(57)【要約】【課題】  本発明は、球状化焼鈍時間の短縮を可能とし、球状化処理後の冷間鍛造において加工性能の向上と変形抵抗の低減を達成し、優れた冷間鍛造性を実現する鋼線材、およびこうした鋼線材を製造する方法の提供を目的とする。【解決手段】  本発明は、Ｃ：０．００５〜０．６０％（質量％、以下同じ）を含む鋼線材において、擬似パーライトが１０面積％以上、ベイナイトは７５面積％以下、フェライトは６０面積％以下、（擬似パーライト面積％＋ベイナイト面積％＋フェライト面積％）≧９０面積％の関係を満足する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．００５〜０．６％（質量％、以下同じ）を含み、擬似パーライトが１０面積％以上、ベイナイトが７５面積％以下、フェライトが６０面積％以下、（擬似パーライト面積％＋ベイナイト面積％＋フェライト面積％）≧９０面積％の関係を満足することを特徴とする球状化処理後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。
【請求項２】
前記鋼成分の規制に加えて、鋼成分を更に、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．２０〜１．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０６％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．０１％以下に夫々規制し、残余がＦｅ及び不可避不純物を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の球状化処理後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。 
【請求項３】
前記鋼成分の規制に加えて、鋼成分を更に、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｂ：０．００５０％以下、Ｔｉ：０．０５％以下よりなる群から選ばれる１種以上の元素について規制したことを特徴とする請求項１又は２に記載の球状化処理後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。 
【請求項４】
Ｃ：０．００５〜０．６％（質量％、以下同じ）を含み、擬似パーライトが１０面積％以上、ベイナイトが７５面積％以下、フェライトが６０面積％以下、（擬似パーライト面積％＋ベイナイト面積％＋フェライト面積％）≧９０面積％の関係を満足することを特徴とする球状化処理後の冷間鍛造性に優れた鋼線材の製造に際し、熱間圧延後、７５０〜１０００℃で捲取した後、７５０〜１０００℃から４００〜５５０℃までを２０℃／ｓ以上の速度で冷却し、４００〜５５０℃において２０秒以上保持し、恒温変態を完了させた後、冷却することにより、球状化後の焼鈍時間を短縮することを特徴とする球状化処理後の冷間鍛造性に優れた鋼線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルト、ナット、ねじ、歯車その他の機械部品を冷間加工によって製造する際に、冷間加工前に素材に施される球状化焼鈍時間を短縮し、かつ、球状化処理後の冷間加工性に優れさせた鋼線材とその製造方法に関するものである。なお、本発明の対象とする鋼線材の概念には、所謂「バーインコイル」も含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
冷間加工は、生産性が高く製品の寸法精度に優れ、鋼材の歩留が良いことから幅広い分野で利用されている。このような冷間加工に供される鋼材は、局部的に大きな変形を受けるため、引張強さが低く延性が高いことが求められている。これは鋼材の冷間加工性が悪い場合、材料割れによる不良品の発生や、工具ダイスの破損などが生じ、経済性が悪化するからである。こうしたことから、冷間加工性を向上させる方策の一つとして球状化焼鈍を実施している。
球状化焼鈍の目的は、鋼中の炭化物を球状化して微細かつ均一に分散させ、これにより冷間加工性、被削性、および最終製品の耐磨耗性を向上させることにある。しかしながら、球状化焼鈍は一般的に１０〜２０時間の処理時間を要し、生産性の向上やエネルギーコストの低減という観点から、短時間化が求められている。但し、球状化焼鈍のための時間短縮を実施する場合、球状化処理後の基本特性である優れた冷間加工性を有することは必要条件である。
【０００３】
鋼材の球状化焼鈍の短時間化に関する技術はこれまでにも様々開発されており、例えば以下に記載の特許文献１には、球状化処理前の組織をベイナイト単相にする方法が提案されている。この技術は、球状化処理前の組織をベイナイト単相とすることによって、セメンタイトの球状化を促進し、短時間化を図ろうとするものである。
一方、初析フェライト分率が５〜３０面積％、残りの組織をベイナイト主体とし、かつベイナイトのラス間隔の平均値が０．３μm以上という手段が以下の特許文献２に開示されている。これにより、球状化処理後の加工性能の向上、及び変形抵抗の低減が可能である。
【特許文献１】特開昭６０−９８３２号公報
【特許文献２】特開２００１−８９８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
先の特許文献１に記載の技術によって、球状化焼鈍の短時間化は達成されるが、ベイナイト単相組織では、球状化処理後の冷間加工時の変形抵抗が高くなってしまい、工具ダイス寿命が低下するという問題は依然として解消されない。
先の特許文献２に記載の技術は、熱間圧延後の熱処理で徐冷を施すことによって当該組織を実現するため、生産性の低下とコスト上昇を招いている。また、ベイナイト分率が過剰となった場合は、球状化処理後の冷間加工時の変形抵抗が高くなってしまうという問題もある。
【０００５】
本発明はこのような状況下でなされたものであり、その目的は、球状化焼鈍時間の短縮と、球状化処理後の加工性能の向上と変形抵抗の低減を実現する鋼線材、及びこうした鋼線材を製造する為の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】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するものであって、その要旨とするところは次の通りである。
（１）上記の目的を達成し得た本発明の鋼線材は、Ｃ：０．００５〜０．６％（質量％、以下同じ）を含み、擬似パーライトが１０面積％以上、ベイナイトが７５面積％以下、フェライトが６０面積％以下、（擬似パーライト面積％＋ベイナイト面積％＋フェライト面積％）≧９０面積％の関係を満足することを特徴とする。
（２）上述した本発明の鋼線材に、その他の元素を添加する場合の具体的な化学成分としては、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．２０〜１．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０６％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．０１％以下に夫々抑制したものが挙げられる。
（３）更に、本発明の鋼線材においては、Ｃｒ：１．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｂ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．０５％以下よりなる群から選ばれる１種以上の元素を含有し、残余がＦｅ及び不可避不純物を含むものを適用することができる。
【０００７】
（４）本発明の鋼線材を製造するに当たっては、熱間圧延後、７５０〜１０００℃の捲取温度とした後、７５０〜１０００℃から４００〜５５０℃までを２０℃／ｓ以上の速度で冷却し、４００〜５５０℃において２０秒以上保持し、恒温変態を完了させたのち冷却することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は以上の様に構成されており、球状化焼鈍時間の短縮を可能とし、かつ、球状化処理後における加工性能の向上と変形抵抗の低減を達成し、優れた冷間鍛造性を発揮する鋼線材が実現できる。
本発明においては、疑似パーライトとベイナイトとフェライトの面積％を規定して望ましい範囲としたので、加工性能と変形抵抗のバランスをとることができ、優れた冷間鍛造性を発揮する鋼線材を得ることができる。
【０００９】
また、本発明においては、望ましい温度と条件で処理し、恒温変態を完了させた後に冷却することにより、球状化焼鈍時間の短縮を可能とし、かつ、球状化処理後における加工性能の向上と変形抵抗の低減を達成し、優れた冷間鍛造性を発揮する鋼線材を製造することができる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明について最良の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明者らが、鋼材の球状化焼鈍時間の短縮、及び、球状化後における加工性能の向上と変形抵抗の低減の両方を満足させるための最適な前組織を検討した結果、擬似パーライトが１０面積％以上、ベイナイトが７５面積％以下、フェライトが６０面積％以下、（擬似パーライト面積％＋ベイナイト面積％＋フェライト面積％）≧９０面積％とすることが、球状化焼鈍時間の短縮に対して有効であると判明した。
【００１１】
本発明の鋼線材では、擬似パーライト分率を１０面積％以上とする必要がある。これは、擬似パーライト組織に含まれるセメンタイトは迅速に球状化されるため、短時間の球状化処理後の冷間加工において加工性能が高くなるからである。
擬似パーライトは、低温で変態し炭素の拡散が充分でないため、セメンタイトは粒状もしくは途中で途切れた形態を示し、フェライトとセメンタイトが層状をなし、高温で変態して生成する一般的なパーライト組織とは異なる。この擬似パーライト中のセメンタイトの形態は以下の通りである。
長径／短径の比は１〜２０の範囲で、それらの測定されたセメンタイト全体数の平均値は２．０であり、長径／短径の比が３．０以下となる比率は測定セメンタイト全体数の個数百分率９０％以上である。そして、これらのセメンタイトが、最大で１μｍ以内、平均で０．０５μｍの間隔で隣接する。こうした領域を擬似パーライト組織と定義する。
尚、この観察は、走査型電子顕微鏡で５０００倍の倍率にて行い、１００個以上のセメンタイトの長径、短径、セメンタイト間隔を測定するものである。
【００１２】
以上説明のように、擬似パーライトには粒状のセメンタイトが多く含まれる。よって、擬似パーライトを１０面積％以上含む場合、焼鈍においてセメンタイトの球状化が促進され、短時間の球状化処理としても、その後の冷間加工において加工性能は高くなる。
本発明の鋼線材では、ベイナイトとフェライトを含んでいても良い。ベイナイト組織は、セメンタイトが均一に分散し、球状化処理後の冷間加工において加工性能が高くなる。しかしながら、ベイナイトは硬質相であるため多量に存在すると、変形抵抗が高くなってしまう。よって、ベイナイトは７５面積％以下とする。
一方、フェライトは６０面積％以下とする。フェライト分率が高くなると、冷間加工時の変形抵抗は低減されるが、球状セメンタイトの分散性が悪化して加工性能が低下する。このため、フェライト分率は６０面積％以下とする。
【００１３】
更に、本発明の鋼線材では、（擬似パーライト面積％＋ベイナイト面積％＋フェライト面積％）≧９０面積％とする必要がある。
これは、高温で変態して生成する層状のパーライト組織が多く存在する場合、板状の形態であるセメンタイトが迅速に球状化されず、球状化処理後の冷間加工において加工性能が低くなってしまうからである。また、恒温変態が完了せず、硬質なマルテンサイトが多量に生成すると変形抵抗が高くなってしまうことから、（擬似パーライト面積％＋ベイナイト面積％＋フェライト面積％）≧９０面積％とする必要がある。
【００１４】
本発明の製造方法における各条件について以下に説明する。
本発明の製造方法では、熱間圧延後、７５０〜１０００℃で捲取る。ここで捲取圧延温度が、７５０℃未満ではとリング状に捲き取ることが困難となることから７５０℃を下限とする。また、１０００℃を超えると酸化スケールが増大し、本発明の鋼線材を具体的な商品に加工して利用する業者など（需要家）での歩留ロスが生じるため１０００℃を上限とすることが好ましい。
圧延材を捲取後、７５０〜１０００℃から４００〜５５０℃までを２０℃／ｓ以上の速度で冷却し、４００〜５５０℃で２０秒以上保持して恒温変態を完了させる。恒温保定温度を４００〜５５０℃としたのは、４００℃未満では変態に長時間を要し、更に冷却後の組織に大量のベイナイトやマルテンサイトが生じる可能性があるため、４００℃を下限温度とする。また、５５０℃を超えると層状パーライト組織が急増し、球状化焼鈍時間に長時間を要し、かつ加工性能の低下を招いてしまうため５５０℃を上限温度とする。保定時間は、恒温変態が終了するために２０秒以上とする。上限は特に規定するものではないが、生産性向上の観点から、１５０秒以内とすることが望ましい。
【００１５】
本発明の鋼線材は、Ｃを０．００５〜０．６０％含むものである。Ｃに加えてその他の元素を添加する場合は、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．２０〜１．００％、Ａｌ：０．０１〜０．０６％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．０１％以下に夫々規制する。これら元素の範囲限定理由は下記の通りである。 
Ｃ：０．００５〜０．６０％ 
Ｃは、ボルト、ねじ等、本発明の鋼線材から形成する商品に求められる強度により規定される。０．００５％未満では必要な強度が得られないため下限は０．００５％とする。一方、０．６０％を超えると冷間加工性の低下、靭性の低下が生じるため、０．６０％を上限とする。
Ｓｉ：０．５０％以下
Ｓｉは、製鋼時の脱酸材として及び固溶体硬化による最終製品の強度増加目的に添加されるが、多量に添加すると強度アップが著しくなって靭性の劣化を招くため、上限を０．５０％とする。
Ｍｎ：０．２０〜１.００％ 
Ｍｎは、鋼材の焼入れ性を高め強度を向上させる元素として添加されるが、その効果を発揮させるためには０．２０％以上含有させる必要がある。一方、添加量が過剰になると、冷間鍛造性や靭性の低下を招くため、上限は１．００％とする。
【００１６】
Ａｌ：０．０１％〜０．０６％
Ａｌは、Ｎを固定して冷間鍛造中の動的歪時効を抑制し、変形抵抗を低減する効果がある。この効果を得るためには、少なくとも０．０１％含有させる必要がある。しかし、過剰に含有させると靭性を低下させるため、上限は０．０６％とする。
Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下 
ＰとＳは、不可避的に含有される成分である。Ｐは鋼中で粒界偏析や中心偏析を起こし靭性を劣化させるため、０．０２％以下とする必要がある。Ｓは冷間加工において有害な元素であるため、０．０２％以下とする必要がある。
Ｎ：０．０１％以下 
Ｎは、冷間鍛造中に動的歪時効を起こし変形抵抗の上昇と加工性能の低下を招く。よって、Ｎは０．０１％以下とする。
【００１７】
本発明の鋼線材における基本的な化学成分組成は上記の通りであり、上記の組成の他に更に、Ｃｒ：１．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｂ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．０５％以下よりなる群から選ばれる１種以上の元素を含有すると、焼入れ性の向上や、冷間鍛造の強度向上といった利点が得られる。
Ｃｒ：１．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｎｉ：１．００％以下
Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉは、焼入れ性を高めることに有効な元素である。しかし、過剰に含有させると延性の劣化を引き起こすため、上記範囲内に抑える。
Ｖ：０．５０％以下 
Ｖは、析出強化を目的として添加しても良い。しかし、多量に添加すると、延性の劣化を引き起こすため、上記範囲内に抑える。
【００１８】
Ｂ：０．００５０％以下、Ｔｉ：０．０５％以下
Ｂは焼き入れ性を向上させる元素であり、必要により添加しても良い。ただし、過剰に含有させると、靭性を劣化させるため上限を０．００５％とする。Ｔｉは固溶Ｎの固定による動的時効抑制効果によって、冷間鍛造時の変形抵抗低減に有効な元素であるため、必要により添加しても良い。但し、過剰に含有させると粗大なＴｉＮが析出し、この粗大なＴｉＮを起点とする割れが生じやすくなることから、上限を０．０５％とする。    
【００１９】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前記の趣旨または後記の趣旨に特徴して適宜設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。 
【実施例】
【００２０】
表１に示す成分の鋼を線材圧延し、表２の冷却速度および恒温保定時間を施すことによって、表２に示す線材組織とした。
この線材をＡＣ1点直下で迅速に球状化焼鈍（ＡＣ1点直下まで１５０℃／Ｈｒで昇温し、ＡＣ1点直下で１Ｈｒ保持した後、空冷）した。なお、表１中のＣｅｑ＝Ｃ％＋（１／３）Ｓｉ％＋（１／６）Ｍｎ％である。
【００２１】
これら球状化焼鈍後の線材から切り出したテストピース（円筒の直径ｄと高さの比：ｈ／ｄ＝１．５）を使用して、冷間据込み性試験を実施し、割れ、変形抵抗を測定した。冷間据込み性試験は、JCFCS-1980の基準に則って実施した。変形抵抗は圧縮率７０％、歪速度＝１０Ｓ−１の条件で測定した。なお、表２中のＣｅｑ＝Ｃ％＋（１／３）Ｓｉ％＋（１／６）Ｍｎ％である。
それらの結果から、迅速球状化焼鈍後の冷間鍛造性を判定した結果を表２に示す。表１において、鋼Ａ〜Ｅは、本願発明範囲内であるが、鋼Ｆは、ＣｒとＮｉが本願範囲よりも高い試料、鋼Ｇは、Ｃｒが高い試料である。
【００２２】
【表１】
2006225701.tif 000002
【００２３】
【表２】
2006225701.tif 000003
【００２４】
表２に示す試料Ｎｏ.２、８、１４、２０、２６は、恒温保定時間が不足して変態が完了しておらず、マルテンサイト等の硬質組織が大量に発生している。このため球状化処理後の冷間鍛造時の変形抵抗が高くなり、本発明で規定する範囲外である。
表２に示す試料Ｎｏ.５、１１は、保定温度が４００℃を下回るため、マルテンサイトが大量に発生し、同一Ｃｅｑで比較した場合、球状化処理後の冷間鍛造時の変形抵抗が高い。よって、本発明で規定する範囲外である。
表２に示す試料Ｎｏ.１７、２３、２９は、保定温度が４００℃を下回るため、ベイナイトが７５面積％を上回り、同一Ｃｅｑで比較した場合、球状化処理後の冷間鍛造時の変形抵抗が高い。よって、本発明で規定する範囲外である。
表２に示す試料Ｎｏ.６、１２、１８、２４、３０は、冷速が２０℃／ｓ以下のため、フェライトとパーライトの２相組織となり短時間では球状化が不十分である。このため、球状化処理後の冷間鍛造時の加工性能が低く、本発明で規定する範囲外である。
【００２５】
試料Ｎｏ.３１〜３６は、Ｎｉが本発明で規定する範囲を超えて含まれるため、（擬似パーライト面積％＋ベイナイト面積％＋フェライト面積％）≧９０面積％とならない。これはマルテンサイトが多量に発生しているからである。同等Ｃｅｑで比較（Ｄ鋼）した場合、球状化処理後の冷間鍛造時の変形抵抗が高く、本発明で規定する範囲外である。
試料Ｎｏ.３７〜４１は、Ｃｒが本発明で規定する範囲を超えているために（擬似パーライト面積％＋ベイナイト面積％＋フェライト面積％）≧９０面積％とならない。これはマルテンサイトが多量に発生しているからである。同等Ｃｅｑで比較（Ｄ鋼）した場合、球状化処理後の冷間鍛造時の変形抵抗が高く、本発明で規定する範囲外である。
表２に示す試料Ｎｏ.４２は、Ｃｒが本発明で規定する範囲を超えて含まれるため、ベイナイト率が７５面積％を上回る。同等Ｃｅｑで比較（Ｃ鋼）した場合、冷間鍛造時の変形抵抗が高く、本発明で規定する範囲外である。
表２に示す上記以外の試料Ｎｏ.１、３、４、７、９，１０、１３、１５、１６、１９、２１、２２、２５、２７、２８は、本発明で規定する条件を満足する。迅速な球状化焼鈍時間後も、加工性能が高く、変形抵抗が低いという特性を有している。
これら以外の各実施例に相当する試料は本発明で規定する条件を満足する。迅速な球状化焼鈍時間後も加工性能が高く、変形抵抗が低いという特性を有している。