(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼線であって、
化学成分として、質量％で、
Ｃ：０．１８％〜０．６５％、
Ｓｉ：０．０５％〜１．５％、
Ｍｎ：０．５０％〜２．０％、
Ｃｒ：０％〜１．５０％、
Ｍｏ：０％〜０．５０％、
Ｔｉ：０％〜０．０５０％、
Ａｌ：０％〜０．０５０％、
Ｂ：０％〜０．００５０％、
Ｎｂ：０％〜０．０５０％、
Ｖ：０％〜０．２０％を含有し、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｎ：０．００５０％以下、
Ｏ：０．０１％以下に制限され、
残部がＦｅ及び不純物であり；
質量％での前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、組織が、体積％で７５×［Ｃ％］＋２５以上のベイナイトを含み、残部が、フェライト及びパーライトの１つ以上であり；
前記鋼線の長手方向に平行な断面において、前記鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、前記鋼線の表面から前記断面の中心線に向かって深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を前記鋼線の第２表層部とし、前記鋼線の第２表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比をＲ１とするとき、
前記Ｒ１が１．２以上であり；
前記鋼線の長手方向に垂直な断面において、前記鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、前記鋼線の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を前記鋼線の第３表層部、深さ０．２５×Ｄ２ｍｍから前記断面の中心までの領域を前記鋼線の第３中心部とし、前記鋼線の第３表層部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ３μｍ、前記鋼線の第３中心部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ３μｍとするとき、
前記ＰＳ３が下記式（ｃ）を満たしてかつ、
前記ＰＳ３と前記ＰＣ３とが下記式（ｄ）を満たし；
前記鋼線の前記第３表層部及び前記鋼線の前記第３中心部における前記ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が８．０μｍ以下であり；
引張強さが８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａである
ことを特徴とする非調質機械部品用鋼線。
ＰＳ３≦２０／Ｒ１・・・（ｃ）
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５・・・（ｄ）
【請求項２】
前記化学成分として、質量％で、Ｃ：０．１８％〜０．５０％、Ｓｉ：０．０５％〜０．５０％を含有することを特徴とする請求項１に記載の非調質機械部品用鋼線。
【請求項３】
前記化学成分として、質量％で、Ｃ：０．２０％〜０．６５％を含有し、
質量％で前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、前記組織が、体積％で４５×［Ｃ％］＋５０以上の前記ベイナイトを含むことを特徴とする請求項１に記載の非調質機械部品用鋼線。
【請求項４】
前記化学成分として、質量％で、Ｂ：０．０００５％未満を含有し、
質量％で、前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とし、前記Ｓｉの含有量を［Ｓｉ％］とし、前記Ｍｎの含有量を［Ｍｎ％］とし、前記Ｃｒの含有量を［Ｃｒ％］とし、前記Ｍｏの含有量を［Ｍｏ％］とするとき、下記式（ｂ）で求められるＦ１が２．０以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の非調質機械部品用鋼線。
Ｆ１＝０．６×［Ｃ％］−０．１×［Ｓｉ％］+１．４×［Ｍｎ％］＋１．３×［Ｃｒ％］+３．７×［Ｍｏ％］・・・（ｂ）
【請求項５】
前記Ｒ１が２．０以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の非調質機械部品用鋼線。
【請求項６】
前記組織が、体積％で４５×［Ｃ％］＋５０以上の前記ベイナイトを含むことを特徴とする請求項１、２、４及び５のいずれか１項に記載の非調質機械部品用鋼線。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の非調質機械部品用鋼線を得るための線材であって、
化学成分として、質量％で、
Ｃ：０．１８％〜０．６５％、
Ｓｉ：０．０５％〜１．５％、
Ｍｎ：０．５０％〜２．０％、
Ｃｒ：０％〜１．５０％、
Ｍｏ：０％〜０．５０％、
Ｔｉ：０％〜０．０５０％、
Ａｌ：０％〜０．０５０％、
Ｂ：０％〜０．００５０％、
Ｎｂ：０％〜０．０５０％、
Ｖ：０％〜０．２０％を含有し、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｎ：０．００５０％以下、
Ｏ：０．０１％以下に制限され、
残部がＦｅ及び不純物であり；
質量％での前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、組織が、体積％で７５×［Ｃ％］＋２５以上のベイナイトを含み、残部が、マルテンサイトを含まないフェライト及びパーライトの１つ以上であり；
前記線材の長手方向に垂直な断面において、前記線材の直径をＤ１ｍｍとし、前記線材の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１×Ｄ１ｍｍまでの領域を前記線材の第１表層部、深さ０．２５×Ｄ１ｍｍから前記断面の中心までの領域を前記線材の第１中心部としたとき、前記第１表層部での前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ１μｍと、前記第１中心部での前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ１μｍとが、下記式（ａ）を満たし；
前記線材の前記第１表層部及び前記線材の前記第１中心部の前記ベイナイトブロックの平均粒径が５．０μｍ〜２０．０μｍであり、前記線材の前記第１表層部及び前記線材の前記第１中心部の前記ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が１５．０μｍ以下である
ことを特徴とする非調質機械部品用線材。
ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５・・・（ａ）
【請求項８】
前記化学成分として、質量％で、Ｃ：０．１８％〜０．５０％、Ｓｉ：０．０５％〜０．５０％を含有することを特徴とする請求項７に記載の非調質機械部品用線材。
【請求項９】
前記化学成分として、質量％で、Ｃ：０．２０％〜０．６５％を含有し、
質量％で前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、前記組織が、体積％で４５×［Ｃ％］＋５０以上の前記ベイナイトを含むことを特徴とする請求項７に記載の非調質機械部品用線材。
【請求項１０】
円柱の軸を有する機械部品であって、
化学成分として、質量％で、
Ｃ：０．１８％〜０．６５％、
Ｓｉ：０．０５％〜１．５％、
Ｍｎ：０．５０％〜２．０％、
Ｃｒ：０％〜１．５０％、
Ｍｏ：０％〜０．５０％、
Ｔｉ：０％〜０．０５０％、
Ａｌ：０％〜０．０５０％、
Ｂ：０％〜０．００５０％、
Ｎｂ：０％〜０．０５０％、
Ｖ：０％〜０．２０％を含有し、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｎ：０．００５０％以下、
Ｏ：０．０１％以下に制限され、
残部がＦｅ及び不純物であり；
質量％での前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、組織が、体積％で７５×［Ｃ％］＋２５％以上のベイナイトを含み、残部が、フェライト及びパーライトの１つ以上であり；  前記軸の長手方向に平行な断面において、前記軸の直径をＤ３ｍｍとし、前記軸の表面から前記断面の中心線に向かって深さ０．１×Ｄ３ｍｍまでの領域を前記機械部品の第４表層部とし、前記機械部品の第４表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比をＲ２とするとき、
前記Ｒ２が１．２以上であり；
前記軸の長手方向に垂直な断面において、前記軸の直径をＤ３ｍｍとし、前記軸の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１×Ｄ３ｍｍまでの領域を前記機械部品の第５表層部、深さ０．２５×Ｄ３ｍｍから前記断面の中心までの領域を前記機械部品の第５中心部とし、前記機械部品の第５表層部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ５μｍ、前記機械部品の第５中心部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ５μｍとするとき、
前記ＰＳ５が下記式（ｅ）を満たしてかつ、
前記ＰＳ５と前記ＰＣ５とが下記式（ｆ）を満たし；
前記機械部品の前記第５表層部及び前記機械部品の前記第５中心部における前記ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が８．０μｍ以下であり、
引張強さが８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａである
ことを特徴とする非調質機械部品。
ＰＳ５≦２０／Ｒ２・・・（ｅ）
ＰＳ５／ＰＣ５≦０．９５・・・（ｆ）
【請求項１１】
前記Ｒ２が１．５以上であり、前記引張強さが１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａであることを特徴とする請求項１０に記載の非調質機械部品。
【請求項１２】
前記非調質機械部品はボルトであることを特徴とする請求項１０または１１に記載の非調質機械部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
引張強さが８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの非調質機械部品は、ボルトやトーションバー、スタビライザーなどの軸形状を有する自動車部品や各種産業機械に使用される。
本発明は、この非調質機械部品、これを製造するための鋼線、及び、この鋼線を製造するための線材に関する。
なお、本発明で対象とする非調質機械部品には、自動車用や建築用のボルト等も含まれる。
これ以降、非調質機械部品用線材を単に線材と、非調質機械部品用鋼線を単に鋼線と、及び、非調質機械部品を単に機械部品と称する場合がある。
本願は、２０１５年１月２７日に、日本に出願された特願２０１５−０１３３８５号及び２０１５年２月１９日、日本に出願された特願２０１５−０３０８９１号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や各種産業機械の部品として、軽量化や小型化を目的に、８００ＭＰａ以上の引張強さを有する高強度機械部品が使用されている。【０００３】
しかしながら、機械部品の高強度化に伴って、水素脆化現象が顕著になっている。
この水素脆化現象とは、線材や鋼線に侵入した水素の影響により、本来予想される応力より小さい応力にて機械部品が破壊する現象である。
この水素脆化現象は種々の形態で現れる。
例えば、自動車及び建築物等に用いられるボルトにおいては、遅れ破壊が生じることがある。
ここで、遅れ破壊とは、ボルトなどの場合には、締結してから暫く時間が経った後に、突然ボルトに破壊が生じる現象である。【０００４】
そこで、特許文献１〜７に開示されているように、高強度機械部品の耐水素脆化特性を向上させるための、種々の検討が行われている。
高強度機械部品は、機械構造用炭素鋼にＭｎ、Ｃｒ、ＭｏまたはＢなどの合金元素を添加した合金鋼や特殊鋼の鋼材を用いて製造されている。
具体的には、まず、この合金鋼の鋼材を熱間圧延し、その後球状化焼鈍を行い、軟質化させる。次に、軟質化させた鋼材を、冷間鍛造や転造で所定の形状に成形する。そして、成形後に、焼入れ焼戻し処理を行って、引張強さを付与する。
また、高強度機械部品の一例であるボルトに関しては、耐遅れ破壊特性を向上させる技術の一つとして、伸線加工したパーライトを用いる技術が知られている。【０００５】
しかしながら、これらの鋼材は、合金元素の含有量が多いため、鋼材価格が高くなる。
さらに、部品形状に成形する前の軟質化焼鈍や、成形後の焼入れ焼戻し処理を必要とするので、製造コストが上昇する。【０００６】
このような課題に対し、軟質化焼鈍や焼入れ焼戻し処理を省略し、急速冷却や析出強化などで引張強さを高めた線材が知られている。
また、これらの線材に伸線加工を施して、所定の引張強さを付与する技術が知られている。
そして、この技術はボルト等に利用され、この技術を用いて製造したボルトは非調質ボルトと呼ばれている。【０００７】
特許文献８には、質量％で、Ｃ：０．０３％〜０．２０％、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．７０％〜２．５％、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉのうち１種もしくは２種以上の合計：０．０５％〜０．３０％、Ｂ：０．０００５％〜０．００５０％を含有する鋼を線材圧延後に５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却したベイナイト組織からなる非調質ボルトの製造方法が開示されている。【０００８】
また、特許文献９には、Ｃ：０．０５％〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１％〜１．０％、Ｍｎ：１．０％〜２．０％、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０１％〜０．０５％、Ｖ：０．０５％〜０．３％を含有する鋼を、９００℃〜１１５０℃の温度に加熱後熱間圧延を行い、仕上げ圧延の後８００℃から５００℃までに温度域を２℃／ｓ以上の平均冷却速度で冷却し、フェライト＋ベイナイト組織としたのち、５５０℃〜７００℃の温度範囲で焼きなましを行う高強度ボルトの製造方法が開示されている。【０００９】
これらの製造方法では、冷却速度や冷却終了温度の厳格な制御が必要であり、製造方法が複雑となる。
また、組織が不均一となり、冷間鍛造性が劣化する場合がある。【００１０】
特許文献１０には、Ｃを質量％で０．４％〜１．０％含有し、かつ、成分組成が特定の条件式を満たし、組織がパーライトや疑似パーライトからなる冷間鍛造用鋼が開示されている。
しかしながら、この鋼は、ラメラ状の粗大なセメンタイトを含むため、従来、ボルト等の機械部品に用いている機械構造用炭素鋼や機械構造用合金鋼と比較して、冷間鍛造性が劣る。【００１１】
このように、従来技術による非調質線材では、安価な製造方法で、良好な冷間鍛造性を有する機械部品が得られない。
さらに、従来技術では、これを製造するための鋼線及び線材が得ることができない。【００１２】
また、これらの従来の技術では、ベイナイトを含まないパーライトや擬似パーライトを主体とした組織であるため、鋼線の引張強さが増加することにより、冷間加工の際に変形抵抗が高くなることで、金型の負荷が増大したり、あるいは、ベイナイトを含む組織でも、ベイナイトブロックの粒径や標準偏差が大きいことで、延性が低下し、加工割れが発生しやすくなり、冷間加工性が著しく低下する。
そのため、引張強さが８００ＭＰａ以上、特に、１２００ＭＰａ以上の非調質の高強度の機械部品において、良好な耐水素脆化特性を得ることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】日本国特開２００５−２８１８６０号公報
【特許文献２】日本国特開２００１−３４８６１８号公報
【特許文献３】日本国特開２００４−３０７９２９号公報
【特許文献４】日本国特開２００８−２６１０２７号公報
【特許文献５】日本国特開平１１−３１５３４９号公報
【特許文献６】日本国特開２００２−６９５７９号公報
【特許文献７】日本国特開２０００−１４４３０６号公報
【特許文献８】日本国特開平２−１６６２２９号公報
【特許文献９】日本国特開平８−０４１５３７号公報
【特許文献１０】日本国特開２０００−１４４３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、従来技術における上記課題に鑑み、（ａ）安価に製造することが可能な、引張強さが８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの耐水素脆化特性に優れた高強度機械部品、（ｂ）該機械部品の製造に用いる、軟質化焼鈍や焼入れ焼戻し処理などの熱処理の省略が可能な、冷間加工性に優れる鋼線、及び、その鋼線を製造するための、伸線加工性に優れる線材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】
【００１５】
本発明者らは、上記目的を達成するため、軟質化熱処理を省略しても冷間鍛造が可能であり、かつ、焼入れ焼戻しなどの調質処理を行わなくても、引張強さが８００ＭＰａ以上の高強度機械部品を得るための線材及び鋼線の成分組成と組織との関係を調査した。【００１６】
本発明は、この調査で得た冶金的知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下の通りである。
（１）本発明の第一の態様に係る非調質機械部品用鋼線は、鋼線であって、化学成分として、質量％で、Ｃ：０．１８％〜０．６５％、Ｓｉ：０．０５％〜１．５％、Ｍｎ：０．５０％〜２．０％、Ｃｒ：０％〜１．５０％、Ｍｏ：０％〜０．５０％、Ｔｉ：０％〜０．０５０％、Ａｌ：０％〜０．０５０％、Ｂ：０％〜０．００５０％、Ｎｂ：０％〜０．０５０％、Ｖ：０％〜０．２０％を含有し、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｏ：０．０１％以下に制限され、残部がＦｅ及び不純物であり；質量％での前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、組織が、体積％で７５×［Ｃ％］＋２５以上のベイナイトを含み、残部が、フェライト及びパーライトの１つ以上であり；前記鋼線の長手方向に平行な断面において、前記鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、前記鋼線の表面から前記断面の中心線に向かって深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を前記鋼線の第２表層部とし、前記鋼線の第２表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比をＲ１とするとき、前記Ｒ１が１．２以上であり；前記鋼線の長手方向に垂直な断面において、前記鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、前記鋼線の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を前記鋼線の第３表層部、深さ０．２５×Ｄ２ｍｍから前記断面の中心までの領域を前記鋼線の第３中心部とし、前記鋼線の第３表層部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ３μｍ、前記鋼線の第３中心部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ３μｍとするとき、前記ＰＳ３が下記式（Ｃ）を満たしてかつ、前記ＰＳ３と前記ＰＣ３とが下記式（Ｄ）を満たし；前記鋼線の前記第３表層部及び前記鋼線の前記第３中心部における前記ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が８．０μｍ以下であり；引張強さが８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａである。
ＰＳ３≦２０／Ｒ１・・・（Ｃ）
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５・・・（Ｄ）
（２）上記（１）に記載の非調質機械部品用鋼線では、前記化学成分として、質量％で、Ｃ：０．１８％〜０．５０％、Ｓｉ：０．０５％〜０．５０％を含有してもよい。
（３）上記（１）に記載の非調質機械部品用鋼線では、前記化学成分として、質量％で、Ｃ：０．２０％〜０．６５％を含有してもよく、質量％で前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、前記組織が、体積％で４５×［Ｃ％］＋５０以上の前記ベイナイトを含んでもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の非調質機械部品用鋼線では、前記化学成分として、質量％で、Ｂ：０．０００５％未満を含有し、質量％で、前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とし、前記Ｓｉの含有量を［Ｓｉ％］とし、前記Ｍｎの含有量を［Ｍｎ％］とし、前記Ｃｒの含有量を［Ｃｒ％］とし、前記Ｍｏの含有量を［Ｍｏ％］とするとき、下記式（Ｂ）で求められるＦ１が２．０以上でもよい。
Ｆ１＝０．６×［Ｃ％］−０．１×［Ｓｉ％］+１．４×［Ｍｎ％］＋１．３×［Ｃｒ％］+３．７×［Ｍｏ％］・・・（Ｂ）
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の非調質機械部品用鋼線では、前記Ｒ１が２．０以下でもよい。
（６）上記（１）、（２）、（４）及び（５）のいずれか１つに記載の非調質機械部品用鋼線では、前記組織が、体積％で４５×［Ｃ％］＋５０以上の前記ベイナイトを含んでもよい。
（７）本発明の第二の態様に係る非調質機械部品用線材は、上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の非調質機械部品用鋼線を得るための線材であって、化学成分として、質量％で、Ｃ：０．１８％〜０．６５％、Ｓｉ：０．０５％〜１．５％、Ｍｎ：０．５０％〜２．０％、Ｃｒ：０％〜１．５０％、Ｍｏ：０％〜０．５０％、Ｔｉ：０％〜０．０５０％、Ａｌ：０％〜０．０５０％、Ｂ：０％〜０．００５０％、Ｎｂ：０％〜０．０５０％、Ｖ：０％〜０．２０％を含有し、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｏ：０．０１％以下に制限され、残部がＦｅ及び不純物であり；質量％での前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、組織が、体積％で７５×［Ｃ％］＋２５以上のベイナイトを含み、残部が、マルテンサイトを含まないフェライト及びパーライトの１つ以上であり；前記線材の長手方向に垂直な断面において、前記線材の直径をＤ１ｍｍとし、前記線材の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１×Ｄ１ｍｍまでの領域を前記線材の第１表層部、深さ０．２５×Ｄ１ｍｍから前記断面の中心までの領域を前記線材の第１中心部としたとき、前記第１表層部での前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ１μｍと、前記第１中心部での前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ１μｍとが、下記式（Ａ）を満たし；前記線材の前記第１表層部及び前記線材の前記第１中心部の前記ベイナイトブロックの平均粒径が５．０μｍ〜２０．０μｍであり、前記線材の前記第１表層部及び前記線材の前記第１中心部の前記ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が１５．０μｍ以下である
ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５・・・（Ａ）
（８）上記（７）に記載の非調質機械部品用線材では、前記化学成分として、質量％で、Ｃ：０．１８％〜０．５０％、Ｓｉ：０．０５％〜０．５０％を含有してもよい。
（９）上記（７）に記載の非調質機械部品用線材では、前記化学成分として、質量％で、Ｃ：０．２０％〜０．６５％を含有してもよく、質量％で前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、前記組織が、体積％で４５×［Ｃ％］＋５０以上の前記ベイナイトを含んでもよい。
（１０）本発明の第三の態様に係る非調質機械部品は、円柱の軸を有する非調質機械部品であって、化学成分として、質量％で、Ｃ：０．１８％〜０．６５％、Ｓｉ：０．０５％〜１．５％、Ｍｎ：０．５０％〜２．０％、Ｃｒ：０％〜１．５０％、Ｍｏ：０％〜０．５０％、Ｔｉ：０％〜０．０５０％、Ａｌ：０％〜０．０５０％、Ｂ：０％〜０．００５０％、Ｎｂ：０％〜０．０５０％、Ｖ：０％〜０．２０％を含有し、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｏ：０．０１％以下に制限され、残部がＦｅ及び不純物であり；質量％での前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、組織が、体積％で７５×［Ｃ％］＋２５％以上のベイナイトを含み、残部が、フェライト及びパーライトの１つ以上であり；前記軸の長手方向に平行な断面において、前記軸の直径をＤ３ｍｍとし、前記軸の表面から前記断面の中心線に向かって深さ０．１×Ｄ３ｍｍまでの領域を前記機械部品の第４表層部とし、前記機械部品の第４表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比をＲ２とするとき、前記Ｒ２が１．２以上であり；前記軸の長手方向に垂直な断面において、前記軸の直径をＤ３ｍｍとし、前記軸の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１×Ｄ３ｍｍまでの領域を前記機械部品の第５表層部、深さ０．２５×Ｄ３ｍｍから前記断面の中心までの領域を前記機械部品の第５中心部とし、前記機械部品の第５表層部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ５μｍ、前記機械部品の第５中心部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ５μｍとするとき、前記ＰＳ５が下記式（Ｅ）を満たしてかつ、前記ＰＳ５と前記ＰＣ５とが下記式（Ｆ）を満たし；前記機械部品の前記第５表層部及び前記機械部品の前記第５中心部における前記ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が８．０μｍ以下であり、引張強さが８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａである。
ＰＳ５≦２０／Ｒ２・・・（Ｅ）
ＰＳ５／ＰＣ５≦０．９５・・・（Ｆ）
（１１）上記（１０）に記載の非調質機械部品では、前記Ｒ２が１．５以上であり、前記引張強さが１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａであってもよい。
（１２）上記（１０）または（１１）に記載の非調質機械部品は、ボルトであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、引張強さが８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの高強度機械部品、及びその素材となる線材及び鋼線を安価に提供することができる。
また、本発明は、自動車、各種産業機械、及び、建設用部材の軽量化や小型化に寄与することができ、産業上の貢献が、極めて顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第二様態に係る非調質機械部品用線材の長手方向に垂直な断面において、線材の直径をＤ１ｍｍとしたとき、前記線材の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１Ｄ１ｍｍまでの領域、すなわち第１表層部、及び深さ０．２５Ｄ１ｍｍから前記断面の中心までの領域、すなわち第１中心部を示す図である。
【図２Ａ】本発明の第一様態に係る非調質機械部品用鋼線の長手方向に平行な断面において、鋼線の直径をＤ２ｍｍとしたとき、前記鋼線の表面から前記断面の中心線に向かって深さ０．１Ｄ２ｍｍまでの領域、すなわち第２表層部を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の第一様態に係る非調質機械部品用鋼線の長手方向に垂直な断面において、鋼線の直径をＤ２ｍｍとしたとき、前記鋼線の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１Ｄ２ｍｍまでの領域、すなわち第３表層部、及び深さ０．２５Ｄ２ｍｍから前記断面の中心までの領域、すなわち第３中心部を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第三様態に係る非調質機械部品の円柱の軸の長手方向に平行な断面において、軸の直径をＤ３ｍｍとしたとき、前記軸の表面から前記断面の中心線に向かって深さ０．１Ｄ３ｍｍまでの領域、すなわち第４表層部を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の第三様態に係る非調質機械部品の円柱の軸の長手方向に垂直な断面において、軸の直径をＤ３ｍｍとしたとき、前記軸の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１Ｄ３ｍｍまでの領域、すなわち第５表層部、及び深さ０．２５Ｄ３ｍｍから前記断面の中心までの領域、すなわち第５中心部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者らは、前述したように、伸線加工性に優れた線材を素材として鋼線を製造し、次にその鋼線から機械部品を製造する過程において、軟質化熱処理を省略しても冷間鍛造が可能であり、かつ、機械部品として成形後に焼入れ焼戻しなどの調質処理を行わなくても、機械部品の引張強さが８００ＭＰａを超えるような、線材及び鋼線の成分組成と組織との関係を詳細に調査した。
また、本発明で対象とする非調質機械部品とは、軟質化焼鈍や焼入れ焼戻し処理などの熱処理を省略して、伸線や鍛造などの加工硬化により引張強さを付与した機械部品であり、ここでは、初期断面からの減面率が２０％以上である機械部品とする。
【００２０】
そして、本発明者らは、高強度機械部品を安価に製造するため、調査で得た冶金的知見に基づいて、線材の熱間圧延時の保有熱を利用したインライン熱処理、及び、その後の鋼線・機械部品までの一連の製造方法について、総合的な検討を進め、以下（ａ）〜（ｄ）の結論に到達した。
【００２１】
（ａ）線材を伸線加工して得られた鋼線は、高強度化する。しかしながら、高強度化した鋼線は、加工性が劣り、変形抵抗が高く、かつ、加工割れが発生し易い。
（ｂ）高強度鋼線の加工性を向上させるためには、鋼線のベイナイトの体積率を制御すること、ベイナイトブロックの粒径のばらつきを小さくすること、表層部のベイナイトブロックの粒径を微細にすることが有効である。
（ｃ）鋼線のＣ含有量を質量％で［Ｃ％］とし、ベイナイトの体積率を体積％でＶＢ２とするとき、ＶＢ２が下記式１を満たすことは、鋼線の冷間加工性を高めることに有効である。
ＶＢ２≧７５×［Ｃ％］＋２５・・・（式１）
（ｄ）下記（ｄ−１）〜（ｄ−４）を全て満たすことによって、鋼線の冷間加工性を著しく高めることができる。
（ｄ−１）鋼線の長手方向に平行な断面において、鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、鋼線の表面から鋼線の中心線に向かって深さ０．１Ｄ２ｍｍまでの領域、すなわち、鋼線の第２表層部において、ベイナイトブロックの平均アスペクト比をＲ１とする。このＲ１を１．２以上とする。
（ｄ−２）鋼線の長手方向に垂直な断面において、鋼線の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１Ｄ２ｍｍまでの領域、すなわち、鋼線の第３表層部において、Ｒ１とベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３とが、下記式２を満たす。
ＰＳ３≦２０／Ｒ１・・・（式２）
（ｄ−３）鋼線のベイナイトブロックの粒径の標準偏差を８．０μｍ以下にする。
（ｄ−４）鋼線の長手方向に垂直な断面において、鋼線の直径をＤ２ｍｍとしたとき、深さ０．２５Ｄ２ｍｍから前記断面の中心までの領域、すなわち第３中心部において、ベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ３とするとき、このＰＣ３と上記第３表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３とが、下記式３を満たす。
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５・・・（式３）
【００２２】
＜ベイナイトブロック＞
ここで、ベイナイトブロックとは、詳細は後述するが、一般的には、方位性が整ったｂｃｃ鉄からなる組織単位をいう。
ベイナイトブロック粒とは、フェライトの結晶方位が同じと見なせる領域であり、ｂｃｃ構造の結晶方位マップから、方位差が１５°以上となる境界を、ベイナイトブロック粒界とする。
【００２３】
また、本発明者らは、上記の鋼線を得るための素材となる、線材の成分組成と組織との関係を詳細に調査した。
上記の鋼線を得るための線材として、伸線加工性を高めるためだけでなく、鋼線の組織を得るためには、ベイナイトの体積率を制御し、ベイナイトブロックの粒径のばらつきを小さくし、表層部のベイナイトブロックの粒径を微細にすることが有効である。具体的には、下記（ｅ−１）〜（ｅ−４）を満たすことによって、線材の伸線加工性を高めて、上記の鋼線の組織を得ることが出来る。
また、ベイナイトブロックの平均粒径が微細になるほど、線材の延性が向上する。
（ｅ−１）線材の組織は、ベイナイト、フェライト及びパーライトからなり、マルテンサイトは含まない。
（ｅ−２）線材のＣ含有量を質量％で［Ｃ％］とし、ベイナイトの体積率を体積％でＶＢ１とするとき、ＶＢ１が下記式４を満たすことは、鋼線の冷間加工性を高めることに有効である。
ＶＢ１≧７５×［Ｃ％］＋２５・・・（式４）
（ｅ−３）線材のベイナイトブロックの平均粒径は５．０μｍ〜２０．０μｍであり、このベイナイトブロックの標準偏差は１５．０μｍ以下である。
（ｅ−４）線材の長手方向に垂直な断面において、線材の直径をＤ１ｍｍとし、線材の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１Ｄ１ｍｍまでの領域を、線材の第１表層部とする。また、深さ０．２５Ｄ１ｍｍから前記断面の中心までの領域を第１中心部とする。そして、第１表層部のベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ１とし、第１中心部のベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ１とするとき、このＰＳ１とＰＣ１とが、下記式５を満たす。
ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５・・・（式５）
【００２４】
次に、本発明者らは、上記の鋼線を冷間鍛造して得られる機械部品について検討を行った。具体的には、引張強さが８００ＭＰａ以上、特に１２００ＭＰａ以上の高強度機械部品の耐水素脆化特性に及ぼす成分及び組織の影響について詳細に調査し、優れた耐水素脆化特性を得るための成分及び組織を見出した。
また、このような成分及び組織を得るための方法について、冶金的知見に基づいて検討を重ねた結果、以下の事項が明らかになった。
【００２５】
優れた耐水素脆化特性を得るためには、機械部品の表層部の組織を表面と平行な向きに伸長化させることが有効である。
本発明の機械部品は、円柱の軸を有する。
具体的には、その軸の長手方向と平行な断面であるＬ断面において、軸の直径をＤ３とする。
そして、図３Ａに示すように、機械部品において、表面から深さ０．１Ｄ３までの領域、すなわち第４表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ２を１．２以上とすると、機械部品の耐水素脆化特性を向上させることができる。
即ち、十分に伸長化していないベイナイトブロックは耐水素脆化特性にあまり寄与しないため、ベイナイトブロックを伸長化させることが好ましい。
ここで、ベイナイトブロックのアスペクト比Ｒ２とは、ベイナイトブロックの長軸の寸法／短軸の寸法で示される比率である。
特に、機械部品において、１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの引張強さが求められる場合には、第４表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ２を１．５以上とすることが好ましい。
一方、機械部品において、８００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの引張強さが求められる場合には、第４表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ２を２．０以下とすることが好ましい。
【００２６】
さらに、機械部品は下記（ｆ）〜（ｈ）を全て満たすことによって、加工割れ無く、非調質のままで、十分な耐水素脆化特性を得ることが出来る。
（ｆ）機械部品のＣ含有量を［Ｃ％］とするとき、ベイナイトの体積率ＶＢ３は、体積％で、下記式６を満たす。
ＶＢ３≧７５×［Ｃ％］＋２５・・・（式６）
特に、機械部品において、１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの引張強さが求められる場合には、ベイナイトの体積率ＶＢ３は、体積％で、下記式７を満たすことが好ましい。
ＶＢ３≧４５×［Ｃ％］＋５０・・・（式７）
（ｇ）そして、上記のベイナイトブロックの平均アスペクト比をＲ２としたとき、Ｒ２が１．２以上であり、機械部品の軸の長手方向と垂直な断面であるＣ断面の第５表層部において、ベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ５が、単位μｍで、下記式８を満たす。
ＰＳ５≦２０／Ｒ２・・・（式８）
（ｈ）さらに、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差を８．０μｍ以下にするとともに、かつ、機械部品の第５表層部と第５中心部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ５及びＰＣ５とが、下記式９を満たす。
ＰＳ５／ＰＣ５≦０．９５・・・（式９）
【００２７】
このように、線材、鋼線及び機械部品の成分組成と組織を改良することにより、伸線加工性の良好な線材を得ることができ、その線材を伸線加工した得た鋼線は高強度でかつ冷間加工性に優れる。そして、その鋼線を冷間鍛造して得られる機械部品を、焼入れ焼戻し処理を省略しても高強度化することができ、かつ、機械部品の耐水素脆化特性を向上させることが可能となった。
【００２８】
このような焼入れ焼戻しなどの調質処理を行わなくても高強度となる機械部品を得るためには素材である鋼線の段階で、既に、上記特徴のミクロ組織を有するものとし、これを、加工前の熱処理を行わずに、機械構造用部品に加工することが有効である。
すなわち、本実施形態に係る鋼線を用いれば、軟質化熱処理を省略しても冷間鍛造が可能である。
つまり、本実施形態に係る鋼線を用いれば、鋼線の球状化熱処理（軟質化熱処理）の軟質化焼鈍費用と、機械部品を製造する際、鋼線を成形した後の焼入れ焼戻し処理にかかる費用を削減できるので、コスト面等において、有利である。
【００２９】
さらに、本実施形態に係る線材は、熱間圧延時の残熱を利用して、圧延後直ちに、２槽からなる溶融塩槽に浸漬して得られる。本実施形態に係る鋼線は、本実施形態に係る線材を冷間での伸線加工によって製造される。この製造方法により、高価な合金元素を多量添加しなくても、ベイナイトの体積率を制御した鋼線を得ることができる。したがって、この製造方法は、安価で、優れた材質特性を得ることができる最良の製造方法である。
【００３０】
即ち、本実施形態に係る非調質機械部品は、次のような一連の製造方法によって製造することができる。
まず、ベイナイトを制御すべく成分組成を調整し、熱間圧延を経て、巻き取り及び２段階冷却を行った所望の直径を有する線材を、熱間圧延時の残熱を利用して溶融塩槽に浸漬する。
次に、浸漬した線材を、室温で特定の条件にて伸線加工して、所望の直径を有する鋼線を得る。
そして、鋼線を冷間加工によって機械部品に成形する。
成形後、延性を回復させるための比較的低温の熱処理を行う。この熱処理は、「調質」には該当ない。
【００３１】
それ故、従来の製造法や知見では製造が極めて困難であった引張強さ８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの機械部品を安価に得ることができる。
特に、引張強さ１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの機械部品を安価に得ることができる。
【００３２】
以下、本実施形態に係る非調質機械部品用線材、非調質機械部品用鋼線、非調質機械部品について詳細に説明する。
まず、本実施形態における、線材、鋼線、非調質機械部品の化学成分の組成の限定理由についてより詳細に説明する。
以下、成分組成に係る％は、質量％を意味する。
伸線加工、冷間鍛造や成形などの加工では、化学成分は変化しない。そのため、本実施形態に係る線材、鋼線及び機械部品は、同一の化学組成を有する。
【００３３】
Ｃ：０．１８％〜０．６５％
Ｃは、所定の鋼線及び機械部品の引張強さを確保するために含有させる。
Ｃ含有量が、０．１８％未満では、８００ＭＰａ以上の引張強さを確保することが困難である。
したがって、Ｃ含有量の下限を０．１８％とする。
一方、Ｃ含有量が、０．６５％を超えると、鋼線の冷間鍛造性が劣化する。
したがって、Ｃ含有量の上限を０．６５％とする。
【００３４】
引張強さが８００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの機械部品では、Ｃ含有量は、０．５０％以下であることが好ましい。
一方、引張強さが１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの機械部品では、Ｃ含有量は、０．２０％以上であることが好ましい。
鋼線において、高強度と冷間鍛造性とを両立するためには、Ｃ含有量は０．２１％以上がより好ましく、引張強さが１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの機械部品では、０．５４％以下がより好ましく、引張強さが８００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの機械部品では、０．４４％以下がより好ましい。
【００３５】
Ｓｉ：０．０５％〜１．５％
Ｓｉは、脱酸元素として機能するとともに、固溶強化により鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。
Ｓｉ含有量が０．０５％未満では、これらの効果が不十分である。
したがって、Ｓｉ含有量の下限を０．０５％とする。
一方、Ｓｉ含有量が１．５％を超えると、これらの効果が飽和するとともに、鋼線において冷間加工性が劣化し、機械部品において加工割れが発生しやすくなる。
したがって、Ｓｉ含有量の上限を１．５％とする。
引張強さが８００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの機械部品では、Ｓｉ含有量は、０．５０％以下であることが好ましい。
Ｓｉの効果をより十分に得るためには、Ｓｉ含有量は０．１８％以上がより好ましく、引張強さが８００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの機械部品では、０．４％以下がより好ましく、引張強さが１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの機械部品では、０．９０％以下がより好ましい。
【００３６】
Ｍｎ：０．５０％〜２．０％
Ｍｎは、ベイナイト変態を促進し、鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。
Ｍｎ含有量が０．５０％未満では、この効果が不十分である。
したがって、Ｍｎ含有量の下限を０．５０％とする。
一方、Ｍｎ含有量が２．０％を超えると、この効果が飽和するとともに製造コストが増加する。
したがって、Ｍｎ含有量の上限を２．０％とする。
機械部品に十分な引張強さ付与することを考慮すると、Ｍｎ含有量は、０．６０％以上が好ましく、１．５％以下が好ましい。
【００３７】
Ｐ：０．０３０％以下
Ｓ：０．０３０％以下
ＰとＳとは、不可避的に鋼に混入する不純物である。
これらの元素は、結晶粒界に偏析して、機械部品の耐水素脆化特性を劣化させる。
したがって、Ｐ含有量及びＳ含有量は少ないほうがよく、Ｐ含有量及びＳ含有量の上限を、いずれも０．０３０％とする。
冷間加工性を考慮すると、Ｐ含有量及びＳ含有量は、０．０１５％以下が好ましい。
なお、Ｐ含有量及びＳ含有量の下限は０％を含む。
しかしながら、Ｐ及びＳは、不可避的に、少なくとも０．０００５％程度は鋼に混入する。
【００３８】
Ｎ：０．００５０％以下
Ｎは、動的歪み時効により、鋼線の冷間加工性を劣化させる。
したがって、Ｎ含有量は少ないほうがよく、Ｎ含有量の上限を０．００５０％とする。
冷間加工性を考慮すると、Ｎ含有量は好ましくは０．００４０％以下である。
なお、Ｎ含有量の下限は、０％を含む。
しかしながら、Ｎは、不可避的に、少なくとも０．０００５％程度は鋼に混入する。
【００３９】
Ｏ：０．０１％以下
Ｏは、鋼中に不可避的に混入され、Ａｌ、Ｔｉなどの酸化物の形態で存在する。
Ｏ含有量が多いと、粗大な酸化物が生成して、機械部品として使用時の疲労破壊の原因となる。
したがって、Ｏ含有量の上限を０．０１％とする。
なお、Ｏ含有量の下限は、０％を含む。
しかしながら、Ｏは、不可避的に、少なくとも０．００１％程度は鋼に混入する。
【００４０】
以上が、本実施形態に係る非調質機械部品用線材、非調質機械部品用鋼線、及び、非調質機械部品の基本的な成分組成であり、残部は、Ｆｅ及び不純物である。
なお、「残部がＦｅ及び不純物である」における「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから不可避的に混入するものを指す。
しかしながら、本実施形態における非調質機械部品用線材、非調質機械部品用鋼線、及び、非調質機械部品では、この基本成分に加え、残部のＦｅの一部の代わりに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ及びＶを含有させてもよい。
【００４１】
本実施形態に係る非調質機械部品用線材、非調質機械部品用鋼線、及び、非調質機械部品では、Ａｌを０％〜０．０５０％、Ｔｉを０％〜０．０５０％含有してもよい。
Ａｌ、Ｔｉの含有は任意であり、Ａｌ含有量及びＴｉ含有量は０％でも良い。
これらの元素は、脱酸元素として機能する他、ＡｌＮやＴｉＮを形成して固溶Ｎを低減し、動的歪み時効を抑制する。
ＡｌＮやＴｉＮは、ピン止め粒子として機能して結晶粒を細粒化し、冷間加工性を向上させる。
しかしながら、Ａｌ含有量やＴｉ含有量が０．０５％を超えると、Ａｌ２Ｏ３やＴｉＯ２などの粗大な酸化物が形成されて、機械部品として使用時の疲労破壊の原因となる場合がある。
そのため、Ａｌ含有量及びＴｉ含有量の上限は０．０５％が好ましい。
【００４２】
Ａｌ：０％〜０．０５０％
Ａｌ含有量が０．０１０％未満では、これらの効果が得られない場合がある。
したがって、これらの効果を確実に得るためには、Ａｌ含有量の下限を０．０１０％とすることが好ましい。
一方、Ａｌ含有量が０．０５０％を超えると、これらの効果が飽和する。
したがって、Ａｌ含有量の上限を０．０５０％とする。
Ａｌの効果をより十分に得るためには、Ａｌ含有量は、０．０１５％以上がより好ましく、０．０４５％以下が好ましい。
【００４３】
Ｔｉ：０％〜０．０５０％
Ｔｉ含有量が０．００５％未満では、これらの効果が得られない場合がある。
したがって、これらの効果を確実に得るためには、Ｔｉ含有量の下限を０．００５％とすることが好ましい。
一方、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えると、これらの効果が飽和する。
したがって、Ｔｉ含有量の上限を０．０５０％とする。
Ｔｉの効果をより十分に得るためには、Ｔｉ含有量は、０．０１０％以上がより好ましく、０．０４０％以下が好ましい。
【００４４】
本実施形態に係る非調質機械部品用線材、非調質機械部品用鋼線、及び、非調質機械部品では、Ｂを０％〜０．００５０％含有してもよい。
Ｂの含有は任意であり、Ｂ含有量は０％でも良い。
【００４５】
Ｂ：０％〜０．００５０％
Ｂは、ベイナイト変態を促進し、鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。
Ｂ含有量が０．０００５％未満では、この効果が不十分となる場合がある。
したがって、この効果を確実に得るためには、Ｂ含有量の下限を０．０００５％とすることが好ましい。
一方、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、この効果が飽和する。
したがって、Ｂ含有量の上限を０．００５０％以下とする。
Ｂの効果をより十分に得るためには、Ｂ含有量は、０．０００８％以上がより好ましく、０．００３０％以下が好ましい。
【００４６】
本実施形態に係る非調質機械部品用線材、非調質機械部品用鋼線、及び、非調質機械部品では、Ｃｒ：０％〜１．５０％、Ｍｏ：０％〜０．５０％、Ｎｂ：０％〜０．０５０％、Ｖ：０％〜０．２０％含有してもよい。
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、及びＶの含有は任意であり、それぞれの含有量は０％でも良い。
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、及びＶは、ベイナイト変態を促進して、鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。
【００４７】
Ｃｒ：０％〜１．５０％
Ｃｒ含有量が０．０１％未満では、上記の効果が得られない場合がある。
したがって、この効果を確実に得るためには、Ｃｒ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｃｒ含有量が１．５０％を超えると、合金コストが上昇する。
したがって、Ｃｒ含有量の上限を１．５０％とする。
【００４８】
Ｍｏ：０％〜０．５０％
Ｍｏ含有量が０．０１％未満では、上記の効果が得られない場合がある。
したがって、この効果を確実に得るためには、Ｍｏ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｍｏ含有量が０．５０％を超えると、合金コストが上昇する。
したがって、Ｍｏ含有量の上限を０．５０％とする。
【００４９】
Ｎｂ：０％〜０．０５０％
Ｎｂは０．００５％未満では、上記の効果が得られない場合がある。
したがって、この効果を得るためには、Ｎｂ含有量の下限は０．００５％とすることが好ましい。
一方、Ｎｂ含有量が０．０５０％を超えると、合金コストが上昇する。
したがって、Ｎｂ含有量の上限を０．０５０％とする。
【００５０】
Ｖ：０％〜０．２０％
Ｖは０．０１％未満では、上記の効果が得られない場合がある。
したがって、この効果を得るためには、Ｖ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｖ含有量が０．２０％を超えると、合金コストが上昇する。
したがって、Ｎｂ含有量の上限を０．２０％とする。
【００５１】
＜Ｆ１≧２．０＞
また、Ｂを含有しない場合、もしくはＢ含有量が０．０００５％未満の場合には、下記式１０より得られるＦ１を２．０以上とすることが好ましい。
下記式１０において、［Ｃ％］は質量％でＣ含有量を示し、［Ｓｉ％］は質量％でＳｉ含有量を示し、［Ｍｎ％］は質量％でＭｎ含有量を示し、［Ｃｒ％］は質量％でＣｒ含有量を示し、［Ｍｏ％］は質量％でＭｏ含有量を示す。
Ｆ１＝０．６×［Ｃ％］−０．１×［Ｓｉ％］+１．４×［Ｍｎ％］＋１．３×［Ｃｒ％］+３．７×［Ｍｏ％］・・・（式１０）
上記式１０で得られるＦ１を２．０以上とすることにより、線材において、より安定してベイナイトを得ることができる。
【００５２】
本実施形態に係る非調質機械部品用線材、非調質機械部品用鋼線、及び、非調質機械部品は、上記成分組成の鋼片を熱間圧延し、特定のミクロ組織を持つ必要がある。
次に、本実施形態に係る非調質機械部品用鋼線、非調質機械部品用線材及び、非調質機械部品の順にミクロ組織の限定理由について説明する。
【００５３】
本実施形態に係る非調質機械部品用鋼線は、次の（ｉ）〜（ｐ）の特徴を有する。なお、（ｉ）の成分組成に関しては、既述のため、本段落では割愛する。
（ｉ）上記の化学成分を有する。
（ｊ）質量％での前記Ｃ含有量を［Ｃ％］とするとき、組織が、体積％で７５×［Ｃ％］＋２５％以上のベイナイトを含む。
（ｋ）残部が、フェライト及びパーライトの１つ以上である。
（ｌ）鋼線の長手方向に平行な断面において、前記鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、前記鋼線の表面から前記鋼線の中心線に向かって深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を前記鋼線の第２表層部とし、前記鋼線の第２表層部における前記ベイナイトブロックの平均アスペクト比をＲ１とするとき、前記Ｒ１が１．２以上である。
（ｍ）前記鋼線の長手方向に垂直な断面において、前記鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、前記鋼線の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を前記鋼線の第３表層部とし、前記第３表層部での前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ３μｍとするとき、ＰＳ３が下記式１１を満たす。
ＰＳ３≦２０／Ｒ１・・・（式１１）
（ｎ）前記鋼線の長手方向に垂直な断面において、前記鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、深さ０．２５×Ｄ２ｍｍから前記断面の中心までの領域を前記鋼線の第３中心部としたとき、前記第３表層部での前記ベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３μｍと、前記第３中心部での前記ベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ３μｍとが、下記式（１２）を満たす。
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５・・・（式１２）
（ｏ）前記ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が８．０μｍ以下である。
（ｐ）引張強さが８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａである。
【００５４】
＜（ｊ）ベイナイトの体積率の下限：７５×［Ｃ％］＋２５＞
本実施形態に係る鋼線では、ベイナイト組織を制御している。
ベイナイトは、高強度と良加工性とを有する組織である。
ベイナイトの体積率ＶＢが、体積％で、下記式１３を満たさない場合、鋼線の引張強さが低下するととともに、残部である非ベイナイト組織が破壊の起点となる。
その結果、機械部品を製造する冷間鍛造の際に加工割れが発生し易くなる。
したがって、鋼線のベイナイトの体積率ＶＢの下限が、下記式１４を満たす必要がある。
ＶＢ≧７５×［Ｃ％］＋２５・・・（式１３）
ここで、［Ｃ％］とは、鋼線のＣ含有量を示す。
なお、鋼線において、１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの引張強さが要求される場合には、鋼線のベイナイトの体積率ＶＢの下限は、体積％で、下記式１４を満たすことが好ましい。
ＶＢ≧４５×［Ｃ％］＋５０・・・（式１４）
また、ベイナイトの体積率ＶＢは、後述の線材の製造方法により決定し、本実施形態に係る鋼線、この鋼線の素材となる線材及びこの鋼線を冷間鍛造して得られる機械部品において、変化することなく一定である。
【００５５】
＜（ｋ）残部組織：フェライト、パーライト＞
本実施形態に係る鋼線は、ベイナイト以外の残部組織として、フェライトやパーライトを含むことができる。
一方、マルテンサイトは、機械部品を成形する冷間鍛造の際の割れを発生し易くする。
そのため、本実施形態に係る鋼線は、マルテンサイトを含有しない方が好ましい。
【００５６】
＜（ｌ）ベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ１：１．２以上＞
本実施形態に係る鋼線は直径Ｄ２ｍｍを有する。
この鋼線において、長手方向と平行な断面であるＬ断面で測定する第２表層部のベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ１は、１．２以上である。
鋼線の第２表層部において、Ｌ断面で測定したベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ１が１．２未満のとき、冷間加工性が低下する。
そのため、ベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ１を１．２以上とする。
なお、平均アスペクト比Ｒ１は、ベイナイトブロック粒の短径に対する長径の比率である。
ここで、第２表層部とは、図２Ａに示すように、鋼線の表面から深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を示す。
鋼線において８００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの引張強さを要求される場合には、冷間加工性と引張強さとの両立させるために、ベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ１が２．０以下であってもよい。
また、鋼線において１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの引張強さを要求される場合には、冷間加工性と引張強さとの両立させるために、ベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ１が１．５以上であってもよい。
【００５７】
＜（ｍ）第３表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３：２０／Ｒ１以下＞
本実施形態に係る鋼線は直径Ｄ２ｍｍを有する。
この鋼線において、長手方向と垂直な断面であるＣ断面で測定する第３表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３は、単位μｍで、下記式１５を満たす。
Ｃ断面で測定した第３表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３μｍが下記式１５を満たさない場合、即ち、（２０／Ｒ１）μｍを超えると、鋼線の冷間鍛造性が劣化する。
ここで、第３表層部とは、図２Ｂに示すように、鋼線のＣ断面において、鋼線の表面から深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を示す。
ＰＳ３≦２０／Ｒ１・・・（式１５）
【００５８】
＜（ｎ）ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５＞
本実施形態に係る鋼線において、鋼線の長手方向に垂直な断面において、鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、鋼線の表面から深さ０．１×Ｄ２ｍｍの領域、すなわち第３表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３μｍと、深さ０．２５×Ｄ２ｍｍから中心までの領域、すなわち第３中心部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ３μｍとは、下記式１６を満たす。
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５・・・（式１６）
ここで、ＰＳ３とは単位μｍで、鋼線の第３表層部におけるベイナイトブロックの平均粒径を示し、ＰＣ３とは単位μｍで、鋼線の第３中心部におけるベイナイトブロックの平均粒径を示す。
ＰＳ３とＰＣ３との比率が０．９５を超えると、冷間鍛造時に、加工割れが発生し易くなる。
したがって、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ３／ＰＣ３を０．９５以下とする。
鋼線において、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ３／ＰＣ３の好ましい上限は、０．９０である。
【００５９】
＜（ｏ）ベイナイトブロックの粒径の標準偏差：８．０μｍ以下＞
本実施形態に係る鋼線において、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差は８．０μｍ以下である。
鋼線において、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が８．０μｍを超えると、ベイナイトブロックの粒径のばらつきが大きくなり、機械部品への冷間鍛造の際に加工割れが発生しやすくなる。
したがって、鋼線において、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差の上限を８．０μｍとする。
【００６０】
＜（ｐ）引張強さ：８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａ＞
本実施形態に係る鋼線において、引張強さは８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａである。
本実施形態は、引張強さで８００ＭＰａ以上の非調質機械部品を得ることを基本としているため、機械部品に加工する前の鋼線にも同程度の引張強さが求められる。
一方、１６００ＭＰａを超える鋼線は、鋼線から機械部品を冷間鍛造で製造することが困難である。
それ故、鋼線の強度として、引張強さを８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａとする。
好ましい引張強さは１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａ、より好ましくは１２４０ＭＰａ〜１５６０ＭＰａ、さらに好ましくは１２８０〜１４６０ＭＰａ未満である。
【００６１】
上記のような本実施形態に係る非調質機械部品用鋼線を得るためには、その素材となる線材が次の（ｑ）〜（ｖ）の特徴を有する必要がある。なお、（ｑ）の成分組成に関しては、既述のため、本段落では割愛する。
（ｑ）上記の化学成分を有する。
（ｒ）質量％での前記Ｃの含有量［Ｃ％］とするとき、組織が、体積％で７５×［Ｃ％］＋２５％以上のベイナイトを含む。
（ｓ）残部が、マルテンサイトを含まないフェライト及びパーライトの１つ以上である。
（ｔ）前記組織のベイナイトブロックの平均粒径が５．０μｍ〜２０．０μｍである。
（ｕ）前記ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が１５．０μｍ以下である。
（ｖ）前記線材の長手方向に垂直な断面において、前記線材の直径をＤ１ｍｍとし、前記線材の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１×Ｄ１ｍｍまでの領域を前記線材の第１表層部、深さ０．２５×Ｄ１ｍｍから前記断面の中心までの領域を前記線材の第１中心部としたとき、前記第１表層部での前記ベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ１μｍと、前記第１中心部での前記ベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ１μｍとが、下記式１７を満たす。
ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５・・・（１７）
【００６２】
＜（ｒ）ベイナイトの体積率の下限：７５×［Ｃ％］＋２５＞
上記の通り、本実施形態に係る鋼線では、ベイナイト組織を制御している。ベイナイトの体積率ＶＢは、伸線加工によって変化することが無いため、本実施形態に係る鋼線を得るためには、線材の段階で、ベイナイトの体積率ＶＢを制御する必要がある。
ベイナイトの体積率ＶＢが、体積％で、下記式１８を満たさない場合、良好な伸線加工性が得られないだけでなく、残部である非ベイナイト組織が破壊の起点となる。
したがって、線材のベイナイトの体積率ＶＢの下限が、下記式１８を満たす必要がある。
ＶＢ≧７５×［Ｃ％］＋２５・・・（式１８）
ここで、［Ｃ％］とは、線材のＣ含有量を示す。
なお、鋼線において、上記式１４を満たす必要があり、Ｃ含有量が０．２０％〜０．６５％の時は、線材のベイナイトの体積率ＶＢの下限は、体積％で、下記式１９を満たすことが好ましい。
ＶＢ≧４５×［Ｃ％］＋５０・・・（式１９）
【００６３】
＜（ｓ）残部組織：フェライト、パーライト＞
本実施形態に係る鋼線の素材となる線材は、ベイナイト以外の残部組織として、フェライトやパーライトを１つ以上含むことができる。
一方、マルテンサイトは、伸線加工の際に断線を発生させ、伸線加工性を悪化させる。
そのため、この線材はマルテンサイトを含有しない。
【００６４】
＜（ｔ）ベイナイトブロックの平均粒径：５．０μｍ〜２０．０μｍ＞
上記の通り、本実施形態に係る鋼線を得るためには、線材の段階で、ベイナイトブロックの平均粒径を制御する必要がある。
線材において、ベイナイトブロックの平均粒径が２０．０μｍを超えると、鋼線への伸線加工の際に割れが発生し易くなるだけでなく、伸線加工後の鋼線において、ベイナイトブロックの粒径のばらつきが大きくなる。
したがって、線材のベイナイトブロックの平均粒径の上限を２０．０μｍとする。
一方、線材において、ベイナイトブロックの平均粒径を５．０μｍ未満とするためには、製造方法が複雑になり製造コストが上昇する。
したがって、線材のベイナイトブロックの平均粒径の下限を５．０μｍとする。
【００６５】
＜（ｕ）ベイナイトブロックの粒径の標準偏差：１５．０μｍ以下＞
上記の通り、本実施形態に係る鋼線を得るためには、線材の段階で、ベイナイトブロックの粒径のばらつきを制御する必要がある。
そのため、線材において、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差は１５．０μｍ以下である。
線材のベイナイトブロックの粒径の標準偏差が１５μｍを超えると、ベイナイトブロックの粒径のばらつきが大きくなり、伸線加工後の鋼線の冷間加工性を悪化させる場合がある。
したがって、線材において、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差の上限を１５μｍとする。
【００６６】
＜（ｖ）ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５＞
上記の通り、本実施形態に係る鋼線を得るためには、線材の段階で、表層部のベイナイトブロックの粒径を制御する必要がある。
図１に示すように、線材の長手方向に垂直な断面において、線材の直径をＤ１ｍｍとしたとき、線材の表面から深さ０．１×Ｄ１ｍｍの領域を第１表層部とし、深さ０．２５×Ｄ１ｍｍから断面の中心までの領域を第１中心部とする。
第１表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ１と、第１中心部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ１とは、下記式２０を満たす。
ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５・・・（式２０）
ここで、ＰＳ１とは単位μｍで、線材の第１表層部におけるベイナイトブロックの平均粒径を示し、ＰＣ１とは単位μｍで、線材の第１中心部におけるベイナイトブロックの平均粒径を示す。
線材において、ＰＳ１とＰＣ１との比率が０．９５を超えると、伸線加工の際に割れが発生し易くなるだけでなく、鋼線の冷間加工性を悪化させる。
したがって、線材において、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ１／ＰＣ１を０．９５以下とする。
上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ１／ＰＣ１の好ましい上限は、０．９０である。
【００６７】
このように製造された鋼線を、所望の引張強さ及び耐水素脆化特性を有する機械部品とするには、鋼線の線径をＤ３ｍｍとしたとき、表面から０．１×Ｄ３ｍｍまでの領域における組織の態様が重要である。
【００６８】
本実施形態に係る鋼線を冷間加工することで、本実施形態に係る非調質機械部品を得ることができる。
本実施形態に係る非調質機械部品は、円柱の軸を有し、次の（Ｉ）〜（ＶＩＩＩ）の特徴を有する。なお、（Ｉ）の成分組成に関しては、既述のため、本段落では割愛する。
（Ｉ）上記の化学成分を有する。
（ＩＩ）質量％での前記Ｃの含有量［Ｃ％］とするとき、組織が、体積％で７５×［Ｃ％］＋２５％以上のベイナイトを含む。
（ＩＩＩ）残部が、フェライト及びパーライトの１つ以上である。
（ＩＶ）軸の長手方向に平行な断面において、前記軸の直径をＤ３ｍｍとし、前記軸の表面から前記軸の中心に向かって深さ０．１×Ｄ３ｍｍまでの領域を前記機械部品の第４表層部とし、前記機械部品の第４表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比をＲ２とするとき、前記Ｒ２が１．２以上である。
（Ｖ）前記軸の長手方向に垂直な断面において、前記軸の直径をＤ３ｍｍとし、前記軸の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１×Ｄ３ｍｍまでの領域を前記機械部品の第５表層部とし、前記第５表層部での前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ５μｍとするとき、ＰＳ５が下記式２１を満たす。
ＰＳ５≦２０／Ｒ２・・・（式２１）
（ＶＩ）前記軸の長手方向に垂直な断面において、前記軸の直径をＤ３ｍｍとし、深さ０．２５×Ｄ３ｍｍから前記断面の中心までの領域を前記機械部品の第５中心部としたとき、前記第５表層部での前記ベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ５μｍと、前記第５中心部での前記ベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ５μｍとが、下記式２２を満たす。
ＰＳ５／ＰＣ５≦０．９５・・・（式２２）
（ＶＩＩ）前記ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が８．０μｍ以下である。
（ＶＩＩＩ）引張強さが８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａである。
【００６９】
本実施形態に係る非調質機械部品において、上記（Ｉ）〜（ＶＩＩ）の限定理由は、上記の本実施形態に係る非調質機械部品用鋼線の上記（ｉ）〜（ｏ）のそれぞれの特徴の限定理由と同じである。
その理由は、鋼線から冷間鍛造にて機械部品を製造する過程において、成分及び組織の体積率は変化せず、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差、平均アスペクト比、表層部の平均粒径の中心部の平均粒径に対する比率は、ほとんど変化しないためである。
さらに、鋼線の直径Ｄ２ｍｍと機械部品の円柱の軸の直径Ｄ３ｍｍが一致しても良い。
また、前記非調質機械部品はボルトであっても良い。
【００７０】
＜（ＶＩＩＩ）引張強さ：８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａ＞
本実施形態に係る非調質機械部品において、引張強さは８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａである。
本発明は、引張強さで８００ＭＰａ以上の非調質機械部品を得ることを基本としている。部品としての強度が引張強さで８００ＭＰａ未満では、本発明を適用する必要がない。
一方、１６００ＭＰａを超える部品は、水素脆化特性が劣化する。
それ故、部品強度として、引張強さを８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａとする。
好ましい引張強さは１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａ、より好ましくは１２４０ＭＰａ〜１５６０ＭＰａ、さらに好ましくは１２８０〜１４６０ＭＰａ未満である。
【００７１】
次に、本実施形態に係る非調質機械部品用鋼線、非調質機械部品用線材及び非調質機械部品の組織の測定方法について説明する。
＜ベイナイトの体積率の測定方法＞
ベイナイトの体積率は、例えば、走査型電子顕微鏡で、線材のＣ断面、すなわち、線材の長手方向に垂直な断面を１０００倍の倍率で撮影し、画像解析して求める。
例えば、線材のＣ断面において、線材の表層（表面）近傍（第１表層部）、１／４Ｄ１部（線材の表面から線材の中心方向、すなわち深さ方向に線材の直径Ｄ１の１／４離れた部分）、及び、１／２Ｄ１部（第１中心部：線材の中心部分）を、それぞれ、１２５μｍ×９５μｍの領域で撮影する。
その領域内のそれぞれのベイナイトの面積を測定し、その合計値を観察領域で除算することによって、ベイナイトの面積率は得られる。
なお、非ベイナイト組織の面積率は、１００％より、ベイナイトの面積率を減算することによって得られる。
観察面、すなわちＣ断面に含まれる組織の面積率は、組織の体積率と等しいので、画像解析で得た面積率が、組織の体積率である。
なお、鋼線及び機械部品のベイナイトの体積率も、同様に測定することができる。
【００７２】
＜ベイナイトブロックの粒径の定義＞
ベイナイトブロックとは、次のことを意味する。
例えば、ＥＢＳＤ装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ）で測定したｂｃｃ構造の結晶方位マップにおいて、方位差が１５°以上となる境界をベイナイトブロック粒界とする。
そして、後述の方法によって得られた一つのベイナイトブロック粒の円相当粒径を、ベイナイトブロックの粒径と定義する。
【００７３】
＜ベイナイトブロックの平均粒径の測定方法＞
ベイナイトブロックの粒径は、例えば、ＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ）装置を用いて測定できる。
具体的には、線材については、線材の長手方向と垂直な断面であるＣ断面において、線材の直径をＤ１ｍｍとしたとき、表面から深さ０．１×Ｄ１ｍｍの領域、即ち第１表層部及び上記の第１中心部で測定する。
ここで、第１中心部とは、図１に示すように、線材の表面より中心方向に直径Ｄ１ｍｍの１／４離れた位置から中心までの領域である。
言い換えると、線材の深さ１／４Ｄ１ｍｍ〜１／２Ｄ１ｍｍの領域が第１中心部である。
そして、第１表層部と第１中心部とにおいて、それぞれ、２７５μｍ×１６５μｍの領域を測定し、視野内のベイナイトブロックの円相当径より、各ベイナイトブロックの体積を算出し、その体積平均を平均粒径と定義する。
そして、ベイナイトブロックの平均粒径は、第１表層部と第１中心部との平均粒径である。
なお、鋼線及び機械部品においても同様の方法によって、測定することができる。
【００７４】
＜ベイナイトブロックの標準偏差の測定方法＞
ベイナイトブロックの粒径の標準偏差は、上述の第１表層部と第１中心部とにおいて、４５°おきに１箇所ずつ測定し、それぞれの測定値の分布により、求めることができる。
なお、鋼線及び機械部品においても同様の方法によって、算出することができる。
【００７５】
＜ベイナイトブロックの平均アスペクト比の測定方法＞
ベイナイトブロックの平均アスペクト比は、次の方法により、測定できる。
具体的には、図２Ａに示すように、鋼線の長手方向と平行な断面であるＬ断面において、断面の中心線に向かって、表面から深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの範囲、即ち第２表層部にて、２７５μｍ×１６５μｍの領域をＥＢＳＤを用いて測定する。
その領域における各ベイナイトブロックを円または楕円と見なし、長径と、長径に対して垂直な短径より、アスペクト比を算出し、それらの計算値を平均することによって、第２表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ１を得ることが出来る。
なお、機械部品においても同様の方法によって、Ｒ２を測定することができる。
【００７６】
＜ＰＳ１のＰＣ１に対する比率の測定方法＞
線材の第１表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ１と中心部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ１との比率は、次の方法により得られる。
図１に示すように、線材の長手方向と垂直な断面であるＣ断面において、線材の直径をＤ１ｍｍとするとき、表面から深さ０．１×Ｄ１ｍｍの領域を第１表層部とする。
また、図１に示すように、線材の表面から中心方向に、直径Ｄ１ｍｍの１／４離れた部分１／４Ｄ１部から１／２Ｄ１部までの領域、即ち線材の第１中心部とする。第１表層部及び第１中心部にて、それぞれ、２７５μｍ×１６５μｍの領域をＥＢＳＤを用いて測定する。
そして、ＰＳ１のＰＣ１に対する比率は、それぞれの領域で測定したベイナイトブロックの円相当径より、上記の方法により、平均粒径を求め、第１表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ１を第１中心部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ１で除して得ることができる。
なお、鋼線においても、同様の方法によってＰＳ３のＰＣ３に対する比率を求めることができる。
また、機械部品においても同様の方法によって、ＰＳ５のＰＣ５に対する比率を求めることができる。
【００７７】
上記の化学組成と組織とを満足することで、冷間加工性に優れた鋼線、その鋼線の素材となる伸線加工性に優れた線材、及び高強度と水素脆化特性とを両立できる機械部品を得ることができる。
上記の線材、鋼線及び機械部品を得るためには、後述する製造方法により線材、鋼線及び機械部品を製造すればよい。
次に、本実施形態に係る線材、鋼線及び機械部品の好ましい製造方法について説明する。
【００７８】
本実施形態に係る線材、鋼線及び機械部品は、以下のようにして製造することができる。
なお、以下に説明する線材、鋼線及び機械部品の製造方法は、本実施形態に係る線材、鋼線及び機械部品を得るための一例であり、以下の手順及び方法で限定するものではなく、本発明の構成を実現できる方法であれば、如何なる方法をも採用することが可能である。
【００７９】
本実施形態に係る線材、鋼線及び機械部品を製造する場合、ベイナイトの体積率、ベイナイトブロックの平均粒径、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差、表層部のベイナイトブロックの平均アスペクト比、表層部のベイナイトブロックの平均粒径、及び表層部と中心部とのベイナイトブロックの平均粒径との比率が、既に述べた各条件を確実に満たし得るように、鋼の化学成分や各工程、及び各工程における条件を設定すれば良い。
また、機械部品に必要とされる引張強さに応じて、製造条件を設定することが出来る。
【００８０】
＜線材及び鋼線の製造方法＞
まず、所定の成分組成からなる鋼片を加熱する。
次いで、加熱した鋼片を熱間圧延し、９００℃超でリング状に巻き取る。
その後、後述するような１次冷却、２次冷却を含む２段階冷却を行い、次いで、恒温保持（恒温変態処理）を行って、線材を得る。
１次冷却として、巻取り終了温度から６００℃までを、２０℃／秒〜１００℃／秒の１次冷却速度で冷却し、さらに、２次冷却として、６００℃から５００℃までを、２０℃／秒以下の２次冷却速度で冷却する。
２段階冷却後、恒温保持（恒温変態処理）を行い、次いで、伸線加工をすることによって、上記のミクロ組織を有する本実施形態に係る非調質機械部品用鋼線を製造することができる。
【００８１】
巻取温度は、変態後のベイナイト組織に影響する。
巻取温度が９００℃以下では、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が大きくなり、鋼線の冷間加工性や機械部品において加工割れが発生する場合がある。
そのため、巻取り温度は９００℃超とする。
【００８２】
巻取り後の１次冷却速度が２０℃／秒未満であると、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が大きくなり、鋼線の冷間加工性や機械部品において加工割れが発生する場合がある。
一方、６００℃から５００℃までの２次冷却速度が２０℃／秒を超えると、ベイナイトの体積率は上記式１８を満たすことが出来ない。
したがって、巻取終了温度から６００℃までを、２０℃／秒〜１００℃／秒の１次冷却速度で冷却し、６００℃から５００℃までを、２０℃／秒以下の２次冷却速度で冷却する。
【００８３】
具体的に、２段階冷却は次のような方法で行われる。熱間圧延時の残熱を利用し、線材を溶融塩槽に浸漬して、恒温ベイナイト変態を生じさせる。すなわち、巻取終了後、直ちに線材を、３５０℃〜５００℃の溶融塩槽１に浸漬させ６００℃まで冷却し、次いで５００℃まで冷却する２段階冷却を行う。その後、溶融塩槽１に連続する３５０℃〜６００℃の溶融塩槽２に浸漬させて恒温保持を行う。
溶融塩槽１への浸漬時間は５秒〜１５０秒とし、溶融塩槽２への浸漬時間は５秒〜１５０秒とする。
溶融塩槽１と溶融塩槽２との合計の浸漬時間は４０秒以上とする。
特に、機械部品に１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの引張強さが要求される場合には、溶融塩槽１への浸漬時間は２５秒〜１５０秒とし、溶融塩槽２への浸漬時間は２５秒〜１５０秒とすることが好ましい。
また、機械部品に１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの引張強さが要求される場合には、溶融塩槽１と溶融塩槽２との合計の浸漬時間は６０秒以上とすることが好ましい。
【００８４】
恒温変態処理により生成したベイナイトは、連続冷却処理により生成したベイナイトと比較して、ベイナイトブロックの粒径のバラつきが小さい。
【００８５】
上記の通り、溶融塩槽への浸漬時間は、線材の充分な温度保持と生産性の点から、いずれの槽でも５〜１５０秒とする。
なお、溶融塩槽に所定時間保持した後の冷却は、水冷でも放冷でもよい。
【００８６】
なお、浸漬槽として、溶融塩槽ではなく、鉛浴槽や流動床などの設備を使用しても、同様の効果が得られる。
しかしながら、環境や製造コストの観点から、溶融塩槽が優れている。
以上の方法により、本実施形態に係る鋼線の素材となる線材は製造することができる。
【００８７】
なお、本実施形態に係る線材から鋼線を製造する際の伸線加工においては、減面率を１０％〜８０％とする。
伸線加工の減面率が１０％未満の場合、加工硬化が不十分となり、引張強さが不足する。
一方、減面率が８０％を超えると、鋼線から機械部品を製造する冷間鍛造の際に加工割れが発生し易くなる。
【００８８】
なお、機械部品において１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの引張強さが要求される場合には、伸線加工において、減面率を２０％〜９０％とすることが好ましい。
伸線加工の減面率が２０％未満の場合、機械部品の耐水素脆化特性が劣化する。
一方、減面率が９０％を超えると、鋼線から機械部品を製造する冷間鍛造の際に加工割れがいっそう発生し易くなる。
なお、伸線加工の減面率は、３０％〜８６％が好ましい。
【００８９】
このようにして得られた鋼線を用いて、最終の機械部品へ成形加工するが、上記ミクロ組織の特徴を維持するため、成形加工前に熱処理は行わなくても良い。
このようにして得られた鋼線を冷間鍛造、すなわち冷間加工することにより、引張強さが８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａである非調質機械部品が得られる。
本実施形態に係る機械部品では、引張強さを８００ＭＰａ以上とする。
機械部品として要求される引張強さが８００ＭＰａ未満の場合には、本実施形態に係る鋼線を適用する必要がない。特に１２００ＭＰａ以上の場合に、耐水素脆化特性の向上が顕著である。
一方、機械部品として要求される引張強さが１６００ＭＰａを超える場合には、本実施形態に係る機械部品を冷間鍛造で製造することが困難であるとともに、機械部品の耐水素脆化特性が劣化する。
そのため、機械部品の引張強さを８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａとする。
【００９０】
本実施形態に係る機械部品は、機械部品として、このままでも高強度である。
しかしながら、降伏強度・降伏比、又は、延性という、機械部品として必要な他の材質特性を向上させるために、部品形状に冷間鍛造した後、機械部品を、２００℃〜６００℃に１０分〜５時間保持し、その後、冷却してもよい。
なお、この熱処理は、調質のための熱処理には該当しない。
【実施例】
【００９１】
次に、本発明の実施例について説明する。
しかしながら、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、この一条件例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。【００９２】
表１に成分組成を示す。なお、表中の下線は、本発明の範囲外であることを示す。
実施例に供した鋼の成分組成において、Ｃ含有量を［Ｃ％］とし、Ｓｉ含有量を［Ｓｉ％］とし、Ｍｎ含有量を［Ｍｎ％］とし、Ｃｒ含有量を［Ｃｒ％］とし、Ｍｏ含有量を［Ｍｏ％］として、下記式Ｇにより、Ｆ１を計算した。
得られたＦ１を、表１に示す。
Ｆ１＝０．６×［Ｃ％］−０．１×［Ｓｉ％］＋１．４×［Ｍｎ％］＋１．３×［Ｃｒ％］＋３．７×［Ｍｏ％］・・・（Ｇ）【００９３】
これらの鋼種からなる鋼片を、線径１３．０ｍｍ、または１６．０ｍｍに熱間圧延した。
熱間圧延後、表２−１に記載の巻取温度で巻取り、同じく表２−１に記載の方法にて２段階冷却と恒温保持（恒温変態処理）を行い、線材を得た。【００９４】
表２−１に、熱間圧延後の巻取り温度、溶融塩槽１の温度及び保持時間、巻取温度から６００℃までの１次冷却速度、６００℃から５００℃までの２次冷却速度、及び、溶融塩槽２での恒温保持温度と恒温保持時間を示す。
２段階冷却後、恒温変態処理を行った線材に、同じく表２−１に示す減面率で伸線加工を施して、鋼線を得た。【００９５】
表２−２−１に線材の組織を、表２−２−２に鋼線の組織を示す。なお、線材におけるベイナイトの体積率と、鋼線におけるベイナイトの体積率は一致する。
ベイナイトの体積率ＶＢ（単位：体積％）について、下線は下記式Ｈを満たさないものである。
ＶＢ≧７５×［Ｃ％］＋２５％・・・（Ｈ）
また、組織の残部における、Ｆはフェライト、Ｐはパーライト、Ｍはマルテンサイトを示す。
ベイナイトの体積率は、走査型電子顕微鏡で、線材のＣ断面、すなわち、線材の長手方向に垂直な断面を１０００倍の倍率で撮影し、画像解析して求めた。
線材のＣ断面において、線材の表層（表面）近傍（第１表層部）、１／４Ｄ１部（線材の表面から線材の中心方向、すなわち深さ方向に線材の直径Ｄ１の１／４離れた部分）から１／２Ｄ１部までの範囲（第１中心部：線材の中心部分）を、それぞれ、１２５μｍ×９５μｍの領域で撮影した。
その領域内のそれぞれのベイナイトの面積を測定し、その合計値を観察領域で除算することによって、ベイナイトの面積率は得た。
なお、非ベイナイト組織の面積率は、１００％より、ベイナイトの面積率を減算することによって得た。
観察面、すなわちＣ断面に含まれる組織の面積率は、組織の体積率と等しいので、画像解析で得た面積率が、組織の体積率である。
鋼線の体積率も上記の方法で求めた。【００９６】
表２−２−１における線材のベイナイトブロックの平均粒径については、下記の方法により測定した。
ＥＢＳＤ装置で測定したｂｃｃ構造の結晶方位マップにおいて、方位差が１５°以上となる境界をベイナイトブロック粒界とした。
線材については、線材の長手方向と垂直な断面であるＣ断面において、線材の直径をＤ１ｍｍとしたとき、表面から深さ０．１×Ｄ１ｍｍの領域、即ち第１表層部及び上記の第１中心部で測定した。
ここで、第１中心部とは、図１に示すように、線材の表面より中心方向に直径Ｄ１ｍｍの１／４離れた位置から中心までの領域である。
第１表層部と第１中心部とにおいて、それぞれ、２７５μｍ×１６５μｍの領域を測定し、視野内のベイナイトブロックの円相当径より、各ベイナイトブロックの体積を算出し、その体積平均を平均粒径と定義した。
そして、ベイナイトブロックの平均粒径は、第１表層部と第１中心部との平均粒径とした。
表２−２−１において、ベイナイトブロックの平均粒径が５．０μｍ〜２０．０μｍの範囲にないものには下線を付した。【００９７】
表２−２−１における線材のベイナイトブロックの粒径の標準偏差、及び表２−２−２における鋼線のベイナイトブロックの粒径の標準偏差については、下記の方法により測定した。
線材におけるベイナイトブロックの粒径の標準偏差は、上記の第１表層部の測定値及び第１中心部の測定値のそれぞれの分布により求めた。鋼線の場合には、第３表層部及び第３中心部の測定値のそれぞれの分布により求めた。
表２−２−１において、ベイナイトブロックの標準偏差が１５．０μｍを超えるものに下線を付し、表２−２−２において、ベイナイトブロックの標準偏差が８．０μｍを超えるものに下線を付した。【００９８】
表２−２−１に線材の第１表層部におけるベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ１及び第１中心部におけるベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ１を示す。
表２−２−２に鋼線の第３表層部におけるベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３及び第３中心部におけるベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ３を示す。
線材の第１表層部及び第１中心部、及び鋼線の第３表層部及び第３中心部におけるベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ１、ＰＣ１、ＰＳ３及びＰＣ３（単位：μｍ）は、次の方法によって測定した。ＥＢＳＤを用いて、それぞれ、２７５μｍ×１６５μｍの領域を測定し、視野内のベイナイトブロックの円相当径より、各ベイナイトブロックの体積を算出し、その体積平均を平均粒径として得た。
なお、線材の第１表層部及び第１中心部、及び鋼線の第３表層部及び第３中心部については、上記の通りである。
また、表２−２−１において、第１中心部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ１に対する第１表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ１の比が下記式Ｉを満たさないものに下線を付した。
ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５・・・（Ｉ）
表２−２−２において、第３中心部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ３に対する第３表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３の比が下記式Ｊを満たさないものに下線を付した。
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５・・・（Ｊ）【００９９】
表２−２−２において、鋼線の第２表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ１は、次の方法により測定した。
鋼線の長手方向と平行な断面であるＬ断面において、断面の中心線に向かって、表面から深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの範囲、即ち第２表層部にて、２７５μｍ×１６５μｍの領域を、ＥＢＳＤを用いて測定した。
その領域における各ベイナイトブロックを円または楕円と見なし、長径と、長径に対して垂直な短径より、アスペクト比を算出し、それらの計算値を平均することによって、第２表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比Ｒ１を得た。
表２−２−２において、第２表層部の平均アスペクト比Ｒ１が１．２未満のものに下線を付した。
また、鋼線において、第２表層部の平均アスペクト比Ｒ１と第３表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３との関係が、下記式Ｋを満たさない場合、下線を付した。
ＰＳ３≦２０／Ｒ１・・・（Ｋ）【０１００】
表２−３に線材の伸線加工性について示す。
線材の伸線加工性は、線材から鋼線への伸線加工時に断線が１回でも起こった場合に、伸線加工性が「不良」と判断した。
また、表２−３に鋼線の引張強さと冷間加工性とについて示す。
引張強さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１の９Ａ試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１の試験方法に準拠した引張試験を行って評価した。
冷間加工性は、変形抵抗と限界圧縮率とにより評価した。
まず、伸線加工後の鋼線を機械加工して、φ５．０ｍｍ×７．５ｍｍの試料を作成した。
そして、その試料用いて、同心円状に溝がついた金型で端面を拘束して圧縮した。
この時、歪み１．０に相当する圧縮率５７．３％で加工した時の最大応力（変形抵抗）を求め、割れが発生しない最大の圧縮率（限界圧縮率）で評価した。
鋼線の引張強さが８００ＭＰａ〜１２００ＭＰａのとき、圧縮率５７．３％で加工した時の最大応力が１１００ＭＰａ以下のとき、変形抵抗が「良」と判定した。また、割れが発生しない最大の圧縮率が７０％以上のとき、限界圧縮率が「良」と判定した。
鋼線の引張強さが１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａのとき、圧縮率５７．３％で加工した時の最大応力が１２００ＭＰａ以下のとき、変形抵抗が「良」と判定した。また、割れが発生しない最大の圧縮率が６０％以上のとき、限界圧縮率が「良」と判定した。
なお、線材を伸線加工して、目的の組織を持つ鋼線が出来なかった場合の線材については、比較例である。【０１０１】
引き続き、鋼線を冷間鍛造、すなわち冷間加工し、さらに、熱処理を行って機械部品を得た。
鋼線の冷間鍛造後に施した熱処理の熱処理温度と保持時間とを表３−１に示す。
なお、表３−１において、機械部品Ｎｏ．１００１〜１０１８及び１０４２は機械部品に８００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの引張強さが要求される場合の実施例であり、機械部品Ｎｏ．１０１９〜１０３６は機械部品に１２００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの引張強さが要求される場合の実施例である。【０１０２】
表３−１において、機械部品のベイナイトの体積率、組織の残部、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差、ベイナイトブロックの第４表層部の平均アスペクト比Ｒ２、ベイナイトブロックの第５表層部の平均粒径ＰＳ５、ベイナイトブロックの第５表層部の平均粒径ＰＣ５、及び２０／Ｒ２及びＰＳ５／ＰＣ５を示す。
これらは、鋼線と同様の方法で測定を行った。
表３−１において、下記式Ｌを満たさないベイナイトの体積率については下線を付した。
ＶＢ≧７５×［Ｃ％］＋２５％・・・（Ｌ）
表３−１において、ベイナイトブロックの標準偏差が８．０μｍを超えるものに下線を付した。
表３−１において、第４表層部の平均アスペクト比Ｒ２が１．２未満のものに下線を付した。
表３−１において、第４表層部の平均アスペクト比Ｒ２と第５表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ５との関係が、下記式Ｍを満たさない場合、下線を付した。
ＰＳ５≦２０／Ｒ２・・・（Ｍ）
また、表３−１において、第５中心部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ５に対する第５表層部のベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ５の比が下記式Ｎを満たさないものに下線を付した。
ＰＳ５／ＰＣ５≦０．９５・・・（Ｎ）【０１０３】
表３−２に、機械部品の引張強さと耐水素脆化特性とを示す。
引張強さは、鋼線と同様、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１の９Ａ試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１の試験方法に準拠した引張試験を行って評価した。
耐水素脆化特性は、次の方法により評価した。
まず、鋼線をボルトに加工し、引張強さが８００〜１２００ＭＰａのボルトでは、電界水素チャージによって２．０ｐｐｍの拡散性水素を試料に含有させ、引張強さが１２００〜１６００ＭＰａのボルトでは、０．５ｐｐｍの拡散性水素を試料に含有させた。
その後、試験中に水素が試料から大気中に放出しないようにＣｄめっきを施した。
次いで、大気中で最大引張荷重の９０％の荷重を負荷し、１００時間の経過後の破断の有無を確認した。
そして、破断が生じていないものを「良」と評価し、破断が生じたものを「不良」と評価した。【０１０４】
【表１】
0006607199.tif 000002
【０１０５】
【表２−１】
0006607199.tif 000003
【０１０６】
【表２−２−１】
0006607199.tif 000004
【０１０７】
【表２−２−２】
0006607199.tif 000005
【０１０８】
【表２−３】
0006607199.tif 000006
【０１０９】
【表３−１】
0006607199.tif 000007
【０１１０】
【表３−２】
0006607199.tif 000008
【０１１１】
鋼線Ｎｏ．１０５、１１３及び１２０は、溶融塩槽保持時間の合計が短かった。その結果、ベイナイト以外の残部としてマルテンサイトが生成して、伸線加工時の断線により鋼線を製造できなかった。
鋼線Ｎｏ．１３７は、Ｃ含有量が少ないため、マルテンサイトが生成して、伸線加工時の断線により鋼線を製造できなかった。
鋼線Ｎｏ．１３８は、Ｃ含有量が多いため、マルテンサイトが生成して、伸線加工時の断線により鋼線を製造できなかった。
鋼線Ｎｏ．１３９は、Ｓｉ含有量が多いため、マルテンサイトが生成して、伸線加工時の断線により鋼線を製造できなかった。
鋼線Ｎｏ．１４０は、Ｍｎ含有量が少ないため、マルテンサイトが生成して、伸線加工時の断線により鋼線を製造できなかった。
鋼線Ｎｏ．１４１は、Ｍｎ含有量が多いため、マルテンサイトが生成して、伸線加工時の断線により鋼線を製造できなかった。【０１１２】
鋼線Ｎｏ．１１０、１１１、１１４、１１５、１１８、１２４、１２５、１２７、１２８、１３６及び１４２では、巻取温度が低い場合、または／及び冷却、恒温変態処理が十分ではないため、上記のいずれかの性質の１つ以上を満たすことができなかった。
その結果、線材として良好な伸線加工性は得られたものの、鋼線として良好な冷間加工性を得ることは出来なかった。
また、鋼線Ｎｏ．１１０、１１１、１１４、１１５、１１８、１２４、１２５、１２７、１２８、１３６及び１４２を用いて冷間鍛造により製造した機械部品Ｎｏ．１０１０、１０１１、１０１４、１０１５、１０１８、１０２４、１０２５、１０２７、１０２８、１０３６及び１０４２は、上記のいずれかの性質の１つ以上を満たすことができなかった。その結果、良好な耐水素脆化特性が得られないか、加工割れが起きていた。もしくは、その両方であった。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
前述したように、本発明によれば、伸線加工性に優れた線材、冷間加工性に優れた鋼線、及び引張強さが８００ＭＰａ〜１６００ＭＰａの高強度機械部品を安価に提供することができる。
この高強度機械部品は、自動車、各種産業機械、及び、建設用部材の軽量化や小型化に寄与することが出来る。
よって、本発明は、自動車、各種産業機械及び建設産業において利用可能性が高く、産業上の貢献が、極めて顕著である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  線材の長手方向に垂直な断面
２  線材の直径Ｄ１
３  断面の中心
４  第１表層部
５  第１中心部
１１  鋼線の長手方向に平行な断面
１２  鋼線の直径Ｄ２
１３  断面の中心線
１４  第２表層部
２１  鋼線の長手方向に垂直な断面
２３  断面の中心
２４  第３表層部
２５  第３中心部
３１  機械部品の軸の長手方向に平行な断面
３２  機械部品の軸の直径Ｄ３
３３  断面の中心線
３４  第４表層部
４１  機械部品の軸の長手方向に垂直な断面
４３  断面の中心
４４  第５表層部
４５  第５中心部
【図１】
0006607199.tif 000009
【図２Ａ】
0006607199.tif 000010
【図２Ｂ】
0006607199.tif 000011
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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