JP7469643B2 - 鋼線、非調質機械部品用線材、及び非調質機械部品 - Google Patents
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Description
本開示は、鋼線、非調質機械部品用線材、及び非調質機械部品に関する。
自動車や各種産業機械は、軽量化や小型化を目的に、通常、７００ＭＰａ以上の引張強さを有する高強度機械部品が使用されている。
従来、この種の高強度機械部品は、機械構造用炭素鋼にＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＢなどの合金元素を添加した合金鋼からなる鋼材に対して熱間圧延、球状化焼鈍を順次施して軟質化し、次いで冷間鍛造や転造を施して所定形状とし、その後焼入れ・焼戻し処理を施して強度を付与することにより製造されている。
従来、この種の高強度機械部品は、機械構造用炭素鋼にＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＢなどの合金元素を添加した合金鋼からなる鋼材に対して熱間圧延、球状化焼鈍を順次施して軟質化し、次いで冷間鍛造や転造を施して所定形状とし、その後焼入れ・焼戻し処理を施して強度を付与することにより製造されている。
一方、球状化焼鈍や焼入れ・焼戻し処理を省略し、急速冷却や時効処理を行って強度を高めた線材に伸線加工を施し、所定の強度を付与する技術が知られている。この技術は機械部品等に利用され、この技術を用いて製造した機械部品等は非調質機械部品と呼ばれている。
非調質機械部品を製造するための鋼線として、例えば、特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．１５～０．３０％、Ｓｉ：０．０５～０．５０％、Ｍｎ：０．５０～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．００５～０．０６０％、Ｔｉ：０．００５～０．０３０％、Ｂ：０．０００３～０．００５０％、Ｎ：０．００１～０．０１０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる伸線加工された鋼線であって、面積率で金属組織９０％以上がベイナイトであり、鋼線の表層において、縦断面で測定したベイナイトのブロック粒の平均アスペクト比Ｒが１．２～２．０であり、横断面で測定した表層のベイナイトの平均ブロック粒径が（１５／Ｒ）μｍ以下であり、横断面で測定した表層のベイナイトの平均ブロック粒径と、中心部で測定したベイナイトの平均ブロック粒径の比である、（表層のベイナイトの平均ブロック粒径）／（中心部でのベイナイトの平均ブロック粒径）の値が１．０未満であり、かつ、ベイナイト中に分散したセメンタイトの平均粒径が０．１μｍ以下であることを特徴とする鋼線、が開示されている。
また、特許文献２には、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．２０～０．４０％、Ｓｉ：０．０５～０．５０％、Ｍｎ：０．５０～２．００％、Ａｌ：０．００５～０．０５０％、Ｐ：０～０．０３０％、Ｓ：０～０．０３０％、Ｎ：０～０．００５０％、Ｃｒ：０～１．００％、Ｔｉ：０～０．０５０％、Ｎｂ：０～０．０５％、Ｖ：０～０．１０％、Ｂ：０～０．００５０％、Ｏ：０～０．００３０％、並びに、残部：Ｆｅ及び不純物からなり、金属組織が、Ｃの質量％を［Ｃ％］とした場合に、面積率で（３５×［Ｃ％］＋５０）％以上のベイナイトと、初析フェライト及びパーライトの少なくとも一方である残部と、からなり、鋼線の軸方向と平行であって中心軸を含む断面をＬ断面とし、鋼線の軸方向と垂直な断面をＣ断面とし、鋼線の直径をＤとし、Ｌ断面における鋼線表面から深さ５０μｍの位置で測定したベイナイト粒の平均アスペクト比をＡＲとし、Ｃ断面における鋼線表面から深さ５０μｍの位置で測定したベイナイト粒の平均粒径をＧＤとした場合に、ＡＲが１．４以上であり、（ＡＲ）／（Ｌ断面における鋼線表面から深さ０．２５Ｄの位置で測定したベイナイト粒の平均アスペクト比）が１．１以上であり、ＧＤが（１５／ＡＲ）μｍ以下であり、（ＧＤ）／（Ｃ断面における鋼線表面から深さ０．２５Ｄの位置で測定したベイナイト粒の平均粒径）が１．０未満であり、引張強さが、９００～１５００ＭＰａである非調質機械部品用鋼線、が開示されている。
また、特許文献３には、鋼線であって、化学成分として、質量％で、Ｃ：０．１８％～０．６５％、Ｓｉ：０．０５％～１．５％、Ｍｎ：０．５０％～２．０％、Ｃｒ：０％～１．５０％、Ｍｏ：０％～０．５０％、Ｔｉ：０％～０．０５０％、Ａｌ：０％～０．０５０％、Ｂ：０％～０．００５０％、Ｎｂ：０％～０．０５０％、Ｖ：０％～０．２０％を含有し、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｏ：０．０１％以下に制限され、残部がＦｅ及び不純物であり；
質量％での前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、組織が、体積％で７５×［Ｃ％］＋２５以上のベイナイトを含み、残部が、フェライト及びパーライトの１つ以上であり；
前記鋼線の長手方向に平行な断面において、前記鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、前記鋼線の表面から前記断面の中心線に向かって深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を前記鋼線の第２表層部とし、前記鋼線の第２表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比をＲ１とするとき、前記Ｒ１が１．２以上であり；
前記鋼線の長手方向に垂直な断面において、前記鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、前記鋼線の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を前記鋼線の第３表層部、深さ０．２５×Ｄ２ｍｍから前記断面の中心までの領域を前記鋼線の第３中心部とし、前記鋼線の第３表層部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ３μｍ、前記鋼線の第３中心部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ３μｍとするとき、前記ＰＳ３が下記式（ｃ）を満たしてかつ、前記ＰＳ３と前記ＰＣ３とが下記式（ｄ）を満たし；
ＰＳ３≦２０／Ｒ１・・・（ｃ）
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５・・・（ｄ）
前記組織における前記ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が８．０μｍ以下であり；
引張強さが８００ＭＰａ～１６００ＭＰａであることを特徴とする非調質機械部品用鋼線、が開示されている。
質量％での前記Ｃの含有量を［Ｃ％］とするとき、組織が、体積％で７５×［Ｃ％］＋２５以上のベイナイトを含み、残部が、フェライト及びパーライトの１つ以上であり；
前記鋼線の長手方向に平行な断面において、前記鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、前記鋼線の表面から前記断面の中心線に向かって深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を前記鋼線の第２表層部とし、前記鋼線の第２表層部におけるベイナイトブロックの平均アスペクト比をＲ１とするとき、前記Ｒ１が１．２以上であり；
前記鋼線の長手方向に垂直な断面において、前記鋼線の直径をＤ２ｍｍとし、前記鋼線の表面から前記断面の中心に向かって深さ０．１×Ｄ２ｍｍまでの領域を前記鋼線の第３表層部、深さ０．２５×Ｄ２ｍｍから前記断面の中心までの領域を前記鋼線の第３中心部とし、前記鋼線の第３表層部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ３μｍ、前記鋼線の第３中心部における前記ベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ３μｍとするとき、前記ＰＳ３が下記式（ｃ）を満たしてかつ、前記ＰＳ３と前記ＰＣ３とが下記式（ｄ）を満たし；
ＰＳ３≦２０／Ｒ１・・・（ｃ）
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５・・・（ｄ）
前記組織における前記ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が８．０μｍ以下であり；
引張強さが８００ＭＰａ～１６００ＭＰａであることを特徴とする非調質機械部品用鋼線、が開示されている。
以上のように非調質機械部品の製造に用いる鋼線は種々提案されているが、軟質化焼鈍や焼入れ焼戻し処理などの熱処理を省略して高強度な機械部品を製造することができ、より高強度で、冷間鍛造性に優れ、安価に製造することができる鋼線が望ましい。
本開示は上記事情に鑑みてなされたものであり、引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａであり、冷間鍛造性に優れ、安価に製造することができる鋼線、並びに、軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである非調質機械部品及びその素材として使用することができる非調質機械部品用線材を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための手段には、以下の態様が含まれる。
＜１＞ 化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
鋼線の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上であり、
引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａであり、
前記引張強さをＴＳ（単位：ＭＰａ）とするとき、前記鋼線を長手方向に圧縮した場合に表面に割れが発生するまでの限界圧縮率が－０．０３６×ＴＳ＋１２２．０％以上である鋼線。
＜２＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有する＜１＞に記載の鋼線。
＜３＞ 前記鋼線の長手方向に垂直な断面において、前記鋼線の直径をＤ２とし、前記鋼線の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ２の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ２とし、深さ０．２５Ｄ２の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ２とするとき、前記ＰＳ２と前記ＰＣ２とが下記式（ｂ）を満たす＜１＞又は＜２＞に記載の鋼線。
ＰＳ２／ＰＣ２≦０．９５ ・・・（ｂ）
＜４＞ 前記金属組織の残部として、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含む＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の鋼線。
＜５＞ 非調質機械部品用である＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の鋼線。
＜６＞ 化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
線材の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上である非調質機械部品用線材。
＜７＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有する＜６＞に記載の非調質機械部品用線材。
＜８＞ 前記線材の長手方向に垂直な断面において、前記線材の直径をＤ１とし、前記線材の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ１の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ１とし、深さ０．２５Ｄ１の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ１とするとき、前記ＰＳ１と前記ＰＣ１とが下記式（ｃ）を満たす＜６＞又は＜７＞に記載の非調質機械部品用線材。
ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５ ・・・（ｃ）
＜９＞ 前記金属組織の残部として、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含む＜６＞～＜８＞のいずれか１つに記載の非調質機械部品用線材。
＜１０＞ 円柱状の軸を含み、
化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記軸の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上であり、
前記軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである非調質機械部品。
＜１１＞ 前記軸の長手方向に垂直な断面において、前記軸の直径をＤ３とし、前記軸の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ３の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ３とし、深さ０．２５Ｄ３の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ３とするとき、前記ＰＳ３と前記ＰＣ３とが下記式（ｅ）を満たす＜１０＞に記載の非調質機械部品。
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５ ・・・（ｅ）
＜１２＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有する＜１０＞又は＜１１＞に記載の非調質機械部品。
＜１３＞ 前記金属組織の残部として、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含む＜１０＞～＜１２＞のいずれか１つに記載の非調質機械部品。
＜１４＞ ボルトである＜１０＞～＜１３＞のいずれか１つに記載の非調質機械部品。
＜１＞ 化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
鋼線の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上であり、
引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａであり、
前記引張強さをＴＳ（単位：ＭＰａ）とするとき、前記鋼線を長手方向に圧縮した場合に表面に割れが発生するまでの限界圧縮率が－０．０３６×ＴＳ＋１２２．０％以上である鋼線。
＜２＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有する＜１＞に記載の鋼線。
＜３＞ 前記鋼線の長手方向に垂直な断面において、前記鋼線の直径をＤ２とし、前記鋼線の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ２の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ２とし、深さ０．２５Ｄ２の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ２とするとき、前記ＰＳ２と前記ＰＣ２とが下記式（ｂ）を満たす＜１＞又は＜２＞に記載の鋼線。
ＰＳ２／ＰＣ２≦０．９５ ・・・（ｂ）
＜４＞ 前記金属組織の残部として、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含む＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の鋼線。
＜５＞ 非調質機械部品用である＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の鋼線。
＜６＞ 化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
線材の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上である非調質機械部品用線材。
＜７＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有する＜６＞に記載の非調質機械部品用線材。
＜８＞ 前記線材の長手方向に垂直な断面において、前記線材の直径をＤ１とし、前記線材の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ１の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ１とし、深さ０．２５Ｄ１の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ１とするとき、前記ＰＳ１と前記ＰＣ１とが下記式（ｃ）を満たす＜６＞又は＜７＞に記載の非調質機械部品用線材。
ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５ ・・・（ｃ）
＜９＞ 前記金属組織の残部として、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含む＜６＞～＜８＞のいずれか１つに記載の非調質機械部品用線材。
＜１０＞ 円柱状の軸を含み、
化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記軸の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上であり、
前記軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである非調質機械部品。
＜１１＞ 前記軸の長手方向に垂直な断面において、前記軸の直径をＤ３とし、前記軸の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ３の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ３とし、深さ０．２５Ｄ３の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ３とするとき、前記ＰＳ３と前記ＰＣ３とが下記式（ｅ）を満たす＜１０＞に記載の非調質機械部品。
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５ ・・・（ｅ）
＜１２＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有する＜１０＞又は＜１１＞に記載の非調質機械部品。
＜１３＞ 前記金属組織の残部として、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含む＜１０＞～＜１２＞のいずれか１つに記載の非調質機械部品。
＜１４＞ ボルトである＜１０＞～＜１３＞のいずれか１つに記載の非調質機械部品。
本開示によれば、引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａであり、冷間鍛造性に優れ、安価に製造することができる鋼線、並びに軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである非調質機械部品及びその素材として使用することができる非調質機械部品用線材が提供される。
本開示の一例である実施形態について説明する。
なお、本明細書中において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「～」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、化学成分の元素の含有量は、元素量（例えば、Ｃ量、Ｓｉ量等）と表記する場合がある。
また、化学成分の元素の含有量について、「％」は「質量％」を意味する。
また、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
また、「ＸＤ」との表記（Ｘは数値）は、例えば鋼線の直径をＤとしたとき、鋼線の表面から中心軸に向かって（径方向に向かって）、直径ＤのＸ倍の深さの位置を示す。例えば、「０．２５Ｄ」は、直径Ｄの０．２５倍（すなわち、直径Ｄの１／４）の深さの位置を示す。
また、本開示で対象とする非調質機械部品とは、軟質化焼鈍や焼入れ焼戻し処理などの熱処理を省略して、伸線や鍛造などの加工硬化により引張強さを付与した機械部品である。
本開示において、非調質機械部品を単に機械部品、非調質機械部品用線材を単に線材と称する場合がある。
なお、本明細書中において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「～」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、化学成分の元素の含有量は、元素量（例えば、Ｃ量、Ｓｉ量等）と表記する場合がある。
また、化学成分の元素の含有量について、「％」は「質量％」を意味する。
また、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
また、「ＸＤ」との表記（Ｘは数値）は、例えば鋼線の直径をＤとしたとき、鋼線の表面から中心軸に向かって（径方向に向かって）、直径ＤのＸ倍の深さの位置を示す。例えば、「０．２５Ｄ」は、直径Ｄの０．２５倍（すなわち、直径Ｄの１／４）の深さの位置を示す。
また、本開示で対象とする非調質機械部品とは、軟質化焼鈍や焼入れ焼戻し処理などの熱処理を省略して、伸線や鍛造などの加工硬化により引張強さを付与した機械部品である。
本開示において、非調質機械部品を単に機械部品、非調質機械部品用線材を単に線材と称する場合がある。
本発明者は、線材を素材として鋼線を製造し、その鋼線から機械部品を製造する過程において、軟質化熱処理を省略しても冷間鍛造が可能であり、かつ、機械部品として成形後に焼入れ焼戻しなどの調質処理を行わなくても、引張強さが１１００ＭＰａ以上になる高強度機械部品を製造することができる鋼線の化学成分及び組織並びにその製造方法を詳細に検討した。
例えば、特許文献１～３では、Ｃ含有量を０．３０％以下、０．４０％以下、あるいは０．６５％以下に抑えることで冷間鍛造性と高強度化を図っている。すなわち、変形能が高い低炭素鋼鋼線を用いて、伸線加工のひずみを高くすることで強度を高くしている。しかしながら、伸線加工のひずみを高くすると、長手方向に繊維状の組織が発達し、周方向変形に対して、加工割れが発生しやすくなる。Ｃ含有量をさらに高くすることで、より高強度の鋼線を製造することができる。しかし、通常、Ｃ含有量を高くするほど、加工性が劣り、変形抵抗が高く、かつ、加工割れが発生し易い。
そこで、本発明者は、Ｃ含有量を高くして高強度化を図る一方、特に製造方法を工夫することで冷間鍛造性も向上させる手法について検討を重ねた。その結果、Ｃ（炭素）を０．６５％を超えて含有させても特定の化学成分及び製造条件によってベイナイトの面積率が９５％以上となる線材を製造し、この線材を伸線加工して鋼線にする際に減面率を比較的低く抑えることで、長手方向の繊維状組織の発達を抑制し、周方向の変形に対しても、加工割れの発生を抑制することができた。その結果、１１００～１６００ＭＰａの引張強さを有するともに、冷間鍛造性に優れた鋼線が得られること、さらに、この鋼線を用いて機械部品に成形した後、焼入れ焼戻しなどの調質処理を行わなくても、冷間鍛造によって１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａの引張強さを有する高強度機械部品を製造することができることを見出した。
そこで、本発明者は、Ｃ含有量を高くして高強度化を図る一方、特に製造方法を工夫することで冷間鍛造性も向上させる手法について検討を重ねた。その結果、Ｃ（炭素）を０．６５％を超えて含有させても特定の化学成分及び製造条件によってベイナイトの面積率が９５％以上となる線材を製造し、この線材を伸線加工して鋼線にする際に減面率を比較的低く抑えることで、長手方向の繊維状組織の発達を抑制し、周方向の変形に対しても、加工割れの発生を抑制することができた。その結果、１１００～１６００ＭＰａの引張強さを有するともに、冷間鍛造性に優れた鋼線が得られること、さらに、この鋼線を用いて機械部品に成形した後、焼入れ焼戻しなどの調質処理を行わなくても、冷間鍛造によって１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａの引張強さを有する高強度機械部品を製造することができることを見出した。
本実施形態に係る鋼線を用いれば、鋼線の球状化熱処理（軟質化熱処理）の軟質化焼鈍費用と、機械部品を製造する際、鋼線を成形した後の焼入れ焼戻し処理にかかる費用を削減できるほか、線材から鋼線を製造する際、伸線加工における減面率を低く抑えることができるので伸線作業の軽減も図ることができ、コスト面等において有利である。
以下、本実施形態に係る鋼線、非調質機械部品用線材、非調質機械部品について詳細に説明する。
以下、本実施形態に係る鋼線、非調質機械部品用線材、非調質機械部品について詳細に説明する。
［鋼線］
本実施形態に係る鋼線は、化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
鋼線の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上であり、
引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａであり、
前記引張強さをＴＳ（単位：ＭＰａ）とするとき、前記鋼線を長手方向に圧縮した場合に表面に割れが発生するまでの限界圧縮率が－０．０３６×ＴＳ＋１２２．０％以上である。
本実施形態に係る鋼線は、化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
鋼線の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上であり、
引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａであり、
前記引張強さをＴＳ（単位：ＭＰａ）とするとき、前記鋼線を長手方向に圧縮した場合に表面に割れが発生するまでの限界圧縮率が－０．０３６×ＴＳ＋１２２．０％以上である。
＜鋼線の化学成分＞
まず、本実施形態に係る鋼線の化学成分の限定理由についてより詳細に説明する。
なお、伸線加工、冷間鍛造や成形などの加工では、化学成分は変化しない。そのため、本実施形態に係る鋼線の素材となる線材及び本実施形態に係る鋼線を機械加工して得られる機械部品は、同一の化学成分を有する。
まず、本実施形態に係る鋼線の化学成分の限定理由についてより詳細に説明する。
なお、伸線加工、冷間鍛造や成形などの加工では、化学成分は変化しない。そのため、本実施形態に係る鋼線の素材となる線材及び本実施形態に係る鋼線を機械加工して得られる機械部品は、同一の化学成分を有する。
Ｃ：０．６５％超～０．８０％
Ｃは、所定の鋼線及び機械部品の引張強さを確保するために含有させる。
Ｃ含有量が０．６５％以下では、１１００ＭＰａ以上の引張強さを確保することが困難である。したがって、Ｃ含有量は０．６５％超とする。
一方、Ｃ含有量が、０．８０％を超えると、鋼線の冷間鍛造性が低下する。したがって、Ｃ含有量の上限を０．８０％とする。
高強度と冷間鍛造性とを両立する観点から、Ｃ含有量の下限は０．６６％、０．６８％又は０．７０％であってもよく、Ｃ含有量の上限は０．７８％、０．７６％又は０．７４％であってもよい。
Ｃは、所定の鋼線及び機械部品の引張強さを確保するために含有させる。
Ｃ含有量が０．６５％以下では、１１００ＭＰａ以上の引張強さを確保することが困難である。したがって、Ｃ含有量は０．６５％超とする。
一方、Ｃ含有量が、０．８０％を超えると、鋼線の冷間鍛造性が低下する。したがって、Ｃ含有量の上限を０．８０％とする。
高強度と冷間鍛造性とを両立する観点から、Ｃ含有量の下限は０．６６％、０．６８％又は０．７０％であってもよく、Ｃ含有量の上限は０．７８％、０．７６％又は０．７４％であってもよい。
Ｓｉ：０．０２％～１．００％
Ｓｉは、脱酸元素として機能するとともに、固溶強化により鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。Ｓｉ含有量が０．０２％未満では、これらの効果が不十分である。したがって、Ｓｉ含有量の下限を０．０２％とする。
一方、Ｓｉ含有量が１．０％を超えると、これらの効果が飽和するとともに、鋼線において冷間加工性が低下し、加工割れが発生しやすくなる。したがって、Ｓｉ含有量の上限を１．０％とする。
高強度と冷間加工性とを両立する観点から、Ｓｉ含有量の下限は０．０５％、０．０７％又は０．１０％であってもよく、Ｓｉ含有量の上限は０．９０％、０．７０％又は０．４０％であってもよい。
Ｓｉは、脱酸元素として機能するとともに、固溶強化により鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。Ｓｉ含有量が０．０２％未満では、これらの効果が不十分である。したがって、Ｓｉ含有量の下限を０．０２％とする。
一方、Ｓｉ含有量が１．０％を超えると、これらの効果が飽和するとともに、鋼線において冷間加工性が低下し、加工割れが発生しやすくなる。したがって、Ｓｉ含有量の上限を１．０％とする。
高強度と冷間加工性とを両立する観点から、Ｓｉ含有量の下限は０．０５％、０．０７％又は０．１０％であってもよく、Ｓｉ含有量の上限は０．９０％、０．７０％又は０．４０％であってもよい。
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％
Ｍｎは、ベイナイト変態を促進し、鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。Ｍｎ含有量が０．５０％未満では、この効果が不十分である。したがって、Ｍｎ含有量の下限を０．５０％とする。
一方、Ｍｎ含有量が１．５０％を超えると、この効果が飽和するとともに製造コストが増加する。したがって、Ｍｎ含有量の上限を１．５０％とする。
機械部品に十分な引張強さ付与することを考慮すると、Ｍｎ含有量は、０．６０％以上が好ましく、１．２０％以下が好ましい。
Ｍｎは、ベイナイト変態を促進し、鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。Ｍｎ含有量が０．５０％未満では、この効果が不十分である。したがって、Ｍｎ含有量の下限を０．５０％とする。
一方、Ｍｎ含有量が１．５０％を超えると、この効果が飽和するとともに製造コストが増加する。したがって、Ｍｎ含有量の上限を１．５０％とする。
機械部品に十分な引張強さ付与することを考慮すると、Ｍｎ含有量は、０．６０％以上が好ましく、１．２０％以下が好ましい。
Ｐ：０．０３０％以下
Ｓ：０．０３０％以下
ＰとＳは、不可避的に鋼に混入する不純物であり、結晶粒界に偏析して、機械部品の耐水素脆化特性を低下させる。耐水素脆化特性とは、線材又は鋼線に侵入した水素の影響により、本来予想される応力より小さい応力にて機械部品が破壊する現象（水素脆化現象）に対する耐久性である。耐水素脆化特性が低いと、ボルトなどの場合には、締結してから暫く時間が経った後に、突然ボルトに破壊（「遅れ破壊」と呼ばれる。）が生じるため、耐水素脆化特性に優れることが好ましい。
したがって、Ｐ含有量及びＳ含有量は少ないほうが良く、Ｐ含有量及びＳ含有量の上限を、いずれも０．０３０％とする。
冷間加工性を考慮すると、Ｐ含有量及びＳ含有量は、０．０１５％以下が好ましい。
なお、Ｐ含有量及びＳ含有量の下限は０％を含む。しかしながら、Ｐ及びＳは、不可避的に少なくとも０．０００５％程度は鋼に混入するため、Ｐ含有量及びＳ含有量の下限は、いずれも０．０００５％であってもよい。
Ｓ：０．０３０％以下
ＰとＳは、不可避的に鋼に混入する不純物であり、結晶粒界に偏析して、機械部品の耐水素脆化特性を低下させる。耐水素脆化特性とは、線材又は鋼線に侵入した水素の影響により、本来予想される応力より小さい応力にて機械部品が破壊する現象（水素脆化現象）に対する耐久性である。耐水素脆化特性が低いと、ボルトなどの場合には、締結してから暫く時間が経った後に、突然ボルトに破壊（「遅れ破壊」と呼ばれる。）が生じるため、耐水素脆化特性に優れることが好ましい。
したがって、Ｐ含有量及びＳ含有量は少ないほうが良く、Ｐ含有量及びＳ含有量の上限を、いずれも０．０３０％とする。
冷間加工性を考慮すると、Ｐ含有量及びＳ含有量は、０．０１５％以下が好ましい。
なお、Ｐ含有量及びＳ含有量の下限は０％を含む。しかしながら、Ｐ及びＳは、不可避的に少なくとも０．０００５％程度は鋼に混入するため、Ｐ含有量及びＳ含有量の下限は、いずれも０．０００５％であってもよい。
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％
Ａｌは、脱酸元素として機能するほか、ＡｌＮを形成して固溶Ｎを低減し、動的歪み時効を抑制する。ＡｌＮは、ピン止め粒子として機能して結晶粒を細粒化し、冷間加工性を向上させる。したがって、Ａｌ含有量の下限を０．００５％とする。
しかしながら、Ａｌ含有量が０．０６０％を超えると、熱間延性が劣化し鋳造時に割れが発生しやすくなる場合がある。そのため、Ａｌ含有量の上限は０．０６０％とする。
冷間加工性の向上及び割れの抑制の観点から、Ａｌ含有量の下限は０．０１０％、０．０１５％又は０．０２０％であってもよく、Ａｌ含有量の上限は０．０５０％、０．０４５％、又は０．０４０％であってもよい。
Ａｌは、脱酸元素として機能するほか、ＡｌＮを形成して固溶Ｎを低減し、動的歪み時効を抑制する。ＡｌＮは、ピン止め粒子として機能して結晶粒を細粒化し、冷間加工性を向上させる。したがって、Ａｌ含有量の下限を０．００５％とする。
しかしながら、Ａｌ含有量が０．０６０％を超えると、熱間延性が劣化し鋳造時に割れが発生しやすくなる場合がある。そのため、Ａｌ含有量の上限は０．０６０％とする。
冷間加工性の向上及び割れの抑制の観点から、Ａｌ含有量の下限は０．０１０％、０．０１５％又は０．０２０％であってもよく、Ａｌ含有量の上限は０．０５０％、０．０４５％、又は０．０４０％であってもよい。
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％
Ｔｉは、脱酸元素として機能するほか、ＴｉＮを形成して固溶Ｎを低減し、動的歪み時効を抑制する。ＴｉＮは、ピン止め粒子として機能して結晶粒を細粒化し、冷間加工性を向上させる。したがって、これらの効果を確実に得るため、Ｔｉ含有量の下限を０．００５％とする。
しかしながら、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えると、粗大なＴｉＮが形成されて、機械部品として使用時の疲労破壊の原因となる場合がある。そのため、Ｔｉ含有量の上限は０．０５０％が好ましい。
冷間加工性の向上及び疲労破壊の抑制の観点から、Ｔｉ含有量の下限は、０．０１０％、０．０１５％又は０．０２０％であってもよく、Ｔｉ含有量の上限は０．０４０％、０．０３０％又は０．０２５％であってもよい。
Ｔｉは、脱酸元素として機能するほか、ＴｉＮを形成して固溶Ｎを低減し、動的歪み時効を抑制する。ＴｉＮは、ピン止め粒子として機能して結晶粒を細粒化し、冷間加工性を向上させる。したがって、これらの効果を確実に得るため、Ｔｉ含有量の下限を０．００５％とする。
しかしながら、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えると、粗大なＴｉＮが形成されて、機械部品として使用時の疲労破壊の原因となる場合がある。そのため、Ｔｉ含有量の上限は０．０５０％が好ましい。
冷間加工性の向上及び疲労破壊の抑制の観点から、Ｔｉ含有量の下限は、０．０１０％、０．０１５％又は０．０２０％であってもよく、Ｔｉ含有量の上限は０．０４０％、０．０３０％又は０．０２５％であってもよい。
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％
Ｂは、ベイナイト変態を促進し、鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。
Ｂ含有量が０．０００３％未満では、この効果が不十分となる場合がある。したがって、この効果を確実に得るために、Ｂ含有量の下限を０．０００３％とする。
一方、Ｂ含有量が０．００４０％を超えると、この効果が飽和する。したがって、Ｂ含有量の上限を０．００４０％以下とする。
Ｂの効果をより十分に得るためには、Ｂ含有量は、０．０００８％以上がより好ましく、０．００２５％以下が好ましい。
Ｂは、ベイナイト変態を促進し、鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。
Ｂ含有量が０．０００３％未満では、この効果が不十分となる場合がある。したがって、この効果を確実に得るために、Ｂ含有量の下限を０．０００３％とする。
一方、Ｂ含有量が０．００４０％を超えると、この効果が飽和する。したがって、Ｂ含有量の上限を０．００４０％以下とする。
Ｂの効果をより十分に得るためには、Ｂ含有量は、０．０００８％以上がより好ましく、０．００２５％以下が好ましい。
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％
Ｎは、ＡｌＮ及びＴｉＮを形成し、ピン止め粒子として機能して結晶粒を細粒化し、冷間加工性を向上させる効果を有する。Ｎ含有量が０．００１０％未満では、この効果が不十分となる場合がある。したがって、この効果を確実に得るためには、Ｎ含有量の下限を０．００１０％とする。上記効果を得るため、Ｎ含有量の下限は０．００１５％、又は０．００２０％でもよい。
一方、Ｎは、動的歪み時効により、鋼線の冷間加工性を低下させる。したがって、Ｎ含有量の上限を０．０１５％とする。冷間加工性を考慮すると、Ｎ含有量は好ましくは０．００４０％以下である。
Ｎは、ＡｌＮ及びＴｉＮを形成し、ピン止め粒子として機能して結晶粒を細粒化し、冷間加工性を向上させる効果を有する。Ｎ含有量が０．００１０％未満では、この効果が不十分となる場合がある。したがって、この効果を確実に得るためには、Ｎ含有量の下限を０．００１０％とする。上記効果を得るため、Ｎ含有量の下限は０．００１５％、又は０．００２０％でもよい。
一方、Ｎは、動的歪み時効により、鋼線の冷間加工性を低下させる。したがって、Ｎ含有量の上限を０．０１５％とする。冷間加工性を考慮すると、Ｎ含有量は好ましくは０．００４０％以下である。
Ｏ：０．０１０％以下
Ｏは、鋼中に不可避的に混入され、Ａｌ、Ｔｉなどの酸化物の形態で存在する。
Ｏ含有量が多いと、粗大な酸化物が生成して、機械部品として使用時の疲労破壊の原因となる。したがって、Ｏ含有量の上限を０．０１０％とする。
なお、Ｏ含有量の下限は、０％を含む。しかしながら、Ｏは、不可避的に、少なくとも０．０００５％程度は鋼に混入するため、Ｏ含有量の下限は０．０００５％であってもよい。
Ｏは、鋼中に不可避的に混入され、Ａｌ、Ｔｉなどの酸化物の形態で存在する。
Ｏ含有量が多いと、粗大な酸化物が生成して、機械部品として使用時の疲労破壊の原因となる。したがって、Ｏ含有量の上限を０．０１０％とする。
なお、Ｏ含有量の下限は、０％を含む。しかしながら、Ｏは、不可避的に、少なくとも０．０００５％程度は鋼に混入するため、Ｏ含有量の下限は０．０００５％であってもよい。
残部：Ｆｅ及び不純物
以上が、本実施形態に係る鋼線、非調質機械部品用線材、及び、非調質機械部品の基本的な化学成分であり、残部は、Ｆｅ及び不純物である。なお、「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから意図せずに混入するものを指す。
以上が、本実施形態に係る鋼線、非調質機械部品用線材、及び、非調質機械部品の基本的な化学成分であり、残部は、Ｆｅ及び不純物である。なお、「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから意図せずに混入するものを指す。
本実施形態に係る鋼線、非調質機械部品用線材、及び、非調質機械部品では、上記基本成分に加え、残部のＦｅの一部の代わりに、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｍｇ、及び／又はＺｒを含有させてもよい。Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｍｇ、及びＺｒの含有は任意であり、それぞれの含有量は０％でもよいし、０％超であってもよい。具体的には、Ｆｅの一部の代わりに、Ｃｒ：１．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．２０％以下、Ｃｕ：０．４０％以下、Ｎｉ：０．７０％以下、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下、及びＺｒ：０．０５０％以下から選ばれる１種又は２種以上を含有してもよい。
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、及びＶは、ベイナイト変態を促進して、鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。
Ｃｕ、Ｎｉは、鋼線及び機械部品の耐水素脆化特性を向上させる効果を有する。Ｃａ、Ｍｇ、及びＺｒは、脱酸元素として機能し、鋼中の酸化物を微細化し、疲労特性を向上させるとともに、硫化物を形成することで固溶Ｓを低減し、耐水素脆化特性を向上させる効果を有する。
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、及びＶは、ベイナイト変態を促進して、鋼線及び機械部品の引張強さを高める効果を有する。
Ｃｕ、Ｎｉは、鋼線及び機械部品の耐水素脆化特性を向上させる効果を有する。Ｃａ、Ｍｇ、及びＺｒは、脱酸元素として機能し、鋼中の酸化物を微細化し、疲労特性を向上させるとともに、硫化物を形成することで固溶Ｓを低減し、耐水素脆化特性を向上させる効果を有する。
Ｃｒ：１．５０％以下
上記効果を確実に得るためには、Ｃｒ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｃｒ含有量が１．５０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｃｒ含有量の上限を１．５０％とする。好ましくは１．１０％以下である。より好ましくは、０．７％以下である。
上記効果を確実に得るためには、Ｃｒ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｃｒ含有量が１．５０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｃｒ含有量の上限を１．５０％とする。好ましくは１．１０％以下である。より好ましくは、０．７％以下である。
Ｍｏ：０．５０％以下
上記効果を確実に得るためには、Ｍｏ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｍｏ含有量が０．５０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｍｏ含有量の上限を０．５０％とする。好ましくは０．３０％以下である。
上記効果を確実に得るためには、Ｍｏ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｍｏ含有量が０．５０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｍｏ含有量の上限を０．５０％とする。好ましくは０．３０％以下である。
Ｎｂ：０．０５％以下
上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量の下限は０．００５％とすることが好ましい。
一方、Ｎｂ含有量が０．０５％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｎｂ含有量の上限を０．０５％とする。好ましくは０．０３％以下である。
上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量の下限は０．００５％とすることが好ましい。
一方、Ｎｂ含有量が０．０５％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｎｂ含有量の上限を０．０５％とする。好ましくは０．０３％以下である。
Ｖ：０．２０％以下
上記効果を得るためには、Ｖ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｖ含有量が０．２０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｖ含有量の上限を０．２０％とする。好ましくは０．１５％以下である。
上記効果を得るためには、Ｖ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｖ含有量が０．２０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｖ含有量の上限を０．２０％とする。好ましくは０．１５％以下である。
Ｃｕ：０．４０％以下
上記効果を得るためには、Ｃｕ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｃｕ含有量が０．４０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｃｕ含有量の上限を０．４０％とする。好ましくは０．３０％以下である。
上記効果を得るためには、Ｃｕ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｃｕ含有量が０．４０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｃｕ含有量の上限を０．４０％とする。好ましくは０．３０％以下である。
Ｎｉ：０．７０％以下
上記効果を得るためには、Ｎｉ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｎｉ含有量が０．７０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｎｉ含有量の上限を０．７０％とする。好ましくは０．４０％以下である。
上記効果を得るためには、Ｎｉ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
一方、Ｎｉ含有量が０．７０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｎｉ含有量の上限を０．７０％とする。好ましくは０．４０％以下である。
Ｃａ：０．００５％以下
上記効果を得るためには、Ｃａ含有量の下限は０．０００５％とすることが好ましい。
一方、Ｃａ含有量が０．００５％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｃａ含有量の上限を０．００５％とする。好ましくは０．００３％以下である。
上記効果を得るためには、Ｃａ含有量の下限は０．０００５％とすることが好ましい。
一方、Ｃａ含有量が０．００５％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｃａ含有量の上限を０．００５％とする。好ましくは０．００３％以下である。
Ｍｇ：０．００５％以下
上記効果を得るためには、Ｍｇ含有量の下限は０．０００５％とすることが好ましい。
一方、Ｍｇ含有量が０．００５％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｍｇ含有量の上限を０．００５％とする。好ましくは０．００３％以下である。
上記効果を得るためには、Ｍｇ含有量の下限は０．０００５％とすることが好ましい。
一方、Ｍｇ含有量が０．００５％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｍｇ含有量の上限を０．００５％とする。好ましくは０．００３％以下である。
Ｚｒ：０．０５０％以下
上記効果を得るためには、Ｚｒ含有量の下限は０．００２％とすることが好ましい。
一方、Ｚｒ含有量が０．０５０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｚｒ含有量の上限を０．０５０％とする。好ましくは０．０２０％以下である。
上記効果を得るためには、Ｚｒ含有量の下限は０．００２％とすることが好ましい。
一方、Ｚｒ含有量が０．０５０％を超えると、合金コストが上昇する。したがって、Ｚｒ含有量の上限を０．０５０％とする。好ましくは０．０２０％以下である。
＜鋼線の金属組織＞
次に、本実施形態に係る鋼線の金属組織の限定理由についてより詳細に説明する。
次に、本実施形態に係る鋼線の金属組織の限定理由についてより詳細に説明する。
ベイナイトの面積率：９５％以上
本実施形態に係る鋼線は、鋼線の長手方向に垂直な断面（Ｃ断面）の金属組織におけるベイナイトの面積率が９５％以上である。
ベイナイトは、高強度と良加工性とを有する組織である。Ｃ断面におけるベイナイトの面積率が９５％以上であることで、鋼線の引張強さの低下を抑制するととともに、残部である非ベイナイト組織が破壊の起点となることを抑制することができる。その結果、機械部品を製造する冷間鍛造の際に加工割れが発生し難くなる。ベイナイトの面積率は９７％以上でもよく、９９％以上であってもよく、１００％であってもよい。
ベイナイトの面積率は、後述の線材の製造方法に依存する。そのため、本実施形態に係る鋼線、この鋼線の素材となる線材及びこの鋼線を冷間鍛造して得られる機械部品において同じ値となる。
本実施形態に係る鋼線は、鋼線の長手方向に垂直な断面（Ｃ断面）の金属組織におけるベイナイトの面積率が９５％以上である。
ベイナイトは、高強度と良加工性とを有する組織である。Ｃ断面におけるベイナイトの面積率が９５％以上であることで、鋼線の引張強さの低下を抑制するととともに、残部である非ベイナイト組織が破壊の起点となることを抑制することができる。その結果、機械部品を製造する冷間鍛造の際に加工割れが発生し難くなる。ベイナイトの面積率は９７％以上でもよく、９９％以上であってもよく、１００％であってもよい。
ベイナイトの面積率は、後述の線材の製造方法に依存する。そのため、本実施形態に係る鋼線、この鋼線の素材となる線材及びこの鋼線を冷間鍛造して得られる機械部品において同じ値となる。
ベイナイト以外の残部組織（非ベイナイト組織）は、高強度及び冷間加工性が損なわれない限り特に限定されないが、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含むことが好ましい。フェライト及びパーライトの合計面積率は５％以下であり、３％以下でもよく、１％以下でもよく、０％であってもよい。
一方、マルテンサイトは、機械部品を成形する冷間鍛造の際の割れを発生し易くする。そのため、本実施形態に係る鋼線は、マルテンサイトを含まないことが好ましい。
一方、マルテンサイトは、機械部品を成形する冷間鍛造の際の割れを発生し易くする。そのため、本実施形態に係る鋼線は、マルテンサイトを含まないことが好ましい。
ベイナイトブロックの平均粒径比：ＰＳ２／ＰＣ２≦０．９５
本実施形態に係る鋼線は、図１に示すように、鋼線１０の長手方向に垂直な断面において、鋼線１０の直径をＤ２とし、鋼線１０の表面から中心１６に向かって深さ０．１Ｄ２の位置１２におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ２とし、深さ０．２５Ｄ２の位置１４におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ２とするとき、ＰＳ２とＰＣ２とが下記式（ｂ）を満たす。
ＰＳ２／ＰＣ２≦０．９５ ・・・（ｂ）
ここで、ベイナイトブロックとは、方位性が整ったｂｃｃ鉄からなる組織単位であり、具体的には、ＥＢＳＤ装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎｓ）で測定したｂｃｃ構造の結晶方位マップにおいて、方位差が１５°以上となる境界をベイナイトブロック粒界とする。そして、後述の方法によって得られた一つのベイナイトブロック粒の円相当粒径を、ベイナイトブロックの粒径と定義する。
本実施形態に係る鋼線は、図１に示すように、鋼線１０の長手方向に垂直な断面において、鋼線１０の直径をＤ２とし、鋼線１０の表面から中心１６に向かって深さ０．１Ｄ２の位置１２におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ２とし、深さ０．２５Ｄ２の位置１４におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ２とするとき、ＰＳ２とＰＣ２とが下記式（ｂ）を満たす。
ＰＳ２／ＰＣ２≦０．９５ ・・・（ｂ）
ここで、ベイナイトブロックとは、方位性が整ったｂｃｃ鉄からなる組織単位であり、具体的には、ＥＢＳＤ装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎｓ）で測定したｂｃｃ構造の結晶方位マップにおいて、方位差が１５°以上となる境界をベイナイトブロック粒界とする。そして、後述の方法によって得られた一つのベイナイトブロック粒の円相当粒径を、ベイナイトブロックの粒径と定義する。
ＰＳ２とＰＣ２との比率ＰＳ２／ＰＣ２が０．９５以下であれば、冷間鍛造時に、加工割れが発生し難くなる。したがって、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ２／ＰＣ２を０．９５以下とすることが好ましい。鋼線におけるベイナイトブロックの上記比率ＰＳ２／ＰＣ２のより好ましい上限は、０．９０であり、より好ましい上限は０．８０である。
一方、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ２／ＰＣ２の下限は特に限定されないが、製造性の観点から、０．６０以上であることが好ましい。
一方、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ２／ＰＣ２の下限は特に限定されないが、製造性の観点から、０．６０以上であることが好ましい。
また、本実施形態に係る鋼線において、ベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ２、ＰＣ２は特に限定されないが、ＰＳＣが４．０μｍ未満では、冷間鍛造の際に周方向の割れが発生しやすくなり、１８．０μｍを超えると、冷間鍛造の際に割れが発生しやすくなる。このため、ＰＳ２は４．０～１８．０μｍであることが好ましい。同様に、ＰＣ２が５．０μｍ未満では、冷間鍛造の際に周方向の割れが発生しやすくなり、２０．０μｍを超えると、冷間鍛造の際に割れが発生しやすくなる。このため、ＰＣ２は５．０～２０．０μｍであることが好ましい。
＜鋼線の機械特性及び直径Ｄ２＞
本実施形態に係る鋼線の引張強さは１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである。
引張強さが１１００ＭＰａ以上の非調質機械部品を得るためには、機械部品に加工する前の鋼線にも同程度の引張強さが求められる。一方、１６００ＭＰａを超える鋼線は、鋼線から機械部品を冷間鍛造で製造することが困難である。
それ故、本実施形態に係る鋼線は、１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａの引張強さを有する。好ましい引張強さは１１５０ＭＰａ～１５５０ＭＰａ、より好ましくは１２００ＭＰａ～１５００ＭＰａ、さらに好ましくは１２５０～１４５０ＭＰａ未満である。
なお、引張強さは、以下の方法で求める。鋼線を長さ３４０ｍｍに切断後、矯正、直棒とする。２００ｍｍがチャック間長さ（試験長さ）上下７０ｍｍをチャッキングし、引張試験を行う。得られた最大荷重を断面積で除することで引張強さ（ＭＰａ）を算出する。鋼線につき３本の引張試験を行い、その平均値を求める。
本実施形態に係る鋼線の引張強さは１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである。
引張強さが１１００ＭＰａ以上の非調質機械部品を得るためには、機械部品に加工する前の鋼線にも同程度の引張強さが求められる。一方、１６００ＭＰａを超える鋼線は、鋼線から機械部品を冷間鍛造で製造することが困難である。
それ故、本実施形態に係る鋼線は、１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａの引張強さを有する。好ましい引張強さは１１５０ＭＰａ～１５５０ＭＰａ、より好ましくは１２００ＭＰａ～１５００ＭＰａ、さらに好ましくは１２５０～１４５０ＭＰａ未満である。
なお、引張強さは、以下の方法で求める。鋼線を長さ３４０ｍｍに切断後、矯正、直棒とする。２００ｍｍがチャック間長さ（試験長さ）上下７０ｍｍをチャッキングし、引張試験を行う。得られた最大荷重を断面積で除することで引張強さ（ＭＰａ）を算出する。鋼線につき３本の引張試験を行い、その平均値を求める。
本実施形態に係る鋼線は、引張強さをＴＳ（単位：ＭＰａ）とするとき、鋼線を長手方向に圧縮した場合に表面に割れが発生するまでの限界圧縮率が－０．０３６×ＴＳ＋１２２．０％以上である。
一般的に引張強さが高いほど、変形抵抗が高く、限界圧縮率は小さくなる傾向がある。本実施形態に係る鋼線もそのような傾向はあるものの、例えば、引張強さが１１００ＭＰａである場合の限界圧縮率は８２．４％以上であり、引張強さが１６００ＭＰａである場合でも６４．４％以上の限界圧縮率を有する。従って、本実施形態に係る鋼線は、高強度かつ冷間鍛造性に優れたものとなる。
限界圧縮率は－０．０３６×ＴＳ＋１２４．０％以上であることが好ましく、－０．０３６×ＴＳ＋１２６．０％以上であることがより好ましい。
一般的に引張強さが高いほど、変形抵抗が高く、限界圧縮率は小さくなる傾向がある。本実施形態に係る鋼線もそのような傾向はあるものの、例えば、引張強さが１１００ＭＰａである場合の限界圧縮率は８２．４％以上であり、引張強さが１６００ＭＰａである場合でも６４．４％以上の限界圧縮率を有する。従って、本実施形態に係る鋼線は、高強度かつ冷間鍛造性に優れたものとなる。
限界圧縮率は－０．０３６×ＴＳ＋１２４．０％以上であることが好ましく、－０．０３６×ＴＳ＋１２６．０％以上であることがより好ましい。
限界圧縮率は、日本塑性加工学会冷間鍛造分科会基準（塑性と加工，ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２１１，１９８１，ｐ１３９）の方法によって下記のように求める。
鋼線を機械加工して、直径５．０ｍｍ、高さ７．５ｍｍの円柱状試験片を作製し、同心円状に溝がついた金型で両端面を拘束し、室温（２５℃）にて、試料片の表面に割れが発生するまで高さ方向に圧縮する。なお、長さ０．５ｍｍ以上の割れが観察されたとき割れ発生と認定する。鋼線の直径Ｄ２が５．０ｍｍ未満のときは、直径Ｄ２、高さ１．５Ｄ２の円柱状試験片を用いる。
変形前（圧縮前）の試料高さＨ０、割れ発生限界における試料高さＨから、下記式により限界圧縮率（％）を求める。
限界圧縮率（％）＝（Ｈ０－Ｈ）／Ｈ０×１００
１０個の試験片について圧縮試験を行い、５個が割れる圧縮率を限界圧縮率とする。
鋼線を機械加工して、直径５．０ｍｍ、高さ７．５ｍｍの円柱状試験片を作製し、同心円状に溝がついた金型で両端面を拘束し、室温（２５℃）にて、試料片の表面に割れが発生するまで高さ方向に圧縮する。なお、長さ０．５ｍｍ以上の割れが観察されたとき割れ発生と認定する。鋼線の直径Ｄ２が５．０ｍｍ未満のときは、直径Ｄ２、高さ１．５Ｄ２の円柱状試験片を用いる。
変形前（圧縮前）の試料高さＨ０、割れ発生限界における試料高さＨから、下記式により限界圧縮率（％）を求める。
限界圧縮率（％）＝（Ｈ０－Ｈ）／Ｈ０×１００
１０個の試験片について圧縮試験を行い、５個が割れる圧縮率を限界圧縮率とする。
本実施形態に係る鋼線の直径Ｄ２は特に限定されないが、例えば、冷間鍛造によってボルト等の機械部品に加工する場合は、鋼線の直径Ｄ２は３．５～１５．０ｍｍとすることが挙げられる。
＜鋼線の用途＞
本実施形態に係る鋼線の用途は特に限定されない。本実施形態に係る鋼線は、高強度であり、かつ冷間鍛造性に優れるため、自動車、各種産業機械における非調質機械部品用として好適である。
本実施形態に係る鋼線の用途は特に限定されない。本実施形態に係る鋼線は、高強度であり、かつ冷間鍛造性に優れるため、自動車、各種産業機械における非調質機械部品用として好適である。
［非調質機械部品用線材］
次に、本実施形態に係る鋼線を非調質機械部品用とする場合、その素材となる非調質機械部品用線材について説明する。
本実施形態に係る非調質機械部品用線材は、化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
線材の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上である。
次に、本実施形態に係る鋼線を非調質機械部品用とする場合、その素材となる非調質機械部品用線材について説明する。
本実施形態に係る非調質機械部品用線材は、化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
線材の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上である。
＜非調質機械部品用線材の化学成分＞
本実施形態に係る非調質機械部品用線材は、前述した本実施形態に係る鋼線の素材となるものである。線材の伸線加工の前後において化学成分は変化しないため、線材の化学成分は前述した鋼線の化学成分と同じである。また、任意元素も鋼線について説明した任意成分と同様であり、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有してもよい。
各元素の含有量の限定理由、好ましい範囲についても前述した鋼線と同様であるため、ここでの説明は省略する。
本実施形態に係る非調質機械部品用線材は、前述した本実施形態に係る鋼線の素材となるものである。線材の伸線加工の前後において化学成分は変化しないため、線材の化学成分は前述した鋼線の化学成分と同じである。また、任意元素も鋼線について説明した任意成分と同様であり、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有してもよい。
各元素の含有量の限定理由、好ましい範囲についても前述した鋼線と同様であるため、ここでの説明は省略する。
＜非調質機械部品用線材の金属組織＞
本実施形態に係る線材は、線材の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上である。
上記の通り、本実施形態に係る鋼線では、Ｃ断面におけるベイナイト組織の面積率が９５％以上である。ベイナイトの面積率は、伸線加工によって変化することが無いため、本実施形態に係る鋼線を得るためには、線材の段階でベイナイトの面積率を制御する必要がある。ベイナイトの面積率が９５％以上であれば、良好な伸線加工性が得られ、残部である非ベイナイト組織が破壊の起点となることを抑制することができる。
金属組織の残部（ベイナイト以外の残部組織）は、高強度及び伸線加工性が損なわれない限り特に限定されないが、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含むことが好ましい。フェライト及びパーライトの合計面積率は５％以下であり、３％以下でもよく、１％以下でもよく、０％であってもよい。
一方、マルテンサイトは、伸線加工の際に断線を発生させ、伸線加工性を悪化させる。そのため、本実施形態に係る線材はマルテンサイトを含まないことが好ましい。
本実施形態に係る線材は、線材の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上である。
上記の通り、本実施形態に係る鋼線では、Ｃ断面におけるベイナイト組織の面積率が９５％以上である。ベイナイトの面積率は、伸線加工によって変化することが無いため、本実施形態に係る鋼線を得るためには、線材の段階でベイナイトの面積率を制御する必要がある。ベイナイトの面積率が９５％以上であれば、良好な伸線加工性が得られ、残部である非ベイナイト組織が破壊の起点となることを抑制することができる。
金属組織の残部（ベイナイト以外の残部組織）は、高強度及び伸線加工性が損なわれない限り特に限定されないが、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含むことが好ましい。フェライト及びパーライトの合計面積率は５％以下であり、３％以下でもよく、１％以下でもよく、０％であってもよい。
一方、マルテンサイトは、伸線加工の際に断線を発生させ、伸線加工性を悪化させる。そのため、本実施形態に係る線材はマルテンサイトを含まないことが好ましい。
ベイナイトブロックの平均粒径比：ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５
線材の長手方向に垂直な断面において、線材の直径をＤ１とし、前記線材の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ１の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ１とし、深さ０．２５Ｄ１の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ１とするとき、ＰＳ１とＰＣ１とが下記式（ｃ）を満たすことが好ましい。
ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５ ・・・（ｃ）
線材において、ＰＳ１とＰＣ１との上記比率ＰＳ１／ＰＣ１が０．９５以下であれば、伸線加工の際に割れが発生し難くなるだけでなく、前述した「ＰＳ２／ＰＣ２≦０．９５」の関係も満たす鋼線を製造し易く、鋼線の冷間加工性の悪化が抑制される。
線材におけるベイナイトブロックの上記比率ＰＳ１／ＰＣ１の好ましい上限は、０．９０である。
一方、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ１／ＰＣ１の下限は特に限定されないが、製造性の観点から、０．６０以上であることが好ましい。
線材の長手方向に垂直な断面において、線材の直径をＤ１とし、前記線材の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ１の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ１とし、深さ０．２５Ｄ１の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ１とするとき、ＰＳ１とＰＣ１とが下記式（ｃ）を満たすことが好ましい。
ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５ ・・・（ｃ）
線材において、ＰＳ１とＰＣ１との上記比率ＰＳ１／ＰＣ１が０．９５以下であれば、伸線加工の際に割れが発生し難くなるだけでなく、前述した「ＰＳ２／ＰＣ２≦０．９５」の関係も満たす鋼線を製造し易く、鋼線の冷間加工性の悪化が抑制される。
線材におけるベイナイトブロックの上記比率ＰＳ１／ＰＣ１の好ましい上限は、０．９０である。
一方、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ１／ＰＣ１の下限は特に限定されないが、製造性の観点から、０．６０以上であることが好ましい。
また、本実施形態に係る線材において、ベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ１、ＰＣ１は特に限定されないが、線材において、ベイナイトブロックの平均粒径が２５．０μｍ以下であれば、鋼線への伸線加工の際に割れが発生し難くなるほか、伸線加工後の鋼線において、ベイナイトブロックの粒径のばらつきが小さくなる。したがって、線材のベイナイトブロックの平均粒径の上限を２５．０μｍとすることが好ましい。
一方、線材において、ベイナイトブロックの平均粒径を１０．０μｍ未満とするためには、製造方法が複雑になり製造コストが上昇する。したがって、線材のベイナイトブロックの平均粒径の下限は１０．０μｍとすることが好ましい。
一方、線材において、ベイナイトブロックの平均粒径を１０．０μｍ未満とするためには、製造方法が複雑になり製造コストが上昇する。したがって、線材のベイナイトブロックの平均粒径の下限は１０．０μｍとすることが好ましい。
＜非調質機械部品用線材の引張強さ及び直径Ｄ１＞
本実施形態に係る線材の引張強さは特に限定されないが、後述する伸線加工（減面率：１４．０～５２．０％）によって１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａの引張強さを有する鋼線を製造する観点から、８００ＭＰａ～１２５０ＭＰａであることが好ましい。
また、本実施形態に係る線材の直径Ｄ１も特に限定されないが、後述する伸線加工（減面率：１４．０～５２．０％）によって前述した３．５～１５．０ｍｍの直径Ｄ２を有する鋼線を製造する観点から、線材は５．０～２０．０ｍｍの直径を有することが好ましい。
本実施形態に係る線材の引張強さは特に限定されないが、後述する伸線加工（減面率：１４．０～５２．０％）によって１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａの引張強さを有する鋼線を製造する観点から、８００ＭＰａ～１２５０ＭＰａであることが好ましい。
また、本実施形態に係る線材の直径Ｄ１も特に限定されないが、後述する伸線加工（減面率：１４．０～５２．０％）によって前述した３．５～１５．０ｍｍの直径Ｄ２を有する鋼線を製造する観点から、線材は５．０～２０．０ｍｍの直径を有することが好ましい。
［非調質機械部品］
本実施形態に係る非調質機械部品は、円柱状の軸を含み、
化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記軸の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上であり、
前記軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである。
本実施形態に係る非調質機械部品は、円柱状の軸を含み、
化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記軸の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上であり、
前記軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである。
＜非調質機械部品の化学成分＞
本実施形態に係る非調質機械部品は、前述した本実施形態に係る鋼線を冷間鍛造して得られるものである。鋼線の冷間鍛造の前後において化学成分は変化しないため、機械部品の化学成分は前述した鋼線の化学成分と同じである。任意元素も鋼線について説明した任意成分と同様であり、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有してもよい。
各元素の含有量の限定理由、好ましい範囲についても前述した鋼線と同様であるため、ここでの説明は省略する。
本実施形態に係る非調質機械部品は、前述した本実施形態に係る鋼線を冷間鍛造して得られるものである。鋼線の冷間鍛造の前後において化学成分は変化しないため、機械部品の化学成分は前述した鋼線の化学成分と同じである。任意元素も鋼線について説明した任意成分と同様であり、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有してもよい。
各元素の含有量の限定理由、好ましい範囲についても前述した鋼線と同様であるため、ここでの説明は省略する。
＜非調質機械部品の金属組織＞
本実施形態に係る機械部品は、軸の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上である。
上記の通り、本実施形態に係る鋼線は、ベイナイト組織の面積率が９５％以上である。ベイナイトの面積率は、伸線加工及び冷間鍛造によって変化することが無い。ベイナイトの面積率が９５％以上であれば、軸の引張強さの低下を抑制するととともに、残部である非ベイナイト組織が破壊の起点となることを抑制することができる。その結果、鋼線から機械部品を製造する冷間鍛造の際に加工割れが発生し難くなる。そのため、加工割れが無い、高強度の非調質機械部品とすることができる。
金属組織の残部（ベイナイト以外の残部組織）は、高強度及び冷間加工性が損なわれない限り特に限定されないが、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含むことが好ましい。フェライト及びパーライトの合計面積率は５％以下であり、３％以下でもよく、１％以下でもよく、０％であってもよい。
一方、マルテンサイトは、鋼線から機械部品を成形する冷間鍛造の際の割れを発生し易くする。そのため、本実施形態に係る機械部品は、マルテンサイトを含まないことが好ましい。
本実施形態に係る機械部品は、軸の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上である。
上記の通り、本実施形態に係る鋼線は、ベイナイト組織の面積率が９５％以上である。ベイナイトの面積率は、伸線加工及び冷間鍛造によって変化することが無い。ベイナイトの面積率が９５％以上であれば、軸の引張強さの低下を抑制するととともに、残部である非ベイナイト組織が破壊の起点となることを抑制することができる。その結果、鋼線から機械部品を製造する冷間鍛造の際に加工割れが発生し難くなる。そのため、加工割れが無い、高強度の非調質機械部品とすることができる。
金属組織の残部（ベイナイト以外の残部組織）は、高強度及び冷間加工性が損なわれない限り特に限定されないが、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含むことが好ましい。フェライト及びパーライトの合計面積率は５％以下であり、３％以下でもよく、１％以下でもよく、０％であってもよい。
一方、マルテンサイトは、鋼線から機械部品を成形する冷間鍛造の際の割れを発生し易くする。そのため、本実施形態に係る機械部品は、マルテンサイトを含まないことが好ましい。
軸の長手方向に垂直な断面において、軸の直径をＤ３とし、軸の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ３の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ３とし、深さ０．２５Ｄ３の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ３とするとき、ＰＳ３とＰＣ３とが下記式（ｅ）を満たすことが好ましい。
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５ ・・・（ｅ）
ＰＳ３とＰＣ３との比率ＰＳ３／ＰＣ３が０．９５以下であれば、鋼線を冷間鍛造して機械部品に成形する際、加工割れが発生し難くなり、加工割れが抑制された機械部品が得られ易い。したがって、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ３／ＰＣ３を０．９５以下とすることが好ましい。機械部品の軸におけるベイナイトブロックの上記比率ＰＳ３／ＰＣ３のより好ましい上限は、０．９０である。
一方、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ３／ＰＣ３の下限は特に限定されないが、製造性の観点から、０．６０以上であることが好ましい。
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５ ・・・（ｅ）
ＰＳ３とＰＣ３との比率ＰＳ３／ＰＣ３が０．９５以下であれば、鋼線を冷間鍛造して機械部品に成形する際、加工割れが発生し難くなり、加工割れが抑制された機械部品が得られ易い。したがって、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ３／ＰＣ３を０．９５以下とすることが好ましい。機械部品の軸におけるベイナイトブロックの上記比率ＰＳ３／ＰＣ３のより好ましい上限は、０．９０である。
一方、上記ベイナイトブロックの平均粒径の比率ＰＳ３／ＰＣ３の下限は特に限定されないが、製造性の観点から、０．６０以上であることが好ましい。
また、本実施形態に係る機械部品の軸において、ベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３、ＰＣ３は特に限定されないが、製造性の観点から、ＰＳ３は４．０μｍ以上が好ましく、機械部品の延性確保の観点から１８．０μｍ以下であることが好ましい。同様にＰＣ３も製造性の観点から５．０μｍ以上が好ましく、機械部品の延性確保の観点から、２０．０μｍ以下であることが好ましい。
＜非調質機械部品の軸の機械特性及び直径Ｄ３＞
本実施形態に係る非調質機械部品は、軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである。
本開示は、引張強さで１１００ＭＰａ以上の非調質機械部品を得ることを基本としている。機械部品としての強度が軸の引張強さで１１００ＭＰａ未満では、本開示を適用する必要がない。
一方、本実施形態に係る鋼線を冷間鍛造によって軸の引張強さが１６００ＭＰａを超える機械部品を得ることは困難であり、また、引張強さが１６００ＭＰａを超えると耐水素脆化特性が低下する。それ故、本実施形態に係る機械部品の軸の引張強さは１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａとする。
好ましい引張強さは１１５０ＭＰａ～１５５０ＭＰａ、より好ましくは１２００ＭＰａ～１５００ＭＰａ、さらに好ましくは１２５０～１４５０ＭＰａである。
本実施形態に係る非調質機械部品は、軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである。
本開示は、引張強さで１１００ＭＰａ以上の非調質機械部品を得ることを基本としている。機械部品としての強度が軸の引張強さで１１００ＭＰａ未満では、本開示を適用する必要がない。
一方、本実施形態に係る鋼線を冷間鍛造によって軸の引張強さが１６００ＭＰａを超える機械部品を得ることは困難であり、また、引張強さが１６００ＭＰａを超えると耐水素脆化特性が低下する。それ故、本実施形態に係る機械部品の軸の引張強さは１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａとする。
好ましい引張強さは１１５０ＭＰａ～１５５０ＭＰａ、より好ましくは１２００ＭＰａ～１５００ＭＰａ、さらに好ましくは１２５０～１４５０ＭＰａである。
本実施形態に係る非調質機械部品の軸の直径Ｄ３は特に限定されず、用途に応じて適宜選択すればよい。鋼線の直径Ｄ２と機械部品の円柱状の軸の直径Ｄ３は一致してもよい。
＜非調質機械部品の用途＞
本実施形態に係る非調質機械部品は、円柱状の軸を含む機械部品であれば用途は特に限定されず、例えば、ボルト、トーションバー、スタビライザーなどの軸形状を有する自動車部品や各種産業機械への適用が挙げられ、特に、自動車用や建築用のボルト等に好適である。
本実施形態に係る非調質機械部品は、円柱状の軸を含む機械部品であれば用途は特に限定されず、例えば、ボルト、トーションバー、スタビライザーなどの軸形状を有する自動車部品や各種産業機械への適用が挙げられ、特に、自動車用や建築用のボルト等に好適である。
［金属組織の測定方法］
次に、本実施形態に係る鋼線、非調質機械部品用線材及び非調質機械部品の組織の測定方法について説明する。なお、以下の説明では、鋼線を例に説明するが、線材、機械部品も同様の測定方法を適用することができる。
次に、本実施形態に係る鋼線、非調質機械部品用線材及び非調質機械部品の組織の測定方法について説明する。なお、以下の説明では、鋼線を例に説明するが、線材、機械部品も同様の測定方法を適用することができる。
＜ベイナイトの面積率の測定方法＞
ベイナイトの面積率は、例えば、走査型電子顕微鏡で、鋼線のＣ断面、すなわち、鋼線の長手方向に垂直な断面を１０００倍の倍率で撮影し、画像解析して求める。
鋼線のＣ断面を鏡面研磨した後、ピクラール（５％ピクリン酸＋９５％エタノール溶液）でエッチングし金属組織を現出させる。図１に示す鋼線１０のＣ断面において、鋼線の表層（表面近傍）である０．１Ｄ２の位置１２、０．２５Ｄ２の位置１４（鋼線の表面から深さ方向に鋼線の直径Ｄ２の１／４離れた部分）、及び、０．５Ｄ２の位置１６（鋼線の中心部分）において、それぞれ、１２５μｍ×９５μｍの領域で撮影する。
撮影した写真のベイナイト組織を目視でマーキングし、各領域内のそれぞれのベイナイトの面積を画像解析して測定し、その合計値を観察領域で除算することによって、ベイナイトの面積率が得られる。非ベイナイト組織の面積率は、１００％より、ベイナイトの面積率を減算することによって得られる。
なお、Ｃ断面の０．５Ｄ２の位置（中心部）、並びに０．１Ｄ２の位置及び０．２５Ｄ２の位置においてそれぞれ９０°間隔の４箇所、合計９箇所で測定する。鋼線の長手方向に１００ｍｍ間隔で採取した２箇所のＣ断面で同様に測定し、合計１８箇所の平均値をベイナイトの面積率とする。
ベイナイトの面積率は、例えば、走査型電子顕微鏡で、鋼線のＣ断面、すなわち、鋼線の長手方向に垂直な断面を１０００倍の倍率で撮影し、画像解析して求める。
鋼線のＣ断面を鏡面研磨した後、ピクラール（５％ピクリン酸＋９５％エタノール溶液）でエッチングし金属組織を現出させる。図１に示す鋼線１０のＣ断面において、鋼線の表層（表面近傍）である０．１Ｄ２の位置１２、０．２５Ｄ２の位置１４（鋼線の表面から深さ方向に鋼線の直径Ｄ２の１／４離れた部分）、及び、０．５Ｄ２の位置１６（鋼線の中心部分）において、それぞれ、１２５μｍ×９５μｍの領域で撮影する。
撮影した写真のベイナイト組織を目視でマーキングし、各領域内のそれぞれのベイナイトの面積を画像解析して測定し、その合計値を観察領域で除算することによって、ベイナイトの面積率が得られる。非ベイナイト組織の面積率は、１００％より、ベイナイトの面積率を減算することによって得られる。
なお、Ｃ断面の０．５Ｄ２の位置（中心部）、並びに０．１Ｄ２の位置及び０．２５Ｄ２の位置においてそれぞれ９０°間隔の４箇所、合計９箇所で測定する。鋼線の長手方向に１００ｍｍ間隔で採取した２箇所のＣ断面で同様に測定し、合計１８箇所の平均値をベイナイトの面積率とする。
＜ベイナイトブロックの平均粒径の測定方法＞
ベイナイトブロックの粒径は、ＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎｓ）装置を用いて測定できる。
具体的には、鋼線については、鋼線の長手方向と垂直な断面であるＣ断面を鏡面研磨し、鋼線の直径をＤ２としたとき、表面から深さ０．１Ｄ２の位置及び０．２５Ｄ２の位置を中心に、５００μｍ×５００μｍの領域において、測定ステップを１．０μｍとして各測定点のｂｃｃ－Ｆｅの結晶方位を測定し、方位差が１５度以上の境界をベイナイトブロック境界と定義し、その境界に囲まれた５ピクセル以上の領域をベイナイトブロック粒とする。ベイナイトブロック粒の平均円相当径を、混粒が前提となる粒集団の平均粒径の求め方であるＪｏｈｎｓｏｎ－Ｓａｌｔｙｋｏｖの測定方法（「計量形態学」内田老鶴圃新社、Ｓ４７．７．３０発行、原著：Ｒ．Ｔ．ＤｅＨｏｆｆ．Ｆ．Ｎ．Ｒｂｉｎｅｓｓ．Ｐ１８９参照）を用いて得る。
なお、ベイナイトブロックについても、Ｃ断面の０．１Ｄ２の位置及び０．２５Ｄ２の位置においてそれぞれ９０°間隔の４箇所において、それぞれ５００μｍ×５００μｍの領域を測定し、合計８視野のベイナイトブロックの円相当径を得る。これらの平均値をベイナイトブロック粒の平均円相当径とする。
ベイナイトブロックの粒径は、ＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎｓ）装置を用いて測定できる。
具体的には、鋼線については、鋼線の長手方向と垂直な断面であるＣ断面を鏡面研磨し、鋼線の直径をＤ２としたとき、表面から深さ０．１Ｄ２の位置及び０．２５Ｄ２の位置を中心に、５００μｍ×５００μｍの領域において、測定ステップを１．０μｍとして各測定点のｂｃｃ－Ｆｅの結晶方位を測定し、方位差が１５度以上の境界をベイナイトブロック境界と定義し、その境界に囲まれた５ピクセル以上の領域をベイナイトブロック粒とする。ベイナイトブロック粒の平均円相当径を、混粒が前提となる粒集団の平均粒径の求め方であるＪｏｈｎｓｏｎ－Ｓａｌｔｙｋｏｖの測定方法（「計量形態学」内田老鶴圃新社、Ｓ４７．７．３０発行、原著：Ｒ．Ｔ．ＤｅＨｏｆｆ．Ｆ．Ｎ．Ｒｂｉｎｅｓｓ．Ｐ１８９参照）を用いて得る。
なお、ベイナイトブロックについても、Ｃ断面の０．１Ｄ２の位置及び０．２５Ｄ２の位置においてそれぞれ９０°間隔の４箇所において、それぞれ５００μｍ×５００μｍの領域を測定し、合計８視野のベイナイトブロックの円相当径を得る。これらの平均値をベイナイトブロック粒の平均円相当径とする。
［線材、鋼線及び機械部品の製造方法］
次に、本実施形態に係る線材、鋼線及び機械部品の好ましい製造方法について説明する。なお、以下に説明する線材、鋼線及び機械部品の各製造方法は、本実施形態に係る線材、鋼線及び機械部品を得るための一例であり、以下の手順及び方法に限定されるものではなく、本実施形態に係る線材、鋼線及び機械部品を実現できる方法であれば、如何なる方法を採用してもよい。
次に、本実施形態に係る線材、鋼線及び機械部品の好ましい製造方法について説明する。なお、以下に説明する線材、鋼線及び機械部品の各製造方法は、本実施形態に係る線材、鋼線及び機械部品を得るための一例であり、以下の手順及び方法に限定されるものではなく、本実施形態に係る線材、鋼線及び機械部品を実現できる方法であれば、如何なる方法を採用してもよい。
＜線材及び鋼線の製造方法＞
まず、所定の化学成分からなる鋼片を１０５０℃以上に加熱する。
次いで、加熱した鋼片を熱間圧延し、９００℃超でリング状に巻き取る。
その後、後述するような１次冷却、２次冷却を含む２段階冷却を行い、次いで、恒温保持（恒温変態処理）を行って、線材を得る。
１次冷却として、巻取り終了温度から６００℃までを、２０℃／秒～１００℃／秒の１次冷却速度で冷却し、さらに、２次冷却として、６００℃から５００℃までを、２０℃／秒以下の２次冷却速度で冷却する。
２段階冷却後、恒温保持（恒温変態処理）を行い、次いで、伸線加工をすることによって、上記の金属組織を有する本実施形態に係る非調質機械部品用鋼線を製造することができる。
まず、所定の化学成分からなる鋼片を１０５０℃以上に加熱する。
次いで、加熱した鋼片を熱間圧延し、９００℃超でリング状に巻き取る。
その後、後述するような１次冷却、２次冷却を含む２段階冷却を行い、次いで、恒温保持（恒温変態処理）を行って、線材を得る。
１次冷却として、巻取り終了温度から６００℃までを、２０℃／秒～１００℃／秒の１次冷却速度で冷却し、さらに、２次冷却として、６００℃から５００℃までを、２０℃／秒以下の２次冷却速度で冷却する。
２段階冷却後、恒温保持（恒温変態処理）を行い、次いで、伸線加工をすることによって、上記の金属組織を有する本実施形態に係る非調質機械部品用鋼線を製造することができる。
巻取温度は、変態後のベイナイト組織に影響する。巻取温度が９００℃以下では、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が大きくなり、鋼線の冷間加工性や機械部品において加工割れが発生する場合がある。そのため、巻取り温度は９００℃超とする。
巻取り後の１次冷却速度が２０℃／秒未満であると、ベイナイトブロックの粒径の標準偏差が大きくなり、鋼線の冷間加工性や機械部品において加工割れが発生する場合がある。
一方、６００℃から５００℃までの２次冷却速度が２０℃／秒を超えると、ベイナイトの面積率は９５％以上を満たすことが出来ない。
したがって、巻取終了温度から６００℃までを、２０℃／秒～１００℃／秒の１次冷却速度で冷却し、６００℃から５００℃までを、２０℃／秒以下の２次冷却速度で冷却する。
一方、６００℃から５００℃までの２次冷却速度が２０℃／秒を超えると、ベイナイトの面積率は９５％以上を満たすことが出来ない。
したがって、巻取終了温度から６００℃までを、２０℃／秒～１００℃／秒の１次冷却速度で冷却し、６００℃から５００℃までを、２０℃／秒以下の２次冷却速度で冷却する。
具体的に、２段階冷却は次のような方法で行われる。熱間圧延時の残熱を利用し、線材を溶融塩槽に浸漬して、ベイナイト変態を生じさせる。すなわち、巻取終了後、直ちに線材を、４５０℃～５００℃の第１溶融塩槽に浸漬させ６００℃まで冷却し、次いで５００℃まで冷却する２段階冷却と恒温保持を行う。その後、第１溶融塩槽に連続する５００℃～６００℃の第２溶融塩槽に浸漬させて恒温保持を行う。
第１溶融塩槽への浸漬時間は１５秒～５０秒とし、第２溶融塩槽への浸漬時間は３０秒～１００秒とする。
第１溶融塩槽と第２溶融塩槽との合計の浸漬時間は４５秒以上とする。
特に、機械部品に１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａの引張強さが要求される場合には、第１溶融塩槽への浸漬時間は２０秒～５０秒とし、第２溶融塩槽への浸漬時間は３５秒～１００秒とすることが好ましい。
また、機械部品に１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａの引張強さが要求される場合には、第１溶融塩槽と第２溶融塩槽との合計の浸漬時間は６０秒以上とすることが好ましい。
第１溶融塩槽への浸漬時間は１５秒～５０秒とし、第２溶融塩槽への浸漬時間は３０秒～１００秒とする。
第１溶融塩槽と第２溶融塩槽との合計の浸漬時間は４５秒以上とする。
特に、機械部品に１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａの引張強さが要求される場合には、第１溶融塩槽への浸漬時間は２０秒～５０秒とし、第２溶融塩槽への浸漬時間は３５秒～１００秒とすることが好ましい。
また、機械部品に１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａの引張強さが要求される場合には、第１溶融塩槽と第２溶融塩槽との合計の浸漬時間は６０秒以上とすることが好ましい。
恒温変態処理により生成したベイナイトは、連続冷却処理により生成したベイナイトと比較して、ベイナイトブロックの粒径のばらつきが小さい。
上記の通り、溶融塩槽への浸漬時間は、線材の充分な温度保持と生産性の点から、第１溶融塩槽では１５～５０秒、第２溶融塩槽では３０～１００秒とする。
なお、溶融塩槽に所定時間保持した後の冷却は、水冷でも放冷でもよい。
なお、溶融塩槽に所定時間保持した後の冷却は、水冷でも放冷でもよい。
なお、浸漬槽として、溶融塩槽ではなく、鉛浴槽や流動床などの設備を使用しても、同様の効果が得られる。しかしながら、環境や製造コストの観点から、溶融塩槽が好ましい。
以上の方法により、本実施形態に係る鋼線の素材となる線材を製造することができる。
以上の方法により、本実施形態に係る鋼線の素材となる線材を製造することができる。
本実施形態に係る線材から鋼線を製造する際の伸線加工においては、減面率を１４．０％～６０．０％とする。
伸線加工の減面率が１４．０％未満の場合、加工硬化が不十分となり、引張強さが不足する。一方、減面率が６０．０％を超えると、鋼線から機械部品を製造する冷間鍛造の際に加工割れが発生し易くなる。
伸線加工の減面率が１４．０％未満の場合、加工硬化が不十分となり、引張強さが不足する。一方、減面率が６０．０％を超えると、鋼線から機械部品を製造する冷間鍛造の際に加工割れが発生し易くなる。
なお、機械部品において１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａの引張強さが要求される場合には、伸線加工において、減面率を１４．０％～５２．０％とすることが好ましい。
伸線加工の減面率が１４．０％未満の場合、機械部品の耐水素脆化特性が低下する。
一方、減面率が５２．０％を超えると、鋼線から機械部品を製造する冷間鍛造の際に加工割れが発生し易くなる。
伸線加工の減面率は、１４．０％～５２．０％が好ましい。
伸線加工の減面率が１４．０％未満の場合、機械部品の耐水素脆化特性が低下する。
一方、減面率が５２．０％を超えると、鋼線から機械部品を製造する冷間鍛造の際に加工割れが発生し易くなる。
伸線加工の減面率は、１４．０％～５２．０％が好ましい。
＜機械部品の製造方法＞
上記のようにして得られた鋼線を用いて最終の機械部品へ成形加工するが、上記金属組織の特徴を維持するため、成形加工前に熱処理は行わなくてもよい。
上記のようにして得られた鋼線を冷間鍛造することにより、軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである非調質機械部品が得られる。
本実施形態に係る機械部品では、軸の引張強さを１１００ＭＰａ以上とする。
機械部品として要求される軸の引張強さが１１００ＭＰａ未満の場合には、本開示に係る鋼線を適用する必要がない。
一方、機械部品として要求される引張強さが１６００ＭＰａを超える場合には、本実施形態に係る機械部品を冷間鍛造で製造することが困難であるとともに、機械部品の耐水素脆化特性が劣化する。
そのため、機械部品の引張強さを１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａとする。
上記のようにして得られた鋼線を用いて最終の機械部品へ成形加工するが、上記金属組織の特徴を維持するため、成形加工前に熱処理は行わなくてもよい。
上記のようにして得られた鋼線を冷間鍛造することにより、軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである非調質機械部品が得られる。
本実施形態に係る機械部品では、軸の引張強さを１１００ＭＰａ以上とする。
機械部品として要求される軸の引張強さが１１００ＭＰａ未満の場合には、本開示に係る鋼線を適用する必要がない。
一方、機械部品として要求される引張強さが１６００ＭＰａを超える場合には、本実施形態に係る機械部品を冷間鍛造で製造することが困難であるとともに、機械部品の耐水素脆化特性が劣化する。
そのため、機械部品の引張強さを１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａとする。
本実施形態に係る機械部品は、このままでも高強度である。
一方、降伏強度・降伏比、又は、延性という、機械部品として必要な他の材質特性を向上させるために、部品形状に冷間鍛造した後、機械部品を、２００℃～６００℃に１０分～１時間保持し、その後、冷却してもよい。なお、この熱処理は、調質のための熱処理には該当しない。
一方、降伏強度・降伏比、又は、延性という、機械部品として必要な他の材質特性を向上させるために、部品形状に冷間鍛造した後、機械部品を、２００℃～６００℃に１０分～１時間保持し、その後、冷却してもよい。なお、この熱処理は、調質のための熱処理には該当しない。
次に、本開示の実施例について説明する。実施例での条件は、本開示の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本開示は、この一条件例に限定されるものではない。本開示は、本開示の要旨を逸脱せず、本開示の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
＜線材及び鋼線の製造＞
線材及び鋼線の製造に用いた鋼の化学成分を表１に示す。表１～表５中の下線は、本開示の範囲外であることを示す。
線材及び鋼線の製造に用いた鋼の化学成分を表１に示す。表１～表５中の下線は、本開示の範囲外であることを示す。
これらの鋼種（化学成分）からなる鋼片を加熱し、表２に記載の線径に熱間圧延した。
熱間圧延後、表２に記載の巻取温度でリング状に巻取り、圧延ライン後方に設置した溶融塩槽に浸漬して、表２に記載の方法にて２段階冷却と恒温保持（恒温変態処理）を行い、室温まで冷却し、線材を得た。試験番号２０と２１の線材は、表２に記載の巻取り温度でリング状に巻き取り、衝風冷却した。その後、室温まで冷却した線材を、９５０℃に再加熱し、４８０℃の鉛槽に６０秒間浸漬して恒温変態処理を行い、その後、室温まで冷却し、線材を得た。
熱間圧延後、表２に記載の巻取温度でリング状に巻取り、圧延ライン後方に設置した溶融塩槽に浸漬して、表２に記載の方法にて２段階冷却と恒温保持（恒温変態処理）を行い、室温まで冷却し、線材を得た。試験番号２０と２１の線材は、表２に記載の巻取り温度でリング状に巻き取り、衝風冷却した。その後、室温まで冷却した線材を、９５０℃に再加熱し、４８０℃の鉛槽に６０秒間浸漬して恒温変態処理を行い、その後、室温まで冷却し、線材を得た。
表２に、熱間圧延後の巻取り温度、第１溶融塩槽の温度及び保持時間、巻取温度から６００℃までの１次冷却速度、６００℃から５００℃までの２次冷却速度、第２溶融塩槽での恒温保持温度と恒温保持時間、並びに線材の直径を示す。
恒温変態処理を行った線材に、表４に示す減面率で伸線加工を施して鋼線を得た。
上記のようにして製造した線材及び鋼線について、Ｃ断面における金属組織及びベイナイトブロックの平均粒径をそれぞれ前述した方法によって測定し、さらにベイナイトブロックの平均粒径比を求めた。
表３に線材の金属組織、ベイナイトブロックの平均粒径、及びベイナイトブロックの平均粒径比ＰＳ１／ＰＣ１を示し、表４に鋼線の金属組織、ベイナイトブロックの平均粒径、及びベイナイトブロックの平均粒径比ＰＳ２／ＰＣ２を示す。
表３に線材の金属組織、ベイナイトブロックの平均粒径、及びベイナイトブロックの平均粒径比ＰＳ１／ＰＣ１を示し、表４に鋼線の金属組織、ベイナイトブロックの平均粒径、及びベイナイトブロックの平均粒径比ＰＳ２／ＰＣ２を示す。
＜線材及び鋼線の評価＞
表３に線材の引張強さと伸線加工性を示し、表４に鋼線の引張強さ、変形抵抗、限界圧縮率を示す。
線材の伸線加工性は、線材から鋼線への伸線加工時に断線が１回でも起こった場合に、伸線加工性が「不良」と判断した。
引張強さと限界圧縮率は前述した方法によって測定した。
鋼線の変形抵抗は、以下の方法で測定した。
伸線加工後の鋼線を機械加工して、直径５．０ｍｍ、高さ７．５ｍｍの円柱状試験片を作製し、日本塑性加工学会冷間鍛造分科会基準（塑性と加工，ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２１１，１９８１，ｐ１３９）に記載された同心円状に溝がついた金型を用いて両端面を拘束し、室温にて、ひずみ速度１０／ｓで圧縮率５７．３％の据え込み加工を行った。２個の試験片を用いた据え込み加工から得られた最大応力の平均値を変形抵抗とした。なお、圧縮率は、加工前の試験片高さＨ０、加工後の試験片高さＨから、下記式で求めた。
圧縮率（％）＝（Ｈ０－Ｈ）／Ｈ０×１００
表３に線材の引張強さと伸線加工性を示し、表４に鋼線の引張強さ、変形抵抗、限界圧縮率を示す。
線材の伸線加工性は、線材から鋼線への伸線加工時に断線が１回でも起こった場合に、伸線加工性が「不良」と判断した。
引張強さと限界圧縮率は前述した方法によって測定した。
鋼線の変形抵抗は、以下の方法で測定した。
伸線加工後の鋼線を機械加工して、直径５．０ｍｍ、高さ７．５ｍｍの円柱状試験片を作製し、日本塑性加工学会冷間鍛造分科会基準（塑性と加工，ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２１１，１９８１，ｐ１３９）に記載された同心円状に溝がついた金型を用いて両端面を拘束し、室温にて、ひずみ速度１０／ｓで圧縮率５７．３％の据え込み加工を行った。２個の試験片を用いた据え込み加工から得られた最大応力の平均値を変形抵抗とした。なお、圧縮率は、加工前の試験片高さＨ０、加工後の試験片高さＨから、下記式で求めた。
圧縮率（％）＝（Ｈ０－Ｈ）／Ｈ０×１００
鋼線の冷間加工性は、限界圧縮率により評価した。
引張強さＴＳ（単位：ＭＰａ）に対し、限界圧縮率が－０．０３６×ＴＳ＋１２２．０％以上である場合は「合格」、－０．０３６×ＴＳ＋１２２．０％未満である場合は「不合格」と判定した。
なお、線材を伸線加工して、目的の組織を持つ鋼線が出来なかった場合の線材については、比較例である。
引張強さＴＳ（単位：ＭＰａ）に対し、限界圧縮率が－０．０３６×ＴＳ＋１２２．０％以上である場合は「合格」、－０．０３６×ＴＳ＋１２２．０％未満である場合は「不合格」と判定した。
なお、線材を伸線加工して、目的の組織を持つ鋼線が出来なかった場合の線材については、比較例である。
＜機械部品の製造＞
引き続き、鋼線を冷間鍛造、すなわち冷間加工してボルト形状の機械部品を得て、その後、非調質ボルトのブルーイング処理に相当する３５０℃にて３０分間保持する熱処理を施した。
鋼線の冷間鍛造後に施した熱処理の熱処理温度と保持時間、機械部品の金属組織の面積率、軸におけるベイナイトブロックの平均粒径、軸の表層部におけるベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３、軸の深さ０．２５Ｄ３の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ３、ベイナイトブロックの平均粒径比ＰＳ３／ＰＣ３を示す。さらに、表５に軸の引張強さを示す。
引き続き、鋼線を冷間鍛造、すなわち冷間加工してボルト形状の機械部品を得て、その後、非調質ボルトのブルーイング処理に相当する３５０℃にて３０分間保持する熱処理を施した。
鋼線の冷間鍛造後に施した熱処理の熱処理温度と保持時間、機械部品の金属組織の面積率、軸におけるベイナイトブロックの平均粒径、軸の表層部におけるベイナイトブロックの平均粒径ＰＳ３、軸の深さ０．２５Ｄ３の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径ＰＣ３、ベイナイトブロックの平均粒径比ＰＳ３／ＰＣ３を示す。さらに、表５に軸の引張強さを示す。
本開示で規定する要件を満たす試験番号１～１１、１９、２１、２２の鋼線は、引張強さが１１００～１６００ＭＰａであり、かつ冷間加工性も合格となった。
一方、Ｃ量が本開示の下限未満であり、ベイナイトの面積率が本開示の下限未満である試験番号１２、１３の鋼線は、冷間加工性が不合格である。
Ｃ量が本開示の上限を超える試験番号１４の鋼線は、冷間加工性が不合格である。
Ｓｉ量が本開示の上限を超え、ベイナイトの面積率が本開示の下限未満である試験番号１５の鋼線は、伸線加工の際に断線が発生し、冷間加工性も不合格である。
Ｍｎ量が本開示の上限を超え、ベイナイトの面積率が本開示の下限未満である試験番号１６の鋼線は、伸線加工の際に断線が発生した。
ベイナイトの面積率が本開示の下限未満である試験番号１７、１８の鋼線は、冷間加工性が不合格である。
試験番号２０の鋼線は、素材とした線材の伸線加工性は良好であったが、伸線加工時の減面率が過大であり、冷間加工性が不合格である。
一方、Ｃ量が本開示の下限未満であり、ベイナイトの面積率が本開示の下限未満である試験番号１２、１３の鋼線は、冷間加工性が不合格である。
Ｃ量が本開示の上限を超える試験番号１４の鋼線は、冷間加工性が不合格である。
Ｓｉ量が本開示の上限を超え、ベイナイトの面積率が本開示の下限未満である試験番号１５の鋼線は、伸線加工の際に断線が発生し、冷間加工性も不合格である。
Ｍｎ量が本開示の上限を超え、ベイナイトの面積率が本開示の下限未満である試験番号１６の鋼線は、伸線加工の際に断線が発生した。
ベイナイトの面積率が本開示の下限未満である試験番号１７、１８の鋼線は、冷間加工性が不合格である。
試験番号２０の鋼線は、素材とした線材の伸線加工性は良好であったが、伸線加工時の減面率が過大であり、冷間加工性が不合格である。
本開示によれば、引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａであり、冷間鍛造性に優れ、安価に製造することができる鋼線、並びにそれを用いて軟質化焼鈍や焼入れ焼戻し処理などの熱処理を省略して製造することができ、軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである非調質機械部品及びその素材として使用することができる非調質機械部品用線材を提供することができる。
この高強度機械部品は、自動車、各種産業機械、及び、建設用部材の軽量化や小型化にも寄与することが出来る。
この高強度機械部品は、自動車、各種産業機械、及び、建設用部材の軽量化や小型化にも寄与することが出来る。
１０ 鋼線
１２ 鋼線の表面から中心に向けて０．１Ｄ２の位置
１４ 鋼線の表面から中心に向けて０．２５Ｄ２の位置
１６ 鋼線の中心
Ｄ２ 鋼線の直径
１２ 鋼線の表面から中心に向けて０．１Ｄ２の位置
１４ 鋼線の表面から中心に向けて０．２５Ｄ２の位置
１６ 鋼線の中心
Ｄ２ 鋼線の直径
Claims (14)
- 化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
鋼線の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上であり、
引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａであり、
前記引張強さをＴＳ（単位：ＭＰａ）とするとき、前記鋼線を長手方向に圧縮した場合に表面に割れが発生するまでの限界圧縮率が－０．０３６×ＴＳ＋１２２．０％以上である鋼線。 - 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有する請求項１に記載の鋼線。 - 前記鋼線の長手方向に垂直な断面において、前記鋼線の直径をＤ２とし、前記鋼線の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ２の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ２とし、深さ０．２５Ｄ２の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ２とするとき、前記ＰＳ２と前記ＰＣ２とが下記式（ｂ）を満たす請求項１又は請求項２に記載の鋼線。
ＰＳ２／ＰＣ２≦０．９５ ・・・（ｂ） - 前記金属組織の残部として、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含む請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の鋼線。
- 非調質機械部品用である請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の鋼線。
- 化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
線材の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上である非調質機械部品用線材。 - 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有する請求項６に記載の非調質機械部品用線材。 - 前記線材の長手方向に垂直な断面において、前記線材の直径をＤ１とし、前記線材の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ１の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ１とし、深さ０．２５Ｄ１の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ１とするとき、前記ＰＳ１と前記ＰＣ１とが下記式（ｃ）を満たす請求項６又は請求項７に記載の非調質機械部品用線材。
ＰＳ１／ＰＣ１≦０．９５ ・・・（ｃ） - 前記金属組織の残部として、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含む請求項６～請求項８のいずれか１項に記載の非調質機械部品用線材。
- 円柱状の軸を含み、
化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．６５％超～０．８０％、
Ｓｉ：０．０２％～１．００％、
Ｍｎ：０．５０％～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００５％～０．０６０％、
Ｔｉ：０．００５％～０．０５０％、
Ｂ：０．０００３％～０．００４０％、
Ｎ：０．００１０％～０．０１５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記軸の長手方向に垂直な断面の金属組織におけるベイナイトの面積率が、９５％以上であり、
前記軸の引張強さが１１００ＭＰａ～１６００ＭＰａである非調質機械部品。 - 前記軸の長手方向に垂直な断面において、前記軸の直径をＤ３とし、前記軸の表面から中心に向かって深さ０．１Ｄ３の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＳ３とし、深さ０．２５Ｄ３の位置におけるベイナイトブロックの平均粒径をＰＣ３とするとき、前記ＰＳ３と前記ＰＣ３とが下記式（ｅ）を満たす請求項１０に記載の非調質機械部品。
ＰＳ３／ＰＣ３≦０．９５ ・・・（ｅ） - 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｖ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．７０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下、及び
Ｚｒ：０．０５０％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種以上を含有する請求項１０又は請求項１１に記載の非調質機械部品。 - 前記金属組織の残部として、フェライト及びパーライトの少なくとも一方を含む請求項１０～請求項１２のいずれか１項に記載の非調質機械部品。
- ボルトである請求項１０～請求項１３のいずれか１項に記載の非調質機械部品。
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