JP2022158884A - 機械構造部品用鋼線およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間加工性に優れるとともに、焼入れ性に優れた機械構造部品用鋼線と、該機械構造部品用鋼線の製造方法を提供する。
【解決手段】Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｃｒ、およびＮをそれぞれ所定量含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、金属組織におけるセメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量（質量％）を｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝とし、鋼中のＣｒとＭｎの合計含有量（質量％）を［Ｃｒ＋Ｍｎ］とし、かつ鋼中のＣ量（質量％）を［Ｃ］で表したときに、濃度比｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝／［Ｃｒ＋Ｍｎ］が（０．５［Ｃ］＋０．０４０）以上であり、更に全セメンタイトの平均円相当直径が、（１．６６８－２．１３［Ｃ］）μｍ以上、（１．８６３－２．１３［Ｃ］）μｍ以下である、機械構造部品用鋼線。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械構造部品用鋼線およびその製造方法に関する。

自動車用部品、建設機械用部品等の各種機械構造部品を製造するにあたっては、通常、熱間圧延線材を含む条鋼に冷間加工性を付与する目的で球状化焼鈍が施される。そして、球状化焼鈍して得られた鋼線に、冷間加工を施し、その後切削加工などの機械加工を施すことによって、所定の部品形状に成形される。さらに、焼入れ焼戻しを行い最終的な強度調整が行われて、機械構造部品が製造される。

近年、冷間加工工程において、鋼材の割れの防止や金型寿命を向上させるため、従来よりも更に軟質化された鋼線が望まれている。

軟質化された鋼線を得る方法として、例えば特許文献１には、冷間鍛造性に優れた中炭素綱の製造方法として、球状化焼鈍処理において２回以上のオーステナイト化温度域への加熱を行うことが示されている。特許文献１の製造方法によれば、球状化焼鈍後の硬さが８３ＨＲＢ以下でかつ組織中の球状炭化物比率が７０％以上である冷間鍛造用鋼が得られると示されている。

特許文献２には、球状化焼鈍後の変形抵抗が低く冷間鍛造性に優れた特性を有する鋼材、およびその製造方法が開示されている。該製造方法として、所定の成分組成を満足する鋼を、熱間加工処理した後、室温まで冷却し、その後、Ａ１点～Ａ１点＋５０℃の温度域に昇温して、昇温後に前記Ａ１点～Ａ１点＋５０℃の温度域で０～１ｈｒ保持してから、前記Ａ１点～Ａ１点＋５０℃の温度域からＡ１点－１００℃～Ａ１点－３０℃までの温度域を１０～２００℃／ｈｒの平均冷却速度で冷却する焼鈍処理を２回以上行った後、Ａ１点～Ａ１点＋３０℃の温度域に昇温して前記Ａ１点～Ａ１点＋３０℃の温度域で保持してから冷却するにあたり、昇温の際にＡ１点に達してからＡ１点～Ａ１点＋３０℃の温度域に保持した後に冷却する際、Ａ１点に達するまでの前記Ａ１点～Ａ１点＋３０℃の温度域滞在時間を１０分 ～２時間とし、前記Ａ１点～Ａ１点＋３０℃の温度域からのＡ１点－１００℃～Ａ１点－２０℃までの冷却温度域を１０～１００℃／ｈｒの平均冷却速度で冷却した後、当該冷却温度域で１０分～５時間保持してから更に冷却することが示されている。

特許文献３には、冷間加工時における変形抵抗の低減と共に、耐割れ性の向上を図り、優れた冷間加工性を発揮できる機械構造部品用鋼線として、所定の成分組成を有し、鋼の金属組織が、フェライトおよびセメンタイトより構成され、フェライト結晶粒界に存在するセメンタイトの数割合が、全セメンタイト数に対して４０％以上である機械構造部品用鋼線が開示されている。特許文献３では、球状化焼鈍に供する圧延線材の製造条件を、８００℃以上、１０５０℃以下で仕上げ圧延し、平均冷却速度が７℃／秒以上の第１冷却と、平均冷却速度が１℃／秒以上、５℃／秒以下の第２冷却と、平均冷却速度が前記第２冷却よりも速くかつ５℃／秒以上である第３冷却とを、この順で行い、前記第１冷却の終了と前記第２冷却の開始を７００～７５０℃の範囲内で行い、前記第２冷却の終了と前記第３冷却の開始を６００～６５０℃の範囲内で行い、前記第３冷却の終了を４００℃以下にすることが好ましいと示されている。

特開２０１１－２５６４５６号公報 特開２０１２－１４０６７４号公報 特開２０１６－１９４１００号公報

しかしながら、特許文献１～３に開示されている従来の技術では、球状化焼鈍後の硬さを十分に低減できず、球状化焼鈍後に行われる冷間加工での加工性に劣るか、冷間加工後に行う焼入れ処理で硬さを十分に高めることができない、すなわち焼入れ性に劣る場合があった。つまり、従来、冷間加工性と焼入れ性の双方を高めることに着目した技術はなかった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、硬さが十分に低く冷間加工性に優れ、かつ焼入れ処理により高い硬さの得られる、すなわち焼入れ性に優れた、機械構造部品用鋼線と、該機械構造部品用鋼線を比較的短時間で製造できる、機械構造部品用鋼線の製造方法とを提供することにある。

本明細書において、「線材」「棒鋼」とはそれぞれ、熱間圧延して得られた線状、棒状の鋼材であって、球状化焼鈍などの熱処理と伸線加工のいずれも施されていない鋼材をいう。また「鋼線」とは、線材または棒鋼に、球状化焼鈍などの熱処理と伸線加工の少なくとも一つが施されたものをいう。本明細書では、上記線材、棒鋼および鋼線を総称して「条鋼」という。

本発明の態様１は、
Ｃ ：０．０５質量％～０．６０質量％、
Ｓｉ：０．００５質量％～０．５０質量％、
Ｍｎ：０．３０質量％～１．２０質量％、
Ｐ ：０質量％超、０．０５０質量％以下、
Ｓ ：０質量％超、０．０５０質量％以下、
Ａｌ：０．００１質量％～０．１０質量％、
Ｃｒ：０質量％超、１．５質量％以下、および
Ｎ ：０質量％超、０．０２質量％以下
を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、
金属組織におけるセメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量（質量％）を｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝とし、鋼中のＣｒとＭｎの合計含有量（質量％）を［Ｃｒ＋Ｍｎ］とし、かつ鋼中のＣ量（質量％）を［Ｃ］で表したときに、濃度比｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝／［Ｃｒ＋Ｍｎ］が（０．５［Ｃ］＋０．０４０）以上であり、更に、
全セメンタイトの平均円相当直径が、鋼中のＣ量（質量％）を［Ｃ］で表したときに、（１．６６８－２．１３［Ｃ］）μｍ以上、（１．８６３－２．１３［Ｃ］）μｍ以下である、機械構造部品用鋼線である。

本発明の態様２は、
更に、
Ｃｕ：０質量％超、０．２５質量％以下、
Ｎｉ：０質量％超、０．２５質量％以下、
Ｍｏ：０質量％超、０．５０質量％以下および
Ｂ ：０質量％超、０．０１質量％以下よりなる群から選択される１種以上を含有する、態様１に記載の機械構造部品用鋼線である。

本発明の態様３は、
更に、
Ｔｉ：０質量％超、０．２質量％以下、
Ｎｂ：０質量％超、０．２質量％以下、および
Ｖ ：０質量％超、０．５質量％以下よりなる群から選択される１種以上を含有する、態様１または２に記載の機械構造部品用鋼線である。

本発明の態様４は、
更に、
Ｍｇ：０質量％超、０．０２質量％以下、
Ｃａ：０質量％超、０．０５質量％以下、
Ｌｉ：０質量％超、０．０２質量％以下、および
ＲＥＭ：０質量％超、０．０５質量％以下よりなる群から選択される１種以上を含有する、態様１～３のいずれか１つに記載の機械構造部品用鋼線である。

本発明の態様５は、フェライト結晶粒径の平均値が３０μｍ以下である、態様１～４のいずれか１つに記載の機械構造部品用鋼線である。

本発明の態様６は、
態様１～４のいずれか１つに記載の化学成分組成を満たす条鋼に、
下記（１）～（３）の工程を含む球状化焼鈍を施す工程を含む、態様１～５のいずれか１つに記載の機械構造部品用鋼線の製造方法である。
（１）（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ１に加熱した後に、該温度Ｔ１で１時間超、６時間以下加熱保持し、
（２）６５０℃超、（Ａ１－１７℃）以下の温度Ｔ２まで冷却し、次いで、７５℃／時間～１６０℃／時間の平均昇温速度で（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ３まで加熱する、冷却－加熱工程を合計２～６回実施し、
（３）冷却－加熱工程の最終回の温度Ｔ３から冷却する。
ここで、Ａ１は、下記式（１）で算出される。
Ａ１（℃）＝７２３＋２９．１×［Ｓｉ］－１０．７×［Ｍｎ］＋１６．９×［Ｃｒ］－１６．９×［Ｎｉ］・・・（１）
ただし、［元素］は、各元素の含有量（質量％）を表し、含まれない元素の含有量はゼロとする。

本発明の態様７は、
前記条鋼が、線材に、５％超の減面率で伸線加工を施して得られた鋼線である、態様６に記載の機械構造部品用鋼線の製造方法である。

本発明によれば、冷間加工性に優れるとともに焼入れ性に優れた機械構造部品用鋼線と、該機械構造部品用鋼線の製造方法を提供できる。

本実施形態に係る機械構造部品用鋼線の製造方法における、球状化焼鈍の条件を説明するダイアグラムである。 比較例の熱処理工程を説明するダイアグラムである。 従来技術における熱処理工程を説明するダイアグラムである。 別の従来技術における熱処理工程を説明するダイアグラムである。 別の従来技術における熱処理工程を説明するダイアグラムである。

本発明者らは、冷間加工性に優れるとともに焼入れ性に優れた機械構造部品用鋼線を実現すべく鋭意研究を行い、その結果、セメンタイト中のＭｎとＣｒの合計含有量を、鋼中のＭｎとＣｒの合計含有量に対して一定以上の割合とし、かつ全セメンタイトの平均サイズを、鋼中のＣ量に応じて一定範囲内にすればよいことを見出した。更に、上記金属組織を実現するには、化学成分組成を一定範囲内とした金属組織とするとともに、機械構造部品用鋼線の製造方法において、特に規定の条件で球状化焼鈍を行うことが有効であることを見出した。以下、まず本実施形態に係る機械構造部品用鋼線について、該機械構造部品用鋼線の金属組織から説明する。

１．金属組織
従来、鋼材に球状化焼鈍を施して、フェライトとセメンタイトで構成される金属組織とすることで、冷間加工性を確保することが行われているが、より優れた冷間加工性と、更に焼入れ性とを兼備するには、上記金属組織とするだけでは達成できない。こうしたことから本発明者らは、優れた冷間加工性と優れた焼入れ性を兼備した機械構造部品用鋼線を実現すべく、様々な角度から鋭意検討した。まず本発明者らは、セメンタイト中のＭｎ量とＣｒ量に着目した。例えば後述する製造条件で球状化焼鈍を行って、全セメンタイトの平均サイズを一定以上とし、かつセメンタイト中のＭｎ量とＣｒ量を高くすれば、フェライト中のＭｎ量とＣｒ量を相対的に少なくすることができ、固溶強化による硬化を抑制して、低硬度を実現でき冷間加工性を向上できることを見出した。加えて、全セメンタイトの平均サイズを、一定以下に抑えることによって、焼入れ処理工程の高温保持でのセメンタイトの未溶解を抑制でき、焼入れ性を向上できることを見出した。これまで、セメンタイト中のＭｎ量とＣｒ量、および全セメンタイトの平均サイズの双方に着目したものはない。

［セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量（質量％）を｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝とし、鋼中のＣｒとＭｎの合計含有量（質量％）を［Ｃｒ＋Ｍｎ］とし、鋼中のＣ量（質量％）を［Ｃ］で表したときに、濃度比｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝／［Ｃｒ＋Ｍｎ］が（０．５［Ｃ］＋０．０４０）以上］
ＣｒとＭｎは、セメンタイト中に固溶しやすい代表的な元素である。しかしながら、一部はフェライト中に固溶し、その固溶量が多いほど、フェライト母相が強化され、硬さが増大する。したがって、鋼中のＣｒとＭｎの合計含有量［Ｃｒ＋Ｍｎ］に占める、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝の割合、すなわち、濃度比｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝／［Ｃｒ＋Ｍｎ］が大きいほど、セメンタイト以外の相を占めるフェライト中の、ＣｒとＭｎの合計含有量を少なくすることができ、その結果、ＣｒとＭｎによるフェライトの固溶強化量が減少し、それに伴い、硬さが低減されて冷間加工性が向上する。濃度比｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝／［Ｃｒ＋Ｍｎ］の下限は、鋼中Ｃ量が影響することから、鋼中のＣ量（質量％）を［Ｃ］として、（０．５［Ｃ］＋０．０４０）以上とした。濃度比｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝／［Ｃｒ＋Ｍｎ］は、好ましくは（０．５［Ｃ］＋０．０４２）以上である。一方、可能な製造条件等を考慮すると、濃度比｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝／［Ｃｒ＋Ｍｎ］の上限は、おおよそ０．５[Ｃ]＋０．５００となる。

上記セメンタイトについて、形態は特に限定されず、球状のセメンタイトの他、アスペクト比の大きい棒状のセメンタイトが含まれる。上記アスペクト比は、セメンタイト粒子の最長長さである長径と、長径に垂直な方向における最長長さである短径との比（長径／短径）である。尚、測定対象となるセメンタイトの大きさの基準は限定されないが、後述する実施例に示す通り、ＣｒとＭｎの合計含有量を測定できる、セメンタイトのサイズが最小サイズとなる。具体的には、後述する実施例に示す方法で電解抽出残渣測定したときに、孔径０．１０μｍのフィルター上に残ったセメンタイトが測定対象となる。また、鋼中のＣｒとＭｎの合計含有量とは、後述の実施例に示す通り、鋼中の平均のＣｒ含有量と平均のＭｎ含有量の合計であり、例えば金属組織がフェライトとセメンタイトで形成される場合、フェライトとセメンタイト中の質量％でのＣｒとＭｎの合計含有量をいう。

［全セメンタイトの平均円相当直径が、鋼中のＣ量（質量％）を［Ｃ］で表したときに、（１．６６８－２．１３［Ｃ］）μｍ以上、（１．８６３－２．１３［Ｃ］）μｍ以下］
鋼中のセメンタイト量が一定の場合、セメンタイトのサイズが大きくなるほど、セメンタイトの数密度は減少して、セメンタイト間の距離が長くなる。鋼中のセメンタイト間の距離が長いほど析出強化し難くなり、その結果、硬さを低減できる。また、セメンタイトのサイズを一定以上とすることで、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量を高めることによる硬さ低減効果を、容易に発揮させることができる。これらの観点から、本発明では、全セメンタイトの平均円相当直径を、鋼中のＣ量（質量％）を［Ｃ］で表したときに、（１．６６８－２．１３［Ｃ］）μｍ以上とした。全セメンタイトの平均円相当直径は、好ましくは（１．６６９－２．１３［Ｃ］）μｍ以上である。一方、セメンタイトが粗大化しすぎると、冷間加工後の焼入れ処理工程で高温保持時に、セメンタイトが十分溶解せず、焼入れで十分高い硬さを得ることができない。よって本発明では、全セメンタイトの平均円相当直径を（１．８６３－２．１３［Ｃ］）μｍ以下とした。好ましくは、（１．８５８－２．１３［Ｃ］）μｍ以下である。

特許文献３には、フェライト結晶粒界に存在するセメンタイトは、フェライト結晶粒内に存在するセメンタイトに比べ、冷間加工時に受けるひずみ量が小さくなるため、変形抵抗を低減させることが示されている。しかし特許文献３では、全セメンタイトの平均サイズを制御しておらず、その結果、焼入れ処理工程の高温保持中にセメンタイトを十分溶解できず、焼入れ性に劣る。本発明は、優れた冷間加工性と優れた焼入れ性を兼備した機械構造部品用鋼線を実現すべく、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量の割合と全セメンタイトの平均サイズの双方に着目した技術である。

本実施形態に係る機械構造部品用鋼線の金属組織は、球状化したセメンタイトを有する球状化組織であり、後述する化学成分組成を満たす条鋼に、例えば、後述する球状化焼鈍を施すことによって得ることができる。

本発明の機械構造部品用鋼線の金属組織は、実質フェライトおよびセメンタイトより構成される。上記「実質」とは、本発明の機械構造部品用鋼線の金属組織に占めるフェライトが面積率で９０％以上であり、アスペクト比が３以上の棒状セメンタイトが面積率で５％以下と、冷間加工性に及ぼす悪影響が小さければ、ＡｌＮ等の窒化物と、窒化物以外の介在物を面積率で３％未満とを許容することを意味する。前記フェライトの面積率は、更には９５％以上であってもよい。

本明細書において、「フェライト」とは、結晶構造がｂｃｃ構造である部分を指し、フェライトとセメンタイトの層状組織であるパーライト中のフェライトも含む。
また、「フェライト結晶粒径」の測定対象である「フェライト結晶粒」とは、球状化が不十分で球状化焼鈍中に生成される棒状セメンタイトを含む結晶粒も評価対象であるが、球状化焼鈍前から残存し得る棒状セメンタイトを含む結晶粒(パーライト結晶粒)は対象外である。具体的には、ナイタール（硝酸２体積％、エタノール９８体積％）を用いてエッチング後に、光学顕微鏡を用いて１０００倍で観察したときに確認できる、「セメンタイトが粒内に存在しない結晶粒」と「セメンタイトが粒内に存在し、セメンタイトの形状が観察できる（すなわち、セメンタイトとフェライトの境界が明瞭に観察できる）結晶粒」をいう。上記光学顕微鏡を用いて１０００倍ではセメンタイトの形状を観察できない（すなわち、セメンタイトとフェライトの境界が明瞭に観察できない）結晶粒は、本実施形態では判断対象外であり、「フェライト結晶粒」には含めない。

［フェライト結晶粒径の平均値：３０μｍ以下］
本実施形態に係る機械構造部品用鋼線は、前記金属組織におけるフェライト結晶粒径の平均値が３０μｍ以下であることが好ましい。フェライト結晶粒径の平均値が３０μｍ以下であれば、機械構造部品用鋼線の延性を向上でき、冷間加工時の割れ発生を更に抑制することができる。フェライト結晶粒径の平均値は、より好ましくは２５μｍ以下であり、更に好ましくは２０μｍ以下である。フェライト結晶粒径の平均値は、小さければ小さいほど好ましいが、可能な製造条件等を考慮すれば、下限はおおよそ２μｍとなりうる。

（特性）
下記の化学成分組成を満たし、かつ上述した金属組織を有する本実施形態に係る機械構造部品用鋼線は、冷間加工を良好に実施できる低硬度と、焼入れ処理後の高硬度とを両立できる。本実施形態では、鋼中のＣ量（質量％）、Ｃｒ量（質量％）、Ｍｏ量（質量％）を各々［Ｃ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］で表したときに（含まれない元素はゼロ質量％とする）、硬さ、後述する実施例では球状化焼鈍後の硬さが、下記式（２）を満たすと共に、焼入れ処理後の硬さが下記式（３）を満たす場合に、硬さが十分低く冷間加工性に優れると共に、焼入れ処理後の高硬度を達成、すなわち焼入れ性に優れると判定した。
（球状化焼鈍後の）硬さ（ＨＶ）＜９１（［Ｃ］＋［Ｃｒ］／９＋［Ｍｏ］／２）＋９１ ・・・（２）
焼入れ処理後の硬さ（ＨＶ）＞３８０ｌｎ（［Ｃ］）＋１０１０ ・・・（３）

２．化学成分組成
本実施形態に係る機械構造部品用鋼線の化学成分組成について説明する。

［Ｃ：０．０５質量％～０．６０質量％］
Ｃは、鋼材の強度を支配する元素であり、含有量を増加させるほど焼入れ焼き戻し後の強度が高くなる。上記の効果を有効に発揮させるため、Ｃ量の下限は、０．０５質量％とした。Ｃ量は、好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．１５質量％以上、更に好ましくは０．２０質量％以上である。しかし、Ｃ量が過剰であると、球状化焼鈍後の組織において球状セメンタイトの数が過剰となり、硬さが増加するため冷間加工性が低下する。そこで、Ｃ量の上限は、０．６０質量％と定めた。Ｃ量は、好ましくは０．５５質量％以下であり、より好ましくは０．５０質量％以下である。

［Ｓｉ：０．００５質量％～０．５０質量％］
Ｓｉは、溶製時に脱酸材として用いられる他、強度の向上に寄与する。該効果を有効に発揮させるため、Ｓｉ量の下限は０．００５質量％とした。Ｓｉ量は、好ましくは０．０１０質量％以上であり、より好ましくは０．０５０質量％以上である。しかし、Ｓｉは、フェライトの固溶強化に寄与し、球状化焼鈍後の強度をかなり高める作用を有する。Ｓｉ含有量が過剰であると、上記作用により冷間加工性が劣化するため、Ｓｉ量の上限は０．５０質量％とした。Ｓｉ量は、好ましくは０．４０質量％以下であり、より好ましくは０．３５質量％以下である。

［Ｍｎ：０．３０質量％～１．２０質量％］
Ｍｎは、脱酸材として有効に作用すると共に、焼入れ性の向上に寄与する元素である。該効果を十分に発揮させるため、Ｍｎ量の下限は、０．３０質量％とした。Ｍｎ量は、好ましくは０．３５質量％以上であり、より好ましくは０．４０質量％以上である。しかし、Ｍｎ量が過剰であると、偏析が起こり易くなり、靱性が低下する。そのため、Ｍｎ量の上限は、１．２０質量％とした。Ｍｎ量は、好ましくは１．１０質量％以下であり、より好ましくは１．００質量％以下である。

［Ｐ：０質量％超、０．０５０質量％以下］
Ｐ（リン）は、不可避不純物であり、鋼中で粒界偏析を起こして鍛造性および靱性に悪影響を及ぼす有害元素である。よって、Ｐ量は、０．０５０質量％以下とした。Ｐ量は、好ましくは０．０３０質量％以下であり、より好ましくは０．０２０質量％以下である。Ｐ量は、少なければ少ないほど好ましいが、通常０．００１質量％以上含まれる。

［Ｓ：０質量％超、０．０５０質量％以下］
Ｓ（硫黄）は、不可避不純物であり、鋼中でＭｎＳを形成し、延性を劣化させるので、冷間加工性には有害な元素である。そこで、Ｓ量は、０．０５０質量％以下とした。Ｓ量は、好ましくは０．０３０質量％以下であり、より好ましくは０．０２０質量％以下である。Ｓ量は、少なければ少ないほど好ましいが、通常０．００１質量％以上含まれる。

［Ａｌ：０．００１質量％～０．１０質量％］
Ａｌは脱酸材として含まれる元素であり、脱酸に伴って不純物を低減する効果がある。この効果を発揮させるため、Ａｌ量の下限は、０．００１質量％とした。Ａｌ量は、好ましくは０．００５質量％以上であり、より好ましくは０．０１０質量％以上である。しかし、Ａｌ量が過剰であると、非金属介在物が増加し、靱性が低下する。そのため、Ａｌ量の上限は、０．１０質量％と定めた。Ａｌ量は、好ましくは０．０８質量％以下であり、より好ましくは０．０５質量％以下である。

［Ｃｒ：０質量％超、１．５質量％以下］
Ｃｒは、鋼の焼入れ性を向上させ強度を高める効果を有するとともに、セメンタイトの球状化を促進する効果を有する元素である。具体的には、Ｃｒは、セメンタイトに固溶して球状化焼鈍の加熱時にセメンタイトの溶解を遅延させる。加熱時にセメンタイトが溶解せずに一部残存することで、冷却時に、アスペクト比の大きい棒状セメンタイトが生成しにくくなり、球状化組織が得やすくなる。そのため、Ｃｒ量は、０質量％超とし、０．０１質量％以上とすることが好ましい。更に０．０５質量％以上としてもよく、より更には０．１０質量％以上としてもよい。セメンタイトの球状化をより促進させる観点からは、更に０．３０質量％超とすることができ、更に０．５０質量％超とすることもできる。Ｃｒ量が過剰であると、炭素を含む元素の拡散が遅延し、セメンタイトの溶解を必要以上に遅延させて、球状化組織が得られにくくなる。その結果、本発明による硬さ低減の効果が低下し得る。そのため、Ｃｒ量は、１．５０質量％以下、好ましくは１．４０質量％以下、より好ましくは１．２５質量％以下である。Ｃｒ量は、元素の拡散をより早める観点からは、更に１．００質量％以下、更に０．８０質量％以下、更に０．３０質量％以下にすることができる。

［Ｎ：０質量％超、０．０２質量％以下］、
Ｎは、鋼に不可避的に含まれる不純物であるが、鋼中に固溶Ｎが多く含まれていると、ひずみ時効による硬度上昇、延性低下を招き、冷間加工性が劣化する。したがって、Ｎ量は、０．０２質量％以下であり、好ましくは０．０１５質量％以下、より好ましくは０．０１０質量％以下である。

［残部］
残部は、鉄および不可避不純物である。不可避不純物としては、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる微量元素（例えば、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎなど）の混入が許容される。なお、例えば、ＰおよびＳのように、通常、含有量が少ないほど好ましく、従って不可避不純物であるが、その組成範囲について上記のように別途規定している元素がある。このため、本明細書において、残部を構成する「不可避不純物」という場合は、別途その組成範囲が規定されている元素を除いた概念である。

本実施形態に係る機械構造部品用鋼線は、化学成分組成において、上記元素を含んでいればよい。下記に述べる選択元素は、含まれていなくてもよいが、上記元素と共に必要に応じて含有させることにより、焼入れ性等の確保をより容易に達成させることができる。以下、選択元素について述べる。

［Ｃｕ：０質量％超、０．２５質量％以下、Ｎｉ：０質量％超、０．２５質量％以下、Ｍｏ：０質量％超、０．５０質量％以下、およびＢ：０質量％超、０．０１質量％以下よりなる群から選択される１種以上］
Ｃｕ、Ｎｉ、ＭｏおよびＢは、いずれも鋼材の焼入れ性を向上させることによって最終製品の強度を増加させるのに有効な元素であり、必要によって単独または２種以上が含有される。これらの元素による効果はその含有量が増加するにつれて大きくなる。上記効果を有効に発揮させるための好ましい下限は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏの各々では０質量％超、より好ましくは０．０２質量％以上、更に好ましくは０．０５質量％以上であり、Ｂでは０質量％超、より好ましくは０．０００３質量％以上、更に好ましくは０．０００５質量％以上である。

一方、これらの元素の含有量が過剰になると、強度が高くなり過ぎ、冷間加工性が劣化し得るので、上記のように夫々の好ましい上限を定めた。より好ましくは、Ｃｕ，Ｎｉの各々の含有量は、０．２２質量％以下、更に好ましくは０．２０質量％以下であり、Ｍｏの含有量は、より好ましくは０．４０質量％以下、更に好ましくは０．３５質量％以下であり、Ｂ含有量は、より好ましくは０．００７質量％以下、更に好ましくは０．００５質量％以下である。

［Ｔｉ：０質量％超、０．２質量％以下、Ｎｂ：０質量％超、０．２質量％以下、およびＶ：０質量％超、０．５質量％以下よりなる群から選択される１種以上］
Ｔｉ，ＮｂおよびＶは、Ｎと化合物を形成し、固溶Ｎを低減することで、変形抵抗低減の効果を発揮するため、必要によって単独でまたは２種以上を含有させることができる。これらの元素による効果はその含有量が増加するにつれて大きくなる。いずれの元素についても上記効果を有効に発揮させるための好ましい下限は０質量％超、より好ましくは０．０３質量％以上、更に好ましくは０．０５質量％以上である。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、形成される化合物が変形抵抗の上昇を招き、却って冷間加工性が低下し得るので、ＴｉおよびＮｂの各々の含有量は０．２質量％以下、Ｖの含有量は０．５質量％以下とすることが好ましい。ＴｉおよびＮｂの各々の含有量は、より好ましくは０．１８質量％以下、更に好ましくは０．１５質量％以下であり、Ｖ含有量は、より好ましくは０．４５質量％以下、更に好ましくは０．４０質量％以下である。

［Ｍｇ：０質量％超、０．０２質量％以下、Ｃａ：０質量％超、０．０５質量％以下、Ｌｉ：０質量％超、０．０２質量％以下、および希土類元素（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌ：ＲＥＭ）：０質量％超、０．０５質量％以下よりなる群から選択される１種以上］
Ｍｇ、Ｃａ、ＬｉおよびＲＥＭは、ＭｎＳ等の硫化化合物系介在物を球状化させ、鋼の変形能を向上させるのに有効な元素である。こうした作用はその含有量が増加するにつれて増大する。上記効果を有効に発揮させるには、Ｍｇ、Ｃａ、ＬｉおよびＲＥＭの含有量は夫々、好ましくは０質量％超、より好ましくは０．０００１質量％以上、更に好ましくは０．０００５質量％以上である。しかし過剰に含有させてもその効果は飽和し、含有量に見合う効果が期待できないので、ＭｇおよびＬｉの含有量は夫々、好ましくは０．０２質量％以下、より好ましくは０．０１８質量％以下、更に好ましくは０．０１５質量％以下であり、ＣａとＲＥＭの含有量は夫々、好ましくは０．０５質量％以下、より好ましくは０．０４５質量％以下、更に好ましくは０．０４０質量％以下である。なお、Ｍｇ、Ｃａ、ＬｉおよびＲＥＭは、夫々、単独で含有させてもよいし、２種以上を含有させてもよく、また２種以上を含有させる場合の含有量は夫々上記範囲で任意の含有量でよい。前記ＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｕまでの１５元素）、Ｓｃ（スカンジウム）およびＹ（イットリウム）を含む意味である。

本実施形態に係る機械構造部品用鋼線の形状等は特に限定されない。例えば直径が５．５ｍｍ～６０ｍｍのものが挙げられる。

３．製造方法
本発明形態に係る機械構造部品用鋼線の金属組織を得るには、該機械構造部品用鋼線を製造するにあたり、球状化焼鈍条件を以下に説明の通り適切に制御することが好ましい。球状化焼鈍に供する線材又は棒鋼を製造するための、熱間圧延工程に関しては特に限定されず、定法に従えば良い。後述の通り、球状化焼鈍前に伸線加工を付与してもよい。球状化焼鈍に供する条鋼である線材、鋼線、棒鋼の直径は特に限定されず、線材と鋼線の場合は、例えば５．５ｍｍ～５５ｍｍ、棒鋼の場合は、例えば１８ｍｍ～１０５ｍｍである。

図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る機械構造部品用鋼線の製造方法における球状化焼鈍条件について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る製造方法における球状化焼鈍の条件を説明するダイアグラムの一例を示すものであり、冷却－加熱工程の繰り返し回数等について、この図１に限定されない。

本発明の実施形態に係る機械構造部品用鋼線の製造方法は、下記（１）～（３）の工程を含む球状化焼鈍工程を含む。
（１）（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ１に加熱した後に、該温度Ｔ１で１時間超、６時間以下加熱保持し、
（２）６５０℃超、（Ａ１－１７℃）以下の温度Ｔ２まで冷却し、次いで、７５℃／時間～１６０℃／時間の平均昇温速度で（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ３まで加熱する、冷却－加熱工程を合計２～６回行い、
（３）冷却－加熱工程の最終回の温度Ｔ３から冷却する。
ここで、Ａ１は、下記式（１）で算出される。
Ａ１（℃）＝７２３＋２９．１×［Ｓｉ］－１０．７×［Ｍｎ］＋１６．９×［Ｃｒ］－１６．９×［Ｎｉ］・・・（１）
ただし、［元素］は、各元素の含有量（質量％）を表し、含まれない元素の含有量はゼロとする。

［（１）（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ１に加熱した後に、該温度Ｔ１で１時間超、６時間以下加熱保持（図１の［２］）］
（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ１に加熱することによって、圧延の段階で生成したアスペクト比の大きい棒状セメンタイトの溶解を促進させる。温度Ｔ１が低過ぎると、加熱保持時に棒状セメンタイトが溶解されず、フェライト結晶粒内に残存し、硬さが増加する。十分に軟質化された鋼線を得るには、温度Ｔ１は、（Ａ１＋８℃）以上にする必要がある。温度Ｔ１は、好ましくは（Ａ１＋１５℃）以上であり、より好ましくは（Ａ１＋２０℃）以上である。一方、温度Ｔ１が高過ぎると、結晶粒が粗大になり過ぎて、次工程の冷却過程でフェライト結晶粒界に球状セメンタイトが析出し難くなり、棒状セメンタイトが増加し、硬さが増加する。そのため、温度Ｔ１は（Ａ１＋３１℃）以下とした。温度Ｔ１は、好ましくは（Ａ１＋３０℃）以下であり、より好ましくは（Ａ１＋２９℃）以下である。

また、温度Ｔ１での加熱保持時間（ｔ１）が短過ぎると、棒状セメンタイトがフェライト結晶粒内に残存し、硬さが増加する。十分に軟質化された鋼線を得るには、加熱保持時間（ｔ１）は、１時間超、６時間以下にする必要がある。好ましい加熱保持時間（ｔ１）は、１．５時間以上であり、より好ましくは２．０時間以上である。加熱保持時間（ｔ１）が長過ぎると、熱処理時間が長くなり生産性が低下する。そのため、加熱保持時間（ｔ１）は、６時間以下であり、好ましくは５時間以下であり、より好ましくは４時間以下である。なお、（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ１まで加熱時（図１の［１］）の平均昇温速度は鋼材特性に影響しないので、任意の速度で昇温を行えばよい。例えば、３０℃／時間～１００℃／時間で昇温すればよい。

なお、上記Ａ１点の温度は、レスリー鉄鋼材料学（丸善）の第２７３頁に記載の下記式（１）で算出される。
Ａ１（℃）＝７２３＋２９．１×［Ｓｉ］－１０．７×［Ｍｎ］＋１６．９×［Ｃｒ］－１６．９×［Ｎｉ］・・・（１）
ただし、［元素］は、各元素の含有量（質量％）を表し、含まれない元素の含有量はゼロとする。

［（２）６５０℃超、（Ａ１－１７℃）以下の温度Ｔ２まで冷却し、次いで、７５℃／時間～１６０℃／時間の平均昇温速度で（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ３まで加熱する、冷却－加熱工程を合計２～６回実施（図１の［３］～［７］）］

（２－ｉ）６５０℃超、（Ａ１－１７℃）以下の温度Ｔ２まで冷却（図１の［３］）
上記（１）の加熱保持の後、ＭｎとＣｒの濃度の高いセメンタイトの析出を促進させるために、６５０℃超、（Ａ１－１７℃）以下の温度Ｔ２まで冷却する。温度Ｔ２が低すぎると、焼鈍時間の長時間化につながる。また、温度Ｔ２が低すぎると、セメンタイトが微細化しすぎて、ＣｒとＭｎの含有量の少ないセメンタイトが生成しやすくなる。従って、冷却の到達温度Ｔ２は、６５０℃超とする必要がある。本実施形態に係る製造方法によれば、冷却の到達温度Ｔ２が６５０℃超であっても、長時間の焼鈍を行うことなく所望のセメンタイトを得ることができる。温度Ｔ２は、好ましくは６７０℃以上である。一方、温度Ｔ２が高すぎると、セメンタイトが十分に析出せず、その結果、セメンタイトにＣｒ、Ｍｎが十分濃化されず、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量が少なく、硬さが増大して、冷間加工性が低下する。従って、温度Ｔ２の上限は、Ａ１－１７℃とした。温度Ｔ２は、好ましくはＡ１－１８℃以下である。また、温度Ｔ２に達した後、保持すると、熱処理時間の長時間化を招く。よって、これらの観点から保持しない方がよい。しかし、炉内の温度ばらつきを均一にするため、短時間であれば保持してもよい。冷却の到達温度Ｔ２での保持時間（ｔ２）は、１時間以内とするのが好ましい。

なお、冷却－加熱工程における冷却時（図１の［３］）の平均冷却速度は特に限定されない。母相中のＭｎとＣｒのセメンタイト中への侵入をより促進させる観点からは、温度Ｔ１または温度Ｔ３から、温度Ｔ２まで冷却時の平均冷却速度を、１００℃／時間以下とすることが好ましい。また、（２）の工程で生成したセメンタイトの過剰な粗大化をより抑制して、焼入れ性をより高めること、および生産性をより高める観点からは、上記平均冷却速度を、５℃／時間以上とすることが好ましい。

（２－ｉｉ）７５℃／時間～１６０℃／時間の平均昇温速度で（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ３まで加熱（図１の［５］および［６］）
上記（２－ｉ）の冷却で析出したセメンタイト中のＣｒとＭｎの含有量を高めるため、温度Ｔ２から、７５℃／時間～１６０℃／時間の平均昇温速度Ｒで、（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ３まで加熱する。平均昇温速度Ｒが速すぎると、ＣｒとＭｎの拡散が不十分となり、上記加熱保持で生成したセメンタイト中の、ＣｒとＭｎの含有量が不足し、硬さが増大して、冷間加工性が低下する。従って、平均昇温速度Ｒは、１６０℃／時間以下とする。平均昇温速度Ｒは、好ましくは、１５５℃／時間以下であり、より好ましくは１５０℃／時間以下である。更により好ましくは１２０℃／時間以下、特に好ましくは１００℃／時間以下である。一方、平均昇温速度Ｒが遅すぎると、セメンタイトが必要以上に溶解し、その結果、セメンタイトに含まれる中のＣｒとＭｎの合計含有量が減少する。さらに平均昇温速度Ｒが遅すぎると、温度Ｔ１からの冷却時に生成したセメンタイトが過剰に粗大化し、その結果、焼入れ処理工程の高温保持中にセメンタイトが十分に溶解されず、焼入れ処理後の硬さが低下、すなわち焼入れ性の劣化を招く。更に焼鈍時間の長時間化につながり、生産性が低下する。従って、平均昇温速度Ｒは、７５℃／時間以上とし、好ましくは、８０℃／時間以上である。

また冷却－加熱工程における、加熱の到達温度である温度Ｔ３が低すぎると、ＣｒとＭｎの拡散が不十分となり、上記加熱保持の工程で生成したセメンタイト中の、ＣｒとＭｎの含有量が不足し、硬さが増大して、冷間加工性が低下する。従って、温度Ｔ３は、（Ａ１＋８℃）以上にする必要がある。温度Ｔ３は、好ましくは（Ａ１＋１５℃）以上であり、より好ましくは（Ａ１＋２０℃）以上である。一方、加熱の到達温度である温度Ｔ３が高すぎると、セメンタイトが必要以上に溶解し、その結果、セメンタイトに含まれる中のＣｒとＭｎの合計含有量が減少する。従って、加熱の到達温度（Ｔ３）は（Ａ１＋３１℃）以下とした。温度Ｔ３は、好ましくは（Ａ１＋３０℃）以下であり、より好ましくは（Ａ１＋２９℃）以下である。

加熱の到達温度である温度Ｔ３に到達後、該温度Ｔ３で保持してもよいが、該温度Ｔ３での保持時間（ｔ３）が長すぎると、温度Ｔ１で加熱保持の工程で生成した球状セメンタイトが再溶解しやすく、硬さが増加し得る。また、上記温度Ｔ３での保持時間（ｔ３）が長すぎると、焼鈍時間の長時間化につながり、生産性が低下し得る。そのため、上記温度Ｔ３での保持時間（ｔ３）は、１時間以内が好ましい。

本実施形態に係る製造方法では、後述の通り、上記（２－ｉ）の冷却と上記（２－ｉｉ）の加熱の冷却－加熱工程を複数回繰り返すが、各回において、冷却の到達温度である温度Ｔ２、平均昇温速度Ｒおよび温度Ｔ３が上記範囲を満たしている必要がある。

なお、上記温度Ｔ３と上記温度Ｔ１との大小関係は、特に限定されず、例えば、上記温度Ｔ３を上記温度Ｔ１と同じ温度としてもよいし、上記温度Ｔ３を上記温度Ｔ１よりも高くしてもよい。または、棒状セメンタイトを十分にオーステナイト中に固溶させる観点から、上記温度Ｔ１を、上記温度Ｔ３よりも高くしてもよい。

（２－ｉｉｉ）冷却－加熱工程を合計２～６回実施（図１の［７］）
セメンタイト中のＭｎとＣｒの濃度を増加させるとともに、セメンタイトの粗大化を促進させるため、上記冷却－加熱の工程を合計２～６回行う必要がある。上記冷却－加熱の工程を繰り返し行わない場合、セメンタイト中のＭｎとＣｒの濃度が不十分となるか、セメンタイトの粗大化が不十分となる。その結果、球状化焼鈍後の硬さが増大する。よって、上記冷却－加熱工程を２回以上行う。好ましくは３回以上である。実施回数を多くする程硬さが低減されるが、実施回数が多過ぎてもその効果は飽和する。また、焼鈍時間の長時間化につながり、生産性を低下させる。従って、冷却－加熱工程の実施回数は６回以下とした。なお、図１の場合、上記冷却－加熱の工程の実施回数は４回である。各回の冷却の到達温度である温度Ｔ２、平均昇温速度Ｒ、および加熱の到達温度である温度Ｔ３は、それぞれ規定する範囲内で異なっていてもよい。

［（３）冷却－加熱工程の最終回の温度Ｔ３から冷却（図１の［８］）］
冷却－加熱工程の最終回の温度Ｔ３から冷却する。該冷却時の平均冷却速度と冷却到達温度は特に限定されない。棒状セメンタイトの再析出をより抑制する観点から、平均冷却速度を、例えば１００℃／時間以下としてしてもよい。また、セメンタイトの過剰な粗大化をより抑制する観点から、平均冷却速度を５℃／時間以上としてもよい。また、冷却到達温度は、例えば（Ａ１－３０℃）以下とすることができる。例えば（Ａ１－３０℃）以下、（Ａ１－１００℃）以上の温度域まで、上記平均冷却速度で冷却し、その後、空冷することが挙げられる。または、冷却到達温度を、例えば（Ａ１－１００℃）未満とすることで、棒状セメンタイトの再析出をより抑制し、冷間加工性をより高めてもよい。この場合、焼鈍時間を短縮化する観点から、冷却到達温度は（Ａ１－２５０℃）以上、更には（Ａ１－２００℃）以上、更には（Ａ１－１５０℃）以上としてもよい。

上記のような球状化焼鈍（（１）～（３）の工程）を１回または複数回繰り返し行ってもよい。セメンタイトの過剰な粗大化の抑制と、生産性確保の観点からは、例えば、４回以下とすることが好ましく、より好ましくは３回以下である。上記球状化焼鈍を複数回繰り返す場合、上記規定の範囲内で、同じ条件で繰り返しても良く、異なる条件で繰り返しても良い。また、上記球状化焼鈍を複数回繰り返す場合、球状化焼鈍間に伸線加工を加えてもよい。例えば、後述する球状化焼鈍前の伸線加工→１回目の球状化焼鈍→伸線加工→２回目の球状化焼鈍の順に実施することができる。

本実施形態に係る機械構造部品用鋼線の製造方法において、上記球状化焼鈍工程以外の工程は特に限定されない。例えば、球状化焼鈍後に、寸法を調整する目的で減面率が好ましくは１５％以下の伸線加工を施す工程を含めてもよい。減面率を１５％以下とすることで、冷間加工前の硬さ増加を抑制できる。減面率は、より好ましくは１０％以下であり、更に好ましくは８％以下、より更により好ましくは５％以下である。

本発明の組織形態の生成を促進するため、球状化焼鈍前に、線材に対して、５％超の減面率で伸線加工を施す工程を設けることが好ましい。上記減面率で伸線加工を施すことで、鋼中のセメンタイトが破壊され、その後の球状化焼鈍でセメンタイトの凝集を促進できるため、セメンタイトを適度に粗大化でき、軟質化に有効である。また、上記減面率で伸線加工を施すことで、界面の移動や元素の拡散が活発になり、セメンタイト中のＣｒとＭｎの含有量が増加する。減面率は、より好ましくは１０％以上、更に好ましくは１５％以上、より更に好ましくは２０％以上である。一方、減面率を過度に大きくすると、断線リスクを招く可能性がある。そのため、減面率は好ましくは５０％以下とする。伸線加工を複数回行う場合、伸線加工の回数は、特に限定されず、例えば２回とすることができる。なお、複数回の伸線加工が行われる場合、上記「伸線加工時の減面率」とは、伸線加工前の鋼材から複数回の伸線加工が行われた後の鋼材への減面率を意味する。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記、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。

表１に示す化学成分組成の供試材を転炉溶製した後、鋳造して得られた鋼片に熱間圧延を施し、直径１２～１６ｍｍの線材を製造した。尚、後述する表２において、球状化焼鈍前の伸線加工「有」の場合、すなわち、製造条件Ｂで製造した、表３のサンプルＮｏ．２では、上記線材に対して、２５％の減面率で伸線加工を行って得た鋼線を、球状化焼鈍に供した。

上記線材または鋼線を用い、ラボ炉を用いて焼鈍を実施した。焼鈍では、線材または鋼線を、表２に示すＴ１まで昇温してｔ１時間保持した。次いで、表２の温度Ｔ２まで、平均冷却速度５～１００℃／時間で冷却してから、表２に示す平均昇温速度Ｒで温度Ｔ３まで加熱した。この冷却と加熱の工程を、表２に示す冷却－加熱実施回数分実施した。そして、冷却－加熱工程の最終回での加熱温度から冷却して、サンプルを得た。

比較例として、表３に示すサンプルＮｏ．１２では、製造条件Ｈ１として、図２に示す熱処理工程、すなわち冷却－加熱工程が０回の熱処理工程を実施した。尚、この製造条件Ｈ１では、焼鈍前に２５％の減面率で伸線加工を行っていない。また、表３に示すサンプルＮｏ．１３では、製造条件Ｈ２として、焼鈍前に２５％の減面率で伸線加工を行って得た鋼線を用いて、図２に示す熱処理工程、すなわち冷却－加熱工程が０回の熱処理工程を実施した。

更に比較例として、表３に示すサンプルＮｏ．１４では、製造条件Ｉとして、特許文献３の製造条件を満たす熱処理条件、詳細には、特許文献３の実施例においてＳＡ２と示された条件を実施、すなわち図３に示す熱処理工程を５回繰り返した。表３に示すサンプルＮｏ．１８では、製造条件Ｍとして、特許文献１の製造条件を満たす熱処理条件、詳細には特許文献１の表２のＮｏ．１における５番目の球状化焼きなまし条件を実施、すなわち図４に示す熱処理工程を３回繰り返した。また、表３に示すサンプルＮｏ．１９では、製造条件Ｎとして、特許文献２の製造条件を満たす熱処理条件、詳細には特許文献２の表２の条件ｃ、すなわち図５に示すパターンの熱処理を行った。

表２に記載の焼鈍パラメータであるＴ１、Ｔ２およびＴ３は熱処理炉の設定温度である。鋼材に熱電対をつけて、実際の鋼材の温度と設定温度の乖離について試験したところ、鋼材の温度と設定温度は同程度であることを確認した。

上記焼鈍により得られたサンプルを用い、金属組織の評価として、フェライト結晶粒径の平均値、全セメンタイトの平均サイズ、およびセメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量を、以下の通り求めた。また、特性として、球状化焼鈍後の硬さと、焼入れ処理後の硬さを下記の方法によって測定し、評価した。

〔金属組織の評価〕
［フェライト結晶粒径の平均値］
まず、フェライト結晶粒度の測定を次の通り行った。球状化焼鈍後の鋼線の横断面、すなわち鋼線の軸方向と直交する断面のＤ／４位置（Ｄ：鋼線の直径）を観察できるように試験片を樹脂埋めし、腐食液として、ナイタール（硝酸２体積％、エタノール９８体積％）を用いて上記試験片のエッチングを行い、組織を現出させた。そして、光学顕微鏡にて、上記組織を現出させた試験片の組織観察を倍率４００倍で行い、評価面内で、鋼線全体の組織を代表する平均的なサイズのフェライト結晶粒を観察できる１視野を選定し、顕微鏡写真を得た。次いで、フェライト結晶粒度（Ｇ）の値を、撮影した顕微鏡写真からＪＩＳ Ｇ０５５１（２０２０）の比較法に基づいて算出した。そして、算出したフェライト結晶粒度（Ｇ）の値を用い、「入門講座 専門用語－鉄鋼材料編－３ 結晶粒度番号と結晶粒径」，梅本 実, ふぇらむ Ｖｏｌ．２（１９９７）Ｎｏ．１０，ｐ２９～３４の、ｐ３２の表１に記載の結晶粒度と粒径に関する諸量間の関係において、フェライト結晶粒度Ｇ（ｏｒＮ）とフェライト結晶粒径の平均値ｄｎの関係として示された、下記式（４）から、フェライト結晶粒径の平均値ｄｎを求めた。その結果を表３に示す。なお、本実施例において、表３のサンプルＮｏ．１～１１はいずれも、フェライトの面積率が９０％以上であった。
ｄｎ＝０．２５４／（２^{（Ｇ－１）／２}） ・・・（４）

［全セメンタイトの平均サイズ］
球状化焼鈍後の鋼線の全セメンタイトの平均サイズの測定は、横断面が観察できるように試験片を樹脂埋めし、エメリー紙、ダイヤモンドバフによって切断面を鏡面研磨した。次いで、切断面に対し、腐食液として、ナイタール（硝酸２体積％、エタノール９８体積％）を用いて３０秒間～１分間のエッチングを行い、Ｄ／４位置（Ｄ：鋼線の直径）のフェライト結晶粒界およびセメンタイトを現出させた。そして、ＦＥ－ＳＥＭ（Ｆｉｅｌｄ－Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、電解放出型走査電子顕微鏡）を用いて、上記セメンタイト等を現出させた試験片の組織観察を行い、倍率２５００倍にて、３視野を撮影した。

上記撮影した顕微鏡写真にＯＨＰフィルムを重ね、ＯＨＰフィルムの上から顕微鏡写真の全セメンタイトを塗りつぶし、解析する投影画像を得た。その投影画像を２値化して白黒写真とし、画像パッケージソフト「粒子解析ｖｅｒ３．５」（日鉄テクノロジー株式会社）を用いて、全セメンタイトの円相当直径を算出した。なお、表３に記載の全セメンタイトの平均サイズは、３視野から算出した値の平均値である。また、測定するセメンタイトの最小サイズ（円相当直径）は０．３μｍとした。

［セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量の測定（電解抽出残渣測定）］
鋼線の表層部（１ｍｍ未満）を除いた箇所から、約９ｇのサンプルを電解できるように切断または研磨して供試材を作製した。その供試材を、電解液（１０％アセチルアセトン－１％テトラメチルアンモニウムクロライド－メタノール）中に浸漬させ、通電させて上記供試材のうちの約９ｇを定電流電解した。その後、電解後の電解液を、孔径０．１０μｍのフィルター（アドバンテック東洋株式会社製ポリカーボネートタイプメンブレンフィルター）でろ過して、フィルター上に残った残渣を鋼中のセメンタイトとして得た。次いで、上記残渣を酸溶液に溶かし、ＩＣＰ発光分光分析法で分析して、セメンタイト中のＣｒ量とＭｎ量を求め、その合計値を、セメンタイト中の質量％でのＣｒとＭｎの合計含有量｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝として得た。

また、鋼中の質量％でのＣｒとＭｎの合計含有量は次の通り測定した。上記サンプルから約４ｇの試料を採取し、酸溶液で溶解した後、ＩＣＰ発光分光分析法で分析して、鋼中のＣｒ量とＭｎ量を求め、その合計値［Ｃｒ＋Ｍｎ］を得た。そして、上記セメンタイト中の質量％でのＣｒとＭｎの合計含有量｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝を、鋼中の質量％でのＣｒとＭｎの合計含有量［Ｃｒ＋Ｍｎ］で除して、濃度比｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝／［Ｃｒ＋Ｍｎ］の値を得た。

〔特性の評価〕
［球状化焼鈍後の硬さの測定］
冷間加工性を評価するため、球状化焼鈍後の各サンプルの硬さを、次の通り測定した。試験片の横断面のＤ／４位置（Ｄ：鋼線の直径）で、ＪＩＳ Ｚ２２４４（２００９）に準拠してビッカース硬さ試験を実施した。３点以上の平均を算出して得られるビッカース硬さを、球状化焼鈍後の硬さとした。その測定結果を表３に示す。表３では球状化焼鈍後の硬さを「球状化硬さ」と示す。本実施例では、球状化焼鈍後の硬さが、鋼中のＣ量（質量％）、Ｃｒ量（質量％）、Ｍｏ量（質量％）を各々［Ｃ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］で表したときに（含まれない元素はゼロ質量％とする）、下記式（２）を満たす場合を、冷間加工性に優れるとして「ＯＫ」と評価し、下記式（２）を満たさない場合を、冷間加工性に劣るとして「ＮＧ」と評価した。
球状化焼鈍後の硬さ（ＨＶ）＜９１（［Ｃ］＋［Ｃｒ］／９＋［Ｍｏ］／２）＋９１ ・・・（２）

［焼入れ処理後の硬さの測定］
焼入れ性を評価するため、焼入れ処理後の各サンプルの硬さを、次の通り測定した。まず、焼入れ処理用試料として、球状化焼鈍後の各サンプルを、焼入れ処理で焼きが十分に入るように、圧延方向の長さである厚み（ｔ）が５ｍｍとなるように加工した試料を用意した。該試料に対し、焼入れ処理として、Ａ３＋（３０～５０℃）で５分間の高温保持を行い、該高温保持後に水冷した。前記Ａ３は、下記式（５）から導出される値である。また、ここでの高温保持の時間は、炉温が設定温度に達してからの時間とした。
Ａ３（℃）＝９１０－２０３×√(［Ｃ］)－１４．２×［Ｎｉ］＋４４．７×［Ｓｉ］＋１０４×［Ｖ］＋３１．５×［Ｍｏ］＋１３．１×［Ｗ］－３０×［Ｍｎ］－１１×［Ｃｒ］－２０×［Ｃｕ］＋７００×［Ｐ］＋４００×［Ａｌ］＋１２０×［Ａｓ］＋４００×［Ｔｉ］・・・（５）
ただし、［元素］は、各元素の含有量（質量％）を表し、含まれない元素は、０％として計算する。

そして、上記焼入れ処理後の試料の、ｔ／２位置かつＤ／４位置（Ｄ：鋼線の直径、ｔ：サンプルの厚み）において、ビッカース硬さ試験を実施した。３点以上の平均を算出して得られるビッカース硬さを、焼入れ処理後の硬さとした。その測定結果を表３に示す。表３では焼入れ処理後の硬さを「焼入れ硬さ」と示す。本実施例では、焼入れ処理後の硬さが、鋼中のＣ量（質量％）を［Ｃ］で表したときに、下記式（３）を満たす場合を、焼入れ性に優れるとして「ＯＫ」と評価し、下記式（３）を満たさない場合を、焼入れ性に劣るとして「ＮＧ」と評価した。
焼入れ処理後の硬さ（ＨＶ）＞３８０ｌｎ（［Ｃ］）＋１０１０ ・・・（３）

表３において、上記球状化焼鈍後の硬さと焼入れ処理後の硬さがいずれもＯＫの場合を、優れた冷間加工性と優れた焼入れ性を兼備するとして総合判定「ＯＫ」とし、上記球状化焼鈍後の硬さと焼入れ処理後の硬さの少なくともいずれかがＮＧの場合を、優れた冷間加工性と優れた焼入れ性を兼備できないとして総合判定「ＮＧ」とした。表２および表３において、下線を付した数値は、本発明の範囲から外れるか、所望の特性を満たしていないことを示す。

表の結果について考察する。以下のＮｏ．は表３のサンプルＮｏ．を示す。Ｎｏ．１～１１は、本発明の実施形態で規定する成分組成、金属組織および球状化焼鈍条件をすべて満足する発明例である。

Ｎｏ．１２、２０、２２および２３は、冷却－加熱工程の回数が不足しているため、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量が低いか、セメンタイトの粗大化が不十分となり、球状化焼鈍後の硬さが基準値よりも高く、冷間加工性に劣る結果となった。

Ｎｏ．１３は、２５％の減面率で伸線加工後に焼鈍を行った例であり、伸線加工により、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量を高めることができたが、冷却－加熱工程が０回であったため、全セメンタイトの平均サイズを一定以上とすることができず、球状化焼鈍後の硬さが基準値よりも高く、冷間加工性に劣る結果となった。

Ｎｏ．１４は、特許文献３に示された製造条件を満たす製造条件Ｉとして、特許文献３の焼鈍条件ＳＡ２で焼鈍を行った例である。この製造条件では、焼鈍によってセメンタイトが過剰に粗大化し、焼入れ処理後の硬さが基準値より低く、焼入れ性に劣る結果となった。

Ｎｏ．１５は、温度Ｔ２がＡ１－１７℃よりも高い７１０℃であるため、温度Ｔ１から冷却時にセメンタイトの粗大化が不十分となり、且つセメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量が低くなり、球状化焼鈍後の硬さが基準値よりも高く、冷間加工性に劣る結果となった。

Ｎｏ．１６および１７は、温度Ｔ２からの平均昇温速度Ｒが低いため、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量が低くなり、球状化焼鈍後の硬さが基準値未満とならず、冷間加工性に劣るか、焼入れ処理後の硬さが基準値より低く、焼入れ性に劣る結果となった。

Ｎｏ．１８は、特許文献１に示された製造条件を満たす、製造条件Ｍで焼鈍を行った例である。この製造条件では、特に温度Ｔ１での加熱保持時間が０．５時間と短いため、サイズの小さい棒状セメンタイトが結晶粒内に多く残存し、全セメンタイトの平均サイズが一定以上とならず、球状化焼鈍後の硬さが基準値よりも高く、冷間加工性に劣る結果となった。

Ｎｏ．１９は、特許文献２に示された製造条件を満たす製造条件Ｎとして、特許文献２の条件ｃで焼鈍した例である。この製造条件では温度Ｔ１での保持がない等により、サイズの小さい棒状セメンタイトが結晶粒内に多く残存し、全セメンタイトの平均サイズが一定以上とならず、また、温度Ｔ２からの平均昇温速度Ｒが低いため、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量が低くなり、球状化焼鈍後の硬さが基準値未満とならず、冷間加工性に劣る結果となった。

Ｎｏ．２１は、温度Ｔ３が７３０℃であり、（Ａ１＋８℃）を下回っているため、セメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量が低くなり、球状化焼鈍後の硬さが基準値未満とならず、冷間加工性に劣る結果となった。

Ｎｏ．２４～２７は冷却－加熱工程を行っていないか、繰り返し実施していないため、セメンタイトの粗大化が不十分となり、全セメンタイトの平均サイズが一定以上とならず、球状化焼鈍後の硬さが基準値未満とならず、冷間加工性に劣る結果となった。

本実施形態に係る機械構造部品用鋼線は、各種機械構造部品を製造するときの室温における変形抵抗が低く、金型などの塑性加工用冶工具の磨耗や破壊を抑制でき、また、例えば圧造加工時の割れ発生も抑制できるといった優れた冷間加工性を発揮する。更には、焼入れ性に優れているため、冷間加工後の焼入れ処理で高硬度を確保することもできる。これらのことから、本実施形態に係る機械構造部品用鋼線は、冷間加工用機械構造部品用鋼線として有用である。例えば、本実施形態に係る機械構造部品用鋼線は、冷間鍛造、冷間圧造、冷間転造等の冷間加工に供することで、自動車用部品、建設機械用部品等の各種機械構造部品の製造に用いられる。こうした機械構造部品として、具体的には、ボルト、ねじ、ナット、ソケット、ボールジョイント、インナーチューブ、トーションバー、クラッチケース、ケージ、ハウジング、ハブ、カバー、ケース、受座金、タペット、サドル、バルグ、インナーケース、クラッチ、スリーブ、アウターレース、スプロケット、コア、ステータ、アンビル、スパイダー、ロッカーアーム、ボディー、フランジ、ドラム、継手、コネクタ、プーリ、金具、ヨーク、口金、バルブリフター、スパークプラグ、ピニオンギヤ、ステアリングシャフト、コモンレール等の機械部品、電装部品等が挙げられる。

Claims (7)

1. Ｃ ：０．０５質量％～０．６０質量％、
   Ｓｉ：０．００５質量％～０．５０質量％、
   Ｍｎ：０．３０質量％～１．２０質量％、
   Ｐ ：０質量％超、０．０５０質量％以下、
   Ｓ ：０質量％超、０．０５０質量％以下、
   Ａｌ：０．００１質量％～０．１０質量％、
   Ｃｒ：０質量％超、１．５質量％以下、および
   Ｎ ：０質量％超、０．０２質量％以下
   を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、
   金属組織におけるセメンタイト中のＣｒとＭｎの合計含有量（質量％）を｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝とし、鋼中のＣｒとＭｎの合計含有量（質量％）を［Ｃｒ＋Ｍｎ］とし、かつ鋼中のＣ量（質量％）を［Ｃ］で表したときに、濃度比｛Ｃｒ＋Ｍｎ｝／［Ｃｒ＋Ｍｎ］が（０．５［Ｃ］＋０．０４０）以上であり、更に、
   全セメンタイトの平均円相当直径が、鋼中のＣ量（質量％）を［Ｃ］で表したときに、（１．６６８－２．１３［Ｃ］）μｍ以上、（１．８６３－２．１３［Ｃ］）μｍ以下である、機械構造部品用鋼線。
2. 更に、
   Ｃｕ：０質量％超、０．２５質量％以下、
   Ｎｉ：０質量％超、０．２５質量％以下、
   Ｍｏ：０質量％超、０．５０質量％以下および
   Ｂ ：０質量％超、０．０１質量％以下よりなる群から選択される１種以上を含有する、請求項１に記載の機械構造部品用鋼線。
3. 更に、
   Ｔｉ：０質量％超、０．２質量％以下、
   Ｎｂ：０質量％超、０．２質量％以下、および
   Ｖ ：０質量％超、０．５質量％以下よりなる群から選択される１種以上を含有する、請求項１または２に記載の機械構造部品用鋼線。
4. 更に、
   Ｍｇ：０質量％超、０．０２質量％以下、
   Ｃａ：０質量％超、０．０５質量％以下、
   Ｌｉ：０質量％超、０．０２質量％以下、および
   ＲＥＭ：０質量％超、０．０５質量％以下よりなる群から選択される１種以上を含有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の機械構造部品用鋼線。
5. フェライト結晶粒径の平均値が３０μｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の機械構造部品用鋼線。
6. 請求項１～４のいずれか１項に記載の化学成分組成を満たす条鋼に、
   下記（１）～（３）の工程を含む球状化焼鈍を施す工程を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の機械構造部品用鋼線の製造方法。
   （１）（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ１に加熱した後に、該温度Ｔ１で１時間超、６時間以下加熱保持し、
   （２）６５０℃超、（Ａ１－１７℃）以下の温度Ｔ２まで冷却し、次いで、７５℃／時間～１６０℃／時間の平均昇温速度で（Ａ１＋８℃）～（Ａ１＋３１℃）の温度Ｔ３まで加熱する、冷却－加熱工程を合計２～６回実施し、
   （３）冷却－加熱工程の最終回の温度Ｔ３から冷却する。
   ここで、Ａ１は、下記式（１）で算出される。
   Ａ１（℃）＝７２３＋２９．１×［Ｓｉ］－１０．７×［Ｍｎ］＋１６．９×［Ｃｒ］－１６．９×［Ｎｉ］・・・（１）
   ただし、［元素］は、各元素の含有量（質量％）を表し、含まれない元素の含有量はゼロとする。
7. 前記条鋼は、線材に、５％超の減面率で伸線加工を施して得られた鋼線である、請求項６に記載の機械構造部品用鋼線の製造方法。

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