JPH0247219A - 高炭素鋼の直接軟化熱処理方法 - 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、熱間圧延ままで冷間伸線および切断性に優れ
た高炭素鋼の直接軟化熱処理方法に関する。

〈従来の技術〉 Ｃが０．６％（ｆｆｉ量％、以下同じ）以上を含有する
機ｔｌｉ！措造用成造用炭素鋼鋼は、−最に圧延ままで
は極めて硬度が高く、切断または冷間伸線が極めて困難
である。このため、これら冷間加工に先立って軟質化焼
鈍が施されるのが通例である。

しかしながら、この熱処理は温度６００℃から９００℃
までの加熱と十数時間に及ぶ冷却を必要とし、高価な熱
処理設備を必要とするほか、熱エネルギーの多大な消費
と煩雑な作業およびスケール・ロスによる歩留り低下は
不可避である。

このような問題を解決する手段として、たとえば特開昭
５６−１３３４４５号公報に開示されているように、Ｃ
！０．０３〜１．２０％を含む炭素鋼および合金鋼を、
６５０〜８５０℃に加熱し、オーステナイトと未溶解炭
化物との混合＆［１ｍとし、これを９５０℃以下の温度
域において、前記炭化物の溶解を生じないように熱間圧
延した後、７５０〜６５０　”Ｃの温度域を冷却速度４
０℃／分以下で冷却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、上記の特開昭５６−１３３４４５号の技
術は、本発明者らの検討によれば、６５０〜８５０℃の
温度域より熱間圧延を開始することは、０．６ｗｔ％Ｃ
以上の高炭素鋼の場合には、圧下荷重が極めて高くなる
ため、通常の能力の綿棒ミルでは実際上不可能である。

また、圧延中に炭化物の溶解を生じさせないためには、
単なる圧延温度の制御ｎのみでは困難であって、未溶解
炭化物の組成の改変が必要である。

すなわち、上記特開昭５６−１３３４４５号の技術では
、０．６％Ｃ以上の炭素鋼や合金鋼への適用は、実際上
極めて困難であると言わざるを得ない。

本発明は、上記のような５題を解決するためになされた
ものであって、高炭素鋼の加熱Ｈ歴や熱間圧延条件、冷
却条件を制御することにより、圧延ままで軟質化を達成
し得る熱処理方法を提供することを目的とするものであ
る。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは、高炭素鋼の直接軟化を達成すべく鋭意検
討を行った結果、以下のような知見を得るに至った。

すなわち、高炭素鋼のミクロｍｓａは、通常の熱間圧延
を施すとパーライトおよび微量な初析セメンタイトより
なる混合組織となる。このような組織の硬度は、パーラ
イト・ラメラ−間隔により支配され、パーライト・ラメ
ラ−間隔が狭い程硬度は大となる。

このようなパーライト・ラメラ−間隔を設定するのは、
オーステナイトからパーライトへの変態温度であり、こ
の変態温度は冷却速度および合金成分に極めて強く依存
される。

焼入性向上成分として多量に含有されるＣｒ＋　Ｍｎ等
の合金成分は、変態温度の低下に極めて強い影響を及ぼ
すのである。これは、オーステナイト中に固溶している
合金成分が変態中にＣの拡散速度を著しく低下させるこ
とに起因している。

一方、Ｍｎ＋　Ｃｒ等は、炭化物中にｔａｌｉＩｔ、や
すい元素であり、これらに濃化処理を施すと炭化物は安
定化し、Ａｃ＋ｍ　（または八Ｃｓ）温度以上に加熱し
ても容易に溶解しなくなる。このため、オーステナイト
中の固溶合金成分は著しく減少し、変態時のＣの拡散速
度への影響も著しく減少する。すなわち、同一冷却速度
で冷却した場合には前記安定化処理を施さない場合に比
較し、変態温度は上昇する。この結果、パーライト・ラ
メラ−間隔は増加し、硬度は低下する。

本発明は、上記のような知見に基づいてなされたもので
あって、その骨子とするところは以下による。

すなわち、Ｃｉ　０．６０〜１．５％（重量％、以下同
じ）　、　ｓｌｒ　Ｏ，ｏｔ　〜０．２７％、　Ｍｎ：
　　０．３〜１．５％、Ｐ：　０．０３０％未満、　Ｓ
　ｊ　　０．０２０％未満、　Ｃｒ：　　０．２％以上
の成分を有する鋼材を、熱間圧延により鋼線材、棒鋼と
するに際し、 ■　Ａｃ、点以上〜Ａｃｍ点またはへＣ１点以下に加熱
し、この温度域に３０分以上〜５時間未満保持して合金
元素を炭化物中に濃縮させる工程、ω）上記（６）工程
に引き続き８５０℃以上〜９５０℃以下に加熱して未溶
解炭化物とオーステナイトの混合＆！！職とする工程、 （Ｃ）　　９５０℃以下の温度域において熱間圧延によ
り鋼線材、棒鋼とする工程、 ■　熱間圧延後、７２０〜５００℃の温度域を冷却速度
０．５℃／ｓ以下にて冷却する工程、の各工程を連続的
に行うことによって、高炭素鋼を直接軟化熱処理するも
のである。

く作　川〉 以下に、化学成分の限定理由を説明する。

Ｃ： Ｃは、焼入性の向上に極めて有用な元素であるが、０．
６０％未満ではその効果が小さく、また、１．５％を超
えると変形抵抗が大きく圧延が困難となるので０．６０
〜１６５％の範囲とする。

Ｓｉ＋ Ｓｔは、脱酸に有用な元素であるので積極的に利用する
が、０．２７％を超えて含有すると熱処理時に表面部の
粒界酸化が顕著となり材質上悪影響を生じるので０．２
７％未満とする。

Ｍｎ： Ｍｎは、焼入性向上元素であるとともに、Ｃとの親和力
が強くセメンタイト中に固溶し、セメンタイトを安定化
するので積極的に使用するが、０．３％未満ではその効
果が小さく、また１、５％を超えて含有すると圧延が困
難となるので、この範囲に限定する。

Ｐ： Ｐは、熱間加工性を害するのでなるべく低減することが
望ましいが、０．０２５％未満で許容される。

Ｓ　： Ｓは、鍛造性を害するので、その意味からは低減するこ
とが望ましいが、０．０２０％未満で許容される。

Ｃｒ： Ｃｒは、焼入性を向上させる元素であるとともに、Ｃと
の親和力が強くセメンタイト中に固溶し、セメンタイト
を安定化するので積極的に使用するが、０．２％未満で
はその効果が小さく、したがって０．２％以上とする。

つぎに、各工程における制約条件の限定理由について説
明する。

まず、囚工程において、Ａｃ＋点以上〜＾Ｃ−またはＡ
ｃｓ点以下に加熱するのは、この温度域において鋼中の
合金成分が著しく容易に炭化物中に濃化するためである
。

ここで、Ａｃ＋点以点色上るのは、これ未満の場合には
合金成分の炭化物中への濃化に著しく長い時間が必要と
されるからであり、他方、ＡｃｅまたはＡｃ、点以下と
するのは、これを上回る温度域においては炭化物がオー
ステナイト中に溶解し、目的とする合金元素の炭化物中
への濃化処理が達成されないためである。

また、この温度域における保持時間を３０分以上〜５時
間未満とするのは、３０分未満では目的とする合金元素
のセメンタイト中への濃化処理が充分に行われないため
であり、一方、５時間未満とするのはこれ以上では生産
性が著しく低下するからである。

つぎに、（Ｉｔ）工程において、加熱温度を８５０℃以
上〜９５０℃以下とするのは、８５０℃未満の温度では
圧延荷重が大となり圧延が困難となるためであり、一方
、９５０℃以下とするのはこれを上回る温度ではセメン
タイトがオーステナイト中に完全固溶し、軟質化に効果
がないためである。

さらに、（Ｃ）工程において、熱間圧延により鋼線材、
棒鋼とするに際し、９５０℃以下の温度域とするのは、
これを上回る温度ではセメンタイトがオーステナイト中
に完全固溶し、軟質化に効果がないためである。

さらにまた、■工程において、７２０〜５００℃の温度
域を冷却速度０．５℃／ｓ以下にて冷却するのは、この
温度域がパーライトの変態温度に当たり、この温度域の
冷却速度が軟質化に大きな影響を及ぼすからである。す
なわち、徐冷開始温度を７２０℃とするのはこれ以上の
温度域において、徐冷を開始しても軟質化に効果がない
ためである。他方、終了温度を５００℃とするのは、こ
れを上回る温度域で冷却を終了させた場合には、未変態
部分が残留している恐れがあり、この部分が低温変態組
織となり高硬度部分が発生する恐れがあるためである。

また、これを下回る温度域まで徐冷を継続しても、いた
ずらに処理時間が長（なるのみであって、軟質化に影響
をほとんど及ぼさないので５００℃とする。

Ｃ：　０．６０〜１．５％を含む炭素鋼または合金鋼の
鋼材に対して、上記の条件で連続処理を施すことにより
、軟質化を図ることができる。

〈実施例〉 以下に、実施例について説明する。

供試材として、第１表に示す成分組成を有する高炭素鋼
の代表的［ｆｆｌである５ＵＰ９，５ＵＪ２゜５ＵＪ４
ビレツトの３種を用い、第２表に示す圧延条件により、
６５閣φ棒鋼とした。このビレットは、１８０Ｌ転炉に
より溶製されたのち真空脱ガス処理を施され、連続鋳造
によりブルームとされた後分塊圧延により１５０ｍ角ビ
レツトとされたものである。

なお、各成分での八Ｃ＋＋、Ａｃ−またはＡｃ３点は、
供試材Ａは７２３℃，７６５℃１供試材Ｂは？３５’Ｃ
，８３７℃、供試材Ｃは７４２’Ｃ，８４３℃である。

各供試材の圧延結果を、圧延まま材の硬さとして第２表
に併せて示した。

本発明例のＮｉ１Ｌ１〜１５は、いずれも低硬度となっ
ており、そのまま冷間切断、伸線工程で使用できるレベ
ルである。

一方、比較例において、Ｎ（Ｌ１６〜２１は囚工程の加
熱温度が本発明の範囲外であり、Ｎｔ１２２〜２４は■
工程の加熱温度が、また８１１２５〜２７は■工程の冷
却速度がいずれも本発明の範囲外である。これら、比較
例の硬度はいずれも高く冷間切断、伸線前に軟化焼鈍が
必要である。

〈発明の効果〉 以上説明したことから明らかなように、線材。

棒鋼を本発明に示した加熱Ｈ歴、圧延・冷却条件により
製造することにより、圧延ままで軟化焼鈍材並みの硬度
を得ることができ、熱処理工程の省略が可能となり、省
力、省エネルギーへの寄与は大である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃ：０．６０〜１．５％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ：
   ０．０１〜０．２７％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｐ：
   ０．０３０％未満、Ｓ：０．０２０％未満、Ｃｒ：０．
   ２％以上の成分を有する鋼材を、熱間圧延により線材・
   棒鋼とするに際し、Ａｃ＿１点からＡｃ＿ｍまたはＡｃ
   ＿３点の間で加熱し、この温度域に３０分ないし５時間
   未満保持して合金元素を炭化物中に濃縮させ、引き続き
   ８５０℃から９５０℃の間で加熱して未溶解炭化物とオ
   ーステナイトの混合組織となし、９５０℃以下の温度域
   で熱間圧延を行い、その後、７２０℃から５００℃の温
   度域で０．５℃／ｓ以下の冷却速度で冷却を施すことを
   特徴とする高炭素鋼の直接軟化熱処理方法。