(57)【要約】本発明は、基本成分や、酸素、硫黄を規制し、結晶粒微細化や冷間伸線加工によるオースフォームの強靱化効果を用いて、延靱性と剛性率の著しく向上させた高強度ステンレス鋼線およびその製造方法を提供するものであり、この鋼線は、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１４％、Ｓｉ：０．１〜４．０％、Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｎｉ：５．０〜９．０％、Ｃｒ：１４．０〜１９．０％、Ｎ：０．００５〜０．２０％、Ｏ：０．００１〜０．０１％、Ｓ：０．０００１〜０．０１２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、２Ｃ＋Ｎが０．１７〜０．３２％、下記（１）式のＮｉ当量（％）の値が２０〜２４、Ｈ≦４ｐｐｍである。Ｎｉ当量（％）＝Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋１．０６Ｍｎ＋０．３５Ｓｉ＋１２．６（Ｃ＋Ｎ）    （１）【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１４％、Ｓｉ：０．１〜４．０％、Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｎｉ：５．０〜９．０％、Ｃｒ：１４．０〜１９．０％、Ｎ：０．００５〜０．２０％、Ｏ：０．００１〜０．０１％、Ｓ：０．０００１〜０．０１２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、２Ｃ＋Ｎが０．１７〜０．３２％、下記（１）式のＮｉ当量（％）の値が２０〜２４、Ｈ≦４ｐｐｍであることを特徴とする延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線。
Ｎｉ当量（％）＝Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋１．０６Ｍｎ＋０．３５Ｓｉ＋１２．６（Ｃ＋Ｎ）                                        （１）
【請求項２】
前記鋼線は、さらに、質量％で、下記のＡ，Ｂ，Ｃのいずれか１種以上含有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の延靭性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線。
Ａ：Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗの何れか１種または２種以上をそれぞれ：０．０１〜０．３０％
Ｂ：Ｖ：０．１〜０．５％
Ｃ：Ｍｏ：０．２〜３．０％
【請求項３】
前記鋼線の下記（２）式のＧＩ（％）の値が３０以下であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線。
ＧＩ（％）＝１６Ｃ＋２Ｍｎ＋９Ｎｉ−３Ｃｒ＋８Ｍｏ＋１５Ｎ      （２）
【請求項４】
重量％で、Ｃ：０．０３〜０．１４％、Ｓｉ：０．１〜４．０％、Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｎｉ：５．０〜９．０％、Ｃｒ：１４．０〜１９．０％、Ｎ：０．００５〜０．２０％、Ｏ：０．００１〜０．０１％、Ｓ：０．０００１〜０．０１２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、２Ｃ＋Ｎが０．１７〜０．３２％、下記（１）式のＮｉ当量（％）の値が２０〜２４である鋼を熱間圧延してロッドとし、溶体化処理した後、或いはこのロッドを１回以上溶体化処理および冷間伸線加工をして粗線とした後、仕上げの冷間伸線加工を施して鋼線とする一連の工程において、少くとも最後の溶体化処理を水素ガスを含有しない雰囲気中で行ない、鋼中のＨを４ｐｐｍ以下とし、（３）式で示される冷間伸線加工量：εが、（４）式の範囲内となるように仕上げの冷間伸線加工を行なうことを特徴とする延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法。
Ｎｉ当量（％）＝Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋１．０６Ｍｎ＋０．３５Ｓｉ＋１２．６（Ｃ＋Ｎ）                                        （１）
ε＝ｌｎ（Ａ０／Ａ）                                            （３）
但し、Ａ０：冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の断面積
Ａ  ：冷間伸線加工後の鋼線の断面積
０．１５×（Ｎｉ当量）−２．２８≦ε≦０．１５×（Ｎｉ当量）−０．８８                                                                  （４）
【請求項５】
質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１４％、Ｓｉ：０．１〜４．０％、Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｎｉ：５．０〜９．０％、Ｃｒ：１４．０〜１９．０％、Ｎ：０．００５〜０．２０％、Ｏ：０．００１〜０．０１％、Ｓ：０．０００１〜０．０１２％を含有し、かつ、２Ｃ＋Ｎが０．１７〜０．３２％、（１）式のＮｉ当量（％）の値が２０〜２４であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延してロッドとし溶体化処理した後、或いはこのロッドを１回以上溶体化処理および冷間伸線加工して粗線とした後、仕上の冷間伸線加工を施して鋼線にする一連の工程中の一工程として、水素ガスを含有しない雰囲気中で脱水素処理を施して鋼中のＨを４ｐｐｍ以下とし、（３）式で示される伸線加工量：εが、（４）式の範囲内となるように仕上の冷間伸線加工を行うことを特徴とする延靱性・弾性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋１．０６Ｍｎ＋０．３５Ｓｉ＋１２．６（Ｃ＋Ｎ）                                              （１）
ε＝ｌｎ（Ａ０／Ａ）                                            （３）
但し、Ａ０：冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の断面積
Ａ  ：冷間伸線加工後の鋼線の断面積
０．１５×（Ｎｉ当量）−２．２８≦ε≦０．１５×（Ｎｉ当量）−０．８８                                                                  （４）
【請求項６】
前記鋼、ロッドまたは粗線は、さらに、質量％で、下記のＡ，Ｂ，Ｃのいずれか１種以上を含有することを特徴とする請求の範囲第４項または第５項に記載の延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法。
Ａ：Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗのいずれか１種または２種以上をそれぞれ：０．０１〜０．３０％
Ｂ：Ｖ：０．１〜０．５％
Ｃ：Ｍｏ：０．２〜３．０％
【請求項７】
前記ロッドまたは粗線の冷間伸線加工前のオーステナイト平均結晶粒径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求の範囲第４項または第５項に記載の延靱性・弾性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法。
【請求項８】
前記鋼、ロッドまたは粗線は、さらに、質量％で、下記のＡ，Ｂ，Ｃのいずれか１種以上を含有し、
かつ、前記ロッドまたは粗線の冷間伸線加工前のオーステナイト平均結晶粒径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求の範囲第４項または第５項に記載の延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法。
Ａ：Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗのいずれか１種または２種以上をそれぞれ：０．０１〜０．３０％
Ｂ：Ｖ：０．１〜０．５％
Ｃ：Ｍｏ：０．２〜３．０％、
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は高強度ステンレス鋼線に関わり、さらに詳しくは高強度オーステナイト系ステンレス鋼線の冷間伸線加工による延靱性（延性、靱性）と剛性率向上技術に関するものである。
背景技術
従来、ばね用等の高強度ステンレス鋼線は、冷間伸線加工時の縦割れ（時効割れ）が問題であり、これを成分、水素量や伸線加工後の加工誘起マルテンサイト量を規制して防止する技術が提案されている（特開平１０−１２１２０８号公報）。
また、鉄鋼材料の強靱化技術（延靱性改善技術）に関して、熱間または温間でオーステナイト組織を加工後に冷却させてマルテンサイト変態させるオースフォーム手法が、炭素鋼で古くから検討されてきた（例えば、日本金属学会会報第２７巻第８号、１９８８年、Ｐ６２３〜６３９）。しかし、この手法は、熱間や温間域でオーステナイト組織を加工した直後に焼入れしなければならないため、制約が大きく、工業的には殆ど普及していない。
従来技術では、ばね用等に使用されるステンレス鋼線の延靱性（延性と靱性）と剛性率の向上策について検討されていない。とりわけ、高強度ばね用鋼線の延靱性の指標として、捻回値が重要である。
高強度ステンレスばねの使用中の折損事故防止や、ばね定数を高めて安定して軽量化するという観点から高強度ステンレス鋼線の延靱性（捻回値）や剛性率の向上は最も重要な課題となる。
そこで、本発明の目的は、基本成分や清浄度（酸素、硫黄）の規制に加え、結晶粒微細化や冷間伸線加工によるオースフォームの強靱化効果を使うことで、延靱性と剛性率を著しく向上させた高強度ステンレス鋼線、およびその製造方法を提供することにある。
発明の開示
本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討した結果、オーステナイト系ステンレス鋼において、母材の基本成分、清浄度（酸素、硫黄）の規制に加え、組織、強度と冷間伸線加工条件を限定して、結晶粒微細化とオースフォームの強靱化の効果を使うことで、延靱性と剛性率を著しく向上させた高強度ステンレス鋼線を安定して得ることができることを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
本発明は、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１４％、Ｓｉ：０．１〜４．０％、Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｎｉ：５．０〜９．０％、Ｃｒ：１４．０〜１９．０％、Ｎ：０．００５〜０．２０％、Ｏ：０．００１〜０．０１％、Ｓ：０．０００１〜０．０１２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、２Ｃ＋Ｎが０．１７〜０．３２％、下記（１）式のＮｉ当量（％）の値が２０〜２４、Ｈ≦４ｐｐｍである延靱性・弾性率に優れる高強度ステンレス鋼線である。
Ｎｉ当量（質量％）＝Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋１．０６Ｍｎ＋０．３５Ｓｉ＋１２．６（Ｃ＋Ｎ）                                    （１）
また、本発明の前記鋼線は、さらに、質量％で、以下のＡ，Ｂ，Ｃのいずれか１種以上を含有しても良い。
Ａ：Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗの何れか１種または２種以上をそれぞれ：０．０１〜０．３０％
Ｂ：Ｖ：０．１〜０．５％
Ｃ：Ｍｏ：０．２〜３．０％
また、本発明の前記鋼線は、下記（２）式のＧＩ（％）の値が３０以下であることが好ましい。
ＧＩ（％）＝１６Ｃ＋２Ｍｎ＋９Ｎｉ−３Ｃｒ＋８Ｍｏ＋１５Ｎ      （２）
また、本発明は、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１４％、Ｓｉ：０．１〜４．０％、Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｎｉ：５．０〜９．０％、Ｃｒ：１４．０〜１９．０％、Ｎ：０．００５〜０．２０％、Ｏ：０．００１〜０．０１％、Ｓ：０．０００１〜０．０１２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、２Ｃ＋Ｎが０．１７〜０．３２％、下記（１）式のＮｉ当量（％）の値が２０〜２４である鋼を熱間圧延してロッドとし、溶体化処理した後、或いはこのロッドを１回以上溶体化処理および冷間伸線加工をして粗線とした後、仕上げの冷間加工を施して鋼線とする一連の工程において、少くとも最後の溶体化処理を水素ガスを含有しない雰囲気中で行い、鋼中のＨを４ｐｐｍ以下とし、（３）式で示される伸線加工量：εが、（４）式の範囲内となるように仕上げの冷間伸線加工を行なう延靱性・弾性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法である。
Ｎｉ当量（％）＝Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋１．０６Ｍｎ＋０．３５Ｓｉ＋１２．６（Ｃ＋Ｎ）                                        （１）
ε＝ｌｎ（Ａ０／Ａ）                                            （３）
但し、Ａ０：冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の断面積
Ａ  ：冷間伸線加工後の鋼線の断面積
０．１５×（Ｎｉ当量）−２．２８≦ε≦０．１５×（Ｎｉ当量）−０．８８                                                                  （４）
また、本発明は、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１４％、Ｓｉ：０．１〜４．０％、Ｍｎ：０．１〜５．０％、Ｎｉ：５．０〜９．０％、Ｃｒ：１４．０〜１９．０％、Ｎ：０．００５〜０．２０％、Ｏ：０．００１〜０．０１％、Ｓ：０．０００１〜０．０１２％を含有し、かつ、２Ｃ＋Ｎが０．１７〜０．３２％、（１）式のＮｉ当量（％）の値が２０〜２４であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延してロッドとし溶体化処理した後、或いはこのロッドを１回以上溶体化処理および冷間伸線加工して粗線とした後、仕上の冷間伸線加工を施して鋼線にする一連の工程中の一工程として、水素ガスを含有しない雰囲気中で脱水素処理を施して鋼中のＨを４ｐｐｍ以下とし、（３）式で示される伸線加工量：εが、（４）式の範囲内となるように仕上の冷間伸線加工を行う延靱性・弾性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法である。
Ｎｉ当量＝Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋１．０６Ｍｎ＋０．３５Ｓｉ＋１２．６（Ｃ＋Ｎ）                                              （１）
ε＝ｌｎ（Ａ０／Ａ）                                            （３）
但し、Ａ０：冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の断面積
Ａ  ：冷間伸線加工後の鋼線の断面積
０．１５×（Ｎｉ当量）−２．２８≦ε≦０．１５×（Ｎｉ当量）−０．８８                                                                  （４）
また、本発明の製造方法において、前記鋼、ロッドまたは粗線は、さらに、質量％で、下記のＡ，Ｂ，Ｃのいずれかから選ばれた１種以上を含有してもよい。
Ａ：Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗのいずれか１種または２種以上をそれぞれ：０．０１〜０．３０％
Ｂ：Ｖ：０．１〜０．５％
Ｃ：Ｍｏ：０．２〜３．０％
また、本発明の製造方法において、前記ロッドまたは粗線の冷間伸線加工前のオーステナイト平均結晶粒径を３０μｍ以下とすることが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
先ず、本発明のステンレス鋼線の成分範囲について述べる。なお、以下の説明において、％は特に断りのない限り、全て質量％を示す。
Ｃは、Ｎと合わせて冷間伸線加工後に高強度を得るために、０．０３％以上を添加する。しかし、０．１４％を超えて添加すると、粒界にＣｒ炭化物が析出し、延靱性が低下することから、上限を０．１４％とした。
Ｓｉは、脱酸のため、０．１％以上添加する。しかし、４．０％を超えて添加するとその効果は飽和するばかりか、製造性が悪く、また、逆に延靱性が劣化するため、上限を４．０％とした。
Ｍｎは脱酸のため、また、Ｎｉ当量を調整するため、０．１％以上添加する。しかし、５．０％を超えて添加すると、剛性率が低下するため、上限を５．０％とした。
Ｎｉは、延靱性を確保し、Ｎｉ当量を調整するため、５．０％以上添加する。しかし、９．０％を超えて添加すると、剛性率が低下するため、上限を９．０％とした。
Ｃｒは、耐食性を確保し、Ｎｉ当量を調整するために、１４．０％以上を添加する。しかし、１９．０％を超えて添加すると、延靱性が劣化するため、上限を１９．０％とした。
Ｎは、Ｃと合わせて冷間伸線加工後に高強度を得るために、０．００５％以上添加する。しかし、０．２０％を超えて添加すると、製造時にブローホールが生成し、製造性を著しく劣化させるため、上限を０．２０％とした。
Ｏは、捻回値を確保するために、０．０１％以下に規制する。しかし、０．００１％以下にすると工業的にコスト高になり、コストパフォーマンスが悪くなるため、下限を０．００１％とする。
Ｓは、捻回値を確保するために、０．０１２％以下に限定する。しかし、０．０００１％以下にすると工業的にコスト高になり、コストパフォーマンスが悪くなるため、下限を０．０００１％とする。
鋼中の水素は、延靱性を確保するために、４ｐｐｍ以下とする。とりわけ、１．５ｐｐｍ以下にすることが望ましい。
Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗは、微細な炭窒化物を形成し、鋼線の溶体化処理後のオーステナイト結晶粒を安定的に微細化させて延靱性を向上させるため、必要に応じ、いずれか１種または２種以上をそれぞれ０．０１％以上添加する。しかし、０．３０％以上添加してもその効果は飽和し、経済的でないばかりか、逆に延靱性を低下させるため、上限を０．３％とする。
特に、ＡｌおよびＮｂは、熱間加工性を向上させるとともに、析出強化効果による高強度化に寄与することから有効である。
Ｖは、Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗと同様に、微細な炭窒化物を形成、鋼線の溶体化処理後のオーステナイト結晶粒を安定的に微細化させて延靱性を向上させるため、必要に応じ、０．１％以上添加する。しかし、０．５％以上添加してもその効果は飽和し、逆に延靱性を低下させるため、上限を０．５％とする。
Ｍｏは、耐食性に有効であるため、必要に応じ、０．２％以上添加する。しかし、３．０％を超えて添加してもその効果は飽和し、逆に弾性率が低下するため、上限を３．０％とする。とりわけ、２．０％以下とすることが好ましい。
Ｃｕは、オーステナイト組織の加工硬化を抑制し、冷間伸線加工後の鋼線の強度を低減させるため、必要に応じて０．８％以下に低減することが望ましい。
Ｐは、延靱性を低下させる元素であるため、必要に応じ、０．０２％以下に低減することが望ましい。
次に、冷間伸線加工後の鋼線の強度および加工誘起マルテンサイト量について説明する。
冷間伸線加工後の鋼線の引張強さが１７００Ｎ／ｍｍ２未満の場合、基本的に延靱性が高いため、本発明の効果が顕著に現れない。それに対し、冷間伸線加工後の鋼線の引張強さが１７００Ｎ／ｍｍ２以上の高強度材になると、延靱性が低下するため、結晶粒微細化やオースフォーム等の本発明の効果が明確となる。そのため、冷間伸線加工後の鋼線の引張強さが１７００Ｎ／ｍｍ２以上に限定することが望ましい。とりわけ、１９００Ｎ／ｍｍ２以上にすることが好ましいが、上限値は２８００Ｎ／ｍｍ２にとどめるのが良い。
また、冷間伸線加工後の鋼線の加工誘起マルテンサイト量が２０％未満の場合、通常の冷間伸線加工後の鋼線の引張強さが１７００Ｎ／ｍｍ２未満となり、本発明の高延靱性の効果が顕著に現れないし、また、剛性率も低くなる。そのため、加工誘起マルテンサイト量が２０％以上であることが望ましい。一方、冷間伸線加工後の加工誘起マルテンサイト量が８０％を超えるとオースフォームされた強靱なマルテンサイト量自体が減少して、延靱性を低下させる。そのため、上限を８０％にすることが望ましい。とりわけ、オースフォームによる強靱化と高剛性率を最大限に引き出すためには、冷間伸線加工後の鋼線の加工誘起マルテンサイト量を４０％〜７０％とすることが好ましい。
なお、この加工誘起マルテンサイト量（体積％）の測定は、例えば、直流磁化特性の測定装置などによる飽和磁束密度から求めることができる。また、簡易的なフェライトメータ等で測定する場合は、線径により補正が必要である。
次に、本発明で規定した２Ｃ＋Ｎ量（％）および（１），（２）式について説明する。
２Ｃ＋Ｎ（％）は冷間伸線加工後の鋼線の引張強さに及ぼすＣ，Ｎの影響を調査した結果得られたものである。冷間伸線加工後の鋼線の引張強さを１７００Ｎ／ｍｍ２以上確保するため２Ｃ＋Ｎを０．１７（％）以上にする。しかし、０．３２（％）を超えると延靱性を低下させるため、上限を０．３２（％）とした。とりわけ、安定した高強度化（引張強さ≧１９００Ｎ／ｍｍ２）と高延靱性の観点から、０．２０（％）以上、０．３０（％）以下とすることが望ましい。
次に、（１）式のＮｉ当量は、冷間伸線加工した後の鋼線の延靱性に及ぼす各元素の影響を調査した結果得られたもので、延靱性に対し、効果のある元素と影響度を示すものである。
Ｎｉ当量（％）＝Ｎｉ＋０．６５Ｃｒ＋０．９８Ｍｏ＋１．０６Ｍｎ＋０．３５Ｓｉ＋１２．６（Ｃ＋Ｎ）                                      …（１）
Ｎｉ当量の値が２４（％）を超えると冷間伸線加工後の鋼線の加工誘起マルテンサイト量が減り、強度が低下し、本発明の効果が薄れることから２４（％）以下とした。一方、Ｎｉ当量の値が２０（％）未満であると冷間伸線加工後の鋼線のオースフォームされたマルテンサイト自体が減少して延靱性を低下させるため、下限を２０（％）とした。とりわけ、通常の冷間伸線加工によりオースフォームの強靱化を最大限に引き出すには、Ｎｉ当量で２１（％）〜２３（％）とすることが好ましい。
また、（２）式のＧＩ（％）は、冷間伸線加工した後の剛性率に及ぼす各元素の影響を調査した結果得られたもので、剛性率に対し、効果のある元素と影響度を示すものである。
ＧＩ（％）＝１６Ｃ＋２Ｍｎ＋９Ｎｉ−３Ｃｒ＋８Ｍｏ＋１５Ｎ    …（２）
必要に応じて、ＧＩの値を３０（％）以下とする。ＧＩの値が３０（％）を超えると冷間伸線加工後の剛性率が低くなることから、上限を３０（％）とするのが望ましい。とりわけ、２５（％）以下とすることが好ましい。
次に、本発明の鋼線の製造工程の概要について説明する。
本発明の鋼線は、以下の▲１▼、▲２▼のいずれかの工程により製造される。
すなわち、所要の成分に調整した鋼を熱間圧延してステンレスロッドとし、これを溶体化処理（圧延後の連続処理も含む）後、▲１▼仕上げ冷間伸線加工により鋼線（最終製品）とするか、▲２▼最終の鋼線径とステンレスロッド径との差が大きい場合は、前記溶体化処理されたステンレスロッドを１回以上の冷間伸線加工、焼鈍（溶体化処理）を繰返して粗線（ストランド）とし、この粗線にストランド焼鈍（溶体化処理）を施した後、仕上げ冷間伸線加工を施して鋼線（最終製品）とする。この一連の工程中において溶体化処理（ストランド焼鈍を含む）は、水素ガスを含有する雰囲気中、水素ガスを含有しない雰囲気中のいずれでもよいが、本発明においては後述するように、少くとも最後の溶体化処理は、水素ガスを含有しない雰囲気中で行ない、特定の条件下で仕上の冷間伸線加工を行なう。なお、ここで溶体化処理とは炭化物を固溶状態にすることをいう。
また、本発明においては、上述の一連の工程中の一工程として水素を含有しない雰囲気中で脱水素処理を行ない、特定の条件下で仕上げの冷間伸線加工を行う。
次に、冷間伸線加工条件について説明する。
（３）式は溶体化処理後のロッドまたは、粗線の冷間伸線加工量、（４）式はその範囲を示したものである。
ε＝ｌｎ（Ａ０／Ａ）                                          …（３）
Ａ０：冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の断面積
Ａ  ：冷間伸線加工後の鋼線の断面積
０．１５×（Ｎｉ当量）−２．２８≦ε≦０．１５×（Ｎｉ当量）−０．８８                                                                …（４）
室温で一般の冷間伸線加工を施す場合、（３）式で規定した冷間伸線加工量；εの値が（４）式で規定した範囲に入るようにする。
（４）式の範囲よりも小さい場合、冷間伸線加工後の鋼線の引張強さが低下し、また、剛性率も低くなる。一方、（４）式の範囲よりも大きくなると、冷間伸線加工後の鋼線のマルテンサイト量が増加し、延靱性が低下する。そのため、（３），（４）式で溶体化処理後の冷間伸線加工量を限定する。
次に、ロッド又は粗線の溶体化処理（ストランド焼紙を含む）および脱水素処理条件について説明する。
延靱性は、前述したように鋼線の水素含有量の依存性を示す。水素ガスを含有する還元ガス雰囲気中で溶体化処理すると水素の吸収により、鋼が４ｐｐｍを超える水素を含有して、延靱性が劣化する。そのため、前述の工程中の少くとも最後の溶体化処理時は、水素ガスを含有しないＡｒガス、窒素ガス、大気等の雰囲気で行ない、鋼中水素含有量を４ｐｐｍ以下とする。特にＡｒガスなどの雰囲気では、表面酸化が防止されるので好ましい。
また、鋼中の水素量を４ｐｐｍ以下とするために、前述の一連の工程中の一工程として、例えば、ロッドを溶体化処理する前後、粗線にする冷間伸線加工のための溶体化処理の前後、あるいは仕上げ冷間伸線加工するための溶体化処理の前後などにおいて、脱水素処理を施す。すなわち、２００〜６００℃の水素ガスを含有しない雰囲気中で脱水素処理を施すと、延靱性が向上する。この時、２００℃以下ではその効果が明確でなく、６００℃を超えると酸化スケールが厚くなり、製造性が劣化する。そのため、２００〜６００℃、好ましくは、２００〜４００℃、の水素ガスを含まないＡｒガス、窒素ガス、大気等の雰囲気中で脱水素処理することが望ましい。
次に、ロッド又は粗線の冷間伸線加工前のオーステナイト組織の結晶粒径について説明する。
冷間伸線加工前のロッドまたは粗線のオーステナイト組織の平均結晶粒径が３０μｍを超える場合、冷間伸線加工後の鋼線の延靱性が低下する。そのため、必要に応じ、冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の溶体化処理条件を、例えば９５０℃〜１１５０℃の温度域から平均５℃／ｓ以上の冷却速度で５００℃以下まで急冷するなどによって、調整してオーステナイト組織の平均結晶粒径を３０μｍ以下とする。
実施例
以下に本発明の実施例に基いてさらに具体的に説明する。
本発明は、とりわけ、冷間伸線加工後の鋼線の目標特性として、引張強さが１７００Ｎ／ｍｍ２以上、ばね用鋼線の延靱性の重要な因子である捻回値が１０回以上、ばね用鋼線の弾性率の重要な因子である剛性率が６３ＧＰａ以上とした。弾性率の重要な因子としてヤング率もあるが、本発明では剛性率をその代表値として規定する。
実施例の供試材は、通常のステンレス線材の製造工程で溶製し、熱間でφ５．５ｍｍまでロッド圧延を行い、１０００℃で圧延を終了した。得られたロッドを約１０５０℃で５ｍｉｎの熱処理（溶体化処理）を施し、水冷した。その後、一部は脱水素処理を施して、中間の冷間伸線加工を行い粗線とした。その後この粗線を、ストランド炉にてＡｒガス雰囲気で１０５０℃の溶体化処理を施した後、仕上げの冷間伸線加工を施し鋼線とした。
そして、この仕上げ冷間伸線加工前（溶体化処理後）の粗線のオーステナイトの平均結晶粒径と仕上冷間伸線加工後の鋼線の水素量、加工誘起マルテンサイト量、引張強さ、捻回値、剛性率を調査した。
冷間伸線加工前の粗線オーステナイト平均結晶粒径は、粗線の横断面を１０％硝酸溶液中で電解エッチングを行い、その後、画像解析により、各結晶毎の断面積を求め、この面積を換算した換算径（ｄ）の１０点の平均値で示している。
水素量は、冷間伸線加工後の鋼線から試料を取り出し、不活性ガス溶融−熱伝導側定法により測定した。
冷間伸線加工後の鋼線の加工誘起マルテンサイト量は、直流式のＢＨトレーサーにて飽和磁化を測定して求めた。
冷間伸線加工後の鋼線の引張強さは、ＪＩＳ  Ｚ２２４１の引張試験により測定した。
冷間伸線加工後の鋼線の捻回値は、ねじり試験を行い、破断するまでのねじれ回数にて評価した。
冷間伸線加工後の鋼線の剛性率は、ねじり振り子法により測定した。
まず、本発明の基本成分の効果について述べる。供試材は、熱間でのロッド圧延と溶体化処理を施した後のロッドをφ３．４ｍｍまで中間の冷間伸線加工を施して粗線とし、続いてＡｒ雰囲気で溶体化処理を施して、その後、φ１．６ｍｍまで仕上げの冷間伸線加工を施して鋼線とた。表１に実施例の基本成分と鋼線の特性を示す。
本発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１９と比較例Ｎｏ．２０〜Ｎｏ．３２は、鋼線の各特性に及ぼすマトリックスの成分；Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｏ，Ｎの影響を調査したものである。
本発明例は、全ての鋼線の引張強さが１７００Ｎ／ｍｍ２以上であり、捻回値が１０回以上、剛性率が６３ＧＰａ以上であり、高強度で捻回値、弾性率に優れていた。また、本発明例のＮｏ．１とＮｏ．１９との比較において、Ｐを下げることで捻回値が向上していた。
しかし、比較例Ｎｏ．２０では、Ｃ量が低く、捻回値と弾性率は低くないが、強度が低いため、本発明の効果が明確でなかった。
比較例Ｎｏ．２１では、Ｃ量が高く、捻回値に劣っていた。
比較例Ｎｏ．２２では、Ｎ量が高く、ブローホール等の材料欠陥が発生したため、捻回値に劣っていた。
比較例Ｎｏ．２３では、Ｓｉ量が高く、捻回値に劣っていた。
比較例Ｎｏ．２４では、Ｍｎ量が高く、捻回値に劣っていた。
比較例Ｎｏ．２５では、Ｎｉ量が高く、加工誘起マルテンサイト量が低く、剛性率に劣る。
比較例Ｎｏ．２６では、Ｎｉ量が低く、加工誘起マルテンサイト量が高く、捻回値に劣っていた。
比較例Ｎｏ．２７では、Ｃｒ量が低く、加工誘起マルテンサイト量が高く、捻回値に劣っていた。
比較例Ｎｏ．２８では、Ｃｒ量が高く、捻回値に劣るばかりか、加工誘起マルテンサイト量が低く、剛性率にも劣っていた。
比較例Ｎｏ．２９では、Ｍｏ量が高く、剛性率に劣っていた。
比較例Ｎｏ．３０では、Ｃｕ量が高く、引張強さが低いため、本発明の高捻回値の効果が明確でないばかりか、加工誘起マルテンサイト量が低く、剛性率にも劣っていた。
比較例Ｎｏ．３１，Ｎｏ．３２では、Ｏ量およびＳ量がそれぞれ高く、捻回値に劣っていた。
次に、本発明の結晶粒微細化と結晶粒微細化元素添加の効果について述べる。供試材は、熱間でのロッド圧延と溶体化処理を施した後のロッドを、φ３．４ｍｍまで中間の冷間伸線加工を施して粗線とし、続いてＡｒ雰囲気で溶体化処理を施した。そして、その後、この粗線にφ１．６ｍｍまで仕上げの冷間伸線加工を施し鋼線とした。表２に実施例の基本成分と鋼線の特性を示す。
本発明例Ｎｏ．３３〜Ｎｏ．４４と比較例Ｎｏ．４５，Ｎｏ．４６は、鋼線の捻回値に及ぼす結晶粒微細化と結晶粒微細化元素の添加の効果を調査したものである。
本発明例Ｎｏ．３４〜Ｎｏ．４４において、結晶粒微細化のためにＡｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｖが添加されて、平均結晶粒径が約１０μｍとなっており、本発明例Ｎｏ．３３に比べ捻回値が明らかにさらに向上した。結晶粒微細化の高捻回値の効果は明らかである。さらに、表２の本発明例Ｎｏ．３４〜４４（Ｎｉ当量はすべて２１．７〜２２．１％）のうち、引張強さが２０００Ｎ／ｍｍ２以上であるＮｏ．３５，３６，３８，４４の捻回値（それぞれ２９回、２５回、３２回、２５回）と、表１の結晶粒微細化元素の添加のない本発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１９のうちで、Ｎｉ当量が２１．７〜２２．１％かつ、引張強さが２０００Ｎ／ｍｍ２以上であるＮｏ．３，１１，１２，１８の捻回値（それぞれ１３回、１３回、１１回、１３回）とを比較しても、結晶粒微細化元素の添加の効果は明らかである。
しかし、比較例Ｎｏ．４５，Ｎｏ．４６においては、ＡｌやＮｂが過剰に添加されているため逆に捻回値が低下した。
次に本発明の水素量を低減した効果、および、水素低減を図るための製造方法の効果について述べる。表３に実施例の製造条件と特性を示す。供試材について、表１の鋼種Ａを熱間でロッド圧延し溶体化処理後、このロッドの一部を表３中の条件にて脱水素処理を施した。そして、φ３．４ｍｍまで中間の冷間伸線加工を施して粗線とし、続いて表３中の各雰囲気ガスの条件でストランド焼鈍（溶体化処理）を施して、その後、この粗線をφ１．６ｍｍまで仕上げの冷間伸線加工を施して鋼線とした。
本発明例Ｎｏ．４７〜Ｎｏ．５５と比較例Ｎｏ．５６，Ｎｏ．５７は、鋼線の捻回値に及ぼす結晶粒微細化と結晶粒微細化元素の添加の効果を調査したものである。
本発明例Ｎｏ．４７〜Ｎｏ．５５において、水素量が低いため捻回値が高い。特に、本発明例Ｎｏ．５０〜Ｎｏ．５５は、脱水素処理を施し、水素量を更に低減しているため、捻回値が更に向上した。水素低減による高捻回値化の効果は明らかである。
しかし、比較例Ｎｏ．５６，Ｎｏ．５７は水素ガスを含む雰囲気中で焼鈍しており、材料中の水素量が高いため、捻回値に劣っていた。
次に本発明の冷間伸線加工方法の効果について述べる。表４に実施例の冷間伸線条件と特性を示す。供試材については、表２の鋼種ＡＨ、表１の鋼種Ｉおよび鋼種Ｌを熱間でロッド圧延し溶体化処理した後、このロッドにφ３．４ｍｍまで中間の冷間伸線加工を施して粗線とし、続いてＡｒ雰囲気ガス中でストランド焼鈍（溶体化処理）を施して、その後、この粗線に表４中の冷間伸線加工量で仕上げの冷間伸線加工を施し、鋼線とした。また、表４には、（３），（４）式から計算される最適な冷間伸線加工量の範囲も示す。
本発明例Ｎｏ．５８〜Ｎｏ．６６と比較例Ｎｏ．６７〜Ｎｏ．７２は、鋼線の引張強さ、捻回値、剛性率に及ぼす冷間伸線加工量の効果を調査したものである。
本発明例Ｎｏ．５８〜Ｎｏ．６６は、冷間伸線加工量が適正であるため、引張強さが高く、且つ、高い捻回値と剛性率を示す。
しかし、比較例Ｎｏ．６７，Ｎｏ．６９，Ｎｏ．７１は、冷間伸線加工量が低いため、引張強さが低く、本発明の高捻回値の効果が明確でないばかりか、加工誘起マルテンサイト量が低く、剛性率にも劣っていた。
比較例Ｎｏ．６８，Ｎｏ．７０，Ｎｏ．７２は、冷間伸線加工量が高過ぎ、加工誘起マルテンサイト量が多いため、捻回値に劣っていた。
以上の実施例からわかるように、本発明の高強度ステンレス鋼線は、捻回値（延靱性）と剛性率において極めて優れていることは明らかである。
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産業上の利用可能性
本発明の延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線およびその製造方法によれば、オーステナイト系ステンレス鋼線の母材の基本成分、清浄度（酸素、硫黄）の規制に加え、組織、強度と伸線加工条件を限定して、結晶粒微細化とオースフォームの強靱化の効果を使うことで、延靱性と剛性率を著しく向上させた高強度ステンレス鋼線を安定して得ることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月4日(2005.1.4)
【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】
質量％で、Ｃ：0.03〜0.14％、Si： 0.1〜 4.0％、Mn： 0.1〜 5.0％、Ni： 5.0〜 9.0％、Cr：14.0〜19.0％、Ｎ： 0.005〜0.20％、Ｏ： 0.001〜0.01％、Ｓ：0.0001〜 0.012％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ、２Ｃ＋Ｎが0.17〜0.32％、下記（１）式のNi当量（％）の値が20〜24、Ｈ≦４ppm であることを特徴とする延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線。
Ni当量（％）＝Ni＋0.65Cr＋0.98Mo＋1.06Mn＋0.35Si＋12.6（Ｃ＋Ｎ）  （１）
【請求項２】
前記鋼線は、さらに、質量％で、下記のＡ，Ｂ，Ｃのいずれか１種以上含有することを特徴とする請求項１に記載の延靭性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線。
Ａ：Al，Nb，Ti，Zr，Ta，Ｗの何れか１種または２種以上をそれぞれ：0.01〜0.30％
Ｂ：Ｖ： 0.1〜 0.5％
Ｃ：Mo： 0.2〜 3.0％
【請求項３】
前記鋼線の下記（２）式のGI（％）の値が30以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線。
GI（％）＝16Ｃ＋２Mn＋９Ni−３Cr＋８Mo＋15Ｎ        （２）
【請求項４】
重量％で、Ｃ：0.03〜0.14％、Si： 0.1〜 4.0％、Mn： 0.1〜 5.0％、Ni： 5.0〜 9.0％、Cr：14.0〜19.0％、Ｎ： 0.005〜0.20％、Ｏ： 0.001〜0.01％、Ｓ：0.0001〜 0.012％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ、２Ｃ＋Ｎが0.17〜0.32％、下記（１）式のNi当量（％）の値が20〜24である鋼を熱間圧延してロッドとし、溶体化処理した後、或いはこのロッドを１回以上溶体化処理および冷間伸線加工をして粗線とした後、仕上げの冷間伸線加工を施して鋼線とする一連の工程において、少くとも最後の溶体化処理を水素ガスを含有しない雰囲気中で行ない、鋼中のＨを４ppm 以下とし、（３）式で示される冷間伸線加工量：εが、（４）式の範囲内となるように仕上げの冷間伸線加工を行なうことを特徴とする延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法。
Ni当量（％）＝Ni＋0.65Cr＋0.98Mo＋1.06Mn＋0.35Si＋12.6（Ｃ＋Ｎ）  （１）
ε＝ln（Ａ0 ／Ａ）                                  （３）
但し、Ａ0 ：冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の断面積
Ａ  ：冷間伸線加工後の鋼線の断面積
0.15×（Ni当量）−2.28≦ε≦0.15×（Ni当量）−0.88  （４）
【請求項５】
質量％で、Ｃ：0.03〜0.14％、Si： 0.1〜 4.0％、Mn： 0.1〜 5.0％、Ni： 5.0〜 9.0％、Cr：14.0〜19.0％、Ｎ： 0.005〜0.20％、Ｏ： 0.001〜0.01％、Ｓ：0.0001〜 0.012％を含有し、かつ、２Ｃ＋Ｎが0.17〜0.32％、（１）式のNi当量（％）の値が20〜24であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延してロッドとし溶体化処理した後、或いはこのロッドを１回以上溶体化処理および冷間伸線加工して粗線とした後、仕上の冷間伸線加工を施して鋼線にする一連の工程中の一工程として、水素ガスを含有しない雰囲気中で脱水素処理を施して鋼中のＨを４ppm 以下とし、（３）式で示される伸線加工量：εが、（４）式の範囲内となるように仕上の冷間伸線加工を行うことを特徴とする延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法。
Ni当量＝Ni＋0.65Cr＋0.98Mo＋1.06Mn＋0.35Si＋12.6（Ｃ＋Ｎ）  （１）
ε＝ln（Ａ0 ／Ａ）                                  （３）
但し、Ａ0 ：冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の断面積
Ａ  ：冷間伸線加工後の鋼線の断面積
0.15×（Ni当量）−2.28≦ε≦0.15×（Ni当量）−0.88  （４）
【請求項６】
前記鋼、ロッドまたは粗線は、さらに、質量％で、下記のＡ，Ｂ，Ｃのいずれか１種以上を含有することを特徴とする請求項４または５に記載の延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法。
Ａ：Al，Nb，Ti，Zr，Ta，Ｗのいずれか１種または２種以上をそれぞれ：0.01〜0.30％
Ｂ：Ｖ： 0.1〜 0.5％
Ｃ：Mo： 0.2〜 3.0％
【請求項７】
前記ロッドまたは粗線の冷間伸線加工前のオーステナイト平均結晶粒径が30μｍ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法。
【請求項８】
前記鋼、ロッドまたは粗線は、さらに、質量％で、下記のＡ，Ｂ，Ｃのいずれか１種以上を含有し、
かつ、前記ロッドまたは粗線の冷間伸線加工前のオーステナイト平均結晶粒径が30μｍ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法。
Ａ：Al，Nb，Ti，Zr，Ta，Ｗのいずれか１種または２種以上をそれぞれ：0.01〜0.30％
Ｂ：Ｖ： 0.1〜 0.5％
Ｃ：Mo： 0.2〜 3.0％
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高強度ステンレス鋼線に関わり、さらに詳しくは高強度オーステナイト系ステンレス鋼線の冷間伸線加工による延靱性（延性、靱性）と剛性率向上技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ばね用等の高強度ステンレス鋼線は、冷間伸線加工時の縦割れ（時効割れ）が問題であり、これを成分、水素量や伸線加工後の加工誘起マルテンサイト量を規制して防止する技術が提案されている（特許文献１）。
また、鉄鋼材料の強靱化技術（延靱性改善技術）に関して、熱間または温間でオーステナイト組織を加工後に冷却させてマルテンサイト変態させるオースフォーム手法が、炭素鋼で古くから検討されてきた（例えば、非特許文献１)。しかし、この手法は、熱間や温間域でオーステナイト組織を加工した直後に焼入れしなければならないため、制約が大きく、工業的には殆ど普及していない。
従来技術では、ばね用等に使用されるステンレス鋼線の延靱性（延性と靱性）と剛性率の向上策について検討されていない。とりわけ、高強度ばね用鋼線の延靱性の指標として、捻回値が重要である。
高強度ステンレスばねの使用中の折損事故防止や、ばね定数を高めて安定して軽量化するという観点から高強度ステンレス鋼線の延靱性（捻回値）や剛性率の向上は最も重要な課題となる。
【特許文献１】特開平10−121208号公報
【非特許文献１】日本金属学会会報第27巻第８号、1988年、Ｐ623〜639
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明の目的は、基本成分や清浄度（酸素、硫黄）の規制に加え、結晶粒微細化や冷間伸線加工によるオースフォームの強靱化効果を使うことで、延靱性と剛性率を著しく向上させた高強度ステンレス鋼線、および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】
【０００４】
本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討した結果、オーステナイト系ステンレス鋼において、母材の基本成分、清浄度（酸素、硫黄）の規制に加え、組織、強度と冷間伸線加工条件を限定して、結晶粒微細化とオースフォームの強靱化の効果を使うことで、延靱性と剛性率を著しく向上させた高強度ステンレス鋼線を安定して得ることができることを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
【０００５】
本発明は、質量％で、Ｃ：0.03〜0.14％、Si： 0.1〜 4.0％、Mn： 0.1〜 5.0％、Ni： 5.0〜 9.0％、Cr：14.0〜19.0％、Ｎ： 0.005〜0.20％、Ｏ： 0.001〜0.01％、Ｓ：0.0001〜 0.012％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ、２Ｃ＋Ｎが0.17〜0.32％、下記（１）式のNi当量（％）の値が20〜24、Ｈ≦４ppm である延靱性・弾性率に優れる高強度ステンレス鋼線である。
Ni当量（質量％）＝Ni＋0.65Cr＋0.98Mo＋1.06Mn＋0.35Si＋12.6（Ｃ＋Ｎ）  （１）
【０００６】
また、本発明の前記鋼線は、さらに、質量％で、以下のＡ，Ｂ，Ｃのいずれか１種以上を含有しても良い。
Ａ：Al，Nb，Ti，Zr，Ta，Ｗの何れか１種または２種以上をそれぞれ：0.01〜0.30％
Ｂ：Ｖ： 0.1〜 0.5％
Ｃ：Mo： 0.2〜 3.0％
【０００７】
また、本発明の前記鋼線は、下記（２）式のGI（％）の値が30以下であることが好ましい。
GI（％）＝16Ｃ＋２Mn＋９Ni−３Cr＋８Mo＋15Ｎ        （２）
【０００８】
また、本発明は、質量％で、Ｃ：0.03〜0.14％、Si： 0.1〜 4.0％、Mn： 0.1〜 5.0％、Ni： 5.0〜 9.0％、Cr：14.0〜19.0％、Ｎ： 0.005〜0.20％、Ｏ： 0.001〜0.01％、Ｓ：0.0001〜 0.012％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ、２Ｃ＋Ｎが0.17〜0.32％、下記（１）式のNi当量（％）の値が20〜24である鋼を熱間圧延してロッドとし、溶体化処理した後、或いはこのロッドを１回以上溶体化処理および冷間伸線加工をして粗線とした後、仕上げの冷間加工を施して鋼線とする一連の工程において、少くとも最後の溶体化処理を水素ガスを含有しない雰囲気中で行い、鋼中のＨを４ppm 以下とし、（３）式で示される伸線加工量：εが、（４）式の範囲内となるように仕上げの冷間伸線加工を行なう延靱性・弾性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法である。
Ni当量（％）＝Ni＋0.65Cr＋0.98Mo＋1.06Mn＋0.35Si＋12.6（Ｃ＋Ｎ）  （１）
ε＝ln（Ａ0 ／Ａ）                                  （３）
但し、Ａ0 ：冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の断面積
Ａ  ：冷間伸線加工後の鋼線の断面積
0.15×（Ni当量）−2.28≦ε≦0.15×（Ni当量）−0.88  （４）
【０００９】
また、本発明は、質量％で、Ｃ：0.03〜0.14％、Si： 0.1〜 4.0％、Mn： 0.1〜 5.0％、Ni： 5.0〜 9.0％、Cr：14.0〜19.0％、Ｎ： 0.005〜0.20％、Ｏ： 0.001〜0.01％、Ｓ：0.0001〜 0.012％を含有し、かつ、２Ｃ＋Ｎが0.17〜0.32％、（１）式のNi当量（％）の値が20〜24であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延してロッドとし溶体化処理した後、或いはこのロッドを１回以上溶体化処理および冷間伸線加工して粗線とした後、仕上の冷間伸線加工を施して鋼線にする一連の工程中の一工程として、水素ガスを含有しない雰囲気中で脱水素処理を施して鋼中のＨを４ppm 以下とし、（３）式で示される伸線加工量：εが、（４）式の範囲内となるように仕上の冷間伸線加工を行う延靱性・弾性率に優れる高強度ステンレス鋼線の製造方法である。
Ni当量＝Ni＋0.65Cr＋0.98Mo＋1.06Mn＋0.35Si＋12.6（Ｃ＋Ｎ）  （１）
ε＝ln（Ａ0 ／Ａ）                                  （３）
但し、Ａ0 ：冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の断面積
Ａ  ：冷間伸線加工後の鋼線の断面積
0.15×（Ni当量）−2.28≦ε≦0.15×（Ni当量）−0.88  （４）
【００１０】
また、本発明の製造方法において、前記鋼、ロッドまたは粗線は、さらに、質量％で、下記のＡ，Ｂ，Ｃのいずれかから選ばれた１種以上を含有してもよい。
Ａ：Al，Nb，Ti，Zr，Ta，Ｗのいずれか１種または２種以上をそれぞれ：0.01〜0.30％
Ｂ：Ｖ： 0.1〜 0.5％
Ｃ：Mo： 0.2〜 3.0％
【００１１】
また、本発明の製造方法において、前記ロッドまたは粗線の冷間伸線加工前のオーステナイト平均結晶粒径を30μｍ以下とすることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
先ず、本発明のステンレス鋼線の成分範囲について述べる。なお、以下の説明において、％は特に断りのない限り、全て質量％を示す。
【００１３】
Ｃは、Ｎと合わせて冷間伸線加工後に高強度を得るために、0.03％以上を添加する。しかし、0.14％を超えて添加すると、粒界にCr炭化物が析出し、延靱性が低下することから、上限を0.14％とした。
【００１４】
Siは、脱酸のため、 0.1％以上添加する。しかし、 4.0％を超えて添加するとその効果は飽和するばかりか、製造性が悪く、また、逆に延靱性が劣化するため、上限を 4.0％とした。
【００１５】
Mnは脱酸のため、また、Ni当量を調整するため、 0.1％以上添加する。しかし、 5.0％を超えて添加すると、剛性率が低下するため、上限を 5.0％とした。
【００１６】
Niは、延靱性を確保し、Ni当量を調整するため、 5.0％以上添加する。しかし、 9.0％を超えて添加すると、剛性率が低下するため、上限を 9.0％とした。
【００１７】
Crは、耐食性を確保し、Ni当量を調整するために、14.0％以上を添加する。しかし、19.0％を超えて添加すると、延靱性が劣化するため、上限を19.0％とした。
【００１８】
Ｎは、Ｃと合わせて冷間伸線加工後に高強度を得るために、 0.005％以上添加する。しかし、0.20％を超えて添加すると、製造時にブローホールが生成し、製造性を著しく劣化させるため、上限を0.20％とした。
【００１９】
Ｏは、捻回値を確保するために、0.01％以下に規制する。しかし、 0.001％以下にすると工業的にコスト高になり、コストパフォーマンスが悪くなるため、下限を 0.001％とする。
【００２０】
Ｓは、捻回値を確保するために、 0.012％以下に限定する。しかし、0.0001％以下にすると工業的にコスト高になり、コストパフォーマンスが悪くなるため、下限を0.0001％とする。
【００２１】
鋼中の水素は、延靱性を確保するために、４ppm 以下とする。とりわけ、1.5ppm以下にすることが望ましい。
【００２２】
Al，Nb，Ti，Zr，Ta，Ｗは、微細な炭窒化物を形成し、鋼線の溶体化処理後のオーステナイト結晶粒を安定的に微細化させて延靱性を向上させるため、必要に応じ、いずれか１種または２種以上をそれぞれ0.01％以上添加する。しかし、0.30％以上添加してもその効果は飽和し、経済的でないばかりか、逆に延靱性を低下させるため、上限を 0.3％とする。
特に、AlおよびNbは、熱間加工性を向上させるとともに、析出強化効果による高強度化に寄与することから有効である。
【００２３】
Ｖは、Al，Nb，Ti，Zr，Ta，Ｗと同様に、微細な炭窒化物を形成、鋼線の溶体化処理後のオーステナイト結晶粒を安定的に微細化させて延靱性を向上させるため、必要に応じ、 0.1％以上添加する。しかし、 0.5％以上添加してもその効果は飽和し、逆に延靱性を低下させるため、上限を 0.5％とする。
【００２４】
Moは、耐食性に有効であるため、必要に応じ、 0.2％以上添加する。しかし、 3.0％を超えて添加してもその効果は飽和し、逆に弾性率が低下するため、上限を 3.0％とする。とりわけ、 2.0％以下とすることが好ましい。
【００２５】
Cuは、オーステナイト組織の加工硬化を抑制し、冷間伸線加工後の鋼線の強度を低減させるため、必要に応じて 0.8％以下に低減することが望ましい。
【００２６】
Ｐは、延靱性を低下させる元素であるため、必要に応じ、0.02％以下に低減することが望ましい。
【００２７】
次に、冷間伸線加工後の鋼線の強度および加工誘起マルテンサイト量について説明する。
冷間伸線加工後の鋼線の引張強さが1700Ｎ／mm2 未満の場合、基本的に延靱性が高いため、本発明の効果が顕著に現れない。それに対し、冷間伸線加工後の鋼線の引張強さが1700Ｎ／mm2 以上の高強度材になると、延靱性が低下するため、結晶粒微細化やオースフォーム等の本発明の効果が明確となる。そのため、冷間伸線加工後の鋼線の引張強さが1700Ｎ／mm2 以上に限定することが望ましい。とりわけ、1900Ｎ／mm2 以上にすることが好ましいが、上限値は2800Ｎ／mm2 にとどめるのが良い。
【００２８】
また、冷間伸線加工後の鋼線の加工誘起マルテンサイト量が20％未満の場合、通常の冷間伸線加工後の鋼線の引張強さが1700Ｎ／mm2 未満となり、本発明の高延靱性の効果が顕著に現れないし、また、剛性率も低くなる。そのため、加工誘起マルテンサイト量が20％以上であることが望ましい。一方、冷間伸線加工後の加工誘起マルテンサイト量が80％を超えるとオースフォームされた強靱なマルテンサイト量自体が減少して、延靱性を低下させる。そのため、上限を80％にすることが望ましい。とりわけ、オースフォームによる強靱化と高剛性率を最大限に引き出すためには、冷間伸線加工後の鋼線の加工誘起マルテンサイト量を40％〜70％とすることが好ましい。
なお、この加工誘起マルテンサイト量（体積％）の測定は、例えば、直流磁化特性の測定装置などによる飽和磁束密度から求めることができる。また、簡易的なフェライトメータ等で測定する場合は、線径により補正が必要である。
【００２９】
次に、本発明で規定した２Ｃ＋Ｎ量（％）および（１),（２）式について説明する。
２Ｃ＋Ｎ（％）は冷間伸線加工後の鋼線の引張強さに及ぼすＣ，Ｎの影響を調査した結果得られたものである。冷間伸線加工後の鋼線の引張強さを1700Ｎ／mm2 以上確保するため２Ｃ＋Ｎを0.17（％）以上にする。しかし、0.32（％）を超えると延靱性を低下させるため、上限を0.32（％）とした。とりわけ、安定した高強度化（引張強さ≧1900Ｎ／mm2 ）と高延靱性の観点から、0.20（％）以上、0.30（％）以下とすることが望ましい。
【００３０】
次に、（１）式のNi当量は、冷間伸線加工した後の鋼線の延靱性に及ぼす各元素の影響を調査した結果得られたもので、延靱性に対し、効果のある元素と影響度を示すものである。
Ni当量（％）＝Ni＋0.65Cr＋0.98Mo＋1.06Mn＋0.35Si＋12.6（Ｃ＋Ｎ）…（１）
Ni当量の値が24（％）を超えると冷間伸線加工後の鋼線の加工誘起マルテンサイト量が減り、強度が低下し、本発明の効果が薄れることから24（％）以下とした。一方、Ni当量の値が20（％）未満であると冷間伸線加工後の鋼線のオースフォームされたマルテンサイト自体が減少して延靱性を低下させるため、下限を20（％）とした。とりわけ、通常の冷間伸線加工によりオースフォームの強靱化を最大限に引き出すには、Ni当量で21（％）〜23（％）とすることが好ましい。
【００３１】
また、（２）式のGI（％）は、冷間伸線加工した後の剛性率に及ぼす各元素の影響を調査した結果得られたもので、剛性率に対し、効果のある元素と影響度を示すものである。
GI（％）＝16Ｃ＋２Mn＋９Ni−３Cr＋８Mo＋15Ｎ      …（２）
必要に応じて、GIの値を30（％）以下とする。GIの値が30（％）を超えると冷間伸線加工後の剛性率が低くなることから、上限を30（％）とするのが望ましい。とりわけ、25（％）以下とすることが好ましい。
【００３２】
次に、本発明の鋼線の製造工程の概要について説明する。
本発明の鋼線は、以下の（ｉ）、（ii）のいずれかの工程により製造される。
すなわち、所要の成分に調整した鋼を熱間圧延してステンレスロッドとし、これを溶体化処理（圧延後の連続処理も含む）後、（ｉ）仕上げ冷間伸線加工により鋼線（最終製品）とするか、（ii）最終の鋼線径とステンレスロッド径との差が大きい場合は、前記溶体化処理されたステンレスロッドを１回以上の冷間伸線加工、焼鈍（溶体化処理）を繰返して粗線（ストランド）とし、この粗線にストランド焼鈍（溶体化処理）を施した後、仕上げ冷間伸線加工を施して鋼線（最終製品）とする。この一連の工程中において溶体化処理（ストランド焼鈍を含む）は、水素ガスを含有する雰囲気中、水素ガスを含有しない雰囲気中のいずれでもよいが、本発明においては後述するように、少くとも最後の溶体化処理は、水素ガスを含有しない雰囲気中で行ない、特定の条件下で仕上の冷間伸線加工を行なう。なお、ここで溶体化処理とは炭化物を固溶状態にすることをいう。
【００３３】
また、本発明においては、上述の一連の工程中の一工程として水素を含有しない雰囲気中で脱水素処理を行ない、特定の条件下で仕上げの冷間伸線加工を行う。
【００３４】
次に、冷間伸線加工条件について説明する。
（３）式は溶体化処理後のロッドまたは、粗線の冷間伸線加工量、（４）式はその範囲を示したものである。
ε＝ln（Ａ0 ／Ａ）                                …（３）
Ａ0 ：冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の断面積
Ａ  ：冷間伸線加工後の鋼線の断面積
0.15×（Ni当量）−2.28≦ε≦0.15×（Ni当量）−0.88…（４）
室温で一般の冷間伸線加工を施す場合、（３）式で規定した冷間伸線加工量；εの値が（４）式で規定した範囲に入るようにする。（４）式の範囲よりも小さい場合、冷間伸線加工後の鋼線の引張強さが低下し、また、剛性率も低くなる。一方、（４）式の範囲よりも大きくなると、冷間伸線加工後の鋼線のマルテンサイト量が増加し、延靱性が低下する。そのため、（３),（４）式で溶体化処理後の冷間伸線加工量を限定する。
【００３５】
次に、ロッド又は粗線の溶体化処理（ストランド焼紙を含む）および脱水素処理条件について説明する。
延靱性は、前述したように鋼線の水素含有量の依存性を示す。水素ガスを含有する還元ガス雰囲気中で溶体化処理すると水素の吸収により、鋼が４ppm を超える水素を含有して、延靱性が劣化する。そのため、前述の工程中の少くとも最後の溶体化処理時は、水素ガスを含有しないArガス、窒素ガス、大気等の雰囲気で行ない、鋼中水素含有量を４ppm 以下とする。特にArガスなどの雰囲気では、表面酸化が防止されるので好ましい。
【００３６】
また、鋼中の水素量を４ppm 以下とするために、前述の一連の工程中の一工程として、例えば、ロッドを溶体化処理する前後、粗線にする冷間伸線加工のための溶体化処理の前後、あるいは仕上げ冷間伸線加工するための溶体化処理の前後などにおいて、脱水素処理を施す。すなわち、 200〜 600℃の水素ガスを含有しない雰囲気中で脱水素処理を施すと、延靱性が向上する。この時、 200℃以下ではその効果が明確でなく、 600℃を超えると酸化スケールが厚くなり、製造性が劣化する。そのため、 200〜 600℃、好ましくは、 200〜 400℃、の水素ガスを含まないArガス、窒素ガス、大気等の雰囲気中で脱水素処理することが望ましい。
【００３７】
次に、ロッド又は粗線の冷間伸線加工前のオーステナイト組織の結晶粒径について説明する。
冷間伸線加工前のロッドまたは粗線のオーステナイト組織の平均結晶粒径が30μｍを超える場合、冷間伸線加工後の鋼線の延靱性が低下する。そのため、必要に応じ、冷間伸線加工前のロッドまたは粗線の溶体化処理条件を、例えば 950℃〜1150℃の温度域から平均５℃／ｓ以上の冷却速度で 500℃以下まで急冷するなどによって、調整してオーステナイト組織の平均結晶粒径を30μｍ以下とする。
【実施例】
【００３８】
以下に本発明の実施例に基いてさらに具体的に説明する。
本発明は、とりわけ、冷間伸線加工後の鋼線の目標特性として、引張強さが1700Ｎ／mm2 以上、ばね用鋼線の延靱性の重要な因子である捻回値が10回以上、ばね用鋼線の弾性率の重要な因子である剛性率が63GPa 以上とした。弾性率の重要な因子としてヤング率もあるが、本発明では剛性率をその代表値として規定する。
実施例の供試材は、通常のステンレス線材の製造工程で溶製し、熱間でφ 5.5mmまでロッド圧延を行い、1000℃で圧延を終了した。得られたロッドを約1050℃で５min の熱処理（溶体化処理）を施し、水冷した。その後、一部は脱水素処理を施して、中間の冷間伸線加工を行い粗線とした。その後この粗線を、ストランド炉にてArガス雰囲気で1050℃の溶体化処理を施した後、仕上げの冷間伸線加工を施し鋼線とした。
【００３９】
そして、この仕上げ冷間伸線加工前（溶体化処理後）の粗線のオーステナイトの平均結晶粒径と仕上冷間伸線加工後の鋼線の水素量、加工誘起マルテンサイト量、引張強さ、捻回値、剛性率を調査した。
冷間伸線加工前の粗線オーステナイト平均結晶粒径は、粗線の横断面を10％硝酸溶液中で電解エッチングを行い、その後、画像解析により、各結晶毎の断面積を求め、この面積を換算した換算径（ｄ）の10点の平均値で示している。
水素量は、冷間伸線加工後の鋼線から試料を取り出し、不活性ガス溶融−熱伝導側定法により測定した。
冷間伸線加工後の鋼線の加工誘起マルテンサイト量は、直流式のBHトレーサーにて飽和磁化を測定して求めた。
冷間伸線加工後の鋼線の引張強さは、 JIS Z2241の引張試験により測定した。
冷間伸線加工後の鋼線の捻回値は、ねじり試験を行い、破断するまでのねじれ回数にて評価した。
冷間伸線加工後の鋼線の剛性率は、ねじり振り子法により測定した。
【００４０】
まず、本発明の基本成分の効果について述べる。供試材は、熱間でのロッド圧延と溶体化処理を施した後のロッドをφ 3.4mmまで中間の冷間伸線加工を施して粗線とし、続いてAr雰囲気で溶体化処理を施して、その後、φ 1.6mmまで仕上げの冷間伸線加工を施して鋼線とた。表１に実施例の基本成分と鋼線の特性を示す。
本発明例No.１〜No.19と比較例No.20〜No.32は、鋼線の各特性に及ぼすマトリックスの成分；Ｃ，Si，Mn，Ｐ，Ｓ，Ni，Cr，Mo，Cu，Ｏ，Ｎの影響を調査したものである。
【００４１】
本発明例は、全ての鋼線の引張強さが1700Ｎ／mm2 以上であり、捻回値が10回以上、剛性率が63GPa 以上であり、高強度で捻回値、弾性率に優れていた。また、本発明例の No.１と No.19との比較において、Ｐを下げることで捻回値が向上していた。
しかし、比較例 No.20では、Ｃ量が低く、捻回値と弾性率は低くないが、強度が低いため、本発明の効果が明確でなかった。
比較例 No.21では、Ｃ量が高く、捻回値に劣っていた。
比較例 No.22では、Ｎ量が高く、ブローホール等の材料欠陥が発生したため、捻回値に劣っていた。
比較例 No.23では、Si量が高く、捻回値に劣っていた。
比較例 No.24では、Mn量が高く、捻回値に劣っていた。
比較例 No.25では、Ni量が高く、加工誘起マルテンサイト量が低く、剛性率に劣る。
比較例 No.26では、Ni量が低く、加工誘起マルテンサイト量が高く、捻回値に劣っていた。
比較例 No.27では、Cr量が低く、加工誘起マルテンサイト量が高く、捻回値に劣っていた。
比較例 No.28では、Cr量が高く、捻回値に劣るばかりか、加工誘起マルテンサイト量が低く、剛性率にも劣っていた。
比較例 No.29では、Mo量が高く、剛性率に劣っていた。
比較例 No.30では、Cu量が高く、引張強さが低いため、本発明の高捻回値の効果が明確でないばかりか、加工誘起マルテンサイト量が低く、剛性率にも劣っていた。
比較例No.31，No.32では、Ｏ量およびＳ量がそれぞれ高く、捻回値に劣っていた。
【００４２】
次に、本発明の結晶粒微細化と結晶粒微細化元素添加の効果について述べる。供試材は、熱間でのロッド圧延と溶体化処理を施した後のロッドを、φ 3.4mmまで中間の冷間伸線加工を施して粗線とし、続いてAr雰囲気で溶体化処理を施した。そして、その後、この粗線にφ 1.6mmまで仕上げの冷間伸線加工を施し鋼線とした。表２に実施例の基本成分と鋼線の特性を示す。
本発明例No.33〜No.44と比較例No.45，No.46は、鋼線の捻回値に及ぼす結晶粒微細化と結晶粒微細化元素の添加の効果を調査したものである。
【００４３】
本発明例No.34〜No.44において、結晶粒微細化のためにAl，Nb，Ti，Zr，Ta，Ｗ，Ｖが添加されて、平均結晶粒径が約10μｍとなっており、本発明例 No.33に比べ捻回値が明らかにさらに向上した。結晶粒微細化の高捻回値の効果は明らかである。さらに、表２の本発明例 No.34〜44（Ni当量はすべて21.7〜22.1％）のうち、引張強さが2000Ｎ／mm2 以上である No.35, 36, 38, 44の捻回値（それぞれ29回、25回、32回、25回）と、表１の結晶粒微細化元素の添加のない本発明例No.1〜No.19 のうちで、Ni当量が21.7〜22.1％かつ、引張強さが2000Ｎ／mm2 以上であるNo.3, 11, 12, 18の捻回値（それぞれ13回、13回、11回、13回）とを比較しても、結晶粒微細化元素の添加の効果は明らかである。
しかし、比較例No.45，No.46においては、AlやNbが過剰に添加されているため逆に捻回値が低下した。
【００４４】
次に本発明の水素量を低減した効果、および、水素低減を図るための製造方法の効果について述べる。表３に実施例の製造条件と特性を示す。供試材について、表１の鋼種Ａを熱間でロッド圧延し溶体化処理後、このロッドの一部を表３中の条件にて脱水素処理を施した。そして、φ 3.4mmまで中間の冷間伸線加工を施して粗線とし、続いて表３中の各雰囲気ガスの条件でストランド焼鈍（溶体化処理）を施して、その後、この粗線をφ 1.6mmまで仕上げの冷間伸線加工を施して鋼線とした。
本発明例No.47〜No.55と比較例No.56，No.57は、鋼線の捻回値に及ぼす結晶粒微細化と結晶粒微細化元素の添加の効果を調査したものである。
【００４５】
本発明例No.47〜No.55において、水素量が低いため捻回値が高い。特に、本発明例No.50〜No.55は、脱水素処理を施し、水素量を更に低減しているため、捻回値が更に向上した。水素低減による高捻回値化の効果は明らかである。
しかし、比較例No.56，No.57は水素ガスを含む雰囲気中で焼鈍しており、材料中の水素量が高いため、捻回値に劣っていた。
【００４６】
次に本発明の冷間伸線加工方法の効果について述べる。表４に実施例の冷間伸線条件と特性を示す。供試材については、表２の鋼種AH、表１の鋼種Ｉおよび鋼種Ｌを熱間でロッド圧延し溶体化処理した後、このロッドにφ 3.4mmまで中間の冷間伸線加工を施して粗線とし、続いてAr雰囲気ガス中でストランド焼鈍（溶体化処理）を施して、その後、この粗線に表４中の冷間伸線加工量で仕上げの冷間伸線加工を施し、鋼線とした。また、表４には、（３),（４）式から計算される最適な冷間伸線加工量の範囲も示す。
本発明例No.58〜No.66と比較例No.67〜No.72は、鋼線の引張強さ、捻回値、剛性率に及ぼす冷間伸線加工量の効果を調査したものである。
【００４７】
本発明例No.58〜No.66は、冷間伸線加工量が適正であるため、引張強さが高く、且つ、高い捻回値と剛性率を示す。
しかし、比較例 No.67，No.69，No.71は、冷間伸線加工量が低いため、引張強さが低く、本発明の高捻回値の効果が明確でないばかりか、加工誘起マルテンサイト量が低く、剛性率にも劣っていた。
比較例 No.68，No.70，No.72は、冷間伸線加工量が高過ぎ、加工誘起マルテンサイト量が多いため、捻回値に劣っていた。
以上の実施例からわかるように、本発明の高強度ステンレス鋼線は、捻回値（延靱性）と剛性率において極めて優れていることは明らかである。
【００４８】
【表１】
2003095693.tif 000006
【００４９】
【表２】
2003095693.tif 000007
【００５０】
【表３】
2003095693.tif 000008
【００５１】
【表４】
2003095693.tif 000009
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の延靱性・剛性率に優れる高強度ステンレス鋼線およびその製造方法によれば、オーステナイト系ステンレス鋼線の母材の基本成分、清浄度（酸素、硫黄）の規制に加え、組織、強度と伸線加工条件を限定して、結晶粒微細化とオースフォームの強靱化の効果を使うことで、延靱性と剛性率を著しく向上させた高強度ステンレス鋼線を安定して得ることができる。
【国際調査報告】
2003095693.tif 000010
2003095693.tif 000011
2003095693.tif 000012
2003095693.tif 000013