長さに切断した。次に本発明者らは、この線材を8等分することにより、400mmの長さを有する試験片を8本作成し、これら試験片に引張試験を行った。これら試験片の引張強度のうち最大値最小値との差(以下、引張強度のばらつき幅と称する)は、100N/mm2超であった。一方、本発明者らが検討した結果、線材の引張強度のばらつき幅が50N/mm2超である線材は、工業的な利用に供することが難しいことがわかった。

概要

本発明に係る線材は、所定の成分組成を有し、金属組織が、90〜100面積%のベイナイトを含み、長さ3200mmの線材を8本の同じ長さの要素に分割することにより、8本の長さ400mmの試験片を製造した場合に、各前記試験片の平均引張強度TSが、単位N/mm2で、「[TS]≦810×[C]+475」との関係を満足し、各前記試験片の各前記引張強度のうち最大値と最小値との差が50N/mm2以下であり、各前記試験片の平均絞り値RAが、単位%で、「[RA]≧−0.083×[TS]+154」との関係を満足する。

目的

本発明は、線材の金属組織を主にベイナイトとすることにより、C含有量が共析点を上回る線材の低引張強度化および高延性化を行い、線材の伸線特性及び耐遅れ破壊特性を高めることを課題とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

単位質量%で、C:0.80超〜1.20%、Si:0.10〜1.50%、Mn:0〜1.00%、P:0〜0.02%、S:0〜0.02%、Cr:0〜1.00%、Ni:0〜1.00%、Cu:0〜1.00%、Mo:0〜0.50%、Ti:0〜0.20%、Nb:0〜0.20%、V:0〜0.20%、B:0〜0.0050%、Al:0〜0.10%、及び、Ca:0〜0.05%を含有し、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有し、金属組織が、90〜100面積%のベイナイトを含み、長さ3200mmの線材を8本の同じ長さの要素に分割することにより、8本の長さ400mmの試験片を製造した場合に、各前記試験片の引張強度平均値TSが、単位N/mm2で、下記式1を満足し、各前記試験片の各前記引張強度のうち最大値最小値との差が50N/mm2以下であり、各前記試験片の絞り値の平均値RAが、単位%で、下記式2を満足することを特徴とする線材。[TS]≦810×[C]+475・・・(式1)[RA]≧−0.083×[TS]+154・・・(式2)ここで、[C]は単位質量%で表された前記線材のC含有量であり、[TS]は、単位N/mm2で表された前記引張強度の前記平均値TSであり、[RA]は、単位%で表された前記絞り値の前記平均値RAである。

請求項2

請求項1に記載の線材を伸線加工することにより得られることを特徴とする過共析ベイナイト鋼線。

請求項3

請求項1に記載の線材の製造方法であって、単位質量%で、C:0.80超〜1.20%、Si:0.10〜1.50%、Mn:0〜1.00%、P:0〜0.02%、S:0〜0.02%、Cr:0〜1.00%、Ni:0〜1.00%、Cu:0〜1.00%、Mo:0〜0.50%、Ti:0〜0.20%、Nb:0〜0.20%、V:0〜0.20%、B:0〜0.0050%、Al:0〜0.10%、及び、Ca:0〜0.05%を含有し、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有する鋼片圧延して線材を得る工程と、850〜1050℃の前記線材を350〜450℃の第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬し、次いで前記線材を前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、前記取り出しから5秒以内の時点であって、かつ前記線材のベイナイト変態の開始のts秒前〜ts秒後である時点に、前記線材を530〜600℃の第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬する工程と、前記線材を、前記ベイナイト変態が完全に終了した後に前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、を備えることを特徴とする線材の製造方法。ts=0.05×tcomplete・・・(式3)tcompleteは、前記線材を前記第1の溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬し続けた場合に、前記線材のベイナイト変態が開始してから終了するまでの時間を単位秒で示す。

請求項4

前記線材が前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬された時点と、前記線材が前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬された時点との間の経過時間が10〜40秒であることを特徴とする請求項3に記載の線材の製造方法。

請求項5

前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴中の前記線材において前記ベイナイト変態が開始した前記時点を、前記線材の復熱を検出することにより判定することを特徴とする請求項3に記載の線材の製造方法。

請求項6

請求項2に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法であって、単位質量%で、C:0.80超〜1.20%、Si:0.10〜1.50%、Mn:0〜1.00%、P:0〜0.02%、S:0〜0.02%、Cr:0〜1.00%、Ni:0〜1.00%、Cu:0〜1.00%、Mo:0〜0.50%、Ti:0〜0.20%、Nb:0〜0.20%、V:0〜0.20%、B:0〜0.0050%、Al:0〜0.10%、及び、Ca:0〜0.05%を含有し、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有する鋼片を圧延して線材を得る工程と、850〜1050℃の線材を350〜450℃の第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬し、次いで前記線材を前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、前記取り出しから5秒以内の時点であって、かつ前記線材のベイナイト変態の開始のts秒前〜ts秒後である時点に、前記線材を530〜600℃の第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬する工程と、前記線材を、前記ベイナイト変態が完全に終了した後に第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出された前記線材に伸線加工を施す工程と、を備えることを特徴とする過共析ベイナイト鋼線の製造方法。ts=0.05×tcompletetcompleteは、前記線材を前記第1の溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬し続けた場合に、前記線材の前記ベイナイト変態が開始してから終了するまでの時間を単位秒で示す。

請求項7

前記線材が前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬されている時間が10〜40秒であることを特徴とする請求項6に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法。

請求項8

前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴中の前記線材において前記ベイナイト変態が開始した前記時点を、前記線材の復熱を検出することにより判定することを特徴とする請求項6に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法。

請求項9

請求項2に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法であって、単位質量%で、C:0.80超〜1.20%、Si:0.10〜1.50%、Mn:0〜1.00%、P:0〜0.02%、S:0〜0.02%、Cr:0〜1.00%、Ni:0〜1.00%、Cu:0〜1.00%、Mo:0〜0.50%、Ti:0〜0.20%、Nb:0〜0.20%、V:0〜0.20%、B:0〜0.0050%、Al:0〜0.10%、及び、Ca:0〜0.05%を含有し、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有する鋼片を圧延することにより得られる線材に伸線加工を行って鋼線を得る工程と、850〜1050℃の前記鋼線を350〜450℃の第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬し、次いで前記鋼線を前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、前記取り出しから5秒以内の時点であって、かつ前記鋼線のベイナイト変態の開始のts秒前〜ts秒後である時点に、前記鋼線を530〜600℃の第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬する工程と、前記鋼線を、前記ベイナイト変態が完全に終了した後に前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、を備えることを特徴とする過共析ベイナイト鋼線の製造方法。ts=0.05×tcompletetcompleteは、前記鋼線を前記第1の溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬し続けた場合に、前記鋼線の前記ベイナイト変態が開始してから終了するまでの時間を単位秒で示す。

請求項10

前記鋼線が前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬された時点と、前記鋼線が前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬された時点との間の経過時間が10〜40秒であることを特徴とする請求項9に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法。

請求項11

前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴中の前記鋼線において前記ベイナイト変態が開始した前記時点を、前記鋼線の復熱を検出することにより判定することを特徴とする請求項9に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法。

請求項12

前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出された前記鋼線にさらに伸線加工を施す工程を備えることを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、伸線特性及び耐遅れ破壊特性に優れた過共析ベイナイト鋼線用の線材、該線材から製造された過共析ベイナイト鋼線、及びそれらの製造方法に関する。
本願は、2013年10月8日に、日本に出願された特願2013−211365号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

背景技術

0002

線材は、鋼線などの種々の機械部品の材料である。線材から種々の機械部品(以下、最終製品と称する)を製造する場合、通常は伸線加工等の機械加工と、焼鈍とが線材に行われる。最終製品の引張強度は、主に線材の成分組成、特に線材のC含有量に影響される。一方、線材の金属組織は、焼鈍の際の変態によって変化する。従って、最終製品が焼鈍を含む工程によって製造される場合、線材の金属組織は最終製品の引張強度に影響しない。以上の理由により、最終製品が焼鈍を含む工程によって製造される場合、線材の成分組成は、最終製品に必要とされる引張強度に応じたものとされる必要がある。

0003

一方、最終製品の引張強度に関わらず、線材の引張強度は低い方が好ましい。引張強度が高い線材は、機械加工性および伸線特性が低い。さらに、引張強度が高い線材は、遅れ破壊水素脆化による破壊)に対する感受性が高いので、その製造、保管、および輸送の際に折損しやすい。特に、線材のC含有量が0.8質量%以上である場合(すなわち、線材のC含有量が共析点を上回っているので、線材が過共析鋼である場合)、遅れ破壊(水素脆化)に対する線材の感受性が高くなるという問題がある。その結果、保管及び輸送のために製造後の線材をコイル状に結束した場合、結束時の応力によって線材が折損することがある。線材の折損は、線材の加工能率の低下を招く。さらに、折損した線材の長さが最終製品に必要とされる長さよりも短い場合、その線材を最終製品の材料として用いることができない。

0004

遅れ破壊(水素脆化)に起因する折損を防止するためには、結束条件を緩和すること、例えば線材を結束する力を低減すること等が考えられる。しかし、結束条件を緩和することにより、コイルの保管性、コイルの輸送性、及び、コイルを取り扱う際の安全性等が損なわれる。

0005

線材の成分組成を調整すること、例えばC含有量を低下させることにより線材の引張強度を低下させれば、遅れ破壊および機械加工性に関する問題は解消される。しかし、上述したように、線材の成分組成は、最終製品に必要とされる引張強度に応じたものとされる必要がある。従って、線材の成分組成の調整を、遅れ破壊の防止の手段として採用することはできない。

0006

線材の製造時の熱処理条件を変化させることにより、線材の引張強度を低下させることができる。従来の過共析線材(C含有量が共析点を上回る線材)の金属組織は主にパーライトからなる。従来の過共析線材の製造方法は、鋼材圧延して線材を得る工程と、この線材を冷却する工程とを含む。冷却する工程の際に、線材の金属組織がパーライトとなる。この製造方法において、圧延後の線材をまずオーステナイト温度域まで加熱し、次に比較的遅い冷却速度で冷却すれば、線材の引張強度を低下させることができる。しかし、C含有量が共析点を上回る線材の製造方法に、冷却速度が遅い製造条件を適用した場合、冷却時にパーライトのみならず初析セメンタイトが多く生成する。初析セメンタイトは、線材の加工性を悪化させる。従って、線材の冷却速度を遅くすることを、遅れ破壊の防止の手段として採用することはできない。

0007

以上の事情に鑑みて、本発明者らは、線材の金属組織の調整を、引張強度の低下の手段として採用することを検討した。上述のように、最終製品が焼鈍を含む工程によって製造される場合、線材の金属組織は最終製品の引張強度に影響を及ぼさない。従来技術による一般的な線材は主にパーライト組織からなり、このような線材はパーライト線材と称される。一方、ベイナイトを主な組織とする線材(ベイナイト線材)は、パーライト線材よりも伸線特性に優れていることが知られている(例えば特許文献1〜7参照)。また、C含有量が共析点を上回る過共析ベイナイト線材の引張強度は、そのベイナイト線材と同じC含有量を有するパーライト線材の引張強度よりも低い。例えば、本発明者らは、C含有量が1.1%であるベイナイト線材の平均引張強度が、C含有量が1.1%であるパーライト線材の平均引張強度よりも200〜300MPa低いことを知見した。線材の金属組織をベイナイトとすることにより、焼鈍後の最終製品に求められる引張強度に関わらず(すなわち、鋼線に求められるC含有量に関わらず)、線材の引張強度を低下させ、これにより伸線特性の向上と遅れ破壊の抑制とを達成することができる。

0008

しかしながら、ベイナイト線材は、引張強度がばらつきやすいという問題がある。線材の引張強度がばらついている状態とは、1本の線材の中の複数個所において引張強度を測定した場合に、これら測定値がばらついている状態を意味する。線材の引張強度がばらついている場合、引張強度が高い箇所において遅れ破壊(水素脆化)に対する感受性が高まり、折損が生じる。さらに、線材の引張強度がばらついている場合、線材の加工性がばらつくので、線材の機械加工が難しくなる。特許文献1〜7には、ベイナイト線材の製造方法が開示されている。しかし本発明者らは、これら文献中に具体的に開示された製造方法に基づいてベイナイト線材を製造した場合、線材の引張強度が大きくばらつくことを知見した。本発明者らは、上述の製造方法によって得られた線材を、まず3200mmの長さに切断した。次に本発明者らは、この線材を8等分することにより、400mmの長さを有する試験片を8本作成し、これら試験片に引張試験を行った。これら試験片の引張強度のうち最大値最小値との差(以下、引張強度のばらつき幅と称する)は、100N/mm2超であった。一方、本発明者らが検討した結果、線材の引張強度のばらつき幅が50N/mm2超である線材は、工業的な利用に供することが難しいことがわかった。

先行技術

0009

日本国特開平05−117762号公報
日本国特開平06−017190号公報
日本国特開平06−017191号公報
日本国特開平06−017192号公報
日本国特開平06−073502号公報
日本国特開平06−330240号公報
日本国特開平08−003639号公報

発明が解決しようとする課題

0010

上述したように、従来技術によるパーライト線材は、引張強度が高いので、遅れ破壊が生じやすいという問題を有していた。このパーライト線材のC含有量を減少させることにより引張強度を減少させることは、パーライト線材から得られる最終製品の要求仕様に鑑みて、困難であった。一方、このパーライト線材の製造方法において冷却速度を減少させることにより引張強度を減少させることは、初析セメンタイトの量を増大させるので、好ましくなかった。初析セメンタイト量の増大は、線材の機械加工性を低下させる。また、従来技術によるベイナイト線材、特にC含有量が共析点を上回る過共析ベイナイト線材は、引張強度がばらつきやすいという問題を有していた。引張強度のばらつきは、遅れ破壊の発生頻度を上昇させ、且つ機械加工性を低下させる。

0011

本発明は、線材の金属組織を主にベイナイトとすることにより、C含有量が共析点を上回る線材の低引張強度化および高延性化を行い、線材の伸線特性及び耐遅れ破壊特性を高めることを課題とする。さらに、本発明は、線材の引張強度のばらつきを抑制することを課題とする。そして、本発明は、これら課題を解決する線材と、この線材を用いて製造した過共析ベイナイト鋼線と、これらを安定的に製造するための製造方法とを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0012

本発明者らは、初析セメンタイトの抑制と、線材の低強度化とが両立可能なベイナイト組織を生成させることができる製造条件に基づいて線材を製造することにより、上述の課題を解決できることを見いだした。

0013

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次の通りである。

0014

(1)本発明の一態様に係る線材は、単位質量%で、C:0.80超〜1.20%、Si:0.10〜1.50%、Mn:0〜1.00%、P:0〜0.02%、S:0〜0.02%、Cr:0〜1.00%、Ni:0〜1.00%、Cu:0〜1.00%、Mo:0〜0.50%、Ti:0〜0.20%、Nb:0〜0.20%、V:0〜0.20%、B:0〜0.0050%、Al:0〜0.10%、及び、Ca:0〜0.05%を含有し、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有し、金属組織が、90〜100面積%のベイナイトを含み、長さ3200mmの線材を8本の同じ長さの要素に分割することにより、8本の長さ400mmの試験片を製造した場合に、各前記試験片の引張強度の平均値TSが、単位N/mm2で、下記式1を満足し、各前記試験片の各前記引張強度のうち最大値と最小値との差が50N/mm2以下であり、各前記試験片の絞り値の平均値RAが、単位%で、下記式2を満足する。
[TS]≦810×[C]+475 ・・・(式1)
[RA]≧−0.083×[TS]+154 ・・・(式2)
ここで、[C]は単位質量%で表された前記線材のC含有量であり、[TS]は、単位N/mm2で表された前記引張強度の前記平均値TSであり、[RA]は、単位%で表された前記絞り値の前記平均値RAである。

0015

(2)本発明の別の態様に係る過共析ベイナイト鋼線は、上記(1)に記載の線材を伸線加工することにより得られる。

0016

(3)本発明の一態様に係る線材の製造方法は、上記(1)に記載の線材の製造方法であって、単位質量%で、C:0.80超〜1.20%、Si:0.10〜1.50%、Mn:0〜1.00%、P:0〜0.02%、S:0〜0.02%、Cr:0〜1.00%、Ni:0〜1.00%、Cu:0〜1.00%、Mo:0〜0.50%、Ti:0〜0.20%、Nb:0〜0.20%、V:0〜0.20%、B:0〜0.0050%、Al:0〜0.10%、及び、Ca:0〜0.05%を含有し、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有する鋼片を圧延して線材を得る工程と、850〜1050℃の前記線材を350〜450℃の第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬し、次いで前記線材を前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、前記取り出しから5秒以内の時点であって、かつ前記線材のベイナイト変態の開始のts秒前〜ts秒後である時点に、前記線材を530〜600℃の第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬する工程と、前記線材を、前記ベイナイト変態が完全に終了した後に前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、を備える。
ts=0.05×tcomplete・・・(式3)
tcompleteは、前記線材を前記第1の溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬し続けた場合に、前記線材のベイナイト変態が開始してから終了するまでの時間を単位秒で示す。

0017

(4)上記(3)に記載の線材の製造方法では、前記線材が前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬された時点と、前記線材が前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬された時点との間の経過時間が10〜40秒であってもよい。

0018

(5)上記(3)に記載の線材の製造方法では、前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴中の前記線材において前記ベイナイト変態が開始した前記時点を、前記線材の復熱を検出することにより判定してもよい。

0019

(6)本発明の別の態様に係る過共析ベイナイト鋼線の製造方法は、上記(2)に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法であって、単位質量%で、C:0.80超〜1.20%、Si:0.10〜1.50%、Mn:0〜1.00%、P:0.02%以下、S:0.02%以下、Cr:0〜1.00%、Ni:0〜1.00%、Cu:0〜1.00%、Mo:0〜0.50%、Ti:0〜0.20%、Nb:0〜0.20%、V:0〜0.20%、B:0〜0.0050%、Al:0〜0.10%、及び、Ca:0〜0.05%を含有し、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有する鋼片を圧延して線材を得る工程と、850〜1050℃の線材を350〜450℃の第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬し、次いで前記線材を前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、前記取り出しから5秒以内の時点であって、かつ前記線材のベイナイト変態の開始のts秒前〜ts秒後である時点に、前記線材を530〜600℃の第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬する工程と、前記線材を、前記ベイナイト変態が完全に終了した後に第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出された前記線材に伸線加工を施す工程と、を備える。
ts=0.05×tcomplete
tcompleteは、前記線材を前記第1の溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬し続けた場合に、前記線材のベイナイト変態が開始してから終了するまでの時間を単位秒で示す。

0020

(7)上記(6)に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法では、前記線材が前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬されている時間が10〜40秒であってもよい。

0021

(8)上記(6)に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法では、前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴中の前記線材において前記ベイナイト変態が開始した前記時点を、前記線材の復熱を検出することにより判定してもよい。

0022

(9)本発明の別の態様に係る過共析ベイナイト鋼線の製造方法は、上記(2)に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法であって、単位質量%で、C:0.80超〜1.20%、Si:0.10〜1.50%、Mn:0〜1.00%、P:0〜0.02%、S:0〜0.02%、Cr:0〜1.00%、Ni:0〜1.00%、Cu:0〜1.00%、Mo:0〜0.50%、Ti:0〜0.20%、Nb:0〜0.20%、V:0〜0.20%、B:0〜0.0050%、Al:0〜0.10%、及び、Ca:0〜0.05%を含有し、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有する鋼片を圧延することにより得られる線材に伸線加工を行って鋼線を得る工程と、850〜1050℃の前記鋼線を350〜450℃の第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬し、次いで前記鋼線を前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、前記取り出しから5秒以内の時点であって、かつ前記鋼線のベイナイト変態の開始のts秒前〜ts秒後である時点に、前記鋼線を530〜600℃の第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬する工程と、前記鋼線を、前記ベイナイト変態が完全に終了した後に前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、を備える。
ts=0.05×tcomplete
tcompleteは、前記線材を前記第1の溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬し続けた場合に、前記線材のベイナイト変態が開始してから終了するまでの時間を単位秒で示す。

0023

(10)上記(9)に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法では、前記鋼線が前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬された時点と、前記鋼線が前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬された時点との間の経過時間が10〜40秒であってもよい。

0024

(11)上記(9)に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法では、前記第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴中の前記鋼線において前記ベイナイト変態が開始した前記時点を、前記鋼線の復熱を検出することにより判定してもよい。

0025

(12)上記(9)〜(11)のいずれか一項に記載の過共析ベイナイト鋼線の製造方法では、前記第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出された前記鋼線にさらに伸線加工を施す工程を備えてもよい。

発明の効果

0026

本発明によれば、従来のパーライト線材よりも低引張強度且つ高延性であり、従来のベイナイト線材よりも引張強度のばらつき幅が小さい線材が得られる。本発明に係る線材を結束する際、又は本発明に係る線材が結束されている状態において、折損の発生が抑制される。さらに、本発明に係る線材の加工性、およびこの線材を伸線加工して得られた本発明に係る鋼線の加工性は良好である。従って、本発明によれば、伸線特性及び耐遅れ破壊特性に優れた過共析ベイナイト鋼線用の線材、この線材を用いて製造した過共析ベイナイト鋼線、及び、それらを安定的に製造する製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0027

本発明の一実施形態に係る線材の製造方法における熱処理条件を説明する図である。
本発明の一実施形態に係る線材における引張強度TS(N/mm2)とC含有量(質量%)との関係の一例を示す図である。
本発明の一実施形態に係る線材の製造方法における熱処理条件と、線材の引張強度のばらつきとの関係を示す図である。
本発明の一実施形態に係る線材または鋼線の製造方法を示すフローチャートである。
本発明の別の実施形態に係る鋼線の製造方法を示すフローチャートである。
ベイナイトの面積率を求める方法を示す図である。
線材を溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬する際の線材形状の模式図である。

0028

以下、本発明の実施形態について説明する。

0029

本実施形態に係る伸線特性及び耐遅れ破壊特性に優れた過共析ベイナイト鋼線用線材(以下「本実施形態に係る線材」ということがある。)について説明する。

0030

本実施形態に係る線材は、単位質量%で、C:0.80超〜1.20%、Si:0.10〜1.50%、Mn:0〜1.00%、P:0〜0.02%、S:0〜0.02%、Cr:0〜1.00%、Ni:0〜1.00%、Cu:0〜1.00%、Mo:0〜0.50%、Ti:0〜0.20%、Nb:0〜0.20%、V:0〜0.20%、B:0〜0.0050%、Al:0〜0.10%、及び、Ca:0〜0.05%を含有し、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有し、長さ3200mmの線材を8本の同じ長さの要素に分割することにより、8本の長さ400mmの試験片を製造した場合に、各前記試験片の平均引張強度TSが、単位N/mm2で、下記式1を満足し、各前記試験片の各前記引張強度のうち最大値と最小値との差が50N/mm2以下であり、各前記試験片の平均絞り値RAが、単位%で、下記式2を満足することを特徴とする。

0031

[TS]≦810×[C]+475 ・・・(式1)
[RA]≧−0.083×[TS]+154 ・・・(式2)
ここで、[C]は単位質量%で表された前記線材のC含有量であり、[TS]は、単位N/mm2で表された前記平均引張強度TSである。

0032

まず、本実施形態に係る線材の成分組成について説明する。以下、単位「%」は「質量%」を意味する。

0033

C:0.80超〜1.20%
Cは、線材の焼入れ性と引張強度とを高める元素である。線材の焼入れ性を高めることにより、線材の主な組織がベイナイトとなる。C含有量が0.80%超である場合、所要の焼入れ性と引張強度とが得られる。一方、C含有量が1.20%超である場合、初析セメンタイトが生成し、線材の伸線加工時に断線が発生し易くなる。従って、初析セメンタイトの生成を抑制するために、C含有量の上限値を1.20%とする。ベイナイト生成をさらに容易にするために、C含有量の下限値を0.85%、0.90%、または0.95%としてもよい。また、引張強度が高すぎる場合、遅れ破壊に対する線材の感受性が高まるので、C含有量の下限値を1.15%、1.10%、または1.05%としてもよい。

0034

Si:0.10〜1.50%
Siは、線材の引張強度を高める元素である。また、Siは、脱酸剤として機能する元素である。Si含有量が0.10%未満である場合、上述の効果が得られないので、Si含有量の下限値を0.10%とする。しかし、過共析鋼において、Siは、初析フェライト析出を促進する。初析フェライトは、線材の伸線加工時に断線を発生させるおそれがある。さらにSiは、過共析鋼において、伸線加工での限界加工度を低下させるおそれもある。従って、Si含有量の上限値を1.50%とする。Siによる上述の効果をさらに高めるために、Si含有量の下限値を0.15%、0.20%、または0.25%としてもよい。また、伸線加工をさらに容易にするために、Si含有量の上限値を1.45%、1.40%、または1.35%としてもよい。

0035

Mn:0〜1.00%
本実施形態に係る線材がMnを含有する必要はない。従って、本実施形態に係る線材のMn含有量の下限値は0%である。しかし、Mnは、線材の焼入れ性を高めることにより線材の強度を高める効果を有する。また、Mnは、Siと同様に、脱酸剤として働く元素である。従って、必要に応じてMnを線材に含有させてもよい。Mn含有量が1.00%を超える場合、Mnの偏析部において、焼入れ性が向上し、変態終了までの時間が長くなる。すなわち、この場合、線材において焼入れ性が一様ではなくなり、焼入れ性が高い箇所にマルテンサイトが生じ、このマルテンサイトが伸線加工時に断線の原因となる。従って、Mn含有量の上限値を1.00%とする必要がある。また、伸線特性をさらに高めるために、Mn含有量の上限値を0.90%、または0.80%としてもよい。Mn含有量の下限値は0%であるが、上述の効果を得るために、Mn含有量の下限値は好ましくは0.20%、より好ましくは0.40%である。

0036

P:0〜0.02%
S:0〜0.02%
PおよびSは、不純物元素である。PおよびSが線材中に多量に存在する場合、線材の延性が低下する。従って、PおよびSの上限値は、いずれも0.02%である。好ましくは、P含有量およびS含有量の上限値は、いずれも0.01%であり、より好ましくはいずれも0.005%である。P含有量およびS含有量は少ないほど好ましいので、P含有量およびS含有量の下限値は0%である。しかし、これら元素の含有量を0.001%以下に低減することは、線材の製造コストの上昇を招く。従って、実用鋼ではP含有量およびS含有量の下限値は0.001%となることが通常である。

0037

本実施形態に係る線材は、上記元素の他、Cr、Ni、Cu、Mo、Ti、Nb、V、B、Al、及び、Caを、本実施形態に係る線材の特性を阻害しない範囲で適宜含有してもよい。しかしながら、これら元素の含有は必須ではないので、これら元素の含有量の下限値は0%である。

0038

Cr:0〜1.00%
Crは、線材の焼入れ性を向上させ、これによりベイナイト変態を促進する元素である。Cr含有量が1.00%を超える場合、変態開始から変態終了までに要する時間が長くなり、これによりベイナイト変態を完了させるまでの熱処理時間が長くなるので好ましくない。また、Mnと同様に、1.00%超のCrは線材中にマルテンサイトを生成させるおそれもある。従って、Cr含有量の上限値を1.00%とする。Cr含有量は、好ましくは0.50%以下であり、より好ましくは0.30%以下である。Cr含有量の下限値は0%であるが、上述の効果を得るために、0.01%以上、より好ましくは0.05%以上のCrを含有してもよい。

0039

Ni:0〜1.00%
Niは、Crと同様に、線材の焼入れ性を向上させ、これによりベイナイト変態を推進する元素である。Ni含有量が1.00%を超える場合、フェライト相の延性が低下する。従って、Ni含有量の上限値を1.00%とする。Ni含有量は、好ましくは0.70%以下であり、より好ましくは0.50%以下である。Ni含有量の下限値は0%であるが、上述の効果を得るために、好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.10%以上のNiを含有してもよい。

0040

Cu:0〜1.00%
Cuは、線材の腐食疲労特性を向上させる元素である。Cu含有量が1.00%を超える場合、ベイナイト中フェライトの延性が低下する。従って、Cu含有量の上限を1.00%とする。Cu含有量は、好ましくは0.70%以下、より好ましくは0.50%以下である。Cu含有量の下限値は0%であるが、上述の効果を得るために、好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.10%以上のCuを含有してもよい。

0041

Mo:0〜0.50%
Moは、線材の焼入れ性を向上させる元素である。Mo含有量が0.50%を超える場合、線材の焼入れ性が過剰に向上し、これによりMo偏析部にミクロマルテンサイトが析出するおそれがある。ミクロマルテンサイトは、線材の延性を低下させる場合がある。従って、Mo含有量の上限値を0.50%とする。Mo含有量は、好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.10%以下である。Mo含有量の下限値は0%であるが、上述の効果を得るために、好ましくは0.01%以上、より好ましくは0.03%以上のMoを含有してもよい。

0042

Ti:0〜0.20%
Nb:0〜0.20%
V:0〜0.20%
Ti、Nb、及び、Vは、加熱された線材のγ粒径微細化する。この場合、線材が冷却される際に形成される組織が微細化されるので、線材の靭性が向上する。一方、Ti、Nb、及び、Vの含有量が0.20%を超える場合、本実施形態に係る線材の特性に悪影響を及ぼす。従って、Ti、Nb、及び、Vの含有量いずれの上限値も0.20%とする。Ti、Nb、及び、Vの含有量は、好ましくは、いずれも0.15%以下、より好ましくは0.10%以下である。Ti、Nb、及び、Vの含有量の下限値はいずれも0%であるが、上述の効果を得るために、Ti、Nb、及び、Vの含有量の下限値それぞれを好ましくは0.01%、より好ましくは0.02%としてもよい。

0043

B:0〜0.0050%
Bは、線材の焼入れ性を向上させる。B含有量が0.0050%を超える場合、線材の焼入れ性が高くなり過ぎるので、線材中にマルテンサイトが形成されることにより線材の延性が低下するおそれがある。従って、B含有量の上限値を0.0050%とする。B含有量は、好ましくは0.0040%以下であり、より好ましくは0.0030%以下である。B含有量の下限値は0%であるが、上述の効果を得るために、好ましくは0.0005%以上、より好ましくは0.0010%以上のBを含有してもよい。

0044

Al:0〜0.10%
Alは、脱酸剤として機能する元素である。Al含有量が0.10%を超える場合、硬質アルミナ系介在物が生成し、この介在物が線材の延性および伸線性を低下させる。従って、Al含有量の上限値を0.10%とする。Al含有量は、好ましくは0.07%以下であり、より好ましくは0.05%以下である。Al含有量の下限値は0%であるが、上述の効果を得るために、好ましくは0.01%以上、より好ましくは0.02%以上のAlを含有してもよい。

0045

Ca:0〜0.05%
Caは、線材中の介在物であるMnSの形態を制御することにより、線材の耐遅れ破壊特性を向上させる。しかしながら、Ca含有量が0.05%を超える場合、Caが粗大な介在物を生成し、これにより線材の耐遅れ破壊特性が低下する。従って、Ca含有量の上限値を0.05%とする。Ca含有量は、好ましくは0.04%以下、より好ましくは0.03%以下である。Ca含有量の下限値は0%であるが、上述の効果を得るために、好ましくは0.001%以上、より好ましくは0.005%以上のCaを含有してもよい。

0046

本実施形態に係る線材の成分組成の残部はFe及び不純物からなる。不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石若しくはスクラップ等のような原料、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係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。

0047

次に、本実施形態に係る線材の金属組織について説明する。

0048

ベイナイト:90〜100面積%
本実施形態に係る線材の金属組織は、90〜100面積%のベイナイトを含有する。金属組織が90〜100面積%のベイナイトを含有する線材(ベイナイト線材)の伸線特性は、金属組織が主にパーライトからなる線材(パーライト線材)と比較して優れている。また、ベイナイトに含まれるセメンタイトは、パーライトに含まれるセメンタイトよりも微細であるので、成分組成が同一のベイナイト線材とパーライト線材とを比較した場合、ベイナイト線材の引張強度はパーライト線材の引張強度よりも低い。線材の引張強度が低い場合、線材、およびこの線材を伸線加工して得られる鋼線の延性、伸線特性、および加工性が高い。これら特性をさらに向上させるために、ベイナイト含有量の下限値を95面積%としてもよく、98面積%としてもよい。ベイナイト以外に、例えばミクロマルテンサイト(MA)、初析セメンタイト等が線材の金属組織に含まれる場合がある。これらの含有は、ベイナイトの含有量が90面積%以上である限り許容される。

0049

ベイナイトの含有量は、伸線方向に垂直な線材断面を観察することにより求められる。ベイナイトの含有量を測定するための方法の例は、以下の通りである。まず、伸線方向に垂直な線材断面の複数の場所において金属組織像を得る。次に、各金属組織像におけるベイナイトの面積率の平均値を求める。金属組織像を得る撮影領域は特に限定されない。例えば図6に示されるように、伸線方向に垂直な線材断面1の中心部11、表層部12、および線材径の1/4の深さの領域である中間部13それぞれが、互いに可能な限り離隔された4つの撮影領域2を含んでいることが好ましい。金属組織像を得るための手段は特に限定されない。例えば、SEM走査電子顕微鏡)を用いて、撮影倍率1000倍で金属組織像を撮影することが好ましい。金属組織像においてベイナイトを判別する手段は特に限定されない。その成分組成に鑑みて、本実施形態に係る線材がパーライト、マルテンサイト(ミクロマルテンサイトを含む)、初析セメンタイト、およびベイナイト以外の組織を含むことはないと見なすことができるので、本実施形態に係る線材の金属組織像において、パーライト、マルテンサイト、および初析セメンタイト以外の組織をベイナイトであると見なしてもよい。

0050

次に、本実施形態に係る線材の機械特性について説明する。

0051

線材の平均引張強度TS:810×[C]+475N/mm2以下
本実施形態に係る線材の機械特性は、長さ3200mmの線材を、同じ長さを有する8つの要素に分割することにより得られる、8本の長さ400mmの試験片の特性を測定することにより評価される。上述の8本の試験片の引張強度の平均値が、線材の平均引張強度TSと定義される。本実施形態に係る線材の平均引張強度TSは、下記式1を満足する。
[TS]≦810×[C]+475 ・・・(1)
ここで、[C]は単位質量%で表された線材のC含有量であり、[TS]は、単位N/mm2で表された平均引張強度TSである。

0052

線材の引張強度を増大させる主な要因は、線材のC含有量、および線材製造時の熱処理条件である。線材のC含有量に起因する引張強度の増大は、線材の引張強度をばらつかせない。何故なら、C含有量の増大に伴って生じる引張強度の増大は、線材全体にわたって一様に生じるからである。一方、線材製造時の熱処理条件に起因する引張強度の増大は、線材の引張強度をばらつかせるおそれがある。特に、線材の径が小さい場合、線材の単位長さ当たりの熱容量が小さく、線材の長さ方向の温度分布が大きくなるので、熱処理を線材全体で一様に行うことが難しくなり、引張強度のばらつきが生じやすい。熱処理が引張強度に及ぼす影響が大きいほど、引張強度のばらつきも大きくなる。線材の引張強度がばらついている場合、線材および鋼線の加工性がばらつくので、線材および鋼線の機械加工が難しくなる。さらに、この場合、線材の引張強度が高い箇所において遅れ破壊(水素脆化)に対する感受性が高まり、折損が生じる。

0053

以上の事項に鑑みて、本実施形態に係る線材の平均引張強度は、C含有量のみによって規定される上限値を下回る必要がある。本発明者らは、上記式1によって、平均引張強度TSの上限値を限定した。

0054

上記式1における係数“810”及び“475”は、C含有量が0.80%超である線材、即ちC含有量が共析点を上回る線材において、本発明者らが実験的に求めた係数である。式1によって規定される上限値を、線材の平均引張強度TSが上回る場合(即ち、C含有量に対して平均引張強度が高すぎる場合)、熱処理が引張強度に及ぼす影響が不適切水準まで高まるので、線材の引張強度のばらつきが大きくなり、これにより機械加工の安定性が損なわれ、且つ折損が生じやすくなることを本発明者らは知見した。この場合、線材の製造の際の熱処理条件が適切ではなく、従って、線材の引張強度が不均一に高められていると考えられる。

0055

図2に、平均引張強度TS(N/mm2)とC含有量(質量%)の関係の一例を示す。図から、本実施形態に係る線材の平均引張強度TSは、“[TS]≦810×[C]+475”の領域内にあることが解る。

0056

線材の引張強度の下限値は特に規定されない。しかし、工業的に利用される線材にはある程度の引張強度が求められることが通常である。線材の平均引張強度がC含有量に対して低すぎる場合も、線材を工業的に利用することが難しくなる。従って、本実施形態に係る線材の平均引張強度を、以下の式1’、式1’’、または式1’’’によって規定してもよい。
810×[C]+425≦[TS]≦810×[C]+475・・・(式1’)
810×[C]+435≦[TS]≦810×[C]+475・・・(式1’’)
810×[C]+445≦[TS]≦810×[C]+475・・・(式1’’’)

0057

線材の平均絞り値RA:−0.083×TS+154以上
本実施形態に係る線材の機械特性の評価は、長さ3200mmの線材を、同じ長さを有する8つの要素に分割することにより得られる、8本の長さ400mmの試験片の特性を測定することにより行われる。上述の8本の試験片の絞り値の平均値が、線材の平均絞り値RAと定義される。本実施形態に係る線材の平均絞り値RAは、下記式2を満足する。
[RA]≧−0.083×[TS]+154 ・・・(式2)
ここで、[TS]は、単位N/mm2で表された平均引張強度TSである。

0058

また、本実施形態に係る線材においては、平均絞り値RAの下限値を、平均引張強度TSから算出される下限値によって限定する。

0059

上記式2における係数“−0.083”及び“154”は、C含有量が過共析の領域内にある種々の線材の平均引張強度と平均絞り値とを調査することにより、本発明者らが実験的に求めた係数である。後述する、本実施形態に係る製造方法によって得られた線材の絞り値は、少なくとも「−0.083×[TS]+154」以上の平均絞り値を有していた。この平均絞り値は、従来のパーライト線材の平均絞り値を上回るものである。一方、金属組織が90〜100%のベイナイトを有していない線材の平均絞り値は、上述の下限値よりも低かった。また、金属組織が主にベイナイトから成るが、このベイナイトが、過冷却状態オーステナイトをベイナイト変態の開始前に加熱することにより得られたものである線材の平均絞り値も、上述の下限値より低かった。

0060

線材の引張強度のばらつき幅:8本の試験片の各引張強度のうち最大値と最小値との差が50N/mm2以下
本実施形態に係る線材の機械特性の評価は、長さ3200mmの線材を、同じ長さを有する8つの要素に分割することにより得られる、8本の長さ400mmの試験片の特性を測定することにより行われる。本実施形態に係る線材においては、上述の各試験片の各引張強度のうち最大値と最小値との差が、線材の引張強度のばらつき幅と定義される。本実施形態に係る線材の引張強度のばらつき幅は50N/mm2以下である。

0061

線材の引張強度が大きい場合、線材、および線材を伸線加工して得られる鋼線の加工性が小さくなる。線材の引張強度のばらつき幅が50N/mm2超である場合、この線材、およびこの線材を伸線加工することにより得られる鋼線を一定条件下で加工することが困難になる。さらに、この場合、線材の引張強度が高い箇所において遅れ破壊(水素脆化)に対する感受性が高まり、折損が生じる。線材および鋼線の加工をさらに容易にし、且つ線材の折損の発生をさらに抑制するために、線材の引張強度のばらつき幅は45N/mm2以下、40N/mm2以下、35N/mm2以下、または30N/mm2以下であってもよい。

0062

本実施形態に係る線材の径は特に規定されない。しかしながら、線材の引張強度のばらつきをさらに抑止するために、線材の径を3.5〜16.0mmとしてもよい。上述のように、線材の径が3.5mm未満である場合、線材の単位長さ当たりの熱容量が小さく、線材の長さ方向の温度分布が大きくなるので、熱処理を線材全体で一様に行うことが難しくなり、引張強度のばらつきが生じやすい。一方、線材の径が16.0mm超である場合、線材の中心部と表層部とを一様に冷却することが難しくなり、線材の中心部の金属組織を所定のものとすることが難しくなるおそれがある。

0063

次に、本実施形態に係る線材および鋼線の製造方法(以下「本実施形態に係る製造方法」ということがある。)について説明する。

0064

本実施形態に係る線材の製造方法は、図4に示されるように、(a)上述した本実施形態に係る線材の成分組成を有する鋼片を圧延して線材を得る工程と、(b)850〜1050℃の線材を350〜450℃の第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬し、次いで線材を第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、(c)取り出しから5秒以内の時点であって、かつ線材のベイナイト変態の開始のts秒前〜ts秒後である時点に、線材を530〜600℃の第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬する工程と、(d)前記線材を、前記ベイナイト変態が完全に終了した後に第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出す工程と、を備える。tsは、以下の式3によって求められる。
ts=0.05×tcomplete・・・(式3)
tcompleteは、線材を第1の溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬し続けた場合に、線材のベイナイト変態が開始してから終了するまでの時間を単位秒で示す。本実施形態に係る過共析ベイナイト鋼線の製造方法は、図4に示されるように、上記(a)〜(d)に加えて、線材を第1の溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬する前に、線材に伸線加工を行って鋼線を得る工程を備える。また、本発明の別の実施形態に係る過共析ベイナイト鋼線の製造方法は、図5に示されるように、上記(a)〜(d)に加えて、(e)第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出された線材に伸線加工を施す工程を備える。なお、図4および図5において、「溶融塩浴又は溶融鉛浴」は、単に「浴」と記載されている。以降、線材のベイナイト変態の開始のts秒前〜ts秒後である時点において線材を第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬することを「線材のベイナイト変態の開始と略同時に線材を第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬する」と記載する場合がある。

0065

図1に、本実施形態に係る製造方法の熱処理を示す。図中の、(b)との記号が付された矢印は、850〜1050℃の線材を350〜450℃の範囲の温度T1の第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬し、次いで取り出すこと、即ち上述の(b)を示す。(b)において、線材は温度T1で保定され、取り出され、次いで第2の溶融塩浴または溶融鉛浴に移送される。図中のt1は、線材を第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬する時間と、線材を第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から第2の溶融塩浴または溶融鉛浴に移送する時間との合計(すなわち、線材が第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬された時点から、線材が第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬された時点までの時間)を示す。図中の、(c)との記号が付された矢印は、ベイナイト変態の開始と略同時に、線材を、530〜600℃の範囲の温度(T1+ΔT)の第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬すること、即ち上述の(c)を示す。図中の、(d)との記号が付された矢印は、第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に、線材を、ベイナイト変態が完全に終了するまで保定すること、即ち上述の(d)を示す。

0066

第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬する前の線材の温度:850〜1050℃
本実施形態に係る線材の製造方法では、まず、本実施形態に係る線材の成分組成を有する鋼片を圧延して線材を得る。次いで、この線材を第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬する。圧延と浸漬との間に一旦線材を冷却し、次いで再加熱してもよいし、圧延と浸漬との間に冷却および再加熱を行わなくても良い。また、圧延と浸漬との間に、線材に伸線加工を行っても良い。いずれの場合でも、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬される線材の温度は850〜1050℃とする。通常、圧延直後の線材の温度は1050℃以下であるので、圧延後の線材または伸線後の鋼線を第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に直接浸漬する(即ち、冷却および再加熱を行わずに浸漬する)場合、浸漬される線材または鋼線の温度の上限は、実質的に1050℃となる。また、圧延後の線材または伸線後の鋼線を一旦冷却し、次いで再加熱した後に第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬する場合であっても、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬される線材または鋼線の温度の上限値を1050℃としてもよい。線材または鋼線を1050℃以上に加熱することの利点が存在しないからである。第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬される線材または鋼線の温度が850℃未満であると、線材または鋼線に焼入れが十分行われなくなるので、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬される線材または鋼線の温度の下限値は850℃とする。なお、圧延と浸漬との間に、線材に伸線加工を行う場合、以降の工程の説明における「線材」との記載は適宜「鋼線」と読み替えられる。

0067

第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度:350〜450℃
本実施形態に係る線材の製造方法では、850〜1050℃の線材を、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬することにより急冷する(図1中(b))。第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度T1は、350〜450℃である。この急冷により、線材の金属組織は過冷却状態のオーステナイトとなる。この状態で線材を等温保持すると、過冷却状態のオーステナイトのベイナイト変態が開始する。

0068

第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度T1が450℃超である場合、線材の冷却速度が低下するので、線材の金属組織が、過冷却状態のオーステナイトになる前にベイナイト変態する。この場合、線材の引張強度は下がるが、線材中に初析セメンタイトが析出する。初析セメンタイトは線材の伸線特性を悪化させる。従って、線材を急冷するために、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度T1を450℃以下とする必要がある。一方、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度T1が350℃未満である場合、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴が凝固するおそれがある。線材を第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬する時間は、線材を第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬する工程を規定通り行うことができるように、適宜調整される必要がある。

0069

線材を第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬する時点:第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴からの線材の取り出しから5秒以内の時点であって、かつ線材のベイナイト変態の開始のts秒前〜ts秒後である時点
本実施形態に係る線材の製造方法では、温度T1である第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から線材が取り出されてから5秒以内の時点であって、かつ線材のベイナイト変態の開始のts秒前〜ts秒後である時点に、線材を温度T2である第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬する。

0070

本発明者らは、線材が第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬された時点から、線材が第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬された時点までの時間(即ち、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴内に線材が浸漬されている時間と、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴へ線材を移送する時間との合計時間)t1と、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度T1とを変化させた種々の製造条件によって線材を製造し、それら線材の引張強度のばらつき幅を測定した。これにより得られたデータを用いて、温度T1、時間t1、および引張強度のばらつき幅の関係を調査した。その結果、図3に示される結果が得られた。

0071

図3中の、記号「S」が付された曲線は、ベイナイト変態が開始する温度および時間を示す曲線(以下、S曲線と称する)である。この曲線は、線材の成分組成に応じて変化する。図3中に記載されているデータポイントは、このデータポイントに係る線材を製造した際の温度T1および時間t1を表している。曲線より左側にあるデータポイントに係る線材は、ベイナイト変態の開始前に第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬された線材であり、曲線より右側にあるデータポイントに係る線材は、ベイナイト変態の開始後に第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬された線材である。図3中において、各データポイントに関して記載されている点線は、各データポイントに係る線材の熱履歴を示す。データポイントの種類が「BAD」である線材の引張強度のばらつき幅は50N/mm2超であり、データポイントの種類が「GOOD」である線材の引張強度のばらつき幅は40N/mm2超50N/mm2以下であり、データポイントの種類が「VERY GOOD」である線材の引張強度のばらつき幅は40N/mm2以下である。

0072

図3中に表されているように、曲線に近接しているデータポイントに係る線材(すなわち、ベイナイト変態の開始と略同時に第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬された線材)において、引張強度のばらつき幅は小さかった。

0073

時間t1は、線材のベイナイト変態の開始のts秒前〜ts秒後である時点に線材が第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴内に浸漬されるように、適宜設定される。tsとは、以下に示す式3によって求められる値である。
ts=0.05×tcomplete・・・(式3)
tcompleteは、線材を第1の溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬し続けた場合に、線材のベイナイト変態が開始してから終了するまでの時間を単位秒で示す。

0074

線材を第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬してから線材のベイナイト変態が開始するまでの時間と、tsとは、線材の成分組成に対応するS曲線と、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度とに応じて決まる。従って、線材の成分組成と第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度とに基づいたシミュレーションおよび/または予備実験によって、時間t1が求められる。また、後述するように、線材の復熱を検出することにより、線材を第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬してから線材のベイナイト変態が開始するまでの時間を求められる。従って、線材を製造する前に、上述の手段によって、時間t1を決定するための予備的な調査を行っても良い。

0075

線材のベイナイト変態の開始と略同時に線材を第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬することによって、線材の引張強度のばらつきが抑制される理由は明らかではない。しかし、以下に説明する理由が推定される。線材のベイナイト変態が、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴への浸漬の間、または第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴への移送中に生じた場合、復熱(変態発熱)によって、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴への浸漬の間、または第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴への移送中に線材温度が上昇する。この場合、線材温度の上昇が不均一に生じるおそれがある。何故なら、溶融塩浴または溶融鉛浴において線材の熱処理を行う場合、線材は、例えば図7に示されるようなコイル形状を有した状態で溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬され、次いで取り出されるからである。熱処理中の線材がコイル形状を有している場合、線材同士が重なり合っている部分は、それ以外の部分よりも、復熱に起因した温度上昇が大きくなる。何故なら、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴による冷却効果が、線材同士が重なり合っている部分には比較的及びにくいからである。従って、上述の時間t1が長くなることにより、線材の加熱の開始が遅れた場合、線材温度の不均一な上昇により、線材の引張強度のばらつきが生じる。なお、熱処理時に線材をコイル形状とすることは、線材の製造効率を高めるために不可欠である。特別の理由が無い限り、線材同士が重なり合わない形状を有した状態で線材を溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬することはない。一方、上述の時間t1が短くなり、ベイナイト変態の開始よりもts秒超前に線材が第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬された場合、変態の開始が早まるので、変態開始温度が高くなる。この場合、線材の強度の上昇および線材の延性の低下が生じる。

0076

上述の理由に鑑みて、第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴への線材の浸漬は、線材のベイナイト変態の開始と完全に同時に行われることが最も好ましい。しかしながら本発明者らは、ベイナイト変態の進行が早く、復熱による温度上昇が比較的大きい線材においては、線材の浸漬と線材の変態の開始との間の時間が5秒以下であれば線材の引張強度のばらつきを十分に抑制でき、またベイナイト変態の進行が遅く、復熱による温度上昇が比較的低い線材においては、線材の浸漬と線材の変態の開始との間の時間が5秒超であってもばらつきを抑制できることを、実験的事実から知見した。このような知見に基づき、本実施形態に係る線材の製造方法においては、線材の浸漬と線材の変態の開始との間の時間を、ベイナイト変態の進行速度に応じて決定される値tsによって規定した。なお、本実施形態に係る線材において、tcompleteが100秒未満となることはないので、tsの上限値を5秒としてもよい。

0077

多くの場合、線材が第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬された時点と、線材が第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬された時点との間の経過時間t1は10〜40秒が好ましい。本実施形態に係る線材の成分組成に鑑みて、時間t1を10秒未満または40秒超とした場合、続く第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴内への線材の浸漬を適切に行うことは難しい。

0078

線材は、上述の規定に加えて、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出されてから5秒以内に第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬される必要がある。線材の取り出しから浸漬までの間の時間、すなわち線材の移送の時間が5秒超である場合、線材の移送の間に線材の温度が変動するおそれがあるので、線材のベイナイト変態の開始と略同時に線材を第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬することが、きわめて困難となる。

0079

第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴中の線材においてベイナイト変態が開始した時点を、線材の復熱(変態発熱)を検出することにより判定してもよい。本実施形態における復熱とは、線材中でのベイナイト変態の開始によって線材の温度が上昇する現象である。復熱は、例えば、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬されてから取り出された線材の温度と、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度とを比較することによって検出できる。線材の温度が第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度よりも高い場合、線材に復熱が生じていると判断される。第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴内への浸漬時間を種々変化させた線材それぞれにおいて、復熱の有無を調べることにより、線材に復熱を生じさせることができる最も短い浸漬時間tminを求めることができる。線材を第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に浸漬してからtminだけ経過した時点を、線材においてベイナイト変態が開始した時点と見なすことができる。このように、復熱を利用して、線材中においてベイナイト変態が開始する時点を予め求め、それに基づいて線材の製造を行うことがさらに好ましい。

0080

なお、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬されている時間が5秒未満である場合、たとえ線材の温度が第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴よりも高くても、線材に復熱が生じているか否かを判断できない。線材の温度が、復熱ではなく、不十分な浸漬時間に起因して高くなる場合があるからである。

0081

第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度:530〜600℃
第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から線材を取り出す時:ベイナイト変態が完全に終了した後の時点
線材のベイナイト変態の開始と略同時に、温度T2である第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の中に線材を浸漬する。温度T2は530〜600℃である。これにより、線材を530〜600℃の温度まで急速に加熱し(図1中(c))、該温度で、完全にベイナイト変態が終了するまで保定することができる。線材のベイナイト変態の開始と略同時に、線材を530〜600℃の温度まで急速に加熱すると、ベイナイト中のセメンタイトの間隔が広くなる。その結果、急速加熱をしない場合に比べ、線材の強度が低下する。第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度が530℃未満または600℃超である場合、ベイナイト変態の終了まで長時間かかる。それ故、第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度は、ベイナイト変態を短時間で確実に完了させるために、530〜600℃とする。上記の温度範囲まで線材を加熱する際の加熱速度は特に限定されない。しかし、ベイナイト変態完了までの時間を短縮するために、加熱速度は速い方が好ましく、具体的には10〜50℃/秒が好ましい。温度530〜600℃の溶融塩浴又は溶融鉛浴に線材を浸漬することにより、このような加熱速度が得られる。ベイナイト変態が完了する前に線材を第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出した場合、線材中にMAが生成し、このMAが線材の加工性を低下させるおそれがある。

0082

第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴への線材の浸漬中にベイナイト変態が開始した後、線材をそのまま保定すると、緻密なベイナイト組織が成長する。緻密なベイナイト組織が成長した線材は、ベイナイト変態の開始と略同時に急速加熱した線材に比べ強度が高い。それ故、本実施形態に係る線材では、線材を急速加熱することにより、析出するセメンタイトの間隔を広くし、強度を低下させる。

0083

本実施形態に係る耐遅れ破壊特性に優れた過共析ベイナイト鋼線(以下「本実施形態に係る鋼線」ということがある。)は、伸線特性の優れた本実施形態に係る線材を伸線加工したものである。伸線加工は通常の伸線加工でよく、減面率は特に限定されない。本実施形態に係る鋼線は、耐遅れ破壊特性に優れているので、鋼線の用途が大幅に拡大する。

0084

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明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り、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

0085

(実施例1)
表1に示す成分組成の過共析鋼片を、表2に示す線径の線材に圧延し、表2に示す温度条件でベイナイト変態を完了させた。ベイナイト変態完了後の線材の平均引張強度(N/mm2)、平均絞り値(%)、および引張強度のばらつき幅(N/mm2)を測定した。線材の平均引張強度は、長さ3200mmの線材を、同じ長さを有する8つの要素に分割することにより得られる、8本の長さ400mmの試験片それぞれの引張強度の平均値である。線材の平均絞り値は、長さ3200mmの線材を、同じ長さを有する8つの要素に分割することにより得られる、8本の長さ400mmの試験片それぞれの絞り値の平均値である。線材の引張強度のばらつき幅は、長さ3200mmの線材を、同じ長さを有する8つの要素に分割することにより得られる、8本の長さ400mmの試験片それぞれの引張強度のうち最大値と最小値との差である。測定結果を表2に併せて示す。なお、線材を第2の溶融塩浴または溶融鉛浴に浸漬した際の加熱速度は、10〜50℃/秒とした。

0086

0087

0088

表2において、T0は第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴に浸漬される線材の温度、T1は第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度、t1は第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴内に線材を浸漬してから第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴内に線材を浸漬するまでの時間、ΔTは第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴に線材を浸漬したことにより上昇した温度、T2は第2の溶融塩浴又は溶融鉛浴の温度、TS上限はC含有量および式1から算出された平均引張強度の上限値、TS平均は平均引張強度(N/mm2)、TS最大は引張強度の最大値(N/mm2)、TS最小は引張強度の最小値(N/mm2)、TSばらつき幅はTS最大とTS最小との差(N/mm2)、RA下限は平均引張強度の上限値および式2から算出された平均絞り値の上限値、RA平均は平均絞り値(%)、RA最大は絞り値の最大値(%)、RA最小は絞り値の最小値(%)、RAばらつき幅はRA最大とRA最小との差(%)である。No.1〜7の発明例を製造する際の、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴内での線材の浸漬時間tは、第2の溶融塩浴または溶融鉛浴内への線材の浸漬がベイナイト変態の開始と略同時となるように、適宜選択されたものである。No.8の比較例では、線材が第2の溶融塩浴または溶融鉛浴内に浸漬されなかった。No.9および10の比較例では、線材が、ベイナイト変態の開始後長時間経過してから第2の溶融塩浴または溶融鉛浴内に浸漬された。なお、発明例No.1〜7、比較例No.9、および比較例No.10において、線材は、第1の溶融塩浴又は溶融鉛浴から取り出されてから5秒以内に第2の溶融塩浴または溶融鉛浴内に浸漬された。

実施例

0089

表2から、No.1〜7の発明例においては、TS平均及びRA平均が式1及び式2を満たしており、加えて、TSばらつき幅が50N/mm2以下であった。これにより、No.1〜7の発明例においては、耐遅れ破壊特性が向上し、線材結束時及び結束状態で折損が発生しなかったことが解る。

0090

前述したように、本発明によれば、パーライト鋼よりも低強度化および高延性化された線材であって、線材の結束作業時又は結束された状態での折損が抑制され、伸線特性及び耐遅れ破壊特性に優れた線材と、該線材を用いて製造した過共析ベイナイト鋼線と、それらを安定的に製造する製造方法とを提供することができる。よって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が高いものである。

0091

1線材断面
11 中心部
12表層部
13 中間部
2撮影領域

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