(57)【要約】【課題】太径で強度に優れるステンレス鋼線を提供する。【解決手段】質量%で、C:0.14%以下、Si:0.1〜4.0%、Mn:0.1〜15.0%、Ni:0.1%以上15.0%未満、Cr:11.0〜20.0%、N:0.06〜0.30%、Mo:0〜3.0%、Cu:0〜4.0%、V:0〜1.0%、B:0〜0.0050%、Al:0〜2.0%、Co:0〜2.5%、W:0〜2.5%、Ga:0〜0.05%、Sn:0〜2.5%、Ti:0〜1.0%、Nb:0〜2.5%、Ta:0〜2.5%、Ca:0〜0.012%、Mg:0〜0.012%、Zr:0〜0.012%、REM:0〜0.05%、残部:Fe及び不純物、体積％で、加工誘起マルテンサイト相：30%以上、オーステナイト相中のNieq：18.0〜23.0、2C+N：0.50以下、線径φ3.0mm以上、引張強さ1700MPa以上である、太径高強度ステンレス鋼線。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１４％以下、
Ｓｉ：０．１〜４．０％、
Ｍｎ：０．１〜１５．０％、
Ｎｉ：０．１％以上、１５．０％未満、
Ｃｒ：１１．０〜２０．０％、
Ｎ：０．０６〜０．３０％、
Ｍｏ:０〜３．０％、
Ｃｕ：０〜４．０％、
Ｖ：０〜１．０％、
Ｂ：０〜０．００５０％、
Ａｌ：０〜２．０％、
Ｃｏ：０〜２．５％、
Ｗ:０〜２．５％、
Ｇａ：０〜０．０５％、
Ｓｎ：０〜２．５％、
Ｔｉ：０〜１．０％、
Ｎｂ:０〜２．５％、
Ｔａ：０〜２．５％、
Ｃａ：０〜０．０１２％、
Ｍｇ：０〜０．０１２％、
Ｚｒ：０〜０．０１２％、
ＲＥＭ：０〜０．０５％、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
金属組織が、オーステナイト相及び加工誘起マルテンサイト相から構成される複相組織を有し、かつ、体積％で、前記加工誘起マルテンサイト相を３０％以上含み、
下記（ａ）式で示される前記オーステナイト相中のＮｉｅｑが１８．０〜２３．０であり、
下記（ｂ）式で示されるＡ値が０．５０以下であり、
線径φ３．０ｍｍ以上で、引張強さが１７００ＭＰａ以上である、
太径高強度ステンレス鋼線。
Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ＋Ｃｕ＋１５．９（Ｃ＋Ｎ）＋０．６６Ｍｎ＋０．３２Ｓｉ＋０．４７Ｃｒ＋０．６４Ｍｏ  ・・・（ａ）
Ａ値＝２Ｃ＋Ｎ  ・・・（ｂ）
但し、式中の各元素記号は、それぞれの元素の鋼中における含有量（質量％）を意味する。
【請求項２】
前記化学組成が、質量％で、
Ｍｏ:０．２〜３．０％、
Ｃｕ：０．９〜４．０％、
Ｖ：０．１〜１．０％、
Ｂ：０．００１０〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００１〜２．０％、
Ｃｏ：０．０５〜２．５％、
Ｗ:０．０５〜２．５％、
Ｇａ：０．０００４〜０．０５％、
Ｓｎ：０．０１〜２．５％、
Ｔｉ：０．０３〜１．０％、
Ｎｂ:０．０４〜２．５％、
Ｔａ：０．０４〜２．５％、
Ｃａ：０．０００４〜０．０１２％、
Ｍｇ：０．０００４〜０．０１２％、
Ｚｒ：０．０００４〜０．０１２％、及び、
ＲＥＭ：０．０００４〜０．０５％、
から選択される１種以上を含有する、
請求項１に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
【請求項３】
引張強さが２０５０ＭＰａ以上である、
請求項１または２に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
【請求項４】
前記引張強さが、４５０℃×３０ｍｉｎの時効熱処理を施したときの引張強さである、
請求項３に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
【請求項５】
ばね部品に用いられる、
請求項１〜４のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線の製造方法であって、
固溶化熱処理された鋼線材、又は、固溶化熱処理された鋼線材に対して５〜６０％の減面率で一次伸線を行った鋼線材に、液体窒素中において５〜６０％の減面率で二次伸線を行う、
太径高強度ステンレス鋼線の製造方法。
【請求項７】
前記二次伸線後、さらに、１００〜６００℃の時効熱処理を施す、
請求項６に記載の太径高強度ステンレス鋼線の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線を用いた、
ばね部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太径高強度ステンレス鋼線及びその製造方法、並びに、ばね部品に関する。特に、ばね部品として好適に用いられる太径高強度ステンレス鋼線に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コイルばねに代表されるような高強度ステンレス製品は、ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３１６を代表とするオーステナイト系ステンレス鋼線材及び鋼線を素材として、該素材を加工及び成型することにより製造されてきた。前記のようなオーステナイト系ステンレス鋼線材から製造されたステンレス製品は、太径における強度を得るために、強伸線を行う必要があるが、伸線による縦割れが起きるため、太径高強度化が困難であった。
【０００３】
上記課題に対して、強度及び剛性率を向上させるため、加工誘起マルテンサイト（加工誘起α’）による強化を利用する技術が検討されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、当該技術は、強伸線による細径（φ１．５ｍｍ）の高強度化を狙ったものであり、太径の高強度化は対象になっていない。
【０００４】
その他、高強度化の対策として、サブゼロ処理を利用した高強度マルテンサイト系ステンレスが報告されている（例えば、特許文献２）。しかしながら、特許文献２に記載の技術では、さらなる高強度化を望む近年の要求強度を満たしてないばかりか、鋼板に好適な技術であって、鋼線材に適した技術ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９８９３２号公報
【特許文献２】特開平４−２１４８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまでのステンレス鋼線は、太径ばね用として幅広く使用されていなかった。さらに、従来のばね用素材では、太径において要求される強度を充分に満たしていなかった。太径高強度化の対策として、ＳＵＳ３０４にサブゼロ加工を施し、太径高強度化を試みた例があるが、加工後の時効熱処理における強度上昇量が僅かであり、近年の要求強度を満たしていなかった。
【０００７】
本発明は、このような現状に鑑み、太径で強度に優れるステンレス鋼線及びその製造方法、並びに、ばね部品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】
【０００８】
本発明者らは、準安定オーステナイト系ステンレスであり、かつ、オーステナイト相（γ）の安定度であるＮｉｅｑ値と、２Ｃ＋Ｎ量とを最適化した素材に対し、常温加工（伸線）とサブゼロ加工（伸線）とを組み合わせた製造方法を適用した。その結果、加工誘起α’相の体積率が３０％以上となることにより、φ３．０ｍｍ以上におけるＴＳが１７００ＭＰａ以上の鋼線が得られた。さらに、前記鋼線に時効熱処理を施すことで、歪み時効およびＮ系時効生成物の析出強化が生じ、その結果、φ３．０ｍｍ以上におけるＴＳが２０５０ＭＰａ以上の鋼線を得られた。これにより、太径での高強度化が可能になった。
【０００９】
本発明の要旨は、下記に示すステンレス鋼線及びその製造方法、並びに、ばね部品にある。
【００１０】
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１４％以下、
Ｓｉ：０．１〜４．０％、
Ｍｎ：０．１〜１５．０％、
Ｎｉ：０．１％以上、１５．０％未満、
Ｃｒ：１１．０〜２０．０％、
Ｎ：０．０６〜０．３０％、
Ｍｏ:０〜３．０％、
Ｃｕ：０〜４．０％、
Ｖ：０〜１．０％、
Ｂ：０〜０．００５０％、
Ａｌ：０〜２．０％、
Ｃｏ：０〜２．５％、
Ｗ:０〜２．５％、
Ｇａ：０〜０．０５％、
Ｓｎ：０〜２．５％、
Ｔｉ：０〜１．０％、
Ｎｂ:０〜２．５％、
Ｔａ：０〜２．５％、
Ｃａ：０〜０．０１２％、
Ｍｇ：０〜０．０１２％、
Ｚｒ：０〜０．０１２％、
ＲＥＭ：０〜０．０５％、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
金属組織が、オーステナイト相及び加工誘起マルテンサイト相から構成される複相組織を有し、かつ、体積％で、前記加工誘起マルテンサイト相を３０％以上含み、
下記（ａ）式で示される前記オーステナイト相中のＮｉｅｑが１８．０〜２３．０であり、
下記（ｂ）式で示されるＡ値が０．５０以下であり、
線径φ３．０ｍｍ以上で、引張強さが１７００ＭＰａ以上である、太径高強度ステンレス鋼線。
Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ＋Ｃｕ＋１５．９（Ｃ＋Ｎ）＋０．６６Ｍｎ＋０．３２Ｓｉ＋０．４７Ｃｒ＋０．６４Ｍｏ  ・・・（ａ）
Ａ値＝２Ｃ＋Ｎ  ・・・（ｂ）
但し、式中の各元素記号は、それぞれの元素の鋼中における含有量（質量％）を意味する。
【００１１】
（２）前記化学組成が、質量％で、
Ｍｏ:０．２〜３．０％、
Ｃｕ：０．９〜４．０％、
Ｖ：０．１〜１．０％、
Ｂ：０．００１０〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００１〜２．０％、
Ｃｏ：０．０５〜２．５％、
Ｗ:０．０５〜２．５％、
Ｇａ：０．０００４〜０．０５％、
Ｓｎ：０．０１〜２．５％、
Ｔｉ：０．０３〜１．０％、
Ｎｂ:０．０４〜２．５％、
Ｔａ：０．０４〜２．５％、
Ｃａ：０．０００４〜０．０１２％、
Ｍｇ：０．０００４〜０．０１２％、
Ｚｒ：０．０００４〜０．０１２％、及び、
ＲＥＭ：０．０００４〜０．０５％、
から選択される１種以上を含有する、前記（１）に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
【００１２】
（３）引張強さが２０５０ＭＰａ以上である、前記（１）または（２）に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
【００１３】
（４）前記引張強さが、４５０℃×３０ｍｉｎの時効熱処理を施したときの引張強さである、
前記（３）に記載の太径高強度ステンレス鋼線。
【００１４】
（５）ばね部品に用いられる、前記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線。
【００１５】
（６）前記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線の製造方法であって、
固溶化熱処理された鋼線材、又は、固溶化熱処理された鋼線材に対して５〜６０％の減面率で一次伸線を行った鋼線材に、液体窒素中において５〜６０％の減面率で二次伸線を行う、太径高強度ステンレス鋼線の製造方法。
【００１６】
（７）前記二次伸線後、さらに、１００〜６００℃の時効熱処理を施す、前記（６）に記載の太径高強度ステンレス鋼線の製造方法。
【００１７】
（８）前記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の太径高強度ステンレス鋼線を用いた、ばね部品。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、太径で強度に優れるステンレス鋼線及びその製造方法、並びに、ばね部品を提供することができる。また、本発明に係る太径高強度ステンレス鋼線は、太径における強度に優れるため、当該鋼線をばね部品等に適用することで、太径高強度を有するばね等の部品を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
１．太径高強度ステンレス鋼線
以下、本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線を説明する。
（化学組成）
まず、本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線の化学組成について説明する。各元素の作用効果と、含有量の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
【００２０】
Ｃ：０．１４％以下
Ｃは、伸線加工後の強度を高める元素である。しかしながら、Ｃ含有量が０．１４％を超えると、サブゼロ加工時に縦割れが生じるおそれがある。そのため、Ｃ含有量は０．１４％以下とする。Ｃ含有量は、０．０３％以上であることが好ましく、０．１０％以下であることが好ましい。
【００２１】
Ｓｉ：０．１〜４．０％
Ｓｉは、脱酸を行うことにより、脱酸生成物を少なくして、強度特性を確保する元素である。前記効果を得るため、Ｓｉ含有量は０．１％以上とする。一方、Ｓｉ含有量が４．０％を超えると、前記効果が飽和するだけでなく、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、Ｓｉ含有量は４．０％以下とする。Ｓｉ含有量は、３．０％以下であることが好ましく、２．０％以下であることがより好ましい。
【００２２】
Ｍｎ：０．１〜１５．０％
Ｍｎは、高価なＮｉの代替元素として有効であり、Ｎの溶解度を高める効果を有する。前記効果を得るため、Ｍｎ含有量は０．１％以上とする。一方、Ｍｎ含有量が１５．０％を超えると、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は１５．０％以下とする。Ｍｎ含有量は、１．０％以上であることが好ましい。また、Ｍｎ含有量は、７．０％以下であることが好ましく、６．８％以下であることがより好ましい。
【００２３】
Ｎｉ：０．１％以上、１５．０％未満
Ｎｉは、伸線性及び強度を確保する元素である。前記効果を得るため、Ｎｉ含有量は０．１％以上とする。一方、Ｎｉ含有量が１５．０％以上であると、Ｎｉｅｑ値が高くなることにより、強度向上に有効な加工誘起α’量が低下するだけでなく、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、Ｎｉ含有量は１５．０％未満とする。Ｎｉ含有量は、３．０％以上であることが好ましい。また、Ｎｉ含有量は、１０．０％以下であることが好ましく、９．０％以下であることがより好ましい。
【００２４】
Ｃｒ：１１．０〜２０．０％
Ｃｒは、耐食性を確保する元素である。前記効果を得るため、Ｃｒ含有量は１１．０％以上とする。一方、Ｃｒ含有量が２０．０％を超えると、Ｎｉｅｑ値が高くなることにより、強度に有効な加工誘起α’量が低下するだけでなく、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、Ｃｒ含有量は２０．０％以下とする。Ｃｒ含有量は、１３．０％以上であることが好ましい。また、Ｃｒ含有量は、１９．０％以下であることが好ましく、１８．０％以下であることがより好ましい。
【００２５】
Ｎ：０．０６〜０．３０％
Ｎは、伸線加工後の強度を高め、さらに、時効熱処理後に歪み時効及びＮ系時効生成物により強度を高める元素である。前記効果を得るため、Ｎ含有量は０．０６％以上とする。一方、Ｎ含有量が０．３０％を超えると、伸線加工性が低下するだけでなく、製鋼プロセスで窒素のブローホールが生成することにより製造性を大幅に劣化させる。そのため、Ｎ含有量は０．３０％以下とする。Ｎ含有量は、０．１０％以上であることが好ましく、０．２０％以下であることが好ましい。
【００２６】
Ｍｏ:０〜３．０％
Ｍｏは、耐食性及び耐熱へたり性を向上させる元素であるため、含有させてもよい。しかしながら、Ｍｏ含有量が３．０％を超えると、前記効果が飽和するだけでなく、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、Ｍｏ含有量は３．０％以下とする。一方、Ｍｏ含有量は、耐食性及び耐熱へたり性を向上させるため、０．１％以上であることが好ましく、０．２％以上であることがより好ましい。また、Ｍｏ含有量は、２．０％以下であることが好ましい。
【００２７】
Ｃｕ：０〜４．０％
Ｃｕは、微細Ｃｕ析出物として強度に寄与させることができ、かつ、伸線性を向上させる元素であるため、含有させてもよい。しかしながら、Ｃｕ含有量が４．０％を超えると、熱間加工性が低下することに加え、強度が低下する。そのため、Ｃｕ含有量は４．０％以下とする。一方、Ｃｕ含有量は、強度及び伸線性を向上させるため、０．１％以上であることが好ましく、０．９％以上であることがより好ましい。また、Ｃｕ含有量は、３．０％以下であることが好ましく、１．５％以下であることがより好ましい。
【００２８】
Ｖ：０〜１．０％
Ｖは、炭窒化物を形成して結晶粒径を微細にして、線材及び鋼線の強度と伸線性とを改善させるため、含有させてもよい。しかしながら、Ｖ含有量が１．０％を超えると、粗大介在物が生成し、伸線加工性及び耐久性が低下する。そのため、Ｖ含有量は１．０％以下とする。一方、Ｖ含有量は、強度及び伸線性を向上させるため、０．０１％以上であることが好ましく、０．１％以上であることがより好ましい。また、Ｖ含有量は、０．５％以下であることが好ましい。
【００２９】
Ｂ：０〜０．００５０％
Ｂは、粒界強度を向上させて、線材及び鋼線の強度を向上させるため、含有させてもよい。しかしながら、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、粗大なボライド、ボロカーバイド等の生成により、伸線加工性及び強度が低下する。そのため、Ｂ含有量は０．００５０％以下とする。一方、Ｂ含有量は、強度を向上させるため、０．０００８％以上であることが好ましく、０．００１０％以上であることがより好ましい。また、Ｂ含有量は、０．００３０％以下であることが好ましい。
【００３０】
Ａｌ：０〜２．０％
Ａｌは、脱酸を促進して介在物清浄度レベルを向上させるため、含有させてもよい。しかしながら、Ａｌ含有量が２．０％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、材料自体の強度が劣化する。そのため、Ａｌ含有量は２．０％以下とする。一方、Ａｌ含有量は、脱酸を促進して介在物清浄度レベルを向上させるため、０．００１％以上であることが好ましい。また、Ａｌ含有量は、１．０％以下であることが好ましく、０．３％以下であることがより好ましい。
【００３１】
Ｃｏ：０〜２．５％
Ｃｏは、線材及び鋼線の剛性率を向上させる効果を有するため、含有させてもよい。しかしながら、Ｃｏ含有量が２．５％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、鋼線の剛性率が劣化するおそれがある。そのため、Ｃｏ含有量は２．５％以下とする。一方、Ｃｏ含有量は、剛性率を向上させるため、０．０５％以上であることが好ましく、０．１％以上であることがより好ましい。また、Ｃｏ含有量は、１．０％以下であることが好ましく、０．８％以下であることがより好ましい。
【００３２】
Ｗ:０〜２．５％
Ｗは、耐食性を向上させるのに有効な元素であるため、含有させてもよい。しかしながら、Ｗ含有量が２．５％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、剛性率が劣化するおそれがある。そのため、Ｗ含有量は２．５％以下とする。一方、Ｗ含有量は、耐食性を向上させるため、０．０５％以上であることが好ましく、０．１％以上であることがより好ましい。また、Ｗ含有量は、２．０％以下であることが好ましく、１．５％以下であることがより好ましい。
【００３３】
Ｇａ：０〜０．０５％
Ｇａは、耐食性を向上させるのに有効な元素であるため、含有させてもよい。しかしながら、Ｇａ含有量が０．０５％を超えると、熱間加工性を低下させる。そのため、Ｇａ含有量は０．０５％以下とする。一方、Ｇａ含有量は、耐食性を向上させるため、０．０００４％以上であることが好ましい。
【００３４】
Ｓｎ：０〜２．５％
Ｓｎは、耐食性を向上させるのに有効な元素であるため、含有させてもよい。しかしながら、Ｓｎ含有量が２．５％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、剛性率が劣化するおそれがある。そのため、Ｓｎ含有量は２．５％以下とする。一方、Ｓｎ含有量は、耐食性を向上させるため、０．０１％以上であることが好ましく、０．０５％以上であることがより好ましい。また、Ｓｎ含有量は、１．０％以下であることが好ましく、０．２％以下であることがより好ましい。
【００３５】
Ｔｉ：０〜１．０％
Ｎｂ:０〜２．５％
Ｔａ：０〜２．５％
Ｔｉ、Ｎｂ及びＴａは、炭窒化物を形成して結晶粒径を微細にして、線材及び鋼線の剛性率を改善するため、含有させてもよい。しかしながら、これら各元素の含有量がそれぞれ規定する上限値を超えると、粗大介在物が生成することにより、線材及び鋼線の剛性率が低下するおそれがある。そのため、Ｔｉ含有量は１．０％以下、Ｎｂ含有量は２．５％以下、Ｔａ含有量は２．５％以下とする。一方、Ｔｉ含有量は、剛性率を向上させるため、０．０３％以上であることが好ましく、０．０５％以上であることがより好ましい。また、Ｔｉ含有量は、０．７％以下であることが好ましく、０．５％以下であることがより好ましい。Ｎｂ含有量は、剛性率を向上させるため、０．０４％以上であることが好ましく、０．０８％以上であることがより好ましい。また、Ｎｂ含有量は、１．５％以下であることが好ましく、０．９％以下であることがより好ましい。Ｔａ含有量は、剛性率を向上させるため、０．０４％以上であることが好ましく、０．０８％以上であることがより好ましい。また、Ｔａ含有量は１．５％以下であることが好ましく、０．９％以下であることがより好ましい。
【００３６】
Ｃａ：０〜０．０１２％
Ｍｇ：０〜０．０１２％
Ｚｒ：０〜０．０１２％
ＲＥＭ：０〜０．０５％
Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ及びＲＥＭは、脱酸のため、含有させてもよい。しかしながら、これら各元素の含有量がそれぞれ規定する上限値を超えると、粗大介在物が生成して鋼線の剛性率が低下するおそれがある。そのため、Ｃａ含有量は０．０１２％以下、Ｍｇ含有量は０．０１２％以下、Ｚｒ含有量は０．０１２％以下、ＲＥＭ含有量は０．０５％以下とする。一方、Ｃａ含有量は、脱酸による効果を得るため、０．０００４％以上であることが好ましく、０．００１％以上であることがより好ましい。また、Ｃａ含有量は、０．０１０％以下であることが好ましく、０．００５％以下であることがより好ましい。Ｍｇ含有量は、脱酸による効果を得るため、０．０００４％以上であることが好ましく、０．００１％以上であることがより好ましい。また、Ｍｇ含有量は、０．０１０％以下であることが好ましく、０．００５％以下であることがより好ましい。Ｚｒ含有量は、脱酸による効果を得るため、０．０００４％以上であることが好ましく、０．００１％以上であることがより好ましい。また、Ｚｒ含有量は、０．０１０％以下であることが好ましく、０．００５％以下であることがより好ましい。ＲＥＭ含有量は、脱酸による効果を得るため、０．０００４％以上であることが好ましく、０．００１％以上であることがより好ましい。また、ＲＥＭ含有量は、０．０５％以下であることが好ましい。
【００３７】
ＲＥＭ（希土類元素）は、一般的な定義に従い、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）の２元素と、ランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素（ランタノイド）の総称を指す。これらは単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
【００３８】
本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線は、上記の元素を含有し、残部はＦｅおよび不純物である化学組成を有する。「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【００３９】
代表的な不純物としては、Ｏ、Ｓ、Ｐ等が挙げられる。通常、鉄鋼の製造プロセスでは、不純物としてＯ、ＳおよびＰが、それぞれ０．０００１〜０．１％の範囲で混入する。なお、Ｏ、ＳおよびＰは可能な限り低減することが好ましく、Ｏ含有量は０．０４％以下であることが好ましく、Ｓ含有量は０．００１％以下であることが好ましく、Ｐ含有量は０．０４％以下であることが好ましい。
【００４０】
以上説明した各元素の他にも、本発明の効果を損なわない範囲で他の元素を含有させることが出来る。その他の成分については、本発明で特に規定するものではないが、一般的な不純物元素であるＺｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｈ等は可能な限り低減することが好ましい。これらの元素は、本発明の課題を解決する限度において、その含有割合が制御される。そのため、Ｚｎ含有量は０．０１％以下、Ｂｉ含有量は０．０１％以下、Ｐｂ含有量は０．０１％以下、Ｓｅ含有量は０．０１％以下、Ｓｂ含有量は０．０５％以下、Ｈ含有量は０．０１％以下であることが好ましい。
【００４１】
（金属組織）
加工誘起マルテンサイト相の体積率：３０％以上
本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線は、金属組織が、オーステナイト相及び加工誘起マルテンサイト相（α’相）から構成される複相組織を有し、かつ、体積％で、前記加工誘起マルテンサイト相を３０％以上含む。加工誘起マルテンサイト相の体積率が３０％未満であると、強度が劣化する。そのため、加工誘起マルテンサイト相の体積率は３０％以上とした。加工誘起マルテンサイト相の体積率は、５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。８０％以上であっても良い。また、加工誘起マルテンサイト相の体積率は、９５％以下であることが好ましい。加工誘起マルテンサイト相とオーステナイト相以外の残部は、不可避的な析出物であり、５．０％以下であれば許容できる。
【００４２】
（Ｎｉｅｑ）
オーステナイト相中のＮｉｅｑ：１８．０〜２３．０
Ｎｉｅｑは、加工後の加工誘起マルテンサイト量と成分との関係をそれぞれ調査して得られた指標であり、高強度及び鋼線の疲労特性を安定的に確保するために制御する必要がある。Ｎｉｅｑは、下記式（ａ）より求められる値である。Ｎｉｅｑが２３．０を超えると、加工誘起マルテンサイトを生成し難くなり、強度を劣位にする。一方、Ｎｉｅｑが１８．０未満の場合、オーステナイト相が不安定となり、常温加工及びサブゼロ加工で加工誘起マルテンサイト相に大量の格子欠陥が導入され、その結果、伸線加工性が低下する。そのため、Ｎｉｅｑは１８．０〜２３．０とする。Ｎｉｅｑは、１９．０以上であることが好ましい。また、Ｎｉｅｑは、２１．６以下であることが好ましく、２０．５以下であることがより好ましい。
Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ＋Ｃｕ＋１５．９（Ｃ＋Ｎ）＋０．６６Ｍｎ＋０．３２Ｓｉ＋０．４７Ｃｒ＋０．６４Ｍｏ  ・・・（ａ）
【００４３】
（Ａ値）
Ａ値：０．５０以下
Ａ値は、Ｃ及びＮの含有量から得られる値であり、下記式（ｂ）により求められる。Ａ値は、マルテンサイトの強度を高めるために制御される。Ａ値が０．５０を超えると、伸線加工性が低下する。そのため、Ａ値は０．５０以下とする。Ａ値は、０．１０以上であることが好ましい。また、Ａ値は、０．３５以下であることが好ましく、０．３０以下であることがより好ましい。
Ａ値＝２Ｃ＋Ｎ  ・・・（ｂ）
【００４４】
なお、上記式（ａ）及び（ｂ）における各元素記号は、それぞれの元素の鋼中における含有量（質量％）を意味する。式中の元素の含有量が０％である場合は、該当記号箇所には「０」を代入して算出することとする。
【００４５】
２．太径高強度ステンレス鋼線の製造方法
次に、本実施形態に係る鋼線の製造方法について説明する。なお、本発明の太径高強度ステンレス鋼線の製造方法は、下記製造方法に限定されるものではない。
【００４６】
前記化学組成を有する太径高強度ステンレス鋼線を得るには、鋼線の製造条件を制御することが重要である。
【００４７】
本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線は、上述の鋼線を冷間で伸線加工することにより得られる。具体的には、固溶化熱処理された鋼線材、又は、固溶化熱処理された鋼線材に対して５〜６０％の減面率で伸線（一次伸線）を行った鋼線材に、その後、液体窒素中において５〜６０％の減面率で伸線（二次伸線：サブゼロ加工）を行う。
【００４８】
前記一次伸線の減面率は、伸線加工性の観点から、６０％以下とする。一方、前記一次伸線の減面率は、強度確保の観点から、５％以上とする。前記一次伸線の減面率は、１０％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましい。また、前記一次伸線の減面率は、５０％以下であることが好ましい。
【００４９】
前記二次伸線（サブゼロ加工）の減面率は、マルテンサイト量及び強度を確保する観点から、５％以上とする。また、前記二次伸線（サブゼロ加工）の減面率は、伸線加工性の観点から、６０％以下とする。前記二次伸線（サブゼロ加工）の減面率は、１０％以上であることが好ましい。また、前記二次伸線（サブゼロ加工）の減面率は、５０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましい。
【００５０】
前記二次伸線（サブゼロ加工）された高強度ステンレス鋼線は、φ３．０ｍｍ以上における引張強さが１７００ＭＰａ以上である。前記二次伸線（サブゼロ加工）後の引張強さは、時効後の強度及びばね加工性の観点から、１８００ＭＰａ以上であることが好ましく、２２００ＭＰａ以下であることが好ましく、２０５０ＭＰａであることがより好ましい。引張強さが２０５０ＭＰａ以上となるのは、Ａ値とα’量の関係式１０２７×Ａ値＋２．０１３×α’量＞５０３を満たす場合である。また、引張強さが２１００ＭＰａ超となるのは、Ａ値とα’量の関係式１０２７×Ａ値＋２．０１３×α’量＞５５０を満たす場合である。なお、鋼線の線径がφ４．４ｍｍ超の太径やφ７．０ｍｍの太径も、前記の引張強さの高強度ステンレス鋼線とすることができる。
【００５１】
さらに、前記二次伸線（サブゼロ加工）された高強度ステンレス鋼線は、１００℃以上の時効熱処理を施すことにより、歪み時効並びに微細炭及び窒化物の析出強化によって高強度を示す。そのため、時効熱処理温度は１００℃以上とする。時効熱処理温度が６００℃を超えると、回復が進行し、材料の軟化が生じる。そのため、時効熱処理温度は６００℃以下とする。時効熱処理されたφ３．０ｍｍ以上における引張強さは、２０５０ＭＰａ以上である。２１００ＭＰａ超であることが好ましい。前記時効熱処理後の引張強さは、ばね使用中の耐久性の観点から、２２００ＭＰａ以上であることがより好ましく、２７００ＭＰａ以下であることが好ましく、２６００ＭＰａ以下であることがより好ましい。なお、時効熱処理の条件は特に限定されるものではなく、汎用ステンレスばねで行われているあらゆる条件（温度、時間、雰囲気等）での適用が可能である。なお、鋼線の線径がφ４．４ｍｍ超の太径やφ７．０ｍｍの太径も、前記の引張強さの高強度ステンレス鋼線とすることができる。
【００５２】
以上の製造方法により、本実施形態に係る太径高強度ステンレス鋼線を得ることができる。なお、当該鋼線をばね部品に適用することで、太径で強度に優れたばね部品を提供することができる。
【実施例】
【００５３】
以下に本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００５４】
表１〜表３には、鋼種Ａ〜ＤＯの化学組成、Ｎｉｅｑ、Ａ値、加工誘起マルテンサイト（α’）相の体積率、φ４．０ｍｍ鋼線のサブゼロ加工後の引張強さ、及び、縦割れの有無を示す。
【００５５】
【表１】
2018021260.tif 000002
【００５６】
【表２】
2018021260.tif 000003
【００５７】
【表３】
2018021260.tif 000004
【００５８】
これらの化学組成の鋼は、ステンレス鋼の安価溶製プロセスであるＡＯＤ溶製を想定し、１００ｋｇの真空溶解炉にて溶解し、φ１８０ｍｍの鋳片に鋳造した。そして、その鋳片を１１００℃で２００分の加熱後、φ５．８ｍｍまで熱間の線材圧延（減面率：９９．９％）を行い、１０５０℃で熱間圧延を終了した。その直後に水冷、又は、熱間圧延終了から連続して、溶体化処理として１０５０℃で３分のインライン熱処理を実施して水冷し、酸洗を行うことにより線材とした。その後、φ４．５ｍｍまで冷間で伸線加工を施し、引き続きφ４．０ｍｍまで液体窒素中で伸線加工を施した。
【００５９】
そして、鋼線製品の加工誘起マルテンサイト（α’）相の体積率及び引張強さを測定した。
【００６０】
次に、加工誘起マルテンサイト（α’）相の体積率、及び、φ４．０ｍｍ鋼線のサブゼロ加工後の引張強さに影響を及ぼす一次伸線及び二次伸線（サブゼロ加工）の伸線減面率の影響を調査した。
【００６１】
表１に示す鋼種Ｎのφ１８０ｍｍの鋳片から前記同様に線材を作製し、表４に示す各伸線減面率（一次伸線率）で一次伸線し、各伸線減面率（二次伸線率）で液体窒素中（一部の比較例では常温）で二次伸線することにより、φ４．０ｍｍの鋼線を作製した。なお、線材の線径は、鋼線の最終線径がφ４．０ｍｍとなるように変化させた。そして、得られた鋼線の加工誘起マルテンサイト（α’）相の体積率及び引張強さを測定した。評価結果を表４に示す。
【００６２】
試験Ｎｏ．１〜４３に示す本発明例の鋼線は、いずれもφ４．０ｍｍにおける引張強さが１７００ＭＰａ以上であった。
【００６３】
【表４】
2018021260.tif 000005
【００６４】
次に、表１〜表３で作製したφ４．０ｍｍのサブゼロ鋼線に４５０℃×３０分の時効熱処理を施し、引張強さを調査した。そして、得られた鋼線の引張強さを測定した。評価結果を表５〜表７に示す。
【００６５】
試験Ｎｏ．５０〜１２９に示す本発明例の鋼線は、いずれもφ４．０ｍｍにおける時効熱処理後の引張強さが２０５０ＭＰａ以上であった。
【００６６】
【表５】
2018021260.tif 000006
【００６７】
【表６】
2018021260.tif 000007
【００６８】
【表７】
2018021260.tif 000008
【００６９】
次に、サブゼロ加工及び時効熱処理された鋼線の引張強さに及ぼす線径の影響を調査した。φ１．０〜７．０ｍｍのサブゼロ鋼線に４５０℃×３０分の時効熱処理を施し、引張強さを調査した。
【００７０】
表１〜表３に示す鋼種Ｆ〜Ｊ、ＣＣ及びＣＯのφ１８０ｍｍの鋳片から前記同様に線材を作製し、表４の試験Ｎｏ．１２の各減面率で伸線を行い、４５０℃×３０分の時効熱処理を施し、表８に示す各線径の鋼線を作製した。なお、線材の線径は、鋼線の最終線径がφ１．０〜７．０ｍｍとなるように変化させた。そして、得られた鋼線の引張強さを測定した。評価結果を表８に示す。
【００７１】
試験Ｎｏ．１６９〜２０３に示す本発明例の鋼線は、いずれもφ１．０〜７．０ｍｍにおける時効熱処理後の引張強さが２０５０ＭＰａ以上であった。
【００７２】
【表８】
2018021260.tif 000009
【００７３】
次に、サブゼロ加工及び時効熱処理された鋼線の引張強さに及ぼす時効熱処理温度の影響を調査した。φ４．０ｍｍのサブゼロ鋼線に表９に示す各温度×３０分の時効熱処理を施し、引張強さを測定した。評価結果を表９に示す。
【００７４】
試験Ｎｏ．２１８〜２２３に示す本発明例の鋼線は、いずれも時効熱処理後の引張強さが２０５０ＭＰａ以上であった。
【００７５】
【表９】
2018021260.tif 000010
【００７６】
なお、鋼線の引張強さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１の引張試験での引張強さにて評価した。
【００７７】
また、α’相の体積率は、「製品」と「製品を１０５０℃×３分の熱処理した材料」を直流磁束計にて１００００  Ｏｅの磁場を付与した時の飽和磁化値を測定し、下記（ｃ）〜（ｅ）式にて求めた。飽和磁化値の測定には、直流磁化特性試験装置（メトロン技研(株)製）を用いた。
α’相の体積率（％）＝｛（σｓ−σ１０５０）／σｓ（ｂｃｃ）｝×１００  ・・・（ｃ）
なお、各記号の意味は以下の通りである。
σｓ：製品の飽和磁化値（Ｔ）
σ１０５０：製品を１０５０℃×３分の熱処理した材料の飽和磁化値（Ｔ）
σｓ（ｂｃｃ）：γが１００％マルテンサイト（α’）変態した時の飽和磁化値（計算値）
σｓ（ｂｃｃ）＝２．１４−０．０３０Ｃｒｅｑ  ・・・（ｄ）
Ｃｒｅｑ＝Ｃｒ＋１．８Ｓｉ＋Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．９Ｍｎ＋３．６（Ｃ＋Ｎ）＋１．２５Ｐ＋２．９１Ｓ  ・・・（ｅ）
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の太径高強度ステンレス鋼線は、太径で強度に優れる。そのため、本発明の太径高強度ステンレス鋼線は、太径高強度用のばね製品、例えば、自動車用ばね、燃料に接触するばね等として、好適に用いることができる。