JP7186859B2 - 鋼線、その製造方法、及びばねまたは医療用線製品の製造方法 - Google Patents

鋼線、その製造方法、及びばねまたは医療用線製品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、鋼線、その製造方法、及びばねまたは医療用線製品の製造方法に関する。特に、本発明は、ばねまたは医療用線製品の製造に適した析出硬化型ステンレス鋼に関する。
本願は、２０１８年４月２６日に、スウェーデンに出願された特許出願第１８５０５０５－７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
析出硬化型ステンレス鋼は、１７－７ＰＨ、１７－４ＰＨ、１５－５ＰＨ、ＰＨ１５－７Ｍｏ、ＰＨ１４－８Ｍｏ、ＰＨ１３－８Ｍｏなど合金の番号を擁している。
１７－７系ＰＨの鋼は、高い強度と硬度、優れた疲労特性、優れた耐食性を提供する鋼である。１７－７ＰＨ鋼はＥＮ番号：１．４５６８、ＥＮ名：Ｘ７ＣｒＮｉＡｌ １７－７、ＡＳＴＭ：６３１、ＵＮＳ：Ｓ１７７００およびＪＩＳ：ＳＵＳ６３１と指定されている。１７－７ＰＨの化学組成は（重量％で）：Ｃ：≦０．０９、Ｓｉ：≦１、Ｍｎ：≦１、Ｐ：≦０．０４、Ｓ：≦０．０３、Ｃｒ：１６～１８、Ｎｉ：６．５０～７．７５、Ａｌ：０．７５～１．５０、残部：Ｆｅである。しかし、１７－７ＰＨの欠点は、冷間加工時の加工硬化が著しいことであり、これは鋼の鋳造時にδ－フェライト（デルタフェライト）が発生しやすく、δ－フェライトにより鋼製品の品質が低下するという事実、及び、化学組成が１７－７ＰＨの鋼で形成されるオーステナイトの不安定性は、冷間圧下中または冷間圧下後の応力割れを招きやすいという事実に起因する。これらの欠点を改善する試みは過去に行われてきた。ＧＢ ２０７３２４９ Ａは、この理由により、δ－フェライトを低減するために窒素を意図的に添加することを開示している。また、非特許文献１に応力割れの研究がある。
このタイプの鋼は、高強度と優れた靭性を必要とする部品に一般的に使用される。１７－７ＰＨ鋼の一般的な用途は、航空機部品、ばね及びワッシャーの冷間圧造用途である。作業温度、腐食環境により、及び現在使用されているらせんばねに１０８サイクルを超える負荷がかかることがよくあるため、特に要求の厳しい用途は、ディーゼル噴射燃料ポンプの圧縮ばねとしてである。国際公開第９９／０３１２８２号は、１７－７ＰＨ系のステンレス鋼線の疲労特性が、改善された清浄度を提供するために鋼をＥＳＲ再溶解に供することによって実質的に強化され得ることを開示する。
近年、化石ディーゼルの少なくとも一部を、従来のディーゼルオイルよりも酸性度が高く（ｐＨ≒２．５）、水分含有量が高い、バイオマス由来の液体燃料（Ｂｉｏ Ｃｒｕｄｅ Ｏｉｌ（ＢＣＯ））などに置き換える努力が行われている。
したがって、改善された特性プロファイルを有する析出硬化鋼線を提供することが望ましいであろう。特に、従来の鋼線と同様の耐食性を確保しつつ、機械的特性を向上させることができれば有利である。
特許文献１：西独国特許出願公開第２０７３２４９号明細書
特許文献２：国際公開第９９／０３１２８２号
非特許文献１：Berndt,S. and Bengt,B., “NEW METHODS TO IMPROVE AND CONTROL 17-7 PH MATERIAL FOR SPRING APPLICATIONS”, SPRINGS, 1985年5月
本発明は、析出硬化性ステンレス鋼線の代替組成物に関する。
本発明の目的は、改善された特性プロファイルを有する鋼線を提供することである。特に、本発明は、耐食性が従来の鋼線と同様でありつつ、改善された機械的特性を有する析出硬化ステンレス鋼線を提供することを目的とする。
上述のとおり、１７－７ＰＨ鋼製の鋼線は、その優れた特性によりさまざまな用途に使用され、１８－８シリーズステンレス鋼線に比べて耐疲労性に優れているが、耐食性及び１７－７ＰＨ鋼の伸線加工工程における安定性は劣る。
本発明は、このような現状に鑑み、強度に優れたステンレス鋼線、その製造方法、及び、ばねまたは医療用線製品を提供することを目的とする。
さらなる目的は、疲労寿命が延びたばねを得るために使用できる鋼線を提供することである。
上記の目的、及び追加の利点は、特許請求の範囲で定義された鋼線を提供することによって、重要な手段まで達成される。
本発明は、特許請求の範囲に規定される。
本発明者らは、オーステナイト相の安定性の指標であるＭｄ３０値、Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ含有量、加工硬化指数ＣＷＨを最適化した析出硬化型ステンレス鋼を使用した。また、析出硬化型ステンレス鋼は、常温で伸線加工する製造方法、サブゼロ温度まで冷却して伸線加工する製造方法、または両者を組み合わせた製造方法を採用した。その結果、４０～９０体積％のマルテンサイト、１０～６０体積％のオーステナイト、５体積％以下のδ－フェライトからなる最終の冷間加工後の金属組織が、技術的課題の解決に有用であることがわかった。具体的には、最終の伸線加工後のマルテンサイトの量は好ましくは７１～７３％であり、引張強度は好ましくは１６８０～１８８０ＭＰａだった。さらに、鋼線に、４８０℃で１時間の析出硬化処理を施すことにより、従来鋼よりも引張強度が２２７０ＭＰａと大きく、析出硬化度の高い鋼線が得られた。このことは従来の１７－７ＰＨ鋼線よりもはるかに高い強度を達成することを可能にし、鋼線を用いたばねは疲労強度が高く、鋼線を用いた医療用製品は高い曲げ剛性を得ることができる。
本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）本発明の一態様に係るばねまたは医療用線製品の製造に適した鋼線であって、重量％でＣ：０．０２～０．１５、Ｓｉ：０．１～０．９、Ｍｎ：０．８～１．６、Ｃｒ：１６～２０、Ｎｉ：７．５～１０．５、Ｍｏ：≦３、Ｗ：≦０．５、Ｃｏ：≦１、Ａｌ：０．５～２．５、Ｔｉ：≦０．１５、Ｖ：≦０．１、Ｎｂ：≦０．１、Ｚｒ：≦０．１、Ｔａ：≦０．１、Ｈｆ：≦０．１、Ｙ：≦０．１、Ｎ：≦０．０５、Ｂ：≦０．０１、Ｃｕ：≦２．５、Ｓ：≦０．０５、Ｐ：≦０．０５、Ｃａ：≦０．０１、Ｍｇ：≦０．０１、ＲＥＭ：≦０．２、及び残部：Ｆｅ及び不純物からなり、Ｃｒ及びＮｉの合計量が２５～２７ｗｔ．％であり、前記鋼線は、体積％で、マルテンサイト：４０～９０、オーステナイト：１０～６０、及びδ－フェライト：≦５を含む微細組織を有する。
（２）上記（１）に記載の鋼線では、前記鋼線は、以下の要件の少なくとも１つを満たしてもよく、Ｃ：０．０４～０．０８、Ｓｉ：０．２～０．８、Ｍｎ：０．９～１．５、Ｃｒ：１７．２～１８．５、Ｎｉ：８．２～９．５、Ｍｏ：≦２、Ｗ：≦０．１、Ｃｏ：≦０．３、Ａｌ：０．９５～１．３５、Ｔｉ：０．０３～０．１２、Ｖ：≦０．１、Ｎｂ：≦０．０５、Ｚｒ：≦０．０５、Ｔａ：≦０．０５、Ｈｆ：≦０．０５、Ｙ：≦０．０５、Ｎ：≦０．０１８、Ｂ：≦０．００５、Ｃｕ：≦０．３、及びＳ：≦０．００５、任意に、前記鋼線は、体積％で、前記マルテンサイト：５０～８０、前記オーステナイト：２０～５０、及び前記δ－フェライト：≦３を含む前記微細組織を有してもよく、さらに、任意に、前記鋼線は、Ｍｄ３０（℃）＝－４０～１０、及びＣＷＨ＝１１３～１３３の一方または両方を満たしてもよく、ここで、Ｍｄ３０（℃）及びＣＷＨは以下の式で計算される
Ｍｄ３０（℃）＝５５１－４６２×（Ｃ＋Ｎ）－９．２×Ｓｉ－８．１×Ｍｎ－１３．７×Ｃｒ－２９×（Ｎｉ＋Ｃｕ）－１８．５×Ｍｏ－６８×Ｎｂ－１．４２×（ＡＳＴＭ粒度－８．０）
ＣＷＨ＝３９２－７．３×Ｃｒ－１７．２×Ｎｉ＋１３５×Ｃ
（３）上記（１）または（２）に記載の鋼線では、前記鋼線は、以下の要件の少なくとも１つを満たしてもよく、Ｃ：０．０６～０．０８、Ｓｉ：０．２５～０．７５、Ｍｎ：０．９～１．５、Ｃｒ：１７．４～１８．２、Ｎｉ：８．５～９．１、Ｍｏ：≦２、Ｗ：≦０．１、Ａｌ：１．００～１．３０、Ｔｉ：０．０５～０．１０、Ｎ：０．００４～０．０１７、Ｃｕ：≦０．３、及びＳ：≦０．００３、任意に、前記鋼線は、体積％で、
前記マルテンサイト：５０～８０、及び前記オーステナイト：２０～５０を含む前記微細組織を有してもよく、さらに、任意に、前記鋼線は、
Ｍｄ３０（℃）＝－２０～０、及び
ＣＷＨ＝１１８～１３０
の少なくとも１つを満たしてもよい。
（４）上記（３）に記載の鋼線では、前記鋼線は、以下の要件の少なくとも１つを満たしてもよく、Ｃ：０．０６～０．０８、Ｓｉ：０．２５～０．７５、Ｍｎ：０．９～１．５、Ｃｒ：１７．４～１８．２、Ｎｉ：８．５～９．１、Ｍｏ：≦１、Ｗ：≦０．１、Ａｌ：１．００～１．３０、Ｔｉ：０．０５～０．１０、Ｃｕ：≦０．３、及びＳ：≦０．００３、任意に、前記鋼線は、体積％で、前記マルテンサイト：５０～８０、及び前記オーステナイト：２０～５０を含む前記微細組織を有してもよく、さらに、任意に、前記鋼線は、
Ｍｄ３０（℃）＝－１２～－２、及び
ＣＷＨ＝１２０～１２６
の少なくとも１つを満たしてもよい。
（５）上記（１）～（４）の何れか一つに記載の鋼線では、前記鋼線は、ＡＳＴＭ Ｅ４５－９７、方法Ａに記載の非金属介在物に関する以下の最大要件を満たす清浄度を備えてもよく、
Figure 0007186859000001
 任意に、３５０ｍｍ２の広い検査領域における１０～１５μｍの範囲の最大サイズを有する非金属介在物の数≦１０でもよく、さらに、任意に、１５μｍより大きいサイズを有する前記非金属介在物の数は前記領域においてゼロでもよい。
（６）上記（１）～（５）の何れか一つに記載の鋼線では、Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｏの前記合計量が２５～２７ｗｔ．％でもよい。
（７）上記（６）に記載の鋼線では、前記鋼線は以下の要件を満たしてもよく、Ｃ：０．０２～０．０９、Ｓｉ：０．１～０．９、Ｍｎ：０．８～１．６、Ｃｒ：１７～１９、Ｎｉ：８～１０、Ｍｏ：≦１、Ｗ：≦０．５、Ｃｏ：≦１、Ａｌ：０．９～１．４、Ｔｉ：≦０．１５、Ｖ：≦０．１、Ｎｂ：≦０．１、Ｚｒ：≦０．１、Ｔａ：≦０．１、Ｈｆ：≦０．１、Ｙ：≦０．１、Ｎ：≦０．０２、Ｂ：≦０．０１、Ｃｕ：≦２．５、Ｓ：≦０．０５、Ｐ：≦０．０５、Ｃａ：≦０．０１、Ｍｇ：≦０．０１、ＲＥＭ：≦０．２、及び残部：Ｆｅ及び不純物からなる。
（８）上記（１）～（７）の何れか一つに記載の鋼線の製造方法では、上記組成の原料を溶解してインゴットまたはビレットを得る工程と；任意に、前記インゴットまたは前記ビレットを、電気スラグ再溶解法、真空アーク再溶解法、電子ビーム再溶解法、及びプラズマアーク再溶解法の１つ以上に供する工程と；前記インゴットまたは前記ビレットを熱間加工して線材を得る工程と；任意に、前記線材をシェービングする工程と；任意に、シェービングされた前記線材を焼鈍する工程と；前記線材に中間の伸線加工し、中間の線径を有する中間伸線ワイヤを得る工程と；前記中間伸線ワイヤを焼鈍する工程と；前記中間伸線ワイヤに予備の伸線加工し、予備の線径を有する予備伸線ワイヤを得る工程と；前記予備伸線ワイヤをサブゼロ冷却する工程と；前記予備伸線ワイヤに最終の伸線加工し、最終の線径を有する鋼線を得る工程と；を備える。
（９）上記（８）に記載の鋼線の製造方法では、前記中間伸線ワイヤに前記予備の伸線加工する際の加工率は３０～６０％でもよい。
（１０）上記（８）または（９）に記載の鋼線の製造方法では、前記最終の伸線加工の直前の前記予備伸線ワイヤの表面温度は－１３０～－１９６℃でもよく、及び前記予備伸線ワイヤに前記最終の伸線加工する際の加工率は１０～３０％でもよい。
（１１）上記（１）～（７）の何れか一つに記載の鋼線の製造方法では、上記組成の原料を溶解してインゴットまたはビレットを得る工程と；任意に、前記インゴットまたは前記ビレットを、電気スラグ再溶解法、真空アーク再溶解法、電子ビーム再溶解法、及びプラズマアーク再溶解法の１つ以上に供する工程と；前記インゴットまたは前記ビレットを熱間加工して線材を得る工程と；任意に、前記線材をシェービングする工程と；任意に、シェービングされた前記線材を焼鈍する工程と；任意に、前記線材に１回以上中間の伸線加工し、中間の線径を有する中間伸線ワイヤを得る工程と；任意に、前記中間伸線ワイヤを１回以上焼鈍する工程と；前記線材、シェービングされた前記線材、または中間伸線ワイヤに最終の伸線加工し、最終の線径を有する鋼線を得る工程と；を備えてもよい。
（１２）上記（１１）に記載の鋼線の製造方法では、前記最終の伸線加工する際の加工率は７０～９６％でもよい。
（１３）上記（１）～（７）のいずれか一つに記載の前記鋼線を加工して、ばねまたは医療用線製品の形状を得る工程；及び前記ばねまたは前記医療用線製品を析出硬化処理する工程；を備えることを特徴とするばねまたは医療用線製品の製造方法。
（１４）上記（８）～（１２）のいずれか一つに記載の方法により鋼線を製造する工程と；前記鋼線を加工してばねまたは医療用線製品の形状を得る工程と；前記ばねまたは前記医療用線製品を析出硬化処理する工程と；を備えることを特徴とするばねまたは医療用線製品の製造方法。
本発明の上記態様によれば、特性プロファイルが改善された鋼線を得るために使用できる鋼線を提供することができる。特に、本発明の上記態様によれば、従来の鋼線と同様の耐食性を有しつつ、機械的特性が向上した析出硬化型ステンレス鋼線を提供することができる。また、本発明の上記態様によれば、強度に優れたステンレス鋼線、その製造方法、及び、ばねまたは医療用線製品を提供することができる。また、本発明の上記態様によれば、疲労寿命が延びたばねを得るために使用できる鋼線を提供することができる。
鋼線の製造方法の一例を示すフローチャートである。 鋼線の製造方法の他の例を示すフローチャートである。 本発明の鋼線を用いて鋼製品を製造する方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の鋼線を用いてばねを製造する方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の鋼線を用いて医療用製品（例えば、外科用針）を製造する方法の一例を示すフローチャートである。 軸方向に平行な鋼線の断面図である。
本実施形態における個別の元素の重要性及びそれらの相互作用、並びに合金の化学成分の限定を、以下に簡潔に説明する。本発明のワイヤに使用される鋼の化学組成の全てのパーセンテージは、明細書全体を通して重量％（ｗｔ．％）で示す。微細組織の相の量は、体積％（ｖｏｌ．％）で示す。個々の元素の上限及び下限は、特許請求の範囲に記載されている範囲内で自由に組み合わせることができる。
炭素（０．０２～０．１５％）
炭素はオーステナイトを強力に形成し、炭素はまた鋼マトリックスの強度及び硬度を改善することに効果がある。Ｃは０．０２％の最小含有量で存在する必要がある。その下限を０．０３、０．０４、０．０５、または０．０６％としてもよい。しかし、含有量が多すぎる場合、鋼は炭化クロムを形成する傾向にある。炭素の上限は０．１５％である。上限は０．１０、０．０９、０．０８または０．０７％としてもよい。
ケイ素（０．１～０．９％）
ケイ素は脱酸に使用される。Ｓｉはまたフェライトを強力に形成する。したがって、Ｓｉは０．９％以下に制限される。その上限は０．８５、０．８、０．７５、または０．７０％でもよい。その下限は、０．１５、０．２、または０．２５％でもよい。
マンガン（０．８～１．６％）
マンガンはオーステナイト安定化元素であり、鋼の脱酸及び焼入性に寄与する。含有量が少なすぎると、焼入性が低くなりすぎる場合がある。したがって、マンガンは０．８％の最小含有量で存在するものとする。その下限は０．９、１．０、または１．１％としてもよい。その上限は、オーステナイトが安定しすぎないように、１．５、１．４、または１．３％としてもよい。
クロム（１６～２０％）
クロムは、鋼をステンレス鋼にし、優れた耐食性を提供するために、少なくとも１６％の含有量で存在する必要がある。しかし、多量のＣｒは、熱間加工性を低下させる高温フェライトの形成につながるおそれがある。その下限は、１６．５、１７、１７．１、１７．２、１７．３、または１７．４％でもよい。Ｃｒ上限は２０％であり、Ｃｒの量は１９．５、１９、１８．８、１８．６、１８．５、１８．４、または１８．２％に制限してもよい。好ましい範囲は１７．４～１８．２％である。
ニッケル（７．５～１０．５％）
ニッケルはオーステナイトを安定させ、δ－フェライトの形成を抑制する。ニッケルは鋼に優れた焼入性及び靭性を与える。ニッケルは鋼の被削性にも有益である。ニッケルは、時効中に微細な金属間ＮｉＡｌ－及び／またはＮｉ３Ａｌ－粒子を形成するため、Ａｌとともに析出硬化に不可欠である。しかし、過剰なＮｉ添加は、残留オーステナイトの量が多くなりすぎるという結果をもたらす。下限は７．５％で、７．７、８、８．２、８．３、８．４、８．４、８．５、または８．６％としてもよい。上限は１０．５％で、１０．２、１０、９．８、９．７、９．６、９．５、９．４、９．３、９．２、または９．１％としてもよい。
クロム＋ニッケル（２５～２７％）
最適化された強度及び靭性を得るためには、Ｃｒ及びＮｉの合計含有量は２５～２７％であることが望ましい。より低い量は２５．２、２５．３、２５．４または２５．５％でもよい。上限は２６．９、２６．８、２６．７、または２６．６％でもよい。
モリブデン（≦３％）
Ｍｏは強力な炭化物形成元素であり、またフェライトを強力に形成する。しかし、Ｍｏがマトリックスに溶解すると、Ｍｏはオーステナイトの安定化及び耐食性の向上に寄与する。析出硬化処理では、Ｍｏを含む微細なクラスターがマルテンサイト中に析出し、高強度化及び耐熱性の向上につながる。しかし、Ｍｏを過剰に添加すると、最終加工時のひずみ誘起マルテンサイトの形成が抑制され、析出硬化用のひずみ誘起マルテンサイトの量の不足につながる。この理由から、Ｍｏ量は３％以下に限定した。上限は、２．８、２．５、２、１、０．８、０．６、０．４、または０．２％でもよい。
クロム＋ニッケル＋モリブデン（好ましくは２５～２７％）
最適化された強度及び靭性を得るために、Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｏの合計含有量は２５～２７％であることが望ましい。より低い量は２５．２、２５．３、２５．４または２５．５％でもよい。上限は２６．９、２６．８、２６．７、または２６．６％でもよい。
アルミニウム（０．５～２．５％）
本発明において、Ａｌは強度を向上させるための必須元素である。時効処理中に、ＡｌはＮｉと結合して金属間化合物を形成し、金属間化合物をマルテンサイト組織に微細に析出させ、高強度特性を付与する。強化に必要な析出量を得るためには、０．５％以上のＡｌ添加が必要である。一方、Ａｌを過剰に添加すると、析出する金属間化合物の量が過剰となり、マトリックス相中のＮｉ量が低下し、靭性が低下するため、上限を２．５％に制限する。上限は２．４、２．２、２．０、１．８、１．６、１．４、１．３５、１．３０、１．２５、１．２０、または１．１５％にできる。下限は０．６、０．７、０．８、０．９、０．９５、または１．００％にすることができる。
タングステン（≦０．５％）
Ｗの下限は０％である。Ｗの下限は、０．００１、０．００２、０．００５、または０．０１０％としてもよい。一方、Ｗは、ステンレス鋼のクリープ強度の向上だけでなく、耐食性の向上にも有効な元素であり、含有してもよい。しかし、Ｗの過剰添加は、金属間化合物の形成につながり、耐食性が低下する場合があるため、Ｗ含有量は０．５％以下とする。Ｗの上限は０．１％でもよい。
コバルト（≦１％）
Ｃｏの下限は０％である。Ｃｏの下限は、０．００１、０．００２、０．００５、または０．０１０％でもよい。一方、延性を確保し、耐熱性を向上させるために、必要に応じて、Ｃｏを０．１％以上添加してもよい。しかし、１％を超えて添加すると、強度が低下して耐熱性が低下するため、上限を１％とする。好ましくは０．３％以下である。
ホウ素（≦０．０１％）
Ｂの下限は０％である。Ｂの下限は、０．００１、０．００２、０．００５、または０．０１０％でもよい。一方、Ｂはステンレス鋼線の熱間加工性を向上させるために少量使用できる任意元素である。Ｂはまた粒界の強度を向上させる機能を有する。しかし、含有量が０．０１％を超えると、ホウ素化合物の形成により加工性が低下する。したがって、上限は０．００７、０．００６、０．００５、または０．００４％としてもよい。
窒素（≦０．０５％）
Ｎの下限は０％である。Ｎはオーステナイトを強力に形成し、またＡｌＮなどの窒化物を強力に形成する。析出するＡｌＮの量を多すぎないようにするために、窒素含有量の上限は０．０５％に制限される。上限は、０．０２、０．０１９、０．０１８、及び０．０１７％としてもよい。しかし、少量かつ制御された量の窒素は、ＮがＴｉ及びＡｌと結合して微細な窒化物を形成するという点で、小さなオーステナイト粒径を得るために有益かもしれない。したがって、下限は、任意に、０．００４、０．００５、または０．００６％としてもよい。
銅（≦２．５％）
Ｃｕの下限は０％である。Ｃｕの下限は、０．００１、０．００２、０．００５、または０．０１０％でもよい。一方、Ｃｕはオーステナイト安定化元素である。Ｃｕは、鋼の硬度及び耐食性を高めるのに寄与するかもしれない。時効中に形成されるε－Ｃｕ相は、析出硬化によって鋼を強化するだけでなく、金属間相の析出速度にも影響を与える。
しかし、銅を一度添加した鋼から銅を抽出することはできない。このことはスクラップの取り扱いをより難しくする。この理由から、本発明において銅は任意元素であり、上限は１．０、０．５、０．３、０．２または０．１％でもよい。
チタン（≦０．１５％）
Ｔｉは、Ａｌと同様に析出硬化により合金の強度を向上させる効果を有する元素である。しかし、ＴｉはＡｌよりオーステナイト安定化作用が大きいため、過剰添加は冷間加工時のひずみ誘起マルテンサイトの形成を抑制し、析出硬化に必要なひずみ誘起マルテンサイトの不十分な量を招くため、したがって、Ｔｉは０．１５％以下とする。上限は０．１４、０．１３、０．１２、０．１１、０．１０、０．０９または０．０８％としてもよい。さらに、上記Ａｌが析出硬化により強度を十分に向上させる場合、Ｔｉの添加は必ずしも必要ではなく、０％（無添加）でもよい。Ｔｉの下限は、０．００１、０．００２、０．００５、０．００１、０．０１、０．０３、または０．０５％でもよい。
Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ及びＹ（≦０．１％）
Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ及びＹは、炭化物及び窒化物を強力に形成する。したがって、これらの各元素の含有量は、望ましくない炭化物及び窒化物の形成を回避するために、０．１％以下に制限される。これらの元素の最大量は、好ましくは０．０５％または０．０１％でさえある。これらの元素の量の下限は、０、０．００１、０．００２、０．００５、または０．０１０％でもよい。
Ｃａ、Ｍｇ及びＲＥＭ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌｓ）
これらの元素は、非金属介在物を改質するために、本実施形態による量で鋼に添加してもよい。しかし、これらの各元素の含有量がそれぞれの上限値を超えると、粗大な介在物となって鋼線の疲労強度低下につながる可能性がある。したがって、Ｃａ量、Ｍｇ量はそれぞれ０．０１％以下、ＲＥＭ量は０．２％以下とする。これらの元素の量の下限は、０、０．００１、０．００２、０．００５、または０．０１０％でもよい。
硫黄（≦０．０５％）
Ｓは不純物である。したがって、上限は０．０５％とする。しかし、好ましくは、上限は、０．０１５、０．０１０、０．００５、０．００３、０．００２、さらには０．００１％である。Ｓ量の下限は、０、０．００１、０．００２、または０．００５％でもよい。
リン（≦０．０５％）
Ｐは不純物元素であり、鋼の機械的特性に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、Ｐは、０．０５、０．０４、０．０３、０．０２または０．０１％に制限してもよい。Ｐ量の下限は、０、０．００１、０．００２、０．００５、または０．０１０％でもよい。
本実施形態に係る鋼線の化学組成の残部（バランス）は、不純物及び残部としてのＦｅを含む。「不純物」とは、鉱物やスクラップなどの原材料や製造工程のさまざまな原因により、鋼線の工業生産中に鋼線に混入する成分を参照するものであり、本発明鋼線に悪影響を及ぼさない範囲で含有することが認められる。
鋼の微細構造は、使用目的に応じて調整できる。
準安定オーステナイト系ステンレス鋼として代表的な１８－８シリーズ、ＥＮ番号：１．４３２５、ＥＮ名：Ｘ１２ＣｒＮｉ１８８、ＡＳＴＭ：３０２、ＵＮＳ：Ｓ３０２００、ＪＩＳ：ＳＵＳ３０２またはＡＳＴＭ：３０４、ＵＮＳ：Ｓ３０４００、及びＪＩＳ：ＳＵＳ３０４の鋼のＭｓ温度は、計算式（１）によれば、－２７３℃未満と計算される。つまり、これらの準安定オーステナイト系ステンレス鋼の金属構造は、液体窒素（沸点－１９６℃）に浸しても、マルテンサイトに変態しない。
Ｍｓ（℃）＝５０２－８１０×Ｃ－１２３０×Ｎ－１３×Ｍｎ－３０×Ｎｉ－１２×Ｃｒ－５４×Ｃｕ－４６×Ｍｏ （１）
ただし、冷間加工はオーステナイトの分解を促進するため、鋼を冷間加工すると、Ｍｓ温度より高い温度でマルテンサイトが形成し始める。これが発生する度合いは、式（２）に示すように、組成及び粒径によって異なる。
Ｍｄ３０（℃）＝５５１－４６２×（Ｃ＋Ｎ）－９．２×Ｓｉ－８．１×Ｍｎ－１３．７×Ｃｒ－２９×（Ｎｉ＋Ｃｕ）－１８．５×Ｍｏ－６８×Ｎｂ－１．４２×（ＡＳＴＭ Ｇｒａｉｎ Ｓｉｚｅ－８．０） （２）
これは、５０ｖｏｌ．％のオーステナイトが３０％の真のひずみ（約２５％の減面率）の冷間変形によってマルテンサイトに変態する温度である。温度が高いことは、鋼において変形硬化が高くなることを意味する。本実施形態に係る鋼線のＭｄ３０温度は、－４０℃以上、－２０℃以上、－１２℃以上でもよい。本実施形態に係る鋼線のＭｄ３０温度は、１０℃以下、０℃以下、または－２℃以下でもよい。
冷間加工硬化に対する鋼の傾向は、式３に示すように、冷間加工硬化（ＣＷＨ）係数を使用して推定できる。
ＣＷＨ＝３９２－７．３×Ｃｒ－１７．２×Ｎｉ＋１３５×Ｃ （３）
ＣＷＨの下限は、１１３、１１８、または１２０でもよい。ＣＷＨの上限は、１３３、１３０、または１２６でもよい。
したがって、微細構造内のマルテンサイトの量は、鋼の化学組成、オーステナイト粒径、減面率、および変形温度に依存する。本発明の好ましい実施形態では、鋼線の製造方法の一例（図１、以下「Ａ型製造方法」と称する）は、
（Ｓ１）上記組成の原料を溶解してインゴットまたはビレットを得る工程と；
（Ｓ２）任意に、前記インゴットまたは前記ビレットを、電気スラグ再溶解法（ＥＳＲ）、真空アーク再溶解法（ＶＡＲ）、電子ビーム再溶解法（ＥＢＲ）、及びプラズマアーク再溶解法（ＰＡＲ）の１つ以上に供する工程と；
（Ｓ３）前記インゴットまたは前記ビレットを熱間加工して線材を得る工程と；
（Ｓ４）任意に、前記線材をシェービングする工程と；
（Ｓ５）任意に、シェービングされた前記線材を焼鈍する工程と；
（Ｓ６）前記線材に中間の伸線加工し、中間の線径を有する中間伸線ワイヤを得る工程と；
（Ｓ７）前記中間伸線ワイヤを焼鈍する工程と；
（Ｓ８）前記中間伸線ワイヤに予備の伸線加工し、予備の線径を有する予備伸線ワイヤを得る工程と；
（Ｓ９）前記予備伸線ワイヤをサブゼロ冷却する工程と；
（Ｓ１０）前記予備伸線ワイヤに最終の伸線加工し、最終の線径を有する鋼線を得る工程と；
を備える。
溶解工程Ｓ１では、原料金属を溶解してインゴットまたはビレットを得る。原料の組成は、上述した本発明に係る鋼線の組成と実質的に同じである。溶解工程Ｓ１を行う条件は限定されず、通常の条件を溶解工程Ｓ１に適用することができる。
ＥＳＲ、ＶＡＲ、ＥＢＲ、及び／またはＰＡＲなどの再溶解工程Ｓ２を方法に含めることができる。鋼線が、ディーゼル噴射用の圧縮ばねなど、疲労強度の要件が非常に高い用途での使用を意図している場合は、超清浄鋼を使用することが好ましい。したがって、鋼の清浄度を改善するため、インゴットまたはビレットは、電気スラグ再溶解法（ＥＳＲ）、真空アーク再溶解法（ＶＡＲ）、電子ビーム再溶解法（ＥＢＲ）、及びプラズマアーク再溶解法（ＰＡＲ）、及び/または同様の方法の１つ以上に供される。再溶解方法は組み合わせることができ、したがって、この方法は２つ以上の再溶解方法を含んでもよい。再溶解工程Ｓ２を行う条件は限定されず、通常の条件を再溶解工程Ｓ２に適用することができる。
熱間加工工程Ｓ３では、インゴットまたはビレットを加熱して線材を得る。熱間加工の一例は熱間圧延である。熱間加工工程Ｓ３を行う条件は限定されず、通常の条件を熱間加工工程Ｓ３に適用することができる。
シェービング工程Ｓ４は、シェービング前の軽度の伸線加工を含んでもよく、シェービング工程Ｓ４及び焼鈍工程Ｓ５は、Ａ型製造方法に含まれてもよい。シェービング工程Ｓ４により、線材の表層が除去され、最終的に得られる鋼線の機械的特性を低下させる線材の表面欠陥が除去される。したがって、シェービング工程Ｓ４は、鋼線の機械的特性をさらに向上させる。シェービング工程Ｓ４後のシェービングされた線材は焼鈍される。焼鈍工程Ｓ５は、シェービング工程Ｓ４により硬化したシェービングされた線材を軟化させるために行われる。したがって、Ａ型製造方法にシェービング工程Ｓ４及び焼鈍工程Ｓ５が含まれない場合、焼鈍もまたそれに含まれない。シェービング工程Ｓ４及び焼鈍工程Ｓ５がＡ型製造方法に含まれる場合、焼鈍工程Ｓ４中の加熱温度は、９８０～１１００℃でもよい。
中間の伸線加工工程Ｓ６では、線材を伸線加工して中間の線径を有する中間伸線ワイヤを得る。焼鈍工程Ｓ７では、中間の伸線加工工程Ｓ６で硬化した中間伸線ワイヤを軟化させる。Ａ型製造方法では、断線を回避しながら、最終的な伸線工程で必要とされるオーステナイト相及びマルテンサイト相の比率（またはオーステナイト相、マルテンサイト相、及びδ－フェライト相）を得るために、線材の伸線加工を複数回（例えば、２回以上）行う。したがって、製造方法は、中間の伸線加工の１つ以上をさらに含んでもよい。しかし、後述するＢ型製造方法のように、一度で線材を伸線加工して最終線径にすることができる。中間の伸線加工工程Ｓ６の圧下率は限定されず、最終的な線径に応じて選択できる。そのため、最終の伸線加工で微細の場合、中間の伸線加工は複数回かかるだろう。中間の伸線加工工程Ｓ６直前の線径よりも小さく、予備の線径の線径よりも大きい、中間の線径は、限定されない。焼鈍工程Ｓ７における加熱温度は、９８０～１１００℃でもよい。
予備の伸線加工工程Ｓ８では、中間伸線ワイヤを伸線加工して、予備の線径を有する予備伸線ワイヤを得る。予備の伸線加工工程Ｓ８では、加工率（すなわち、減面率）は３０～６０％である。加工率は４０～５０％でもよい。また、予備伸線ワイヤには、ひずみ誘起マルテンサイトが１０体積％以下含まれている。予備の伸線加工工程Ｓ８の加工率が大きいほど、予備伸線ワイヤ中のひずみ誘起マルテンサイトの量は多い。
サブゼロ冷却工程Ｓ９は、Ａ型製造方法に含まれる。鋼中のマルテンサイトの存在は析出硬化で高強度を得るために不可欠であり、マルテンサイトの量をさらに増加させるために、Ａ型製造方法にとって、予備伸線ワイヤに最終の伸線加工する直前に鋼線をサブゼロ温度に冷却する必要がある。サブゼロ冷却工程Ｓ９は、従来から知られているすべての極低温冷却媒体によって行うことができる。しかし、極低温処理のために液体窒素を利用することが好ましい。
最終の伸線加工工程Ｓ１０では、予備伸線ワイヤにさらに伸線加工し、最終の線径を有する鋼線を得る。最終の伸線加工工程Ｓ１０において、加工率（すなわち、減面率）は、好ましくは１０～３０％（より好ましくは、１５～２８％）であり、最終の伸線加工工程Ｓ１０直前の予備伸線ワイヤの表面温度は－１３０～－１９６℃でもよい。最終の伸線加工工程Ｓ１０直前の予備伸線ワイヤの表面温度の上限は－１９０℃がより好ましい。最終の伸線加工工程Ｓ１０において、予備伸線ワイヤ及び最終伸線ワイヤは、従来の金型によって成形されてもよく、ローラーによって巻き取られるか、または伸線されてもよい。また、最終加工後の鋼線の断面形状は、丸断面だけでなく、卵形、楕円形、これらと同様の異形断面、平形、その他の形状でもよい。伸線工具及び断面形状は、他の形状にも適用できる。
本発明の好ましい実施形態において、鋼線の製造方法の他の例（図２、以下「Ｂ型製造方法」と称する）は、
（ｓ１）上記組成の原料を溶解してインゴットまたはビレットを得る工程と；
（ｓ２）任意に、前記インゴットまたは前記ビレットを、電気スラグ再溶解法（ＥＳＲ）、真空アーク再溶解法（ＶＡＲ）、電子ビーム再溶解法（ＥＢＲ）、及びプラズマアーク再溶解法（ＰＡＲ）の１つ以上に供する工程と；
（ｓ３）前記インゴットまたは前記ビレットを熱間加工して線材を得る工程と；
（ｓ４）任意に、前記線材をシェービングする工程と；
（ｓ５）任意に、シェービングされた前記線材を焼鈍する工程と；
（ｓ６）任意に、前記線材に１回以上中間の伸線加工し、中間の線径を有する中間伸線ワイヤを得る工程と；
（ｓ７）任意に、前記中間伸線ワイヤを１回以上焼鈍する工程と；
（ｓ８）前記線材、シェービングされた前記線材、または中間伸線ワイヤに最終の伸線加工し、最終の線径を有する鋼線を得る工程と；
を備える。人工的な直接冷却（例えば、サブゼロ冷却）は、Ｂ型製造方法に必須ではないが、その中に含めてもよい。
Ｂ型製造方法における溶解工程ｓ１、再溶解工程ｓ２、熱間加工工程ｓ３、シェービング工程ｓ４、及びシェービングされた線材の焼鈍工程ｓ５は、Ａ型製造方法における溶解工程Ｓ１、再溶解工程Ｓ２、熱間加工工程Ｓ３、シェービング工程Ｓ４、及びシェービングされた線材の焼鈍工程Ｓ５とそれぞれ類似する。
Ｂ型製造方法において、中間の伸線加工工程ｓ６及びそのあとの焼鈍工程ｓ７は任意である。すなわち、中間の伸線加工工程ｓ６を省略し、最終の伸線加工工程ｓ８で線材を一度に伸線加工してもよい。最終の伸線加工工程ｓ８の加工率（減面率）は７０～９６％である。一方、中間の伸線加工工程ｓ６とそのあとの焼鈍工程ｓ７は、最終の伸線加工工程ｓ８の加工率を制御するために、１回以上行ってもよい。
したがって、マルテンサイトの量を所望の値に調整することができる。多くの用途では、微細組織にオーステナイト及びマルテンサイトの混合組織があることが望ましい。微細組織は、４０～９０ｖｏｌ．％のマルテンサイト、１０～６０ｖｏｌ．％のオーステナイト、及び５ｖｏｌ．％以下のδ－フェライトを含んでもよい。
δ－フェライトの量は、熱間加工性を損なわないために、好ましくは３ｖｏｌ．％に制限される。組織中のオーステナイトの量は、２０ｖｏｌ．％以上でもよい。マルテンサイトの量は５０ｖｏｌ．％以上でもよい。組織中のオーステナイトの量は、５０ｖｏｌ．％以下でもよい。マルテンサイトの量は８０ｖｏｌ．％以下でもよい。
本実施形態に係る鋼線に含まれるひずみ誘起マルテンサイトの量は、小泉ら：「各種高強度ばね用ステンレス鋼線の比較試験」、ばね論文集、Ｎｏ．３６、ｐ２５～ｐ２８、（１９８３）、日本ばね学会、に開示されている以下の式４により評価される。
ＶＦＭ（％）＝σＳ（ＵＫ）／σＳ（Ｍ）×１００ （４）
（４）式では、「ＶＦＭ」は鋼線に含まれるマルテンサイトの体積分率であり、「σＳ（ＵＫ）」は鋼線の飽和磁化であり、及び「σＳ（Ｍ）」はマルテンサイトの量が１００ｖｏｌ．％の参照サンプルの飽和磁化である。
「σＳ（ＵＫ）」は以下の式（５）に従って計算される。
σＳ（ＵＫ）＝ＢＳ（ＵＫ）／４πρ （５）
（５）式では、「ρ」は鋼線の密度、「ＢＳ（ＵＫ）」はソレノイドコイルで鋼線に±１０００ Ｏｅの磁化力を加えたときの鋼線の飽和磁束密度Ｂｓであり、そして、直流磁化装置（例えば、横河電機株式会社の３２５７型）でＢ－Ｈ曲線（磁束密度－磁化曲線）を求め、Ｂ－Ｈ曲線に基づき最大磁束密度Ｂｍを評価し、ＢｍをＢｓと想定する。
「σＳ（Ｍ）」は、上記の鋼線の化学組成について、以下の式（６）に従って推定できる。
σＳ（Ｍ）＝２１４．５－３．１２×｛Ｃｒ（％）＋（１／２）×Ｎｉ（％）｝ （６）
（４）式で得られたＶＦＭは、ｂｃｃ構造を有するα’マルテンサイトの量、及びｂｃｃ構造を有するδ－フェライトの量を含み、ｈｃｐ構造を持つεマルテンサイトの量は含まれない。εマルテンサイトの量は非常に少ないので無視できるものの、本実施形態に係る鋼線に含まれるひずみ誘起マルテンサイト量を正確に近似するため、以下の評価方法に従いＶＦＭからδ－フェライトの量を省かれる。δ－フェライトの評価は、線材で行う。
伸線加工前の鋼線、つまり線材では、金属組織は主にオーステナイト及びδ－フェライトから構成される。この伸線加工は、オーステナイトの一部をひずみ誘起マルテンサイトに変態させるが、δ－フェライトを変態させない。すなわち、伸線加工前のδ－フェライトの量と、伸線加工後のδ－フェライトの量とはほぼ等しい。また、伸線加工前のＶＦＭは、δ－フェライトの量と実質的に同じである。したがって、伸線加工前のＶＦＭと伸線加工のＶＦＭとの差を、伸線加工後のひずみ誘起マルテンサイトの量とする。
線材のδ－フェライトの量（すなわち、伸線加工前のＶＦＭ）が不明であり、鋼線のひずみ誘起マルテンサイトの量をそれに基づいて推定できない場合、伸線加工前のδ－フェライトは、ひずみ誘起マルテンサイトからオーステナイトへの変態を引き起こす（つまり、線材の金属構造を鋼線で再現）ための鋼線の焼鈍し、焼鈍された鋼線のδ－フェライトの量を測定することにより推定できる。
オーステナイトの量は、ひずみ誘起マルテンサイト及びδ－フェライトの残りの量に実質的に等しい。
ディーゼル噴射用の圧縮ばねなど、疲労強度に対する要件が非常に高い用途で、鋼を使用することを目的とする場合には、超清浄鋼とすることが好ましい。したがって、鋼の清浄度を改善するために、鋼を電気スラグ再溶解法（ＥＳＲ）、真空アーク再溶解法（ＶＡＲ）、または両方の方法及び／または同様の方法に供してもよい。
ＡＳＴＭ Ｅ４５－９７、方法Ａに準拠した非金属介在物に関し、以下の最大要件を満たす清浄度を有する鋼を製造するために、ＥＳＲ、真空アーク再溶解法（ＶＡＲ）、またはその両方の方法及び／または類似の方法を使用することが可能である。
Figure 0007186859000002
 さらに、３５０ｍｍ２の広い検査領域における１０～１５μｍの範囲の最大サイズを有する非金属介在物の数≦１０であり、さらに、１５μｍより大きいサイズを有する非金属介在物の数はその領域においてゼロである。この非金属介在物は、ギガサイクル疲労試験（１０７回以上の疲労寿命など）中の破壊起点として機能する。したがって、非金属介在物は疲労強度を低下させる要因の一つである。したがって、この非金属介在物の数は、以下に説明するように制限されてもよい。
非金属介在物数Ａの評価は次のように行う。コイルから１つ以上のサンプルがサンプリングされる。検査はコイル間で均等に分散する必要がある。表面から深さ１ｍｍまでの領域を検査する。介在物サイズは、幅ｗとして測定される（軸方向Ｂに平行な鋼線の断面図である図６を参照）。すべてのＥＳＲヒートの３５０ｍｍ２が検査される。１０～１５μｍのサイズを有する介在物、及び１５μｍより大きいサイズの介在物は、介在物の濃度が最も高い領域のＪＫスケールに従って数えられる。
本発明の鋼線の用途は限定されないが、ばねまたは医療用線製品（例えば、外科用針）を得るために鋼線を使用することが好ましい。ばね及び医療用線製品の製造方法（図３を参照）の一例は、
（Ｓ５１）本発明の鋼線を加工して、ばねまたは医療用線製品の形状を得る工程；及び
（Ｓ５４）ばねまたは前記医療用線製品を析出硬化処理する工程；
を含む。
ばね及び医療用線製品の製造方法の他の例は、
本発明の方法（図３では省略）により鋼線を製造する工程と；
（Ｓ５１）ばねまたは医療用線製品の形状を得る工程と；
（Ｓ５４）ばねまたは前記医療用線製品を析出硬化処理する工程と；
を含む。
図４に示すように、製造方法がばねの製造方法である場合は、加工工程Ｓ５１は、
（Ｓ５３）巻き取り工程若しくは成形工程、または
（Ｓ５２）矯正及び切断工程、並びに（Ｓ５３）鋼線の巻き取り工程若しくは成形工程である。
さらに、この方法は、析出硬化処理する工程Ｓ５４の後に
（Ｓ５５）任意に、端面研削する工程；
（Ｓ５６）任意に、ショットピーニングする工程；及び（Ｓ５７）低温焼鈍する工程；並びに
（Ｓ５８）任意に、ばね生産としてセッティングまたは熱間セッティングする工程
を含んでもよい。
加工工程Ｓ５１は通常、巻き取り工程若しくは成形工程Ｓ５３であり、しかし、鋼線を巻き取り工程若しくは成形工程Ｓ５３の前に、任意で適用される矯正及び切断する工程Ｓ５２を行う場合がある。
図５に示すように、その方法が外科用針の製造方法である場合、加工工程Ｓ１１１は
（Ｓ１１２）外科用針を得るための本発明の鋼線を矯正、切断及び加工する工程と；
（Ｓ１１３）針先端加工する工程と；
（Ｓ１１４）穴加工する工程と；
（Ｓ１１５）研削する工程と；
（Ｓ１１６）曲げる工程と；
を含む。
また、この方法は、さらに
（Ｓ１１７）析出硬化処理する工程と；
（Ｓ１１８）化学研磨する工程と；
（Ｓ１１９）コーティングする工程と；
を含む。
加工工程Ｓ１１１及び析出硬化処理工程Ｓ１１７を行う条件は限定されず、通常の条件を適用することができる。本発明の鋼線は、析出硬化性に優れているため、鋼線から得られる医療用製品は、一般的な析出硬化条件で優れた機械的性質を有する。
［実施例１］
合金は、従来の方法で溶解、連続鋳造、及びＥＳＲインゴットに鍛造され、再溶解された。再溶解したインゴットを線径８．５ｍｍの線材に圧延した。再溶解した鋼の組成（ｗｔ．％で）：Ｃ：０．０７７、Ｓｉ：０．３９、Ｍｎ：１．１９、Ｃｒ：１７．６１、Ｎｉ：８．８１、Ａｌ：１．０３、Ｔｉ：０．０７７、Ｎ：０．０１１、残部：Ｆｅ及び不純物だった。この鋼のＮｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏの量は２６．４２であり、ＣＷＨは１２２．３である。δ－フェライトの量は２．５ｖｏｌ．％未満であり、残りの鋼マトリックスはオーステナイトで構成されていた。
線材は、線径５．４ｍｍの線材に伸線加工される前に、従来のシェービング及び熱処理に供された。前記ワイヤは、液体窒素で冷却される前のマルテンサイト含有量が１０ｖｏｌ．％未満であり、４．７５ｍｍの線径に伸線加工された。伸線加工後のマルテンサイト含有量は７３ｖｏｌ．％に増加した。伸線加工されたままのワイヤの引張強度（Ｒｍ）は１６８０ＭＰａだが、４８０℃で１時間の熱処理後に２２７０ＭＰａに増加した。弾性率は伸線加工されたままの状態で１８５ＧＰａであり、析出硬化後に１９５ＧＰａまで５．４％増加した。
本発明の合金は、１７－７ＰＨ型鋼線の市販の鋼と比較された。比較鋼は以下の公称組成（ｗｔ．％で）：Ｃ：０．０９、Ｓｉ：０．７０、Ｍｎ：１．０、Ｃｒ：１６～１８、Ｎｉ：６．５～７．８、Ａｌ：０．７～１．５、残部：Ｆｅ及び不純物、を有していた。
比較用鋼線は、線径５．４０ｍｍまで本発明の鋼線と同じ処理に供された。最終の線径４．７５ｍｍへの伸線加工は、極低温冷却をせずに行われた。伸線加工されたままの比較ワイヤは、引張強度（Ｒｍ）が１３１０～１５５０ＭＰａであり、４８０℃で１時間の熱処理による析出硬化後に１５８０～１８００ＭＰａに増加した。弾性率は伸線加工されたままの状態で１８９ＧＰａであり、析出硬化後に１９８ＧＰａまで４．８％増加した。
［実施例２］
実施例１と同様に、線径６．５ｍｍの線材を作製した。再溶解した鋼の組成（ｗｔ．％で）：Ｃ：０．０７３、Ｓｉ：０．３９、Ｍｎ：１．１８、Ｃｒ：１７．５９、Ｎｉ：８．８０、Ａｌ：１．０５、Ｔｉ：０．０７９、Ｎ：０．０１０、残部：Ｆｅ及び不純物だった。この鋼のＮｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏの量は２６．３９で、ＣＷＨは１２２．１である。δ－フェライトの量は２．５ｖｏｌ．％未満であり、残りの鋼マトリックスはオーステナイトで構成されていた。
線材は、線径４．１０ｍｍの線材に伸線加工される前に、従来のシェービング及び熱処理に供された。前記線材は、液体窒素で冷却される前のマルテンサイト含有量が１０ｖｏｌ．％未満であり、３．６０ｍｍの線径に伸線加工された。伸線加工後のマルテンサイト含有量は７１ｖｏｌ．％に増加した。伸線加工されたままのワイヤの引張強度（Ｒｍ）は１７６０ＭＰａだが、４８０℃で１時間の熱処理による析出強化後に２２７０ＭＰａに増加した。弾性率は伸線加工されたままの状態で１８４ＧＰａであり、析出硬化後に１９６ＧＰａまで６．５％増加した。
本発明の鋼線は、１７－７ＰＨ型鋼線の市販の鋼線と比較された。比較用鋼線は、線径４．１０ｍｍまで本発明の鋼線と同じ処理に供された。最終の線径３．６０ｍｍへの伸線加工は、極低温冷却をせずに行われた。伸線加工されたままのワイヤは、引張強度（Ｒｍ）が１５５０～１６５０ＭＰａであり、４８０℃で１時間の熱処理による析出硬化後に１６２０～１９２０ＭＰａに増加した。弾性率の増加はわずか４．３～４．８％だった。
実施例１及び２は、本発明の鋼線を加工して、極低温伸線加工後に高い機械的特性になること、及び本発明の鋼線は、比較例の鋼線よりも析出硬化後の引張強度（Ｒｍ）がはるかに顕著に増加したことを明らかにしている。
［実施例３］
本発明の鋼線は、６．５ｍｍの線径を有する線材を製造する、実施例１と同じ製造方法によって得られ、実施例１と同じ化学組成を有し、線径を６．５ｍｍから５．８ｍｍに減らすために線材を軽く伸線加工及びシェービングし、線材を光輝焼鈍し、中間伸線を得るため、線径を５．８ｍｍから５．４ｍｍに減少するように線材を中間の伸線加工し、中間伸線を光輝焼鈍し、中間伸線にＮｉめっきし（バネ成形性を高めるため）、予備伸線を得るため、線径が５．４ｍｍから４．０ｍｍに減少するように中間伸線を予備の伸線加工し、予備伸線をサブゼロ冷却し、そして、線径が４．０ｍｍから３．５ｍｍに減少するように、予備伸線を最終の伸線加工した。
本発明の鋼線は、１７－７ＰＨ型鋼線の市販の鋼線と比較された。実施例１の本発明の鋼線と比較して、市販の鋼線の化学組成は、１７－７ＰＨと同じである。市販の鋼線は、６．４ｍｍの線径を有する線材を製造する製造方法によって得られ、線材を光輝焼鈍し、中間伸線を得るため、線径を６．４ｍｍから５．４ｍｍに減少するように線材を中間の伸線加工し、中間伸線を光輝焼鈍し、中間伸線にＮｉめっきし（バネ成形性を高めるため）、そして、線径が５．４ｍｍから３．５ｍｍに減少するように、中間伸線を最終の伸線加工した。「実施例３」における本発明の鋼線及び市販鋼線の線材は、それぞれ上記「実施例１」と同様である。
結果を次の表２に示す。評価は、ＪＳＭＥ基準Ｓ００２統計的疲労試験方法統計的疲労試験方法に開示されている１４Ｓ－Ｎ試験法に従って行った。「５０％破壊確率」は、中村式回転曲げ疲労試験機（１０７回）で、サンプルの５０％に断線が生じる疲労強度である。「１０％破壊確率」とは、中村式回転曲げ疲労試験機（１０７回）で、サンプルの１０％に断線が生じる疲労強度である。
Figure 0007186859000003
表２に示すように、本発明の鋼線は、１７－７ＰＨの鋼線と比較して優れた疲労特性を有する。
［実施例４］
本発明の鋼線および上記「実施例３」の１７－７ＰＨ型鋼の市販の鋼線を製造し、ＪＩＳ Ｇ ０５７７「ステンレス鋼の孔食電位測定方法」に従って鋼線の耐食性を評価した。結果を表３に示す。
Figure 0007186859000004
表３に示すように、本発明の鋼線の耐食性は、市販の鋼線と同様である。実施例１～４に鑑みて、耐食性は従来の鋼線と同様であるが、本発明の鋼線は改善された機械的特性を有する。
［実施例４］
本発明の鋼線の製造方法は、サブゼロ冷却を含まなくてもよい。サブゼロ冷却なしの製造方法により得られた本発明例は、以下の通りである。
（本発明例４－１）
本発明の鋼線４－１は、６．５ｍｍの線径を有する線材を製造する、実施例１と同じ製造方法によって得られ、実施例１と同じ化学組成を有し、１次中間伸線を得るため、線径を６．５ｍｍから４．８ｍｍに減少するように線材を１次中間の伸線加工し、１次中間伸線を光輝焼鈍し、２次中間伸線を得るため、線径を４．８ｍｍから２．４ｍｍに減少するように線材を２次中間の伸線加工し、２次中間伸線を光輝焼鈍し、３次中間伸線を得るため、線径を２．４ｍｍから１．２０ｍｍに減少するように線材を３次中間の伸線加工し、３次中間伸線を光輝焼鈍し、そして、線径が１．２０ｍｍから０．３４ｍｍに減少するように、３次中間伸線を最終の伸線加工した。
Figure 0007186859000005
「光輝焼鈍後の３次中間伸線（φ１．２０ｍｍ）」のＶＦＭは、実質的にδ－フェライトの量の同じであり、「最終の伸線加工後の鋼線（φ０．３４ｍｍ）」は、δ－フェライトの量及びひずみ誘起マルテンサイトの量を含む。したがって、「最終の伸線加工後の鋼線（φ０．３４ｍｍ）」のひずみ誘起マルテンサイトの量は６６．４％と想定される。
（本発明例４－２）
本発明の鋼線４－２は、６．５ｍｍの線径を有する線材を製造する、実施例１と同じ製造方法によって得られ、実施例１と同じ化学組成を有し、１次中間伸線を得るため、線径を６．５ｍｍから４．８ｍｍに減少するように線材を１次中間の伸線加工し、１次中間伸線を光輝焼鈍し、２次中間伸線を得るため、線径を４．８ｍｍから２．６ｍｍに減少するように線材を２次中間の伸線加工し、２次中間伸線を光輝焼鈍し、３次中間伸線を得るため、線径を２．６ｍｍから１．４ｍｍに減少するように線材を３次中間の伸線加工し、３次中間伸線を光輝焼鈍し、そして、線径が１．４ｍｍから０．３４ｍｍに減少するように、３次中間伸線を最終の伸線加工した。
Figure 0007186859000006
「光輝焼鈍後の３次中間伸線（φ１．４０ｍｍ）」のＶＦＭは、実質的にδ－フェライトの量の同じであり、「最終の伸線加工後の鋼線（φ０．３４ｍｍ）」は、δ－フェライトの量及びひずみ誘起マルテンサイトの量を含む。したがって、「最終の伸線加工後の鋼線（φ０．３４ｍｍ）」のひずみ誘起マルテンサイトの量は７４．５％と想定される。
表４及び表５に示すように、室温での伸線加工中の合計加工率が９２～９４％の製造方法では、サブゼロ冷却をせずに、ひずみ誘起マルテンサイトを６７～７５％形成できる。実施例４－１及び４－２におけるひずみ誘起マルテンサイトの量は、線径３．５ｍｍの鋼線と同様であり、サブゼロ冷却及び伸線加工により得られる。さらに、本発明例４－１及び４－２の引張強度は、析出硬化によりさらに増加させることができる。したがって、サブゼロ冷却を含まない鋼線の製造方法は、改善された機械的特性を有し、ばねまたは医療用線製品に適した本発明の鋼線を提供することができる。
本発明の鋼は、高い機械的特性を必要とする部品に有用である。特に、ディーゼル噴射燃料ポンプ、または外科用縫合針、血液ランセット及び歯科用器具としての医療用線製品の圧縮ばねに有用である。
Ｓ１ 溶解工程
Ｓ２ ＥＳＲ、ＶＡＲ、ＥＢＲ及び／またはＰＡＲ（再溶解）工程
Ｓ３ 熱間加工工程
Ｓ４ 軽い伸線加工及びシェービング工程
Ｓ５ 焼鈍工程
Ｓ６ 中間の伸線加工工程
Ｓ７ 焼鈍工程
Ｓ８ 予備の伸線加工工程
Ｓ９ サブゼロ冷却工程
Ｓ１０ 最終の伸線加工工程
ｓ１ 溶解工程
ｓ２ ＥＳＲ、ＶＡＲ、ＥＢＲ及び／またはＰＡＲ（再溶解）工程
ｓ３ 熱間加工工程
ｓ４ 軽い伸線加工及びシェービング工程
ｓ５ 焼鈍工程
ｓ６ 中間の伸線加工工程
ｓ７ 焼鈍工程
ｓ８ 最終の伸線加工工程
Ｓ５１ 加工工程
Ｓ５２ 矯正及び切断工程
Ｓ５３ 巻き取り工程若しくは成形工程
Ｓ５４ 析出硬化処理工程
Ｓ５５ 端面研削工程
Ｓ５６ ショットピーニング工程
Ｓ５７ 低温焼鈍工程
Ｓ５８ セッティングまたは熱間セッティング工程
Ｓ１１１ 加工工程
Ｓ１１２ 矯正及び切断工程
Ｓ１１３ 針先端加工工程
Ｓ１１４ 穴加工工程
Ｓ１１５ 研削工程
Ｓ１１６ 曲げ工程
Ｓ１１７ 析出硬化処理工程
Ｓ１１８ 化学研磨工程
Ｓ１１９ コーティング工程
Ａ 介在物
Ｂ 軸方向

Claims (14)

  1. ばねまたは医療用線製品の製造に適した鋼線であって、重量％で
    Ｃ ０．０２～０．１５、
    Ｓｉ ０．１～０．９、
    Ｍｎ ０．８～１．６、
    Ｃｒ １６～２０、
    Ｎｉ ８～１０．５、
    Ａｌ ０．５～２．５、
    Ｔｉ ０．０３～０．１５、
    Ｎ ０．００４～０．０２、
    Ｓ ≦０．０５、
    Ｐ ≦０．０５、及び
    残部 Ｆｅ及び不純物からなり、
    Ｃｒ及びＮｉの合計量が２５～２７ｗｔ．％であり、
    前記鋼線は、体積％で、
    マルテンサイト ４０～９０、
    オーステナイト １０～６０、及び
    δ－フェライト ≦５を含む微細組織を有する
    ことを特徴とする鋼線。
  2. 前記鋼線は、以下の要件の少なくとも１つを満たし、
    Ｃ ０．０４～０．０８、
    Ｓｉ ０．２～０．８、
    Ｍｎ ０．９～１．５、
    Ｃｒ １７．２～１８．５、
    Ｎｉ ８．２～９．５、
    Ａｌ ０．９５～１．３５、
    Ｔｉ ０．０３～０．１２、
    Ｎ ０．００４～０．０１８、及び
    Ｓ ≦０．００５、
    任意に、前記鋼線は、体積％で、
    前記マルテンサイト ５０～８０、
    前記オーステナイト ２０～５０、及び
    前記δ－フェライト ≦３を含む前記微細組織を有し、さらに、
    任意に、前記鋼線は、
    Ｍｄ３０（℃）＝－４０～１０、及び
    ＣＷＨ＝１１３～１３３の一方または両方を満たし、
    ここで、Ｍｄ３０（℃）及びＣＷＨは以下の式で計算される
    Ｍｄ３０（℃）＝５５１－４６２×（Ｃ＋Ｎ）－９．２×Ｓｉ－８．１×Ｍｎ－１３．７×Ｃｒ－２９×（Ｎｉ）－１．４２×（ＡＳＴＭ粒度－８．０）
    ＣＷＨ＝３９２－７．３×Ｃｒ－１７．２×Ｎｉ＋１３５×Ｃ
    ことを特徴とする請求項１に記載の鋼線。
  3. 前記鋼線は以下の要件を満たす
    Ｃ ０．０２～０．０９、
    Ｓｉ ０．１～０．９、
    Ｍｎ ０．８～１．６、
    Ｃｒ １７～１９、
    Ｎｉ ８～１０、
    Ａｌ ０．９～１．４、
    Ｔｉ ０．０３～０．１５、
    Ｎ ０．００４～０．０２、
    Ｓ ≦０．０５、
    Ｐ ≦０．０５、及び
    残部 Ｆｅ及び不純物からなる
    ことを特徴とする請求項１に記載の鋼線。
  4. 前記鋼線は、以下の要件の少なくとも１つを満たし、
    Ｃ ０．０６～０．０８、
    Ｓｉ ０．２５～０．７５、
    Ｍｎ ０．９～１．５、
    Ｃｒ １７．４～１８．２、
    Ｎｉ ８．５～９．１、
    Ａｌ １．００～１．３０、
    Ｔｉ ０．０５～０．１０、
    Ｎ ０．００４～０．０１７、
    Ｓ ≦０．００３、
    任意に、前記鋼線は、体積％で、
    前記マルテンサイト ５０～８０、及び
    前記オーステナイト ２０～５０を含む前記微細組織を有し、さらに、
    任意に、前記鋼線は、
    Ｍｄ３０（℃）＝－２０～０、及び
    ＣＷＨ＝１１８～１３０の少なくとも１つを満たし、
    ここで、Ｍｄ３０（℃）及びＣＷＨは以下の式で計算される
    Ｍｄ３０（℃）＝５５１－４６２×（Ｃ＋Ｎ）－９．２×Ｓｉ－８．１×Ｍｎ－１３．７×Ｃｒ－２９×（Ｎｉ）－１．４２×（ＡＳＴＭ粒度－８．０）
    ＣＷＨ＝３９２－７．３×Ｃｒ－１７．２×Ｎｉ＋１３５×Ｃ
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の鋼線。
  5. 前記鋼線は、以下の要件の少なくとも１つを満たし、
    Ｃ ０．０６～０．０８、
    Ｓｉ ０．２５～０．７５、
    Ｍｎ ０．９～１．５、
    Ｃｒ １７．４～１８．２、
    Ｎｉ ８．５～９．１、
    Ａｌ １．００～１．３０、
    Ｔｉ ０．０５～０．１０、
    Ｓ ≦０．００３、
    任意に、前記鋼線は、体積％で、
    前記マルテンサイト ５０～８０、及び
    前記オーステナイト ２０～５０を含む前記微細組織を有し、さらに、
    任意に、前記鋼線は、
    Ｍｄ３０（℃）＝－１２～－２、及び
    ＣＷＨ＝１２０～１２６の少なくとも１つを満たす
    ことを特徴とする請求項４に記載の鋼線。
  6. 前記鋼線は、ＡＳＴＭ Ｅ４５－９７、方法Ａに記載の非金属介在物に関する以下の最大要件を満たす清浄度を備え、
    Figure 0007186859000007
     任意に、３５０ｍｍ２の広い検査領域における１０～１５μｍの範囲の最大サイズを有する非金属介在物の数≦１０であり、さらに、
    任意に、１５μｍより大きいサイズを有する前記非金属介在物の数は前記領域においてゼロである
    ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の鋼線。
  7. Ｃｒ、及びＮｉの合計量が２５～２７ｗｔ．％である
    ことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の鋼線。
  8. 請求項１～７の何れか一項に記載の鋼線の製造方法であって、
    上記組成の原料を溶解してインゴットまたはビレットを得る工程と；
    任意に、前記インゴットまたは前記ビレットを、電気スラグ再溶解法、真空アーク再溶解法、電子ビーム再溶解法、及びプラズマアーク再溶解法の１つ以上に供する工程と；
    前記インゴットまたは前記ビレットを熱間加工して線材を得る工程と；
    任意に、前記線材をシェービングする工程と；
    任意に、シェービングされた前記線材を焼鈍する工程と；
    前記線材に中間の伸線加工し、中間の線径を有する中間伸線ワイヤを得る工程と；
    前記中間伸線ワイヤを焼鈍する工程と；
    前記中間伸線ワイヤに予備の伸線加工し、予備の線径を有する予備伸線ワイヤを得る工程と；
    前記予備伸線ワイヤをサブゼロ冷却する工程と；
    前記予備伸線ワイヤに最終の伸線加工し、最終の線径を有する鋼線を得る工程と；
    を備えることを特徴とする鋼線の製造方法。
  9. 前記中間伸線ワイヤに前記予備の伸線加工する際の加工率は３０～６０％である
    ことを特徴とする請求項８に記載の鋼線の製造方法。
  10. 前記最終の伸線加工の直前の前記予備伸線ワイヤの表面温度は－１３０～－１９６℃であり、及び
    前記予備伸線ワイヤに前記最終の伸線加工する際の加工率は１０～３０％である
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の鋼線の製造方法。
  11. 上記組成の原料を溶解してインゴットまたはビレットを得る工程と；
    任意に、前記インゴットまたは前記ビレットを、電気スラグ再溶解法、真空アーク再溶解法、電子ビーム再溶解法、及びプラズマアーク再溶解法の１つ以上に供する工程と；
    前記インゴットまたは前記ビレットを熱間加工して線材を得る工程と；
    任意に、前記線材をシェービングする工程と；
    任意に、シェービングされた前記線材を焼鈍する工程と；
    任意に、前記線材に１回以上中間の伸線加工し、中間の線径を有する中間伸線ワイヤを得る工程と；
    任意に、前記中間伸線ワイヤを１回以上焼鈍する工程と；
    前記線材、シェービングされた前記線材、または中間伸線ワイヤに最終の伸線加工し、最終の線径を有する鋼線を得る工程と；
    を備えることを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の鋼線の製造方法。
  12. 前記最終の伸線加工する際の加工率は７０～９６％である
    ことを特徴とする請求項１１に記載の鋼線の製造方法。
  13. 請求項１～７のいずれか一項に記載の前記鋼線を加工して、ばねまたは医療用線製品の形状を得る工程；及び
    前記ばねまたは前記医療用線製品を析出硬化処理する工程；
    を備えることを特徴とするばねまたは医療用線製品の製造方法。
  14. 請求項８～１２のいずれか一項に記載の方法により鋼線を製造する工程と；
    前記鋼線を加工してばねまたは医療用線製品の形状を得る工程と；
    前記ばねまたは前記医療用線製品を析出硬化処理する工程と；
    を備えることを特徴とするばねまたは医療用線製品の製造方法。
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