(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を有する１．７２５インチ（４３．８１ｍｍ）以下の直径を有する長尺鋼製品の製造方法であって、
以下の重量％組成：
Ｃ    ０．８８〜１．００、
Ｍｎ  ０．２０〜０．８０、
Ｓｉ  最大０．５０、
Ｐ    最大０．０５０、
Ｓ    ０．０１０〜０．１００、
Ｃｒ  ０．１５〜０．９０、
Ｎｉ  ０．１０〜０．５０、
Ｍｏ  最大０．２５、
Ｃｕ  ０．０８〜０．２３、
Ｖ    ０．０２５〜０．１５、
Ｎ    最大０．０６０、
Ｏ    最大０．０４０、
残り鉄および通常不純物、
を有する鋼合金を溶融炉中で溶融する工程、
前記鋼合金を不活性ガスで微粉化して、プレ合金鋼粉末を形成する工程、
前記鋼粉末を実質上フルデンシティに固化して粉末圧縮体を形成する工程、
前記粉末圧縮体を熱間加工して長尺中間製品を形成する工程、
前記中間製品を以下の工程を行うことによって熱処理する工程：
ａ）前記中間製品を、合金Ａｃｍ温度より４０℃低い温度〜合金Ａｃｍ温度より２５℃高い温度の範囲の第１温度で、前記中間製品の厚さ１インチに付き４５〜９０分間加熱する工程；
ｂ）前記中間製品を、前記合金を前記中間製品中に１以上のマルテンサイト、上部ベイナイト、下部ベイナイトおよびそれらの組合せに変形するのに十分な速度で、前記第１温度から冷却する工程、
ｃ）前記中間製品を、合金Ａ１温度より１５０℃低い温度〜Ａ１温度の範囲の第２温度で、前記合金のマトリックス材料中に複数の微細炭化物を沈殿するのに十分な時間加熱する工程、
ｄ）前記再加熱した中間製品を第２温度から冷却する工程、
ｅ）前記中間製品を、前記合金Ａ１温度より１０〜５０℃高い第３温度で、厚さ１インチに付き１．５〜６時間加熱する工程、
ｆ）前記中間製品を、５〜８０℃／時の速さで、第３温度からＡ１温度より１００〜４００℃低い中間温度に冷却する工程、および次いで
ｇ）前記中間製品を中間温度から室温に空気冷却する工程、
を包含する１．７２５インチ（４３．８１ｍｍ）以下の直径を有する長尺鋼製品の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理工程後、前記長尺中間製品を冷間加工して前記長尺中間製品の断面を減少して、精密機械の部品用の１．７２５インチ（４３．８１ｍｍ）以下の直径を有する長尺製品を提供する工程を包含する、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記熱間加工が、前記中間製品を熱圧延して前記熱処理工程前に中間製品の断面積を減少することを含む、請求項１記載の製造方法。
【請求項４】
鋼合金を微粉化する工程において、合金を窒素ガスで微粉化する、請求項１記載の製造方法。
【請求項５】
前記鋼粉末を固化する工程が、鋼粉末の熱間静水圧圧縮成形（ｈｏｔ  ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｉｎｇ）することを含む、請求項１記載の製造方法。
【請求項６】
前記鋼合金が、下記の重量％組成：
Ｃ    ０．９２〜０．９８、
Ｍｎ  ０．２０〜０．８０、
Ｓｉ  ０．１２〜０．２２、
Ｐ    最大０．０３０、
Ｓ    ０．０１０〜０．０９０、
Ｃｒ  ０．３０〜０．６０、
Ｎｉ  ０．１０〜０．２５、
Ｍｏ  最大０．２５、
Ｃｕ  ０．１０〜０．２３、
Ｖ    ０．０３５〜０．０６０、
Ｎ    最大０．０６０、
Ｏ    最大０．０４０、
残り鉄および通常不純物、
を有する、請求項１記載の製造方法。
【請求項７】
以下の重量％組成：
Ｃ    ０．８８〜１．００、
Ｍｎ  ０．２０〜０．８０、
Ｓｉ  最大０．５０、
Ｐ    最大０．０５０、
Ｓ    ０．０１０〜０．１００、
Ｃｒ  ０．１５〜０．９０、
Ｎｉ  ０．１０〜０．５０、
Ｍｏ  最大０．２５、
Ｃｕ  ０．０８〜０．２３、
Ｖ    ０．０２５〜０．１５、
Ｎ    最大０．０６０、
Ｏ    最大０．０４０、
残り鉄および通常不純物、
を有する鋼合金から溶融炉中で形成された完全に固化され、プレ合金化した金属粉末を含有する１．７２５インチ（４３．８１ｍｍ）以下の直径の長尺鋼製品であって、前記１．７２５インチ（４３．８１ｍｍ）以下の直径の長尺鋼製品が
ａ）ＡＳＴＭ標準仕様（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）Ｅ１１２で決定した結晶粒度番号（ｇｒａｉｎ  ｓｉｚｅ  ｎｕｍｂｅｒ）少なくとも８によって特徴づけられる微粒子の実質上均一分布を有するフェライトマトリックス；
ｂ）フェライトマトリックス中に均一に分布された複数の炭化物であって、前記炭化物が実質的に球体形状を有し、かつ４μｍ以下の主寸法（ｍａｊｏｒ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を有するもの；および
ｃ）フェライトマトリックス中に均一に分布され、２μｍ以下の主寸法を有する複数の硫化物、
を含有するミクロ構造を有する、ことを特徴とする１．７２５インチ（４３．８１ｍｍ）以下の直径の長尺鋼製品。
【請求項８】
前記製品が、１５ｍｍまでの直径を有するワイヤー、直径１５ｍｍまでの棒、またはストリップである請求項７記載の鋼製品。
【請求項９】
前記製品が、６．５ｍｍまでの直径を有するワイヤーを含有する請求項８記載の鋼製品。
【請求項１０】
前記鋼合金が、下記の重量％組成：
Ｃ    ０．９２〜０．９８、
Ｍｎ  ０．２０〜０．８０、
Ｓｉ  ０．１２〜０．２２、
Ｐ    最大０．０３０、
Ｓ    ０．０１０〜０．０９０、
Ｃｒ  ０．３０〜０．６０、
Ｎｉ  ０．１０〜０．２５、
Ｍｏ  最大０．２５、
Ｃｕ  ０．１０〜０．２３、
Ｖ    ０．０３５〜０．０６０、
Ｎ    最大０．０６０、
Ｏ    最大０．０４０、
残り鉄および通常不純物、
を有する、請求項７〜９いずれかに記載の鋼製品。
【請求項１１】
前記冷間圧延工程が長尺中間製品を冷間引抜きして直径１５ｍｍまでを有するワイヤーを形成する請求項２記載の方法。
【請求項１２】
前記冷間圧延工程が長尺中間製品を冷間圧延して直径１５ｍｍまでを有する棒を含む請求項２記載の方法。
【請求項１３】
前記冷間圧延工程が長尺中間製品を冷間圧延してストリップを形成することを含む請求項２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、快削用鋼製品およびその製造方法に関する。特に、本発明は、実質的に鉛フリー、快削用粉末冶金鋼から製造された長尺製品形態、例えばワイヤー、ロッド、棒、バンドおよびストリップに関する。
【背景技術】
【０００２】
時計、自動車およびその他の産業用の小さな精密機械部品は、冷間引抜きおよびストレート化された鋼ワイヤーから製造されている。優れた機械加工性は、そのような部品を製造するのに要求され、鋼材の構造中に機械加工性を向上する１以上の添加剤を含めることによって得られている。Ｐｂ、ＳおよびＳｅがその中でも機械加工性を向上するために鋼材に添加される最も一般的な添加剤である。しかしながら、Ｐｂの添加はある種の安全性の問題が存在する。従って、鉛添加の鋼材と同等またはより以上の機械加工性を有する鉛フリー機械加工鋼材が望まれている。
【０００３】
米国特許８，２８２，７０１Ｂ２号および米国特許８，７９５，５８４Ｂ２号には、高品質の精密部品の製造に使用される鉛フリーの快削用鋼製品およびそのような製品の製造方法が記載されている。これらの特許に記載された鋼材の微細構造は、微細粒状化され、硫化マンガン（ＭｎＳ）の微細かつ均一分布を有する。上記特許に記載するように、微細構造は合金粉末を得るための制御された合金化学のガス微細粒状化を用い、その後合金粉末の熱固化することにより粉末圧縮体を得ることにより得られる。ビレットを粉末圧縮体から調製し、それを次いで熱加工し、冷間仕上げして、微細精密部品へ機械加工するためのワイヤーまたは棒状製品を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許８，２８２，７０１Ｂ２号
【特許文献２】米国特許８，７９５，５８４Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
米国特許８，２８２，７０１Ｂ２号および米国特許８，７９５，５８４Ｂ２号に記載の合金および方法は、微細精密部品を製造するための許容可能な機械的特性を有する細径ワイヤーおよび棒を提供するために用いられる。しかしながら、より優れた機械加工性がより小さい精密部品の機械加工には必要とされることが実際には分かっていた。従って、本発明の目的は、微細でより均一な炭化物（ｃａｒｂａｉｄｅ）分布を有する細径ワイヤーおよび棒状製品を提供して、それにより米国特許８，２８２，７０１Ｂ２号および米国特許８，７９５，５８４Ｂ２号により従来製造された材料で達成され得るものを超えるワイヤーおよび棒状物の機械加工性および作業性を向上することである。本発明の別の目的は、上述の向上した特性の組合せを得るために、前記変性化学組成と組合せて所望の微細構造を容易に提供する熱処理を含む、微細径ワイヤーおよび棒を製造する方法を提供する。米国特許８，２８２，７０１Ｂ２号および米国特許８，７９５，５８４Ｂ２号の全記載を参考のためにここに導入する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの観点によれば、小さな断面を有する長尺製品、例えば、ワイヤー、ロッド、棒およびストリップを提供する。前記長尺製品は、以下の広いおよび好ましい重量％組成を有するプレ合金金属粉末から製造される：
広い範囲 好ましい範囲
Ｃ    ０．８８〜１．００            ０．９２〜０．９８
Ｍｎ  ０．２０〜０．８０            ０．２０〜０．８０
Ｓｉ  最大０．５０                  ０．１２〜０．２２
Ｐ    最大０．０５０                最大０．０３０
Ｓ    ０．０１０〜０．１００        ０．０１０〜０．０９０
Ｃｒ  ０．１５〜０．９０            ０．３０〜０．６０
Ｎｉ  ０．１０〜０．５０            ０．１０〜０．２５
Ｍｏ  最大０．２５                  最大０．２５
Ｃｕ  ０．０８〜０．２３            ０．１０〜０．２３
Ｖ    ０．０２５〜０．１５          ０．０３５〜０．０６０
Ｎ    最大０．０６０                最大０．０６０
Ｏ    最大０．０４０                最大０．０４０。
合金の残りは鉄および通常不純物である。本発明の一つの観点によるワイヤーおよび棒は、ｉ）均一、微細粒径、好ましくはＡＳＴＭ  Ｅ−１１２結晶粒度番号（ｇｒａｉｎ  ｓｉｚｅ  ｎｕｍｂｅｒ）８以上を有するフェライトマトリックス、ｉｉ）前記マトリックス中に均一に分布されたで約２μｍ以下の主寸法を有する硫化マンガンの均一分布およびｉｉｉ）前記マトリックス中に均一に分布された約４μｍ以下の主寸法を有する微細球状炭化物の均一分布を含む微細構造を特徴とする。
【０００７】
本発明の別の観点によれば、既知の材料より優れた機械加工性を有する細径長尺製品、例えばワイヤー、棒またはストリップを製造する方法を提供する。本発明の方法の第１の工程では、以下の重量％組成を有する鋼合金を溶融炉中で溶融する：
以下の重量％組成：
Ｃ              ０．８８〜１．００、
Ｍｎ            ０．２０〜０．８０、
Ｓｉ            最大０．５０、
Ｐ              最大０．０５０、
Ｓ              ０．０１０〜０．１００、
Ｃｒ            ０．１５〜０．９０、
Ｎｉ            ０．１０〜０．５０、
Ｍｏ            最大０．２５、
Ｃｕ            ０．０８〜０．２３、
Ｖ              ０．０２５〜０．１５、
Ｎ              最大０．０６０、
Ｏ              最大０．０４０、
鉄および通常不純物  残部
前記方法は、更に、前記鋼合金を不活性ガスで微粉化して、プレ合金鋼粉末を形成する工程および前記鋼粉末を実質上フルデンシティに固化して粉末圧縮体を形成する工程を含む。粉末圧縮体は、熱加工して長尺の中間製品を形成する。前記方法は、また、以下の工程：ａ）前記中間製品を、合金Ａｃｍ温度より約４０℃低い温度〜合金Ａｃｍ温度より約２５℃高い温度の範囲の第１温度で、前記中間製品の厚さ１インチに付き約４５〜９０分間加熱する工程；ｂ）前記中間製品を、前記合金から前記中間製品中に１以上のマルテンサイト、上部ベイナイト、下部ベイナイトおよびそれらの組合せに変形するのに十分な速度で、前記第１温度から冷却する工程、ｃ）前記中間製品を、合金Ａ１温度より約１５０℃低い温度〜Ａ１温度の範囲の第２温度で、前記合金のマトリックス材料中に複数の微細炭化物を沈殿するのに十分な時間加熱する工程；ｄ）前記再加熱した中間製品を第２温度から空気中で冷却する工程；ｅ）前記中間製品を、前記合金Ａ１温度より約１０〜５０℃高い第３温度で、厚さ１インチに付き約１．５〜６時間加熱する工程；ｆ）前記中間製品を、約５〜８０℃／時の速さで、第３温度からＡ１温度より約１００〜４００℃低い中間温度に冷却する工程、および次いで、ｇ）前記中間製品を中間温度から室温に空気冷却する工程、を行うことによって中間製品を熱処理することを包含する。次に、熱処理された製品は更に加工してその断面積を小さくして、精密機械の部品用の小さな断面積または径を有する長尺製品、例えばワイヤー、ロッド、ストリップまたは棒を提供する。更なる工程は、冷間引抜きおよび／または冷間圧延を包含してもよい。冷間引抜きおよび冷間圧延工程は、最終の大きさまで１以上の工程で行ってもよい。
【０００８】
本発明による方法の別の態様では、粉末圧縮体は、熱間加工、例えば熱間圧延により最終または最終に近い寸法を有する長尺製品、例えばワイヤー、ロッドまたはバンドを提供してもよい。次に、この熱圧延製品を、上記ａ）〜ｇ）工程に記載のように熱処理する。
【０００９】
本明細書中では、以下の用語を以下のように定義する。用語「パーセント」およびシンボル「％」は、別途指示しない限り、重量パーセントまたは質量パーセントを意味する。上部ベイナイトは、既知の定義に従って、フェライトおよびフェライトの実質的に平行ラス状エレメント（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｌａｔｈ−ｓｈａｐｅｄ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を含有するセメンタイトの凝集体として定義される。下部ベイナイトは、既知の定義に従って、フェライトおよび針状外観を有するセメンタイトの凝集体として定義される。フェライトとセメンタイトは、鋼の既知の相として知られている。Ａｃｍ温度は、既知の定義に従って、その温度より下で冷却時に鋼中にセメンタイトが形成し始める温度と定義される。Ａ１温度は、既知の定義に従って、鋼のオーステナイト相がパーライトを含有する共析晶に変化する温度を意味する。用語「細径」は、円形断面を有する製品形態を言い、約１．７２５インチ（４３．８１ｍｍ）以下の直径を意味するものと定義される。用語「薄い」および「小さい厚さ」は約３ｍｍ以下の厚さを意味するものと定義される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
以下の要約および詳細な説明は、図面を参照して読むとわかりやすい。
【図１】図１は本発明の実施例に記載されたヒート０９８の合金相ダイアグラムである。
【図２】図２はヒート０９８から得られたワイヤーサンプルの顕微鏡写真である。
【図３】図３は本明細書の実施例に記載されたヒート２２３から得られたワイヤーサンプルの顕微鏡写真である。
【図４】図４は本明細書の実施例に記載されたヒート５６０から得られたワイヤーサンプルの顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この出願の目的について、上記元素重量パーセントの範囲はバランスを取ると、非常に細かいおよび均一分布された球状化炭化物を含有する微細構造を提供し、それが既知の材料より金属の低速でのより優れた機械加工性およびより早い速度でのカッティングでの優れた機械加工性を提供する。所望の特性に基づいて、以下の元素範囲が本発明による合金組成について選択される。
【００１２】
炭素はオーステナイト安定剤であり、本発明の合金中に存在する他の元素と炭化物を形成する。約０．８８〜１．００％の炭素が本発明の広い観点の合金に存在しなければならず、好ましくは約０．９２〜０．９８％の炭素が存在すべきである。
【００１３】
マンガンも、オーステナイト安定剤であり、他の元素と組合せて合金のＡ１温度を変更することがある。マンガンは存在している硫黄と組合せて硫化マンガンを形成し、それがこの合金により提供される優れた機械加工性に貢献する。この為、合金はマンガンを約０．２０〜０．８０％含有する。
【００１４】
ケイ素は、フェライトの安定剤であり、合金の溶融中に脱酸素添加剤から残存物として合金中にも存在し得る。合金は約０．５０％までケイ素を含有し、好ましくは約０．１２〜０．２２％のケイ素を含有する。
【００１５】
硫黄は、マンガンと結合して、硫化マンガンを形成し、優れた機械加工性に必要である。合金は微細で分散した硫化物になるように加工される。その為、合金は硫黄を約０．０１０〜０．１００％、好ましくは約０．０１０〜０．０９０％含有する。
【００１６】
クロムは、強い炭化物の形成剤であり、合金にいくらかの耐腐食性も提供する。クロムは微細炭化物を形成するために本発明の合金には必要であると考えられ、これが沈殿時に核として作用する部位を提供し、球状化工程中にラメラ形炭化物に代わって実質上球状の炭化物を成長する機能を有する。しかしながら、あまりに多くのクロムは、Ａｃｍ温度を上昇し、熱処理時に溶解が難しい大きく粗い一次炭化物の安定化をもたらす。また、クロムは鋼材の焼入硬化性を増加し、後述するように熱処理するときにクラッキングの可能性を上げる。上記の観点から、合金はクロムを約０．１５〜０．９０％、好ましくは約０．３０〜０．６０％の量で含有する。
【００１７】
ニッケルは、オーステナイトの安定剤であり、Ａｃｍ温度を大きく上昇せずに鋼材の焼入硬化性にも影響を与える。この理由の為に、合金はニッケル約０．１０〜０．５０％、好ましくは約０．１０〜０．２５％の量で含有する。
【００１８】
少量のモリブデンは溶融中に使用された配合材料の残存物として合金中に存在し得る。モリブデンはまた、強い炭化物形成剤であり、少なくともバナジウムのいくつかの置換として一次微細炭化物の製造に有用である。従って、モリブデン約０．２５％までを上記の理由のいずれかの為に合金中に存在してもよい。
【００１９】
銅もオーステナイト安定剤である。銅は、硫黄と組合さって硫化物を形成し、それが合金により提供される機械加工性に有用である。銅はまた合金にある種の耐腐食性を提供し得る。しかしながら、銅の使用は加工時および熱処理時の合金中の初期溶融が起こらないレベルに限定される。従って、合金は銅を約０．０８〜０．２３％、好ましくは約０．１０〜０．２３％の量で含有する。
【００２０】
少量のバナジウムは、一次、微細および安定ＭＣ−型炭化物の製造を補助する為に合金中に存在し、その炭化物は炭化物ラメラを崩壊してより球状の炭化物を形成することに寄与する。この理由のため、本発明の合金はバナジウムを約０．０２５〜０．１５％、好ましくは約０．０３５〜０．０６０％の量で含有する。
【００２１】
窒素は、合金が窒素ガスで微粉化される時に吸収されて合金中に存在し得る。窒素は好ましくは、本発明による合金粉末中に最大約０．０６０％（６００ｐｐｍ）までの量に制限される。
【００２２】
合金の残りは、鉄と、同一または同様の目的に使用される合金にみられる通常の不純物である。特に、リンは本発明の合金中で不純物と考えられ、約０．０５０％以下、好ましくは約０．０３０％以下に制限されるべきである。酸素もまた本発明の合金粉末の不純物と考えられ、好ましくは約０．０４０％に制限される。
【００２３】
優れた機械加工性および安定性を有する細径長尺鋼製品を製造する方法は、以下の製造工程を包含する。合金は溶融炉、好ましくは真空溶融により溶融される。溶融合金は、不活性ガスで微粉化して上記の重量％組成を有するプレ合金粉末を形成する。不活性ガスは、窒素、アルゴンまたはその組合せであって良い。好ましくは、金属粉末は誘導溶融およびガス微粉化ユニット中で窒素ガスによる微粉化（ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）で製造される。微粉化粉末は、好ましくは約−１００メッシュに篩掛けし、本質的に同じ合金組成を有する１以上の他のヒートとブレンドして混合金属粉を製造してもよい。合金粉末は、低炭素鋼缶（ｌｏｗ  ｃａｒｂｏｎ  ｓｔｅｅｌ  ｃａｎｉｓｔｅｒ）に振動充填する。次いで、粉末を充填した缶を真空加熱脱ガスおよび封入する。加熱脱ガスは例えば、米国特許４，８９１，０８０号（この文献の記載のすべてを参考としてここに導入する。）に記載されている。次いで封入缶を、好ましくは約１１２１℃、１５ｋｓｉで金属粉末を完全に高密度化するのに十分な時間、熱間静水圧圧縮（ＨＩＰ）する。アルゴンガスが圧縮流体として好ましい。ＨＩＰ後、完全高密度化金属粉末を約１１４９℃から熱間圧延して、長尺中間形成体、例えば固化金属粉末および缶の低炭素鋼からなるクラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）を含有するビレットを形成する。
【００２４】
長尺中間形成体を、フェライトマトリックス中に微細、分散化、球状化炭化物および微細硫化物を含有する一般的微細構造を製造するのに選択された時間および温度を含有する１以上の走査条件を含む３段階方法を用いて熱処理する。本発明の製造方法の他の態様では、ビレットおよび他の中間形成物を熱間加工、例えば熱間圧延して、微細または最終に近い大きさを有する棒、ワイヤー、ロッド、ストリップまたはバンドを提供し、更に３段階熱処理をして所望の微細構造を提供する。
【００２５】
本発明による製造方法に用いられる熱処理を更に以下に記載する。最初の加熱工程では、中間製品を合金のＡｃｍ温度より約４０℃低い温度〜Ａｃｍ温度より約２５℃高い温度で加熱する。この合金のＡｃｍ温度境界は、図１中の上部矢印で示されている。本発明において使用される合金の好ましい組成のためのＡｃｍ温度は８６０℃と計算される。好ましくは、長尺中間製品を合金のＡｃｍ温度より約２０℃低い温度〜Ａｃｍ温度よりも約５℃高い温度で加熱される。第１の加熱工程は直径または厚さ１インチに付き約４５〜９０分の間行われる。第１の加熱工程の時間および温度パラメータは固化中間製品の熱間加工または冷却時に形成されるラメラおよび一次炭化物の溶解するように選択される。第１の加熱工程は、好ましくは１００％オーステナイトを含有しかつ合金のＡｃｍ温度で安定な微細構造を形成する。
【００２６】
第１の加熱工程の後、適当な媒体、例えば不活性ガスまたは液体（例えば、オイル冷却）で急速冷却を行って、安定化オーステナイトをより低温微細構造、例えばマルテンサイト、低部ベイナイト、上部ベイナイトまたはそれらの組合せに変換する。冷却速度は、合金中にパーライトの形成を避ける十分な高温で、クラッキングを避ける十分な低温であるように選択される。なぜならば、合金は合金の焼入硬化性に有益である比較的高い炭素と比較的少ない数の合金元素を含有しているからである。従って、第１の加熱工程の後、中間製品をＡｃｍ温度〜室温で約２０〜６０℃／ｓｅｃの速度で冷却する。
【００２７】
中間微細構造としてオーステナイトをマルテンサイト、低部ベイナイトおよび／または上部ベイナイトに変換する別の方法は、マルテンサイト変換開始温度（Ｍｓ）より高い温度で完結までオーステナイトの恒温変換し、その後ガスまたは液状媒体で冷却することを含む。本発明による合金の好ましい化学用のＭｓ温度は１４０℃±１５℃と計算された。
【００２８】
熱処理は第２の加熱工程に継続し、長尺製品をＡ１温度より約１５０℃低い温度〜Ａ１温度までの温度の第２温度で加熱する。好ましくは、長尺製品をＡ１温度より約１２０℃〜８０℃低い温度で加熱する。この合金の好ましい化学組成の為に計算されたＡ１温度は約７２０〜７３０℃である。Ａ１温度境界は図１に示される下部矢印によって示される。この第２の加熱工程は、マルテンサイトまたはベイナイトラスおよび粒子境界に沿った微細および良分散炭化物の沈殿を促進するために行われる。
【００２９】
次の加熱工程では、製品がＡ１温度より約１０〜５０℃高い、好ましくはＡ１温度より約１５〜３５℃高い第３温度で、厚さ１インチに付き約９０〜３６０分（１．５〜６時間）、好ましくは厚さ１インチに付き約９０〜１２０分（１．５〜２時間）加熱される。次いで製品を冷却速度約５〜８０℃／時、好ましくは約１５〜３５℃／時でＡ１温度より約１００℃〜４００℃低い温度に冷却する。次に、製品を室温に空気冷却する。
【００３０】
熱処理後、長尺中間製品は冷間引抜きを所望の直径が得られるまで１以上サイクルを実施してもよく、各冷間引抜き工程は応力緩和焼き戻しを伴う。冷間引抜き材料は典型的には約１．７５ｍｍ、３ｍｍ、４．５ｍｍまたは６．５ｍｍの直径を有するワイヤーとして提供される。より大きな直径のワイヤーも製造して直径約１５ｍｍ以下の細径処理棒を提供してもよい。別の方法として、長尺中間製品は熱処理後に冷間圧延して、ストリップを提供してもよい。
【実施例】
【００３１】
本発明による製品および製造方法による製造方法に提供される改良微細構造を説明する為に、３つの実験ヒートを溶融し微粉化してプレ合金金属粉末を生成した。実験ヒートの重量％組成は以下の表に示す。
【００３２】
【表１】
0006479743.tif 000002
各組成の残りは鉄および＜０．０３０％のリンを含む通常の不純物である。
【００３３】
ヒート０９８および２２３は本発明の合金を実施する重量％組成を有する。ヒート５６０は米国特許８，２８２，７０１Ｂ２号および米国特許８，７９５，５８４Ｂ２号の合金を実施する。実験ヒートは、真空誘導溶融し、次いで窒素ガスで微粉化してプレ合金金属粉末を形成した。各ヒートからの金属粉末を−１００メッシュで篩掛けし、低炭素鋼缶中に充填した。粉末充填缶を真空熱脱ガスした後封入した。
【００３４】
次いで、粉末充填缶を１１２１℃、圧力１５ｋｓｉで、実質的に完全に高密度化した粉末圧縮体を提供するのに十分な時間、熱間静水圧圧縮（ＨＩＰ’ｄ）した。次に、粉末圧縮体を熱圧延して、固化金属粉末および缶から形成されたクラッディングからなるビレットを形成した。ビレットを更に熱圧延して長尺中間形成体を形成し、室温に冷却した。
【００３５】
ヒート０９８および２２３の中間長尺形成体を以下のように熱処理した。長尺形成体を８５０℃で１時間加熱することによりオーステナイト化し、次いでオイル中にクエンチした。クエンチ後、長尺中間形成体を６２０℃で４時間加熱して焼き戻しし、次いで空気冷却する。次に長尺形成体を７５０℃で２時間加熱して再度オーステナイト化し、２０℃／時で炉を５８０℃まで冷却し、更に室温に空気冷却した。加熱処理後、ヒート０９８および２２３の長尺形成体を削って炭素鋼クラッディングを除去し、その後最終直径０．３２０８インチに冷間引抜きした。
【００３６】
ヒート５６０の長尺中間形成体は以下のように熱処理された。長尺中間形成体を７３８℃で８時間オーステナイト化し、炉を１０℃／時で６００℃に冷却した後、空気冷却した。冷却後、長尺形成体を削って炭素鋼クラッディング層を除去し、最終直径０．２０５５インチに冷間引抜きした。次いでワイヤーを７３８℃で８時間加熱して再度オーステナイト化し、炉をオーステナイト化温度から６００℃に１０℃／時で冷却し、空気中で室温へ冷却した。
【００３７】
縦長金属組織試料をヒート０９８、２２３および５６０の各々について製造されたワイヤーから調製し、ＡＳＴＭ  Ａ８９２により電子顕微鏡写真を撮った。ヒート０９８、２２３および５６０についての代表顕微鏡写真を図２，３および４にそれぞれ示す。微細構造はＡＳＴＭ  Ａ８９２に記載の方法で評価した。評価に基づいて、ヒート０９８および２２３の微細構造はＣＳ３、ＣＮ１およびＬＣ１とされた。ヒート５６０の微細構造はＣＳ５、ＣＮ２およびＬＣ２とされた。ヒート０９８および２２３での炭化物の大きさのＣＳ３はヒート５６０でのＣＳ５より非常に微細な（小さな）炭化物サイズを示す。ＣＮ２の炭化物ネットワークの値は、ヒート０９８および２２３が実質的に炭化物ネットワークを有さず、ヒート５６０のＣＮ３の値が少なくともいくらかの炭化物ネットワークの存在を示す。更に、ＬＣ１のラメラ炭化物は、ヒート０９８および２２３が実質的にラメラ炭化物を有さず、ＬＣ３の値はヒート５６０がヒート０９８および２２３よりラメラ炭化物を多く有することを示す。
【００３８】
本明細書中で使用する用語および表現は、説明のための用語であって、限定のためのものではない。そのような用語および表現の使用は、示されたまたは開示された特徴または部分の同等物を除く意図は無い。本明細書および請求項に記載された発明における種々の変更が可能であると認識される。更に、本明細書に記載される方法の工程は１以上の実在（ｅｎｔｉｔｙ）で行われてもよいと考えられる。例えば、合金粉末を溶融および微細化する工程は、第１の実在で行われてもよく、合金粉末を固化する工程は第２の実在で行われてもよく、かつ熱加工、熱処理および冷間加工工程を１以上の他の実在で行われてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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