(57)【要約】【課題】Ｍｎ、Ｃｒ等の合金元素を含む合金鋼の炭化物を十分に球状化できる合金鋼の球状化熱処理方法を提供することを目的とする。【解決手段】Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎ、Ｃｒを含有し、ベイナイトの面積割合が０．８以上である合金鋼を球状化熱処理する方法であって、前記球状化熱処理は、１段目熱処理と、これに続く２段目熱処理とから構成され、これら１段目熱処理及び２段目熱処理の条件は以下の通りである。（１）１段目熱処理加熱温度：（Ａｃ1点−１０）℃以上、Ａｃ1点未満加熱保持時間：０．５〜３時間平均冷却速度：上記加熱温度〜（Ａｃ1点−５０）℃の温度範囲を３０℃／時間以下冷却終了温度：（Ａｃ1点−５０）℃以下（２）２段目熱処理加熱温度：（Ａｃ1点＋１０）℃以上、（Ａｃ1点＋３５）℃以下加熱保持時間：０．５〜３時間平均冷却速度：Ａｃ1点〜（Ａｃ1点−５０）℃の温度範囲を１０℃／時間以下【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ  ：０．１〜０．６％（質量％の意味。以下、化学成分組成について同じ。）、
Ｓｉ：０．００５〜０．５％、
Ｍｎ：０．１〜１．７％、
Ｐ  ：０．０３％以下（０％を含まない）、
Ｓ  ：０．０３％以下（０％を含まない）、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎ  ：０．０１５％以下（０％を含まない）、
Ｃｒ：０．５〜１．８％
を含有し、残部が鉄及び不可避不純物であり、ベイナイトの面積割合が０．８以上である合金鋼を球状化熱処理する方法であって、
前記球状化熱処理は、１段目熱処理と、これに続く２段目熱処理とから構成され、これら１段目熱処理及び２段目熱処理の条件は以下の通りであり、球状化熱処理後の合金鋼の横断面のＤ／８位置（Ｄは横断面の直径）における球状化率が９０％以上である合金鋼の球状化熱処理方法。
（１）１段目熱処理
加熱温度：（Ａｃ1点−１０）℃以上、Ａｃ1点未満
加熱保持時間：０．５〜３時間
平均冷却速度：上記加熱温度〜（Ａｃ1点−５０）℃の温度範囲を３０℃／時間以下
冷却終了温度：（Ａｃ1点−５０）℃以下
（２）２段目熱処理
加熱温度：（Ａｃ1点＋１０）℃以上、（Ａｃ1点＋３５）℃以下
加熱保持時間：０．５〜３時間
平均冷却速度：Ａｃ1点〜（Ａｃ1点−５０）℃の温度範囲を１０℃／時間以下
【請求項２】
前記合金鋼が更に、
Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）、
Ｎｉ：３％以下（０％を含まない）、
Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、及び
Ｂ  ：０．０１％以下（０％を含まない）
よりなる群から選択される１種以上を含む請求項１に記載の合金鋼の球状化熱処理方法。
【請求項３】
前記合金鋼が更に、
Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、
Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）、及び
Ｖ  ：０．５％以下（０％を含まない）
よりなる群から選択される１種以上を含む請求項１又は２に記載の合金鋼の球状化熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金鋼の球状化熱処理方法に関する。より詳しくは、自動車用部品、建設機械用部品等の各種部品の製造に用いられる冷間加工用機械構造用鋼を主な用途とする合金鋼を球状化熱処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、自動車用部品等を製造する際には、ビレットなどの鋼片を熱間圧延して得られた熱間圧延材に、冷間鍛造性などの冷間加工性を付与する目的で球状化熱処理（球状化焼鈍）を施す。球状化熱処理後の熱間圧延材はその後、冷間鍛造などの冷間加工、及び切削加工などの機械加工が施されることによって所定の形状に成形され、焼入れ焼戻し処理を行って最終的な強度調整が行われる。
【０００３】
しかし、例えば球状化焼鈍が不十分で、素材の軟質化が不足している場合や、材料組織中に棒状の炭化物が顕著に存在する場合には、一般に、冷間鍛造性などの冷間加工性が低下する問題がある。そのため従来、球状化焼鈍を促進する技術として、例えば特許文献１、２に記載される熱処理方法等が提案されている。
【０００４】
特許文献１では、短時間で球状化焼鈍できる球状化焼鈍方法が提案されているが、球状化率（その視野におけるセメンタイトに対しての（短径）／（長径）の比が０．５以上であるセメンタイトの割合（％））は８０％前後であり、厳しい加工に用いるには不十分な球状化率である。また、特許文献２には低Ｃｒである中炭素鋼の焼鈍方法が提案されているが、低Ｃｒでは部品とした際に十分に強度を発揮できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０２５５２１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５６４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は上述した従来技術の問題点を解消し、Ｍｎ、Ｃｒ等の合金元素を含む合金鋼の炭化物を十分に球状化できる合金鋼の球状化熱処理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】
【０００７】
上記目的を達成した本発明は、
Ｃ  ：０．１〜０．６％（質量％の意味。以下、化学成分組成について同じ。）、
Ｓｉ：０．００５〜０．５％、
Ｍｎ：０．１〜１．７％、
Ｐ  ：０．０３％以下（０％を含まない）、
Ｓ  ：０．０３％以下（０％を含まない）、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎ  ：０．０１５％以下（０％を含まない）、
Ｃｒ：０．５〜１．８％
を含有し、残部が鉄及び不可避不純物であり、ベイナイトの面積割合が０．８以上である合金鋼を球状化熱処理する方法であって、
前記球状化熱処理は、１段目熱処理と、これに続く２段目熱処理とから構成され、これら１段目熱処理及び２段目熱処理の条件は以下の通りである合金鋼の球状化熱処理方法である。
（１）１段目熱処理
加熱温度：（Ａｃ1点−１０）℃以上、Ａｃ1点未満
加熱保持時間：０．５〜３時間
平均冷却速度：上記加熱温度〜（Ａｃ1点−５０）℃の温度範囲を３０℃／時間以下
冷却終了温度：（Ａｃ1点−５０）℃以下
（２）２段目熱処理
加熱温度：（Ａｃ1点＋１０）℃以上、（Ａｃ1点＋３５）℃以下
加熱保持時間：０．５〜３時間
平均冷却速度：Ａｃ1点〜（Ａｃ1点−５０）℃の温度範囲を１０℃／時間以下
【０００８】
前記した合金鋼は、必要に応じて更に、（ａ）Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：３％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、及びＢ：０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上、（ｂ）Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）、及びＶ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上を含んでいても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の球状化熱処理方法によれば、Ｍｎ、Ｃｒ等の合金元素を含む合金鋼を十分に球状化できるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
前述した通り、自動車用部品等の製造工程では、鋼片を熱間圧延して得られた線材、棒鋼などの熱間圧延材に、冷間加工性を付与する目的で球状化熱処理（球状化焼鈍）を施してから冷間加工を行い、その後機械加工を施すことによって所定形状に成形し、焼入れ焼戻し処理を行って最終的な強度調整を行う。また、そのような製造工程が採用される鋼材は、一般的に、焼入性を高めるために、Ｍｎ、Ｃｒなどの合金元素を一定以上含有している。
【００１１】
本発明者らは、冷間鍛造などの冷間加工における加工限界を高めるためには、炭化物の球状化率（以下、単に「球状化率」と呼ぶ）を高めることが有効であることから、更なる球状化率の向上に取り組んだ。その結果、良好な球状化組織を得る上で、球状化熱処理前の組織において、パーライト組織を減らし、ベイナイト組織とすることが重要であることが明らかとなった。そして、さらに詳細に検討した結果、球状化熱処理前の組織において、ベイナイトの割合を面積率で０．８以上とし、以下に説明するような２段階の熱処理工程から構成される球状化熱処理方法を採用することによって、良好な球状化率が達成できることを見出した。以下、２段階の熱処理工程について詳細に説明する。
【００１２】
（１）１段目熱処理
１段目の熱処理工程は、対象となる合金鋼（鋼成分及び組織については後述する。）を加熱、昇温し、（Ａｃ1点−１０）℃以上、Ａｃ1点未満で、０．５〜３時間保持する加熱保持工程を有する。その後、（Ａｃ1点−５０）℃までの温度範囲の冷却速度が３０℃／時間以下となるように、（Ａｃ1点−５０）℃以下まで冷却する冷却工程を実施する。本発明では、温度条件については熱処理に用いる炉の設定温度を意味する。
【００１３】
従来から、Ａｃ1点以上へ加熱保持して冷却する球状化熱処理（焼鈍）は良く知られている。本発明では、球状化率を従来よりも向上させるため、球状化熱処理する前の組織をベイナイトの面積割合が０．８以上とした上で、（Ａｃ1点−１０）℃以上、Ａｃ1点未満の温度範囲に加熱、昇温し、この温度範囲で保持する点に特徴を有している。これにより、ベイナイト中に固溶していた炭素が析出し、加熱前から存在していた微細な球状炭化物が成長する。また、球状化熱処理前にパーライトが少量存在していた場合には、棒状炭化物（パーライトラメラ）が幾分か分断され、球状化率の向上に寄与する。ベイナイトの面積割合が０．８を下回ると棒状炭化物（パーライトラメラ）が分断しきれず、球状化率が悪化する。球状化熱処理する前の組織におけるベイナイトの面積割合は、０．８２以上が好ましく、より好ましくは０．８５以上である。ベイナイトの面積割合の上限は限定されず、１であっても良い。なお、ベイナイトの面積割合は、熱間圧延後の冷却速度を適宜調整することによって制御できる。
【００１４】
加熱温度が（Ａｃ1点−１０）℃未満になると、炭化物の球状化のための保持時間が長くかかりすぎる。一方、加熱温度がＡｃ1点以上となると、オーステナイトが生成して炭化物が固溶しすぎてしまう。加熱温度は、好ましくは（Ａｃ1点−８）℃以上、Ａｃ1点未満である。
【００１５】
１段目熱処理での加熱保持時間が短すぎると、十分に炭素が析出しないため、加熱保持時間は０．５時間以上とする。また、加熱保持時間が長すぎても効果が飽和するため、３時間以下とする。加熱保持時間の下限は、好ましくは０．７時間以上であり、より好ましくは１時間以上、更に好ましくは１．５時間以上である。加熱保持時間の上限は、好ましくは２．５時間以下であり、より好ましくは２．３時間以下であり、更に好ましくは２時間以下である。
【００１６】
前記温度範囲（（Ａｃ1点−１０）℃以上、Ａｃ1点未満）への昇温速度は特に限定されないが、生産性の観点や、温度管理を適切に行う観点などから、２０℃／時間以上が好ましい。昇温速度は速くても問題ないが、バッチ式炉で熱処理を実施する場合、コイル全体をできるだけ均一に昇温させる必要性から１０００℃／時間以下の平均昇温速度で昇温することが好ましい。
【００１７】
１段目熱処理での冷却工程では、炭化物を完全に析出及び成長させるため、（Ａｃ1点−５０）℃以下まで冷却する必要がある。炉を用いた熱処理では一般に設定温度と鋼材の実際の温度に差異があり、鋼材成分にもばらつきがあるので、１段目加熱の設定温度を（Ａｃ1点−１０）℃以上、Ａｃ1点未満としていても、部分的に炭化物が固溶してしまって十分に析出及び成長していないことがある。そこで炭化物を完全に析出及び成長させるため、（Ａｃ1点−５０）℃以下まで冷却する。冷却終了温度の下限は特に限定されないが、通常（Ａｃ1点−８０）℃程度である。この冷却の際、急冷すると再生パーライトが生成して球状化率を悪化させることがある。従って、平均冷却速度は３０℃／時間以下が好ましく、より好ましくは２５℃／時間以下である。平均冷却速度の下限は特に限定されないが、通常３℃／時間程度である。
【００１８】
（２）２段目熱処理
２段目の熱処理工程は、前記１段目の熱処理工程を経た鋼を（Ａｃ1点＋１０）℃以上、（Ａｃ1点＋３５）℃以下へ加熱、昇温し、該温度範囲で０．５〜３時間保持する加熱保持工程を有する。その後、Ａｃ1点〜（Ａｃ1点−５０）℃の温度範囲を１０℃／時間以下の平均冷却速度で冷却する冷却工程を実施する。
【００１９】
上述した通り、前記１段目の熱処理工程では、ベイナイト中の球状炭化物を成長させ、パーライトラメラを分断する。その後の２段目の熱処理工程では、棒状の炭化物の析出を抑制し、球状炭化物の析出及び粗大化を図ってほぼ球状率を向上させるとともに、若干残存している棒状炭化物を分解し、さらに球状化率を高める。従って、２段目の熱処理工程では、１段目の熱処理工程における熱処理条件よりも少し高温側の温度範囲に昇温保持する。
【００２０】
２段目の熱処理工程での加熱温度が（Ａｃ1点＋１０）℃を下回る場合や、加熱保持時間が０．５時間未満の場合には、棒状炭化物の溶解（分解）が不十分となる。一方、加熱温度が（Ａｃ1点＋３５）℃を超える場合や、加熱保持時間が３時間を超える場合は、炭化物が溶解しすぎてしまい、引き続き行われる冷却過程で再度棒状の炭化物が析出しやすくなる。加熱温度の好ましい下限は（Ａｃ1点＋１５）℃以上であり、加熱温度の好ましい上限は（Ａｃ1点＋３２）℃以下である。また、加熱保持時間の好ましい下限は１時間以上であり、加熱保持時間の好ましい上限は２時間以下である。
【００２１】
また、前記温度範囲（（Ａｃ1点＋１０）℃以上、（Ａｃ1点＋３５）℃以下）への昇温速度は特に限定されないが、前記１段目の熱処理工程と同様に、生産性の観点や、温度管理を適切に行う観点などから、２０℃／時間以上が好ましい。昇温速度は速くても問題ないが、バッチ式炉で熱処理を実施する場合、１０００℃／時間以下の平均昇温速度で昇温することが好ましい。
【００２２】
２段目熱処理での冷却工程では、前記した加熱保持工程で適度に溶解させた棒状炭化物が再析出することを抑制し、球状炭化物が析出した組織とする必要がある。従って、前記加熱保持工程の後、任意の冷却速度で冷却した後は、少なくともＡｃ1点〜（Ａｃ1点−５０）℃の温度範囲を徐冷する必要がある。この徐冷速度は、１段目熱処理の冷却工程での平均冷却速度よりも更に遅い１０℃／時間以下（平均冷却速度を意味する）とする。平均冷却速度が１０℃／時間を超えると、棒状炭化物の一部が析出する。平均冷却速度の好ましい上限は８℃／時間以下であり、下限は特に限定されないが、通常３℃／時間程度である。
【００２３】
なお、本書においてＡｃ1点とは、下記（１）式によって求めた温度を意味する。下記（１）式は、「講座・現代の金属学  材料編  第４巻  鉄鋼材料  社団法人日本金属学会」などの書籍にて定義されている。
Ａｃ1(℃)
＝７２３−１０．７×（％Ｍｎ）−１６．９×（％Ｎｉ）＋２９．１×（％Ｓｉ）
＋１６．９×（％Ｃｒ）＋２９０×（％Ａｓ）＋６．３８×（％Ｗ）・・・（１）
上記（１）式において、（％元素名）は各元素の質量基準での含有量を表し、鋼が上記（１）式に規定される元素を含んでいない場合は、その含有量を０％として（１）式を計算すれば良い。
【００２４】
以上、本発明の球状化熱処理方法について説明したが、線材の場合は、球状化熱処理前に伸線を行うと炭化物の球状化が促進されることが従来から知られている。しかし、上述した本発明の球状化熱処理を行えば、伸線処理を行わずとも良好な球状化が可能となる。
但し、本発明の球状化熱処理による球状化を一層促進する目的で、冷間伸線を行ってから本発明の球状化熱処理を行っても良い。
【００２５】
次に、本発明の球状化熱処理の対象となる合金鋼の成分について説明する。
【００２６】
Ｃ：０．１〜０．６％
Ｃは、鋼の強度（最終製品の強度）を確保するために添加する。そこでＣ量を０．１％以上と定めた。Ｃ量は好ましくは０．２％以上であり、より好ましくは０．３％以上である。しかし、過剰に含有されると強度が高くなりすぎて冷間加工性が低下する。そこでＣ量を０．６％以下と定めた。Ｃ量は好ましくは０．５％以下であり、より好ましくは０．４６％以下である。
【００２７】
Ｓｉ：０．００５〜０．５％
Ｓｉは、脱酸元素として、また固溶体硬化による最終製品の強度を増加させるのに有効である。そこでＳｉ量を０．００５％以上と定めた。Ｓｉ量は、好ましくは０．０１％以上であり、より好ましくは０．０７％以上である。一方、Ｓｉ量が過剰になると強度が過度に上昇して冷間加工性を劣化させる。そこでＳｉ量を０．５％以下と定めた。Ｓｉ量は好ましくは０．４５％以下であり、より好ましくは０．４％以下である。
【００２８】
Ｍｎ：０．１〜１．７％
Ｍｎは、焼入れ性の向上を通じて、最終製品の強度を増加させるのに有効な元素である。そこで、Ｍｎ量を０．１％以上と定めた。Ｍｎ量は、好ましくは０．２％以上であり、より好ましくは０．４％以上である。一方、Ｍｎ量が過剰になると強度が過度に上昇して冷間加工性を劣化させる。そこで、Ｍｎ量を１．７％以下と定めた。Ｍｎ量は、好ましくは１．６％以下であり、より好ましくは１．４％以下である。
【００２９】
Ｐ：０．０３％以下（０％を含まない）
Ｐは、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、鋼中で粒界偏析を起こして延性を劣化させる原因となる。そこでＰ量を０．０３％以下と定めた。Ｐ量は、好ましくは０．０２５％以下であり、より好ましくは０．０２％以下である。Ｐは少なければ少ない程好ましいが、製造工程の制約上０％とすることは難しく、通常０．００１％以上含まれる。
【００３０】
Ｓ：０．０３％以下（０％を含まない）
Ｓは、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、鋼中でＭｎＳとして存在し、冷間加工性を劣化させる有害な元素である。そこでＳ量を０．０３％以下と定めた。Ｓ量は、好ましくは０．０２５％以下であり、より好ましくは０．０２％以下である。Ｓは少なければ少ない程好ましいが、製造工程の制約上０％とすることは難しく、通常０．００１％以上含まれる。
【００３１】
Ａｌ：０．０１〜０．１％
Ａｌは、脱酸元素として有用であるとともに、鋼中に存在する固溶ＮをＡｌＮとして固定するのに有用である。こうした効果を有効に発揮させるため、Ａｌ量を０．０１％以上と定めた。Ａｌ量は、好ましくは０．０１５％以上であり、より好ましくは０．０２％以上である。一方、Ａｌ量が過剰になると、Ａｌ2Ｏ3が過剰に生成し冷間加工性を劣化させる。そこでＡｌ量を０．１％以下と定めた。Ａｌ量は、好ましくは０．０８％以下であり、より好ましくは０．０６％以下である。
【００３２】
Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）
Ｎは、鋼中に不可避的に含まれる元素であり、鋼中に固溶Ｎが含まれると、歪み時効による硬度上昇及び延性低下を招き、冷間加工性を劣化させる。そこでＮ量を０．０１５％以下と定めた。Ｎ量は、好ましくは０．０１３％以下であり、より好ましくは０．０１％以下である。Ｎ量は少なければ少ない程好ましいが、製造工程の制約上０％とすることは難しく、通常０．００１％以上含まれる。
【００３３】
Ｃｒ：０．５〜１．８％
Ｃｒは、焼入れ性の増加等によりベイナイトを生成させやすくするとともに、最終製品の強度を増加させる。また球状化焼鈍途中において未固溶炭化物を安定的に確保することに有効な元素である。このような効果を有効に発揮させるため、Ｃｒ量を０．５％以上と定めた。Ｃｒ量は、好ましくは０．６％以上であり、より好ましくは０．７％以上である。一方、Ｃｒ量が過剰になると、強度が高くなり過ぎて冷間加工性を劣化させる。そこでＣｒ量を１．８％以下と定めた。Ｃｒ量は、好ましくは１．５％以下であり、より好ましくは１．３％以下である。
【００３４】
本発明に用いられる合金鋼の基本成分は上記の通りであり、残部は実質的に鉄である。
但し、原材料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避不純物が鋼中に含まれることは当然に許容される。さらに本発明では、必要に応じて、本発明の作用効果を阻害しない範囲の以下の任意元素を含有していても良い。以下の任意元素を含むことによって、鋼材の特性を更に向上できる。
【００３５】
Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：３％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、及びＢ：０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上
Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＢは、いずれも鋼材の焼入れ性を向上させることによって、最終製品の強度を増加させるのに有効な元素であり、必要によって単独で又は２種以上で含有される。このような効果はこれら元素の含有量が増加するにつれて大きくなり、前記効果を有効に発揮させるため、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ量は夫々、０．０２％以上（より好ましくは０．０５％以上）が好ましく、Ｂ量は０．０００３％以上（より好ましくは０．０００５％以上）が好ましい。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、強度が高くなり過ぎ、冷間加工性を劣化させる。従って、Ｍｏ量は１％以下、Ｎｉ量は３％以下、Ｃｕ量は０．２５％以下、Ｂ量は０．０１％以下が好ましい。より好ましくは、Ｍｏ量が０．９０％以下（更に好ましくは０．８０％以下）、Ｎｉ量が２．５％以下（更に好ましくは２．０％以下）、Ｃｕ量が０．２％以下（更に好ましくは０．１５％以下）、Ｂ量が０．００７％以下（更に好ましくは０．００５％以下）である。
【００３６】
Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）、及びＶ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上
Ｔｉ、Ｎｂ及びＶは、いずれもＮと化合物を形成し、固溶Ｎを低減することで、変形抵抗低減の効果を発揮するため、必要によって単独で又は２種以上で含有される。このような効果はこれら元素の含有量が増加するにすれて大きくなり、前記効果を有効に発揮させるため、Ｔｉ、Ｎｂ及びＶ量は夫々、０．０３％以上（より好ましくは０．０５％以上）が好ましい。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、形成される化合物が変形抵抗の上昇を招き、却って冷間加工性を低下させる。そこで、Ｔｉ及びＮｂ量は夫々、０．２％以下が好ましく、Ｖ量は０．５％以下が好ましい。より好ましくは、Ｔｉ及びＮｂ量がそれぞれ０．１８％以下（更に好ましくは０．１５％以下）であり、Ｖ量は０．４５％以下（更に好ましくは０．４０％以下）である。
【００３７】
本発明の球状化熱処理を行えば、球状化率の高い、具体的には、長径を短径で除して求められるアスペクト比が２．０以下である炭化物の個数が、全炭化物の個数に対して９０％以上（好ましくは９３％以上）である鋼を得ることができる。よって、本発明の球状化熱処理を施して得られる鋼は、冷間鍛造性などの冷間加工性に優れており、自動車用部品、建設機械用部品等の各種部品に好適に用いられる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記、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。
【００３９】
表１に記載の化学成分組成を有する鋼を熱間圧延し、冷却速度を制御してφ１５ｍｍの線材コイルを製造した。球状化熱処理前のコイル端部から、ベイナイト割合の測定に用いるサンプルを採取した。その後、これらの線材コイルをバッチ炉に装入し、表２に示す条件で１段目、２段目の球状化熱処理を行い、球状化熱処理後のコイル端部から、球状化率の評価用のサンプルを採取した。
【００４０】
【表１】
2018168473.tif 000002
【００４１】
そして、球状化熱処理前の線材のベイナイト組織、及び球状化熱処理後の線材の球状化率を、下記の要領で測定及び評価した。
【００４２】
（１）ベイナイト組織の評価
球状化熱処理前のコイル端部からサンプルを採取し、サンプルの横断面のＤ／８位置（Ｄはサンプルの直径）の位置の組織を評価した。Ｄ／８位置の横断面を、光学顕微鏡を用いて倍率４００倍で観察し（観察視野は２２５μｍ×１８０μｍ）、写真を１０枚撮影した。撮影した写真を夫々画像解析し、フェライトおよびパーライト以外の箇所をベイナイトとし、ベイナイトの面積率を最大１として算出した。それぞれの写真でのベイナイトの面積割合を算出し、１０枚の写真の結果の算術平均値を各サンプルのベイナイトの面積割合とした。
【００４３】
（２）球状化率の評価
球状化熱処理後のコイル端部からサンプルを採取し、サンプルの横断面のＤ／８位置（Ｄはサンプルの直径）を評価した。前記したＤ／８位置の横断面を、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）を用いて倍率４０００倍で観察し（観察視野は３０μｍ×２３μｍ）、写真を１０枚撮影した。撮影した写真を夫々画像解析し、写真内に観察された炭化物のアスペクト比（長径／短径）を算出した。それぞれの写真について、写真内に観察された炭化物の総数に対する、アスペクト比が２．０以下の炭化物の個数割合を算出し、１０枚の写真の結果を算術平均したものを、各サンプルの球状化率とした。なお、測定対象とした炭化物のサイズの下限は、ＳＥＭの測定限界から、面積でおおよそ０．００２５μｍ2程度である。
【００４４】
表２に、各熱処理工程における熱処理条件と、上記のベイナイト組織の評価結果及び球状化率の評価結果を示す。
【００４５】
【表２】
2018168473.tif 000003
【００４６】
表２から、本発明の球状化熱処理を行った試験Ｎｏ．１、２、９〜１１、１８〜２２は、得られた合金鋼線材の球状化率がいずれも９０％以上であり、優れた球状化特性を有していることが分かる。
【００４７】
一方、試験Ｎｏ．７、８及び２３は、熱処理前の鋼材の組織においてフェライト及びパーライト組織が多くベイナイトの割合が０．８未満だった例であり、熱処理後の球状化率が低下した。また、Ｎｏ．３、４は１段目熱処理での加熱温度が本発明の要件を外れており、Ｎｏ．５は１段目熱処理での加熱保持時間が短く、Ｎｏ．６は１段目熱処理での冷却終了温度が高かったため、いずれも熱処理後の球状化率が低下した。
【００４８】
Ｎｏ．１２は１段目熱処理の冷却工程での冷却速度が速く、Ｎｏ．１３は２段目熱処理の冷却工程での冷却速度が速く、Ｎｏ．１４、１５は２段目熱処理での加熱温度が本発明の要件を外れており、いずれも熱処理後の球状化率が低下した。また、Ｎｏ．１６、１７は２段目熱処理の加熱保持時間が本発明の要件を外れており、熱処理後の球状化率が低下した。
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月3日(2018.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記Ｃ  ：０．１〜０．６％（質量％の意味。以下、化学成分組成について同じ。）、
Ｓｉ：０．００５〜０．５％、
Ｍｎ：０．１〜１．７％、
Ｐ  ：０．０３％以下（０％を含まない）、
Ｓ  ：０．０３％以下（０％を含まない）、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎ  ：０．０１５％以下（０％を含まない）、
Ｃｒ：０．５〜１．８％
を含有し、残部が鉄及び不可避不純物であり、ベイナイトの面積割合が０．８以上である合金鋼を球状化熱処理する方法であって、
前記球状化熱処理は、１段目熱処理と、これに続く２段目熱処理とから構成され、これら１段目熱処理及び２段目熱処理の条件は以下の通りであり、球状化熱処理後の合金鋼の横断面のＤ／８位置（Ｄは横断面の直径）における球状化率が９０％以上である請求項１に記載の合金鋼の球状化熱処理方法。
（１）１段目熱処理
加熱温度：（Ａｃ1点−１０）℃以上、Ａｃ1点未満
加熱保持時間：０．５〜３時間
平均冷却速度：上記加熱温度〜（Ａｃ1点−５０）℃の温度範囲を３０℃／時間以下
冷却終了温度：（Ａｃ1点−５０）℃以下
（２）２段目熱処理
加熱温度：（Ａｃ1点＋１０）℃以上、（Ａｃ1点＋３５）℃以下
加熱保持時間：０．５〜３時間
平均冷却速度：Ａｃ1点〜（Ａｃ1点−５０）℃の温度範囲を１０℃／時間以下
【請求項２】
前記合金鋼が更に、
Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）、
Ｎｉ：３％以下（０％を含まない）、
Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、及び
Ｂ  ：０．０１％以下（０％を含まない）
よりなる群から選択される１種以上を含む請求項１に記載の合金鋼の球状化熱処理方法。
【請求項３】
前記合金鋼が更に、
Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、
Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）、及び
Ｖ  ：０．５％以下（０％を含まない）
よりなる群から選択される１種以上を含む請求項１又は２に記載の合金鋼の球状化熱処理方法。