(57)【要約】【課題】  冷間鍛造時の時効硬化を抑制し鍛造加工性の優れた線材及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  Ｃ：０．０６以下，Ｓｉ：０．４０％以下，Ｍｎ：０．１〜０．６％，Ｐ：０．０１％以下，Ｓ：０．００８〜０．０２０％以下，Ｎｂ：０．０６〜１．１０％その他不可避的不純物からなる成分で構成され、かつＮは、Ｎｂ／(C+N)比≧７となるような関係を有した範囲であることを特徴とする成分の線材を８５０℃〜９００℃で巻き取った後、インライン熱処理により５００〜５５０℃の温度で恒温変態させた後冷却し、Aging Indexが０．５kgf/mm2以下であることを特徴とする冷間鍛造加工性に優れた線材。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０６％以下，
Ｓｉ：０．４０％以下，
Ｍｎ：０．１０〜０．６％，
Ｐ：０．０１０％以下，
Ｓ：０．００８〜０．０２０％以下，
Ｎｂ：０．０６〜１．１０％，
残部が鉄及び不可避的不純物からなり、かつ、
Ｎを、質量％でＮｂ／(Ｃ＋Ｎ)≧７を満足する範囲内で含む鋼からなり、
組織が擬似パーライト≧９０％であることを特徴とする冷間鍛造性に優れた線材。
【請求項２】
前記鋼が、更に質量％で、
Ｂ：０．００１〜０．０１０％
Ｖ：０．００８〜０．０３０％
を含有することを特徴とする請求項１記載の冷間鍛造性に優れた線材。
【請求項３】
請求項１乃至２記載の鋼を線材圧延し、
８５０℃〜９００℃の温度で巻き取った後５００〜５５０℃の温度で恒温変態させることを特徴とする冷間鍛造性に優れた線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間鍛造に供する鋼材（線材）に関するものであり、特に鍛造中の温度上昇による時効硬化が少なく鍛造性に優れた線材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の冷間鍛造機の加工速度の高速化に伴い、鍛造ダイの長寿命化が冷間鍛造性に関して重要な要素とされている。鍛造ダイの長寿命化には冷間鍛造加工時の時効を抑制することが必要とされており、従来、時効を抑制するために、例えば、特許文献１に開示されているように、Ｎ及びＣを固定して鋼材の時効化を抑制するためのＴｉを０．１％程度添加した線材などを供することが提案されている。
【特許文献１】特開昭６３−１５７８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記鋼材（線材）は延性が優れているため、伸び易く剪断加工時に容易に剪断されず、破断面にばりが生成するなどの問題が生じ、その結果、成型加工された製品形状に不具合が生じるなどの問題点を有していた。
【０００４】
また、前記ばりの生成を解決するためにＳを添加することが有効とされているが、ＴｉとＳは化合し易く容易にＴｉＳとなるため、時効の抑制に有効なＴｉ量が減少し、時効の抑制を効率よく行うことができないという問題が生じていた。この問題を解決するために、Ｔｉを多量に添加する必要が生じ、益々、コストが高くなるとの問題があった。また、Ｔｉを大量に使用すると、化成処理性の変化、例えば燐酸亜鉛処理の場合、被覆の厚みの低下、結晶成長の抑制による、冷間鍛造前の伸線加工時における伸線潤滑剤のキャリア効果の低下などが生じるという問題を抱えていた。
【０００５】
本願発明は、今後の省資源化の動向に伴い、工具寿命の延長および成形不良による歩留まり低下の改善を図るため、優れた冷間鍛造性を有する鋼材とその製造方法を提供することを目的とするものであり、鋼の成分の最適化とそれに適応した製造方法により前記問題点を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、Ｓとの親和性が小さく、ＣやＮとの親和性が高いＮｂをＴｉの換わりに鋼に添加すれば、ＳとＮｂとの化合を防止して成型不良による歩留まり低下を改善することができるばかりでなく、Ｎｂによる固溶Ｃ及びＮの固定によって時効抑制を図ることが可能となり、結果として工具寿命を延長させて、冷間鍛造性をより向上させることができるのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、Ｔｉの換わりにＮｂを用い、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｂ、Ｎ等の元素の量が異なる様々な鋼を線材圧延し、その後、任意の温度範囲で巻き取った後、任意の温度で恒温変態処理を行い、得られた線材の時効特性（時効指数）を調べた。その結果、鋼材の時効を効率よく抑制させるためには、Ｔｉの換わりにＮｂを単に添加するだけでは不十分であり、ＮｂとＣ＋Ｎとの質量比が７以上必要であることを見出した。また、その後の調査により、時効抑制効果が優れていた鋼材（特に線材）の組織の９０％以上が擬似パーライトであることがわかった。このことから、優れた時効抑制効果を得るためには、例えば、鋼材（特に線材）を所定の温度範囲内で恒温変態処理等を施して、鋼材の組織の９０％以上を擬似パーライトにすることが必要であることが示された。このようにして、本発明者らは本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本願発明の要旨は、以下のとおりである。  
1) 質量％で、
Ｃ：０．０６％以下，
Ｓｉ：０．４０％以下，
Ｍｎ：０．１０〜０．６％，
Ｐ：０．０１０％以下，
Ｓ：０．００８〜０．０２０％以下，
Ｎｂ：０．０６〜１．１０％，
残部が鉄及び不可避的不純物からなり、かつ、
Ｎを、質量％でＮｂ／(Ｃ＋Ｎ)≧７を満足する範囲内で含む鋼からなり、
組織が擬似パーライト≧９０％であることを特徴とする冷間鍛造性に優れた線材。
【０００８】
2) 前記鋼が、更に質量％で、
Ｂ：０．００１〜０．０１０％
Ｖ：０．００８〜０．０３０％
を含有することを特徴とする1)に記載の冷間鍛造性に優れた線材。
【０００９】
3) 1)乃至2)に記載の鋼を線材圧延し、
８５０℃〜９００℃の温度で巻き取った後５００〜５５０℃の温度で恒温変態させることを特徴とする冷間鍛造性に優れた線材の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、Ｔｉに換えてＣ及びＮとの親和力が強く、且つ、Ｓとの親和力が小さいＮｂ元素を適正に用いることにより時効を抑制し工具寿命の延長を図ることが可能となる。更に、切断時の切り離れ性を高めるためのＳが有効に作用するために、成形不良も低減可能となり冷間鍛造性の向上という顕著な効果を示す。また、本発明によれば省資源化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明の鋼成分の質量％の範囲の限定理由について以下に述べる。
【００１２】
Ｃ：０．０６％以下
Ｃは鋼の強度を高めるために必要な元素であるが、その含有量が高いと冷間鍛造時の加工硬化が大きくなり、冷間鍛造性が低下するばかりか、伸線時の加工性も低下する。また、Ｃ含有量が大きいと、Ｎｂもそれに見合うだけの量を添加する必要があり経済的に不利となるため、Ｃ量の上限を０．０６％とした。
【００１３】
Ｓｉ：０．４０％以下
Ｓｉは固溶硬化により鋼の強度を高めるために有効な元素である。しかし、その反面、Ｓｉ含有量が多すぎると強度上昇による変形抵抗が増加し、かえって加工性を損なうこととなるため、Ｓｉ量の上限を０．４０％とした。
【００１４】
Ｍｎ：０．１０〜０．６％
Ｍｎは脱酸元素として有効で、Ｍｎが少ないと十分に脱酸を行うことができず鋳造段階で気泡性の欠陥が生じ、線材圧延後の表面疵が多発する。そこで、本発明においては、Ｍｎ量の下限を０．１０％とした。また、Ｍｎは鋼の強度を高める元素としても有効であるが、Ｍｎ含有量が多すぎると過度の強度上昇により加工性を劣化させるため、Ｍｎ量の上限を０．６０％とした。
【００１５】
Ｐ：０．０１０％以下
Ｐは鋼材の延性を劣化させるので、本発明のように細径まで伸線するような場合、Ｐ含有量を低減させる必要がある。また、Ｐは偏析を生じ易い元素である。そこで、本発明においては、Ｐ量の上限を０．０１０％とした。
【００１６】
Ｓ：０．００８〜０．０２０％以下
Ｓは切断時のばりの生成を防止するために必要な元素であるが、その含有量が多すぎるとかえって加工性の低下をもたらすこととなる。そこで、本発明においては、Ｓ量の上限を０．０２０％とした。しかしながら、Ｓ含有量が少なすぎると切断時のばりが発生し易くなったりメカニカルデスケーリング性が劣化するなどの不具合が生じるため、Ｓ量の下限を０．００８％とした。
【００１７】
Ｎｂ：０．０６〜１．１０％
Ｎｂは窒化物、炭化物形成元素であり、固溶ＣやＮの固定を行って時効を抑制させるために有効な元素である。また、ＮｂはＴｉと異なり硫化物形成能が極めて弱いため、切断性能を高めるためにＳ添加を行ってもＮｂはＳと結合せずＣやＮと結合するため効率よく時効の抑制が可能である。そこで、本発明においては、Ｎｂを０．０６％以上添加することとした。しかしながら、Ｎｂを過剰に添加しても、時効抑制効果が飽和して経済的に不利となるため、Ｎｂ量の上限を１．１０％にした。
【００１８】
Ｎ：Ｎｂ／(Ｃ＋Ｎ)≧７を満足する範囲内
上述のように、本発明者らの基本的かつ系統的な検討の結果、鋼材の時効硬化を効率よく抑制させるためには、ＮｂとＣ＋Ｎとの質量比が７以上有することが必要であることが明らかになった。従って、本発明においては、Ｎ量をＮｂ量及びＣ量との関係において調節することとした。ここで、ＮｂとＣ＋Ｎとの質量比を７以上としたのは、本実施例により、ＮｂとＣ＋Ｎとの質量比が７以上である場合に時効特性（時効指数）が０．５kgf/mm2以下となり、充分な時効抑制効果を発現できるためである。また、ＮｂとＣ＋Ｎとの質量比の上限は経済的な理由により必然的に決まるので特に設けないこととするが、省資源化の観点から１０程度以下であることが好ましい。なお、上記時効指数（Aging Index）は、図２に示すように、引張試験機で１２％の予歪みを付与した後に１００℃×１時間の人工時効処理を行い、除荷重前の応力と時効後の応力との差を算出することによって求めた。
【００１９】
なお、本発明においては、上記の元素以外に必要に応じてＢ、Ｖ等を鋼にさらに添加することとしてもよい。これにより、Ｎｂの添加量を減少させても本願発明の効果を発揮させることができると考えられるからである。これにより、Ｎｂ量を削減することができるので、省資源化を図ることが可能となる。
【００２０】
Ｂ：０．００１〜０．０１０％
Ｂは固溶Ｃ及びＮを固定する作用を有することから、Ｎｂ量を減少させてもＢを添加することにより時効を抑制させることができると考えられる。従って、ＣおよびＮを固定する効果が現れる０．００１％をＢ量の下限とした。しかしながら、Ｂの添加量が多すぎると粒界脆化を生じさせるため、Ｂ量の上限を０．０１０％とした。
【００２１】
Ｖ：０．００８〜０．０３０％
ＶもＢと同様に、固溶Ｃ及びＮを固定する作用を有することから、Ｎｂ量を減少させてもＶを添加することにより時効を抑制させることができると考えられる。従って、ＣおよびＮを固定する効果が期待できる０．００８％をＶ量の下限とした。しかしながら、Ｖの添加量が多すぎると引張強度を上昇させ、かえって冷間鍛造性を悪化させるため、Ｖ量の上限を０．０３０％とした。
【００２２】
次に、本発明の鋼材（例えば、線材）が、９０％以上の擬似パーライト組織を有することを条件とした理由について説明する。
【００２３】
本発明者らの調査の結果、時効抑制効果が優れていた鋼材は、９０％以上が擬似パーライト組織であることが明らかになった。このことから、優れた時効抑制効果、すなわち、優れた冷間鍛造性を獲得するためには、鋼材の組織を９０％以上擬似パーライトにすることが必要であると考えられた。そこで、本発明においては、組織が９０％以上擬似パーライトであることを条件とした。
【００２４】
次に、本願発明の鋼材（線材）の製造方法について説明する。  
本願発明の線材の製造は、上述の成分を含む鋼を線材圧延し、巻き取りを行った後、恒温変態処理を施すことにより行うことができる。前記線材の捲き取りは、８５０〜９００℃の温度範囲内で行うことが好ましい。なお、巻き取り温度を８５０℃以上としたのは、８５０℃未満では、引張強度が上昇してしまい冷間鍛造性が悪化するためである。また、巻き取り温度を９００℃以下としたのは、９００℃超では、スケールオフ量が増大し歩留が悪化するためである。
【００２５】
また、前記線材の恒温変態処理は、５００〜５５０℃の温度範囲内で行うことが好ましい。これにより、組織を擬似パーライト化することが可能となり、これによって鍛造時の加工性を向上させることができるようになる。なお、恒温変態温度を５００℃以上としたのは、５００℃未満では、変態に要する時間が長くなるからである。また恒温変態温度を５５０℃以下としたのは、５５０℃超では、設備の耐火性が問題となるためである。
【００２６】
なお、本実施の形態においては、上述の成分を含む鋼を線材圧延し、巻き取りを行った後、恒温変態処理を施すことにより本願発明の線材を製造することとしているが、恒温変態処理後に冷却処理を施すこととしてもよい。前記冷却処理としては、例えば、水冷、空冷、放冷等の処理を挙げることができるが、これらに特に限定されるものではない。
【実施例】
【００２７】
以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２８】
表１に示すように、各成分を含む鋼を２５０ｔｏｎ転炉で溶製し、連続鋳造により断面サイズ３００×５００ｍｍのブルームを形成し、更に分塊圧延により１２５ｍｍ角のビレットにした後、線材圧延により５．５ｍｍの線材とし、表１に示す温度で巻き取りを行い、その後、表１に示す温度でインライン熱処理により恒温変態させた。なお、従来法においては、線材圧延により５．５ｍｍの線材とした後、ステルモア冷却を実施した。その結果得られた線材（水準Ｎｏ．１〜１２）について時効指数（Aging Index）を求め評価した。
【００２９】
その結果を表１に示す。また、Ｎｂの質量とＣ＋Ｎの質量との比も併せて表１に示す。  
［表１］
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表１のＮｏ．１〜６の水準が本発明法による線材であり、Ｎｏ．７〜９が比較法による線材、Ｎｏ．１０〜１２が従来法による線材を示す。
【００３０】
本発明法による水準Ｎｏ１〜６は引張強度（ＴＳ）が低く、Aging Indexが全て０.５kgf/mm2以下の値を示しており、加工硬化が生じ難いことを示した。  
これに対して、比較法による水準Ｎｏ７〜９はAging Indexの値が２．８〜５．２kgf/mm2の値を示し、０．５kgf/mm2を超えており、十分な時効抑制効果を得ることができないことがわかった。このことは、Ｎｂの添加量がＣおよびＮ量に対して適正な量よりも少なかったことによるものではないかと考えられた。換言すればＮｂによりＣおよびＮを十分固定していないことを意味している。  
このことから、鋼におけるＮｂの質量がＣ＋Ｎの質量に対して７以上なければ、優れた時効抑制効果が得られないことが示唆された。
【００３１】
一方、従来法による水準Ｎｏ１０〜１２は、Aging Indexの値が６．０kgf/mm2を超えており、十分な時効抑制効果を得ることができないことがわかった。これは、Ｎｂフリーであるため、ＣおよびＮの固定ができないこと、及び、擬似パーライト組織が９０％には満たなかったことによるものであることが示された。このことから、従来法による線材は冷間鍛造中に時効硬化による変形抵抗の上昇が生じやすくなることを示している。
【００３２】
以上の結果から、鋼材の時効を効率よく抑制させるためには、ＮｂとＣ＋Ｎとの質量比が７以上必要であること、及び、鋼材の組織の９０％以上が擬似パーライトであることが少なくとも必要であることが明らかになった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態において、Ｎｂ/(Ｃ＋Ｎ)とAging Indexとの関係を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態において、Aging Indexの測定方法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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