本申請是申請日為2011年12月09日、申請?zhí)枮?01180062797.2、發(fā)明名稱為“鋼線材及其制造方法”的專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及鋼線材及其制造方法，特別涉及形成有能利用機械除鱗容易地除去的氧化皮的機械除鱗用鋼線材(以下將“鋼線材”簡稱作“線材”)及其制造方法。

背景技術：

在通過熱軋制造成的線材的表面通常形成有氧化皮，在對線材實施拉絲等的二次加工之前，需要除去該氧化皮。作為這樣的二次加工前的氧化皮除去方法，以往使用分批式酸洗法，但近年來從公害問題、降低成本的觀點出發(fā)，正在使用機械除鱗(以下稱作md)法。因此，要求線材形成有md性良好的氧化皮。

作為形成有md性良好的氧化皮的線材的制造方法，例如舉出專利文獻1～4。在專利文獻1、2中，通過使feo比率較高(或fe3o4比率較低)且形成較厚的氧化皮，來減少殘留于md后的線材的氧化皮量。在專利文獻3中，通過減小界面粗糙度，來促進在氧化皮的界面產(chǎn)生的裂紋的傳播，減少殘留氧化皮量。在專利文獻4中，通過使氧化皮中存在一定量的1μm以上且3μm以下的空孔，來提高氧化皮密接性，并且改善剝離性。

但是，在上述的專利文獻1～4中具有以下那樣的問題點。在如專利文獻1、2那樣形成較厚的氧化皮的方法中，即使利用md法對線材施加彎曲應變、并且進行線材表面的刷洗，也難以完全地除去氧化皮。即，md法與分批式的酸洗法不同，難以均勻且穩(wěn)定地除去所有氧化皮，即使對形成了較厚的氧化皮的線材進行md，也有在線材的表面分散有微細地破碎的氧化皮粉末的情況。當這樣局部殘存的殘留氧化皮變多時，在拉絲等的二次加工中，會發(fā)生由潤滑不良引起的缺陷或引起沖模壽命縮短等的問題。

另外，在專利文獻3等的減小界面粗糙度的方法中，難以使界面粗糙度穩(wěn)定地減小，在如專利文獻4那樣使氧化皮中形成1μm以上的較大的空孔的方法中，也難以穩(wěn)定地形成空孔，這些技術均難以穩(wěn)定地減少氧化皮殘存量。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本國特開平4-293721號公報

專利文獻2：日本國特開平11-172332號公報

專利文獻3：日本國特開平8-295992號公報

專利文獻4：日本國特許第3544804號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術問題

本發(fā)明是鑒于上述情況而做成的，其目的在于提供具有能利用md容易地剝離的氧化皮的線材及其制造方法。

用于解決技術問題的技術手段

完成了上述課題的本發(fā)明的鋼線材含有c：0.05～1.2％(是質(zhì)量％的意思。以下關于化學成分相同。)、si：0.01～0.7％、mn：0.1～1.5％、p：0.02％以下(不包含0％)、s：0.02％以下(不包含0％)、n：0.005％以下(不包含0％)，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)，所述鋼線材的特征在于，具有厚度為6.0μm以上且20μm以下的氧化皮，且該氧化皮中的當量圓直徑1μm以下的空孔為10面積％以下。

本發(fā)明的鋼線材根據(jù)需要也可以含有(a)cr：0.3％以下(不包含0％)及/或ni：0.3％以下(不包含0％)、(b)cu：0.3％以下(不包含0％)、(c)從由nb、v、ti、hf及zr構成的組中選擇的至少1種元素合計0.1％以下(不包含0％)、(d)al：0.1％以下(不包含0％)、(e)b：0.005％以下(不包含0％)、(f)ca：0.01％以下(不包含0％)及/或mg：0.01％以下(不包含0％)。

另外，本發(fā)明也包含鋼線材的制造方法，該鋼線材的制造方法的特征在于，在軋制結(jié)束溫度1000～1100℃下對上述任一化學成分的鋼進行熱軋，并接觸非氧介質(zhì)，以950℃以上的保持時間為0.20～20秒、950℃以下的保持時間小于0.15秒的速度進行冷卻，然后在750～950℃下卷繞。在該制造方法中，所述非氧介質(zhì)優(yōu)選是不活潑氣體或水，更優(yōu)選所述不活潑氣體是氮。

發(fā)明效果

在本發(fā)明的鋼線材中，能將氧化皮的厚度調(diào)整為規(guī)定范圍，并且能抑制氧化皮中的微細的空孔。由此，在md時容易地剝離氧化皮，因此，能利用簡單的除鱗裝置確保充分的剝離性，不會給拉絲等二次加工時帶來惡劣影響(由氧化皮的殘留引起的線材表面缺陷、潤滑不良等)，能提供品質(zhì)較高的鋼線材。另外，由于燒損較少，因此，能維持較高的成品率。

具體實施方式

線材在進行拉絲等的二次加工之前進行利用md除去氧化皮的操作，若在md后殘存有氧化皮，則會縮短沖模壽命。因此，期望具有md時容易剝離的氧化皮的線材。

md法是通過對線材施加應變而使氧化皮內(nèi)或鋼材與氧化皮的界面產(chǎn)生龜裂來剝離氧化皮的方法。以往，為了提高氧化皮的剝離性，進行提高氧化皮中的feo比率的操作。這是由于：feo的強度小于fe2o3、fe3o4的強度，因此認為提高氧化皮中的feo比率對提高md時的氧化皮剝離性是有效的。為了提高氧化皮中的feo比率，通常需要在高溫下形成氧化皮(精軋前的除鱗以后形成的二次氧化皮)，但在高溫下形成氧化皮時，容易產(chǎn)生微細的空孔(當量圓直徑1μm以下)，該微細的空孔凝聚而容易在氧化皮內(nèi)形成空孔列。若形成這樣的空孔列，則在md時僅剝離氧化皮層的一部分，在線材表面殘存有氧化皮。

因此，本發(fā)明人研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熱軋(精軋)后立即隔斷來自氣氛的氧，即與非氧介質(zhì)接觸而進行冷卻一直到開始卷繞，在該由非氧介質(zhì)進行的冷卻中，若延長在高溫側(cè)的滯留時間、縮短在低溫側(cè)的滯留時間，則能確保氧化皮的厚度且抑制微細空孔的形成。

氧化皮的厚度為了確保md性而為6.0μm以上。氧化皮厚度優(yōu)選為7μm以上，更優(yōu)選為8μm以上(特別優(yōu)選為9μm以上)。另一方面，若氧化皮厚度超過20μm，則燒損增加，成品率降低。并且，在冷卻過程、搬運·輸送時會產(chǎn)生氧化皮的剝離而生銹。氧化皮厚度優(yōu)選為19μm以下，更優(yōu)選為18μm以下。

另外，氧化皮中的微細空孔、即當量圓直徑為1μm以下的尺寸的空孔為10面積％以下。若微細空孔超過10面積％，則微細空孔彼此在氧化皮內(nèi)凝聚，引起在md時僅在該部分剝離，在線材表面殘存有氧化皮。微細空孔的面積率優(yōu)選為9％以下，更優(yōu)選為8％以下(特別優(yōu)選為7％以下)。在本發(fā)明中，作為對象的微細空孔的尺寸的下限通常是0.1μm左右。

通過使氧化皮的厚度及微細空孔的面積率為如上所述，能使md后的殘留氧化皮量相對于md前的氧化皮量以面積率計為30％以下。這相當于以相對于鋼線材的質(zhì)量的殘存氧化皮量計大概為0.05質(zhì)量％以下。殘留氧化皮量優(yōu)選為25面積％以下，更優(yōu)選為20面積％以下。

為了獲得上述的性狀(氧化皮厚度及微細空孔的面積率)的氧化皮，調(diào)整軋制結(jié)束溫度(精軋溫度)及精軋后的冷卻條件(氣氛及冷卻時間)是很重要的。

軋制結(jié)束溫度為1000～1100℃。若軋制結(jié)束溫度超過1100℃，則燒損增加，而若軋制結(jié)束溫度低于1000℃，則不能確保氧化皮厚度。軋制結(jié)束溫度優(yōu)選為1020～1080℃。

精軋后立即與非氧介質(zhì)接觸，隔斷氧，能抑制精軋后成長的氧化皮內(nèi)的微細空孔的產(chǎn)生。非氧介質(zhì)優(yōu)選是不活潑氣體或水。并且，不活潑氣體優(yōu)選是氮氣。

在與上述非氧介質(zhì)接觸的冷卻中，確保高溫域下的保持時間(高溫滯留時間)為規(guī)定時間以上，縮短低溫域下的保持時間(低溫滯留時間)。更具體而言，以950℃以上的保持時間為0.20～20秒、950℃以下到開始卷繞的保持時間小于0.15秒的速度冷卻線材。通過延長950℃以上的高溫滯留時間，能促進氧化皮的成長。另外，若950℃以下到開始卷繞的低溫滯留時間為0.15秒以上，則si、mn、cr等的合金元素的界面濃化變得顯著，阻礙fe的擴散，氧化皮難以成長。高溫滯留時間優(yōu)選為0.3～15秒，低溫滯留時間優(yōu)選為0.13秒以下。

高溫滯留時間和低溫滯留時間的調(diào)整在水冷的情況下調(diào)整各自的溫度域的水量比即可，在使用不活潑氣體的情況下，調(diào)整各自的溫度域的氣體流量比即可。任一情況下，高溫域的水量或氣體流量均低于低溫域即可。

在利用非氧介質(zhì)的冷卻結(jié)束之后，在750～950℃下卷繞。通過使卷繞溫度為這樣的范圍，能將氧化皮厚度調(diào)整為期望的范圍。卷繞溫度優(yōu)選為760～940℃，更優(yōu)選為780～930℃。

以下，說明本發(fā)明的鋼線材的化學組成。

c：0.05～1.2％

c是對鋼的機械性質(zhì)有較大影響的元素。為了確保線材的強度，將c量規(guī)定為0.05％以上。c量優(yōu)選為0.15％以上，更優(yōu)選為0.3％以上。另一方面，若c量過剩，則線材制造時的熱加工性變差。因此，將c量規(guī)定為1.2％以下。c量優(yōu)選為1.0％以下，更優(yōu)選為0.9％以下。

si：0.01～0.7％

si是為了鋼的脫氧所必需的元素，若其含有量過少，則fe2sio4(鐵橄欖石)的生成不充分，md性變差。因此，將si量規(guī)定為0.01％以上。si量優(yōu)選為0.1％以上，更優(yōu)選為0.2％以上。另一方面，若si量過剩，則由于fe2sio4(鐵橄欖石)的過剩生成，不僅md性顯著變差而且產(chǎn)生生成表面脫碳層等問題。因此，將si量規(guī)定為0.7％以下。si量優(yōu)選為0.5％以下，更優(yōu)選為0.4％以下。

mn：0.1～1.5％

mn是確保鋼的淬透性、對提高強度有用的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的作用，將mn量規(guī)定為0.1％以上。mn量優(yōu)選為0.2％以上，更優(yōu)選為0.4％以上。另一方面，若mn量過剩，則會在熱軋后的冷卻過程中引起偏析，容易產(chǎn)生對拉絲加工性等有害的過冷組織(馬氏體等)。因此，將mn量規(guī)定為1.5％以下。mn量優(yōu)選為1.4％以下，更優(yōu)選為1.2％以下。

p：0.02％以下(不包含0％)

p是使鋼的韌性及延展性變差的元素。為了防止拉絲工序等中的斷線，將p量規(guī)定為0.02％以下。p量優(yōu)選為0.01％以下，更優(yōu)選為0.005％以下。p量的下限不特別限定，但通常為0.001％左右。

s：0.02％以下(不包含0％)

s與p相同是使鋼的韌性及延展性變差的元素。為了防止拉絲、拉絲之后的加捻工序中的斷線，將s量規(guī)定為0.02％以下。s量優(yōu)選為0.01％以下，更優(yōu)選為0.005％以下。s量的下限不特別限定，但通常為0.001％左右。

n：0.005％以下(不包含0％)

n是若含有量過剩則使鋼的延展性變差的元素。因此，將n量規(guī)定為0.005％以下。n量優(yōu)選為0.004％以下，更優(yōu)選為0.003％以下。n量的下限不特別限定，但通常為0.001％左右。

本發(fā)明的鋼線材的基本成分如上所述，其余實際上是鐵。但是，當然容許鋼線材中包含由于原料、物資、制造設備等的狀況而帶入的不可避免的雜質(zhì)。另外，在不妨礙本發(fā)明的作用效果的范圍內(nèi)，也推薦根據(jù)需要添加下述元素。

cr：0.3％以下(不包含0％)及/或ni：0.3％以下(不包含0％)

cr及ni均是提高鋼的淬透性、有助于提高強度的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的作用，cr量、ni量均優(yōu)選為0.05％以上。更優(yōu)選cr量、ni量均為0.10％以上，進一步優(yōu)選均為0.12％以上。另一方面，若cr量及ni量過剩，則不僅容易產(chǎn)生馬氏體組織而且氧化皮與鋼材的密接性過高，md時的氧化皮的剝離性變差。因此，cr量、ni量均優(yōu)選為0.3％以下。更優(yōu)選cr量、ni量均為0.25％以下，進一步優(yōu)選均為0.20％以下。cr及ni可以分別單獨添加也可以并用。

cu：0.3％以下(不包含0％)

cu是具有促進氧化皮剝離的作用的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的作用，cu量優(yōu)選為0.01％以上。cu量更優(yōu)選為0.05％以上，進一步優(yōu)選為0.07％以上。另一方面，若cu量過剩，則過度地促進氧化皮的剝離，在軋制過程中氧化皮剝離，而在其剝離面產(chǎn)生薄且密接性較高的另外的氧化皮，而且在保管·輸送線材線圈時會生銹。因此，cu量優(yōu)選為0.3％以下。cu量更優(yōu)選為0.25％以下，進一步優(yōu)選為0.20％以下。

從由nb、v、ti、hf及zr構成的組中選擇的至少1種元素合計為0.1％以下(不包含0％)

nb、v、ti、hf及zr均是形成微細的碳氮化物、有助于高強度化的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的作用，nb量、v量、ti量、hf量及zr量均優(yōu)選為0.003％以上。nb量、v量、ti量、hf量及zr量均更優(yōu)選為0.007％以上，進一步優(yōu)選為0.01％以上。另一方面，若這些元素過剩，則延展性變差，因此，這些元素的合計量優(yōu)選為0.1％以下。這些元素的合計量更優(yōu)選為0.08％以下，進一步優(yōu)選為0.06％以下。這些元素可以分別單獨添加也可以組合兩種以上添加。

al：0.1％以下(不包含0％)

al是作為脫氧劑有效的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的作用，al量優(yōu)選為0.001％以上。al量更優(yōu)選為0.01％以上，進一步優(yōu)選為0.02％以上。另一方面，若al量過剩，則al2o3等的氧化物系夾雜物過多，拉絲加工時等常發(fā)生斷線。因此，al量優(yōu)選為0.1％以下。al量更優(yōu)選為0.08％以下，進一步優(yōu)選為0.06％以下。

b：0.005％以下(不包含0％)

b是作為固溶于鋼中的游離b(不形成化合物的b)存在而用于抑制鐵素體生成的元素，特別是在需要抑制縱向裂紋的高強度線材中有效的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的作用，b量優(yōu)選為0.0001％以上。b量更優(yōu)選為0.0005％以上，進一步優(yōu)選為0.0009％以上。另一方面，若b量過剩，則延展性變差。因此，b量優(yōu)選為0.005％以下，更優(yōu)選為0.0040％以下，進一步優(yōu)選為0.0035％以下。

ca：0.01％以下(不包含0％)及/或mg：0.01％以下(不包含0％)

ca和mg均是具有控制夾雜物的形態(tài)、提高延展性的作用的元素。另外，ca也具有提高鋼材的耐腐蝕性的作用。為了有效地發(fā)揮這樣的作用，ca量及mg量均優(yōu)選為0.001％以上。ca及mg均更優(yōu)選為0.002％以上，進一步優(yōu)選為0.003％以上。另一方面，若這些元素過剩，則加工性變差。因此，ca量、mg量均優(yōu)選為0.01％以下。ca量、mg量均更優(yōu)選為0.008％以下，進一步優(yōu)選為0.005％以下。ca和mg可以分別單獨添加也可以并用。

實施例

以下，舉出實施例更具體地說明本發(fā)明。本發(fā)明不受以下的實施例限制，當然也能在符合前述、后述的宗旨的范圍內(nèi)適當施加變更地實施，它們均包含于本發(fā)明的技術范圍內(nèi)。

按照通常的熔煉法熔煉了表1、2所示的化學組成的鋼之后制作150mm×150mm的鋼坯，并在加熱爐內(nèi)加熱。然后，使用高壓水對在加熱爐內(nèi)生成的一次氧化皮進行除鱗，在表3所示的條件下進行熱軋、冷卻、卷繞，獲得的鋼線材。

利用以下的方法測定獲得的鋼線材。

(1)氧化皮的厚度的測定

從線圈的前端、中央部、后端分別截取長度10mm的樣品，利用掃描型電子顯微鏡(sem)觀察各個樣品的任意3處的氧化皮截面(觀察倍率：5000倍)。關于各測定部位，以鋼線材周向長度100μm測定10點氧化皮厚度，求出其氧化皮平均厚度，將3處的平均值作為各樣品的氧化皮厚度。另外，算出各樣品(線圈前端、中央部、后端)的平均值，作為各試驗no.的氧化皮厚度。

(2)氧化皮中的空孔的面積率的測定

與上述(1)相同，從線圈的前端、中央部、后端分別截取長度10mm的樣品，利用sem觀察各個樣品的任意3處的氧化皮截面(測定視場：25×20μm、測定倍率：5000倍)。關于各測定部位，求出當量圓直徑1μm以下的空孔的面積率，將3處的平均值作為各樣品的微細(當量圓直徑1μm以下)空孔的面積率。并且，算出各樣品(線圈前端、中央部、后端)的平均值，作為各試驗no.的微細空孔的面積率。

(3)md性的測定

從線圈的前端、中央部、后端分別截取長度250mm的樣品，利用拉伸試驗機施加6％的變形應變，從卡盤取出后對樣品吹風而吹飛鋼線材表面的氧化皮。利用數(shù)字照相機對施加應變前后的外觀拍攝照片，通過圖像解析對兩者進行比較，從而算出殘留氧化皮面積率。

結(jié)果示于表4、5中。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

表4、5的no.1、2、4～28、30～32、34、35、37～39、41～42、44～45是滿足本發(fā)明的要件的例子，氧化皮厚度及氧化皮中的微細空孔的面積率適當，因此md性良好。

另一方面，no.3、29、33、36、40、43、46、47由于制造條件不滿足本發(fā)明的要件，因此，md性變差。

no.3、29、33、43、46由于精軋后在大氣中冷卻，因此，微細空孔的面積率變大，md性變差。no.36在950℃以上的高溫滯留時間較短，因此，氧化皮厚度變薄，md性變差。no.40在950℃以下的低溫滯留時間較長，因此，氧化皮厚度變薄，md性變差。no.47在950℃以上的高溫滯留時間過長，因此，氧化皮厚度過厚，燒損增加，并且微細空孔的面積率變大，md性變差。

詳細且參照特定的實施方式說明了本發(fā)明，但能不脫離本發(fā)明的精神和范圍地施加各種變更、修正對本領域技術人員來說是顯而易見的。

本申請基于2010年12月27日申請的日本特許出愿(特愿2010-290884)，將其內(nèi)容作為參照引用在此。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明的鋼線材由于熱軋后(拉絲加工前)的機械除鱗性優(yōu)異，因此，除了作為機動車的輪胎簾線(鋼絲簾線、胎圈鋼絲線)、膠管鋼絲之外，作為用于切斷半導體用硅等的切割鋼線等的原料有用。