(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、炭素（Ｃ）：０．０５〜０．１５％、シリコン（Ｓｉ）：０．２％以下、マンガン（Ｍｎ）：３．０〜４．０％、リン（Ｐ）：０．０２０％以下、硫黄（Ｓ）：０．０２０％以下、ボロン（Ｂ）：０．００１０〜０．００３０％、チタン（Ｔｉ）：０．０１０〜０．０３０％、窒素（Ｎ）：０．００５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１０〜０．０５０％、残りはＦｅ及び不可避不純物からなり、
微細組織は、面積分率で、９０％以上のベイニティックフェライト及び残りは島状マルテンサイト（Ｍ／Ａ）を含み、
前記島状マルテンサイト（Ｍ／Ａ）の結晶粒度は５μｍ以下であることを特徴とする強度及び衝撃靭性に優れた線材。
【請求項２】
前記線材はクロム（Ｃｒ）：０．３％未満をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の強度及び衝撃靭性に優れた線材。
【請求項３】
前記マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、ボロン（Ｂ）、及び窒素（Ｎ）の含有量は下記関係式１を満たすことを特徴とする請求項１に記載の強度及び衝撃靭性に優れた線材。
［関係式１］Ｍｎ＋５（Ｔｉ−３．５Ｎ）／Ｂ≧５．０
【請求項４】
前記マンガン（Ｍｎ）及びシリコン（Ｓｉ）の含有量は下記関係式２を満たすことを特徴とする請求項１に記載の強度及び衝撃靭性に優れた線材。
［関係式２］Ｍｎ／Ｓｉ≧１８  
【請求項５】
前記線材は、任意の断面におけるマンガンの最大濃度［Ｍｎｍａｘ］と最小濃度［Ｍｎｍｉｎ］の比が下記関係式３を満たすことを特徴とする請求項１に記載の強度及び衝撃靭性に優れた線材。
［関係式３］［Ｍｎｍａｘ］／［Ｍｎｍｉｎ］≦３  
【請求項６】
請求項１に記載された線材を製造する方法であって、
質量％で、炭素（Ｃ）：０．０５〜０．１５％、シリコン（Ｓｉ）：０．２％以下、マンガン（Ｍｎ）：３．０〜４．０％、リン（Ｐ）：０．０２０％以下、硫黄（Ｓ）：０．０２０％以下、ボロン（Ｂ）：０．００１０〜０．００３０％、チタン（Ｔｉ）：０．０１０〜０．０３０％、窒素（Ｎ）：０．００５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１０〜０．０５０％、残りはＦｅ及び不可避不純物からなる鋼材を再加熱する段階と、
前記再加熱された鋼材を熱間圧延する段階と、
前記熱間圧延後に、冷却開始温度から相変態終了温度（Ｂｆ）〜（Ｂｆ−５０）℃の温度範囲に設定された冷却終了温度まで０．１〜２℃／ｓの速度で冷却する段階と、
前記冷却された鋼材を空冷する段階と、
を含むことを特徴とする強度及び衝撃靭性に優れた線材の製造方法。  
【請求項７】
前記鋼材はクロム（Ｃｒ）：０．３％未満をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の強度及び衝撃靭性に優れた線材の製造方法。  
【請求項８】
前記マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、ボロン（Ｂ）、及び窒素（Ｎ）の含有量は下記関係式１を満たすことを特徴とする請求項６に記載の強度及び衝撃靭性に優れた線材の製造方法。
［関係式１］  Ｍｎ＋５（Ｔｉ−３．５Ｎ）／Ｂ≧５．０  
【請求項９】
前記マンガン（Ｍｎ）及びシリコン（Ｓｉ）の含有量は、下記関係式２を満たすことを特徴とする請求項６に記載の強度及び衝撃靭性に優れた線材の製造方法。
［関係式２］Ｍｎ／Ｓｉ≧１８  
【請求項１０】
前記再加熱する段階は１０００〜１１００℃の温度範囲で行うことを特徴とする請求項６に記載の強度及び衝撃靭性に優れた線材の製造方法。
【請求項１１】
前記熱間圧延する段階における仕上げ熱間圧延は８５０〜９５０℃の温度範囲で行うことを特徴とする請求項６に記載の強度及び衝撃靭性に優れた線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な外部負荷環境に曝される産業機械や自動車などの部品に用いることができる、強度及び衝撃靭性に優れた線材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境汚染の主因とされる二酸化炭素の排出を減らす試みが世界的な関心事となっており、その一環として、自動車の排気ガス規制の動きが活発である。このような動きに対し自動車メーカーは、燃費向上を通じてこの問題を解決しようとしている。
このような燃費向上のためには、自動車の軽量化や高性能化が必要とされ、自動車用素材や部品についても更なる高強度化が要求されている。同時に、自動車用素材や部品については外部衝撃に対する安定性の向上も強く要求されており、素材や部品の衝撃靭性が重要な物性項目として認識されてきている。
【０００３】
フェライトやパーライト組織の線材は、高強度で優れた衝撃靭性を確保することに限界がある。これらの組織を有する素材は、通常、衝撃靭性に優れるものの、強度が相対的に低い傾向にある。また、強度を高めるために冷間伸線を行うという方法が知られているが、冷間伸線による方法は、高強度を得ることができるものの衝撃靭性が強度向上に比例して急激に低下するという短所を有している。
【０００４】
このため、高強度と優れた衝撃靭性をともに実現するために、ベイナイト組織又は焼戻しマルテンサイト組織を用いることが一般的である。ベイナイト組織は、熱間圧延した鋼材を用いて恒温変態熱処理を行うことにより得ることができ、焼戻しマルテンサイト組織は、焼入れ及び焼戻し熱処理を行うことにより得ることができる。しかし、一般の熱間圧延及び連続冷却工程だけではこれらの組織を安定的に得ることができないため、熱間圧延した鋼材を用いて上述のような追加の熱処理工程を経る必要がある。
【０００５】
このような追加の熱処理をしなくても、要求される強度及び衝撃靭性を確保することができれば、素材から部品生産に至る工程の一部を省略したり、単純化することができるため、生産性を向上させて製造コストを下げることができる。
【０００６】
しかし、追加の熱処理工程をすることなく熱間圧延及び連続冷却工程を用いてベイナイト又はマルテンサイト組織を安定的に得ることができる線材は未だ開発されておらず、かかる線材の開発が強く望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記従来技術の課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、追加の熱処理工程を要することなく熱間圧延及び連続冷却工程だけで高強度及び優れた衝撃靭性を有するようにした線材及びこれを製造する方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の解決課題は、上記課題に限定されるものではなく、言及されていない他の課題についても以下の記載から当業者が明確に理解できるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る強度及び衝撃靭性に優れた線材は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０５〜０．１５％、シリコン（Ｓｉ）：０．２％以下、マンガン（Ｍｎ）：３．０〜４．０％、リン（Ｐ）：０．０２０％以下、硫黄（Ｓ）：０．０２０％以下、ボロン（Ｂ）：０．００１０〜０．００３０％、チタン（Ｔｉ）：０．０１０〜０．０３０％、窒素（Ｎ）：０．００５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１０〜０．０５０％、残りはＦｅ及び不可避不純物を含み、微細組織は、面積分率で、９０％以上のベイニティックフェライト及び残りは島状マルテンサイト（Ｍ／Ａ）を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る強度及び衝撃靭性に優れた線材の製造方法は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０５〜０．１５％、シリコン（Ｓｉ）：０．２％以下、マンガン（Ｍｎ）：３．０〜４．０％、リン（Ｐ）：０．０２０％以下、硫黄（Ｓ）：０．０２０％以下、ボロン（Ｂ）：０．００１０〜０．００３０％、チタン（Ｔｉ）：０．０１０〜０．０３０％、窒素（Ｎ）：０．００５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１０〜０．０５０％、残りはＦｅ及び不可避不純物を含む鋼材を再加熱する段階と、前記再加熱された鋼材を熱間圧延する段階と、前記熱間圧延後に、相変態終了温度ＢｆからＢｆ−５０℃の温度範囲まで０．１〜２℃／ｓの速度で冷却する段階と、前記冷却された鋼材を空冷する段階と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、熱間圧延及び連続冷却工程だけを用いて産業機械及び自動車用素材又は部品に要求される強度及び衝撃靭性に優れた線材を提供することができる。
【００１２】
また、従来の追加の熱処理工程を省略することができるため、全体の製造コストを削減するのに非常に有利である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
まず、本発明の実施形態に係る線材について詳細に説明する。本実施形態の線材は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０５〜０．１５％、シリコン（Ｓｉ）：０．２％以下、マンガン（Ｍｎ）：３．０〜４．０％、リン（Ｐ）：０．０２０％以下、硫黄（Ｓ）：０．０２０％以下、ボロン（Ｂ）：０．００１０〜０．００３０％、チタン（Ｔｉ）：０．０１０〜０．０３０％、窒素（Ｎ）：０．００５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１０〜０．０５０％、残りはＦｅ及び不可避不純物を含む。
【００１５】
以下、本実施形態の線材の鋼成分及び組成範囲を限定する理由について詳細に説明する（以下、重量％である）。
【００１６】
炭素（Ｃ）：０．０５〜０．１５％。
炭素は、強度を確保するための必須の元素で、鋼中に固溶されるか、炭化物又はセメンタイトの形態で存在する。強度を増加させるための最も簡単な方法は、炭素含有量を増加させて炭化物又はセメンタイトを形成させることであるが、炭素含有量を増加させると逆に延性及び衝撃靭性が低下するため、炭素の含有量を一定の範囲内に調節する必要がある。本実施形態では、炭素の含有量が０．０５〜０．１５％の範囲となるように添加することが好ましい。これは、炭素含有量が０．０５％未満の場合は目標強度を得ることが難しく、０．１５％を超えると衝撃靭性が急激に低下する可能性があるためである。
【００１７】
シリコン（Ｓｉ）：０．２％以下。
シリコンは、アルミニウムとともに脱酸元素として知られており、強度を向上させる元素である。シリコンは、添加時にフェライトに固溶されて鋼材の固溶強化による強度の増加に非常に大きい効果を奏する元素として知られている。しかし、シリコンの添加により強度は大きく増加するが、延性及び衝撃靭性は急激に低下するため、十分な延性を必要とする冷間鍛造部品の場合は、シリコンの添加を非常に制限している。本実施形態では、強度の低下を最小限に抑えながらも、優れた衝撃靭性を確保するために、シリコンの含有量を０．２％以下とする。これは、シリコン含有量が０．２％を超えると、目標衝撃靭性を確保することが難しくなるおそれがあり、０．１％以下とすることが更に好ましい。
【００１８】
マンガン（Ｍｎ）：３．０〜４．０％。
マンガンは、鋼材の強度を増加させ、硬化能を向上させることで、広い範囲の冷却速度でベイナイトまたはマルテンサイトのような低温組織の形成を容易にする。しかし、マンガン含有量が３．０％未満であると硬化能が十分でないため、熱間圧延後の連続冷却工程で低温組織を安定的に確保することが難しくなる。また、４．０％を超えると、硬化能が高くなりすぎ、空冷時にもマルテンサイト組織を形成する可能性があるため適さない。これを考慮して、本実施形態では、マンガンの含有量を３．０〜４．０％とすることが好ましい。
【００１９】
リン（Ｐ）：０．０２０％以下。
リンは、結晶粒界に偏析して靭性を低下させ、遅延破壊抵抗性を減少させる主な原因となるため、可能な限り含まないことが好ましく、この理由により、本実施形態では、その上限を０．０２０％と限定する。
【００２０】
硫黄（Ｓ）：０．０２０％以下。
硫黄は、結晶粒界に偏析して靭性を低下させ、低融点硫化物を形成して熱間圧延を阻害するため、可能な限り含まないことが好ましい。この理由により、本実施形態では、その上限を０．０２０％と限定する。
【００２１】
ボロン（Ｂ）：０．００１０〜０．００３０％。
ボロンは、硬化能を向上させる元素で、オーステナイト結晶粒界に拡散して冷却時のフェライトの生成を抑制し、ベイナイト又はマルテンサイトの形成を容易にする元素である。しかし、ボロンの添加量が０．００１０％未満であると、添加による効果を期待することができず、０．００３０％を超えると、それ以上の効果の上昇を期待することができなくなるとともに、ボロン系窒化物が粒界に析出することが原因で粒界の強度が低下して熱間加工性を低下させかねない。したがって、このような点を考慮して、本実施形態では、ボロンの添加範囲を０．００１０〜０．００３０％とする。
【００２２】
チタン（Ｔｉ）：０．０１０〜０．０３０％。
チタンは、窒素との反応性が最も大きいため、真っ先に窒化物を形成する。チタンの添加によりＴｉＮが形成されて鋼中の窒素がほとんど使い尽くされると、ＢＮの析出を防ぐことにより、ホウ素が溶解（ｓｏｌｕｂｌｅ）した状態で存在できるようにすることで硬化能を向上させる効果を得ることができる。しかし、チタンの添加量が０．０１０％未満であると添加による効果が不十分となり、０．０３０％を超えると、粗大な窒化物を形成させて機械的物性を低下させる可能性がある。このような点を考慮して、本実施形態では、チタンの含有量を０．０１０〜０．０３０％とする。
【００２３】
窒素（Ｎ）：０．００５０％以下。
窒素は、ボロンと溶解（ｓｏｌｕｂｌｅ）した状態で維持される。硬化能を向上させる効果を十分に奏するようにするために、可能な限り含まないことが好ましい。したがって、本実施形態では、窒素の含有量を０．００５０％以下とすることが好ましい。
【００２４】
アルミニウム（Ａｌ）：０．０１０〜０．０５０％。
アルミニウムは、強力な脱酸元素で、鋼中の酸素を除去することで清浄度を高めるだけでなく、鋼中に固溶された窒素と結合してＡｌＮを形成することにより、衝撃靭性を向上させることができる。本実施形態では、アルミニウムを積極的に添加するが、含有量が０．０１０％未満であると、上記アルミニウムの添加効果を期待することが難しく、０．０５０％を超えると、アルミナ介在物が多量に生成して機械的物性を大きく低下させる可能性がある。このような点を考慮して、本実施形態では、アルミニウムの含有量を０．０１０〜０．０５０％の範囲にすることが好ましい。
【００２５】
上記組成以外に、クロム（Ｃｒ）を０．３％未満更に含むことができる。クロムは、マンガンと同様に、鋼材の強度及び硬化能を増加させる。クロム含有量が０．３％以上であると、硬化能の向上及び固溶強化の効果により強度は増加し得るが、衝撃靭性は逆に低下するおそれがある。これを考慮して、本実施形態では、クロムの含有量を０．３％未満の範囲とすることが好ましい。
【００２６】
本実施形態の線材は、上記組成以外に、残りはＦｅ及び不可避不純物を含む。本実施形態では、上記言及した合金組成に加えて、他の合金の追加を排除しない。
【００２７】
一方、本実施形態では、前述のマンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、ボロン（Ｂ）、及び窒素（Ｎ）が下記関係式１を満たすように含有されることが好ましい。
【００２８】
［関係式１］
Ｍｎ＋５（Ｔｉ−３．５Ｎ）／Ｂ≧５．０
（但し、上記関係式１において、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、ボロン（Ｂ）、及び窒素（Ｎ）のそれぞれは、該当元素の重量基準含有量を意味する。）
【００２９】
本実施形態において、マンガンは硬化能を高めることで、冷却速度が相対的に小さい場合にも、ベイニティックフェライトが容易に生成されるように働く。また、チタンは窒素と結合して窒化物を形成し、ボロンが鋼中に十分に固溶されるようにすることにより、フェライトの生成を抑制してベイニティックフェライトが容易に生成されるようにする。
【００３０】
本発明の発明者らは、上記のような点に着目して研究と実験を重ねた結果、マンガン、チタン、ボロン、及び窒素の関係が重量％を基準にＭｎ＋５（Ｔｉ−３．５Ｎ）／Ｂ≧５．０を満たすとき、より優れた強度及び衝撃靭性を有するベイニティックフェライト組織の線材を提供することができることを認知し、上記関係式１を導出した。
【００３１】
また、本実施形態のマンガン（Ｍｎ）及びシリコン（Ｓｉ）は、下記関係式２を満たすように含有されることが好ましい。
【００３２】
［関係式２］
Ｍｎ／Ｓｉ≧１８
（但し、上記関係式２において、マンガン（Ｍｎ）及びシリコン（Ｓｉ）のそれぞれは、該当元素の重量基準含有量を意味する。）
【００３３】
本実施形態において、マンガンは硬化能を高めることで、冷却速度が相対的に小さい場合にも、ベイナイトが容易に生成されるようにする。また、シリコンには、鋼中に固溶して強度を増加させる一方で衝撃靭性を低下させるという短所がある。
【００３４】
本発明者らは、上記のような点に着目して研究と実験を重ねた結果、マンガン及びシリコンの関係が重量％を基準にＭｎ／Ｓｉ≧１８を満たすとき、より優れた強度及び衝撃靭性を有するベイニティックフェライト組織の線材を提供することができることを確認し、本組成成分の関係式を提示するに至った。
【００３５】
一方、本実施形態の線材は、任意の断面領域におけるマンガンの最大濃度［Ｍｎｍａｘ］と最小濃度［Ｍｎｍｉｎ］の比が下記関係式３を満たすことが好ましい。
【００３６】
［関係式３］
［Ｍｎｍａｘ］／［Ｍｎｍｉｎ］≦３
【００３７】
本実施形態において、マンガンは硬化能を高めることで、冷却速度が相対的に小さい場合にも、ベイニティックフェライトが容易に生成されるようにする。しかし、局部的にマンガンが偏析する場合、マルテンサイトが容易に生成する可能性があり、マンガンが枯渇した領域では、フェライトが形成される可能性があるため、微細組織が不均一になり衝撃靭性が低下するおそれがある。
【００３８】
本発明者らは、上記のような点に着目して研究と実験を重ねた結果、上記線材の任意の断面領域におけるマンガンの最大濃度と最小濃度の比が３以下であるとき、優れた強度及び衝撃靭性を有するベイニティックフェライト組織の線材を提供することができることを確認し、本関係式を提示するに至った。
【００３９】
以下、本実施形態の微細組織について詳細に説明する。
【００４０】
本実施形態の線材の微細組織は、９０面積％以上のベイニティックフェライト及び残部の島状マルテンサイト（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ  Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ  ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ、Ｍ／Ａ）を含むことが好ましい。一方、ベイナイトは、炭素含有量または形態（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）に応じて様々な用語で呼ばれることができる。一般に、中炭素（約０．２〜０．４５ｗｔ％）以上では、上部／下部ベイナイト（ｕｐｐｅｒ／ｌｏｗｅｒ  ｂａｉｎｉｔｅ）と呼ばれる。しかし、０．２％以下の低炭素範囲では、温度領域に応じてベイニティック（ｂａｉｎｉｔｉｃ）フェライト、針状（ａｃｉｃｕｌａｒ）フェライト、グラニューラ（ｇｒａｎｕｌａｒ）フェライトなどと呼ばれる。本実施形態では、低炭素領域であるため、ベイニティックフェライト組織を含む。
【００４１】
本実施形態において、線材の微細組織は、ベイニティックフェライトを９０面積％以上含むため、優れた強度及び衝撃靭性を確保することができる。ベイニティックフェライトではない一般のフェライトの相分率が多すぎると、衝撃靭性の面では有利となり得るが、強度の低下を防ぐことができないため好ましくない。
【００４２】
一方、上記島状マルテンサイトは、柱状のベイニティックフェライト結晶粒界に沿って形成され、その分率が高い場合には鋼材の強度が高くなり得るが、衝撃靭性を低下させるおそれがあるため、可能な限りその分率を低く管理することが好ましい。これを考慮して、本実施形態では、上記島状マルテンサイトの分率が、面積％で、１０％以下（換言すると、柱状のベイニティックフェライト組織を９０％以上）に管理することが好ましい。このような線材の微細組織を得るために、本実施形態では、鋼材を熱間圧延した後、冷却時の冷却終了温度及び冷却速度を調節することにより、上記線材の微細組織を得ることを効果的に達成することができる。
【００４３】
また、上記島状マルテンサイト（Ｍ／Ａ）の結晶粒度は５μｍ以下であることが好ましい。島状マルテンサイト（Ｍ／Ａ）の結晶粒度が５μｍを超えると、ベイニティックフェライト基地と接する界面の面積が大きくなるため衝撃靭性が低下する可能性がある。
【００４４】
次に、本実施形態の線材を製造する方法について詳細に説明する。
【００４５】
本実施形態の線材の製造方法は、上述した組成を有する鋼を形成した後、これを再加熱する段階と、再加熱した鋼材を熱間圧延する段階と、熱間圧延した後、相変態終了温度ＢｆからＢｆ−５０℃の温度範囲まで０．１〜２℃／ｓの速度で冷却する段階と、冷却された鋼材を空冷する段階と、を含む。
【００４６】
まず、本実施形態では、上述した組成成分を有する鋼材を設けた後、これを再加熱する。本実施形態で採用することができる再加熱温度範囲は、１０００〜１１００℃の範囲を利用すればよい。
【００４７】
上記鋼材の形態は特に限定されないが、一般に、ブルーム（ｂｌｏｏｍ）またはビレット（ｂｉｌｌｅｔ）の形態であることが好ましい。
【００４８】
続いて、再加熱された鋼材を熱間圧延して線材を製造する。熱間圧延における仕上げ熱間圧延温度は、特に限定されないが、８５０〜９５０℃の範囲で管理することが好ましい。
【００４９】
熱間圧延された鋼材は冷却処理されるが、この冷却は相変態終了温度ＢｆからＢｆ−５０℃の温度範囲まで０．１〜２℃／ｓの冷却速度で冷却することが好ましい。冷却終了温度がＢｆより高いと、十分な量のベイニティックフェライト組織を確保することが難しく、冷却終了温度がＢｆ−５０℃より低い場合には、鋼材が十分に冷えて取り扱いは容易であるが、生産性を落とすため、冷却終了温度は、相変態終了温度ＢｆからＢｆ−５０℃の温度範囲にすることが好ましい。上記Ｂｆとは、オーステナイトからベイナイト又はベイニティックフェライトへの相変態が終了する温度のことである。
【００５０】
本実施形態では、熱間圧延後に連続冷却を行うことにより、ベイニティックフェライト組織を確保することで鋼材の優れた強度及び衝撃靭性を確保する。これによって、従来行っていた焼入れ及び焼戻しのような熱処理を省略することができるため、追加の工程を必要とせず、本実施形態の方法は製造原価の面で非常に有利である。
【００５１】
また、本実施形態では、冷却開始温度から冷却終了温度までの区間を０．１〜２℃／ｓの冷却速度で冷却することが好ましい。この冷却速度が０．１℃／ｓ未満であると、初析フェライトの形成が多くなり、２℃／ｓを超えると、マルテンサイトの形成が多くなって強度及び衝撃靭性が低下するため、本実施形態の冷却速度は０．１〜２℃／ｓで管理することが好ましい。
【００５２】
上述のように、冷却区間における冷却速度を確保することにより、面積分率９０％以上のベイニティックフェライトを有する強度及び衝撃靭性に優れた線材を得ることができる。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。下記実施例は、本発明の理解を助けるためのものであるだけで、実施例によって本発明を限定するものではない。
【００５４】
下記表１の組成成分を有する溶鋼を鋳造し、これを１１００℃で再加熱して直径１５ｍｍとなるように線材圧延した後、表２の冷却速度で相変態終了温度Ｂｆ以下の３００℃まで冷却してから空冷して線材を製造した。一方、ベイナイトの相変態終了温度であるＢｆは、膨張計（Ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定しており、化学組成に応じてやや異なっているが、３００〜３５０℃の範囲であった。
【００５５】
このように製造された線材の微細組織を分析して表２に示し、引張強度及び衝撃靭性を測定して表２に示した。この線材の微細組織のうち島状マルテンサイト（Ｍ／Ａ）の面積分率及び結晶粒度は画像分析器（Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いて測定し、マンガンの濃度はＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いて測定した。
【００５６】
また、常温引張試験は、クロスヘッド速度（ｃｒｏｓｓ  ｈｅａｄ  ｓｐｅｅｄ）を降伏点までは０．９ｍｍ／ｍｉｎ、その後は６ｍｍ／ｍｉｎの速度で行って測定した。なお、衝撃試験は、試片に衝撃を加えるストライカー（ｓｔｒｉｋｅｒ）のエッジ（ｅｄｇｅ）部の曲率が２ｍｍで、試験容量が５００Ｊである衝撃試験機を用いて常温で行って測定した。
【００５７】
【表１】
0006488008.tif 000002
（上記表１において、関係式１はＭｎ＋５（Ｔｉ−３．５Ｎ）／Ｂ、関係式２はＭｎ／Ｓｉであり、残りはＦｅ及び不可避不純物である。）
【００５８】
【表２】
0006488008.tif 000003
（上記表２において、関係式３は［Ｍｎｍａｘ］／［Ｍｎｍｉｎ］である。）
【００５９】
上記表１及び２に示されているように、本発明の鋼の組成及び製造方法を満たす実施例１〜１１は、すべて９０面積％以上のベイニティックフェライトが得られ、機械的物性も、６００〜７００ＭＰａの引張強度及び１５０〜２００Ｊの優れた衝撃靭性を示すことが分かる。
【００６０】
実施例８は、シリコンの含有量が０．１重量％以下で、衝撃靭性がさらに向上することが確認できる。上記発明例のうち、マンガン、チタン、ボロン、及び窒素の関係式１（Ｍｎ＋５（Ｔｉ−３．５Ｎ）／Ｂ≧５．０）と、マンガン及びシリコンの関係式２（Ｍｎ／Ｓｉ≧１８）をすべて満たす発明例２、３、５、７、６、９、及び１１は、そうでない場合と比較するとき、衝撃靭性がさらに優れることが分かる。
【００６１】
すなわち、上記実施例のうち、関係式１（Ｍｎ＋５（Ｔｉ−３．５Ｎ）／Ｂ≧５．０）及び／又は関係式２（Ｍｎ／Ｓｉ≧１８）を満たしていない実施例１、４、６、及び１０は、衝撃靭性がやや劣ることが分かる。
【００６２】
これに対し、比較例１２は、炭素含有量が高くなって引張強度には優れるが、衝撃靭性は劣ることが確認できる。これは、炭素がＭ／Ａ相に固溶されて安定したＭ／Ａ相を増加させたためである。比較例１３は、シリコン含有量が本発明の範囲を外れる場合で、シリコンも、炭素と同様に、シリコンの添加量が多くなるにつれて基地に添加されるシリコン含有量も増加し、最終的には固溶強化の効果を奏するようになる。すなわち、シリコン添加量が０．２５％のレベルでも、引張強度は非常に大きくなるが、それとともに衝撃靭性は急激に減少するようになる。比較例１４は、マンガン及びボロンの添加量が少なく鋼材の硬化能を低下させるため、冷却条件を満たしても、フェライトとベイニティックフェライトの組織が混粒して引張強度が低下することが確認できる。
【００６３】
一方、比較例１５は、鋼の組成成分は本発明の範囲を満たしているが、製造工程において冷却速度が速くなるにつれてマルテンサイトが形成されるため、強度は増加したが、衝撃靭性は悪化することを示している。比較例１６は、鋼の組成成分は本発明の範囲を満たしているが、製造工程において冷却速度が遅い場合で、フェライトが形成されるため強度は低下することを示している。
【００６４】
また、比較例１７は、チタンの添加量が少ない場合で、溶解ボロン量が減少するため硬化能が低下し、冷却速度も遅い場合は、初析フェライトの析出量が多くなって引張強度が低下することを示している。
【００６５】
さらに、比較例１８は、マンガンが多く添加される場合、相対的に硬化能が大きすぎるようになるため、本発明の実施形態で提示した冷却速度で冷却しても、マルテンサイトが生成されて強度が増加したのに対し、衝撃靭性は低下することを示している。また、鋼中にマンガンが偏析しているため、局部的に不均一な組織が形成されることが原因で衝撃靭性が劣るようになることを示している。