JP5124847B2 - Rolling method of high carbon chromium bearing steel - Google Patents
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Description
本発明は、高炭素クロム軸受鋼鋼材の圧延方法に関し、詳しくは、熱間圧延のままで球状化組織を有し、球状化熱処理の時間を短縮することが可能な高炭素クロム軸受鋼鋼材の圧延方法に関する。 The present invention relates to a method for rolling a high carbon chromium bearing steel, and more specifically, a high carbon chromium bearing steel that has a spheroidized structure as it is hot-rolled and can shorten the time for spheroidizing heat treatment. It relates to a rolling method.
自動車や産業機械などに用いられる軸受部品は、一般に、JIS G 4805(1999)に規定されたSUJ1〜5に代表される高炭素クロム軸受鋼鋼材を素材として熱間圧延した後、冷間鍛造、伸線加工などの冷間加工や、切削加工などの2次加工工程を経て、所望の形状に仕上げられている。 Bearing parts used for automobiles and industrial machines are generally hot forged using high carbon chromium bearing steels represented by SUJ1-5 specified in JIS G 4805 (1999) as a raw material, and then cold forging, It is finished in a desired shape through a cold working such as wire drawing and a secondary working process such as cutting.
なお、熱間圧延ままの高炭素クロム軸受鋼鋼材は、通常そのミクロ組織がパーライトの単相組織あるいはベイナイトなど硬質相とパーライトの混合組織であって、硬さが高いものである。したがって、熱間圧延ままの高炭素クロム軸受鋼鋼材に切削加工や冷間鍛造などの2次加工を施すと、工具寿命が低下したり、冷間鍛造の際に割れが発生するなどの問題を避け難い。 In addition, the high carbon chromium bearing steel as hot rolled usually has a microstructure that is a single phase structure of pearlite or a mixed structure of a hard phase such as bainite and pearlite, and has a high hardness. Therefore, if secondary processing such as cutting or cold forging is performed on hot-rolled high carbon chrome bearing steel, the tool life will be reduced, and cracks may occur during cold forging. Inevitable.
このため、従来、2次加工工程の前処理として、冷間加工性や切削加工性を高めるために、「球状化焼鈍」と呼ばれる20時間を超えるような長時間の球状化熱処理を施し、ミクロ組織をフェライトと球状セメンタイトの混合組織に変えることが行われてきた。 For this reason, in order to improve cold workability and cutting workability as a pretreatment of the secondary processing step, conventionally, a long spheroidizing heat treatment exceeding 20 hours called “spheroidizing annealing” is performed, The structure has been changed to a mixed structure of ferrite and spherical cementite.
しかしながら、上記長時間の球状化熱処理は、高価な熱処理設備を必要とするうえに多大なエネルギーを消費し、しかも、生産性を低下させてしまうので、コスト上昇を招く処理である。 However, the long spheroidizing heat treatment requires expensive heat treatment equipment, consumes a lot of energy, and lowers productivity, leading to an increase in cost.
したがって、産業界からは、2次加工工程の前処理としての球状化熱処理を省略できないまでもその時間を大幅に短縮して、エネルギー消費を少なくするとともに設備コストも下げ、さらに、工程を簡略化して生産性を高めたいとの要望が大きくなっている。 Therefore, from the industry, even if the spheroidizing heat treatment as the pretreatment of the secondary processing process cannot be omitted, the time is greatly shortened, the energy consumption is reduced and the equipment cost is reduced, and the process is further simplified. There is a growing demand to increase productivity.
そこで、前記した要望に応えるべく、例えば、特許文献1〜5に種々の技術が提案されている。
Therefore, various techniques are proposed in
すなわち、特許文献1には、重量%で、C:0.8〜1.2%およびCr:0.9〜1.8%を含有する高炭素クロム軸受鋼を、抽出から仕上げ圧延に至る間、全断面内において温度がA1点〜Acm点の間にあるように制御して圧延することにより球状化組織を得、後続する球状化焼鈍工程を省略または短縮して棒鋼または線材を得る「軸受鋼圧延材の製造方法」が開示されている。
That is, in
特許文献2には、特定の化学組成を有する鋼素材に対し、熱間圧延の仕上圧延を該鋼素材の(Ar1−50℃)〜(Ar1+50℃)の温度域で減面率が20%以上となるように行い、直ちに冷却速度0.5℃/s以下で、500℃以下まで冷却する「熱間圧延ままで球状化炭化物組織を有する軸受け用線材・棒鋼の製造方法」が開示されている。
特許文献3には、熱間圧延のうちの仕上圧延を、Ar1−200℃以上、Ar1+100℃以下の温度域での仕上圧延減面率が15%以上となるように施した後、一旦、仕上圧延後の鋼材をAr1以下の温度域にまで冷却してから、引き続き、Ac1以上、Ac3またはAcm以下の温度域に再加熱し、しかる後、0.05℃/s以下の冷却速度で600℃以下の冷停温度にまで冷却する「冷間鍛造性に優れた線・棒の製造方法」が開示されている。
In
特許文献4には、特定量のCとCrを含有する低合金鋼鋼材に熱間圧延を最終仕上温度:900〜1200℃の条件で行って線材とし、次いで(Ar1変態点−30℃)以下の温度まで冷却した後、この線材を加熱、冷却して球状化焼なましを行うに当たり、上記線材の加熱の際に、最高加熱温度を(Ac1変態点+30℃)〜(Ac1変態点+70℃)の温度範囲とし、かつ、(Ar1変態点−30℃)の温度から当該最高加熱温度までの冷却速度を1.0℃/秒以下とし、上記最高加熱温度から(Ar1変態点)以下の温度までを0.2〜5℃/秒の冷却速度で連続的に冷却する「低合金線材の直接球状化焼なまし方法」が開示されている。
In
特許文献5には、C:0.8〜1.3質量%を含有する鋼材を、熱間圧延における仕上圧延温度を850℃以下、冷却開始温度を850℃以下に制御し、且つ、該冷却開始温度から600℃の範囲における平均冷却速度を0.1〜5℃/sで冷却する「伸線前の熱処理が省略可能な伸線加工性に優れた線状または棒状鋼の製造方法」が開示されている。 In Patent Document 5, a steel material containing C: 0.8 to 1.3% by mass is controlled by controlling the finish rolling temperature in hot rolling to 850 ° C. or lower, the cooling start temperature to 850 ° C. or lower, and the cooling. “A method for producing a linear or bar-shaped steel excellent in wire drawing workability that can omit the heat treatment before wire drawing” in which the average cooling rate in the range of 600 ° C. from the start temperature is 0.1 to 5 ° C./s. It is disclosed.
上記の特許文献1〜3で提案された技術はいずれも、低温での仕上げ圧延を必要とするものである。このため、通常の仕上げ圧延機では大きなミル負荷に堪えられず、パワーの大きな圧延機を設置する必要があって、多大の設備投資を要するので、製造コストが嵩んでしまう。
All the techniques proposed in
特許文献4で提案された技術の場合は、仕上げ圧延後のオーステナイト粒径が粗くなるためオーステナイト粒界面積が小さくなってしまう。このため、仕上げ圧延後の冷却過程における初析セメンタイトの析出サイトが少なくなるので、旧オーステナイト粒界に厚みの大きな初析セメンタイトが生成することを避けることができない。
In the case of the technique proposed in
特許文献5で提案された技術で得られる組織は、主としてパーライト組織である。このため、2次加工として、例えば、断面減少率や圧下量が小さいなど特殊な伸線加工や冷間鍛造の場合には適用することができても、2次加工工程の前処理としての球状化熱処理の省略あるいはその時間の大幅な短縮化を実現するには必ずしも十分とはいえないものである。 The structure obtained by the technique proposed in Patent Document 5 is mainly a pearlite structure. For this reason, as a secondary processing, for example, a spherical shape as a pre-processing of the secondary processing step can be applied in the case of special wire drawing processing or cold forging such as a reduction in cross-section and a small reduction amount. This is not necessarily sufficient to omit the heat treatment or to greatly shorten the time.
そこで、本発明の目的は、熱間圧延のままでは、そのミクロ組織がパーライトの単相組織あるいはベイナイトなど硬質相とパーライトの混合組織であるため冷間加工性や切削加工性が低く、20時間を超えるような長時間の球状化熱処理が施されていた高炭素クロム軸受鋼鋼材、なかでも高炭素クロム軸受鋼棒または高炭素クロム軸受鋼線材に関して、熱間圧延後の球状化熱処理時間を短縮した場合であっても、従来の球状化熱処理した場合と遜色のないミクロ組織を確保することが可能な製造方法を提供することである。 Therefore, the object of the present invention is that, as it is hot rolled, its microstructure is a single phase structure of pearlite or a mixed structure of a hard phase and pearlite such as bainite, so that cold workability and machinability are low, and 20 hours. Spheroidizing heat treatment after hot rolling for high carbon chrome bearing steel, especially high carbon chrome bearing steel rod or high carbon chrome bearing steel wire, which has been subjected to long spheroidizing heat treatment exceeding Even if it is a case, it is providing the manufacturing method which can ensure the microstructure which is inferior to the case where the conventional spheroidization heat processing is carried out.
本発明者らは、前記した課題を解決するために、先ず、球状化熱処理時間短縮のためのミクロ組織について検討を行った。その結果、下記(1)〜(3)の知見を得た。 In order to solve the above-described problems, the present inventors first examined a microstructure for shortening the spheroidizing heat treatment time. As a result, the following findings (1) to (3) were obtained.
(1)少なくとも球状化熱処理時間を短縮するためには、熱間圧延ままのミクロ組織において、可能な限り初析セメンタイトを抑制する、あるいは初析セメンタイトの形態を制御することが必要である。 (1) In order to shorten at least the spheroidizing heat treatment time, it is necessary to suppress pro-eutectoid cementite as much as possible or to control the form of pro-eutectoid cementite in the microstructure as hot-rolled.
(2)球状化熱処理時にセメンタイトを球状に成長させるためには、球状化熱処理前のミクロ組織中に、球状セメンタイトの生成核となる微細なセメンタイト、なかでもアスペクト比の小さい、すなわち球状に近い微細なセメンタイトをできるだけ多く存在させておく必要がある。 (2) In order to grow cementite into a spherical shape during spheroidizing heat treatment, fine cementite that forms the nuclei of spherical cementite in the microstructure before spheroidizing heat treatment, especially with a small aspect ratio, that is, close to spherical It is necessary to have as much cementite as possible.
なお、前記の「アスペクト比」とは「長径/短径」のことを指す。以下の説明においては、長径を「L」、短径を「W」といい、さらに、アスペクト比を「L/W」ということがある。 The “aspect ratio” means “major axis / minor axis”. In the following description, the major axis may be referred to as “L”, the minor axis may be referred to as “W”, and the aspect ratio may be referred to as “L / W”.
(3)層状組織であるパーライトのミクロ組織に占める面積率が60%以下であれば、球状化熱処理時間の短縮化効果が得られる。 (3) If the area ratio in the microstructure of pearlite which is a layered structure is 60% or less, the effect of shortening the spheroidizing heat treatment time can be obtained.
次に、本発明者らは、通常の熱間圧延の場合と同様に圧延ミルに大きな負荷をかけなくても、熱間圧延のままで、初析セメンタイトの生成を抑制、あるいは初析セメンタイトの形態をアスペクト比の小さいものに制御でき、しかも、層状組織であるパーライトがミクロ組織に占める割合を制限することができる方法について種々検討を加えた。 Next, the present inventors suppressed the generation of pro-eutectoid cementite while maintaining the hot rolling without applying a large load to the rolling mill as in the case of normal hot rolling, or the formation of pro-eutectoid cementite. Various studies were made on the method capable of controlling the morphology to a small aspect ratio and limiting the ratio of pearlite, which is a layered structure, to the microstructure.
その結果、下記(4)〜(7)の重要な知見を得るに至った。 As a result, the following important findings (4) to (7) were obtained.
(4)仕上げ圧延後の初析セメンタイトの析出サイトとなるオーステナイトの粒界面積を可能な限り増加させる、換言すれば、旧オーステナイト粒径を極力微細化する必要がある。 (4) It is necessary to increase as much as possible the interfacial area of austenite, which is the precipitation site of pro-eutectoid cementite after finish rolling, in other words, it is necessary to make the prior austenite grain size as fine as possible.
(5)仕上げ圧延後に、その仕上げ圧延を行った圧延機出側の温度からAr1点までを特定の冷却速度で冷却することによって、旧オーステナイト粒界に沿ったフイルム状の初析セメンタイトの生成を抑制することができ、しかも、パーライト変態を完了させることができる。 (5) Formation of film-like pro-eutectoid cementite along the prior austenite grain boundary by cooling from finisher rolling to the Ar 1 point after finish rolling at a specific cooling rate. And the pearlite transformation can be completed.
(6)上記(5)の処理で一旦パーライト変態させた後、特定の温度域に再加熱して保持することで、球状セメンタイトの生成核となるアスペクト比の小さい微細なセメンタイトを極めて多く分散させることができる。 (6) After the pearlite transformation is carried out once by the treatment of (5) above, it is reheated to a specific temperature range and held to disperse a very large amount of fine cementite having a small aspect ratio that becomes a nucleus of spherical cementite. be able to.
(7)上記(6)の微細なセメンタイトの分散効果は、再加熱処理処理後に特定の冷却速度で冷却を行うことによって確保できる。 (7) The fine cementite dispersion effect of (6) can be ensured by cooling at a specific cooling rate after the reheating treatment.
そこで、本発明者らはさらに、オーステナイト粒界面積を増加させる、つまり、旧オーステナイト粒径を微細化させるための具体的な手段について検討を加えた。 Therefore, the present inventors further examined specific means for increasing the austenite grain interface area, that is, for refining the prior austenite grain size.
すなわち、次の(1)式で示されるZener−HollomonパラメータZとの関係について検討を行った。 That is, the relationship with the Zener-Holomon parameter Z expressed by the following equation (1) was examined.
Z={εドット}×{exp(Q/RT)}・・・(1)。
なお、上記の(1)式において、
εドット:仕上げ圧延の最終パスにおける平均ひずみ速度(1/s)、
Q:活性化エネルギー(kJ/mol)、
R:気体定数で、8.31×10-3kJ/(mol・K)、
T:仕上げ圧延の最終パスにおける圧延機出側の被圧延材表面温度(K)、
である。
Z = {εdot} × {exp (Q / RT)} (1).
In the above equation (1),
ε dot: average strain rate (1 / s) in the final pass of finish rolling,
Q: activation energy (kJ / mol),
R: gas constant, 8.31 × 10 −3 kJ / (mol · K),
T: surface temperature (K) of the material to be rolled on the exit side of the rolling mill in the final pass of finish rolling,
It is.
なお、「仕上げ圧延の最終パスにおける平均ひずみ速度」とは、仕上げ圧延の最終パスにおける「真ひずみ」を上記最終パスでの圧延加工に要した「時間(s)」で除した値を指す。 The “average strain rate in the final pass of finish rolling” refers to a value obtained by dividing “true strain” in the final pass of finish rolling by “time (s)” required for rolling in the final pass.
いわゆる「タンデムミル」を用いた連続圧延方式の場合の「仕上げ圧延の最終パス」とは、仕上げ圧延機列の最終の圧延機でのパスを指す。したがって、以下の説明において、連続圧延方式の場合の仕上げ圧延機列の最終の圧延機でのパスについて「仕上げ圧延の最終パス」ということがある。 The “final rolling final pass” in the case of a continuous rolling method using a so-called “tandem mill” refers to a pass at the final rolling mill in the finishing rolling mill row. Therefore, in the following description, the pass in the final rolling mill in the finish rolling mill row in the case of the continuous rolling method may be referred to as “final rolling final pass”.
なお、難波が、「熱間圧延での組織微細化に及ぼす諸条件の影響」(再結晶・集合組織とその組織制御への応用、1999年3月、p.235、(社)日本鉄鋼協会、材料の組織と特性部会、再結晶・集合組織研究会)において整理しているように、旧オーステナイト粒径dは、高温域で熱間圧延されて「動的再結晶」が生じる場合には、上記Zener−HollomonパラメータZの指数関数として、すなわち、「d=AZ-n」として表わすことができる。 In addition, Namba “Influence of various conditions on microstructure refinement in hot rolling” (recrystallization / texture and its application to microstructure control, March 1999, p.235, Japan Iron and Steel Institute) As discussed in the Material Structure and Properties Subcommittee, Recrystallization / Gene Texture Study Group), the prior austenite grain size d is hot-rolled in a high temperature region to cause “dynamic recrystallization”. , And can be expressed as an exponential function of the Zener-Holomon parameter Z, ie, “d = AZ −n ”.
つまり、「動的再結晶」が生じる場合には、旧オーステナイト粒径dは、加工温度とひずみ速度に影響を受ける。 That is, when “dynamic recrystallization” occurs, the prior austenite grain size d is affected by the processing temperature and strain rate.
そして、熱間圧延などのように連続的に加工がなされる場合には、「準動的再結晶」が生じ、その場合の旧オーステナイト粒径dも、上記「動的再結晶」の場合と同様に、Zener−HollomonパラメータZで整理できることが示されている。 And when it is processed continuously like hot rolling, "quasi-dynamic recrystallization" occurs, and the prior austenite grain size d in that case is also the case of the above "dynamic recrystallization" Similarly, it is shown that it can be organized with the Zener-Holomon parameter Z.
また、梅本らが、「結晶粒径の測定法とそれに関する諸式」(熱処理、24(1984)、p.334)において解説しているように、単位体積あたりの粒界面積は、結晶粒径の逆数に比例する。このため、仕上げ圧延後の単位体積あたりのオーステナイト粒界面積は、旧オーステナイト粒径dの逆数に比例する。 Moreover, as described in Umemoto et al. In “Measurement method of crystal grain size and related formulas” (heat treatment, 24 (1984), p. 334), the grain interfacial area per unit volume is the crystal grain size. It is proportional to the reciprocal of the diameter. For this reason, the austenite grain interface area per unit volume after finish rolling is proportional to the reciprocal of the prior austenite grain size d.
上述した内容から、本発明者らは、先ず、旧オーステナイト粒径dの逆数「1/d」を評価指標とすれば、「1/d=A’Zn」と表現できると結論するに至った。 From the above, the present inventors first come to the conclusion that “1 / d = A′Z n ” can be expressed using the reciprocal “1 / d” of the prior austenite grain size d as an evaluation index. It was.
そこで次に、具体的な高炭素クロム軸受鋼として、表1に示す化学組成を有する鋼J1〜J7を150kg真空溶解炉で溶解して、検討を行うこととした。 Then, as a specific high carbon chromium bearing steel, steels J1 to J7 having the chemical composition shown in Table 1 were melted in a 150 kg vacuum melting furnace and examined.
すなわち、上記の7鋼種を真空溶解炉で溶解し、鋳型に鋳込んで得たインゴットを、1250℃で60min加熱し、仕上げ温度を1000℃以上として熱間鍛造し、直径30mmの丸棒を得た。 That is, the above 7 steel types were melted in a vacuum melting furnace and cast into a mold. The ingot was heated at 1250 ° C. for 60 minutes and hot forged at a finishing temperature of 1000 ° C. or more to obtain a round bar with a diameter of 30 mm. It was.
表1における鋼J5については、特にTiを添加して、その含有量を0.020質量%とした。なお、実炉溶製した高炭素クロム軸受鋼鋼材には、微量のTiが含まれている場合があるので、鋼J5を除いたその他の鋼のTi含有量は、0.001質量%または0.008質量%となるように調整した。 Regarding steel J5 in Table 1, particularly Ti was added to make its content 0.020% by mass. In addition, since the high carbon chromium bearing steel produced by actual furnace melting may contain a small amount of Ti, the Ti content of other steels excluding steel J5 is 0.001% by mass or 0%. It adjusted so that it might become 0.008 mass%.
上記のようにして得た直径が30mmの丸棒から、機械加工によって、直径が3mmで長さが10mmの変態点測定用試験片および直径が8mmで高さが12mmの熱間加工用円柱試験片を作製した。 From the round bar having a diameter of 30 mm obtained as described above, a test piece for measuring the transformation point having a diameter of 3 mm and a length of 10 mm and a cylindrical test for hot working having a diameter of 8 mm and a height of 12 mm by machining. A piece was made.
次いで、上記の直径が3mmで長さが10mmの試験片を用いて、フォーマスタ試験機によって、各鋼のAc1点、Acm点およびAr1点を測定した。前記の表1に、各鋼のAc1点、Acm点およびAr1点を併記して示す。 Subsequently, the Ac 1 point, the Acm point, and the Ar 1 point of each steel were measured by a Formaster tester using the test piece having a diameter of 3 mm and a length of 10 mm. Table 1 shows the Ac 1 point, Acm point, and Ar 1 point of each steel.
また、上記直径が8mmで高さが12mmの円柱試験片を用いて、熱間圧縮加工試験機(加工フォーマスタ試験機)によって、表2に示す種々の条件で、熱間圧縮加工を行った。上記の熱間圧縮加工は、熱間圧延における「仕上げ圧延の最終パス」をシミュレートするために1パスで行った。 Further, using the cylindrical test piece having a diameter of 8 mm and a height of 12 mm, hot compression processing was performed under various conditions shown in Table 2 using a hot compression processing tester (processing for master tester). . The hot compression process was performed in one pass in order to simulate the “final rolling final pass” in hot rolling.
なお、表2中の「加工温度」は、℃単位での熱間圧縮加工終了後の試験片表面温度を指し、また、「ひずみ速度」は熱間圧縮加工における平均ひずみ速度を指す。ここで、表2における「ひずみ量」は、100倍して「%」単位で示したものも併記している。 “Processing temperature” in Table 2 refers to the surface temperature of the test piece after completion of hot compression processing in ° C., and “strain rate” refers to the average strain rate in hot compression processing. Here, the “strain amount” in Table 2 is also shown in the “%” unit multiplied by 100.
なお、表2に示すZener−HollomonパラメータZの値は、活性化エネルギーQの値として「276kJ/mol」を用い、また、気体定数Rの値として8.31×10-3kJ/(mol・K)を用いて計算したものである。 The value of the Zener-Holomon parameter Z shown in Table 2 uses “276 kJ / mol” as the value of the activation energy Q, and 8.31 × 10 −3 kJ / (mol · K).
活性化エネルギーQにおける上記276kJ/molという値は、対象鋼である鋼J1〜J7が高炭素クロム鋼であるので、前述の「熱間圧延での組織微細化に及ぼす諸条件の影響」(再結晶・集合組織とその組織制御への応用、1999年3月、p.235、(社)日本鉄鋼協会、材料の組織と特性部会、再結晶・集合組織研究会)において「Carbon steel low alloy steel」のQ値として整理されている230〜280kJ/molの上限に近い値を用いたものである。 The above-mentioned value of 276 kJ / mol in the activation energy Q is that the steels J1 to J7, which are target steels, are high-carbon chromium steels. “Carbon steel low alloy steel” at Crystal Steel and Texture and its Application to Structure Control, March 1999, p.235, Japan Iron and Steel Institute, Material Structure and Properties Subcommittee, Recrystallization and Texture The value close to the upper limit of 230 to 280 kJ / mol arranged as the Q value of “
上記の熱間圧縮加工した直後に、冷却速度が50℃/sとなるようにHeガスで急冷して組織を凍結し、各圧縮加工条件における旧オーステナイト粒径を調査した。 Immediately after the above hot compression processing, the structure was frozen by quenching with He gas so that the cooling rate became 50 ° C./s, and the prior austenite particle size under each compression processing condition was investigated.
すなわち、圧縮加工した試験片の中心軸を通り、圧縮加工方向に平行に切り出したいわゆる「縦断面」が被検面になるように樹脂に埋め込んで鏡面研磨した後、界面活性剤を添加したピクリン酸飽和水溶液で腐食して旧オーステナイト粒界を現出させ、任意に4視野撮影した倍率400倍の光学顕微鏡写真を用い、切断法によって「平均切片長さ」Lを求め、「1.128×L」のいわゆるASTM公称粒径をもって旧オーステナイト粒径とした。 In other words, after embedding in a resin so that a so-called “longitudinal section” cut through the central axis of the compressed test specimen and parallel to the compression processing direction becomes the test surface and mirror-polished, picrin with a surfactant added Corrosion with an acid saturated aqueous solution reveals the prior austenite grain boundaries, and using an optical micrograph of magnification 400 times taken arbitrarily in four fields of view, an “average section length” L is determined by a cutting method, and “1.128 × The so-called ASTM nominal particle size of “L” was used as the prior austenite particle size.
表2に、上記のようにして求めた旧オーステナイト粒径を併せて示す。 Table 2 also shows the prior austenite grain size determined as described above.
また、図1に、Zener−HollomonパラメータZの自然対数表記である「lnZ」と旧オーステナイト粒径dの逆数である(1/d)の自然対数表記である「ln(1/d)」との関係を整理して示す。 Further, in FIG. 1, “lnZ” that is a natural logarithmic notation of the Zener-Holomon parameter Z and “ln (1 / d)” that is a natural logarithmic notation of (1 / d) that is the reciprocal of the prior austenite particle diameter d. Organize and show the relationship.
図1の各記号に付した()中の表記は、例えば「0.7C」は、鋼J1のC含有量が「0.7質量%」であることを意味する。なお、図1においては、特にTiを添加して、その含有量を0.020質量%とした鋼J5に関してのみ「Ti添加鋼」と表記し、また、Tiの含有量が0.01%以下である鋼J1〜J4、鋼J6および鋼J7については、Ti含有量の記載を省略した。 The notation in () attached to each symbol in FIG. 1, for example, “0.7C” means that the C content of steel J1 is “0.7 mass%”. In addition, in FIG. 1, it describes with "Ti addition steel" only regarding steel J5 which added Ti especially and made the content 0.020 mass%, and Ti content is 0.01% or less About steel J1-J4, steel J6, and steel J7 which are these, description of Ti content was abbreviate | omitted.
図1から、特にTiを添加して、その含有量を0.020質量%とした鋼J5の場合を除いて、0.7〜1.2質量%のCおよび0.8〜1.8質量%のCrを含有する鋼においては、前記「1/d=A’Zn」における係数A’と指数nは、ほぼ同じ値となり、次のように整理できることがわかった。 From FIG. 1, except for the case of steel J5 in which Ti is added to make the content 0.020% by mass, 0.7 to 1.2% by mass of C and 0.8 to 1.8% by mass. In the steel containing% Cr, the coefficient A ′ and the index n in “1 / d = A′Z n ” are almost the same value, and it was found that the steel can be arranged as follows.
1/d=1.01×10-4×Z0.28
=1.01×10-4×[{εドット}×{exp(Q/RT)]0.28。
1 / d = 1.01 × 10 −4 × Z 0.28
= 1.01 × 10 −4 × [{ε dot} × {exp (Q / RT)] 0.28 .
一方、その析出物がピン止め作用を有するTiを0.020%含有する鋼J5の場合は、熱間圧縮加工後の旧オーステナイト粒径dと、加工温度およびひずみ速度との間に相関は認められるものの、「1/d=A’Zn」における係数A’と指数nは、Tiの含有量が0.01%以下の鋼J1〜J4、鋼J6および鋼J7とは異なるものであることがわかった。 On the other hand, in the case of steel J5 containing 0.020% Ti having a pinning action as a precipitate, there is a correlation between the prior austenite grain size d after hot compression processing and the processing temperature and strain rate. However, the coefficient A ′ and the index n in “1 / d = A′Z n ” are different from those of steels J1 to J4, steel J6 and steel J7 having a Ti content of 0.01% or less. I understood.
そこで次に、本発明者らは、前述した鋼J1〜J4、鋼J6及び鋼J7について、前記の直径が8mmで高さが12mmの円柱試験片を、加工フォーマスタ試験機を用いて、加熱温度が880〜1200℃で保持時間が10minの条件で加熱し、加工条件を熱間圧縮加工終了後の試験片表面温度(以下、「加工温度」ともいう。)が880〜1200℃、%単位でのひずみ量が30〜60%で、ひずみ速度が0.5〜25(1/s)となるように種々変えて1パスで熱間圧縮加工を行い、さらに、加工温度からAr1点までの冷却速度V(℃/s)を0.05〜5℃/sの範囲で変えてAr1点以下の温度である500℃まで冷却し、旧オーステナイト粒界に析出する初析セメンタイトの生成に及ぼす前述の冷却速度VおよびZener−HollomonパラメータZの影響について詳細に調査した。なお、上記0.05〜5℃/sの冷却速度でAr1点まで冷却した後、前記500℃までの冷却は冷却媒体としてHeガスを用いて、Heガス流量の調整によって行い、さらにその後は自然放冷して室温(25℃)まで冷却した。 Then, the present inventors then heated the above-mentioned steel J1 to J4, steel J6, and steel J7 by using a processing for master tester, using the cylindrical test piece having a diameter of 8 mm and a height of 12 mm. Heating is performed at a temperature of 880 to 1200 ° C. and a holding time of 10 minutes, and the processing condition is a test piece surface temperature (hereinafter, also referred to as “processing temperature”) after the hot compression processing is 880 to 1200 ° C. in% units. The amount of strain at 30 to 60% and the strain rate to 0.5 to 25 (1 / s) are variously changed to perform hot compression processing in one pass, and from the processing temperature to Ar 1 point. The cooling rate V (° C./s) is changed in the range of 0.05 to 5 ° C./s and cooled to 500 ° C., which is a temperature below the Ar 1 point, to produce proeutectoid cementite precipitated at the prior austenite grain boundaries. The aforementioned cooling rate V and Zener-H The influence of the olomon parameter Z was investigated in detail. In addition, after cooling to the Ar 1 point at the cooling rate of 0.05 to 5 ° C./s, the cooling to 500 ° C. is performed by adjusting the He gas flow rate using He gas as a cooling medium, and thereafter It was allowed to cool naturally and cooled to room temperature (25 ° C.).
図2に、上記の冷却速度VおよびZener−HollomonパラメータZの自然対数表記である「lnZ」が、旧オーステナイト粒界に析出する初析セメンタイトの生成に及ぼす影響を整理して示す。 FIG. 2 shows the effect of “lnZ”, which is the natural logarithmic expression of the cooling rate V and the Zener-Holomon parameter Z, on the formation of proeutectoid cementite precipitated at the prior austenite grain boundaries.
図2において、「○」は微細な旧オーステナイトの粒界への初析セメンタイトの生成が抑制されたことを、「△」は微細な旧オーステナイトの粒界に初析セメンタイトが生成したものの、その「L/W」は小さく5.0以下であったことを、また、「×」は粗大な旧オーステナイトの粒界に「L/W」が5.0を超えるフィルム状の初析セメンタイトが生成したことを示す。 In FIG. 2, “◯” indicates that the formation of pro-eutectoid cementite at the grain boundaries of fine prior austenite is suppressed, and “△” indicates that pro-eutectoid cementite is generated at the grain boundaries of fine prior austenite. “L / W” is small and less than 5.0, and “×” indicates film-like pro-eutectoid cementite with “L / W” exceeding 5.0 at the grain boundary of coarse old austenite. Indicates that
図2から、lnZ≧25、かつ、加工温度からAr1点までの冷却速度が0.5℃/s以上の場合には、たとえオーステナイト単相域で加工を行っても、旧オーステナイト粒界への初析セメンタイトの析出を抑制できるか、または、旧オーステナイトの粒界に初析セメンタイトが生成したとしても、「L/W」が5.0以下の微細分散した状態の初析セメンタイトにすることができることが明らかである。 From FIG. 2, when lnZ ≧ 25 and the cooling rate from the processing temperature to the Ar 1 point is 0.5 ° C./s or more, even if processing is performed in the austenite single phase region, the prior austenite grain boundary is reached. The precipitation of pro-eutectoid cementite can be suppressed, or even if pro-eutectoid cementite is formed at the grain boundaries of the prior austenite, the pro-eutectoid cementite in a finely dispersed state with an "L / W" of 5.0 or less Obviously you can.
図3〜5にそれぞれ、上記図2における「○」、「△」および「×」の具体的な一例を示す。なお、これらの図3〜5は、いずれも、鋼J2の熱間圧縮加工した試験片について、圧縮加工した試験片の中心軸を通り、圧縮加工方向に平行に切り出した、いわゆる「縦断面」が被検面になるように樹脂に埋め込んで鏡面研磨した後、3%硝酸アルコール(ナイタル液)で腐食して走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて撮影したものである。 3 to 5 show specific examples of “◯”, “Δ”, and “×” in FIG. Each of FIGS. 3 to 5 is a so-called “longitudinal cross section” in which a hot-compressed test piece of steel J2 passes through the central axis of the compressed test piece and is cut out in parallel with the compression processing direction. After being mirror-polished by embedding in a resin so as to become a test surface, it was corroded with 3% nitric alcohol (nitral liquid) and photographed using a scanning electron microscope (SEM).
そこでさらに、本発明者らは、鋼J1〜J4、鋼J6及び鋼J7について、前記の直径が8mmで高さが12mmの円柱試験片を、加工フォーマスタ試験機を用いて、図2において旧オーステナイト粒界に析出する初析セメンタイトの評価が「○」および「△」となった条件での熱間圧縮加工と冷却を行って、Ar1点以下の温度である500℃まで冷却した後、さらに、(Ac1点−50℃)〜(Ac1点+150℃)の温度域に再加熱して該温度域で0〜90min保持し、次いで、400℃までの温度域は冷却ガス(Heガス)の流量を変化させて冷却速度を制御し、400℃を下回る温度域は冷却制御は行わず、自然放冷して冷却し、旧オーステナイト粒界に析出する初析セメンタイトの生成状況を調査した。 Therefore, the present inventors further used the processing for master tester in FIG. 2 to test the cylindrical test pieces having a diameter of 8 mm and a height of 12 mm for the steels J1 to J4, the steel J6, and the steel J7. After performing hot compression processing and cooling under conditions where the evaluation of pro-eutectoid cementite precipitated at the austenite grain boundaries was “◯” and “Δ”, and cooling to 500 ° C., which is a temperature of Ar 1 point or less, Furthermore, it is reheated to a temperature range of (Ac 1 point−50 ° C.) to (Ac 1 point + 150 ° C.) and held in this temperature range for 0 to 90 minutes, and then the temperature range up to 400 ° C. is a cooling gas (He gas). ), The cooling rate was controlled, and the temperature range below 400 ° C. was not controlled, but it was allowed to cool naturally and cooled, and the formation state of proeutectoid cementite precipitated at the prior austenite grain boundaries was investigated. .
その結果、一旦パーライト変態させた後、さらに(Ac1点+20℃)〜(Ac1点+80℃)の温度域に再加熱して該温度域で5min以上保持すれば、球状セメンタイトの生成核となるアスペクト比の小さい微細なセメンタイトを極めて多く分散させることができ、その効果は、再加熱処理を行った後、400℃までの温度域を5℃/s以下の冷却速度で冷却することによって確保できることが判明した。 As a result, once pearlite transformation was performed, if reheated to a temperature range of (Ac 1 point + 20 ° C.) to (Ac 1 point + 80 ° C.) and held for 5 min or longer in this temperature range, It is possible to disperse a very large amount of fine cementite with a small aspect ratio, and the effect is ensured by cooling the temperature range up to 400 ° C. at a cooling rate of 5 ° C./s or less after reheating treatment. It turns out that you can.
そして、400℃を下回る温度域の冷却速度は、球状セメンタイトの生成核となるアスペクト比の小さい微細なセメンタイトの分散には影響しないことも明らかになった。 It was also clarified that the cooling rate in the temperature range below 400 ° C. does not affect the dispersion of fine cementite having a small aspect ratio, which is a nucleus for forming spherical cementite.
また、本発明者らは、特にTiを添加して、その含有量を0.020質量%とした鋼J5に関しても同様の調査を行った。 In addition, the present inventors also conducted a similar investigation on steel J5, in which Ti was added to make the content 0.020% by mass.
その結果、前述したTi含有量が少ない鋼J1〜J4、鋼J6及び鋼J7に比べて、高温域での加工時にオーステナイト粒径をより微細化できるため、旧オーステナイト粒界に析出する初析セメンタイトをより確実に抑制あるいは、より確実に「L/W」が5.0以下の微細分散した状態の初析セメンタイトにすることができることが判明した。 As a result, compared with the steels J1 to J4, steel J6 and steel J7 having a low Ti content, the austenite grain size can be refined when processed in a high temperature region, so that the pro-eutectoid cementite precipitated at the prior austenite grain boundaries. It has been found that it is possible to more reliably suppress or prevent proeutectoid cementite in a finely dispersed state with an “L / W” of 5.0 or less.
しかしながら、鋼J5においては、他の鋼と比較して、鋼中のNと結合した硬質のTiNの生成が多く認められた。そして、このTiNは軸受鋼製品の「転動疲労寿命」を大きく低下させてしまうことが知られており、このため、Tiの含有量は制限する必要があることが確認できた。 However, in the steel J5, as compared with other steels, generation of hard TiN combined with N in the steel was recognized. This TiN is known to greatly reduce the “rolling fatigue life” of the bearing steel product, and therefore it was confirmed that the Ti content needs to be limited.
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記(1)〜(3)に示す高炭素クロム軸受鋼鋼材の圧延方法にある。 This invention is completed based on said knowledge, The summary exists in the rolling method of the high carbon chromium bearing steel materials shown to following (1)-(3).
(1)熱間での高炭素クロム軸受鋼鋼材の圧延方法であって、質量%で、C:0.7〜1.2%、Cr:0.8〜1.8%、Si:1.2%以下、Mn:1.5%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、かつ、不純物中のTi:0.01%以下、P:0.03%以下、S:0.025%以下、Mo:0.08%以下、Cu:0.2%以下、Ni:0.25%以下、Al:0.05%以下、N:0.015%以下およびO:0.002%以下である化学組成を有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を、Acm点以上の温度域に加熱して圧延を開始し、該圧延における仕上げ圧延の最終パスを、Zを下記(1)式で表されるZener−Hollomonパラメータとして、下記(2)式を満たす条件で行うとともに、圧延機出側の被圧延材表面温度TがAcm点〜1150℃となる条件で終了した後、前記温度TからAr1点までを0.5℃/s以上の冷却速度で冷却してAr1点以下の温度T1まで冷却し、該温度T1から(Ac1点+20℃)〜(Ac1点+80℃)の温度T2に再加熱して該温度域で5〜90min保持し、次いで、5℃/s以下の冷却速度で冷却することを特徴とする高炭素クロム軸受鋼鋼材の圧延方法。
Z={εドット}×{exp(Q/RT)}・・・(1)、
lnZ≧25・・・(2)。
なお、(1)式において、
εドット:仕上げ圧延の最終パスにおける平均ひずみ速度(1/s)、
Q:活性化エネルギー(kJ/mol)、
R:気体定数で、8.31×10-3kJ/(mol・K)、
T:仕上げ圧延の最終パスにおける圧延機出側の被圧延材表面温度(K)、
である。
(1) A hot rolling method for high carbon chromium bearing steel, in mass%, C: 0.7-1.2%, Cr: 0.8-1.8%, Si: 1. 2% or less, Mn: 1.5% or less, the balance being Fe and impurities, Ti in impurities: 0.01% or less, P: 0.03% or less, S: 0.025% Hereinafter, Mo: 0.08% or less, Cu: 0.2% or less, Ni: 0.25% or less, Al: 0.05% or less, N: 0.015% or less, and O: 0.002% or less A high carbon chromium bearing steel material having a certain chemical composition is heated to a temperature range of the Acm point or higher to start rolling, and the final pass of finish rolling in the rolling is expressed by Z as represented by the following formula (1). -As a Hollomon parameter, the material to be rolled on the exit side of the rolling mill is used while satisfying the following formula (2) After finishing under the condition that the surface temperature T is from Acm point to 1150 ° C., the temperature T to the Ar 1 point is cooled at a cooling rate of 0.5 ° C./s or more and cooled to a temperature T 1 that is not more than the Ar 1 point. The temperature T1 is reheated to a temperature T2 of (Ac 1 point + 20 ° C.) to (Ac 1 point + 80 ° C.), held in the temperature range for 5 to 90 minutes, and then cooled at a cooling rate of 5 ° C./s or less. A method for rolling high-carbon chromium bearing steel.
Z = {εdot} × {exp (Q / RT)} (1),
lnZ ≧ 25 (2).
In the equation (1),
ε dot: average strain rate (1 / s) in the final pass of finish rolling,
Q: activation energy (kJ / mol),
R: gas constant, 8.31 × 10 −3 kJ / (mol · K),
T: surface temperature (K) of the material to be rolled on the exit side of the rolling mill in the final pass of finish rolling,
It is.
(2)連続圧延方式による熱間での高炭素クロム軸受鋼鋼材の圧延方法であって、質量%で、C:0.7〜1.2%、Cr:0.8〜1.8%、Si:1.2%以下、Mn:1.5%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、かつ、不純物中のTi:0.01%以下、P:0.03%以下、S:0.025%以下、Mo:0.08%以下、Cu:0.2%以下、Ni:0.25%以下、Al:0.05%以下、N:0.015%以下およびO:0.002%以下である化学組成を有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を、Acm点以上の温度域に加熱して連続圧延を開始し、該連続圧延における仕上げ圧延の最終圧延機でのパスを、Zを下記(1)式で表されるZener−Hollomonパラメータとして、下記(2)式を満たす条件で行うとともに、圧延機出側の被圧延材表面温度TがAcm点〜1150℃となる条件で終了した後、前記温度TからAr1点までを0.5℃/s以上の冷却速度で冷却してAr1点以下の温度T1まで冷却し、該温度T1から(Ac1点+20℃)〜(Ac1点+80℃)の温度T2に再加熱して該温度域で5〜90min保持し、次いで、5℃/s以下の冷却速度で冷却することを特徴とする高炭素クロム軸受鋼鋼材の圧延方法。
Z={εドット}×{exp(Q/RT)}・・・(1)、
lnZ≧25・・・(2)。
なお、(1)式において、
εドット:仕上げ圧延の最終圧延機でのパスにおける平均ひずみ速度(1/s)、
Q:活性化エネルギー(kJ/mol)、
R:気体定数で、8.31×10-3kJ/(mol・K)、
T:仕上げ圧延の最終圧延機でのパスにおける圧延機出側の被圧延材表面温度(K)、
である。
(2) Hot rolling method of high carbon chromium bearing steel by continuous rolling method, in mass%, C: 0.7-1.2%, Cr: 0.8-1.8%, Si: 1.2% or less, Mn: 1.5% or less, with the balance being Fe and impurities, and Ti in impurities: 0.01% or less, P: 0.03% or less, S: 0.025% or less, Mo: 0.08% or less, Cu: 0.2% or less, Ni: 0.25% or less, Al: 0.05% or less, N: 0.015% or less, and O: 0.0. A high carbon chrome bearing steel material having a chemical composition of 002% or less is heated to a temperature range of Acm point or higher to start continuous rolling, and the pass at the final rolling mill of finish rolling in the continuous rolling is set to Z. Conditions that satisfy the following equation (2) as the Zener-Holomon parameter represented by the following equation (1) And after finishing under the condition that the surface temperature T of the material to be rolled on the exit side of the rolling mill is Acm point to 1150 ° C., the temperature T to the Ar 1 point are cooled at a cooling rate of 0.5 ° C./s or more. Then, it is cooled to a temperature T1 that is not more than Ar 1 point, reheated from the temperature T1 to a temperature T2 of (Ac 1 point + 20 ° C.) to (Ac 1 point + 80 ° C.) and held in the temperature range for 5 to 90 minutes, Then, the rolling method of the high carbon chromium bearing steel material which cools with the cooling rate of 5 degrees C / s or less.
Z = {εdot} × {exp (Q / RT)} (1),
lnZ ≧ 25 (2).
In the equation (1),
ε dot: average strain rate (1 / s) in the pass in the final rolling mill of finish rolling,
Q: activation energy (kJ / mol),
R: gas constant, 8.31 × 10 −3 kJ / (mol · K),
T: surface temperature (K) of the material to be rolled on the exit side of the rolling mill in the pass in the final rolling mill for finish rolling,
It is.
(3)高炭素クロム軸受鋼鋼材が棒または線材であることを特徴とする上記(2)に記載の高炭素クロム軸受鋼鋼材の圧延方法。 (3) The method for rolling high carbon chrome bearing steel according to (2) above, wherein the high carbon chrome bearing steel is a bar or wire.
なお、「仕上げ圧延の最終パスにおける平均ひずみ速度」とは、仕上げ圧延の最終パスにおける「真ひずみ」を上記最終パスでの圧延加工に要した「時間(s)」で除した値を指す。 The “average strain rate in the final pass of finish rolling” refers to a value obtained by dividing “true strain” in the final pass of finish rolling by “time (s)” required for rolling in the final pass.
また、「連続圧延方式」とは、例えば、「粗圧延機(列)−仕上げ圧延機(列)」や「粗圧延機(列)−中間圧延機(列)−仕上げ圧延機(列)」のような、タンデムミルを用いた圧延方式を指す。そして、「仕上げ圧延」とは、「仕上げ圧延機(列)」における圧延を指し、「最終仕上げ圧延機」とは、上記タンデムミルにおける仕上げ圧延機列の最終の圧延機を指す。 The “continuous rolling method” is, for example, “rough rolling mill (row) —finish rolling mill (row)” or “rough rolling mill (row) —intermediate rolling mill (row) —finish rolling mill (row)”. Such a rolling method using a tandem mill. “Finishing rolling” refers to rolling in the “finishing rolling mill (row)”, and “final finishing rolling mill” refers to the final rolling mill in the finishing mill row in the tandem mill.
なお、連続圧延方式における「仕上げ圧延」を1台の「仕上げ圧延機」で行う場合の「最終仕上げ圧延機」とは、当の仕上げ圧延機を指す。 Note that the “final finish rolling mill” in the case where the “finish rolling” in the continuous rolling method is performed by one “finish rolling mill” refers to the finish rolling mill.
さらに、(Ac1点+20℃)〜(Ac1点+80℃)の温度T2に再加熱して該温度域で5〜90min保持するとは、(Ac1点+20℃)〜T2の温度域での保持時間が合計5〜90minであることを意味する。
Furthermore, reheating to a temperature T2 of (Ac 1 point + 20 ° C.) to (Ac 1 point + 80 ° C.) and holding for 5 to 90 minutes in this temperature range means that (Ac 1 point + 20 ° C.) to
「棒」とは、棒状に熱間圧延された鋼で所定の長さに切断された鋼材を指し、コイル状に巻かれたいわゆる「バーインコイル」を含む。また、「線材」とは、棒状に熱間圧延された鋼で、コイル状に巻かれた鋼材を指す。 The “rod” refers to a steel material that is hot rolled into a rod shape and cut to a predetermined length, and includes a so-called “burn-in coil” wound in a coil shape. The “wire” refers to steel that is hot rolled into a rod shape and wound in a coil shape.
以下、上記 (1)〜(3)の高炭素クロム軸受鋼鋼材の圧延方法に係る発明を、それぞれ、「本発明(1)」〜「本発明(3)」という。また、総称して「本発明」ということがある。 Hereinafter, the inventions relating to the rolling methods of the high carbon chromium bearing steel materials of (1) to (3) are referred to as “present invention (1)” to “present invention (3)”, respectively. Also, it may be collectively referred to as “the present invention”.
本発明によれば、熱間圧延のままでは、そのミクロ組織がパーライトの単相組織あるいはベイナイトなど硬質相とパーライトの混合組織であるため冷間加工性や切削加工性が低く、20時間を超えるような長時間の球状化熱処理が施されていた高炭素クロム軸受鋼鋼材、なかでも高炭素クロム軸受鋼棒または線材に関して、熱間圧延後の球状化熱処理の時間を短縮した場合であっても、従来の球状化熱処理した場合と遜色のないミクロ組織を確保することができる。 According to the present invention, as hot-rolled, the microstructure is a single-phase structure of pearlite or a mixed structure of a hard phase and pearlite such as bainite, so that cold workability and cutting workability are low, and it exceeds 20 hours. For high carbon chrome bearing steels that have been subjected to such long spheroidizing heat treatment, especially high carbon chrome bearing steel rods or wires, even if the time for spheroidizing heat treatment after hot rolling is shortened It is possible to secure a microstructure that is inferior to that of the conventional spheroidizing heat treatment.
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお。以下の説明における各元素の含有量の「%」表示は「質量%」を意味する。 Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. Note that. In the following description, “%” notation of the content of each element means “mass%”.
(A)高炭素クロム軸受鋼鋼材の化学組成:
C:0.7〜1.2%
Cは、鋼の強度を確保する作用を有する。軸受鋼鋼材の場合には、特に、最終製品段階での転動疲労寿命および耐摩耗性の向上の観点から、焼入れ条件を適正化させ、焼入れ・焼戻し処理後のミクロ組織をマルテンサイトとセメンタイトの混合組織とするのに必須の元素である。上記した最終製品段階でのセメンタイトの析出・分散による強化効果を得るためには、0.7%以上のCを含有させる必要がある。しかしながら、Cの含有量が1.2%を超えると、製品段階での前記効果は得られるものの、仕上げ圧延後の冷却過程における初析セメンタイトの形態を制御することができないので、本発明の目的である球状化熱処理時間の短縮を実現することができない。したがって、Cの含有量を0.7〜1.2%とした。なお、Cの含有量は0.8〜1.1%とすることが好ましい。
(A) Chemical composition of high carbon chromium bearing steel:
C: 0.7-1.2%
C has the effect | action which ensures the intensity | strength of steel. In the case of bearing steel, in particular, from the viewpoint of improving the rolling fatigue life and wear resistance at the final product stage, the quenching conditions are optimized, and the microstructure after quenching / tempering treatment is changed between martensite and cementite. It is an essential element for a mixed structure. In order to obtain the strengthening effect by precipitation and dispersion of cementite in the final product stage described above, it is necessary to contain 0.7% or more of C. However, if the content of C exceeds 1.2%, the above-mentioned effect at the product stage can be obtained, but the form of pro-eutectoid cementite in the cooling process after finish rolling cannot be controlled. It is not possible to reduce the spheroidizing heat treatment time. Therefore, the content of C is set to 0.7 to 1.2%. In addition, it is preferable that content of C shall be 0.8 to 1.1%.
Cr:0.8〜1.8%
Crは、セメンタイトを均一微細化させるとともに鋼の焼入れ性を向上させ、転動疲労寿命を向上させる作用を有する。この効果はCrの含有量が0.8%以上で発揮される。しかしながら、Crの含有量が1.8%を超えると、前記したセメンタイトの均一微細化および焼入れ性向上効果が飽和するだけでなく、かえって、転動疲労寿命が低下し、さらに冷間加工性の低下をも招く。したがって、Crの含有量を0.8〜1.8%とした。なお、Crの含有量は0.9〜1.6%とすることが好ましい。
Cr: 0.8 to 1.8%
Cr has the effect of making cementite uniform and fine, improving the hardenability of the steel, and improving the rolling fatigue life. This effect is exhibited when the Cr content is 0.8% or more. However, if the Cr content exceeds 1.8%, not only the above-described uniform refinement and hardenability improvement effect of cementite is saturated, but also the rolling fatigue life is reduced, and further, cold workability is reduced. It also causes a decline. Therefore, the Cr content is set to 0.8 to 1.8%. The Cr content is preferably 0.9 to 1.6%.
本発明においては、不純物中のTi含有量を次のとおりに制限する。 In the present invention, the Ti content in the impurities is limited as follows.
Ti:0.01%以下
Tiは、鋼中に存在するNと結合して硬質のTiNを形成し、このTiNが軸受鋼製品の「転動疲労寿命」を大きく低下させてしまう。特に、Tiの含有量が0.01%を超えると、TiNの形成が多くなって軸受鋼製品の転動疲労寿命の低下が著しくなる。したがって、不純物中のTi含有量を0.01%以下とした。なお、不純物中のTiの含有量は低ければ低いほどよいので、0.008%以下とすることが好ましい。
Ti: 0.01% or less Ti combines with N present in the steel to form hard TiN, and this TiN greatly reduces the “rolling fatigue life” of the bearing steel product. In particular, if the Ti content exceeds 0.01%, the formation of TiN increases and the rolling fatigue life of the bearing steel product is significantly reduced. Therefore, the Ti content in the impurities is set to 0.01% or less. In addition, since the lower the content of Ti in the impurities, the better. Therefore, the content is preferably 0.008% or less.
上記の理由から、本発明に係る高炭素クロム軸受鋼鋼材の圧延方法においては、C:0.7〜1.2%およびCr:0.8〜1.8%を含有し、不純物中のTiが0.01%以下である高炭素クロム軸受鋼鋼材を用いることとした。 For the above reason, the rolling method of the high carbon chromium bearing steel according to the present invention contains C: 0.7 to 1.2% and Cr: 0.8 to 1.8%, and Ti in impurities It was decided to use a high carbon chrome bearing steel with a 0.01% or less.
高炭素クロム軸受鋼鋼材の好ましい化学組成としては、例えば、C:0.7〜1.2%、Cr:0.8〜1.8%、Si:1.2%以下、Mn:1.5%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のTiが0.01%以下、Pが0.03%以下、Sが0.025%以下およびMoが0.08%以下である高炭素クロム軸受鋼鋼材が挙げられる。 As a preferable chemical composition of the high carbon chromium bearing steel, for example, C: 0.7 to 1.2%, Cr: 0.8 to 1.8%, Si: 1.2% or less, Mn: 1.5 %, With the balance being Fe and impurities, Ti in the impurities being 0.01% or less, P being 0.03% or less, S being 0.025% or less and Mo being 0.08% or less Examples include high carbon chromium bearing steels.
上記高炭素クロム軸受鋼鋼材のうちでもより好ましい化学組成としては、C:0.7〜1.2%、Cr:0.8〜1.8%、Si:0.05〜1.0%、Mn:0.2〜1.2%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のTiが0.01%以下、Pが0.02%以下、Sが0.02%以下およびMoが0.08%以下である高炭素クロム軸受鋼鋼材が挙げられる。 Among the above high carbon chromium bearing steel materials, more preferable chemical compositions are C: 0.7 to 1.2%, Cr: 0.8 to 1.8%, Si: 0.05 to 1.0%, Mn: 0.2 to 1.2%, the balance is Fe and impurities, Ti in impurities is 0.01% or less, P is 0.02% or less, S is 0.02% or less, and Mo Is a high carbon chromium bearing steel with 0.08% or less.
上述した各高炭素クロム軸受鋼鋼材においては、その不純物のうち、Cu、Ni、Al、NおよびOのような炭化物を形成しない元素の量は、Cu:0.2%以下、Ni:0.25%以下、Al:0.05%以下、N:0.015%以下およびO:0.002%以下程度であれば何ら球状化には影響しない。 In each of the high carbon chromium bearing steels described above, among the impurities, the amount of elements such as Cu, Ni, Al, N, and O that do not form carbides is Cu: 0.2% or less, Ni: 0.0. If it is about 25% or less, Al: 0.05% or less, N: 0.015% or less, and O: 0.002% or less, the spheroidization is not affected at all.
(B)高炭素クロム軸受鋼鋼材の加熱条件
本発明(1)においては、前記(A)項で述べた化学組成を有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を、Acm点以上の温度域に加熱して圧延を開始する必要がある。
(B) Heating condition of high carbon chrome bearing steel In the present invention (1), the high carbon chrome bearing steel having the chemical composition described in the above section (A) is heated to a temperature range above the Acm point. It is necessary to start rolling.
また、本発明(2)および本発明(3)においては、前記(A)項で述べた化学組成を有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を、Acm点以上の温度域に加熱して連続圧延を開始する必要がある。 Further, in the present invention (2) and the present invention (3), the high carbon chromium bearing steel having the chemical composition described in the above section (A) is heated to a temperature range equal to or higher than the Acm point to start continuous rolling. There is a need to.
これは、Acm点を下回る加熱温度では、初析セメンタイトが残った状態となり、後工程である球状加熱処理の短縮効果を著しく阻害するからである。 This is because at the heating temperature below the Acm point, the pro-eutectoid cementite remains, and the shortening effect of the spherical heat treatment, which is a subsequent process, is significantly inhibited.
したがって、本発明(1)においては、Acm点以上の温度域に加熱して圧延を開始することとし、また、本発明(2)および本発明(3)においては、Acm点以上の温度域に加熱して連続圧延を開始することとした。 Accordingly, in the present invention (1), rolling is started by heating to a temperature range equal to or higher than the Acm point, and in the present invention (2) and present invention (3), the temperature range is equal to or higher than the Acm point. It was decided to start continuous rolling by heating.
なお、加熱コストの観点から、加熱温度は1250℃以下とすることが好ましい。 From the viewpoint of heating cost, the heating temperature is preferably 1250 ° C. or lower.
(C)高炭素クロム軸受鋼鋼材の熱間での圧延条件と圧延後の冷却条件
本発明(1)においては、前記(A)項で述べた化学組成を有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を、前記(B)項に記載の条件で加熱して開始する熱間での圧延について、その仕上げ圧延の最終パスを、Zを前記(1)式で表されるZener−Hollomonパラメータとして、前記(2)式を満たす条件で行うとともに、圧延機出側の被圧延材表面温度TがAcm点〜1150℃となる条件で終了し、その後、前記温度TからAr1点までを0.5℃/s以上の冷却速度で冷却してAr1点以下の温度T1まで冷却する必要がある。
(C) Hot rolling conditions and cooling conditions after rolling of the high carbon chrome bearing steel material In the present invention (1), a high carbon chrome bearing steel material having the chemical composition described in the above section (A) is used. For the hot rolling that starts by heating under the conditions described in the item (B), the final pass of the finish rolling is defined as (2), where Z is the Zener-Holomon parameter represented by the formula (1). ) And the condition that the surface temperature T of the material to be rolled on the rolling mill exit side is Acm point to 1150 ° C., and thereafter the temperature T to Ar 1 point is 0.5 ° C./s. It is necessary to cool to the temperature T1 below the Ar 1 point by cooling at the above cooling rate.
また、本発明(2)および本発明(3)においては、前記(A)項で述べた化学組成を有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を、前記(B)項に記載の条件で加熱して開始する熱間での連続圧延について、その仕上げ圧延の最終圧延機でのパス(仕上げ圧延の最終パス)を、Zを前記(1)式で表されるZener−Hollomonパラメータとして、前記(2)式を満たす条件で行うとともに、圧延機出側の被圧延材表面温度TがAcm点〜1150℃となる条件で終了し、その後、前記温度TからAr1点までを0.5℃/s以上の冷却速度で冷却してAr1点以下の温度T1まで冷却する必要がある。 Further, in the present invention (2) and the present invention (3), the high carbon chromium bearing steel having the chemical composition described in the item (A) is heated under the conditions described in the item (B). In the continuous hot rolling, the pass in the final rolling mill of the finish rolling (final pass of the finish rolling) is expressed by the formula (2), where Z is the Zener-Hollonmon parameter represented by the formula (1). And the condition that the surface temperature T of the material to be rolled on the exit side of the rolling mill is Acm point to 1150 ° C., and thereafter the temperature T to Ar 1 point is 0.5 ° C./s or more. It is necessary to cool to a temperature T1 that is not higher than Ar 1 by cooling at a cooling rate.
以下、その理由について説明する。 The reason will be described below.
先ず、仕上げ圧延の最終パスにおいて、圧延機出側の被圧延材表面温度TがAcm点を下回る場合には、熱間圧延時の変形抵抗が増大するため、圧延機のミル負荷増大をきたし、一方、前記圧延機出側の被圧延材表面温度Tが1150℃を超えると、表層部のスケールが厚くなりすぎるなど表面性状の急激な劣化を招くからである。 First, in the final pass of finish rolling, when the surface temperature T of the material to be rolled on the exit side of the rolling mill is below the Acm point, the deformation resistance during hot rolling increases, resulting in an increase in the mill load of the rolling mill, On the other hand, when the surface temperature T of the material to be rolled on the exit side of the rolling mill exceeds 1150 ° C., the surface property is rapidly deteriorated, for example, the scale of the surface layer portion becomes too thick.
次に、仕上げ圧延の最終パスを、Zを前記(1)式で表されるZener−Hollomonパラメータとして、前記(2)式を満たす条件、つまり、「lnZ≧25」とし、さらに、前記温度TからAr1点までを0.5℃/s以上の冷却速度で冷却するのは、既に図2に示したとおり、この条件を満足しない場合には、仕上げ圧延の最終パス後の冷却過程において、旧オーステナイト粒界に沿ったフィルム状の初析セメンタイトが生成するため、後工程である球状化熱処理の短縮効果を著しく阻害してしまうからである。 Next, the final pass of the finish rolling is set to a condition satisfying the expression (2) with Z being a Zener-Holomon parameter represented by the expression (1), that is, “lnZ ≧ 25”, and the temperature T From 1 to Ar 1 at a cooling rate of 0.5 ° C./s or more, as already shown in FIG. 2, if this condition is not satisfied, in the cooling process after the final pass of finish rolling, This is because film-like pro-eutectoid cementite is formed along the prior austenite grain boundaries, which significantly impairs the shortening effect of the spheroidizing heat treatment, which is a subsequent process.
なお、前記(1)式のZener−Hollomonパラメータにおける「εドット」と「T」はそれぞれ、仕上げ圧延の最終パスにおける平均ひずみ速度(1/s)と圧延機出側の被圧延材表面温度(K)を意味する。 In addition, “ε dot” and “T” in the Zener-Holomon parameter of the equation (1) are respectively the average strain rate (1 / s) in the final pass of finish rolling and the surface temperature of the material to be rolled on the exit side of the rolling mill ( K).
そして、「仕上げ圧延の最終パスにおける平均ひずみ速度」とは、仕上げ圧延の最終パスにおける「真ひずみ」を上記最終パスでの圧延加工に要した「時間(s)」で除した値を指す。 The “average strain rate in the final pass of finish rolling” refers to a value obtained by dividing “true strain” in the final pass of finish rolling by “time (s)” required for the rolling process in the final pass.
また、前記温度TからAr1点までを0.5℃/s以上の冷却速度で冷却してAr1点以下の温度T1まで冷却するのは、Ar1点より高い温度で冷却を停止した場合、パーライト変態せずオーステナイト状態から、続く特定の温度域に再加熱して保持することになるため、球状セメンタイトの生成核となるアスペクト比の小さい微細なセメンタイトを極めて多く分散させることができなくなるためである。したがって、層状組織であるパーライトがミクロ組織に占める割合を60%以下に制限し、さらにアスペクト比の小さい微細なセメンタイトが極めて多く分散したミクロ組織が得られなくなる。 Also, the cool from the temperature T up to a point Ar to 0.5 ° C. / s or more temperature cooled to less than 1 point Ar at a cooling rate T1, when stopping the cooling at a temperature higher than a point Ar Because it will be reheated and held in the specific temperature range that follows from the austenite state without pearlite transformation, it will not be possible to disperse a very large amount of fine cementite with a small aspect ratio that will be the nucleus of spherical cementite. It is. Therefore, the ratio of pearlite, which is a layered structure, to the microstructure is limited to 60% or less, and a microstructure in which a very small amount of fine cementite having a small aspect ratio is dispersed cannot be obtained.
Ar1点までを0.5℃/s以上の冷却速度で冷却すれば、旧オーステナイト粒界に沿ったフイルム状の初析セメンタイトの生成を抑制することができ、しかも、パーライト変態を完了させることができるので、前記温度T1はAr1点そのものであってもかまわない。また、Ar1点以下の温度でありさえすれば温度T1は室温であってもよい。ただし、温度T1が低すぎると、後述する(D)の再加熱工程において、鋼材が所定の温度T2に達するまでの加熱処理時間が長時間になるため、生産性が低下するとともに製造コストも嵩んでしまう。したがって、再加熱工程における処理時間をできるだけ短時間にするために温度T1は(Ar1点−200℃)〜Ar1点の範囲とすることが好ましい。 By cooling to the Ar 1 point at a cooling rate of 0.5 ° C./s or more, the formation of film-like pro-eutectoid cementite along the prior austenite grain boundaries can be suppressed, and the pearlite transformation can be completed. Therefore, the temperature T1 may be the Ar 1 point itself. Further, the temperature T1 may be room temperature as long as the temperature is equal to or lower than the Ar 1 point. However, if the temperature T1 is too low, in the reheating step (D) described later, the heat treatment time until the steel material reaches the predetermined temperature T2 becomes long, so that the productivity is lowered and the manufacturing cost is increased. I'll be stuck. Therefore, the temperature T1 in order to as short a time as possible treatment time in the reheating step is preferably in the range of (Ar 1 point -200 ° C.) to Ar 1 point.
なお、温度T1がAr1点を下回る温度である場合には、Ar1点から温度T1までの冷却速度は特に規定する必要はないので、生産性や設備的面を勘案して適宜その冷却方法を決定すればよい。 When the temperature T1 is lower than the Ar 1 point, the cooling rate from the Ar 1 point to the temperature T1 does not need to be specified. Therefore, the cooling method is appropriately determined in consideration of productivity and equipment. Can be determined.
(D)温度T1からの再加熱と冷却の条件
本発明においては、上記(C)の処理で一旦パーライト変態させた後は、温度T1から(Ac1点+20℃)〜(Ac1点+80℃)の温度T2に再加熱して該温度域で5〜90min保持し、次いで、5℃/s以下の冷却速度で冷却する必要がある。
(D) Conditions for reheating and cooling from temperature T1 In the present invention, after pearlite transformation is performed once by the treatment of (C) above, from temperature T1 (Ac 1 point + 20 ° C.) to (Ac 1 point + 80 ° C.) It is necessary to reheat to a temperature T2 of (5) and hold in that temperature range for 5 to 90 minutes, and then cool at a cooling rate of 5 ° C./s or less.
先ず、温度T1からの再加熱温度T2が(Ac1点+20℃)を下回る場合には、パーライトが素地に十分に固溶することができないために、一方、T2が(Ac1点+80℃)を超える場合には、パーライトが素地に固溶しすぎて、球状セメンタイトの生成核となるアスペクト比の小さい微細なセメンタイトの数量が激減するために、いずれの場合も所望のミクロ組織、すなわち、初析セメンタイトの生成を抑制、あるいは初析セメンタイトの形態をアスペクト比の小さいものに制御でき、しかも、層状組織であるパーライトがミクロ組織に占める割合を60%以下に制限し、さらにアスペクト比の小さい微細なセメンタイトが極めて多く分散したミクロ組織が得られない。 First, when the reheating temperature T2 from the temperature T1 is lower than (Ac 1 point + 20 ° C.), the pearlite cannot be sufficiently dissolved in the substrate. On the other hand, T2 is (Ac 1 point + 80 ° C.). In this case, since the number of fine cementite with a small aspect ratio that forms nuclei of spherical cementite is drastically reduced because pearlite is dissolved in the substrate too much, in each case, the desired microstructure, i.e., the initial The formation of precipitated cementite can be suppressed, or the morphology of pro-eutectoid cementite can be controlled to a low aspect ratio, and the proportion of pearlite, a lamellar structure, in the microstructure is limited to 60% or less, and the fine aspect ratio is small. A microstructure in which a large amount of cementite is dispersed cannot be obtained.
なお、温度T1からの再加熱温度T2が(Ac1点+20℃)〜(Ac1点+80℃)の温度であっても、その温度域での保持時間が5min未満の場合には、層状組織であるパーライトが素地に固溶できないため、層状セメンタイトが残存してしまい、一方、90minを超えて保持しても球状セメンタイトの生成核となるアスペクト比の小さい微細なセメンタイトの数量に変化が生じないので、コストの上昇と生産性の低下を招くばかりである。 In addition, even if the reheating temperature T2 from the temperature T1 is a temperature of (Ac 1 point + 20 ° C.) to (Ac 1 point + 80 ° C.), if the holding time in the temperature range is less than 5 min, the layered structure As pearlite cannot be dissolved in the substrate, layered cementite remains, and even if held for more than 90 min, there is no change in the quantity of fine cementite with a small aspect ratio that forms the nuclei of spherical cementite. As a result, it only increases costs and decreases productivity.
既に述べたように、(Ac1点+20℃)〜(Ac1点+80℃)の温度T2に再加熱して該温度域で5〜90min保持するとは、(Ac1点+20℃)〜T2の温度域での保持時間が合計5〜90minであることを意味する。
As already stated, reheating to a temperature T2 of (Ac 1 point + 20 ° C.) to (Ac 1 point + 80 ° C.) and holding for 5 to 90 minutes in this temperature range means that (Ac 1 point + 20 ° C.) to
次に、(Ac1点+20℃)〜(Ac1点+80℃)の温度T2に再加熱して該温度域で5〜90min保持してから、5℃/s以下の冷却速度で冷却するのは、冷却速度が5℃/sを超えると、冷却時にセメンタイトが球状に成長することが阻害されるとともに、オーステナイトが層状組織であるパーライトに変態するため層状セメンタイトが残存してしまうからである。 Next, it is reheated to a temperature T2 of (Ac 1 point + 20 ° C.) to (Ac 1 point + 80 ° C.), held in the temperature range for 5 to 90 minutes, and then cooled at a cooling rate of 5 ° C./s or less. This is because when the cooling rate exceeds 5 ° C./s, the cementite is prevented from growing in a spherical shape during cooling, and the austenite is transformed into pearlite, which is a layered structure, so that the layered cementite remains.
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(実施例1)
表3に示す化学組成を有する鋼Aを転炉溶製した後、真空脱ガス処理を施してから連続鋳造してブルームとし、さらにその後、分塊圧延を施して160mm角のビレットを作製した。
Example 1
Steel A having the chemical composition shown in Table 3 was melted in a converter, vacuum degassed, continuously cast into bloom, and then subjected to ingot rolling to produce a 160 mm square billet.
なお、上記表3における鋼Aは、JIS G 4805(1999)に記載のSUJ2鋼である。 Steel A in Table 3 is SUJ2 steel described in JIS G 4805 (1999).
次いで、上記160mm角のビレットの一部を用いて、1250℃で60min加熱し、仕上げ温度を1000℃以上として熱間鍛造し、直径30mmの丸棒を得た。この丸棒の断面の中心から直径Dの1/4の部位を基準にして、機械加工によって、直径が3mmで長さが10mmの変態点測定用試験片を作製し、フォーマスタ試験機によって、加熱過程におけるAcm点とAc1点および冷却過程におけるAr1点を測定した。
Next, a part of the 160 mm square billet was used and heated at 1250 ° C. for 60 minutes to perform hot forging at a finishing temperature of 1000 ° C. or higher to obtain a round bar having a diameter of 30 mm. A test piece for measuring the transformation point having a diameter of 3 mm and a length of 10 mm is produced by machining with reference to a portion of the
上記のようにして求めたAcm点、Ac1点およびAr1点を表4に示す。 Table 4 shows the Acm point, Ac 1 point, and Ar 1 point determined as described above.
また、上記の160mm角ビレットから機械加工によって、断面形状が40mm×40mmで長さが100mmの熱間板圧延用試験片を切り出し、2ロール式のリバース圧延ミルを用いて、表5に示す圧延条件により厚さ10mmの板材に仕上げた。 Further, a test piece for hot plate rolling having a cross-sectional shape of 40 mm × 40 mm and a length of 100 mm was cut out from the 160 mm square billet and rolled as shown in Table 5 using a two-roll type reverse rolling mill. A plate material having a thickness of 10 mm was finished depending on the conditions.
仕上げ圧延の最終パス後は、風冷や冷却媒体を変化させて冷却速度を制御し、表5に記載の温度T1まで冷却した。 After the final pass of finish rolling, the cooling rate was controlled by changing the air cooling or the cooling medium, and the temperature was cooled to the temperature T1 shown in Table 5.
なお、温度T1がAr1点を下回る試験番号1〜7、試験番号9および試験番号10のうちで、試験番号1〜5、試験番号9および試験番号10については、Ar1点から温度T1までの冷却はいずれも、風冷の条件で行い、一方、試験番号6および試験番号7については、圧延材を断熱材でくるんで冷却を制御した。
Of
次いで、電気加熱炉を用いて前記の温度T1から表5に記載の温度T2まで再加熱して保持した後、1.0℃/sの冷却速度で400℃まで冷却した。 Next, after reheating from the temperature T1 to the temperature T2 shown in Table 5 using an electric heating furnace, the temperature was cooled to 400 ° C. at a cooling rate of 1.0 ° C./s.
なお、表5に記載の保持時間とは、既に述べたように、(Ac1点+20℃)〜T2、すなわち、740℃〜T2の温度域での合計の保持時間を指す。なお、T2が740℃の場合は、740℃での保持時間を指す。 The holding time described in Table 5 indicates the total holding time in the temperature range of (Ac 1 point + 20 ° C.) to T2, that is, 740 ° C. to T2, as already described. In addition, when T2 is 740 degreeC, the holding time in 740 degreeC is pointed out.
上記のようにして再加熱と冷却を行った厚さ10mmの板材に、図6に示す条件で大気雰囲気の箱型電気加熱炉装置を用いて、球状化熱処理を行った。 The plate material having a thickness of 10 mm subjected to reheating and cooling as described above was subjected to spheroidizing heat treatment using a box-type electric heating furnace in an air atmosphere under the conditions shown in FIG.
なお、図6に示した熱処理パターンは、一般的な球状化熱処理として用いられている長時間処理の一例として示した図7の熱処理パターンに比べて、全在炉時間が半減したもので、球状化熱処理時間の短縮効果を調査するためのものである。 Note that the heat treatment pattern shown in FIG. 6 has a total furnace time halved compared to the heat treatment pattern of FIG. 7 shown as an example of the long-time treatment used as a general spheroidizing heat treatment. This is for investigating the effect of shortening the heat treatment time.
次いで、上記球状化熱処理した厚さが10mmの各板材について、次に示す方法で、ミクロ組織を調査した。 Next, the microstructure of each plate material having a thickness of 10 mm subjected to the spheroidizing heat treatment was examined by the following method.
先ず、厚さが10mmの各板材の幅の中央を通り、圧延方向に平行に切り出したいわゆる「縦断面」が被検面になるように樹脂に埋め込み、鏡面研磨した後、ピクリン酸アルコール(ピクラル液)で腐食して、倍率を5000倍として走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて中心部10視野についてミクロ組織画像を撮影した。なお、各視野の面積は25μm×20μmである。 First, after passing through the center of the width of each plate having a thickness of 10 mm and embedding in a resin so that a so-called “longitudinal section” cut out parallel to the rolling direction becomes a test surface, and mirror-polished, picric alcohol (picral The microstructure was corroded at a magnification of 5000 times and a microstructure image was taken with respect to 10 visual fields in the center using a scanning electron microscope (SEM). The area of each visual field is 25 μm × 20 μm.
次に、上記のミクロ組織撮影画像を用いて、画像処理ソフトによって各セメンタイトの長径Lと短径Wとを個々に測定し、L/Wが2.0以下であるセメンタイトの割合を算出した。なお、以下の説明においては、上記のようにして求めたL/Wが2.0以下であるセメンタイトの割合を「球状化率」という。 Next, using the microstructure image, the major axis L and the minor axis W of each cementite were individually measured by image processing software, and the ratio of cementite having L / W of 2.0 or less was calculated. In the following description, the ratio of cementite whose L / W determined as described above is 2.0 or less is referred to as “spheroidization rate”.
なお、図7に示すような、一般的な球状化熱処理として用いられている20時間を超えるような長時間処理で得られる場合の球状化率は85%程度であるため、85%以上の球状化率が得られることを目標とし、また、球状化率85%以上の場合に球状化熱処理時間の短縮が可能と判断した。 In addition, since the spheroidization rate in the case of being obtained by a long-time treatment exceeding 20 hours used as a general spheroidizing heat treatment as shown in FIG. It was determined that the spheroidizing heat treatment time could be shortened when the spheroidizing ratio was 85% or more.
表5に、上記の各試験結果を併せて示す。なお、表5の「評価」欄における「○」は「球状化率が目標の85%に達していること」、すなわち球状化熱処理時間の短縮化の効果が得られることを示し、「×」は「球状化率が目標の85%に未達であること」を意味する。 Table 5 also shows the results of the above tests. Note that “◯” in the “Evaluation” column of Table 5 indicates that “the spheroidization rate has reached the target 85%”, that is, the effect of shortening the spheroidizing heat treatment time can be obtained, and “×” Means “the spheroidization rate does not reach 85% of the target”.
表5から、本発明で規定する条件を満たす試験番号1〜4の場合、その評価は「○」であって、球状化熱処理時間を短縮できることが明らかである。
From Table 5, it is clear that in the case of
これに対して、製造条件が本発明で規定する条件から外れた試験番号5〜10の場合、その評価は「×」であって、球状化熱処理時間の短縮化効果は認められない。 On the other hand, in the case of test numbers 5 to 10 where the manufacturing conditions deviate from the conditions specified in the present invention, the evaluation is “x”, and the effect of shortening the spheroidizing heat treatment time is not recognized.
(実施例2)
実施例1で用いた表3に示す化学組成を有する鋼Aの160mm角ビレットを、1250℃で60min加熱し、仕上げ温度を1000℃以上として熱間鍛造し、直径30mmの丸棒を得た。
(Example 2)
A 160 mm square billet of steel A having the chemical composition shown in Table 3 used in Example 1 was heated at 1250 ° C. for 60 minutes and hot forged at a finishing temperature of 1000 ° C. or higher to obtain a round bar having a diameter of 30 mm.
熱間鍛造によって作製した上記の直径30mmの丸棒から機械加工によって、直径が20mmで長さが1000mmの試験片を切り出し、連続式のモデルミルを用いて、表6に示す圧延条件により直径が12mmの丸棒に仕上げた。 A test piece having a diameter of 20 mm and a length of 1000 mm was cut out from the above round bar with a diameter of 30 mm produced by hot forging, and the diameter was changed according to the rolling conditions shown in Table 6 using a continuous model mill. Finished into a 12 mm round bar.
仕上げ圧延の最終パス後、つまり、仕上げ圧延機列の最終の圧延機でのパス後は、風冷や冷却媒体を変化させて冷却速度を制御し、表6に記載の温度T1まで冷却した。 After the final pass of finish rolling, that is, after the pass in the final rolling mill in the finish rolling mill row, the cooling rate was controlled by changing the air cooling or the cooling medium, and the temperature was cooled to the temperature T1 shown in Table 6.
なお、温度T1がAr1点を下回る試験番号11〜17、試験番号19および試験番号20のうちで、試験番号11〜15、試験番号19および試験番号20については、Ar1点から温度T1までの冷却はいずれも、風冷の条件で行い、一方、試験番号16および試験番号17については、圧延材を断熱材でくるんで冷却を制御した。
Of test numbers 11 to 17, test number 19 and
次いで、電気加熱炉を用いて前記の温度T1から表6に記載の温度T2まで再加熱して保持した後、1.0℃/sの冷却速度で400℃まで冷却した。 Next, after reheating from the temperature T1 to the temperature T2 shown in Table 6 using an electric heating furnace, the temperature was cooled to 400 ° C. at a cooling rate of 1.0 ° C./s.
なお、表6に記載の保持時間とは、(Ac1点+20℃)〜T2、すなわち、740℃〜T2の温度域での合計の保持時間を指す。なお、T2が740℃の場合は、740℃での保持時間を指す。 In addition, the holding time described in Table 6 refers to the total holding time in the temperature range of (Ac 1 point + 20 ° C.) to T2, that is, 740 ° C. to T2. In addition, when T2 is 740 degreeC, the holding time in 740 degreeC is pointed out.
上記のようにして再加熱と冷却を行った直径が12mmの丸棒に、図6に示す条件で大気雰囲気の箱型電気加熱炉装置を用いて、球状化熱処理を行った。 A round bar having a diameter of 12 mm subjected to reheating and cooling as described above was subjected to spheroidizing heat treatment using a box-type electric heating furnace in an air atmosphere under the conditions shown in FIG.
なお、既に述べたように、図6に示した熱処理パターンは、一般的な球状化熱処理として用いられている長時間処理の一例として示した図7の熱処理パターンに比べて、全在炉時間が半減したもので、球状化熱処理時間の短縮効果を調査するためのものである。 As already described, the heat treatment pattern shown in FIG. 6 is longer than the heat treatment pattern shown in FIG. 7 as an example of a long-time treatment used as a general spheroidizing heat treatment. This is a halved measure for investigating the effect of shortening the spheroidizing heat treatment time.
次いで、上記球状化熱処理した直径が12mmの各丸棒について、次に示す方法で、ミクロ組織を調査した。 Next, the microstructure of each round bar having a diameter of 12 mm subjected to the spheroidizing heat treatment was examined by the following method.
先ず、直径が12mmの各丸棒の中心軸を通り、圧延方向に平行に切り出したいわゆる「縦断面」が被検面になるように樹脂に埋め込み、鏡面研磨した後、ピクリン酸アルコール(ピクラル液)で腐食して、倍率を5000倍として走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて中心部10視野についてミクロ組織画像を撮影した。なお、各視野の面積は25μm×20μmである。 First, a so-called “longitudinal section” cut through the central axis of each round bar having a diameter of 12 mm and parallel to the rolling direction is embedded in a resin so as to be a test surface, mirror-polished, and then picric alcohol (picral solution). ) And a microstructure image was taken with respect to 10 visual fields in the central part using a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 5000 times. The area of each visual field is 25 μm × 20 μm.
次に、上記のミクロ組織撮影画像を用いて、画像処理ソフトによって各セメンタイトの長径Lと短径Wとを個々に測定し、L/Wが2.0以下であるセメンタイトの割合、つまり「球状化率」を算出した。 Next, using the microstructure image, the major axis L and the minor axis W of each cementite are individually measured by image processing software, and the ratio of cementite having L / W of 2.0 or less, that is, “spherical” The conversion rate was calculated.
既に述べたように、図7に示すような、一般的な球状化熱処理として用いられている20時間を超えるような長時間処理で得られる場合の球状化率は85%程度である。このため、85%以上の球状化率が得られることを目標とし、また、球状化率85%以上の場合に球状化熱処理時間の短縮が可能と判断した。 As already described, the spheroidization rate when obtained by a long-time treatment exceeding 20 hours used as a general spheroidizing heat treatment as shown in FIG. 7 is about 85%. For this reason, the aim was to obtain a spheroidization rate of 85% or more, and it was determined that the spheroidization heat treatment time could be shortened when the spheroidization rate was 85% or more.
表6に、上記の各試験結果を併せて示す。なお、表6の「評価」欄における「○」は「球状化率が目標の85%に達していること」、すなわち球状化熱処理時間の短縮化の効果が得られることを示し、「×」は「球状化率が目標の85%に未達であること」を意味する。 Table 6 shows the results of the above tests together. Note that “◯” in the “Evaluation” column of Table 6 indicates that “the spheroidization rate has reached the target 85%”, that is, the effect of shortening the spheroidization heat treatment time can be obtained, and “×” Means “the spheroidization rate does not reach 85% of the target”.
表6から、本発明で規定する条件を満たす試験番号11〜14の場合、その評価は「○」であって、球状化熱処理時間を短縮できることが明らかである。 From Table 6, in the case of test numbers 11 to 14 that satisfy the conditions defined in the present invention, the evaluation is “◯”, and it is clear that the spheroidizing heat treatment time can be shortened.
これに対して、製造条件が本発明で規定する条件から外れた試験番号15〜20の場合、その評価は「×」であって、球状化熱処理時間の短縮化効果は認められない。 On the other hand, in the case of test numbers 15 to 20 where the manufacturing conditions deviate from the conditions specified in the present invention, the evaluation is “x”, and the effect of shortening the spheroidizing heat treatment time is not recognized.
本発明によれば、熱間圧延のままでは、そのミクロ組織がパーライトの単相組織あるいはベイナイトなど硬質相とパーライトの混合組織であるため冷間加工性や切削加工性が低く、20時間を超えるような長時間の球状化熱処理が施されていた高炭素クロム軸受鋼鋼材、なかでも高炭素クロム軸受鋼棒または線材に関して、熱間圧延後の球状化熱処理の時間を短縮した場合であっても、従来の球状化熱処理した場合と遜色のないミクロ組織を確保することができる。 According to the present invention, as hot-rolled, the microstructure is a single-phase structure of pearlite or a mixed structure of a hard phase and pearlite such as bainite, so that cold workability and cutting workability are low, and it exceeds 20 hours. For high carbon chrome bearing steels that have been subjected to such long spheroidizing heat treatment, especially high carbon chrome bearing steel rods or wires, even if the time for spheroidizing heat treatment after hot rolling is shortened It is possible to secure a microstructure that is inferior to that of the conventional spheroidizing heat treatment.
Claims (3)
Z={εドット}×{exp(Q/RT)}・・・(1)、
lnZ≧25・・・(2)。
なお、(1)式において、
εドット:仕上げ圧延の最終パスにおける平均ひずみ速度(1/s)、
Q:活性化エネルギー(kJ/mol)、
R:気体定数で、8.31×10-3kJ/(mol・K)、
T:仕上げ圧延の最終パスにおける圧延機出側の被圧延材表面温度(K)、
である。 A hot rolling method for high carbon chromium bearing steel, in mass%, C: 0.7-1.2%, Cr: 0.8-1.8%, Si: 1.2% or less , Mn: 1.5% or less, the balance being Fe and impurities, and Ti in impurities: 0.01% or less, P: 0.03% or less, S: 0.025% or less, Mo : Chemical composition of 0.08% or less, Cu: 0.2% or less, Ni: 0.25% or less, Al: 0.05% or less, N: 0.015% or less, and O: 0.002% or less A high carbon chrome bearing steel material having a temperature of Acm is heated to a temperature range equal to or higher than the Acm point and rolling is started. The final pass of finish rolling in the rolling is expressed by a Zener-Holomon parameter represented by the following formula (1). As well as being performed under the conditions satisfying the following formula (2), the surface temperature of the material to be rolled on the rolling mill exit side After finishing under the condition that the temperature T is from Acm point to 1150 ° C., the temperature T to the Ar 1 point is cooled at a cooling rate of 0.5 ° C./s or more and cooled to the temperature T1 of the Ar 1 point or less, Reheat from the temperature T1 to a temperature T2 of (Ac 1 point + 20 ° C.) to (Ac 1 point + 80 ° C.), hold in this temperature range for 5 to 90 minutes, and then cool at a cooling rate of 5 ° C./s or less. A method of rolling a high carbon chromium bearing steel.
Z = {εdot} × {exp (Q / RT)} (1),
lnZ ≧ 25 (2).
In the equation (1),
ε dot: average strain rate (1 / s) in the final pass of finish rolling,
Q: activation energy (kJ / mol),
R: gas constant, 8.31 × 10 −3 kJ / (mol · K),
T: surface temperature (K) of the material to be rolled on the exit side of the rolling mill in the final pass of finish rolling,
It is.
Z={εドット}×{exp(Q/RT)}・・・(1)、
lnZ≧25・・・(2)。
なお、(1)式において、
εドット:仕上げ圧延の最終圧延機でのパスにおける平均ひずみ速度(1/s)、
Q:活性化エネルギー(kJ/mol)、
R:気体定数で、8.31×10-3kJ/(mol・K)、
T:仕上げ圧延の最終圧延機でのパスにおける圧延機出側の被圧延材表面温度(K)、
である。 A hot rolling method for high carbon chromium bearing steel by continuous rolling method, in mass%, C: 0.7-1.2%, Cr: 0.8-1.8%, Si: 1 .2% or less, Mn: 1.5% or less, the balance being Fe and impurities, Ti in impurities: 0.01% or less, P: 0.03% or less, S: 0.025 %: Mo: 0.08% or less, Cu: 0.2% or less, Ni: 0.25% or less, Al: 0.05% or less, N: 0.015% or less, and O: 0.002% or less A high carbon chromium bearing steel material having a chemical composition is heated to a temperature range of the Acm point or higher to start continuous rolling, and Z is defined as (1) ) As a Zener-Holomon parameter represented by the following formula, it is performed under the condition satisfying the following formula (2). At the same time, after finishing on the condition that the surface temperature T of the material to be rolled on the exit side of the rolling mill is Acm point to 1150 ° C., the temperature T to Ar 1 point is cooled at a cooling rate of 0.5 ° C./s or more. It is cooled to a temperature T1 of Ar 1 point or less, reheated from the temperature T1 to a temperature T2 of (Ac 1 point + 20 ° C.) to (Ac 1 point + 80 ° C.) and held in the temperature range for 5 to 90 minutes, A method for rolling a high-carbon chromium bearing steel, characterized by cooling at a cooling rate of 5 ° C./s or less.
Z = {εdot} × {exp (Q / RT)} (1),
lnZ ≧ 25 (2).
In the equation (1),
ε dot: average strain rate (1 / s) in the pass in the final rolling mill of finish rolling,
Q: activation energy (kJ / mol),
R: gas constant, 8.31 × 10 −3 kJ / (mol · K),
T: surface temperature (K) of the material to be rolled on the exit side of the rolling mill in the pass in the final rolling mill for finish rolling,
It is.
The high carbon chromium bearing steel material is a rod or wire rod, The rolling method of the high carbon chromium bearing steel material according to claim 2.
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