(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属線材を圧延することにより金属線を製造する方法であって、
前記金属線材を一対の第１偏平成形ロールの間に通すことにより、当該金属線材の進行方向に垂直な断面であるＹＺ断面において偏平な形状に温間圧延する第１工程と、
ロール軸方向の両端から中央に向かうに従って縮径する一対の円錐台面である第１圧延面及び第２圧延面と、第１圧延面と第２圧延面の間に介在し第１圧延面及び第２圧延面それぞれの小径側端に対して鈍角で交差する第３圧延面とを持つ周面をそれぞれ備え、当該周面同士が対向するように配置された一対の第１カリバーロールの間に、第１工程で圧延された金属線材を通すことにより、各第１カリバーロールの第１圧延面、第２圧延面及び第３圧延面に面接触して当該カリバーロールにそれぞれ拘束される拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第１カリバーロールに拘束されないとともに下記式（１）及び式（２）を満たす二つの非拘束部分とからなる断面形状を有するように温間圧延する第２工程と、
第２工程で圧延された金属線材の進行方向に沿って前記両非拘束部分の外表面に、当該両非拘束部分のＹＺ断面における外周長さよりも長く且つＹＺ断面において平行な円筒面又は当該両非拘束部分のＹＺ断面における外周の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し内側に凸の一対の曲面を含む周面を持つとともに第１カリバーロールの軸心方向と直交する軸心方向を有する一対の第２偏平成形ロールの当該円筒面又は当該曲面を接触させて、当該両非拘束部分が押圧されるように第２工程で圧延された金属線材を温間圧延することにより、偏平率を増加させる第３工程と、
第３工程で圧延された金属線材を、その偏平率を低下させるように温間圧延する第４工程と
を少なくとも備え、全工程を通じての総減面率が７５％以上である金属線の製造方法。
ｗ１  ≧  ０．２６ｗ１０      （１）
ｒ１  ≧  ２．２３ｗ１０      （２）
（式中、ｗ１は第２工程で圧延された金属線材のＹＺ断面における非拘束部分の両端の直線距離を示し、ｗ１０は第２工程で圧延された金属線材のＹＺ断面において、第３圧延面に面接触して形成された両部分の最短距離を示し、ｒ１は第２工程で圧延された金属線材のＹＺ断面における非拘束部分の外周の曲率半径を示す。）
【請求項２】
前記第２工程における一対の第１カリバーロールの軸心方向が、前記第１工程における一対の第１偏平成形ロールの軸心方向に対して直交している請求項１に記載の金属線の製造方法。
【請求項３】
前記第１カリバーロールの第３圧延面が前記第１カリバーロールの中心軸に平行な円筒面、互いに連続する二つの円錐台面からなる回転面、互いに連続する三つの円錐台面からなる回転面及び互いに連続する四つの円錐台面からなる回転面のうちのいずれかである請求項１又は２に記載の金属線の製造方法。
【請求項４】
前記第４工程は、
ロール軸方向の両端から中央に向かうに従って縮径する一対の円錐台面である第１圧延面及び第２圧延面と、第１圧延面と第２圧延面の間に介在し第１圧延面及び第２圧延面それぞれの小径側端に対して鈍角で交差する第３圧延面とを持つ周面をそれぞれ備え、当該周面同士が対向するように配置された一対の第２カリバーロールの間に、第３工程で圧延された金属線材を通すことにより、各第２カリバーロールの第１圧延面、第２圧延面及び第３圧延面に面接触して当該カリバーロールにそれぞれ拘束される拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第２カリバーロールに拘束されないとともに下記式（３）及び式（４）を満たす二つの非拘束部分とからなる断面形状を有するように温間圧延する第１サブ工程と、
第１サブ工程で圧延された金属線材の進行方向に沿って前記両非拘束部分の外表面に、当該両非拘束部分のＹＺ断面における外周長さよりも長く且つＹＺ断面において平行な円筒面又は当該両非拘束部分のＹＺ断面における外周の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し内側に凸の一対の曲面を含む周面を持つとともに第２カリバーロールの軸心方向と直交する軸心方向を有する一対の第３偏平成形ロールの当該円筒面又は当該曲面を接触させて、当該両非拘束部分が押圧されるように第１サブ工程で圧延された金属線材を温間圧延することにより、偏平率を増加させる第２サブ工程と、
第２サブ工程で圧延された金属線材を、その偏平率を低下させるように温間圧延する第３サブ工程と
からなる工程である請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属線の製造方法。
ｗ２  ≧  ０．２６ｗ２０      （３）
ｒ２  ≧  ２．２３ｗ２０      （４）
（式中、ｗ２は第１サブ工程で圧延された金属線材のＹＺ断面における非拘束部分の両端の直線距離を示し、ｗ２０は第１サブ工程で圧延された金属線材のＹＺ断面において、第３圧延面に面接触して形成された両部分の最短距離を示し、ｒ１は第１サブ工程で圧延された金属線材のＹＺ断面における非拘束部分の外周の曲率半径を示す。）
【請求項５】
前記第２カリバーロールの第３圧延面が前記第２カリバーロールの中心軸に平行な円筒面、互いに連続する二つの円錐台面からなる回転面、互いに連続する三つの円錐台面からなる回転面及び互いに連続する四つの円錐台面からなる回転面のうちのいずれかである請求項４に記載の金属線の製造方法。
【請求項６】
前記第３サブ工程が、
ロール軸方向の両端から中央に向かうに従って縮径する一対の円錐台面である第１圧延面及び第２圧延面と、第１圧延面と第２圧延面の間に介在し第１圧延面及び第２圧延面それぞれの小径側端に対して鈍角で交差する第３圧延面とを持つ周面をそれぞれ備え、当該周面同士が対向するように配置された一対の第３カリバーロールの間に、前記第２サブ工程で圧延された金属線材を通して温間圧延するサブ工程である請求項４又は５に記載の金属線の製造方法。
【請求項７】
前記第３カリバーロールの第３圧延面が前記第３カリバーロールの中心軸に平行な円筒面、互いに連続する二つの円錐台面からなる回転面、互いに連続する三つの円錐台面からなる回転面及び互いに連続する四つの円錐台面からなる回転面のうちのいずれかである請求項６に記載の金属線の製造方法。
【請求項８】
前記第３サブ工程が、
前記第２サブ工程で圧延された金属線材を、互いに対向し且つＹＺ断面において両者で円を形成する円弧回転面からなる周面を持つ一対の円周成形ロールの間に通して温間圧延するサブ工程である請求項４又は５に記載の金属線の製造方法。
【請求項９】
前記第１サブ工程における一対の第２カリバーロールの軸心方向が、前記第３工程における一対の第２偏平成形ロールの軸心方向に対して直交し、且つ、前記第３サブ工程における一対の第３カリバーロールの軸心方向が、前記第２サブ工程における一対の第３偏平成形ロールの軸心方向に対して直交している請求項４〜８のいずれか一項に記載の金属線の製造方法。
【請求項１０】
前記金属線材が鋼線材である請求項１〜９のいずれか一項に記載の金属線の製造方法。
【請求項１１】
前記鋼線材が、Ｃ：０．０１〜０．２質量％と、Ｓｉ：０．３５質量％以下と、Ｍｎ：０．３〜１．５質量％と、Ｐ：０．０２質量％以下（０質量％を含む）と、Ｓ：０．０１質量％以下（０質量％を含む）と、Ｔｉ：０．００１〜０．０１質量％及びＮｂ：０．０１〜０．０３質量％の中の少なくともいずれか一方とを含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼線材である請求項１０に記載の金属線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属線材を圧延することにより金属線を製造する方法に関し、特にボルトやねじの加工素材に用いられる金属線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧延による金属線の製造方法として、温間圧延で金属線材に大ひずみを付与することで超微細粒組織の金属線を製造する方法が知られている。例えば、特許文献１には、４つ以上の偶数個の温間圧延工程からなる金属線の製造方法であって、圧延の上手側から奇数番目の圧延工程では一対のカリバーロールを配置することで形成される孔型形状（以下、孔型形状と略すことがある。）がオーバル形状である当該一対のカリバーロール（以下、オーバルカリバーロールともいう。）の間に金属線材を通し、偶数番目の圧延工程では直前の奇数番目の圧延工程におけるカリバーロールの軸心方向と直交する軸心方向を有し且つ孔型形状がスクエア形状である一対のカリバーロール（以下、スクエアカリバーロールともいう。）の間に金属線材を通す金属線の製造方法が開示されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１の製造方法では、第３番目以降の奇数（２ｎ＋１，ｎは１以上の整数である。以下同じ。）番目の圧延工程において、圧延中に金属線材がその進行方向（以下、Ｘ軸方向ともいう。）に垂直な断面（以下、ＹＺ断面ともいう。）で回転する、いわゆる捻転現象が発生しやすい。
【０００４】
この捻転現象を防止するために、偶数（２ｎ）番目の圧延工程におけるカリバーロールの軸心方向に対して、これに次ぐ奇数（２ｎ＋１）番目の圧延工程におけるカリバーロールの軸心方向がＹＺ断面で４５°の角度となるように設定する方法が特許文献２に開示されている。又、４５°傾ける代わりに、前記奇数（２ｎ＋１）番目の圧延工程の入側において金属線材にＹＺ断面で４５°捻りが極めて安定且つ正確に行なわれるように、当該奇数（２ｎ＋１）番目の圧延工程入側とその１つ手前の偶数（２ｎ）番目の圧延工程出側との間の距離（Ｌ（３））を離間させて捻転現象を防止する方法が、特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９４５５０号公報
【特許文献２】特開２００７−１３６５４６号公報
【特許文献３】特開２００８−１４２７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２及び特許文献３の製造方法では、次のような解決すべき課題がある。
【０００７】
１）特許文献２の製造方法では、専用のコンバインドロール圧延装置が必要である。即ち、上記製造方法を行うには、偶数（２ｎ）番目の圧延工程とこれに次ぐ奇数（２ｎ＋１）番目の圧延工程とで両カリバーロールの軸心方向の交差角を４５°に設定するために、圧延装置として、奇数番目に配置されたカリバーロールと偶数番目に配置されたカリバーロールの両者の軸心方向の交差角が全て９０°の角度に設定された通常のコンバインドロール圧延装置と異なり、奇数（２ｎ−１）番目に配置されたカリバーロールの軸心方向とこれに次ぐ偶数（２ｎ）番目に配置されたカリバーロールの軸心方向の交差角が９０°の角度に設定されているとともに、当該偶数（２ｎ）番目に配置されたカリバーロールの軸心方向とこれに次ぐ奇数（２ｎ＋１）番目に配置されたカリバーロールの軸心方向の交差角が４５°の角度に設定された専用のコンバインドロール圧延装置を用いる必要がある。通常のコンバインドロール圧延装置では、カリバーロールを２つの軸心方向で配置すればよいのに対して、この専用の圧延装置は、カリバーロールを４つの軸心方向で配置する必要があるため、圧延装置の構造が複雑になって設備費用が増加するのに加えて、各圧延工程での被圧延材のＸ軸方向の軸線を一致させるのが困難となり、設備メンテナンスの負担が大きくなるという問題がある。
【０００８】
又、上記通常のコンバインドロール圧延設備を用いて捻転のない金属線を製造する方法として、偶数（２ｎ）番目の圧延機とこれに次ぐ奇数（２ｎ＋１）番目の圧延機の間に、金属線材のＹＺ断面で４５°捻るツイスター（捻線機）を追加する方法が考えられる。しかしながら、ツイスターの通線速度は最大で約１０ｍ／分であるため、圧延時の通線速度が最大で約２５ｍ／分の専用のコンバインドロール圧延設備を使用した場合と比べて、生産効率が大幅に低下するという新たな問題を招来する。
【０００９】
２）特許文献３の製造方法では、金属組織が十分に細粒化しなかったり、圧延長手方向で結晶粒度のばらつきが生じたりすることがある。即ち、特許文献３の製造方法では、第３番目以降の奇数（２ｎ＋１）番目の圧延工程の入側において金属線材にＹＺ断面で４５°捻りが極めて安定且つ正確に行なわれるには、直前の工程の偶数（２ｎ）番目の圧延機出側と当該奇数（２ｎ＋１）番目の圧延機入側との間の距離（Ｌ（３））を、二つ前の工程の奇数（２ｎ−１）番目の圧延機出側とこれに次ぐ偶数（２ｎ）番目の圧延機入側との間の距離（Ｌ（２））の３倍以上にする必要があるところ、より微細な金属組織が得られるように総減面率を上げる目的で圧延工程を増やした場合には、金属線材のＬ（３）を移動する間の放熱量はＬ（２）を移動する間の放熱量よりも大きいため、最終工程に近づくほど、特許文献２の製造方法と比べて、前記奇数（２ｎ＋１）番目の圧延機入側での金属線材の温度が低下して金属組織が十分に細粒化しないという問題がある。又、最終工程に近づくほど、放熱量が大きいため金属線材のX軸方向での放熱ばらつきに伴い、結晶粒度がばらつくという問題もある。
【００１０】
本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであり、上記通常のコンバインドロール圧延装置を用いて第１〜第３圧延機の配置をＬ（３）＜３Ｌ（２）に設定し、且つ、偶数（２ｎ）番目とこれに次ぐ奇数（２ｎ＋１）番目の両圧延機の間にツイスターを設置しない場合であっても、圧延中の金属線材の捻転を防止することができる金属線の製造方法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】
【００１１】
本発明者は、上記通常のコンバインドロール圧延装置を用いて金属線材を圧延する際に、圧延第３工程以降の金属線材の偏平率を増加させる圧延工程において、ＹＺ断面の形状がＺ軸に線対称の２ｋ角形（但し、ｋは４以上の自然数であり、当該２ｋ角形中の一対の対向する隅部は凸曲線の形状である。）である金属線材を、凸曲線形状の隅部が金属線材の圧延幅方向の中央部分になるように配置し、この変形抵抗が相対的に小さい凸曲線形状の隅部をカリバーロールで最初に押圧し、続いてこの押圧した部分を確実に拘束することで、圧延時の金属線材のＸ軸回りの回転を抑制できるであろうとの考えの下、カリバーロールで拘束される前記隅部の形状を検討した結果、この隅部の形状が、幅が２ｋ角形の幅の０．２６倍以上で、凸曲線が２ｋ角形の幅の２．２３倍以上の曲率半径の曲線を満足することで、捻転を防止できることを見出した。
【００１２】
本発明は、金属線材を圧延することにより金属線を製造する方法として、前記金属線材を一対の第１偏平成形ロールの間に通すことにより、当該金属線材の進行方向に垂直な断面であるＹＺ断面において偏平な形状に温間圧延する第１工程と、ロール軸方向の両端から中央に向かうに従って縮径する一対の円錐台面である第１圧延面及び第２圧延面と、第１圧延面と第２圧延面の間に介在し第１圧延面及び第２圧延面それぞれの小径側端に対して鈍角で交差する第３圧延面とを持つ周面をそれぞれ備え、当該周面同士が対向するように配置された一対の第１カリバーロールの間に、第１工程で圧延された金属線材を通すことにより、各第１カリバーロールの第１圧延面、第２圧延面及び第３圧延面に面接触して当該カリバーロールにそれぞれ拘束される拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第１カリバーロールに拘束されないとともに下記式（１）及び式（２）を満たす二つの非拘束部分とからなる断面形状を有するように温間圧延する第２工程と、第２工程で圧延された金属線材の進行方向に沿って前記両非拘束部分の外表面に、当該両非拘束部分のＹＺ断面における外周長さよりも長く且つＹＺ断面において平行な円筒面又は当該両非拘束部分のＹＺ断面における外周の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し内側に凸の一対の曲面を含む周面を持つとともに第１カリバーロールの軸心方向と直交する軸心方向を有する一対の第２偏平成形ロールの当該円筒面又は当該曲面を接触させて、当該両非拘束部分が押圧されるように第２工程で圧延された金属線材を温間圧延することにより、偏平率を増加させる第３工程と、第３工程で圧延された金属線材を、その偏平率を低下させるように温間圧延する第４工程とを少なくとも備え、全工程を通じての総減面率が７５％以上としたものである。
【００１３】
ｗ１  ≧  ０．２６ｗ１０      （１）
ｒ１  ≧  ２．２３ｗ１０      （２）
（式中、ｗ１は第２工程で圧延された金属線材のＹＺ断面における非拘束部分の両端の直線距離を示し、ｗ１０は第２工程で圧延された金属線材のＹＺ断面において、第３圧延面に面接触して形成された両部分の最短距離を示し、ｒ１は第２工程で圧延された金属線材のＹＺ断面における非拘束部分の外周の曲率半径を示す。）
【００１４】
この方法によれば、第３工程において、金属線材のうち、まず、上記式（１）及び式（２）を満たす第２工程で形成された非拘束部分を第２偏平成形ロールで押圧する。非拘束部分は拘束部分と比べて変形抵抗が小さいので、押圧された部分は比較的容易にロール形状に沿った形状に成形される。圧延の進行につれて、第２工程で形成された非拘束部分の中で、第２偏平成形ロールによって拘束される部分が圧延幅方向の中央部から外側へと順次拡大していく。そして、非拘束部分を全て押圧して金属線材がもはや捻転できなくなった後に、変形抵抗が比較的大きい第２工程で形成された拘束部分を第２偏平成形ロールで押圧することで、金属線材の偏平率を増加させていく。これにより、全工程の中で捻転が最も発生しやすい第３工程においても、金属線材の捻転を抑制することができる。
【００１５】
前記第４工程は、ロール軸方向の両端から中央に向かうに従って縮径する一対の円錐台面である第１圧延面及び第２圧延面と、第１圧延面と第２圧延面の間に介在し第１圧延面及び第２圧延面それぞれの小径側端に対して鈍角で交差する第３圧延面とを持つ周面をそれぞれ備え、当該周面同士が対向するように配置された一対の第２カリバーロールの間に、第３工程で圧延された金属線材を通すことにより、各第２カリバーロールの第１圧延面、第２圧延面及び第３圧延面に面接触して当該カリバーロールにそれぞれ拘束される拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第２カリバーロールに拘束されないとともに下記式（３）及び式（４）を満たす二つの非拘束部分とからなる断面形状を有するように温間圧延する第１サブ工程と、第１サブ工程で圧延された金属線材の進行方向に沿って前記両非拘束部分の外表面に、当該両非拘束部分のＹＺ断面における外周長さよりも長く且つＹＺ断面において平行な円筒面又は当該両非拘束部分のＹＺ断面における外周の曲率半径よりも大きい曲率半径を有し内側に凸の一対の曲面を含む周面を持つとともに第２カリバーロールの軸心方向と直交する軸心方向を有する一対の第３偏平成形ロールの当該円筒面又は当該曲面を接触させて、当該両非拘束部分が押圧されるように第１サブ工程で圧延された金属線材を温間圧延することにより、偏平率を増加させる第２サブ工程と、第２サブ工程で圧延された金属線材を、その偏平率を低下させるように温間圧延する第３サブ工程とからなる工程であることが好ましい。
【００１６】
ｗ２  ≧  ０．２６ｗ２０      （３）
ｒ２  ≧  ２．２３ｗ２０      （４）
（式中、ｗ２は第１サブ工程で圧延された金属線材のＹＺ断面における非拘束部分の両端の直線距離を示し、ｗ２０は第１サブ工程で圧延された金属線材のＹＺ断面において、第３圧延面に面接触して形成された両部分の最短距離を示し、ｒ１は第１サブ工程で圧延された金属線材のＹＺ断面における非拘束部分の外周の曲率半径を示す。）
【００１７】
この第４工程によれば、第２工程と第３工程に続いて、これらと同様な加工である第１サブ工程と第２サブ工程を繰り返すことで、金属線材の全工程を通じての総減面率を高めることができる。その結果、金属線の結晶粒度をより微細にすることができ、金属線の強度を向上させることができる。
【００１８】
前記第３サブ工程は、ロール軸方向の両端から中央に向かうに従って縮径する一対の円錐台面である第１圧延面及び第２圧延面と、第１圧延面と第２圧延面の間に介在し第１圧延面及び第２圧延面それぞれの小径側端に対して鈍角で交差する第３圧延面とを持つ周面をそれぞれ備え、当該周面同士が対向するように配置された一対の第３カリバーロールの間に、前記第２サブ工程で圧延された金属線材を通して温間圧延するサブ工程であることが好ましい。
【００１９】
この第３サブ工程によれば、第２サブ工程に続いて、第１サブ工程と同様な圧延面をもつカリバーロールで金属線材を押圧するので、最終工程に至るまで金属線材に新たな結晶生成を促し、金属線の結晶粒度をより一層微細にすることができる。又、この第３サブ工程によれば、ＹＺ断面が２ｋ角形（但し、ｋは４以上の自然数であり、当該２ｋ角形中の一対の対向する隅部は凸曲線の形状である。）の偏平率の低い加工素材を得ることができる。
【００２０】
前記第３サブ工程は、前記第２サブ工程で圧延された金属線材を、互いに対向し且つＹＺ断面において両者で円を形成する円弧回転面からなる周面を持つ一対の円周成形ロールの間に通して温間圧延するサブ工程であることも好ましい。
【００２１】
この第３サブ工程によれば、円周成形ロールによって金属線材に対してＹＺ断面での形状が円形になる圧延を施すので、巻き取り性に優れるとともにボルトやねじの加工素材に適した金属線を得ることができる。
【００２２】
この金属線の製造方法において、前記第２工程における一対の第１カリバーロールの軸心方向が、前記第１工程における一対の第１偏平成形ロールの軸心方向に対して直交していることが好ましい。又、前記第１サブ工程における一対の第２カリバーロールの軸心方向が、前記第３工程における一対の第２偏平成形ロールの軸心方向に対して直交し、且つ、前記第３サブ工程における一対の第３カリバーロールの軸心方向が、前記第２サブ工程における一対の第３偏平成形ロールの軸心方向に対して直交していることが好ましい。
【００２３】
これら方法によれば、第１工程から第３工程まで、又は第１工程から最終工程である第３サブ工程まで各工程間のロールの軸心方向が互いに直交するので、第２工程以降で金属線材のうち、変形抵抗が最も小さい部分である前工程の非拘束部分を最初に押圧して、新たな結晶生成を促すことができる。その結果、直交させない場合と比べて金属線の結晶粒度をより微細にして、金属線の強度をより向上させることができる。
【００２４】
前記第１カリバーロールとしては、第３圧延面が前記第１カリバーロールの中心軸に平行な円筒面、互いに連続する二つの円錐台面からなる回転面、互いに連続する三つの円錐台面からなる回転面及び互いに連続する四つの円錐台面からなる回転面のうちのいずれかであることが好ましい。前記第２カリバーロールとしては、第３圧延面が前記第２カリバーロールの中心軸に平行な円筒面、互いに連続する二つの円錐台面からなる回転面、互いに連続する三つの円錐台面からなる回転面及び互いに連続する四つの円錐台面からなる回転面のうちのいずれかであることが好ましい。又、前記第３カリバーロールとしては、第３圧延面が前記第３カリバーロールの中心軸に平行な円筒面、互いに連続する二つの円錐台面からなる回転面、互いに連続する三つの円錐台面からなる回転面及び互いに連続する四つの円錐台面からなる回転面のうちのいずれかであることが好ましい。
【００２５】
これら第１〜第３カリバーロールによれば、それぞれの孔型形状は線対称の六角、八角、十角及び十二角の中のいずれかになり、孔型形状が線対称の四角である従来のスクエアカリバーロールと比べて、圧延時の金属線材の非拘束部分が増加するので、ロール寿命を向上させることができる。
【００２６】
前記金属線材として鋼線材を用いることができる。この場合、第１〜第４工程を通じて鋼線材に逐次大ひずみを付与するので、平均粒径が２μｍ以下の超微細粒組織を有する鋼線を得ることができる。又、全工程を通じての総減面率が７５％以上なので、直径１８〜５５ｍｍの鋼線材を用いれば、直径９〜２７ｍｍのねじやボルトの加工素材に好適な鋼線を得ることができる。
【００２７】
前記鋼線材は、Ｃ：０．０１〜０．２質量％と、Ｓｉ：０．３５質量％以下と、Ｍｎ：０．３〜１．５質量％と、Ｐ：０．０２質量％以下（０質量％を含む）と、Ｓ：０．０１質量％以下（０質量％を含む）と、Ｔｉ：０．００１〜０．０１質量％及びＮｂ：０．０１〜０．０３質量％の中の少なくともいずれか一方とを含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼線材であることが好ましい。この鋼線材を用いれば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどの合金元素を添加していないにも拘わらず、本発明の製造方法から得られた鋼線を冷間圧造又は輾造することで強度区分が１０．９Ｔ以上の高強度小ねじや高強度マイクロねじを得ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明では、通常のコンバインドロール圧延装置で第１〜第３圧延機の配置をＬ（３）＜３Ｌ（２）に設定し、且つ、偶数（２ｎ）番目とこれに次ぐ奇数（２ｎ＋１）番目の両圧延機の間にツイスターを設置しない場合であっても、圧延中の金属線材の捻転を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態で用いられる温間圧延設備１の概略構成を示した図である。
【図２】一対の圧延ロールで形成される孔型形状の模式図である。
【図３】第１工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である。
【図４】第２工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である。
【図５】第３工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である。
【図６】第１サブ工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である。
【図７】第２サブ工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である。
【図８】第３サブ工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である。
【図９】本発明の実施例の第１工程、第２工程、第３工程、第１サブ工程、第２サブ工程及び第３サブ工程で用いた一対の圧延ロールで形成される孔型形状の図である。
【図１０】試験Ｎｏ．５の圧延幅方向断面における金属組織を示す電子顕微鏡写真（図面代用写真）である。
【図１１】試験Ｎｏ．５の圧延長手方向断面における金属組織を示す電子顕微鏡写真（図面代用写真）である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明に係る金属線の製造方法の一実施形態を、図１〜図８を参照しながら説明する。
【００３１】
〔圧延設備の構成〕
図１は、この実施形態に用いられる温間圧延設備１の概略構成を示した図である。図２は、温間圧延設備１に配置された一対の圧延ロールで形成される孔型形状の模式図である。図中、（ａ）は第１スタンドに配置された一対の第１偏平成形ロール４１で形成される孔型形状を、（ｂ）は第２スタンドに配置された一対の第１カリバーロール４２で形成される孔型形状を、（ｃ）は第３スタンドに配置された一対の第２偏平成形ロール４３で形成される孔型形状を、（ｄ）は第４スタンドに配置された一対の第２カリバーロール４４で形成される孔型形状を、（ｅ）は第５スタンドに配置された一対の第３偏平成形ロール４５で形成される孔型形状を、（ｆ）は第６スタンドに配置された一対の第３カリバーロール４６で形成される孔型形状を示す。
【００３２】
まず、温間圧延設備１を図１に基づいて説明する。温間圧延設備１は、上流側から順に、金属線材Ｍを供給する線材供給装置１０と、巻き戻された金属線材Ｍを直線状に矯正する矯正機２０と、圧延前に金属線材Ｍを所定の温間圧延開始温度に加熱する線材加熱装置３０と、金属線材Ｍを所定の線径まで圧延するコンバインドロール圧延装置４０と、コンバインドロール圧延装置４０によって圧延された金属線Ｐを巻き取る線材巻取装置５０をと備えている。
【００３３】
コンバインドロール圧延装置４０は、圧延上手側から順に、圧延ロールの軸心方向が交互に直交する第１〜６スタンドと、各スタンドにそれぞれ配置された一対の圧延ロール４１〜４６とを備えている。各スタンドは、前後する２つのスタンドの間隔が、第２スタンドの出側から第３スタンドの入側までの距離Ｌ２及び第４スタンドの出側から第５スタンドの入側までの距離Ｌ４を第１スタンドの出側から第２スタンドの入側までの距離Ｌ１の１．２倍に、第３スタンドの出側から第４スタンドの入側までの距離Ｌ３及び第５スタンドの出側から第６スタンドの入側までの距離Ｌ５をＬ１と等倍になるように設置されている。
【００３４】
図２において、第１偏平成形ロール４１は、その圧延面が楕円面Ｓ０からなるオーバルカリバーロールである。第１カリバーロール４２、第２カリバーロール４４、第３カリバーロール４６は、各々圧延面がロール軸方向の両端から中央に向かうに従って縮径する一対の円錐台面である第１圧延面Ｓ１及び第２圧延面Ｓ２と、第１圧延面Ｓ１と第２圧延面Ｓ２の間に介在し第１圧延面Ｓ１及び第２圧延面Ｓ２それぞれの小径側端に対して鈍角で交差し且つロールの中心軸に平行であって前工程で圧延されて形成された非拘束部分の外表面のＹＺ断面における長さ（外周長さ）よりも円筒長さが短い円筒面である第３圧延面Ｓ３とからなるカリバーロール（以下、六角カリバーロールともいう。）である。そして、第２偏平成形ロール４３、第３偏平成形ロール４５は、各々圧延面がロール軸方向の両端から中央に向かうに従って縮径する一対の円錐台面である第４圧延面Ｓ４及び第５圧延面Ｓ５と、第４圧延面Ｓ４と第５圧延面Ｓ５の間に介在し第４圧延面Ｓ４及び第５圧延面Ｓ５それぞれの小径側端に対して鈍角で交差し且つロールの中心軸に平行であって前工程で圧延されて形成された非拘束部分の外表面のＹＺ断面における長さ（外周長さ）よりも円筒長さが長い円筒面である第６圧延面Ｓ６からなるカリバーロール（以下、ボックスカリバーロールともいう。）である。
【００３５】
線材加熱装置３０は、室温の金属線材Ｍを所定の温間圧延開始温度まで加熱できる装置である。例えば、抵抗加熱方式、中周波加熱方式や高周波加熱方式のものを用いることができる。又、線材供給装置１０、矯正機２０及び線材巻取装置５０として、公知のものを用いることができる。
【００３６】
尚、本実施形態では、コンバインドロール圧延装置として６スタンドのものを用いたが、７５％以上の総減面率が確保できるのであれば、４スタンドのものでも、５スタンドのものでもよい。又、７スタンド以上のものでもよい。
【００３７】
〔金属線材の構成〕
次に、金属線材Ｍについて説明する。金属線材Ｍは、例えば、チタン、銅などの金属単体であってもよいし、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼、マグネシウム合金、アルミニウム合金、チタン合金などの各種合金であってもよい。炭素鋼としては、化学組成がＣ：０．０１〜０．２質量％と、Ｓｉ：０．３５質量％以下と、Ｍｎ：０．３〜１．５質量％と、Ｐ：０．０２質量％以下（０質量％を含む）と、Ｓ：０．０１質量％以下（０質量％を含む）と、Ｔｉ：０．００１〜０．０１質量％及びＮｂ：０．０１〜０．０３質量％の中の少なくともいずれか一方とを含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼（以下、鋼種Ａという。）が好ましい。Ｔｉ及び／又はＮｂを添加した炭素鋼は、Ｔｉ及び／又はＮｂの窒化物が鋼の結晶の成長を抑制するので、粒径のばらつきが小さく（即ち均質で）且つ平均粒径が１μｍ以下の超微細粒組織を有する例えば線径１．２５ｍｍの鋼線を得ることができ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂなどの強度向上元素を添加しなくともよいからである。
【００３８】
金属線材Ｍの線径は温間圧延設備１で圧延できる線径であればよい。例えば、ロール径（直径）が５００ｍｍのカリバーロールを用いた場合には、線径（直径）２５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の金属線材Ｍを圧延することができる。ロール径が２２５ｍｍのカリバーロールを用いた場合には、線径１２ｍｍ以上２５ｍｍ未満の金属線材Ｍを圧延することができる。ロール径が１６０ｍｍのカリバーロールを用いた場合には、線径５ｍｍ以上１２ｍｍ未満の金属線材Ｍを圧延することができる。ロール径が１００ｍｍのカリバーロールを用いた場合には、線径２ｍｍ以上５ｍｍ未満の金属線材Ｍを圧延することができる。金属線材Ｍを線材加熱装置３０で加熱する前に、その外周面に付着するスケールを除去する点から酸洗又はショットブラストを行うことが好ましい。又、圧延後の金属線Ｐの結晶粒度をより微細にする点及び金属線Ｐの寸法精度を向上させる点から、金属線材Ｍに例えばダイスを用いて減面率１０〜４０％の伸線加工を行うことが好ましい。
【００３９】
〔圧延工程〕
次に、本実施形態の各圧延工程の詳細を説明する。
１．第１工程（オーバルカリバーロールによる圧延加工）
まず、線材加熱装置３０で所定の温間圧延開始温度まで加熱された金属線材Ｍを、第１スタンドに設置された一対の第１偏平成形ロール（オーバルカリバーロール）４１の間に通す。これにより、金属線材ＭのＹＺ断面形状を円形から偏平な形状に成形する。図３は、第１工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である。具体的には、図３に示すように、ＹＺ断面形状が略真円形の金属線材Ｍ０を第１偏平成形ロール４１の圧延面Ｓ０で押圧することにより、ＹＺ断面形状がＸ軸に軸対称であって圧延幅方向に非拘束部分Ｆ１を有する偏平な形状の金属線材Ｍ１に成形する。第１工程で偏平な形状の金属線材Ｍ１を得ることによって、次工程（第２工程）での減面率を高めることができる。
【００４０】
ここで、偏平な形状とは、ＹＺ断面において、圧延幅方向（Ｙ軸上の方向）の長さＷが、圧延幅方向と直交する方向（Ｚ軸上の方向）の長さＨよりも長い形状をいい、第２工程での動的再結晶を促進させる点から、偏平率ＦＬ（＝Ｈ÷Ｗ×１００）は５０〜７０％が好ましく、５５〜６０％がより好ましい。偏平率ＦＬを５０％以上にすることで、金属線材が強圧下されて結晶粒はより微細になる傾向を示す。一方、偏平率ＦＬを７０％以下にすることで、金属線材の中で非拘束部分は所定の割合を占めることができ、これにより、次工程（第２工程）において、金属線材が第１カリバーロール４２の第１圧延面Ｓ１及び第２圧延面Ｓ２と面接触する前に、第３圧延面Ｓ３と面接触する部分が相対的に多くなる。その結果、次工程（第２工程）での金属線材の捻転をより確実に抑制することができる。
【００４１】
第１工程における減面率Ｒ１は１０〜３０％が好ましく、２０〜２７％がより好ましい。減面率Ｒ１を１０％以上にすることで、金属線材が強圧下されて結晶粒はより微細になる傾向を示す。一方、減面率Ｒ１を３０％以下にすることで、金属線材中の非拘束部分でのシワ疵の発生を抑制することができる。尚、減面率とは、金属線材Ｍが圧延によって減少した面積の比率であり、圧延前の面積をＡｉｎ、圧延後の面積をＡｏｕｔとして、減面率Ｒは（Ａｉｎ−Ａｏｕｔ）÷Ａｉｎ×１００（％）で表される。
【００４２】
２．第２工程（六角カリバーロールによる圧延加工）
次に、第１工程で圧延された金属線材Ｍ１を、第２スタンドに設置された一対の第１カリバーロール（六角カリバーロール）４２の間に通す。これにより、金属線材Ｍ１のＹＺ断面形状を、各第１カリバーロール４２の第１圧延面Ｓ１、第２圧延面Ｓ２及び第３圧延面Ｓ３に面接触してこれら圧延面に拘束される二つの拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第１カリバーロール４２に拘束されないとともに上記式（１）及び式（２）を満たす二つの非拘束部分Ｆ２とからなる形状に成形する。
【００４３】
具体的には、第２工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である図４に示すように、まず金属線材Ｍ１の非拘束部分Ｆ１を第３圧延面Ｓ３で押圧し、続いて第１圧延面Ｓ１と第２圧延面Ｓ２で金属線材Ｍ１の非拘束部分Ｆ１の両端部を押圧する。そして、第１カリバーロール４２に押圧されない部分（非拘束部分Ｆ２）が上記式（１）及び式（２）を満たすまで、金属線材Ｍ１の拘束部分を第１圧延面Ｓ１と第２圧延面Ｓ２で押圧する。これにより、ＹＺ断面形状が偏平な形状である金属線材Ｍ１を、ＹＺ断面形状がＸ軸に軸対称であって圧延幅方向に非拘束部分Ｆ２を有する２ｋ角形（但し、ｋ＝４で、当該２ｋ角形中の一対の対向する隅部が非拘束部分Ｆ２で凸曲線の形状である。）である金属線材Ｍ２に成形する。押圧で生じた余肉は、圧延幅方向（Ｚ軸上の方向）の中央部から順次外側への流動するため、第２工程では金属線材の捻転が抑制され、これに起因した折込み疵も抑制される。
【００４４】
尚、第２工程で金属線材Ｍ２に上記式（１）及び式（２）を満たす非拘束部分Ｆ２を形成することによって、次工程（第３工程）での捻転を防止することができる。
【００４５】
第２工程における減面率Ｒ２は２０〜４０％が好ましく、２５〜３０％がより好ましい。減面率Ｒ２を２０％以上にすることで、金属線材が強圧下されて結晶粒はより微細になる傾向を示す。一方、減面率Ｒ２を４０％以下にすることで、金属線材中の非拘束部分でのシワ疵の発生を抑制することができる。
【００４６】
３．第３工程（ボックスカリバーロールによる圧延加工）
次に、第２工程で圧延された金属線材Ｍ２を、第３スタンドに設置された一対の第２偏平成形ロール（ボックスカリバーロール）４３の間に通す。これにより、金属線材Ｍ２の非拘束部分Ｆ２を各第２偏平成形ロール４３の円筒面である第６圧延面Ｓ６に接触させて押圧し、ＹＺ断面形状における偏平率が第２工程で圧延された金属線材Ｍ２と比べて増加した形状に成形する。
【００４７】
具体的には、第３工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である図５に示すように、第３工程では、まず、金属線材Ｍ２の非拘束部分Ｆ２を第６圧延面Ｓ６で押圧する。これにより、上記式（２）を満たす非拘束部分Ｆ２は、第６圧延面Ｓ６に接する部分が押圧中に圧延幅方向（Ｙ軸上の方向）に殆ど蛇行することなく、円筒面である第６圧延面Ｓ６に沿った形状に容易に成形される。そして、圧延の進行とともに、金属線材Ｍ２の非拘束部分Ｆ２のうち、第６圧延面Ｓ６に拘束される部分が圧延幅方向外側に増加していく。金属線材Ｍ２の非拘束部分Ｆ２は上記式（１）を満たし、非拘束部分Ｆ２全体が第６圧延面Ｓ６に押圧された時点で、金属線材Ｍ２は圧延幅方向（Ｙ軸上の方向）で１／４を超えて第２偏平成形ロール４３に面接触して拘束されるので、金属線材Ｍ２は捻転しなくなる。次に、第６圧延面Ｓ６の圧延幅方向外側の部分で金属線材Ｍ２の拘束部分を押圧する。金属線材Ｍ２が第６圧延面Ｓ６に押圧されている間、余肉は圧延幅方向外側に流動していくのでシワ疵の発生は抑制される。又、捻転も生じていないので折込み疵の発生も抑制される。その後、金属線材Ｍ２の拘束部分の残りの部分（圧延幅方向の両端部分）を第４圧延面Ｓ４と第５圧延面Ｓ５で押圧する。これにより、金属線材はＹＺ断面における偏平率をさらに増加させていき、最終的に、ＹＺ断面形状が上記２ｋ角形（ｋ＝４、一対の対向する隅部は凸曲線の形状）である金属線材Ｍ２を、ＹＺ断面形状がＸ軸に軸対称であって圧延幅方向に非拘束部分Ｆ３を有する前工程の金属線材Ｍ２よりもＹＺ断面における偏平率が高い形状である金属線材Ｍ３に成形する。
【００４８】
尚、金属線材Ｍ２が第１カリバーロール４２の第３圧延面Ｓ３押圧されて形成した部分の長さ（金属線材Ｍ２の両端の高さ）ＨＳ３は、一対の第２偏平成形ロール４３の第４圧延面Ｓ４のうちこの部分を押圧する両第４圧延面Ｓ４間の距離ＨＳ４より小さいので、肉余りは殆ど発生しない。
【００４９】
このように、第３工程では、捻転起因の折込み疵及び肉余り起因のシワ疵を抑制することができる。
【００５０】
第３工程における減面率Ｒ３は２０〜３５％が好ましく、２５〜３０％がより好ましい。減面率Ｒ３を２０％以上にすることで、金属線材が強圧下されて結晶粒はより微細になる傾向を示す。一方、減面率Ｒ３を３５％以下にすることで、金属線材中の非拘束部分でのシワ疵の発生をさらに抑制することができる。
【００５１】
４．第４工程
次に、第３工程で圧延された金属線材Ｍ３を、その偏平率を低下させるように、以下の第１〜３サブ工程で温間圧延する。
【００５２】
４−１．第１サブ工程（六角カリバーロールによる圧延加工）
まず、第２工程と同様に、第３工程で圧延された金属線材Ｍ３を、第４スタンドに設置された一対の第２カリバーロール（六角カリバーロール）４４の間に通す。これにより、第１サブ工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である図６に示すように、ＹＺ断面形状が、各第２カリバーロール４４の第１圧延面Ｓ１、第２圧延面Ｓ２及び第３圧延面Ｓ３に面接触してこれら圧延面に拘束される二つの拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第２カリバーロール４４に拘束されないとともに上記式（１）及び式（２）を満たす二つの非拘束部分Ｆ４とからなる形状に成形された金属線材Ｍ４を、捻転を生じさせることなく得ることができる。
【００５３】
尚、第１サブ工程において押圧で生じた余肉は、圧延幅方向（Ｚ軸上の方向）の中央部から順次外側への流動するため、第１サブ工程では金属線材の捻転が抑制され、これに起因した折込み疵も抑制される。又、第１サブ工程において金属線材Ｍ４に上記式（１）及び式（２）を満たす非拘束部分Ｆ４を形成することによって、次のサブ工程である第２サブ工程での捻転を防止することができる。
【００５４】
第１サブ工程における減面率Ｒ４１は２０〜４０％が好ましく、３０〜３５％がより好ましい。減面率Ｒ４１を３５％以上にすることで、金属線材が強圧下されて結晶粒はより微細になる傾向を示す。一方、減面率Ｒ４１を４０％以下にすることで、金属線材中の非拘束部分でのシワ疵の発生をさらに抑制することができる。
【００５５】
４−２．第２サブ工程（ボックスカリバーロールによる圧延加工）
次に、第３工程と同様に、第１サブ工程で圧延された金属線材Ｍ４を、第５スタンドに設置された一対の第３偏平成形ロール（ボックスカリバーロール）４５の間に通す。これにより、第２サブ工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である図７に示すように、金属線材Ｍ４の非拘束部分Ｆ４が各第３偏平成形ロール４５の円筒面である第６圧延面Ｓ６に押圧されて、金属線材Ｍ４は捻転することなく、ＹＺ断面形状における偏平率が第１サブ工程で圧延された金属線材Ｍ４と比べて増加した形状に成形された金属線材Ｍ５を得ることができる。尚、第３工程と同様に、第２サブ工程の圧延時にシワ疵及び折込み疵の発生は抑制される。
【００５６】
第２サブ工程における減面率Ｒ４２は１５〜３０％が好ましく、２０〜３０％がより好ましい。減面率Ｒ４２を１５％以上にすることで、金属線材が強圧下されて結晶粒はより微細になる傾向を示す。一方、減面率Ｒ４２を３０％以下にすることで、金属線材中の非拘束部分でのシワ疵の発生をさらに抑制することができる。
【００５７】
４−３．第３サブ工程（六角カリバーロールによる圧延加工）
次に、第１サブ工程と同様に、第２サブ工程で圧延された金属線材Ｍ５を、第６スタンドに設置された一対の第３カリバーロール（六角カリバーロール）４６の間に通す。これにより、第３サブ工程の圧延出側におけるＹＺ断面の模式図である図８に示すように、ＹＺ断面形状が、各第３カリバーロール４４の第１圧延面Ｓ１、第２圧延面Ｓ２及び第３圧延面Ｓ３に面接触してこれら圧延面に拘束される二つの拘束部分と、これら拘束部分に挟まれる部分であって第３カリバーロール４４に拘束されない二つの非拘束部分Ｆ６とからなる形状に成形された金属線Ｐを、捻転を生じさせることなく得ることができる。
【００５８】
尚、第３サブ工程において押圧で生じた余肉は、圧延幅方向（Ｚ軸上の方向）の中央部から順次外側への流動するため、第３サブ工程では金属線材の捻転が抑制され、これに起因した折込み疵も抑制される。
【００５９】
第３サブ工程における減面率Ｒ４３は２０〜３５％が好ましく、２５〜３０％がより好ましい。減面率Ｒ４３を２０％以上にすることで、金属線材が強圧下されて結晶粒はより微細になる傾向を示す。一方、減面率Ｒ４３を３５％以下にすることで、金属線材中の非拘束部分でのシワ疵の発生を抑制することができる。
【００６０】
〔その他の圧延条件〕
上記全圧延工程を通じての総減面率ＲＴは７５％以上である。総減面率ＲＴを７５％以上にすることで、金属線材として例えば、炭素含有量が０．０１〜０．２質量％の炭素鋼線材を用いた場合には、金属組織の平均粒径が２μｍ以下の鋼線を製造することができ、チタン合金線材を用いた場合には、平均粒径が２μｍ以下のチタン合金線を製造することができ、アルミニウム合金線材を用いた場合には、平均粒径が２μｍ以下のアルミニウム合金線を製造することができる。
【００６１】
より微細な金属組織を製造する点から、総減面率ＲＴは８０％以上が好ましく、８５％以上がより好ましい。例えば、金属線材として炭素含有量が０．０１〜０．２質量％の炭素鋼線材を用いたときには、総減面率ＲＴを８０％以上にすることで平均粒径１μｍ以下の鋼線を得ることができ、総減面率ＲＴを８５％以上にすることで平均粒径０．８μｍ以下の鋼線を得ることができる。
【００６２】
一方、所定の圧延速度を確保する点から、総減面率ＲＴは９０％以下が好ましい。例えば、金属線材として鋼線材を用いたときには、総減面率ＲＴを９０％以下にすることで圧延速度を３７ｍ／分以上にすることができ、総減面率ＲＴを８５％以下にすることで圧延速度を４０ｍ／分以上にすることができる。
【００６３】
全圧延工程を通じての通線速度（圧延速度）は、圧延中の金属線材Ｍの温度低下を防止する点から２０ｍ／分以上であることが好ましく、３０ｍ／分以上であることがより好ましく、生産効率を高める点から３５ｍ／分以上であることが好ましい。一方、加工熱の発生を抑制する点から、通線速度は２００ｍ／分以下であることが好ましく、１００ｍ／分以下であることがより好ましい。
【００６４】
次に、温間圧延開始温度、終了温度について説明する。
【００６５】
温間圧延前に、線材加熱装置３０で金属線材Ｍを加熱する際の温間圧延開始温度とは、金属線材Ｍを圧延することで再結晶が起こる温度、即ち動的再結晶温度である。より具体的には、金属線材Ｍを圧延した後の平均結晶粒径が、圧延前の平均結晶粒径よりも小さくなる温度である。例えば、Ｃ含有量が０．４５質量％以下の炭素鋼では４００〜７００℃であり、鋼種Ａでは５５０〜７００℃が好ましい。マグネシウム合金では２００〜３００℃であり、亜鉛−アルミニウム合金では１００〜２７５℃である。線材加熱装置３０では、金属線材Ｍの内部まで温間圧延開始温度に上昇するまで加熱することが好ましい。例えば、抵抗加熱方式や中周波加熱方式線材加熱装置を用いて、線径６〜２５ｍｍの鋼線材を温間圧延開始温度６００℃まで加熱する場合には、室温から温間圧延開始温度までの加熱時間は５〜１０秒である。加熱時間はさらに長くてもよい。
【００６６】
一方、圧延最終工程での圧延出側における金属線Ｐの温度（温間圧延終了温度）は、金属線Ｐの金属組織を全長に亘って超微細化させる点から、温間圧延開始温度よりも３０〜１００℃低いことが好ましい。例えば、鋼種Ａでは４８０〜６００℃が好ましい。
【００６７】
このように、所定の温間圧延開始温度まで加熱した金属線材Ｍに対して、所定の総減面率となるように第１工程から第４工程までの圧延を行うことで、捻転を抑制して超微細粒組織の金属線Ｐを製造することができる。
【００６８】
〔変形例〕
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。
【００６９】
上記実施形態では、Ｌ１＝Ｌ３＝Ｌ５、Ｌ２＝Ｌ４＝１．２×Ｌ１となるように各スタンドを設置しているが、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４及びＬ５の全てが等しくなるように各スタンドを設置してもよいし、全て異なるように各スタンドを設置してもよい。又、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４及びＬ５のうちの２〜４つが等しくなるように各スタンドを設置してもよい。
【００７０】
上記実施形態では、第１カリバーロール４２、第２カリバーロール４４、第３カリバーロール４６として、六角カリバーロールを用いた例を示したが、これに以外に、第１〜３カリバーロールの第３圧延面が互いに連続する二つの円錐台面からなる回転面である八角カリバーロール、第１〜３カリバーロールの第３圧延面が互いに連続する三つの円錐台面からなる回転面である十角カリバーロール、第１〜３カリバーロールの第３圧延面が互いに連続する四つの円錐台面からなる回転面である十二角カリバーロールを用いてもよい。第１〜３カリバーロールとして、八角カリバーロール、十角カリバーロール及び十二角カリバーロールのいずれか１種のみを用いてもよいし、六角カリバーロール、八角カリバーロール、十角カリバーロール及び十二角カリバーロールの２種以上を併用してもよい。
【００７１】
上記実施形態では、第１工程で用いる一対の第１偏平成形ロールとして、オーバルカリバーロールを用いているが、第１工程で金属線材Ｍを偏平な形状に成形できて、全工程を通じた総減面率ＲＴを７５％以上にできる圧延ロールであればよく、例えば、オーバルカリバーロールに代えて、クラウンロールやボックスカリバーロールなどを用いてもよい。
【００７２】
上記実施形態では、第３工程で用いる一対の第２偏平成形ロールとして、ボックスカリバーロールを用いているが、金属線材Ｍ２の非拘束部分Ｆ２全体を拘束できる圧延面を有し、全工程を通じた総減面率ＲＴを７５％以上にできる第２偏平成形ロールであればよい。例えば、上記実施形態で用いたボックスカリバーロール４３の円筒面（第６圧延面Ｓ６）を、圧延面の長さが金属線材Ｍ２の非拘束部分Ｆ２の外周長さよりも長く、且つ、ＹＺ断面において金属線材Ｍ２の非拘束部分Ｆ２の曲率半径よりも曲率半径が大きい曲面に変更したバレルカリバーロールを用いてもよい。
【００７３】
上記実施形態では、第２サブ工程で用いる一対の第３偏平成形ロールとして、ボックスカリバーロールを用いているが、金属線材Ｍ４の非拘束部分Ｆ４全体を拘束できる圧延面を有し、全工程を通じた総減面率ＲＴを７５％以上にできる第３偏平成形ロールであれば、例えば、上記実施形態で用いたボックスカリバーロール４５の円筒面（第６圧延面Ｓ６）を、圧延面の長さが金属線材Ｍ４の非拘束部分Ｆ４の外周長さよりも長く、且つ、ＹＺ断面において金属線材Ｍ４の非拘束部分Ｆ４の曲率半径よりも曲率半径が大きい曲面に代えたバレルカリバーロールを用いてもよい。
【００７４】
上記実施形態では、第３サブ工程において、六角カリバーロールである第３カリバーロールを用いて、金属線Ｐに対してＹＺ断面形状が２ｋ角形（ｋ＝４、一対の対向する隅部は凸曲線の形状）となる成形を行ったが、巻き取り性を向上させる点又はボルトやねじの加工素材に適した形状に成形する点から、円弧回転面を備えた円周成形ロールを用いて、金属線Ｐに対してＹＺ断面形状が円形となる成形を行ってもよい。
【００７５】
上記実施形態では、第１〜６スタンドに配置された各圧延ロールの軸心方向が交互に直交しているが、第１スタンドと第２スタンドに配置された圧延ロールは軸心方向が直交していなくてもよいし、第３スタンドと第４スタンドに配置された圧延ロールは軸心方向が直交していなくてもよいし、第５スタンドと第６スタンドに配置された圧延ロールは軸心方向が直交していなくてもよい。
【００７６】
上記実施形態では、第１〜６スタンドに圧延ロールを配置して圧延を行ったが、総減面率ＲＴを７５％以上にできるのであれば、４つのスタンド又は５つのスタンドのみに圧延ロールを配置して圧延を行ってもよい。例えば、第５スタンドのボックスカリバーロール４５と第６スタンドの六角カリバーロール４６を配置せずに圧延してもよいし、第５スタンドのボックスカリバーロール４５を円周成形ロールに変更するとともに第６スタンドの六角カリバーロール４６を配置せずに圧延してもよい、第４スタンドの六角カリバーロール４４を円周成形ロールに変更するとともに第５スタンドのボックスカリバーロール４５と第６スタンドの六角カリバーロール４６を配置せずに圧延してもよい。
【００７７】
上記実施形態では、金属線材Ｍとして、ＹＺ断面が略真円状のものを用いたが、ＹＺ断面が楕円状のものや六角以上の多角形状のものを用いてもよい。
【００７８】
本発明に係る金属線の製造方法によって製造された金属線は、例えば、小ねじ、マイクロねじなどの携帯電話機、情報家電、事務機器などで用いられる微小締結部材、バルブスプリング、シャシースプリング、溶接ボルト、長尺ボルトなどの自動車、工作機械、建設機械などで用いられる高強度又は高靭性付勢部材、高力ボルト、アンカーボルトなどの建物、橋梁などで用いられる高強度締結部材などの加工素材として用いることができる。
【００７９】
以下に、本発明を実施例により、さらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。
【実施例】
【００８０】
上記第３工程において、捻転が発生するときの金属線材の形状を調べるため、下記捻転試験を行った。
【００８１】
〔捻転試験〕
直径７．４８ｍｍで下記表１に示す化学成分の鋼線材を、抵抗加熱方式線材加熱装置で５８０℃まで加熱した後に、図９（ａ）に示す孔型形状の一対のオーバルカリバーロールの間に通して、ＹＺ断面が偏平な形状の試験母材を得た。
【００８２】
【表１】
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【００８３】
続いて、上記試験母材を通線速度及び押圧量を変えながら、図９（ｂ）に示す孔型形状の一対の第１カリバーロールの間に通して、ｗ１０、ｗ１、ｒ１が表２に示す値となる試験材Ｎｏ．１〜８を得た。尚、ｗ１０は試験材Ｎｏ．１〜８の第１カリバーロールの第３圧延面Ｓ３間の幅をノギスで測定した。ｗ１については、ｗ１０を測定した各試験材をＹＺ断面で切断して、２％ナイタールで腐食させて、拘束部分と非拘束部分の境界（押圧による金属光沢のある部分とない部分の境目）を明瞭にさせた後に、デジタルマイクロスコープ（株式会社キーエンス製、型番ＶＨＸ−９００）を用いて測定した。ｗ１の測定後に、続いて上記マイクロスコープを用いてｒ１を測定した。
【００８４】
次に、試験材Ｎｏ．１〜８を抵抗加熱方式線材加熱装置で５８０℃まで加熱した後に、図９（ｃ）に示す孔型形状の一対の第２偏平成形ロールの間に通して、捻転の有無を確認した。結果を表２に示す。
【００８５】
【表２】
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【００８６】
表２より明らかなように、ｗ１が０．２６ｗ１０より小さい場合（試験材Ｎｏ．１、２）又はｒ１が２．２３ｗ１０より小さい場合（試験材Ｎｏ．１、４）には、試験材は捻転した。これに対して、ｗ１が０．２６ｗ１０と等しいか大きく且つｒ１が２．２３ｗ１０と等しいか大きい場合、即ち、上記式（１）及び式（２）を同時に満たす場合（試験材Ｎｏ．３、５〜８）には、試験材は捻転しなかった。
【００８７】
〔圧延試験〕
次に、直径７．４８ｍｍで表１に示す化学成分の鋼線材を、抵抗加熱方式線材加熱装置で５８０℃まで加熱した後に、図９（ａ）〜（ｆ）に示す孔型形状の一対の圧延ロール６１、６２、６３、６４、６５、６６の間に通線速度３７ｍ／分で連続して通して、ＹＺ断面形状が２ｋ角形（但し、ｋ＝４で、当該２ｋ角形中の一対の対向する隅部が凸曲線の形状である。）で最大幅が３．１ｍｍの鋼線を得た。その際、第２工程では、ＹＺ断面形状が上記試験材Ｎｏ．５となる圧延条件で行った。その結果、いずれの工程においても捻転は発生せず、得られた鋼線には、０．５０ｍｍ以上の折込み疵及び０．０２ｍｍ以上のシワ疵は見られなかった。上記直径７．４８ｍｍの鋼線材及び上記最大幅が３．１ｍｍの鋼線の断面積はそれぞれ４３．９ｍｍ２及び６．３６ｍｍ２であり、総減面率ＲＴは８５．５％であった。尚、鋼線の金属組織を確認したところ、平均粒径は、０．８μｍであった。平均粒径の測定方法は以下の通りである。
【００８８】
得られた鋼線のＹＺ断面において、外側表面から０．７ｍｍ以上離れた領域（９０μm×９０μm）を任意に３つ決めて、各領域内のポリゴナルフェライトに対して、有効結晶粒界で囲まれたフェライト相の面積を画像ソフト（株式会社キーエンス製、品名ＶＥ６８００）を用いて測定し、各結晶粒の面積から円相当径を求め、その平均粒径を算出した。この値を鋼線の平均粒径とした。
【００８９】
参考までに、試験材Ｎｏ．５の圧延幅方向断面（Ｃ断面）における金属組織の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１０（図面代用写真）に、同試験材の圧延長手方向断面（Ｌ断面）における金属組織のＳＥＭ写真を図１１（図面代用写真）にそれぞれ示す。これらＳＥＭ写真から、本発明の製造方法によって得られた金属線の結晶粒は、圧延幅方向及び長手方向のいずれにおいても異方性がなく、均質であることが分かる。尚、これら金属組織は、試験材Ｎｏ．５の圧延幅方向及び高さ（厚さ）方向のそれぞれ中央位置において観察したものである。
【００９０】
尚、図９は、本発明の実施例の第１工程、第２工程、第３工程、第１サブ工程、第２サブ工程及び第３サブ工程で用いた一対の圧延ロールで形成される孔型形状の図である。図中、（ａ）は第１スタンドに配置された一対のオーバルカリバーロール６１で形成される孔型形状を、（ｂ）は第２スタンドに配置された一対の六角カリバーロール６２で形成される孔型形状を、（ｃ）は第３スタンドに配置された一対のバレルカリバーロール６３で形成される孔型形状を、（ｄ）は第４スタンドに配置された一対の六角カリバーロール６４で形成される孔型形状を、（ｅ）は第５スタンドに配置された一対のバレルカリバーロール６５で形成される孔型形状を、（ｆ）は第６スタンドに配置された一対の六角カリバーロール６６で形成される孔型形状を示す。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明に係る金属線の製造方法によって、ボルトやねじの加工素材に用いられる平均結晶粒径が２μｍ以下の金属線を、捻転を生じることなく製造することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１    温間圧延設備
１０  線材供給装置
２０  矯正機
３０  線材加熱装置
４０  コンバインドロール圧延装置
４１  第１スタンドのカリバーロール
４２  第２スタンドのカリバーロール
４３  第３スタンドのカリバーロール
４４  第４スタンドのカリバーロール
４５  第５スタンドのカリバーロール
４６  第６スタンドのカリバーロール
５０  線材巻取装置
Ｍ    金属線材
Ｐ    金属線
Ｓ１  第１圧延面
Ｓ２  第２圧延面
Ｓ３  第３圧延面
Ｓ４  第４圧延面
Ｓ５  第５圧延面
Ｓ６  第６圧延面
Ｆ１  第１工程で形成される非拘束部分
Ｆ２  第２工程で形成される非拘束部分
Ｆ３  第３工程で形成される非拘束部分
Ｆ４  第１サブ工程で形成される非拘束部分
Ｆ５  第２サブ工程で形成される非拘束部分
Ｍ０  第１工程で圧延される前の金属線材
Ｍ１  第１工程で圧延された後の金属線材
Ｍ２  第２工程で圧延された後の金属線材
Ｍ３  第３工程で圧延された後の金属線材
Ｍ４  第１サブ工程で圧延された後の金属線材
Ｍ５  第２サブ工程で圧延された後の金属線材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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