CN117120654A - 热处理钢材以及钢材的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种拉伸强度以及韧性这两者均优异的热处理钢材。该热处理钢材是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，晶界设定角度15°下的平均晶粒直径为10×C+7(μm)以下(C是碳含量(％))。

Description

热处理钢材以及钢材的热处理方法
技术领域
本发明涉及热处理钢材以及钢材的热处理方法。
背景技术
钢线以及将多根钢线捻合而成的钢缆由在制铁厂商中通过热轧制成的被称为盘条的钢材、具体而言由硬钢线材(JIS G 3506)、钢琴线材(JIS G 3502)等制成。在该制铁厂商中制成的硬钢线材、钢琴线材等盘条的长度方向的拉伸强度的偏差通常较大，为了制造使长度方向的品质稳定的高品质的钢线、钢缆等而对盘条进行热处理。由制铁厂商制作的盘条的最小直径通常为约5.5mm。在制造更细的钢线的情况下，对热处理后的盘条进行拉丝加工。若试图通过一次拉丝加工而使盘条的直径急剧地减径，则有时韧性劣化，为了避免这种情况，有时也交替地进行多次热处理和拉丝加工。
为了品质稳定而对盘条和拉丝加工材料进行的热处理一般被称为“韧化(Patenting)”。在韧化中，将韧化前的盘条及拉丝加工材料(热处理前钢材)加热至给定温度，然后使热处理前钢材通过加热至比加热温度低的给定温度的介质(例如熔融铅)而进行冷却。通过经过韧化，能够制作长度方向的拉伸强度偏差小且具有适度韧性的热处理钢材(钢线)。热处理钢材例如有时在镀覆后进行编网而用作金属网或蛇形篮，也有时对热处理钢材进行拉丝加工。拉丝加工后的热处理钢材有时直接出货，也有时在镀敷处理、包覆处理后出货。也可以将多根拉丝加工后的热处理钢材捻合来制造钢缆，或者进一步进行镀黄铜来制造钢帘线。总之，韧化是在高品质的钢线、钢缆、钢帘线等的制造工序中非常重要的工序。
为了抑制拉丝加工时的断线等故障，拉伸强度和韧性的兼顾是不可缺少的。因此，热处理钢材(拉丝加工前的状态，通常为拉丝加工的对象的钢材)优选铁素体和渗碳体(Fe(铁)和C(碳)的金属间化合物)以层状交替排列的被称为珠光体的组织的钢材。珠光体是如上所述通过加热钢材而得到晶体结构从体心立方相变为面心立方的(奥氏体化)的钢材，并将其骤冷而出现的(例如参照专利文献1)。
若用于得到奥氏体化的钢材的加热不充分，则渗碳体在加热中不固溶，其结果是，热处理钢材的拉伸强度降低，拉丝加工后的钢材的韧性劣化。例如，若进行热处理的钢材的厚度(直径)大，则钢材的表面(表层)部的加热充分，但在中心(中心层)部产生加热不足的可能性。通常，为了避免加热不足(使奥氏体化完全进行)(不残留未溶解碳化物，渗碳体的碳在奥氏体内均匀地扩散)，对钢材进行预计了余量的长时间的加热处理，但如此一来，特别是表面部的晶粒(奥氏体晶粒)有时会生长，若晶粒直径大，则金属组织***糙，韧性变小。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3599551号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供拉伸强度和韧性这两者均优异的热处理钢材。
本发明的目的还在于抑制冷却介质槽的保温时的放射热，实现燃料费的成本降低。
本发明的目的还在于能够由同一组成(同一钢种)得到与以往相比在高强度侧具有更宽范围的拉伸强度的热处理钢材。
本发明的目的还在于无需为了高强度化而在热处理钢材中添加高价的合金元素，就能够得到与添加了合金元素的热处理钢材同等的拉伸强度。
用于解决课题的技术方案
如上所述，兼顾拉伸强度和韧性的热处理钢材迄今为止优选铁素体和渗碳体以层状交替排列的珠光体的钢材，而根据发明人的试验和研究，能够得到如下见解：即使不具有铁素体和渗碳体以层状交替排列的珠光体(即使是这样的珠光体少的金属组织)，也能够提供兼顾拉伸强度和韧性的热处理钢材。
还确认了通过本发明提供的热处理钢材具有与以往的热处理钢材不同的多种特性。如以下说明的那样，根据(1)晶粒直径、(2)晶粒数、(3)GOS(Grain OrientationSpread)值、(4)截面、(5)断面收缩率、(6)S-S曲线，能够规定本发明的热处理钢材。
(1)着眼于晶粒直径，由第一观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，晶界设定角度15°下的平均晶粒直径为10×C+7(μm)以下(C为碳含量(％))。
同样地，着眼于(1)晶粒直径，由第一观点的发明提供的热处理钢材进一步地，(晶界设定角度15°下的表面部的平均晶粒直径)/(晶界设定角度15°下的中心部的平均晶粒直径)为0.70以上且1.10以下。
(2)着眼于晶粒数，由第二观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为为Fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，(晶界设定角度5°下的晶粒数)/(晶界设定角度15°下的晶粒数)的值为5.4×C-0.95以下，或者(晶界设定角度2°下的晶粒数)/(晶界设定角度15°下的晶粒数)的值为9.8×C-1.9以下(C为碳含量(％))。
(3)着眼于GOS值，由第三观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，晶界设定角度15°下的GOS值平均为11×(C-0.42)+5.3以下(C为碳含量(％))。
同样地，着眼于(3)GOS值，由第四观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，晶界设定角度15°下的GOS值0°～10°的范围的累积频数为-0.1C3-1.3C2+1.1C+0.7以上(C为碳含量(％))。
本发明提供的热处理钢材有时包含与以往已知的珠光体组织及贝氏体组织中所含的渗碳体(Fe3C)不同的铁碳化物(Fe2～2.5C、Fe2～3C等)。另外，本发明提供的热处理钢材中所含的铁碳化物(实施例中称为“特殊渗碳体”)具有与以往已知的珠光体组织及贝氏体组织中所含的渗碳体不同的形状、即分支、弯折或弯曲的部分多这样的特征。
(4)着眼于截面，由第五观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％及Si：0.0～1.5％且余量为Fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，在通过反射电子像(BSE)观察组织时，在铁氧体与铁碳化物的层状组织中，分支、弯折或弯曲的铁碳化物的面积比在视野中包含9％以上。在BSE图像中分支、弯折或弯曲的铁碳化物也能够看到斑驳图样。
同样地，着眼于(4)截面，由第六观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％及Si：0.0～1.5％且余量为Fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，在通过电子扫描显微镜(SEM)观察组织时，在包含铁氧体和铁碳化物的层状组织中，在上述铁碳化物的表面观察到球状的凸部。
进而，着眼于(4)截面，由第七观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％及Si：0.0～1.5％且余量为Fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，在通过电子扫描显微镜(SEM)观察组织时，在铁氧体与铁碳化物的层状组织中，在上述铁碳化物的表面有凹凸，生成了立体地成为梳状、网眼状的棒状或板状的相对各向同性的铁碳化物。
(5)着眼于断面收缩率，由第八观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％及Si：0.0～1.5％且余量为Fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，在将拉伸强度设为TS(MPa)时，断面收缩率为-0.000064TS2+0.09TS+46(％)以上。
进而，着眼于(6)S-S曲线，由第九观点的发明提供的热处理钢材是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％及Si：0.0～1.5％且余量为Fe及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，从在S-S曲线中求出的0.4％屈服强度减去在上述S-S曲线中求出的0.2％屈服强度而得到的屈服强度差为45×C-3(MPa)以下(C为碳含量(％))。
根据本发明，能够提供拉伸强度高且韧性也优异的热处理钢材。
本发明的钢材的热处理方法包括：准备以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％及Si：0.0～1.5％且余量为Fe及不可避免的杂质钢材的工序；通过使上述钢材自身发热而直接加热上述钢材的工序；以及通过使上述加热后的钢材通过储存有能够进行等温相变的冷却介质的浴槽来冷却上述钢材的工序，在上述加热工序中加热最终阶段的温度梯度最大，在上述加热工序的加热最终阶段中上述钢材刚达到给定加热最高温度后，使上述加热后的钢材进入上述冷却介质，由此不保持上述给定加热最高温度而开始冷却。加热工序考虑使用通电或高频等的加热。能够将熔融铅等熔融金属以及其他冷却介质用于钢材的冷却。
本发明的钢材的热处理方法也可以如下规定。即，其他观点的本发明的钢材的热处理方法将以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％及Si：0.0～1.5％且余量为Fe及不可避免的杂质的钢材在数秒内从常温加热至800℃以上，不保持加热最高温度而将加热后的钢材在数秒内冷却至620℃以下。
发明效果
通过经过该热处理方法，能够制造拉伸强度高且韧性也优异的上述热处理钢材。
附图说明
图1是概略地表示韧化装置的框图。
图2是表示使用气炉韧化后的钢材的温度变化的曲线图。
图3是表示使用图1的韧化装置进行韧化后的钢材的温度变化的曲线图。
图4将钢种名和成分示于表中。
图5表示现有产品的光学显微镜图像。
图6表示现有产品的光学显微镜图像。
图7表示开发产品的光学显微镜图像。
图8表示开发产品的光学显微镜图像。
图9A表示现有产品的SEM图像。
图9B表示现有产品的SEM图像。
图10A表示开发产品的SEM图像。
图10B表示开发产品的SEM图像。
图11A表示现有产品的SEM图像。
图11B表示现有产品的SEM图像。
图12A表示开发产品的SEM图像。
图12B表示开发产品的SEM图像。
图13表示现有产品的BSE图像。
图14表示开发产品的BSE图像。
图15表示开发产品的BSE图像。
图16是现有产品的BSE图像的局部放大示意图。
图17是开发产品的BSE图像的局部放大示意图。
图18A表示开发产品的SEM图像。
图18B表示开发产品的SEM图像。
图19表示开发产品的BSE图像。
图20A表示开发产品的SEM图像。
图20B表示开发产品的SEM图像。
图21表示开发产品的BSE图像。
图22A表示现有产品的SEM图像。
图22B表示开发产品的SEM图像。
图23A表示现有产品的BSE图像。
图23B表示开发产品的BSE图像。
图24A表示开发产品的SEM图像。
图24B表示开发产品的BSE图像。
图25A表示开发产品的SEM图像。
图25B表示开发产品的SEM图像。
图26是表示在开发产品的BSE图像中出现的特异形状部的形状例的示意图。
图27表示关于开发产品和现有产品各自的碳含量与特异形状部的比例的关系。
图28表示关于开发产品和现有产品各自的晶界设定角度与平均晶粒直径的关系。
图29表示关于开发产品和现有产品各自的碳含量与晶界设定角度15°下的平均晶粒直径的关系。
图30表示关于开发产品和现有产品各自的中心部的平均晶粒直径与表面附近和中心部的平均晶粒直径的比率的关系。
图31表示关于开发产品和现有产品各自的晶界设定角度与晶界设定角度5°和2°时的晶粒数相对于晶界设定角度15°的晶粒数的比例。
图32表示关于开发产品和现有产品各自的、碳含量与晶界设定角度5°的晶粒数/晶界设定角度15°的晶粒数的关系。
图33表示关于开发产品和现有产品各自的、碳含量与晶界设定角度2°的晶粒数/晶界设定角度15°的晶粒数的关系。
图34表示关于开发产品以及现有产品各自的、晶界设定角度与平均GOS值的关系。
图35表示关于开发产品和现有产品各自的、碳含量与平均GOS值的关系。
图36表示关于开发产品和现有产品各自的、到累积频数为止的GOS值与晶界设定角度15°下的累积频数的关系。
图37表示关于开发产品以及现有产品各自的、碳含量与晶界设定角度15°下的GOS值10°为止的累积频数的关系。
图38表示关于开发产品以及现有产品各自的、真应变与拉伸强度的关系。
图39A表示开发产品的SEM图像。
图39B表示开发产品的SEM图像。
图40A表示开发产品的SEM图像。
图40B表示开发产品的SEM图像。
图41表示关于开发产品以及现有产品各自的、真应变与拉伸强度的关系。
图42表示关于开发产品以及现有产品各自的、真应变与拉伸强度的关系。
图43表示关于开发产品以及现有产品各自的、拉伸强度与断面收缩率的关系。
图44表示关于开发产品以及现有产品各自的S-S曲线。
图45表示关于开发产品以及现有产品各自的S-S曲线。
图46是图44的局部放大图。
图47表示关于开发产品和现有产品各自的、碳含量与0.4％屈服强度-0.2％屈服强度的关系。
具体实施方式
图1概略地表示韧化装置。在以下的说明中，将韧化前的钢材简称为“钢材11”，将韧化后的钢材称为“热处理钢材12”来进行区别。
韧化装置包括电源13、供电辊14、浴槽15及储存在浴槽15中的熔融铅16。
钢材11以线条体(线材)的形态供给。从开卷机(省略图示)放出的钢材11在图1中从左向右以一定速度行进，经过供电辊14而在储存于浴槽15的熔融铅16中浸渍给定时间。
首先，对钢材11进行热处理(加热处理)。韧化装置所具备的电源13与供电辊14及浴槽15连接，构成包括电源13、供电辊14、熔融铅16及浴槽15的闭合回路。在供电辊14的左侧(上游侧)设置有绝缘装置(省略图示)以使得电流不流过钢材11。在从供电辊14到储存在浴槽15中的熔融铅16的液面的区间中，对钢材11通电从电源13供给的电流，进行加热。
钢材11在即将进入储存于浴槽15中的熔融铅16的液面之前的位置被最大程度地加热。钢材11的加热温度(钢材11的最高到达温度)为了发挥后述的特性而设为975℃以下。这是因为，若加热温度过高，则晶粒(奥氏体晶粒)生长，金属组织***糙，韧性特别是断面收缩率(日文：絞り)变小。但是，加热不足会导致作为Fe与C的金属间化合物的铁碳化物(作为一例为渗碳体)的非固溶，因此优选钢材11的加热温度设为800℃以上。通过调整电源13的电压或电流，能够控制钢材11的加热温度。加热时间根据从供电辊14到熔融铅16的液面的路径长度和钢材11的行进速度来调整。
储存在浴槽15中的熔融铅16被气炉(也可以是电热加热器)加热到一定温度。熔融铅16的温度低于上述钢材11的加热温度，在即将进入熔融铅16的液面之前的位置被加热至最高到达温度的钢材11在进入熔融铅16后立即开始冷却。
熔融铅16的温度(铅炉温度)、即等温相变温度设为620℃以下。这是为了将钢材11骤冷，从奥氏体得到珠光体、碳化物的析出。但是，如果过于骤冷，则出现使产品变脆的马氏体等，因此熔融铅16的下限温度设为350℃左右。
浸渍在熔融铅16中，之后从浴槽15拉出的韧化完成的钢材即热处理钢材12随后进入水洗处理、皮膜处理，根据需要进行拉丝处理。
图2表示使用气炉韧化后的钢材11(热处理钢材12)的温度变化(升温曲线)，图3表示使用图1所示的韧化装置进行韧化后的钢材11(热处理钢材12)的温度变化(升温曲线)。在图2和图3的曲线图中，均在钢材11进入熔融铅16的定时，温度急剧降低。需要注意的是，在图2和图3中时间轴(横轴)的比例尺不同。
参照图2，当利用气炉时，钢材11被逐渐加热。在以气炉为代表的气氛加热炉中，加热所需的时间与钢材11的线径成比例，线径越细，加热时间越短，越粗则加热时间越长。图2、图3是线径的钢材11的曲线图，当利用气炉时，达到最高到达温度(目标加热温度)需要40秒左右的时间。另一方面，参照图3，当利用图1所示的韧化装置时，钢材11在数秒内达到最高到达温度(目标加热温度)。图1所示的韧化装置能够与线径无关地使升温速度恒定。
对比图2的曲线图与图3的曲线图，升温曲线的形状大不相同。在图2的曲线图中，从奥氏体化开始的723℃附近升温速度变慢，奥氏体化所需要的时间的比率变长，与此相对，在图3的曲线图中，723℃以上的升温速度快，奥氏体化所需要的时间的比率短。另外，在图2中在达到最高温度后保持20秒左右，与此相对，在图3中达到最高温度后立即开始冷却。
作为初始线材的钢材11和对其进行韧化后的热处理钢材12是包含铁(Fe)和碳(C)的碳钢。通过将碳含量(碳浓度)设为0.38％(意味着质量％，以下相同)以上，容易得到充分的强度，通过设为1.05％以下，加工性的降低、疲劳极限的降低等得到抑制。
除了Fe和C之外，热处理钢材12也可以包含锰(Mn)、铬(Cr)和硅(Si)。
锰(Mn)作为脱氧材料而含有。为了抑制加工性降低，限于1.0％以下的含量。
铬(Cr)通常使珠光体微细化，对韧性的改善具有效果。大量的Cr的添加反而导致韧性的降低，因此限于0.50％以下的含量。
硅(Si)作为脱氧剂使用。为了避免延展性劣化，限于1.5％左右的含量。
此外，也可以根据用途将钒(V)(0.50％以下)、钼(Mo)(0.25％以下)、硼(硼)(B)(0.005％以下)、钛(Ti)(0.050％)、镍(Ni)(0.50％以下)、铝(0.10％以下)、锆(Zr)(0.050％以下)等其他元素添加到钢材11(热处理钢材12)中。
在以下的说明中，将进行图2所示的加热、确保20秒左右的最高到达温度保持时间而得到的热处理钢材12称为“现有产品”，将进行图3所示的加热、在达到最高温度后立即开始冷却而得到的热处理钢材12称为“开发产品”来进行区别。图4中汇总了以下说明的多个钢材11(热处理钢材12)的钢种名及其成分。
(光学显微镜图像)(图5～图8)
图5～图8作为热处理前的钢材11均相同(均为直径2.11mm的SWRH62A)，但如图2及图3分别所示，是通过使韧化的方法不同而得到的热处理钢材12的光学显微镜图像，图5及图6是现有产品的光学显微镜图像，图7及图8是开发产品的光学显微镜图像。图5～图8所示的光学显微镜图像是将热处理钢材12沿长度方向进行研磨，使用硝酸乙醇进行蚀刻后，对热处理钢材12的中心部及其附近进行拍摄得到的图像。
图5是将熔融铅16的温度设为565℃而得到的现有产品的光学显微镜图像，图6是将熔融铅16的温度设为450℃而得到的现有产品的光学显微镜图像。若将熔融铅16的温度设为565℃，则金属组织成为珠光体组织(图5)，若将熔融铅16的温度设为450℃，则成为贝氏体组织(图6)。现有产品在使熔融铅16的温度为565℃、450℃时，明显出现金属组织的差异。
图7是将熔融铅16的温度设为565℃而得到的开发产品的光学显微镜图像，图8是将熔融铅16的温度设为450℃而得到的开发产品的光学显微镜图像。与图5、图6相比，可知开发产品与现有产品相比晶体微细。另外，无论熔融铅16的温度是565℃还是450℃，金属组织都与珠光体组织的特征相似，没有出现贝氏体组织的特征。可知无论将熔融铅16的温度设为565℃还是设为450℃，在光学显微镜图像中都不会像现有产品那样在金属组织中产生明确的差异。
(扫描电子显微镜图像)(图9A～图12B)
图9A～图12B均作为热处理前的钢材11均相同(均为直径2.11mm的SWRH62A)，但如图2及图3分别所示，是通过使韧化的方法不同而得到的热处理钢材12的扫描电子显微镜图像，图9A、图9B、图11A及图11B是现有产品的扫描电子显微镜图像，图10A及图10B是开发产品的扫描电子显微镜图像。与上述的光学显微镜图像同样地，扫描电子显微镜图像也是将热处理钢材12沿长度方向研磨，使用硝酸乙醇进行蚀刻后，对热处理钢材12的钢线中心部附近进行了拍摄。
图9A和图9B均是将熔融铅16的温度设为565℃而得到的现有产品的扫描电子显微镜图像(以下称为SEM图像)，图9A表示倍率10,000倍的SEM图像，图9B表示倍率50,000倍的SEM图像。在铁素体和渗碳体的层状组织(珠光体组织)中确认到多个板状(层状)的渗碳体(Fe3C)(图9A和图9B中看起来为白色的线状部分)。渗碳体的表面平滑，多个渗碳体的板厚(层厚)大致均匀(约30nm)。
图10A和图10B均是将熔融铅16的温度设为565℃而得到的开发产品的SEM图像，图10A表示倍率10,000倍的SEM图像，图10B表示倍率50,000倍的SEM图像。确认到多个板状(层状)的组织。图10A和图10B中看起来为白色的部分包含渗碳体(Fe3C)，但有时包含与渗碳体不同的铁碳化物(例如Fe2～2.5C、Fe2～3C)，在其表面散见球状的凸部。另外，多个铁碳化物的板厚(层厚)不均匀，比现有产品厚(约60nm)。
在以下的说明中，为了与现有产品中确认的构成层状组织的铁碳化物即“渗碳体”(Fe3C)区别，将在开发产品中确认的构成层状组织的铁碳化物(Fe3C、Fe2～2.5C、Fe2～3C等)称为“特殊渗碳体”。
图11A和图11B是将熔融铅16的温度设为450℃而得到的现有产品的SEM图像，图11A表示倍率10,000倍的SEM图像，图11B表示倍率50,000倍的SEM图像。在图11A和图11B中看起来为白色的渗碳体不为板状(层状)，不是珠光体组织而是贝氏体组织。
图12A和图12B是将熔融铅16的温度设为450℃而得到的开发产品的SEM图像，图12A表示倍率10,000倍的SEM图像，图12B表示倍率50,000倍的SEM图像。在图12A、图12B中看起来为白色的特殊渗碳体的表面散见球状的凸部(凹凸部)，确认到呈特异的形状的棒状或板状的比较各向同性的部分，另外，也确认到将它们组合而成的梳状、网眼状的部分、如树的根那样立体地成为网眼状的部分。这是在以往的珠光体组织中、贝氏体组织中都看不到的组织。
(背散射电子图像)(图13～图15)(图16～图17)
图13～图15作为热处理前的钢材11均相同(均为直径2.11mm的SWRH62A)，但如图2及图3分别所示，是通过使韧化的方法不同而得到的热处理钢材12的背散射电子(Backscattered Electron：BSE)图像，图13是现有产品的BSE图像，图14及图15是开发产品的BSE图像(倍率均为10,000倍)。图14和图15的铅炉温度不同。与上述的光学显微镜图像及扫描电子显微镜图像不同，背散射电子图像是对热处理钢材12进行研磨，进行使用氩气的铣削处理，拍摄热处理钢材12的长度方向。图16表示图13所示的现有产品的BSE图像的局部放大示意图，图17表示图14所示的开发产品的BSE图像的局部放大示意图。
图13是将熔融铅16的温度设为565℃而得到的现有产品的BSE图像。图14表示将熔融铅16的温度设为450℃的开发产品的BSE图像，图15表示将熔融铅16的温度设为565℃的开发产品的BSE图像。
如图13和图16所示，在现有产品的BSE图像中，确认了在原奥氏体晶界内铁素体和渗碳体以层状交替排列的层状组织。在现有产品的BSE图像中，渗碳体看起来是相互平行且细长地延伸的多个条纹。
另一方面，如图14、图15及图17所示，在开发产品的BSE图像中也确认到铁素体以及特殊渗碳体的层状组织。不过可知特殊渗碳体以层状排列(在BSE图像中相互平行且细长地延伸的条纹)相当少，层厚(BSE图像中的条纹的粗细)不均匀，大多发生分支、弯折、弯曲等(视野中的面积比为9％以上)。在开发产品的BSE图像中，特殊渗碳体看起来可以说呈斑驳图样。在将熔融铅16的温度设为565℃的开发产品(图15)中，与将熔融铅16的温度设为450℃的开发产品(图14)相比，特殊渗碳体笔直地延伸，但与现有产品(图13)相比未生长，分支、弯折、弯曲的部分仍然较多。
(高碳钢SWRS92A的SEM图像、BSE图像)
图18A～图21使用SWRS92A作为钢种，图18A及图18B是将熔融铅16的温度设为565℃而得到的开发产品的SEM图像(图18A的倍率为10,000倍，图18B的倍率为50,000倍)。图19是将熔融铅16的温度设为565℃而得到的开发产品的BSE图像。图20A和图20B是将熔融铅16的温度设为450℃而得到的开发产品的SEM图像，分别将倍率设为10,000倍、50,000倍。图21是将熔融铅16的温度设为450℃而得到的开发产品的BSE图像。图18A、图18B、图20A及图20B的SEM图像是对热处理钢材12进行研磨，使用硝酸乙醇进行蚀刻后，拍摄热处理钢材12的长度方向而得到的。图19及图21的BSE图像是对热处理钢材12进行研磨，用氩气气体进行铣削后，拍摄热处理钢材12的长度方向而得到的。
参照图18A、图18B，在开发产品的SEM图像中，在特殊渗碳体的表面散见球状的凸部。参照图20A、图20B，若降低熔融铅16的温度(450℃)，则特殊渗碳体的特异形状变得明显。参照图19和图21，在开发产品的BSE图像中，无论将熔融铅16的温度设为565℃(图19)还是设为450℃(图21)，以层状排列的特殊渗碳体都少，看起来呈斑驳图样。
(中碳钢SWRH42A的SEM图像、BSE图像)
图22A和图22B使用SWRH42A作为钢种，图22A是将熔融铅16的温度设为565℃而得到的现有产品的SEM图像，图22B是开发产品的SEM图像。比较图22A和图22B，在开发产品(图22B)中，存在比现有产品(图22A)多的先共析铁素体。另一方面，难以看出现有产品的渗碳体和开发产品的特殊渗碳体的形状的差异。
图23A、图23B使用SWRH42A作为钢种，图23A是将熔融铅16的温度设为565℃而得到的现有产品的BSE图像，图23B是将熔融铅16的温度设为565℃而得到的开发产品的BSE图像。与图22A、图22B的SEM图像相比，在图23A、图23B的BSE图像中，容易理解地示出现有产品的渗碳体与开发产品的特殊渗碳体的形状的差异。在现有产品(图23A)中渗碳体大致为直线，与此相对，在开发产品(图23B)中特殊渗碳体分支、弯折或弯曲的部分多。
图24A和图24B使用SWRH42A作为钢种，图24A是将熔融铅16的温度设为450℃而得到的开发产品的SEM图像，图24B是将熔融铅16的温度设为450℃而得到的开发产品的BSE图像。若比较将熔融铅16的温度设为565℃的现有产品的SEM图像(图22A)与将熔融铅16的温度设为450℃的开发产品的SEM图像(图24A)，则可知图24A所示的开发产品的特殊渗碳体微细。若进一步比较将熔融铅16的温度设为565℃的现有产品的BSE图像(图23A)与将熔融铅16的温度设为450℃的开发产品的BSE图像(图24B)，则可知开发产品的特殊渗碳体的形状的分支、弯折或弯曲的部分多。为了确认现有产品的渗碳体和开发产品的特殊渗碳体的形状，BSE图像比SEM图像更容易比较。
(钢种SWRH62A的SEM图像)
图25A和图25B均是使用钢种SWRH62A的开发产品，是使用了400℃的熔融铅16的开发产品的SEM图像，图25A是3,500倍的倍率的SEM图像，图25B是10,000倍的倍率的SEM图像。在图25A、图25B所示的开发产品的SEM图像中，在特殊渗碳体中分支、弯折或弯曲的部分也多。
在开发产品中出现与现有产品不同的金属组织的主要原因考虑如下。即，现有产品的热处理的加热时间长，因此碳原子充分扩散。然后，从奥氏体中的碳浓度均匀的状态开始骤冷。如果熔融铅16的温度为565℃，则从奥氏体晶界发生核生成，珠光体组织从所生成的核生长。若将熔融铅16的温度设为450℃，则生成铁素体，从铁素体挤出的碳原子浓缩，铁素体一边生长一边生成粒状的渗碳体，成为上部贝氏体组织。
另一方面，对开发产品而言，由于热处理的加热时间极短，因此认为在加热时成为未溶解碳化物以纳米级残留、或者残留为无法作为未溶解碳化物观察到的程度的状态，碳原子不会完全扩散。由于从奥氏体中的碳浓度不均匀的状态开始骤冷，因此从碳浓度高的部位产生碳化物的核生成。在现有产品中生成珠光体组织的熔融铅16的温度(565℃)下，认为虽然也产生与珠光体组织相同的生成机理，但碳浓度不均匀，因此生成分支、弯折、弯曲的特殊渗碳体。另外，在生成贝氏体组织的熔融铅16的温度(450℃)下，认为从奥氏体中的碳浓度高的部位开始核生成，因此成为与珠光体组织的生成机理不同的生成机理，生成包含大量的分支、弯折或弯曲的部分的特殊渗碳体。
另外，在生成贝氏体组织的熔融铅16的温度(450℃)下，含碳量越多，固溶前的铁素体部分越少，奥氏体中的碳浓度越容易均匀化，因此生成贝氏体组织的比例变多。在开发产品中，在熔融铅16的温度例如像450℃那样比较低的情况下，在贝氏体组织中混合包含大量的分支、弯折或弯曲的部分的特殊渗碳体。
如下观察包含何种程度的分支、弯折或弯曲的部分(以下称为特异形状部)。即，通过在长度方向上对热处理钢材12进行研磨而在长度方向上形成截面，将从中心部起热处理钢材12的直径的1/2以内的范围作为拍摄范围，以10,000倍以上的倍率拍摄5张以上，合计拍摄500μm2的拍摄面积的BSE图像。在所拍摄到的图像中，以拍摄时的倍率成为0.5μm间隔的方式在纵向和横向分别以成为格子状的方式描绘线。在拍摄时的倍率中，将0.5μm见方的多个矩形框分为存在特异形状部的矩形框和不存在特异形状部的矩形框。即，在多个矩形框中，对包含图26的(a)、(b)所示的分支的特异形状部的矩形框、包含图26的(c)、(d)以及(e)所示的弯折80°以上的特异形状部的矩形框、以及如图26的(f)那样在曲率半径0.5μm以内弯曲的特异形状部存在的矩形框进行计数。在一个特异形状部跨多个矩形框存在时，仅对包含分支、弯折或弯曲的部分的矩形框进行计数。另外，在一个渗碳体或特殊渗碳体在不同的矩形框内形成分支、弯折或弯曲的情况下，对各个部位的矩形框进行计数。根据特异形状部的形状的朝向，有时也在BSE图像中特异形状部的形状不明确而无法进行形状判断，在该情况下将该矩形框从计数中排除。在特异形状部的形状不明的矩形框的比例相对于全部矩形框为5％以上时，不使用该图像而再次进行拍摄。
图27是针对碳含量不同的多个现有产品和开发产品，分别基于包含上述特异形状部的矩形框的计数，示出在BSE图像中特异形状部所占的比例的图。根据图27可知，开发产品(白圆点)与现有产品(黑圆点)相比，特异形状部的比例多，在开发产品中包含9％以上的特异形状部。
对于具有与现有产品的组织不同的组织的开发产品(热处理钢材12)，为了探明其特性，除了上述的图像解析之外，还进行了各种测定。测定也一并进行现有产品的测定。以下，对测定结果进行说明。
图28是将横轴设为晶界设定角度(°)、将纵轴设为平均晶粒直径(μm)的曲线图，虚线表示开发产品，实线表示现有产品。在图22中示出了关于SWRH62A的5个开发产品的曲线图(虚线)和关于2个现有产品的曲线图(实线)。5个开发产品的详细情况(钢种、直径、等温相变温度(冷却温度、铅炉温度))以及2个现有产品的详细情况如下所述。
开发产品(虚线)
(1)SWRH62A，等温相变温度565℃
(2)SWRH62A，等温相变温度600℃
(3)SWRH62A，等温相变温度450℃/>
(4)SWRH62A，等温相变温度425℃
(5)SWRH62A，等温相变温度475℃
现有产品(实线)
(a)SWRH62A，等温相变温度565℃
(b)SWRH62A，等温相变温度600℃
在图28的曲线图中，横轴所示的晶界设定角度是在EBSD(电子背散射衍射：ElectronBack Scattered Diffraction)解析中设定的角度。在EBSD解析中，将研磨后的样品截面的测定区域划分为测定点(一般被称为“像素”)，使电子射线分别入射到所划分的像素，基于入射电子射线在像素中反射而得到的反射电子，测定各个像素中的晶体取向。使用上述EBSD解析软件对所得到的晶体取向数据进行解析，计算各种参数。本次使用的EBSD检测器由株式会社TSL Solutions制，像素采用正六边形的像素。
在EBSD解析软件中，使用按每个像素得到的晶体取向，将与相邻的像素之间的晶体取向差为上述晶界设定角度以上的边界作为“晶界”来处理，将由晶界包围的范围作为“晶粒”来处理。若减小晶界设定角度(晶界设定值)，则晶粒直径变小，观测区域内的晶体数变多。相反，若增大晶界设定角度，则晶粒直径变大，观测区域内的晶体数变少。在EBSD解析中，评价铁素体的晶体取向。
参照图28可知，现有产品(参照实线)在EBSD解析中晶界设定角度越大，则平均晶粒直径(换算成与晶粒面积同等面积的圆的直径)越大，与此相对，开发产品(参照虚线)在EBSD解析中与晶界设定角度无关，平均晶粒直径大致恒定。晶界设定角度越大，现有产品(实线)的平均晶粒直径与开发产品(虚线)的平均晶粒直径之差越大。
图29是针对碳含量不同的多个现有产品和开发产品分别将晶界设定角度设定为15°来测定平均晶粒直径的图。图29的横轴为碳含量(质量％)，纵轴表示对于热处理钢材12的中心范围(从中心部向单侧方向为直径的1/4以内，两侧合计为直径的1/2以内的范围)，将晶界设定角度设定为15°时的平均晶粒直径(μm)。
在图29中，关于19种开发产品的碳含量和平均晶粒直径用白圆点表示，10种现有产品的碳含量和平均晶粒直径用黑圆点表示。19种开发产品的详细情况(钢种、直径、等温相变温度(冷却温度、铅炉温度))和10种现有产品的详细情况如下所述。
开发产品
(1)SWRH42A，等温相变温度565℃
(2)SWRH42A，等温相变温度450℃
(3)SWRH62A，等温相变温度565℃
(4)SWRH62A，等温相变温度450℃
(5)SWRH62A，等温相变温度425℃
(6)SWRH62A，等温相变温度600℃
(7)SWRH62A，等温相变温度475℃
(8)SWRH82A，等温相变温度565℃
(9)SWRH82A，等温相变温度450℃/>
(10)SWRH82B，等温相变温度565℃
(11)SWRH82B，等温相变温度450℃
(12)SWRH82B，等温相变温度450℃
(13)SWRS92A，等温相变温度565℃
(14)SWRS92A，等温相变温度450℃
(15)92A-Cr，等温相变温度565℃
(16)92A-Cr，等温相变温度450℃
(17)92B-Si，等温相变温度565℃
(18)102A-Cr，等温相变温度565℃
(19)102A-Cr，等温相变温度450℃
现有产品
(a)SWRH42A，等温相变温度565℃
(b)SWRH62A，等温相变温度565℃
(c)SWRH62A，等温相变温度600℃
(d)SWRH82A，等温相变温度565℃
(e)SWRH82B，等温相变温度565℃
(f)SWRH82B，等温相变温度565℃
(g)SWRS92A，等温相变温度565℃
(h)92A-Cr，等温相变温度565℃
(i)92B-Si，等温相变温度580℃
(j)102A-Cr，等温相变温度565℃
参照图29的曲线图，曲线图中所示的虚线是表示“10×碳含量(％)+7”(μm)的直线。对现有产品(黑圆点)而言，若将晶界设定角度设定为15°，则平均晶粒直径均超过“10×碳含量(％)+7”μm，与此相对，对开发产品(白圆点)而言，若将晶界设定角度设定为15°，则平均晶粒直径均为“10×碳含量(％)+7”μm以下。现有产品与开发产品能够在晶界设定角度15°下的平均晶粒直径上明确地区分。
图30是将横轴设为热处理钢材12的中心部的平均晶粒直径(μm)、将纵轴设为热处理钢材12的表面附近的平均晶粒直径与中心部的平均晶粒直径的比率(表面附近的平均晶粒直径/中心部的平均晶粒直径)的曲线图。若纵轴的值超过1.00，则意味着与所谓中心部相比表面部粗糙。图30的曲线图与图29的曲线图同样地使用通过EBSD解析得到的晶界设定角度15°下的平均晶粒直径来制作，黑圆点表示现有产品，白圆点表示开发产品。在图30中，对于现有产品(黑圆点)和开发产品(白圆点)，分别示出了使熔融铅16的等温相变温度、线种、线径等不同的多个热处理钢材12的测定结果(这在以下也相同)。
参照图30，开发产品(白圆点)几乎没有表面粗糙的产品，即没有表面附近与中心部的平均晶粒直径的比率(纵轴的值)大幅超过1.00的产品，上述比率收敛于0.70～1.10的范围。另一方面，关于现有产品(黑圆点)，其大部分的上述比率也收敛于0.70～1.10的范围。但是，也发现上述比率接近1.10的现有产品，在现有产品中包含表面稍微粗糙的产品。也存在上述比率低于0.7的现有产品。表面粗糙度与产品的韧性密切相关。可知开发产品具有与现有产品同等以上的韧性。
图31是表示使用了与图28的曲线图的制作中使用的5种开发产品以及2种现有产品相同的开发产品以及现有产品的测定结果的图，是将横轴设为晶界设定角度(°)、将纵轴设为晶界设定角度5°以及2°时的晶粒数相对于晶界设定角度15°的晶粒数的比例的曲线图。EBSD解析软件能够计算(计数)各种晶界设定角度下的晶粒数。
参照图31，当计算上述比例时，在现有产品(实线)和开发产品(虚线)中产生较大的背离。现有产品与开发产品在上述比例方面也存在差异。
图32是表示使用了与图29的曲线图的制作中使用的19种开发产品以及10种现有产品相同的开发产品以及现有产品的测定结果的图，是将横轴设为碳含量、将纵轴设为晶界设定角度5°时的晶粒数相对于晶界设定角度15°时的晶粒数的比例的曲线图。在图32的曲线图中，表示“5.4×碳含量(％)-0.95”的直线由虚线表示。开发产品(白圆点)均描绘于比上述直线靠下侧的曲线图区域，现有产品(黑圆点)均描绘于比上述直线靠上侧的曲线图区域。根据晶界设定角度5°时的晶粒数相对于晶界设定角度15°时的晶粒数的比例，也能够明确地区分开发产品与现有产品。
图33是表示与上述同样地使用了19种开发产品以及10种现有产品的测定结果的图，是将横轴设为碳含量、将纵轴设为晶界设定角度2°的晶粒数相对于晶界设定角度15°时的晶粒数的比例的曲线图。在图33的曲线图中，用虚线示出表示“9.8×碳含量(％)-1.9”的直线。开发产品(白圆点)均描绘于比上述直线靠下侧的曲线图区域，现有产品(黑圆点)均描绘于比上述直线靠上侧的曲线图区域。根据晶界设定角度为2°时的晶粒数相对于晶界设定角度为15°时的晶粒数的比例，也能够明确地区分开发产品与现有产品。
图34是表示使用了与图28的曲线图的制作中使用的5种开发产品以及2种现有产品相同的开发产品以及现有产品的测定结果的图，是将横轴设为晶界设定角度(°)、将纵轴设为平均GOS值(°)的曲线图。
GOS(Grain Orientation Spread：晶粒取向分散)值(也称为平均GOS值)是指计算同一晶粒内的2个像素的全部组合中的晶粒内取向差，并将其平均化而得到的值，用作表示应变的指标。如上所述，晶界根据晶界设定角度而变动，因此当改变晶界设定角度时，GOS值发生变动。GOS值也是通过EBSD解析软件计算出的值。以下，平均GOS值使用根据面积比(Area Fraction)求出的值。
参照图34，开发产品(虚线)的GOS值小于现有产品(实线)的GOS值，晶界设定角度越大，则开发产品的GOS值与现有产品的GOS值越背离。例如，若着眼于晶界设定角度15°下的GOS值，则开发产品(虚线)的GOS值大多为6°以下，与此相对现有产品(实线)的GOS值都超过6°。
GOS值也根据热处理钢材12所含的碳量而变动。参照图35，图35是将晶界设定角度设为15°进行测量的图，是将横轴设为热处理钢材12中所占的碳含量(％)、将纵轴设为GOS值(°)的曲线图。现有产品通过黑圆点描绘，开发产品通过白圆点描绘。另外，在图35的曲线图中，用虚线示出表示“11×(碳含量(％)-0.42)+5.3”的直线。
参照图35，对于含碳量比较少的热处理钢材12，现有产品(黑圆点)与开发产品(白圆点)的晶界设定角度15°的GOS值之差小，但对于含碳量比较多的热处理钢材12，现有产品与开发产品的GOS值的差异变大。开发产品(白圆点)在晶界设定角度15°的GOS值均为“11×(碳含量(％)-0.42)+5.3”以下，与此相对，现有产品(黑圆点)在晶界设定角度15°的GOS值均超过“11×(碳含量(％)-0.42)+5.3”。
图36是表示多个开发产品以及多个现有产品的测定结果的图，是将横轴设为GOS值(°)、将纵轴设为使用了晶界设定角度15°下的面积比的累积频数(cumulativefrequency)的曲线图。
参照图36，关于开发产品(虚线)，使用了GOS值到10°为止(0°～10°的范围)的面积比的累积频数超过80％。在图36中，例如GOS值为10°时的累积频数表示GOS值为0°～10°的范围的值相对于整体包含何种程度。另一方面，关于现有产品(实线)，GOS值的偏差较大，GOS值到10°为止(0°～10°的范围)的累积频数没有超过80％。现有产品与开发产品在晶界设定角度15°下的GOS值10°为止(0°～10°的范围)的累积频数方面也具有明确的差异。
图37是将横轴设为碳含量(％)、将纵轴设为使用了晶界设定角度15°下的GOS值10°为止的面积比的累积频数的曲线图。现有产品通过黑圆点描绘，开发产品通过白圆点描绘。在图37中，用虚线表示-0.1C3-1.3C2+1.1C+0.7(C为碳含量(％))的曲线。
参照图37，对于开发产品(白圆点)，即使改变碳含量，晶界设定角度15°下的GOS值10°为止的累积频数也比较大，与此相对，对于现有产品(黑圆点)，若碳含量增加，则晶界设定角度15°下的GOS值10°为止的累积频数呈现变小的倾向。另外，对于开发产品(白圆点)，晶界设定角度15°下的GOS值10°为止的累积频数超过0.1C3-1.3C2+1.1C+0.7，与此相对，对于现有产品(黑圆点)，晶界设定角度15°下的GOS值10°为止的累积频数为0.1C3-1.3C2+1.1C+0.7。
图38表示将横轴设为真应变、将纵轴设为拉伸强度(MPa)的钢种SWRH62A的热处理钢材12的加工硬化曲线。
在图38中示出了4个开发产品的曲线图(均为虚线)和2个现有产品的曲线图(均为实线)。作为开发产品的曲线图，示出将熔融铅16的温度(等温相变温度)设为425℃的情况(2个)、设为450℃的情况以及设为565℃的情况。作为现有产品的曲线图，示出将熔融铅16的温度设为450℃的情况以及设为565℃的情况。熔融铅16的温度为425℃的2个开发产品的曲线图(425℃之一及425℃之二)是使熔融铅16中的钢材11(热处理钢材12)的浸渍时间不同的情况。
比较虚线(开发产品)的曲线图可知，将等温相变温度设为425℃或450℃的开发产品与将等温相变温度设为565℃的开发产品相比，拉伸强度优异。可知通过控制等温相变温度、即熔融铅16的温度，能够控制开发产品的拉伸强度。另外，即使将等温相变温度降低至425℃，也能够得到拉伸强度优异的热处理钢材12，与将等温相变温度(熔融铅16的温度)设为565℃的情况相比，能够削减来自浴槽15的散热损失，能够将燃料费削减约20％。
图39A和图39B是将等温相变温度(铅炉温度)设为425℃且延长了浸渍时间的热处理钢材12的SEM图像(对应于图38的“425℃之一”的曲线图)，图40A和图40B是将等温相变温度设为425℃且缩短了浸渍时间(之一的约一半)的热处理钢材12的SEM图像(对应于图38的“425℃之二”的曲线图)。图39A和图40A的SEM图像是倍率3,500倍的SEM图像，图39B和图40B是倍率10,000倍的SEM图像。
在图39A和图39B所示的SEM图像中未观察到微马氏体，在图40A和图40B所示的SEM图像中观察到微马氏体。然而，参照图38的曲线图，在425℃之一的曲线图与425℃之二的曲线图中几乎没有差别，均在相同的加工度(真应变)下与现有产品相比在保持了韧性的状态下实现了高强度化。开发产品能够得到即使存在若干微马氏体也没有问题的特性。
图41表示关于其他钢种、具体而言钢种为SWRH42A、SWRH82A及SWRH82B的开发产品以及现有产品的加工硬化曲线。关于开发产品，示出将熔融铅16的温度(等温相变温度)设为565℃的产品和设为450℃的产品。对于SWRH62A以外的上述钢种，在相同钢种之间比较现有产品与开发产品时，开发产品的拉伸强度比现有产品优异。
图42进一步示出了其他钢种，即钢种为SWRS92A、92A-Cr、92B-Si和102A-Cr的开发产品以及现有产品的加工硬化曲线。对于上述钢种，与现有产品相比，开发产品的拉伸强度也优异。
从碳含量的观点出发，比较图38、图41和图42。若着眼于将熔融铅16的温度设为450℃时的开发产品的拉伸强度，则碳含量越少(例如参照图38)，当对相同钢种的开发产品与现有产品进行比较时，开发产品与现有产品相比，加工硬化曲线的斜率越大，拉伸强度越容易变高。反过来说，含碳量越多(例如参照图42)，开发产品的加工硬化曲线的斜率越接近现有产品的加工硬化曲线的斜率。但是，若着眼于刚热处理后(真应变为0时)的拉伸强度，则可知对于任意钢种，当在相同钢种之间进行比较时，与现有产品相比开发产品的拉伸强度更高，开发产品与现有产品相比拉伸强度优异。
在将熔融铅16的温度设为565℃的情况下，开发产品与现有产品之间不会产生像将熔融铅16的温度设为450℃的情况那样的程度的加工硬化曲线的斜率之差。但是可知，在将熔融铅16的温度设为565℃的情况下，对于任意钢种，在相同钢种之间进行比较时，与现有产品相比开发产品的拉伸强度更高，开发产品与现有产品相比拉伸强度优异。
例如，将铅炉温度设为450℃的钢种SWRH82A的开发产品的加工硬化曲线与将铅炉温度同样地设为450℃的钢种SWRH82B(锰量多的钢种)的开发产品的加工硬化曲线相比，几乎相同。同样地，将铅炉温度设为450℃的钢种SWRS92A的开发产品的加工硬化曲线和将铅炉温度同样地设为450℃的钢种92A-Cr(添加了铬的钢种)的开发产品的加工硬化曲线相比，几乎相同。这意味着，对于开发产品而言，即使没有高价的合金元素(上述的锰、铬)的添加，也能够提高拉伸强度。即，开发产品即使不采用为了高强度化而包含高价的合金元素(锰、铬等)的钢种，也能够实现高强度化。能够削减成本。
图43是针对现有产品和开发产品分别测定拉伸试验时的断面收缩率的图，横轴表示拉伸试验时的拉伸强度，纵轴表示断面收缩率。曲线图中所示的虚线是表示“-0.000064×TS2+0.09×TS+46”(％)的曲线(TS为拉伸强度(MPa))。关于开发产品(白圆点)以及现有产品(黑圆点)的任一者，均存在拉伸强度越高则断面收缩率越降低的倾向，但与现有产品(黑圆点)相比，开发产品(白圆点)的断面收缩率良好。参照图43，开发产品的断面收缩率均超过“-0.000064×TS2+0.09×TS+46”，与此相对，现有产品的断面收缩率不超过“-0.000064×TS2+0.09×TS+46”。现有产品和开发产品也能够通过断面收缩率来明确地区分。
图44表示钢种SWRH62A的现有产品和开发产品的S-S曲线，横轴表示拉伸试验时的伸长率(％)，纵轴表示拉伸试验时的载荷(拉伸强度)(MPa)。图45表示钢种102A-Cr的现有产品和开发产品的S-S曲线。
当对材料施加力时，首先如弹簧那样与力的大小成比例地变形，但会以某大小的力为界而较大地变形。该力的大小被称为屈服点，屈服点之前称为弹性，之后称为塑性。若在弹性范围内消除力，则材料恢复至原来的形状，但若施加力超过屈服点而到塑性范围，则即使消除力也不会恢复至原来的形状而残留变形。
参照图44，在热处理钢材12的碳含量比较少的情况下，开发产品(虚线)示出明确的屈服点(图44中斜率急剧变化的载荷为屈服点)。另一方面，现有产品(实线)的屈服点不明确。
参照图45，在热处理钢材12的碳含量比较多的情况下，不仅是现有产品，在开发产品中屈服点也不明确。
图46是将图44的一部分放大的图。使与S-S曲线的弹性区域相切的直线α平行地移动伸长率0.2％的直线β与S-S曲线的交点的载荷(拉伸强度)被称为“0.2％屈服强度”。使直线α平行地移动伸长率0.4％的直线γ与S-S曲线的交点的载荷(拉伸强度)被称为“0.4％屈服强度”。
图47表示对于多个开发产品以及现有产品分别将横轴设为碳含量、将纵轴设为0.4％屈服强度与0.2％屈服强度之差(以下称为屈服强度差)的曲线图。另外，在图47中，用虚线示出表示“45×碳含量(％)-3”(MPa)的直线。与碳含量无关，开发产品(白圆点)的上述屈服强度差低于现有产品(黑圆点)的上述屈服强度差。另外，现有产品(黑圆点)的上述屈服强度差均超过“45×碳含量-3”MPa，与此相对，开发产品(白圆点)的上述屈服强度差均为“45×碳含量-3”MPa以下。现有产品与开发产品在上述屈服强度差方面也能够明确区别。
通过降低等温相变温度(铅炉温度)，能够使拉伸强度为与现有产品同等以上。作为一例，使用进行了镀敷的开发产品的热处理钢材12制作金属网时，与现有产品相比，能够得到高强度且富有延展性的产品。通过在热处理后进行镀敷，制成编织网来制作金属网、蛇形篮等，与现有产品相比有可能强度高且耐冲击性能变高。
符号说明
11：钢材
12：热处理钢材
13：电源
14：供电辊
15：浴槽
16：熔融铅。

Claims (13)

1.一种热处理钢材，是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，
晶界设定角度15°下的平均晶粒直径为10×C+7μm以下，C是碳的百分含量。
2.根据权利要求1所述的热处理钢材，其中，
(晶界设定角度15°下的表面部的平均晶粒直径)/(晶界设定角度15°下的中心部的平均晶粒直径)为0.70以上且1.10以下。
3.一种热处理钢材，是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，
(晶界设定角度5°下的晶粒数)/(晶界设定角度15°下的晶粒数)为5.4×C-0.95以下，C是碳的百分含量。
4.一种热处理钢材，是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，
(晶界设定角度2°下的晶粒数)/(晶界设定角度15°下的晶粒数)为9.8×C－1.9以下，C是碳的百分含量。
5.一种热处理钢材，是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，
晶界设定角度15°下的GOS值为11×(C-0.42)+5.3以下，C是碳的百分含量。
6.一种热处理钢材，是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，
晶界设定角度15°下的GOS值0°～10°的范围的累积频数为-0.1C3-1.3C2+1.1C+0.7以上，C是碳的百分含量。
7.一种热处理钢材，是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，
在通过反射电子像BSE观察组织时，在铁素体与铁碳化物的层状组织中，分支、弯折、弯曲的铁碳化物的面积比在视野中包含9％以上。
8.一种热处理钢材，是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，
在通过电子扫描显微镜SEM观察组织时，在铁素体与铁碳化物的层状组织中，在上述铁碳化物的表面观察到球状的凸部。
9.一种热处理钢材，是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，
在通过电子扫描显微镜(SEM)观察组织时，在铁素体与铁碳化物的层状组织中，在上述铁碳化物的表面有凹凸，生成了立体地成为梳状、网眼状的棒状或板状的各向同性的铁碳化物。
10.一种热处理钢材，是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，
在将单位为MPa的拉伸强度设为TS时，单位为％的断面收缩率为-0.000064TS2+0.09TS+46以上。
11.一种热处理钢材，是以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的热处理钢材，其中，
从在S-S曲线中求出的0.4％屈服强度减去在上述S-S曲线中求出的0.2％屈服强度而得到的单位为Mpa的屈服强度差为45×C-3以下，C是碳的百分含量。
12.一种钢材的热处理方法，包括：
准备以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的钢材的工序；
通过使上述钢材自身发热而直接加热上述钢材的工序；以及
通过使上述加热后的钢材通过储存有能够进行等温相变的冷却介质的浴槽来冷却上述钢材的工序，
在上述加热工序中加热最终阶段的温度梯度最大，在上述加热工序的加热最终阶段中上述钢材刚达到给定加热最高温度后，使上述加热后的钢材进入上述冷却介质，由此不保持上述给定加热最高温度而开始冷却。
13.一种钢材的热处理方法，其中，
将以质量％计含有C：0.38～1.05％、Mn：0.0～1.0％、Cr：0.0～0.50％以及Si：0.0～1.5％且余量为Fe以及不可避免的杂质的钢材在数秒内从常温加热至820℃以上，不保持加热最高温度而将加热后的钢材在数秒内冷却至620℃以下。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3387149B2 (ja) * 1993-05-13 2003-03-17 住友金属工業株式会社 伸線強化高強度鋼線用線材およびその製造方法
JPH10183242A (ja) * 1996-12-20 1998-07-14 Sumitomo Metal Ind Ltd 高強度鋼線の製造方法
JP3599551B2 (ja) 1998-01-09 2004-12-08 株式会社神戸製鋼所 生引き性に優れた線材
JP5098444B2 (ja) * 2006-06-01 2012-12-12 新日鐵住金株式会社 高延性の直接パテンティング線材の製造方法
WO2015097349A1 (fr) * 2013-12-24 2015-07-02 Arcelormittal Wire France Fil laminé à froid en acier à haute résistance à la fatigue et à la fragilisation par l'hydrogène et renfort de conduites flexibles l'incorporant
JP6354481B2 (ja) * 2014-09-12 2018-07-11 新日鐵住金株式会社 鋼線材及び鋼線材の製造方法
US20200370142A1 (en) * 2016-07-14 2020-11-26 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Drawn steel wire
KR102065264B1 (ko) * 2018-08-08 2020-01-10 주식회사 포스코 연질 열처리 시간 단축형 냉간 압조용 선재 및 그 제조 방법

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