JP2014227581A - オイルテンパー線、及びオイルテンパー線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】疲労特性に優れるオイルテンパー線、及び疲労特性に優れるオイルテンパー線を製造することができるオイルテンパー線の製造方法を提供する。【解決手段】オイルテンパー線は、質量％で、Ｃを０．６３％以上、Ｓｉを１．８０％以上含有する鋼から構成され、残留γ量が２体積％以下であるか、あるいは、Ｃを０．５５％超、Ｓｉを１．２０％以上含有する鋼から構成され、残留γ量が１体積％未満である。オイルテンパー線の製造方法は、質量％で、Ｃを０．５５質量％超、Ｓｉを１．２０％以上含有する鋼に焼き入れ焼き戻しを行う工程を備える。前記焼き戻しは、複数回行い、前記複数回のうち、最初の１回目は、焼き戻し温度を２００℃以上６００℃以下、焼き戻し時間を１０秒以下とする。【選択図】なし

Description

本発明は、オイルテンパー線及びオイルテンパー線の製造方法に関するものである。特に、疲労特性に優れるオイルテンパー線、及び疲労特性に優れるオイルテンパー線を製造することができるオイルテンパー線の製造方法に関するものである。

自動車のエンジンやトランスミッションなどの構成部材に、弁ばねや懸架ばねなどの種々のばねがある。これらのばね材料には、オイルテンパー線が汎用されている。

オイルテンパー線は、代表的には、炭素（Ｃ）及び珪素（Ｓｉ）を含む鋼を伸線後、焼き入れ焼き戻しを行うことで製造される。特許文献１では、焼き戻しまでに線材を−５０℃以下に冷却すること、又は焼き入れ焼き戻し後に第二の焼き戻しを行うことで、高強度で高靭性なオイルテンパー線が得られることを開示している。強度が高いことで疲労限も高くなり、このオイルテンパー線は、疲労特性に優れる。

特許第３４０５３９１号公報

疲労特性により優れるオイルテンパー線の開発が望まれている。

近年、自動車の低燃費化の要求に対応して、エンジンやトランスミッションなどの小型・軽量化が進められている。それに伴って、上述のばねなどに負荷される応力も増大している。そのため、疲労強度に優れているとされている鋼種、代表的にはＳＷＯＳＣ−Ｖ（ＪＩＳ Ｇ ３５６１、１９９４）から構成されるオイルテンパー線でも、疲労特性の更なる向上が望まれる。

また、従来のオイルテンパー線では、体積比で数％の残留オーステナイト（以下、残留γと記載する）が存在する（特許文献１の明細書の段落［０００３］）。従来、この残留γ自体の延性を利用して、オイルテンパー線の靭性を高めることが行われている（特許文献１の明細書の段落［０００４］）。しかし、本発明者らが検討した結果、組成によっては、残留γが上述のように多く存在すると、介在物に起因する折損が生じ易い、との知見を得た。介在物に起因する折損によって、破壊靭性が低下すると、ひいては疲労特性の低下を招く。

特許文献１に記載される上述の製造方法を利用することで、残留γの含有量（以下、残留γ量と呼ぶ）をある程度低減できる。また、ＣやＳｉの含有量が少なければ、残留γ量が少なくなり易い。しかし、ＣやＳｉの含有量が多くなると、特にＣの含有量が０．６３質量％以上、Ｓｉの含有量が１．８０質量％以上になると、残留γ量が多くなり易く、５体積％以上、更に１０体積％程度になる。特許文献１に記載される製造方法でも、Ｃの含有量が０．６３質量％、Ｓｉの含有量が１．８０質量％以上であれば、残留γ量を２体積％以下とすることができない。従って、ＣやＳｉを多く含有していても、残留γ量が少ないオイルテンパー線、即ち介在物に起因する折損が発生し難く、疲労特性に優れるオイルテンパー線を製造することができるオイルテンパー線の製造方法の開発が望まれる。

そこで、本発明の目的の一つは、疲労特性に優れるオイルテンパー線を提供することにある。

本発明の他の目的は、疲労特性に優れるオイルテンパー線を製造することができるオイルテンパー線の製造方法を提供することにある。

本発明のオイルテンパー線は、質量％で、Ｃを０．６３％以上、Ｓｉを１．８０％以上含有する鋼から構成され、残留γ量が２体積％以下である。

本発明のオイルテンパー線は、質量％で、Ｃを０．５５％超、Ｓｉを１．２０％以上含有する鋼から構成され、残留γ量が１体積％未満である。

本発明のオイルテンパー線の製造方法は、質量％で、Ｃを０．５５質量％超、Ｓｉを１．２０％以上含有する鋼に焼き入れ焼き戻しを行う工程を備える。前記焼き戻しは、複数回行う。前記複数回のうち、最初の１回目は、焼き戻し温度を２００℃以上６００℃以下、焼き戻し時間を１０秒以下とする。

本発明のオイルテンパー線は、上記本発明のオイルテンパー線の製造方法によって製造されたものである。

本発明のオイルテンパー線は、疲労特性に優れる。本発明のオイルテンパー線の製造方法は、疲労特性に優れるオイルテンパー線を製造できる。

［本発明の実施の形態の説明］
本発明者らは、焼き入れ焼き戻しを特定の条件で行う、具体的には焼き戻しを複数回行うと共に、特定の条件の焼き戻しを特定の時期に行うことで、介在物に起因する折損が少なく、疲労特性に優れるオイルテンパー線が得られる、との知見を得た。また、この特定の製造条件で得られたオイルテンパー線を調べたところ、残留γ量が少ない、との知見を得た。特に、ＣやＳｉの含有量が多い鋼、即ち残留γが生成され易い鋼でも、残留γを低減できる、との知見を得た。これらの知見から、組成によっては、残留γ量が少ない方が疲労特性に優れるといえる。本発明は、これらの知見に基づくものである。最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。

（１） 実施形態に係るオイルテンパー線は、質量％で、Ｃを０．６３％以上、Ｓｉを１．８０％以上含有する鋼から構成され、残留γ量が２体積％以下である。

実施形態のオイルテンパー線は、疲労特性に優れる。ＣやＳｉを上述のように比較的多めに含有していながらも、残留γ量が２体積％以下と少ないことで、破壊折損のうち、特に介在物に起因する折損を低減できる。このように介在物に対する感受性を低減できる結果、靭性、特に破壊靭性に優れるからである。また、Ｃ及びＳｉの双方を比較的多めに含有していることで鋼自体の強度が高く、高い疲労限を有するからである。

（２） 別の実施形態に係るオイルテンパー線は、質量％で、Ｃを０．５５％超、Ｓｉを１．２０％以上含有する鋼から構成され、残留γ量が１体積％未満である。

実施形態のオイルテンパー線は、疲労特性に優れる。残留γが１体積％未満と少ないことで、破壊折損のうち、特に介在物に起因する折損を低減できる。このように介在物に対する感受性を低減できる結果、靭性、特に破壊靭性に優れるからである。また、従来、疲労強度に優れるとされるＳＷＯＳＣ−Ｖ相当のＣ及びＳｉを含有していることで、疲労強度に優れるからである。

（３） 実施形態のオイルテンパー線の一例として、上記鋼が更に、質量％で、バナジウム（Ｖ）を０．０２％以上０．５０％以下含む形態が挙げられる。

上記形態は、Ｖを上述の特定の範囲で含有することで、疲労限の向上と靭性の確保とを図ることができ、疲労特性に優れる。

（４） 実施形態のオイルテンパー線の一例として、上記鋼が更に、質量％で、コバルト（Ｃｏ）を０．０２％以上１．００％以下含む形態が挙げられる。

上記形態は、Ｃｏを上述の特定の範囲で含有することで、耐熱性に優れる。また、耐熱性に優れることで、オイルテンパー線や、オイルテンパー線を用いたばねを製造するときの熱処理によって軟化することを防止できる。その結果、上記形態は、種々の熱処理を受けても高い強度を維持できて疲労限の低下を抑制でき、ひいては疲労特性に優れる。上述のＶとＣｏとの双方を含有する形態とすると、疲労特性により優れる。

（５） 実施形態のオイルテンパー線の一例として、回転曲げ試験を行ったときの介在物に起因する折損の出現率が５％未満である形態が挙げられる。

上記形態は、介在物に起因する折損の出現率が低く、破壊靭性に優れることから、疲労特性に優れる。

（６） 実施形態に係るオイルテンパー線の製造方法は、質量％で、Ｃを０．５５質量％超、Ｓｉを１．２０％以上含有する鋼に焼き入れ焼き戻しを行う工程を備える。上記焼き戻しは、複数回行う。そして、上記複数回のうち、最初の１回目は、焼き戻し温度を２００℃以上６００℃以下、焼き戻し時間を１０秒以下とする。

実施形態のオイルテンパー線の製造方法は、疲労特性に優れるオイルテンパー線を製造することができる。定性的には、実施形態のオイルテンパー線の製造方法は、介在物に起因する折損が少なく、破壊靭性に優れることで疲労特性に優れるオイルテンパー線を製造できる。定量的には、実施形態のオイルテンパー線の製造方法は、ＣやＳｉの含有量が多い場合でも、残留γ量が２体積％以下であるオイルテンパー線や、ＣやＳｉの含有量が上述の範囲の下限程度をとる場合では、残留γ量が１体積％未満であるオイルテンパー線を製造することができる。

（７） 別の実施形態に係るオイルテンパー線は、上記実施形態のオイルテンパー線の製造方法によって製造されたものである。

この実施形態のオイルテンパー線は、疲労特性に優れる。上述のように介在物に起因する折損が生じ難く、破壊靭性に優れているからである。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態に係るオイルテンパー線、及びオイルテンパー線の製造方法を説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。例えば、後述する試験例において、線材の組成や線径、製造条件（特に、焼き戻し条件）を適宜変更することができる。以下の説明では、元素の含有量は全て「質量％」である。

［オイルテンパー線］
（組成）
実施形態のオイルテンパー線は、Ｃ及びＳｉを特定の範囲で含有する鋼によって構成される。Ｃ及びＳｉ以外の添加元素には、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）が挙げられる。更に、Ｖ及びＣｏの少なくとも一方を含有することができる。実施形態のオイルテンパー線を構成する鋼は、代表的には、以下が挙げられる。

（１） Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，及びＣｒを含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物
この組成として、例えば、Ｃを０．５５％超０．５９％以下、Ｓｉを１．２０％以上１．６０％以下、Ｍｎを０．５０％以上０．８０％以下、Ｃｒを０．５０％以上０．８０％以下含有する鋼が挙げられる。この鋼種は、ＳＷＯＳＣ−Ｖ（ＪＩＳ Ｇ ３５６１、１９９４）を満たす。
例えば、Ｃを０．６３％以上０．６８％以下、Ｓｉを１．３０％以上１．６０％以下、Ｍｎを０．６０％以上０．８０％以下、Ｃｒを０．５０％以上０．８０％以下含有する鋼が挙げられる。この鋼種をここではＳＷＯＳＣ−ＶＨと呼ぶ。
（２） Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，及びＶを含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物
この組成として、例えば、Ｃを０．６３％以上０．６８％以下、Ｓｉを１．２０％以上１．６０％以下、Ｍｎを０．５０％以上０．８０％以下、Ｃｒを０．５０％以上０．８０％以下、Ｖを０．１０％以上０．２０％以下含有する鋼が挙げられる。この鋼種をここではＳＷＯＳＣ−ＶＨＶと呼ぶ。
例えば、Ｃを０．６３％以上０．６８％以下、Ｓｉを１．８０％以上２．２０％以下、Ｍｎを０．７０％以上０．９０％以下、Ｃｒを０．５０％以上０．８０％以下、Ｖを０．０５％以上０．１５％以下含有する鋼が挙げられる。この鋼種をここではＳＷＯＳＣ−ＶＨＳと呼ぶ。
（３） Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，及びＣｏを含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物
この組成として、例えば、Ｃを０．６３％以上０．６８％以下、Ｓｉを２．１０％以上２．３０％以下、Ｍｎを０．５０％以上０．７０％以下、Ｃｒを１．１０％以上１．３０％以下、Ｃｏを０．１０％以上０．３０％以下含有する鋼が挙げられる。
（４） Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，及びＣｏを含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物
この組成として、例えば、Ｃを０．６３％以上０．６８％以下、Ｓｉを２．１０％以上２．３０％以下、Ｍｎを０．５０％以上０．７０％以下、Ｃｒを１．１０％以上１．３０％以下、Ｖを０．１０％以上０．２０％以下、Ｃｏを０．１０％以上０．３０％以下含有する鋼が挙げられる。この鋼種をここではＳＷＯＳＣ−ＶＨＲと呼ぶ。
不可避不純物は、Ｐ（りん）、Ｓ（硫黄）などが挙げられる。以下、各元素の含有量、各元素の含有する効果を説明する。

・炭素（Ｃ）
Ｃは、鋼の強化元素である。Ｃの含有量が０．５５％超であることで、十分な強度を有する鋼とすることができる。Ｃの含有量が多いほど、鋼の強度を高められ、０．６０％以上、更に０．６３％以上であると、強度により優れる鋼となる。このような強度により優れる鋼から構成されることで、疲労限が高く、疲労特性に優れるオイルテンパー線とすることができる。但し、Ｃの含有量が多いほど、残留γ量が多くなり易い。そして、残留γ量の増加は靭性（特に破壊靭性）の低下を招くことから、Cの含有量は、０．７０％以下が好ましく、０．６８％以下がより好ましい。

・珪素（Ｓｉ）
Ｓｉは、鋼の固溶強化、鋼の耐熱性の向上に寄与する元素である。また、Ｓｉは、溶解精錬時の脱酸剤に利用される。Ｓｉの含有量が１．２０％以上であることで、これらの効果を得られる。また、Ｓｉの含有量が多いほど、具体的には１．３０％以上、更に１．８０％以上、２．００％以上、２．１０％以上であると耐熱性により優れる上に強度により優れる。そのため、オイルテンパー線の製造時の熱処理（特に焼き戻し）や、オイルテンパー線を用いてばねを製造するときの熱処理（歪み取り焼鈍、窒化処理など）の加熱によって、鋼の強度や硬度が低下すること（軟化すること）を防止できる。このような耐熱性及び強度により優れる鋼から構成されることで、高強度で疲労限が高く、疲労特性に優れるオイルテンパー線とすることができる。但し、Ｓｉの含有量が多いほど、残留γ量が多くなり易い。そして、残留γ量の増加は靭性（特に破壊靭性）の低下を招くことから、Ｓｉの含有量は２．４０％以下が好ましく、２．３０％以下がより好ましい。

・マンガン（Ｍｎ）
Ｍｎは鋼の焼き入れ性を向上させる。また、Ｍｎは、Ｓｉと同様に溶解精錬時の脱酸剤として利用される。更に、Ｍｎは、鋼の強度の向上効果もある。Ｍｎの含有量が０．３％以上であるとこれらの効果が得られる。Ｍｎの含有量が多いほど、これらの効果が高められるものの、多過ぎると靭性の低下を生じ得ることから、１．０％以下が好ましい。Ｍｎの含有量は、更に０．５％以上０．９％以下が好ましい。

・クロム（Ｃｒ）
Ｃｒは鋼の焼き入れ性を向上させ、焼き入れ焼き戻し後の鋼の軟化抵抗を増加させる。軟化抵抗の増大によって、上述のようにオイルテンパー線の製造時の熱処理やばねの製造時の熱処理での鋼の軟化防止に効果がある。また、Ｃｒの含有量が多いほど、炭化物を析出し易く、鋼の強度が高められる。このような強度が高い鋼から構成されることで、高強度で疲労限が高く、疲労特性に優れるオイルテンパー線とすることができる。Ｃｒの含有量が０．５％以上であると、これらの効果を十分に得られ、１．９％以下であると、靭性の低下を抑制できて好ましい。Ｃｒの含有量は、更に０．５％以上１．３％以下が好ましい。

・バナジウム（Ｖ）
Ｖは、焼き戻し時に炭化物を生成し、鋼の軟化抵抗を増加させる効果がある。軟化抵抗の増大によって、上述のようにオイルテンパー線の製造時の熱処理やばねの製造時の熱処理での鋼の軟化防止に効果がある。従って、Ｃ及びＳｉに加えてＶを含む鋼から構成されるオイルテンパー線は、高強度で疲労限が高く、疲労特性により優れる。Ｖの含有量が０．０２％以上であると、上述の効果を十分に得られ、０．５０％以下であると、適正な靭性を確保できる。Ｖの含有量は、更に０．０５％以上０．２０％以下が好ましい。

・コバルト（Ｃｏ）
Ｃｏは、少量の含有により鋼の耐熱性を向上させる効果がある。耐熱性の向上によって、上述のようにオイルテンパー線の製造時の熱処理やばねの製造時の熱処理での鋼の軟化防止に効果がある。従って、Ｃ及びＳｉに加えてＣｏを含む鋼から構成されるオイルテンパー線は、高強度で疲労限が高く、疲労特性により優れる。Ｃｏの含有量が０．０２％以上であると、上述の効果を十分に得られ、１．００％程度で上述の効果が飽和するため、Ｃｏの含有量の上限を１．００％とする。Ｃｏの含有量は、更に０．１０％以上０．３０％以下が好ましい。Ｃｏ及びＶの双方を上述の範囲で含有すると、疲労特性に更に優れるオイルテンパー線となる。

（組織）
実施形態のオイルテンパー線は、残留γ量が非常に少ない組織である。具体的には、残留γ量は、２体積％以下である。Ｃを０．６３％以上、Ｓｉを１．８０％以上含有する鋼、即ちＣ及びＳｉの双方を比較的多く含有する鋼（以下、高Ｓｉ鋼と呼ぶことがある）から構成される形態であっても、残留γ量が２体積％以下である。また、後述する特定の製造方法で製造することで、上記高Ｓｉ鋼から構成されるオイルテンパー線であっても、残留γ量が、１．５体積％以下、更に１体積％以下、特に１体積％未満、さらには０．５体積％以下という実質的に存在しないレベルにすることができる。Ｃを０．５５％超、Ｓｉを１．２０％以上含有する鋼（以下、中Ｓｉ鋼と呼ぶことがある）、即ち上記高Ｓｉ鋼よりもＣ及びＳｉの含有量が少ない形態では、残留γ量が更に少なく、１体積％未満、更に０．５体積％以下という実質的に存在しないレベルにすることができる。残留γ量が２体積％以下、更には１体積％未満であることで、実施形態のオイルテンパー線は、後述する試験例に示すように介在物に起因する折損を効果的に低減できて破壊靭性に優れ、ひいては疲労特性に優れる。残留γ量の具体的な測定方法は後述する。

（機械的特性）
実施形態のオイルテンパー線が上述のように介在物に起因する折損が少ないことを示す一つの指標として、回転曲げ試験を行ったときの介在物に起因する折損の出現率が５％未満であることが挙げられる。上記介在物に起因する折損の出現率が低いほど、破壊靭性に優れるといえ、３％以下、更に１％以下が好ましい。上記介在物に起因する折損の出現率と上記残留γ量とはある程度相関があり、残留γ量が少ないほど、上記出現率が低くなる傾向にある。逆に、残留γ量が多いと、上記介在物に起因する出現率が多くなる理由として、以下が考えられる。延性に優れるものの強度が低い残留γが多いと、残留γ以外の相が鋼の強度を確保するために相対的に靭性に劣る相になる結果、このような靱性に劣る相では、介在物を起点とする破壊が進展し易いため、と考えられる。上記介在物に起因する折損の出現率の具体的な測定方法は、後述する。

（形状、大きさ）
実施形態のオイルテンパー線は、種々の形状を取り得る。代表的には、横断面形状が円形の丸線が挙げられる。その他、横断面形状が矩形状の平角線、多角形状や楕円状などの種々の異形線とすることができる。実施形態のオイルテンパー線は、種々の大きさ（断面積、線径など）を取り得る。例えば、丸線では、線径が０．７ｍｍ以上６．０ｍｍ以下程度、が挙げられる。断面積や線径は、伸線加工の加工度によって変化できる。断面積や線径が小さいほど、伸線加工の加工硬化による強度向上効果が得られ、強度に優れる傾向にある。従って、細径のオイルオイルテンパー線とすることで、疲労特性により優れる場合がある。

［オイルテンパー線の製造方法］
上述のような疲労特性に優れる実施形態のオイルテンパー線は、例えば、以下の製造工程を経て製造することができる。具体的な工程は、上述の組成を有する原料鋼を溶製→熱間鍛造→熱間圧延→パテンチング→皮剥ぎ→焼鈍→伸線加工→焼き入れ焼き戻し、である。特に、実施形態のオイルテンパー線を製造できる実施形態のオイルテンパー線の製造方法では、焼き戻しを複数回行い、複数回のうちの最初の１回目の焼き戻し（以下、焼き戻し１^ｓｔ．と呼ぶ）を特定の条件で行う。上記焼き入れ焼き戻しまでの各工程の条件は、公知の条件を利用できる。以下、焼き入れ焼き戻し工程を詳細に述べる。

（焼き入れ焼き戻し）
・焼き入れ
焼き入れ条件は、上述のように適宜選択できる。例えば、焼き入れ温度が−５０°以上８０℃以下、焼き入れ時間が３０秒以下、が挙げられる。焼き入れ温度を特に２０℃以上５０℃以下程度とすると、焼き入れに用いる媒体の温度の安定化という意味において、加熱状態の線材からの入熱と媒体からの抜熱とをバランスさせ易く、焼き入れ作業性に優れる。焼き入れ時間を２０秒以下、更に１０秒以下、特に５秒以下と短くすると、より細かい炭化物をより均一的に析出させることができ、かつ、焼き戻しによる強度の低下を抑え易い。その結果、目標とする強度範囲に調整する場合に複数回の焼き戻しを施すことが容易となり、製造性に優れる。

・焼き戻し
従来、焼き戻しは、通常、１回だけ行う。１回の焼き戻しで炭化物などの析出物を十分に析出させようとすると、焼き戻し時間を長くする必要がある。そのため、焼き戻し時間は、１分から数分程度が代表的である。特許文献１では、５分（３００秒）としている。しかし、焼き戻し時間を長くすると、鋼の軟化による強度の低下を招いて、疲労特性が低下し易くなる。そこで、本発明者らは、後述する試験例に示すように焼き戻し時間を３０秒といった比較的短時間にすることを検討した。しかし、このような焼き戻しを１回だけ行ったオイルテンパー線では、介在物（析出物）に起因する折損が発生し易かった。また、このオイルテンパー線を調べたところ、残留γ量が多かった。特に、上述のＣ及びＳｉを多く含有する高Ｓｉ鋼では、残留γ量が体積比で数％程度であった。そこで、焼き戻し時間がより短い焼き戻しを１回行った後、別途、焼き戻しを行ったところ、析出物に起因する折損が少なく、疲労特性に優れるオイルテンパー線が得られた。そして、このオイルテンパー線を調べたところ、上記高Ｓｉ鋼であっても残留γ量が少なく、２体積％以下であり、上記中Ｓｉ鋼では１体積％未満であった。この知見から、焼き戻しを複数回行うこと、及び、複数回のうち１回、好ましくは最初の１回目の焼き戻し時間を短くすることを提案する。

上記焼き戻し時間を短くする焼き戻しは、複数回の焼き戻しの中で、最初の１回目、又は２回目以降の任意のときに行える。特に、上記焼き戻し時間を短くする焼き戻しは、複数回の焼き戻しのうち、最初の１回目に行うと、残留γ量の低減に効果的である。この理由は、以下のように考えられる。最初の１回目の焼き戻し（焼き戻し^１ｓｔ．）は、焼き入れによる過飽和固溶体から析出物を析出させる操作であるから、焼き戻し^１ｓｔ．を短時間とすると、析出物を微細に、かつ均一的に粒内に析出させることが最も効果的に行える、と考えられる。そして、微細な析出物が粒内に均一的に分散した組織に次段の焼き戻しを施すことで、次段の焼き戻し時に残留γを分解させ易くなって、残留γ量を低減できる、と考えられる。そこで、実施形態のオイルテンパー線の製造方法では、最初の１回目の焼き戻し（焼き戻し^１ｓｔ．）の焼き戻し時間を短くすること、具体的には１０秒以下とすることを規定する。

焼き戻し^１ｓｔ．の条件は、焼き戻し温度が２００℃以上６００℃以下、焼き戻し時間が１０秒以下、が挙げられる。焼き戻し温度は、３００℃以上、更に３５０℃以上と高くすると、析出物を微細にかつ均一的に粒内に析出させ易い。特に、４００℃以上とすると、析出物を微細にかつより均一的に粒内に析出させることができて好ましい。焼き戻し温度を５８０℃以下、更に５７０℃以下とすると、鋼の軟化を防止し易い。焼き戻し時間が短いほど、析出物の成長を防止して微細にできたり、鋼の軟化を防止したりできる。そのため、焼き戻し時間は、８秒以下、更に５秒以下、特に１秒以下が好ましい。組成にもよるが焼き戻し時間が０．５秒以下、更に０．１秒以上０．３秒以下程度といった非常に短時間でも、更には０．１秒未満、例えば０．０１秒といった極短時間でも、析出物を微細にかつ均一的に粒内に析出させることができる。焼き戻し^１ｓｔ．は、このような短時間の加熱を行うことから、バッチ処理よりも、連続処理が利用し易い。連続処理では、連続加熱炉に導入する素材の線速などを調整することで焼き戻し時間を容易に調整できる上に、焼き戻し^１ｓｔ．の焼き戻し材を生産性よく製造できる。

焼き戻し^１ｓｔ．の以外の焼き戻し（以下、焼き戻し^{ｏｔｈｅｒ}と呼ぶ）の条件は、例えば、焼き戻し温度が３００℃以上７００℃以下、焼き戻し時間が１０秒以上５分（３００秒）以下、が挙げられる。即ち、焼き戻し^{ｏｔｈｅｒ}には、特許文献１に記載される条件など、公知の焼き戻し条件を利用できる。焼き戻し^{ｏｔｈｅｒ}の焼き戻し時間を焼き戻し^１ｓｔ．の焼き戻し時間よりも長くしたり、焼き戻し^{ｏｔｈｅｒ}の焼き戻し温度を焼き戻し^１ｓｔ．の焼き戻し温度よりも高くしたりすると、残留γを分解し易く、残留γ量を低減できる傾向にある。例えば、焼き戻し^{ｏｔｈｅｒ}の焼き戻し温度を４００℃以上５６０℃以下とすることができる。焼き戻し^{ｏｔｈｅｒ}には、バッチ処理、連続処理のいずれも利用できる。バッチ処理とすると、焼き戻し時間が比較的長い場合でも条件の制御を行い易い。なお、焼き戻し^{ｏｔｈｅｒ}に、上述の焼き戻し^１ｓｔ．の条件の焼き戻しを含むことができる。また、複数回の焼き戻しの全てを上述の焼き戻し^１ｓｔ．の条件で行うこともできる。

焼き戻しの回数は、２回（焼き戻し^１ｓｔ．を１回、焼き戻し^{ｏｔｈｅｒ}を１回の合計２回）、又は焼き戻し^１ｓｔ．を１回含む３回以上とすることができる。２回とすれば、工程数が少なく、生産性に優れる。回数を増やすと、後述する試験例に示すように残留γ量をより低減できる場合がある。回数を増やす場合には、焼き戻し^{ｏｔｈｅｒ}の焼き戻し時間を短めにすることが好ましい。

Ｃ及びＳｉを多く含有する鋼、例えばＣを０．６３％以上、Ｓｉを１．８０％以上含有する鋼に従来の焼き入れ焼き戻しを行った場合、残留γ量は、少なくとも１０体積％程度になる。一方、上述のように多段に焼き戻しを行う実施形態のオイルテンパー線の製造方法では、上述のＣ及びＳｉの含有量が多い高Ｓｉ鋼であっても、残留γ量を２体積％以下、条件によっては１体積％以下、更に１体積％未満とすることができ、上述の中Ｓｉ鋼であれば、１体積％未満とすることができる。即ち、実施形態のオイルテンパー線の製造方法では、焼き戻し前に−５０℃以下、特に−１９６℃といった極低温に冷却する工程を行わなくても、残留γ量が非常に少ないオイルテンパー線を製造できる。

・その他の条件
パテンチング時のオーステナイト化の温度を高めにすると、添加元素を十分に固溶でき、焼き戻し^１ｓｔ．時に、析出物を微細にかつ均一的に粒内に析出できて好ましい。具体的には、オーステナイト化の温度は、９３０℃以上が挙げられる。特に、上述の中Ｓｉ鋼では９３０℃以上、上述のＣ及びＳｉの含有量が多い高Ｓｉ鋼では、９５０℃以上が好ましい。オーステナイト化の温度の上限は１１００℃、更に１０５０℃程度が挙げられる。

［ばね］
実施形態のオイルテンパー線は、ばね素材に好適に利用することができる。ばねは、実施形態のオイルテンパー線にばね加工を施すことで得られる。ばね加工後に、公知の条件にて歪取り焼鈍を行ったり、窒化処理を行って表層に窒化層を形成したりすることができる。

［試験例１］
種々の組成のオイルテンパー線を種々の条件で作製して、介在物に起因する折損の状態を調べた。

原料鋼を真空溶解炉で溶製し、熱間鍛造、熱間圧延を順に行って、線径φ６．５ｍｍの圧延材を作製した。この圧延材に順に、パテンチング→皮剥ぎ→焼鈍→伸線加工→焼き入れ焼き戻しを施して、線径φ３．０ｍｍのオイルテンパー線を得た。表１に鋼の成分を示す。表１の各鋼種における元素の含有量は質量％を示す。各鋼種の残部はＦｅ及び不可避不純物である。各試料の鋼種、パテンチング時のオーステナイト化温度、焼き入れ焼き戻し工程の条件を表２に示す。

得られた各試料のオイルテンパー線について、残留γ量を以下のように調べた。その結果を表４に示す。残留γ量は、オイルテンパー線の縦断面についてX線回折を行って、以下に記載する結晶の各格子面のピーク強度を測定し、オーステナイト相（γ相）と、フェライト相（α相）とを相対的に比較して規定する。γ相（ｆｃｃ）は、（２００）面、（２２０）面、及び（３１１）面の合計３個の格子面についてピーク強度を測定する。α相（ｂｃｃ）は、（２００）面、及び（２１１）面の合計２個の格子面についてピーク強度を測定する。そして、下記（１）〜（６）に示すように、γ相とα相とのピーク強度の比率（％）を求める（表３及び下記参照）。そして、これら６個のピーク強度比（１）〜（６）の平均を残留γ量（体積％）とする。
（１） α相の（２００）面のピーク強度に対するγ相の（２００）面のピーク強度の比率＝γ（２００）／α（２００）
（２） α相の（２１１）面のピーク強度に対するγ相の（２００）面のピーク強度の比率＝γ（２００）／α（２１１）
（３） α相の（２００）面のピーク強度に対するγ相の（２２０）面のピーク強度の比率＝γ（２２０）／α（２００）
（４） α相の（２１１）面のピーク強度に対するγ相の（２２０）面のピーク強度の比率＝γ（２２０）／α（２１１）
（５） α相の（２００）面のピーク強度に対するγ相の（３１１）面のピーク強度の比率＝γ（３１１）／α（２００）
（６） α相の（２１１）面のピーク強度に対するγ相の（３１１）面のピーク強度の比率＝γ（３１１）／α（２１１）

得られた各試料について回転曲げ疲労試験（疲労試験）を行い、以下のようにして介在物に起因する折損の出現率（％）を調べた。その結果を表４に示す。回転曲げ疲労試験機による負荷応力を調整して、２０本以上の線材が破断するように回転曲げ疲労試験を行う。破断した２０本以上の線材についてそれぞれ、破断面を観察し、破断の起点部における介在物の有無を確認する。破断の起点部に介在物が存在する場合、この線材は介在物に起因して折損した線材と認定する。そして、（介在物に起因して折損した線材の合計本数／破断した線材の合計本数）×１００を介在物に起因する折損の出現率（％）とする。ここでは、４０本について調べた。

表４に示すように残留γ量（体積％）が少ない試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−７のオイルテンパー線は、介在物に起因する折損の出現率が５％未満であり、低いことが分かる。ここでは、試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−７のいずれも、上記出現率が０％である。一方、残留γ量が多い（この試験では５体積％以上）である試料Ｎｏ．１−１００，Ｎｏ．１−１１０，Ｎｏ．１−１２０のオイルテンパー線は、介在物に起因する折損の出現率が５％以上であり、高いことが分かる。これらの結果から、上記の鋼種では、残留γ量を低減することで、介在物に起因する折損を効果的に低減でき、破壊靭性を向上できること、ひいては疲労特性を向上できるといえる。

上述のように介在物に起因する折損が生じ難く、疲労特性に優れる試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−７のオイルテンパー線はいずれも、最初の１回目の焼き戻しを２００℃以上６００℃以下かつ１０秒未満という焼き戻し時間が短いものとし、このような焼き戻し時間が短い焼き戻しを含む多段の焼き戻しを行うことで製造できることが分かる。特に、Ｃを０．６３質量％以上、Ｓｉを１．８０質量％以上含有する鋼であっても、上述の特定の多段の焼き戻しを行うことで、残留γ量が少ない、具体的には２体積％以下（ここでは１体積％以下）のオイルテンパー線が得られることが分かる。Ｃを０．５５質量％超、Ｓｉを１．２０質量％以上含有する鋼では、残留γ量が非常に少ない、具体的には１体積％未満（ここでは０．５体積％以下）のオイルテンパー線が得られることが分かる。

更に、この試験結果からは、（１）焼き戻し回数が多いほど、残留γ量が少なる傾向にあること（試料Ｎｏ．１−１００，Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−３を比較参照）、（２）最初の１回目に焼き戻し時間が短い焼き戻しを行うことで、後段では、焼き戻し時間を１０秒以上としても、残留γ量を低減できること（試料Ｎｏ．１−３と試料Ｎｏ．１−１００とを比較参照）、（３）多段の焼き戻しを行う場合でも、焼き戻し時間の合計が短ければ（ここでは５０秒以下）、残留γ量を低減できること（試料Ｎｏ．１−２，Ｎｏ．１−３，Ｎｏ．１−６を参照）、が分かる。

本発明のオイルテンパー線は、各種のばね材料、例えば、自動車用の各種のばねのばね材料などに好適に利用することができる。より具体的には、本発明のオイルテンパー線は、エンジンの弁ばね、トランスミッション用のばねなどのばね材料に好適に利用することができる。本発明のオイルテンパー線の製造方法は、疲労特性に優れるオイルテンパー線の製造に好適に利用することができる。

Claims (7)

1. 質量％で、Ｃを０．６３％以上、Ｓｉを１．８０％以上含有する鋼から構成され、
   残留γ量が２体積％以下であるオイルテンパー線。
2. 質量％で、Ｃを０．５５％超、Ｓｉを１．２０％以上含有する鋼から構成され、
   残留γ量が１体積％未満であるオイルテンパー線。
3. 前記鋼は、更に、質量％で、Ｖを０．０２％以上０．５０％以下含む請求項１又は請求項２に記載のオイルテンパー線。
4. 前記鋼は、更に、質量％で、Ｃｏを０．０２％以上１．００％以下含む請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のオイルテンパー線。
5. 回転曲げ試験を行ったときの介在物に起因する折損の出現率が５％未満である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のオイルテンパー線。
6. 質量％で、Ｃを０．５５質量％超、Ｓｉを１．２０％以上含有する鋼に焼き入れ焼き戻しを行う工程を備え、
   前記焼き戻しは、複数回行い、前記複数回のうち、最初の１回目は、焼き戻し温度を２００℃以上６００℃以下、焼き戻し時間を１０秒以下とするオイルテンパー線の製造方法。
7. 請求項６に記載のオイルテンパー線の製造方法によって製造されたオイルテンパー線。