(57)【要約】【課題】Ｃｒ量を低減した冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材を対象とする球状化熱処理方法において、短時間で熱処理コストを抑えた方法であるものの良好な冷間鍛造性を確保することが可能な方法を提供すること。【解決手段】冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法において、（Ａ１＋１０℃）〜（Ａ１＋５０℃）の温度域に５ｍｉｎ以上６０ｍｉｎ未満保持し、次いで、同鋼材を、Ａ１から（Ａ１−３５℃）以下までの冷却速度が１５℃／ｈ以下となるように冷却し、その後、「同鋼材を（Ａ１−２０℃）〜（Ａ１＋１０℃）の温度域に６０ｍｉｎ以上保持し、更に同鋼材を（Ａ１−１００℃）〜Ａ１の温度域に６０ｍｉｎ以上保持する」熱処理を１回若しくは２回以上繰り返して行った後、冷却することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．７〜１．５％（質量％の意味。成分について以下同じ）、
Ｃｒ：０．９％未満（０％を含む）、
Ｓｉ：０．００１〜０．７％、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、
Ｓ：０．００１〜０．０５％、
Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）、
Ｏ：０．０１５％以下（０％を含まない）
を含み、残部が鉄および不可避不純物からなる冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法において、
前記鋼材を、（Ａ１＋１０℃）〜（Ａ１＋５０℃）の温度域に５ｍｉｎ以上６０ｍｉｎ未満保持し、
次いで、同鋼材を、Ａ１から（Ａ１−３５℃）以下までの冷却速度が１５℃／ｈ以下となるように冷却し、
その後、「同鋼材を（Ａ１−２０℃）〜（Ａ１＋１０℃）の温度域に６０ｍｉｎ以上保持し、更に同鋼材を（Ａ１−１００℃）〜Ａ１の温度域に６０ｍｉｎ以上保持する」熱処理を１回若しくは２回以上繰り返して行った後、冷却することを特徴とする冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法。
【請求項２】
前記鋼材が更に、
Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、
Ｎｉ：０．２５％以下（０％を含まない）、
Ｍｏ：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に記載の冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法。
【請求項３】
前記鋼材が更に、
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に記載の冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法。
【請求項４】
前記球状化熱処理をバッチ炉により行う請求項１〜３の何れかに記載の冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材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、低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法に係り、特に自動車用部品、軸受け、建設機械用部品等の各種部品の製造に用いられる冷間鍛造用機械構造用鋼を主な用途とする高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用部品や軸受け、建設機械用部品等の各種部品は、通常、熱間圧延材を冷間鍛造し、その後、切削加工などを施して所定の形状に成形した後、焼入れ焼戻し処理を行って最終的な強度調整が行われて製造される。
【０００３】
熱間圧延材の冷間鍛造性は、鋼材中に存在している炭化物の形状に影響を受け、棒状の炭化物が存在していると、それらが割れの起点となり、冷間鍛造性が悪くなる。また、炭化物の粒状化が不十分であると鋼材の硬さが高く、鍛造時の金型寿命が低下することが一般的に知られている。
【０００４】
そこで熱間圧延材を冷間鍛造するにあたっては、処理に先立って炭化物を球状化するための球状化熱処理（球状化焼鈍）が施される。
【０００５】
球状化焼鈍方法としては、例えば、特許文献１、２の技術が知られている。これらのうち特許文献１には、鋼材に下記の各素過程（１）および（２）を単独でまたは組み合わせて１回もしくは２回以上行うことによって、２０時間以上要していた鋼の球状化焼鈍処理を１時間程度に短縮する技術が開示されている。
【０００６】
素過程（１）：Ａｅ1点以上、Ａｅ1点＋１５０Ｋ以下の温度域に、１Ｋ／秒以上の昇温速度で昇温加熱し、当該温度域内で０秒以上６００秒未満の時間保持した後、Ａｅ1点＋５０Ｋ〜Ａｅ1点−１５０Ｋの温度域内を５Ｋ／秒以下の冷却速度で冷却するかまたは当該温度域内の温度に保持すること；および
素過程（２）：Ａｅ1点＋８０Ｋ以上、Ａｅ1点＋３００Ｋ以下の温度域内に１Ｋ／秒以上の昇温速度で昇温加熱し、当該温度域内で０秒以上１２０秒未満の時間保持した後、Ａｅ1点〜Ａｅ1点−１５０Ｋの温度域内を５Ｋ／秒以下の冷却速度で冷却するかまたは当該温度域内の温度に保持すること。
【０００７】
上記特許文献１では、球状化焼鈍時間を短縮するために、ロールスタンド間に接続した電源から被圧延材に通電加熱する手段を利用した温度制御により１Ｋ／秒以上の昇温速度で昇温加熱する点などに特徴があり、従って実施に当たっては特別な設備が必要となり、通常のバッチ式炉などでは実施することが到底困難な条件である。
【０００８】
また、特許文献２には、炭素：０．１５〜１．５０重量％、クロム：０．１０〜２．５０重量％を含有する低合金鋼を加熱、冷却して球状化焼なましを行うにあたり、上記低合金鋼を（Ａ1点−３０）〜（Ａ1点−５）℃の範囲の温度に昇温してその温度に一定時間保持し、さらに（Ａ1点＋３０）〜（Ａ1点＋５０）℃の範囲の最高温度に昇温、保持してから、Ａ1点以下の温度まで１５℃／時間以下の速度で冷却する低合金鋼の球状化焼なまし方法が開示されている。この特許文献２には、Ｃｒ含有量の少ない軸受用鋼などでは、Ｃｒによる球状炭化物の安定化効果が小さいため、炭化物は球状化しにくく、球状化焼鈍条件が不適切であれば、棒状あるいは粗大炭化物が形成され、冷間鍛造性が低下することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２４６０４０号公報
【特許文献２】特開平９−８７７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記各種部品の素材としては、ＪＩＳ  Ｇ４８０５で規定されている高炭素Ｃｒ軸受鋼鋼材が通常用いられている。この高炭素Ｃｒ軸受鋼鋼材は、ＳＵＪ１、ＳＵＪ３、ＳＵＪ５ではＣｒを０．９０〜１．２０％、ＳＵＪ２、ＳＵＪ４ではＣｒを１．３０〜１．６０％含有している。しかし近年、Ｃｒの価格が上昇しているため、低コスト化の観点から、Ｃｒの使用量を低減することが望まれている。ところが上記特許文献２で指摘されているように、Ｃｒ量を低減すると、炭化物を充分に球状化できないことがあり、冷間鍛造性が低下する。
【００１１】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的（課題）は、各種部品の素材として一般的に用いられているＪＩＳ  Ｇ４８０５で規定されている高炭素Ｃｒ軸受鋼鋼材よりもＣｒ量を低減した冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材を対象とする球状化熱処理方法において、短時間で熱処理コストを抑えた方法であるものの良好な冷間鍛造性を確保することが可能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】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、
Ｃ：０．７〜１．５％（質量％の意味。成分について以下同じ）、
Ｃｒ：０．９％未満（０％を含む）、
Ｓｉ：０．００１〜０．７％、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、
Ｓ：０．００１〜０．０５％、
Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）、
Ｏ：０．０１５％以下（０％を含まない）
を含み、残部が鉄および不可避不純物からなる冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法において、
前記鋼材を、（Ａ１＋１０℃）〜（Ａ１＋５０℃）の温度域に５ｍｉｎ以上６０ｍｉｎ未満保持し、
次いで、同鋼材を、Ａ１から（Ａ１−３５℃）以下までの冷却速度が１５℃／ｈ以下となるように冷却し、
その後、「同鋼材を（Ａ１−２０℃）〜（Ａ１＋１０℃）の温度域に６０ｍｉｎ以上保持し、更に同鋼材を（Ａ１−１００℃）〜Ａ１の温度域に６０ｍｉｎ以上保持する」熱処理を１回若しくは２回以上繰り返して行った後、冷却する、
ことを特徴とする冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法である。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、
前記鋼材が更に、
Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、
Ｎｉ：０．２５％以下（０％を含まない）、
Ｍｏ：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に記載の冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法である。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、
前記鋼材が更に、
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に記載の冷間鍛造用高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法である。
【００１５】
更に、請求項４に記載の発明は、
前記球状化熱処理をバッチ炉により行う請求項１〜３の何れかに記載の高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高炭素Ｃｒ軸受鋼鋼材よりもＣｒ量が少ない、すなわちＣｒ量が０．９質量％未満の低Ｃｒ冷間鍛造用鋼においても、比較的短時間の処理で、優れた球状化特性を有して良好な冷間鍛造性を確保することが可能な高炭素低Ｃｒ鋼材の球状化熱処理方法を提供できる。従って、Ｃｒ量の低減及び熱処理時間の短縮により材料コスト及び熱処理コストの削減、生産性の向上を図ることができる。また、急速な加熱、昇温の必要もないため、特別な温度制御やそのための設備、機器も不要で、通常のバッチ炉により容易に熱処理を実施することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
鋼材の球状化処理方法（球状化焼鈍方法）として、例えば（ａ）Ａ１点以下の温度に長時間保持する方法や、（ｂ）Ａ１点に加熱後に徐冷する方法、（ｃ）Ａ１点近傍の上下を繰り返し加熱する方法などが一般的に知られている。（「鋼の球状化焼なまし」熱処理１５巻４号Ｐ.２３７参照）。
【００１８】
しかし、本発明で対象とする低Ｃｒ鋼（Ｃｒ＜０．９％）を適用する場合には、（ａ）の方法では棒状の炭化物が残存しやすく、（ｂ）や（ｃ）の方法では棒状の炭化物が徐冷時に再析出しやすく、さらに硬さの低減も不十分になりやすい。従って、球状化熱処理材の良好な冷間鍛造性を十分に確保できないことになる。
【００１９】
本発明者等は、上記の低Ｃｒ鋼材を対象とした場合においても、この棒状炭化物が残存、再析出せず、さらに球状化熱処理材の硬さを低減し、これを十分に軟質化して、良好な冷間鍛造性を確保できる球状化熱処理方法について、鋭意、研究の結果、低Ｃｒ鋼材を（Ａ１＋１０℃）〜（Ａ１＋５０℃）の温度域に５ｍｉｎ以上６０ｍｉｎ未満保持し、次いで、同鋼材を、Ａｃ１から（Ａｃ１−３５℃）以下までの冷却速度が１５℃／ｈ以下となるように冷却し、その後、「同鋼材を（Ａ１−２０℃）〜（Ａ１＋１０℃）の温度域に６０ｍｉｎ以上保持し、更に同鋼材を（Ａ１−１００℃）〜Ａ１の温度域に６０ｍｉｎ以上保持する」熱処理を１回若しくは２回以上繰り返して行った後、冷却することによって本発明の前記目的を有利に達成できることを見出した。以下、本発明の球状化熱処理方法についてその内容と熱処理条件の規定理由などを具体的に説明する。
【００２０】
なお、以下の本発明の球状化熱処理において温度条件として規定されるＡ１とは、Ａ１変態点を意味し、具体的には下記の式で計算によって求めた温度とする。これらの式は、書籍（講座・現代の金属学  材料編  第4巻  鉄鋼材料  編集及び発行所：社団法人日本金属学会  発売所：丸善）などにより既にその定義が明らかにされているものである。
Ａ１(℃) 
＝７２３−１０．７×（％Ｍｎ）−１６．９×（％Ｎｉ）＋２９．１×（％Ｓｉ）＋１６．９×（％Ｃｒ）＋２９０×（％Ａｓ）＋６．３８×（％Ｗ）
【００２１】
（本発明の球状化熱処理）
[（Ａ１＋１０℃）〜（Ａ１＋５０℃）の温度域に５ｍｉｎ以上６０ｍｉｎ未満保持]・・・加熱処理１
まず、本発明では、熱間圧延後の高炭素低Ｃｒ鋼材（成分については後述）を加熱、昇温し、（Ａ１＋１０℃）〜（Ａ１＋５０℃）の温度域に５ｍｉｎ以上６０ｍｉｎ未満保持する加熱処理を行う。このような熱履歴を素材に与えておく事で、その後「同鋼材を（Ａ１−２０℃）〜（Ａ１＋１０℃）の温度域に６０ｍｉｎ以上保持」した際に棒状炭化物の粒状化が十分に促進される。
【００２２】
保持温度が（Ａ１＋１０℃）未満や保持時間が５ｍｉｎ未満では、この効果が不十分であり、また保持温度が（Ａ１＋５０℃）超や保持時間が６０ｍｉｎ以上では炭化物が溶解しその後の冷却で顕著な棒状炭化物が再析出しやすい。好ましい保持温度は（Ａ１＋１５℃）〜（Ａ１＋４５℃）、保持時間は１０ｍｉｎ以上５０ｍｉｎ未満である。
【００２３】
前記保持温度域への昇温速度については特に規定するものではないものの、生産性の観点や、温度管理を適切に行う観点などから、２０℃／ｈ以上が望ましい。昇温速度は速くても問題ないが、バッチ式炉で実施する場合、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℃／ｈ以下で実施することが好ましい。より好ましくは、４０℃／ｈ以上２００℃／ｈ以下である。
【００２４】
[Ａ１から（Ａ１−３５℃）以下までの冷却速度が１５℃／ｈ以下となるように冷却]・・・冷却処理１
次いで、本発明では、前記温度域に加熱、保持された同鋼材を、冷却するが、Ａ１から（Ａ１−３５℃）以下までの冷却速度が１５℃／ｈ以下となるように冷却処理を行う。すなわち、前記保持温度からＡ１までは任意の冷却速度でよいが、Ａ１から（Ａ１−３５℃）以下までの冷却速度は１５℃／ｈ以下で冷却（徐冷）する必要がある。つまり、この冷却速度での冷却停止温度を（Ａ１−３５℃）以下としなければならない。同冷却速度が１５℃／ｈ超の場合、棒状炭化物が再析出しやすくなる。好ましい冷却速度は１２℃／ｈである。
【００２５】
また、Ａ１からの１５℃／ｈ以下の冷却を（Ａ１−３５℃）以下まで実施しないと、炭化物の析出が不十分で、その後の熱処理で球状炭化物の析出に長時間を要するとともに棒状炭化物が析出しやすい。好ましくは（Ａ１−４０℃）以下までこの冷却速度で冷却すると良い。
【００２６】
[（Ａ１−２０℃）〜（Ａ１＋１０℃）の温度域に６０ｍｉｎ以上保持]
・・・加熱処理２
そして、本発明では、前記冷却後の同鋼材を、その後再び加熱、昇温し、（Ａ１−２０℃）〜（Ａ１＋１０℃）の温度域に６０ｍｉｎ以上保持する加熱処理を行う。本処理は主に前冷却処理により析出させた炭化物の粒状化を促進させるために実施されるものである。
【００２７】
本加熱処理における保持温度が、Ａｃ１−２０℃を下回る場合や保持時間が６０ｍｉｎ未満の場合は、棒状炭化物の溶解が不十分となる。保持温度が（Ａ１＋１０℃）超の場合は、炭化物を溶解しすぎてしまい、最後の冷却過程で再度棒状の炭化物が析出しやすくなるという問題を生じる。また、好ましくは（Ａｃ１−１０℃）〜（Ａｃ１＋５℃）に１８０〜７００ｍｉｎ加熱保持することが推奨される。
【００２８】
[（Ａ１−１００℃）〜Ａ１の温度域に６０ｍｉｎ以上保持]
・・・加熱処理３
本発明では上記加熱処理（加熱処理２）を行った同鋼材を更に（Ａ１−１００℃）〜Ａ１の温度域に６０ｍｉｎ以上保持する加熱処理を行う。本処理は主に棒状炭化物が再析出することを抑制するために実施されるものである。
【００２９】
本加熱処理における保持温度が、（Ａ１−１００℃）を下回る場合や保持時間が６０ｍｉｎ未満の場合は、棒状炭化物の溶解が不十分となる。保持温度がＡ１超の場合は、炭化物を溶解しすぎてしまい、最後の冷却過程で再度棒状の炭化物が析出しやすくなるという問題を生じる。好ましくは（Ａ１−８０℃）〜（Ａ１−２０℃）の温度域に７０ｍｉｎ以上保持するのが良い。
【００３０】
また、前記加熱処理２における保持温度が（Ａ１−２０）〜Ａ１の温度の場合、当然ながら、引続き同じ温度で本加熱処理を実施しても良い。本発明に言う「保持（温度）」とは、当該温度域すなわち、（Ａ１−１００℃）〜Ａ１の温度域に６０ｍｉｎ以上滞在させればよく、これを満足する限りにおいて、前記加熱処理２の温度のまま等温保持しても、加熱昇温や冷却降温させた後の温度に等温保持しても、更に加熱昇温や冷却降温の温度変化の状態の中で保持しても構わないものである。
【００３１】
そして、本発明においては高炭素低Ｃｒ鋼材にこれまで述べた加熱処理１〜加熱処理３までの各処理を順次行い、加熱処理３を施した同鋼材を最終的に冷却することによりその球状化熱処理を完了する。
【００３２】
また、本発明における上述の加熱処理２、３はそれぞれ１回でも十分に良好な特性を得ることが可能であるが、更にその特性の向上を図るため必要に応じてそれぞれ２回以上繰り返して、最終冷却する方法を採用することも有用である。
【００３３】
ただし、多数回にわたり、加熱処理２、３を繰り返して実施することは、熱処理時間が増え、熱処理コストが嵩み、生産性も低下することになるため、４回以下の繰り返しに止めることが望ましい。
【００３４】
次に、本発明の球状化熱処理の対象となる高炭素低Ｃｒ鋼材の鋼成分についてその成分範囲及び規定理由についてその主要規定元素であるＣ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ｎ及びＯから説明する。なお、本発明における各元素の含有量の単位はすべて質量％であり、以下、単に％と略記する。
【００３５】
（本発明の鋼成分）
［Ｃ：０．７〜１．５％］
Ｃは、鋼材の強度（即ち、最終製品の強度）を確保するために必要な元素であり、冷間鍛造性に重要な影響を及ぼす。また炭化物を生じるため、球状化焼鈍方法の設計に当たっては必ず考慮しなければならない。本発明はＣを０．７％以上含有する鋼材を対象とした。Ｃ量は、好ましくは０．８％以上である。しかしＣを過剰に含有すると、強度が高くなり過ぎて冷間鍛造性が悪くなる。従って、Ｃ量は、１．５％以下とする。Ｃ量は、好ましくは１．２％以下である。
【００３６】
［Ｃｒ：０．９未満（０％を含む）］
Ｃｒは球状化の難しさに影響を与える元素である。本発明ではこのＣｒを０．９％未満に低減した場合でも、確実に球状化できる球状化熱処理方法を設計、提案するものであり、Ｃｒ量の特定は必須である。本発明によればＣｒが０．８％以下、又は０．６％以下、更には０．３％以下であっても確実に球状化が可能であり、さらにはＣｒ量は０％であってもよい。なおＣｒは、鋼材の焼入れ性を向上させ、最終製品の強度を高めるのに作用する元素であるため、０．９％未満を満足する範囲で多く含有していてもよい。Ｃｒ量は、例えば、０．０１％以上、好ましくは０．０５％以上、さらに好ましくは０．１％以上であってもよい。
【００３７】
［Ｓｉ：０．００１〜０．７％］
Ｓｉは、脱酸元素として、および固溶体硬化による最終製品の強度を増加させるために含有させることが好ましい元素である。Ｓｉ量は、０．００１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０５％以上、更に好ましくは０．１％以上、特に好ましくは０．２％以上である。しかしＳｉ量が０．７％を超えると、過度に強度が上昇して冷間鍛造性を劣化させることがある。従って、Ｓｉ量は、０．７％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．６０％以下、更に好ましくは０．５０％以下である。
【００３８】
［Ｍｎ：０．１〜２．０％］
Ｍｎは、焼入れ性を向上し、最終製品の強度を増加させるのに有効に作用する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、０．１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．３％以上、更に好ましくは０．５０％以上である。しかし過剰に含有すると強度が過度に上昇して冷間鍛造性が劣化することがある。従ってＭｎ量は、２．０％以下とすることが好ましく、より好ましくは１．５％以下、更に好ましくは１．２％以下、特に好ましくは１．０％以下である。
【００３９】
［Ａｌ：０．００１〜０．１％］
Ａｌは、脱酸元素として作用すると共に、鋼材中に存在する固溶ＮをＡｌＮとして固定し、冷間鍛造性を向上させる元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、Ａｌ量は０．００１％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．００５％以上、更に好ましくは０．０１％以上である。しかしＡｌ量が過剰になると、鋼材中にＡｌ2Ｏ3が過剰に生成し、冷間鍛造性が劣化することがある。従って、Ａｌ量は、０．１％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０８％以下、更に好ましくは０．０５％以下である。
【００４０】
［Ｐ： ０．０５％以下（０％を含まない）］
Ｐは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、粒界偏析を起こすと延性劣化の原因となる。従ってＰ量は、０．０５％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０４％以下、更に好ましくは０．０３％以下である。
【００４１】
［Ｓ：０．００１〜０．０５％］
Ｓは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であるが、鋼材の被削性を向上させるのに作用する。従ってＳ量は、０．００１％以上であることが好ましく、より好ましくは０．００２％以上、更に好ましくは０．００３％以上である。しかし過剰に含有すると、Ｓは、鋼材中にＭｎＳとして存在し、延性を劣化させて冷間鍛造性を悪化させることがある。従ってＳ量は、０．０５％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０４％以下、更に好ましくは０．０３％以下である。
【００４２】
［Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）］
Ｎは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、鋼材中に固溶Ｎとして存在すると、歪み時効による硬度上昇および延性低下を招き、冷間鍛造性を劣化させることがある。従って、Ｎ量は、０．０１５％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０１３％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
【００４３】
［Ｏ：０．０１５％以下（０％を含まない）］
Ｏは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、鋼材中に酸化物として存在すると冷間鍛造性を劣化させることがある。従って、Ｏ量は、０．０１５％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０１３％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
【００４４】
本発明の対象鋼の成分は、上記主要規定元素からなり、残部は鉄および不可避不純物からなるものである。また、これら必須元素に加えて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＢよりなる群から選択される１種類以上の元素や、Ｔｉ、Ｎｂ及びＶよりなる群から選択される１種以上の元素を含有させることも鋼材の特性を更に向上させる上で有用である。以下、この選択元素について説明する。
【００４５】
［Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：０．２５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：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］
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、およびＢは、いずれも鋼材の焼入れ性を向上させて最終製品の強度を高めるのに有効に作用する元素であり、これらの元素は単独で、または２種以上含有させることが好ましい。こうした作用を有効に発揮させるには、Ｃｕは０．０１％以上、Ｎｉは０．０１％以上、Ｍｏは０．０１％以上、Ｂは０．００１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは、Ｃｕは０．０３％以上、Ｎｉは０．０３％以上、Ｍｏは０．０３％以上、Ｂは０．００１５％以上である。しかし過剰に含有すると、強度が高くなり過ぎて、冷間鍛造性が劣化することがある。従ってＣｕは０．２５％以下、Ｎｉは０．２５％以下、Ｍｏは０．２５％以下、Ｂは０．０１％以下であることが好ましく、より好ましくは、Ｃｕは０．１５％以下、Ｎｉは０．１５％以下、Ｍｏは０．２％以下、Ｂは０．００８％以下である。
【００４６】
［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、およびＶは、鋼材中に存在するＮと結合して窒化物を形成し、固溶Ｎを低減することにより、変形抵抗を低下させて冷間鍛造性を向上させる元素であり、これらの元素は単独で、または２種以上を含有させることが好ましい。こうした作用を有効に発揮させるには、Ｔｉは０．０２％以上、Ｎｂは０．０２％以上、Ｖは０．０５％以上含有させることが好ましく、より好ましくは、Ｔｉは０．０４％以上、Ｎｂは０．０５％以上、Ｖは０．０８％以上である。しかし過剰に含有すると、形成される窒化物が変形抵抗を高め、冷間鍛造性を劣化させることがある。従ってＴｉは０．２％以下、Ｎｂは０．２％以下、Ｖは０．５％以下であることが好ましく、より好ましくは、Ｔｉは０．１％以下、Ｎｂは０．１％以下、Ｖは０．２５％以下である。
【００４７】
（実施例）
（１）予備実験
本発明の優れた効果を本実施例に基づき実証することにする。
先ず、本発明の実施例（本実験）に先立って、先に記した参考文献（「鋼の球状化焼なまし」熱処理１５巻４号Ｐ.２３７）に記載されている代表的な球状化熱処理（焼鈍）方法として、（ａ）Ａ１点以下の温度に長時間保持する方法、（ｂ）Ａ１点に加熱後に徐冷する方法、の両者を用いて実験を行った。
この予備実験では、熱間圧延された表１の鋼種Ａの鋼材を対象とし、上記（ａ）、（ｂ）の熱処理方法として下記の熱処理条件を採用、実施した。
（ａ）鋼材のテストピースを実験用の熱処理炉にて、室温から１５０℃／ｈで加熱、昇温し、７１０℃で４０ｈ保持した後、６８０℃まで５℃／ｈの冷却速度で冷却（合計処理時間：５１ｈ）
（ｂ）鋼材のテストピースを実験用の熱処理炉にて、室温から１５０℃／ｈで加熱、昇温し、７６０℃で５ｈ保持した後、６００℃まで４℃／ｈで冷却（合計処理時間：５１ｈ）
熱処理炉から取り出したテストピースの横断面Ｄ／４位置における球状化特性（硬さ及び組織）を下記の要領で測定、評価を行った。
【００４８】
[球状化特性の評価]
・硬さ評価
ビッカース硬度計を用いて、荷重１ｋｇｆ（≒９．８Ｎ）で５点測定し、その平均値（ＨＶ）を求めた。球状化が十分に促進されていても、鋼材の炭素量によって硬さは変化するため、その絶対値だけで評価できないことから、本発明ではその評価の基準としてＨＶが次のＹ値を下回った場合にその鋼材が軟質化したものとして判断し、合格（〇）とし、ＨＶがY値以上であったものは不合格（×）とした。
Ｙ＝（鋼材炭素量）[質量％]×２７．３＋１４３．５
【００４９】
・組織評価
ＳＥＭ観察によって倍率４０００倍で１０枚撮影した。通常、棒状の炭化物が多く存在するとそれらが割れの起点となって冷間鍛造性低下の原因となる。本評価では、得られたＳＥＭ写真を画像解析し、写真内の炭化物のアスペクト比（長径／短径の比）をそれぞれ算出した。写真内の炭化物のアスペクト比が３．０以下であるものの割合が９０％以上を合格とし、１０枚全てが合格した場合、球状化組織に優れたものとして最終的に合格（〇）とし、それ以外は不合格（×）とした。
【００５０】
この予備実験による（ａ）、（ｂ）の熱処理後の鋼材のテストピースの評価の結果、硬さがそれぞれＨＶ１７９、ＨＶ１７１で前記Ｙ値を上回り不合格であるとともに、組織評価においても前記合格基準に満たさなかった。このように、比較的長時間（５０ｈ、５１ｈ）の熱処理を実施しても球状化が難しい事実を確認した。こうした事実を踏まえて、以下の本実験を行った。
【００５１】
（２）本実験
表１の成分の各鋼材を常法により熱間圧延し、それぞれΦ１５ｍｍの線材コイルとして製造し、この線材から高さ５ｍｍのテストピースを切り出し、真空封入した上で実験用の熱処理炉にて各種の熱処理条件により球状化熱処理を実施した。表２にそれらの熱処理条件及び球状化熱処理後の鋼材（テストピース）の球状化特性の評価結果を示す（表２の追番１、３〜１８に該当）。なお、球状化特性の評価については予備実験で述べた前記評価要領と同じ基準で行った。
【００５２】
また、表２の追番２では、実機のバッチ式炉にて上記熱間圧延後の線材コイルを球状化熱処理し、熱処理後の線材から同様なテストピースを切り出して評価を行った。なお、ここでの線材コイルの温度は評価対象とするコイルに熱電対を括りつけ、コイルの温度を測定した結果に基づくものであり、表２の保持温度は保持時においてこの測定によって得られた平均温度を記載した。
【００５３】
表２において、追番及び熱処理条件などに網掛けがないものが本発明例（追番１〜１０）であり、網掛けがあるものは本発明の規定する条件（鋼成分、熱処理条件）を満たさない比較例（追番１１〜１８）を示している。
同表２から明らかなように、本発明例による球状化熱処理を行った高炭素低Ｃｒ鋼材はその硬さ評価、組織評価の両方においてすべて合格していることが分かる。すなわち、ＨＶ硬さが低く十分に軟質化されており、鋼材組織中の棒状炭化物が非常に少なく抑制されており、低Ｃｒ量であっても優れた球状化特性を有していることが判明し、従って本発明によって得られた同鋼材は良好な冷間鍛造性を備えたものであることが容易に理解できる。
【００５４】
一方、比較例による同鋼材はいずれも本発明の規定する条件を外れたものであるため、硬さ評価、組織評価の両方においてすべて不合格となっていることが知れ、本発明例に比べて球状化特性に劣り、従って、比較例では十分な冷間鍛造性が得られないことが了解できる。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
【表２】
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