JPH02259013A - 微細な球状化炭化物を有する炭素鋼または合金鋼板の製造方法 - 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、構造用鋼、工具鋼等に用いられる高炭素鋼ま
たは高炭素合金鋼の製造に係り、特に冷間加工による成
形および焼入処理に好適な微細な球状化炭化物を有する
鋼材の製造方法に関する。

〈従来の技術〉 通常の方法で製造された高炭素鋼または高炭素合金鋼か
らなる鋼材はその組織中にパーライトと呼ばれる層状炭
化物を有する。このような層状の炭化物は加工性を劣化
し、また焼入等の熱処理に際しても焼入不良や靭性劣化
の原因となるため、次工程で炭化物を球状化するのが一
般的である。

高炭素鋼または高炭素合金鋼の炭化物を球状化する方法
としては、従来、（１）バッチ炉を用いてＡ（変態）点
直下の温度に長時間加熱した後冷却する方法、（２）＾
１点直上の温度に加熱した後６１点近傍を徐冷する方法
、等が行われているが、いずれも十数時間に及ぶ処理時
間を要していた。この点を改善するために、（３）熱間
加工後、フェライトの動的再結晶温度以上Ａｔ点以下の
温度で加工を加えた後６３０°Ｃ以上八１点以下の温度
に５秒以上５時間以内保持する方法（特公昭６３−１４
０４５号公報）や、（４）熱間加工中にパーライト、ベ
イナイト、マルテンサイト等に変態させた後急熱し、４
０２点以下の温度域で加工を加え、しかる後に上記（１
）（２）の処理を比較的短時間で行う方法（特開昭６３
−８６８１４号公報、特開昭６３−８６８１５号公報、
特開昭６３−８９６１７号公報）等が考案されているが
、（３）の方法では加工中に加熱が必要なことおよびそ
の温度管理が厳しいこと、（４）の方法ではその後の処
理にまだかなりの時間を要すること、等の問題があった
。さらに、これらの方゛法では得られる炭化物粒径は１
〜’ｌｐｍ以上と大きく、熱処理時のオーステナイト化
の時間が不十分であると焼入不良が生じ易い。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって
、炭化物の球状化に要する処理時間を従来に比べて大幅
に短縮し、かつ球状化の程度も従来以上（炭化物粒径１
　ｐｍ以下）とした冷間加工性に優れると共に焼入処理
に好適な高炭素鋼または高炭素合金鋼板を製造する方法
を提供することを目的とするものである。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、炭化物の球状化挙動におよ
ぼす前組織および熱処理前の冷間加工の影響を調査した
結果、球状化熱処・理前の熱間圧延条件を制御すること
により、球状化に好ましい組織に調整し、しかる後に冷
間加工および短時間保熱の熱処理を施すことによって微
細な球状化炭化物組織が得られることを見出した。

すなわち、本発明の要旨とするところは、高炭素鋼また
は高炭素合金鋼に４１８以上の温度域で熱間圧延を施し
、その後３０℃／ｓ以上で冷却し５００°ＣからＭｓの
温度範囲で巻取り、ついで１０％以上の冷間圧延を施し
た後、再結晶温度以上、＾１以下の温度に加熱して３０
秒以上６００秒以下保持することを特徴とする微細な球
状化炭化物を有する高炭素鋼または高炭素合金鋼板の製
造方法にあり、また高炭素鋼または高炭素合金鋼に静２
以上の温度域で熱間圧延を施し、その後３０℃／Ｓ以上
で冷却しＭｓから（Ｍｓ＋Ｍｆ）　／　２の温度範囲で
巻取り、ついで１０％以上の冷間圧延を施した後、再結
晶温度以上、へ〇以下の温度に加熱して３０秒以上６０
０秒以下保持することを特徴とする微細な球状化炭化物
を有する高炭素鋼または高炭素合金鋼板の製造方法にあ
る。

く作　用〉 従来の熱間圧延後の組織は、通常、以後の熱処理によっ
て球状化しにくい層状パーライト組織を含んでいる。こ
のような圧延材に対して通常の熱処理法を適用して、こ
の層状パーライトを球状化組織とするためには、層状パ
ーライトが安定であるため、熱処理時間を長時間にしな
ければならない。

そこで、本発明では、以後の熱処理工程において炭化物
の球状化が容易となるような前組織を熱間圧延後に形成
させ、ついで冷間加工を加えることにより球状化をさら
に促進さ−Ｖるものである。

すなわち、熱間圧延後の組織を上記層状パーライト組織
ではなく、フェライトと微細炭化物からなる微細なベイ
ナイト組織またはベイナイト組織と焼戻しマルテンサイ
ト組織からなる組織とするものである。フェライトと微
細炭化物からなる微細なベイナイト組織とするには、熱
間圧延後の冷却過程において急冷することにより層状パ
ーライトの生成を阻止し、ベイナイト変態温度域にて徐
冷する。また、ベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト
組織からなる組織とするには、熱間圧延後の冷却過程に
おいて急冷することにより層状パーライトの生成を阻止
し、一部マルテンサイト組織とした後コイルに巻取る。

この場合残部オーステナイトはベイナイト変態を起こし
つつ、変態潜熱を発生してコイル温度を上昇させ前記焼
入マルテンサイトは焼き戻される。焼入マルテンサイト
は硬質であるためほとんど冷間加工を加えることは難し
いが焼戻しマルテンサイトとすることにより延性が回復
し、冷間加工が可能となる。その後、適当な冷間加工を
加え、加工歪が蓄積した組織状態の鋼板に短時間保熱の
熱処理を施すことによって軟化と炭化物の微細化を同時
に図るものである。

熱間圧延後にフェライトと微細なベイナイト組織とする
には、＾ｒｉ（変態点）以上の温度で熱間圧延を終了し
、その後３０°Ｃ／　ｓ以上で急冷し、５００°Ｃから
Ｍｓ　（マルテンサイト変態開始温度）の温度範囲でコ
イルに巻取る。圧延温度の低下は変形抵抗を増加し、圧
延性を阻害するため、圧延終了温度の下限をＡｒ＝とじ
た。熱間圧延後の冷却はパーライト変態を回避するため
３０°Ｃ／　ｓ以上の象、冷が必要である。また、巻取
温度が５００°Ｃを越えるとやはりパーライト組織が生
成するため好ましくない。Ｍｓ以下まで冷却するとマル
テンサイト組織となり、その後の冷間加工が不可能なぽ
かりでなく熱処理時に焼き割れが発生する恐れがある。

また、熱間圧延後にヘイナイト組織と焼戻しマルテンサ
イト組織とするには、Ａｒ３以上で熱間圧延を終了し、
その後３０℃／ｓ以上で急冷し、Ｍｓから（Ｍｓ＋Ｍｆ
）　／　２の温度範囲でコイルに巻取る。

圧延終了温度の低下は変形抵抗を増加し、圧延性を阻害
するため、また、フェライト変態やパーライト変態等の
拡散変態が生し易くなり、マルテンづイト組織を得にく
くなるため圧延終了温度の下限を計、とした。熱間圧延
後の冷却はパーライト変態を回避しマルテンサイト組織
とするため３０’Ｃ／Ｓ以上での急冷が必要である。巻
取温度はマルテンサイト変態を生じさせるためにＭｓ温
度以下でなければならない。また、巻取温度の下限は焼
入マルテンサイトを焼き戻すために特に重要である。

（Ｍｓ＋Ｍｆ）　／　２より低いと巻取後の変態潜熱が
不足し、焼入マルテンサイトは十分に焼き戻されず硬質
となるため、その後の冷間加工が不可能なばかりでな（
熱処理時に焼き割れが発生ずる恐れがある。なおごごで
Ｍｆはマルテンサイト変態の終了温度である。

１０％以上の冷間加工を加えることは、それに続く短時
間の熱処理を可能にするために重要である。

加工度を１０％以上としたのは、実施例にも示すように
これ以下では炭素の拡散を促進し、球状化を容易にする
ための歪エネルギーが不足し、球状化に長時間を要する
ことから、処理時間の短縮という本発明の大きな目的を
達し得ないためである。

また加工度は大きい方が好ましく、その上限は特に規定
しないが、加工度が大きくなると炭化物からのクラック
の発生およびフェライトにおりる加工硬化が重なって、
加工中に綱の破断を招く恐れがあり、好ましくは５０％
以下である。なお、特に鋼中の炭素量が多い等の理由で
冷間加工が難しい場合には、潤滑剤あるいはゼンジミア
圧延機等の強力な加工機を用いると良い。

次に、球状化処理として、再結晶温度以上、Ａ１（変態
点）以下の温度に加熱して３０秒以上、６００秒以下保
持する。本質的に炭化物の球状化を担うのは再結晶温度
以上、Ａ１以下の温度域における保持であり、充分な球
状化を行うには最低でも３０秒保持することが必要であ
る。また６００秒を越えて保持すると炭化物が粗大化し
、目的とする１ｐｍ径を越えるようになるため上限を６
００秒とする。加熱温度は、再結晶温度以下では炭化物
の球状化に必要なエネルギーが得られないだけでなく、
フェライトの再結晶が不十分となり、処理後の鋼材の材
質を劣化させる。またＡｒ以上に加熱すると炭化物がオ
ーステナイト相中に固溶し、冷却時に再び層状炭化物を
生じるため、目的を達し得ない。なお加熱速度、冷却速
度は特に限定されないが、遅くなると不必要に処理時間
が長くなるばかりでなく、高温での保持時間が無視でき
なくなり、炭化物の粗大化に影響を及ぼし始める。従っ
て、０．５’Ｃ／　ｓ以上の速度で急速加熱・冷却する
ことが好ましい。以上のような急速加熱・短時間保持・
急速冷却の処理を行う具体的方法としては、主として低
炭素鋼板の再結晶焼鈍に用いられつつある連続焼鈍炉を
有利に用いることができる。

本発明に従って製造した場合、実施例に示される通りバ
ッチ炉による従来の方法に比べ処理に要する時間は１７
１００以下となり、大幅な時間短縮が実現される。また
、球状炭化物径は１ｐＩ１１以下となり、焼入処理に適
した鋼板が製造できる。

なお、本発明の対象鋼種としては、Ｃ：Ｏ，Ｘ〜０．６
％、　Ｓｔ　：　０．３５％以下、　Ｍｎ　：　　０．
３〜１．７％程度の鋼であれば炭素鋼、クロム鋼に限ら
れるものではなく、特に制限されない。モリブデン含有
鋼などについても同様な効果が得られ、例えば、ｉ械構
造用炭素綱（ＳＩＯＣ−３５８Ｃ）　、マンガン鋼（Ｓ
Ｍｎ４２０〜ＳＭｎ４４３　）　、クロム鋼（ＳＣＲ４
１５〜５ＣＲ４４５）、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４
１５〜ＳＣＭ４４５）などが本発明の対象鋼種として挙
げられる。

〈実施例〉 次に本発明の実施例を比較例と共に説明する。

実施例１ 表１に示した化学組成の鋼スラブを１２００°Ｃに加熱
後、連続熱間圧延機により表２に示ず種りの熱延条件お
よび冷却条件にて１　、６　ｍｍ厚の熱延鋼板とした。

その後、３０％の冷間圧延を施した後、連続焼鈍炉によ
り７００“ＣＸ１２０秒の熱処理を行った。

また、比較のため同一材を通常の熱延条件にて製造した
熱延鋼板を箱型焼鈍炉にて７００°Ｃ×１２時間熱処理
を行った結果も表２に示す。なお、Ａ、Ｂ。

Ｃ鋼のそれぞれの八ｒ３＋　＾＋、　Ｍｓ　（Ｍｓ−ｌ
−Ｍｆ）　／　２の温度を表１に併せて示す。

Ｎｏ、４．　７．１２．１５．１９．２２は熱延後にマ
ルテンサイト組織が残存したため、大きな冷却圧下率は
とれずいずれも１０％以下である。表２から明らかなよ
うに、いずれの鋼でも本発明の範囲内でのみ熱延後に目
的とするフェライト士ベイナイト組織またはベイナイト
＋焼戻しマルテンサイト組織が得られ、短時間の熱処理
で長時間熱処理材と同程度まで軟質化し、十分に球状化
が完了し、しかも炭化物は非常に微細である。本発明範
囲外で、他の組織が生成する場合には短時間熱処理では
軟質化はできない。

実施例２ 実施例１に示したＮｏ、１（Ａ鋼）、Ｎｏ、８（Ｂ鋼）
。

陽、１６（Ｃ網）の熱延板を用いて、０〜５０％の圧延
率で冷間圧延を施した後、７００°ＣＸ１２０秒の熱処
理を行い、炭化物の球状化率を調査した。また、同材料
を用いて、３０％冷間圧延後４００〜８００”ＣＸ１０
秒〜１２時間の熱処理を施し、軟化程度を調査した。第
１図は球状化率に及ぼす冷延圧延率の影響を示したもの
である。本発明によれば冷延圧延率が１０％以上で球状
化が十分に完了することは明らかである。また、冷延圧
延率が５０％を越えると鋼板端部に耳割れが発生し冷延
が不可能であった。

第２図は加熱時間１２０秒での加熱温度と硬度の関係を
示したものである。いずれの綱でも再結晶温度以下では
十分な軟質化が生じておらず、一方、Ａｒ点以上では層
状炭化物が生じるため急激に硬化しており本発明の目的
を達成し得ない。第３，４図はそれぞれ加熱温度７００
°Ｃでの加熱時間と硬度および炭化物径の関係を示した
ものである。いずれの鋼でも加熱時間が３０秒未満では
十分な軟質化が生じておらず、一方、６００秒超えでは
炭化物の粗大化が生じ、径がｌ　ｐｍを越え本発明の目
的を達し得ない。

〈発明の効果〉 上記から明らかなように、本発明の方法によれば鋼中に
存在する層状炭化物の球状化処理をごく短時間に行え、
かつ微細な球状化炭化物が得られる。従って本発明は省
エネルギーおよび生産性の向上に大きく貢献するもので
、工業的価値が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷間圧延率と球状化率の関係を示すグラフ、第
２図は球状化焼鈍における加熱温度と硬度の関係を示す
グラフ、第３図は球状化焼鈍における加熱時間と硬度の
関係を示すグラフ、第４図は球状化焼鈍における加熱時
間と炭化物径の関係を示すグラフである。 特許出願人　　　川崎製鉄株式会社 （％）＊′１バｌ′島 　ＭＨ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高炭素鋼または高炭素合金鋼にＡｒ＿３以上の温
   度域で熱間圧延を施し、その後３０℃／ｓ以上で冷却し
   ５００℃からＭｓの温度範囲で巻取り、ついで１０％以
   上の冷間圧延を施した後、再結晶温度以上、Ａ＿１以下
   の温度に加熱して３０秒以上６００秒以下保持すること
   を特徴とする微細な球状化炭化物を有する高炭素鋼また
   は高炭素合金鋼板の製造方法。
2. （２）高炭素鋼または高炭素合金鋼にＡｒ＿３以上の温
   度域で熱間圧延を施し、その後３０℃／ｓ以上で冷却し
   Ｍｓから（Ｍｓ＋Ｍｆ）／２の温度範囲で巻取り、つい
   で１０％以上の冷間圧延を施した後、再結晶温度以上、
   Ａ＿１以下の温度に加熱して３０秒以上６００秒以下保
   持することを特徴とする微細な球状化炭化物を有する高
   炭素鋼または高炭素合金鋼板の製造方法。