(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．３５〜０．６５％（質量％の意味、以下同じ）、
Ｓｉ：１．４〜３．０％、
Ｍｎ：０．１０〜１．０％、
Ｃｒ：０．１〜２．０％、
Ｐ：０．０２５％以下（０％を含まない）、
Ｓ：０．０２５％以下（０％を含まない）、
Ｎ：０．００６％以下（０％を含まない）、
Ａｌ：０．１％以下（０％を含まない）、および
Ｏ：０．００３０％以下（０％を含まない）
を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
鋼中水素量が２．５０ｐｐｍ（質量ｐｐｍの意味、以下同じ）以下であり、
硬さ（ＨＶ）が、４６０×Ｃ00.1以下（Ｃ0は、深さＤ／４（Ｄ：線材直径）の位置におけるＣ含有量（質量％）を表す。）であり、
金属組織のｂｃｃ−Ｆｅ結晶粒において、平均結晶粒径（Ｄａｖｅ）が２０μｍ以下で、最大結晶粒径（Ｄｍａｘ）が８０μｍ以下であり、
線径が８〜２５ｍｍであることを特徴とする真ひずみ０．４２以上の強伸線加工用の熱間圧延線材。
【請求項２】
下記式（１）：
Ｃmax／Ｃ0≦１．２０  ・・・  （１）
［式中、Ｃmaxは、深さＤ／２（Ｄ：線材直径）の位置におけるＣ含有量（質量％）を表し、Ｃ0は、深さＤ／４の位置におけるＣ含有量（質量％）を表す。］
を満たす請求項１に記載の熱間圧延線材。
【請求項３】
さらにＮｉ：１％以下（０％を含まない）および／またはＣｕ：１．０％以下（０％を含まない）を含有する請求項１または２に記載の熱間圧延線材。
【請求項４】
Ｖ：０．３０％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．１０％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．１％以下（０％を含まない）およびＺｒ：０．１０％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の熱間圧延線材。
【請求項５】
さらにＭｏ：１．０％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の熱間圧延線材。
【請求項６】
さらにＢ：５０ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の熱間圧延線材。
【請求項７】
さらにＭｇ：５０ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）、Ｃａ：５０ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）および希土類元素：１．５ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する請求項１〜６のいずれかに記載の熱間圧延線材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の熱間圧延線材の製造方法であって、
鋼片を、５００〜７３０℃で６０分以上保持する加熱処理を行い、
９５０〜１２５０℃に加熱して、８００℃以上の圧延温度（Ｔｒ）および１１５０℃以下の仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で熱間圧延した後、
１０２０℃以下の巻取り温度（ＴＬ）で冷却床に載置し、
前記ＴＬから７３０℃までを５℃／秒以上の平均冷却速度（ＣＲ１）で、および前記ＴＬから５００℃までを４℃／秒以下の平均冷却速度（ＣＲ２）で冷却することを特徴とする熱間圧延線材の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の熱間圧延線材の製造方法であって、
鋼片を、１２５０〜１３５０℃で６０分以上保持する均質化処理を行った後、
５００〜７３０℃で６０分以上保持する加熱処理を行い、
９５０〜１２５０℃に加熱して、８００℃以上の圧延温度（Ｔｒ）および１１５０℃以下の仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で熱間圧延した後、
１０２０℃以下の巻取り温度（ＴＬ）で冷却床に載置し、
前記ＴＬから７３０℃までを５℃／秒以上の平均冷却速度（ＣＲ１）で、および前記ＴＬから５００℃までを４℃／秒以下の平均冷却速度（ＣＲ２）で冷却することを特徴とする熱間圧延線材の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の熱間圧延線材の製造方法であって、
鋼片を、５００〜７３０℃で６０分以上保持する加熱処理を行った後、
１２５０〜１３５０℃で６０分以上保持する均質化処理を行い、
９５０〜１２５０℃の温度に調整して、８００℃以上の圧延温度（Ｔｒ）および１１５０℃以下の仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で熱間圧延した後、
１０２０℃以下の巻取り温度（ＴＬ）で冷却床に載置し、
前記ＴＬから７３０℃までを５℃／秒以上の平均冷却速度（ＣＲ１）で、および前記ＴＬから５００℃までを４℃／秒以下の平均冷却速度（ＣＲ２）で冷却することを特徴とする熱間圧延線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スチールコードやビードワイヤ、ＰＣ鋼線、ばね鋼などの伸線加工品の素材として用いることができる線材、およびその製法に関し、詳しくは伸線加工性に優れ、太い線径からの強伸線加工でも断線を充分に抑制できる熱間圧延線材、およびその製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、伸線加工に供される線材またはばね用鋼などでは、組織因子の制御や偏析の抑制などによりその伸線加工性が改善されてきた。例えば特許文献１は、線材の伸線加工性（特に生引き性）を向上させるために、パーライトノジュールサイズ、中心偏析度およびパーライト組織のラメラ間隔を制御することを提案している。また特許文献２は、ばね用鋼の生引き伸線性を向上させるために、その機械的特性を適切に調整することを提案している。
【０００３】
ばねなどの高強度化に伴う高合金化のために、線材では、過冷組織の抑制も求められる。この過冷組織の抑制は、まず線径の太い線材を製造し、次いで伸線加工工程で所望の線径に整えることで達成することができる。しかし太径の線材は、強伸線加工のために加工硬化が大きく、更に初期線径が大きいほど伸線加工が困難になる。そのため太径の線材には、より高い伸線加工性が求められる。
【特許文献１】特開平１１−１９９９７７号公報（請求項１、５および６、並びに段落０００５）
【特許文献２】特開２０００−２３９７９７号公報（請求項１、並びに段落０００９および００１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って本発明の目的は、伸線加工性に優れ、太径からの強加工でも断線を充分に抑制できる熱間圧延線材、およびその製法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成し得た本発明の熱間圧延線材は、Ｃ：０．３５〜０．６５％（質量％の意味、以下同じ）、Ｓｉ：１．４〜３．０％、Ｍｎ：０．１０〜１．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０２５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０２５％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．００６％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．１％以下（０％を含まない）、およびＯ：０．００３０％以下（０％を含まない）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、鋼中水素量が２．５０ｐｐｍ（質量ｐｐｍの意味、以下同じ）以下であり、硬さ（ＨＶ）が、４６０×Ｃ00.1以下（Ｃ0は、深さＤ／４（Ｄ：線材直径）の位置におけるＣ含有量（質量％）を表す。）であることを特徴とする。なお、本発明において「熱間圧延線材」とは「熱間圧延ままの線材」を意味する。
【０００６】
本発明に係る熱間圧延線材のより好ましい態様としては、（Ｉ）金属組織のｂｃｃ−Ｆｅ結晶粒において、平均結晶粒径（Ｄａｖｅ）が２０μｍ以下で、最大結晶粒径（Ｄｍａｘ）が８０μｍ以下であるもの、および／または（ＩＩ）下記式（１）：
Ｃmax／Ｃ0≦１．２０  ・・・  （１）
［式中、Ｃmaxは、深さＤ／２（Ｄ：線材直径）の位置におけるＣ含有量（質量％）を表し、Ｃ0は、深さＤ／４の位置におけるＣ含有量（質量％）を表す。］
を満たすものが挙げられる。
【０００７】
本発明の熱間圧延線材には、前記成分の他、必要に応じてさらに、（ア）Ｎｉ：１％以下（０％を含まない）および／またはＣｕ：１．０％以下（０％を含まない）、（イ）Ｖ：０．３０％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．１０％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．１％以下（０％を含まない）およびＺｒ：０．１０％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、（ウ）Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、（エ）Ｂ：５０ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）、および／または（オ）Ｍｇ：５０ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）、Ｃａ：５０ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）および希土類元素：１．５ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、等を含有させることも有効であり、含有させる成分の種類に応じて、線材の特性がさらに改善される。
【０００８】
本発明の製法は、前記特性を備えた伸線加工性に優れた熱間圧延線材を製造するための有用な方法として位置付けられるものである。本発明の製法の第１態様は、前記成分組成の要件（水素量を除く）を満たす鋼片を、５００〜７３０℃で６０分以上保持する加熱処理を行い、９５０〜１２５０℃に加熱して、８００℃以上の圧延温度（Ｔｒ）および１１５０℃以下の仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で熱間圧延した後、１０２０℃以下の巻取り温度（ＴＬ）で冷却床に載置し、前記ＴＬから５００℃までを５℃／秒以下の平均冷却速度（ＣＲ２）で冷却することを特徴とする。
【０００９】
本発明の製法の第２の態様は、前記成分組成の要件（水素量を除く）を満たす鋼片を、５００〜７３０℃で６０分以上保持する加熱処理を行い、９５０〜１２５０℃に加熱して、８００℃以上の圧延温度（Ｔｒ）および１１５０℃以下の仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で熱間圧延した後、１０２０℃以下の巻取り温度（ＴＬ）で冷却床に載置し、前記ＴＬから７３０℃までを２℃／秒以上の平均冷却速度（ＣＲ１）で、および前記ＴＬから５００℃までを５℃／秒以下の平均冷却速度（ＣＲ２）で冷却することを特徴とする。
【００１０】
本発明の製法の第３の態様は、前記成分組成の要件（水素量を除く）を満たす鋼片を、１２５０〜１３５０℃で６０分以上保持する均質化処理を行った後、５００〜７３０℃で６０分以上保持する加熱処理を行い、９５０〜１２５０℃に加熱して、８００℃以上の圧延温度（Ｔｒ）および１１５０℃以下の仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で熱間圧延した後、１０２０℃以下の巻取り温度（ＴＬ）で冷却床に載置し、前記ＴＬから７３０℃までを２℃／秒以上の平均冷却速度（ＣＲ１）で、および前記ＴＬから５００℃までを５℃／秒以下の平均冷却速度（ＣＲ２）で冷却することを特徴とする。
【００１１】
本発明の製法の第４の態様は、前記成分組成（水素量を除く）を有する鋼片を、５００〜７３０℃で６０分以上保持する加熱処理を行った後、１２５０〜１３５０℃で６０分以上保持する均質化処理を行い、９５０〜１２５０℃の温度に調整して、８００℃以上の圧延温度（Ｔｒ）および１１５０℃以下の仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で熱間圧延した後、１０２０℃以下の巻取り温度（ＴＬ）で冷却床に載置し、前記ＴＬから７３０℃までを２℃／秒以上の平均冷却速度（ＣＲ１）で、および前記ＴＬから５００℃までを５℃／秒以下の平均冷却速度（ＣＲ２）で冷却することを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明は、鋼片を、５００〜７３０℃で６０分以上保持する加熱処理を行うことを特徴とする、伸線加工性に悪影響を及ぼす線材の鋼中水素を低減する方法も提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明者らは、鋼中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、ＡｌおよびＯの各含有量を規定すると共に、鋼中の水素量を低減させ、且つ硬さを一定範囲以下に抑えることにより、優れた伸線加工性を有し、太い線径からの強加工でも断線を充分に抑制できる熱間圧延線材を提供し得ることを見出した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
優れた伸線加工性を達成するために、本発明の線材は、鋼中水素量が低減されていることを特徴とする。これまで水素は、遅れ破壊の場合のように、充分に拡散し得る長期間の応力負荷状況において悪影響を及ぼすことは知られていたが、伸線加工という比較的短時間の応力負荷状況では悪影響を及ぼさないと考えられていた。しかし強伸線加工条件下では、従来では問題にならなかった鋼中水素が、伸線加工性に大きな影響を有することを、本発明者らは見出した。なお、高強度化のために添加された合金元素の炭窒化物などが線材中に存在すると、それらが水素トラップとして作用することにより、鋼中水素量は高められる。
【００１５】
強伸線加工において水素が悪影響を及ぼす理由として、強加工による加工硬化のために強度が上昇して水素脆化感受性が高くなることや、強加工による温度上昇によって、トラップサイトに固定されていた水素がサイトから離脱し、脆化に寄与することなどが推定される。但し本発明は、このような推定に限定されない。
【００１６】
強加工でも充分に断線を抑制するために、熱間圧延線材の鋼中水素量を２．５０ｐｐｍ以下にすることが必要である。好ましい鋼中水素量は２ｐｐｍ以下であり、より好ましくは１．５ｐｐｍ以下である。
【００１７】
鋼中水素量は、ＡＰＩＭＳ（大気圧イオン化質量分析装置）を用いて測定することができる。本発明における「鋼中水素量」の値は、線材を切断して円盤状サンプル（厚さ：２ｍｍ）を採取し、ＡＰＩＭＳにて、昇温速度：１０Ｋ／分の条件で室温から３５０℃までに該サンプルから放出されるトータル水素量を測定したものである。
【００１８】
さらに本発明者らの検討により、線材の伸線加工性と硬さとは関連があり、初期の線材硬さが高いと、伸線加工で断線しやすくなることを見出した。この原因として、初期硬さが高いと、加工硬化が顕著になるために破壊感受性が高まることや、加工発熱の影響などが考えられる。但し本発明は、これらの推定に限定されない。
【００１９】
また線材の硬さは、主として、線材のＣ含有量と組織に影響を受ける。そして一般的に、Ｃ含有量が多い程、または過冷組織であるマルテンサイト組織が多い程、硬さは上昇する。そして線材組織も、硬さと同様に、伸線加工性に影響を及ぼす。具体的にはマルテンサイトが多いもの程、断線しやすくなると考えられる。
【００２０】
以上のように線材の伸線加工性（断線し易さ）は、硬さだけではなく、組織の影響を受ける。そのため、同じ硬さの線材であっても、Ｃ含有量が低くてマルテンサイト組織が多いものは、Ｃ含有量が高くてフェライト−パーライト組織が多いものに比べて断線しやすい。よって低Ｃ含有量のものに比べて、高Ｃ含有量のものは、同じ硬さであるならば破断しにくいと言え、伸線加工性が良好な線材において許容される硬さの基準値（上限値）も高く設定することができると考えられる。
【００２１】
前記のような考えに基づき、組織の影響も考慮して、「硬さ（ＨＶ）が４６０×Ｃ00.1以下（Ｃ0は、深さＤ／４（Ｄ：線材直径）の位置におけるＣ含有量（質量％）を表す。）」を、硬さの要件として定めた。この要件（硬さ≦４６０×Ｃ00.1）の求め方は下記の通りである。
【００２２】
以下に示す実施例において、硬さが高いために伸線加工性が劣化していると考えられる線材（比較例、図１中の黒丸）の「Ｃ0」と「硬さ」とのデータを累乗近似すると、図１に示されるような実線状の曲線（近似式「硬さ＝４６６．０６×Ｃ00.10」（Ｒ2＝０．６２））が得られる。
【００２３】
この近似式（硬さ＝４６６．０６×Ｃ00.10）では、Ｃ0の値が大きくなると硬さの値も増大し、逆にＣ0の値が小さくなると硬さの値も減少する。よって本発明者らは、この近似式を、組織も考慮した破断しやすい線材の硬さの基準値（上限値）を表すものとして捉えた。そして図１において、この実線状の曲線（前記比較例の近似曲線）よりも下にある、破線状の曲線（硬さ＝４６０×Ｃ00.10）以下の領域、即ち「硬さ≦４６０×Ｃ00.1」の領域を、本発明の線材が満たすべき硬さの範囲として定めた。より好ましい範囲は、「硬さ≦４５０×Ｃ00.1」（図１における、一点鎖線状の曲線以下の領域）であり、さらに好ましい範囲は「硬さ≦４４０×Ｃ00.1」（図１における、点線状の曲線以下の領域）である。
【００２４】
なお組織を考慮しない場合、硬さが低いほど伸線加工性が良いと考えられる。よって本発明において好ましい線材の硬さ（ＨＶ）の上限値は４２０であり、より好ましくは４１０以下、さらに好ましくは４００以下である。
【００２５】
本発明における「硬さ」の値は、線材を横断面で切断して、１線材あたり３個以上のサンプルを調整し、各サンプルの深さＤ／４の位置を、ビッカース硬度計（荷重１ｋｇｆ）で４点以上測定して得られた値の単純相加平均値である。
【００２６】
本発明の熱間圧延線材の中でも、金属組織のｂｃｃ−Ｆｅ結晶粒において、平均結晶粒径（Ｄａｖｅ）が２０μｍ以下で、最大結晶粒径（Ｄｍａｘ）が８０μｍ以下であるものが好ましい。伸線加工中の断線起点や加工欠陥の発生は、結晶粒が粗大な場合に生じやすく、さらに結晶粒径の平均値を微細にしたとしても粗大な結晶粒が存在すれば断線しやすいことを見出したからである。金属組織のｂｃｃ−Ｆｅ結晶粒において、平均結晶粒径（Ｄａｖｅ）と最大結晶粒径（Ｄｍａｘ）との双方が共に微細であるほど伸線加工性は向上する。平均結晶粒径は、より好ましくは１５μｍ以下であり、最大結晶粒径は、より好ましくは６０μｍ以下である。なお本発明における平均結晶粒径（Ｄａｖｅ）および最大結晶粒径（Ｄｍａｘ）の値は、線材の線径中心部における測定値である。
【００２７】
本発明における平均結晶粒径（Ｄａｖｅ）および最大結晶粒径（Ｄｍａｘ）の値は、ＳＥＭ／ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）法を用いて、以下のようにして測定した値である：
【００２８】
まず線材から湿式切断加工により、長さ１０ｍｍのサンプルを採取した後、ＥＢＳＰ測定用のサンプル調整として、湿式研磨、バフ研磨、化学研磨を行い、研磨加工の歪みと凹凸を極力低減したサンプルを作成する。このとき、観察面が線材縦断面の線径中心部となるように研磨加工する。得られたサンプルを用い、線材の線径中心部をＥＢＳＰ測定位置として測定を行う。このとき、測定ステップは０．５μｍ以下とし、各線材の測定面積が６０，０００μｍ2以上となるように設定する。測定後、結晶方位の解析を行うが、解析の信頼性を高めるため、平均ＣＩ（Ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ  Ｉｎｄｅｘ）値が０．３以上である測定結果を用いて解析する。
【００２９】
ｂｃｃ−Ｆｅ結晶方位の解析により方位角度差が１０°以上である境界線に囲まれる領域を、本発明における「結晶粒」として、解析結果（バウンダリーマップ）をまとめる。得られたバウンダリーマップにて、画像解析ソフト「Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ」（アドバンソフト株式会社製）を用いて、境界線で囲まれる個々の領域（結晶単位）の面積を求め、この面積から個々の結晶粒の粒径として、円相当径（円直径）を計算する。前記測定を３個以上のサンプルで行い、全測定データを基に、個数平均径としての平均結晶粒径（Ｄａｖｅ）、および最大結晶粒径（Ｄｍａｘ）を算出する。
【００３０】
本発明の熱間圧延線材において、さらに伸線加工性を向上させるために、Ｃ偏析を下記式（１）：
Ｃmax／Ｃ0≦１．２０  ・・・  （１）
［式中、Ｃmaxは、深さＤ／２（Ｄ：線材直径）の位置におけるＣ含有量（質量％）を表し、Ｃ0は、深さＤ／４の位置におけるＣ含有量（質量％）を表す。］
を満たすように制御することが好ましい。Ｃ偏析が過剰になると、線材内部において伸線加工時の加工硬化にばらつきが生じたり、Ｃ偏析部でボイドが生成し易くなるなどの理由のために、伸線加工性が劣化するからである。本発明の線材におけるＣmax／Ｃ0は、より好ましくは１．１５以下、さらに好ましくは１．１０以下である。
【００３１】
本発明ではＣmaxの値として、深さＤ／２（Ｄ：線材直径）の位置におけるＣ含有量（質量％）を採用した。線材中心部は、炭素偏析が高いからである。またＣ0の値として、深さＤ／４の位置におけるＣ含有量（質量％）を採用した。表層の脱炭部および中心のＣ偏析部の影響を避けるためである。本発明におけるＣmaxまたはＣ0の値は、それぞれ深さＤ／２またはＤ／４の位置から粉末状サンプルを採取し、燃焼赤外線吸収法により測定した値である。
【００３２】
本発明は、熱間圧延線材の鋼中水素量および硬さに加えて、化学成分組成を特定していることも特徴とする。各化学成分元素が適正範囲内に無いと、伸線加工性が劣化するからである。以下、線材の化学成分について説明する。
【００３３】
［Ｃ：０．３５〜０．６５％］
鉄鋼材料の強度に影響する元素であり、含有量が多いほど高強度が得られる。本発明の線材を高強度ばねに適用するには、Ｃ量は０．３５％以上必要である。好ましいＣ量の下限は０．４０％である。しかしＣ量が過剰であると、伸線加工性を劣化させるため、上限を０．６５％と定めた。好ましいＣ量の上限は０．６０％である。
【００３４】
［Ｓｉ：１．４〜３．０％］
Ｓｉは、ばねに必要な耐へたり性の向上に有効な元素であり、本発明の線材を高強度ばねに適用するには、Ｓｉ量は１．４％以上必要である。好ましいＳｉ量の下限は１．６％であり、より好ましくは１．８％以上である。しかしＳｉは脱炭を促進するため、過剰になると伸線工程で断線が発生しやすくなる。そこでＳｉ量の上限を３．０％と定めた。好ましいＳｉ量の上限は２．５％であり、より好ましくは２．２％以下である。
【００３５】
［Ｍｎ：０．１０〜１．０％］
Ｍｎは、脱酸元素として利用されるとともに、ＭｎＳを形成して鋼中の有害元素であるＳを無害化するために有益な元素である。これらの効果を充分に発揮させるために、Ｍｎ量は０．１０％以上必要である。好ましいＭｎ量の下限は０．１５％であり、より好ましくは０．２％以上である。しかしＭｎ量が過剰であると、偏析帯を形成して伸線加工性が劣化する。また伸線加工にとって好ましくない過冷組織が形成し易くなる。そこでＭｎ量の上限を１．０％と定めた。好ましいＭｎ量の上限は０．８５％であり、より好ましくは０．７５％以下である。
【００３６】
［Ｃｒ：０．１〜２．０％］
Ｃｒは、焼戻し後の強度確保に有効である。また耐食性向上効果があり、腐食耐久性が必要な懸架ばねにとって重要な元素である。これらの効果を充分に発揮させるためにＣｒ量の下限を０．１％と定めた。好ましいＣｒ量の下限は０．１５％であり、より好ましくは０．２％以上である。しかしＣｒ量が過剰であると、偏析や過冷組織が発生しやすくなり、伸線加工性が劣化する。そこでＣｒ量の上限を２．０％と定めた。好ましいＣｒ量の上限は１．８％であり、より好ましくは１．６％以下である。
【００３７】
［Ｐ：０．０２５％以下（０％を含まない）］
Ｐは、線材の伸線加工性を劣化させるため、少ないほうが好ましい。よってＰ量は、０．０２５％以下、好ましくは０．０２０％以下、より好ましくは０．０１５％以下である。
【００３８】
［Ｓ：０．０２５％以下（０％を含まない）］
Ｓは、線材の伸線加工性を劣化させるため、少ないほうが好ましい。よってＳ量は、０．０２５％以下、好ましくは０．０２０％以下、より好ましくは０．０１５％以下である。
【００３９】
［Ｎ：０．００６％以下（０％を含まない）］
Ｎは固溶状態で存在すると、伸線加工性を劣化させる。そこでＮ量の上限を０．００６％と定めた。好ましいＮ量の上限は０．００４％であり、より好ましくは０．００３％以下である。但し線材が、ＡｌやＴｉなどの窒化物を形成する元素を含有する場合、Ｎは組織微細化に有効に作用することがある。よって好ましいＮ量の下限は０．００１５％であり、より好ましくは０．００２０％以上である。
【００４０】
［Ａｌ：０．１％以下（０％を含まない）］
Ａｌは、主に脱酸元素として添加される。またＡｌＮを形成して、Ｎを固定化して無害化することに加えて、組織微細化に寄与する。Ｎ固定の理由からＡｌを、Ｎ量の２倍を超える量で含有させるとよい。Ａｌを、好ましくは０．００３０％を超える量で、より好ましくは０．００４０％を超える量で含有させることが望ましい。しかしＡｌは脱炭を促進するため、殊にＳｉを多く含有するばね鋼において、Ａｌ量が過剰であることは好ましくない。そこでＡｌ量の上限を０．１％と定めた。好ましいＡｌ量の上限は０．０７％であり、より好ましくは０．０５％以下、さらに好ましくは０．０３％以下である。
【００４１】
［Ｏ：０．００３０％以下（０％を含まない）］
鋼中酸素量が増大すると、粗大酸化物が形成され伸線加工性が劣化すので、その量は少ないほうが好ましい。よってＯ量の上限を０．００３０％と定めた。好ましいＯ量の上限
は０．００２０％であり、より好ましくは０．００１５％以下である。
【００４２】
本発明の線材の基本成分組成は前記の通りであり、残部は実質的にＦｅである。但し原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避不純物が線材中に含まれることは、当然に許容される。さらに本発明の線材は、必要に応じて、以下の任意元素を含有していても良い。
【００４３】
［Ｎｉ：１％以下］
Ｎｉは、表層脱炭を抑制することに加えて、耐食性も向上させる効果も有する。これらの効果を充分に発揮させるために、必要に応じてＮｉを、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上含有させるとよい。しかしＮｉ量が過剰になると、過冷組織が発生しやすくなり伸線加工性が劣化する。よって含有させる場合のＮｉ量は、好ましくは１％以下、より好ましくは０．８％以下、さらに好ましくは０．６％以下である。
【００４４】
［Ｃｕ：１．０％以下］
Ｃｕも、Ｎｉと同様に、表層脱炭の抑制および耐食性の向上という効果を有する。これらの効果を充分に発揮させるために、必要に応じてＣｕを、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上含有させるとよい。しかしＣｕ量が過剰になると、過冷組織が発生しやすくなり伸線加工性が劣化する。また熱間加工時に割れが発生する場合がある。よって含有させる場合のＣｕ量は、好ましくは１．０％以下、より好ましくは０．８％以下、さらに好ましくは０．６％以下である。
【００４５】
［Ｖ：０．３０％以下］
Ｖは、主にＣ、Ｎと炭窒化物を形成して組織微細化に寄与する。この効果を充分に発揮させるために、必要に応じてＶを、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０５％以上含有させるとよい。しかしＶ量が過剰になると、伸線加工性が劣化する。よって含有させる場合のＶ量は、好ましくは０．３０％以下、より好ましくは０．２％以下、さらに好ましくは０．１５％以下である。
【００４６】
［Ｔｉ：０．１０％以下］
Ｔｉは、ＣおよびＮまたはＳと、炭窒化物または硫化物を形成し、ＮおよびＳを無害化する働きがある。またＴｉ炭窒化物は組織微細化に寄与する効果を有する。これらの効果を充分に発揮させるために、必要に応じてＴｉを、好ましくは０．０１％以上含有させるとよい。またＮの固定化の観点から好ましいＴｉ量は、Ｎ量の３．５倍を超える量である。しかしＴｉ量が過剰になると、粗大な炭窒化物が形成し、伸線加工性が劣化する場合がある。よって含有させる場合のＴｉ量は、好ましくは０．１０％以下、より好ましくは０．０７％以下、さらに好ましくは０．０５％以下である。
【００４７】
［Ｎｂ：０．１％以下］
Ｎｂは、Ｃ、Ｎと炭窒化物を形成して、組織微細化に寄与する。この効果を充分に発揮させるために、必要に応じてＮｂを、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０３％以上含有させるとよい。しかしＮｂ量が過剰になると、粗大な炭窒化物が形成し、伸線加工性が劣化する。よって含有させる場合のＮｂ量は、好ましくは０．１％以下、より好ましくは０．０７％以下、さらに好ましくは０．０５％以下である。
【００４８】
［Ｚｒ：０．１０％以下］
Ｚｒは、炭窒化物を形成して、組織微細化に寄与する。この効果を充分に発揮させるために、必要に応じてＺｒを、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上含有させるとよい。しかしＺｒ量が過剰になると、粗大な炭窒化物が形成し、伸線加工性が劣化する。よって含有させる場合のＺｒ量は、好ましくは０．１０％以下、より好ましくは０．０７％以下、さらに好ましくは０．０５％以下である。
【００４９】
［Ｍｏ：１．０％以下］
Ｍｏは、Ｃ、Ｎと炭窒化物を形成するとともに、セメンタイトに濃化することで強度確保に寄与する。これらの効果を充分に発揮させるために、必要に応じてＭｏを、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上含有させるとよい。しかしＭｏ量が過剰になると、過冷組織が発生しやすくなり、伸線加工性が劣化する。よって含有させる場合のＭｏ量は、好ましくは１．０％以下、より好ましくは０．７％以下、さらに好ましくは０．５％以下である。
【００５０】
［Ｂ：５０ｐｐｍ以下］
Ｂは、窒化物を形成することによりＮを無害化する。この効果を充分に発揮させるために、必要に応じてＢを、好ましくは１ｐｐｍ以上、より好ましくは３ｐｐｍ以上、さらに好ましくは５ｐｐｍ以上含有させるとよい。しかしＢ量が過剰になると、粗大な炭硼化物や過冷組織が形成されるため、伸線加工性が劣化する。よって含有させる場合のＢ量は、好ましくは５０ｐｐｍ以下、より好ましくは４０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは３０ｐｐｍ以下である。
【００５１】
［Ｍｇ：５０ｐｐｍ以下］
Ｍｇは、酸化物を軟質化し、伸線加工性を向上させる効果を有する。この効果を充分に発揮させるために、必要に応じてＭｇを、好ましくは０．１ｐｐｍ以上、より好ましくは１ｐｐｍ以上、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以上含有させるとよい。しかしＭｇ量が過剰になると、酸化物の性質が変化して、かえって伸線加工性が劣化するおそれがある。よって含有させる場合のＭｇ量は、好ましくは５０ｐｐｍ以下、より好ましくは４０ｐｐｍ以下である。
【００５２】
［Ｃａ：５０ｐｐｍ以下］
Ｃａは、酸化物を軟質化し、伸線加工性を向上させる効果を有する。この効果を充分に発揮させるために、必要に応じてＣａを、好ましくは０．１ｐｐｍ以上、より好ましくは１ｐｐｍ以上、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以上含有させるとよい。しかしＣａ量が過剰になると、酸化物の性質が変化して、かえって伸線加工性が劣化するおそれがある。よって含有させる場合のＣａ量は、好ましくは５０ｐｐｍ以下、より好ましくは４０ｐｐｍ以下である。
【００５３】
［希土類元素：１．５ｐｐｍ以下］
希土類元素（「ＲＥＭ」と省略することがある）は、酸化物を軟質化し、伸線加工性を向上させる効果を有する。この効果を充分に発揮させるために、必要に応じてＲＥＭを、好ましくは０．１ｐｐｍ以上含有させるとよい。しかしＲＥＭ量が過剰になると、酸化物の性質が変化して、かえって伸線加工性が劣化するおそれがある。よって含有させる場合のＲＥＭ量は、好ましくは１．５ｐｐｍ以下、より好ましくは０．５ｐｐｍ以下である。ＲＥＭの中で好ましいものは、Ｌａ、Ｃｅ、ＰｒおよびＮｄであり、これらの１種または２種以上を使用することができる。
【００５４】
前記の鋼中水素量および硬さの要件（好ましくは、さらに結晶粒径の要件）を満たす熱間圧延線材は、前記の成分組成の要件を満たす鋼片を、５００〜７３０℃で６０分以上保持する加熱処理を行い、９５０〜１２５０℃に加熱して、８００℃以上の圧延温度（Ｔｒ）および１１５０℃以下の仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で熱間圧延した後、１０２０℃以下の巻取り温度（ＴＬ）で冷却床に載置し、前記ＴＬから５００℃までを５℃／秒以下の平均冷却速度（ＣＲ２）で（好ましくは前記ＴＬから７３０℃までを２℃／秒以上の平均冷却速度（ＣＲ１）で、および前記ＴＬから５００℃までを５℃／秒以下の平均冷却速度（ＣＲ２）で）、冷却するにより製造することができる。以下、この製造方法の各工程について説明する。
【００５５】
水素は、鋼材（線材）の製造工程において進入する。殊に本発明の熱間圧延線材、およびそれを得るための鋼片には、各種合金元素を含有させているため、それらの炭窒化物や非金属介在物などが水素トラップサイトを形成して、鋼中に水素がたまり易い。またそれらの水素トラップは、強固であるため、常温のままでは水素が抜けにくい。本発明者らが、水素トラップサイトのトラップ能力を評価した結果、鋼中水素量を有効に低減させるには、５００℃以上の温度で、６０分以上保持する加熱処理を行えば良いことを見出した。しかし鋼片をオーステナイトが生成するような高温にまで加熱し過ぎると、水素はフェライトよりもオーステナイトに固溶しやすいため、かえって水素が抜けにくいことも見出した。
【００５６】
よって線材の鋼中水素量を効率的に低減させるためには、圧延前の鋼片を、５００〜７３０℃、好ましくは５５０〜７００℃の温度で、６０分以上、好ましくは１２０分以上加熱すればよい。この圧延前の加熱処理は、伸線加工性に優れた熱間圧延線材の製造方法における一工程として重要であるとともに、熱間圧延線材の鋼中水素を低減させる方法としても有用である。この加熱処理は、圧延ラインと同じインライン、または圧延ラインと切り離したオフラインのどちらで行ってもよい。
【００５７】
次いで前記の成分組成の要件を満たす鋼片を、９５０〜１２５０℃、好ましくは１０００〜１２００℃に加熱して、８００℃以上、好ましくは８５０℃以上、より好ましくは９００℃以上の圧延温度（Ｔｒ）、および１１５０℃以下、好ましくは１１００℃以下の仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で熱間圧延を行う。圧延前の加熱温度が低すぎても、高すぎても線材表層部に脱炭が生じる。また圧延温度が８００℃未満になると、脱炭が発生する確率が増加する。さらに仕上げ圧延温度が１１５０℃を超える高温になると、オーステナイト粒が成長して、焼入性が増し、線材強度が上昇しすぎるおそれがある。
【００５８】
圧延後に、１０２０℃以下、好ましくは９８０℃以下、より好ましくは９５０℃以下の巻取り温度（ＴＬ）で冷却床に載置することが推奨される。巻取り温度が１０２０℃を超えると、オーステナイト粒径が粗大化するからである。そして前記ＴＬから５００℃までを、５℃／秒以下の平均冷却速度（ＣＲ２）で冷却することが、線材硬度を低下させるために必要である。またＴＬから５００℃までをこのように徐冷することによって、鋼中水素の一層の低減を図ることができる。ＣＲ２は、好ましくは４℃／秒以下、より好ましくは３℃／秒以下である。
【００５９】
但し前記ＴＬから７３０℃までの冷却速度ＣＲ１を、好ましくは２℃／秒以上、より好ましくは５℃／秒以上、さらに好ましくは８℃／秒以上にすることが、オーステナイト粒の成長抑制による組織の微細化、および硬度低下に有効である。
【００６０】
Ｃ偏析を抑制して、Ｃmax／Ｃ0を１．２０以下にするためには、圧延前に、前記の成分組成の要件を満たす鋼片を、１２５０〜１３５０℃、好ましくは１２８０〜１３１０℃で６０分以上、好ましくは１２０分以上保持する均熱処理を、前記製造方法に追加すればよい。この均熱処理は、圧延ラインと同じインライン、または圧延ラインと切り離したオフラインのどちらで行ってもよい。また鋼中水素量を低減させるための前記加熱処理の前または後のいずれに行ってもよい。
【００６１】
但し、前記均熱処理を行って偏析帯を無くした後に、前記加熱処理を行うほうが、鋼中水素をより低減できるために好ましい。また高温が必要な均熱処理は圧延ラインとは別のオフラインで行い、鋼中水素を低減させる加熱処理を圧延ラインと同じインラインで行うことが好ましく、設備上の観点からも、まず前記均熱処理を行い、次いで前記加熱処理を行うことが好ましい。
【００６２】
本発明において、熱間圧延線材の線径には特に限定は無い。但し過冷組織の発生を抑制するために、線径は太いほうが好ましい。また本発明の線材は伸線加工性に優れており、太径から強加工しても有効に断線を抑制できる。よって線径の好ましい下限は、８ｍｍであり、より好ましくは１０ｍｍ以上、さらに好ましくは１２ｍｍ以上である。一方線径があまりに大きすぎると、伸線加工が困難になるので、その好ましい上限は２５ｍｍであり、より好ましくは２０ｍｍ、さらに好ましくは１８ｍｍである。
【実施例】
【００６３】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００６４】
［線材の製造］
表１に記載の化学成分組成（残部：鉄および不可避不純物）を有する鋼を溶製し、□１５５ｍｍの鋼片に加工した。次いで表２に記載の条件で、順に均熱処理、加熱処理、熱間圧延、巻取りおよび冷却を行い、線径８．０〜１８ｍｍの熱間圧延線材を製造した。
【００６５】
【表１−１】
0004393467.tif 000002
【００６６】
【表１−２】
0004393467.tif 000003
【００６７】
【表２−１】
0004393467.tif 000004
【００６８】
【表２−２】
0004393467.tif 000005
【００６９】
【表２−３】
0004393467.tif 000006
【００７０】
［鋼中水素量］
鋼中水素量として、ＡＰＩＭＳにて、昇温速度：１０Ｋ／分の条件で室温から３５０℃までに円盤状サンプル（厚さ：２ｍｍ）から放出されるトータル水素量を測定した。結果を表３に示す。
【００７１】
［硬さ］
線材を横断面で切断して、１線材あたり３個のサンプルを調整し、各サンプルの深さＤ／４の位置を、ビッカース硬度計（荷重１ｋｇｆ）で４点測定し、得られた値を単純相加平均することにより、各線材の硬さを算出した。結果を表３に示す。
【００７２】
また各線材のＣ0（Ｃ0は、深さＤ／４（Ｄ：線材直径）の位置におけるＣ含有量（質量％）を表す。）と硬さとの関係を示すグラフを、図１として記載する。なお図１中において、黒丸（硬さ範囲外）は、線材Ａ１−４、Ａ２−１、Ａ３−１、Ａ３−２およびＡ１４−４データのプロットであり、黒四角（成分組成範囲外）は、鋼種Ａ５、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１６およびＡ１７から得られた線材データのプロットであり、黒三角（水素量範囲外）は、線材Ａ１−１、Ａ４−１、Ａ６−１、Ａ７−１、Ａ１４−１およびＡ１４−２データのプロットであり、白丸（発明例）は、その他の線材データのプロットである。
【００７３】
線材Ａ１−４、Ａ２−１、Ａ３−１、Ａ３−２およびＡ１４−４のデータを累乗近似して、近似式「硬さ＝４６６．０６×Ｃ00.10」（Ｒ2＝０．６２）を得た。この近似曲線も、図１中に実線で示す。また図１において、同様に４６０×Ｃ00.10の近似曲線を破線で、４５０×Ｃ00.10の近似曲線を一点鎖線で、４４０×Ｃ00.10の近似曲線を点線で示す。
【００７４】
［平均結晶粒径（Ｄａｖｅ）および最大結晶粒径（Ｄｍａｘ）］
線材から湿式切断加工により、長さ１０ｍｍのサンプルを採取した後、ＥＢＳＰ測定用のサンプル調整として、湿式研磨、バフ研磨、化学研磨を行い、研磨加工の歪みと凹凸を極力低減したサンプルを作成した。このとき、観察面が線材縦断面の線径中心部となるように研磨加工した。得られたサンプルを用い、線材の線径中心部をＥＢＳＰ測定位置として測定を行った。このとき、測定ステップは０．５μｍ以下とし、各線材の測定面積が６０，０００μｍ2以上となるように設定した。測定後、結晶方位の解析を行ったが、解析の信頼性を高めるため、平均ＣＩ値が０．３以上である測定結果を用いて解析した。
【００７５】
ｂｃｃ−Ｆｅ結晶方位の解析により方位角度差が１０°以上である境界線に囲まれる領域を、本発明における「結晶粒」として、解析結果（バウンダリーマップ）を得た。得られたバウンダリーマップにて、画像解析ソフト「Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ」（アドバンソフト株式会社製）を用いて、境界線で囲まれる個々の領域（結晶単位）の面積を求め、この面積から個々の結晶粒の粒径として、円相当径（円直径）を計算した。前記測定を３個以上のサンプルで行い、全測定データを基に、個数平均径としての平均結晶粒径（Ｄａｖｅ）、および最大結晶粒径（Ｄｍａｘ）を算出した。結果を表３に示す。
【００７６】
［Ｃmax／Ｃ0］
ＣmaxまたはＣ0を、それぞれ深さＤ／２またはＤ／４の位置から粉末状サンプルを採取し、燃焼赤外線吸収法により測定した。これらから計算したＣmax／Ｃ0の値を表３に示す。
【００７７】
［伸線加工］
得られた線材を、酸洗によりスケール除去し、ボンデ処理による表面被覆を施した後、乾式伸線加工を行った。まず伸線加工１にて、真ひずみ＞０．２５の条件で伸線加工を行い、断線の有無を調べた。さらに伸線加工１にて断線しなかった線材について、さらに厳しい条件である真ひずみ＞０．５０で伸線加工を行い、断線の有無を調べた。結果を表３に示す。
【００７８】
【表３−１】
0004393467.tif 000007
【００７９】
【表３−２】
0004393467.tif 000008
【００８０】
【表３−３】
0004393467.tif 000009
【００８１】
表３に示す結果から、本発明で規定する成分組成、鋼中水素量または硬さの要件をいずれかを満足しない線材は、緩やかな条件である伸線加工１でさえ、断線が生じたが、これらの要件を全て満たす線材は、伸線加工１では断線が生じなかった。さらに本発明の線材の中でも、さらに結晶粒径（ＤａｖｅおよびＤｍａｘ）およびＣ偏析（Ｃmax／Ｃ0）の要件を満たすものは、厳しい条件である伸線加工２でも断線が生じなかった。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施例で得られた線材の硬さとＣ0（＝深さＤ／４（Ｄ：線材直径）の位置におけるＣ含有量（質量％））との関係を示すグラフである。
【図１】
0004393467.tif 000010