(57)【要約】【課題】熱伝導特性と高温強度に優れた鋼線およびその製造方法を提供する。【解決手段】Ｃ  ：０．３〜１．２質量％、Ｓｉ：０．０１〜２．５質量％、Ｍｎ：０．０１〜１．０質量％、Ｐ  ：０質量％超、０．０５質量％以下、Ｓ  ：０質量％超、０．０５質量％以下、およびＣｒ：０．７〜２．０質量％を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼線であって、前記鋼線中に含まれるＣｒ系炭化物の最大直径が０．３μｍ以下であり、その個数が１．５個／μｍ２以下であり、焼もどしマルテンサイトが、面積率で９０％以上である鋼線。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ  ：０．３〜１．２質量％、
Ｓｉ：０．０１〜２．５質量％、
Ｍｎ：０．０１〜１．０質量％、
Ｐ  ：０質量％超、０．０５質量％以下、
Ｓ  ：０質量％超、０．０５質量％以下、および
Ｃｒ：０．７〜２．０質量％
を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼線であって、
前記鋼線中に含まれるＣｒ系炭化物の最大直径が０．３μｍ以下であり、その個数が１．５個／μｍ２以下であり、
焼もどしマルテンサイトが、面積率で９０％以上である鋼線。
【請求項２】
Ｃｕ：０質量％超、０．５質量％以下、
Ｎｉ：０質量％超、１．０質量％以下、および
Ｍｏ：０質量％超、１．５質量％以下
よりなる群から選ばれる１種類以上を更に含有する請求項１に記載の鋼線。
【請求項３】
Ｔｉ：０質量％超、０．１質量％以下、
Ｎｂ：０質量％超、０．５質量％以下、および
Ｖ  ：０質量％超、１．０質量％以下
よりなる群から選ばれる１種類以上を更に含有する請求項１または２に記載の鋼線。
【請求項４】
（ａ）請求項１〜３のいずれかに記載の化学成分組成を有する鋼材を製造する工程と、
（ｂ）前記鋼材を１１５０〜１３００℃に加熱後、７５０〜１０００℃の熱間加工温度で熱間加工する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）後、７５０℃以上の冷却開始温度から４００℃まで１℃／秒以下の平均冷却速度で冷却して線材を得る工程と、
（ｄ）前記線材を引抜き加工する工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）後、引抜き加工した前記線材に焼入れ焼もどし処理を行う工程と
を含む鋼線の製造方法。
【請求項５】
前記工程（ｄ）において、引抜き加工する前に、前記線材の表面の皮削りを行う請求項４に記載の鋼線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼線およびその製造方法に関し、とりわけ、ピストンリングのような、優れた熱伝導特性と高温強度が要求される機械構造部材の素材として用いることができる鋼線とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の軽量化や自動車エンジンの高出力化に伴い、エンジンに用いられる各種部品には、強度、靱性といった各種機械的特性の向上が求められている。特に、ピストン、ピストンリングなどの高熱にさらされる部品においては、強度や靭性に加えて、熱伝導特性も求められている。
【０００３】
近年のピストンリングには、従来用いられてきた鋳鉄製のものから、各種合金元素の添加によって種々の機能を付与した特殊鋼やステンレス鋼が用いられるようになってきている。
【０００４】
特殊鋼は、主相をマルテンサイトとすることで高い強度を確保することができ、また優れた疲労強度を確保することができる。しかし、エンジンのような高温環境下での使用においては、高強度部材ほど強度低下が著しく、強度低下による摩耗促進やエンジンの性能低下が生じやすくなる。高温環境下で起こるこのような問題に対処するために、これまでに以下のような技術が提案されている。
【０００５】
例えば特許文献１では鋼中に存在する硫化物系介在物の短径（幅）を適切に制御することで、高い耐焼付き性および高い耐摩耗性を有するピストンリング用鋼材、ピストンリング用異形線、ならびにピストンリングが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２では線材の組成と熱処理条件の最適化により適切な硬さが得られるピストンリング用線が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４６１６２０９号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／０５４１３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の硫化物系介在物の形状制御では、耐摩耗性は改善できるものの、耐熱性、熱伝導特性を改善することができず、ピストンリングとしての性能を十分に発揮できない場合がある。
【０００９】
また、特許文献２では、熱処理条件を再最適化するためＣｒ含有量が１１．０〜１４．０％と高く、Ｃｒ系炭化物が多く析出するため熱伝導性が低下しやすく、エンジンの耐久性が十分でない場合がある。
【００１０】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、熱伝導特性と高温強度に優れた鋼線とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る鋼線は、Ｃ  ：０．３〜１．２質量％、Ｓｉ：０．０１〜２．５質量％、Ｍｎ：０．０１〜１．０質量％、Ｐ  ：０質量％超、０．０５質量％以下、Ｓ  ：０質量％超、０．０５質量％以下、およびＣｒ：０．７〜２．０質量％を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼線であって、前記鋼線中に含まれるＣｒ系炭化物の最大直径が０．３μｍ以下であり、その個数が１．５個／μｍ２以下であり、焼もどしマルテンサイトが、面積率で９０％以上である。
【００１２】
本発明に係る鋼線は、Ｃｕ：０質量％超、０．５質量％以下、Ｎｉ：０質量％超、１．０質量％以下、およびＭｏ：０質量％超、１．５質量％以下よりなる群から選ばれる１種類以上を更に含有してよい。
【００１３】
本発明に係る鋼線は、Ｔｉ：０質量％超、０．１質量％以下、Ｎｂ：０質量％超、０．５質量％以下、およびＶ  ：０質量％超、１．０質量％以下よりなる群から選ばれる１種類以上を更に含有してよい。
【００１４】
本発明に係る鋼線の製造方法は、（ａ）請求項１〜３のいずれかに記載の化学成分組成を有する鋼材を製造する工程と、（ｂ）前記鋼材を１１５０〜１３００℃に加熱後、７５０〜１０００℃の熱間加工温度で熱間加工する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）後、７５０℃以上の冷却開始温度から４００℃まで１℃／秒以下の平均冷却速度で冷却して線材を得る工程と、（ｄ）前記線材を引抜き加工する工程と、（ｅ）前記工程（ｄ）後、引抜き加工した前記線材に焼入れ焼もどし処理を行う工程とを含む。
【００１５】
本発明に係る鋼線の製造方法は、前記工程（ｄ）において、引抜き加工する前に、前記線材の表面の皮削りを行ってよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、熱伝導特性と高温強度に優れた鋼線およびその製造方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであり、本発明の技術的範囲を限定することを意図したものではないことに留意されたい。
【００１８】
鋼の高強度化には、組織をマルテンサイトとすることが有効である。ただし、マルテンサイトは熱が付与されると固溶しているＣが凝集し、炭化物として析出する。高温になるに伴い、この炭化物が成長する過程で周囲のＣを吸収するため、高温になるほど強度が低下することとなる。この高温強度を高めるためには、Ｃの凝集を抑制することが有効であり、ＳｉやＣｒの添加が有効であることが知られている。
【００１９】
一方、熱伝導特性に関して、合金元素が少ないほど優れた熱伝導特性を発揮させることができる。ただし、高温強度を改善するためにＳｉやＣｒを添加すると熱伝導率が低下するため、高温強度と高い熱伝導率を両立させる鋼材を提供することは困難であった。
このような観点から、本発明者らは高温強度と高い熱伝導率を両立できる鋼線を得るべく種々の検討を行った。鋼材を高温で使用する際の熱伝導率について調査した結果、熱伝導性の阻害には炭化物の粗大化に伴う固溶元素の分散状態が関与しており、組織を均一化すれば高い熱伝導率を発揮させることができることが分かった。そのためには、高温強度を得るためＳｉやＣｒを多量添加する際に生成する析出物を十分に少なくすれば、温度が上昇しても炭化物が生成しにくいことを突き止め、高温強度と優れた熱伝導特性の両立する手段を得るに至った。
【００２０】
本発明者らは、詳細は後述するように、成分を所定の範囲とし、圧延等の熱間加工条件を適切に制御することで、焼入れ焼もどし後においても、Ｃｒ系炭化物の最大直径を０．３μｍ以下にすること、およびその個数を１．５個／μｍ２以下にすることができることを見出した。そして、このような特性を有する線材を用いて得た鋼線が、優れた高温強度および高い熱伝導特性を有することを見出した。
【００２１】
以下に、本発明の実施形態に係る鋼線およびその製造方法の詳細を説明する。
【００２２】
なお、本明細書において、「線材」とは、鋼材に圧延等の熱間成形加工を行い、所定のサイズに加工したものを意味し、「鋼線」とは、引き抜き加工（伸線加工）した後、焼入れ焼戻して得た、熱処理線を意味する。なお、線材を加工し鋼線を得る際に、引き抜き加工前に、必要に応じて皮削り（シェービング）を行ってよい。
【００２３】
また、本明細書において「最大直径」とは、対象とするＣｒ系炭化物の直径の最大値を意味する。最大直径は、例えばＳＥＭ写真等から測定できる。
【００２４】
＜１．鋼線＞
［１−１．金属組織］
本発明に係る鋼線は、鋼線中に含まれるＣｒ系炭化物の最大直径が０．３μｍ以下であり、その個数が１．５個／μｍ２以下であり、焼もどしマルテンサイトが、面積率で９０％以上である。
以下、各構成について詳述する。
【００２５】
（鋼線中に含まれるＣｒ系炭化物：最大直径が０．３μｍ以下、個数が１．５個／μｍ２以下）
Ｃｒ系炭化物は、Ｃｒを凝集させ、その周りにＣｒの欠乏域を形成することで、局所的な強度低下を発生させる。また、Ｃｒ系炭化物自体も熱伝導率の低下を招く。そこでＣｒ系炭化物は十分に小さく、且つ少なくする必要がある。鋼線において、鋼線中に含まれるＣｒ系炭化物の最大直径が０．３μｍ以下であり、その個数が１．５個／μｍ２以下であれば、高温強度の確保に必要なＳｉやＣｒを必要量添加しても強度低下や熱伝導性の低下を抑制することができ、高い熱伝導率と高温強度とを両立することができる。
Ｃｒ系炭化物の最大直径が０．３μｍを超えると、Ｃｒ系炭化物による熱伝導性阻害作用が顕著になるため熱伝導性が低下しやすくなる。より優れた熱伝導率および高温強度を得る観点から、好ましくは０．２５μｍ以下、より好ましくは０．２０μｍ以下である。
また、Ｃｒ系炭化物の個数が１．５個／μｍ２を超えると、Ｃｒ系炭化物同士の距離が近くなりすぎ、熱伝導性阻害作用が顕著になるため、熱伝導性が低下しやすくなる。さらに、Ｃｒ系炭化物の凝集が発生し易くなり、高温強度が低下しやすくなる。より優れた熱伝導率および高温強度を得る観点から、好ましくは１．２個／μｍ２以下、より好ましくは１個／μｍ２以下である。
【００２６】
（焼もどしマルテンサイトが面積率で９０％以上）
鋼線組織は、強度を確保するため、焼き戻しマルテンサイトが、面積率で９０％以上である。９０％を下回ると強度が確保できないだけでなく、炭化物が凝集しやすくなり、熱伝導性が低下しやすくなる。より優れた強度を確保する観点から、当該面積率は、好ましくは９２％以上、より好ましくは９５％以上である。なお、焼き戻しマルテンサイト以外の主な組織としては、パーライト、ベイナイト、残留オーステナイトなどが挙げられる。
【００２７】
Ｃｒ系炭化物の最大直径、および個数の測定は、熱間加工方向（例えば、熱間加工が圧延の場合は圧延方向）に垂直な断面（横断面）において、Ｄ／４から鋼材サンプルを切り出し、顕微鏡観察用試料を作製して行う。得られた顕微鏡観察用試料をＥＤＸ等の組成分析装置が付属した走査型電子顕微鏡により観察し、Ｆｅ以外の元素の質量の合計を１００％として、質量比でＣおよびＣｒの合計が１０％以上であり、最大直径（１つの炭化物について、ＳＥＭ写真上でその寸法が最大となる部分の寸法）が０．３μｍ以下であるかどうかを判定する。その後、そのＣｒ系炭化物の単位面積当たりの個数を数える。走査型電子顕微鏡による観察は、面積が１００μｍ２以上の視野を３視野以上観察して行う。
なお、必要に応じて画像解析ソフトを用いてよい。
【００２８】
［１−２．化学成分組成］
本発明の実施形態に係る鋼線および線材は、Ｃ：０．３〜１．２質量％、Ｓｉ：０．０１〜２．５質量％、Ｍｎ：０．０１〜１質量、Ｐ：０質量％超、０．０５質量％以下、Ｓ：０質量％超、０．０５質量％以下、Ｃｒ：０．７〜２質量％を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる。
【００２９】
本発明の実施形態に係る鋼線および線材は、Ｃｕ：０質量％超、０．５質量％以下、Ｎｉ：０質量％超、１．０質量％以下、およびＭｏ：０質量％超、１．５質量％以下）よりなる群から選ばれる１種以上を更に含有してよい。
【００３０】
本発明の実施形態に係る鋼線および線材は、Ｔｉ：０質量％超、０．１質量％以下、Ｎｂ：０質量％超、０．５質量％以下、およびＶ：０質量％超、１．０質量％以下よりなる群から選ばれる１種以上を更に含有してよい。
【００３１】
以下に各元素について詳述する。
【００３２】
（１）Ｃ：０．３〜１．２質量％
Ｃ（炭素）は、鋼線の強度向上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には、Ｃ含有量は０．３質量％以上、好ましくは０．４質量％以上、より好ましくは０．５質量％以上である。Ｃ含有量が過剰になると焼もどしマルテンサイト以外の組織が形成されやすくなるため、必要な靭性を確保することができなくなり、また、熱伝導率が不十分となる。そのためＣ含有量は１．２質量％以下、好ましくは１．１質量％以下、より好ましくは１質量％以下である。
【００３３】
（２）Ｓｉ：０．０１〜２．５質量％
Ｓｉ（シリコン）は、鋼線の強度向上や高温強度確保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には、Ｓｉ含有量は０．０１質量％以上、好ましくは０．０５質量％以上、より好ましくは０．１質量％以上である。一方、Ｓｉ含有量が過剰になると焼もどしマルテンサイト以外の組織が形成されやすくなるため、必要な靭性を確保することができなくなり、また、熱伝導率が不十分となる。そのためＳｉ含有量は２．５質量％以下、好ましくは２．４質量％以下、より好ましくは２．３質量％以下である。
【００３４】
（３）Ｍｎ：０．０１〜１．０質量％
Ｍｎ（マンガン）は、焼入れ性を向上させて、鋼線の強度を向上させる効果がある。このような効果を有効に発揮させるには、Ｍｎ含有量は０．０１質量％以上、好ましくは０．０５質量％以上、より好ましくは０．１質量％以上である。一方、Ｍｎ含有量が過剰になると、焼もどしマルテンサイト以外の組織が形成されやすくなるため、必要な靭性を確保することができなくなり、また、熱伝導率が不十分となる。そのため、Ｍｎ含有量は１．０質量％以下、好ましくは０．９質量％以下、より好ましくは０．８質量％以下である。
【００３５】
（４）Ｐ：０質量％超、０．０５質量％以下
Ｐ（リン）は不可避不純物であり、その含有量はできるだけ少ない方がよい。Ｐは、結晶粒界に偏析し易い元素であり、靱性を低下させ、線材の加工性を低下させる場合があるため、Ｐの含有量は０．０５質量％以下とする。Ｐの含有量は、好ましくは０．０４質量％以下であり、より好ましくは０．０３質量％以下である。Ｐの含有量は少ないほどよいが、工業的に０．００１質量％未満とすることは困難であり、量産性を考慮すると、通常、概ね０．００１質量％以上程度含有されている。
【００３６】
（５）Ｓ：０質量％超、０．０５質量％以下
Ｓ（硫黄）は不可避不純物であり、できるだけ少ない方が好ましい。特にＳは硫化物系介在物ＭｎＳを形成し、熱間加工時に偏析することで線材を脆化させる場合があるため、Ｓの含有量を０．０５質量％以下とする。Ｓの含有量は、好ましくは０．０４質量％以下であり、より好ましくは０．０３質量％以下である。Ｓの含有量は少ないほどよいが、工業的に０．００１質量％未満とすることは困難であるため、量産性を考慮すると、通常、概ね０．００１質量％以上程度含有されている。
【００３７】
（６）Ｃｒ：０．７〜２．０質量％
Ｃｒ（クロム）は、鋼線の高温強度を向上させるために有用な元素である。このような効果を有効に発揮させるためには、Ｃｒの含有量を０．７質量％以上とする。Ｃｒの含有量は、好ましくは０．８質量％以上であり、より好ましくは０．９質量％以上である。しかしながら、Ｃｒの含有量が過剰になると、Ｃｒ系炭化物の溶解が困難になり熱伝導率が低下しやすくなる。そのため、Ｃｒの含有量を２．０質量％以下とする。Ｃｒの含有量は、好ましくは１．９質量％以下であり、より好ましくは１．８質量％以下である。
【００３８】
本発明の１つの実施形態に係る鋼線および線材は、更に以下の成分を選択的に含有してよい。
【００３９】
Ｃｕ：０質量％超、０．５質量％以下、Ｎｉ：０質量％超、１．０質量％以下、およびＭｏ：０質量％超、１．５質量％以下よりなる群から選ばれる１種以上
これらの選択成分は鋼線の強度を高めるのに有用な元素である。これらは単独で含有してもよいし、二種以上を併用してもよい。添加する場合のそれぞれの元素の含有量の詳細について以下に示す。
【００４０】
（７）Ｃｕ：０質量％超、０．５質量％以下
Ｃｕ（銅）は、鋼線の強度を高めるのに有用な元素である。こうした効果を発揮させるため、Ｃｕの含有量は０質量％超であることが好ましい。Ｃｕの含有量は、より好ましくは０．０５質量％以上、さらに好ましくは０．１質量％以上、さらにより好ましくは０．２質量％以上である。一方、Ｃｕの含有量が過剰になると、恒温（１３５６Ｋ）で液相となり、熱間圧延での変形中にオーステナイト結晶粒界に偏析して表面割れを発生させるため、Ｃｕの含有量は０．５質量％以下であることが好ましい。Ｃｕの含有量は、より好ましくは０．４質量％以下であり、さらに好ましくは０．３質量％以下である。
【００４１】
（８）Ｎｉ：０質量％超、１．０質量％以下
Ｎｉ（ニッケル）は、鋼線の強度および靱性を高めるのに有用な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｎｉの含有量は０質量％超であることが好ましい。Ｎｉの含有量は、より好ましくは０．０５質量％以上、さらに好ましくは０．１質量％以上、さらにより好ましくは０．２質量％以上である。一方、Ｎｉの含有量が過剰になると、鋼線表面に不均一に濃化し、鋼線表面の凹凸が大きくなって表面性状を悪化させ、疲労特性に悪影響を及ぼすようになるため、Ｎｉの含有量は１質量％以下であることが好ましい。Ｎｉの含有量は、より好ましくは０．９質量％以下であり、さらに好ましくは０．８質量％以下である。
【００４２】
（９）Ｍｏ：０質量％超、１．５質量％以下
Ｍｏ（モリブデン）は、鋼線の強度および靱性を高めるのに有用な元素である。こうした効果を発揮させるためにはＭｏの含有量は０質量％超であることが好ましい。Ｍｏの含有量は、より好ましくは０．０５質量％以上、さらに好ましくは０．０８質量％以上、さらにより好ましくは０．１質量％以上である。一方、Ｍｏ含有量が過剰になると、靭性および疲労特性に悪影響を与えるため、Ｍｏの含有量は1．５質量％以下であることが好ましい。Ｍｏの含有量は、より好ましくは１．３質量％以下、さらに好ましくは１．０質量％以下である。
【００４３】
本発明の１つの実施形態に係る線材および鋼線は、更に以下の成分を選択的に含有してよい。
【００４４】
Ｔｉ：０質量％超、０．１質量％以下、Ｎｂ：０質量％超、０．５質量％以下、およびＶ：０質量％超、１．０質量％以下よりなる群から選ばれる１種以上
これらの選択成分は鋼線の靱性向上に有用な元素である。これらは単独で含有してもよく、また二種以上を併用してもよい。添加する場合のそれぞれの元素の含有量の詳細について以下に示す。
【００４５】
（１０）Ｔｉ：０質量％超、０．１質量％以下
Ｔｉ（チタン）は、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化することによって、鋼線の靱性向上に寄与する元素である。このような効果を有効に発揮させるためには、Ｔｉの含有量は０質量％超であることが好ましい。Ｔｉの含有量は、より好ましくは０．０２質量％以上、さらに好ましくは０．０３質量％以上である。一方、Ｔｉの含有量が過剰になると鋼線の靭性を低下させるため、Ｔｉの含有量は０．１質量％以下であることが好ましい。Ｔｉの含有量は、より好ましくは０．０８質量％以下であり、さらに好ましくは０．０５質量％以下である。
【００４６】
（１１）Ｎｂ：０質量％超、０．５質量％以下
Ｎｂ（ニオブ）は、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化することによって、鋼線の靱性向上に寄与する元素である。このような効果を有効に発揮させるためには、Ｎｂの含有量は０質量％超であることが好ましい。Ｎｂの含有量は、より好ましくは０．０２質量％以上、さらに好ましくは０．０４質量％以上、さらにより好ましくは０．０６質量％以上である。一方で、Ｎｂの含有量が過剰になると、コストが増加するだけでなく、降伏点（降伏比）を上昇させて皮削りおよび引抜きに対する加工性を劣化させるため、Ｎｂの含有量は０．５質量％以下であることが好ましい。Ｎｂの含有量は、より好ましくは０．４質量％以下であり、さらに好ましくは０．３質量％以下である。
【００４７】
（１２）Ｖ：０質量％超、１．０質量％以下
Ｖ（バナジウム）は、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化することによって、鋼線の靱性向上に寄与する元素である。このような効果を有効に発揮させるためには、Ｖの含有量は０質量％超であることが好ましい。Ｖの含有量は、より好ましくは０．０１質量％以上、さらに好ましくは０．０３質量％以上、さらにより好ましくは０．０５質量％以上である。一方で、Ｖの含有量が過剰になると、コストが増加するだけでなく、降伏点（降伏比）を上昇させて皮削りおよび引抜きに対する加工性を劣化させるため、Ｎｂの含有量は０．５質量％以下であることが好ましい。Ｎｂの含有量は、より好ましくは０．４質量％以下であり、さらに好ましくは０．３質量％以下である。
【００４８】
本発明の実施形態に係る鋼線および線材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、鉄原料（スクラップを含む）、副原料などの資材、製造設備などの状況によって不可避的に混入するＣａおよびＮａなどの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。
【００４９】
なお、ＰおよびＳについては、含有量が少ないほど好ましく、従って不可避不純物であるが、その組成範囲について上記のように別途規定している。このため、本明細書において、残部を構成する「不可避不純物」は、別途その組成範囲が規定されている元素を除いた概念である。
【００５０】
＜２．鋼線の製造方法＞
次に、本発明の鋼線を製造する方法について説明する。本発明の実施形態に係る鋼線の製造方法は、（ａ）上述の化学成分組成を有する鋼材を製造する工程と、（ｂ）前記鋼材を１１５０〜１３００℃に加熱後、７５０〜１０００℃の熱間加工温度で熱間加工する工程と、（ｃ）工程（ｂ）後、７５０℃以上の冷却開始温度から４００℃まで１℃／秒以下の平均冷却速度で冷却して線材を得る工程とを含み、これにより、鋼中に含まれるＣｒ系炭化物の最大直径を０．３μｍ以下、個数を１．５個／μｍ２以下とすることが可能となる。当該製造方法はさらに、（ｄ）前記線材を引抜き加工する工程と、（ｅ）工程（ｄ）後、引抜き加工した前記線材に焼入れ焼もどし処理を行う工程とを含み、これにより鋼線を得ることができる。
【００５１】
以下、各構成を詳述する。なお、以下の説明では、熱間加工について圧延を例に挙げ説明する。しかし、熱間加工は、圧延に限定されるものではなく、鍛造等他の熱間加工方法を用いてよい。
【００５２】
［（ａ）上述の化学成分組成を有する鋼材を製造する工程］
製鋼工程および鋳造工程等により熱間加工用の上記所定の化学成分組成を満足する鋼材を得る。例えば、所定の化学成分組成を有する鋼を、通常の製鋼法に従って溶製し、連続鋳造工程により得た鋳塊（ブルーム）を分塊圧延して所定サイズのビレットを作製してよい。
【００５３】
圧延等の熱間加工工程では、Ｃｒ系炭化物を溶解させるため、以下に示すように、加熱、熱間加工および冷却条件の制御が必要となる。
【００５４】
［（ｂ）前記鋼材を１１５０〜１３００℃に加熱後、７５０〜１０００℃の熱間加工温度で熱間加工する工程］
（ｂ−１）前記鋼材を１１５０〜１３００℃に加熱
圧延前の加熱において、ビレット（熱間加工用の鋼材）に存在している粗大なＣｒ系炭化物を溶解する必要がある。この加熱温度を１１５０〜１３００℃とする。加熱温度が１１５０℃より低いとＣｒ系炭化物が残存し、その後の冷却以降もＣｒ系炭化物は残存し続けるため所定の組織を得ることができなくなる。
加熱温度は、好ましくは１１７５℃以上、より好ましくは１２００℃以上である。ビレットを高温に加熱する程、Ｃｒ系炭化物の固溶が容易になるが、オーステナイト粒が粗大化しやすくなるため、Ｃｒが凝集しやすくなり、焼入れ焼もどし後のＣｒ系炭化物のサイズが過大になり、高温強度、熱伝導率が低下しやすくなる。そのため、加熱温度の上限は１３００℃以下、好ましくは１２７５℃以下、より好ましくは１２５０℃以下である。なお、加熱温度での保持時間は操業条件に合わせて適切に選択されればよく、例えば３０分以上である。なお、加熱温度は、例えば放射温度計等により加熱炉から出口での鋼材の温度を測ることにより確認してよく、また保持時間が十分に長い場合は、加熱炉温度を加熱温度として用いてもよい。
【００５５】
（ｂ−２）７５０〜１０００℃の熱間加工温度で熱間加工
熱間加工条件は焼入れ焼もどし後のＣｒ系炭化物のサイズおよび単位面積当たりの個数に大きな影響を与える。Ｃｒ系炭化物は圧延などの熱間加工を加えない場合、あるいは１０００℃を超える高温で熱間加工が施される場合は、Ｃｒがオーステナイト粒界など局所的に濃化しその後のパーライト変態後、Ｃｒ濃度の高いパーライトが部分的に形成される。これらのパーライトを構成するラメラセメンタイトはＣｒによってＣの拡散が抑制されているため、焼入れのためのオーステナイト加熱時に溶解しにくく、未固溶炭化物として残存することとなる。結果、未固溶炭化物周りにＣｒの欠乏域が形成されることとなり、高温強度および熱伝導性を劣化させる原因となる。未固溶炭化物の生成を抑制するためには、熱間加熱後、オーステナイト化温度の低温側で熱間加工することが有効である。なるべく低い温度域で加工することで、鋼材に多くのひずみを導入することができ、これらのひずみによりＣｒを鋼材に均一に存在させることができ、その後の焼入れのためのオーステナイト加熱時に全量を溶解させることができるようになり、高温強度と熱伝導性を両立できる鋼材組織を得ることができる。Ｃｒを均一に存在させるための熱間加工温度は１０００℃以下、好ましくは９７５℃以下、より好ましくは９５０℃以下とする。熱間加工温度が７５０℃より低いと、熱間加工前にＣｒの濃化が進行してしまい、その後の焼入れ焼もどしで所望の組織を得ることができなくなる。そのため、熱間加工温度は７５０℃以上、好ましくは７７５℃以上、より好ましくは８００℃以上とする。
なお、熱間加工温度は、例えば放射温度計等により熱間加工直前の鋼材の温度を測ることにより確認してよい。
【００５６】
［（ｃ）工程（ｂ）後、７５０℃以上の冷却開始温度から４００℃まで１℃／秒以下の平均冷却速度で冷却して線材を得る工程］
熱間加工を終えた鋼材を７５０℃以上（１０００℃以下）に設定した冷却開始温度から４００℃まで、１℃／秒以下の平均冷却速度で冷却する。冷却開始温度が７５０℃より低いと、冷却開始前にＣｒの濃化が進行し、その後の焼入れ焼もどしで所望の組織を得ることができなくなる。冷却開始温度は、好ましくは７７５℃以上、更に好ましくは８００℃以上である。
適正な冷却温度を選択している限り、熱間加工完了から制御冷却開始までは、組織制御に影響しないので、自然冷却、制御冷却など操業に合わせた冷却条件が選択できる。
なお、熱間加工時のひずみは、Ｃｒ系炭化物を分散させるために重要であるが、おおむね５０％以上の断面減少率が確保されれば、焼入れ焼もどし後に所定のＣｒ系炭化物のサイズおよび単位面積当たりの個数をより確実に得ることができる。
【００５７】
制御冷却温度から４００℃までの冷却を、１℃／秒以下の平均冷却速度で行うことにより、Ｃｒが均一に分散したパーライトを得ることができ、その後の焼入れ焼もどしによって、所定のＣｒ系炭化物のサイズおよび単位面積当たりの個数を得ることができる。
平均冷却速度が１℃/秒より速いと、ベイナイトやマルテンサイトといった過冷組織が発生するようになり、その後の皮削り、引き抜きといった加工を施すことが困難になる。平均冷却速度は、好ましくは０．９℃／秒以下、より好ましくは０．８℃／秒以下である。平均冷却速度の下限は特に限定されないが、通常０．２℃／秒である。
【００５８】
制御冷却停止温度を、４００℃以下とすることで、均一なパーライトを得ることができる。制御冷却停止温度が４００℃を超えると、ベイナイトやマルテンサイトといった過冷組織が発生するようになり、その後の皮削り、引き抜きといった加工を施すことが困難になる。制御冷却停止温度は好ましくは３７５℃以下、より好ましくは３５０℃以下である。制御冷却停止温度の下限は特に限定されないが、通常２００℃である。
【００５９】
平均冷却速度は、例えばスレルモア冷却の条件（風量、風速およびカバーの有無）を制御することで調整してよい。
また、平均冷却速度は、放射温度計等により圧延材の温度を測ることにより求めてよい。
【００６０】
このようにして得られた線材を用いて、鋼線を製造することで高温強度に優れ、かつ熱伝導特性に優れた鋼線を得ることができる。
【００６１】
本発明の実施形態に係る鋼線の製造方法はさらに、（ｄ）前記線材を引抜き加工する工程と、（ｅ）工程（ｄ）後、引抜き加工した前記線材に焼入れ焼もどし処理を行う工程とを含む。
上記工程（ｄ）および（ｅ）を含む、線材から鋼線を得るための工程は、既知の一般的な製造条件を用いてよい。引抜き加工する前に、線材（圧延線材）の表面近傍の脱炭層、疵等を取除く目的で線材の表面の皮削りを行い、その後、所望の線径に引抜き加工（伸線）し、その後焼入れ焼き戻し処理を施して鋼線を得る。なお、鋼線の用途または使用条件等に応じて、皮削りは省略してよい。
以下に、線材から鋼線を得るための製造条件を例示する。
【００６２】
焼入れ焼戻し処理において、焼入れ時の加熱温度はＣｒ系炭化物を再溶解させるように設定されるが、同時にＣｒ系炭化物の再生成、成長を抑制する必要がある。そのため、８５０℃以上、好ましくは８７０℃以上、より好ましくは８９０℃以上である。一方、加熱温度が過剰に高温になるとオーステナイト粒が粗大化し、Ｃｒがオーステナイト粒界に凝集しやすくなるため、加熱温度は、１０００℃℃以下、好ましくは９８０℃以下、より好ましくは９６０℃以下である。所定温度に保持した後に加熱した油、例えば概ね５０〜８０℃程度の油中に焼入れを行った後、焼戻しを行う。焼戻しは例えば、２０００ＭＰａ以上のような所望の引張強度となるように、その温度および時間を適宜調整すればよい。例えば焼戻しは概ね加熱温度３５０℃以上、４５０℃以下とすることが好ましい。このような処理をすることで本発明で得られる鋼線は、優れた高温強度および優れた熱伝導特性を示す。本発明の鋼線は所望の形状に加工することで、ピストンリングなど耐熱性が要求される構造部材を製造できる。部品加工後に必要に応じてショットピーニング、窒化処理などの公知の各種表面硬化処理を施してもよい。
また、例えば、ピストンまたはピストンリングの形状等の鋼線の使用態様に応じて、鋼線の断面（長手方向に垂直な断面）が、正方形、四角形、円形または楕円形等の種々の形状となるように加工してよい。当該加工は、上記工程（ｅ）により得られた鋼線に対して、例えば圧延または引き抜き加工等により行ってよく、また、上記工程（ｄ）における伸線加工時に行い、その後、焼入れ焼戻し処理を行ってよい。
【００６３】
以上のように本発明に係る鋼線の製造方法を説明したが、本発明に係る鋼線の所望の特性を理解した当業者が試行錯誤を行い、本発明に係る所望の特性を有する鋼線を製造する方法であって、上記の製造方法以外の方法を見出す可能性がある。
【実施例】
【００６４】
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、本発明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。
【００６５】
（１）サンプル作製
小型真空溶解炉で溶製および鋳造し、表１に示す化学成分組成の鋼塊１５０ｋｇ作製した。なお、各表の数値の下に付した下線は、当該数値が上述した本発明の実施形態から外れていることを示している。この鋳塊を、分塊温度を模擬した加熱温度（表２および表３に示す熱間加工の加熱温度と同じ温度）で加熱した後、鍛伸加工して１５５ｍｍ角の鋼片を作製した。この鋼片にダミービレットを溶接して、実機圧延にて表２および表３に示す熱間加工条件（圧延条件）および冷却条件でφ７ｍｍの線材を作製した。なお、表２および表３の「制御冷却速度」は、制御冷却開始温度から制御冷却停止温度までの平均冷却速度を意味する。
次いで、この線材に皮削り、および引抜き加工を施した後、焼入れ焼もどし処理を行い、線径φ３．０ｍｍの鋼線を得た。焼入れ焼戻し処理の焼戻し条件は、鋼線の引張強度が１９５０〜２０５０ＭＰａとなるように調整した。
【００６６】
得られた、鋼線に存在するＣｒ系炭化物の最大直径および単位面積当たりの個数を以下の方法で評価した。また、得られた鋼線について４５０℃に加熱した後の硬さ試験、および熱伝導特性評価を以下の方法で行った。
【００６７】
（２）Ｃｒ系炭化物の最大径および単位面積当たりの個数
線材の圧延方向に垂直な断面（横断面）から試験用サンプルを切り出した。このサンプルを用いて、ＳＥＭ組織観察用試料を作製した。
具体的には、サンプル切り出し後、エメリー紙、ダイヤモンドバフ、電解研磨によって切断面を鏡面研磨した。試験片の鏡面研磨面を電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ：観察倍率１００００倍、加速電圧２０ｋＶ）で観察・画像撮影した。任意の５箇所で観察を行い、各観察箇所の写真を撮影した（全５枚）。Ｃｒ系炭化物の同定は、ＦＥ−ＳＥＭに付属のＥＤＸ分析装置を用いて行った。Ｆｅ以外の元素の質量の合計を１００％として、質量比でＣおよびＣｒを１０％以上含む炭化物をＣｒ系炭化物とした。評価は、１視野あたり面積μｍ２で３視野について行った。これによりＣｒ系炭化物最大径およびＣｒ系炭化物の個数を求めた。個数については、Ｍｅｄｉａ  Ｃｙｂａｒｎｅｔ社製画像解析ソフト（Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓ）を用いて長径が０．０５μｍ以上のＣｒ系炭化物の個数を求め、１μｍ２当たりの個数密度とした。
測定結果を表４および５に示す。
【００６８】
（４）ビッカース硬さ試験
上記ＦＥ−ＳＥＭ観察サンプルを硬度試験片として、断面を鏡面状態に研磨して仕上げた後、ビッカース硬さ試験機を用いて測定した。
具体的には、鋼材全体の硬度を評価するため、上記鏡面仕上げした試験片の表層部（試験片最表面から０．０５ｍｍ内側）、Ｄ／４部、Ｄ／２部（Ｄは試験片厚み）の３箇所で測定を行った。測定に際しては測定荷重を３００ｇとし、３回測定して平均値を求めた。本発明では、ビッカース硬さは、５００Ｈｖ以上を合格（高強度）、５００Ｈｖ未満を不合格（強度不足）と評価した。測定結果を表４および５に示す。
【００６９】
（５）熱伝導特性評価
熱伝導特性はレーザーフラッシュ法による熱伝導率測定を室温、大気にて実施した。測定条件は以下の通り。
測定方法：レーザーフラッシュ法
測定温度：室温
測定装置：アルバック理工製熱定数測定装置ＴＣ−７０００
雰囲気：大気
試験片サイズ：φ７×２ｔｍｍ
熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を合格と評価した。評価結果を表４および５に示す。
【００７０】
なお、表１〜５中、下線が付されたものは本発明の規定から外れていることを意味する。
【００７１】
【表１】
2018062690.tif 000002
【００７２】
【表２】
2018062690.tif 000003
【００７３】
【表３】
2018062690.tif 000004
【００７４】
【表４】
2018062690.tif 000005
【００７５】
【表５】
2018062690.tif 000006
【００７６】
表４の試験Ｎｏ．１〜１５は、表１の鋼種Ｅを用いて、熱処理条件を表２に示すように種々変化させたサンプルである。これらのうち試験Ｎｏ．２〜３、６〜７、１０〜１１および１３〜１４は、いずれも、上述した本発明の実施形態に係る条件で製造したサンプルであり、Ｃｒ系炭化物の最大径および個数密度、並びに焼もどしマルテンサイトの面積率の全てが本発明の実施形態の範囲内に制御されているため、優れた高温強度および熱伝導特性を示した。
【００７７】
これに対し、鋳塊の加熱温度が下限より低い試験Ｎｏ．１は、加熱不足となり、Ｃｒ系炭化物を十分固溶させることができないため、Ｃｒ系炭化物の最大径が過大となり、鋼線の熱伝導率が不十分であった。
【００７８】
一方、鋳塊の加熱温度が上限より高い試験Ｎｏ．４は、加熱が過剰となりオーステナイト粒径が粗大化し、その後の熱間加工で十分なＣｒ系炭化物の析出サイトを形成させることができなくなり、Ｃｒ系炭化物のサイズが過大となった。この結果、鋼線の高温強度および熱伝導率が不十分であった。
【００７９】
熱間加工温度が下限より低い試験Ｎｏ．５は、粗大なパーライトが生じてしまい、熱間加工で十分なＣｒ系炭化物の析出サイトを形成させることができず、Ｃｒ系炭化物の個数密度が過剰となり、この結果、鋼線の熱伝導率が不十分であった。
【００８０】
熱間加工温度が上限より高い試験Ｎｏ．８は、加熱が過剰となり熱間加工後においてもオーステナイト粒径が粗大化し、Ｃｒ系炭化物の析出サイトが不足したため、Ｃｒ系炭化物の最大径が過大となり、この結果、鋼線の高温強度および熱伝導率が不十分であった。
【００８１】
制御冷却開始温度が下限より低い試験Ｎｏ．９は、粗大なパーライト生じてしまい、熱間加工で十分なＣｒ系炭化物の析出サイトを形成させることができず、Ｃｒ系炭化物の個数密度が過剰となり、この結果、鋼線の熱伝導率が不十分であった。
【００８２】
制御冷却開始温度から制御冷却停止温度までの平均冷却速度が上限より速い試験Ｎｏ．１２は、冷却中のパーライト変態を完了させることができず、部分的にベイナイトが生じることによって、Ｃｒ系炭化物の個数密度が過剰となり、この結果、鋼線の高温強度が不十分であった。
【００８３】
制御冷却停止温度が上限より高い試験Ｎｏ．１５は、冷却中のパーライト変態を完了させることができず、その後の冷却でベイナイトが生じることによって、Ｃｒ系炭化物の個数密度が過剰となり、この結果、鋼線の高温強度が不十分であった。
【００８４】
表４の試験Ｎｏ．１６〜２０、表５の試験Ｎｏ．２１〜３９は、熱間加工条件および冷却条件を表２および表３に示すとおり一定とし、鋼種をＡ〜Ｙ（Ｅを除く）に変更したサンプルである。これらのうち試験Ｎｏ．１６〜３３はいずれも、上述の本発明の実施形態に係る成分範囲を満足しており、Ｃｒ系炭化物の最大径および個数密度、焼もどしマルテンサイトの面積分率の全てが本発明の範囲内に制御されているため、優れた高温強度および熱伝導率を示した。
【００８５】
これに対し、Ｃ量が下限より低い鋼種Ｔを用いた試験Ｎｏ．３４は、高温で硬さが低下しやすくなり、この結果、鋼線の高温強度が不十分であった。
【００８６】
Ｃ量が上限より高い鋼種Ｕを用いた試験Ｎｏ．３５は、制御冷却でパーライト変態を完了させることができず、冷却後も残留オーステナイトが生成し、焼もどし後もその一部の変態が不十分であったため、この結果、鋼線の熱伝導率が不十分であった。
【００８７】
Ｓｉ量が上限より高い鋼種Ｖを用いた試験Ｎｏ．３６は、制御冷却でパーライト変態を完了させることができず、冷却後も残留オーステナイトが生成し、焼もどし後もその一部の変態が不十分であったため、この結果、鋼線の熱伝導率が不十分であった。
【００８８】
Ｍｎ量が上限より高い鋼種Ｗを用いた試験Ｎｏ．３７は、制御冷却でパーライト変態を完了させることができず、冷却後も残留オーステナイトが生成し、焼もどし後もその一部の変態が不十分であったため、この結果、鋼線の熱伝導率が不十分であった。
【００８９】
Ｃｒ量が下限より低い鋼種Ｘを用いた試験Ｎｏ．３８は、高温で硬さが低下しやすくなり、この結果、鋼線の高温強度が不十分であった。
【００９０】
Ｃｒ量が上限より高い鋼種Ｙを用いた試験Ｎｏ．３９は、加熱や熱間加工工程でＣｒ系炭化物を十分に分解させることができず、焼入れ焼もどし後のＣｒ系炭化物のサイズおよび面積率が過剰となった。その結果、鋼線の熱伝導率が不十分であった。