CN103906853A - 非调质机械部件用线材、非调质机械部件用钢线和非调质机械部件及它们的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造拉伸强度为900～1300MPa的非调质机械部件的线材，该线材的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，金相组织按体积分数计含有64×(C％)+52％以上的珠光体组织、其余由初析铁素体组织和贝氏体组织中的一种或两种构成，将线材的直径设定为D时，从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径为15μm以下，且(从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径)/(从0.25D到中心的范围的珠光体组织的平均块粒径)小于1.0。F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)。

Description

非调质机械部件用线材、非调质机械部件用钢线和非调质机械部件及它们的制造方法
技术领域
本发明涉及由线材制造的、用于螺栓、扭杆(torsion bar)、稳定器等具有轴形状的汽车部件或各种产业机械的、拉伸强度为900～1300MPa的非调质机械部件、用于制造其的钢线、以及用于制造该钢线的线材和它们的制造方法。其中，本发明中作为对象的机械部件还包括建筑用的螺栓等。本申请基于2011年8月26日在日本提交的日本特愿2011-184737号主张优先权，将其内容援用至此。
背景技术
汽车、各种产业机械为了实现轻量化、小型化的目的，使用具有900MPa以上的拉伸强度的高强度机械部件。以往，这种高强度机械部件是如下制造的：使用在机械结构用碳钢中添加了Mn、Cr、Mo、或B等合金元素的合金钢或特殊钢的钢材，在热轧后进行球状化退火、软质化，通过冷锻造、滚轧而成形为规定的形状，此后进行淬火回火处理而赋予强度。
然而，这些钢材因为含有合金元素，钢材价格增高，另外由于需要在成形为部件形状之前的软质化退火、成形后的淬火回火处理，因此制造成本升高。
已知有省略软质化退火、淬火回火处理，对通过快速冷却、析出强化等提高强度的线材实施拉丝加工，赋予规定的强度的技术。该技术用于螺栓等，使用该技术制造的螺栓被称为非调质螺栓。
专利文献1中公开了非调质螺栓的制造方法，将C：0.15～0.30％、Si：0.03～0.55％、Mn：1.1～2.0％的线材在热水浴中冷却，按截面收缩率20～50％进行拉拔加工。在该制造方法中，可以省略球状化退火、淬火回火处理，但实施例中记载的螺栓的最大强度为88kgf/mm2，在强度方面称不上充分，高强度化存在界限。
专利文献2中公开了冷锻造用钢，其中，C为0.4～1.0％且成分组成满足特定的条件式，组织由珠光体、伪珠光体构成。该钢的C量多，与以往用于螺栓等机械部件的机械结构用碳钢、机械结构用合金钢比较，冷锻造性差。
照此，现有技术得到的非调质线材中，得不到具有良好的冷锻造性且具有900MPa以上的强度的机械部件、用于制造其的钢线和线材。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平02-274810号公报
专利文献2：日本特开2000-144306号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明鉴于现有技术中的上述问题，目的是提供(a)可廉价地制造的、拉伸强度为900～1300MPa的高强度机械部件，(b)用于制造该机械部件的、可省略软质化退火、淬火回火处理等热处理的钢线，(c)用于制造该钢线的线材，以及(d)制造它们的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人等为了达成上述目的，调查了钢材的成分组成与组织的关系，用以得到即使省略软质化热处理也可冷锻造、且即使不进行淬火回火等调质处理、拉伸强度也为900MPa以上的高强度机械部件。本发明是根据由该调查获得的冶金学认识而做出的，其要旨如下所述。
一种非调质机械部件用线材，所述线材用于制造拉伸强度为900～1300MPa的非调质机械部件，其中，
所述线材的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
金相组织按体积分数计含有64×(C％)+52％以上的珠光体组织，其余由初析铁素体组织和贝氏体组织中的一种或两种构成，
将线材的直径设定为D时，从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径为15μm以下，且(从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径)/(从0.25D到中心的范围的珠光体组织的平均块粒径)小于1.0。
根据第[1]项所述的非调质机械部件用线材，其按质量％计进一步含有Al：0.003～0.050％、Ca：0.001～0.010％、Mg：0.001～0.010％、Zr：0.001～0.010％中的一种或两种以上。
一种非调质机械部件用线材的制造方法，其是制造在拉伸强度为900～1300MPa的非调质机械部件的制造中使用的线材的方法，其中，
将下述钢坯加热，热轧为线材形状，在卷取温度800～900℃下卷取，所述钢坯的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
以20～100℃/秒的冷却速度从卷取结束温度冷却到600℃，进一步以20℃/秒以下的冷却速度从600℃冷却到550℃，
此后，分别在400～600℃的熔融盐槽1及与其连接的500～600℃的熔融盐槽2中恒温保持5～150秒，
接着，进行冷却。
一种非调质机械部件用钢线，所述钢线用于制造拉伸强度为900～1300MPa的非调质机械部件，其中，
所述钢线的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
金相组织按体积分数计含有64×(C％)+52％以上的珠光体组织，其余由初析铁素体组织和贝氏体组织中的一种或两种构成，
将钢线的直径设定为D时，从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径为15μm以下，且(从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径)/(从0.25D到中心的范围的珠光体组织的平均块粒径)小于1.0，
在与钢线的轴向平行的截面上的从表层到1.0mm的区域中，由长径比2.0以上的珠光体块形成的组织的面积分数相对于全部珠光体组织为70％以上。
根据第[4]项所述的非调质机械部件用钢线，其按质量％计进一步含有Al：0.003～0.050％、Ca：0.001～0.010％、Mg：0.001～0.010％、Zr：0.001～0.010％中的一种或两种以上。
一种非调质机械部件用钢线的制造方法，其是制造在拉伸强度为900～1300MPa的非调质机械部件的制造中使用的钢线的方法，其中，
将下述钢坯加热，热轧为线材形状，在卷取温度800～900℃下卷取，所述钢坯的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
以20～100℃/秒的冷却速度从卷取结束温度冷却到600℃，进一步以20℃/秒以下的冷却速度从600℃冷却到550℃，
此后，分别在400～600℃的熔融盐槽1及与其连接的500～600℃的熔融盐槽2中恒温保持5～150秒，
接着，进行冷却，
此后，以总截面收缩率15～80％进行拉丝加工。
一种非调质机械部件，其拉伸强度为900～1300MPa，该机械部件是对下述钢线进行冷加工而制造的，所述钢线的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
金相组织按体积分数计含有64×(C％)+52％以上的珠光体组织，其余由初析铁素体组织和贝氏体组织中的一种或两种构成，
将所述钢线的直径设定为D时，从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径为15μm以下，且(从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径)/(从0.25D到中心的范围的珠光体组织的平均块粒径)小于1.0，
在与所述钢线的轴向平行的截面上的从表层到1.0mm的区域中，由长径比2.0以上的珠光体块形成的组织的面积分数相对于全部珠光体组织为70％以上。
根据第[7]项所述的非调质机械部件，其按质量％计进一步含有Al：0.003～0.050％、Ca：0.001～0.010％、Mg：0.001～0.010％、Zr：0.001～0.010％中的一种或两种以上。
一种非调质机械部件的制造方法，所述非调质机械部件的拉伸强度为900～1300MPa，其中，
将下述钢坯加热，热轧为线材形状，在卷取温度800～900℃下卷取，所述钢坯的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
以20～100℃/秒的冷却速度从卷取结束温度冷却到600℃，进一步以20℃/秒以下的冷却速度从600℃冷却到550℃，
此后，分别在400～600℃的熔融盐槽1及与其连接的500～600℃的熔融盐槽2中恒温保持5～150秒，
接着，进行冷却，
此后，以总截面收缩率15～80％进行拉丝加工，
进一步进行冷加工。
根据第[9]项所述的非调质机械部件的制造方法，其中，进行上述拉丝加工之后，进行冷加工而不进行软质化热处理。
根据第[9]项所述的非调质机械部件的制造方法，其中，进行上述冷加工之后，在200～600℃保持10分钟以上。
发明的效果
根据本发明，可以廉价地提供有助于汽车、各种产业机械和建设用部件的轻量化、小型化的拉伸强度为900～1300MPa的高强度机械部件。
附图说明
图1所示为拉伸强度(TS)与从表层到0.1D的范围的珠光体组织的平均块粒径和内部的平均块粒径之比的关系图。
具体实施方式
本发明人等如上所述详细调查了钢材的成分组成与组织的关系，用以得到即使省略软质化热处理也可冷锻造，且即使不进行淬火回火等调质处理、拉伸强度也为900MPa以上的高强度机械部件。而且，本发明人等为了廉价地制造高强度机械部件，根据由调查获得的冶金学认识对于利用线材热轧时的保有热的在线热处理及其后的直至钢线和机械部件的一连串制造方法进行了综合性研究，得出了以下的结论。
(x)对于通过拉丝加工和冷锻造来赋予线材以高强度，使钢组织形成加工硬化能力优异的珠光体组织是有效的，但珠光体组织的加工性差、变形阻力高且容易产生加工裂纹。
(y)对于提高珠光体组织的加工性，(y1)减低合金元素的量、(y2)使表层的珠光体组织的块粒径微细是有效的。
(z)即，在满足C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6小于0.60的同时，使从表层到0.1D(D：线材的直径)的区域的珠光体块的粒径为15μm以下且与线材内部的珠光体块的粒径之比小于1.0时，可以显著提高珠光体组织的冷加工性。
这样，通过改良钢材的成分组成和组织，可以确保优异的加工硬化能力，并且即使省略淬火回火处理也能维持高强度，且可使冷锻造性提高。
这种即使省略软质化热处理也可冷锻造且即使不进行淬火回火等调质处理也为高强度的用于得到机械部件的作为原材料的钢线在钢线阶段已经具有上述特征的显微组织，不进行加工前的热处理，也可有效地加工为机械结构用部件。
该情况下，与进行球状化退火而软质化的以往的制造方法相比，虽然冷加工性劣化，但可以削减软质化退火费用和加工后的淬火回火费用，因此本发明在成本方面是有利的。
此外，关于作为钢线的原材料的线材的制造方法，如果利用热轧时的余热，在轧制之后立即浸渍在由2个槽组成的熔融盐浴中，即使不添加昂贵的合金元素，也可以获得基本上完全是珠光体组织的钢材。该制造方法是能够以廉价地获得优异材质特性的最佳制造方法。
即，本发明是如下一连串的制造方法：利用热轧时的余热将为了形成珠光体组织而调整了成分组成的钢材浸渍在熔融盐浴中，制成基本上完全是珠光体组织的线材，室温下采用特定的条件对其进行拉丝加工，进行高强度的珠光体组织的调整，成形为机械部件之后，进行用于恢复延性的较低温度的热处理。
因此，本发明可以廉价地制造利用以往的制造法或认识极难制造的拉伸强度900～1300MPa的机械部件。
首先说明限定本发明的钢材(线材、钢线、非调质机械部件)的成分组成的理由。以下，成分组成中的％是指质量％。
C是为了确保规定的拉伸强度而添加的。低于0.20％时，难以确保900MPa以上的拉伸强度，另一方面，超过0.50％时，冷锻造性劣化，因此C设定为0.20～0.50％。兼顾强度和冷锻造性的优选范围是0.35～0.48％。
Si起着脱氧元素的作用，并且通过固溶强化而发挥提高拉伸强度的效果。低于0.05％时，添加效果不充分，而超过2.0％时，添加效果达到饱和，同时热延性劣化，容易发生瑕疵，制造性降低，因此Si设定为0.05～2.0％。考虑了制造性的优选范围是0.18～0.5％。
Mn发挥提高珠光体相变后的钢的拉伸强度的效果。低于0.20％时，添加效果不充分，而超过1.0％时，添加效果饱和，因此设定为0.20～1.0％。更优选的范围是0.50～0.8％。
P和S是不可避免的杂质。这些元素在晶界处偏析，使耐氢脆化特性劣化，因此越少越好，均将上限设定为0.030％。优选为0.015％以下。下限包括0％，但P、S均不可避免地混入至少0.0005％左右。
N通过动态应变时效而使冷加工性劣化，因此越少越好，将上限设定为0.005％。优选为0.004％以下。下限包括0％，但不可避免地混入至少0.0005％左右。
C、Si和Mn的含量的关系式(1)：F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6为0.60以上时，变形阻力增加，冷加工性劣化，因此将F1设定为小于0.60。
C、Si和Mn是提高强度的元素。F1是考虑对强度提高的贡献的程度而限制C、Si和Mn的总量的式子。
在本发明中，可以含有0.003～0.050％的Al。Al起着脱氧元素的作用，此外形成AlN而减少固溶N，抑制动态应变时效。AlN起着钉扎颗粒的作用，将晶粒细粒化，提高冷加工性。
低于0.003％时，没有添加效果，而超过0.050％时，添加效果达到饱和，同时制造性劣化，因此Al设定为0.003～0.050％。优选为0.008～0.045％。
在本发明中，作为脱氧元素，可以含有Ca：0.001～0.010％、Mg：0.001～0.010％、Zr：0.001～0.010％中的一种或两种以上。这些元素起着脱氧元素的作用，同时形成CaS、MgS等硫化物而将固溶S固定，发挥提高耐氢脆化特性的效果。
Cr、Mo、Ni、Ti、Nb和V提高强度、使冷加工性劣化，因此需要减少。然而，如果作为杂质含有的量按C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6+(Cr(％)+Mo(％))/5+Ni(％)/40+(Ti(％)+Nb(％)+V(％))/5的值计小于0.60，则对冷加工性的影响小，因此Cr、Mo、Ni、Ti、Nb和V在上述值小于0.60的范围内是被允许的。上述值优选为0.58以下。
需要说明的是，O在钢中不可避免地以Al、Ca和/或Mg的氧化物的形态存在。O量多时，粗大的氧化物生成，成为疲劳破坏的原因，因此优选为0.01％以下。然而，O不可避免地混入至少0.001％左右。
在本发明中，需要将上述成分组成的钢坯热轧，制成具有特定的显微组织的钢材(线材、钢线、非调质机械部件)。接着，说明钢材(线材、钢线、非调质机械部件)的显微组织的限定理由。
珠光体组织是具有优异的加工硬化特性的组织。体积分数小于“64×(C％)+52％”时，拉丝加工和冷锻造时的加工硬化变小，强度降低，同时非珠光体组织部成为破坏的起点，在冷锻造时容易产生加工裂纹，因此将珠光体组织的体积分数的下限设定为“64×(C％)+52％”。
作为珠光体组织以外的其余组织，可以包含初析铁素体组织、贝氏体组织。马氏体组织容易产生拉丝加工、冷锻造时的裂纹，同时使耐氢脆化特性劣化，因此不含有。
珠光体组织的体积分数如下求出：例如用扫描电子显微镜在1000倍的倍率下拍摄线材的C截面(与线材的长度方向垂直的截面)，进行图像分析而求出。例如，在线材的C截面中，对于线材的表层(表面)附近、1/4D部(沿着线材的中心方向距离线材的表面为线材的直径D的1/4的部分)和1/2D部(线材的中心部分)分别拍摄125μm×95μm的区域。显微镜检测面(C截面)中包含的组织的面积分数与组织的体积分数相等，因此由图像分析获得的面积分数是组织的体积分数。另外，钢线和非调质机械部件的珠光体组织的体积分数也同样地确定。
从表层到0.1D的范围的珠光体组织的平均块粒径超过15μm时，在冷锻造时容易产生加工裂纹，因此将上述平均块粒径的上限设定为15μm。
(从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径)/(从0.25D到中心的范围的珠光体组织的平均块粒径)为1.0以上时，容易产生加工裂纹，因此将上述块粒径的比率设定为小于1.0。优选的上限为0.90。
接着，在本发明中，在将线材拉丝加工而获得的钢线中，与钢线的轴向平行的截面中从表层到1.0mm的区域中由长径比2.0以上的珠光体块形成的组织的面积分数相对于全部珠光体组织为70％以上。图1示出了拉伸强度(TS)与从表层到0.1D的范围的珠光体组织的平均块粒径和内部的平均块粒径之比的关系。图中，黑四方形表示成分组成在本发明的范围外且F1为0.6以上的钢材的情况。
图中，黑三角是成分组成在本发明范围内、但由长径比2.0以上的珠光体块形成的组织的体积分数相对于全部珠光体组织小于70％的本发明范围以外的钢线的情况，◆是成分组成在本发明的范围内且由长径比2.0以上的珠光体块形成的组织的体积分数相对于全部珠光体组织为70％以上的钢线的情况。
平均块粒径例如可以使用EBSP(电子背散射图案，Electron BackScattering Pattern)装置来测定。具体而言，在与线材的长度方向垂直的线材截面中，对于从表层到0.1D的范围以及从1/4D部(沿着钢线的中心方向距离钢线的表面为钢线的直径D的1/4的部分)到1/2D部(钢线的中心部分)的范围分别测定275μm×165μm的区域。
从由EBSP装置测定的bcc结构的晶体取向图中，将取向差呈现10°以上的边界作为块晶界。而且，将一个块粒的圆当量直径定义为块粒径，将其体积平均定义为平均粒径。
非调质机械部件是指省略软质化退火、淬火回火处理等的热处理而通过拉丝、锻造等的加工效果而赋予强度的机械部件，此处为与初始截面相比截面收缩率为10％以上的机械部件。
接着，对于钢材(线材、钢线、非调质机械部件)的制造方法进行说明。将由规定的成分组成形成的钢坯加热，接着热轧为线材形状，之后卷取为环状。卷取温度为800～900℃，以20～100℃/秒的冷却速度从卷取结束温度冷却到600℃，进一步以20℃/秒以下的冷却速度从600℃冷却到550℃。
卷取温度影响相变后的珠光体块粒。卷取温度超过900℃时，热轧后的线材的珠光体块粒径成为粗粒，在表层部超过15μm，使冷锻造性劣化。卷取温度低于800℃时，相变后的组织的初析铁素体的体积分数增加，珠光体组织的体积分数小于“64×(C％)+52％”。因此，卷取温度设定为800～900℃。
卷取后的冷却速度低于20℃/秒时，线材的初析铁素体组织的体积分数增加，珠光体组织的体积分数小于“64×(C％)+52％”。为了使冷却速度超过100℃/秒，需要过多的冷却设备。因此，将卷取后直到600℃的冷却速度设定为20～100℃/秒。
从600℃到550℃的冷却速度超过20℃/秒时，在组织中生成了贝氏体组织，冷锻造性劣化，因此将从600℃到550℃的冷却速度的上限设定为20℃/秒。下限从生产率的观点考虑优选为1℃/秒。
接着，利用热轧时的余热，将线材浸渍在熔融盐槽中，使之发生恒温珠光体相变。
冷却到550℃之后，将线材浸渍在400～600℃的熔融盐槽1及与其连接的500～600℃的熔融盐槽2中，分别恒温保持5～150秒，之后冷却，制造具有上述显微组织的线材。
熔融盐槽1的温度低于400℃时，贝氏体生成，冷锻造性劣化。熔融盐槽1的温度超过600℃时，珠光体相变时间延长。因此，熔融盐槽1的温度设定为400～600℃。
在与熔融盐槽1连接的熔融盐槽2中，为了在最短时间内使珠光体相变结束，将温度设定为500～600℃。关于在熔融盐槽中的浸渍时间，从钢材保持足够的温度和生产率的观点考虑，所有槽中均设定为5～150秒。在熔融盐槽中保持规定时间之后的冷却可以是水冷，也可以是放冷。
另外，作为浸渍槽，可以不是熔融盐槽，而是使用铅浴槽、流化床等设备，也可获得同样的效果，从环境、制造成本的观点考虑，本发明是优异的。
对于将这样制造的线材拉丝加工而制成具有所需强度和冷锻造性的钢线，重要的是从表层到1.0mm的区域中的珠光体组织的形态。
从钢线的表层到深度1.0mm的区域中，由长径比2.0以上的珠光体块形成的组织的体积分数相对于全部珠光体组织小于70％时，不能获得冷锻造性的提高效果。因此，将由长径比2.0以上的珠光体块形成的组织的体积分数的下限设定为70％。长径比小于2.0的块的体积分数越少越好，因此上述组织的体积分数的优选的下限为80％。
珠光体块的长径比小于2.0时，冷锻造性的提高效果小，因此上述长径比的下限设定为2.0。其中，长径比是块粒的长径与短径之比，等于拉丝加工后的轴向直径与垂直于轴的方向的直径之比(轴向直径/垂直于轴的方向的直径)。
在拉丝加工中，将截面收缩率设定为15～80％。拉丝加工的截面收缩率低于15％时，加工硬化不充分、强度不足，因此将截面收缩率的下限设定为15％。截面收缩率超过80％时，冷锻造时容易产生加工裂纹，因此将截面收缩率的上限设定为80％。优选的截面收缩率为20～65％。另外，拉丝加工可以是一次，也可以是多次。
使用这样获得的钢线，成形加工为最终的机械部件，为了维持上述显微组织的特征，在成形加工前也可以不进行热处理。通过将这样获得的钢线冷锻造(冷加工)，获得了拉伸强度为900～1300MPa的非调质机械部件。本发明以获得拉伸强度900MPa以上的非调质机械部件为基础。作为部件的强度按拉伸强度计低于900MPa时，不必要应用本发明。另一方面，超过1300MPa的部件难以用冷锻造来制造，制造成本增加。因此，作为部件强度，将拉伸强度设定为900～1300MPa。
优选的拉伸强度为900～1250MPa，更优选为900～低于1200MPa。作为机械部件，现状下已经为高强度，但为了使屈服强度和屈服比、或者延性等作为机械部件所需的其他材质特性提高，冷锻造为部件形状之后，可以将机械部件在200～600℃保持10分钟～5小时，此后进行冷却。
实施例
接着对于本发明的实施例进行说明，实施例中的条件是为了确认本发明的可实施性和效果而采用的一种条件例，本发明不限于这一种条件例。只要不偏离本发明的要旨、实现本发明的目的，本发明可以采用各种条件。
表1中示出了供给实施例的钢材的成分组成和式F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6的值。钢种L、M、N和O是偏离本发明范围的比较例。
[表1]
Figure BDA0000496961740000141
将由这些钢种形成的钢坯热轧成线径8.0～15.0mm的线材。热轧后进行卷取、冷却，在轧制工线上的熔融盐槽1、2中实施恒温相变处理，接着进行冷却。
表2中示出了热轧线材的线径、热轧后的卷取温度、从卷取温度到600℃的冷却速度、从600℃到550℃的冷却速度、在熔融盐槽1、2的各槽中的恒温保持温度和恒温保持时间。以表2所示的截面收缩率对冷却后的热轧线材实施拉丝加工，进行热处理。将热处理的热处理温度和保持时间示于表2。
[表2]
Figure BDA0000496961740000161
表3中示出了在熔融盐槽1、2中实施恒温相变处理之后冷却而获得的线材的金相组织、珠光体组织的体积分数、从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径、内部的珠光体组织的平均块粒径(从0.25D到中心的范围的珠光体组织的平均块粒径)、以及表层与内部的平均块粒径之比。另外，关于金相组织，F表示初析铁素体、P表示珠光体、B表示贝氏体、M表示马氏体。
[表3]
Figure BDA0000496961740000181
拉丝加工后的钢线的组织仍与表3所示的组织相同。表3示出了与钢线的轴向平行的截面中从表层到1.0mm的区域内的由长径比2.0以上的珠光体块形成的组织相对于全部珠光体组织的比率。另外，表3中示出了按“64×(C％)+52％”计算的珠光体组织的体积分数的下限。
表4中示出了将钢线冷锻造(冷加工)而获得的最终机械部件的拉伸强度和热处理前的钢线的冷锻造性。
[表4]
Figure BDA0000496961740000201
拉伸强度是使用JIS Z2201的9A试验片，进行按照JIS Z2241的试验方法的拉伸试验来评价的。冷锻造性如下来评价：使用将拉丝加工后的钢线机械加工而制作的φ5.0×7.5mm的试样，采用带同心圆状槽的模具约束端面并进行压缩，由以相当于应变1.0的压缩率57.3％进行加工时的最大应力(变形阻力)及不产生裂纹的最大压缩率(极限压缩率)来评价。
以压缩率57.3％进行加工时的最大应力为1200MPa以下时，判定为变形阻力优异，不产生裂纹的最大压缩率为65％以上时，判定为极限压缩率优异。
水准10如表2所示是在卷取后不进行恒温相变处理、采用斯太尔摩(Stelmor)方式进行冷却的以往的制造方法，珠光体组织的体积分数在本发明范围以外。
水准11是将采用斯太尔摩方式进行冷却而制造的水准10的线材在950℃下加热10分钟、580℃的铅浴中保持100秒的比较例，从表层到0.1D的范围内的珠光体组织的平均块粒径以及表层与内部的平均块粒径的比率在本发明范围以外。
水准13是卷取温度超过本发明范围的上限的例子。从表层到0.1D的范围内的珠光体组织的平均块粒径以及表层与内部的平均块粒径的比率在本发明范围以外。
水准15是拉丝截面收缩率小于本发明范围的下限的例子，长径比2.0以上的珠光体组织的体积分数没有达到本发明范围的下限。
水准16是熔融盐槽的温度低于本发明范围的下限的例子，金相组织中混杂马氏体组织，不符合本发明的组织，并且珠光体组织的体积分数和长径比2.0以上的珠光体组织的体积分数没有达到本发明范围的下限。马氏体组织混杂的水准16中，拉丝加工性劣化，在拉丝加工中发生断线。
水准22是卷取温度低于本发明范围的下限的例子。初析铁素体生成，珠光体组织的体积分数低于本发明范围的下限。
水准23是熔融盐槽1的温度超过本发明范围的上限的例子。金相组织中混杂马氏体组织，不符合本发明的组织，并且珠光体组织的体积分数小于本发明范围的下限。
水准24是熔融盐槽2的温度超过本发明范围的上限的例子。金相组织中混杂马氏体组织，不符合本发明的组织，并且珠光体组织的体积分数和长径比2.0以上的珠光体组织的体积分数没有达到本发明范围的下限。
水准25是熔融盐槽1和熔融盐槽2的保持时间低于本发明范围的下限的例子。金相组织中混杂马氏体组织，不符合本发明的组织，并且珠光体组织的体积分数和长径比2.0以上的珠光体组织的体积分数没有达到本发明范围的下限。马氏体组织混杂的水准25中，拉丝加工性劣化，在拉丝加工中发生断线。
表4中示出了各水准的机械特性。
关于珠光体组织的体积分数以及表层与内部的平均块粒径之比在本发明范围以外的水准10，从表层到0.1D的范围的珠光体组织的平均块粒径以及表层与内部的平均块粒径之比在本发明范围以外的水准11，从表层到0.1D的范围的珠光体组织的平均块粒径在本发明范围以外的水准13，表层与内部的平均块粒径之比在本发明范围以外的水准15，金相组织中混杂马氏体组织、不符合本发明的组织并且珠光体组织的体积分数和长径比2.0以上的珠光体组织的体积分数在本发明范围以外的水准16、水准24，珠光体组织的体积分数和长径比2.0以上的珠光体组织的体积分数在本发明范围以外的水准18，珠光体组织的体积分数偏离的水准22，金相组织中混杂马氏体组织、不符合本发明的组织并且珠光体组织的体积分数在本发明范围以外的水准23，上述这些水准的极限压缩率均低于65％、是不良的。
关于使用Cr和Mo在本发明范围以外的钢种M的水准19、使用C和F1在本发明范围以外的钢种N的水准20、使用C和N在本发明范围以外的钢种O的水准21，压缩率57.3％下的应力均超过1200MPa、变形阻力是不良的。
由以上可知，本发明的机械部件即使省略软质化退火也具有可冷锻造的加工性，即使省略淬火回火处理也具有900～1300MPa的强度。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明，可以廉价地提供有助于汽车、各种产业机械和建设用构件的轻量化、小型化的高强度机械部件。因此，本发明在机械产业中的可利用性很高。

Claims (11)

1.一种非调质机械部件用线材，所述线材用于制造拉伸强度为900～1300MPa的非调质机械部件，其中，
所述线材的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
金相组织按体积分数计含有64×(C％)+52％以上的珠光体组织，其余由初析铁素体组织和贝氏体组织中的一种或两种构成，
将线材的直径设定为D时，从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径为15μm以下，且(从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径)/(从0.25D到中心的范围的珠光体组织的平均块粒径)小于1.0。
2.根据权利要求1所述的非调质机械部件用线材，其按质量％计进一步含有Al：0.003～0.050％、Ca：0.001～0.010％、Mg：0.001～0.010％、Zr：0.001～0.010％中的一种或两种以上。
3.一种非调质机械部件用线材的制造方法，其是制造在拉伸强度为900～1300MPa的非调质机械部件的制造中使用的线材的方法，其中，
将下述钢坯加热，热轧为线材形状，在卷取温度800～900℃下卷取，所述钢坯的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
以20～100℃/秒的冷却速度从卷取结束温度冷却到600℃，进一步以20℃/秒以下的冷却速度从600℃冷却到550℃，
此后，分别在400～600℃的熔融盐槽1及与其连接的500～600℃的熔融盐槽2中恒温保持5～150秒，
接着，进行冷却。
4.一种非调质机械部件用钢线，所述钢线用于制造拉伸强度为900～1300MPa的非调质机械部件，其中，
所述钢线的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
金相组织按体积分数计含有64×(C％)+52％以上的珠光体组织，其余由初析铁素体组织和贝氏体组织中的一种或两种构成，
将钢线的直径设定为D时，从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径为15μm以下，且(从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径)/(从0.25D到中心的范围的珠光体组织的平均块粒径)小于1.0，
在与钢线的轴向平行的截面上的从表层到1.0mm的区域中，由长径比2.0以上的珠光体块形成的组织的面积分数相对于全部珠光体组织为70％以上。
5.根据权利要求4所述的非调质机械部件用钢线，其按质量％计进一步含有Al：0.003～0.050％、Ca：0.001～0.010％、Mg：0.001～0.010％、Zr：0.001～0.010％中的一种或两种以上。
6.一种非调质机械部件用钢线的制造方法，其是制造在拉伸强度为900～1300MPa的非调质机械部件的制造中使用的钢线的方法，其中，
将下述钢坯加热，热轧为线材形状，在卷取温度800～900℃下卷取，所述钢坯的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
以20～100℃/秒的冷却速度从卷取结束温度冷却到600℃，进一步以20℃/秒以下的冷却速度从600℃冷却到550℃，
此后，分别在400～600℃的熔融盐槽1及与其连接的500～600℃的熔融盐槽2中恒温保持5～150秒，
接着，进行冷却，
此后，以总截面收缩率15～80％进行拉丝加工。
7.一种非调质机械部件，其拉伸强度为900～1300MPa，该机械部件是对下述钢线进行冷加工而制造的，所述钢线的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
金相组织按体积分数计含有64×(C％)+52％以上的珠光体组织，其余由初析铁素体组织和贝氏体组织中的一种或两种构成，
将所述钢线的直径设定为D时，从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径为15μm以下，且(从表层到0.1D的区域的珠光体组织的平均块粒径)/(从0.25D到中心的范围的珠光体组织的平均块粒径)小于1.0，
在与所述钢线的轴向平行的截面上的从表层到1.0mm的区域中，由长径比2.0以上的珠光体块形成的组织的面积分数相对于全部珠光体组织为70％以上。
8.根据权利要求7所述的非调质机械部件，其按质量％计进一步含有Al：0.003～0.050％、Ca：0.001～0.010％、Mg：0.001～0.010％、Zr：0.001～0.010％中的一种或两种以上。
9.一种非调质机械部件的制造方法，所述非调质机械部件的拉伸强度为900～1300MPa，其中，
将下述钢坯加热，热轧为线材形状，在卷取温度800～900℃下卷取，所述钢坯的组成按质量％计如下：含有C：0.20～0.50％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.20～1.0％；P被限制在0.030％以下、S被限制在0.030％以下、N被限制在0.005％以下；由下述式(1)定义的F1小于0.60；余量Fe和不可避免的杂质，
F1＝C(％)+Si(％)/24+Mn(％)/6 (1)
以20～100℃/秒的冷却速度从卷取结束温度冷却到600℃，进一步以20℃/秒以下的冷却速度从600℃冷却到550℃，
此后，分别在400～600℃的熔融盐槽1及与其连接的500～600℃的熔融盐槽2中恒温保持5～150秒，
接着，进行冷却，
此后，以总截面收缩率15～80％进行拉丝加工，
进一步进行冷加工。
10.根据权利要求9所述的非调质机械部件的制造方法，其中，进行上述拉丝加工之后，进行冷加工而不进行软质化热处理。
11.根据权利要求9所述的非调质机械部件的制造方法，其中，进行上述冷加工之后，在200～600℃保持10分钟以上。
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