特許 7528220 伸線加工性及び衝撃靭性に優れた非調質線材、及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-26

(45)【発行日】2024-08-05

(54)【発明の名称】伸線加工性及び衝撃靭性に優れた非調質線材、及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20240729BHJP

   C22C 38/38 20060101ALI20240729BHJP

   C21D 8/06 20060101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 301Y

C22C38/38

C21D8/06 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022536895

(86)(22)【出願日】2020-12-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-28

(86)【国際出願番号】 KR2020018188

(87)【国際公開番号】W WO2021125710

(87)【国際公開日】2021-06-24

【審査請求日】2022-06-15

(31)【優先権主張番号】10-2019-0169217

(32)【優先日】2019-12-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】592000691

【氏名又は名称】ポスコホールディングス インコーポレーティッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ムン， ドン－ジュン

(72)【発明者】

【氏名】パク， イン－ギュ

(72)【発明者】

【氏名】ミン， セ－ホン

【審査官】河口 展明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－００７０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１８３７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６３５０７３４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８３２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１６３０９７８（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２００４－０６００４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５０２８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５６７１４３９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

重量％で、Ｃ：０．０２～０．３０％、Ｓｉ：０．０５～０．８％、Ｍｎ：０．５～２．０％、Ｃｒ：１．０％以下、Ｐ：０．０３以下％、Ｓ：０．０３％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１～０．０７％、Ｎ：０．０１％超過０．０２％以下、並びにＮｂ：０．０１５～０．１％、Ｖ：０．０８～０．５％、及びＴｉ：０．０１５～０．１％のうちの１種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避な不純物からなり、
フェライトとパーライトからなる線材の微細組織を有し、
前記フェライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って間隔を成し、連続的又は不連続的に形成された多数のフェライト層からなり、
前記パーライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って前記フェライト層の外側又は内側に連続的又は不連続的に形成された多数のパーライト層からなり、
前記パーライト層は、平均ラメラ間隔が０．０３～０．３μｍであり、
前記フェライト層と隣接するフェライト層との距離は、５０μｍ以下の範囲を満たし、
前記フェライトの面積分率は、５３～９０％の範囲にあり、
前記圧延方向に平行な断面であるＬ断面での前記パーライト層の平均厚さが３０μｍ以下であり、並びに
前記圧延方向に直角な断面であるＣ断面での前記フェライトの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする伸線加工性及び衝撃靭性に優れた非調質線材。

【請求項2】

重量％で、Ｃ：０．０２～０．３０％、Ｓｉ：０．０５～０．８％、Ｍｎ：０．５～２．０％、Ｃｒ：１．０％以下、Ｐ：０．０３以下％、Ｓ：０．０３％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１～０．０７％、Ｎ：０．０１％超過０．０２％以下、並びにＮｂ：０．０１５～０．１％、Ｖ：０．０８～０．５％、及びＴｉ：０．０１５～０．１％のうちの１種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避な不純物からなり、
フェライトとパーライトからなる線材の微細組織を有し、
前記フェライトと前記パーライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って連続的又は不連続的に交互に配列されることで、フェライト層とパーライト層からなる層状構造を有し、
前記パーライト層は、平均ラメラ間隔が０．０３～０．３μｍであり、
前記フェライト層と隣接するフェライト層との距離は、５０μｍ以下の範囲を満たし、
前記フェライトの面積分率は、５３～９０％の範囲にあり、
前記圧延方向に平行な断面であるＬ断面での前記パーライト層の平均厚さが３０μｍ以下であり、並びに
前記圧延方向に直角な断面であるＣ断面での前記フェライトの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする伸線加工性及び衝撃靭性に優れた非調質線材。

【請求項3】

前記フェライト層と前記パーライト層は、線材圧延方向と平行な方向に沿って交互に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の伸線加工性及び衝撃靭性に優れた非調質線材。

【請求項4】

前記線材を３０～６０％の伸線加工時、常温衝撃靭性の平均値が１００Ｊ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の伸線加工性及び衝撃靭性に優れた非調質線材。

【請求項5】

重量％で、Ｃ：０．０２～０．３０％、Ｓｉ：０．０５～０．８％、Ｍｎ：０．５～２．０％、Ｃｒ：１．０％以下、Ｐ：０．０３以下％、Ｓ：０．０３％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１～０．０７％、Ｎ：０．０１％超過０．０２％以下、並びにＮｂ：０．０１５～０．１％、Ｖ：０．０８～０．５％、及びＴｉ：０．０１５～０．１％のうちの１種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避な不純物からなる鋼材を設ける工程と、
前記鋼材を下記関係式１を満たす再加熱温度（Ｔｒ）に再加熱する工程と、
前記再加熱された鋼材を下記関係式２を満たす仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で仕上げ圧延することで線材を製造する工程と、
前記仕上げ圧延された線材を巻き取った後、０．１～２℃／ｓに冷却する工程とを含み、
前記冷却された線材は、フェライトとパーライトからなる線材の微細組織を有し、前記フェライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って所定の間隔で連続的又は不連続的に形成された多数のフェライト層からなり、並びに前記パーライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って前記フェライト層の外側又は内側に連続的又は不連続的に形成された多数のパーライト層からなり、
前記パーライト層は、平均ラメラ間隔が０．０３～０．３μｍであり、
前記フェライト層と隣接するフェライト層との距離は、５０μｍ以下の範囲を満たし、
前記フェライトの面積分率は、５３～９０％の範囲にあり、
前記圧延方向に平行な断面であるＬ断面での前記パーライト層の平均厚さが３０μｍ以下であり、並びに
前記圧延方向に直角な断面であるＣ断面での前記フェライトの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする伸線加工性及び衝撃靭性に優れた非調質線材の製造方法。
［関係式１］
Ｔ_１≦Ｔｒ≦１２００℃
ここで、Ｔ_１＝７５７＋６０６［Ｃ］＋８０［Ｎｂ］／［Ｃ］＋１０２３√（［Ｎｂ］）＋３３０［Ｖ］＋３０００［Ｎ］
［関係式２］
Ｔ_２≦Ｔ_ｆ≦Ｔ_３
ここで、Ｔ_２＝７３３＋５２［Ｃ］＋２９．１［Ｓｉ］－２０．７［Ｍｎ］＋１６．９［Ｃｒ］－８０．６［Ｎｂ］＋２０００［Ｎ］、Ｔ_３＝９６２－３００［Ｃ］＋２４．６［Ｓｉ］－６８．１［Ｍｎ］－７５．６［Ｃｒ］－３６０．１［Ｎｂ］－２０．７［Ｖ］＋２０００［Ｎ］であり、各元素は重量含量を意味し、Ｔｆの単位は℃である。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、伸線加工性及び衝撃靭性に優れた非調質線材、及びその製造方法に係り、より詳しくは、自動車用素材又は機械部品用素材として使用するのに適度な伸線加工性及び衝撃靭性に優れた非調質線材、及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

機械構造用又は自動車部品などに使用される構造用鋼は、一般的に、熱間加工後に再加熱、焼入、焼戻し工程を経て、強度と靭性を高めた調質鋼（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ Ｓｔｅｅｌ）が使用されている。

【0003】

一方、調質鋼とは異なり、非調質鋼（Ｎｏｎ－Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｅｄ Ｓｔｅｅｌ）は、熱間加工後に熱処理しないでも熱処理（調質処理）した鋼（調質鋼）とほぼ類似した強度が得られる鋼のことを意味し、このような非調質鋼は、微量の合金を添加して材質を製造するため、Ｍｉｃｒｏ－Ａｌｌｏｙｅｄ Ｓｔｅｅｌとも称する。

【0004】

通常の調質線材製品は、［熱間圧延－冷間伸線－球状化熱処理－冷間伸線－冷間圧造－急冷及び焼戻し］という工程を経て最終の製品に製造されるのに対して、非調質線材製品は、［熱間圧延－冷間伸線－冷間圧造］という工程を経て最終の製品に製造される。

【0005】

このように、非調質線材は、従来の調質線材の製造に伴う熱処理工程を省略することで、素材の製造コストを下げた経済性に優れた製品であると同時に、最終急冷及び焼戻しの工程も行わないため、熱処理による欠陥、すなわち、熱処理ひずみによる直進性が確保され、多くの製品に適用されている。

【0006】

特に、フェライト－パーライト系非調質線材は、低コストの成分設計が可能で、Ｓｔｅｌｍｏｒ Ｌｉｎｅ製造工程で均質な組織を安定して得られるというメリットがあるものの、伸線加工量が増加するにつれて製品の強度が上昇する一方で、延性及び靭性は急激に低下するという問題がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、高窒素添加によって追加的な熱処理を行うことなく、優れた強度及び衝撃靭性を確保することができる非調質線材の製造、及びその製造方法に関するものであり、従来の調質鋼に比べて劣った靭性が問題となるフェライト－パーライト線材の強度、伸線加工性及び靭性を向上させることができる非調質線材、及びその製造方法を提供することを目的とする。

【0008】

本発明の課題は、上述した内容に限定されない。本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば本発明の明細書の全般的な事項から本発明の追加的な課題を理解するのに何の困難もないはずである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、重量％で、Ｃ：０．０２～０．３０％、Ｓｉ：０．０５～０．８％、Ｍｎ：０．５～２．０％、Ｃｒ：１．０％以下、Ｐ：０．０３以下％、Ｓ：０．０３％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１～０．０７％、Ｎ：０．０１％超過０．０２％以下、並びにＮｂ：０．１％以下、Ｖ：０．５％以下、及びＴｉ：０．１％以下のうちの１種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避な不純物からなり、フェライトとパーライトを含む線材の微細組織を有し、上記フェライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って所定の間隔で連続的又は不連続的に形成された多数のフェライト層からなり、並びに、上記パーライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って上記フェライト層の外側又は内側に連続的又は不連続的に形成された多数のパーライト層からなる伸線加工性及び衝撃靭性に優れたことを特徴とする。

【0010】

また、本発明は、重量％で、Ｃ：０．０２～０．３０％、Ｓｉ：０．０５～０．８％、Ｍｎ：０．５～２．０％、Ｃｒ：１．０％以下、Ｐ：０．０３以下％、Ｓ：０．０３％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１～０．０７％、Ｎ：０．０１％超過０．０２％以下、並びにＮｂ：０．１％以下、Ｖ：０．５％以下、及びＴｉ：０．１％以下のうちの１種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避な不純物からなり、フェライトとパーライトを含む線材の微細組織を有し、上記フェライトと上記パーライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って連続的又は不連続的に交互に配列されることで、フェライト層とパーライト層からなる層状構造を有する伸線加工性及び衝撃靭性に優れたことを特徴とする。

【0011】

上記フェライト層と隣接するフェライト層との距離は、５０μｍ以下の範囲にすることが好ましい。

【0012】

上記圧延方向に平行な断面であるＬ断面での上記パーライト層の平均厚さが３０μｍ以下であることが好ましい。

【0013】

上記圧延方向に直角な断面であるＣ断面での上記フェライトの平均粒径が１０μｍ以下であることが好ましい。

【0014】

上記線材を３０～６０％の伸線加工時、常温衝撃靭性の平均値が１００Ｊ以上であることが好ましい。

【0015】

また、本発明は、上記合金組成成分を有する鋼材を設ける工程と、上記鋼材を下記関係式１を満たす再加熱温度（Ｔｒ）に再加熱する工程と、上記再加熱された鋼材を下記関係式２を満たす仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で仕上げ圧延することで線材を製造する工程と、上記仕上げ圧延された線材を巻き取った後、０．１～２℃／ｓに冷却する工程と、を含むことを特徴とする。

【0016】

［関係式１］
Ｔ_１≦Ｔｒ≦１２００℃
ここで、Ｔ_１＝７５７＋６０６［Ｃ］＋８０［Ｎｂ］／［Ｃ］＋１０２３√（［Ｎｂ］＋３３０［Ｖ］＋３０００［Ｎ］）

【0017】

［関係式２］
Ｔ_２≦Ｔ_ｆ≦Ｔ_３
ここで、Ｔ_２＝７３３＋５２［Ｃ］＋２９．１［Ｓｉ］－２０．７［Ｍｎ］＋１６．９［Ｃｒ］－８０．６［Ｎｂ］＋２０００［Ｎ］、Ｔ_３＝９６２－３００［Ｃ］＋２４．６［Ｓｉ］－６８．１［Ｍｎ］－７５．６［Ｃｒ］－３６０．１［Ｎｂ］－２０．７［Ｖ］＋２０００［Ｎ］であり、各元素は重量含量を意味し、Ｔｆの単位は℃である。

【0018】

本発明において、上記冷却された線材は、フェライトとパーライトを含む線材の微細組織を有し、上記フェライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って所定の間隔で連続的又は不連続的に形成された多数のフェライト層からなり、並びに上記パーライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って上記フェライト層の外側又は内側に連続的又は不連続的に形成された多数のパーライト層からなることを特徴とする。

【0019】

上記フェライト層と隣接するフェライト層との距離は、５０μｍ以下の範囲にすることが好ましい。

【発明の効果】

【0020】

本発明によると、高窒素添加による窒化物形成元素を活用することで、熱処理を省略しても、高強度及び高靭性が要求される部品などに適度に使用できる非調質線材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施例に係るフェライト－パーライト層状構造を示す組織写真である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明を説明する。

【0023】

本発明者らは、伸線加工後に優れた強度及び衝撃靭性を確保することができる線材を提供するために多様な観点から検討した結果、線材の合金組成（高窒素添加）及び圧延方向によく発達したフェライト－パーライト層状構造（Ｆ－Ｐ ｂａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の微細組織を形成することで、別途の熱処理を行うことなく、伸線加工時に強度の増加と共に優れた衝撃靭性を確保することができることを見出し、本発明を提示するものである。

【0024】

以下、本発明の冷間加工性に優れた非調質線材について詳細に説明する。本発明の非調質線材は、重量％で、Ｃ：０．０２～０．３０％、Ｓｉ：０．０５～０．８％、Ｍｎ：０．５～２．０％、Ｃｒ：１．０％以下、Ｐ：０．０３以下％、Ｓ：０．０３％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１～０．０７％、Ｎ：０．０１％超過０．０２％以下、並びにＮｂ：０．１％以下、Ｖ：０．５％以下、及びＴｉ：０．１％以下のうちの１種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避な不純物からなる。そして、フェライトとパーライトを含む線材の微細組織を有し、上記フェライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って所定の間隔で連続的又は不連続的に形成された多数のフェライト層からなり、並びに上記パーライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って上記フェライト層の外側又は内側に連続的又は不連続的に形成された多数のパーライト層からなる。

【0025】

先ず、本発明の非調質線材の合金組成及び成分範囲について詳細に説明する。以下、特に規定しない限り、「％」は「重量％」である。

【0026】

・炭素（Ｃ）：０．０２～０．３％
炭素は、線材の強度を向上させる役割を果たす。本発明においてこのような効果を得るためには、０．０２％以上含むことが好ましい。但し、その含量が過多であると、鋼の変形抵抗が急増し、その結果、冷間加工性が劣化するという問題がある。よって、上記炭素含量の上限は０．３％であることが好ましい。より好ましくは、上記炭素含量を０．０２～０．２８％の範囲に制限することである。

【0027】

・シリコン（Ｓｉ）：０．０５～０．８％
シリコンは、脱酸剤として有用な元素である。本発明においてこのような効果を得るためには、０．０５％以上含むことが好ましい。但し、その含量が過多であると、固溶強化によって鋼の変形抵抗が急増し、その結果、冷間加工性が劣化するという問題がある。よって、上記シリコン含量を０．８％以下、より好ましくは、０．５％以下に制限することが好ましい。

【0028】

・マンガン（Ｍｎ）：０．５～２．０％
マンガンは、脱酸剤及び脱硫剤として有用な元素である。本発明においてこのような効果を得るためには、０．５％以上含むことが好ましく、０．８％以上含むことがより好ましい。但し、その含量が過多であると、鋼自体の強度が高すぎて鋼の変形抵抗が急増し、その結果、冷間加工性が劣化するという問題がある。よって、上記マンガン含量の上限は２．０％であることが好ましく、１．８％であることがより好ましい。

【0029】

・クロム（Ｃｒ）：１．０％以下（０％を含む）
クロムは、熱間圧延時にフェライト及びパーライト変態を促進させる役割を果たす。また、鋼自体の強度を必要以上に高くせず、鋼中の炭化物を析出して固溶炭素量を低減させ、固溶炭素による動的ひずみ時効の減少に寄与する。但し、その含量が過多であると、鋼自体の強度が高すぎて鋼の変形抵抗が急増し、その結果、冷間加工性が劣化するという問題がある。よって、上記クロム含量の上限は１．０％であることが好ましく、０．８％であることがより好ましい。

【0030】

・リン（Ｐ）：０．０３％以下
リンは、不可避に含有される不純物であって、結晶粒界に偏析して鋼の靭性を低下させ、遅延破壊抵抗性を減少させる主な原因となる元素であるため、その含量を可能な限り低く制御することが好ましい。理論上、リンの含量は０％に制御することが有利であるが、製造工程上、必然的に含有せざるを得ない。よって、上限を管理することが重要であり、本発明では、上記リンの含量の上限を０．０３％に管理する。

【0031】

・硫黄（Ｓ）：０．０３％以下
硫黄は、不可避に含有される不純物であって、結晶粒界に偏析して鋼の延性を大きく低下させ、鋼中の硫化物を形成して遅延破壊抵抗性及び応力弛緩特性を劣化させる主な原因となる元素であるため、その含量を可能な限り低く制御することが好ましい。理論上、硫黄の含量は０％に制御することが有利であるが、製造工程上、必然的に含有せざるを得ない。よって、上限を管理することが重要であり、本発明では、上記硫黄の含量の上限を０．０３％に管理する。

【0032】

・アルミニウム（Ｓｏｌ．Ａｌ）：０．０１～０．０７％
ｓｏｌ．Ａｌは、脱酸剤として有用に作用する元素であり、０．０１％以上含む。好ましくは、０．０１５％以上であり、より好ましくは、０．０２％以上である。Ａｌ含有量が０．０７％を超えると、ＡｌＮの形成によるオーステナイト粒度の微細化効果が大きくなって冷間鍛造性が低下する。よって、本発明では、上記Ａｌの含量の上限を０．０７％に管理する。

【0033】

・窒素（Ｎ）：０．０１％超過０．０２％以下
窒素の含量は、本発明の効果を実現するために必須の元素である。窒素の含量が０．０１％以下であると、窒化物の確保が難しくなってＮｂ、Ｖ、Ｔｉなどの析出物の生成量が減少し、所望の性質が得られない恐れがある。これに対し、窒素の含量が０．０２％を超えると、析出物と結合できなかった固溶窒素の含量が増加し、線材の靭性及び延性が低下する恐れがある。よって、本発明では、上記窒素の含量を０．０１％超過０．０２％以下に管理することが好ましい。

【0034】

本発明は、上述した成分系以外に、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、及びチタン（Ｔｉ）のうちの１種以上を含む。

【0035】

・ニオブ（Ｎｂ）：０．１％以下
ニオブ（Ｎｂ）は、炭化物及び炭窒化物を形成してオーステナイト及びフェライトの粒界移動を制限する役割を果たす元素である。しかし、上記炭窒化物は、破壊起点として作用して、衝撃靭性を低下させる恐れがあるため、溶解度限界（ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｌｉｍｉｔ）を元に添加することが好ましい。本発明においてＮｂの含量が０．１％を超えると、粗大な析出物が形成されるという問題がある。よって、その含量を０．１％以下に制限することが好ましい。

【0036】

・バナジウム（Ｖ）：０．５％以下
バナジウム（Ｖ）は、ニオブ（Ｎｂ）と同様に、炭化物及び炭窒化物を形成してオーステナイト及びフェライトの粒界移動を制限する役割を果たす元素である。但し、上記炭窒化物は破壊起点として作用して、衝撃靭性を低下する恐れがあるため、溶解度限界を元に添加することが好ましい。本発明において上記Ｖの含量が０．５％を超えると、粗大な析出物が形成されるという問題がある。よって、その含量は０．５％以下に制限することが好ましい。

【0037】

・チタン（Ｔｉ）：０．１％以下
チタン（Ｔｉ）は、炭素及び窒素と結合して炭窒化物を生成することで、オーステナイトの結晶粒サイズを制限する効果がある。但し、その含量が０．１％を超えると、粗大な析出物が形成されて介在物の破断の主なクラック生成先として作用する恐れが高くなるという問題点がある。よって、その含量は０．１％以下に制限することが好ましい。

【0038】

上記合金組成以外の残部はＦｅである。さらに、本発明の伸線用線材は、通常、鋼の工業的生産過程で含まれ得るその他の不純物を含むことができる。これらの不純物は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、誰でも分かる内容であるため、本発明では、特にその種類と含量を制限しない。

【0039】

一方、本発明の一実施例に係る非調質線材は、フェライトとパーライトを含む線材の微細組織を有する。

【0040】

また、上記フェライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って所定の間隔で連続的又は不連続的に形成された多数のフェライト層からなり、上記パーライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って上記フェライト層の外側又は内側に連続的又は不連続的に形成された多数のパーライト層からなる。言い換えれば、上記フェライトと上記パーライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って連続的又は不連続的に交互に配列されることで、フェライト層とパーライト層からなる層状構造を有している。

【0041】

図１は、本発明の一実施例に係るフェライト－パーライト層状構造を示す組織写真である。図１に示すように、本発明において、上記フェライトは、圧延方向と平行な方向に沿って所定の間隔で連続的又は不連続的に形成された多数のフェライト層からなり、上記パーライトは、線材圧延方向と平行な方向に沿って上記フェライト層の外側又は内側に連続的又は不連続的に形成された多数のパーライト層からなる。すなわち、本発明でフェライトとパーライトは、圧延方向と平行な方向に沿って連続的又は不連続的に交互に配列された層からなるため、圧延方向と平行な方向にフェライトとパーライトの層状構造（ｂａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成すると言える。このようなフェライト－パーライト層状構造は、伸線前の初期組織が伸線加工に有利な方向に配列されていることから、優れた伸線加工性を有するようになる。また伸線加工により圧延方向に延伸したフェライト－パーライト層状構造は、衝撃が加えられたとき、厚さ方向に衝撃の伝播が抑えられ、最も脆弱な部分であるフェライト－パーライト界面に沿って衝撃が伝播するため、衝撃靭性が向上する。

【0042】

本発明では、上記フェライトの面積分率を３０～９０％の範囲に維持することが好ましい。このような組織を確保する場合、強度を確保しつつ、優れた伸線加工性及び衝撃靭性を確保することができる。

【0043】

また、上記フェライト層と隣接するフェライト層との距離は、５０μｍ以下の範囲を満たすことが好ましい。

【0044】

本発明のパーライト組織は、圧延方向に平行な断面であるＬ断面でのパーライト層（ｂａｎｄ）の平均厚さが３０μｍ以下である。また、圧延方向に直角な断面であるＣ断面でのフェライトの平均粒径は１０μｍ以下である。

【0045】

上記パーライト層の厚さは、圧延方向に平行な断面であるＬ断面でのパーライト層厚さを意味し、上記パーライト層の平均厚さが３０μｍを超えると、目標の衝撃靭性の確保することが難しくなる恐れがある。

【0046】

上記フェライトの粒径は、圧延方向に直角な断面であるＣ断面でのフェライト粒径を意味し、上記フェライトの平均粒径は１０μｍ以下であることが好ましい。１０μｍを超えると、目標の衝撃靭性を確保することが難しくなる恐れがある。このとき、上記平均粒径は、鋼板の一断面を観察して検出した粒子の平均円相当直径（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ）を意味し、共に形成されるパーライトの平均粒径は、上記フェライトの平均粒径に影響を受けるため、特に制限しない。

【0047】

本発明のパーライト組織は、平均ラメラ間隔が０．０３～０．３μｍである。パーライト組織のラメラ間隔は、微細であればあるほど線材の強度が増加するが、０．０３μｍ未満であると、冷間加工性が劣化する恐れがあり、ラメラ間隔が０．３μｍを超えると、目標の強度を確保することが難しくなる恐れがある。

【0048】

上述したような組成と微細組織を有する本発明の線材を用いて３０～６０％の伸線加工を行うと、常温衝撃靭性の平均値１００Ｊ以上を得ることができる。

【0049】

次に、本発明の線材の製造方法について説明する。

【0050】

本発明の強度及び衝撃靭性に優れた非調質線材の製造方法は、上記のような合金組成成分を有する鋼材を設ける工程と、上記鋼材を下記関係式１を満たす再加熱温度（Ｔｒ）に再加熱する工程と、上記再加熱された鋼材を下記関係式２を満たす仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で仕上げ圧延することで線材を製造する工程と、上記仕上げ圧延された線材を巻き取った後、０．１～２℃／ｓに冷却する工程と、を含む。

【0051】

先ず、本発明では、上述したような合金組成成分を有する鋼材を設けた後、これを再加熱する。このとき、本発明では、上記鋼材は下記関係式１を満たす再加熱温度（Ｔｒ）に再加熱することが要求される。

【0052】

［関係式１］
Ｔ_１≦Ｔｒ≦１２００℃
ここで、Ｔ_１＝７５７＋６０６［Ｃ］＋８０［Ｎｂ］／［Ｃ］＋１０２３√（［Ｎｂ］＋３３０［Ｖ］＋３０００［Ｎ］）

【0053】

関係式１を満たす再加熱温度（Ｔｒ）に再加熱する本工程は、成分系の中で、Ｎｂ、Ｖ、又はこれらの組み合わせにより形成される炭窒化物を母材中に再固溶させるための工程である。Ｎｂ、Ｖ、又はこれらの組み合わせにより形成された炭窒化物が加熱炉内で再加熱時に溶解されず、残留するようになると、高温維持時に連続的な粗大化によって後続工程である線材圧延工程でフェライト結晶粒の微細化が難しくなり、冷却時に混粒組織が生成されることがある。

【0054】

上記関係式１で定義される鋼材の再加熱温度（Ｔｒ）がＴ_１未満であると、Ｎｂ、Ｖ、又はこれらの組み合わせにより形成される粗大な炭窒化物が完全に再固溶されず、鋼材の再加熱温度が１２００℃を超えると、オーステナイト組織が過度に成長して延性が低下する恐れがある。

【0055】

次いで、本発明では、上記再加熱された鋼材を下記関係式２を満たす仕上げ圧延温度（Ｔｆ）で仕上げ圧延することで線材を製造する。

【0056】

［関係式２］
Ｔ_２≦Ｔｆ≦Ｔ_３
ここで、Ｔ_２＝７３３＋５２［Ｃ］＋２９．１［Ｓｉ］－２０．７［Ｍｎ］＋１６．９［Ｃｒ］－８０．６［Ｎｂ］＋２０００［Ｎ］、Ｔ_３＝９６２－３００［Ｃ］＋２４．６［Ｓｉ］－６８．１［Ｍｎ］－７５．６［Ｃｒ］－３６０．１［Ｎｂ］－２０．７［Ｖ］＋２０００［Ｎ］であり、各元素は重量含量を意味し、Ｔｆの単位は℃である。

【0057】

上記仕上げ圧延温度（Ｔｆ）は、合金微細組織に影響を及ぼすため、フェライト－パーライト層状構造を形成するのに非常に重要な温度条件であり、上記関係式２の条件で仕上げ圧延すると、フェライト－パーライト層状構造がよく形成できる。

【0058】

上記関係式２において、上記仕上げ圧延温度（Ｔｆ）がＴ_２未満であると、フェライト粒界の微細化による変形抵抗が増加して冷間鍛造性が劣化する恐れがあり、仕上げ圧延温度（Ｔｆ）がＴ_３を超えると、フェライト－パーライト層状構造が形成されにくい恐れがある。

【0059】

さらに、本発明では、上記仕上げ圧延された線材を巻き取った後、０．１～２℃／ｓに冷却することで、最終微細組織を有する線材を製造する。

【0060】

すなわち、本発明で仕上げ圧延された線材を巻き取った後に冷却する工程は、仕上げ圧延条件で形成されたフェライト－パーライト層状構造中のパーライトのラメラ間隔を制御する工程に該当する。

【0061】

フェライト－パーライトからなる組織においてパーライトは、強度の観点からは有利であるが、靭性を低下させる主な原因として作用する。
しかし、このときパーライトのラメラ間隔が微細であると、靭性に相対的に有利に作用する。よって、本発明の冷却する工程でこのようなパーライトラメラ間隔を微細化するためには、冷却速度を適切に制御する必要がある。

【0062】

本発明では、上記冷却する工程で冷却時、平均冷却速度を０．１～２℃／ｓｅｃに制御することが好ましい。冷却速度が遅すぎると、ラメラ間隔が広がって延性が足りない恐れがあり、速すぎると、低温組織が発生して靭性を急激に低下する恐れがある。

【0063】

より好ましくは、０．３～１℃／ｓｅｃ範囲に管理することである。このような冷却速度の範囲であると、線材の強度を十分に確保しつつ、延性及び靭性に優れた非調質線材を得ることができる。

【0064】

上述したように、本発明では、鋼材の合金組成及び製造工程を制御する。すなわち、本発明は、上述した成分系を満たす鋼材を用いて最適化された製造工程（再加熱－圧延－冷却）を経て線材を製造することで、前述したフェライト－パーライト層状構造を有する線材を効果的に製造することができる。

【実施例】

【0065】

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。下記の実施例は、本発明の理解を助けるためのものに過ぎず、本発明の権利範囲を特定するものではないことに留意が必要である。

【0066】

下記表１のような合金組成を有する鋼材を、下記表２の加熱温度で３時間加熱した後、線径２０ｍｍに熱間圧延して線材を製造した。このとき、仕上げ圧延温度は、下記表２通りに設定し、巻き取った後、表２に示す冷却速度で冷却した。

【0067】

その後、電子顕微鏡を用いて、微細組織の種類及び分率、パーライト層厚さ、及びパーライトラメラ間隔などを分析及び測定し、その結果を下記表２に示した。

【0068】

また、上記微細組織を有する線材を３０～６０％の伸線加工後に常温引張強度及び常温衝撃靭性を測定し、その結果を下記表３に併せて示した。ここで、常温引張強度は２５℃で非調質鋼試片の中心部から採取して測定し、常温衝撃靭性は２５℃でＵノッチ（Ｕ－ｎｏｔｃｈ規格サンプル基準、１０×１０×５５ｍｍ）を有する試片をシャルピー衝撃試験によって得たシャルピー衝撃エネルギー値で評価した。

【0069】

【表1】

【0070】

【表2】

【0071】

【表3】

【0072】

上記表１～３から分かるように、本発明で提案する合金組成（高Ｎ添加）及び製造条件を満たす発明例１～４では、圧延方向に発達されたＦ＋Ｐ ｂａｎｄｅｄ構造により、伸線加工後に優れた強度及び衝撃靭性を確保することができた。

【0073】

これに対し、比較例１～４は、合金組成成分は本発明の範囲内であるものの、製造工程条件が本発明の範囲から外れた場合である。具体的には、比較例１及び比較例４が再加熱温度及び仕上げ圧延温度を満たさない場合、比較例２が仕上げ圧延温度を満たさない場合、比較例３が仕上げ圧延及び冷却速度を満たさない場合であり、発明例に比べて衝撃靭性が低かった。

【0074】

さらに、本発明で提案する合金組成及び製造条件を満たさない比較例５～８では、本発明で提案する圧延方向へのＦ＋Ｐ ｂａｎｄｅｄ構造が十分に発揮されず、発明例に比べて衝撃靭性が低かった。

【0075】

本発明は、上記実現例及び実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で製造されることができ、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施され得るということを理解できるであろう。したがって、上述した実現例及び実施例は全ての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。

【図1】