(57)【要約】【課題】加熱処理の時間を短縮化した球状化焼鈍を施した場合であっても、十分に軟質化され、冷間加工性に優れた過共析鋼線の製造方法を提供する。【解決手段】圧延線材を得る圧延工程と球状化焼鈍する熱処理工程とを含み、圧延工程は、鋼材を７５０〜８００℃の仕上げ圧延温度で仕上げ圧延する工程と、仕上げ圧延温度から６５０℃まで１℃／秒未満の平均冷却速度で冷却する工程と、を含み、熱処理工程は、圧延線材を、室温から８００〜８８０℃の加熱温度Ｔ１まで１０℃／秒以上の平均加熱温度で加熱する工程と、加熱温度Ｔ１で０〜３０秒保持する工程と、加熱温度Ｔ１から徐冷開始温度Ｔ２（＝８８０−０．２×Ｔ１）まで１０℃／秒以上の平均冷却速度で冷却する工程と、徐冷開始温度Ｔ２から徐冷終了温度Ｔ３（＝Ｔ２−４０）まで０．０３〜１℃／秒の平均冷却速度で冷却する工程と、を含む、Ｃ含有量が０．８〜１．３質量％である過共析鋼線の製造方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ含有量が０．８〜１．３質量％である過共析鋼線を製造する方法であって、
鋼材を圧延して圧延線材を得る圧延工程と、前記圧延線材を球状化焼鈍する熱処理工程と、を含み、
前記圧延工程は、
前記鋼材を７５０〜８００℃の仕上げ圧延温度で仕上げ圧延する工程と、
前記仕上げ圧延後、前記仕上げ圧延温度から６５０℃以下の温度まで、１℃／秒未満の平均冷却速度で冷却する工程と、を含み、
前記熱処理工程は、
前記圧延線材を、室温から、８００〜８８０℃の加熱温度Ｔ１まで、１０℃／秒以上の平均加熱温度で加熱する工程と、
前記加熱温度Ｔ１で０〜３０秒保持する工程と、
前記加熱温度Ｔ１から下記式（１）で表される徐冷開始温度Ｔ２まで、１０℃／秒以上の平均冷却速度で冷却する工程と、
前記徐冷開始温度Ｔ２から、下記式（２）で表される徐冷終了温度Ｔ３まで、０．０３〜１℃／秒の平均冷却速度で冷却する工程と、を含む、
過共析鋼線の製造方法。
Ｔ２（℃）＝８８０−０．２×Ｔ１      ・・・（１）
Ｔ３（℃）＝Ｔ２−４０      ・・・（２）
【請求項２】
前記圧延工程の後、前記熱処理工程の前に、前記圧延線材に、減面率が０％超、３０％以下の伸線加工を行う、請求項１に記載の過共析鋼線の製造方法。
【請求項３】
前記加熱する工程において、高周波加熱法または通電加熱法により前記圧延線材を加熱する、請求項１または２に記載の過共析鋼線の製造方法。
【請求項４】
前記保持する工程において、前記圧延線材を、加熱温度Ｔ１で０秒超３０秒以下保持する、請求項１〜３のいずれかに記載の過共析鋼線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過共析鋼線の製造方法に関する。より詳細には、軸受要素部品の素材として用いられる過共析鋼線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受を構成するボール、コロ、ニードルおよびシャフトなどの素材として用いられる過共析鋼線（例えば、ＳＵＪ２）には、後加工である切断および冷間鍛造、さらには切削などの冷間成形を容易にし、また耐摩耗性を向上させる目的から、熱間圧延により得た圧延線材に対して球状化焼鈍が施されている。従来、球状化焼鈍は、熱間圧延後に１０〜２５時間程度を要している。
【０００３】
このため、省エネルギーの観点から、球状化焼鈍時間の短縮化が要求されている。球状化焼鈍時間を短縮する方法として、様々な方法が提案されている。
例えば特許文献１には、熱間圧延後の線材を巻き戻し、急速加熱が可能な誘導加熱装置を用いて球状化焼鈍処理する方法が開示されている。この方法によれば、球状化焼鈍処理をインラインで行えるため、従来のバッチ炉等を用いたオフライン熱処理に比べて、大幅に時間を短縮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２３２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の鋼線の製造方法を含め、これまで提案されている鋼線の製造方法は、球状化焼鈍時間を大幅に短縮しているものの、得られる鋼線の硬度が高すぎるため、十分な冷間加工性が得られない場合があるという問題があった。
【０００６】
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、通常よりも加熱処理の時間を短縮化した球状化焼鈍処理を施した場合であっても、十分に軟質化され、冷間加工性に優れた過共析鋼線の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様１は、Ｃ含有量が０．８〜１．３質量％である過共析鋼線を製造する方法であって、鋼材を圧延して圧延線材を得る圧延工程と、前記圧延線材を球状化焼鈍する熱処理工程と、を含み、前記圧延工程は、前記鋼材を７５０〜８００℃の仕上げ圧延温度で仕上げ圧延する工程と、前記仕上げ圧延後、前記仕上げ圧延温度から６５０℃まで、１℃／秒未満の平均冷却速度で冷却する工程と、を含み、前記熱処理工程は、前記圧延線材を、室温から、８００〜８８０℃の加熱温度Ｔ１まで、１０℃／秒以上の平均加熱温度で加熱する工程と、前記加熱温度Ｔ１で０〜３０秒保持する工程と、前記加熱温度Ｔ１から下記式（１）で表される徐冷開始温度Ｔ２まで、１０℃／秒以上の平均冷却速度で冷却する工程と、前記徐冷開始温度Ｔ２から、下記式（２）で表される徐冷終了温度Ｔ３まで、０．０３〜１℃／秒の平均冷却速度で冷却する工程と、を含む、過共析鋼線の製造方法である。
Ｔ２（℃）＝８８０−０．２×Ｔ１      ・・・（１）
Ｔ３（℃）＝Ｔ２−４０      ・・・（２）
【０００８】
本発明の態様２は、前記圧延工程の後、前記熱処理工程の前に、前記線材に、減面率が０％超、３０％以下の伸線加工を行う、態様１に記載の過共析鋼線の製造方法である。
【０００９】
本発明の態様３は、前記加熱する工程において、高周波加熱法または通電加熱法により前記圧延線材を加熱する、態様１または２に記載の過共析鋼線の製造方法である。
【００１０】
本発明の態様４は、前記保持する工程において、前記圧延線材を、加熱温度Ｔ１で０秒超３０秒以下保持する、態様１〜３のいずれかに記載の過共析鋼線の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、通常よりも加熱処理の時間を短縮化した球状化焼鈍を施した場合であっても、十分に軟質化され、冷間加工性に優れた過共析鋼線の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、通常よりも加熱処理の時間を短縮化した球状化焼鈍（以下、「短時間球状化焼鈍」と記すことがある）を施した場合であっても、十分に軟質化され、冷間加工性に優れた過共析鋼線の製造方法を実現すべく、様々な角度から検討した。
その結果、短時間球状化焼鈍を施した場合でも、十分に軟質化され、冷間加工性に優れた過共析鋼線を得るためには、球状化焼鈍処理の前組織、すなわち、熱間圧延材の圧延組織における、粒界セメンタイトの量を多くし、パーライト中の層状セメンタイトの量を少なくすることが重要であるとの着想が得られた。
【００１３】
過共析鋼の圧延組織は、粒界に析出した初析セメンタイト（以下において、「粒界セメンタイト」と記すことがある）とパーライトとから構成される。過共析鋼の圧延材を、Ａ１点とＡｃｍ点との間の温度域に加熱保持する球状化焼鈍処理をすると、圧延材のパーライト中のセメンタイトは素地のオーステナイト中および粒界セメンタイト中に固溶し、固溶しなかった一部のセメンタイト粒子が残存する。これを徐冷すると、Ａ１点（Ａｒ１を意味する）を通過するときに、オーステナイトはパーライトとはならず、分解生成物のセメンタイトは、高温で残存していたセメンタイト粒子を核としてその上に成長し、フェライト組織中に球状セメンタイトが分散した組織が得られる。
フェライト中に分散した微細な球状セメンタイトは、結晶粒内を移動する転位の運動を抑制（すなわち、粒子分散強化）している。そのため、球状化処理後の過共析鋼線の硬度は、フェライト結晶粒内に析出した微細な球状セメンタイトによる粒子分散強化が支配的となっている。
【００１４】
本発明者らは、従来の短時間球状化焼鈍を施して得られる過共析鋼線は、球状化焼鈍時間が短いために十分に球状化した組織が得られず、とりわけこのような、十分に球状化されなかった微細な球状セメンタイトが粒子分散強化に寄与し、球状化処理後の鋼線の硬度を高くしていることに着眼した。
すなわち、短時間球状化焼鈍を施した場合でも、十分に軟質化され、冷間加工性に優れた過共析鋼線を得るためには、粒子分散強化に寄与するフェライト組織中の微細な球状セメンタイトそのものの量を少なくすることが重要であると考えた。
本発明者らはさらに鋭意検討した結果、球状化焼鈍前の熱間圧延の際に、仕上げ圧延を従来よりも低温で行い、かつ仕上げ圧延後の徐冷速度を適切に制御することで、冷却時に析出する初析セメンタイトを従来よりも粗大にすることができ、そのため粒界セメンタイト量が増加しており、かつパーライト中のセメンタイト量が少ない圧延組織が得られることを見出した。このような圧延組織を有する線材であれば、球状化焼鈍を施した際に、粒子分散強化に寄与するフェライト中の微細な球状セメンタイトの量を少なくできるため、球状化焼鈍を短縮化した場合であっても、十分に軟質化された、冷間加工性に優れる過共析鋼線が得られることを見出したのである。
以下に、本発明に係る実施形態の製造方法の詳細を示す。
【００１５】
なお、本明細書において、「線材」とは、圧延線材の意味で用い、熱間圧延後、室温まで冷却した線状の鋼材を指す。また、「鋼線」とは、圧延線材に球状化焼鈍等の調質処理が施された線状の鋼材を指す。また、本明細書において線材および鋼線を含む鋼材の「温度」とは、例えば放射温度計等により測定することができる線状の鋼材の表面温度を意味する。鋼材の線径が２５ｍｍ以下であれば、仕上げ圧延後の鋼材の内部温度は均一になっており、鋼材の表面温度を鋼材の内部温度と見なすことができる。
【００１６】
本発明の実施形態に係る過共析鋼線の製造方法は、Ｃ含有量が０．８〜１．３質量％である鋼材を、適切な仕上げ圧延温度で仕上げ圧延し、仕上げ圧延後に適切な冷却速度で冷却して圧延線材を得る圧延工程と、得られた圧延線材を、適切な温度、保持時間および加熱・冷却速度により球状化焼鈍する熱処理工程と、を含む。
【００１７】
なお、本発明の実施形態に係る製造方法が対象とする過共析鋼線は、組成としてＣ含有量が０．８〜１．３質量％であることを要する。Ｃ以外の他の化学成分の組成については、特別な限定を加える必要はなく、軸受要素部品の素材として用いられる過共析鋼線に通常含まれる範囲で他の成分を含んでもよい。
【００１８】
具体的には、本発明の実施形態に係る過共析鋼線のＣ以外の化学組成は、例えば、質量％で、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：１．３０〜１．６０％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる。
以下に、Ｃ以外の元素についての好ましい含有量を例示する。なお、％は質量％である。
【００１９】
Ｓｉ：０．１５〜０．３５％
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効な元素であり、また、転動疲労寿命向上のためにも非常に有効な元素である。Ｓｉが０．１５％未満では上記の効果が発揮できず、０．３５％を超えるとマトリックス硬さを増大させ被削性を劣化させる。Ｓｉの好ましい含有量は、０．１７〜０．３３％であり、より好ましくは、０．２０〜０．３０％である。
【００２０】
Ｍｎ：０．５％以下
Ｍｎは、脱酸、脱硫剤として利用される。また、焼入性の向上に大きく寄与し、転動疲労寿命を向上させる上で非常に有効な元素であるが、被削性を阻害するので、０．５％以下とする。Ｍｎの好ましい含有量は、０．４８％以下であり、より好ましくは、０．４５％以下である。
【００２１】
Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは、多く含有すると介在物を形成し衝撃値、転動疲労寿命を劣化させる。Ｐの好ましい含有量は、０．０２３％以下であり、より好ましくは、０．０２０％以下である。
【００２２】
Ｓ：０．０２５％以下
Ｓは、被削性を改善するが、介在物を生成し脆化するので、０．０２５％以下とする。Ｓの好ましい含有量は、０．０２３％以下であり、より好ましくは、０．０２０％以下である。
【００２３】
Ｃｒ：１．３０〜１．６０％
Ｃｒは、Ｃと結びついて微細な炭化物を形成し、耐摩耗性を付与すると共に、焼入性の向上に寄与する元素である。この様な効果を発揮させるには、Ｃｒ含有量を１．３０％以上とする。しかし、Ｃｒが過剰に存在すると、粗大な炭化物が生成し、転動疲労寿命が却って低下する。従ってＣｒ量は１．６０％以下とする。Ｃｒの好ましい含有量は、１．３２〜１．５８％であり、より好ましくは、１．３５〜１．５５％である。
【００２４】
以下に本発明の実施形態に係る製造方法が規定する各要件の詳細を示す。
【００２５】
１．圧延工程
圧延工程では、Ｃ含有量が０．８〜１．３質量％である鋼材を熱間加工して、圧延線材を得る。本発明の実施形態に係る製造方法に係る圧延工程は、
（ａ）鋼材を７５０〜８００℃の仕上げ圧延温度で仕上げ圧延する工程と、
（ｂ）仕上げ圧延後、仕上げ圧延温度から６５０℃まで、１℃／秒未満の平均冷却速度で冷却する工程と、
を含む。こうした条件で仕上げ圧延およびその後の冷却を行うことにより、粒界セメンタイトが粗大かつ多量であり、パーライト組織中の層状セメンタイト量が少ない組織を有する圧延線材を得ることができる。そして、このような組織を有する圧延線材に対して、後述する条件で球状化焼鈍を行うことによって、粒子分散強化に寄与するフェライト中の球状セメンタイトの量を十分に少なくでき、十分に軟質化され冷間加工性に優れた過共析鋼線を得ることができる。
仕上げ圧延、およびその後の冷却について、以下に詳しく説明する。
【００２６】
（ａ）仕上げ圧延する工程：
熱間圧延の際の仕上げ圧延温度は、７５０〜８００℃である。
仕上げ圧延温度を適切に制御することにより、初析セメンタイトの析出を促進することができ、粒界セメンタイトが粗大かつ多量であり、かつパーライト組織中の層状セメンタイト量が少ない組織を有する圧延線材を得ることができる。初析セメンタイトの析出を促進するためには、仕上げ圧延温度を低温にすることが有効である。
仕上げ圧延温度が８００℃を超えると、初析セメンタイトの析出量が不十分となり、パーライト組織中の層状セメンタイトが増加し、最終的に得られる鋼線の硬さが高くなる。そのため、仕上げ圧延温度の上限は８００℃以下であり、好ましくは７９５℃以下、より好ましくは７９０℃以下である。
一方、仕上げ圧延温度が７５０℃を下回ると、圧延ロールの負荷が高まり、生産性が悪くなる。そのため、仕上げ圧延温度の下限は７５０℃以上であり、好ましくは７５５℃以上、より好ましくは７６０℃以上である。
【００２７】
仕上げ圧延温度は、例えば放射温度計等により、仕上げ圧延直後、すなわち圧延ロールを出た直後の鋼材の温度を測ることにより確認することができる。
【００２８】
（ｂ）仕上げ圧延後の冷却する工程：
仕上げ圧延後、鋼材を７５０〜８００℃の仕上げ圧延温度から少なくとも６５０℃まで、１℃／秒未満の平均冷却速度で冷却する。
上述した仕上げ圧延温度の条件により仕上げ圧延した鋼材を、Ａｒ１点まで徐冷することにより、初析セメンタイトの析出を促進し、粗大化することができ、圧延組織のパーライト中のセメンタイトの量を少なくできる。その結果、後述する球状化焼鈍を行うことにより、フェライト中の球状セメンタイトの量が十分に少なく、十分に軟質化した鋼線を得ることができる。
仕上げ圧延温度から６５０℃までの平均冷却速度が１℃／秒以上となると、初析セメンタイトが十分に粗大化せず、パーライト中のセメンタイトの量が増加し、球状化焼鈍により最終的に得られる鋼線の硬さが高くなる。そのため、平均冷却速度の上限は１℃／秒未満であり、好ましくは０．８℃／秒以下、より好ましくは０．５℃／秒以下である。
仕上げ圧延温度から６５０℃までの平均冷却速度が０．０１℃／秒を下回ると、冷却に長時間必要になり、生産性が悪化する。そのため平均冷却速度の下限は、０．０１℃／秒以上であることが好ましい。より好ましくは０．０３℃／秒以上、さらに好ましくは０．０５℃／秒以上である。
【００２９】
このような平均冷却速度は、例えばステルモア冷却の条件を制御することで調整することができる。例えば、風量を少なくする、風速を遅くする、コンベア速度を遅くする、巻き密度を小さくする、または保温カバーを設けることにより、平均冷却速度を小さくすることができる。
【００３０】
また、平均冷却速度は、放射温度計等により圧延材の温度を測ることにより求めてよい。平均冷却速度の算出方法として、冷却速度を制御しているコンベア上の任意の場所、線材（コイル）の両端部の各１０巻きを除く領域において、少なくとも５点の場所にて、線材の温度を測定する。測定する領域は、線材同士が重なりあっている、いわゆる密部とする。コンベア速度および最初に測定した場所からの距離を基に、最初の測定場所から他の各測定場所までのコイルが移動する所要時間を算出し、線材の温度と所要時間との関係を、最小二乗法を用いて一次関数として表し、その傾きから平均冷却速度を算出する。
【００３１】
仕上げ圧延温度から６５０℃までを上述した平均冷却速度で冷却した後は、放冷などの通常の冷却により室温まで冷却を行ってもよい。また、６５０℃より低い温度（例えば、５００℃）まで、上述した仕上げ圧延温度から６５０℃までの平均冷却速度と同等の冷却速度で冷却を継続してもよい。
【００３２】
２．熱処理工程
上述した圧延工程で得られる圧延線材の組織は、粒界セメンタイトが粗大かつ多量であり、またパーライト中の層状セメンタイトが少量になっている。そのため、このような圧延線材に対し、適切な条件で熱処理（球状化焼鈍）を行うと、鋼線の硬度上昇に寄与するフェライト中の微細な球状セメンタイト量が少なく、その結果、十分に軟質化され、冷間加工性に優れている鋼線を得ることができる。本発明の実施形態に係る製造方法に係る熱処理工程は、
（ａ）圧延線材を、室温から、８００〜８８０℃の加熱温度Ｔ１まで、１０℃／秒以上の平均加熱温度で加熱する工程と、
（ｂ）加熱温度Ｔ１で０〜３０秒保持する工程と、
（ｃ）加熱温度Ｔ１から徐冷開始温度Ｔ２まで、１０℃／秒以上の平均冷却速度で冷却する工程と、
（ｄ）徐冷開始温度Ｔ２から、徐冷終了温度Ｔ３まで、０．０３〜１℃／秒の平均冷却速度で冷却する工程と、を含む。
熱処理の各工程について、以下に詳しく説明する。
【００３３】
（ａ）圧延線材を、室温から加熱温度Ｔ１まで加熱する工程：
圧延線材（以下において、「被処理材」ともいう）を、室温から、８００〜８８０℃の加熱温度Ｔ１まで加熱する。
加熱温度Ｔ１が８００℃を下回ると、パーライト中の層状セメンタイトの分解およびオーステナイト中への固溶が不十分となり、球状化組織が得られなくなり、最終的に得られる鋼線は硬くなり、冷間加工性が低下する。そのため、加熱温度Ｔ１の下限は８００℃以上である。好ましくは８１０℃以上、より好ましくは８２０℃以上である。
一方、加熱温度Ｔ１が８８０℃を超えると、パーライト中の層状セメンタイトが過剰に分解およびオーステナイト中に固溶し、球状化の核となるセメンタイト粒子が過度に少なくなる。それにより、冷却工程によって球状化組織が十分に得られなくなるため、得られる鋼線は硬くなり、冷間加工性が低下する。そのため、加熱温度Ｔ１の上限は８８０℃以下であり、好ましくは８７０℃以下、より好ましくは８６０℃以下である。
【００３４】
また、球状化焼鈍の処理時間を短くするには、室温から加熱温度Ｔ１までの加熱速度を速くすることが有効である。室温から加熱温度Ｔ１までの平均加熱速度が、１０℃／秒未満であると、球状化処理時間が長くなる。そのため平均加熱速度の下限は１０℃／秒以上であり、好ましくは２０℃／秒以上、より好ましくは３０℃／秒以上である。
室温から加熱温度Ｔ１までの加熱は、高周波加熱法、通電加熱法およびその他の加熱手段により行ってよい。このような加熱手段により加熱することで、被処理材を急速に加熱することができ、球状化処理時間を短くすることができる。また、このような加熱手段により加熱することで、被処理材を均一に加熱することができ、被処理材の内部のパーライト組織の分解をより促進することができ、後の冷却工程で球状化を促進することができる。
【００３５】
このような平均加熱速度は、放射温度計等により被処理材の温度を測ることにより求めてよい。平均冷却速度の算出方法として、冷却速度を制御しているコンベア上の任意の場所、線材（コイル）の両端部の各１０巻きを除く領域において、少なくとも５点の場所にて、線材の温度を測定する。測定する領域は、線材同士が重なりあっている、いわゆる密部とする。コンベア速度および最初に測定した場所からの距離を基に、最初の測定場所から他の各測定場所までのコイルが移動する所要時間を算出し、線材の温度と所要時間との関係を、最小二乗法を用いて一次関数として表し、その傾きから平均冷却速度を算出する。
【００３６】
（ｂ）加熱温度Ｔ１で保持する工程：
被処理材を、８００〜８８０℃の加熱温度Ｔ１で０〜３０秒間保持する。８００〜８８０℃の加熱温度で保持することにより、パーライト中の層状セメンタイトの分解を促進し、オーステナイト中への固溶を促進することができる。
加熱温度Ｔ１での保持時間は、好ましくは０秒超、より好ましくは５秒以上、さらに好ましくは１０秒以上である。
加熱温度Ｔ１での保持時間が３０秒を超えると、パーライト中の層状セメンタイトが過剰に固溶してしまい、球状化の核となるセメンタイト粒子が過度に少なくなる。それにより、冷却工程によって球状化組織が十分に得られなくなるため、得られる鋼線は硬くなり、冷間加工性が低下する。そのため、加熱温度Ｔ１での保持時間は３０秒以下であり、好ましくは２５秒以下、より好ましくは２０秒以下である。
【００３７】
なお、当該工程において「被処理材を、８００〜８８０℃の加熱温度Ｔ１で０〜３０秒保持する」とは、「被処理材が８００〜８８０℃の温度域にある時間が、０〜３０秒である」ことを指し、８００〜８８０℃の温度域の特定温度で被処理材を保持することに留まらず、当該温度域で昇温および／または降温の処理を受けてもよいことを意味する。
また、“８００〜８８０℃の加熱温度Ｔ１で「０秒間保持」する”とは、８００〜８８０℃の加熱温度Ｔ１に達した後、加熱温度Ｔ１に維持することなく冷却することを意味する。このように「０秒間保持」する場合であっても、パーライト中の層状セメンタイトの分解を促進し、オーステナイト中への固溶を促進することができる。
【００３８】
（ｃ）加熱温度Ｔ１から徐冷開始温度Ｔ２まで冷却する工程：
被処理材を、加熱温度Ｔ１から下記式（１）により算出される徐冷開始温度Ｔ２まで、１０℃／秒以上の平均冷却速度で冷却する。
Ｔ２（℃）＝８８０−０．２×Ｔ１・・・（１）
Ｔ２までの平均冷却速度が１０℃／秒を超えると、球状化処理の時間が短縮できないだけでなく、球状化の核となるセメンタイト粒子がオーステナイト中に過度に固溶するので、後の冷却工程（徐冷）によって球状化組織が十分に得られなくなり、得られる鋼線は硬くなり、冷間加工性が低下する。そのため、加熱温度Ｔ１から徐冷開始温度Ｔ２まで、平均冷却速度１０℃／秒以上で冷却する。加熱温度Ｔ１から徐冷開始温度Ｔ２までの平均冷却速度は、好ましくは２０℃／秒以上であり、より好ましくは３０℃／秒以上である。
【００３９】
このような平均冷却速度は、放射温度計等により被処理材の温度を測ることにより求めてよい。平均冷却速度の算出方法として、冷却速度を制御しているコンベア上の任意の場所、線材（コイル）の両端部の各１０巻きを除く領域において、少なくとも５点の場所にて、線材の温度を測定する。測定する領域は、線材同士が重なりあっている、いわゆる密部とする。コンベア速度および最初に測定した場所からの距離を基に、最初の測定場所から他の各測定場所までのコイルが移動する所要時間を算出し、線材の温度と所要時間との関係を、最小二乗法を用いて一次関数として表し、その傾きから平均冷却速度を算出する。
【００４０】
（ｄ）徐冷開始温度Ｔ２から徐冷終了温度（Ｔ２−４０）℃まで冷却する工程：
被処理材を、徐冷開始温度Ｔ２から徐冷終了温度（Ｔ２−４０）℃まで１℃／秒以下の平均冷却速度で冷却する。このような平均冷却速度で冷却することにより、球状化を促進し、フェライト中の球状セメンタイトを粗大にすることができる。それにより鋼線の硬度を悪化させる（すなわち高くする）微細なセメンタイトの量を減少することができ、得られる鋼線の冷間加工性を高めることができる。
徐冷開始温度Ｔ２から徐冷終了温度（Ｔ２−４０）℃までの平均冷却速度が１℃／秒を超えると、球状化が十分に促進されず、フェライト中の球状セメンタイトを十分に粗大化することができない。そのため、硬度上昇に寄与する、微細なセメンタイト量が増加し、鋼線の硬さが高くなる。そのため、平均冷却速度の上限は、１℃／秒以下であり、好ましくは０．７℃／秒以下、より好ましくは０．５℃／秒以下である。
一方、徐冷開始温度Ｔ２から徐冷終了温度（Ｔ２−４０）℃までの平均冷却速度が０．０３℃／秒を下回ると、球状化処理時間が長くなる。そのため、平均冷却速度の下限は、０．０３℃／秒以上、好ましくは０．０５℃／秒以上、より好ましくは０．０７℃／秒以上である。
【００４１】
このような平均冷却速度は、放射温度計等により被処理材の温度を測ることにより求めてよい。平均冷却速度の算出方法として、冷却速度を制御しているコンベア上の任意の場所、線材（コイル）の両端部の各１０巻きを除く領域において、少なくとも５点の場所にて、線材の温度を測定する。測定する領域は、線材同士が重なりあっている、いわゆる密部とする。コンベア速度および最初に測定した場所からの距離を基に、最初の測定場所から他の各測定場所までのコイルが移動する所要時間を算出し、線材の温度と所要時間との関係を、最小二乗法を用いて一次関数として表し、その傾きから平均冷却速度を算出する。
【００４２】
３．伸線工程
本発明の実施形態に係る製造方法は、必要に応じて、上述した１．圧延工程で得られた圧延線材に対して、室温で伸線加工を行ってもよい。圧延線材に伸線加工を行うことにより、鋼中の炭化物が破壊され、その後の２．球状化焼鈍工程で炭化物の凝集を促進することができる、すなわち、セメンタイトの球状化を促進することができ、より軟質な鋼線を得ることができる。
【００４３】
伸線加工の減面率が３０％を超えると、球状化焼鈍後の硬度が高くなり、冷間加工性を劣化させるおそれがある。そのため、伸線加工の減面率は３０％以下が好ましく、より好ましくは２５％以下、さらに好ましくは２０％以下である。
減面率の下限は特に限定されないが、０％超であれば上述した効果を得ることができる。減面率は好ましくは５％以上であり、さらに好ましくは１０％以上である。
【実施例１】
【００４４】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。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、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４５】
下記表１に示す化学成分組成の鋼の熱間鍛造材から、機械加工によりφ２０ｍｍ×３０ｍｍの加工フォーマスタ用の試験片を得た。得られた加工フォーマスタ用の試験片を用いて、加工フォーマスタ試験機により、まず１０００℃で１２００秒保持したのちに、表２に記載の熱間加工条件にて加工熱処理試験を実施した。各試験片について、表２に記載の加工温度にて、３０ｍｍを１４ｍｍまで熱間圧縮加工を行い、その後、加工温度から６００℃まで表２に記載の冷却速度で冷却し、その後、室温まで放冷した。表２に記載の熱間加工条件は、実機における熱間圧延条件を模擬している。なお、表２中、加工温度は仕上げ圧延温度に相当し、冷却速度は仕上げ圧延温度から６５０℃までの冷却速度に相当する。
【００４６】
【表１】
2017214621.tif 000002
【００４７】
加工熱処理された加工フォーマスタ試験片の加工熱処理後の直径Ｄの１／４位置、高さ中心位置から、機械加工によりφ５ｍｍ×７．５ｍｍの加工フォーマスタ用の試験片を得た。得られた加工フォーマスタ用の試験片を用いて、加工フォーマスタ試験機により、表２に記載の球状化焼鈍条件にて熱処理試験を実施した。冷却１は、加熱温度から徐冷開始温度までの冷却を示し、冷却２は、徐冷開始温度から徐冷終了温度までの冷却を示す。試験Ｎｏ．３、８、９、１４は、伸線工程を模擬するために、球状化焼鈍条件の熱処理試験直前に、表２に記載の減面率に相当するひずみを導入するべく、冷間圧縮を施した。（例えば、伸線減面率３０％の場合、圧縮方向に３０％の圧縮変形を施した：７．５ｍｍ→５．２５ｍｍ）
【００４８】
【表２】
2017214621.tif 000003
【００４９】
表２に記載の条件にて加工熱処理試験、冷間圧縮試験および熱処理試験を実施した後の試験片について、下記の要領で球状化焼鈍後の硬さの測定を行った。いずれの測定においても、加工熱処理後の試験片の縦断面が観察できるように樹脂埋めし、熱処理後の直径Ｄの１／４位置、高さ中心±１．５ｍｍ以内の範囲で測定した。測定した球状化焼鈍後の硬さを表２に示す。球状化焼鈍後の基準の標硬さを２５０ＨＶ以下とした。
【００５０】
・球状化焼鈍後の硬さの測定
球状化焼鈍後の硬さの測定は、鏡面研磨した縦断面サンプルをビッカース硬度計を用いて、Ｄ／４位置にて荷重５００ｇｆで５点測定し、その平均値（ＨＶ）を求めた。
【００５１】
表２の結果より、次のように考察できる。表２のＮｏ．１〜１４はいずれも本発明で規定する製造条件、すなわち、仕上げ圧延条件および、球状化焼鈍における熱処理条件の全てを満足する例であり、短時間の球状化焼鈍処理でも、硬さが良好であり、軟質化を達成できている。
【００５２】
これに対して、表２のＮｏ．１５〜２０は、本発明で規定する要件のいずれかを欠く例であり、球状化焼鈍後の硬さが基準に達していない。
【００５３】
Ｎｏ．１５は、球状化焼鈍条件の加熱温度での保持時間が長いため、パーライトが過剰に固溶し、再生パーライトが多く析出し、球状化焼鈍後の硬さが高いままであった。
【００５４】
Ｎｏ．１６、１９は、冷却２（徐冷）の冷却速度が速いため、球状セメンタイトが粗大化せず、球状化焼鈍後の硬さが高いままであった。
【００５５】
Ｎｏ．１７は、加工温度が高いため、初析セメンタイト量が少なく、球状化焼鈍後の硬さが高いままであった。
【００５６】
Ｎｏ．１８は、熱間加工後の冷却速度が速いため、初析セメンタイト量が少なく、球状化焼鈍後の硬さが高いままであった。
【００５７】
Ｎｏ．２０は、球状化焼鈍の加熱温度が低いため、パーライトの分解・固溶が不十分で、球状化組織が得られず、硬さが高いままであった。