(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１〜０．６％（質量％の意味、以下同じ）、
Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、
Ｍｎ：１％以下（０％を含まない）、
Ａｌ：０．１〜１．０％（但し、Ａｌが０．１％の場合を除く）、
Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まない）を夫々含む他、
Ｐ：０．０２％以下（０％を含む）、Ｓ：０．０３％以下（０％を含む）およびＮ：０．０１％以下（０％を含む）に夫々抑制したものであり、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
且つミクロ組織中のフェライト分率Vf（面積％）が、下記（３）式で規定されるフェライト分率Vfe2との関係で下記（４）式を満足するものであることを特徴とする冷間加工性に優れた線材・棒鋼。
Vfe2＝106.7−142.6[C]−0.256[Si]−4.219[Mn]−17.83[Cr]−0.6803[Mo]−4.074[Ni] ……（３）
但し、[C]，[Si]，[Mn]，[Cr]，[Mo]および[Ni]は、夫々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，ＭｏおよびＮｉの含有量（質量％）を意味する。
１．０５Vfe2≦Vf≦２．０Vfe2 ……（４）
【請求項２】
Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）およびＮｉ：２％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上の元素を含むものである請求項１に記載の線材・棒鋼。
【請求項３】
Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）およびＺｒ：０．２％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上の元素を含むものである請求項１または２に記載の線材・棒鋼。
【請求項４】
Ｂ：０．０００５〜０．００５％を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の線材・棒鋼。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の線材・棒鋼を製造するに当たり、熱間仕上げ圧延温度を８００〜１０００℃とすると共に、圧延後における８５０〜６００℃の温度領域で平均冷却速度を３℃／秒以下として冷却することを特徴とする冷間加工性に優れた線材・棒鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間鍛造、冷間圧延、冷間転造等の冷間加工によって機械構造物を製造する際に使用する線材や棒鋼、およびその様な線材・棒鋼を製造する為の方法に関するものであり、殊に冷間加工前の熱処理（軟化焼鈍）を省略しても良好な冷間加工性を発揮することのできる線材・棒鋼、およびこの様な線材・棒鋼を製造することのできる有用な方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低中炭素鋼や低中炭素合金鋼からなる線材や棒鋼（線材・棒鋼）等は、機械構造用鋼として軸類、ボルト、ナット等の製造に広く用いられている。これらの線材・棒鋼は、冷間鍛造、冷間圧延、冷間転造等の冷間塑性加工によって製造されているが、その際にまず変形抵抗が低いことが要求される。これは変形抵抗が低い程加工治具の長寿命化が図れるからである。
【０００３】
その一方で、線材・棒鋼には高い延性が求められている。そして高い加工率で部品を製造する際には、延性が低いと表面からクラックが生じて割れが発生することになる。こうした不都合を避ける為に、従来では軟化焼鈍や球状化焼鈍等の熱処理によって、変形抵抗を下げると同時に延性を高める方法が採用されてきた。しかしながら、こうした熱処理を行なうことは、それだけ時間がかかり、エネルギーを大きく消費するという問題があった。
【０００４】
線材・棒鋼の変形抵抗を下げるという観点から、これまでにも様々提案されている。こうした技術として、例えば特許第２５６６０６８号には、変形抵抗を低下させるという観点からＳｉやＭｎの含有量を低減すると共に、これらの含有量低減に伴う焼き入れ性低下を補償する為にＢを添加し、更に最終圧延出側での表面温度を７００〜８００℃の比較的低温とし、その後７００〜５００℃の温度範囲における平均冷却速度を０．０５〜０．７℃／秒の徐冷とする方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、化学成分組成は製品の機械的特性に直接的な影響を与えるものであり、ＳｉやＭｎ等の主要元素を低減することは、鍛造品として必要とされる機械的特性が発揮されないという問題がある。また、低温で圧延を行なうことはそれだけ設備に負担がかかり、しかも徐冷することはそれだけ大掛かりの設備が必要になり、エネルギー消費が大きくなって却ってコストアップになってしまうという問題がある。
【０００６】
特開２０００−８１４０号には、圧延材の中心〜直径／８の範囲にあるフェライト組織中に平均で２５個以上／２５μm2の炭化物を存在させることによって、冷間加工性を良好にした棒状鋼について開示されている。また、この技術においては、変形抵抗の低下に悪影響を与える固溶ＮをＡｌによって窒化物（ＡｌＮ）として固定することによって変形抵抗を低下させることが示唆されている。しかしながら、固溶ＮをＡｌによって固定するには徐冷が必要となり、前述の如く大掛かりの設備が必要になり、エネルギー消費が大きくなって却ってコストアップになってしまうという若干の問題がある。
【０００７】
更に、特開平１０−１２１１９３号には、ＳｉやＭｎの含有量を低減すると共に、これらの含有量低減に伴う焼き入れ性低下を補償する為にＢを添加し、更にＡｌを添加することによって、ＳｉやＭｎの低減による脱酸不足を補うばかりでなく、通常のＳｉおよびＭｎを含有する鋼に比べても酸素量および有害介在物を低減し、これによって変形抵抗が改善されることが開示されている。また、この技術では、Ａｌの作用として、Ｎ固定による変形抵抗の低減や、酸素および有害介在物の低減による変形抵抗の向上の他に、高周波焼き入れ時の炭化物のオーステナイトへの固溶促進に効果があることが示されている。
【０００８】
しかしながら、この技術においても次に示す様な解決すべき若干の問題がある。即ち、固溶ＮをＡｌによって固定するには徐冷が必要となり、前述の如く大掛かりの設備が必要になり、エネルギー消費が大きくなって却ってコストアップになってしまうことがある。またこの技術では、球状化焼鈍を行なうことを前提としてなされたものであり、圧延ままの状態での強度には言及しておらず、圧延ままの状態で良好な冷間加工性が発揮されているかは不明である。しかも、この技術では、Ｎ量が多くなるとＡｌＮが晶出し、加工品の表面や内部に割れが生じて品質を劣化するという事態が生じることもある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、熱間圧延ままであっても優れた冷間加工性を有する線材・棒鋼、およびその様な線材・棒鋼を製造する為の有用な方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成し得た本発明の線材・棒鋼とは、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１％以下（０％を含まない） 、Ａｌ：０．１〜１．０％を夫々含むと共に、Ｐ：０．０２％以下（０％を含む）、Ｓ:０．０３％以下（０％を含む）およびＮ：０．０１％以下（０％を含む）に夫々抑制したものであり、ミクロ組織中のフェライト分率Vf（面積％）が、下記（１）式で規定されるフェライト分率Vfe1との関係で下記（２）式を満足するものである点に要旨を有するものである。
Vfe1＝106.7−142.6[C]−0.256[Si]−4.219[Mn]                ……（１）
但し、[C]，[Si]および[Mn]は、夫々Ｃ，ＳｉおよびＭｎの含有量（質量％）
を意味する。
１．０５Vfe1≦Vf≦２．０Vfe1                              ……（２）
【００１１】
本発明の線材・棒鋼においては、必要によって、更にＣｒ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）およびＮｉ：２％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上の元素を含有させたものであってもよく、この場合には、ミクロ組織中のフェライト分率Vf（面積％）が、下記（３）式で規定されるフェライト分率Vfe2との関係で下記（４）式を満足する様にすれば良い。
0003999457.tif 000002
但し、[C]，[Si]，[Mn]，[Cr]，[Mo]および[Ni]は、夫々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，ＭｏおよびＮｉの含有量（質量％）を意味する。
１．０５Vfe2≦Vf≦２．０Vfe2                              ……（４）
【００１２】
また本発明の線材・棒鋼には、必要によって（１）Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）およびＺｒ：０．２％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上の元素、（２）Ｂ：０．０００５〜０．００５％等を含有させることも有効であり、これによって線材・棒鋼の特性を更に向上させることができる。
【００１３】
一方、本発明の線材・棒鋼を製造するには、熱間仕上げ圧延温度を８００〜１０００℃とすると共に、圧延後における８５０〜６００℃の温度領域で平均冷却速度を３℃／秒以下として冷却する様にすれば良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成する為に様々な角度から検討した。その結果、化学成分組成を適正に調整すると共に、ミクロ組織中のフェライト分率が、所定の式[前記（１），（３）式]で規定されるフェライト分率Vfe1，Vfe2との関係で適切な範囲となる様に制御してやれば［前記（２），（４）式］、上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明を完成した。
【００１５】
本発明の線材・棒鋼においては、その化学成分組成を適切に調整する必要があるが、その範囲限定理由は次の通りである。
【００１６】
Ｃ：０．１〜０．６％
Ｃは線材・棒鋼に所定の強度を与えるのに必要な元素であり、その為には少なくとも０．１％以上含有させる必要がある。また、Ｃ含有量が０．１未満では、フェライト分率が大きくなって、後述するＡｌ添加効果が発揮されなくなる。しかしながら、Ｃの含有量が過剰になると、変形抵抗を著しく上昇させるのでその上限を０．６％とする必要がある。尚Ｃ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、好ましい上限は０．５％である。
【００１７】
Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）
Ｓｉは製鋼段階で脱酸剤として添加されるが、その含有量が過剰になると、変形抵抗を著しく高めるので、その上限は０．５％とする必要がある。尚Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．２５％である。
【００１８】
Ｍｎ：１％以下（０％を含まない）
Ｍｎは不純物であるＳを固定して無害化するのに必要な元素であり、鋼の強度や靭性の向上の為に添加されるが、過剰に含有させると焼入れ性が向上して熱間圧延ままでベイナイトなどが生成することにより変形抵抗の上昇を招くので、１％ 以下とする必要がある。尚Ｍｎ含有量の好ましい下限は、０．１５％であり、好ましい上限は０．８％である。
【００１９】
Ａｌ：０．１〜１．０％
Ａｌは製鋼工程における脱酸剤として作用し、また圧延材のフェライト分率を増加させ、硬さを低下させて変形抵抗を低減させるの有効である。これらの効果を発揮させるためには、０．１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ａｌを過剰に含有させると、パーライトの変態温度が低下してパーライトの硬さが上昇して引張強さを低下させるのには逆効果となるので、１．０％を上限とする。尚Ａｌ含有量の好ましい下限は０．３％であり、好ましい上限は０．８％である。
【００２０】
Ｐ：０．０２％以下（０％を含む），Ｓ:０．０３％以下（０％を含む）
ＰやＳは、粒界に偏析し或は化合物として存在して冷間加工性を阻害するので、Ｐについては０．０２％以下、Ｓについては０．０３％以下に夫々抑制する必要がある。尚これらの元素は、いずれも好ましくは０．０１％以下とするのが良い。
【００２１】
Ｎ：０．０１％以下（０％を含む）
Ａｌを上記の範囲で含む線材・棒鋼にあっては、Ｎ含有量が過剰になると、粗大なＡｌＮが生成して加工時に表面割れや内部割れを発生させるので、良好な冷間加工性を発揮させる為には、Ｎ含有量は０．０１％以下に抑制する必要がある。
【００２２】
本発明の線材・棒鋼における基本的な化学成分組成は上記の通りであり、残部はＦｅおよび不可避不純物からなるものであるが、本発明の線材・棒鋼においては、必要によって、
（１）Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）およびＮｉ：２％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上、
（２）Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）およびＺｒ：０．２％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上、
（３）Ｂ：０．０００５〜０．００５％、
等を含有させることも有効であり、これによって鋼線材の特性を更に向上させることができる。これらの元素の範囲限定理由は下記の通りである。尚これらの成分以外にも、本発明の鋼線材には、その特性を阻害しない程度の微量成分（例えば、Ｃｕ，Ｃａ等）を含み得るものであり、こうした鋼線材も本発明の範囲に含まれものである。
【００２３】
Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）およびＮｉ：２％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上の元素
Ｃｒ，ＭｏおよびＮｉは焼入れ調整元素であり、焼入れ焼戻しによって強度と靭性を調整する為に添加される。しかしながら、過剰に含有させると変形抵抗の上昇を招くので好ましくない。こうした観点から、Ｃｒはその上限を１．５％、Ｍｏはその上限を１％、Ｎｉはその上限を２％とした。尚これらの元素添加による上記効果は、上記範囲内で含有量を増加させるにつれて大きくなるが、上記効果を発揮させる為には、いずれも０．１％以上含有させることが好ましい。
【００２４】
Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５以下（０％を含まない）Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）およびＺｒ：０．２％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上の元素
Ｔｉ，Ｖ，ＮｂおよびＺｒは、いずれも微細な炭窒化物を形成して表面近傍の組織を微細化させる為に添加される。本発明においては、Ｎの抑制も重要なポイントであり、これら元素の添加により、固溶ＮをＡｌでなくこれらの元素によって固定することは、Ａｌ添加効果を一層顕著にすることができる。しかしながら、過剰に含有させると変形抵抗の上昇を招くので好ましくない。こうした観点から、上限はＴｉ，Ｎｂ，Ｚｒについては０．２％、Ｖについては０．５％とした。尚これらの元素添加による上記効果は、上記範囲内で含有量を増加させるにつれて大きくなるが、上記効果を発揮させる為には、Ｔｉ，ＮｂおよびＺｒは０．００５％以上、Ｖは０．０１％以上含有させることが好ましい。また、これらの元素の好ましい上限は、Ｔｉは０．０５％、Ｖは０．４％、ＮｂおよびＺｒは０．１％である。
【００２５】
Ｂ：０．０００５〜０．００５％
Ｂは焼き入れ性の確保に有効な元素であり、こうした効果を発揮させるためには０．０００５％以上含有させるのが良いが、過剰に含有させると鉄との化合物を形成して加工時の割れ、表面欠陥の原因となるので、０．００５％以下とするのが良い。尚、Ｂを含有させるときの好ましい下限は０．００１％であり、好ましい上限は０．００４％である。
【００２６】
本発明では、化学成分を適切に調整するだけではその目的を達成することができず、ミクロ組織中のフェライト分率も適切な範囲に制御する必要がある。即ち、本発明の線材・棒鋼中のフェライト分率Vf(面積％)と、前記（１）式［または（３）式］で規定されるフェライト分率Vfe1［またはVfe2］（面積％)とが、前記（２）式［または（４）式］の関係を満足する必要がある。
【００２７】
前記フェライト分率Vfが１．０５Vfe1未満または１．０５Vfe2未満（即ち、１．０５＜Vf／Vfe1または１．０５＜Vf／Vfe2）では、フェライトの生成が少なくなって軟質化効果が発揮されず、引張り強さが低下しない。一方、前記フェライト分率Vfが２．０Vfe1または２．０Vfe2を超える（即ち、Vf／Vfe1＜２．０またはVf／Vfe2＜２．０）様にするには、少なくともＡｌの含有量を１．０％超とする必要があり、前述の如く、変形抵抗の低下（引張り強度の低下）には却って逆効果となる。
【００２８】
尚、前記フェライト分率Vfは、後記実施例に示した方法によって実測した値であり、フェライト分率Vfe1またはVfe2は、前記（１）式または（３）式によって計算される計算値であり、この（１）式または（３）式は、種々の成分の鋼について、オーステナイト化後に１０℃／時以下の冷却速度で冷却し、完全に焼きなました試料のフェライト分率を測定し、成分との関係を求めたものである。
【００２９】
次に、本発明における製造条件について説明する。本発明方法においては、まず熱間仕上げ圧延温度を８００〜１０００℃として圧延を行なう必要がある。この熱間仕上げ圧延温度は、ある程度低温であった方が、オーステナイト粒径が微細化して焼き入れ性が低下するので、軟質化には好ましい。しかしながら、熱間仕上げ圧延温度が８００℃未満では、圧延機に大きな負担がかかるばかりか、圧延組織が微細化してしまい、微細化による強度上昇効果が顕著になって、軟質化には逆効果となる。但し、この温度があまり高くなり過ぎると、オーステナイト粒径があまり大きくなり過ぎて、圧延後の組織が粗大組織になって軟質化が困難になる。
【００３０】
圧延後の冷却工程では、８５０〜６００℃の温度領域（線材表面の温度領域）を平均冷却速度が３℃／秒以下となる様に冷却する必要があるが、これは次の理由によるものである。まず平均冷却速度が３℃／秒よりも大きくなると、線材・棒鋼中のフェライトの生成が少なくなって（フェライト分率が低くなって）、期待する軟質化が達成されない。尚、この平均冷却速度の好ましい上限は、２．５℃／秒程度である。また、この平均冷却速度があまり小さくなり過ぎると、大掛りな設備が必要になり、エネルギー消費が大きくコストアップを招くので、０．８℃／秒程度以上とすることが好ましい。
【００３１】
一方、上記の平均冷却速度で冷却すべき温度領域を８５０〜６００℃としたのは、この温度領域が変態に最も関与する領域であり、冷却による組織調整が最も反映される温度領域であるからである。従って、本発明においては、少なくとも８５０〜６００℃の温度領域を上記の平均冷却速度で冷却すれば良く、６００℃未満若しくは８５０℃を超える温度領域における平均冷却速度に関してはそれほど考慮する必要がなく、例えば３℃／秒超としても良い。
【００３２】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３３】
【実施例】
下記表１に示す化学成分組成の供試鋼を用い、下記表２に示す製造条件で直径：１０ｍｍの線材を作製した。得られた線材について、引張り試験による引張り強度ＴＳを測定して変形抵抗の評価（ＴＳが６５０ＭＰａ以下を「○」、６５０ＭＰａ超を「×」）を行なうと共に、表面疵の有無や線材のフェライト分率Vfを下記の方法によって調査した。尚、表面疵については、冷間加工による割れを抑制するためには、一定以下にする必要があるために調査したものである。
【００３４】
（フェライト分率Vfの測定法）
試験片（線材）を切断して樹脂に埋め込んで研磨し、ナイタールで腐食させた後、光学式顕微鏡で組織を観察し、試験片の表面と中心の中間の位置で、４００倍の写真を任意に１０枚撮影し、画像解析によってフェライト分率を測定した。
【００３５】
（表面疵の調査）
目視で検査して、幅、深さともに０．０５ｍｍ、長さ５ｍｍを評価基準とし、これよりも大きな表面疵がある場合を「×」、これよりも小さいか疵がない場合を「○」として評価した。
【００３６】
これらの結果を、一括して下記表２に示す。
【００３７】
【表１】
0003999457.tif 000003
【００３８】
【表２】
0003999457.tif 000004
【００３９】
これらの結果から明らかなように、化学成分組成およびフェライト分率を適切に調整した実施例のものでは、熱間圧延のままであっても優れた冷間鍛造性を有していることが分かる。
【００４０】
次に、前記表１の鋼種Ａを用い、圧延条件を下記表３となる様に変化させて、直径：１０ｍｍの線材を作製し、上記と同様して評価した。その結果を、表３に併記するが、製造条件を適切に規定してフェライト分率を適正な範囲内となる様に制御することによって良好な鍛造性が得られていることが分かる。
【００４１】
【表３】
0003999457.tif 000005
【００４２】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、熱間圧延のままであっても優れた冷間加工性を有する鋼線材が実現できた。