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JP7655017B2 - Invar alloy and Invar alloy wire - Google Patents
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JP7655017B2 - Invar alloy and Invar alloy wire - Google Patents

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JP7655017B2 JP2021038904A JP2021038904A JP7655017B2 JP 7655017 B2 JP7655017 B2 JP 7655017B2 JP 2021038904 A JP2021038904 A JP 2021038904A JP 2021038904 A JP2021038904 A JP 2021038904A JP 7655017 B2 JP7655017 B2 JP 7655017B2
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Description

本発明は、インバー合金及びインバー合金線に関し、さらに詳しくは、高強度であり、引張強さばらつきが小さく、かつ、捻回特性に優れた線材を得ることが可能なインバー合金、及びこれを用いたインバー合金線に関する。 The present invention relates to an Invar alloy and an Invar alloy wire, and more specifically to an Invar alloy that can produce wire rod with high strength, small tensile strength variation, and excellent twisting characteristics, and an Invar alloy wire using the same.

高強度インバー合金とは、Fe-Ni系のインバー合金に特徴的な低熱膨張特性を維持しつつ、固溶強化や析出強化を利用して高強度化を図った合金をいう。高強度インバー合金の主な用途として、発熱の大きい高圧電線(鋼心アルミ撚り線)の芯線が挙げられる。撚り線を構成する線材は撚り線の製造過程で捻られるため、芯線にはより高い捻回特性が求められる。また、高圧電線の強度が高くなるほど、鉄塔間の間隔を広くすること、及び、鉄塔の高さを低くすることができるので、芯線にはより高い強度が求められている。 High-strength Invar alloys are alloys that maintain the low thermal expansion properties characteristic of Fe-Ni Invar alloys while achieving high strength through solid solution strengthening and precipitation strengthening. The main use of high-strength Invar alloys is as core wires for high-voltage electrical wires (steel core aluminum stranded wire), which generate a lot of heat. The wire that makes up the stranded wire is twisted during the manufacturing process, so the core wire is required to have high twisting properties. Furthermore, the stronger the high-voltage electrical wire, the wider the gap between steel towers can be and the lower the height of the steel towers can be, so the core wire is required to have higher strength.

そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、重量%で、C:0.20~0.40%、Si:≦0.8%、Mn:≦1.0%、P:≦0.050%、S:≦0.015%、Cu:≦1.0%、Ni:35~40%、Cr:≦0.5%、Mo:1.5~6.0%、V:0.05~1.0%、O:≦0.015%、及び、N:≦0.03%を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、さらに、Mo/V≧1.0、及び、(0.3Mo+V)≧4Cを満たすインバー合金線が開示されている。
In order to solve this problem, various proposals have been made in the past.
For example, Patent Document 1 discloses an Invar alloy wire containing, by weight, C: 0.20-0.40%, Si: ≦0.8%, Mn: ≦1.0%, P: ≦0.050%, S: ≦0.015%, Cu: ≦1.0%, Ni: 35-40%, Cr: ≦0.5%, Mo: 1.5-6.0%, V: 0.05-1.0%, O: ≦0.015%, and N: ≦0.03%, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and further satisfying Mo/V ≧1.0 and (0.3Mo+V) ≧4C.

同文献には、
(a)Vのみを添加すると、粗大な炭化物が析出するのに対し、Mo/V≧1.0となるようにMoとVとを複合添加すると、微細な炭化物が析出する点、
(b)炭化物の粗大化を抑制することにより、インバー合金が高強度化する点、及び、
(c)(0.3Mo+V)≧4Cとすると、高強度を維持しながら、安定した捻回特性を実現することができる点
が記載されている。
The same document states:
(a) When only V is added, coarse carbides are precipitated, whereas when Mo and V are added in combination so that Mo/V≧1.0, fine carbides are precipitated;
(b) The coarsening of carbides is suppressed, thereby increasing the strength of the Invar alloy; and
(c) It is described that if (0.3Mo+V)≧4C, stable twisting characteristics can be achieved while maintaining high strength.

特許文献2には、重量比にして、C:0.1~0.4%、Si:0.2~1.5%、Mn:0.1~1.5%、Ni:33~42%、Co:5.0%以下、Cr:0.75~3.0%、V:0.2~3.0%、B:0.003%以下、O:0.003%以下、Al:0.1%以下、Mg:0.1%以下、Ti:0.1%以下、Ca:0.1%以下を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなり、かつ、1.0 %≦V+Cr≦5.0 %の関係を有する高強度低熱膨張合金が開示されている。
同文献には、
(a)Vは、Fe-Ni系合金を強化する効果及び炭化物の微細化効果がMoより大きい点、並びに、
(b)Vは、熱膨張係数の低下にも非常に有効である点
が開示されている。
Patent Document 2 discloses a high-strength, low-thermal expansion alloy containing, by weight, 0.1-0.4% C, 0.2-1.5% Si, 0.1-1.5% Mn, 33-42% Ni, 5.0% or less Co, 0.75-3.0% Cr, 0.2-3.0% V, 0.003% or less B, 0.003% or less O, 0.1% or less Al, 0.1% or less Mg, 0.1% or less Ti, 0.1% or less Ca, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and satisfying the relationship 1.0%≦V+Cr≦5.0%.
The same document states:
(a) V has a greater effect of strengthening the Fe—Ni alloy and refining the carbides than Mo; and
(b) It is disclosed that V is also very effective in lowering the thermal expansion coefficient.

特許文献3には、質量%で、C:0.1~0.4%、V:0.5%超~3.0%、Ni:25~50%、を含有し、2≦V/C≦9を満たし、残部Feおよび不可避的不純物からなる捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金が開示されている。
同文献には、所定量のVは、粗大炭化物の粒界析出を抑制し、粒内炭化物の微細析出を促進するために、捻回特性の向上に有効である点が記載されている。
Patent Document 3 discloses a high-strength, low-thermal expansion alloy having excellent torsional properties, which contains, by mass%, C: 0.1 to 0.4%, V: more than 0.5% to 3.0%, Ni: 25 to 50%, satisfies 2≦V/C≦9, with the remainder being Fe and unavoidable impurities.
The document describes that a certain amount of V is effective in improving twisting characteristics because it suppresses grain boundary precipitation of coarse carbides and promotes fine precipitation of intragranular carbides.

さらに、特許文献4には、Ni:25~50%を含有するFe合金を用いて、
(a)熱間圧延に際し該合金を1100~1250℃の範囲に加熱し、圧延最終温度を900℃以上となるように制御圧延を行ない、
(b)引続き30~70%の減面率での冷間加工後、
(c)550~700℃の温度範囲で熱処理を行う
高強度低熱膨張合金の製造方法が開示されている。
同文献には、熱間圧延条件を制御し、その後の30~70%の冷間加工と熱処理を組み合わせることにより、高い冷間加工を施して高い強度を付与しても延性が劣化しない点が記載されている。
Furthermore, Patent Document 4 describes a method for producing a steel sheet using an Fe alloy containing 25 to 50% Ni.
(a) In hot rolling, the alloy is heated to a temperature in the range of 1100 to 1250°C, and controlled rolling is performed so that the final rolling temperature is 900°C or higher;
(b) After subsequent cold working with a reduction in area of 30 to 70%,
(c) A method for producing a high strength, low thermal expansion alloy which involves heat treatment in the temperature range of 550-700°C is disclosed.
The document describes that by controlling the hot rolling conditions and combining subsequent cold working of 30 to 70% with heat treatment, ductility is not deteriorated even when high strength is imparted by performing high cold working.

特許文献1~4に記載された方法を用いると、強度と捻回特性とをある程度両立させることができる。しかし、強度の狭幅管理及び高い捻回特性が要求される場合には、従来技術のみで十分に対応できるとは言いがたい。特に、鋼塊や鋼片が大型化した場合、凝固時の凝固偏析や均熱時の脱炭による強度のばらつきが無視できないレベルになる。さらに、高強度であり、引張強さばらつきが小さく、かつ、高い捻回特性を示すインバー合金線が提案された例は、従来にはない。 By using the methods described in Patent Documents 1 to 4, it is possible to achieve a certain degree of compatibility between strength and twisting properties. However, when narrow-gauge control of strength and high twisting properties are required, it is difficult to say that conventional technology alone can adequately meet the demands. In particular, when steel ingots or steel pieces are large, the variation in strength due to solidification segregation during solidification and decarburization during soaking reaches a non-negligible level. Furthermore, there have been no examples of proposals for Invar alloy wires that are high strength, have small tensile strength variations, and exhibit high twisting properties.

特開2003-082439号公報JP 2003-082439 A 特開平07-228947号公報Japanese Patent Application Publication No. 07-228947 特開2002-256395号公報JP 2002-256395 A 特開2002-266025号公報JP 2002-266025 A

本発明が解決しようとする課題は、高強度であり、かつ、凝固時の凝固偏析及び均熱時の脱炭に起因する引張強さばらつきが小さいインバー合金及びこれを用いたインバー合金線を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、高強度であり、引張強さばらつきが小さく、かつ、高い捻回特性を示すインバー合金線を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide an Invar alloy having high strength and small variation in tensile strength caused by solidification segregation during solidification and decarburization during soaking, and an Invar alloy wire using the same.
Another problem to be solved by the present invention is to provide an Invar alloy wire which has high strength, small variation in tensile strength, and excellent twisting characteristics.

上記課題を解決するために本発明に係るインバー合金は、
0.1≦C≦0.4mass%、
0.05≦Si<0.20mass%、
0.1≦Mn≦1.0mass%、
P≦0.05mass%、
S≦0.01mass%、
Cu≦1.0mass%、
30.0≦Ni≦45.0mass%、
0.3≦Cr≦2.0mass%、
0.2≦V≦1.5mass%、
Al≦0.05mass%、
O≦0.015mass%、及び
N≦0.03mass%
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを要旨とする。
前記インバー合金は、
0.05≦Mo≦0.3mass%、及び/又は、
0.05≦Co≦3.0mass%
をさらに含んでいても良い。
In order to solve the above problems, the Invar alloy according to the present invention comprises:
0.1≦C≦0.4mass%,
0.05≦Si<0.20 mass%,
0.1≦Mn≦1.0 mass%,
P≦0.05mass%,
S≦0.01mass%,
Cu≦1.0mass%,
30.0≦Ni≦45.0mass%,
0.3≦Cr≦2.0mass%,
0.2≦V≦1.5mass%,
Al≦0.05 mass%,
O≦0.015mass%, and N≦0.03mass%
and the remainder being Fe and unavoidable impurities.
The Invar alloy is
0.05≦Mo≦ 0.3 mass% ; and/or
0.05≦Co≦3.0mass%
It may further include.

また、本発明に係るインバー合金線は、本発明に係るインバー合金からなることを要旨とする。
前記インバー合金線は、次の式(1)を満たしているものが好ましい。
[中心硬さ]+10≧[表層硬さ] …(1)
The invar alloy wire according to the present invention is also characterized in that it is made of the invar alloy according to the present invention.
The Invar alloy wire preferably satisfies the following formula (1).
[Center hardness] + 10 ≧ [Surface hardness] ... (1)

所定の組成を有するインバー合金に対して、適量のSiを添加すると、均質化処理時に鋼塊表面に形成される酸化スケールの密着度が低下する。そのため、鋼塊表面に脱炭層が形成された場合であっても、酸化スケールが剥離する際に脱炭層の剥離も促進される。その結果、脱炭層に起因する引張強さばらつきの増大を抑制することができる。
また、強化元素として、所定量のV及びCrを同時に添加すると、凝固時あるいは時効処理時に(V,Cr)系複合炭化物が析出する。(V,Cr)系複合炭化物は、他の炭化物(例えば、Mo系炭化物)に比べて固溶が容易である。そのため、均質化処理を低温で行うことが可能となり、脱炭層の生成及びこれに起因する引張強さばらつきの増大を抑制することができる。しかも、(V,Cr)系複合炭化物は、析出も等方的であり、時効処理時に微細に析出しやすいので、V系炭化物に比べて強度向上への寄与も大きい。
When an appropriate amount of Si is added to an Invar alloy having a specified composition, the adhesion of the oxide scale formed on the surface of the steel ingot during homogenization treatment decreases. Therefore, even if a decarburized layer is formed on the surface of the steel ingot, the decarburized layer is also promoted when the oxide scale is peeled off. As a result, the increase in tensile strength variation caused by the decarburized layer can be suppressed.
In addition, when a certain amount of V and Cr are added simultaneously as strengthening elements, (V, Cr)-based composite carbides are precipitated during solidification or aging treatment. (V, Cr)-based composite carbides are more easily dissolved than other carbides (e.g., Mo-based carbides). This makes it possible to perform homogenization treatment at low temperatures, and the generation of a decarburized layer and the resulting increase in tensile strength variation can be suppressed. Moreover, the (V, Cr)-based composite carbides precipitate isotropically and tend to precipitate finely during aging treatment, so they contribute more to improving strength than V-based carbides.

さらに、このようなインバー合金に対して適切な条件下で伸線加工及び時効処理を施すと、
(a)中心硬さが表層硬さとほぼ同等である硬さ分布(以下、これを「フラット型の硬さ分布」ともいう)、又は
(b)中心硬さが表層硬さより高い硬さ分布(以下、これを、「逆V字型の硬さ分布」ともいう)
を持つインバー合金線が得られる。このようにして得られたインバー合金線は、高強度であり、かつ、引張強さばらつきが小さいことに加えて、硬さ分布が最適化されているために高い捻回特性を示す。
Furthermore, when such an Invar alloy is subjected to wire drawing and aging treatment under appropriate conditions,
(a) a hardness distribution in which the central hardness is approximately equal to the surface hardness (hereinafter, this is also referred to as a "flat-type hardness distribution"), or (b) a hardness distribution in which the central hardness is higher than the surface hardness (hereinafter, this is also referred to as an "inverted V-shaped hardness distribution").
The Invar alloy wire thus obtained has high strength and small tensile strength variation, and also exhibits high twisting properties due to an optimized hardness distribution.

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. インバー合金]
[1.1. 主構成元素]
本発明に係るインバー合金は、以下のような元素を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及びその限定理由は、以下の通りである。
An embodiment of the present invention will be described in detail below.
[1. Invar alloy]
[1.1. Main constituent elements]
The Invar alloy according to the present invention contains the following elements, with the balance being Fe and unavoidable impurities. The types of added elements, their component ranges, and the reasons for their limitations are as follows:

(1) 0.1≦C≦0.4mass%:
Cは、インバー合金の素地の強化に寄与する元素であり、適量添加される。C含有量が少ないと、強度が不十分となる。従って、C含有量は、0.1mass%以上である必要がある。C含有量は、好ましくは、0.2mass%以上である。
一方、C含有量が過剰であると、冷間加工性及び延性が著しく損なわれる。従って、C含有量は、0.4mass%以下である必要がある。C含有量は、好ましくは、0.35mass%以下である。
(1) 0.1≦C≦0.4mass%:
C is an element that contributes to strengthening the matrix of the Invar alloy, and is added in an appropriate amount. If the C content is low, the strength is insufficient. Therefore, the C content must be 0.1 mass% or more. The C content is preferably 0.2 mass% or more.
On the other hand, if the C content is excessive, the cold workability and ductility are significantly impaired. Therefore, the C content must be 0.4 mass% or less. The C content is preferably 0.35 mass% or less.

(2) 0.05≦Si<0.20mass%:
Siは、強度の部位ばらつき(所定の長さの線材に加工した時の、線材間の強度のばらつき)を抑制する上で重要な元素である。Siの添加は、熱間加工時に生成する酸化スケールの密着度に影響する。一般的には、Siの含有量が多くなるほど、酸化スケールの密着度が高くなる。また、スケールの密着度が高いと、歩留まりは向上するものの、脱炭層が残存する傾向がある。高い歩留まりを得るためには、Si含有量は、0.05mass%以上である必要がある。Si含有量は、好ましくは、0.10mass%以上である。
一方、Si含有量が過剰になると、脱炭層の残存に起因する引張強さばらつきの増大が顕著となる。従って、Si含有量は、0.20mass%未満である必要がある。Si含有量は、好ましくは、0.19mass%以下である。
(2) 0.05≦Si<0.20mass%:
Silicon is an important element for suppressing local variations in strength (variation in strength between wires when processed into wires of a given length). The addition of silicon affects the adhesion of oxide scale formed during hot working. In general, the higher the silicon content, the higher the adhesion of oxide scale. Furthermore, when the adhesion of the scale is high, the yield is improved, but a decarburized layer tends to remain. In order to obtain a high yield, the silicon content must be 0.05 mass% or more. The silicon content is preferably 0.10 mass% or more.
On the other hand, if the Si content is excessive, the increase in tensile strength variation due to the remaining decarburized layer becomes significant. Therefore, the Si content must be less than 0.20 mass%. The Si content is preferably 0.19 mass% or less.

(3) 0.1≦Mn≦1.0mass%:
Mnは、熱間加工性の向上に寄与するため、適量添加される。このような効果を得るためには、Mn含有量は、0.1mass%以上である必要がある。Mn含有量は、好ましくは、0.15mass%以上である。
一方、Mn含有量が過剰になると、熱膨張係数が高くなる。従って、Mn含有量は、1.0mass%以下である必要がある。Mn含有量は、好ましくは、0.4mass%以下である。
(3) 0.1≦Mn≦1.0mass%:
Mn is added in an appropriate amount to contribute to improving hot workability. In order to obtain such an effect, the Mn content must be 0.1 mass% or more. The Mn content is preferably 0.15 mass% or more.
On the other hand, if the Mn content is excessive, the thermal expansion coefficient becomes high. Therefore, the Mn content must be 1.0 mass% or less, and preferably 0.4 mass% or less.

(4) P≦0.05mass%:
Pは、熱間加工性を劣化させる元素であるため、極力低減するのが好ましい。熱間加工性の低下を抑制するためには、P含有量は、0.05mass%以下である必要がある。P含有量は、好ましくは、0.02mass%以下である。
(4) P≦0.05mass%:
Since P is an element that deteriorates hot workability, it is preferable to reduce the P content as much as possible. In order to suppress the deterioration of hot workability, the P content needs to be 0.05 mass% or less. The P content is preferably 0.02 mass% or less.

(5) S≦0.01mass%:
Sは、熱間加工性を劣化させる元素であるため、極力低減するのが好ましい。熱間加工性の低下を抑制するためには、S含有量は、0.01mass%以下である必要がある。S含有量は、好ましくは、0.005mass%以下である。
(5) S≦0.01mass%:
Since S is an element that deteriorates hot workability, it is preferable to reduce the S content as much as possible. In order to suppress the deterioration of hot workability, the S content needs to be 0.01 mass% or less. The S content is preferably 0.005 mass% or less.

(6) Cu≦1.0mass%:
Cuは、熱膨張係数を高くするため、極力低減するのが好ましい。熱膨張係数の増大を抑制するためには、Cu含有量は、1.0mass%以下である必要がある。Cu含有量は、好ましくは、0.2mass%以下である。
(6) Cu≦1.0mass%:
Cu is preferably reduced as much as possible to increase the thermal expansion coefficient. In order to suppress an increase in the thermal expansion coefficient, the Cu content must be 1.0 mass% or less. The Cu content is preferably 0.2 mass% or less.

(7) 30.0≦Ni≦45.0mass%:
Niは、Fe-Ni合金のインバー効果による熱膨張係数の低下に寄与する重要な元素である。Ni含有量が少なすぎると、インバー効果が不十分となる。従って、Ni含有量は、30.0mass%以上である必要がある。Ni含有量は、好ましくは、35.0mass%以上である。
同様に、Ni含有量が過剰になると、インバー効果が不十分となる。従って、Ni含有量は、45.0mass%以下である必要がある。Ni含有量は、好ましくは、41.0mass%以下である。
(7) 30.0≦Ni≦45.0mass%:
Ni is an important element that contributes to lowering the thermal expansion coefficient of the Fe-Ni alloy due to the Invar effect. If the Ni content is too low, the Invar effect becomes insufficient. Therefore, the Ni content must be 30.0 mass% or more. The Ni content is preferably 35.0 mass% or more.
Similarly, if the Ni content is excessive, the Invar effect becomes insufficient. Therefore, the Ni content must be 45.0 mass% or less. The Ni content is preferably 41.0 mass% or less.

(8) 0.3≦Cr≦2.0mass%:
Crは、Vとの複合炭化物形成による析出強化が期待できる。V単独の炭化物よりも、(V,Cr)系複合炭化物の方が、捻回特性への悪影響が小さいまま、強度向上しうる。そのため、本発明においては、Crが積極的に添加される。Cr含有量が少ないと、強度が不十分となる。従って、Cr含有量は、0.3mass%以上である必要がある。
一方、Cr含有量が過剰になると、熱膨張係数が高くなる。従って、Cr含有量は、2.0mass%以下である必要がある。Cr含有量は、好ましくは、1.0mass%以下である。
(8) 0.3≦Cr≦2.0mass%:
Cr is expected to strengthen the precipitation by forming a composite carbide with V. A (V, Cr)-based composite carbide can improve the strength while having less adverse effect on the twisting characteristics than a carbide of V alone. Therefore, Cr is actively added in the present invention. If the Cr content is low, the strength becomes insufficient. Therefore, the Cr content needs to be 0.3 mass% or more.
On the other hand, if the Cr content is excessive, the thermal expansion coefficient becomes high. Therefore, the Cr content must be 2.0 mass% or less, and preferably 1.0 mass% or less.

(9) 0.2≦V≦1.5mass%:
Vは、炭化物形成による析出強化に寄与する元素である。Vは、Moと異なり、偏析も軽微で均質化処理も低温での処理で済むため、積極的に添加される。V含有量が少なすぎると、強度の向上が期待できない。従って、V含有量は、0.2mass%以上である必要がある。V含有量は、好ましくは、0.3mass%以上である。
一方、V含有量が過剰になると、熱膨張係数が高くなる。従って、V含有量は、1.5mass%以下である必要がある。V含有量は、好ましくは、1.2mass%以下である。
(9) 0.2≦V≦1.5mass%:
V is an element that contributes to precipitation strengthening by forming carbides. Unlike Mo, V has minor segregation and can be homogenized at a low temperature, so it is actively added. If the V content is too low, improvement in strength cannot be expected. Therefore, the V content must be 0.2 mass% or more. The V content is preferably 0.3 mass% or more.
On the other hand, if the V content is excessive, the thermal expansion coefficient becomes high. Therefore, the V content must be 1.5 mass% or less. The V content is preferably 1.2 mass% or less.

(10) Al≦0.05mass%:
Alは、脱酸剤として添加しても良い。しかし、Al含有量が過剰になると、熱膨張係数が高くなる。従って、Al含有量は、0.05mass%以下である必要がある。Al含有量は、好ましくは、0.03mass%以下である。
(10) Al≦0.05mass%:
Al may be added as a deoxidizer. However, if the Al content is excessive, the thermal expansion coefficient increases. Therefore, the Al content must be 0.05 mass% or less. The Al content is preferably 0.03 mass% or less.

(11) O≦0.015mass%:
Oは、酸化物系介在物の生成量に影響する。一般に、介在物量が多くなるほど、捻回特性に悪影響を及ぼすため、O含有量は少ないほど良い。高い捻回特性を得るためには、O含有量は、0.015mass%以下である必要がある。
(11) O≦0.015mass%:
O affects the amount of oxide-based inclusions produced. In general, the more the amount of inclusions, the more adversely it affects the twisting properties. Therefore, the lower the O content, the better. In order to obtain high twisting properties, the O content must be 0.015 mass% or less.

(12) N≦0.03mass%:
Nは、窒化物系介在物の生成量に影響する。一般に、介在物量が多くなるほど、捻回特性に悪影響を及ぼすため、N含有量は少ないほど良い。高い捻回特性を得るためには、N含有量は、0.03mass%以下である必要がある。
(12) N≦0.03mass%:
N affects the amount of nitride-based inclusions produced. In general, the more the amount of inclusions, the more adversely it affects the twisting properties, so the lower the N content, the better. In order to obtain high twisting properties, the N content must be 0.03 mass% or less.

[1.2. 副構成元素]
本発明に係るインバー合金は、上述した主構成元素に加えて、以下のような1又は2以上の元素をさらに含んでいても良い。添加元素の種類、その成分範囲、及びその限定理由は、以下の通りである。
[1.2. Sub-constituent elements]
In addition to the above-mentioned main constituent elements, the Invar alloy according to the present invention may further contain one or more of the following elements. The types of the added elements, their component ranges, and the reasons for their limitations are as follows.

(13) 0.05≦Mo≦1.5mass%:
Moは、炭化物形成による析出強化に寄与する元素であるため、添加しても良い。このような効果を得るためには、Mo含有量は、0.05mass%以上が好ましい。
しかしながら、Mo含有量が過剰になると、偏析が著しくなり、均質化処理において高温での処理が必要となる。従って、Mo含有量は、1.5mass%以下が好ましい。Mo含有量は、さらに好ましくは、0.2mass%未満である。
(13) 0.05≦Mo≦1.5mass%:
Mo may be added since it is an element that contributes to precipitation strengthening by forming carbides. In order to obtain such an effect, the Mo content is preferably 0.05 mass% or more.
However, if the Mo content is excessive, segregation becomes significant and a high-temperature treatment is required in the homogenization treatment. Therefore, the Mo content is preferably 1.5 mass% or less. The Mo content is more preferably less than 0.2 mass%.

(14) 0.05≦Co≦3.0mass%:
Coは、Niと同様にインバー効果による熱膨張係数の低下に寄与する元素である。このような効果を得るためには、Co含有量は、0.05mass%以上が好ましい。
しかし、Coは、Niに比べて非常に高価な元素であるため、Co含有量が過剰になると、コスト増となる。従って、Co含有量は、3.0mass%以下が好ましい。
(14) 0.05≦Co≦3.0mass%:
Co is an element that contributes to a decrease in the thermal expansion coefficient due to the Invar effect, similar to Ni. In order to obtain such an effect, the Co content is preferably 0.05 mass% or more.
However, since Co is a very expensive element compared to Ni, an excessive Co content increases the cost, and therefore the Co content is preferably 3.0 mass% or less.

(15) 0.001≦B≦0.05mass%:
(16) 0.001≦Mg≦0.05mass%:
(17) 0.001≦Ca≦0.05mass%:
B、Mg、及びCaは、いずれも、Fe-Ni系インバー合金の熱間加工性の向上に寄与する。そのため、インバー合金は、これらの1種又は2種以上の元素を含んでいても良い。上述のような効果を得るためには、これらの元素の含有量は、それぞれ、0.001mass%以上が好ましい。
しかし、これらの元素の含有量が過剰になると、熱膨張係数が高くなる。従って、B、Mg、及びCaの含有量は、それぞれ、0.05mass%以下が好ましい。
(15) 0.001≦B≦0.05mass%:
(16) 0.001≦Mg≦0.05mass%:
(17) 0.001≦Ca≦0.05 mass%:
B, Mg, and Ca all contribute to improving the hot workability of the Fe-Ni Invar alloy. Therefore, the Invar alloy may contain one or more of these elements. In order to obtain the above-mentioned effects, the content of each of these elements is preferably 0.001 mass% or more.
However, if the contents of these elements are excessive, the thermal expansion coefficient becomes high. Therefore, the contents of B, Mg, and Ca are each preferably 0.05 mass% or less.

(18) 0.001≦Ti≦0.2mass%:
(19) 0.001≦Nb≦0.2mass%:
(20) 0.001≦Ta≦0.2mass%:
Ti、Nb、及びTaは、いずれも、時効処理により炭化物を形成し、強度向上に寄与する。そのため、インバー合金は、これらの1種又は2種以上の元素を含んでいても良い。上述のような効果を得るためには、これらの元素の含有量は、それぞれ、0.001mass%以上が好ましい。
しかし、これらの元素の含有量が過剰になると、熱膨張係数が高くなる。従って、Ti、Nb、及びTaの含有量は、それぞれ、0.2mass%以下が好ましい。
(18) 0.001≦Ti≦0.2mass%:
(19) 0.001≦Nb≦0.2mass%:
(20) 0.001≦Ta≦0.2mass%:
Ti, Nb, and Ta all form carbides by aging treatment and contribute to improving strength. Therefore, the Invar alloy may contain one or more of these elements. In order to obtain the above-mentioned effects, the content of each of these elements is preferably 0.001 mass% or more.
However, if the contents of these elements are excessive, the thermal expansion coefficient becomes high. Therefore, the contents of Ti, Nb, and Ta are each preferably 0.2 mass% or less.

[2. インバー合金線]
本発明に係るインバー合金線は、本発明に係るインバー合金からなる。
[2. Invar alloy wire]
The Invar alloy wire according to the present invention is made of the Invar alloy according to the present invention.

[2.1. 組成]
インバー合金の組成については、上述した通りであるので、説明を省略する。
2.1. Composition
The composition of the Invar alloy is as described above, and therefore a detailed description thereof will be omitted.

[2.2. 特性]
[2.2.1. 引張強さ]
本発明に係るインバー合金線は、時効処理により(V,Cr)系複合炭化物を析出させているため、高い引張強さを示す。具体的には、成分及び製造条件を最適化すると、引張強さは、1050MPa以上となる。成分及び/又は製造条件をさらに最適化すると、引張強さは、1150MPa以上、あるいは、1200MPa以上となる。
2.2 Characteristics
2.2.1. Tensile strength
The Invar alloy wire according to the present invention exhibits high tensile strength because (V, Cr)-based composite carbides are precipitated by aging treatment. Specifically, when the components and manufacturing conditions are optimized, the tensile strength becomes 1050 MPa or more. When the components and/or manufacturing conditions are further optimized, the tensile strength becomes 1150 MPa or more, or 1200 MPa or more.

[2.2.2. 引張強さばらつき]
「引張強さばらつき」とは、同一条件下で作製された10本の引張試験片(JIS9B号)を用いて引張試験を行った時の引張強さの最大値と最小値との差をいう。
本発明に係るインバー合金は、脱炭層の残存が抑制されているため、引張強さばらつきが小さい。具体的には、成分及び製造条件を最適化すると、引張強さばらつきは、30MPa以下となる。成分及び/又は製造条件をさらに最適化すると、引張強さばらつきは、25MPa以下、あるいは、20MPa以下となる。
2.2.2. Tensile strength variation
"Variation in tensile strength" refers to the difference between the maximum and minimum tensile strength values when a tensile test is conducted using 10 tensile test pieces (JIS No. 9B) prepared under the same conditions.
The Invar alloy according to the present invention has a small tensile strength variation because the remaining decarburized layer is suppressed. Specifically, when the components and manufacturing conditions are optimized, the tensile strength variation is 30 MPa or less. When the components and/or manufacturing conditions are further optimized, the tensile strength variation is 25 MPa or less, or 20 MPa or less.

[2.2.3. 硬さ分布]
成分が最適化されたインバー合金に対し、適切な条件下で伸線加工及び時効処理を施すと、フラット型又は逆V字型の硬さ分布を持つインバー合金線が得られる。具体的には、成分及び製造条件を最適化すると、次の式(1)を満たす硬さ分布を示すインバー合金線が得られる。
[中心硬さ]+10≧[表層硬さ] …(1)
ここで、「中心硬さ」とは、線材の中心から半径1mm以下の領域内にある任意の5箇所において測定されたビッカース硬さの平均値をいう。
「表層硬さ」とは、線材の表面から0.2mmまでの領域内にある任意の5箇所において測定されたビッカース硬さの平均値をいう。
[2.2.3. Hardness distribution]
When an Invar alloy having optimized components is subjected to wire drawing and aging treatment under appropriate conditions, an Invar alloy wire having a flat or inverted V-shaped hardness distribution can be obtained. Specifically, when the components and manufacturing conditions are optimized, an Invar alloy wire exhibiting a hardness distribution that satisfies the following formula (1) can be obtained.
[Center hardness] + 10 ≧ [Surface hardness] ... (1)
Here, the "center hardness" refers to the average value of Vickers hardness measured at any five points within a region having a radius of 1 mm or less from the center of the wire.
The "surface hardness" refers to the average value of Vickers hardness measured at any five points within a region extending from the surface of the wire to 0.2 mm.

高い捻回特性を得るためには、インバー合金線は、特に、次の式(2)を満たしているのが好ましい。
[中心硬さ]>[表層硬さ]+10 …(2)
In order to obtain high twisting characteristics, it is particularly preferable that the Invar alloy wire satisfies the following formula (2).
[Center hardness] > [Surface hardness] + 10 … (2)

[3. インバー合金線の製造方法]
本発明に係るインバー合金線は、
(a)所定の組成になるように配合された原料を溶解・鋳造し、
(b)得られた鋼塊に対して、均質化処理を行い、
(c)均質化処理された鋼塊に対して、熱間加工を行い、
(d)熱間加工されたビレットに対して、熱間線材圧延を行い、
(e)熱間線材圧延された粗線に対して、必要に応じて、固溶化熱処理を行い、
(f)固溶化熱処理された粗線に対して、冷間伸線を行い、
(g)冷間伸線された線材に対して、時効処理を行う
ことにより製造することができる。
[3. Manufacturing method of Invar alloy wire]
The Invar alloy wire according to the present invention is
(a) Melting and casting raw materials mixed to obtain a desired composition;
(b) subjecting the obtained steel ingot to a homogenization treatment;
(c) subjecting the homogenized steel ingot to hot working;
(d) subjecting the hot worked billet to hot wire rolling;
(e) subjecting the hot-rolled rough wire to solution heat treatment as necessary;
(f) cold drawing the solution-treated rough wire;
(g) It can be manufactured by subjecting cold drawn wire to aging treatment.

[3.1. 溶解・鋳造工程]
まず、所定の組成になるように配合された原料を溶解・鋳造する(溶解・鋳造工程)。溶解・鋳造の方法及び条件は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法及び条件を選択することができる。
[3.1. Melting and casting process]
First, raw materials mixed to obtain a predetermined composition are melted and cast (melting and casting process). The method and conditions for melting and casting are not particularly limited, and the most suitable method and conditions can be selected depending on the purpose.

[3.2. 均質化処理工程]
次に、得られた鋼塊に対して、均質化処理を行う(均質化処理工程)。均質化処理は、鋳造時に生じた偏析を除去するために行われる。均質化処理の条件は、このような効果を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。本発明においては、Moの含有量が制限されているので、相対的に低温で均質化処理を行うことができる。均質化処理は、具体的には、温度:1200℃~1300℃、時間:4hr~36hrの条件下において、鋼塊を加熱保持することにより行うのが好ましい。
[3.2. Homogenization process]
Next, the obtained steel ingot is subjected to homogenization treatment (homogenization treatment step). The homogenization treatment is performed to remove segregation that occurs during casting. The conditions of the homogenization treatment are not particularly limited as long as such effects are achieved. In the present invention, since the Mo content is limited, the homogenization treatment can be performed at a relatively low temperature. Specifically, the homogenization treatment is preferably performed by heating and holding the steel ingot under the following conditions: temperature: 1200°C to 1300°C, time: 4 hr to 36 hr.

[3.3. 熱間加工工程]
次に、均質化処理された鋼塊に対して、熱間加工を行う(熱間加工工程)。熱間加工は、粗大な鋳造組織を破壊し、組織を微細化するため、及び、鋼塊を熱間線材圧延に適した形状にするため、に行われる。鋼塊を熱間線材圧延に供する場合、通常、鋼塊は、断面が正方形のビレットに熱間加工される。
[3.3. Hot working process]
Next, the homogenized steel ingot is subjected to hot working (hot working step). The hot working is performed in order to destroy the coarse cast structure, refine the structure, and to give the steel ingot a shape suitable for hot wire rolling. When the steel ingot is subjected to hot wire rolling, the steel ingot is usually hot worked into a billet having a square cross section.

[3.4. 熱間線材圧延工程]
次に、熱間加工されたビレットに対して、熱間線材圧延を行う(熱間線材圧延工程)。熱間線材圧延は、ビレットを所定の直径を有する粗線にするために行われる。粗線の直径は、後述する冷間伸線工程において、所定の減面率で伸線加工が可能となるように選択される。その他の圧延条件は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な条件を選択することができる。熱間線材圧延後、粗線を急冷するのが好ましい。これは、冷却過程での炭化物の再析出を抑制するためである。
[3.4. Hot wire rolling process]
Next, the hot-worked billet is subjected to hot wire rolling (hot wire rolling process). The hot wire rolling is performed to make the billet into a rough wire having a predetermined diameter. The diameter of the rough wire is selected so that the wire can be drawn at a predetermined reduction in area in the cold wire drawing process described later. Other rolling conditions are not particularly limited, and optimal conditions can be selected depending on the purpose. After the hot wire rolling, it is preferable to rapidly cool the rough wire. This is to suppress the reprecipitation of carbides during the cooling process.

[3.5. 固溶化熱処理工程]
次に、熱間線材圧延された粗線に対して、必要に応じて固溶化熱処理を行う(固溶化熱処理工程)。固溶化熱処理は、(V,Cr)系複合炭化物が十分に固溶していない場合に行うのが好ましく、このようにすることで、時効処理工程における(V,Cr)系複合炭化物の析出が十分なものとなる。固溶化熱処理の条件は、このような効果を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。本発明においては、Moの含有量が制限されているので、相対的に低温で固溶化熱処理することができる。固溶化熱処理は、具体的には、温度:1050℃~1250℃、時間:0.5hr~2hrの条件下において、粗線を加熱保持し、冷却することにより行うのが好ましい。冷却方法としては、例えば、衝風冷却、油冷、水冷などがある。固溶化熱処理後、酸化スケールを除去するために、酸洗を行う。
[3.5. Solution heat treatment process]
Next, the hot-rolled rough wire is subjected to solution heat treatment as necessary (solution heat treatment step). The solution heat treatment is preferably performed when the (V, Cr)-based composite carbides are not sufficiently dissolved, and by doing so, the precipitation of the (V, Cr)-based composite carbides in the aging treatment step becomes sufficient. The conditions of the solution heat treatment are not particularly limited as long as such effects are obtained. In the present invention, since the Mo content is limited, the solution heat treatment can be performed at a relatively low temperature. Specifically, the solution heat treatment is preferably performed by heating and holding the rough wire under the conditions of a temperature of 1050°C to 1250°C and a time of 0.5 hr to 2 hr, and then cooling it. Examples of cooling methods include air blast cooling, oil cooling, and water cooling. After the solution heat treatment, pickling is performed to remove oxide scale.

[3.6. 冷間伸線工程]
次に、固溶化熱処理された粗線に対して、冷間伸線を行う(冷間伸線工程)。一般に、伸線加工に用いられるダイスのダイス角が小さくなるほど、硬さ分布がフラット型又は逆V字型であるインバー合金線が得やすくなる。しかし、ダイス角が小さすぎると、粗線とダイスの接触時間が長くなり、断線しやすくなる。従って、冷間伸線時には、粗線とダイスとの間の潤滑を十分に行う必要がある。
冷間伸線時の減面率は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。
[3.6. Cold wire drawing process]
Next, the solution-treated rough wire is subjected to cold drawing (cold wire drawing process). In general, the smaller the die angle of the die used in the wire drawing process, the easier it is to obtain an Invar alloy wire with a flat or inverted V-shaped hardness distribution. However, if the die angle is too small, the contact time between the rough wire and the die becomes long, making the wire more likely to break. Therefore, during cold wire drawing, it is necessary to provide sufficient lubrication between the rough wire and the die.
The area reduction rate during cold drawing is not particularly limited, and an optimal value can be selected depending on the purpose.

[3.7. 時効処理工程]
次に、冷間伸線された線材に対して、時効処理を行う(時効処理工程)。これにより、本発明に係るインバー合金線が得られる。時効処理は、母相内に(V,Cr)系複合炭化物を析出させ、硬さ分布をフラット型又は逆V字型にするために行う。時効処理の条件は、このような効果を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。時効処理は、具体的には、温度:450℃~750℃、時間:2hr~12hrの条件下において、線材を加熱保持することにより行うのが好ましい。
[3.7. Aging treatment process]
Next, the cold drawn wire is subjected to an aging treatment (aging treatment step). This results in the Invar alloy wire according to the present invention. The aging treatment is performed to precipitate (V, Cr) based composite carbides in the matrix and to make the hardness distribution flat or inverted V-shaped. The conditions for the aging treatment are not particularly limited as long as such effects are achieved. Specifically, the aging treatment is preferably performed by heating and holding the wire under the following conditions: temperature: 450°C to 750°C, time: 2 hr to 12 hr.

[4. 作用]
[4.1. 脱炭の抑制]
高強度インバー合金の引張強さばらつきを抑制する上で、均質化処理による凝固偏析の緩和が必須となる。しかし、その際の高温の熱処理により脱炭が生ずる場合がある。脱炭層は、製品圧延後まで残存し、線材の引張強さばらつきを生む要因となり得る。そこで、脱炭を抑制すべく鋭意調査をした結果、Siの含有量を所定の範囲とすることで、均質化処理時に生成する酸化スケールの密着度が低下し、脱炭層の残存を緩和可能であることを見出した。
[4. Action]
[4.1. Suppression of decarburization]
In order to suppress the tensile strength variation of high-strength Invar alloys, it is essential to alleviate solidification segregation by homogenization treatment. However, the high-temperature heat treatment may cause decarburization. The decarburized layer remains even after product rolling and may be a factor in causing the tensile strength variation of the wire rod. As a result of extensive research to suppress decarburization, it was found that by setting the Si content within a specified range, the adhesion of the oxide scale generated during homogenization treatment is reduced, making it possible to alleviate the remaining decarburized layer.

[4.2. 偏析抑制による強度安定性向上と、炭化物構成元素の制御による高強度化]
高強度インバー合金は、主成分であるFe、Ni以外に、析出炭化物を構成するCr、Mo、Vが添加される。これらの内、特に凝固偏析が著しいのはMoである。また、Moは、偏析緩和に必要な均質化処理も1300℃程度の高温での処理が必要である。そのため、強度特性の部位ばらつきと製造性を考慮すると、Moの添加は好ましくない。
[4.2. Improving strength stability by suppressing segregation and increasing strength by controlling carbide constituent elements]
In addition to the main components Fe and Ni, high-strength Invar alloys contain Cr, Mo, and V, which form precipitated carbides. Of these, Mo is particularly prone to solidification segregation. In addition, the homogenization treatment required for alleviating segregation requires high-temperature treatment at approximately 1300°C. Therefore, when considering the regional variation in strength characteristics and manufacturability, the addition of Mo is not preferable.

一方で、Vは凝固偏析するものの、Moほど凝固偏析は顕著でなく、偏析緩和に必要な均質化処理温度も比較低温で済む。そのため、Vは、炭化物構成元素としては好ましい条件を有している。また、本合金の製造過程で意図せずに析出した炭化物を固溶させるための途中熱処理として、固溶化熱処理を行うことがある。この際に容易に固溶するという点でも、V系炭化物は特性安定性に寄与する。しかしながら、V単独の炭化物は、(V,Cr)系複合炭化物に比較すると、強度向上への寄与が大きくない。従って、本発明では、(V,Cr)系複合炭化物を積極活用し、強度特性安定化のための最適な成分・プロセスを見出した。 On the other hand, although V does solidify and segregate, the solidification segregation is not as significant as Mo, and the homogenization temperature required to alleviate the segregation is relatively low. Therefore, V has favorable conditions as a carbide constituent element. In addition, solution heat treatment may be performed as an intermediate heat treatment to dissolve carbides that have unintentionally precipitated during the manufacturing process of this alloy. In this case, V-based carbides also contribute to the stability of properties by being easily dissolved. However, compared to (V, Cr)-based composite carbides, V-based carbides alone do not contribute much to improving strength. Therefore, in this invention, we actively utilize (V, Cr)-based composite carbides and have found the optimal components and process for stabilizing strength properties.

[4.3. 製造プロセス最適化による硬さ分布制御]
高強度インバー合金の主な適用例として、高圧電線の芯線が挙げられる。この用途に関しては、強度のみならず捻回特性(捻り変形に対する破断のしづらさ)が求められている。捻り変形における局所的な変形量に着目すると、捻り変形は、線材断面中心部の変形量は小さいが、表層に近づくに連れて大きくなる特異な変形機構であることが知られている。従って、捻回特性を向上させる上で重要なファクターとなるのが、半径方向の硬さ分布である。一般に、中心の硬度が表層の硬度対比で大きい分布(逆V字型の硬さ分布)であるほど、捻回特性に優れる傾向がある。このような硬さ分布を量産製造プロセスで実現するには、各製造プロセス条件を細かく制御する必要がある。本願発明者は、鋭意調査の結果、好ましい製造プロセスを見出した。以下にその一例を示す。
[4.3. Hardness distribution control by optimizing manufacturing process]
A major application example of high-strength Invar alloys is the core wire of a high-voltage cable. For this application, not only strength but also torsional properties (resistance to fracture due to torsional deformation) are required. Focusing on the local deformation amount in torsional deformation, it is known that torsional deformation is a unique deformation mechanism in which the deformation amount is small at the center of the wire cross section, but increases as it approaches the surface layer. Therefore, the radial hardness distribution is an important factor in improving torsional properties. In general, the greater the distribution of hardness at the center compared to the hardness of the surface layer (inverted V-shaped hardness distribution), the better the torsional properties tend to be. In order to realize such a hardness distribution in a mass production process, it is necessary to finely control each manufacturing process condition. The present inventors have found a preferable manufacturing process as a result of intensive research. An example is shown below.

まず、1200℃以上で均熱されたビレットを線材圧延し、急冷する。急冷が好ましい理由は、冷却の過程で再析出する炭化物を抑制するためである。急冷処理は、水冷処理が可能であれば、水冷が好ましい。続いて、必要に応じて、1050℃以上1250℃以下の固溶化熱処理を施し、表面の酸化スケール除去のために酸洗処理を施す。続いて、減面率30~90%の冷間引き抜き加工を施す。この際に、ダイス角が5°~15°の冷間引き抜きダイスを使用するのが好ましい。 First, the billet is soaked at 1200°C or higher and rolled into a wire rod, then quenched. Quenching is preferred because it suppresses the reprecipitation of carbides during the cooling process. If water cooling is possible, quenching is preferred. Next, if necessary, a solution heat treatment is performed at 1050°C to 1250°C, and pickling is performed to remove oxide scale from the surface. Next, cold drawing is performed with a reduction in area of 30 to 90%. It is preferable to use a cold drawing die with a die angle of 5° to 15°.

通常の冷間引き抜きでは、潤滑剤の引き込みに有利な高角度ダイス(ここでは、便宜的にダイス角12°以上のものを指す)を用いることが多い。しかし、高角度ダイスのみで加工した場合、加工歪みが表層に集中し、目的とする硬さ分布が得られにくい。そこで、低角度ダイスと高角度ダイスを複合的に使用することで、深部まで加工歪みを導入し、続く450~750℃の時効処理によって、フラット型又は逆V字型の硬さ分布が得られる。 In normal cold drawing, high-angle dies (here, for convenience, this refers to dies with a die angle of 12° or more) are often used, which are advantageous for drawing in lubricant. However, if processing is performed using only high-angle dies, processing strain is concentrated on the surface, making it difficult to obtain the desired hardness distribution. Therefore, by using a combination of low-angle and high-angle dies, processing strain can be introduced deep into the material, and subsequent aging treatment at 450 to 750°C can result in a flat or inverted V-shaped hardness distribution.

実施例1~6、参考例7~8、実施例9~10、参考例11~12、実施例13~25、参考例26~27、比較例1~12)
[1. 試料の作製]
真空誘導炉にて、表1に示す組成の鋼塊2.5tを溶製した。これに均質化処理を施した後、熱間圧延し、直径14mmの粗線を製造した。この粗線を、1100℃~1180℃の温度範囲で固溶化熱処理し、急冷した。
さらに、ダイス角12°、及び7°の冷間引き抜きダイスを使用し、直径8mmまで伸線した。さらに、得られた線材を550℃~670℃の時効処理を行った。
( Examples 1 to 6, Reference Examples 7 to 8, Examples 9 to 10, Reference Examples 11 to 12, Examples 13 to 25, Reference Examples 26 to 27 , Comparative Examples 1 to 12)
1. Preparation of Samples
A 2.5 t steel ingot having the composition shown in Table 1 was melted in a vacuum induction furnace. This was subjected to homogenization treatment and then hot rolling to produce a rough wire having a diameter of 14 mm. This rough wire was subjected to solution heat treatment in the temperature range of 1100°C to 1180°C and quenched.
Further, the wire was drawn to a diameter of 8 mm using cold drawing dies with die angles of 12° and 7°. The obtained wire was then subjected to aging treatment at 550°C to 670°C.

Figure 0007655017000001
Figure 0007655017000001

[2. 試験方法]
[2.1. 時効処理後の線材の引張試験]
時効処理後の線材からJIS9B号の引張試験片を10本ずつ作製し、その引張強さ及び全伸びを測定し、その平均を算出した。また、引張強さの最大値と最小値の差から、引張強さばらつきを算出した。引張強さが1050MPa以上であるものを「○(合格)」、1050MPa未満であるものを「×(不合格)」とした。また、引張強さばらつきが30MPa以下であるものを「○(合格)」、30MPaを超えているものを「×(不合格)」とした。さらに、全伸びが0.8%以上であるものを「○(合格)」、0.8%未満であるものを「×(不合格)」とした。
2. Test Method
[2.1. Tensile test of wire after aging treatment]
Ten tensile test pieces according to JIS No. 9B were prepared from the wire rod after the aging treatment, and the tensile strength and total elongation were measured and the average was calculated. The tensile strength variation was calculated from the difference between the maximum and minimum tensile strength values. Tensile strengths of 1050 MPa or more were rated as "○ (pass)", and those of less than 1050 MPa were rated as "× (fail)". Tensile strength variations of 30 MPa or less were rated as "○ (pass)", and those of more than 30 MPa were rated as "× (fail)". Furthermore, total elongation of 0.8% or more was rated as "○ (pass)", and those of less than 0.8% were rated as "× (fail)".

[2.2. Alクラッド後の線材の特性評価]
実施例1~6、参考例7~8、実施例9~10、参考例11~12、実施例13~25、参考例26~27については、時効処理後の線材表面に断面面積率が約20%となるようにAlクラッドを施した。次いで、Alクラッド後の線材をさらに直径3.8mmになるまで伸線した。得られた材料について、以下の条件下でビッカース硬さ測定、捻回試験、及び熱膨張係数測定を実施した。
[2.2. Evaluation of wire properties after Al cladding]
In Examples 1 to 6, Reference Examples 7 to 8, Examples 9 to 10, Reference Examples 11 to 12, Examples 13 to 25, and Reference Examples 26 to 27 , the wire surface after aging treatment was Al-clad so that the cross-sectional area ratio was about 20%. The Al-clad wire was then further drawn to a diameter of 3.8 mm. The obtained materials were subjected to Vickers hardness measurement, twisting test, and thermal expansion coefficient measurement under the following conditions.

[2.2.1. ビッカース硬さ測定]
横断面のビッカース硬さを、インバー合金部分の表層から0.2mm位置と中心部で各5回測定し、平均値を算出した。表層部の硬さの平均値を「表層硬さ」、中心部の硬さの平均値を「中心硬さ」と定義し、以下に示す判断基準で評価した。
A(合格):[中心硬さ]>[表層硬さ]+10
B(合格):|[中心硬さ]-[表層硬さ]|≦10
C(不合格):[表層硬さ]>[中心硬さ]+10
[2.2.1. Vickers hardness measurement]
The Vickers hardness of the cross section was measured five times at a position 0.2 mm from the surface layer of the Invar alloy part and at the center, and the average value was calculated. The average value of the hardness of the surface layer was defined as the "surface hardness" and the average value of the hardness of the center was defined as the "center hardness", and they were evaluated according to the following criteria.
A (Pass): [Center hardness] > [Surface hardness] + 10
B (Pass): |[Center hardness] - [Surface hardness]| ≦ 10
C (Fail): [Surface hardness] > [Center hardness] + 10

[2.2.2. 捻回試験]
つかみ間隔を100D(380mm)とし、1分間に約60回転の速度で、たるまない程度に緊張しながら捻回試験を実施した。破断までの捻り回数が50回以上を「A判定(合格)」、20回以上を「B判定(合格)」、20回未満を「C判定(不合格)」とした。
[2.2.2. Twist test]
The torsion test was performed with a gripping distance of 100D (380 mm) and a speed of about 60 rotations per minute while tensioning the specimen so as not to sag. A specimen that was twisted 50 times or more until fracture was rated as "A grade (pass)", a specimen that was twisted 20 times or more was rated as "B grade (pass)", and a specimen that was twisted less than 20 times was rated as "C grade (fail)".

[2.2.3. 熱膨張係数測定]
熱膨張係数は、15℃~290℃までの温度範囲で測定した。15℃~230℃の熱膨張係数が3.7×10-6-1以下、かつ、230℃~290℃の熱膨張係数が10.8×10-6-1以下を満足するものを「○(合格)」、満足しないものを「×(不合格)」とした。
[2.2.3. Thermal expansion coefficient measurement]
The thermal expansion coefficient was measured in the temperature range of 15° C. to 290° C. Those that satisfied the thermal expansion coefficient of 3.7×10 −6 ° C. −1 or less from 15° C. to 230° C. and the thermal expansion coefficient of 10.8×10 −6 ° C. −1 or less from 230° C. to 290° C. were rated as "○ (pass)", and those that did not satisfied these criteria were rated as "× (fail)".

[3. 結果]
[3.1. 時効処理後の線材の引張試験]
表2に、時効処理後の線材の引張試験結果を示す。表2より、以下のことが分かる。
(1)比較例1~3は、Si量が過剰であるために、脱炭が顕著となった。そのため、引張強さばらつきが大きい。
(2)比較例4~9は、Cr量が不足しているために、引張強さが低い。
(3)比較例10、12は、Vが無添加であるため、引張強さが低い。
(4)比較例11は、V量が過剰であるために、全伸びが小さい。
(5)実施例1~6、参考例7~8、実施例9~10、参考例11~12、実施例13~25、参考例26~27は、いずれも成分が最適化されているために、引張強さが高く、引張強さばらつきが小さく、かつ、全伸びも大きい。特に、参考例26~27は、Mo量が多いために、他の実施例に比べて強度が高い。
3. Results
[3.1. Tensile test of wire after aging treatment]
The results of the tensile test of the wire rod after the aging treatment are shown in Table 2. From Table 2, the following can be seen.
(1) In Comparative Examples 1 to 3, the amount of Si was excessive, so decarburization was significant, and the tensile strength varied widely.
(2) Comparative Examples 4 to 9 have low tensile strength due to an insufficient Cr content.
(3) Comparative Examples 10 and 12 have low tensile strength because V is not added.
(4) In Comparative Example 11, the V amount is excessive, so the total elongation is small.
(5) In Examples 1 to 6, Reference Examples 7 to 8, Examples 9 to 10, Reference Examples 11 to 12, Examples 13 to 25, and Reference Examples 26 to 27 , the components are all optimized, so the tensile strength is high, the tensile strength variation is small, and the total elongation is also large. In particular, Reference Examples 26 to 27 have a high Mo content, so the strength is higher than the other Examples.

Figure 0007655017000002
Figure 0007655017000002

[3.2. Alクラッド後の線材の特性評価]
表3に、Alクラッド後の線材の特性評価を示す。表3より、以下のことが分かる。
(1)実施例1~6、参考例7~8、実施例9~10、参考例11~12、実施例13~25、参考例26~27の線材は、いずれも硬さ分布がフラット型(B判定)又は逆V型(A判定)であった。そのため、いずれも高い捻回特性を示した。硬さ分布が逆V型である線材は、フラット型の線材に比べて、捻回特性が高くなる傾向が認められた。
(2)実施例1~6、参考例7~8、実施例9~10、参考例11~12、実施例13~25、参考例26~27の線材は、いずれも熱膨張係数が小さく、インバー効果を維持していることが分かった。
[3.2. Evaluation of wire properties after Al cladding]
The characteristics of the wire after Al cladding are shown in Table 3. From Table 3, the following can be seen.
(1) The wire rods of Examples 1 to 6, Reference Examples 7 to 8, Examples 9 to 10, Reference Examples 11 to 12, Examples 13 to 25, and Reference Examples 26 to 27 all had a flat hardness distribution (rating B) or an inverted V-shape (rating A). Therefore, all of them exhibited high twisting properties. It was observed that the wire rods having an inverted V-shape hardness distribution tended to have higher twisting properties than the flat-type wire rods.
(2) It was found that the wires of Examples 1 to 6, Reference Examples 7 to 8, Examples 9 to 10, Reference Examples 11 to 12, Examples 13 to 25, and Reference Examples 26 to 27 all had small thermal expansion coefficients and maintained the Invar effect.

Figure 0007655017000003
Figure 0007655017000003

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

本発明に係るインバー合金は、高圧電線の芯線などに用いることができる。 The Invar alloy of the present invention can be used for the core wire of high-voltage electrical cables, etc.

Claims (8)

0.1≦C≦0.4mass%、
0.05≦Si<0.20mass%、
0.1≦Mn≦1.0mass%、
P≦0.05mass%、
S≦0.01mass%、
Cu≦1.0mass%、
30.0≦Ni≦45.0mass%、
0.3≦Cr≦2.0mass%、
0.2≦V≦1.5mass%、
Al≦0.05mass%、
O≦0.015mass%、及び
N≦0.03mass%
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなるインバー合金。
0.1≦C≦0.4mass%,
0.05≦Si<0.20 mass%,
0.1≦Mn≦1.0 mass%,
P≦0.05mass%,
S≦0.01mass%,
Cu≦1.0mass%,
30.0≦Ni≦45.0mass%,
0.3≦Cr≦2.0mass%,
0.2≦V≦1.5mass%,
Al≦0.05 mass%,
O≦0.015mass%, and N≦0.03mass%
and the balance being Fe and unavoidable impurities.
0.05≦Mo≦0.3mass%をさらに含む請求項1に記載のインバー合金。 The Invar alloy according to claim 1, further comprising 0.05≦Mo ≦0.3 mass% . 0.05≦Co≦3.0mass%をさらに含む請求項1又は2に記載のインバー合金。 The Invar alloy according to claim 1 or 2, further comprising 0.05≦Co≦3.0 mass%. 0.001≦B≦0.05mass%、
0.001≦Mg≦0.05mass%、及び、
0.001≦Ca≦0.05mass%
からなる群から選ばれるいずれか1以上の元素をさらに含む請求項1から3までのいずれか1項に記載のインバー合金。
0.001≦B≦0.05mass%,
0.001≦Mg≦0.05 mass%, and
0.001≦Ca≦0.05mass%
The Invar alloy according to any one of claims 1 to 3, further comprising one or more elements selected from the group consisting of:
0.001≦Ti≦0.2mass%、
0.001≦Nb≦0.2mass%、及び、
0.001≦Ta≦0.2mass%
からなる群から選ばれるいずれか1以上の元素をさらに含む請求項1から4までのいずれか1項に記載のインバー合金。
0.001≦Ti≦0.2mass%,
0.001≦Nb≦0.2 mass%, and
0.001≦Ta≦0.2mass%
The Invar alloy according to any one of claims 1 to 4, further comprising one or more elements selected from the group consisting of:
請求項1から5までのいずれか1項に記載のインバー合金からなるインバー合金線。 An Invar alloy wire made of the Invar alloy according to any one of claims 1 to 5. 引張強さばらつきが30MPa以下である請求項6に記載のインバー合金線。
但し、前記「引張強さばらつき」とは、同一条件下で作製された10本の引張試験片(JIS9B号)を用いて引張試験を行った時の引張強さの最大値と最小値との差をいう。
7. The Invar alloy wire according to claim 6, wherein the tensile strength variation is 30 MPa or less.
The "tensile strength variation" refers to the difference between the maximum and minimum tensile strength values when a tensile test is conducted using 10 tensile test pieces (JIS No. 9B) prepared under the same conditions.
次の式(1)を満たす請求項6又は7に記載のインバー合金線。
[中心硬さ]+10≧[表層硬さ] …(1)
但し、前記「中心硬さ」とは、線材の中心から半径1mm以下の領域内にある任意の5箇所において測定されたビッカース硬さの平均値をいい、
前記「表層硬さ」とは、前記線材の表面から0.2mmまでの領域内にある任意の5箇所において測定されたビッカース硬さの平均値をいう。
The Invar alloy wire according to claim 6 or 7, which satisfies the following formula (1):
[Center hardness] + 10 ≧ [Surface hardness] ... (1)
However, the "center hardness" refers to the average value of Vickers hardness measured at any five points within a region of 1 mm radius from the center of the wire,
The "surface hardness" refers to the average value of Vickers hardness measured at any five points within a region extending from the surface of the wire to 0.2 mm.
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