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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024094980
(43)【公開日】2024-07-10
(54)【発明の名称】ばね用鋼線およびばね用鋼線の製造方法
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20240703BHJP
C22C 38/38 20060101ALI20240703BHJP
C22C 38/58 20060101ALI20240703BHJP
C21D 8/06 20060101ALI20240703BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 301Y
C22C38/38
C22C38/58
C21D8/06 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022211933
(22)【出願日】2022-12-28
(71)【出願人】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100136098
【弁理士】
【氏名又は名称】北野 修平
(74)【代理人】
【識別番号】100137246
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 勝也
(74)【代理人】
【識別番号】100158861
【弁理士】
【氏名又は名称】南部 史
(74)【代理人】
【識別番号】100194674
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 覚史
(72)【発明者】
【氏名】久保 寛典
【テーマコード（参考）】
4K032
【Ｆターム（参考）】
4K032AA06
4K032AA09
4K032AA11
4K032AA12
4K032AA16
4K032AA19
4K032AA23
4K032AA24
4K032AA32
4K032AA36
4K032BA02
4K032CB00
4K032CB01
(57)【要約】
【課題】焼戻軟化抵抗性に優れたばね用鋼線およびばね用鋼線の製造方法を提供する。
【解決手段】ばね用鋼線は、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線である。上記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有する。ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である。
【選択図】図１
【解決手段】ばね用鋼線は、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線である。上記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有する。ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、
１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、
０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、
０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、を含有し、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線であって、
前記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有し、
前記ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、
前記鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、
前記焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である、ばね用鋼線。
１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、
０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、
０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、を含有し、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線であって、
前記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有し、
前記ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、
前記鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、
前記焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である、ばね用鋼線。
【請求項2】
０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、
１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、
０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、
０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、
０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つと、を含有し、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線であって、
前記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有し、
前記ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、
前記鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、
前記焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である、ばね用鋼線。
１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、
０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、
０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、
０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つと、を含有し、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線であって、
前記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有し、
前記ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、
前記鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、
前記焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である、ばね用鋼線。
【請求項3】
前記ばね用鋼線の線径は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載のばね用鋼線。
【請求項4】
前記鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は２．３０以下である、請求項１または請求項２に記載のばね用鋼線。
【請求項5】
前記焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．２７μｍ以上である、請求項１または請求項２に記載のばね用鋼線。
【請求項6】
前記鋼の旧オーステナイト結晶粒の大きさは１０μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載のばね用鋼線。
【請求項7】
０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、
１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、
０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、
０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、を含有し、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される原料鋼線を準備する工程と、
前記原料鋼線を構成する前記鋼の組織がオーステナイト相の単相となる第１の温度域に保持した状態で前記原料鋼線に対して減面率２６％以上の伸線加工を実施する工程と、
前記伸線加工を実施する工程から引き続いて前記原料鋼線が前記第１の温度域に保持された状態からＭｓ点以下の温度域に冷却することにより、前記原料鋼線に焼入処理を実施する工程と、
前記焼入処理が実施された前記原料鋼線をＡ１点未満の温度域である第２の温度域に加熱することにより、前記原料鋼線に焼戻処理を実施する工程と、を備える、ばね用鋼線の製造方法。
１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、
０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、
０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、を含有し、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される原料鋼線を準備する工程と、
前記原料鋼線を構成する前記鋼の組織がオーステナイト相の単相となる第１の温度域に保持した状態で前記原料鋼線に対して減面率２６％以上の伸線加工を実施する工程と、
前記伸線加工を実施する工程から引き続いて前記原料鋼線が前記第１の温度域に保持された状態からＭｓ点以下の温度域に冷却することにより、前記原料鋼線に焼入処理を実施する工程と、
前記焼入処理が実施された前記原料鋼線をＡ１点未満の温度域である第２の温度域に加熱することにより、前記原料鋼線に焼戻処理を実施する工程と、を備える、ばね用鋼線の製造方法。
【請求項8】
０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、
１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、
０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、
０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、
０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つと、を含有し、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される原料鋼線を準備する工程と、
前記原料鋼線を構成する前記鋼の組織がオーステナイト相の単相となる第１の温度域に保持した状態で前記原料鋼線に対して減面率２６％以上の伸線加工を実施する工程と、
前記伸線加工を実施する工程から引き続いて前記原料鋼線が前記第１の温度域に保持された状態からＭｓ点以下の温度域に冷却することにより、前記原料鋼線に焼入処理を実施する工程と、
前記焼入処理が実施された前記原料鋼線をＡ１点未満の温度域である第２の温度域に加熱することにより、前記原料鋼線に焼戻処理を実施する工程と、を備える、ばね用鋼線の製造方法。
１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、
０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、
０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、
０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つと、を含有し、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される原料鋼線を準備する工程と、
前記原料鋼線を構成する前記鋼の組織がオーステナイト相の単相となる第１の温度域に保持した状態で前記原料鋼線に対して減面率２６％以上の伸線加工を実施する工程と、
前記伸線加工を実施する工程から引き続いて前記原料鋼線が前記第１の温度域に保持された状態からＭｓ点以下の温度域に冷却することにより、前記原料鋼線に焼入処理を実施する工程と、
前記焼入処理が実施された前記原料鋼線をＡ１点未満の温度域である第２の温度域に加熱することにより、前記原料鋼線に焼戻処理を実施する工程と、を備える、ばね用鋼線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ばね用鋼線およびばね用鋼線の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ばねへと加工されることを前提とした種々のオイルテンパー線（ばね用鋼線）が知られている（たとえば、特許文献１～３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平１１－００６０３３号公報
【特許文献2】国際公開第２０１１／００４９１３号
【特許文献3】特開２０１６－１１３６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ばねが用いられる機械の高性能化に伴って、ばねに対して高い強度が求められる傾向にある。たとえば、自動車のエンジンの弁ばねや自動車のトランスミッションに用いられるばねには、高い強度を付与する目的で窒化処理などの熱処理が実施される場合がある。たとえばばねに対して窒化処理が実施されると、ばねの表面に硬度の高い窒化層が形成される。これによりばねの表面の強度が上昇する。一方、窒化処理に伴う加熱により、ばねの内部は焼戻され、硬度が低下する。その結果、ばねの内部の強度が低下する。このばねの内部における強度の低下の結果、窒化処理によって期待される十分な強度が得られないという問題が生じ得る。この問題を回避する観点から、ばねを構成するばね用鋼線には、熱処理に伴う硬度の低下を抑制すること、すなわち焼戻軟化抵抗性の上昇が求められる。
【0005】
そこで、本開示は、焼戻軟化抵抗性に優れたばね用鋼線およびばね用鋼線の製造方法を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の第１の局面に従ったばね用鋼線は、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素（Ｃ）と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素（Ｓｉ）と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガン（Ｍｎ）と、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロム（Ｃｒ）と、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線である。上記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有する。ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である。
【0007】
本開示の第２の局面に従ったばね用鋼線は、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線である。上記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有する。ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である。
【0008】
本開示の第１の局面に従ったばね用鋼線の製造方法は、原料鋼線を準備する工程と、原料鋼線に対して伸線加工を実施する工程と、原料鋼線に焼入処理を実施する工程と、原料鋼線に焼戻処理を実施する工程と、を備える。原料鋼線を準備する工程では、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される原料鋼線が準備される。原料鋼線に対して伸線加工を実施する工程では、原料鋼線を構成する鋼の組織がオーステナイト相の単相となる第１の温度域に保持した状態で、原料鋼線に対して減面率２６％以上の伸線加工が実施される。原料鋼線に焼入処理を実施する工程では、伸線加工を実施する工程から引き続いて原料鋼線が第１の温度域に保持された状態からＭｓ点以下の温度域に冷却されることにより、原料鋼線に焼入処理が実施される。原料鋼線に焼戻処理を実施する工程では、焼入処理が実施された原料鋼線をＡ１点未満の温度域である第２の温度域に加熱することにより、原料鋼線に焼戻処理が実施される。
【0009】
本開示の第２の局面に従ったばね用鋼線の製造方法は、原料鋼線を準備する工程と、原料鋼線に対して伸線加工を実施する工程と、原料鋼線に焼入処理を実施する工程と、原料鋼線に焼戻処理を実施する工程と、を備える。原料鋼線を準備する工程では、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される原料鋼線が準備される。原料鋼線に対して伸線加工を実施する工程では、原料鋼線を構成する鋼の組織がオーステナイト相の単相となる第１の温度域に保持した状態で、原料鋼線に対して減面率２６％以上の伸線加工が実施される。原料鋼線に焼入処理を実施する工程では、伸線加工を実施する工程から引き続いて原料鋼線が第１の温度域に保持された状態からＭｓ点以下の温度域に冷却されることにより、原料鋼線に焼入処理が実施される。原料鋼線に焼戻処理を実施する工程では、焼入処理が実施された原料鋼線をＡ１点未満の温度域である第２の温度域に加熱することにより、原料鋼線に焼戻処理が実施される。
【発明の効果】
【0010】
上記ばね用鋼線およびばね用鋼線の製造方法によれば、焼戻軟化抵抗性に優れたばね用鋼線およびばね用鋼線の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の第１の局面におけるばね用鋼線は、
（１）０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素（Ｃ）と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素（Ｓｉ）と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガン（Ｍｎ）と、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロム（Ｃｒ）と、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線である。上記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有する。ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の第１の局面におけるばね用鋼線は、
（１）０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素（Ｃ）と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素（Ｓｉ）と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガン（Ｍｎ）と、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロム（Ｃｒ）と、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線である。上記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有する。ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である。
【0013】
本開示の第２の局面におけるばね用鋼線は、
（２）０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線である。上記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有する。ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である。
（２）０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されるばね用鋼線である。上記鋼は焼戻マルテンサイト組織を有する。ばね用鋼線の中心軸を含む断面において、鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上であり、焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である。
【0014】
本発明者は、ばね用鋼線の焼戻軟化抵抗性を向上させる方策について検討した。ばね用鋼線を構成する鋼の成分組成において、焼戻軟化抵抗性に寄与する元素の含有量を増加させることにより、焼戻軟化抵抗性を容易に上昇させることができる。しかし、このような対応では、原料コストの増大などの問題が生じ得る。これに対し、本発明者はばね用鋼線を構成する鋼の構造の改良による焼戻軟化抵抗性の上昇について検討した。
【0015】
焼戻マルテンサイト組織を有する鋼から構成されるばね用鋼線では、マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に炭化物が析出する。このような炭化物には、板状の形状を有する炭化物であるε炭化物が含まれる。本発明者の検討によれば、結晶粒界に位置するε炭化物は、ばね用鋼線がばねに加工された後に実施される熱処理（たとえば窒化処理）において粗大化する傾向にある。この炭化物の粗大化がばね用鋼線を構成する鋼の軟化の原因となる。そして、本発明者の検討によれば、マルテンサイトラスの内部に析出する炭化物を微細化しておくことで、鋼の焼戻軟化抵抗性を向上させ、ばねへの加工後におけるばね用鋼線の軟化を抑制することができる。
【0016】
本開示のばね用鋼線は、焼戻マルテンサイト組織を有し、適切な成分組成の鋼から構成される。そして、旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上とされる。これにより、マルテンサイトラスが小さくなる。その結果、マルテンサイトラス内に析出する炭化物の数が増加し、各炭化物を小さくすることが容易となる。そして、炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下とされる。これにより、ばね用鋼線を構成する鋼の焼戻軟化抵抗性が上昇する。このように、本開示のばね用鋼線によれば、焼戻軟化抵抗性に優れたばね用鋼線を提供することができる。
【0017】
ばね用鋼線を構成する鋼の成分組成を上記範囲とすべきである理由について、以下に説明する。
【0018】
炭素（Ｃ）：０．５質量％以上０．７質量％以下
Ｃは、焼戻マルテンサイト組織を有する鋼の強度に大きな影響を与える元素である。ばね用鋼線として十分な強度を得る観点から、Ｃ含有量は０．５質量％以上とする必要がある。一方、Ｃ含有量が多くなると靱性が低下し、ばねへの加工に際して折損が発生するおそれがある。十分な靱性を確保する観点から、Ｃ含有量は０．７質量％以下とする必要がある。強度を重視する観点からは、Ｃ含有量は０．５５質量％以上とすることが好ましい。また、靭性を重視する観点からは、Ｃ含有量は０．６５質量％以下することが好ましい。
Ｃは、焼戻マルテンサイト組織を有する鋼の強度に大きな影響を与える元素である。ばね用鋼線として十分な強度を得る観点から、Ｃ含有量は０．５質量％以上とする必要がある。一方、Ｃ含有量が多くなると靱性が低下し、ばねへの加工に際して折損が発生するおそれがある。十分な靱性を確保する観点から、Ｃ含有量は０．７質量％以下とする必要がある。強度を重視する観点からは、Ｃ含有量は０．５５質量％以上とすることが好ましい。また、靭性を重視する観点からは、Ｃ含有量は０．６５質量％以下することが好ましい。
【0019】
珪素（Ｓｉ）：１．０質量％以上２．５質量％以下
Ｓｉは、鋼の軟化抵抗性を上昇させる機能を有する。ばね用鋼線のばねへの加工後の熱処理における軟化を抑制し、十分なばねの強度を確保する観点から、Ｓｉ含有量は１．０質量％以上とする必要がある。一方、Ｓｉは過度に添加するとばね用鋼線の加工性を低下させ、歩留まりの低下を招来する。歩留まりの低下を抑制する観点から、Ｓｉ含有量は２．５質量％以下とする必要がある。強度を重視する観点からは、Ｓｉ含有量は１．５質量％以上とすることが好ましい。歩留まりを重視する観点からは、Ｓｉ含有量は２．０質量％以下とすることが好ましい。
Ｓｉは、鋼の軟化抵抗性を上昇させる機能を有する。ばね用鋼線のばねへの加工後の熱処理における軟化を抑制し、十分なばねの強度を確保する観点から、Ｓｉ含有量は１．０質量％以上とする必要がある。一方、Ｓｉは過度に添加するとばね用鋼線の加工性を低下させ、歩留まりの低下を招来する。歩留まりの低下を抑制する観点から、Ｓｉ含有量は２．５質量％以下とする必要がある。強度を重視する観点からは、Ｓｉ含有量は１．５質量％以上とすることが好ましい。歩留まりを重視する観点からは、Ｓｉ含有量は２．０質量％以下とすることが好ましい。
【0020】
マンガン（Ｍｎ）：０．２質量％以上２．０質量％以下
Ｍｎは、鋼の焼入性を向上させるとともに、焼戻軟化抵抗性を向上させる機能を有する。十分な焼入性を確保する観点から、Ｍｎ含有量は０．２質量％以上とする必要がある。一方、Ｍｎは過度に添加するとオーステナイトが安定化するため、鋼の組織中の残留オーステナイト量が増加し、強度の低下を招来する。十分な強度を確保する観点から、Ｍｎ含有量は２．０質量％以下とする必要がある。焼入性を重視する観点からは、Ｍｎ含有量は０．４質量％以上とすることが好ましい。強度を重視する観点からは、Ｍｎ含有量は０．７５質量％以下とすることが好ましい。
Ｍｎは、鋼の焼入性を向上させるとともに、焼戻軟化抵抗性を向上させる機能を有する。十分な焼入性を確保する観点から、Ｍｎ含有量は０．２質量％以上とする必要がある。一方、Ｍｎは過度に添加するとオーステナイトが安定化するため、鋼の組織中の残留オーステナイト量が増加し、強度の低下を招来する。十分な強度を確保する観点から、Ｍｎ含有量は２．０質量％以下とする必要がある。焼入性を重視する観点からは、Ｍｎ含有量は０．４質量％以上とすることが好ましい。強度を重視する観点からは、Ｍｎ含有量は０．７５質量％以下とすることが好ましい。
【0021】
クロム（Ｃｒ）：０．４質量％以上２．０質量％以下
Ｃｒは、鋼の焼入性を向上させるとともに、焼戻軟化抵抗性を向上させる機能を有する。十分な焼入性を確保する観点から、Ｃｒ含有量は０．４質量％以上とする必要がある。一方、Ｃｒは過度に添加すると焼入の加熱時に残存する炭化物（未溶解炭化物）の量が増加し、ばねへの加工時における折損の発生を招来する。ばねへの加工時の折損を抑制する観点から、Ｃｒ含有量は２．０質量％以下とする必要がある。焼入性を重視する観点からは、Ｃｒ含有量は０．７５質量％以上とすることが好ましい。ばねへの加工時の折損の抑制を重視する観点からは、Ｃｒ含有量は１．８０質量％以下とすることが好ましい。
Ｃｒは、鋼の焼入性を向上させるとともに、焼戻軟化抵抗性を向上させる機能を有する。十分な焼入性を確保する観点から、Ｃｒ含有量は０．４質量％以上とする必要がある。一方、Ｃｒは過度に添加すると焼入の加熱時に残存する炭化物（未溶解炭化物）の量が増加し、ばねへの加工時における折損の発生を招来する。ばねへの加工時の折損を抑制する観点から、Ｃｒ含有量は２．０質量％以下とする必要がある。焼入性を重視する観点からは、Ｃｒ含有量は０．７５質量％以上とすることが好ましい。ばねへの加工時の折損の抑制を重視する観点からは、Ｃｒ含有量は１．８０質量％以下とすることが好ましい。
【0022】
不可避的不純物
ばね用鋼線を構成する鋼の製造工程において、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）などが不可避的に鋼中に混入する。リンおよび硫黄は、過度に存在すると鋼を脆化させる。そのため、リンおよび硫黄の含有量は、それぞれ０．０２０質量％以下とすることが好ましい。また、意図的に添加しない元素、すなわち不可避的不純物の総含有量は、０．０５０質量％以下であることが好ましい。
ばね用鋼線を構成する鋼の製造工程において、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）などが不可避的に鋼中に混入する。リンおよび硫黄は、過度に存在すると鋼を脆化させる。そのため、リンおよび硫黄の含有量は、それぞれ０．０２０質量％以下とすることが好ましい。また、意図的に添加しない元素、すなわち不可避的不純物の総含有量は、０．０５０質量％以下であることが好ましい。
【0023】
バナジウム（Ｖ）：０．１０質量％以上０．３０質量％以下
Ｖは、添加することが必須の元素ではないが、旧オーステナイト結晶粒を細粒化する機能を有する。旧オーステナイト結晶粒を細粒化することで、ばねへの加工時の折損を抑制することができる。旧オーステナイト結晶粒を細粒化する観点から、Ｖ含有量は０．１０質量％以上としてもよい。一方、Ｖは過度に添加するとばね用鋼線の製造コストが上昇する。また、Ｖは過度に添加するとばねへの加工時における折損の発生を招来する。そのため、Ｖ含有量は０．３０質量％以下としてもよい。
Ｖは、添加することが必須の元素ではないが、旧オーステナイト結晶粒を細粒化する機能を有する。旧オーステナイト結晶粒を細粒化することで、ばねへの加工時の折損を抑制することができる。旧オーステナイト結晶粒を細粒化する観点から、Ｖ含有量は０．１０質量％以上としてもよい。一方、Ｖは過度に添加するとばね用鋼線の製造コストが上昇する。また、Ｖは過度に添加するとばねへの加工時における折損の発生を招来する。そのため、Ｖ含有量は０．３０質量％以下としてもよい。
【0024】
モリブデン（Ｍｏ）：０．１０質量％以上０．５０質量％以下
Ｍｏは、添加することが必須の元素ではないが、焼入性の上昇、焼戻軟化抵抗性の上昇、靭性の上昇などの機能を有する。これらの特性を向上させる観点から、Ｍｏ含有量は０．１０質量％以上としてもよい。一方、Ｍｏは過度に添加するとばね用鋼線の製造コストが上昇する。また、Ｍｏは過度に添加するとばねへの加工時における折損の発生を招来する。そのため、Ｍｏ含有量は０．５０質量％以下としてもよい。
Ｍｏは、添加することが必須の元素ではないが、焼入性の上昇、焼戻軟化抵抗性の上昇、靭性の上昇などの機能を有する。これらの特性を向上させる観点から、Ｍｏ含有量は０．１０質量％以上としてもよい。一方、Ｍｏは過度に添加するとばね用鋼線の製造コストが上昇する。また、Ｍｏは過度に添加するとばねへの加工時における折損の発生を招来する。そのため、Ｍｏ含有量は０．５０質量％以下としてもよい。
【0025】
ニッケル（Ｎｉ）：０．２０質量％以上２．０質量％以下
Ｎｉは、添加することが必須の元素ではないが、焼入性を上昇させる機能を有する。焼入性を向上させる観点から、Ｎｉ含有量は０．２０質量％以上としてもよい。一方、Ｎｉは過度に添加すると、鋼の組織中の残留オーステナイト量が増加し、強度の低下を招来する。そのため、Ｎｉ含有量は２．０質量％以下としてもよい。
Ｎｉは、添加することが必須の元素ではないが、焼入性を上昇させる機能を有する。焼入性を向上させる観点から、Ｎｉ含有量は０．２０質量％以上としてもよい。一方、Ｎｉは過度に添加すると、鋼の組織中の残留オーステナイト量が増加し、強度の低下を招来する。そのため、Ｎｉ含有量は２．０質量％以下としてもよい。
【0026】
コバルト（Ｃｏ）：０．０５質量％以上０．５０質量％以下
Ｃｏは、添加することが必須の元素ではないが、強度の上昇、靭性の上昇などの機能を有する。これらの特性を向上させる観点から、Ｃｏ含有量は０．０５質量％以上としてもよい。一方、Ｃｏは過度に添加すると、ばね用鋼線の製造コストが上昇する。そのため、Ｃｏ含有量は０．５０質量％以下としてもよい。
Ｃｏは、添加することが必須の元素ではないが、強度の上昇、靭性の上昇などの機能を有する。これらの特性を向上させる観点から、Ｃｏ含有量は０．０５質量％以上としてもよい。一方、Ｃｏは過度に添加すると、ばね用鋼線の製造コストが上昇する。そのため、Ｃｏ含有量は０．５０質量％以下としてもよい。
【0027】
本願において、旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は、以下のように測定される数値を意味する。まず、ばね用鋼線の中心軸を含む断面でばね用鋼線を切断する。そして、当該断面において、鋼線の長さ方向に平行な線と垂直な線とを、それぞれたとえば５０μｍ間隔で描き、旧オーステナイト粒界と交点の数を得る。そして、線材の長さ方向に垂直な線と旧オーステナイト粒界と交点の数を、線材の長さ方向に平行な線と旧オーステナイト粒界と交点の数で除することにより、アスペクト比を算出する。
【0028】
また、本願において、マルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは、以下のように測定される数値を意味する。まず、ばね用鋼線の中心軸を含む断面でばね用鋼線を切断する。そして、当該断面において、一辺２０μｍの正方形の領域を無作為に２０か所選定し、各領域内における炭化物の長さの最大値を測定する。測定された２０の最大値の平均値を算出することにより、炭化物の平均最大長さを得る。
【0029】
（３）上記（１）または（２）のいずれか１つにおいて、ばね用鋼線の線径は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。焼戻軟化抵抗性に優れた本開示のばね用鋼線は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の線径を有するばね用鋼線に特に好適である。
【0030】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つにおいて、上記鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は２．３０以下であってもよい。この構成により、ばね用鋼線の製造プロセスが容易となる。
【0031】
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つにおいて、焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．２７μｍ以上であってもよい。この構成により、ばね用鋼線の製造プロセスが容易となる。
【0032】
（６）上記（１）から（５）のいずれか１つにおいて、上記鋼の旧オーステナイト結晶粒の大きさは１０μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。旧オーステナイト結晶粒の大きさを１０μｍ以上とすることにより、適切な焼入性を確保することが容易となる。旧オーステナイト結晶粒の大きさを２０μｍ以下とすることにより、ばね用鋼線のばねへの加工時における折損の発生を抑制することができる。本願において、旧オーステナイト結晶粒の大きさは、以下のように測定される数値を意味する。まず、ばね用鋼線の中心軸を含む断面でばね用鋼線を切断する。そして、当該断面における旧オーステナイト結晶粒の面積を、たとえば３０個測定する。測定には、たとえば公知の画像処理ソフトを使用することができる。そして、測定された各旧オーステナイト結晶粒の面積の円相当径（測定された面積と同じ面積を有する円の直径）の平均値を算出することにより、旧オーステナイト結晶粒の大きさを得る。
【0033】
（７）本開示の第１の局面におけるばね用鋼線の製造方法は、原料鋼線を準備する工程と、原料鋼線に対して伸線加工を実施する工程と、原料鋼線に焼入処理を実施する工程と、原料鋼線に焼戻処理を実施する工程と、を備える。原料鋼線を準備する工程では、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される原料鋼線が準備される。原料鋼線に対して伸線加工を実施する工程では、原料鋼線を構成する鋼の組織がオーステナイト相の単相となる第１の温度域に保持した状態で、原料鋼線に対して減面率２６％以上の伸線加工が実施される。原料鋼線に焼入処理を実施する工程では、伸線加工を実施する工程から引き続いて原料鋼線が第１の温度域に保持された状態からＭｓ点以下の温度域に冷却されることにより、原料鋼線に焼入処理が実施される。原料鋼線に焼戻処理を実施する工程では、焼入処理が実施された原料鋼線をＡ１点未満の温度域である第２の温度域に加熱することにより、原料鋼線に焼戻処理が実施される。
【0034】
（８）本開示の第２の局面におけるばね用鋼線の製造方法は、原料鋼線を準備する工程と、原料鋼線に対して伸線加工を実施する工程と、原料鋼線に焼入処理を実施する工程と、原料鋼線に焼戻処理を実施する工程と、を備える。原料鋼線を準備する工程では、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される原料鋼線が準備される。原料鋼線に対して伸線加工を実施する工程では、原料鋼線を構成する鋼の組織がオーステナイト相の単相となる第１の温度域に保持した状態で、原料鋼線に対して減面率２６％以上の伸線加工が実施される。原料鋼線に焼入処理を実施する工程では、伸線加工を実施する工程から引き続いて原料鋼線が第１の温度域に保持された状態からＭｓ点以下の温度域に冷却されることにより、原料鋼線に焼入処理が実施される。原料鋼線に焼戻処理を実施する工程では、焼入処理が実施された原料鋼線をＡ１点未満の温度域である第２の温度域に加熱することにより、原料鋼線に焼戻処理が実施される。
【0035】
本開示のばね用鋼線の製造方法においては、適切な成分組成の鋼から構成される原料鋼線が準備されたうえで、伸線加工、焼入処理および焼戻処理が実施される。これにより、焼戻マルテンサイト組織を有し、適切な成分組成の鋼から構成されるばね用鋼線を製造することができる。また、原料鋼線を構成する鋼の組織がオーステナイト相の単相となる第１の温度域に保持した状態で原料鋼線に減面率２６％以上の伸線加工を実施し、そのまま当該温度域に保持された状態から急冷して原料鋼線に焼入処理を実施することで、旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比を１．４５以上とすることが容易となる。その結果、マルテンサイトラス内に析出する炭化物の数が増加し、炭化物が小さくなるため、炭化物の平均最大長さを０．４μｍ以下とすることが容易となる。このように、本開示のばね用鋼線の製造方法によれば、上記本開示のばね用鋼線を容易に製造することができる。
【0036】
［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示のばね用鋼線の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
次に、本開示のばね用鋼線の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【0037】
図１は、ばね用鋼線の構造を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態におけるばね用鋼線１は、線状の形状を有している。ばね用鋼線１の直径φは、たとえば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。ばね用鋼線１の長さ方向に垂直な（中心軸Ａに垂直な）断面１Ａの形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態では円形である。ばね用鋼線１の外周面１Ｂは、円筒面形状を有している。なお、断面１Ａが円形である場合、中心軸Ａは、断面１Ａの中心を通る直線である。断面１Ａが円形以外である場合、中心軸Ａは、断面１Ａの重心を通る直線である。
【0038】
ばね用鋼線１を構成する鋼は、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなっている。ばね用鋼線１を構成する鋼は、さらに０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つを含有していてもよい。
【0039】
ばね用鋼線１を構成する鋼は、焼戻マルテンサイト組織を有している。ばね用鋼線１を構成する鋼に含まれる残留オーステナイト量は、たとえば１２体積％以下であることが好ましい。ばね用鋼線１を構成する鋼は、粒径０．２μｍ以上の球状化炭化物を含まないことが好ましい。ばね用鋼線１を構成する鋼の旧オーステナイト結晶粒の大きさは１０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【0040】
ばね用鋼線１の中心軸Ａを含む断面において、ばね用鋼線１を構成する鋼の旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上である。当該アスペクト比は、２．３０以下であってもよい。ばね用鋼線１の中心軸Ａを含む断面において、焼戻マルテンサイト組織におけるマルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下である。炭化物の平均最大長さは、０．２７μｍ以上であってもよい。
【0041】
本実施の形態のばね用鋼線１は、焼戻マルテンサイト組織を有し、適切な成分組成の鋼から構成されている。そして、旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比は１．４５以上とされている。これにより、マルテンサイトラスが小さくなっている。その結果、マルテンサイトラス内に析出する炭化物の数が増加し、各炭化物を小さくすることが容易となっている。そして、炭化物の平均最大長さは０．４μｍ以下とされている。これにより、ばね用鋼線１を構成する鋼の焼戻軟化抵抗性が上昇している。このように、本実施の形態のばね用鋼線１は、焼戻軟化抵抗性に優れたばね用鋼線となっている。
【0042】
次に、ばね用鋼線１の製造方法の一例について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施の形態のばね用鋼線１の製造方法の概略を示すフローチャートである。図２を参照して、本実施の形態のばね用鋼線１の製造方法においては、まず工程（Ｓ１０）として線材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼の線材が準備される。この線材を構成する鋼は、さらに０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つを含有していてもよい。
【0043】
次に、図２を参照して、工程（Ｓ２０）としてパテンティング工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された線材に対してパテンティングが実施される。具体的には、線材がオーステナイト化温度（Ａ１点）以上の温度域に加熱された後、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）よりも高い温度域まで急冷され、当該温度域で保持される熱処理が実施される。これにより、線材の組織がラメラ間隔の小さい微細パーライト組織となる。ここで、上記パテンティング処理において、線材をＡ１点以上の温度域に加熱する処理は、脱炭の発生を抑制する観点から不活性ガス雰囲気中で実施されることが好ましい。
【0044】
次に、図２を参照して、工程（Ｓ３０）として表面層除去工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）においてパテンティングが実施された線材の表面層が除去される。具体的には、たとえば上記線材がシェービングダイス内を通過することにより、パテンティングにより形成された表面の脱炭層等が除去される。この工程は必須の工程ではないが、これを実施することによりパテンティングによって脱炭層等が表面に生じた場合でも、これを除去することができる。
【0045】
次に、工程（Ｓ４０）として焼きなまし工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）において表面層が除去された線材に対して焼きなまし処理が実施される。焼きなまし処理は、必須の工程ではないが、これを実施することにより線材を軟化させることができる。焼きなまし処理は、たとえばＮ（窒素）、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガス雰囲気中で線材が加熱されることにより実施される。上記工程（Ｓ１０）～（Ｓ４０）が実施されることにより、原料鋼線の準備が完了する。この原料鋼線は、０．５質量％以上０．７質量％以下の炭素と、１．０質量％以上２．５質量％以下の珪素と、０．２質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、０．４質量％以上２．０質量％以下のクロムと、を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されている。この原料鋼線は、０．１質量％以上０．３質量％以下のバナジウム、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のモリブデン、０．２質量％以上２．０質量％以下のニッケルおよび０．０５質量％以上０．５０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１つをさらに含有していてもよい。
【0046】
次に、工程（Ｓ５０）として伸線工程が実施されたうえで、工程（Ｓ６０）として焼入工程が実施される。図３は、伸線工程および焼入工程を実施するための装置の構造を示す概略図である。図４は、伸線工程において用いられるダイス部の構造を示す概略断面図である。図３を参照して、工程（Ｓ５０）および（Ｓ６０）は、加熱装置としてのコイル５１と、ダイス付き冷却装置６０とを含む装置を用いて実施される。ダイス付き冷却装置６０は、ダイス部６１と、冷却部６２とを含んでいる。図４を参照して、ダイス部６１には、原料鋼線１１が通過することにより加工される貫通孔６１Ａが形成されている。原料鋼線１１が通過する方向に垂直な断面において、貫通孔６１Ａの形状は円形である。ダイス部６１は、貫通孔６１Ａを取り囲む壁面である第１部分６１Ｂ、第２部分６１Ｃおよび第３部分６１Ｄを含んでいる。原料鋼線が進行する向きα（図３および図４において左から右に向かう向き）において、第１部分６１Ｂは内径が徐々に小さくなるテーパ形状を有しており、第２部分６１Ｃは内径が一定の円筒形状を有しており、第３部分６１Ｄは内径が徐々に大きくなるテーパ形状を有している。
【0047】
図３を参照して、冷却部６２には、原料鋼線１１の径方向に延びる通路である一対のノズル部９１と、一対のノズル部９１に接続され、原料鋼線１１の進行向きに沿って延びて外部に連通する排出経路９２が形成されている。
【0048】
図３を参照して、工程（Ｓ５０）では、まず原料鋼線１１がコイル５１の内部を通過することにより、加熱される。より具体的には、高周波電流が流れるコイル５１の内部を原料鋼線１１が通過することにより、原料鋼線１１が誘導加熱される。原料鋼線１１は、たとえば原料鋼線１１を構成する鋼のＡｃ３点よりも１００℃高い温度以上鋼のＡｃ３点よりも２００℃高い温度以下の温度域に加熱される。原料鋼線１１の温度をＡｃ３点よりも１００℃高い温度以上とすることにより、原料鋼線１１を構成する鋼の組織中に存在する炭化物（特にθ炭化物；セメンタイト）およびフェライト相をより確実に固溶（消滅）させることができる。その結果、鋼の組織をオーステナイト相の単相とすることが容易となる。鋼の組織中にθ炭化物が残存すると、ばね用鋼線１のばねへの加工時における折損の発生の原因となり得る。また、鋼の組織中にθ炭化物やフェライト相が残存すると、ばね用鋼線１の強度が低下する原因となり得る。鋼の組織中に存在する炭化物およびフェライト相は、昇温速度が大きいほど、より高温で固溶する。そのため、昇温速度に影響する原料鋼線１１の線径、線速、コイル５１の構造およびコイル５１を流れる電流の大きさや周波数などを適切に調整して、鋼の組織をオーステナイト相の単相とすることが好ましい。原料鋼線１１の温度をＡｃ３点よりも２００℃高い温度以下とすることにより、無用な加熱によるコストの増大や、ダイス部６１の消耗の抑制を達成することができる。
【0049】
コイル５１を通過することにより加熱された原料鋼線１１は、ダイス部６１の貫通孔６１Ａに進入することにより、ダイス部６１によって伸線加工される。原料鋼線１１は、原料鋼線１１を構成する鋼の組織がオーステナイト相の単相となる第１の温度域に保持された状態で、減面率２６％以上の伸線加工（引抜き加工）を受ける。第１の温度域は、原料鋼線１１を構成する鋼のＡ１点以上の温度である。減面率は、４５％以下であってもよい。その結果、ダイス部６１を通過した原料鋼線１１は、ダイス部６１の第２部分６１Ｃの内径Ｄに対応する線径を有する原料鋼線１２となる。
【0050】
次に、工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）において伸線加工が実施されて得られた原料鋼線１２に対して焼入処理が実施される。工程（Ｓ６０）では、図３を参照して、ノズル部９１を介して矢印Ｂの向きに冷却媒体７１としての液体およびガスの少なくとも一方が噴出する。これにより、ダイス部６１を通過した直後の原料鋼線１２に対して冷却媒体７１が吹き付けられる。その結果、工程（Ｓ５０）から引き続いて第１の温度域に保持された原料鋼線１２が、Ｍｓ点以下の温度域に冷却されることにより、原料鋼線１２に焼入処理が実施される。これにより、原料鋼線１２を構成する鋼の組織がマルテンサイト組織となる。原料鋼線１２に吹き付けられた冷却媒体７１は、排出経路９２を通って矢印Ｃの向きに進行し、外部へと排出される。
【0051】
次に、図２を参照して、工程（Ｓ７０）として焼戻工程が実施される。工程（Ｓ７０）では、工程（Ｓ６０）において焼入処理が実施された鋼線に対して、鋼のＡ１点未満の温度域である第２の温度域に加熱された後、冷却される焼戻処理が実施される。原料鋼線１２の加熱は、たとえば所定の温度に維持された液体中に原料鋼線１２を浸漬することにより実施される。より具体的には、たとえば原料鋼線１２に対して９００℃以上９５０℃以下の温度に加熱した後、室温まで冷却する熱処理が実施される。これにより、原料鋼線１２を構成する鋼の組織が焼戻マルテンサイト組織となる。以上の手順により、本実施の形態のばね用鋼線１を製造することができる。
【実施例0052】
本開示のばね用鋼線を作成し、ばね用鋼線を構成する鋼の構造の改良による焼戻軟化抵抗性の上昇について確認する実験を行った。実験の手順は以下のとおりである。
【0053】
本開示のばね用鋼線を構成する鋼の成分組成の条件を満たす４種の成分組成Ａ～Ｄを有する原料鋼線を、上記実施の形態において説明した工程（Ｓ１０）～（Ｓ４０）に沿った手順で準備した。工程（Ｓ１０）では、線径は５．６ｍｍの線材が準備された。原料鋼線を構成する鋼の成分組成を表１に示す。表１において、数値は質量％にて表示されている。「－」との表示は、当該元素が意図的には添加されていないことを意味しており、含有量は測定されていないものの、不可避的不純物といえる含有量であることを意味する。Ａ～Ｄのそれぞれについて、表示された数値以外の部分は鉄および不可避的不純物である。
【0054】
【表1】
【0055】
加熱温度および加工温度は、以下の式（１）および（２）に基づいて算出したＡｃ３点およびＡｃ１点を基準として設定した。
【0056】
［Ａｃ３］（℃）＝９１０－２０３×(√％Ｃ)－１５．２×（％Ｎｉ）＋４４．７×（％Ｓｉ）＋１０４×（％Ｖ）＋３１．５×（％Ｍｏ）＋１３．１×（％Ｗ）・・・（１）
【0057】
［Ａｃ１］（℃）＝７２３－１０．７×（％Ｍｎ）－１６．９×（％Ｎｉ）＋２９．１×（％Ｓｉ）－１６．９×（％Ｃｒ）－２９０×（％Ａｓ）－６．３８×(％Ｗ)・・・（２）
【0058】
具体的には、加熱温度はＡｃ３点よりも１００℃高い温度以上Ａｃ３点よりも２００℃高い温度以下とした。加工温度はＡｃ１点以上とした。
【0059】
以上のように工程（Ｓ５０）～（Ｓ６０）に沿う手順で伸線および焼入処理が実施されて得られた原料鋼線１２に対して、工程（Ｓ７０）に沿う手順で焼戻処理を実施した。焼戻処理は、５００℃に保持した鉛中に４５秒間浸漬することにより実施した。以上の手順により、ばね用鋼線１のサンプルを得た（実施例）。一方、工程（Ｓ５０）における減面率を小さくすること、または工程（Ｓ５０）を省略することにより、マルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さ、および旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比を本開示のばね用鋼線の範囲外としたサンプルも作製した（比較例）。
【0060】
上記実施例および比較例のサンプルに対して、ばね用鋼線のばねへの加工後に実施される窒化処理などの熱処理を想定して、４３０℃の雰囲気中に３．５時間保持する熱処理を実施した。そして、各サンプルから試験片を作製し、引張試験を実施した。試験片の線径は３．４～３．８ｍｍとした。
【0061】
さらに、上記熱処理が実施された実施例および比較例のサンプルについて、旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比（γ粒アスペクト比）、マルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さ（最大炭化物長さ）および旧オーステナイト結晶粒の大きさ（γ粒の大きさ）を測定した。これらの測定は、以下のように実施された。
【0062】
図５は、旧オーステナイト結晶粒のアスペクト比の算出方法を説明するための図である。まず、各サンプルについて、ばね用鋼線１の中心軸Ａを含む断面が観察可能な試料を準備した。そして、当該断面を鏡面研磨したうえで、ピクリン酸飽和水溶液にてエッチングした。その後、光学顕微鏡にて当該断面を観察した。図５を参照して、当該断面の画像に、鋼線の長さ方向に平行な線と垂直な線とを５０μｍ間隔で描くことで当該断面の画像上に格子８１を描き、旧オーステナイト粒界と格子８１との交点の数を調査した。そして、線材の長さ方向に垂直な線と旧オーステナイト粒界と交点の数を、線材の長さ方向に平行な線と旧オーステナイト粒界と交点の数で除することにより、γ粒アスペクト比を算出した。また、同じ方法で準備し、同じ方法で研磨およびエッチングを実施した断面について、光学顕微鏡の一視野（辺の長さが０．２ｍｍの正方形領域）内に存在する各旧オーステナイト結晶粒の円相当径を調査し、それらの平均値を算出することによりγ粒の大きさを得た。
【0063】
図６は、マルテンサイトラスの内部に析出する炭化物の平均最大長さの算出方法を説明するための図である。各サンプルについて、ばね用鋼線１の中心軸Ａを含む断面が観察可能な試料を準備した。当該断面を鏡面研磨したうえで、１％ナイタール（エタノールにて希釈された硝酸）にてエッチングした。その後、ＦＥ－ＳＥＭ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用い、当該断面において、一辺２０μｍの正方形の領域を無作為に２０か所選定して、各領域内における炭化物（板状炭化物）の長さＬの最大値を測定した。測定された２０の最大値の平均値を算出することにより、炭化物平均最大長さを得た。実験の条件および結果を表２に示す。
【0064】
【表2】
【0065】
表２を参照して、ばね用鋼線を構成する鋼の成分組成として組成Ａ～Ｄのいずれを採用した場合でも、γ粒アスペクト比が大きくなるにしたがって、また最大炭化物長さが小さくなるにしたがって、引張強度の上昇率が大きくなる傾向にある。そして、γ粒アスペクト比を１．４５以上とし、かつ最大炭化物長さを０．４μｍ以下とすることにより、５％以上の引張強度の上昇が確認される。このことは、鋼の構造の改良による焼戻軟化抵抗性の上昇が有意差をもって得られたことを意味している。以上の実験結果より、本開示のばね用鋼線によれば、焼戻軟化抵抗性に優れたばね用鋼線を提供できるといえる。
【0066】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0067】
１ ばね用鋼線
１Ａ 断面
１Ｂ 外周面
１１ 原料鋼線
１２ 原料鋼線
５１ コイル
６０ ダイス付き冷却装置
６１ ダイス部
６１Ａ 貫通孔
６１Ｂ 第１部分
６１Ｃ 第２部分
６１Ｄ 第３部分
６２ 冷却部
７１ 冷却媒体
８１ 格子
９１ ノズル部
９２ 排出経路
Ａ 中心軸
Ｂ，Ｃ 矢印
Ｄ 内径
Ｌ 長さ
α 向き
θ ダイス半角
１Ａ 断面
１Ｂ 外周面
１１ 原料鋼線
１２ 原料鋼線
５１ コイル
６０ ダイス付き冷却装置
６１ ダイス部
６１Ａ 貫通孔
６１Ｂ 第１部分
６１Ｃ 第２部分
６１Ｄ 第３部分
６２ 冷却部
７１ 冷却媒体
８１ 格子
９１ ノズル部
９２ 排出経路
Ａ 中心軸
Ｂ，Ｃ 矢印
Ｄ 内径
Ｌ 長さ
α 向き
θ ダイス半角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
