鋼材の材質制御方法
【課題】フェライト中の炭素の拡散速度を強磁場を用いて抑制することで、材質制御を行う。
【解決手段】侵入型の固溶元素を含む鉄又は鋼であって、侵入型元素の拡散現象により引き起こされる現象、より、具体的には、時効、脱炭を、強磁場をかけることで制御する。強磁場を用いることで、高強度の高炭素鋼線の伸線加工後の時効による延性低下を制御する。
【解決手段】侵入型の固溶元素を含む鉄又は鋼であって、侵入型元素の拡散現象により引き起こされる現象、より、具体的には、時効、脱炭を、強磁場をかけることで制御する。強磁場を用いることで、高強度の高炭素鋼線の伸線加工後の時効による延性低下を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁場を利用した鋼の機械的性質の制御に関するものである。さらに詳しくは、高炭素鋼線材の伸線加工時の時効硬化、又は、伸線加工後の室温時効を抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の侵入型元素の拡散により引き起こされる種々の現象を抑制することにより組織を制御して、機械的性質を調整する方法が従来より用いられている。例えば、高炭素鋼線の伸線加工時の発熱による延性劣化を抑制する技術として、特許文献１に開示されている方法がある。
【０００３】
この方法は、伸線加工中に発生する加工発熱により高温となり、侵入型元素が拡散し易くなる現象について、鋼線を直接水で冷却することにより、延性が劣化するのを防ぐ技術である。
【０００４】
しかし、この直接鋼線を水冷する方法を用いても、スチールコードのような０．１５〜０．４ｍｍ径の３．０ＧＰａ以上のワイヤでは、加工温度の低下により変形抵抗が増加し、それによって、かえって発熱の増加が有り、十分に冷却の効果を得られないという問題があった。
【０００５】
一方、Ｓｉを多量に含む高炭素鋼を熱間圧延で線材圧延する場合、熱間圧延の過程で、鋼材の温度がＡe3変態点以下の温度になると、フェライトが生成し、フェライト中の炭素の拡散速度が大きいために、脱炭が促進されるとの問題があった。
【０００６】
このような課題に対しては、例えば、特許文献２に開示されているような技術がある。この方法では、鋼に、アンチモンを添加することで、鋼の表面に、Ｆｅ酸化物より緻密なＳｂ酸化物を形成し、鋼の表面からの炭素が抜け出すのを防止するという技術である。
【０００７】
しかし、この方法では、アンチモンなどの、環境負荷が大きい元素を用いるため、実用に際しては制限が多く、一般的に用いることができないとの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−２８４０４４号公報
【特許文献２】特開平０１−３１９６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、加工技術、鋼材成分などの工夫を行なっても、鋼の侵入型元素の拡散によって生じる問題に対する解決策には限界があり、侵入型元素の拡散に関する、新たな制御技術方法が必要とされていた。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされた発明であり、鉄、鋼などの鋼材の機械的性質に影響を与える炭素、窒素、水素などの侵入型元素の拡散の制御方法であり、これを通じて、鋼材の機械的性質を改善する技術を提供することを目的としている。
【００１１】
さらに、具体的には、例えば、スチールコード、ベルトコード、ゴムホース用ワイヤ、ロープ用ワイヤなどの細引き用途に使用されるピアノ線材、硬鋼線材などに用いられる高炭素鋼線材に関し、熱間圧延後の伸線加工性に優れ、伸線加工の際に内部欠陥を発生し難い、高延性の高炭素鋼線材を提供することにより、中間パテンティング処理を省略することが可能な、高延性の高炭素鋼線材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下を要旨とする。
【００１３】
（１）炭素を０．３質量％以上含む鋼を加工する際に、
真ひずみ１．５以上で加工を行い、その後、
当該鋼に対し１テスラ以上の強磁場をかけた状態で保持する
ことを特徴とする鋼材の材質制御方法。
【００１４】
（２）炭素を０．３質量％以上含む鋼を熱処理する際に、
５００℃〜Ａe3変態点の温度範囲において、当該鋼に対し、１テスラ以上の強磁場をかける
ことを特徴とする鋼材の材質制御方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、従来では不可能であった鋼の加工時に発生する時効硬化、加工後に発生する室温時効を抑制することが可能となった。
【００１６】
このことにより、例えば、伸線ワイヤの時効硬化を抑制する際のフェライト域圧延で、脱炭を、磁場をかけることで抑制することが可能となり、線材又は鋼線の高延性化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】強磁場による拡散係数の変化を示す図である。
【図２】磁場強度と拡散係数の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明者らは、強磁場中におけるフェライト中の炭素の拡散速度に着目して、本発明に至った。本発明者らが測定を行なった強磁場中の炭素の拡散速度を、図１に示す。図１に示すように、６テスラの強磁場をかけることにより、鉄中の炭素の拡散係数は、ほぼ４分の１となっている。
【００１９】
つまり、鋼材に強磁場をかけることにより、鋼中炭素の拡散速度が４分の１程度に低下する。このことを利用すれば、鋼の機械的性質の変化に、炭素の拡散が影響しているものに関しては、磁場をかけることにより、炭素の拡散を遅延させることが可能となる。
【００２０】
そして、この炭素の拡散速度の抑制は、炭素含有量が０．３質量％以上の鋼で、効果が顕著である。
【００２１】
また、この磁場による炭素の拡散速度抑制効果は、図２に示すように、磁場の強度に比例して大きくなる。
【００２２】
したがって、磁場により炭素の拡散速度に及ぼす影響が明瞭となる１テスラ以上の磁場をかける必要がある。本発明では、１テスラ以上の磁場としているが、期待する効果に応じて、磁場の強度を調整することが可能である。
【００２３】
鋼の加工を行う場合、加工度が小さいと、鋼材中心部まで圧縮応力が届かず、内部クラックを生じるので、加工減面率を、少なくとも、１０％以上とする必要がある。
【００２４】
また、ダイスを用いる伸線加工の場合、ダイスの出側で、最も鋼材の温度が高温となるので、ダイスを使用する加工の場合は、少なくとも、ダイスの出側位置で、強磁場を掛ける必要がある。
【００２５】
なお、この伸線加工を行なった後に行なうスキンパス伸線は、通常、減面率が１％以上１０％未満であるが、伸線ワイヤの内部に、カッピー破断を引き起こすクラックを生じない条件であれば、本発明の強磁場を利用することが可能である。
【００２６】
同様に、鋼材の加工後に、室温で起きる時効現象の抑制にも用いることができる。この場合、特に、０．３％以上の鋼線で室温時効が現れるので、０．３％以上炭素を含む鋼線に適用する。
【００２７】
また、室温時効は炭素量ばかりでなく、伸線加工により導入された転位密度にも影響されるので、真ひずみで１．５以上の加工を行なった場合に、加工後、１テスラ以上の磁場をかけた状態で保持することが効果的である。
【００２８】
なお、このような強磁場による効果は、炭素に代表されるが、その他の侵入型元素である窒素、又は、水素であっても、同様に、強磁場により拡散係数を小さくすることが可能である。
【００２９】
次に、鋼材に強磁場をかけることにより、鋼材表層の脱炭も抑制できることについて、説明する。
【００３０】
磁場をかけることで脱炭を抑制する場合に、フェライト域脱炭の影響が大きくなるのは、０．３％以上の炭素を含む鋼である。また、フェライト域脱炭は、炭素の拡散が早くなる５００℃以上の温度域で影響が大きく、γ中に、フェライトが生成するＡe3変態点以下の温度域で、脱炭が大きくなる。このため、５００℃以上、Ａe3変態点以下の温度範囲で磁場をかけるものとする。
【００３１】
磁場の強度は、圧延中の雰囲気に影響されるので、脱炭の大きさや、必要な脱炭の制御範囲によって調整することが可能である。一般的には、１テスラ以上の強度で脱炭抑制の効果が大きくなるので、１テスラ以上の磁場をかけるものとする。
【実施例１】
【００３２】
（実施例１）
実炉で、ＪＩＳ ＳＷＲＳ８２Ａ相当の鋼を溶製し、熱間圧延で５．５ｍｍ径の線材とした。得られた線材に、伸線加工と中間熱処理を施して、１．８５ｍｍ径のワイヤとした。その後、９５０℃でオーステナイト化を行い、５７５℃の鉛浴に浸漬する鉛パテンティング処理を行なった。さらに、湿式の連続伸線機を用いて、伸線加工で、１．８５ｍｍ径の鋼線を０．３ｍｍ径のワイヤにした。
【００３３】
本発明法のワイヤの場合、連続伸線機のダイス出側に、強磁場をかける磁場発生装置を配置して、伸線加工を行なった。
【００３４】
表１に、最終ダイスの出側でワイヤにかけた磁場強度、伸線加工後に直ちに行なった引張試験結果、及び、捻回試験におけるデラミネーションの有無を示す。本発明法１から３は、引張強度ＴＳが少し低いが、捻回試験におけるデラミネーションは発生していない。比較法４は、磁場をかけなかった場合で、伸線加工後の捻回試験でデラミネーションが発生している。
【００３５】
【表１】
【００３６】
また、表１の本発明法３のサンプルを室温中に放置した場合と、強磁場をかけた状態で室温中に置いた場合とのワイヤの機械的性質の変化を、表２に示す。強磁場をかけることで、室温での時効が抑制されていることが判る。
【００３７】
【表２】
【００３８】
（実施例２）
実炉で、表３に成分組成を示す鋼を溶製した。熱間圧延で９ｍｍ径の線材とした。１０００℃でオーステナイト化した後、８００℃から水冷を行い、７ｍｍ径に大気中で加工を行い、その後、直ちに、６００℃の鉛浴に浸漬するパテンティング処理を行なった。その際に、６テスラの強磁場をかける本発明法と、磁場をかけない比較法の２つの条件で試験をした。
【００３９】
得られた線材の脱炭深さを、表４に示す。本発明法により、脱炭深さが小さくなっていることが解る。
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁場を利用した鋼の機械的性質の制御に関するものである。さらに詳しくは、高炭素鋼線材の伸線加工時の時効硬化、又は、伸線加工後の室温時効を抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の侵入型元素の拡散により引き起こされる種々の現象を抑制することにより組織を制御して、機械的性質を調整する方法が従来より用いられている。例えば、高炭素鋼線の伸線加工時の発熱による延性劣化を抑制する技術として、特許文献１に開示されている方法がある。
【０００３】
この方法は、伸線加工中に発生する加工発熱により高温となり、侵入型元素が拡散し易くなる現象について、鋼線を直接水で冷却することにより、延性が劣化するのを防ぐ技術である。
【０００４】
しかし、この直接鋼線を水冷する方法を用いても、スチールコードのような０．１５〜０．４ｍｍ径の３．０ＧＰａ以上のワイヤでは、加工温度の低下により変形抵抗が増加し、それによって、かえって発熱の増加が有り、十分に冷却の効果を得られないという問題があった。
【０００５】
一方、Ｓｉを多量に含む高炭素鋼を熱間圧延で線材圧延する場合、熱間圧延の過程で、鋼材の温度がＡe3変態点以下の温度になると、フェライトが生成し、フェライト中の炭素の拡散速度が大きいために、脱炭が促進されるとの問題があった。
【０００６】
このような課題に対しては、例えば、特許文献２に開示されているような技術がある。この方法では、鋼に、アンチモンを添加することで、鋼の表面に、Ｆｅ酸化物より緻密なＳｂ酸化物を形成し、鋼の表面からの炭素が抜け出すのを防止するという技術である。
【０００７】
しかし、この方法では、アンチモンなどの、環境負荷が大きい元素を用いるため、実用に際しては制限が多く、一般的に用いることができないとの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−２８４０４４号公報
【特許文献２】特開平０１−３１９６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、加工技術、鋼材成分などの工夫を行なっても、鋼の侵入型元素の拡散によって生じる問題に対する解決策には限界があり、侵入型元素の拡散に関する、新たな制御技術方法が必要とされていた。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされた発明であり、鉄、鋼などの鋼材の機械的性質に影響を与える炭素、窒素、水素などの侵入型元素の拡散の制御方法であり、これを通じて、鋼材の機械的性質を改善する技術を提供することを目的としている。
【００１１】
さらに、具体的には、例えば、スチールコード、ベルトコード、ゴムホース用ワイヤ、ロープ用ワイヤなどの細引き用途に使用されるピアノ線材、硬鋼線材などに用いられる高炭素鋼線材に関し、熱間圧延後の伸線加工性に優れ、伸線加工の際に内部欠陥を発生し難い、高延性の高炭素鋼線材を提供することにより、中間パテンティング処理を省略することが可能な、高延性の高炭素鋼線材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下を要旨とする。
【００１３】
（１）炭素を０．３質量％以上含む鋼を加工する際に、
真ひずみ１．５以上で加工を行い、その後、
当該鋼に対し１テスラ以上の強磁場をかけた状態で保持する
ことを特徴とする鋼材の材質制御方法。
【００１４】
（２）炭素を０．３質量％以上含む鋼を熱処理する際に、
５００℃〜Ａe3変態点の温度範囲において、当該鋼に対し、１テスラ以上の強磁場をかける
ことを特徴とする鋼材の材質制御方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、従来では不可能であった鋼の加工時に発生する時効硬化、加工後に発生する室温時効を抑制することが可能となった。
【００１６】
このことにより、例えば、伸線ワイヤの時効硬化を抑制する際のフェライト域圧延で、脱炭を、磁場をかけることで抑制することが可能となり、線材又は鋼線の高延性化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】強磁場による拡散係数の変化を示す図である。
【図２】磁場強度と拡散係数の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明者らは、強磁場中におけるフェライト中の炭素の拡散速度に着目して、本発明に至った。本発明者らが測定を行なった強磁場中の炭素の拡散速度を、図１に示す。図１に示すように、６テスラの強磁場をかけることにより、鉄中の炭素の拡散係数は、ほぼ４分の１となっている。
【００１９】
つまり、鋼材に強磁場をかけることにより、鋼中炭素の拡散速度が４分の１程度に低下する。このことを利用すれば、鋼の機械的性質の変化に、炭素の拡散が影響しているものに関しては、磁場をかけることにより、炭素の拡散を遅延させることが可能となる。
【００２０】
そして、この炭素の拡散速度の抑制は、炭素含有量が０．３質量％以上の鋼で、効果が顕著である。
【００２１】
また、この磁場による炭素の拡散速度抑制効果は、図２に示すように、磁場の強度に比例して大きくなる。
【００２２】
したがって、磁場により炭素の拡散速度に及ぼす影響が明瞭となる１テスラ以上の磁場をかける必要がある。本発明では、１テスラ以上の磁場としているが、期待する効果に応じて、磁場の強度を調整することが可能である。
【００２３】
鋼の加工を行う場合、加工度が小さいと、鋼材中心部まで圧縮応力が届かず、内部クラックを生じるので、加工減面率を、少なくとも、１０％以上とする必要がある。
【００２４】
また、ダイスを用いる伸線加工の場合、ダイスの出側で、最も鋼材の温度が高温となるので、ダイスを使用する加工の場合は、少なくとも、ダイスの出側位置で、強磁場を掛ける必要がある。
【００２５】
なお、この伸線加工を行なった後に行なうスキンパス伸線は、通常、減面率が１％以上１０％未満であるが、伸線ワイヤの内部に、カッピー破断を引き起こすクラックを生じない条件であれば、本発明の強磁場を利用することが可能である。
【００２６】
同様に、鋼材の加工後に、室温で起きる時効現象の抑制にも用いることができる。この場合、特に、０．３％以上の鋼線で室温時効が現れるので、０．３％以上炭素を含む鋼線に適用する。
【００２７】
また、室温時効は炭素量ばかりでなく、伸線加工により導入された転位密度にも影響されるので、真ひずみで１．５以上の加工を行なった場合に、加工後、１テスラ以上の磁場をかけた状態で保持することが効果的である。
【００２８】
なお、このような強磁場による効果は、炭素に代表されるが、その他の侵入型元素である窒素、又は、水素であっても、同様に、強磁場により拡散係数を小さくすることが可能である。
【００２９】
次に、鋼材に強磁場をかけることにより、鋼材表層の脱炭も抑制できることについて、説明する。
【００３０】
磁場をかけることで脱炭を抑制する場合に、フェライト域脱炭の影響が大きくなるのは、０．３％以上の炭素を含む鋼である。また、フェライト域脱炭は、炭素の拡散が早くなる５００℃以上の温度域で影響が大きく、γ中に、フェライトが生成するＡe3変態点以下の温度域で、脱炭が大きくなる。このため、５００℃以上、Ａe3変態点以下の温度範囲で磁場をかけるものとする。
【００３１】
磁場の強度は、圧延中の雰囲気に影響されるので、脱炭の大きさや、必要な脱炭の制御範囲によって調整することが可能である。一般的には、１テスラ以上の強度で脱炭抑制の効果が大きくなるので、１テスラ以上の磁場をかけるものとする。
【実施例１】
【００３２】
（実施例１）
実炉で、ＪＩＳ ＳＷＲＳ８２Ａ相当の鋼を溶製し、熱間圧延で５．５ｍｍ径の線材とした。得られた線材に、伸線加工と中間熱処理を施して、１．８５ｍｍ径のワイヤとした。その後、９５０℃でオーステナイト化を行い、５７５℃の鉛浴に浸漬する鉛パテンティング処理を行なった。さらに、湿式の連続伸線機を用いて、伸線加工で、１．８５ｍｍ径の鋼線を０．３ｍｍ径のワイヤにした。
【００３３】
本発明法のワイヤの場合、連続伸線機のダイス出側に、強磁場をかける磁場発生装置を配置して、伸線加工を行なった。
【００３４】
表１に、最終ダイスの出側でワイヤにかけた磁場強度、伸線加工後に直ちに行なった引張試験結果、及び、捻回試験におけるデラミネーションの有無を示す。本発明法１から３は、引張強度ＴＳが少し低いが、捻回試験におけるデラミネーションは発生していない。比較法４は、磁場をかけなかった場合で、伸線加工後の捻回試験でデラミネーションが発生している。
【００３５】
【表１】
【００３６】
また、表１の本発明法３のサンプルを室温中に放置した場合と、強磁場をかけた状態で室温中に置いた場合とのワイヤの機械的性質の変化を、表２に示す。強磁場をかけることで、室温での時効が抑制されていることが判る。
【００３７】
【表２】
【００３８】
（実施例２）
実炉で、表３に成分組成を示す鋼を溶製した。熱間圧延で９ｍｍ径の線材とした。１０００℃でオーステナイト化した後、８００℃から水冷を行い、７ｍｍ径に大気中で加工を行い、その後、直ちに、６００℃の鉛浴に浸漬するパテンティング処理を行なった。その際に、６テスラの強磁場をかける本発明法と、磁場をかけない比較法の２つの条件で試験をした。
【００３９】
得られた線材の脱炭深さを、表４に示す。本発明法により、脱炭深さが小さくなっていることが解る。
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を０．３質量％以上含む鋼を加工する際に、
真ひずみ１．５以上で加工を行い、その後、
当該鋼に対し１テスラ以上の強磁場をかけた状態で保持する
ことを特徴とする鋼材の材質制御方法。
【請求項２】
炭素を０．３質量％以上含む鋼を熱処理する際に、
５００℃〜Ａe3変態点の温度範囲において、当該鋼に対し、１テスラ以上の強磁場をかける
ことを特徴とする鋼材の材質制御方法。
【請求項１】
炭素を０．３質量％以上含む鋼を加工する際に、
真ひずみ１．５以上で加工を行い、その後、
当該鋼に対し１テスラ以上の強磁場をかけた状態で保持する
ことを特徴とする鋼材の材質制御方法。
【請求項２】
炭素を０．３質量％以上含む鋼を熱処理する際に、
５００℃〜Ａe3変態点の温度範囲において、当該鋼に対し、１テスラ以上の強磁場をかける
ことを特徴とする鋼材の材質制御方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２５５２２０（Ｐ２０１２−２５５２２０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０４９３１（Ｐ２０１２−２０４９３１）
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【分割の表示】特願２００８−７８８３６（Ｐ２００８−７８８３６）の分割
【原出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【分割の表示】特願２００８−７８８３６（Ｐ２００８−７８８３６）の分割
【原出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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