JP2013213238A - 皮削り性に優れた高強度ばね用鋼線材および高強度ばね - Google Patents

Abstract

【課題】皮削り性および削り屑排出性が良好であることに加え、ＳＶ処理時に断線が生じないような、良好なＳＶ処理性を発揮することのできる高強度ばね用鋼線材、およびこのような高強度ばね用鋼線材を素材として得られる高強度ばねを提供する。
【解決手段】本発明の高強度ばね用鋼線材は、熱間圧延後の鋼線材であり、所定の化学成分組成を有し、パーライトを主体とする組織であり、パーライトノジュールの粒度番号の平均値Ｐａｖｅが下記（１）式を満足すると共に、表層の全脱炭層深さが０．２０ｍｍ以下であり、且つＣｒ系合金炭化物量が７．５％以下である。
６．０≦Ｐａｖｅ≦１２．０ …（１）
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車のクラッチ、エンジン、燃料噴射装置、懸架機構等に使用される高強度ばね（特に弁ばね）の素材として有用な高強度ばね用鋼線材、および高強度ばねに関するものであり、特に皮削り工程において良好な皮削り性を発揮することができる高強度ばね用鋼線材、およびこの高強度ばね用鋼線材から得られる高強度ばねに関するものである。

上記のような環境下で使用されるばねは、長期間に亘り高応力で使用されるため、高レベルの耐疲労特性が要求される。耐疲労特性を改善するには、優れた表面性状や優れた介在物制御が要求される。このうち表面性状については、ばね成形後にショットピーニングや窒化処理等で平坦化および硬化処理が行われるが、わずか数十ミクロン程度の疵が残存若しくは発生した場合は、ばねの使用中に表面疵を起点とした折損が生じる。

そこで、圧延後の線材表層の脱炭部、および線材表層の微細疵を除去する皮削り処理（以下、「ＳＶ処理」と呼ぶことがある）が実施される。このＳＶ処理は、チッパーダイスを用いて線材の表層全周を深さ方向に数百ミクロン程度削り取る処理であるが、ＳＶ処理性（皮削り処理性）が悪い線材では、ＳＶ処理中に断線が生じる他、チッパーダイスの欠け、線材表面の乱れ、工具寿命が短くなる等の問題がある。また、ＳＶ処理性の悪い線材では、削り屑を細かく分断し、削り屑排出性を高めるためのブレーカに削り屑が絡み、ブレーカを駆動するためのモータ負荷が過大となり、装置が停止することで歩留まりが低下するという問題も生じる。

ＳＶ処理性を向上させることで大幅な歩留まりの向上、および品質の向上が可能となる。ＳＶ処理性を向上させる技術としては、組織制御や介在物組成制御等が主流であるが、こうした技術はこれまでにも様々提案されている。

例えば特許文献１には、オーステナイト結晶粒度を粗くすることで被削性を改善することが提案されている。しかしながら、ばね鋼で高疲労強度を実現するためには、微細な結晶粒が必要とされており、またＳＶ処理、伸線加工等の製造性を考慮すると、微細な結晶粒度であることが好ましい。

特許文献２では、酸化物系介在物の組成、および表層に存在する酸化物系介在物のサイズ、分布密度を規定することでＳＶ処理性を向上させている。しかしながら、ＳＶ処理性を低下させる要因は、組織の延性、靭性を左右する合金系炭化物、窒化物等の影響が大きいのが現状である。

一方、特許文献３では、機械的特性を規定することでＳＶ処理性を高めているが、この技術では合金添加量が多くなっており、合金系炭化物や窒化物等の析出が多いばね鋼では、機械的特性を満足させるだけではＳＶ処理性が改善できないのが現状である。

特開２０００−２５６７８５号公報 特開２０１０−２２２６０４号公報 特開２０００−２３９７９７号公報

特に弁ばねでは、高疲労強度、高疲労寿命であることが必要である。これらの特性を満足させるためには、ばねの表面性状が良好であることが求められ、圧延材の脱炭層や表面疵を除去するために、ＳＶ処理が実施される。このＳＶ処理では、圧延材の真円性を高め、片削りを防止するためのスキンパス工程と、チッパーダイスを用いた皮削り工程で構成されており、スキンパス工程での断線を防止するためには圧延時にコンベア上での冷却条件を適正に制御し、圧延材組織に過冷組織（ベイナイトやマルテンサイト）が含まれないようにすることが求められる。

また、チッパーダイスでの皮削り工程では、２トンコイルの全長が皮削り可能で、且つダイスマーク等がない、安定した線肌品質が求められる。そのため、圧延材組織に、断線の原因となりやすい過冷組織が含まれないことに加え、チッパーダイスに欠けが発生しにくく、工具への負荷が小さい等、皮削り性に優れた圧延材であることが必要である。更に、チッパーダイスでの皮削り時に生じる削り屑は、ブレーカにて細かく分断された後に排出されるが、ブレーカで分断されやすい削り屑であること、即ち削り屑の排出性が良好であることも必要とされる。

本発明はこうした従来技術における課題を解決する為になされたものであって、その目的は、皮削り性および削り屑排出性が良好であることに加え、ＳＶ処理時に断線が生じないような、良好なＳＶ処理性を発揮することのできる高強度ばね用鋼線材、およびこのような高強度ばね用鋼線材を素材として得られる高強度ばねを提供することにある。

上記課題を解決することのできた本発明の高強度ばね用鋼線材とは、熱間圧延後の鋼線材であり、Ｃ：０．４％以上、１．２％未満（「質量％」の意味、化学成分組成について以下同じ）、Ｓｉ：１．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．５％以下（０％を含まない）およびＡｌ：０．０１％以下（０％を含まない）を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、パーライトを主体とする組織であり、パーライトノジュールの粒度番号の平均値Ｐａｖｅが下記（１）式を満足すると共に、表層の全脱炭層深さが０．２０ｍｍ以下であり、且つＣｒ系合金炭化物量が７．５％以下である点に要旨を有するものである。
６．０≦Ｐａｖｅ≦１２．０ …（１）

本発明の高強度ばね用鋼線材には、必要によって更に（ａ）Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＮｂ：０．５％以下（０％を含まない）、（ｂ）Ｍｏ：０．５％以下（０％を含まない）、（ｃ）Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まない）、（ｄ）Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない）、（ｅ）Ｂ：０．０１０％以下（０％を含まない）等を含有させることも有効であり、含有される成分に応じて高強度ばね用鋼線材の特性が更に改善される。

本発明には、上記のような上記のような高強度ばね用鋼線材から得られた高強度ばねをも包含する。

本発明では、化学成分組成を適切に調整して製造条件を適切にすることによって、パーライトを主体とする組織とすると共に、パーライトノジュール粒度番号の平均値Ｐａｖｅが所定範囲となるようにし、且つ表層全脱炭層深さやＣｒ系合金炭化物量を適切に制御するようにしたので、皮削り性および削り屑排出性が良好であることに加え、ＳＶ処理時に断線が生じないような、良好なＳＶ処理性を発揮することのできる高強度ばね用鋼線材が実現でき、このような高強度ばね用鋼線材は高強度ばねを製造するための素材として極めて有用である。

評価用試料のサンプリング方法（リング分割位置）を示す説明図である。 線材の組織観察位置を模式的に示す横断面図である。 線材の表面脱炭観察位置を模式的に示す横断面図である。 試験Ｎｏ．２（発明例）におけるブレーカ電流値の変位を示したグラフである。 試験Ｎｏ．２７（比較例）におけるブレーカ電流値の変位を示したグラフである。

本発明者らは、上記目的に適う高強度ばね用鋼線材を実現するべく、様々な角度から検討した。その結果、圧延材を構成する化学成分組成、組織、パーライトノジュールの粒度番号、表層脱炭深さ、および圧延材表層のＣｒ系合金炭化物量等を適切に制御することで、皮削り性および削り屑排出性が良好であることに加え、ＳＶ処理時に断線が生じないような、ＳＶ処理性が飛躍的に向上することを明らかにした。尚、以下では、皮削り性および削り屑排出性を含めて、「ＳＶ処理性」と呼ぶことがある。次に、本発明で規定する各要件について説明する。

［パーライトを主体とする組織］
本発明の鋼線材（熱間圧延後の鋼線材：圧延線材）は、パーライトを主体とする組織である。パーライトを主体とする組織を有する圧延線材とは、圧延線材横断面に占めるベイナイト、マルテンサイトの過冷組織およびフェライトの面積率が少ない圧延線材を意味する。パーライト主体の圧延線材は、ＳＶ処理時に断線することなくＳＶ処理が可能となるが、ベイナイト、マルテンサイト等の過冷組織が一定量以上生じた圧延線材では、延性、靭性に乏しくなり、ＳＶ処理時に断線が生じる等、ＳＶ処理性が悪くなる。

またフェライトは、ベイナイトやマルテンサイト等の過冷組織ほどＳＶ処理性を低下させるものではなく、一部含んでいてもよいが、その量が過剰になると組織が不均一となるためＳＶ処理性には好ましくない。こうした観点から本発明の鋼線材では、パーライトの面積率が９０面積％以上であることが好ましい。パーライトの面積率は、より好ましくは９２面積％以上（更に好ましくは９５面積％以上）である。

[パーライトノジュールの粒度番号の平均値Ｐａｖｅ：６．０≦Ｐａｖｅ≦１２．０]
パーライトノジュールの粒度番号（以下、「パーライトノジュールサイズ」と呼ぶことがある）の平均値Ｐａｖｅは、圧延線材の延性に大きな影響を及ぼす。パーライトノジュールサイズが小さい圧延線材は延性に乏しく、ＳＶ処理中の断線原因となる。また、パーライトノジュールサイズは、大きい程延性は向上するが、パーライトノジュールを極度に微細にするためには、熱間圧延での載置温度を極端に低下させ、且つ急冷のために過大な冷却設備が必要となるため、現実的に製造は難しい。こうした観点から、パーライトノジュールサイズの平均値Ｐａｖｅは、６．０≦Ｐａｖｅ≦１２．０とした。好ましくは、７．０≦Ｐａｖｅ≦１１．０である。

[表層の全脱炭層深さ：０．２０ｍｍ以下]
表層の脱炭は、通常ＳＶ処理によって除去されるが、表層全脱炭層が深いと、ＳＶ処理時に生じる削り屑の延性が高くなるため、チップブレーカによる削り屑の分断性が悪くなり、削り屑排出性が低下し、ＳＶ処理性が低下する。また表層全脱炭層が深い場合には、ＳＶ処理後も表層全脱炭層が残存し、ばねの疲労強度を著しく低下させることにもなる。そのため、表層全脱炭層深さは０．２０ｍｍ以下とした。好ましくは０．１５ｍｍ以下（より好ましくは０．１０ｍｍ以下）である。

[Ｃｒ系合金炭化物量≦７．５質量％]
Ｃｒ系合金炭化物は、鉄系炭化物に比べて著しく硬いため、少量の析出でチッパー刃先の欠け、チッパーダイスの寿命低下および切り屑排出性の悪化等を引き起こし、ＳＶ処理性を低下させる。そのため、Ｃｒ系合金炭化物量の上限を７．５％とした。Ｃｒ系合金炭化物量は、好ましくは５．０％以下（より好ましくは４．０％以下）である。尚、本発明で対象とするＣｒ系合金炭化物は、基本的にＣｒを主体として含む炭化物であるが、Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ等の炭化物形成元素を含有する場合には、これらとの複合合金炭化物をも含む主旨である。また、Ｃｒ系合金炭化物量には、微量の窒化物や炭窒化物が含まれることがある。

上記のような高強度ばね用鋼線材を製造するに当たっては、その製造条件も適切に制御する必要がある。高強度ばね用鋼線材を製造するための手順は次の通りである。まず、所定の化学成分組成を有する鋼ビレットを熱間圧延し、所望の線径に加工する。この圧延時の加熱温度については、高すぎると旧オーステナイト結晶粒度の粗大化に伴う組織脆化の原因となり、ＳＶ処理性を低下させる。加熱温度が低すぎると、鋼材の変形抵抗が高くなるため、圧延機の負荷が高くなり製造性を低下させる。そのため、圧延前の加熱温度は９００℃以上、１１００℃以下であることが好ましい。より好ましくは９５０℃以上、１０５０℃以下である。

続いて、熱間圧延後の鋼線材をコイル状にして冷却コンベア上に載置するが、このときの温度（載置温度）が１１００℃を超えると旧オーステナイト結晶粒度が粗大化し、パーライトノジュールサイズの粗大化に伴う組織脆化の原因となる、また８６０℃未満になると深い表層脱炭が生じやすく、また変形抵抗が高くなり、巻取り形状不良が生じやすくなる。こうしたことから載置温度は、８６０〜１１００℃であることが好ましく、こうした温度範囲に制御することで、パーライトノジュールサイズの粗大化、および表層脱炭を抑制することができる。載置温度はより好ましくは９００℃以上、１０５０℃以下である。

コンベア載置後、パーライト変態の終了温度域である６００℃までの平均冷却速度を１．０℃／秒以上（好ましくは３．５℃／秒以上）、１０℃／秒以下（好ましくは８℃／秒）とし、パーライト主体の組織で、且つパーライトノジュールサイズの粗大化を抑制した圧延材組織が得られる。また６００℃未満から４００℃までの平均冷却速度を３℃/秒以上（好ましくは３．５℃／秒以上）、１０℃/秒以下（好ましくは８℃／秒以下）とし、４００℃以下（好ましくは３７５℃以下）まで冷却することで、パーライト主体の組織中にＣｒ系合金炭化物の析出を抑制した、ＳＶ処理性に優れた圧延線材が得られる。

本発明の高強度ばね用鋼線材は、最終製品（高強度ばね）としての特性を発揮させるために、その化学成分組成を適切に調整する必要がある。その化学成分組成における各成分（元素）による範囲限定理由は次の通りである。

［Ｃ：０．４％以上、１．２％未満］
Ｃは、鋼材における基本的な強度を確保し、ばねの強度・耐へたり性の上昇に有効な元素であり、そのためには０．４％以上含有させる必要がある。Ｃ含有量の増加に伴ってばねの強度・耐へたり性は向上するが、過剰になると粗大セメンタイトが多量に析出し、延性・靱性が低下し、ばね加工性やばね特性に悪影響を及ぼすことになる。こうした観点から、Ｃ含有量は１．２％未満とする必要がある。Ｃ含有量の好ましい下限は０．５％以上であり、好ましい上限は１．０％以下である。

［Ｓｉ：１．５〜３．０％］
Ｓｉは、鋼の脱酸のために必要な元素であり、またばねの強度、硬度と耐へたり性を確保するためにも必要な元素である。これらの効果を発揮させるためには、Ｓｉは１．５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になると、材料を硬化させるだけでなく、延性・靱性を低下させる他、表面の脱炭が増加してＳＶ処理性、および疲労特性を低下させるため、３．０％以下とする必要がある。Ｓｉ含有量の好ましい下限は１．６％以上（より好ましくは１．７％以上）であり、好ましい上限は２．８％以下（より好ましくは２．５％以下）である。

［Ｍｎ：０．５〜１．５％］
ＭｎもＳｉと同様に、鋼の脱酸のために必要な元素であり、また鋼中のＳをＭｎＳとして固定することに加えて、焼入れ性を高めてばね強度の向上に貢献する。これらの効果を発揮させるためには、０．５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、焼入れ性が過度に高くなって、マルテンサイト、ベイナイト等の過冷組織が生成しやすくなる。そのため、Ｍｎ含有量は１．５％以下とする必要がある。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．６％以上（より好ましくは０．７％以上）であり、好ましい上限は１．４％以下（より好ましくは１．３％以下）である。

［Ｃｒ：０．５％以下（０％を含まない）］
Ｃｒは、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を向上させて、ばね強度を向上させることに加え、Ｃの活量を低下させて圧延時や熱処理時の脱炭を防止する効果がある。しかしながら、Ｃｒの含有量が過剰になると、Ｃｒ系合金炭化物、窒化物、炭窒化物の析出が過剰となり、ＳＶ処理性を低下させる。そのため、Ｃｒ含有量は０．５％以下とする必要がある。上記効果を発揮させるためには、Ｃｒ含有量は０．０５％以上である。Ｃｒ含有量のより好ましい下限は０．１０％以上であり、好ましい上限は０．４５％以下（より好ましくは０．４０％以下）である。

［Ａｌ：０．０１％以下（０％を含まない）］
Ａｌは、脱酸元素であるが、鋼中でＡｌ₂Ｏ₃やＡｌＮの介在物を形成する。これらの介在物は、ばねの疲労寿命を著しく低減させるため、Ａｌは極力低減すべきである。こうした観点から、Ａｌ含有量は０．０１％以下、好ましくは０．００８％以下とする必要がある。より好ましくは０．００５％以下とするのが良い。

本発明に係る高強度ばね用鋼線材における基本成分は上記の通りであり、残部は鉄および不可避不純物（例えば、Ｐ，Ｓ等）である。本発明に係る高強度ばね用鋼線材には、必要によって（ａ）Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＮｂ：０．５％以下（０％を含まない）、（ｂ）Ｍｏ：０．５％以下（０％を含まない）、（ｃ）Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まない）、（ｄ）Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない）、（ｅ）Ｂ：０．０１０％以下（０％を含まない）等を含有させてもよく、含有させる元素の種類に応じて、鋼線材の特性が更に改善される。これらの元素の好ましい範囲設定理由は下記の通りである。

［Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＮｂ：０．５％以下（０％を含まない）］
ＶおよびＮｂは、いずれも熱間圧延および焼入れ焼戻し処理において結晶粒を微細化する作用があり、延性、靭性を向上させる。このうちＶは、ばね成形後の歪取焼鈍時に２次析出硬化を起こしてばねの強度の向上に寄与する効果もある。しかしながら、過剰に含有させると、Ｃｒと、ＶやＮｂとの複合合金炭化物の析出が過剰となり、ＳＶ処理性を低下させる。そのため、いずれも含有量は０．５％以下が好ましい。上記効果を発揮させるための好ましい下限は、いずれも０．０５％以上（より好ましくは０．１０％以上）であり、より好ましい上限はいずれも０．４５％以下（更に好ましくは０．４０％以下）である。

［Ｍｏ：０．５％以下（０％を含まない）］
Ｍｏは、ばね成形後の歪取焼鈍時に２次析出硬化を起こしてばねの強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｍｏ含有量が過剰になると、ＣｒとＭｏの複合合金炭化物の析出が過剰となり、ＳＶ処理性を低下させる。そのため、Ｍｏ含有量は０．５％以下とすることが好ましい。上記効果を発揮させるための好ましい含有量は、０．０５％以上である。Ｍｏ含有量のより好ましい下限は、０．１０％以上であり、より好ましい上限は０．４５％以下（更に好ましくは０．４０％以下）である。

［Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まない）］
Ｎｉは、熱間圧延時の脱炭を抑制する他、焼入れ焼戻し後の延性、靭性、および耐腐食性の向上に寄与する。しかし、含有量が過剰になると焼入れ性が過度に向上するため、マルテンサイト、ベイナイト等の過冷組織が生成しやすくなる。また、ＯＴ線（オイルテンパー線）の製造工程である焼入れ焼戻しで残留オーステナイトが過度に生成するので、ばねの耐へたり性を著しく低下させる。そのため、Ｎｉ含有は１．０％以下とすることが好ましい。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０５％以上（より好ましくは０．１０％以上）であり、より好ましい上限は０．９％以下（更に好ましくは０．８％以下）である。

［Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない）］
Ｃｕは、熱間圧延時の脱炭を抑制する他、耐腐食性の向上に寄与する。しかしながら、過剰に含有させると熱間延性を低下させ、熱間圧延時に割れを生じる危険がある。そのため、Ｃｕ添加量は０．５％以下とすることが好ましい。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０５％以上（より好ましくは０．１％以上）であり、より好ましい上限は０．４５％以下（更に好ましくは０．４０％以下）である。

［Ｂ：０．０１０％以下（０％を含まない）］
Ｂは、焼入れ性の向上とオーステナイト結晶粒界の清浄化による延性・靱性の向上効果がある。しかしながら、過剰に含有させるとＦｅとＢの複合化合物が析出し、熱間圧延時の割れを引き起こす危険がある。また、焼入れ性が過度に向上するため、マルテンサイト、ベイナイト等の過冷組織が生成しやすくなる。そのため、Ｂ含有量は０．０１０％以下とすることが好ましい。Ｂ含有量の好ましい下限は０．００１０％以上（より好ましくは０．００１５％以上、更に好ましくは０．００２０％以上）であり、より好ましい上限は０．００８０％以下（更に好ましくは０．００６０％以下）である。

本発明の高強度鋼線材は、熱間圧延後のものを想定したものであるが、この高強度鋼線材は、その後皮削り処理、焼鈍、伸線前処理（酸洗処理）、伸線、コイリング、焼入れ焼き戻し処理、表面処理等が施されることによって、高強度ばねに成形される。このようにして得られる高強度ばねは、良好な特性を発揮するものとなる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

下記表１、２に示す化学成分組成の鋼塊を転炉で溶製した後、この鋼塊を分塊圧延して断面が１５５ｍｍ×１５５ｍｍの鋼ビレットを作製し、１０００℃に加熱した後、熱間圧延し、下記表３、４に示すコンベア載置温度（圧延後の載置温度）、平均冷却速度（載置温度から６００℃まで、および６００℃未満から４００℃までの平均冷却速度）で冷却し、線径：８．０ｍｍφ、単重２ｔｏｎのコイルを製造した（試験Ｎｏ．１〜３１）。

得られた各コイルのパーライト面積率、パーライトノジュールサイズ、全脱炭層深さ、Ｃｒ系合金炭化物量、ＳＶ処理性を調査した。ＳＶ処理性の調査は、２トンコイル全量を用いた。ＳＶ処理性の調査の他は、各加工性調査用の２トンコイルの端末から１リングずつ切り出し、図１に示すように円周方向に８分割（線材長手方向の８分割に相当）して採取したサンプルを使用し、各々の測定値を平均することにより、各コイルの代表値を求めた。

パーライト面積率は、圧延線材の上記８部位において、図２（組織観察位置を模式的に示した横断面図）に示すように、各表層（２視野）、表面から１／４Ｄ位置（Ｄは線材直径：２視野）、１／２Ｄ（Ｄ／４〜Ｄ／４の中央領域：１視野）の部分において（合計５視野）、光学顕微鏡を用いて測定した。熱間圧延線材の横断面を埋め込み研磨し、ピクリン酸を用いた化学腐食を実施した後、光学顕微鏡により、倍率４００倍で２００μｍ×２００μｍの領域の組織写真を撮影し、画像解析ソフト（「Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ」 Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｍｅｔｉｃｓ社製）を用いて、画像を２値化した後、パーライト面積率を求め、平均値を算出した。８部位で各々５視野のパーライト面積率を求め、それらを平均することで、コイル毎のパーライト面積率を算出した。尚、表層に脱炭層が存在する場合には、ＪＩＳ Ｇ ０５５８の４で規定される全脱炭部は測定部位から除外した。パーライト面積率が９０％以上の組織をＰ、パーライトが９０％未満でベイナイトやマルテンサイトが生成している場合には「Ｐ+Ｂ+Ｍ」若しくは「Ｂ+Ｍ」と表記した。

パーライトノジュールサイズの測定は、熱間圧延線材の８部位において、前記図２に示したように、各表層（２視野）、表面から１／４Ｄ位置（Ｄは線材直径：２視野）、１／２Ｄ（Ｄ／４〜Ｄ／４の中央領域：１視野）の部分において（合計５視野）、光学顕微鏡を用いて測定した。ここで、パーライトノジュールとは、パーライト組織中のフェライト結晶粒が同一方位を示す領域を示し、その測定方法は以下の通りである。まず熱間圧延線材の横断面を埋め込み研磨し、濃硝酸（６２％）：アルコール＝１：１００（体積比）の溶液を用いて腐食した後（フェライト粒の結晶面に対する腐食量の差からパーライトノジュール粒が浮かび上がって観察される）、パーライトノジュールの粒度番号を測定した。８部位で各々５視野のパーライトノジュールの粒度番号を測定し、それらを平均することで、コイル毎のパーライトノジュールサイズの平均値Ｐａｖｅを算出した。パーライトノジュールの粒度番号の測定は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に記載の「オーステナイト結晶粒度の測定」に準じてその粒度番号を測定した。

全脱炭層深さの測定は、熱間圧延線材の８部位において、図３（脱炭観察位置を模式的に示した横断面図）に示すように、各表層８箇所において、光学顕微鏡を用いて測定した。熱間圧延線材の横断面を埋め込み研磨し、ピクリン酸を用いた化学腐食を実施した後に観察を行い、８箇所の最大深さを各部位で測定し、８部位で最も深い全脱炭層深さを、そのコイルの全脱炭層深さとした。測定は、ＪＩＳ Ｇ ０５５８に記載の「鋼の脱炭層深さ測定方法」に準じてその全脱炭層深さを求めた。

Ｃｒ系合金炭化物量は、電解抽出法によって求めた。まず、圧延線材のスケールをサンドペーパーで除去し、アセトンで洗浄した後、このサンプルを電解液（アセチルアセトンを１０質量％含有するエタノール溶液）中に浸漬させ（線材表層から電解量を０．４〜０．５ｇ程度とした後、サンプルを取出した）、母相の金属Ｆｅを電気分解し、電解液に存在する鋼中の合金析出物（炭化物、および微量の窒化物、炭窒化物を含む）を残渣として採取し、その残渣質量を電解量で割ることで、Ｃｒ系合金炭化物量（質量％）を求めた。測定される合金析出物は、主にＣｒ系の合金炭化物であるが、選択元素を添加した際には、Ｃｒと、Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ等との複合合金炭化物を含む。尚、残渣を採取するためのフィルターとして、メッシュ直径０．１μｍのフィルター［アドバンテック東洋（株）製メンブランフィルターなど］を使用した。

ＳＶ処理性は、コイルに熱処理を加えることなくＳＶ処理を実施し、このＳＶ処理での断線の有無、チッパーダイスの入り側にセットされている削り屑を分断するブレーカの負荷、チッパーダイスの欠けの有無、等で評価した。

［ＳＶ処理性の評価基準］
（１）断線の有無：２トンコイル全量をＳＶ処理した際に、断線が生じなかったコイルをＳＶ処理性が良い：○、断線が１回以上生じたコイルをＳＶ処理性が悪い：×と評価した。

（２）ブレーカの負荷：ブレーカの電流値の変位（０〜１０Ａ）をデータロガーにてサンプリング間隔１秒で測定し、ＳＶ処理時のＴＯＰ、ＢＯＴの各端末１０ｋｇを除いたデータを使用した。測定データの６０点平均移動線の一部の値が９Ａを超えないコイルをＳＶ処理性が良い：○、６０点平均移動線の一部の値が９Ａを超えるコイルをＳＶ処理性が悪い：×と評価した（後記図４、５参照）。

（３）チッパーダイスの欠け：２トンコイル全量をＳＶ処理した後、チッパーダイスを取外し、実体顕微鏡にてチッパーダイスのワイヤ接触部分の欠けを確認した。チッパーダイスのワイヤ接触部分に欠け（チッパー欠け）のなかったコイルをＳＶ処理性が良い：○、ワイヤ接触部分に欠けの発生したコイルをＳＶ処理性が悪い：×と評価した。

これらの評価結果を、圧延線材組織（パーライト面積率、パーライトノジュールサイズの平均値Ｐａｖｅ）、Ｃｒ系合金炭化物量と共に、下記表５、６に示す。

試験Ｎｏ．１〜１５のもの（表５）は、本発明で規定する要件を満足する例、試験Ｎｏ．１６〜２３のもの（表６）は、化学成分組成は満足する（鋼種Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｅ１，Ｇ１，Ｇ２，Ｌ１）が、製造条件が本発明で規定する要件を満足しない例、試験Ｎｏ．２４〜３１のもの（表６）は、化学成分組成が本発明で規定する範囲を外れるもの（鋼種Ｐ〜Ｗ）である。

これらの結果から、次のように考察できる。まず試験Ｎｏ．１〜１５は、本発明で規定する要件を満足しており、これらの鋼線材は、ＳＶ処理性の全ての項目（断線の有無、ブレーカ負荷、チッパー欠け）において良好な結果が得られている。

これに対し、試験Ｎｏ．１６は、圧延後の載置温度が高いために、圧延材のパーライトノジュールサイズが粗くなっており、ＳＶ処理で断線が発生している。試験Ｎｏ．１７は、圧延後の載置温度が低いために、圧延線材表層の全脱炭層が深くなっており、ブレーカの負荷が上昇している。

試験Ｎｏ．１８、２１は、コンベア載置後６００℃までの平均冷却速度が遅いために、圧延材のパーライトノジュールサイズが粗くなっており、ＳＶ処理で断線が発生している。試験Ｎｏ．１９、２２は、６００℃未満から４００℃までの平均冷却速度が遅いために、Ｃｒ系合金炭化物量が増加し、ブレーカでの負荷が大きくなると共に、チッパーでの欠けが発生している。

試験Ｎｏ．２０は、コンベア載置後６００℃までの平均冷却速度が速いために、パーライト単相の組織とはならず、マルテンサイトやベイナイトが生成し、ＳＶ処理時に断線が生じている。試験Ｎｏ．２３は、６００℃未満から４００℃までの平均冷却速度が速いために、パーライト単相の組織とはならず、マルテンサイトやベイナイトが生成し、ＳＶ処理時に断線が生じている。

試験Ｎｏ．２４は、Ｓｉ含有量が過剰な鋼種（表２の鋼種Ｐ）を用いた例であり、圧延線材表層の全脱炭層が深くなっており、ブレーカの負荷が上昇している。

試験Ｎｏ．２５、２６、３１は、各成分（Ｍｎ，Ｎｉ，Ｂ）の含有量が過剰な鋼種（表２の鋼種Ｑ，Ｒ，Ｗ）を用いた例であり、焼入れ性が過度に上昇したために、パーライト単相とはならず、ベイナイトやマルテンサイトが生成し、ＳＶ処理時に断線が生じている。

試験Ｎｏ．２７〜３０は、各成分（Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｎｂ）の含有量が過剰な鋼種（表２の鋼種Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ）を用いた例であり、Ｃｒ系合金炭化物量が増加し、ブレーカでの負荷が大きくなると共に、チッパーでの欠けが発生している。

図４は、試験Ｎｏ．２（発明例）におけるブレーカ電流値の変位を示したものであり、電流値が安定していることが分かる。これに対し、図５は試験Ｎｏ．２７（比較例）におけるブレーカ電流値の変位を示したものであり、ブレーカの負荷が部分的に高くなっていることがわかる（破線で囲んだ部分のブレーカ負荷が高く、電流値が大きい）。

Claims (7)

1. 熱間圧延後の鋼線材であり、Ｃ：０．４％以上、１．２％未満（「質量％」の意味、化学成分組成について以下同じ）、Ｓｉ：１．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．５％以下（０％を含まない）およびＡｌ：０．０１％以下（０％を含まない）を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、パーライトを主体とする組織であり、パーライトノジュールの粒度番号の平均値Ｐａｖｅが下記（１）式を満足すると共に、表層の全脱炭層深さが０．２０ｍｍ以下であり、且つＣｒ系合金炭化物量が７．５％以下であることを特徴とする皮削り性に優れた高強度ばね用鋼線材。
   ６．０≦Ｐａｖｅ≦１２．０ …（１）
2. Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＮｂ：０．５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１に記載の高強度ばね用鋼線材。
3. Ｍｏ：０．５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１または２に記載の高強度ばね用鋼線材。
4. 更に、Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の高強度ばね用鋼線材。
5. 更に、Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の高強度ばね用鋼線材。
6. 更に、Ｂ：０．０１０％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の高強度ばね用鋼線材。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の高強度ばね用鋼線材から得られた高強度ばね。