JPH02185919A - 軟化棒・線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、軟化線材および軟化棒鋼の製造方法に関する
。

［従来の技術〕 周知のように、冷間鍛造される線材や棒鋼のうち、硬質
で成形性の悪いものは、予めその硬さを下げ、変形能を
向上させるために、軟化熱処理として球状化焼鈍が施さ
れるのが一般的である。この球状化焼鈍としては、よく
知られているように、３タイプがある。すなわち、第１
Ｏ図ｆａｔに示すように、Ａ１点以上の温度まで加熱し
た後、Ａ１点以下の温度まで徐冷する徐冷タイプ、第１
０図（ｂ）に示すように、Ａ１点以上の温度まで加熱し
た後、Ａ１点以下の温度まで急冷し、その温度に長時間
保持する恒温変態タイプ、第１０図（Ｃ１に示すように
、Ａ１点以下の温度に長時間保持する等温保持タイプの
三つであるが、いずれも１０数時間、場合によっては、
２０時間以上もかかるため、省エネルギーの観点からす
れば非常に不利な熱処理である。

そこでこの球状化焼鈍時間を短縮する目的で、特開昭６
１−１３９８１７号公報や特開昭５８３９１９号公報に
示されるように、圧延条件を調整する方法が提案されて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記公報技術ではいずれも時間はそれ以
前よりは若干短縮されるものの、基本的には従来の球状
化焼鈍のヒートパターンをそのまま採用するものである
ため、処理時間の大幅な短縮化という意味ではあまり効
果がない。

また、球状化焼鈍は上述したように非常に長時間処理で
あるので、酸化性ガスによる鋼表面の脱炭を防ぐため、
雰囲気ガスとしてＣＯやＮ２を含む還元性ガスが使用さ
れている。しかし鋼表面にスケールが存在すると、還元
性ガスとスケールとが反応して酸化性ガスが発生し、却
って脱炭が促進される。線材等の球状化焼鈍前には、酸
洗による化学的スケール除去あるいはショツトブラスト
や繰返しなどによる機械的スケール除去が必要である。

これに対して、特公昭５９−１８４４７号公報では、上
記スケール除去工程を省略して、線材表面にスケールを
付着させたままで、かつ高価な還元性ガスではなく、Ｎ
２などの安価な不活性ガスで球状化焼鈍を行うという提
案がなされている。

この提案は、熱延後８５０℃以上の温度で巻取り、８秒
以上経過させた後、４℃／秒以上の速度で冷却して表面
に８μｍ以上のスケールを形成させ、かつ内部を急冷組
織（ソルバイト、ベイナイト、マルテンサイト）にする
という方法である。

この方法によれば、■圧延後の組織がベイナイト、マル
テンサイト等の急冷組織であるため、圧延後のハンドリ
ング時に折損や置き割れが生じる恐れがある。さらに、
■これに球状化焼鈍を施した場合、炭化物が極めて細か
くなり、冷間加工性は優れるものの、硬さが高く、冷鍛
時の型寿命が短くなるという欠点がある。

この２つの問題に鑑み、本発明者は鋭意検討の結果、上
記問題■については、仕上圧延条件とその後の冷却条件
を適宜組み合わせることにより、その後工程の軟化熱処
理は球状化焼鈍ではなく、弔に加熱−大気中放冷を行う
だけで十分軟化効果があり、大幅な熱処理時間の短縮が
可能となることを見出した。

また、聞届■については、上記仕上圧延条件とその後の
冷却速度の組合せにより、圧延後の組織をベイナイトや
マルテンサイト等の急冷組織ではなく、フェライト・パ
ーライトまたはフェライト・パーライト・球状化セメン
タイトの混合組織とし、かつ圧延時に生成したスケール
を表面に付着させたまま、不活性ガス中で球状化焼鈍を
施し得ることを見出した。

本発明は以上の知見に基づいて完成されたもので、その
主目的は、安価な不活性ガス雰囲気中での熱処理と大幅
な熱処理時間の短縮が可能であり、かつ圧延後のハンド
リング時に折損や置き割れの生じない軟化棒・線材の製
造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明は、１．５％以下のＣ
を含有する鋼材を熱間圧延するに際し、仕上圧延開始温
度を７５０℃以下、仕上圧延終了温度を８５０℃以下に
制御し、その後０．５℃／秒以上、４℃／秒未満の冷却
速度で５００℃まで冷却し、次いで室温まで冷却した後
、製品表面のスケールを付着させたまま、不活性ガスを
９０％以上含有する雰囲気中で、（Ａｌ点−５０℃）以
上、（Ａｌ点＋５０℃）以下の温度になるまで加熱し、
この温度範囲に１０分間以上保持した後、大気中で放冷
することにより、球状化組織を得ることを特徴とするも
のである。

［作　用］ 本発明では、仕上圧延の温度条件、仕上圧延後の冷却条
件、それに次ぐ球状化焼鈍条件を上記のように特定する
ものであるから、鋼表面からの脱炭を生じることなく、
しかも球状炭化物の十分成長した成形性良好な適度な硬
さの線材等を得ることができる。また、これにより、軟
化熱処理後のハンドリング時の置き割れ等をも防止でき
る。

さらに、本発明ではスケール除去工程を要しないことな
どから工程全体を簡素化させることができる。

［発明の具体的構成１ 次に、本発明における各数値の限定理由等について詳説
する。まず鋼に含有するＣ量を１．５％以下に限定した
のは、一般に鋼に網目状に析出するいわゆる初析セメン
タイトが存在すると、冷間鍛造時にこの初析セメンタイ
トを起点として表面割れが発生するが、Ｃｆｆ１が１．
５％を超えると、いかなる条件で圧延・冷却しても上記
初析セメンタイトの生成を防止することは不可能であり
、またその後の焼鈍によってもこれを消滅せしめること
は不可能であるからである。

次に、仕上圧延開始温度を７５０℃以下、仕上圧延終了
温度を８５０℃以下に制御し、その後５００℃までの冷
却速度を０．５℃／秒以上、４℃／秒未満に規定した理
由を説明する。

まず第１に、この条件範囲内で圧延・冷却した鋼の組織
においては、炭化物が一部球状化するので、次工程の軟
化熱処理においては、長時間を要するいわゆる球状化焼
鈍ではなく、加熱−大気放冷という極めて短時間の熱処
理で完全に炭化物を球状化し得るためである。この冶金
的理由を以下に説明すると、まず仕上圧延開始前の組織
がオーステナイトあるいはオーステナイト・フェライト
である場合には、７５０℃以下の温度での仕上圧延によ
り、オーステナイトおよびフェライト粒界に極めて微細
な炭化物が加工誘起分散析出し、これを核としてその後
の４℃／秒未満の冷却中に球状炭化物が生成する。また
、圧延材が８５０’Ｃを超えると、加工誘起析出した微
細炭化物か完全に固溶してしまい、球状炭化物の生成が
全く不可能になるため、仕上圧延終了温度は８５０℃以
下にする必要があるのである。また８５０℃以下にする
他の理由は、８５０℃以下にすると、第１図に示すよう
に、次工程の不活性ガス中での焼鈍中の脱炭を防止する
のに有効なＦ　ｅｚｏ：＋、Ｆ　ｅ：＋０４（特にＦｅ
、０４）の割合の大きいスケール組成になるためである
。さらに、８５０℃を超えると、スケール厚さが厚くな
り、圧延後のハンドリング中にスケールが剥離しやすく
なり、剥離した部分については不活性ガス雰囲気中での
軟化熱処理時に脱炭が進行するからである。

またスケール剥離は第２図に示すように、その厚さが２
０μｍを超えると、急激に起こりやすくなるが、第３図
に示すように仕上圧延終了温度を８５０℃以下にした場
合、その後の冷却速度を０．５℃／秒以上にする限り、
スケール厚さは２０μｍ以下になるので仕上圧延終了後
の冷却速度は０．５℃／秒以上とした。

また冷却速度を４℃／秒未満に規定したのは、前述した
ように、オーステナイトおよびフェライト粒界に析出し
た微細炭化物を核として炭化物が球状に成長するのに必
須であり、４℃／秒以上になると微細炭化物を核として
炭化物が成長するに十分な時間的余裕がないため球状に
はならず、炭化物は全て層状になるか、あるいはベイナ
イトやマルテンサイトなどの急冷組織となり、次工程の
軟化熱処理実施までに置き割れやハンドリング中の折損
が生じる可能性が大きくなるためである。

次に冷却速度範囲を５００℃までに制限したのは、５０
０℃以下ではスケール厚さ、組成はほとんど変化せず、
かつ炭化物の析出は５００℃までで完了するからである
。

次に、仕上圧延前にすてにオーステナイトからフェライ
ト・パーライト、ベイナイトあるいはマルテンサイトに
相変態している場合には、仕上圧延に伴う塑性変形によ
って組織内の炭化物は微細に破砕され、結果的に微細炭
化物が分散したことになる。そしてその後の４℃／秒未
満の冷却中に球状に成長するのである。またかかる仕上
圧延の効果は仕上圧延開始温度が６５０℃より低くなる
と特に大きくなる。したがって、該開始温度は６５０℃
以下が好ましい。なお、仕上圧延開始温度の下限につい
ては特に規定しないが、極端に低くなると圧延機にかか
る負荷が大きくなり、実質的に圧延不能となるので、圧
延機の能力に応じた下限値を設定する必要がある。

次に、本発明では上記方法で圧延した線材および棒鋼を
、その表面にスケールを付着させたままの状態で軟化熱
処理するが、これは従来法におけるようなスケール除去
工程を省略することにより、工程を簡素化することを狙
いとしている。またこの軟化熱処理を、９０％以上の不
活性ガスを含有する雰囲気中で行う理由は次の通りであ
る。

上記線材等をその表面にスケールを付着させたまま熱処
理する場合、第４図に示すように、熱処理雰囲気中の不
活性ガスの割合が９０％より低くなると急激に表層部の
脱炭が進行するため、９０％以上とした。

次に、球状化組織を得るための軟化熱処理として（Ａｌ
点−５０℃）以上、（Ａｌ点＋５０℃）以下の温度に加
熱し、この温度範囲に１０分間以」ユ保持することとし
たのは、この範囲外の温度に加熱保持した場合、その後
大気中放冷を行うと、炭化物の球状化が十分に行われな
くなるからである。すなわち、上述の通り本発明におい
ては、鋼線材または棒鋼を７５０℃以下の低温で圧延し
ているため、基地組織に多大な塑性加工エネルギーが蓄
積されているので、若干の熱エネルギーを加えるだけで
、この蓄積された塑性加工エネルギーが解放され、これ
に伴って、層状炭化物は分断されて棒状ないし球状とな
り、この際固溶した炭化物は仕上圧延・冷却後の大気放
冷中に、すでに析出した球状炭化物を核として再析出し
、球状炭化物の成長がさらに進む。このためには、少な
くとも（Ａｌ点−５０℃）以上の温度に１０分以上保持
する必要があるが、（Ａｌ点＋５０℃）の温度を超える
と、すでに析出している球状炭化物が完全に固溶し、再
析出すると層状炭化物となってしまう。以上の理由から
、上記温度範囲に加熱・保持することとしたものである
。

前記第１図〜第４図について補足説明する。

第１図はＳＣＭ４３５．１８ｍｍφの線材を製造した場
合の仕上圧延温度と圧延後のスケール中に含まれるＦ　
ｅ　２０１、Ｆ　ｅ　３０４の組成比率を示したもので
ある。圧延後の冷却速度は２℃／秒である。

第２図は種々の厚さのスケールを有するＳＣＭ４３５．
１８ｍｍφの線材を軸方向に引っ張り、２％の塑性変形
を与えた場合のスケール厚さとスケール剥離率（重殴％
）を示したものである。

第３図はＳＣＭ４３５．１８ｍｍφの線材を製造した場
合の仕上圧延温度と圧延後のスケール厚さの関係を仕上
圧延後の冷却速度毎に示したものである。

第４図はスケール厚さが１４μｍのＳＣＭ４３５．１８
ｍｍφの線材を７４５℃に加熱し、１８分間保持した場
合の熱処理雰囲気中のＮ２の含有率（体積％）と熱処理
後の表面脱炭層の深さの関係を示したものである。

第１図〜第４図については、いずれもＳＣＭ４３５につ
いて示したものであるが、他の鋼種においてもほぼ同様
の傾向がある。

［実施例］ 次に実施例を説明する。

Ｓ４５ＣＳＳＣＭ４３５の２トン鋼片をそれぞれ仕上圧
延開始温度、仕上圧延終了温度を変化させて圧延し、１
８Ｍφ線材を製造した。圧延後５００℃までの冷却速度
は２℃／秒であった。

次にこれら種々の条件で圧延した線材を９７％Ｎ２雰囲
気中でＡ１点（８４５Ｃニア３０℃、ＳＣＭ４３５ニア
４５℃）まで加熱し、１８分間保持した後、大気放冷し
、それぞれの線材について組織を観察して炭化物の球状
化の程度（球状化率）を測定した。

結果を第５図および第６図に示す。

両図より、Ｓ４５Ｃ，ＳＣＭ４３５とも仕上圧延開始温
度および仕上圧延終了温度がともに本発明範囲内のもの
はすべて８０％以上の球状化率を有している。

次に３４５Ｃについては、仕上圧延開始温度および終了
温度がそれぞれ６６５℃、８０５℃の線材、ＳＣＭ４３
５については同じく６７５℃１８０５℃の線材について
その後の９７％Ｎ２雰囲気中で軟化熱処理の温度と時間
を種々変化させて炭化物の球状化率を測定した。結果を
第７図および第８図に示す。

この両図より、Ｓ４５Ｃ，ＳＣＭ４３５とも本発明範囲
の条件で処理すれば８０％以上の球状化率が得られるこ
とがわかる。

さらに第９図は上記３４５Ｃ線材について、仕上圧延終
了後５００℃までの冷却速度を変化させ、その後Ａ１点
で１８分間保持の軟化熱処理を行つた場合の球状化率に
ついて示したものであるが、冷却速度が４℃／秒以上に
なると球状化率は急激に低下することがわかる。

次に、第７図および第８図において、Ａ１点で１８分保
持したＳ４５Ｃ，ＳＣＭ４３５と、通常圧延を行った後
、第１０図（ａｌに示す従来の球状化焼鈍（徐冷タイプ
）を施した５４５Ｃ，ＳＣＭ４３５の軟化熱処理後の各
特性と軟化熱処理時間を第１表に示す。

第１表から明らかなように、本発明法によれば、熱処理
時間が従来法のｌ／４〜１１５に短縮されたにもかかわ
らず、特性はむしろ向上している。

次に第５図および第６図の条件で圧延した５４５Ｃ，Ｓ
ＣＭ４３５の１８鵬φ線材の代表的なものについて、圧
延後の状態で５００肛長さに切断して、１０００本のサ
ンプルを作成し、７日間放置して置き割れの発生率を測
定した。さらに、９７％Ｎ２雰囲気中でＡ１点（Ｓ４５
Ｃニア３０℃１ＳＣＣ１５Ｃニア４５℃）に加熱し、１
８分間保持した後、大気中で放冷し、それぞれの硬さお
よび表面脱炭層深さを測定した。

その結果を第２表にまとめて示す。なお表中、仕上圧延
−冷却後の組織欄の英記号等は、Ｆ：フェライト、Ｐ：
パーライト、球Ｃ：球状セメンタイト、Ｂ：ベイナイト
、Ｍ、：マルテンサイトを示す。

第２表において、実施Ｎα１〜４．９〜１２は本発明法
にしたがって製造した線材であり、実施Ｎα５〜８．１
３〜１６は本発明範囲外の方法で製造した線材である。

なお、これら線材の巻取り温度はいずれもそれぞれの仕
上圧延終了温度以下でかつ仕上圧延終了温度−２０℃以
上の温度範囲に入っている。

前記第１表および第２表から、本発明範囲の条件で製造
した線材は仕上圧延−冷却後の組織がいずれも急冷組織
（ベイナイト、マルテンサイト等）にはなっておらず、
軟化熱処理後の置き割れ発生率はいずれも０％であり、
かつ軟化熱処理後の表面脱炭層深さはいずれも０．０４
　ｍｍ以下である。また硬さもＨｎ　Ｂ　８３．９以下
と十分に低いことがわかる。

一方、比較法によって製造された線材は軟化熱処理前の
置き割れ発生率、軟化熱処理後の脱炭層深さおよび硬さ
のいずれかが劣っていることもわかる。

［発明の効果１ 以上の通り、本発明によれば、圧延後の棒・線材の表面
スケールを除去することなく、極めて短時間の熱処理で
、表層部の脱炭が生ぜず、圧延後の折損や置き割れも生
じず、十分軟化させることのできる軟化棒・線材の製造
方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は仕上圧延終了温度とスケール組成との関係図、
第２図はスケール厚さとスケール剥離率との関係図、第
３図は仕上圧延終了温度とスケール厚さとの関係図、第
４図はＮ２ガス含有率と線材表面脱炭層深さとの関係図
、第５図および第６図はそれぞれＳ４５Ｃ，ＳＣＭ４３
５における、仕上圧延開始温度と仕上圧延終了温度の球
状化率に対する効果を示した図、第７図および第８図は
それぞれＳ４５Ｃ，ＳＣＭ４３５における、加熱温度と
保持時間の球状化率に対する効果を示した図、第９図は
Ｓ４５Ｃにおける冷却速度と球状化率との関係を示す図
、第１０図（ａｌ、（ｂｌ、（Ｃ１は従来法における球
状化焼鈍の代表的なヒートパターンを示す図である。 第 図 第 図 スγ−ンレ渾ご（μｍ） 第 図 第 図 イ会二に万ＥＵ！−１；匝良　（０Ｃ）第 図 第 図 Ｎ２ガＸ’ｔ４ｒｆ！Ｉ％） 第 図 鹿悟り几良（０Ｃ） 第 図 刑瞥扇５便 （０Ｃ） ｇＡネこイ七シづ）３（％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１．５％以下のＣを含有する鋼材を熱間圧延する
   に際し、仕上圧延開始温度を７５０℃以下、仕上圧延終
   了温度を８５０℃以下に制御し、その後０．５℃／秒以
   上、４℃／秒未満の冷却速度で５００℃まで冷却し、次
   いで室温まで冷却した後、製品表面のスケールを付着さ
   せたまま、不活性ガスを９０％以上含有する雰囲気中で
   、（Ａｌ点−５０℃）以上、（Ａｌ点＋５０℃）以下の
   温度になるまで加熱し、この温度範囲に１０分間以上保
   持した後、大気中で放冷することにより、球状化組織を
   得ることを特徴とする軟化棒・線材の製造方法。