JPS6345441B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、熱間圧延による鋼線材の製造法に係
り、詳細には、鋼線材を熱間圧延する工程をコン
トロールすることによつて、特に次の冷間加工に
先立つて行う球状化熱処理を迅速、かつ、効果的
に実施可能な熱間圧延材を製造する方法に関す
る。 鋼線材は、熱間圧延後、引抜き、切断、切削、
鍛造等の冷間加工に供されるのが殆んどである
が、一般に従来の熱間圧延材は、これらの冷間加
工に耐え得る変形能が不足していると共に変形抵
抗が大きいため、熱間圧延材のままでは冷間加工
に供されていない。 即ち、熱間圧延材に対して、20％以上の伸線加
工を行つた後、20時間強の処理時間を必要とする
球状化熱処理を施して、熱間圧延材の性能を改善
したうえで冷間加工に供している。しかし、これ
らの追加的な加工、熱処理を行うには、多大な熱
エネルギー、要処理時間を浪費し、更にはスケー
ルロスが避けられない等の問題があつた。 これらの問題点に対処するため、従来より種々
の提案がされてはいる。 例えば、特開昭47−8503号に示されているとこ
ろのものは、熱間圧延後直ちに、変態域を通し、
かつ、オーステナイト結晶粒の成長抑制と初析フ
エライトの生成を抑制するに足る速さで冷却し
て、微細パーライト、ベーナイトまたはマルテン
サイト組織を有する熱間圧延材を得る方法、ま
た、合金鋼の処理に関しては、熱間圧延後、微細
オーステナイト粒子とする段階に引き続き、マル
テンサイトの生成を助長するために強制通風して
熱間圧延材を得る方法であつて、次いで球状化処
理を施すというものである。これらの方法は、要
するに、熱間圧延後のオーステナイト粒径を単に
利用し、初析フエライトがない微細パーライト、
ベーナイトまたはマルテンサイト組織など積極的
に低温で変態する組織を得ようというものであ
る。しかし、これらの方法では、オーステナイト
結晶粒径の細粒化が十分でないため、球状化処理
時間の短縮化に効果的ではなく、かつ、球状化処
理後に得られる強度も、従来の如く伸線加工をし
て球状化処理を施した後に得られる強度よりも高
く、冷間加工時の変形抵抗も大きい等々の欠点が
ある。 また、かかる提案と同様の趣旨のものが特開昭
51−92719に示されている。それは、合金鋼を対
象とし、熱間圧延後550℃〜Ms点の温度範囲内の
温度に急冷して中間組織を有する熱間圧延材を得
る方法で、次いで球状化処理を施すというもので
ある。しかし、この方法も単なうベイナイト組織
を得ることを狙つているにすぎず、開示されてい
る条件の下では単一ベイナイト組織とするのは極
めて困難であるばかりか、球状化処理後に得られ
る強度も、従来の如く伸線加工後に得られる強度
よりも高い等々の欠点がある。 そこで、本発明者等は、前述の各種提案を含む
従来技術の有する欠点を解消し得、冷間加工に先
立つて施される球状化処理において、球状化を顕
著に促進でき、かつ、球状化処理後の強度も低い
値を有するような熱間圧延材を得るべく鋭意研究
したところ、熱間仕上げ圧延での塑性歪を冷却時
の変態挙動に有効に利用することによつて得られ
る種々の組織と球状化処理との関係に着目するに
至り、更に種々検討した結果、熱間加工歪を保持
したままパーライト、ベイナイト及びマルテンサ
イトに変態した組織は、初析フエライトの生成が
あるにも拘らず、軟化速度が早く、球状化に有効
であり、しかも球状化処理後の強度を低下せしめ
得ることを見い出した。 即ち、熱間圧延における圧延温度と圧下率、更
に詳しく云うならば、圧延温度領域と圧下率の球
状化時間短縮化等への効果について調査した結
果、通常の熱間仕上げ圧延機で圧延された条材に
Ms点以上850℃以下の温度に急冷後、引き続き更
に20％以上の塑性歪を付与し、塑性歪を保持した
まま冷却して変態させた組織は、前述の如く、次
工程での球状化が容易に進行する等、極めて効果
的であるとの知見を得たのである。 この点をより詳細に説明するならば、まず、再
結晶容易領域で圧延され細粒化したオーステナイ
ト結晶粒を直ちに急冷却し、引き続きMs点以上
850℃以下で過冷オーステナイトあるいは準安定
オーステナイトとした後、20％以上の塑性歪を付
与して、直ちに塑性歪を保持したまま冷却し、塑
性歪を保持したままで変態させた組織を得るので
ある。 本発明は、かかる知見の下に叙上の製造過程を
実圧延設備の配列、作業性等を考慮して具体化し
たものであつて、その要旨とするところは、鋼線
材を熱間で粗圧延及び中間圧延を経て条材とした
後に仕上げ圧延するに際し、第１仕上げ圧延機で
圧延した後500℃以上850℃以下の温度に急冷する
段階と、その後第２仕上げ圧延機で20％以上80％
以下の塑性歪を付与し、その塑性歪を保持したま
ま冷却して変態させ、微細に分散した初析フエラ
イトに微細パーライト、ベイナイトまたはマルテ
ンサイトを混在させた組織を得る段階とを結合す
ることを特徴とする迅速球状化の可能な線材の製
造法、にある。 以下、本発明について実施例を用いて詳細に説
明する。 まず、本発明において前記の如く各条件を規制
する理由は、次のとおりである。 本発明の製造法を実施する設備としては、最終
仕上げ圧延機の前に冷却工程をおく配列をとる必
要がある。ところで、線材圧延の場合、従来の粗
圧延機、第１及び第２中間圧延機並びに仕上げ圧
延機からなる圧延機列を利用し、単に仕上げ圧延
機の前に冷却工程をおく配列にすると、中間圧延
機までの圧下量が必然的に制限されるため、仕上
げ圧延機に分担させる圧下量が当然に多くなり、
その結果、仕上げ温度は上昇する。一方、線材仕
上げ圧延機の場合、生産性を上げるほど許容圧延
荷重が低下し、そのような低圧延荷重の下では
850℃以下の低温度での圧延ができなくなる。し
たがつて、従来の圧延機列で仕上げ圧延機の前に
冷却工程をおく配列では、本発明により大単重コ
イルを高速で圧延することはできない。そこで、
本発明では、通常の仕上げ圧延機の後方に設置さ
れている冷却ラインに続く位置に別途仕上げ圧延
機を設置し、前者を第１仕上げ圧延機とし、後者
を第２仕上げ圧延機とすることによつて、容易に
Ms点以上850℃以下の圧延温度で高速圧延を可能
にしたものである。しかも、このような圧延機列
にするには、従来のものに単に第２仕上げ圧延機
を別設するだけでよいため、投資コストも大きく
ならないメリツトがある。 第２仕上げ圧延前の圧延温度、即ち、第１仕上
げ圧延機で圧延した後の急冷温度は、Ms点に相
当する500℃以上、850℃以下の温度とする。850
℃を超えると、圧延により容易に900℃を超える
温度に昇温して圧延後の歪の解放が急激に進み、
変態挙動への歪の利用が困難となる。また、500
℃未満で圧延すると、圧延荷重が大きくなりすぎ
て実用的でないばかりか、球状化時間の短縮にさ
ほど効果が認められない。 第２仕上げ圧延での圧下率は20％以上80％以下
とする。この点について、本発明者等は次のよう
な試験を行つた。SCM435Hを素材とし、600℃、
800℃、900℃の各圧延温度で圧下率を広範囲に変
えて第２仕上げ圧延を行い、圧延後２〜５℃／ｓ
の冷却速度で冷却して熱間圧延材を得、これにつ
いて球状化処理を施して球状化に要する時間を調
らべた。その結果を第１図に示す。なお、球状化
時間は、圧延温度800℃及び圧下率20％の場合を
１としてその比で表わし、また、球状化処理サイ
クルは同図に示すとおりであり、770℃から空冷
（AC）するまでの時間を球状化時間とした。 同図からわかるように、圧下率が20％未満で
は、球状化時間の顕著な短縮化は認められない。
一方、圧下率が80％を超えると、仕上げ温度が上
昇するため、球状化時間短縮化の効果が増大せ
ず、却つて効果が減少する。 次に、第２仕上げ圧延機により500℃から850℃
で圧延した後の冷却については、変態挙動に塑性
歪を有効に利用する観点から、塑性歪の付与後、
即調整冷却することが好ましい。歪付与後に歪量
が一部回復しても、大半の歪が残存していれば、
有効利用の効果が滅殺されることはない。また、
変態挙動に効果的な影響を与え得る歪は、それが
塑性加工によつて導入された直後の歪でも、一部
回復して残存した歪でも、変態挙動への効果の程
度は同じである。一方、500℃以上850℃以下の圧
延温度であつても、圧下量が増大すると動的再結
晶が起り、特に前記温度範囲の高温側で起り易
く、また、過大に歪を付与すると温度上昇が大き
くなり、歪付与後の調整冷却開始までに、材料温
度が上昇したが故に歪解放速度は上昇する。した
がつて、冷却に際しては、このような現象を考慮
して調整冷却の条件を適宜決定することが好まし
い。なお、また、変態挙動に利用する必要歪量及
び塑性歪付与後の歪の解放速度は材料の成分系に
依存するので、第２仕上げ圧延の温度域500℃以
上850℃以下で付与する圧下量（圧下率）につい
ては、前述の現象を考慮して成分系に応じて適正
な量に調整することが好ましい。 本発明において得られる熱間圧延材の組織とし
ては、従来の製造法による場合の組織と比らべて
根本的に異なるものである。 即ち、一般に冷却速度を早くして微細な組織に
するほど球状化時間が短縮し得ることは知られて
いるところであるが、あまりにも急速な冷却する
と、ベイナイトまたはマルテンサイトの単独ある
いは複合組織となつて球状化後の強度が高くなる
欠点がある。これに対し、本発明の如く500℃以
上850℃以下の温度で圧延し冷却して得たものは、
導入された塑性歪が初析フエライトの生成を促進
するために微細な初析フエライトが均一に分散さ
れると共に、初析フエライトの発生によりＣ等が
濃縮され、かつ、塑性歪を保持した状態の残留オ
ーステナイトが変態して微細パーライト及びベイ
ナイト、あるいは一部にマルテンサイトが混入し
た組織、即ち、微細に分散した初析フエライトに
微細パーライト、ベイナイトまたはマルテンサイ
トが混在した組織を呈する。このような組織は、
初析フエライトが生成していても微細に分散化さ
れているため、更には微細パーライト、ベイナイ
トまたはマルテンサイトの変態組織が変態前の加
工歪の影響を受けているために、球状化処理にお
いて球状化時間の短縮化を可能にし、同時に、球
状化後の強度も従来のように伸線加工後に球状化
処理した材料と同等の強度まで低下させることが
できるのである。 本発明において対象とする鋼線材としては、通
常バーインコイルと称されるものも含まれ、ま
た、鋼線材の成分組成については、特に限定され
るものではなく、低炭素鋼、高炭素鋼、合金鋼、
ボロン鋼等の通常の線材製品として用いられる各
種の用途の成分系のものに適用可能である。 もつとも、鋼線材として必須の成分並びに必要
に応じて添加する成分については、各種の用途、
製品特性に応じて調整する必要がある。その際の
一応の目安を示すならば、次の通りである。 Ｃは強度を得るために必要な成分であつて0.10
％以上含有するのが望ましい。一方、0.70％を超
えると、本発明の主眼とする、第２仕上げ圧延機
での低温圧延によつて生成を促進させんとするフ
エライトの生成が容易でなく、本発明を実施する
に当り一定の困難性が存在する。 Siは健全なキルド鋼を製造するために脱酸剤と
して使用され、また、強度上昇にも有効な成分で
あり、0.10％以上含有するのが望ましい。0.10％
未満であると脱酸不十分となつて気泡や非金属介
在物が生じ易くなる場合がある。逆に、Siを過剰
に添加すると溶接性の劣化及び耐疲労性に有害な
SiO₂系介在物の生成を招くので、1.50％を添加上
限値とするのが望ましい。 Mnは焼入性を考慮した場合に必要な成分であ
つて、0.30〜1.80％の範囲で添加するのが望まし
い。0.30％未満では焼入性が不十分となつて材質
が不安定になる恐れがあり、1.80％を超えると焼
割れを誘引しやすくなる。 以上、Ｃ、Si及びMnは鋼材製造および製品特
性上からみて必要な成分であるが、さらにCr、
Ni、MoおよびＢを製品特性向上のために必要に
応じて１種または２種以上を添加することが望ま
しい場合がある。その時の目安としては次のとお
りである。 Crは焼入性を向上させる成分であり、Mn等の
添加量で焼入性が不足して必要な特性が得られな
い場合、あるいは、延性及び靭性を更に改善した
い場合に添加するのが好ましい。添加する場合に
は0.10〜1.50％の範囲が望ましく、0.10％未満で
は前記の目的とするところを達成し難く、1.50％
を超えると製造コストが高くなる。 Niは焼入性への寄与とともに延性および靭性
の向上に有効な成分であり、かつ、熱間加工性の
改善に有効であるので、Mn等の添加で必要な延
性及び靭性が得られない場合に添加するのが望ま
しい。添加する場合には0.20〜1.50％の範囲が望
ましく、0.20％未満では前記の目的とするところ
を十分に達成し難く、1.50％を超えると製造コス
トが高くなる。 Moは焼入性を著しく向上させる成分であり、
しかし高価な成分である。したがつて、Mn等の
添加のみでは必要な製品特性が得られない場合に
限つて添加するのが好ましく、添加する場合は
0.10〜0.50％の範囲が望ましい。0.10％未満では
前記の目的とするところを十分に達し難く、0.50
％を超えると製造コストが高くなる。 Ｂは微量で焼入性を著るしく高める成分であ
り、安価な焼入性向上元素である。添加する場合
には0.0003〜0.005％の範囲とすることが好まし
い。0.0003％未満であると十分に焼入性を向上さ
せ得ず、逆に0.005％を超えると、オーステナイ
ト結晶粒を粗大化させるほか、オーステナイト結
晶粒界に炭化物や窒化物が析出して、焼入性を低
下させるほか、延性および靭性を劣化させるよう
になる。当然のことながら、Ｂの焼入性への効果
を一層発揮させるためにはAlあるいはTiを添加
してＮの固定がなされることが望ましい。 実施例 表１に示す成分組成の鋼について200トン転炉
で溶製した後、RH脱ガス処理し、連続鋳造にて
300×350mm〓ブルームにしビレツト加工段階を経
て、表１に示す圧延条件によつて７〜120mmφの
線材に圧延した。得られた線材の圧延組織を調べ
ると共に、球状化処理を施した後の線材について
強度試験を行い、また球状化率も調べた。それら
の結果も表１にあわせ示す。

【表】

【表】 同表から明らかなように、球状化処理(A)前に伸
線加工を行う従来法の場合には、球状化に長時間
を必要とし、また、伸線加工を行わずに熱間圧延
材をそのまま短時間の球状化処理(B)を施した場合
には、球状化が十分にされないのみならず、強度
も上昇している。これらに対し、本発明法の場合
には、熱間圧延材が微細な初析フエライトに微細
パーライト、ベーナイトあるいはマルテンサイト
が混在した組織を有しており、これに伸線加工を
施すことなく短時間の球状化処理を施すのみで、
従来法の場合と同等の球状化率を示し、しかも球
状化後の強度も同等の値を示している。 なお、本実施例では代表的鋼種として中炭素機
械構造用炭素鋼及び合金鋼について示したが、本
発明法は、既述の通り、初析フエライトが生成し
ない共析鋼のＣ量以上の鋼を除く線材鋼種に適用
でき、本実施例と同様の効果を奏することは云う
までもない。 以上の説明からも明らかなように、本発明によ
れば、熱間圧延材のままで従来の如く伸線加工を
加えることなく球状化処理に供することができ、
しかも、球状化処理における処理時間が大幅に短
縮し得て、かつ、従来法の工程で得られた球状化
後の強度と同等の低い強度を有する鋼線材を得る
ことができるから、従来の如く伸線加工に伴うス
ケールロスは極減し、球状化処理も短時間で行う
ことができ、加えて次工程の冷間加工の生産性等
に好結果をもたらす等々、顕著な効果が期待でき
るところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２仕上げ圧延機での圧下率と球状化
処理時間の関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼線材を熱間で粗圧延及び中間圧延を経て条
   材とした後に仕上げ圧延するに際し、 第１仕上げ圧延機で圧延した後500℃以上850℃
   以下の温度に急冷する段階と、 その後第２仕上げ圧延機で20％以上80％以下の
   塑性歪を付与し、その塑性歪を保持したまま冷却
   して変態させ、微細に分散した初析フエライトに
   微細パーライト、ベンナイトまたはマルテンサイ
   トを混在させた組織を得る段階と を結合することを特徴とする迅速球状化の可能な
   線材の製造法。 ２ 鋼線材は、C0.10〜0.70％、Si0.10〜1.50％、
   Mn0.30〜1.80％を含み、残部がFe及び不可避的
   不純物よりなる成分組成を有するものである特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 鋼線材は、C0.10〜0.70％、Si0.10〜1.50％、
   Mn0.30〜1.80％を含み、更にCr0.10〜1.50％、
   Ni0.20〜1.50％、Mo0.10〜0.50％及びB0.0003〜
   0.005％のうちの１種または２種以上を含み、残
   部がFe及び不可避的不純物よりなる成分組成を
   有するものである特許請求の範囲第１項に記載の
   方法。