JP2000212691A

JP2000212691A - 冷間鍛造用鋼線材およびその製造方法

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Publication number: JP2000212691A
Application number: JP1176799A
Authority: JP
Inventors: Haru Hongo; 晴本郷; Toshio Fujita; 利夫藤田; Koichi Kushida; 宏一櫛田; Keizo Taoka; 啓造田岡; Satoru Takeda; 了武田; Takao Ogawa; 隆生小川
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】圧延線材から伸線加工を行わず、冷間鍛造工
程を経て製品を製造できる冷間鍛造用鋼線材およびその
製造方法を提案する。【解決手段】Ｃ、Si、Mn、Crを適正値に調整し、さら
にＳ：0.020 重量％以下とする鋼素材を、加熱温度を
900 〜1100℃として熱間圧延を施し、750 ℃以上（1000
−10000 ×Ｓ（重量％））℃以下の温度で巻取ることに
より、最終スケール除去処理後の表面粗さRaが 2.0μm
以下、線径の公差が±0.10mm以内とする。熱間圧延にお
ける仕上げ圧延は、４ロールミルを用いて行うのがよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼線材に係り、と
くに冷間鍛造して製品化される冷間鍛造用鋼線材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、鋼線材から冷間鍛造工程を経
て製品化されるものとしては、ボルト等多種あるが、例
えばボルトは、圧延のままのボルト用鋼線材を用いて、
スケール除去処理（酸洗）−焼鈍−スケール除去処理
（酸洗）−表面処理工程と、さらに伸線加工工程とを経
て切断されたのち、冷間鍛造加工−ネジ加工−焼入れ・
焼戻し処理（高強度ボルトのみ）−仕上げ工程を経て、
製造されている。

【０００３】ボルトは、寸法精度が高いことが要求され
るため、その製造工程においてはとくに鍛造加工に供さ
れる線材の寸法精度が厳しく管理されている。そのた
め、鍛造加工の前に、線径を所定の寸法に精度良く調整
する目的で伸線加工工程が必須であった。伸線加工は、
圧延やスケール除去処理（酸洗）により生じる線径のば
らつきあるいは表面粗さのばらつきを修正することを目
的として、通常、線材には減面率：５〜10％の減面が施
されている。

【０００４】しかし、冷間鍛造時の鍛造割れを防止する
ため、伸線時に表面疵の検査を行うことが要求されてい
る。このため、ボルト用鋼線材では、一般硬鋼線のよう
な高速伸線が行えず、生産性が低いという問題がある。
また、さらにボルト用のため、伸線後の線径公差が厳し
く要求され、伸線ダイスを頻度よく交換する必要があ
る。このように、伸線加工を行うために工程が複雑とな
り、製造コストの増加をもたらしていた。この問題は他
の冷間鍛造を行う製品にも共通のものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の問題を有利に解決し、線材から冷間鍛造工程を
経て製品を製造する際に伸線加工を必要としない、安価
な寸法精度の優れた、冷間鍛造用鋼線材およびその製造
方法を提案することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述の製
造工程において、従来必要としていた伸線加工を省略す
るために、伸線加工によらず鍛造加工前の寸法精度を高
めることが必要であるとの考えのもとに鋭意検討した結
果、伸線加工を省略するためには、酸洗やメカニカルデ
スケーリング等のスケール除去処理後冷間鍛造加工前の
線材の、線径の公差は±0.10mm以内、表面粗さはRa 2.0
μm 以下とする必要があるという知見を得た。そのため
には、熱間圧延後の線径ばらつき（公差）を一定値以下
に制御し、さらにスケール厚を20μm 以下にするのがよ
いことに想到した。

【０００７】なお、本発明における線径の公差とは、線
材の同一断面における最大径と最小径を測定し、それら
の目標値に対するばらつき範囲で表示する。また、表面
粗さRaはJIS B 0601に規定されたRaで、触針式表面粗さ
計で、JIS B 0601に規定された方法において、カットオ
フ値を0.8mm として求めたものである。まず、本発明者
らは、スケール除去処理後の表面粗さをRa 2.0μm 以下
と小さくするために、圧延用線材のスケール量に着目し
た。圧延後あるいは焼鈍後のスケール量が少ないほど酸
洗の処理時間を短時間とすることができ、その結果、表
面粗さも小さくなると考え、さらに検討した結果、本発
明者らは、スケール除去処理後の表面粗さをRa 2.0μm
以下とするためには、圧延線材のスケール量は20μm 以
下であればよいこと、さらに、圧延線材のスケール量
は、鋼中のＳ含有量および線材の熱間圧延後巻取り温度
との制御により調整できること、を見い出した。すなわ
ち、巻取り温度を〔1000−10000 ×Ｓ（重量％）〕以下
とすることによりスケール厚さを20μm 以下とすること
ができる。

【０００８】ついで、本発明者らは、線材の線径の公差
は、熱間圧延の加熱温度に大きく影響され、公差を小さ
くするには、加熱温度を高める必要があるとの知見を得
た。本発明は、上記した知見に基づいて、さらに検討し
て構成されたものである。すなわち、本発明は、重量％
で、Ｃ：0.1 ％以上0.5 ％未満、Si：0.8 ％以下、Mn：
0.2 〜1.5 ％、Ｓ：0.020 ％以下、Cr：0.5 〜1.6 ％を
含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有す
る鋼線材であって、スケール除去処理後の表面粗さRaが
2.0μm 以下、かつ線径の公差が±0.10mm以内にあり、
伸線加工を省略できることを特徴とする冷間鍛造用鋼線
材であり、前記組成は、前記組成に加えてさらに、重量
％で、Mo：0.30％以下、Cu：0.50％以下、Ni：0.50％以
下、Ｂ：0.0100％以下のうちから選ばれた１種または２
種以上を含有してもよい。

【０００９】また、本発明は、重量％で、Ｃ：0.1 ％以
上0.5 ％未満、Si：0.8 ％以下、Mn：0.2 〜1.5 ％、
Ｓ：0.020 ％以下、Cr：0.5 〜1.6 ％を含み、あるいは
さらにMo：0.30％以下、Cu：0.50％以下、Ni：0.50％以
下、Ｂ：0.0100％以下のうちから選ばれた１種または２
種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる
組成を有する鋼素材を、900 〜1100℃に加熱して熱間圧
延を施したのち、750 ℃以上（1000−10000 ×Ｓ（重量
％））℃以下の温度で巻取ることを特徴とする冷間鍛造
用鋼線材の製造方法であり、本発明においては、前記熱
間圧延における仕上げ圧延を、４ロール圧延機を用いて
行う圧延とするのが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、鋼線材の組成限定理由につ
いて説明する。Ｃ：0.1 ％以上0.5 ％未満ボルトの強度は、炭素含有量に依存し、とくに、焼入れ
−焼戻し処理を施される高強度ボルト等の製品の場合
は、焼入れ−焼戻し後の硬さに大きく支配される。Ｃ
は、硬さを増加させる元素であり、本発明の用途では、
所定の硬さを得るために0.1 ％以上含有する必要があ
る。一方、0.5 ％以上含有すると、冷間鍛造性が阻害さ
れる。このようなことから、Ｃは0.1 ％以上0.5 ％未満
の範囲に限定した。なお、好ましくは 0.15 〜 0.45 ％
である。

【００１１】Si：0.8 ％以下 Siは、脱酸剤として作用する元素であり、添加が必要で
あるが、0.8 ％を超えて添加しても大きな効果が期待で
きないため、Siは0.8 ％以下とした。なお、好ましく
は、0.1 〜0.5 ％である。 Mn：0.2 〜1.5 ％ Mnは、脱酸剤として作用しさらに焼入性を向上させる元
素であるが、添加量が0.2 ％未満では、これらの効果が
認められない。一方、1.5 ％を超えて添加しても強度の
増加量は少なく、また、鍛造性を低下させる。このた
め、Mnは0.2 〜1.5 ％の範囲に限定した。

【００１２】Ｓ：0.020 ％以下Ｓは、本発明を構成する重要な構成要素の１つである。
前述したように、Ｓはスケールの生成量を増加させる傾
向がある。このため、Ｓは、0.020 ％以下に限定した。
なお、好ましくは、0.010 ％以下である。 Cr：0.5 〜1.6 ％ Crは、焼入性を向上させる元素であり、本発明では0.5
％以上添加する。しかし、1.6 ％を超えて添加しても効
果が飽和するうえ添加量の増加により経済的に高価とな
る。このため、Crは0.5 〜1.6 ％の範囲に限定する。

【００１３】Mo：0.30％以下、Cu：0.50％以下、Ni：0.
50％以下、Ｂ：0.0100％以下のうちから選ばれた１種ま
たは２種以上 Mo、Cu、Ni、Ｂはいずれも鋼の焼入れ性を増加させる元
素であり、必要に応じ添加できる。しかし、Mo、Cu、Ni
はいずれも多量に添加すると、酸洗性、鍛造性を劣化さ
せる。このため、Mo：0.30％、Cu：0.50％、Ni：0.50％
を上限とした。また、Ｂは0.0100％を超えて添加しても
効果が飽和する。このためＢは0.0100％を上限とした。

【００１４】残部はFeと不可避的不純物であるが、とく
にＰは、鍛造性に影響するため0.015 ％以下に低減する
のが望ましい。また、Ｏは、清浄度を低減する意味から
も0.0015％以下とするのが望ましい。本発明では、上記
した鋼組成に加えて、スケール除去処理後の鋼線材の表
面粗さRaを 2.0μm 以下とする。

【００１５】スケール除去処理後の表面粗さをRa： 2.0
μm 以下とすれば、冷間鍛造前に伸線加工を行わなくて
もよくなる。これは、熱間圧延後の鋼線材表面に形成さ
れるスケールを厚さ20μm 以下とすることによって達成
される。また、本発明の鋼線材では、スケール除去処理
後の鋼線材の線径の公差が目標値に対し±0.10mm以内と
する。線径の公差が±0.10mmを超えると、伸線加工が必
要となる。

【００１６】冷間鍛造用鋼線材は、通常熱間圧延後、焼
鈍−スケール除去処理−表面処理−伸線加工工程を経た
のち切断され冷間鍛造加工を施されるが、本発明の冷間
鍛造用鋼線材は、前述のように、スケール除去処理後の
表面粗さと線径の公差を規定しているので、伸線加工を
省略でき、安価に製造できる。本発明鋼線材の製造条件
について説明する。

【００１７】上記した組成の溶鋼を、転炉等の公知の溶
製方法で溶製し、造塊−圧延法あるいは連続鋳造法より
所定の寸法の鋼素材とする。本発明では、とくに溶製方
法あるいは鋳造方法を限定する必要はない。鋼素材は、
900 〜1100℃に加熱されたのち熱間圧延を施され、所定
の線径の鋼線材とされる。加熱温度が900 ℃未満では、
変形抵抗が増加し、線径のバラツキが大きくなり、スケ
ール除去処理後の公差が大きくなる。一方、加熱温度が
1100℃を超えると、地鉄界面が剥離しづらいスケール構
造となり、線材表面に形成されるスケール量が増加し、
かつ脱炭深さが大きくなる。このため、熱間圧延の加熱
温度を900 〜1100℃の範囲に限定した。

【００１８】熱間圧延は、粗圧延と仕上げ圧延とからな
り、粗圧延は通常の方法で良いが、仕上げ圧延は、図１
に示すように２ロール圧延機を複数基配列した圧延機列
で圧下方向をずらして圧延してもよいが、図２に示すよ
うに、特開平５−38502 号公報に記載されているような
４ロール圧延機を複数基配列した圧延機列で圧下方向を
ずらして少なくとも２パス圧延する仕上げ圧延とするの
が線径バラツキをより減少するうえで好ましい。

【００１９】また、熱間圧延終了後、線材は巻き取られ
る。巻取り温度は、750 ℃以上（1000−10000 ×Ｓ（重
量％））℃以下の温度とする。巻取り温度が750 ℃未満
では、温度制御が不安定になるとともに、巻取りが困難
となる。一方、巻取り温度が（1000−10000 ×Ｓ（重量
％））℃を超えると、線材に生成するスケール量が増加
しスケールを除去しにくくなるため、線材のスケール除
去処理後表面粗さが粗くなり、伸線加工が必要となる。
このようなことから、巻取り温度は750 ℃以上（1000−
10000 ×Ｓ（重量％））℃以下の温度範囲に限定した。

【００２０】

【実施例】表１に示す化学組成を有する鋼を転炉溶製
し、連続鋳造法により300 ×400mmの鋳片とした。これ
ら鋳片を分塊圧延により170mm φの丸ビレットとした。
ついで、これらビレットに表２に示す加熱圧延条件で熱
間圧延を施し、鋼線材とした。なお、熱間圧延における
仕上げ圧延は、２ロール圧延機または４ロール圧延機を
３基連続させて圧延した。なお、Ａ値（℃）＝（1000−
10000 ×Ｓ（重量％））とし、表２中に併記した。

【００２１】また、これら圧延鋼線材に、さらに焼鈍、
スケール除去処理として酸洗処理を施した後の表面粗さ
及び線径を測定した。なお、焼鈍条件は、840 ℃×８hr
の均熱後 600℃までを15℃／ｈの徐冷とした。酸洗は、
濃度：15±3 ％の塩酸（液温：35±3 ℃) 中に30min 浸
漬することにより行った。なお、線径の測定方法は、任
意の箇所について同一断面の最大径と最小径を測定し、
公差として目標値（7.50mm）に対するばらつき範囲を算
出した。また、表面粗さは、触針式表面粗さ計を用い、
２ヶ所でそれぞれ10mmの測定長さについて、前述の方法
で測定した。

【００２２】それらの結果を表２に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】本発明例は、酸洗後の線径の公差が目標値
7.50mmに対し±0.10mm以下、さらに表面粗さも小さく、
伸線加工を行わず鍛造加工ができた。これに対し、本発
明の範囲を外れる比較例は、線径の公差が大きいかある
いは表面粗さが大きくなり、鍛造加工前に伸線加工が必
須であった。なお、線材No. ３について、スケール除去
処理としてメカニカルデスケーリングを行った結果、酸
洗の場合と同様、伸線加工は不要であった。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、鋼線材からボルトを製
造するに際し、従来必要とされていた伸線加工を省略す
ることができ、ボルトの製造コストを大幅に削減でき、
産業上格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】２ロール圧延機による圧延方法の１例を模式的
に示す説明図である。

【図２】４ロール圧延機による圧延方法の１例を模式的
に示す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者櫛田宏一岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者田岡啓造岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者武田了岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者小川隆生岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内Ｆターム(参考） 4K032 AA02 AA05 AA11 AA12 AA14 AA16 AA19 AA23 AA29 AA31 BA02 CA01 CA02 CE02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.1 ％以上0.5 ％未満、 Si：0.8 ％以下、 Mn：0.2 〜1.5 ％、Ｓ：0.020 ％以下、 Cr：0.5 〜1.6 ％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼線
材であって、スケール除去処理後の表面粗さRaが 2.0μ
m 以下、かつ線径の公差が±0.10mm以内にあり、伸線加
工を省略できることを特徴とする冷間鍛造用鋼線材。
【請求項２】前記組成に加えて、さらに、重量％で、
Mo：0.30％以下、Cu：0.50％以下、Ni：0.50％以下、
Ｂ：0.0100％以下のうちから選ばれた１種または２種以
上を含有することを特徴とする請求項１に記載の冷間鍛
造用鋼線材。
【請求項３】重量％で、Ｃ：0.1 ％以上0.5 ％未満、 Si：0.8 ％以下、 Mn：0.2 〜1.5 ％、Ｓ：0.020 ％以下、 Cr：0.5 〜1.6 ％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素
材を、900 〜1100℃に加熱して熱間圧延を施したのち、
750 ℃以上（1000−10000 ×Ｓ（重量％））℃以下の温
度で巻取ることを特徴とする冷間鍛造用鋼線材の製造方
法。
【請求項４】前記熱間圧延における仕上げ圧延が、４
ロールミルを用いて行う圧延であることを特徴とする請
求項３に記載の冷間鍛造用鋼線材の製造方法。
【請求項５】前記組成に加えて、さらに、重量％で、
Mo：0.30％以下、Cu：0.50％以下、Ni：0.50％以下、
Ｂ：0.0100％以下のうちから選ばれた１種または２種以
上を含有することを特徴とする請求項３または４に記載
の冷間鍛造用鋼線材の製造方法。