JPH04173921A - 球状化組織を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法 - 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、鋼線材又は棒鋼の製造方法に関し、特に熱間
圧延時の加熱履歴加工条件及び冷却条件を制御すること
により熱間圧延ままで球状化組織を有する鋼材を製造す
る方法に関する。

［従来の技術］ 鋼線材又は棒鋼とされる各種鋼材には、鋼中炭化物を球
状化することが要求されるものが多い。

例えば、冷間鍛造用に用いられる５２０Ｃ〜５５５Ｃの
機械構造用炭素鋼あるいは、ＳＣＭ４３５又は５Ｃｒ４
４０等の機械構造用合金鋼は、通常熱間圧延ままでは変
形能が不足し厳しい冷間加工に耐え得ない。また、これ
と同時に変形抵抗が高い。そのために冷間加工前に球状
化焼鈍を施すのが一般的である。また高炭素鋼である軸
受１ｌＩ（例えば５ＵＪ２）でも、切断性、耐摩耗性、
冷間加工性及び転勤疲労寿命特性の観点から球状化組織
とすることが要求されている。

しかし、この熱処理は温度６００〜９００’Ｃまでの加
熱と１０時間から３０時間に及ぶ徐冷却を必要とするた
め高価な熱処理設備と熱エネルギーの多大な消費と煩雑
な作業及びスケールロスによる夛留り低下等が不可避で
ある。

このような問題を解決する手段として、例えば特開昭６
０−１５５６２１号公報が提案されている。この方法は
Ａｒ３又はＡ　ｆｃｍを越えＡア３十１００℃又はＡｒ
ｃｍ＋１００’Ｃ以下の温度領域で１０％以上の加工を
施し、さらにＡ４１以上Ａｒ３又はＡ１”Ｃｍ以下の温
度領域で２ｏ％以上の加工を加えた後、Ａｅｌ　　１０
０’ＣＪ、ｕ上Ａｅ１以下に５分以上保持するか、ある
いは５００　’Ｃまでを１００’Ｃ／ｈ以下で冷却する
が、あるいは別ラインで球状化焼鈍を施し、球状化焼鈍
の省略あるいは焼鈍時間の大幅な短縮を達成しようとす
るものである。

［発明が解決しようとする課題１ しかしながら上記の方法では以下の問題点がある。

Ａｒ１以上又はＡｒ３又はＡ　７ｃｍ以下の温度域にお
ける加工は従来から知られているように球状化の促進に
極めて効果がある。しかし、Ａｆ３変態又はＡアｃｒｒ
１等の拡散変態を生じさせるためには、変態温度に達し
た後、変態が始まるまでの潜伏時間を経過することが必
要である。一方、線材又は棒鋼の如き連続圧延ラインで
は最終圧延速度は極めて速く、またバス間の時間も極め
て短いのでＡ７１以上Ａｒ３又はＡ　７０ｍ以下の領域
で仕上圧延を行うことは実際上不可能である。またＡｒ
１以上Ａｒ３又はＡｆＣｍ以下の温度領域は変態脆化域
と知られ熱間加工性が著しく低下する領域であるので、
この区間での加工は材料に有害な表面割れ等の欠陥を生
じる。周知のようにこのような表面欠陥は冷間鍛造用途
の材料には極めて有害であって厳しい２次加工工程に供
することは困難である。

さらにＡ１１以上Ａｒ３又はＡ　７ｃｍ以下の領域の加
工においては準安定オーステナイトと初析フェライト又
は初析セメンタイトの２相組織であるために変形が不均
一であり、その結果、鋼線材又は棒鋼に要求される寸法
精度を確保することが困難となる。

本発明は、以上のような問題を解決し、熱間圧延時の加
熱履歴、加工条件及び冷却条件を制御し、熱間圧延まま
で球状化組織を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法を提供
することを目的としてなされたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは標記鋼材を得る適正な熱間圧延条件を検討
した結果以下の知見を得るに到った。

通常の球状化焼鈍は鋼材をＡｃ１以上Ａｃ３以下の温度
に加熱しオーステナイトと残留炭化物の組織とした後、
徐冷し残留炭化物を核としてオーステナイトを変態させ
て球状炭化物を成長させて球状化組織とするものである
。これに対し熱間圧延により鋼線材又は棒鋼を製造する
に際してはＡｃ１以上Ａｃ３以下の温度に加熱した場合
には、温度が低いために変形抵抗が高く通常の能力のミ
ルでは圧延が困難である。したがって熱間圧延ままで球
状化組織を得るためには、圧延中に球状炭化物の析出核
となる炭化物を得ることが重要である。本発明者らは鋭
意検討した結果、この析出核を加熱途中に形成すること
が最も有効であるとの知見を得た。

すなわち、Ｍｎ、Ｃｒ等の合金元素は、特定温度域にお
いてセメンタイト中に濃縮してセメンタイトを安定化す
るため、安定化処理を施した後に通常の熱間圧延時の加
熱温度に昇温しても溶解しずらくなる。このために特定
の温度で圧延、冷却を行えばこの残留炭化物を核として
球状化炭化物が成長し、熱間圧延ままで球状化組織を得
ることが可能となるのである。

本発明は以上の知見に基づいてなされたものであってそ
の技術手段は次の通りである。

Ｃ：０．２０重量％以上を含有する鋼索材を、■　Ａｃ
Ｉ点以上Ａｃｍ又はＡｃ３点以下の温度で１分以上２０
時間未満保持する第１段加熱工程、■　Ａｃｍ又はＡｃ
３点以上１０５０℃未満に加熱し未溶解炭化物とオース
テナイトの混合組織とする第２段加熱工程 ■　粗圧延および中間圧延を行った後仕上圧延としてＡ
ｃ３又はＡｃｍ以下Ａｆ３又はＡ　７０ｍ点以上の温度
域において３０％以上の加工を施す熱間圧延工程 ■　６６０℃以上７４０℃以下の温度で３０分以上保持
する保持工程 ０４工程を連続して施すことを特徴とする球状化組織を
有する鋼線材又は棒鋼の製造方法である。

また本発明の第２の発明は、上記方法において■の６６
０℃以上７４０℃以下の温度で３０分以上保持する保持
工程に代り、 ■′熱間圧延終了温度から６５０℃までを１００℃／ｈ
未満の冷却速度で冷却する冷却工程とすることを特徴と
する球状化組織を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法であ
る。

［作用］ 次に本発明の限定理由について説明する。

本発明においてＣ：０．２０重量％以上を含有すること
を蜆定するのはＣを０．２０重量％以上含有しないとオ
ーステナイト化を実施しても未溶解炭化物の個数が少な
く球状化促進への効果が小さいためである。

本発明で適用する鋼は上述のようにＣが０．２０重量％
以上を含有するものであればいづれでも適用できるが、
なかでも、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎを高く含有する球状化しに
くい鋼種にはより有利に適用することができる。

第１段加熱工程の温度をＡｃ１以上Ａ。３又はＡ。□以
下とするのはＡｃＩ点未満では、炭化物中への合金元素
の濃縮にきわめて長時間必要であるため下限をＡｃＩ点
以上とする。またＡｃ３又はＡｃｍ点を越えると炭化物
はすべてオーステナイト中に固溶するので濃縮処理を行
うことが困難であるので、Ａｃ３又はＡｃｍＣｍ下とす
る。

第１段加熱工程の保持時間を１分以上とするのは、１分
未満ではその効果は不十分であり、さらに２０時間未満
とするのは２０時間以上保持しても効果が飽和するのみ
でなく生産能率を低下させるので２０時間未満とする。

第２段加熱工程のＡｃｍ又はＡｃ３点以上１０５０℃未
満とするのは、Ａｃｍ又はＡｃ３点未満の温度では、圧
延時の荷重が過大となり、圧延が困難となるのみならず
熱間変形能が低下し表面割れが生じやす（なり、さらに
寸法精度を確保することが困難となるのでＡｃｎ’ｌ又
はＡｃ３点を下限とする。また１０５０℃未満とするの
は１０５０℃以上では第１段加熱工程を実施しても炭化
物がすべて固溶し、第１段加熱工程の効果が消失するの
で１０５０℃未満とする。

熱間圧延工程において、圧延温度を１０５０’Ｃ未満と
するのは、この温度以上では炭化物が溶解し第１段加熱
工程の効果が消失するので１０５０℃未満とする。また
下限をＡｒ１又はＡｒｃｍとするのは、この温度を下回
ると先述したような問題が生じるためである。

仕上圧延工程においてＡｃ３又はＡｃｍ以下、Ａｒ１又
はＡｙ０１７１以上の温度とするのは、この温度域にお
ける圧延により導入された歪によりＣの拡散が促進され
ることにより炭化物の成長が促進され短時間で球状化組
織が得られるためである。ここでＡｃ３又はＡｃｍを上
限温度とするのはこれより高い温度領域においては、導
入された加工歪が回復し球状化促進の効果が消失するた
めである。また、Ａ４３又はＡ　ｒｃｍ以上の温度とす
るのは、これを下回る温度では先述した如く熱間変形態
が低下するため表面割れが生じやすくなることの他に線
材又は棒鋼の寸法精度を確保することが困難となるため
である。また加工度を３０％以上とするのはこれ未満の
加工率では球状化促進の効果が小さいためである。

保持工程において６６０℃以上７４０℃以下の温度で３
０分以上の保持を行うのは、この温度域において未溶解
炭化物を核として未変態オーステナイトを球状炭化物に
変態及び成長させて球状化組織とするために行うが６６
０℃を下回る温度では未変態オーステナイトがラメラ−
パーライトに変態し目的とする球状化組織は得られない
。また、７４０℃を越える温度では変態は生ぜずオース
テナイトのまま存在し、目的とする球状化組織は得られ
ない。このため上限を７４０℃とする。

この温度区間における保持時間を３０分以上とするのは
３０分未満では変態が完了せず、これを空冷すると未変
態部はラメラ−パーライトとなり、不完全な球状化組織
となるためである。

また、上記保持工程は１００℃／ｈ未満の冷却速度で６
５０℃まで冷却する冷却工程としてもよい。ここで１０
０℃／ｈ未満とするのは１００℃／ｈ未満の冷却速度で
冷却した場合にはオーステナイトを球状炭化物に変態さ
せることが可能であるためである。１００℃／ｈを上回
る冷却速度ではオーステナイトはラメラ−パーライトに
変態するので目的とする球状化組織が得られない。また
冷却停止温度を６５０℃とするのは６５０℃を上回る温
度では変態が完了しないためであり、また６５０℃を下
回っても処理時間が長くなるのみで球状化にほとんど影
響を及ぼさないからである。

［実施例］ 以下実施例に即して本発明を説明する。

供試材として第１表に成分組成を有するビレットを用い
て第２表に示す圧延条件により３６ｍｍφ棒鋼とした。

このビレットは、１８０を転炉により溶製したのち真空
脱ガス処理を施し、連続鋳造によりブルームとした後分
塊圧延により１５０ｍｍ角ビレツトとしたものである。

また、圧延に先立って各材料の変態点を熱膨張試験によ
り求めた。この結果を第１表に付記した。圧延終了後の
材料は６００〜７６０℃に加熱された保定炉に装入し材
料温度又は材料の冷却速度を制御した。圧延終了後、材
料のミクロ組織を光学顕微鏡および電子顕微鏡により観
察し、球状化率を測定した。この結果を第２表に付記し
た。

また、第２表Ｎｏ、５９の通常圧延に相当する条件で圧
延した材料（ｗＡ種Ａ−Ｊ）については、それぞれ第１
図に示すヒートサイクル条件で球状化焼鈍を施し、同様
に球状化率を測定した。第１図中に示した温度Ｔは各鋼
種につき第３表に示した。第４表には球状化率の測定結
果を示す。

第２表のＮｏ、１は鋼材の化学組成が本発明の範囲外で
あって、熱間圧延条件は本発明に適合しているにもかか
わらず球状化は全く進行しない。

Ｎｏ、２〜１１は本発明例であり、高い球状化率が得ら
れている。Ｎｏ、１２〜１６は第１段加熱工程ないし圧
延工程のいずれかが本発明に適合しない場合であって球
状化率が低い。

Ｎｏ、１７〜１９は適合例であるが、これに対しＮｏ、
２０は圧延工程が本発明の範囲外であり、球状化がＮｏ
、１７〜１９に比較して低い。

Ｎｏ、２１〜３１は適合例である。Ｎｏ、３２〜４０は
適合例であり極めて高い球状化率が得られている。これ
に対しＮｏ、４１〜５２は比較例であって第１段または
第２段加熱工程、熱間圧延工程、保持工程のいずれかが
本発明に適合しない場合であり、球状化の程度が極めて
悪いか又は全く球状化していない、Ｎｏ、５３〜５８は
鋼Ｊに対して本発明を適用した場合であり極めて高い球
状化率が得られている。

［発明の効果］ 以上本発明を適用することにより、線材又は棒鋼を本発
明に示した加熱履歴、圧延、冷却条件で製造することに
より圧延ままで球状化組織とすることができ、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常圧延材に実施した本発明の球状化焼鈍のヒ
ートサイクル図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｃ：０．２０重量％以上を含有する鋼素材をＡ＿ｃ
   ＿１点以上Ａ＿ｃ＿ｍ又はＡ＿ｃ＿３点以下の温度で１
   分以上２０時間未満保持する第１段加熱工程 と、Ａ＿ｃ＿ｍ又はＡ＿ｃ＿３点以上１０５０℃未満に
   加熱し未溶解炭化物とオーステナイトの混合組織とする
   第２段加熱工程と、粗圧延および中間圧延を行った後、
   仕上圧延としてＡ＿ｃ＿３又はＡ＿ｃ＿ｍ以下Ａ＿ｒ＿
   ３又はＡ＿ｒ＿ｃ＿ｍ点以上の温度域において３０％以
   上の加工を施す熱間圧延工程 と、６６０℃以上７４０℃以下の温度で ３０分以上保持する保持工程とを連続して施すことを特
   徴とする球状化組織を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法
   。 ２　請求項１記載の方法において、６６０℃以上７４０
   ℃以下の温度で３０分以上保持する保持工程に代り、熱
   間圧延終了温度から ６５０℃までを１００℃／ｈ未満の冷却速度で冷却する
   冷却工程とすることを特徴とする球状化組織を有する鋼
   線材又は棒鋼の製造方法。