JP2001179325A - 熱間圧延線材の徐冷方法及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間圧延線材の製造において、従来では軟質
化に必要な条件である引っ張り強度、平均冷却速度の関
係を考慮してなかった。 【解決手段】 軟質化に必要な条件である圧延材の引っ
張り強度、徐冷開始前のオーステナイト粒度番号および
平均冷却速度の関係を見出して徐冷するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延線材の徐
冷方法に関するものであり、より詳細には、炭素鋼、強
靱鋼、ボロン鋼などの熱間圧延後の冷却コンベア上のコ
イルの冷却速度を、線材の成分、徐冷開始時のオーステ
ナイト粒径、線径、リングピッチ、徐冷カバーの温度を
制御することによって、直接軟質化を可能にする製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延後のコイルを徐冷することによ
って直接軟質化するために、冷却コンベア上に徐冷カバ
ーをかける、コイルを層厚にするなどは一般的に行われ
ている。しかし、単にこれらの方法で徐冷しただけで
は、十分に冷却速度が遅くならず、望み通りの軟質化は
できなかった。特公昭５６−２８９７３では、コイルの
周囲に輻射制御帯を設置し、コイルに輻射熱を与えて徐
冷を実現して軟質化している。しかし、設備が非常に大
掛かりで、コストが高くなってしまう問題点があった。
また、目標強度によっては必要以上に遅い徐冷速度にな
ってしまい、熱エネルギーが無駄になるだけでなく、処
理時間が長いために生産性も悪くなる欠点があった。

【０００３】そこで、本出願人は特開平１０−１９２９
４８号公報で開示した熱間圧延線材の徐冷方法および徐
冷装置を提案した。すなわち、「熱間圧延後の線材を層
厚コイルに形成しつつコンベア上に載置し、加熱ヒータ
を有する徐冷カバーの包囲環境に前記コンベアを介して
層厚コイルを通過させて徐冷する方法において、コンベ
アの長手方向の複数箇所でコンベア上の層厚コイルにお
ける線材疎部の温度を計測し、該計測値とコンベア移送
速度とから実際の冷却速度を算出し、この実際の冷却速
度と目標冷却速度とを対比し、その偏差に基づいて加熱
ヒータの出力をコンベア長手方向で制御することを特徴
とする熱間圧延線材の徐冷方法。」および「熱間圧延さ
れた線材の層厚コイルとして載置移送するコンベアと、
加熱ヒータを有していて前記層厚コイルの移送経路を包
囲する徐冷カバーと、を備え、熱間圧延された線材を引
き続き冷却する装置において、コンベア上の層厚コイル
における線材疎部に相対する上部内面に備えている加熱
ヒータをコンベアの長手方向で個別に温度制御可能とし
て設置し、コンベア上の層厚コイルにおける線材疎部の
温度を計測する測温計をコンベアの長手方向の複数箇所
に設け、該測温計による計測値とコンベア移送速度とか
ら実際の冷却速度を算出する第１処理部と、この第１処
理部による実際の冷却速度と目標冷却速度とを対比する
第２処理部と、この第２処理部による偏差に基づいて加
熱ヒータの出力をコンベア長手方向で制御する第３処理
部と、を備えていることを特徴とする熱間圧延線材の徐
冷装置。」を提案した。

【０００４】しかしながら、これら従来例においては、
軟質化に必要な条件すなわち、圧延材の引っ張り強度、
徐冷開始前のオーステナイト粒度番号と、７５０℃から
６５０℃の間の平均冷却速度の関係を考慮したものでは
なかった。本発明は、こうした状況のもとでなされたも
のであり、本発明者等は、軟質化に必要な条件を鋭意検
討した結果、圧延材の引っ張り強度、徐冷開始前のオー
ステナイト粒度番号と、７５０℃から６５０℃の間の平
均冷却速度の関係を見出すことによって、鋼線材の熱間
圧延において、必要な強度の軟化線材をインライン（オ
ンライン）で、効率的に製造するための有効な製造方法
（徐冷方法）を提供することが目的である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明の
熱間圧延機材の徐冷方法は、熱間圧延後の線材をコイル
状に形成してコンベア上に載置して冷却させる工程にお
いて、以下の式（１）〜（４）を満足するようにコンベ
ア上のコイルの線径とリングピッチ、徐冷カバーの温度
を調節することを特徴とするものである。

【０００６】

【数７】

【０００７】ただし、

【０００８】

【数８】

【０００９】

【数９】

【００１０】

【数１０】

【００１１】ｘはＢを含有する場合は１、しない場合は
０、各元素単位は重量％ ＴＳ：製品の引っ張り強度（ＭＰａ）、φ：線径（ｍ
ｍ）、ＲＰ：コンベア上のコイルのリングピッチ（ｍ
ｍ） Ｔｃｏｖ：コンベアの徐冷カバーのコイル側表面温度
（℃） 請求項２に係る本発明の徐冷方法は、請求項１に加え
て、以下の式（５）（６）を満足するようにコンベア上
のコイルの線径とリングピッチ、徐冷カバーの温度を調
節することを特徴とするものである。

【００１２】

【数１１】

【００１３】ただし、

【００１４】

【数１２】

【００１５】更に、請求項１又は２による請求項３に係
る本発明の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．２５〜０．
５％、Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：
０．２〜２．０、さらにＣｒ：２．０％以下（０を含ま
ない）、Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、Ｎ
ｉ：３％以下（０％を含まない）、Ｂ：０．０１％以下
（０％を含まない）、Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｔ
ｉ：０．００１〜０．１％、ｖ：０．００１〜０．５％
の１種または２種以上、不可避不純物および鉄からなる
組成を有する鋼線材を対象とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明者等は、軟質化に必要な条
件を鋭意検討した結果、圧延材の引っ張り強度（Ｔ
Ｓ）、徐冷開始前のオーステナイト粒度番号（γＧＳ）
と、７５０℃から６５０℃の間の平均冷却速度ＣＲが次
の関係で表されることを見出した。すなわち、 ＣＲ＝ｇ（Ｄｉ，ＴＳ） ただし、

【００１７】

【数１３】

【００１８】

【数１４】

【００１９】ｘはＢを含有する場合は１、しない場合は
０、各元素単位は重量％である。これは種々の鋼種を用
い、熱間加工再現試験装置によって以下の実験により見
出した結果である。この装置は、φ８×１２ｍｍの円筒
状に加工した試料を油圧パンチの間に挟み、高周波加熱
装置によって温度制御できるようにしたものである。任
意の温度、圧下率で熱間加工を行い、任意の冷却速度を
制御できる。実験は（図１）の試験パターンで加工・徐
冷し、試験後の試料にビッカース硬さを測定した。ビッ
カース硬さＨｖから、ＴＳへは、ＴＳ（ＭＰａ）＝３．
６Ｈｖにより換算して上式を得た。

【００２０】軟質化線材として必要な引っ張り強度ＴＳ
に対し、圧延後の徐冷速度をこの式で求められるＣＲ以
下にすれば良い。いたずらに徐冷速度を落として、処理
時間を長くする必要はない。７５０℃から６５０℃の間
の平均冷却速度としたのは、徐冷中のオーステナイトか
らフェライト＋パーライトへの変態が主にこの温度域で
おこり、軟質化のために最も影響がある温度域だからで
ある。一方、徐冷コンベア上でのコイルの冷却速度を詳
細に調べたところ、線径φ、リングピッチＲＰ、徐冷カ
バーのコイル側表面温度Ｔｃｏｖと徐冷速度の間に、次
の関係がある事を見出した。 コイル疎部：

【００２１】

【数１５】

【００２２】コイル密部：

【００２３】

【数１６】

【００２４】Ｔｃｏｖは、特別の加熱装置を用いる事な
く、コイルから輻射熱で高温にしても、電熱線などによ
り加熱して高温にしてもいずれでも良い。コイルの疎部
から最も徐冷速度が速く、この部分の冷却速度を上式の
ＣＲ以下にすれば、必要なＴＳが得られる事が判明し、
以下の式を満足にするように徐冷すれば良い事を見出し
た。 ＣＲ＞ｆｃ（φ、ＲＰ、Ｔｃｏｖ） ところが、この条件で徐冷を行うとコイル密部の徐冷速
度が極度に遅くなるために、処理時間が非常に長くなっ
て生産効率を落としてしまう場合がある。コイル密部の
冷却速度を詳細に検討した結果、以下の式を満足するよ
うにすれば良いことを見出した。

【００２５】

【数１７】

【００２６】但し、ｆｄは７５０℃から７００℃におけ
るコイル密部の徐冷速度である。コイル密部の場合、徐
冷速度の速い疎部に比べてより高い温度でフェライト＋
パーライト変態が起こるため、軟質化のために重要な温
度域はより高温側にあり、７５０℃から７００℃の範囲
である。徐冷速度が０．０５℃／ｓを下回ると、この５
０℃の温度域を徐冷するために必要な時間が１０００秒
を超えるようになり、処理時間が非常に長くなる。この
ためには徐冷コンベアの長さを非常に長くする必要があ
り、現実的には実現不可能である。

【００２７】本発明は、軟質化が必要な鋼種に関して広
く適用できるが、以下の成分の場合にも効果が期待でき
る。 Ｃ：０．２５〜０．５％ Ｃは強制付与元素であり、０．２５％以下では最終的に
使用されるときに十分な強度が得られない。０．５％を
超えると、靱性が劣化するためにこれを上限とする。 Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない） Ｓｉは脱酸材として添加されるが、多量に添加すると部
品形状に成形する冷間加工の段階での加工性が悪化する
ため、上限を０．５％とする。 Ｍｎ：０．２〜２．０ Ｍｎは脱酸、脱硫材および焼き入れ性向上元素として添
加されるが、その効果を発揮させるためには０．２％以
上の添加が必要である。しかし、添加量が過剰になると
固溶強化のために冷間加工性や靱性の悪化を招くため、
上限を２．０％とする。

【００２８】本発明の鋼線材における基本的な化学成分
は上記の通りであり、残部は不可避不純物からなる。必
要によってＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖを添
加することも有効である。 Ｃｒ：２．０％以下（０を含まない） Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない） Ｎｉ：３％以下（０％を含まない） Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない） これらは焼き入れ性確保に有効であるが、過剰に含有さ
せると冷間鍛造性や靱性を劣化させるので上限をそれぞ
れ２．０、１．０、３．０、０．０１％とする必要があ
る。なお、これらの元素の上記効果は上記範囲内でその
含有量を増加させるとともに大きくなるが、上記効果を
発揮させるためには、Ｃｒ：０．１％以上、Ｍｏ：０．
００５％以上、Ｎｉ：０．１％以上、Ｂ：０．０００５
％以上が望ましい。 Ｎｂ：０．００１〜０．１％ Ｔｉ：０．００１％〜０．１％ Ｖ：０．００１〜０．５％ これらは、最終製品の強度を析出強化によってアップさ
せるとともに、圧延中のオーステナイトの再結晶・粒成
長を抑制することにより、徐冷開始前のオーステナイト
の微細化し、軟質化に必要な徐冷速度をアップさせる効
果を持つ。しかし、添加量が０．００１％以下ではこれ
らの効果が得られず、冷間加圧性や靱性を悪化させるた
めにＮｂ、Ｔｉ、Ｖそれぞれ０．１、０．１、０．５％
を上限とする。

【００２９】なお、これらの成分以外にも本発明の鋼線
材にはその特性を阻害しない範囲の微量成分も含みうる
ものであり、こうした鋼線材も本発明の技術的範囲に含
まれるものである。以下、本発明を実施例によってさら
に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性
質のものではなく、前・後記の趣旨に特徴して設計変更
することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるもの
である。

【００３０】

【実施例】下記の実施例に示す実験（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．
１３）を行った。この実験の鋼種を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１の鋼種を用いて、実際の線材圧延ライ
ンでコンベア上での徐冷速度と徐冷条件の関係を調べ
た。これを表２，表３に示している。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】各鋼種に対し、軟質化の目標ＴＳをおく
と、γＧＳと目標ＴＳから、適正徐冷速度ｇ（Ｄｉ、Ｔ
Ｓ）が求まる。コンベア上のコイル疎部・密部の各冷却
速度ｆｃ（φ、ＲＰ、Ｔｃｏｖ）、ｆｄ（φ、ＲＰ、Ｔ
ｃｏｖ）が、ｇ（Ｄｉ、ＴＳ）＞ｆｃ（φ、ＲＰ、Ｔｃ
ｏｖ）、かつｆｄ（φ、ＲＰ、Ｔｃｏｖ）＞０．０５と
なるように線径φ、リングピッチＲＰ、徐冷カバー温度
Ｔｃｏｖを調整した場合が実施例１〜１３である。リン
グピッチは、圧延線材、コンベア速度で調整した。徐冷
カバーは、電熱線のヒーターが組み込まれたカバーを使
用し、温度を調節した。ｆｃ、ｆｄの実際の値は、サー
モビュア（ＪＥＯＬ製 ＪＴＧ−６１００型）を用いて
コイル温度を測定して求めた。線材ＴＳは、圧延コイル
の長手方向中央付近から、５巻をサンプル採取し、リン
グを１６等分して引っ張り試験を行い、その最大値を求
めた。軟質化の場合、ＴＳの平均値よりも最高値が問題
になるためである。

【００３６】実施例ではいずれも、ｆｃ、ｆｄいずれも
計算値と実測値が良く一致し、ＴＳ測定値も目標値以下
になっている。一方、比較例１、２はいずれもｇ＜ｆｃ
となるような徐冷条件に意図的に設定した例で、いずれ
も測定ＴＳが目標ＴＳを上回っている。比較例３、４
は、ｆｄ＜０．０５となるような徐冷条件に設定した例
であり、ｇ＜ｆｃとなるために測定ＴＳは目標ＴＳ以下
になるが、密部徐冷速度が実測値でもｆｄ＜０．０５と
なっており、非常に遅く、効率が悪い。

【００３７】

【発明の効果】以上のように構成された本発明によれ
ば、鋼線材の熱間圧延において、必要な強度の軟化線材
をインライン（オンライン）で、効率的に製造する製造
方法を実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験パターンを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富山 浩行 兵庫県神戸市灘区灘浜東町２番地 株式会 社神戸製鋼所神戸製鉄所内 (72)発明者 家口 浩 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱間圧延後の線材をコイル状に形成して
   コンベア上に載置して冷却させる工程において、以下の
   式（１）〜（４）を満足するようにコンベア上のコイル
   の線径とリングピッチ、徐冷カバーの温度を調節するこ
   とを特徴とする熱間圧延線材の徐冷方法。 【数１】 ただし、 【数２】 【数３】 【数４】 ｘはＢを含有する場合は１、しない場合は０、各元素単
   位は重量％ ＴＳ：製品の引っ張り強度（ＭＰａ）、φ：線径（ｍ
   ｍ）、ＲＰ：コンベア上のコイルのリングピッチ（ｍ
   ｍ） Ｔｃｏｖ：コンベアの徐冷カバーのコイル側表面温度
   （℃）
2. 【請求項２】 熱間圧延後の線材をコイル状に形成して
   コンベア上に載置して冷却させる工程において、以下の
   式（５）（６）を満足するようにコンベア上のコイルの
   線径とリングピッチ、徐冷カバーの温度を調節すること
   を特徴とする請求項１に記載の熱間圧延線材の徐冷方
   法。 【数５】 ただし、 【数６】
3. 【請求項３】 重量％で、Ｃ：０．２５〜０．５％、Ｓ
   ｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．２〜
   ２．０、さらにＣｒ：２．０％以下（０を含まない）、
   Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：３％以
   下（０％を含まない）、Ｂ：０．０１％以下（０％を含
   まない）、Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．０
   ０１〜０．１％、ｖ：０．００１〜０．５％の１種また
   は２種以上、不可避不純物および鉄からなる組成を有す
   る鋼線材を対象とする請求項１または２に記載の徐冷方
   法による熱間圧延線材の製造方法。