CN103080353A - 特殊钢钢丝及特殊钢线材 - Google Patents

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Abstract

本发明的特殊钢钢丝及特殊钢线材具有规定的组成，将C含量表示为(C%)时，在(C%)为0.35%以上且0.65%以下的情况下，珠光体的体积率为64×(C%)+52%以上，在(C%)为超过0.65%且0.85%以下的情况下，珠光体的体积率为94%以上且100%以下，剩余部分的组织由先共析铁素体或贝氏体中的1种或2种构成。另外，在从表面至1.0mm的深度为止的区域，纵横比为2.0以上的珠光体块的体积率为70%以上且95%以下，与轴向平行的剖面中的轴向与片层方向之间的角度为40°以下的珠光体的体积率相对于总珠光体为60%以上。

Description

特殊钢钢丝及特殊钢线材
技术领域
本发明涉及适合于抗拉强度为1200MPa以上且1500MPa以下的机械部件的特殊钢钢丝及特殊钢线材以及它们的制造方法等。
背景技术
螺栓、扭杆、稳定器等具有轴形状的汽车部件及各种产业机械部件是由线材制造的。并且，对于汽车及各种产业机械来说，以轻量化及小型化为目的，近年来要求具有1200MPa以上的抗拉强度的高强度的机械部件。
然而，伴随着机械部件的高强度化，因侵入钢材的氢的影响而在比正常预想的应力更小的应力下断裂的所谓的氢脆现象变得显著。该氢脆现象以各种形态出现。例如，对于汽车及建筑物等中所使用的螺栓来说，有时会产生被称为延迟断裂、即连结一段时间后突然发生断裂的现象。
因此，为提高高强度部件的抗氢脆特性进行了各种研究。对于高强度机械部件的例子之一的螺栓，作为提高耐延迟断裂特性的技术之一，已知有使用经拉丝加工的珠光体的技术(专利文献1～4)。
但是，即使利用这些现有技术，也很难提高抗拉强度为1200MPa以上的高强度的机械部件的抗氢脆特性。另外，还未开发出适合于这样的机械部件的钢丝及线材。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-281860号公报
专利文献2：日本特开2001-348618号公报
专利文献3：日本特开2004-307929号公报
专利文献4：日本特开2008-261027号公报
专利文献5：日本特开平11-315349号公报
专利文献6：日本特开2002-69579号公报
专利文献7：日本特开2000-144306号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供高强度且能够提高抗氢脆特性的特殊钢钢丝及特殊钢线材以及它们的制造方法等。
用于解决问题的手段
本发明的主要内容如下所述。
(1)一种特殊钢钢丝，其特征在于，以质量%计含有C：0.35%～0.85%、Si：0.05%～2.0%、Mn：0.20%～1.0%及Al：0.005%～0.05%，P含量为0.030%以下，S含量为0.030%以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，
将C含量表示为(C%)时，在(C%)为0.35%以上且0.65%以下的情况下，珠光体的体积率为64×(C%)+52%以上，在(C%)为超过0.65%且0.85%以下的情况下，珠光体的体积率为94%以上且100%以下，剩余部分的组织由先共析铁素体(也称为初析铁素体)或贝氏体中的1种或2种构成，
在从表面至1.0mm的深度为止的区域，纵横比为2.0以上的珠光体块(perlite block)的体积率为70%以上且95%以下，与轴向平行的剖面中的轴向与片层方向之间的角度为40°以下的珠光体的体积率相对于总珠光体为60%以上，
抗拉强度为1200MPa以上且低于1500MPa。
(2)根据(1)所述的特殊钢钢丝，其特征在于，N含量以质量%计为0.0050%以下。
(3)根据(1)或(2)所述的特殊钢钢丝，其特征在于，以质量%计进一步含有Cr：0.02%～1.0%或Ni：0.02%～0.50%中的1种或2种。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的特殊钢钢丝，其特征在于，以质量%计进一步含有Ti：0.002%～0.050%、V：0.01～0.20%或Nb：0.005%～0.100%中的1种或2种以上。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的特殊钢钢丝，其特征在于，以质量%计进一步含有B：0.0001%～0.0060%。
(6)根据(1)～(5)中任一项所述的特殊钢钢丝，其特征在于，以质量%计进一步含有Ca：0.001%～0.010%、Mg：0.001%～0.010%或Zr：0.001%～0.010%中的1种或2种以上。
(7)一种特殊钢线材，其特征在于，以质量%计含有C：0.35～0.85%、Si：0.05～2.0%、Mn：0.20～1.0%、P：0.030%以下、S：0.030%以下、Al：0.005～0.05%，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，
将C含量表示为(C%)时，在(C%)为0.35%以上且0.65%以下的情况下，珠光体的体积率为64×(C%)+52%以上，在(C%)为超过0.65%且0.85%以下的情况下，珠光体的体积率为94%以上且100%以下，剩余部分的组织由先共析铁素体或贝氏体中的1种或2种构成。
(8)根据(7)所述的特殊钢线材，其特征在于，N含量以质量%计为0.0050%以下。
(9)根据(7)或(8)所述的特殊钢线材，其特征在于，以质量%计进一步含有Cr：0.02%～1.0%或Ni：0.02%～0.50%中的1种或2种。
(10)根据(7)～(9)中任一项所述的特殊钢线材，其特征在于，以质量%计进一步含有Ti：0.002%～0.050%、V：0.01～0.20%或Nb：0.005%～0.100%中的1种或2种以上。
(11)根据(7)～(10)中任一项所述的特殊钢线材，其特征在于，以质量%计进一步含有B：0.0001%～0.0060%。
(12)根据(7)～(11)中任一项所述的特殊钢线材，其特征在于，以质量%计进一步含有Ca：0.001%～0.010%、Mg：0.001%～0.010%或Zr：0.001%～0.010%中的1种或2种以上。
(13)一种特殊钢钢丝的制造方法，其特征在于，具有下述工序：
进行精轧温度为800℃以上且950℃以下的钢坯的热轧，得到奥氏体晶粒的粒度号为8以上的钢材；
接着，将温度变为750℃以上且950℃以下的所述钢材浸渍到温度为400℃以上且600℃以下的第1熔融盐槽中，恒温保持5秒以上且150秒以下；
接着，将所述钢材浸渍到温度为500℃以上且600℃以下的第2熔融盐槽中，恒温保持5秒以上且150秒以下；和
接着，在室温下对所述线材实施总断面收缩率为25%以上且80%以下的拉丝加工，
所述钢材以质量%计含有C：0.35%～0.85%、Si：0.05%～2.0%、Mn：0.20%～1.0%及Al：0.005%～0.05%，P含量为0.030%以下，S含量为0.030%以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成。
(14)根据(13)所述的特殊钢钢丝的制造方法，其特征在于，所述拉丝加工中的最终拉丝的断面收缩率为1%以上且15%以下。
(15)一种特殊钢线材的制造方法，其特征在于，具有下述工序：
进行精轧温度为800℃以上且950℃以下的钢坯的热轧，得到奥氏体晶粒的粒度号为8以上的钢材；
接着，将温度变为750℃以上且950℃以下的所述钢材浸渍到温度为400℃以上且600℃以下的第1熔融盐槽中，恒温保持5秒以上且150秒以下；和
接着，将所述钢材浸渍到温度为500℃以上且600℃以下的第2熔融盐槽中，恒温保持5秒以上且150秒以下，
所述钢材以质量%计含有C：0.35%～0.85%、Si：0.05%～2.0%、Mn：0.20%～1.0%及Al：0.005%～0.05%，P含量为0.030%以下，S含量为0.030%以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成。
(16)一种机械部件，其特征在于，以质量%计含有C：0.35%～0.85%、Si：0.05%～2.0%、Mn：0.20%～1.0%及Al：0.005%～0.05%，P含量为0.030%以下，S含量为0.030%以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，
将C含量表示为(C%)时，在(C%)为0.35%以上且0.65%以下的情况下，珠光体的体积率为64×(C%)+52%以上，在(C%)为超过0.65%且0.85%以下的情况下，珠光体的体积率为94%以上且100%以下，剩余部分的组织由先共析铁素体或贝氏体中的1种或2种构成，
在从表面至1.0mm的深度为止的区域，纵横比为2.0以上的珠光体块的体积率为70%以上且95%以下，与轴向平行的剖面中的轴向与片层方向之间的角度为40°以下的珠光体的体积率相对于总珠光体为60%以上，
抗拉强度为1200MPa以上且低于1500MPa。
发明效果
根据本发明，能够在获得高强度的同时显著提高抗氢脆特性。另外，在抗氢脆特性显著提高时，也不特别需要大幅地增加制造成本。
附图说明
图1是表示轴向与片层方向之间的关系的图。
图2是表示抗拉强度与珠光体的面积率之间的关系的图。
具体实施方式
本发明者们详细调查了成分及组织对抗拉强度为1200MPa以上的高强度机械部件的抗氢脆特性的影响，发现了用于得到优异的抗氢脆特性的成分及组织。而且，基于冶金知识对用于得到这样的成分及组织的方法反复进行了研究，结果弄清楚了以下事项。另外，以下说明中的各成分的含量的单位“%”是指“质量%”。
首先，对机械部件的组织进行说明。
为了得到优异的抗氢脆特性，使机械部件的表层部的珠光体块向与表面平行的方向延伸是有效的。另外，使具有铁素体与渗碳体的层状结构的珠光体的片层的层方向和与表面平行的方向一致也是有效的。这里，关于珠光体块的详细内容会在稍后描述，通常是指由取向性一致的铁素体及渗碳体构成的珠光体的单元。
具体而言，在从表面到1.0mm的深度为止的区域(表层部)，纵横比为2.0以上的珠光体块的体积率相对于总珠光体为70%以上时，抗氢脆特性显著提高。纵横比小的珠光体块、即未充分延伸的珠光体块由于对抗氢脆特性没有太大帮助，因此优选对其比例进行抑制。这里，珠光体块的纵横比是指用珠光体块的长轴的尺寸/短轴的尺寸表示的比率。
另外，对于表层部，在与轴向平行的剖面的片层方向与轴向之间的角度为40°以下的珠光体的体积率相对于总珠光体为60%以上时，抗氢脆特性显著提高。
进而，关于C含量的范围会在稍后描述，将C含量表示为(C%)时，在(C%)为0.35%以上且0.65%以下的情况下，珠光体的体积率为64×(C%)+52%以上，在(C%)为超过0.65%且0.85%以下的情况下，珠光体的体积率为94%以上且100%以下，且剩余部分的组织由先共析铁素体或贝氏体中的1种或2种构成时，抗氢脆特性显著提高。珠光体具有提高抗氢脆特性的效果。并且，当珠光体的体积率低于64×(C%)+52%时，得不到充分的抗氢脆特性。另外，铁素体及贝氏体等除珠光体以外的组织会成为断裂的起点从而在冷锻时容易发生加工开裂。另外，当存在除珠光体以外的组织时，该组织为先共析铁素体和/或贝氏体。若含有马氏体作为除珠光体以外的组织，则不仅在冷锻时容易发生开裂，而且抗氢脆特性会劣化。
如此将机械部件的组织制成特定的组织，可显著提高抗氢脆特性。并且，当机械部件为螺栓时，可显著提高耐延迟断裂特性。另外，这样的机械部件不仅适合于汽车部件及各种产业机械部件，还可用作建筑用的机械部件。
另外，为了得到螺栓等机械部件，例如由具有特殊钢的组成的钢坯制作特殊钢线材，并由特殊钢线材制作特殊钢钢丝，进行特殊钢钢丝的成型加工。而且，为了得到上述那样的抗氢脆特性优异的机械部件，例如优选：预先将特殊钢钢丝的组织制成上述那样的组织，在不进行球化退火等热处理的情况下进行冷锻等成型加工。与通过球化退火等热处理使特殊钢钢丝软质化来进行加工的方法相比，虽然有时冷加工变得有些困难，但是在伴随着省略热处理而带来的削减成本以及确保优异的抗氢脆特性等方面，该方法更有利。
接着，对机械部件及其制造中使用的钢坯中所含的成分进行说明。钢坯含有C：0.35%～0.85%、Si：0.05%～2.0%、Mn：0.20%～1.0%及Al：0.005%～0.05%，P含量为0.030%以下，S含量为0.030%以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成。而且，使用这样的钢坯制作的线材、钢丝及机械部件的组成也是相同的。
C是为了确保规定的抗拉强度而含有的。当C含量低于0.35%时，难以确保1200MPa以上的抗拉强度。而当C含量超过0.85%时，得不到与C含量相称的强度，冷锻性劣化。因此，C含量设为0.35%～0.85%。另外，为了得到更高的抗拉强度，C含量优选为0.40%以上，进一步优选为超过0.6%。另外，为了得到更良好的冷锻性，C含量的范围优选为0.60%以下。
Si作为脱氧元素起作用，并且具有利用固溶强化来提高抗拉强度的效果。当Si含量低于0.05%时，这些效果不充分。而当Si含量超过2.0%时，这些效果饱和，并且热轧时的延展性劣化而容易产生瑕疵。因此，Si含量设为0.05%～2.0%。另外，为了得到更高的抗拉强度，Si含量优选为0.20%以上。另外，为了降低热轧时的轧辊负荷而得到更良好的加工性，Si含量优选为0.50%以下。
Mn具有提高珠光体相变后的钢的抗拉强度的效果。当Mn含量低于0.20%时，该效果不充分。而当Mn含量超过1.0%时，该效果饱和。因此，Mn含量设为0.20%～1.0%。
Al作为脱氧元素起作用。另外，Al具有下述效果：形成作为钉扎颗粒起作用的AlN而使晶粒细粒化，从而提高冷加工性。此外，Al还具有降低固溶N而抑制动态应变时效的效果、以及提高抗氢脆特性的效果。当Al含量低于0.005%时，这些效果不充分。而当Al含量超过0.05%时，这些效果饱和，并且在热轧时容易产生瑕疵。因此，Al含量设为0.005%～0.05%。
P和S会在晶界偏析从而使抗氢脆特性劣化。并且，当它们各自的含量超过0.030%时，抗氢脆特性的劣化变得显著。因此，P含量及S含量设为0.030%以下，优选为0.015%以下。
另外，N会因动态应变时效而使冷加工性劣化，有时还会使抗氢脆特性也劣化。因此，优选N含量低，特别优选为0.005%以下，进一步优选为0.004%以下。
另外，钢坯、线材、钢丝及机械部件可以含有Cr：0.02%～1.0%或Ni：0.02%～0.50%中的1种或2种。另外，钢坯、线材、钢丝及机械部件还可以含有Ti：0.002%～0.050%、V：0.01%～0.20%或Nb：0.005%～0.100%中的1种或2种以上。此外，钢坯、线材、钢丝及机械部件还可以含有B：0.0001%～0.0060%。
Cr具有提高珠光体相变后的钢的抗拉强度的效果。当Cr含量低于0.02%时，该效果不充分。而当Cr含量超过1.0%时，容易生成马氏体而导致冷加工性劣化，材料成本提高。因此，Cr含量优选为0.02%～1.0%。为了切实地获得效果，Cr含量进一步优选为0.10%以上。另外，为了抑制马氏体的生成，Cr含量进一步优选为0.50%以下。
Ni具有提高钢的韧性的效果。当Ni含量低于0.02%时，该效果不充分。当Ni含量超过0.50%时，容易生成马氏体而导致冷加工性劣化，材料成本提高。因此，Ni含量优选为0.02%～0.50%。另外，为了切实地获得该效果，Ni含量进一步优选为0.05%以上。另外，为了抑制马氏体的生成，Ni含量进一步优选为0.20%。
Ti作为脱氧元素起作用，并且具有使TiC析出来提高抗拉强度、屈服强度及耐力的效果、以及降低固溶N来提高冷加工性的效果。当Ti含量低于0.002%时，这些效果不充分。而当Ti含量超过0.050%时，这些效果饱和，并且抗氢脆特性劣化。因此，Ti含量优选为0.002%～0.050%。
V具有使碳化物VC析出来提高抗拉强度、屈服强度及耐力的效果、以及提高抗氢脆特性的效果。当V含量低于0.01%时，这些效果不充分。而当V含量超过0.20%时，材料成本大幅地增加。因此，V含量优选为0.01%～0.20%。
Nb具有使碳化物NbC析出来提高抗拉强度、屈服强度及耐力的效果。当Nb含量低于0.005%时，该效果不充分。而当Nb含量超过0.100%时，该效果饱和。因此，Nb含量优选为0.005%～0.10%。
B具有抑制晶界铁素体及晶界贝氏体的生成来提高冷加工性及抗氢脆特性的效果、以及提高珠光体相变后的抗拉强度的效果。当B含量低于0.0001%时，该效果不充分。而当B含量超过0.0060%时，该效果饱和。因此，B含量优选为0.0001%～0.0060%。
另外，钢坯、线材、钢丝及机械部件还可以含有Ca：0.001～0.010%、Mg：0.001～0.010%或Zr：0.001～0.010%中的1种或2种以上。这些元素作为脱氧元素起作用，并且具有形成CaS及MgS等硫化物来固定固溶S、从而提高抗氢脆特性的效果。
另外，钢坯、线材、钢丝及机械部件不可避免地含有O，O以Al及Ti等的氧化物的形式存在。而且，O含量越高，越容易形成粗大的氧化物，也就越容易发生疲劳断裂。因此，O含量优选为0.01%以下。
接着，对适合于制作上述那样的机械部件及特殊钢钢丝的特殊钢线材的制造方法进行说明。
在该制造方法中，对含有上述成分的钢坯进行热轧而得到钢材，接着将该钢材浸渍到第1熔融盐槽中恒温保持，然后将该钢材浸渍到第2熔融盐槽中并恒温保持。在热轧中，将精轧的温度设为800℃以上且950℃以下，将钢材的奥氏体晶粒的粒度号设为8以上。另外，第1熔融盐槽的温度设为400℃以上且600℃以下，关于在第1熔融盐槽中的浸渍，当钢材的温度变为750℃以上且950℃以下时进行，恒温保持的时间设为5秒以上且150秒以下。另外，第2熔融盐槽的温度设为500℃以上且600℃以下，恒温保持的时间设为5秒以上且150秒以下。
精轧的温度会影响之后生成的珠光体相变前的奥氏体晶粒的粒度，当精轧的温度超过950℃时，难以得到粒度号为8以上的细粒。而当精轧的温度低于800℃时，轧制时的负荷极高，难以在工业上量产。因此，精轧的温度设为800℃～950℃。若考虑到量产性，精轧的温度优选为850℃以上。
另外，当珠光体相变前的奥氏体晶粒低于8时，因粗粒的影响，在之后的拉丝加工及冷锻时容易发生开裂。因此，奥氏体晶粒的粒度号设为8以上，优选设为10以上。
在本发明中，通过在第1熔融盐槽中恒温保持，使钢材的温度先迅速降低至接近珠光体相变的开始温度的温度，其后在第2熔融盐槽中恒温保持时，使钢材发生珠光体相变。
浸渍于第1熔融盐槽时的钢材的温度低于750℃时，在第1或第2熔融盐槽中恒温保持时，产生铁素体的可能性高。而当该温度超过950℃时，降温要花费时间。也就是说，使钢材的温度接近珠光体相变的开始温度要花费时间。因此，有时会在第2熔融盐槽的恒温保持中在珠光体相变未结束的情况下产生贝氏体和/或马氏体等组织。由此，浸渍于第1熔融盐槽时的钢材的温度设为750℃～950℃。
另外，当第1熔融盐槽的温度低于400℃时，会产生贝氏体。而当第1熔融盐槽的温度超过600℃时，到达珠光体相变的开始温度变慢。因此，第1熔融盐槽的温度设为400℃～600℃。另外，当第2熔融盐槽的温度为500℃～600℃时，珠光体相变会在极短时间内结束。因此，将第2熔融盐槽的温度设为500℃～600℃。
进而，当第1熔融盐槽及第2熔融盐槽中的恒温保持的时间低于5秒时，有时无法充分地控制钢材的温度。而当它们的恒温保持的时间超过150秒时，有时生产率的降低会变得显著。因此，它们的恒温保持的时间设为5秒～150秒。
另外，虽然使用铅浴及流化床等设备代替熔融盐槽也可获得同样的效果，但考虑到对环境的负荷及制造成本，使用熔融盐的方法是非常优异的。
而且，通过这样的处理而获得的特殊钢线材如下：具有上述的组成，当(C%)为0.35%以上且0.65%以下时，珠光体的体积率为64×(C%)+52%以上，当(C%)为超过0.65%且0.85%以下时，珠光体的体积率为94%以上且100%以下，剩余部分的组织由先共析铁素体或贝氏体中的1种或2种构成。
在特殊钢线材中，当珠光体的体积率低于64×(C%)+52%时，也得不到充分的抗氢脆特性。另外，铁素体及贝氏体等除珠光体以外的组织会成为断裂的起点而在冷锻时容易发生加工开裂。因此，在特殊钢线材中，当(C%)为0.35%以上且0.65%以下时珠光体的体积率为64×(C%)+52%以上、当(C%)为超过0.65%且0.85%以下时珠光体的体积率为94%以上且100%以下也是很重要的。另外，当在特殊钢线材中含有马氏体作为除珠光体以外的组织时，不仅在冷锻时而且在拉丝加工时也容易发生开裂。
另外，关于珠光体的体积率，可通过利用光学显微镜或电子显微镜观察特殊钢线材来进行测定，可由任意视野下的面积率来求出。另外，关于奥氏体晶粒的状态，可通过对刚轧制后的钢材进行取样并骤冷来进行固定，关于晶体粒度，可使用骤冷后的试样根据JIS G0551的方法来进行测定。
如上所述，在该特殊钢线材的制造方法中，利用热轧时的余热，在热轧后立即使用两个熔融盐槽进行温度控制。而且，根据该方法，即使抑制高价的合金元素的添加，也可得到珠光体的体积率高的特殊钢线材。也就是说，可在廉价的条件下得到高的特性。
而且，由如此制造的特殊钢线材来制作如上所述那样的组织的特殊钢钢丝时，在规定的条件下进行拉丝加工。
该拉丝加工中的总断面收缩率设为25%以上且80%以下。当拉丝加工的总断面收缩率低于25%时，珠光体块的延伸变得不充分，得不到充分的抗氢脆特性。而当总断面收缩率超过80%时，冷锻时容易发生加工开裂。因此，拉丝加工中的总断面收缩率设为25%～80%。另外，为了促进珠光体块延伸，总断面收缩率优选为30%以上。另外，为了进一步抑制加工开裂，总断面收缩率优选为65%以下。
另外，拉丝加工的次数没有特别限定，进行1次、多次均可。当进行多次拉丝加工时，优选将最后的拉丝加工(最终道次)中的断面收缩率设为1%以上且15%以下。这是因为能够使表层部中的珠光体块进一步延伸、使片层方向与轴向更加一致。当最终道次中的断面收缩率低于1%时，不易向圆周方向均匀地赋予应变。而当最终道次中的断面收缩率超过15%时，难以得到上述效果。因此，进行多次拉丝加工时最后的拉丝加工中的断面收缩率优选设为1%～15%。
另外，拉丝加工在室温下进行。这里，室温是指-20℃～50℃，但在拉丝加工中，钢材有时会因加工放热而上升至约100℃左右。
通过在这样的条件下进行的拉丝加工，可得到具有所需的强度及优异的抗氢脆特性的特殊钢钢丝。即，可得到下述钢丝：在从表面至1.0mm的深度为止的区域，纵横比为2.0以上的珠光体块的体积率相对于总珠光体为70%以上，并且在与轴向平行的剖面中，在从表面至1.0mm的深度为止的区域中片层方向与轴向之间的角度为40°以下的珠光体的体积率相对于总珠光体为60%以上。
如上所述，在从表面至1.0mm的深度为止的区域，纵横比为2.0以上的珠光体块的体积率相对于总珠光体为70%以上时，可得到优异的抗氢脆特性。但是，当该体积率超过95%时，冷锻性劣化。也就是说，冷锻容易变得困难。因此，在从表面至1.0mm的深度为止的区域，这样的珠光体块的体积率设为相对于总珠光体为70%～95%。另外，为了得到更优异的抗氢脆特性，该体积率优选为80%以上。将用于体积率的评价的珠光体块的纵横比设为2.0以上是因为：当纵横比低于2.0时，未充分延伸的珠光体块对抗氢脆特性没有太大帮助。
另外，如上所述，在与轴向平行的剖面中，在从表面至1.0mm的深度为止的区域中片层方向与轴向之间的角度为40°以下的珠光体的体积率相对于总珠光体为60%以上时，可得到优异的抗氢脆特性。有助于提高抗氢脆特性的珠光体主要是该角度为40°以下的珠光体。因此，将用于体积率的评价的珠光体的该角度设为40°以下。另外，当该角度为40°以下的珠光体的体积率低于60%时，抗氢脆特性的提高效果并不充分。因此，在与轴向平行的剖面中，这样的珠光体的体积率设为相对于总珠光体为60%以上。另外，为了得到更优异的抗氢脆特性，该体积率优选为70%以上。
另外，这里所谓的珠光体块是指由取向差为15度以内的铁素体及渗碳体构成的珠光体的单元，该取向差可由使用电子背散射衍射(EBSD：electronback scattered diffraction)装置测定的铁素体的晶体取向图求出。另外，珠光体块的纵横比是珠光体块的长径与短径之比，在拉丝加工后的特殊钢钢丝中，实质上等同于轴向的尺寸与垂直于轴向的方向(径向)的尺寸之比。另外，片层方向可通过利用电子显微镜观察与轴向平行的剖面来进行测定。
并且，由如此制造的特殊钢钢丝来制作机械部件时，例如为了维持上述的显微组织，不进行球化退火等热处理而在例如-20℃～50℃的室温下进行冷锻等成型加工。另外，在冷锻时，有时会因加工放热而升温至300℃左右。
另外，本发明的对象的机械部件的抗拉强度为1200MPa以上且1500MPa以下。当抗拉强度低于1200MPa时，不易产生氢脆现象，无需适用本发明。而当抗拉强度超过1500MPa时，难以通过冷锻进行成型加工，从而制造成本增加。
另外，如此制造的机械部件具有高强度且优异的抗氢脆特性，但为了提高其它的机械特性，例如优选在200℃～600℃下保持10分钟以上且60分钟以下，然后进行冷却。通过进行这样的处理，可提高屈服强度、屈服比及延展性等。
如上所述，通过这一系列的处理，使用调节了用于形成珠光体的化学成分的材料，并利用热轧时的余热将该材料浸渍到熔融盐浴中，由此方法制成了大致完全是珠光体的特殊钢线材。然后，将该特殊钢线材在室温下以特定的条件进行拉丝加工，对强度及抗氢脆特性高的珠光体进行调节，成型成机械部件。然后，根据需要，进行较低温度的热处理以恢复延展性。其结果是，可廉价且显著地提高抗拉强度为1200MPa以上且1500MPa以下的机械部件的抗氢脆特性。另外，作为拉丝加工，也无需进行如现有技术那样的强拉丝加工。
实施例
接着，对本发明者们进行过的实验进行说明。这些实验中的条件等是为了确认本发明的可实施性及效果而采用的例子，本发明并不限于这些例子。
首先，制作含有表1所示的成分的钢种的钢坯。接着，在表2所示的条件下，对钢坯进行包含精轧的热轧、第1熔融盐槽中的恒温保持、以及第2熔融盐槽中的恒温保持，得到表2所示的线径(7.0mm～15.0mm)的线材。另外，第1熔融盐槽及第2熔融盐槽配置在轧制线上，进行所谓的在线(in-line)处理。另外，在热轧后进行取样，测定珠光体相变前的奥氏体晶粒的粒度号。其结果也示于表2。
Figure BDA00002836160900141
Figure BDA00002836160900151
制作线材后，以表2所示的断面收缩率进行拉丝加工，得到钢丝。进而，在标准1～3、6～8、10～13、15～16、19、21～22、24～26中，进行模仿冷锻后的热处理的热处理。其结果也示于表2。
另外，关于线材，测定金属组织的种类及珠光体的体积率。它们的结果示于表3。另外，表3中的“金属组织”一栏中的“P”表示珠光体，“B”表示贝氏体，“F”表示铁素体，“M”表示马氏体。另外，关于表3中的“珠光体的体积率的下限”，当(C%)为0.65%以下时，为64×(C%)+52%的值，当(C%)超过0.65%时，为94%。
Figure BDA00002836160900171
关于珠光体的体积率的测定，使用扫描型电子显微镜(SEM：scanningelectron microscope)求出珠光体的面积率，由于检镜面的面积率与组织的体积率相等，因此将通过图像解析得到的面积率作为各组织的体积率。另外，关于面积率的测定，对于钢丝的与轴向平行的剖面，以1000倍的倍率拍摄表层部内的125μm×95μm的区域的照片，通过图像解析来求出珠光体的面积率。
关于钢丝，测定表层部中纵横比为2.0以上的珠光体块的体积率。另外，对与轴向平行的剖面中表层部中的片层方向与轴向之间的角度为40°以下的珠光体的体积率也进行了测定。它们的结果也示于表4。另外，钢丝的组织的种类与线材的组织的种类相同。
关于珠光体块的特定，使用EBSD装置。即，对于与轴向平行的剖面中的表层部内的275μm×165μm的区域，使用EBSD装置获得铁素体的晶体取向图，根据该晶体取向图，将取向差为15度以上的边界作为珠光体块的边界。然后，求出由边界包围的珠光体块中当量圆直径为1.0μm以上的珠光体块的纵横比。
另外，关于与轴向平行的剖面中表层部中的片层方向与轴向之间的角度为40°以下的珠光体的体积率的测定，根据在表层部拍摄到的5000倍的SEM照片，对该区域进行图像解析。具体而言，如图1所示那样，通过SEM照片求出片层方向与轴向之间的角度(取向差)为40°以下的区域，对该区域的面积进行图像解析。图1中的白箭头表示片层方向。
制作钢丝后，对进行过表3所示的处理后的钢丝的特性(抗拉强度、抗氢脆特性及冷锻性)进行评价。其结果示于表4。
在抗拉强度的评价中，由钢丝制作JIS Z2201的9A试验片，根据JISZ2241的试验方法进行抗拉试验。另外，由该钢丝制作的机械部件的抗拉强度与该钢丝相等。
在抗氢脆特性的评价中，将钢丝加工成螺栓，通过电解充氢使试样含有0.5ppm的扩散性氢后，实施镀镉(Cd)以防止试验中氢从试样释放到大气中。然后，在大气中施加最大抗拉负荷的90%的负荷，确认经过100小时后有无断裂。而且，将未发生断裂的评价为“良”，将发生了断裂的评价为“不良”。
在冷锻性的评价中，通过机械加工由钢丝制作直径为5.0mm、长度为7.5mm的试样，利用带同心圆状的槽的模具来限制端面并进行压缩试验。而且，将以50%的压缩率进行了加工时未发生加工开裂的评价为“良”，将发生了加工开裂的评价为“不良”。
表4：
Figure BDA00002836160900191
表2的标准5及13相当于在卷取后未进行恒温相变处理而在斯太尔摩冷却线上冷却的现有的制造方法，它们的珠光体的体积率偏离本发明的范围。在标准14中，第1熔融盐槽中的保持时间低于本发明的下限。在这种情况下，马氏体会混入金属组织，并且珠光体的体积率偏离本发明的范围。在标准17中，第1熔融盐槽的温度低于本发明的下限。在这种情况下，马氏体会混入金属组织，并且珠光体的体积率偏离本发明的范围。在标准6、21、25及26中，拉丝加工的断面收缩率低于本发明的下限。在这种情况下，纵横比为2.0以上的珠光体的体积率、或片层方向与轴向之间的角度为40°以下的珠光体的体积率偏离本发明的范围。在标准23中，使用了含有Cr和Mo且组成偏离本发明的范围的钢种N。而且，在卷取后在不进行使用了第1及第2熔融盐槽的处理的情况下在斯太尔摩冷却线上冷却来制造钢材，然后加热至880℃，进行油淬火，接着在580℃下进行回火。其结果是，得到的组织是回火马氏体，偏离本发明的范围。
关于表2所示的珠光体相变前的奥氏体晶粒的粒度号，在满足本发明的条件的标准4及12中，粒度号均为10以上。与此相对，在制造条件偏离本发明的范围的标准5、13及23中，粒度号低于8，由表4可知它们的冷锻性或抗氢脆特性劣化。含有马氏体的标准14及17在拉丝加工中发生了断线或开裂。也就是说，拉丝加工性低。
在珠光体的体积率偏离本发明的范围的标准5、13、23及24中，抗氢脆特性均不良。另外，在纵横比为2.0以上的珠光体的体积率偏离本发明的范围的标准6、13、21、23、24及26中，抗氢脆化特性均不良。在片层方向与轴向之间的角度为40°以下的珠光体的面积率偏离本发明的范围的标准5、6、13、21、23、24、25及26中，抗氢脆特性和/或冷锻性不良。另外，在纵横比为2.0以上的珠光体的体积率超过本发明的上限的标准22中，冷锻性不良。
由以上可知本发明的机械部件的抗氢脆特性及冷锻性优异。
图2表示抗拉强度TS和轴向与片层的角度为40°以下的珠光体的面积率之间的关系。可知在满足本发明的范围的标准时，耐延迟断裂特性及冷锻性均优异。
产业上的可利用性
本发明例如可利用于汽车部件、各种产业机械部件及建筑部件等的相关产业中。

Claims (16)

1.一种特殊钢钢丝，其特征在于，以质量%计含有C：0.35%～0.85%、Si：0.05%～2.0%、Mn：0.20%～1.0%及Al：0.005%～0.05%，P含量为0.030%以下，S含量为0.030%以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，
将C含量表示为(C%)时，在(C%)为0.35%以上且0.65%以下的情况下，珠光体的体积率为64×(C%)+52%以上，在(C%)为超过0.65%且0.85%以下的情况下，珠光体的体积率为94%以上且100%以下，剩余部分的组织由先共析铁素体或贝氏体中的1种或2种构成，
在从表面至1.0mm的深度为止的区域，纵横比为2.0以上的珠光体块的体积率为70%以上且95%以下，与轴向平行的剖面中的轴向与片层方向之间的角度为40°以下的珠光体的体积率相对于总珠光体为60%以上，
抗拉强度为1200MPa以上且低于1500MPa。
2.根据权利要求1所述的特殊钢钢丝，其特征在于，N含量以质量%计为0.0050%以下。
3.根据权利要求1所述的特殊钢钢丝，其特征在于，以质量%计进一步含有Cr：0.02%～1.0%或Ni：0.02%～0.50%中的1种或2种。
4.根据权利要求1所述的特殊钢钢丝，其特征在于，以质量%计进一步含有Ti：0.002%～0.050%、V：0.01～0.20%或Nb：0.005%～0.100%中的1种或2种以上。
5.根据权利要求1所述的特殊钢钢丝，其特征在于，以质量%计进一步含有B：0.0001%～0.0060%。
6.根据权利要求1所述的特殊钢钢丝，其特征在于，以质量%计进一步含有Ca：0.001%～0.010%、Mg：0.001%～0.010%或Zr：0.001%～0.010%中的1种或2种以上。
7.一种特殊钢线材，其特征在于，以质量%计含有C：0.35～0.85%、Si：0.05～2.0%、Mn：0.20～1.0%、P：0.030%以下、S：0.030%以下、Al：0.005～0.05%，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，
将C含量表示为(C%)时，在(C%)为0.35%以上且0.65%以下的情况下，珠光体的体积率为64×(C%)+52%以上，在(C%)为超过0.65%且0.85%以下的情况下，珠光体的体积率为94%以上且100%以下，剩余部分的组织由先共析铁素体或贝氏体中的1种或2种构成。
8.根据权利要求7所述的特殊钢线材，其特征在于，N含量以质量%计为0.0050%以下。
9.根据权利要求7所述的特殊钢线材，其特征在于，以质量%计进一步含有Cr：0.02%～1.0%或Ni：0.02%～0.50%中的1种或2种。
10.根据权利要求7所述的特殊钢线材，其特征在于，以质量%计进一步含有Ti：0.002%～0.050%、V：0.01～0.20%或Nb：0.005%～0.100%中的1种或2种以上。
11.根据权利要求7所述的特殊钢线材，其特征在于，以质量%计进一步含有B：0.0001%～0.0060%。
12.根据权利要求7所述的特殊钢线材，其特征在于，以质量%计进一步含有Ca：0.001%～0.010%、Mg：0.001%～0.010%或Zr：0.001%～0.010%中的1种或2种以上。
13.一种特殊钢钢丝的制造方法，其特征在于，具有下述工序：
进行精轧温度为800℃以上且950℃以下的钢坯的热轧，得到奥氏体晶粒的粒度号为8以上的钢材；
接着，将温度变为750℃以上且950℃以下的所述钢材浸渍到温度为400℃以上且600℃以下的第1熔融盐槽中，恒温保持5秒以上且150秒以下；
接着，将所述钢材浸渍到温度为500℃以上且600℃以下的第2熔融盐槽中，恒温保持5秒以上且150秒以下；和
接着，在室温下对所述线材实施总断面收缩率为25%以上且80%以下的拉丝加工，
所述钢材以质量%计含有C：0.35%～0.85%、Si：0.05%～2.0%、Mn：0.20%～1.0%及Al：0.005%～0.05%，P含量为0.030%以下，S含量为0.030%以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成。
14.根据权利要求13所述的特殊钢钢丝的制造方法，其特征在于，所述拉丝加工中的最终拉丝的断面收缩率为1%以上且15%以下。
15.一种特殊钢线材的制造方法，其特征在于，具有下述工序：
进行精轧温度为800℃以上且950℃以下的钢坯的热轧，得到奥氏体晶粒的粒度号为8以上的钢材；
接着，将温度变为750℃以上且950℃以下的所述钢材浸渍到温度为400℃以上且600℃以下的第1熔融盐槽中，恒温保持5秒以上且150秒以下；和
接着，将所述钢材浸渍到温度为500℃以上且600℃以下的第2熔融盐槽中，恒温保持5秒以上且150秒以下，
所述钢材以质量%计含有C：0.35%～0.85%、Si：0.05%～2.0%、Mn：0.20%～1.0%及Al：0.005%～0.05%，P含量为0.030%以下，S含量为0.030%以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成。
16.一种机械部件，其特征在于，以质量%计含有C：0.35%～0.85%、Si：0.05%～2.0%、Mn：0.20%～1.0%及Al：0.005%～0.05%，P含量为0.030%以下，S含量为0.030%以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，
将C含量表示为(C%)时，在(C%)为0.35%以上且0.65%以下的情况下，珠光体的体积率为64×(C%)+52%以上，在(C%)为超过0.65%且0.85%以下的情况下，珠光体的体积率为94%以上且100%以下，剩余部分的组织由先共析铁素体或贝氏体中的1种或2种构成，
在从表面至1.0mm的深度为止的区域，纵横比为2.0以上的珠光体块的体积率为70%以上且95%以下，与轴向平行的剖面中的轴向与片层方向之间的角度为40°以下的珠光体的体积率相对于总珠光体为60%以上，
抗拉强度为1200MPa以上且低于1500MPa。
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