(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．４５〜０．７５質量％、
Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、
Ｍｎ：０．２〜１．５質量％、
Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、
を含み、残部が実質的にＦｅからなる圧延鋼材であって、該圧延鋼材の軸心を含む縦断面に観察される非金属系介在物の個数とサイズが、下記の要件を満たすことを特徴とする高清浄度圧延鋼材。
(1)酸化物系介在物のうち、幅方向サイズが５μｍ以上のものが２０個／１０００ｍｍ2以下、
(2)上記(1)の要件を満たす酸化物系介在物には、１５μｍ以上のものが実質的に存在しない、
(3)上記(1)の要件を満たす酸化物系介在物のうち、１０μｍ以上１５μｍ未満である介在物の存在率が３０％以下であり、且つそれらの硬さがいずれもＨｖ：６５０未満、
(4)上記(1)の要件を満たす酸化物系介在物のうち、５μｍ以上１０μｍ未満である介在物の存在率が７０％以上であり、且つそのうち８０％以上がＨｖ：６５０未満の硬さを有する介在物である、
(5) 酸化物以外のＴｉ系介在物の幅方向サイズが５μｍ以下である。
【請求項２】
Ｃ：０．４５〜０．７５質量％、
Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、
Ｍｎ：０．２〜１．５質量％、
Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、
を含有すると共に、
Ｎｉ：０．５質量％以下（０質量％を含まない）、
Ｍｏ：０．４質量％以下（０質量％を含まない）、
Ｖ：０．２５質量％以下（０質量％を含まない）、
Ｎｂ：０．２５質量％以下（０質量％を含まない）、
よりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含み、残部が実質的にＦｅからなる圧延鋼材であって、該圧延鋼材の軸心を含む縦断面に観察される非金属系介在物の個数とサイズが、下記の要件を満たすことを特徴とする高清浄度圧延鋼材。
(1)酸化物系介在物のうち、幅方向サイズが５μｍ以上のものが２０個／１０００ｍｍ2以下、
(2)上記(1)の要件を満たす酸化物系介在物には、１５μｍ以上のものが実質的に存在しない、
(3)上記(1)の要件を満たす酸化物系介在物のうち、１０μｍ以上１５μｍ未満である介在物の存在率が３０％以下であり、且つそれらの硬さがいずれもＨｖ：６５０未満、
(4)上記(1)の要件を満たす酸化物系介在物のうち、５μｍ以上１０μｍ未満である介在物の存在率が７０％以上であり、且つそのうち８０％以上がＨｖ：６５０未満の硬さを有する介在物である、
(5) 酸化物以外のＴｉ系介在物の幅方向サイズが５μｍ以下である。
【請求項３】
ばね用として使用されるものである請求項１または２に記載の高清浄度圧延鋼材。
【請求項４】
Ｃ：０．６０〜１．０５質量％、
Ｓｉ：０．１５〜１．２質量％、
Ｍｎ：０．１５〜１．２質量％、
を含み、残部が実質的にＦｅからなる圧延鋼材であって、該圧延鋼材の軸心を含む縦断面に観察される非金属系介在物の個数とサイズが、下記の要件を満たすことを特徴とする高清浄度圧延鋼材。
(1)酸化物系介在物のうち、幅方向サイズが５μｍ以上のものが２０個／１０００ｍｍ2以下、
(2)上記(1)の要件を満たす酸化物系介在物には、１５μｍ以上のものが実質的に存在しない、
(3)上記(1)の要件を満たす酸化物系介在物のうち、１０μｍ以上１５μｍ未満である介在物の存在率が３０％以下であり、且つそれらの硬さがいずれもＨｖ：６５０未満、
(4)上記(1)の要件を満たす酸化物系介在物のうち、５μｍ以上１０μｍ未満である介在物の存在率が７０％以上であり、且つそのうち８０％以上がＨｖ：６５０未満の硬さを有する介在物である、
(5) 酸化物以外のＴｉ系介在物の幅方向サイズが５μｍ以下である。
【請求項５】
極細線用として使用されるものである請求項４に記載の高清浄度圧延鋼材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間加工性や疲労特性に優れた高清浄度圧延鋼材に関し、特に自動車用エンジンや懸架装置に用いられる高強度ばね、あるいはスチールコードやワイヤソー等として用いられる極細鋼線用として優れた性能を発揮する清浄度の高い圧延鋼材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年自動車などの輸送機械においては、排ガス低減や燃費低減を期して車体の軽量化や高出力化の要請が強く、それに伴ってエンジン、サスペンション等に用いられる弁ばねや懸架ばねなどについても高応力設計が指向されている。こうした傾向の下で、ばね用鋼についても負荷応力の増加に対応するため一段と高疲労特性が要求される様になっている。またスチールコードやワイヤソー等の極細鋼線においても、軽量化や歩留向上の要請から細径化が指向され、それに伴って優れた伸線性の要求が高まっている。
【０００３】
ところが、これらばねや細径鋼線用の素材として用いられる従来の鋼材では、大型介在物を起点とする折損がしばしば発生し、優れた伸線性や疲労特性が得られないことがあり、こうした介在物に起因する伸線性や疲労特性の劣化を改善するため、鋼材の高清浄度化が求められている。
こうした状況の下で、高清浄度鋼やその製法について多くの研究が進められている。
【０００４】
例えば高清浄度鋼の製法に関し特公平６−１０２２４９号には、Ａｌ含有量が０．００２％以下のＳｉ脱酸鋼を用いて溶鋼処理および連続鋳造を行なう際に、溶鋼と接触する耐火物のＡｌ2 Ｏ3 含有量を１０％以下に低減することによってアルミナ系介在物の混入量を可及的に低減し、高清浄化することにより疲労特性を高める技術を開示している。また特開昭６２−１０７０４４号には、組成がＡｌ2 Ｏ3 ：２０％以下、ＭｎＯ：１０〜８０％、ＳｉＯ2 ：２０〜６０％で、且つＭｇＯ：１５％以下またはＣａＯ：５０％以下からなる非金属系介在物の総量をＪＩＳ規格で２０％以下に抑えることにより、疲労特性が改善される旨記載され、更に特公平６−７４４８５号には、圧延鋼材のＬ断面におけるサイズ1/d ≦５の非金属介在物の組成をＳｉＯ2 ：３５〜７５％、Ａｌ2 Ｏ3 ：３０％以下、ＣａＯ：５０％以下、ＭｇＯ：２５％以下に制御することにより、疲労特性が高められる旨記述されている。
【０００５】
更に特開平６−１５８２２６号や同５−３２０８２７号には、疲労特性を高めるには上記酸化物系介在物の制御のみでは不十分であり、チタンを主成分とする炭化物や窒化物系介在物（以下、Ｔｉ系介在物という）の大きさを規定することで疲労特性が一層高められることを明らかにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術の殆んどは酸化物系介在物に注目しているだけで、それ以外の有害不純物の影響については明らかにされておらず、疲労特性について一層の性能向上を求める最近の需要者の要望には応じ切れなくなっている。
【０００７】
そこで最近では、酸化物系介在物以外の有害な介在物としてＴｉ系介在物（炭化物や窒化物など）についても検討されているが、それらにしても酸化物系介在物やＴｉ系介在物の最大サイズを規定するに止まっており、それら介在物の粒径分布状況まで追求して疲労特性や加工性等への影響を調べた公知技術は見られない。
【０００８】
即ちこれまでの介在物調査では、酸化物系介在物については、その介在物組成を制御して融点を低下させることによって熱間圧延による圧下に伴う介在物の微細化を進める方向の研究が殆んどであり、具体的には酸化物系介在物の融点が可及的に低くなる様な組成制御を行なうと共に、その粒径を１５μｍ程度以下に抑え、熱間圧延工程で該酸化物系介在物が微細化し得る様な組成制御を行ない、また熱間圧延工程で微細化し難いＴｉ系介在物については、その粒径を５μｍ以下に抑えることによって、介在物に起因する疲労破壊の改善を図っているのである。
【０００９】
ところが本発明者らが更なる疲労特性の改善を期して研究を進めるうち、それら従来の介在物制御では、近年における高強度化や高負荷応力化の要請に十分に対応することができず、それら不純介在物が伸線性や疲労特性に及ぼす影響をより厳密且つ定量的に把握しなければ、一段と高性能化を志向する需要者の要望には到底応えきれないと考えた。
【００１０】
本発明はこの様な状況の下で鋭意研究の結果完成されたものであって、その目的は、最近のばね用鋼や極細鋼線に要望される高レベルの伸線加工性や疲労特性にも安定して確実に応え得る様な高清浄度圧延鋼材を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた本発明に係る高清浄度圧延鋼材とは、圧延鋼材の軸心を含む縦断面に観察される非金属系介在物の個数とサイズが、下記の要件を満たすものであるところに特徴を有している。
(1) 酸化物系介在物のうち、幅方向サイズが５μｍ以上のものが、２０個／１０００ｍｍ2 以下、
(2) 上記(1) の要件を満たす酸化物系介在物には、１５μｍ以上のものが実質的に存在しない、
(3) 上記(1) の要件を満たす酸化物系介在物のうち、１０μｍ以上１５μｍ未満である介在物の存在率が３０％以下であり、且つそれらの硬さがＨｖ：６５０未満、
(4) 上記(1) の要件を満たす酸化物系介在物のうち、５μｍ以上１０μｍ未満である介在物の存在率が７０％以上であり、且つそのうち８０％以上がＨｖ：６５０未満の硬さを有する介在物である、
(5) 酸化物以外のＴｉ系介在物の幅方向サイズが５μｍ以下である。
【００１２】
上記要件を満たす高清浄度圧延鋼材のうち、特にばね用として好ましいのは、下記化学成分、
Ｃ：０．４５〜０．７５質量％、
Ｓｉ：１．０〜２．５質量％、
Ｍｎ：０．２〜１．５質量％、
Ｃｒ：０．５〜１．５質量％、
を含み、あるいはこれらに加えて
Ｎｉ：０．５質量％以下（０質量％を含まない）、
Ｍｏ：０．４質量％以下（０質量％を含まない）、
Ｖ：０．２５質量％以下（０質量％を含まない）、
Ｎｂ：０．２５質量％以下（０質量％を含まない）、
よりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む鋼材であり、また極細線用として特に好ましいのは、
Ｃ：０．６０〜１．０５質量％、
Ｓｉ：０．１５〜１．２質量％、
Ｍｎ：０．１５〜１．２質量％、
を含む鋼材である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
前述した如く介在物については、圧延工程で介在物が十分に微細化される様、その組成制御により融点を低下させる方法が主体であり、介在物サイズについては、圧延工程での該微細化の程度を考慮してその最大サイズを規定することによって十分に目的が達成できると考えられていた。
【００１４】
ところが本発明者らが検討したところでは、介在物組成や介在物サイズの上限を厳密に規定したとしても必ずしも確実な改質効果が得られるとは限らず、たとえ前述した様な従来技術の規定要件を満たすものであっても、最近一段と高度化している要求性能を満足できないことがあり、品質安定性に問題がある。
【００１５】
本発明では、こうした品質の不安定を解消し、伸線性や疲労特性についての高度の要求を安定して確実に達成し得る様な技術を確立するものであり、上記の様に非金属系介在物のサイズと個数および硬さが伸線性や疲労特性に及ぼす影響を定量的に把握し、高度の要求性能を確実に満たすための要件として、前述の如く非金属系介在物のサイズと個数および硬さを厳密に規定している。以下、それらの限定理由を明らかにする。
【００１６】
まず本発明では、圧延鋼材の軸心を含む縦断面に観察される非金属系介在物の幅方向サイズによって清浄度を評価する。しかして線材の折損や疲労破壊に影響を及ぼすのは、伸線方向に対して幅方向の介在物サイズであり、線材の長手方向サイズは殆んど影響を及ぼさないからである。
【００１７】
そして本発明では、非金属系介在物のうち酸化物系介在物について、まず
(1) 酸化物系介在物のうち、幅方向サイズが５μｍ以上のものが
２０個／１０００ｍｍ2 以下
であることが必須となる。即ちばね用鋼や極細鋼線用の圧延鋼材として優れた疲労特性や伸線性を確保するには、５μｍ以上の粗大な酸化物系介在物の個数を２０個／１０００ｍｍ2 以下に抑えることが前提となる。ここで幅方向サイズの下限を５μｍと定めたのは、５μｍ未満の酸化物系介在物の個数と折損の間には何らの相関性も認められず、該微細な酸化物系介在物は伸線加工時の折損や疲労破壊に殆んど悪影響を及ぼさない、という確認結果に基づいている。しかし、５μｍ以上の酸化物系介在物になると折損に明らかな影響が表われ、その個数が２０個／１０００ｍｍ2 を超えると、以下に詳述する他の要件を如何にコントロールしても、本発明で意図する優れた特性を確実に得ることができなくなる。
【００１８】
本発明では、酸化物系介在物が上記(1) の要件を満足するという条件の下で、更に前記(2) 〜(4) の要件を満たすことが必須となる。(2) の要件として「上記酸化物系介在物には１５μｍ以上のものが実質的に存在しない」ことを規定したのは、１５μｍを超える粗大な酸化物系介在物が例え僅かでも存在するときは、該粗大介在物が起点となって折損を起こし、満足のいく伸線性や疲労特性が得られなくなるからである。
【００１９】
また(3) の要件として「上記酸化物系介在物のうち、１０μｍ以上１５μｍ未満である介在物の存在率が３０％以下であり、且つそれらの硬さがＨｖ：６５０未満」と定めたのは、１０μｍ以上１５μｍ未満の範囲の酸化物系介在物は単独では折損の原因になることはないが、その数が多くなるにつれて折損の発生に顕著な影響を及ぼす様になり、前記(1) の要件を満たす酸化物系介在物のうち３０％以上が１０μｍ以上１５μｍ未満の比較的粗大なものであるときは、折損に少なからず悪影響を及ぼす様になるからである。又折損の起点になるか否かはサイズのみならずその硬さも大きな影響を及ぼし、該サイズ範囲の酸化物系介在物に起因する折損を無くすには、ビッカース硬さでＨｖ：６５０以上のものを含まないことが必須となる。即ち、たとえ１０μｍ以上１５μｍ未満の幅方向サイズの介在物の存在率が３０％以下であったとしても、その中の一部がＨｖ：６５０を超える硬質の介在物であるときは、該硬質の酸化物系介在物を起点とする折損の可能性が生じてくるからである。
【００２０】
次に(4) の要件として「上記酸化物系介在物のうち、５μｍ以上１０μｍ未満である介在物の存在率が７０％以上であり、且つそのうち８０％以上がＨｖ：６５０未満の硬さを有する介在物」と定めたのは、該サイズ範囲の酸化物系介在物は折損に与える悪影響があまり認められず、その個数が全体の７０％以上である限り、伸線性や疲労特性に実質的な障害とはならない。ただしこのサイズ範囲の酸化物系介在物のうち硬質のものが多くなり過ぎると、たとえ相対的に微細なものと雖も折損原因になる恐れがでてくるので、該サイズ範囲の酸化物系介在物のうち少なくとも８０％以上は、ビッカース硬さでＨｖ：６５０未満の軟質なものでなければならない。
【００２１】
なお、酸化物系介在物の硬さの測定法は特に制限されないが、本発明では微細な介在物の個々の硬さを正確に測定できる様、ＡＫＡＳＨＩ製作所社製の微小硬さ測定計を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準じるため圧子は２〜１０ｇのものを使用した。
【００２２】
なお上記(3),(4) では酸化物系介在物の硬さを規定したが、該硬さをＨｖ：６５０未満に抑えるには酸化物系介在物の組成制御が有効であり、好ましくは溶製時のスラグコントロールによって酸化物系介在物の組成がＳｉＯ2 ：３５〜７５質量％、Ａｌ2 Ｏ3 ：３５質量％以下、ＣａＯ：５０質量％以下、ＭｇＯ：３０質量％以下となる様に制御することが望ましい。しかして、酸化物系介在物中のＳｉＯ2 量が３５質量％未満になると、介在物がＡｌ2 Ｏ3 、ＣａＯまたはＭｇＯ主体の硬質介在物になり易く、逆に７５質量％を超えると、ＳｉＯ2 量が過度にリッチとなってやはり硬質介在物になるからである。またＡｌ2 Ｏ3 が３５質量％を超えると、コランダムやスピネル等の硬質介在物が生成し易くなり、またＣａＯが５０質量％を超え、あるいはＭｇＯが３０質量％を超えても、やはり酸化物系介在物が硬質化し易くなる。尚ＭｎＯについては特に規定していないが、ＭｎＯは酸化物系介在物を軟質化させると考えられており、多少のＭｎＯが含まれていても介在物起因の折損原因になることはない。
【００２３】
次に前記(5) の要件として「酸化物以外のＴｉ系介在物の幅方向サイズが５μｍ以下」と定めたのは、次の様な理由による。すなわち該Ｔｉ系介在物は、その形状が長方形に近く且つ角が非常にシャープで応力集中を起こし易い形状特性を有しており、相対的に微細なものであっても伸線性や疲労特性に顕著な悪影響を及ぼす。しかも該Ｔｉ系介在物は硬質で圧延による微細化も期待し難いので、スラグコントロールの段階で十分に微細化しておくことが必要であり、こうしたＴｉ系介在物の悪影響を確実に抑えるには、そのサイズを５μｍ以下にすることが必須となる。
【００２４】
この様に本発明では、非金属系介在物として含まれる酸化物系介在物のサイズと個数およびビッカース硬さを規定した点に特徴を有しているが、酸化物系介在物のサイズや個数は、圧延鋼材を溶製する際の清浄化処理条件、例えばランスからの吹込みガスや底吹きガスの種類や流量などにより溶鋼−スラグ反応を適正に制御すれば良く、またＴｉ系介在物については、鋼中のＴｉ含有量を１５ｐｐｍ以下に抑えると共に、Ｔｉ系介在物の主たる形成成分となるＮの含有量を５０ｐｐｍ以下に抑えれば、Ｔｉ系介在物のサイズと個数を十分に小さく且つ少なく抑えることができる。
【００２５】
また、被検面となる圧延鋼材の軸心を含む縦断面の面積は、試料毎の測定値のばらつきを少なくするため広い方が望ましく、少なくとも３０００ｍｍ2 以上の面積を測定し、望ましくは試料の長手方向から５〜１０箇所以上の縦断面をアトランダムに採取し、各縦断面からの測定値の平均値として求めれば、当該製造ロット全体の清浄度をほぼ正確に評価することができる。
【００２６】
又縦断面における被検面の位置も特に制限されないが、本発明者らの経験によると、ばね鋼の如く疲労特性が重要視される鋼材では、圧延線材の表面から深さ１／４・Ｄ（Ｄは線材の直径）までの位置を被検面とすることにより、介在物による疲労特性の良否をより正確に評価できることを確認している。これは、ばね鋼の場合、負荷応力の勾配が表面で最大となり軸心部では０となり、軸心部に存在する介在物等に由来する折損は殆んど問題にならないからである。
【００２７】
一方、極細鋼線の如く高度の冷間加工性が求められる鋼材の場合は、伸線負荷が鋼材全体に加わるので、被検面を縦断面の全域から万遍なく選択することが望ましい。
【００２８】
本発明では、上記の様に圧延鋼材の軸心を含む縦断面に観察される酸化物系介在物とＴｉ系介在物のサイズと個数、硬さを規定したところに特徴を有しており、こうした要件を規定することによってそれらの介在物を起点とする折損を確実に阻止し、より高レベルの伸線加工性や疲労特性が確実に発揮される様にしたところに特徴を有しているが、こうした特徴をばね用あるいは極細線材用としてより効果的に発揮させるには、それぞれの用途に応じた化学成分の鋼材を使用することが望ましいので、以下、ばね用と極細鋼線用に分けて夫々の好ましい化学成分について説明する。
【００２９】
まずばね用に用いられる鋼材としては、
Ｃ：０．４５〜０．７５質量％（以下、質量％を示す場合は単に％と記す）
Ｓｉ：１．０〜２．５％、
Ｍｎ：０．２〜１．５％、
Ｃｒ：０．５〜１．５％、
を含み、あるいは更に他の元素として
Ｎｉ：０．５％以下（０％を含まない）、
Ｍｏ：０．４％以下（０％を含まない）、
Ｖ：０．２５％以下（０％を含まない）、
Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）、
よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含む鋼材が好ましく、上記各元素の作用は下記の通りである。
【００３０】
Ｃ：０．４５〜０．７５％
Ｃは焼入れ焼戻し後の強度を確保するために必要な元素であり、Ｃ含有量が０．４５％未満では強度不足となり、一方０．７５％を超えると靭性が低下してばね成形時に折損を生じ易くなる。ばね用鋼としてのＣのより好ましい下限値は０．５０％、より好ましい上限値は０．７０％である。
【００３１】
Ｓｉ：１．０〜２．５％
Ｓｉは脱酸と介在物組成の制御に有効に作用する他、フェライト中に固溶して鋼素地の強度を高めるのに有効な元素であり、それらの効果を有効に発揮させるには１．０％以上含有させなければならない。しかし、多過ぎると靭性や疲労特性に悪影響を及ぼす様になるので、２．５％以下に抑えなければならない。ばね用鋼としてのより好ましいＳｉ量の下限値は１．２％、上限値は２．１％である。
【００３２】
Ｍｎ：０．２〜１．５％
Ｍｎは焼入れ性向上元素として有効に作用し、その効果は０．２％以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、多過ぎると靭性や疲労特性に悪影響を及ぼす様になるので、１．５％以下に抑えなければならない。ばね用鋼としてのより好ましいＭｎ量の下限値は０．４％、上限値は１．２％である。
【００３３】
Ｃｒ：０．５〜１．５％
Ｃｒも鋼素材の強化に有効に作用し、またＣ活量を低下させて圧延や熱処理工程で脱炭を抑えると共に炭化物の黒鉛化を抑制して疲労強度を高める作用を有しており、こうした効果は０．５％以上含有させることによって有効に発揮される。しかしながら、多過ぎると靭性や延性に悪影響を及ぼす傾向が生じてくるので１．５％以下に抑えなければならない。Ｃｒ量のより好ましい下限値は０．６％、より好ましい上限値は１．２％である。
【００３４】
ばね用として使用する場合の必須元素は上記の４元素であるが、更に高強度のばねを得たい場合は、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂから選択される少なくとも１種の元素を下記含有量となる様に添加することが望ましい。
【００３５】
Ｎｉ：０．５％以下
Ｎｉは焼入れ性を高めて靭延性を高めると共にばね成形性を高める作用を有しており、それらの効果は、好ましくは０．１％以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、それらの効果は０．５％で飽和するのでそれ以上の添加は経済的に無駄である。
【００３６】
Ｍｏ：０．４％以下
Ｍｏは焼入れ性を高めてばね用鋼の高強度化に寄与する元素であり、その効果は、好ましくは０．１％以上含有させることによって有効に発揮されるが、多過ぎると靭延性を極端に悪化させるので、０．４％以下に抑えなければならない。
【００３７】
Ｖ：０．２５％以下，Ｎｂ：０．２５％以下
これらの元素は焼入れ焼戻し等の熱処理時に結晶粒を微細化し、靭延性の向上に寄与し、それらの効果は夫々好ましくは０．０５％以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、多過ぎると焼入れ加熱時に溶解しない粗大な炭化物が生成し、靭延性を却って低下させ疲労特性にも悪影響を及ぼす様になるので、夫々０．２５％以下に抑えなければならない。
【００３８】
次に、極細鋼線に用いられる鋼材としては、
Ｃ：０．６０〜１．０５％、
Ｓｉ：０．１５〜１．２％、
Ｍｎ：０．１５〜１．２％、
を含む鋼材が好ましく、これら各元素の作用は下記の通りである。
【００３９】
Ｃ：０．６０〜１．０５％
Ｃは強化元素として作用し、極細鋼線として十分な強度を確保するには０．６０％以上含有させなければならない。しかしＣは偏析し易い元素であり、多過ぎると中心偏析を起こして伸線加工時の断線を起こす原因になるので、１．０５％以下に抑えなければならない。極細鋼線用としてのＣのより好ましい下限値は０．６５％、より好ましい上限値は１．００％である。
【００４０】
Ｓｉ：０．１５〜１．２％
Ｓｉは脱酸と介在物組成の制御のため０．１５％以上含有させることが必要であるが、反面ＳｉはＡ3 変態点を高め、パテンティング処理中にオーステナイト組織の生成を阻害し、最終湿式伸線加工時に断線を起こす原因になることがあるので１．２％以下に抑えなければならない。極細鋼線用としてのより好ましいＳｉ量の下限値は０．２０％、上限値は１．０％である。
【００４１】
Ｍｎ：０．１５〜１．２％
Ｍｎは介在物組成の制御と焼入れ性の向上に有効に作用し、その効果は０．１５％以上含有させることによって有効に発揮される。しかし、多過ぎると偏析を起こして偏析部にマルテンサイトが生成し、伸線加工時に断線を起こし易くなるので１．２％以下に抑えなければならない。極細鋼線用としてのより好ましいＭｎ量の下限値は０．２０％、上限値は１．０％である。
【００４２】
本発明に係る高清浄度圧延鋼材をばね用、あるいは極細鋼線用として実用化する際の好ましい含有元素は以上の通りであり、残部は実質的にＦｅであるが、その他の元素については、上記各用途に応じた鋼材特性に悪影響を及ぼさない範囲で不可避不純物量の含有が許容される。
【００４３】
いずれにしても本発明によれば、前述の如く鋼材の圧延方向縦断面に現われる酸化物系介在物とＴｉ系介在物のサイズと個数、更には硬さを規定することによって、ばね用として卓越した疲労特性を有し、あるいは極細鋼線用として非常に優れた伸線加工性を有する鋼材を安定して提供し得ることになった。
【００４４】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４５】
実施例
表１に示す符号Ａ１〜Ａ７，Ｂ１〜Ｂ１１の鋼材を溶製した。この溶製段階でＳｉ，Ｃｒ，Ｍｎなどの合金を添加して成分調整を行ない、また合金中に含まれるＴｉ量を調整することによって各溶鋼中のＴｉ系介在物量をコントロールした。また酸化物系介在物については、取鍋処理段階で溶鋼表面のＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ−ＭｇＯ系スラグの組成割合をコントロールすると共に、ランスあるいは底吹きノズルから吹き込む不活性ガス（Ａｒなど）の流量を調整して溶鋼−スラグ反応を制御することによって、その組成とサイズ、個数を調整した。
【００４６】
得られた各溶鋼を用いて鋳造、鍛造、圧延を行ない、直径５．５ｍｍの線材を作製し、各圧延線材の軸心を含む縦断面を研磨して各断面に現われる介在物のサイズと個数を調べた。結果を表２に示す。
【００４７】
【表１】
0003718586.tif 000002
【００４８】
【表２】
0003718586.tif 000003
【００４９】
次いで、符号Ａ１〜Ａ４及びＢ１〜Ｂ６については、直径５．５ｍｍまで伸線加工した後オイルテンパー処理を行ない、引張強度がＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ４は２０５ｋｇｆ／ｍｍ2 、Ａ４，Ｂ５，Ｂ６は２１５ｋｇｆ／ｍｍ2 のオイルテンパー鋼線を作製した。
【００５０】
その後ショットピーニング処理および２００℃焼鈍処理を行なった後、中村式回転曲げ疲労試験機を用いて疲労試験を行なった。このとき、試験応力はＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ４は８５ｋｇｆ／ｍｍ2 、Ａ４，Ｂ５，Ｂ６は８６．５ｋｇｆ／ｍｍ2 とした。
【００５１】
結果は下記表３に示す通りであり、本発明の規定要件を満たすＡ１〜Ａ４の高清浄度鋼は、全サンプルについて回転曲げ回数３×１０7 の試験で折損が認められず優れた疲労特性を有しており、ばね用として卓越した性能を発揮し得るものであるのに対し、本発明で定める何れかの要件を欠くＢ１〜Ｂ６では、酸化物系介在物あるいはＴｉ系介在物を起点とする折損が高い確率で発生しており、ばね用としての性能に劣るものであることが分かる。
【００５２】
【表３】
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【００５３】
また、符号Ａ５〜Ａ７およびＢ７〜Ｂ１１については、前記直径５．５ｍｍの線材を、伸線途中で鉛パテンティング処理を行ないながら直径１．５ｍｍの伸線材とした後、更に鉛パテンティング処理を行なって直径０．０５ｍｍの極細線材にまで湿式伸線加工を行ない、夫々について断線回数を調べた。
【００５４】
結果は下記表４に示す通りであり、本発明の規定要件を満たすＡ５〜Ａ７は、本発明で定めるいずれかの要件を欠くＢ７〜１１に比べて断線回数が格段に少ない。またＢ７〜Ｂ１１では、酸化物系介在物またはＴｉ系介在物を起点とする疲労破壊によって断線を起こしているが、Ａ５〜Ａ７で生じた断線の疲労起点に酸化物系介在物やＴｉ系介在物は確認されなかった。即ちＡ５〜Ａ７で生じた断線は、不純介在物以外の要因（具体的な要因は明確でない）によるものと思われるが、Ｂ７〜Ｂ１１では不純介在物を起点とする断線が優先的に起こり、それ以外の要因による断線は実質的に生じなかったものと思われる。いずれにしても本発明によれば、介在物を起点とする断線回数を大幅に減少でき、極細鋼線を得る際の伸線加工性を著しく高め得ることが分かる。
【００５５】
【表４】
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【００５６】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、圧延鋼材の軸心を含む縦断面に観察される特定サイズの酸化物系介在物の個数と硬さを規定すると共に、Ｔｉ系介在物のサイズを制限することによって、疲労特性や伸線加工性の優れた高清浄度圧延鋼材を提供し得ることになった。またこうした清浄度の要件に加えて、鋼材の化学成分を適正に制御すれば、ばね用として卓越した疲労特性を有し、或は極細鋼線用として卓越した伸線加工性を有する鋼材を得ることができる。