(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．３０％〜０．７５％、
Ｓｉ：０．８０〜２．００％、
Ｍｎ：０．３０〜１．００％、
Ｎ：０．００８０％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｏ：０．００７０％以下、
Ａｌ：０〜０．０５０％、
Ｃｒ：０〜１．００％、
Ｖ：０〜０．１５％、
Ｔｉ：０〜０．０５０％、
Ｎｂ：０〜０．０５０％、
Ｂ：０〜０．００４０％、
Ｃａ：０〜０．００５０％、及び
Ｍｇ：０〜０．００４０％
を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記線材の表面から深さ１５０〜４００μｍの範囲である表層部と、前記線材の中心軸から前記線材の直径の１／１０の範囲である中心部との両方において、主たる組織がパーライト組織であり、前記線材の長さ方向に直角な横断面におけるフェライト組織の面積率が４５％以下であり、前記横断面における非パーライトかつ非フェライト組織の面積率が５％以下であり、前記パーライト組織中の、ラメラフェライトの結晶方位の角度差２°以上１５°未満となる亜粒界の密度ρ１が７０／ｍｍ≦ρ１≦６００／ｍｍであり、全組織中での、フェライト結晶方位の角度差１５°以上となる大角粒界の密度ρ２が２００／ｍｍ以上である
ことを特徴とする線材。
【請求項２】
前記化学組成が、質量％で、
Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％
を含有することを特徴とする請求項１に記載の線材。
【請求項３】
前記化学組成が、質量％で、
Ｃｒ：０．０５〜１．００％
を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の線材。
【請求項４】
前記化学組成が、質量％で、
Ｖ：０．００５〜０．１５％、
Ｔｉ：０．００２〜０．０５０％、及び
Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％
からなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の線材。
【請求項５】
前記化学組成が、質量％で、
Ｂ：０．０００１〜０．００４０％
を含有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の線材。
【請求項６】
前記化学組成が、質量％で、
Ｃａ：０．０００２〜０．００５０％、及び
Ｍｇ：０．０００２〜０．００４０％
からなる群から選ばれる１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の線材。
【請求項７】
前記線材の前記表層部及び前記中心部において、前記亜粒界の前記密度ρ１が、下記式１を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の線材。
２２０×（Ｃ）＋１００＜ρ１＜２２０×（Ｃ）＋３００：式１
前記式１における（Ｃ）は、前記線材の前記化学組成における質量％でのＣ含有量である。
【請求項８】
前記線材の前記直径が３．５〜７．０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の線材。
【請求項９】
鋼線の材料として用いられることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の線材。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の線材を伸線加工して鋼線を得る工程を備え、
前記鋼線の直径が０．５〜１．５ｍｍである
ことを特徴とする鋼線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線材、及び鋼線の製造方法に関する。
本願は、２０１７年５月１８日に、日本に出願された特願２０１７−０９９２２７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、自動車等のタイヤの補強材であるワイヤーや、アルミ送電線などの補強用ワイヤー、ＰＣ鋼線、橋梁等に用いられるロープ用ワイヤーなどに使用される高強度鋼線の素材として幅広く用いられる線材に関するものである。また、本発明は、この線材を用いた鋼線の製造方法に関するものである。
【０００３】
線材は、熱間圧延によって製造され、所定の線径にまで伸線加工することによって、ワイヤーに加工される。伸線加工の途中でパテンティング処理を１〜２回程度施し、細い鋼線にまで伸線加工されるので、線材には高い伸線加工性を有することが要求される。【０００４】
たとえば、大型自動車用タイヤなどに使用される線径０．５ｍｍ以上の補強材では、生産性向上が要求されるようになっている。安定した熱間圧延によって製造可能な線径３．５ｍｍ以上の線材から、線径０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの鋼線を低コストで安定して製造できる線材が求められている。そのため、伸線加工途中で行なう中間パテンティング工程を省略できる伸線加工性を有し、且つ、伸線加工後に安定したねじり特性を発揮することができる線材の開発が進められている。【０００５】
しかしながら、高伸線加工度まで伸線加工する工程によって製造されるワイヤーでは、伸線加工途中での断線がより発生しやすい状況になっている。さらに、高伸線加工度まで伸線加工した鋼線は、ねじり特性が劣化する傾向にある。更には、鋼線の材料である線材の線径が太いことは、鋼線のねじり特性にとって不利となる。【０００６】
線材の伸線加工中の断線を防止するために、線材の組織の改善手法が様々提案されている。こうした技術として、例えば特許文献１（特開２０１４−０５５３１６号公報）には、アスペクト比を１０以上としたラメラセメンタイトが、ラメラセメンタイトの総数に対し個数基準で５０％以上存在された高強度鋼線用線材であって、このようなラメラセメンタイトとすることにより伸線加工性低下を防止した高強度鋼線用線材が提案されている。【０００７】
また、特許文献２（特開２０００−１１９７５６号公報）には、初析フェライトの分率が１０％以下で残りはセメンタイト（ｃｅｍｅｎｔｉｔｅ）が不連続的に形成されたパーライト（ｐｅａｒｌｉｔｅ）を包含して構成することによって、伸線加工性低下を防止した高強度鋼線用線材が提案されている。【０００８】
これらの技術は、いずれも線材のセメンタイトの形態を制御することによって線材の伸線加工性を良好にすることによって、線径０．１〜０．４ｍｍの鋼線を得るまでの伸線加工工程においてカッピー断線等が発生しないようにしたものである。しかし、セメンタイトの形態を制御しただけでは、鋼線の断面内の強度ばらつきを抑制できない。そのため、これら特許文献に開示された技術によって線径０．５ｍｍ以上の鋼線を製造した場合には、断線の発生抑制とねじり特性の劣化抑制との両立が効果的になされず、上記の問題が発生することがある。【０００９】
こうしたことから、高伸線加工度まで伸線加工して太径（例えば線径０．５ｍｍ以上）の鋼線を製造するような工程において断線が発生しにくく、伸線加工後のねじり特性が良好となる線材の実現が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】日本国特開２０１４−０５５３１６号公報
【特許文献２】日本国特開２０００−１１９７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、太径のワイヤー等の素材としても好適な、高い強度と優れたねじり特性とを有する鋼線を、伸線加工中の断線を抑制して安定して製造し得る線材を提供することを課題とする。また、本発明は、高い強度と優れたねじり特性とを有する鋼線の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、前記した課題を解決するために種々の検討を実施した。その結果、下記の知見を得た。【００１３】
（Ｉ）線径５．５ｍｍ以上の線材を、線径０．５ｍｍレベルまで伸線加工する場合、伸線加工ひずみは４．５以上となる。伸線加工性が悪い共析鋼又は過共析鋼にこのような高伸線加工度で伸線加工を行う場合、伸線加工途中でのパテンティングが必須となる。一方、セメンタイト分率の小さい亜共析鋼を線材の材料として用いることで、線材の伸線加工性の向上が可能となり、伸線加工ひずみが４．５以上となる伸線加工に線材を供することが可能になることがわかった。【００１４】
（ＩＩ）一方で、亜共析鋼の線材の横断面（すなわち線材の長さ方向に直角な切断面）における中心部においてフェライトの面積率が４５％超になった場合には、フェライト組織が塊状かつ粗大になるために、亜共析鋼の線材であっても伸線加工性が不足することがわかった。また、結晶粒径が粗大になった場合（すなわち大角粒界密度が少ない場合）には、線材の絞り値が低く延性が悪いため、伸線加工中に線材内部に粗大なき裂が形成されやすく、伸線加工性が低下した。また、亜共析鋼の線材の横断面において、表層部でのフェライトの面積率が４５％超になった場合には、伸線加工後のねじり特性が低下することがわかった。これは、フェライト組織に変形が集中するためと考えられる。【００１５】
（ＩＩＩ）パーライト変態後には、パーライト組織中の層状フェライト（以下、ラメラフェライト）中に亜粒界が多量に導入される。本発明者らは、線材の亜粒界密度と、線材の伸線加工後のねじり特性（以下、単にねじり特性と略する場合がある）との関係を調べた。その結果、基本的には、パーライト組織中の亜粒界密度が大きいほど良好なねじり特性が得られることがわかった。これは亜粒界が多いほど、伸線加工中に均一に加工ひずみが導入されて、鋼線の断面中の強度ばらつきが低減するためと考えられる。【００１６】
（ＩＶ）本発明者らは、亜粒界密度の向上の手段について検討した。亜粒界は、パーライト変態時にラメラフェライトとパーライト組織中の層状セメンタイト（以下、ラメラセメンタイト）とが協調的に成長する際に、両相のミスフィットを解消するために導入されると考えられる。亜粒界密度は、パーライト変態温度、及びラメラフェライトに固溶する合金元素（たとえばＳｉ）の含有量を用いて調整できることを本発明者らは知見した。【００１７】
パーライト変態温度と亜粒界密度との関係について具体的に説明すると、パーライト変態温度が５５０℃以下では、パーライト変態温度が低いほど、ラメラフェライト中の亜粒界密度が低下することがわかった。これはラメラセメンタイトの成長が分断される箇所が増加するためと考えられる。一方、パーライト変態温度が５５０℃よりも高温の領域では、高温になるに従って亜粒界密度は徐々に低下する傾向にあった。これは、パーライト変態温度が５５０℃よりも高い場合、高温ほどラメラ間隔が粗大化していき、ラメラセメンタイトの枚数が減少してミスフィットの総量が減るため、ラメラフェライト中の亜粒界密度が低減していくと考えられる。これらの結果より、パーライト変態温度が５５０℃近傍となるように冷却条件を制御した場合、最も多量の亜粒界が導入されることがわかった。【００１８】
また、合金元素量と亜粒界密度との関係について具体的に説明すると、Ｓｉに代表されるような合金元素の含有量を増やすことで、ラメラフェライトとラメラセメンタイトとの界面のミスフィットが増加し、亜粒界密度が上昇すると考えられる。【００１９】
（Ｖ）しかしながら、上述の知見に基づいてパーライト組織中の亜粒界密度を高める実験を重ねたところ、亜粒界密度が大きいにもかかわらず伸線加工後のねじり特性が低い線材が認められた。原因は明らかではないが、６００℃未満でパーライト変態させて亜粒界密度を高めた場合には、伸線加工後のねじり回数が低下する傾向が認められた。従って、亜粒界密度を最大化できる５５０℃近傍ではなく、６００℃〜６２０℃でパーライト変態させて、ラメラフェライト中の亜粒界密度を増加させすぎないことで、伸線加工性と伸線加工後のねじり特性とを両立する線材を得ることができると考えられる。【００２０】
上記（Ｉ）〜（Ｖ）の知見から、太径のワイヤー等の素材としても好適な高い強度と優れたねじり特性を有する鋼線を、伸線加工中の断線を抑制して安定して製造し得る線材を実現するためには、線材の材料として亜共析鋼を用いる必要がある。さらに、合金元素の含有量や熱間圧延後の調整冷却条件を調整し、パーライト変態温度を適切な範囲内に調整することにより、線材のフェライト分率、大角粒界密度、及び亜粒界密度を適切な範囲に制御する必要もある。このように、合金元素の含有量や熱間圧延後の調整冷却条件を調整し、大角粒界密度、亜粒界密度を増加させることで得られる線材は、強度水準がこれと同じ他の線材よりも伸線加工性や伸線加工後のねじり特性が優れることを本発明者らは見出した。【００２１】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の通りである。
（１）本発明の一態様に係る線材は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．７５％、Ｓｉ：０．８０〜２．００％、Ｍｎ：０．３０〜１．００％、Ｎ：０．００８０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｏ：０．００７０％以下、Ａｌ：０〜０．０５０％、Ｃｒ：０〜１．００％、Ｖ：０〜０．１５％、Ｔｉ：０〜０．０５０％、Ｎｂ：０〜０．０５０％、Ｂ：０〜０．００４０％、Ｃａ：０〜０．００５０％、及びＭｇ：０〜０．００４０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、前記線材の表面から深さ１５０〜４００μｍの範囲である表層部と、前記線材の中心軸から前記線材の直径の１／１０の範囲である中心部との両方において、主たる組織がパーライト組織であり、前記線材の長さ方向に直角な横断面におけるフェライト組織の面積率が４５％以下であり、前記横断面における非パーライトかつ非フェライト組織の面積率が５％以下であり、前記パーライト組織中の、ラメラフェライトの結晶方位の角度差２°以上１５°未満となる亜粒界の密度ρ１が７０／ｍｍ≦ρ１≦６００／ｍｍであり、全組織中での、フェライト結晶方位の角度差１５°以上となる大角粒界の密度ρ２が２００／ｍｍ以上である。
（２）上記（１）に記載の線材では、前記化学組成が、質量％で、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の線材では、前記化学組成が、質量％で、Ｃｒ：０．０５〜１．００％を含有してもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の線材では、前記化学組成が、質量％で、Ｖ：０．００５〜０．１５％、Ｔｉ：０．００２〜０．０５０％、及びＮｂ：０．００２〜０．０５０％からなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有してもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の線材では、前記化学組成が、質量％で、Ｂ：０．０００１〜０．００４０％を含有してもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の線材では、前記化学組成が、質量％で、Ｃａ：０．０００２〜０．００５０％、及びＭｇ：０．０００２〜０．００４０％からなる群から選ばれる１種又は２種を含有してもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の線材では、前記線材の前記表層部及び前記中心部において、前記亜粒界の前記密度ρ１が、下記式１を満たしてもよい。
２２０×（Ｃ）＋１００＜ρ１＜２２０×（Ｃ）＋３００：式１
前記式１における（Ｃ）は、前記線材の前記化学組成における質量％でのＣ含有量である。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか一項に記載の線材では、前記線材の前記直径が３．５〜７．０ｍｍであってもよい。
（９）上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載の線材は、鋼線の材料として用いられてもよい。
（１０）本発明の別の態様に係る鋼線の製造方法は、上記（１）〜（９）のいずれか一項に記載の線材を伸線加工して鋼線を得る工程を備え、前記鋼線の直径が０．５〜１．５ｍｍである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一態様に係る線材によれば、ワイヤー等の素材として好適な高い強度と優れたねじり特性を有する鋼線を、伸線加工中の断線を抑制して安定して製造でき、産業上極めて有用である。本発明の一態様に係る鋼線の製造方法は、ワイヤーの素材として好適な高い強度と優れたねじり特性を有する鋼線を、伸線加工中の断線を抑制して安定して製造できるので、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る線材の表層部及び中心部を示す概略図である。
【図２】パーライト組織の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る線材の一例である実施形態について詳細に説明する。
なお、図１に示されるように、本実施形態に係る線材１においては、便宜上、線材の表面から深さ１５０〜４００μｍの範囲を表層部１１と定義し、線材の中心軸から線材の直径ｄの１／１０の範囲を中心部１２と定義する。また、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
【００２５】
本実施形態の線材は、自動車等のタイヤの補強材であるワイヤーや、アルミ送電線などの補強用ワイヤー、ＰＣ鋼線、橋梁等に用いられるロープ用ワイヤーなどの素材として好適な鋼線の材料として用いることが可能な線材である。
なお、線材の伸線加工性とは、線材を伸線加工して鋼線を得る際の、断線の生じにくさを示す指標である。線材の伸線加工後のねじり特性とは、線材を伸線加工して得られた鋼線にねじり試験を行った際の、デラミネーションの発生しにくさ、及びねじり断線の発生しにくさ等を示す指標である。本実施形態に係る線材は、直径６．０ｍｍの線材を５０ｋｇ準備して、これを直径０．５ｍｍまで伸線した際の断線回数が０回となるような伸線加工性を有することが好ましい。さらに、伸線加工後の鋼線は、引張強度が２８００ＭＰａ以上であることが好ましい。また、ワイヤーに用いられる鋼線は、ねじり試験を１０本行ってもデラミネーションが１回も発生せず、且つねじり回数の平均値が２３回以上となるようなねじり特性を有することが好ましい。ねじり回数が２３回以上の鋼線は、伸線加工後の矯正などの取扱で破断しないだけの十分な延性があると判断できる。
【００２６】
次に、本実施形態の線材の化学組成およびミクロ組織（金属組織）について詳細に説明する。なお、各元素の含有量の「％」は「質量％」を意味する。
【００２７】
（Ａ）化学組成について
まず、本実施形態の線材の化学組成について説明する。以下、化学組成の含有量の単位は質量％である。
【００２８】
Ｃ：０．３０〜０．７５％
Ｃは、鋼を強化する元素である。この効果を得るにはＣを０．３０％以上含有させなくてはならない。一方、Ｃの含有量が０．７５％超になると、セメンタイト分率が大きくなり、伸線加工性が低下する。したがって、適切なＣの含有量は０．３０％以上０．７５％以下である。さらに、き裂形成抑制の観点からＣの含有量を０．３５％以上とすることが好ましく、さらには０．４０％以上であることが好ましい。一方、伸線加工性向上の観点からＣ含有量を０．７５％未満、又は０．７０％以下とすることが好ましく、０．６５％以下とすることがより好ましい。Ｃ含有量を０．４２％以上、又は０．４５％以上としてもよい。Ｃ含有量を０．６０％以下、又は０．５５％以下としてもよい。
【００２９】
Ｓｉ：０．８０〜２．００％
Ｓｉは、線材の強度を高めるだけでなく亜粒界密度の増加に寄与する成分である。しかし、線材のＳｉ含有量が０．８０％未満では、Ｓｉを含有することによる亜粒界密度増加の効果が十分に得られない。一方、線材のＳｉ含有量が２．００％を超えると、フェライト分率が上昇し、伸線加工性が低下する。そこで、線材のＳｉの含有量は０．８０〜２．００％の範囲内と定めた。また、安定して所望のミクロ組織を有する線材を得るために、線材のＳｉ含有量を１．００％以上、１．１５％以上、１．３０％以上、又は１．５０％以上としてもよい。線材のＳｉ含有量を１．９０％以下、１．８０％以下、１．７５％以下、又は１．７０％以下としてもよい。
【００３０】
Ｍｎ：０．３０〜１．００％
Ｍｎは、鋼線の強度を高める作用に加えて、鋼中のＳをＭｎＳとして固定して鋼線の熱間脆性を防止する作用を有する元素である。しかしながら、Ｍｎ含有量が０．３０％未満では上記作用が十分でない。このため、Ｍｎ含有量の下限値は０．３０％以上とする。さらに、鋼線の強度確保及び熱間脆性の防止をより高いレベルで実現するためには、Ｍｎ含有量を０．３５％以上とすることが好ましく、０．４０％以上とすることがより好ましい。Ｍｎ含有量を０．５０％以上、又は０．５５％以上としてもよい。
一方、Ｍｎは偏析しやすい元素である。１．００％を超えてＭｎを含有させると、特に中心部にＭｎが濃化し、中心部にマルテンサイトやベイナイトが生成されて、伸線加工性が低下してしまう。また、粗大なＭｎＳが形成されることも伸線加工性の低下の一因となる。Ｍｎは０．９０％以下とすることが好ましく、０．８０％以下であればより一層好ましい。Ｍｎ含有量を０．７５％以下、又は０．７０％以下としてもよい。
【００３１】
Ｎ：０．００８０％以下
Ｎは、冷間での伸線加工中に転位に固着することにより線材の強度を上昇させる反面、ねじり特性を低下させてしまう元素である。線材のＮ含有量が０．００８０％を超えると、ねじり特性の低下が著しくなる。そこで、線材のＮ含有量は０．００８０％以下に規制することとした。Ｎ含有量の好ましい上限は０．００６０％以下、又は０．００５０％以下である。Ｎ含有量は低いほど良く、Ｎは線材に含有しなくてもよい。Ｎ含有量を０．００４５％以下、又は０．００４０％以下としてもよい。Ｎ含有量を０．００１０％以上、又は０．００２５％以上としてもよい。
【００３２】
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、線材の粒界に偏析してねじり特性を低下させてしまう元素である。線材のＰ含有量が０．０３０％を超えると、ねじり特性の低下が著しくなる。そこで、線材のＰ含有量は０．０３０％以下に規制することとした。Ｐ含有量の上限は０．０２５％以下であることが好ましい。Ｐ含有量は低いほど良く、Ｐは線材に含有しなくてもよい。Ｐ含有量を０．０２０％以下、０．０１５％以下、又は０．０１０％以下としてもよい。Ｐ含有量を０．００２％以上、０．００５％以上、又は０．００８％以上としてもよい。
【００３３】
Ｓ：０．０２０％以下
Ｓは、ＭｎＳを形成して、伸線加工性を低下させてしまう元素である。そして、線材のＳ含有量が０．０２０％を超えると、伸線加工性の低下が著しくなる。このことから、線材のＳ含有量は０．０２０％以下に規制することとした。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０１０％以下である。Ｓ含有量は低いほど良く、Ｓは線材に含有しなくてもよい。Ｓ含有量を０．０１５％以下、０．００８％以下、又は０．００５％以下としてもよい。Ｓ含有量を０．００１％以上、０．００２％以上、又は０．００５％以上としてもよい。
【００３４】
Ｏ：０．００７０％以下
Ｏは、酸化物を形成することで線材の延性を低下させてしまう元素である。線材のＯ含有量が０．００７０％を超えると、ねじり特性の低下が著しくなる。そこで、線材のＯ含有量は０．００７０％以下に規制することとした。Ｏ含有量の上限は０．００５０％以下であることが好ましい。Ｏ含有量は低いほど良く、Ｏは線材に含有しなくてもよい。Ｏ含有量を０．０００５％以上、又は０．００１０％以上としてもよい。Ｏ含有量を０．００４５％以下、又は０．００４０％以下としてもよい。
【００３５】
（Ｂ）線材の組織について
次に、本実施形態に係る線材の金属組織について説明する。なお、以下に説明される線材の金属組織に関する要件は、線材１の表層部１１及び中心部１２の両方において満たされる必要がある。
【００３６】
線材の表層部及び中心部は、主たる組織はパーライト組織であり、線材の横断面において面積率で４５％以下がフェライト組織、非パーライトかつ非フェライト組織が面積率で５％以下であり、パーライト組織中のラメラフェライトの結晶方位の角度差２°以上１５°未満となる亜粒界密度ρ１が７０／ｍｍ≦ρ１≦６００／ｍｍであり、全組織でのフェライト結晶方位の角度差１５°以上となる大角粒界密度ρ２が２００／ｍｍ以上となる金属組織を有する必要がある。なお「主たる組織」とは、金属組織において最も大きな面積率を占める組織を意味する。「面積率」とは、線材の長さ方向に直角な横断面において測定される面積率を意味し、その測定方法は後述される。パーライトの量に関する上述の要件を換言すると、本実施形態に係る線材の表層部及び中心部は、パーライト組織を面積率で５０％以上含む。
【００３７】
このような金属組織を表層部及び中心部において有する線材は、引張試験時の絞り値が高く、伸線加工性に優れる。また、このような金属組織を表層部及び中心部において有する線材によれば、これを直径１ｍｍ以下の鋼線に伸線加工し、これの引張強度２８００ＭＰａ以上とした場合に、優れたねじり特性を有する鋼線が得られる。なお、線材の金属組織において、フェライト組織、パーライト組織を除く残部の主たる組織（非パーライトかつ非フェライト組織）はベイナイト、及びマルテンサイト等である。
【００３８】
ここでパーライト組織の粒界について補足説明する。
通常の技術常識においては、パーライトは、オーステナイトから生じる共析反応によってラメラフェライトとラメラセメンタイトが層状に配列したラメラ組織を呈し、その内部には階層的下部組織が形成されていると説明される。大角粒界で囲まれた領域をブロックと称し、そのブロックの中でラメラの配向が同じ領域をコロニーと称している。換言すると、フェライト組織の各粒内にセメンタイト板がいくつかの配向を持ちながら分散した組織がパーライトであると認識されている。
【００３９】
しかし、実際のパーライト組織はそれほど単純ではないと考えられる。図２にパーライト組織を単純化した一例の模式図を示す。図２に示される金属組織においては、旧γ粒界２１（旧オーステナイト粒界）を起点として、湾曲した大角粒界２２に囲まれたブロックが生成され、そのブロックの中に亜粒界２３が形成されている。ブロックの中の結晶方位は多くのランダムな方位に変化しており、図２の組織では亜粒界２３を示す鎖線の長さの合計を、亜粒界２３の合計長さと認識できる。また、図２の模式図ではブロックの外周等を構成する大角粒界２２の長さ（ブロックを囲む太い実線の長さ）の合計を、大角粒界２２の長さと認識できる。なお、図２中に、ラメラ組織を構成するラメラセメンタイト３１とラメラフェライト３２との層状構造について拡大表示しておく。
【００４０】
なお、本実施形態に係る線材の「パーライト組織」は、いわゆる疑似パーライト組織（ラメラセメンタイト３１が板状に成長することなく生成されたパーライト組織）を含むものとする。疑似パーライト組織は、ＳＥＭで観察した場合にラメラセメンタイト３１がブロック内で分断されている様子が認められる点で、通常のパーライト組織とは相違する。しかし本実施形態では、パーライト組織と疑似パーライト組織とを同一のものとして取り扱う。
【００４１】
実際の鋼材ではパーライト組織に加えて他の組織も混在し、図２の組織よりも遙かに複雑な組織になっているので、本実施形態に係る線材では、亜粒界、大角粒界を以下のように定義付けている。パーライト組織中の、隣り合うラメラフェライトの結晶方位の角度差が２°以上１５°未満となる境界面を亜粒界と称し、検査視野中のパーライトの単位面積当たりの亜粒界の長さの総計を亜粒界密度＜ρ１＞と称す。また、全組織での、隣り合うフェライト結晶方位の角度差が１５°以上となる境界面を大角粒界と称し、検査視野の単位面積当たりの大角粒界の長さの総計を大角粒界密度＜ρ２＞と称す。大角粒界の特定に用いられるフェライトには、通常のフェライト組織と、パーライト組織を構成するラメラフェライトとの両方が含まれるものとする。なお、それぞれの測定方法については後述する。
【００４２】
＜フェライト組織の面積率、及び非パーライトかつ非フェライト組織の面積率＞
線材の横断面におけるフェライト組織の面積率は、線材中心部、表層部ともに４５％以下である必要がある。線材中心部で４５％超の場合には、フェライトが塊状かつ粗大に析出するために伸線加工性が低下する。また、線材表層部でフェライト組織の面積率が４５％超の場合は、伸線加工後のねじり回数が低下する。これは表層部のフェライト部に変形が集中するためと考えられる。なお、フェライト組織の面積率の下限値を特に規定する必要はない。線材の中心部又は表層部において、フェライト組織の面積率が０％であってもよい。線材の中心部又は表層部において、フェライトの面積率を４３％以下、４０％以下、３５％以下、又は３０％以下としてもよい。線材の中心部又は表層部において、フェライトの面積率を１０％以上、１５％以上、２０％以上、又は２７％以上としてもよい。
【００４３】
また、非フェライトかつ非パーライト組織の面積率は５％以下である必要がある。換言すると、フェライト組織及びパーライト組織の合計の面積率が９５％超である必要がある。非フェライトかつ非パーライト組織が５％超となった場合、伸線加工中に非フェライトかつ非パーライト組織を起点としたき裂が形成されやすく伸線加工性が低下する。なお、非フェライトかつ非パーライト組織の面積率の下限値を特に規定する必要はない。線材の中心部又は表層部において、非フェライトかつ非パーライト組織の面積率が０％であってもよい。即ち、フェライト組織及びパーライト組織の合計の面積率が１００％であってもよい。非フェライトかつ非パーライト組織の面積率を４％以下、３％以下、２％以下、又は１％以下（即ち、フェライト組織及びパーライト組織の合計の面積率を９６％超、９７％超、９８％超、又は９９％超）としてもよい。非フェライトかつ非パーライト組織の面積率を１％以上、又は２％以上（即ち、フェライト組織及びパーライト組織の合計の面積率を９９％未満、又は９８％未満）としてもよい。
【００４４】
＜パーライト組織中のラメラフェライト結晶方位の角度差２°以上１５°未満となる亜粒界の密度ρ１＞
線材の中心部及び表層部において、亜粒界密度ρ１（パーライト組織中のラメラフェライトの結晶方位の角度差２°以上１５°未満となる亜粒界の密度）は、７０／ｍｍ〜６００／ｍｍである必要がある。このような金属組織を有する線材であることによって、伸線加工後に引張強度２８００ＭＰａ以上であり、且つねじり特性に優れる鋼線が安定して得られる。線材の中心部及び表層部において、亜粒界密度を７０／ｍｍ以上とすることにより、伸線加工後の鋼線の強度のばらつきを抑制でき、ねじり試験中の変形の局在化を低減できるため、高強度の鋼線であっても良好なねじり特性を得ることができる。逆に線材の中心部及び表層部において亜粒界密度が７０／ｍｍ未満であると、伸線加工後に得られる鋼線の引張強度が２８００ＭＰａ以上ではねじり特性が向上しない。また、パーライト変態温度が６００℃未満の場合、前述のようにねじり特性が低下する傾向があり、この時の線材の中心部及び表層部における亜粒界密度が６００／ｍｍ超であったため、これの上限を６００／ｍｍとすることが好ましい。このため、線材の中心部及び表層部において、パーライト組織中のラメラフェライトの結晶方位の角度差２°以上１５°未満となる亜粒界の密度は、７０／ｍｍ〜６００／ｍｍの範囲内とする。線材の表層部又は中心部において、亜粒界密度は、好ましくは１００／ｍｍ以上とし、より好ましくは１２０／ｍｍ以上とする。線材の表層部又は中心部において、亜粒界密度を１５０／ｍｍ以上、又は１８０／ｍｍ以上としてもよい。線材の表層部又は中心部において、亜粒界密度を５５０／ｍｍ以下、５００／ｍｍ以下、４００／ｍｍ以下、又は３５０／ｍｍ以下としてもよい。
【００４５】
線材の表層部及び中心部において、亜粒界密度ρ１は、下記式１を満たすことが好ましい。式１における（Ｃ）は、線材の化学組成における、単位質量％でのＣ含有量である。
２２０×（Ｃ）＋１００＜ρ１＜２２０×（Ｃ）＋３００：式１
線材の化学組成におけるＣ含有量が大きいほど、線材の表層部及び中心部におけるフェライト組織の面積率が小さくなり、パーライト組織の面積率が大きくなる。パーライト組織の面積率が大きくなるほど、セメンタイトの成長距離が大きくなり、パーライト組織中に亜粒界が導入されやすくなると考えられる。そのため本発明者らは、亜粒界密度の好ましい範囲は線材の化学組成におけるＣ含有量に依存すると考えた。本発明者らの知見によれば、線材の表層部及び中心部において亜粒界密度が上記式１を満たす場合には、線材の捻回値のばらつきが小さくなることにより、ねじり特性が一層向上される。
【００４６】
＜鋼材組織中のフェライトの結晶方位の角度差１５°以上となる大角粒界の密度ρ２＞
線材の表層部及び中心部において、大角粒界密度ρ２（フェライト結晶方位の角度差１５°以上となる大角粒界の密度）は、２００／ｍｍ以上である必要がある。大角粒界密度が十分に大きい場合、線材の延性が高く、伸線加工中の粗大なき裂の形成を抑制できるので、伸線加工性が向上する。逆に線材の表層部及び中心部において大角粒界密度が２００／ｍｍ未満であると、伸線加工性が低下する。このため、線材の表層部及び中心部において、フェライト結晶方位の角度差１５°以上となる大角粒界の密度は、２００／ｍｍ以上の範囲内とする。線材の表層部又は中心部において、大角粒界密度は、好ましくは２３０／ｍｍ以上とする。線材の表層部又は中心部における大角粒界密度の上限は特に定めないが、大角粒界密度を５００／ｍｍ以上とすることは製造上困難であるため、線材の表層部又は中心部における大角粒界密度の上限を５００／ｍｍとすることが好ましい。線材の表層部又は中心部における大角粒界密度を２２０／ｍｍ以上、２５０／ｍｍ以上、又は２８０／ｍｍ以上としてもよい。線材の表層部又は中心部における大角粒界密度を４００／ｍｍ以下、３８０／ｍｍ以下、又は３５０／ｍｍ以下としてもよい。
【００４７】
（Ｃ）評価方法について
次に、本実施形態に係る線材の金属組織の各条件について、測定方法を説明する。
【００４８】
＜組織の面積率＞
線材の横断面（すなわち線材の長さ方向に直角な切断面）を鏡面研磨した後、ピクラールで腐食し、電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いて倍率２０００倍で表層部と中心部の任意の位置におけるそれぞれ１０箇所を観察し、写真撮影する。１視野あたりの面積は、２．７×１０−３ｍｍ２（縦０．０４５ｍｍ、横０．０６０ｍｍ）とする。
【００４９】
次いで、得られた各写真に透明シート（例えばＯＨＰ（Ｏｖｅｒ  Ｈｅａｄ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）シート）を重ねる。この状態で、各透明シートにおける「フェライト組織」に色を塗る。次いで、各透明シートにおける「色を塗った領域」の面積率を画像解析ソフトにより求め、その平均値をフェライト組織の面積率の平均値として算出する。このようにしてフェライト面積率を求めることができる。次いで、別の透明シートに「パーライト組織以外、フェライト組織以外である組織と重なる領域」に色を塗り、その面積率を求める。以上の手法によって非パーライトかつ非フェライト組織の面積率を求めることができる。なお、フェライト組織やパーライト組織は等方的な組織であることから、線材の横断面における組織の面積率は、線材の組織の体積率と同じである。パーライト組織の面積率は、フェライト面積率と、非パーライトかつ非フェライト面積率の和を１００面積％から引くことで算出できる。
【００５０】
＜パーライト組織中の亜粒界密度および全組織中の大角粒界密度＞
線材の横断面（すなわち長さ方向に直角な切断面）を鏡面研磨した後、コロイダルシリカで研磨し、電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いて倍率４００倍で線材表層部（表面から深さ１５０〜４００μｍの範囲）および中心部において各４視野を観察し、ＥＢＳＤ測定（電子線後方散乱回折法による測定）を行う。１視野あたりの面積は、０．０３２４ｍｍ２（縦０．１８ｍｍ、横０．１８ｍｍ）とし、測定時のステップは０．３μｍとする。
【００５１】
次いで、得られた各測定視野における結果について、２°以上１５°未満の亜粒界の持つラインの全長、及び１５°以上の大角粒界を持つラインの全長を測定する。たとえば、ＯＩＭ  ａｎａｌｙｓｉｓ（ＯＩＭ：Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いることで亜粒界の持つラインの総長さ、および、大角粒界の持つラインの総長さを得ることができる。亜粒界はパーライト組織の部分にのみ存在するので、各測定視野において得られた亜粒界の持つラインの全長を、各測定視野に含まれるパーライト面積で除した値を、各測定視野における亜粒界密度ρ１と定義する。
【００５２】
大角粒界はフェライト組織とパーライト組織の境界にも存在するので、各測定視野において得られた大角粒界の持つラインの全長を、各測定視野の面積で除した値を、各測定視野における大角粒界密度ρ２と定義する。
表層部及び中心部それぞれの解析結果の平均値を、表層部及び中心部のパーライト組織中のフェライト結晶方位の角度差２°以上１５°未満の亜粒界密度ρ１、並びに、表層部及び中心部の全組織中のフェライト結晶方位の角度差１５°以上となる大角粒界密度ρ２とする。なお、ＥＢＳＤ結果はノイズに大きく左右されるため、ａｖｅｒａｇｅ  ＣＩ（ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ  ｉｎｄｅｘ）は０．６０以上の結果を用いることとし、またＣＩが０．１０以下のものはノイズとして除去することとする。なお、ＣＩの０．１０以下の除去は、ＯＩＭ  ａｎａｌｙｓｉｓ内で可能である。
【００５３】
上述したように、亜粒界密度ρ１及び大角粒界密度ρ２の値は線材表層部（表面から深さ１５０〜４００μｍの範囲）において前述の範囲であるだけでなく、線材中心部においても同様の範囲であることが必要となる。線材中心部での亜粒界密度ρ１が７０／ｍｍ〜６００／ｍｍ、大角粒界密度ρ２が２００／ｍｍ以上の範囲であっても表層部が上述の範囲でない場合や、線材表層部が上述の範囲であっても中心部が上述の範囲でない場合には線材として目的の求める特性が得られない。線材表層部のρ１、ρ２および線材中心部のρ１、ρ２が上述の範囲内であることが確認できれば、線材全体でρ１及びρ２が上述の範囲に入っていると認識できる。
【００５４】
（Ｄ）製造方法について
本実施形態に係る線材の製造方法では、線材のねじり特性を向上するために、パーライト変態時の種々の条件を適正化し、組織を制御する。
本実施形態に係る線材の上記要件を満たす線材は、その製造方法によらず、本実施形態に係る線材の効果を得ることが出来るが、例えば、下記に示す製造方法によって、本実施形態に係る線材を製造すればよい。なお、下記の製造プロセスは一例であり、下記以外のプロセスによって化学組成及びその他の要件が本実施形態に係る線材の範囲である線材を得られた場合であっても、その線材が本発明に含まれることはいうまでもない。
【００５５】
まず、上記成分となるように鋼を溶製した後、連続鋳造によって鋼片を製造し、熱間圧延を行う。なお、鋳造後、分塊圧延を行ってもよい。得られた鋼片を熱間圧延する際には、鋼片が１０００〜１２５０℃になるように加熱し、仕上げ温度を９００〜１０００℃としてφ５．５〜７．０ｍｍに熱間圧延する。
熱間圧延前の鋼片の加熱温度は１０００℃以上、１２５０℃以下とする。鋼片の加熱温度が１０００℃未満では熱間圧延の際の反力が上昇し、鋼片の加熱温度が１２５０℃超では脱炭が進行するからである。
熱間圧延の仕上げ圧延温度は９００℃以上とする。仕上げ圧延温度が９００℃未満では仕上げ圧延の反力が上昇し形状精度が悪くなるからである。一方で、仕上げ圧延温度は１０００℃以下とする。１０００℃超で熱間圧延を行うとオーステナイト粒径が大きくなり、パーライト変態後の大角粒界密度が低下するからである。
【００５６】
熱間圧延後には、以下の四段階の冷却を施して、フェライト面積率や亜粒界密度、大角粒界密度を調整する。一次冷却では、早い冷却速度で冷却を行うことでオーステナイトの粒成長を抑え、微細なオーステナイト組織を生成させることを目的とする。二次冷却では、一次冷却時の線材表層部と中心部に存在する温度差を小さくするために除冷を行い、線材表層部から中心部まで均一な温度にすることを目的とする。三次冷却では、線材表層部から中心部までできるだけ均一に冷却でき、かつフェライト変態を抑制できる冷却速度で、狙いのパーライト変態温度まで冷却することを目的とする。四次冷却では、線材表層部から中心部までをできるだけ均一にパーライト変態させるために除冷を行って、亜粒界密度、大角粒界密度を目的の範囲になるようにパーライト変態を進行させることを目的とする。詳細を以下に示す。なお、以下に記載される一次〜四次冷却の平均冷却速度とは、一次〜四次冷却の開始から終了までの線材温度の低下量を、一次〜四次冷却の開始から終了までの時間で割った値である。一次〜四次冷却の到達温度とは、一次〜四次冷却の終了時の線材の温度である。
【００５７】
熱間圧延後には、水冷によって、平均冷却速度５０〜２００℃／秒の範囲内で、８３０〜８７０℃まで一次冷却を行う。なお、一次冷却の開始及び終了とは、冷媒（水）の吹き付けの開始及び終了のことである。
粒成長速度の大きい８７０℃以上の温度域での平均冷却速度が５０℃／秒未満であり、この温度域に存在する時間が長い場合、オーステナイトの粒成長が促進されるので、パーライト変態後には大角粒界密度が低下することになる。一次冷却における平均冷却速度の上限はないが、製造設備の制約上、２００℃／秒超の平均冷却速度は困難であるので、２００℃／秒以下を一次冷却における平均冷却速度の上限とした。
一次冷却での到達温度が８３０℃未満の場合、表層部でのみフェライト変態が多量に進行する恐れがあり、表層部のフェライト面積率が増加し、４５％以下に制御することが困難になる。そのため、一次冷却での到達温度を８３０℃以上とする。８７０℃を超える温度で冷却を停止すると、オーステナイト粒が大きく成長し、パーライト変態後の大角粒界密度が低下する。そのため、一次冷却での到達温度を８７０℃以下とした。
【００５８】
その後、大気による空冷によって、平均冷却速度５℃／秒未満で、７９０℃以上８２０℃以下の範囲内まで二次冷却を行う。なお、二次冷却の開始の時点は、一次冷却における冷媒の吹き付けの終了の時点に等しく、二次冷却の終了の時点は、三次冷却における冷媒の吹き付けの開始の時点に等しい。二次冷却は、一次冷却時に生じる線材の表層部と中心部との温度差を小さくし、線材表層部から中心部までのパーライト変態温度を均一にするための冷却である。
二次冷却において５℃／秒以上の平均冷却速度とされた場合、表層部と中心部との温度差が残存してしまい、パーライト変態後には線材の表層の大角粒界密度と亜粒界密度とを制御できたとしても、線材の中心部での大角粒界密度が低下する。そのため、二次冷却での平均冷却速度は５℃／秒未満とする。
二次冷却の到達温度が７９０℃未満では、フェライト変態が生じてフェライト面積率が向上する可能性がある。そのため、二次冷却の到達温度は７９０℃以上とする。一方、８２０℃超で二次冷却を止めると、線材の表層部と中心部との間のパーライト変態温度までの温度差が大きくなり、三次冷却時に表層部と中心部との間で再度温度差が生じる。そのため、二次冷却の到達温度は８２０℃以下とした。Ｓｉの含有量が多い鋼種では、Ａｃ１温度が高温側に移行するので、二次冷却での到達温度が特に重要となる。
なお、二次冷却時間（二次冷却の開始と終了との間の経過時間）を５秒以上１２秒以内とすることが望ましい。１２秒超の二次冷却時間をかけると、オーステナイト粒の粒成長が促進されるためである。一方で、５秒以内の二次冷却時間では、線材中の温度差が残存する可能性がある。
【００５９】
その後、衝風冷却によって、平均冷却速度２０℃／秒超３０℃／秒以下で、６００℃以上６２０℃以下の範囲内まで三次冷却を行う。なお、三次冷却の開始及び終了とは、大気の吹き付けの開始及び終了のことである。三次冷却ではフェライト変態を抑制できる冷却速度で、最適な亜粒界密度、大角粒界密度を得られるパーライト変態温度まで冷却を行う。
三次冷却の平均冷却速度が２０℃／秒以下では、フェライト変態が生じてフェライト面積率が過剰となる。そのため、平均冷却速度は２０℃／秒超とする。一方で、３０℃／秒超の平均冷却速度で三次冷却を施した場合、線材表層部のみが狙いの温度まで冷却され、線材中心部の温度が過剰な状態で四次冷却が開始されてしまう。そのため、平均冷却速度は３０℃／秒以下とする。
三次冷却での到達温度が６００℃未満の場合、パーライト組織が過剰に高強度化して捻回特性が低下する。そのため、三次冷却の到達温度は６００℃以上とする。一方、三次冷却の到達温度が６２０℃超である場合、パーライト変態温度が高くなり、大角粒界密度と亜粒界密度が低下するとともにパーライト変態後の引張強度も低下する。そのため、三次冷却の到達温度は６２０℃以下とした。
【００６０】
その後、大気による空冷によって平均冷却速度１０℃／秒以下で５５０℃以下まで四次冷却を行う。なお、四次冷却の開始の時点は、三次冷却における大気の吹き付けの終了の時点に等しい。四次冷却の終了の時点は、空冷を中止した時点、即ち線材に再加熱、又は冷媒の吹き付けが開始された時点である。ただし、線材の温度が５５０℃以下になるまで空冷を実施した場合、線材の温度が５５０℃になった時点を四次冷却の終了の時点とみなす。四次冷却では、パーライト変態中の線材断面内の温度差を小さくすることで、表層部から中心部まで均一な大角粒界密度、亜粒界密度を有する線材を得ることを目的とする。
四次冷却における平均冷却速度が１０℃／秒超の場合、表層の温度変化が大きく、亜粒界密度が低下する。そのため、四次冷却における平均冷却速度は１０℃／秒以下とする。四次冷却における平均冷却速度の下限は限定しないが、線材を放冷した場合の冷却速度は２℃／秒以上となることが通常である。そのため、２℃／秒を四次冷却における平均冷却速度の下限としてもよい。
四次冷却の到達温度が５５０℃超の場合、パーライト変態が終了しない可能性がある。そのため、四次冷却の到達温度は５５０℃以下とする。なお、５５０℃以下の温度域での冷却速度が組織に与える影響は軽微であるので、四次冷却を５５０℃以下の温度まで実施した後に水冷などの加速冷却を実施してもよい。後述する実施例においては、本発明例は四次冷却により５５０℃以下まで冷却した後に放冷で室温まで冷却されているが、四次冷却の完了後に他の冷却手段により冷却した場合でも同様の組織が形成される。
【００６１】
（Ｅ）任意成分について：
本実施形態の線材は、残部のＦｅの一部に代えて、必要に応じて、Ａｌ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｂ，Ｃａ，Ｍｇからなる群から選択される少なくとも１種または２種以上の元素を含有させてもよい。ただし、これら任意元素を含むことなく本実施形態に係る線材はその課題を解決することが出来るので、これら任意元素の下限値は０％である。以下、任意元素であるＡｌ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｂ，Ｃａ，Ｍｇの作用効果と、含有量の限定理由について説明する。任意成分についての％は質量％である。
【００６２】
Ａｌ：０〜０．０５０％
本実施形態の線材においてＡｌは含有させなくても良い。Ａｌは、ＡｌＮとなって析出し、フェライト結晶方位の角度差１５°以上の大角粒界密度を増加させることができる元素である。効果を確実に得たい場合には０．０１０％以上のＡｌを含有させることが好ましい。一方で、Ａｌは、硬質な酸化物系介在物を形成しやすい元素であるため、線材のＡｌ含有量が０．０５０％を超えると、粗大な酸化物系介在物が著しく形成されやすくなり、ねじり特性の低下が顕著になる。したがって、線材のＡｌの含有量の上限は０．０５０％とする。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０４０％以下であり、より好ましい上限は０．０３５％以下であり、さらに好ましい上限は０．０３０％以下である。
【００６３】
Ｃｒ：０〜１．００％
本実施形態の線材においてＣｒは含有させなくても良い。Ｃｒは、Ｍｎと同様に、鋼の焼入れ性を高めて、鋼を高強度化する元素である。この効果を確実に得るためには、０．０５％以上のＣｒを含有させることが好ましい。一方、Ｃｒの含有量が１．００％を超えると、ねじり特性が劣化する。そのため、Ｃｒの含有量は１．００％以下である。なお、鋼の焼入れ性を上げる場合、Ｃｒは０．１０％以上含有させるのが好ましく、０．３０％以上含有させれば一層好ましい。Ｃｒの上限は、０．９０％以下とすることが好ましく、０．８０％以下であればより一層好ましい。
【００６４】
Ｖ：０〜０．１５％
本実施形態の線材においてＶは含有させなくても良い。Ｖは、ＮやＣと結合して、炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成し、それらのピンニング効果によって熱間圧延時にオーステナイト粒を微細化する効果があり、鋼のねじり特性を改善する効果がある。この効果を確実に得るためには０．００５％以上のＶを含有させることが好ましい。ねじり特性を改善する観点からは、Ｖの含有量を０．０２％以上とするのが好ましく、０．０３％以上含有させることが一層好ましい。一方、Ｖの含有量が０．１５％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、鋼塊や鋳片を鋼片に分塊圧延する工程で鋼片に割れが生じるなど鋼の製造性に悪影響を及ぼすので、Ｖ含有量は０．１５％以下とする。Ｖの含有量は０．１０％以下であることが好ましく、さらには０．０７％以下であることが一層好ましい。
【００６５】
Ｔｉ：０〜０．０５０％
本実施形態の線材においてＴｉは含有させなくても良い。Ｔｉは、ＮやＣと結合して、炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成し、それらのピンニング効果によって熱間圧延時にオーステナイト粒を微細化する効果があり、鋼のねじり特性を改善する効果がある。この効果を確実に得るために、Ｔｉは０．００２％以上含有させることが好ましい。ねじり特性を改善する観点から、Ｔｉの含有量を０．００５％以上とするのが好ましく、０．０１０％以上のＴｉを含有させることが一層好ましい。一方、Ｔｉの含有量が０．０５０％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、鋼塊や鋳片を鋼片に分塊圧延する工程で鋼片に割れが生じるなど鋼の製造性に悪影響を及ぼす。よって、Ｔｉの含有量は０．０５０％以下とする。またＴｉの含有量は０．０２５％以下であることが一層好ましい。
【００６６】
Ｎｂ：０〜０．０５０％
本実施形態の線材においてＮｂは含有させなくても良い。Ｎｂは、ＮやＣと結合して、炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成し、それらのピンニング効果によって熱間圧延時にオーステナイト粒を微細化する効果があり、鋼のねじり特性を改善する効果がある。この効果を確実に得るためには、Ｎｂは０．００２％以上含有させることが好ましい。ねじり特性を改善する観点から、Ｎｂの含有量を０．００３％以上とするのがより好ましく、０．００４％以上のＮｂ含有させることが一層好ましい。一方、Ｎｂの含有量が０．０５０％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、鋼塊や鋳片を鋼片に分塊圧延する工程で鋼片に割れが生じるなど鋼の製造性に悪影響を及ぼすので、Ｎｂの含有量は０．０５０％以下とする。また、Ｎｂの含有量は０．０３０％以下であることが一層好ましい。
【００６７】
Ｂ：０〜０．００４０％
本実施形態の線材においてＢは含有させなくても良い。Ｂは、微量含有されることで鋼のフェライト組織を低減する効果があり、効果を確実に得たい場合には０．０００１％以上のＢを含有させることが好ましい。０．００４０％超のＢを含有させても、効果が飽和するだけでなく、粗大な窒化物が生成するので、ねじり特性が低下する。したがって、含有させる場合のＢの含有量は０．００４０％以下とする。パーライト組織の面積率を増やしたい場合には、Ｂの含有量を０．０００４％以上とすることが好ましく、０．０００７％以上であればより一層好ましい。なお、ねじり特性を向上させるためのＢの含有量は０．００３５％以下とすることが好ましく、０．００３０％以下であればより一層好ましい。
【００６８】
Ｃａ：０〜０．００５０％
本実施形態の線材においてＣａは含有させなくても良い。Ｃａは、ＭｎＳ中に固溶し、ＭｎＳを微細に分散する効果がある。ＭｎＳを微細に分散させることで、ＭｎＳに起因にした伸線加工中の断線を抑制できる。Ｃａによる効果を確実に得るためには、Ｃａは０．０００２％以上含有させることが好ましい。より高い効果を得たい場合には、０．０００５％以上のＣａを含有させれば良い。しかし、Ｃａの含有量が０．００５０％を超えると、その効果は飽和する。さらに、Ｃａの含有量が０．００５０％を超えると、鋼中の酸素と反応して生成する酸化物が粗大となり、かえって伸線加工性の低下を招く。そのため、含有させる場合の適正なＣａの含有量は、０．００５０％以下である。Ｃａの含有量は０．００３０％以下であることが好ましく、０．００２５％以下であれば一層好ましい。
【００６９】
Ｍｇ：０〜０．００４０％
本実施形態の線材においてＭｇは含有させなくても良い。Ｍｇは脱酸元素であり、酸化物を生成するが、硫化物も生成することでＭｎＳとの相互関係を有する元素であり、ＭｎＳを微細に分散させる効果がある。この効果によりＭｎＳに起因した伸線加工中の断線を抑制できる。Ｍｇによる効果を確実に得るためには、Ｍｇは０．０００２％以上含有させることが好ましい。より高い効果を得たい場合には、０．０００５％以上のＭｇを含有させれば良い。しかし、Ｍｇの含有量が０．００４０％を超えると、その効果は飽和するし、ＭｇＳを大量に生成し、かえって伸線加工性の低下を招く。したがって、含有させる場合の適正なＭｇの含有量は、０．００４０％以下である。Ｍｇの含有量は０．００３５％以下であることが好ましく、０．００３０％以下であれば一層好ましい。
【００７０】
化学組成の残部は「Ｆｅ及び不純物」を含む。「不純物」とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから鋼材に混入するものを指す。
【００７１】
本実施形態に係る線材の直径は特に限定されないが、現在市場に流通する線材の直径は３．５〜７．０ｍｍとされることが通常であるので、これを本実施形態に係る線材の直径の上下限値としてもよい。線材の直径を３．５ｍｍ以上とした場合、線材製造時の熱間圧延の負担を軽減することができて好ましい。線材の直径を７．０ｍｍ以下とした場合、線材の伸線加工時の伸線ひずみ量を抑制することが出来るので好ましい。
【００７２】
本発明の別の態様に係る鋼線は、本実施形態に係る線材を伸線加工することによって得られる。鋼線の直径は、用途を考慮すると、０．５〜１．５ｍｍとされることが通常である。本実施形態に係る鋼線は、原材料である本実施形態に係る線材の化学組成、金属組織の構成、亜粒界密度ρ１、及び大角粒界密度ρ２が上述の範囲内とされているので、優れた引張強さ及びねじり特性を有する。
【００７３】
なお、本実施形態に関する鋼線は、歪量が非常に大きい伸線加工を経て製造されるので、その金属組織は著しい変形を受けている。例えば、本実施形態に係る鋼線の断面の拡大写真を見ると、粒界に囲まれた相は著しく潰れており、その種類が判別できない。また、亜粒界及び大角粒界の存在を特定することも著しく困難である。即ち、通常の組織特定方法（例えば、金属組織写真の撮影、及びＥＢＳＤによる結晶構造解析など）によって本実施形態に係る鋼線の金属組織、その他構成の特定をすることは極めて困難である。本実施形態に係る鋼線の金属組織をその構造又は特性により直接特定することは不可能であるか、又はおよそ実際的でない。
【００７４】
本発明の別の態様に係る鋼線の製造方法は、本実施形態に係る線材を伸線加工する工程を備える。伸線加工は、最終的に得られる鋼線の直径が０．５〜１．５ｍｍとなるような減面率で実施される。本実施形態に係る線材の化学組成、金属組織の構成、亜粒界密度ρ１、及び大角粒界密度ρ２が上述の範囲内とされているので、これを用いる本実施形態に係る鋼線の製造方法は、断線回数を極めて低い水準に抑制することができ、また、優れた引張強さ及びねじり特性を有する鋼線を得ることが出来る。
【実施例】
【００７５】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により制限されるものではない。【００７６】
表１、表２に示す化学組成の鋼を溶製し、以下の方法で線材を作製した。なお、表１、表２中の「−」の表記は、当該元素の含有量が不純物レベルであり、実質的に含有されていないと判断できることを示す。表１及び表２に示された鋼の化学組成の残部は鉄及び不純物である。【００７７】
まず、表１に示す化学組成の鋼Ａを転炉によって溶製した後、通常の方法での分塊圧延によって、１２２ｍｍ角のビレットを得た。次に鋼片が１０５０〜１１５０℃になるように加熱した後、仕上げ温度９００〜１０００℃の範囲で、φ６ｍｍに熱間圧延した。【００７８】
仕上げ圧延後の調整冷却は、表３−１〜表３−３に示された（Ａ１）〜（Ａ２１）に示す条件で冷却を行った。
具体的には、（Ａ１）〜（Ａ７）に関しては水冷によって平均冷却速度５０〜２００℃／秒の範囲内で、８３０〜８７０℃に冷却（１次冷却）した後、その後、大気による風冷によって平均冷却速度５℃／秒未満で７９０℃以上８２０℃以下の範囲内まで空冷（二次冷却）した。その後、２０℃／秒超３０℃／秒以下で６００〜６２０℃まで冷却（三次冷却）を施し、５５０℃以下まで１０℃／秒以下で冷却（四次冷却）し、その後、放冷により室温まで冷却を行った。
（Ａ８）〜（Ａ１７）に関しては、上記の冷却条件と異なる条件で四種類の調整冷却を行い、線材を得た。なお、表３−１中のアンダーラインが付された値は、本発明に係る線材の製造条件における不適切な値である。【００７９】
（Ａ１８）〜（Ａ２１）に関しては、四種類の調整冷却を実施せず、表３−２〜表３−４に示す条件で冷却を行った。なお、これら表における「一次冷却」等の用語は、単に冷却段階を区別するためのものであり、本発明の製造方法に含まれる一次冷却〜四次冷却とは異なる。
具体的には、（Ａ１８）に関しては、本発明の製造方法における三次冷却及び四次冷却に代わり、５５０℃のソルト浴への浸漬を実施した。
（Ａ１９）に関しては、上述の熱間圧延終了後の線材に対して、９５０℃への再加熱及び６０秒の温度保持を実施し、この温度保持終了の直後に５５０℃のソルト浴への浸漬を実施した。
（Ａ２０）に関しては、一次冷却を実施後に送風にて冷却を施し、平均１．０℃／秒で６８０℃まで冷却後に放冷に切り替えて５５０℃以下まで冷却を施した。
（Ａ２１）に関しては、一次冷却を実施後に衝風冷却を施して１０℃／秒で７００℃まで線材を冷却し、その後空冷にて５℃／秒で５５０℃以下まで冷却を施した。【００８０】
また、表２に示す化学組成の鋼ａ〜ｚから、表３−１の（Ａ１）と同様の方法で熱間圧延線材を作成した。その後、乾式伸線加工、めっき処理、湿式伸線加工を実施して、線径０．５ｍｍの鋼線を得た。表２においてアンダーラインが付された値は、本発明の望ましい範囲外である。【００８１】
【表１】
0006528920.tif 000002
【００８２】
【表２】
0006528920.tif 000003
【００８３】
以上のようにして得られた試験番号Ａ１〜Ａ２１および試験番号１〜２６の線材について、引張強度、絞り値、フェライト面積率、非パーライトかつ非フェライト面積率、パーライト組織中の亜粒界密度ρ１（パーライト組織中のラメラフェライトの結晶方位の角度差２°以上１５°未満となる亜粒界の密度）、大角粒界密度ρ２（観察組織全体においてフェライト結晶方位の角度差１５°以上となる大角粒界の密度）を求めた。なお、各線材のパーライト面積率は、１００％からフェライト面積率及び非パーライトかつ非フェライト面積率を除すことによって得られる値である。【００８４】
それらの結果を以下の表４−１〜表４−３、及び表５−１〜表５−３に示す。表４−１、表４−２、表５−１、及び表５−２中のアンダーラインが付された値は、本発明の範囲外である値である。表４−３及び表５−３中のアンダーラインが付された値は、本発明の合否基準に満たない値である。【００８５】
線材の表層部及び中心部におけるフェライト組織の面積率、非フェライトかつ非パーライト組織の面積率、亜粒界密度ρ１、大角粒界密度ρ２、直径６ｍｍの線材を直径０．５ｍｍまで伸線した際の断線回数、伸線加工前の線材及び伸線加工後の鋼線の引張強さ（鋼線強度）、並びに伸線加工後の鋼線のねじり特性（ねじり回数、ねじり回数ばらつき、及びデラミネーション有無）は、それぞれ下記に記載する方法によって調査した。【００８６】
〈１〉線材のフェライト組織の面積率、非フェライトかつ非パーライト組織の面積率：
線材の横断面を鏡面研磨した後、ピクラールで腐食し、ＦＥ−ＳＥＭを用いて倍率２０００倍で線材表層部および中心部における任意の１０箇所を観察し、写真撮影した。１視野あたりの面積は、２．７×１０−３ｍｍ２（縦０．０４５ｍｍ、横０．０６０ｍｍ）とする。得られた各写真にＯＨＰシートを重ね、各透明シートにおける「フェライト組織」および「非パーライトかつ非フェライト組織と重なる領域」に色を塗った。次いで、各透明シートにおける「色を塗った領域」の面積率を画像解析ソフトにより求め、その平均値をそれぞれフェライト組織および非パーライトかつ非フェライト組織の面積率の平均値として算出した。【００８７】
〈２〉線材の亜粒界密度ρ１および大角粒界密度ρ２：
線材の横断面を鏡面研磨した後、コロイダルシリカで研磨し、ＦＥ−ＳＥＭを用いて倍率４００倍で線材表層部と中心部における各４箇所を観察し、ＴＳＬ（ＴｅｘＳＥＭ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）社製のＥＢＳＤ測定装置を用いて解析を行った。測定時の領域は１８０×１８０μｍ２とし、ステップは０．３μｍとした。次いで、得られた各結果について、ＯＩＭ  ａｎａｌｙｓｉｓを用いて２°以上１５°未満の角度差を持つ亜粒界のラインの全長と、１５°以上の角度差を持つ大角粒界のラインの全長をそれぞれ測定した。２°以上１５°未満の角度差を持つ亜粒界のラインの全長をパーライト面積率の平均値で除することで亜粒界密度を求め、１５°以上の角度差を持つ大角粒界のラインの全長を１視野の面積で除することで大角粒界密度を求めた。【００８８】
〈３〉線材の伸線加工性
伸線加工を５０ｋｇの各線材に行い、伸線加工中の断線回数を記録した。なお、断線回数が３回以上の場合、３回目の断線以降の伸線加工を中止した。そして、５０ｋｇの線材を直径６．０ｍｍから直径０．５ｍｍまで伸線した際の断線回数が０回の場合に、伸線加工性が良好と評価し、断線回数が１回以上の場合に、伸線加工性が悪いと評価した。なお、伸線加工を中止した線材に関しては、明らかに鋼線の材料として不適切なものであると判断し、その後の評価試験を実施しなかった。評価されなかった項目には、符号「−」を記載した。【００８９】
〈４〉線材および伸線加工後の鋼線の引張強度：
線材および鋼線を２００ｍｍ長さに切断し、上下５０ｍｍをくさびチャックもしくはエアーチャックで固定し引張試験を行った。得られた最大荷重を断面積で除することで引張強さを算出した。その後、線材の引張試験後のもっとも線径の細くなった箇所の線径を測定し、引張試験前後の断面積の変化量を引張試験前の断面積で除し、１００％をかけることで絞り値を算出した。【００９０】
自動車用タイヤの補強材であるワイヤーに用いられる鋼線は、引張強度が２８００ＭＰａ以上であることが好ましいため、引張強度２８００ＭＰａ以上を合格品と評価した。なお、線材の引張強度に関しては特に合否基準を設けなかった。【００９１】
〈５〉伸線加工後の鋼線のねじり特性：
ねじり試験は、線径（直径）の１００倍の長さの鋼線を１５ｒｐｍで断線するまでねじり、デラミネーションが生じたかどうかをトルク（ねじりに対する抵抗力）曲線で判定し、ねじり回数を測定した。トルク曲線での判定は、断線前に急激にトルクが減少した場合にデラミネーションが生じたと判断する方法により行った。ねじり試験は、各鋼線について１０本ずつ行い、１本もデラミネーションが発生せず、１０本の鋼線のねじり回数の平均値が２３回以上の場合、ねじり特性が良好であると評価した。【００９２】
また、上述の１０回のねじり試験におけるねじり回数のばらつきが小さい場合、ねじり特性が一層良好であると判断することが出来る。そこで、１０本の鋼線のねじり回数のばらつき（１０本の鋼線のねじり回数の最大値と上記平均値との差、及び１０本の鋼線のねじり回数の最小値と上記平均値との差、のうち大きい方）を算出した。ばらつきが３回以下になる鋼線を、ねじり回数ばらつきが良好であると判断した。
ねじり回数の平均値、デラミネーション、及びねじり回数ばらつきの全てが良好と判断された鋼線は、ねじり特性が非常に良好である。ただし、鋼線のねじり回数ばらつきが３回超であったとしても、その他のねじり特性評価に関して良好と判断された鋼線は、その想定される用途に鑑みても、ねじり特性が良好であると言える。【００９３】
以上それぞれ評価した結果を以下の表にまとめて記載する。【００９４】
【表３−１】
0006528920.tif 000004
【００９５】
【表３−２】
0006528920.tif 000005
【００９６】
【表３−３】
0006528920.tif 000006
【００９７】
【表３−４】
0006528920.tif 000007
【００９８】
【表４−１】
0006528920.tif 000008
【００９９】
【表４−２】
0006528920.tif 000009
【０１００】
【表４−３】
0006528920.tif 000010
【０１０１】
【表５−１】
0006528920.tif 000011
【０１０２】
【表５−２】
0006528920.tif 000012
【０１０３】
【表５−３】
0006528920.tif 000013
【０１０４】
表に示されるように、本発明例であるＡ１〜Ａ７の試料は、いずれも本発明要件を満足し、かつ鋼材の製造条件が適切であることから、伸線加工後の強度が２８００ＭＰａ以上で、ねじり回数が２３回以上であるとともにデラミネーションが発生しておらず、問題のない線材であった。【０１０５】
これに対して、Ａ８の試料では一次冷却における平均冷却速度が低く、オーステナイト粒径が粗大化したためにρ２が低下し伸線加工時に断線が発生し伸線加工性が悪かった。
Ａ９の試料では一次冷却での到達温度が低いために表層でフェライト面積率が増加しねじり回数が低下した。
Ａ１０の試料では一次冷却での到達温度が高くオーステナイト粒径が粗大化したためにρ２が低下し断線が発生した。
Ａ１１の試料では二次冷却での時間が長く、オーステナイト粒径が粗大化したためにρ２が低下し断線が発生した。
Ａ１２の試料では二次冷却での到達温度が低いために、フェライト面積率が高く、伸線加工性が悪く、鋼線強度、ねじり特性ともに低かった。
Ａ１３の試料では三次冷却における平均冷却速度が小さく、フェライト変態が進行し、フェライト面積率が高くなって伸線加工性が悪く、鋼線強度、ねじり特性ともに低くなっている。
Ａ１４の試料では、三次冷却の到達温度が高く、高温でパーライト変態してρ１、ρ２共に低く、伸線加工時に断線が発生し、且つ、ねじり特性も悪かった。
Ａ１５の試料では三次冷却での到達温度が低く、ρ１が高くなりすぎたので、ねじり特性が悪かった。
Ａ１６の試料では四次冷却における平均冷却速度が高く、線材表層部でのρ１が低下しねじり試験時にデラミネーションが発生し、ねじり特性が悪かった。
Ａ１７の試料は、四次冷却において線材温度が表に示される温度になった時点で、空冷を中止して衝風冷却を開始する製造条件によって得られた。Ａ１７の試料では四次冷却での到達温度が高く、パーライト変態が終了しておらず非パーライトかつ非フェライト面積率が高いために伸線加工性が低下した。
Ａ１８の試料では、二次冷却後に線材を５５０℃のソルト浴に浸漬させたため、線材が５５０℃まで急速冷却された。その結果、Ａ１８ではρ１が高く、ねじり試験時にデラミネーションが発生し、ねじり特性が悪かった。
Ａ１９の試料では、線材の再加熱及び温度保持後に、線材を５５０℃のソルト浴に浸漬させたため、線材が５５０℃まで急速冷却された。その結果、Ａ１９ではρ１が高く、ねじり試験時にデラミネーションが発生し、ねじり特性が悪かった。
Ａ２０の試料では、熱間圧延後の冷却速度が遅く、高温でパーライト変態が生じた。パーライト変態温度が高かったので、Ａ２０ではρ１、ρ２ともに低く、伸線加工時に断線が発生し、且つ、ねじり特性も悪かった。
Ａ２１の試料では、二次冷却後に衝風冷却にて７００℃まで線材を冷却しているため、線材の表層部が急速冷却され、表層部のρ１が高くなり、ねじり試験時にデラミネーションが発生し、ねじり特性が悪かった。【０１０６】
また、表に示す結果から、本発明例である試験番号１〜１９、及び２６の試料では化学組成が本発明の望ましい範囲を満足し、かつ線材の製造条件も適切であることから、伸線加工性が良好で、伸線加工後のねじり特性が良好であるとともに必要な引張強さも有している。【０１０７】
しかし、試験番号２０の試料は、Ｃの含有量が低く、フェライト面積率が大きくなりすぎ、鋼線が強度不足だった。
試験番号２１の試料は、Ｃの含有量が高く、鋼が過剰に硬化したので、伸線加工性が低下し、伸線加工中に断線が発生した。
試験番号２２の試料は、Ｓｉの含有量が低いためにρ１が低く、ねじり試験時にデラミネーションが発生した。
試験番号２３の試料は、Ｍｎの含有量が高過ぎ、非フェライトかつ非パーライト組織が多いために伸線加工時に断線が発生した。
試験番号２４の試料は、Ｓｉの含有量が低く、ρ１が低く、ねじり試験時にデラミネーションが発生した。
試験番号２５の試料は、Ｍｎの含有量が低く、ρ１が低く、ねじり試験時にデラミネーションが発生した。【０１０８】
表に示す結果から、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎ、Ｐ、Ｓを先に説明した望ましい範囲に規定した線材であって、主たる組織がパーライトであり、フェライト組織が４５％以下であり、非フェライトかつ非パーライト組織が５％以下であり、パーライト組織中のラメラフェライトの結晶方位の角度差２°以上１５°未満となる亜粒界密度ρ１が７０／ｍｍ≦ρ１≦６００／ｍｍであり、全体でのフェライト結晶方位の角度差１５°以上となる大角粒界密度ρ２が２００／ｍｍ以上となることを満たす線材であるならば、伸線加工した後に高い引張強さが得られ、かつ伸線加工後のねじり試験時にデラミネーションが発生せずに安定してねじることができる鋼線を製造可能な、伸線加工性が良好である伸線加工用線材を提供できることが分かった。即ち、ワイヤー等の素材として好適な高い強度を有し、更に優れたねじり特性を有する鋼線を、伸線加工中の断線を抑制して安定して製造し得る伸線加工用線材を提供することができた。
【符号の説明】
【０１０９】
１    線材
１１  表層部
１２  中心部
２１  旧γ粒界
２２  大角粒界
２３  亜粒界
３１  ラメラセメンタイト
３２  ラメラフェライト
【図１】
0006528920.tif 000014
【図２】
0006528920.tif 000015