JPH026809B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野） 熱間圧延で得られる線材につき、その２次加工
（２次又は３次加工メーカでの処理）工程におけ
る球状化焼なまし処理をその線材の熱間圧延の仕
上げ圧延過程における組織改善によつて有利に短
縮することに関してこの明細書で述べる技術内容
は、上記２次加工程における生産性の向上及び省
エネルギー化をはかつた熱間圧延線材の製造方法
についての開発成果を提供しようとするものであ
る。 （背景技術） 熱間圧延線材は、２次及び３次加工工程におい
て、切断、引抜き、切削ないしは冷間鍛造により
ボルト、ナツト他の機械構造用部品に加工される
ことが多い。しかし、通常の場合、熱間圧延のま
までは冷間加工性が悪く、変形抵抗も高く、冷間
加工に適さず、また、組織不均一のために後工程
で変形や割れが発生しやすくなる。 そこで、通常は、以上の欠点を取除く目的で、
球状化焼なましが行われる。即ち、鋼線材に対し
て多くの場合20％以上の伸線加工を行うか、また
ときに熱間圧延のまま、高温・長時間の球状化焼
なまし処理が行われ、そのため表面脱炭や、スケ
ール付着による材質低下を招くことから、炉の雰
囲気制御を必要とする。このような追加的な加工
および熱処理は手間もかかり、材質面、多大なエ
ネルギー消費に加え、生産性などの諸点で問題が
あつた。 （従来技術とその問題点） これらの問題点に対処するには、従来種々の提
案がなされてきた。 例えば特開昭47−8503号公報には、熱間圧延後
直ちに、変態域を通し、かつオーステナイト粒の
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、ベイナイト
またはマルテンサイト組織を有する熱間圧延材を
得ること、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とする段階に引続
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、熱間圧延材を得ること、これらに引続
いて球状化処理を施すことを開示するがこれらの
方法は、要するに、熱間圧延後のオーステナイト
粒を単に利用し、初析フエライトがない微細パー
ライト、ベイナイトまたはマルテンサイト組織な
どに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、熱間圧延仕上温度
が高く、オーステナイト粒は細粒化が不十分なた
め、球状化処理時間の短縮効果が少なく、また変
形抵抗も従来法の伸線加工後球状化処理した場合
よりも高くなるところに欠点がある。 また、同様の趣旨が特開昭51−92719号公報に
示されて、それは、合金鋼を対象として、熱間圧
延後550℃〜Ms点の温度範囲内の温度に急冷し、
中間組織を有する熱間圧延材を得ること、これに
引続いて球状化処理を施すことに言及されている
が、この方法では、連続冷却によつて中間組織た
るベイナイトを得ることを目指していても、化学
組成によつては、フエイライト・パーライトの発
生を防止できないものや、所定冷却範囲が狭くて
実際上制御できない場合も多々あり、適用鋼種が
限定されるところにやはり大きな欠点がある。ま
た、単一の中間組織に球状化焼なましを施した場
合は、球状化セメンタイトの個数が多く、かつ微
細になり過ぎ変形抵抗が高くなつてこのため金型
寿命及び加工荷重の点で問題がある。 （発想の端緒） そこで、発明者らは、前述の従来技術に残され
た上記種々の欠点を解決するため、熱間圧延とそ
の後の冷却により得られるミクロ組織の効果につ
いて詳細な研究を行つたところ、熱間仕上げ圧延
での塑性ひずみを利用し、その後の冷却速度を制
御することにより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、熱間加工における塑性ひずみを保持した
まま微細なフエライト・パーライトを一部生成さ
せた後残部の未変態オーステナイトを微細なベイ
ナイト又はマルテンサイトとした組織は、炭化物
の球状化が速く、かつ軟化も速くすることが可能
であることを見出したのである。 （発明の骨子） 熱間圧延における圧延温度と圧下率及びその後
の冷却速度、更に詳しく述べれば、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、引続き20％以上の塑性ひず
みを付与し、その塑性ひずみを保持したまま500
℃までを10℃／Ｓ以下、0.15℃／Ｓ以上の冷却速
度にて冷却した後、500℃以下を10℃／Ｓ以上で
急冷し、微細に分散した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
せた組織を得ることが、この発明の骨子であり、
この組織は前述の如く、次工程での球状化を容易
に進行させるのに寄与する。 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80％以下の塑
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。 この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、仕上り温度は上昇する。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、この発明により大単
重コイルを高速で圧延することはできない。 そこで、この発明では、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へ別
途に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仕上げ圧延機を付設するだけで
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仕上げ圧延機に至る前の圧延温度、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℃よりは高いが850℃をこえ
ない温度とする。850℃よりも高温のときには第
２仕上げ圧延機での圧延により容易に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り、また、
500℃以下で圧延すると、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
にさほど効果が生じなくなる。 上記の急冷を経て第２圧延機により20％以上80
％以下の塑性ひずみを与えるが、この塑性ひずみ
が20％に満たないと塑性ひずみの蓄積が過少とな
り、また80％をこえる高減面率による加工発熱を
起こし圧延は蓄積された塑性歪が解放される点で
不利を示すので、この塑性歪は20〜80％に限定さ
れる。 次に第２仕上げ圧延機における上記塑性ひずみ
を保持したまま500℃までは10℃／Ｓ以下、0.15
℃／Ｓ以上の冷却速度にて冷却する。これは前述
の第１仕上げ圧延機及び第２仕上げ圧延機にて塑
性ひずみが付与されると微細初析フエライト・パ
ーライトの析出が促進されるものの10℃／Ｓを越
える冷却速度で500℃まで冷却すると、これらの
変態が抑制されてしまい微細フエライト、パーラ
イト及びベイナイト又はマルテンサイト混合組織
が得られない。そこで500℃までの冷却速度の上
限を10℃／Ｓとした。一方、0.15℃／Ｓ未満では
初析フエライト及びパーライト変態のみが進行
し、500℃まで冷却された時点では実質的に未変
態オーステナイトが残存しないことと析出したフ
エライト、パーライトが成長・粗大化を起こし、
球状化時間がかえつて増大する。このところから
500℃までの冷却速度の下限を0.15℃／Ｓとした。 次いでこの発明の方法では、冷却を500℃にお
いて一たん停止を行ない、500℃以下では10℃／
Ｓ以上の冷却速度で急冷を行う。この理由は上記
限定冷却速度で500℃以下まで冷却を続けると未
変態オーステナイト部はベイナイト変態域を通過
せず、結果的に残部もフエライト―パーライト組
織化してしまい微細混合組織が得られないからで
ある。このことから冷却速度の変更点を500℃と
した。この際、冷却速度は10℃／Ｓ以上とする必
要がある。これは冷却速度変更温度である500℃
の時点で残存する未変態オーステナイトを微細ベ
イナイト又はマルテンサイト組織化する必要があ
り、これを達成する冷却速度が10℃／Ｓ以上であ
る。 かくして、鋼線材は著しく微細なフエライト、
パーライト、ベイナイト又はマルテンサイトの混
合組織を呈する。この結果結晶粒界が飛躍的に増
大し、球状化処理の中心的機構である炭素等の原
子の拡散が著しく促進され、球状化が急速に進行
するのである。また、フエライト、パーライト及
びマルテンサイトの混合組織であるため球状化セ
メンタイトの分布形態には相違が生じるが前記の
各相が著しく微細であるため材質上の不均一を招
くおそれは全くない。むしろ混合組織であること
により各相の利点が強調され欠点が解消される。 この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、
ポ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
重量％（以下成分量について単に％で示す）以上
含有するのが望ましい。一方、0.70％を超える
と、焼入性が向上しすぎこの発明の主眼とする、
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な
り、この発明を実施するに当たつての困難を伴
う。 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％以上で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
入性が向上しすぎ本発明のミクロ組織を得ること
が困難となるとともに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％
を超えると焼入性が高くなりすぎ所期の組織が得
られなくなる。 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
改善に有利であるので、Mnなどの添加で必要な
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％を超えると焼入性
が高くなりすぎ所期の組織が得られなくなる。 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など
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
％を超えると焼入性が高くなりすぎ所期の組織が
得られなくなる。 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） 以下、この発明の実施例について詳細に説明す
る。鋼線材として代表的鋼種である第１表に示す
化学組成を有するJIS規格SCr440H及び
SCM440Hについて常法にて溶製し、ブルーム及
びビレツト加工段階を経て、第２表に示す圧延条
件及び冷却条件にて10mmφの線材を製造した。

【表】 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材質を調査した。それらの結
果を第２表に示す。

【表】 第２表から明らかなように、この発明に従つて
製造した場合、参考例として示した伸長加工材と
同等の性能を有し、しかもこの発明の方法では、
予備伸線を省略することができる。 他方、比較例を球状化率は低くかつ、硬さが高
く、このような球状化処理では処理時間が不十分
である。 （発明の効果） 以上、説明したところから明らかなように、こ
の発明によれば、従来の熱間圧延材のように長時
間の球状化焼なまし処理を要することなく、短時
間の熱処理にて、しかも、極めて良好な材質を達
成することが可能となり、省エヌルギー効果、生
産性及び経済性の向上に大きく寄与するものであ
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か
   ら仕上圧延するに際し、 第１仕上げ圧延機で圧延した後、500℃よりは
   高いが850℃をこえない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
   性ひずみを付与する段階とを経て、その塑性ひず
   みを保持したまま、500℃までは10℃／Ｓ以下、
   0.15℃／Ｓ以上の冷却速度にて冷却した後、500
   ℃以下を10℃／Ｓ以上で急冷して、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こ
   とを特徴とする、迅速球状化の可能な線材の製造
   方法。