(57)【要約】【課題】伸線加工性、伸線加工後の曲げ加工性に優れた鋼線材を提供すること。【解決手段】本発明の高強度ばね用鋼線材は、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．５〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｎｉ：０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜２．５％、Ｖ：０．０５〜０．５％を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、全組織に占めるパーライト組織の面積率が９５％以上であり、引張り強さ（ＴＳ）、および絞り（ＲＡ）が式（１）［ＴＳ≦１２５０ＭＰａ、ＲＡ≧３５％］を満足すると共に、引張り強さの標準偏差（ＴＳσ）、および絞りの標準偏差（ＲＡσ）が式（２）［ＴＳσ≦５５．０、ＲＡσ≦６．０］を満足し、且つ鋼線材の直径ｄ×１／４位置における０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライト組織の面積率が２０％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ  ：０．５〜０．８％（％は「質量％」の意味、化学成分組成について以下同じ）、
Ｓｉ：１．５〜２．５％、
Ｍｎ：０．５〜１．５％、
Ｎｉ：０．０５〜０．５％、
Ｃｒ：０．０５〜２．５％、
Ｖ：０．０５〜０．５％
を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、
全組織に占めるパーライト組織の面積率が９５％以上であり、
引張り強さ（ＴＳ）、および絞り（ＲＡ）が下記式（１）を満足すると共に、引張り強さの標準偏差（ＴＳσ）、および絞りの標準偏差（ＲＡσ）が下記式（２）を満足し、
且つ鋼線材の直径ｄ×１／４位置における０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライト組織の面積率が２０％以下であることを特徴とする伸線加工性、および伸線加工後の曲げ加工性に優れた高強度ばね用鋼線材。
ＴＳ≦１２５０ＭＰａ、ＲＡ≧３５％    ・・・（１）
ＴＳσ≦５５．０、ＲＡσ≦６．０      ・・・（２）
【請求項２】
更に、
Ｎｂ：０％超〜０．１０％、
Ｍｏ：０％超〜０．５０％、
Ｃｕ：０％超〜０．５０％、および
Ｂ：０．００１０〜０．０１００％よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項１に記載の高強度ばね用鋼線材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の高強度ばね用鋼線材から得られた高強度ばね。
【請求項４】
請求項１または２に記載の高強度ばね用鋼線材の製造方法であって、請求項１または２に記載の化学成分組成を満足する熱間圧延後の鋼線材を載置温度：７５０〜８９０℃としてコイル状に巻き取った後、冷却コンベア上にて２．０〜１０．０℃／秒の平均冷却速度でコイルの密部とコイルの疎部を徐冷の開始温度まで冷却し、引続き１．０℃／秒以下の平均冷却速度で１２０秒以上徐冷することとし、前記徐冷の開始温度を、コイルの密部とコイルの疎部の温度が、６００〜６５０℃の範囲内で、且つ前記コイルの密部と前記コイルの疎部の温度差が３０℃以下となるようにすることを特徴とする高強度ばね用鋼線材の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の高強度ばね用鋼線材に、熱処理することなく皮削り処理を施し、その後、軟化焼鈍若しくは高周波加熱を施してから伸線加工を行った後、焼入れ焼戻し処理を施してばねに成形加工することを特徴とする高強度ばねの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の弁ばね等に使用され、高い加工性、具体的には伸線加工性、伸線加工後の曲げ加工性、更には後述する皮削り性を持った高強度ばね用鋼線材、およびその製造方法、並びにこの高強度ばね用鋼線材から得られる高強度ばね、例えば硬引きばね、オイルテンパーばねに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジン、クラッチ、燃料噴射装置などに使用されるばねは、長期間に渡り高応力で使用されるため、高レベルの耐疲労特性が必要とされている。また、近年の環境問題に起因する自動車の燃費規制は厳しさを増しており、自動車の低燃費化の実現が急務である。そのため自動車に用いられるばね部品の軽量化を目的とした高強度化ニーズは強い。その一方で新興国の台頭により市場競争は激化しており、高強度で、且つ低価格の鋼材の開発が必要となっている。
【０００３】
自動車の燃料噴射装置に用いられる弁ばねは高応力化が指向される中で、疲労強度、耐へたり性等の特性を改善するために多くの合金が添加されている。しかしながら、合金添加量が多くなるにつれて、材料の延性が低下する傾向にあり、伸線加工性、伸線後の曲げ加工性、例えばコイリング性等が悪化する傾向にある。
【０００４】
主にエンジンに使用される弁ばねの製造方法の一例を以下に示す。まず所定の成分に精練・分塊された鋼塊を熱間圧延で直径５．０〜８．０ｍｍ程度の丸線に加工し、コイル状に巻き取って冷却する。その後、鋼線材（以下、「熱間圧延線材」ということがある）に熱処理等を施すことなく表層の脱炭部を除去する皮削り処理(以下、「ＳＶ処理」ということがある)を実施する。更にその後、高周波等で軟化焼鈍処理を行い所望の線径、例えば弁ばねの場合は直径３〜４ｍｍ程度まで伸線加工する。その後、ばね特性を向上させるための焼入れ−焼戻し処理を実施した後、ばね状に加工する。
【０００５】
上記の製造方法は一例であるが、熱間圧延線材の組織に起因する伸線加工性はオーステナイト化を伴う熱処理工程の前工程まで影響を及ぼす。しかし、伸線加工中に生じた内部欠陥等はオーステナイト化を伴う熱処理後も組織中の欠陥として残存し、熱処理後のワイヤの特性にも影響を及ぼす。そのため生産工程の省工程化が進められている現在では、熱間圧延線材の延性の向上によって担保される伸線加工性、伸線加工後の曲げ加工性の確保は非常に重要な課題となっている。
【０００６】
そこで、これまでにも熱間圧延線材の延性を改善すべく、熱間圧延の製造条件を工夫して熱間圧延線材の加工性を向上させる技術が提案されている。
【０００７】
例えば特許文献１には鋼の化学成分組成を調整すると共に、圧延線材の載置温度を９００℃以上、パーライト変態開始温度を６５０〜７５０℃に設定してパーライトを主体とする組織とすると共に、パーライトノジュールのばらつきを低減することで、伸線加工性に優れた高強度ばね用鋼線材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−７２４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、本発明者らが検討した結果、上記特許文献１の組織中には、内部欠陥が残存しており、伸線加工後の曲げ加工性が悪化することがわかった。
【００１０】
このように従来では伸線加工性、及び伸線加工後の曲げ加工性に優れたばね用鋼材はなかった。
【００１１】
本発明は上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、伸線加工性、伸線加工後の曲げ加工性に優れた鋼線材を提供することにある。特に本発明は、オーステナイト化を伴わない高軟化焼鈍若しくは高周波加熱の中間熱処理の適用のみで、ばねとして用いられる伸線減面率８５％程度の最終線径、例えばφ２．０〜４．０ｍｍまで伸線が可能であり、更に伸線後の曲げ加工性に優れた高強度ばね用鋼線材、およびこのような高強度ばね用鋼線材の製造に有用な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決し得た本発明の高強度ばね用鋼線材とは、Ｃ：０．５〜０．８％（％は「質量％」の意味、化学成分組成について以下同じ）、Ｓｉ：１．５〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｎｉ：０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜２．５％、Ｖ：０．０５〜０．５％を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、全組織に占めるパーライト組織の面積率が９５％以上であり、引張り強さ（ＴＳ）、および絞り（ＲＡ）が下記式（１）を満足すると共に、引張り強さの標準偏差（ＴＳσ）、および絞りの標準偏差（ＲＡσ）が下記式（２）を満足し、且つ鋼線材の直径ｄ×１／４位置における０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライト組織の面積率が２０％以下であることに要旨を有する。
ＴＳ≦１２５０ＭＰａ、ＲＡ≧３５％    ・・・（１）
ＴＳσ≦５５．０、ＲＡσ≦６．０        ・・・（２）
【００１３】
本発明では、化学成分組成として更に、Ｎｂ：０％超〜０．１０％、Ｍｏ：０％超〜０．５０％、Ｃｕ：０％超〜０．５０％、およびＢ：０．００１０〜０．０１００％よりなる群から選択される少なくとも一種を含有させてもよい。
【００１４】
本発明には上記高強度ばね用鋼線材から得られた高強度ばねも含まれる。
【００１５】
また本発明は上記高強度ばね用鋼線材の製造方法が含まれる。具体的には上記化学成分組成を満足する熱間圧延後の鋼線材を載置温度：７５０〜８９０℃としてコイル状に巻き取った後、冷却コンベア上にて２．０〜１０．０℃／秒の平均冷却速度でコイルの密部とコイルの疎部を徐冷の開始温度まで冷却し、引続き１．０℃／秒以下の平均冷却速度で１２０秒以上徐冷することとし、前記徐冷の開始温度を、コイルの密部とコイルの疎部の温度が、６００〜６５０℃の範囲内で、且つ前記コイルの密部と前記コイルの疎部の温度差が３０℃以下となるようにすることに要旨を有する。
【００１６】
また本発明には、上記高強度ばね用鋼線材に、熱処理することなく皮削り処理を施し、その後、軟化焼鈍若しくは高周波加熱を施してから伸線加工を行った後、焼入れ焼戻し処理を施してばねに成形加工することも含まれる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、化学成分組成、および金属組織を適切に制御すると共に、鋼線材の引張り強さと絞りを所定の範囲となるようにし、更に鋼線材内部の所定のパーライト組織の面積率
を適切に制御するようにした。その結果、伸線加工性と伸線加工後の曲げ加工性が良好である高強度ばね用鋼線材を提供できる。また、このような高強度ばね用鋼線材は高強度ばねを製造するための素材として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、コイルのサンプリング位置の概略説明図である。
【図２】図２は、冷却コンベア上のコイルの状態を示す概略説明図である。
【図３】評価用試料であるコイルのサンプリング方法の概略説明図である。
【図４】評価用試料である線材の断面図であって、パーライト組織の測定位置の概略説明図である。
【図５】０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライトコロニーを示す図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
一般にばね用鋼線材の製造にあたっては、熱間圧延後の鋼線材をコイル状に巻き取り、冷却コンベヤ上に載置し、風冷等を行って冷却する。冷却コンベア上のコイルの状態を図２に示す。このような状態で冷却を行うと、鋼線材の比較的密に重なった部分（以下、「密部」ということがある）と、比較的まばらな部分（以下、「疎部」ということがある）によって冷却速度に差異が生じ、冷却後の組織に差異が生じることになる。
【００２０】
本発明者らは、高強度ばね用鋼の圧延組織と加工性、具体的には伸線加工性、伸線加工後の曲げ加工性の関係について検討した。その結果、圧延組織を均一なパーライト主体組織に制御することに加え、機械的性質（以下、引張り強さ、及び絞りをまとめて「機械的性質」ということがある）の長手方向のばらつき、例えば図３に示す円周方向、およびラメラ間隔の粗いパーライト組織（以下、「粗パーライト組織」ということがある）の面積率を制御することで鋼線材の伸線加工性、および伸線加工後の曲げ加工性が向上することを見出した。
【００２１】
ここで、機械的性質の長手方向のばらつきに関しては、長手方向、即ちコイル密部、疎部の冷却速度に起因する組織ばらつきを低減することが重要となる。
【００２２】
また、ラメラ間隔の粗いパーライト組織の抑制に関しては圧延コンベア上でパーライト変態の開始する温度域を冷却速度制御によって適正に制御することも重要であることが判明した。
【００２３】
本発明者らは、高強度ばね用鋼線材において、圧延後の熱処理を省略してＳＶ処理を行い、更には高周波熱処理等での軟化焼鈍のみでも十分な伸線加工性と伸線後の曲げ加工性を確保するための条件について、更に検討した。その結果、鋼線材組織の面積率９５％以上をパーライト組織とすると共に、機械的性質である引張り強さ（ＴＳ）と絞り（ＲＡ）、及び機械的性質の長手方向のばらつきの指標である引張り強さの標準偏差（ＴＳσ）と、絞りの標準偏差（ＲＡσ）が下記式（１）、（２）を満足するようにコイル密部と疎部の冷却速度を制御することに加え、伸線加工中の内部欠陥となりうる０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライト組織の面積率が２０％以下となるようにパーライト変態開始温度を制御すれば、上記目的に適う高強度ばね用鋼線材が実現できることを見出し、本発明を完成した。
ＴＳ≦１２５０ＭＰａ、ＲＡ≧３５％    ・・・（１）
ＴＳσ≦５５．０、ＲＡσ≦６．０        ・・・（２）
【００２４】
上記の要件を規定した理由は以下の通りである。
【００２５】
［パーライト組織の面積率：９５％以上]
本発明のばね用鋼線材は、パーライト組織を主相とするものである。パーライト組織以外の組織としては、ベイナイト、マルテンサイト等の過冷組織や、フェライトが含まれることがある。ベイナイトやマルテンサイト等の過冷組織が増加すると、延性や靭性が低下して、皮削り処理時や伸線加工処理時に断線が生じやすくなる。またフェライトが増加すると、組織が不均一となって伸線加工性が低下したり、伸線加工後にボイド等の内部欠陥が生じて伸線加工後の曲げ加工性が低下することがある。本発明ではパーライト組織の面積率を高めて、相対的にベイナイト等の上記望ましくない組織を抑制し、均一なパーライト主体の組織とすることによって、断線や内部欠陥などを減少させ、伸線加工性や伸線加工後の曲げ加工性を向上させている。こうした効果を得るために、全組織に占めるパーライト組織の面積率を９５％以上とする必要があり、好ましくは９７％以上、より好ましくは９８％以上である。
【００２６】
また本発明においてばね用鋼線材の引張り強さ（ＴＳ）およびその標準偏差（ＴＳσ）、並びに絞り（ＲＡ）、およびその標準偏差（ＲＡσ）を規定した理由は以下の通りである。
【００２７】
［引張り強さ（ＴＳ）：１２５０ＭＰａ以下、絞り（ＲＡ）：３５％以上・・・（１）］
引張り強さ（ＴＳ）と絞り（ＲＡ）はいずれも鋼線材の伸線加工時の断線を抑制するために重要な指標である。本発明では、熱間圧延して得られた鋼線材に、熱処理を施さずに皮削り処理（ＳＶ処理）を施し、その後、軟化焼鈍処理若しくは高周波加熱を施してから伸線加工を行う。このような製造工程において、延性が乏しいとＳＶ処理や伸線加工時に断線が生じやすくなる。特に引張り強さ（ＴＳ）が高すぎたり、絞り（ＲＡ）が低すぎる場合は、ＳＶ処理や伸線加工時に断線が生じやすくなる。このような断線を抑制する観点から、本発明では機械的性質を適切に制御することとした。具体的には、鋼線材の引張り強さ（ＴＳ）を１２５０ＭＰａ以下、好ましくは１２００ＭＰａ以下とする。また鋼線材の絞り（ＲＡ）を３５％以上、好ましくは４０％以上とする。
【００２８】
［ＴＳσ：５５．０以下、ＲＡσ：６．０以下        ・・・（２）］
更に本発明では機械的性質のばらつきを適切に制御することとした。圧延線材は、冷却時のコイルの密部と疎部で冷却速度が異なるため、機械的性質に大きな差異が生じる場合がある。そのため、ＳＶ処理や伸線加工処理での断線、および伸線加工後の組織中の欠陥発生を抑制して伸線加工後の曲げ加工性を向上させる観点から、引張り強さ（ＴＳ）と絞り（ＲＡ）ばらつきを低減することが望ましい。そこで本発明では引張り強さの標準偏差（ＴＳσ）を５５．０以下、好ましくは５０．０以下、より好ましくは４８以下とする。また絞りの標準偏差（ＲＡσ）を６．０以下、好ましくは５．０以下、より好ましくは４．８以下とする。
【００２９】
［鋼線材の直径ｄ×１／４位置における０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライト組織の面積率の合計：２０％以下]
鋼線材の所定位置における特定のパーライト組織の面積率の制御は、伸線加工、および伸線加工後の曲げ加工性などにおける断線の抑制に有効である。本発明では上記したようにパーライトを主相とする金属組織であるが、線材内部においてラメラ間隔の粗いパーライト組織が存在すると、該パーライト組織は変形能に乏しいため、断線の原因となる組織中の欠陥となりやすい。また該欠陥は熱処理後も組織中に残存することが多いため、抑制することが望ましい。こうした欠陥を抑制する観点から、本発明では鋼線材の直径ｄの１／４位置における０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライト組織の面積率の合計を２０％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下とする。また上記欠陥を抑制する観点から好ましくは０．８μｍ以上、より好ましくは０．７μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライト組織の面積率の合計を上記範囲に制御することが望ましい。また上記のような要件を満足する線材は、ＳＶ性も良好となる。
【００３０】
上記のような高強度ばね用鋼線材を製造するに当たっては下記のように製造条件を適切に制御する必要がある。まず、所定の化学成分を有する鋼ビレットを熱間圧延し、所望の線径に加工する。この圧延時の加熱温度については、特に限定しないが、組織微細化の観点からはできるだけ低温での加工が好ましい。しかしながら、低温化すると鋼材の変形抵抗が増大して設備負荷が大きくなるため、保有する設備に応じて適宜設定することになる。通常、熱間圧延時の加熱温度、例えば鋼ビレット加熱温度は、９００〜１０００℃程度である。
【００３１】
続いて、熱間圧延後の鋼線材をコイル状にして冷却コンベア上に載置するが、このときの載置温度が８９０℃を超えると組織が粗大化して、絞り（ＲＡ）が低くなり、延性が低下して伸線加工性や伸線加工後の曲げ加工性が悪化することがある。また７５０℃未満となると変形抵抗が増大して設備負荷が大きくなるため、載置温度は７５０℃以上８９０℃以下とする。この載置温度は、好ましくは７７０℃以上、８３０℃以下である。
【００３２】
冷却コンベヤ上に載置後、パーライト変態の開始する温度域、すなわち徐冷開始温度：６００〜６５０℃まで冷却するが、圧延後の組織を所定の範囲内に制御するためにはコイル状に折り重なった線材を急速且つ均一に冷却する必要がある。即ち、コイルの密部・疎部をそれぞれ２．０℃／秒以上１０．０℃／秒以下の平均冷却速度で冷却し、引続き１．０℃／秒以下の平均冷却速度で１２０秒以上徐冷することとし、徐冷を開始するときの線材温度を、疎部・密部のいずれも６００℃以上６５０℃以下の範囲内となるように制御する。徐冷を開始するときの領域は、その領域に徐冷カバーを設置することによって行われるのが通常であるので、以下では徐冷領域を「徐冷カバー内」、徐冷開始位置を「徐冷カバー入口」と呼ぶことがある。
【００３３】
上記徐冷開始温度までの平均冷却速度が２．０℃／秒未満の場合、組織を十分に制御できず、粗パーライト組織の面積率が多くなり、伸線加工性や伸線加工後の曲げ加工性が悪化する。一方、平均冷却速度が１０．０℃／秒を超えると、ベイナイトなどの局所的な過冷組織が生成して、パーライト組織の面積率が低下し、延性が低くなるため、伸線加工性や伸線加工後の曲げ加工性が悪化する。好ましい平均冷却速度は３．０℃／秒以上、７．０℃／秒以下である。
【００３４】
また鋼線材の長手方向の機械的性質のばらつき抑制して所望の範囲にコントロールするには、冷却コンベヤ上に載置後、パーライト変態の開始する温度域までの圧延コイル密部と疎部の冷却条件を制御することが重要である。
【００３５】
即ち、コイルの密部・疎部をそれぞれ上記温度範囲の冷却速度で冷却し、徐冷を開始するときの鋼線材温度を、コイルの密部・疎部のいずれも６００℃以上６５０℃以下の範囲内とし、且つ、コイルの密部と疎部の温度差が３０℃以下となるように制御する。
【００３６】
コイルの密部と疎部の徐冷開始温度が６５０℃を超えると粗パーライト組織が生成し、その面積率が高くなって、内部欠陥が増加する。その結果、伸線後の曲げ加工性が悪化する。一方、徐冷開始温度が６００℃を下回ると、徐冷カバー内でのパーライト変態が不十分となる。その結果、ベイナイト等の過冷組織が生じてパーライト面積率が低くなって延性が低下して伸線加工性や伸線加工後の曲げ加工性が悪化する。好ましい徐冷カバー入口温度は６２０℃以上、６４０℃以下である。
【００３７】
またコイル密部と疎部の徐冷カバー入口温度差を３０℃以下、好ましくは２０℃以下となるように制御する。徐冷カバー入口でのコイル密部と疎部の温度差を３０℃以下とすることで、圧延線材の長手方向の機械的性質のばらつき（ＴＳσ、ＲＡσ）を上記所定の範囲内まで低減できる。
【００３８】
圧延線材のコンベア上へ載置した後から徐冷カバー入口におけるコイル密部・疎部の冷却速度については、コイル密部・疎部への冷却用ブロアーの風量を各調整することで、徐冷領域入り側でのコイル密部・疎部の温度差を小さくすることが可能である。圧延線速、コンベア速度等によって、コイル密部・疎部の冷却速度は変化するので、各圧延条件に合わせた風量の設定が必要となる。
【００３９】
徐冷カバー内での冷却速度が速すぎたり、滞在時間、具体的には徐冷領域滞在時間、または徐冷時間が短すぎると変態が完了する前に徐冷が終わってしまい、その後の冷却、例えば通常、水冷によってベイナイトやマルテンサイト等の過冷組織を生じる恐れがある。したがって上記徐冷領域での冷却速度は１．０℃／秒以下、好ましくは０．４℃／秒以下とし、上記滞在時間は１２０秒以上を確保することが好ましい。
【００４０】
本発明の高強度ばね用鋼線材は、最終製品、例えば高強度ばねとしての特性を発揮させるために、その化学成分組成を適切に調整する必要がある。その化学成分組成における各成分（元素）による範囲限定理由は次の通りである。
【００４１】
［Ｃ：０．５〜０．８％］
Ｃは、鋼材の基本的な強度を確保し、ばねの強度・耐へたり性の上昇に有効な元素である。このような効果を得るために、Ｃは０．５％以上含有させる必要がある。Ｃ含有量の増加に伴ってばねの強度・耐へたり性は向上する。しかしながらＣ添加量が過剰になると粗大セメンタイトを多量に析出し、延性が低下し、伸線加工性や伸線加工後の曲げ加工性、およびばね特性に悪影響を及ぼすことがある。そのためＣ含有量は、０．８％以下とする必要がある。Ｃ含有量の好ましい下限は０．５５％以上、より好ましくは０．６％以上であり、好ましい上限は０．７５％以下、より好ましくは０．７％以下である。
【００４２】
［Ｓｉ：１．５〜２．５％］
Ｓｉは、鋼の脱酸、及びばねの強度、硬度、および耐へたり性を確保するために必要な元素である。このような効果を得るために、Ｓｉは１．５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になると、材料を硬化させるだけでなく、延性の低下により伸線加工性、および伸線加工後の曲げ加工性を低下させる他、表面の脱炭が増加してＳＶ処理性、およびばね疲労特性を低下させることがある。そのためＳｉ含有量は２．５％以下とする必要がある。Ｓｉ含有量の好ましい下限は１．７％以上、より好ましくは１．８％以上であり、好ましい上限は２．３％以下、より好ましくは２．２％以下である。
【００４３】
［Ｍｎ：０．５〜１．５％］
ＭｎはＳｉと同様に、鋼の脱酸に必要な元素である。また鋼中ＳをＭｎＳとして固定することに加えて、焼入れ性を高めてばね強度の向上に貢献する。このような効果を得るために、Ｍｎは０．５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、焼入れ性が過度に高くなって、マルテンサイト、ベイナイト等の過冷組織が生成しやすくなる。その結果、伸線加工性、伸線加工後の曲げ加工性が低下する。そのためＭｎ含有量は１．５％以下とする必要がある。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．７％以上、より好ましくは０．８％以上であり、好ましい上限は１．３％以下、より好ましくは１．２％以下である。
【００４４】
［Ｎｉ：０．０５〜０．５％］
Ｎｉは、熱間圧延時の脱炭を抑制する他、焼入れ焼戻し後の延性、靭性、および耐腐食性の向上に寄与する。このような効果を得るために、Ｎｉは０．０５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｎｉ含有量が過剰になると焼入れ性が過度に高くなるため、マルテンサイト、ベイナイト等の過冷組織が生成しやすくなる。その結果、伸線加工性、伸線加工後の曲げ加工性が低下する。また、オイルテンパー線（ＯＴ線）の製造工程である焼入れ焼戻しで残留オーステナイトが過度に生成するので、ばねの耐へたり性を著しく低下させる。そのため、Ｎｉ含有量は０．５％以下とする必要がある。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．１０％以上、より好ましくは０．１５％以上であり、好ましい上限は０．３０％以下、より好ましくは０．２５％以下である。
【００４５】
［Ｃｒ：０．０５〜２．５％］
Ｃｒは、焼入れ性を高めてばね強度を向上させることに加え、Ｃの活量を低下させて圧延時や熱処理時の脱炭を防止する効果がある。このような効果を得るために、Ｃｒは０．０５％以上含有させる必要がある。しかしながらＣｒ含有量が過剰になると、Ｃｒ系合金炭化物、窒化物、炭窒化物の析出が過剰となり、延性が低下して伸線加工性、伸線加工後の曲げ加工性を低下させる。そのため、Ｃｒ含有量は２．５％以下とする必要がある。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．１０％以上、より好ましくは０．２０％以上であり、好ましい上限は２．２％以下、より好ましくは２．０％以下である。
【００４６】
［Ｖ：０．０５〜０．５％］
Ｖは、熱間圧延および焼入れ焼戻し処理において結晶粒を微細化する作用があり、延性、靭性を向上させる。また、ばね成形後の歪取焼鈍時に２次析出硬化を起こしてばねの強度の向上に寄与する。このような効果を得るために、Ｖは０．０５％以上含有させる必要がある。しかしながらＶ含有量が過剰になると、ＣｒとＶの複合合金炭化物の析出が過剰となり、延性が低下して伸線加工性、伸線加工後の曲げ加工性が悪化する。そのため、Ｖ含有量は０．５％以下とする必要がある。Ｖ含有量の好ましい下限は０．１０％以上、より好ましくは０．１５％以上であり、好ましい上限は０．３％以下、より好ましくは０．２％以下である。
【００４７】
本発明に係る高強度ばね用鋼線材における基本成分は上記の通りであり、残部は鉄および不可避的不純物（例えば、Ｐ，Ｓ等）である。本発明に係る高強度ばね用鋼線材には、必要によってＮｂ：０％超０．１０％以下、Ｍｏ：０％超０．５０％以下、Ｃｕ：０％超０．５０％以下、およびＢ：０．００１０〜０．０１００％よりなる群から選択される少なくとも一種を含有させてもよく、これらは同効作用を有する元素であって、含有させる元素の種類に応じて、鋼線材の特性が更に改善される。これらの元素の好ましい範囲設定理由は下記の通りである。
【００４８】
［Ｎｂ：０％超０．１０％以下］
Ｎｂは熱間圧延、および焼入れ・焼戻し処理において結晶粒を微細化する作用があり、延性を向上させる効果がある。しかしながらＮｂを過剰に含有させると、ＣｒとＮｂの複合合金炭化物の析出が過剰となり、延性が低下し伸線加工性、曲げ加工性を低下させる。そのため、Ｎｂ添加量は０．１０％以下とする。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上であり、好ましい上限は０．０７％以下、より好ましくは０．０５％以下である。
【００４９】
［Ｍｏ：０％超０．５０％以下］
Ｍｏは、ばね成形後の歪取焼鈍時に２次析出硬化を起こしてばねの強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｍｏ含有量が過剰になると、ＣｒとＭｏの複合合金炭化物の析出が過剰となり、延性が低下し伸線加工性、伸線加工後の曲げ加工性を低下させる。そのため、Ｍｏ添加量は０．５０％以下とする。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．０５％以上、より好ましくは０．１０％以上であり、好ましい上限は０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下である。
【００５０】
［Ｃｕ：０％超０．５０％以下］
Ｃｕは、熱間圧延時の脱炭を抑制する効果がある。また耐腐食性の向上にも寄与する。しかしながら、Ｃｕを過剰に含有させると熱間延性を低下させ、熱間圧延時に割れを生じる危険がある。そのため、Ｃｕ含有量は０．５０％以下とする。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０５％以上、より好ましくは０．１０％以上であり、好ましい上限は０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下である。
【００５１】
［Ｂ：０．００１０〜０．０１００％］
Ｂは、焼入れ性の向上とオーステナイト結晶粒界の清浄化による延性・靱性の向上効果がある。このような効果を得るために、Ｂは０．００１０％以上含有させることが望ましい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させるとＦｅとＢの複合化合物が析出し、熱間圧延時の割れを引き起こす危険がある。また、焼入れ性が過度に向上するため、ベイナイト等の過冷組織が生成し、圧延線材の延性を低下させることがある。そのため、Ｂ含有量は０．０１００％以下とする。Ｂ含有量の好ましい下限は０．００１５％以上、より好ましくは０．００２０％以上であり、好ましい上限は０．００５０％以下、より好ましくは０．００４０％以下である。
【００５２】
本発明の高強度ばね用鋼線材は、熱間圧延後のものを想定したものであるが、この高強度ばね用鋼線材は、その後ばねに加工されることによって、高強度ばねに成形されるものであり、良好な特性を発揮するばねが得られる。
【実施例】
【００５３】
以下、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包含される。
【００５４】
下記表１に示す化学成分組成の鋼塊を転炉で溶製した後、この鋼塊を分塊圧延して断面が１５５ｍｍ×１５５ｍｍの鋼ビレットを作製した。該鋼ビレットを９５０℃に加熱した後、熱間圧延し、下記表２に示すコンベア載置温度（表中、「載置温度」）で載置した後、表２に示す温度条件で線径：φ５．５〜８．０ｍｍ、単重２ｔｏｎのコイルを製造した（試験Ｎｏ．１〜２９）。得られた各コイルについて、以下の試験を行った。
【００５５】
［引張り強さ（ＴＳ）、絞り（ＲＡ）、およびこれらの標準偏差（ＴＳσ、ＲＡσ）］
図１に示すように２トンコイルの各位置、すなわち、コイル全体の１／３までのＴＯＰ、コイル全体の１／３までのＢＯＴ、前記ＴＯＰ、およびＢＯＴを除いた残りの１／３のＭＩＤから夫々３巻ずつ、合計９巻をサンプリングした。図３に示すように各リングを円周方向に８分割、すなわち、コイル長手方向に８分割して採取したサンプル、すなわち、サンプル数（ｎ）＝７２で引張り試験（ＴＳ）、および絞り（ＲＡ）を実施した。また引張り強さの標準偏差（ＴＳσ）、及び絞りの標準偏差（ＲＡσ）は全サンプル（ｎ＝７２）から求めた。
【００５６】
鋼線材、すなわち、コイルのパーライト面積率、及び粗パーライト面積率は以下のようにして測定した。
【００５７】
［パーライト面積率］
上記２トンコイルのＴＯＰ、ＭＩＤ、およびＢＯＴの各位置で引張強度（ＴＳ）が最大のもの、および最小のものを夫々２本ずつ、合計６本をサンプリングした。まず、各サンプルの横断面を埋め込み研磨し、ピクリン酸を用いた化学腐食を実施した。次に図４に示すように横断面の直径ｄ×１／４位置を光学顕微鏡を用いて倍率４００倍で２００μｍ×２００μｍの領域にて写真を撮影した。該撮影は図示するように互いに９０度をなす４箇所において行った。光学顕微鏡写真の画像をプリントアウトして、透明フィルムを重ねた上から白い部分を黒マジックで塗りつぶした後、透明フィルムをスキャナーでパーソナルコンピューターに取り込み、画像解析ソフト（Ｍｅｄｉａ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製「Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓ」）を用いて、画像を２値化した後、パーライト面積率を求めた。なお、光学顕微鏡写真の画像が白い部分をフェライトおよび下部ベイナイトとした。１サンプル当たり４視野のパーライト面積率から平均値を求めた。本発明では全６サンプル（各４箇所）のパーライト面積から平均値を算出した。なお、表層に脱炭層が存在する場合には、ＪＩＳ  Ｇ  ００５８で規定される全脱炭部は測定部位から除外した。面積率について、表３には以下の基準で表記した（表中、「圧延線材組織」欄）。
Ｐ：パーライト組織の面積率が９５％以上
Ｐ＋Ｂ：パーライト組織の面積率が９５％未満、且つベイナイト組織が生成
Ｐ＋Ｂ＋Ｍ：パーライト組織の面積率が９５％未満、且つベイナイト組織とマルテンサイト組織が生成
【００５８】
［０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライト面積率］
上記２トンコイルの各位置（ＴＯＰ、ＭＩＤ、ＢＯＴ）で引張強度（ＴＳ）が最小のものを夫々１本づつ、合計３本をサンプリングした。上記パーライトの面積率と同様、研磨、化学腐食を実施した。次に図４に示すように横断面の直径ｄ×１／４位置を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、倍率：２０００倍、５０μｍ×４０μｍの領域）にて撮影した。該撮影は図示するように４箇所において行った。
【００５９】
次に各写真のパーライト組織において１箇所でも０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライトコロニー（図５）の面積率を求めた。ＳＥＭ画像をプリントアウトして、透明フィルムを重ねた上から１箇所でも０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライトコロニー部分を黒マジックで塗りつぶした後、透明フィルムをスキャナーでパーソナルコンピューターに取り込み、画像解析ソフトを用いて、画像を２値化した後、０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライト面積率を求めた。本発明では全３サンプル（各４箇所）の０．９μｍ以上のラメラ間隔を有するパーライト面積率から平均値を算出した。なお、局所的に初析フェライト組織が存在する場合は予め除外した後に０．９μｍ以上のラメラ間隔を有する粗パーライト面積率を求めた。なお、ラメラ間隔は該ラメラに直角となるように線分を引き、フェライトを挟むセメンタイトの中心間距離を測定した。
【００６０】
各圧延線材のＳＶ処理性、伸線加工性、伸線加工後の曲げ加工性は以下のようにして評価した。
【００６１】
（皮削り処理性）
皮削り処理性は、コイルのＴＯＰ側１トン全量（コイル全体×１／２）に熱処理を加えることなく皮削り処理を実施し、該皮削り処理での断線の有無で評価した（表中、「ＳＶ性」）。
Ａ（合格  皮削り処理性が良い）  ：断線が生じなかったコイル
Ｆ（不合格  皮削り処理性が悪い）：断線が生じたコイル
【００６２】
（伸線加工性）
伸線加工性は、皮削り処理後のコイルを６００℃で３時間の焼鈍処理を施した後、酸洗処理、ボンデ処理を施し、連続伸線機で１パス当たりの減面率を１５〜２０％として総減面率８５％まで伸線し、伸線時の断線の有無で評価した（表中、「伸線加工性」）。なお、表中の「−」は、上記皮削り処理によって断線が生じたため（表中、「ＳＶ性」が「Ｆ」）、伸線加工を行わなかったことを示す。
Ａ（合格  伸線加工性が良い）  ：断線の生じなかったコイル
Ｆ（不合格  伸線加工性が悪い）：断線が生じたコイル
【００６３】
（伸線後の曲げ加工性）
伸線後に自径巻きを１０００巻き行った際の折損回数（自径巻き折損回数）で評価した（表中、「コイリング性」）。なお、表中の「−」は、上記皮削り処理で断線が生じたか（表中、「Ｆ」）、或いは伸線加工によって断線が生じたため（表中、「Ｆ」）、伸線後の曲げ加工を行わなかったことを示す。
折損回数０回（コイリング性が良い）    ：自径巻きで折損が生じなかったコイル
折損回数１回以上（コイリング性が悪い）：自径巻きで折損が生じたコイル
【００６４】
【表１】
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【００６５】
【表２】
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【００６６】
【表３】
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【００６７】
試験Ｎｏ．１〜１０、２５〜２９は本発明の要件を満足する試験片であり、皮削り処理性（ＳＶ性）、伸線加工性、および伸線後の曲げ加工性（コイリング性）に優れていた。
【００６８】
試験Ｎｏ．１１は、載置温度が高かったため、オーステナイト結晶粒が成長した。その結果、絞り（ＲＡ）が低くなり、延性が低下したため、伸線減面率約８０％で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００６９】
試験Ｎｏ．１２は、コイル密部の徐冷カバー入口温度が高かったため、粗パーライト面積率が高くなった。この試験片では皮削り処理性（ＳＶ性）、伸線加工性は良好であった。しかしながら伸線組織中の内部欠陥が多いため、伸線後の曲げ加工性（コイリング性）が悪かった。
【００７０】
試験Ｎｏ．１３は、コイル疎部の徐冷カバー入口温度が低かった例である。そのためコイル疎部のパーライト面積率が低くなると共に、ベイナイト等の過冷組織が生じた。その結果、延性が低下したため、伸線減面率約７５％で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００７１】
試験Ｎｏ．１４は、コイル密部とコイル疎部の徐冷カバー入口温度の差が大きかった例である。この例では引張り強さの標準偏差（ＴＳσ）、及び絞りの標準偏差（ＲＡσ）が大きくなった。この試験片では皮削り処理性（ＳＶ性）、伸線加工性は良好であった。しかしながら伸線組織中の内部欠陥が多いため、伸線後の曲げ加工性（コイリング性）が悪かった。
【００７２】
試験Ｎｏ．１５は、載置から徐冷カバー入口までの平均冷却速度が遅かった例である。そのため、オーステナイト結晶粒の成長が進み、粗パーライト面積率が高くなった。その結果、絞り（ＲＡ）が低くなり、延性が低下して、伸線減面率約７０％で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００７３】
試験Ｎｏ．１６は、コイル疎部の載置から徐冷カバー入口までの平均冷却速度が速かった例である。そのため、コイル疎部のパーライト面積率が低くなると共に、ベイナイト等の過冷組織が生じた。その結果、延性が低下して、伸線減面率約７５％で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００７４】
試験Ｎｏ．１７は、コイル疎部とコイル密部の徐冷カバー内での冷却速度が速すぎた例である。そのため、パーライト変態が終了する前に冷却が進んでしまいコイル疎部のパーライト面積率が低くなると共に、ベイナイト等の過冷組織が生じた。その結果、延性が低下して、皮削り処理にて断線が生じた。
【００７５】
試験Ｎｏ．１８は、徐冷カバー内での保持時間が短かった例である。そのため、パーライト変態が終了する前に徐冷が終り、冷却速度が速くなってしまい、コイル疎部のパーライト面積率が低くなると共に、ベイナイト等の過冷組織が生じた。その結果、延性が低下して、皮削り処理にて断線が生じた。
【００７６】
試験Ｎｏ．１９は、Ｃ含有量が高い例である。そのため引張り強さ（ＴＳ）が高く、また絞り（ＲＡ）が低くなった。その結果、延性が低下して、伸線減面率約７０％で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００７７】
試験Ｎｏ．２０は、Ｓｉ含有量が高い例である。そのため引張り強さ（ＴＳ）が高く、また絞り（ＲＡ）が低くなると共に、絞りの標準偏差（ＲＡσ）にばらつきが生じていた。その結果、延性が低下し、皮削り処理にて断線が生じた。
【００７８】
試験Ｎｏ．２１は、Ｓｉ、およびＭｎ含有量が高い例である。また試験Ｎｏ．２２はＮｉ含有量が高い例である。これらの例では焼入れ性が過度に高くなってしまい、徐冷カバー内でパーライト変態が終了せずベイナイト組織等の過冷組織が生じてパーライトの面積率が低下した。その結果、引張り強さ（ＴＳ）が高く、絞り（ＲＡ）が低く更にこれらのばらつき（引張り強さの標準偏差（ＴＳσ）、及び絞りの標準偏差（ＲＡσ））も大きくなり、皮削り処理にて断線が生じた。
【００７９】
試験Ｎｏ．２３は、Ｃｒ含有量が多い例である。そのため、Ｃｒ系炭化物の析出が過剰となり、延性が低下した。その結果、延性が低下して、伸線減面率約７５％で断線し、伸線加工性が悪かった。
【００８０】
試験Ｎｏ．２４は、Ｖ含有量が多い例である。そのため、Ｖ系炭化物の析出が過剰となり、延性が低下した。その結果、延性が低下して、伸線減面率約８０％で断線し、伸線加工性が悪かった。
【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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