CN109963960A - 线材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本实施方式的线材具有规定的化学组成，在线材的横截面的中心部所观察到的组织中，珠光体的面积分率为90.0％以上，先共析渗碳体的面积分率为1.00％以下，先共析渗碳体的平均厚度为0.25μm以下，每单位面积的先共析渗碳体的总长度低于40.0mm/mm2，抗拉强度满足式(1)，上述线材的直径为3.0～5.5mm。1000×C量(％)+300×Cr量(％)+70≤TS≤1000×C量(％)+300×Cr量(％)+160···式(1)

Description

线材及其制造方法
技术领域
本发明涉及线材及其制造方法。
本申请基于2016年10月28日在日本申请的特愿2016-211590号而主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
钢丝绳(steel cord)及锯线(Sawing wire)等高强度钢线通常是通过对C含量为0.7～0.9％左右的高碳钢线材进行拉丝加工来制造。高碳钢由于强度高，因此在进行拉丝加工时容易产生断线。如果在拉丝加工中加工应变增加，则拉丝材发生高强度化及低延展性化，因此变得特别容易产生断线。拉丝加工时的断线会使生产率显著降低。因此，要求在拉丝加工时不易断线的高碳钢线材(即拉丝加工性良好的高碳钢线材)。
另一方面，对钢线要求高强度。例如，对于钢丝绳，为了轮胎的轻量化及汽车的燃料消耗改善等而要求高强度化。对于锯线，为了防止硅片切割时的断线及降低切割费用等而要求高强度化及细径化。为了应对这些对钢线的强度的要求，作为钢原材料，使用高碳钢、特别是含有共析钢以上的量的C的过共析钢。
在过共析钢中，一般由于先共析渗碳体在热轧线材中析出，导致线材的拉丝加工性显著降低。因此，期望抑制过共析钢的热轧线材中的先共析渗碳体的析出量。这里，本说明书中，所谓“热轧线材”是指在热轧后没有实施再次进行加热的热处理的热轧状态线材。
专利文献1公开了通过规定热轧线材的珠光体片间距而使热轧线材的拉丝加工性提高。但是，在专利文献1中，对于先共析渗碳体对拉丝加工性所造成的影响没有进行研究。另外，在专利文献1中，具有将从卷取到规定的温度为止的冷却速度设定为20℃/秒以上、之后进行加热的工序，制造工序复杂。进而，存在卷取后的冷却能力的负荷大、制造成本变高等问题。
专利文献2是通过限定热轧线材的抗拉强度、断裂断面收缩率及球径(nodulediameter)等，从而实现提高热轧线材的拉丝加工性。但是，专利文献2与专利文献1同样地对于先共析渗碳体对拉丝加工性所造成的影响没有进行研究。在C含量高的线材中，如果实现专利文献2中限定的断裂断面收缩率及球径等，则有可能由于先共析渗碳体大量地析出而导致拉丝加工性降低。
专利文献3是通过将热轧后的线材的奥氏体晶粒微细化、并且将冷却后的先共析渗碳体的面积分率及长宽比等设定为规定的范围内，从而使线材的拉丝加工性提高。专利文献3中公开的线材通过进一步降低抗拉强度，可期待拉丝加工性的提高及由拉丝加工时的负荷降低带来的制造成本的削减。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5179331号公报
专利文献2：日本专利第4088220号公报
专利文献3：日本特开2001-181789号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是为了解决上述那样的问题而进行的。即本发明的目的是提供含有共析钢以上的量的C、在热轧后不实施再次进行加热的热处理而得到的具有优异的拉丝加工性的线材及其制造方法。
用于解决课题的手段
本发明的发明者们使用C含量为0.90～1.15％的钢材在各种轧制条件下制作了对金属组织及抗拉强度进行了控制的高碳钢热轧线材(以下有时记载为“线材”)。本发明的发明者们对这些线材的拉丝加工性进行评价，对线材的组织及抗拉强度对拉丝加工性所造成的影响进行了详细研究。其结果是，本发明的发明者们得到下述见解：根据C含量及Cr含量，将抗拉强度控制在规定的范围内，抑制先共析渗碳体的面积分率及厚度，进一步控制每单位面积的先共析渗碳体的总长度，由此使线材的拉丝加工性提高。需要说明的是，本说明书中，“拉丝加工性”表示能够不发生断线地进行拉丝的性质。本说明书中，线材的拉丝加工性是通过在拉丝加工时产生断线时的真应变来进行评价。
本发明是基于以上的见解而完成的，其主旨如下所述。
(1)本发明的一个方案的线材，其以质量％计含有C：0.90～1.15％、Si：0.10～0.50％、Mn：0.10～0.80％、Cr：0.10～0.50％、Ni：0～0.50％、Co：0～1.00％、Mo：0～0.20％及B：0～0.0030％，P限制为0.020％以下及S限制为0.010％以下，剩余部分包含Fe及杂质，其中，将线材的半径设定为R时，在距离上述线材的横截面的中心为(1/5)R以内的中心部所观察到的组织中，珠光体的面积分率为90.0％以上，先共析渗碳体的面积分率为1.00％以下，在上述中心部，上述先共析渗碳体的平均厚度为0.25μm以下，在上述中心部，每单位面积的上述先共析渗碳体的总长度低于40.0mm/mm2，抗拉强度满足式(1)，上述线材的直径为3.0～5.5mm。
1000×C量(％)+300×Cr量(％)+70≤TS≤1000×C量(％)+300×Cr量(％)+160式(1)
其中，上述每单位面积的先共析渗碳体的总长度(mm/mm2)为每单位面积所观察到的先共析渗碳体的长度的合计。上述式(1)中的上述TS表示将单位设定为MPa时的上述线材的抗拉强度。上述式(1)中的“C量(％)”表示上述线材中的C的含有质量％，“Cr量(％)”表示上述线材中的Cr的含有质量％。
(2)根据上述(1)所述的线材，其中，也可以以质量％计含有Ni：0.10～0.50％、Co：0.10～1.00％、Mo：0.05～0.20％及B：0.0002～0.0030％中的任1种或2种以上。
(3)根据上述(1)或(2)所述的线材，其中，上述先共析渗碳体的面积分率也可以为超过0％且为1.00％以下。
(4)根据上述(1)～(3)中的任一方案所述的线材，其中，在上述中心部所观察到的组织中，也可以包含先共析渗碳体、晶界铁素体及贝氏体中的1种或2种以上。
(5)本发明的另一个方案的线材的制造方法，其中，将具有上述(1)中记载的成分的钢坯热轧成直径为3.0～5.5mm之后，在940～800℃进行卷取，卷取后直至650℃为止以6.0～15.0℃/秒的平均冷却速度进行冷却，在650～600℃以1.0～3.0℃/秒的平均冷却速度进行冷却，在600～300℃以10.0℃/秒以上的平均冷却速度进行冷却。
发明效果
根据上述方案，能够提供含有共析钢以上的量的C、在热轧后不实施再次进行加热的热处理的情况下得到的具有优异的拉丝加工性的线材及其制造方法。另外，根据上述方案，能够在不需要多余的设备成本的情况下提高过共析钢组成的线材的拉丝加工性。另外，根据上述方案，能够抑制伴随钢丝绳及锯线等的高强度化所产生的成本的增大因子(拉丝加工中的断线率的上升、中间铅浴淬火的实施、模(dice)的磨损增加以及拉丝加工时的负荷增加等)。因此，上述方案的线材作为用作轮胎及软管的增强材料等的钢丝绳以及在硅片等的切割中所使用的锯线等高强度钢线的原材料是有用的。
附图说明
图1是表示原奥氏体晶界中的先共析渗碳体的析出状态的概略图。
图2是说明先共析渗碳体的厚度及长度的测定方法的图。
图3是说明先共析渗碳体的厚度及长度的测定方法的图。
图4是说明先共析渗碳体的厚度及长度的测定方法的图。
具体实施方式
以下，对本实施方式的线材进行说明。需要说明的是，本实施方式是为了更好地理解本发明的主旨而详细说明的，因此只要没有特别指定，就不限定本发明。
首先，对本实施方式的线材的钢组成进行说明。以下，只要没有特别说明，则关于钢组成的“％”是表示“质量％”。
C：0.90～1.15％
C是为了确保钢线的强度所必需的元素。C含量低于0.90％时，会引起钢线的强度降低。因此，将C含量的下限设定为0.90％。优选的C含量的下限为0.96％或1.00％。另一方面，如果C含量超过1.15％，则由于在线材中大量析出先共析渗碳体而导致容易产生断线。另外，如果C含量超过1.15％，则由于线材及钢线的强度过度变高而导致线材及钢线的拉丝加工性降低。因此，将C含量的上限设定为1.15％。优选的C含量的上限为1.10％或1.08％。
Si：0.10～0.50％
Si具有增加珠光体中的铁素体的强度的作用。为了有效地发挥上述作用，将Si含量的下限设定为0.10％。优选的Si含量的下限为0.15％或0.20％。然而，如果过量地含有Si，则有可能会产生对线材的拉丝加工性有害的SiO2系夹杂物。因此，将Si含量的上限设定为0.50％。优选的Si含量的上限为0.40％或0.35％。
Mn：0.10～0.80％
Mn具有使从奥氏体向先共析渗碳体及先共析铁素体的相变延迟的作用，是用于得到珠光体主体的组织而有用的元素。为了有效地发挥上述作用，将Mn含量的下限设定为0.10％。优选的Mn含量的下限设定为0.20％或0.30％。但是，即使过量地含有Mn，上述作用也饱和。此外，Mn具有提高钢的淬透性的作用。因此，在线材过量地含有Mn的情况下，在热轧后的冷却过程中在线材中产生贝氏体及马氏体等过冷组织、线材的强度过度地上升而使拉丝加工性劣化。因此，将Mn含量的上限设定为0.80％。优选的Mn含量的上限为0.70％、0.60％或0.50％。
Cr：0.10～0.50％
Cr具有提高钢的珠光体的加工硬化率的作用。如果珠光体的加工硬化率变高，则在低应变的拉丝加工中能够得到更高的抗拉强度。另外，Cr由于具有使从奥氏体向先共析渗碳体及先共析铁素体的相变延迟的作用，因此是用于得到珠光体主体的组织而有用的元素。为了有效地发挥上述作用，将Cr含量的下限设定为0.10％。优选的Cr含量的下限为0.15％或0.20％。但是，如果Cr含量超过0.50％，则线材的淬透性变高，在热轧后的冷却过程中产生贝氏体及马氏体等过冷组织、线材过度地高强度化而使拉丝加工性降低。因此，将Cr含量的上限设定为0.50％。优选的Cr含量的上限为0.40％或0.35％。
Mn及Cr这两者都是具有提高钢的淬透性、并且延迟向先共析渗碳体的相变的作用的元素。为了抑制线材中的非珠光体组织(先共析渗碳体、贝氏体及马氏体等)的产生，优选控制Mn及Cr的合计含量。Mn及Cr的合计含量的下限优选为0.40％或0.45％。Mn及Cr的合计含量的上限优选为0.60％或0.55％。
本实施方式的线材除了含有上述的基本元素以外，也可以进一步选择性含有下述所示的Ni、Co、Mo及B中的1种或2种以上。在不含有这些元素的情况下，这些元素的含量为0％。
Ni：0～0.50％
Ni由于具有使从奥氏体向先共析渗碳体及先共析铁素体的相变延迟的作用，因此是用于得到珠光体主体的组织而有用的元素。另外，Ni是还具有提高拉丝材的韧性的作用的元素。为了得到上述作用，优选将Ni含量的下限设定为0.10％。更优选的Ni含量的下限为0.15％或0.20％。另一方面，如果过量地含有Ni，则淬透性变得过大，有可能由于在热轧后的冷却过程中在线材中产生贝氏体及马氏体等过冷组织而导致线材的拉丝加工性降低。因此，优选将Ni含量的上限设定为0.50％。更优选的Ni含量的上限为0.30％或0.25％。
Co：0～1.00％
Co具有抑制轧制材中的先共析铁素体的析出的作用。另外，Co具有提高拉丝材的延展性的作用。为了有效地发挥上述作用，Co含量的下限优选设定为0.10％。更优选的Co含量的下限为0.20％、0.30％或0.40％。另一方面，即使过量地含有Co，上述作用也饱和，因此成本增大。因此，优选将Co含量的上限设定为1.00％。更优选的Co含量的上限为0.90％或0.80％。
Mo：0～0.20％
Mo具有使从奥氏体向先共析渗碳体及先共析铁素体的相变延迟的作用，是用于得到珠光体主体的组织而有用的元素。为了得到上述作用，优选将Mo含量的下限设定为0.05％。更优选的Mo含量的下限为0.08％。然而，如果Mo含量超过0.20％，则淬透性变得过大，有可能在热轧后的冷却过程中产生贝氏体及马氏体等过冷组织、线材的拉丝加工性降低。因此，优选将Mo含量的上限设定为0.20％。更优选的Mo含量的上限为0.15％或0.11％。
B：0～0.0030％
B具有在晶界浓集、抑制先共析铁素体的析出的作用。为了得到上述作用，B含量的下限优选设定为0.0002％。更优选的B含量的下限为0.0005％、0.0007％、0.0008％或0.0009％。另一方面，如果过量地含有B，则有可能B在奥氏体中形成Fe23(CB)6等碳化物、降低线材的拉丝加工性。因此，优选将B含量的上限设定为0.0030％。更优选的B含量的上限为0.0020％。
本实施方式的线材含有上述基本元素及根据需要使用的Ni、Co、Mo及B中的1种或2种以上，剩余部分实质上为Fe及杂质。在本实施方式的线材中，作为在钢液制造时混入的杂质，有可能包含P及S。
P：0.020％以下
P是通过在晶界偏析而降低线材的拉丝加工性的元素。因此，P含量优选尽可能降低。为了确保线材的拉丝加工性，将P含量的上限设定为0.020％。优选的P含量的上限为0.014％或0.010％。P有可能在钢液制造时作为杂质而混入，没有必要特别限制其下限，其下限为0％。如果过度地降低P含量，则有可能熔炼成本会上升，因此也可以将P含量的下限设定为0.003％或0.005％。
S：0.010％以下
S是通过与Mn等形成析出物而降低线材的拉丝加工性的元素。因此，S含量优选尽可能降低。为了确保线材的拉丝加工性，将S含量的上限设定为0.010％。优选的S含量的上限为0.008％、0.007％或0.005％。S有可能在钢液制造时作为杂质而混入，没有必要特别限制其下限，其下限为0％。如果过度地降低S含量，则有可能熔炼成本会上升，因此也可以将S含量的下限设定为0.001％或0.003％。
本实施方式的线材以珠光体作为主要组织，剩余部分组织包含先共析渗碳体、晶界铁素体及贝氏体中的任1种或2种以上。作为剩余部分组织的先共析渗碳体、晶界铁素体及贝氏体有可能成为断裂的传播经路，有可能由于这些剩余部分组织的面积分率变大而导致线材的拉丝加工性降低。因此，本实施方式的线材在将线材的半径设定为R时，在距离线材的横截面的中心为(1/5)R以内的中心部所观察到的组织中，将珠光体的面积分率设定为90.0％以上，并且将先共析渗碳体的面积分率设定为1.00％以下。优选的珠光体的面积分率为93.0％以上、95.0％以上或97.0％以上。优选的先共析渗碳体的面积分率为0.50％以下或0.20％以下。
在距离线材的横截面的中心为(1/5)R以内的中心部所观察到的组织中，珠光体的面积分率也可以为100％，难以通过本实施方式的线材的化学组成来完全地抑制先共析渗碳体、晶界铁素体及贝氏体的析出。在距离线材的横截面的中心为(1/5)R以内的中心部所观察到的组织中，如果想要将珠光体的面积分率设定为100％，则会有下述情况：变得需要非常优异的冷却能力而导致设备成本增加；因线材的抗拉强度的上升而使拉丝加工性降低；及因拉丝加工时的负荷增加而导致在二次加工中成本增加。因此，在距离线材的横截面的中心为(1/5)R以内的中心部所观察到的组织中，也可以将珠光体的面积分率设定为低于100％。
先共析渗碳体如果析出量为少量，则不会使线材的拉丝加工性降低。另一方面，在距离线材的横截面的中心为(1/5)R以内的中心部所观察到的组织中，为了将先共析渗碳体的面积分率设定为0％，会有变得需要优异的冷却能力而导致设备成本增加的情况。因此，在距离线材的横截面的中心为(1/5)R以内的中心部所观察到的组织中，也可以将先共析渗碳体的面积分率设定为超过0％。
在距离线材的横截面的中心为(1/5)R以内的中心部所观察到的组织中，晶界铁素体及贝氏体的面积分率优选尽可能降低。优选将晶界铁素体及贝氏体的合计的面积分率设定为5.0％以下或4.5％以下。将晶界铁素体及贝氏体的合计的面积分率设定为0％有可能会引起制造成本的增大，因此也可以将晶界铁素体及贝氏体的合计的面积分率设定为超过0％。
线材中的先共析渗碳体成为拉丝加工时的断线的主要原因。但是，如果先共析渗碳体的析出量为少量，则特别是通过适当地调整其与原奥氏体晶界的关系，能够抑制拉丝加工性的降低。具体而言，通过减小先共析渗碳体的厚度、并且缩短每单位面积的先共析渗碳体的总长度，能够抑制线材的拉丝加工性的降低。
对于先共析渗碳体的厚度及总长度，参照图1～图4进行说明。图1是表示原奥氏体晶界上的先共析渗碳体的析出状态的概略图。图2是说明图1的先共析渗碳体10a的厚度及长度的测定方法的图。图3及图4分别是说明图1的先共析渗碳体10b及10c的厚度及长度的测定方法的图。
先共析渗碳体是以沿着原奥氏体晶界的形状析出。具体而言，如图1中所示的那样，先共析渗碳体10a～10d按照沿着原奥氏体晶界20的方式析出。在各个先共析渗碳体中，将长度定义为沿着原奥氏体晶界的方向，将厚度定义为与原奥氏体晶界垂直的方向。对于先共析渗碳体的厚度，以在沿着原奥氏体晶界的方向上将长度4等分而得到的间隔在3个部位测定厚度，将这些测定值的平均定义为该先共析渗碳体的厚度。需要说明的是，在先共析渗碳体的厚度的测定中，在判断测定部位为分支点或端部等与通常不同的情况下，该部位设定为不包括在平均中。即，在图2中，先共析渗碳体10a的长度为L1，先共析渗碳体10a的厚度为T1、T2及T3的平均。对于如图1的先共析渗碳体10b那样具有分支的先共析渗碳体，将各分支的长度的合计定义为该先共析渗碳体的长度。即，在图3中，先共析渗碳体10b的长度为OA、OB及OC的合计。另外，关于先共析渗碳体的厚度，在各分支中如上述那样以在沿着原奥氏体晶界的方向上将长度4等分而得到的间隔测定3个部位，将这些测定值的平均定义为该先共析渗碳体的厚度。即，在图3中，先共析渗碳体10b的厚度为TA1、TA2、TA3、TB1、TB2、TB3、TC1、TC2及TC3的平均。对于如图1的先共析渗碳体10c那样具有沿着原奥氏体晶界弯曲的形状的先共析渗碳体，沿着原奥氏体晶界测定长度。即，在图4中，先共析渗碳体10c的长度为O’D及O’E的合计。另外，厚度在弯曲的部位进行分割，对各部位如上述那样以在沿着原奥氏体晶界的方向上将长度4等分而得到的间隔测定3个部位，将这些测定值的平均定义为该先共析渗碳体的厚度。即，在图4中，先共析渗碳体10c的厚度为TD1、TD2、TD3、TE1、TE2、及TE3的平均。图1中的先共析渗碳体的总长度为先共析渗碳体10a～10d的长度的合计。
本实施方式的线材在距离线材的横截面的中心为(1/5)R以内的中心部所观察到的组织中，将先共析渗碳体的平均厚度设定为0.25μm以下，并且将每单位面积的先共析渗碳体的总长度设定为低于40.0mm/mm2。优选的先共析渗碳体的平均厚度为0.20μm以下。优选的每单位面积的先共析渗碳体的总长度为30.0mm/mm2以下、20.0mm/mm2以下或10.0mm/mm2以下。如果先共析渗碳体的平均厚度超过0.25μm或每单位面积的先共析渗碳体的总长度成为40.0mm/mm2以上，则有可能线材的拉丝加工时的缺陷变大、成为断线的主要原因。
本实施方式的线材也可以在距离线材的横截面的中心为(1/5)R以内的中心部所观察到的组织中，减小先共析渗碳体在原奥氏体晶界上的占有的程度，由此进一步降低线材的拉丝加工性。先共析渗碳体在原奥氏体晶界上的占有的程度如下述式(A)的左边所示的那样，以每单位面积的先共析渗碳体的总长度及原奥氏体粒径之积进行评价。优选下述式(A)的左边低于1.2。更优选下述式(A)的左边低于1.0。
每单位面积的先共析渗碳体总长度(mm/mm2)×原奥氏体粒径(mm)<1.2 式(A)
本实施方式的线材的抗拉强度(MPa)根据C含量(质量％)及Cr含量(质量％)而由下述式(1)来进行规定。如果线材的抗拉强度低于下述式(1)中所示的下限值(左边)，则有可能由于引起先共析渗碳体的粗大化、先共析渗碳体的面积分率的增加或片层渗碳体的厚度的增大而导致线材的拉丝加工性降低。另一方面，如果线材的抗拉强度超过下述式(1)中所示的上限值(右边)，则有可能由于拉丝加工时的加工硬化率变高、拉丝材的抗拉强度增加而使延展性降低从而导致拉丝材的拉丝加工性降低。另外，如果线材的抗拉强度超过下述式(1)中所示的上限值(右边)，则有可能由于模及拉丝加工机等的负荷增加而导致制造成本增加。
优选的式(1)的右边的常数项为+150(MPa)。换言之，线材的抗拉强度优选满足下述式(2)。更优选的式(1)的左边的常数项为+80(MPa)，更优选的右边的常数项为+150(MPa)。换言之，线材的抗拉强度更优选满足下述式(3)。进一步优选的式(1)的左边的常数项为+90(MPa)，进一步优选的右边的常数项为+140(MPa)。换言之，线材的抗拉强度进一步优选满足下述式(4)。需要说明的是，下述式(1)～(4)中的TS表示线材的抗拉强度，“C量(％)”表示线材中的C的含有质量％，“Cr量(％)”表示线材中的Cr的含有质量％。
1000×C量(％)+300×Cr量(％)+70≤TS≤1000×C量(％)+300×Cr量(％)+160 式(1)
1000×C量(％)+300×Cr量(％)+70≤TS≤1000×C量(％)+300×Cr量(％)+150 式(2)
1000×C量(％)+300×Cr量(％)+80≤TS≤1000×C量(％)+300×Cr量(％)+150 式(3)
1000×C量(％)+300×Cr量(％)+90≤TS≤1000×C量(％)+300×Cr量(％)+140 式(4)
线材的线径会影响卷取后的冷却速度，其结果是，会影响线材的金属组织及抗拉强度等。如果线材的直径超过5.5mm，则有可能由于线材中心部的冷却速度变慢而导致在线材中大量地生成先共析渗碳体。另一方面，线材的直径低于3.0mm时，有可能由于线材的制造变得困难、生产效率降低而导致线材的成本上升。因此，本实施方式的线材的线径设定为3.0～5.5mm。
珠光体及先共析渗碳体的面积分率的测定通过以下的方法来进行。
首先，将线材切断，按照能够观察与线材的长度方向垂直的横截面的方式，将线材进行树脂填埋。将树脂填埋的线材用研磨纸及氧化铝磨粒进行研磨，进一步进行镜面加工而制成试样。将试样的观察面(即线材的横截面)用硝酸乙醇溶液或苦味醇溶液进行腐蚀后，使用扫描型电子显微镜(SEM)对试样的观察面进行观察。
硝酸乙醇溶液是将硝酸及乙醇混合而成的溶液。试样的观察面的腐蚀是通过下述方法等来进行的：将观察面在将浓度设定为5％以下、将温度设定为15～30℃左右的硝酸乙醇溶液中浸渍数秒～1分钟的时间；以及用浸渍了上述的浓度及温度的硝酸乙醇溶液的脱脂棉擦拭观察面。苦味醇溶液是将苦味酸及乙醇混合而成的溶液。试样的观察面的腐蚀是通过将观察面在将浓度设定为5％左右、将温度设定为40～60℃左右的苦味醇溶液中浸渍30秒～2分钟的时间的方法来进行的。腐蚀后，将试样的观察面立即充分地水洗之后，通过冷风或暖风快速地干燥。
接着，使用SEM附带的照片拍摄装置，对试样的中心部(将线材的半径设定为R，距离线材的中心为(1/5)R以内的区域)以2000倍以上的倍率按照总观察视场面积成为0.08mm2以上的方式拍摄多个视场。使用这些SEM照片及粒子解析软件等图像解析软件，得到线材的中心部的珠光体及先共析渗碳体的面积分率。
先共析渗碳体的平均厚度及长度是使用上述SEM照片进行测定。先共析渗碳体的平均厚度是通过求出上述SEM照片中的全部的先共析渗碳体的厚度并算出其平均值而得到。先共析渗碳体的厚度是通过测定与原奥氏体晶界垂直的方向的厚度而得到。如果是图2的渗碳体10a，则测定厚度T1、T2、T3，并将它们的平均设定为该先共析渗碳体的厚度。另外，先共析渗碳体的长度(mm)是基于上述SEM照片中的先共析渗碳体的形状来描绘假想原奥氏体晶界的线，并沿着该线测定长度。如果是如图2的渗碳体10a那样不具有特别弯曲的形状的渗碳体，则沿着其长轴方向来描绘假想原奥氏体晶界的直线，并沿着该直线来测定长度L1。如果是如图4的渗碳体10c那样具有特异的弯曲部的先共析渗碳体，则按照该形状来描绘假想原奥氏体晶界的线，并沿着该线测定先共析渗碳体长度。如果是如图3的渗碳体10b那样具有分支的先共析渗碳体，则将每个分支的长度进行总计。每单位面积的先共析渗碳体的总长度(mm/mm2)设定为所测定的测定视场中的各先共析渗碳体的长度的合计除以视场面积而得到的值。即，每单位面积的先共析渗碳体的总长度(mm/mm2)是每单位面积所观察到的先共析渗碳体的长度的合计。此外，在测定时，根据需要，也可以对包含先共析渗碳体的区域以更高倍率进行拍摄，测定先共析渗碳体的平均厚度及长度。
原奥氏体粒径是使用将从热轧后并且刚卷取后的卷材的最终端起的数圈进行水冷、淬火后而得到的线材进行测定。将淬火后的线材切断，按照能够观察横截面的方式将线材进行树脂填埋。将树脂填埋的线材用研磨纸及氧化铝进行研磨，进一步进行镜面加工而制成试样。通过将试样的观察面(即线材的横截面)用苦味酸碱溶液进行腐蚀，显露出原奥氏体晶界。试样的观察面的腐蚀通过将试样的观察面在将温度设定为75～90℃的苦味酸碱溶液中浸渍10～20分钟左右来进行。腐蚀后，将试样的观察面立即充分水洗后，通过冷风或暖风快速干燥。需要说明的是，用于观察面的腐蚀的苦味酸碱溶液是以重量比计苦味酸为2、氢氧化钠为5、水为100的比例的混合溶液。
将观察面腐蚀后，使用光学显微镜对试样的观察面的中心部(将线材的半径设定为R，距离线材的中心为(1/5)R以内的区域)以400倍以上的倍率按照总观察视场面积成为0.15mm2以上的方式拍摄多个视场。使用所拍摄的照片及JIS G 0551：2013中记载的切断法，测定原奥氏体粒径。在切断法中，以100μm间隔按照不重叠的方式画10条以上长度为400μm的直线，通过在合计为4mm以上的直线中所捕捉的捕捉晶粒数来进行评价。
线材的抗拉强度通过以下的方法来进行测定。在线材中，除了非稳定部以外，从线材卷材的前部、中间部及尾部分别采集3根以上的样品。使用所采集的样品，依据JIS Z2241：2011进行拉伸试验。通过算出全部样品的抗拉强度的平均值，得到线材的抗拉强度。
接下来，对本实施方式的线材的制造方法进行说明。需要说明的是，以下说明的制造方法为一个例子，并非通过以下的步骤及方法来限定，只要是能够实现本实施方式的线材的构成的方法，则可以采用任意的方法。
供于热轧的材料可以用通常的制造条件来得到。例如，将具有上述的成分的钢进行铸造，对铸坯实施在1100～1200℃左右保持10～20小时的均热处理(用于减轻铸造中产生的偏析的热处理)后，实施初轧，从而得到适合于热轧的大小的钢坯(一般被称为坯料(billet)的热轧前的钢坯)。
接着，在以下所示的条件下进行热轧。首先，将上述钢坯加热至900～1200℃，将精轧的开始温度控制在750～950℃。热轧时的线材的温度表示线材的表面温度。热轧时的线材的温度只要使用辐射温度计进行测定即可。
精轧后的线材由于加工发热，温度与精轧的开始温度相比会上升。本实施方式中，将卷取温度控制在800～940℃。卷取温度低于800℃时，由于线材的奥氏体粒径发生微细化，会有下述情况：先共析渗碳体、晶界铁素体及贝氏体变得容易析出；以及线材的机械性的氧化皮剥离性降低。另一方面，如果卷取温度超过940℃，则有可能由于线材的奥氏体粒径过度地变大，导致线材的拉丝加工性降低。优选的卷取温度为830～920℃。更优选的卷取温度为850～900℃。
优选的是，通过如上述那样控制精轧的开始温度及卷取温度，从而将线材的原奥氏体的粒径设定为15～60μm。更优选的原奥氏体的粒径为20～45μm。
线材中的奥氏体在卷取后的冷却中相变为珠光体。因此，卷取后的冷却速度是用于控制线材的组织及抗拉强度而重要的因子。本实施方式中，将卷取后的冷却分成3个阶段的温度范围，并对各个温度范围内的平均冷却速度进行控制。
卷取后直至650℃为止的平均冷却速度低于6.0℃/秒时，有可能会难以抑制先共析渗碳体的析出。另一方面，如果卷取后直至650℃为止的平均冷却速度超过15.0℃/秒，则有可能会引起由奥氏体向贝氏体的相变、由高强度化引起的拉丝加工性的降低以及线材的机械性的氧化皮剥离性的降低。另外，如果卷取后直至650℃为止的平均冷却速度超过15.0℃/秒，则有可能会由于需要大规模的冷却设备而导致设备成本增加。因此，卷取后直至650℃为止的平均冷却速度设定为6.0～15.0℃/秒。卷取后直至650℃为止的优选的平均冷却速度为7.0～10.0℃/秒。
在650～600℃的温度范围内，为了使线材中的奥氏体相变为珠光体，将平均冷却速度控制在1.0～3.0℃/秒。650～600℃中的平均冷却速度低于1.0℃/秒时，有可能由于线材的抗拉强度降低或者先共析渗碳体的厚度增加而导致线材的拉丝加工性降低。另一方面，如果650～600℃中的平均冷却速度超过3.0℃/秒，则有可能由于由奥氏体向珠光体的相变到600℃为止没有结束、线材的抗拉强度上升而导致拉丝加工性降低以及拉丝模的寿命降低。650～600℃中的优选的平均冷却速度为1.5～2.8℃/秒。
在600℃以下的温度范围内，将平均冷却速度设定为10.0℃/秒以上，并且冷却至300℃以下。这是由于：如果在奥氏体相变为珠光体后还在相变温度附近保持线材，则有可能线材的抗拉强度会降低。600～300℃中的优选的平均冷却速度为15.0℃/秒以上。如果想要将600～300℃中的平均冷却速度设定为超过50℃/秒，则由于需要优异的冷却设备而导致设备成本增大。因此，也可以将600～300℃中的平均冷却速度的上限设定为50℃/秒以下。
冷却时的线材的温度采用辐射温度计来进行测定为宜。一般来说，线材的热轧后的冷却是在卷取成卷材状后进行冷却。在卷取成卷材状的线材中存在线材彼此的重叠多的密部以及线材彼此的重叠少的疏部。在本实施方式的线材的制造方法中，卷取后的线材的温度是对卷取成卷材状的线材的线材彼此的重叠多的部位(密部)进行测定。
通过具有上述的成分组成、并按照上述那样调整制造条件，能够将线材的组织及抗拉强度设定为本发明的范围内。
实施例
以下，列举本发明的线材的实施例，对本发明更具体地进行说明。但是，本发明当然不限于下述实施例，也可以在可适合于本发明的主旨的范围内适当地加以变更来实施，它们均包含在本发明的技术范围内。
表1中示出钢的化学组成及热轧条件，表2中示出评价线材的组织的结果以及评价抗拉特性及拉丝加工性的结果。表1中的冷却速度1～3如下所述。平均冷却速度通过调整鼓风的风量来控制。需要说明的是，在表1及表2中，对脱离本发明的范围的数值标注有下划线。
冷却速度1：卷取后直至650℃为止的平均冷却速度
冷却速度2：从650℃至600℃为止的平均冷却速度
冷却速度3：从600℃至300℃为止的平均冷却速度
[表1]
[表2]
表1的No.A1～A22为本发明例。另外，表1的No.B1～B13为成分或热轧条件中的某1个以上脱离了适合范围的比较例。
本发明例、比较例都是将钢坯用加热炉加热至1000～1200℃后，将精轧的开始温度设定为750～950℃。在精轧时控制因加工发热而上升的线材温度，在表1中所示的卷取温度下卷取成卷材状。就卷取后的冷却而言，将卷取后直至650℃为止的平均冷却速度(表1的冷却速度1)、从650℃至600℃为止的平均冷却速度(表1的冷却速度2)以及从600℃至300℃为止的平均冷却速度(表1的冷却速度3)以表1中所示的条件进行了冷却。通过以上的方法，得到了具有表1中所示的线径的线材。
线材的珠光体的面积分率及先共析渗碳体的面积分率通过以下的方法来测定。
首先，将线材切断，按照能够观察与长度方向垂直的横截面的方式将线材进行树脂填埋。将树脂填埋的线材用研磨纸及氧化铝磨粒进行研磨，进一步进行镜面加工而制成试样。将试样的观察面(即线材的横截面)用硝酸乙醇溶液或苦味醇溶液进行腐蚀后，使用扫描型电子显微镜(SEM)观察了试样的观察面。所使用的硝酸乙醇溶液是将硝酸及乙醇混合而成的溶液。试样的观察面的腐蚀是通过下述方法等来进行的：将观察面在将浓度设定为5％以下、将温度设定为15～30℃左右的硝酸乙醇溶液中浸渍数秒～1分钟的时间；以及用浸渍了上述的浓度及温度的硝酸乙醇溶液的脱脂棉擦拭观察面。所使用的苦味醇溶液是将苦味酸及乙醇混合而成的溶液。试样的观察面的腐蚀是通过将观察面在将浓度设定为5％左右、将温度设定为40～60℃左右的苦味醇溶液中浸渍30秒～2分钟的时间的方法来进行的。腐蚀后，将试样的观察面立即充分水洗，通过冷风或暖风快速干燥。
接着，使用SEM附带的照片拍摄装置，对试样的中心部(将线材的半径设定为R，距离线材的中心为(1/5)R以内的区域)以2000倍以上的倍率按照总观察视场面积成为0.08mm2以上的方式拍摄了多个视场。使用这些SEM照片及粒子解析软件等图像解析软件，得到了线材的中心部的珠光体及先共析渗碳体的面积分率。需要说明的是，图像解析软件使用了Luzex(注册商标、株式会社NIRECO制)。
本发明例、比较例都是在上述中心部所观察到的金属组织为珠光体以及先共析渗碳体、晶界铁素体及贝氏体中的1种或2种以上的复合组织。
先共析渗碳体的平均厚度及长度使用上述SEM照片进行了测定。先共析渗碳体的平均厚度是通过对上述SEM照片中的全部的先共析渗碳体测定厚度、并算出其平均值而得到。先共析渗碳体的厚度是通过测定与原奥氏体晶界垂直的方向的厚度而得到。如果是图2的渗碳体10a那样的形状的渗碳体，则测定厚度T1、T2、T3，将它们的平均设定为该先共析渗碳体的厚度。另外，先共析渗碳体的长度是基于上述SEM照片中的先共析渗碳体的形状来描绘假想原奥氏体晶界的线，并沿着该线测定了先共析渗碳体的长度。如果是如图2的渗碳体10a那样不具有特别弯曲的形状的渗碳体，则沿着其长轴方向来描绘假想原奥氏体晶界的直线，并沿着该直线测定了长度L1。如果是如图4的渗碳体10c那样具有特异的弯曲部的先共析渗碳体，则按照其形状来描绘假想原奥氏体晶界的线，并沿着该线测定了先共析渗碳体长度。如果是如图3的渗碳体10b那样具有分支的先共析渗碳体，则将每个分支的长度进行了总计。每单位面积的先共析渗碳体的总长度设定为所测定的测定视场中的各先共析渗碳体的长度的合计除以视场面积而得到的值。即，每单位面积的先共析渗碳体的总长度(mm/mm2)设定为每单位面积所观察到的先共析渗碳体的长度的合计。在测定时，根据需要，对包含先共析渗碳体的区域以3000～5000倍的倍率进行拍摄，测定了先共析渗碳体的平均厚度及长度。
原奥氏体粒径是使用将从热轧后并且刚卷取后的卷材的最终端起的数圈进行水冷、淬火后而得到的线材进行了测定。将淬火后的线材切断，按照能够观察横截面的方式进行树脂填埋后，用氧化铝进行研磨而得到了样品。之后，将研磨后的样品用苦味酸碱溶液进行腐蚀，显露出原奥氏体晶界。试样的观察面的腐蚀是通过将试样的观察面在将温度设定为75～90℃的苦味酸碱溶液中浸渍10～20分钟左右来进行。腐蚀后，将试样的观察面立即充分水洗后，通过冷风或暖风快速干燥。需要说明的是，观察面的腐蚀中使用的苦味酸碱溶液是以重量比计苦味酸为2、氢氧化钠为5、水为100的比例的混合溶液。
就试样的观察面而言，将试样的观察面在将温度设定为75～90℃的苦味酸碱溶液中浸渍10～20分钟左右来腐蚀。腐蚀后，将试样的观察面立即充分水洗，通过冷风或暖风快速干燥。之后，使用光学显微镜，对样品的观察面的中心部(将线材的半径设定为R，距离线材的中心为(1/5)R以内的区域)以400倍以上的倍率按照总观察视场面积成为0.18mm2的方式拍摄了多个视场。使用这些SEM照片及JIS G0551：2013记载的切断法，测定了原奥氏体粒径。在切断法中，以100μm间隔按照不重叠的方式画15条以上长度为400μm的直线，通过在合计为6mm的直线中所捕捉的捕捉晶粒数进行了评价。
抗拉强度通过以下的方法进行了测定。在线材中，从前部(从前端算起为50圈尾端侧的地方)、中间部(从卷材内的前端与尾端的中间算起为100圈内)以及尾部(从尾端算起为50圈前端侧的地方)分别采集3圈，从各圈中按照成为等间隔的方式采集了8根样品，合计采集了72根样品。使用这些样品，依据JIS Z 2241：2011进行了拉伸试验。通过算出由这些72根样品得到的抗拉强度的平均值，得到了线材的抗拉强度。需要说明的是，样品长度设定为400mm，将横梁(cross head)速度设定为10mm/分钟，将夹具间设定为200mm，进行了拉伸试验。
线材的拉丝加工性通过以下的方法进行了评价。从线材中采集10圈，在酸洗而进行了氧化皮去除后，进行了石灰皮膜处理。之后，在不实施铅浴淬火处理的情况下进行了拉丝加工(干式拉丝加工)。拉丝加工时的每1道次的断面收缩率设定为17～23％。将进行拉丝加工而发生了断线时的真应变为2.9以上的情况判定为拉丝加工性优异因此为合格。另一方面，将进行拉丝加工而发生了断线时的真应变低于2.9的情况判定为拉丝加工性差因此为不合格。需要说明的是，真应变通过算出-2×ln(拉丝材的线径/线材的线径)而得到。“ln”为自然对数。
No.A1～A22均为本发明例，显示出能够在不实施铅浴淬火处理的情况下进行真应变为2.9以上的拉丝加工的优异的拉丝加工性。
另一方面，No.B1～B13由于没有满足本发明的某些必要条件，因此断线时的真应变变得低于2.9，拉丝加工性比本发明例差。
No.B1由于C含量高，因此线材的先共析渗碳体的面积分率增加，先共析渗碳体的平均厚度变大，进而每单位面积的先共析渗碳体的总长度变长，线材的拉丝加工性降低。
No.B2由于Si含量高、另外No.B3由于Mn含量高，因此都是线材的抗拉强度上升，拉丝加工性降低。
No.B4由于Cr含量高，因此珠光体的面积分率减少，另外，抗拉强度上升，线材的拉丝加工性降低。
No.B5及No.B11由于650～600℃的平均冷却速度(冷却速度2)大，因此抗拉强度上升，线材的拉丝加工性降低。
No.B6由于卷取后直至650℃为止的平均冷却速度(冷却速度1)小，因此先共析渗碳体的平均厚度增加，线材的拉丝加工性降低。
No.B7由于650～600℃的平均冷却速度(冷却速度2)小，因此抗拉强度降低，线材的拉丝加工性降低。
No.B8由于卷取后直至650℃为止的平均冷却速度(冷却速度1)大，因此线材被过度冷却，抗拉强度上升，拉丝加工性降低。
No.B9由于卷取温度低、并且卷取后直至650℃为止的平均冷却速度(冷却速度1)小，因此原奥氏体粒径发生微细化，先共析渗碳体大量地析出，导致每单位面积的先共析渗碳体的总长度变长，线材的拉丝加工性降低。
No.B10由于600～300℃的平均冷却速度(冷却速度3)小，因此线材的抗拉强度降低，拉丝加工性降低。
No.B12由于卷取温度高，因此原奥氏体粒径变大，进而每单位面积的先共析渗碳体的总长度变长，线材的拉丝加工性降低。
No.B13由于卷取后直至650℃为止的平均冷却速度(冷却速度1)小，因此先共析渗碳体的面积分率增加，先共析渗碳体的平均厚度变大，进而每单位面积的先共析渗碳体的总长度变长，线材的拉丝加工性降低。

Claims (5)

1.一种线材，其以质量％计含有：
C：0.90～1.15％、
Si：0.10～0.50％、
Mn：0.10～0.80％、
Cr：0.10～0.50％、
Ni：0～0.50％、
Co：0～1.00％、
Mo：0～0.20％、及
B：0～0.0030％，
P限制为0.020％以下、及
S限制为0.010％以下，
剩余部分包含Fe及杂质，
其中，将线材的半径设定为R时，在距离所述线材的横截面的中心为(1/5)R以内的中心部所观察到的组织中，珠光体的面积分率为90.0％以上，先共析渗碳体的面积分率为1.00％以下，
在所述中心部中，所述先共析渗碳体的平均厚度为0.25μm以下，
在所述中心部中，每单位面积的所述先共析渗碳体的总长度低于40.0mm/mm2，
抗拉强度满足式(1)，
所述线材的直径为3.0～5.5mm，
1000×C量(％)+300×Cr量(％)+70≤TS≤1000×C量(％)+300×Cr量(％)+160 式(1)
其中，所述每单位面积的先共析渗碳体的总长度(mm/mm2)为每单位面积所观察到的先共析渗碳体的长度的合计，所述式(1)中的所述TS表示将单位设定为MPa时的所述线材的抗拉强度，所述式(1)中的“C量(％)”表示所述线材中的C的含有质量％，“Cr量(％)”表示所述线材中的Cr的含有质量％。
2.根据权利要求1所述的线材，其中，以质量％计含有Ni：0.10～0.50％、Co：0.10～1.00％、Mo：0.05～0.20％及B：0.0002～0.0030％中的任1种或2种以上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的线材，其中，所述先共析渗碳体的面积分率为超过0％且为1.00％以下。
4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的线材，其中，在所述中心部所观察到的组织中，包含先共析渗碳体、晶界铁素体及贝氏体中的1种或2种以上。
5.一种制造权利要求1～权利要求4中任一项所述的线材的线材的制造方法，其特征在于，将具有权利要求1中记载的成分的钢坯热轧成直径为3.0～5.5mm后，在940～800℃进行卷取，卷取后直至650℃为止以6.0～15.0℃/秒的平均冷却速度进行冷却，在650～600℃以1.0～3.0℃/秒的平均冷却速度进行冷却，在600～300℃以10.0℃/秒以上的平均冷却速度进行冷却。
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