JP2003013139A - 二次加工性に優れた高炭素継目無鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】二次加工性に優れた高炭素継目無鋼管の製造方
法を提案する。 【解決手段】Ｃ：0.8 〜1.2 ％、Si：2 ％以下、Mn：3
％以下、Cr：2 ％以下を含み、残部Feおよび不可避的不
純物からなる組成を有する継目無鋼管を素材鋼管とし
て、該素材鋼管に650 ℃以上Ａｃ₁ 変態点以下の範囲の
温度で、累積縮径率：20％以上となる絞り圧延を施し、
ついで球状化焼鈍を施す。これにより、球状化焼鈍時間
の短縮が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸受やブッシュ等
に好適な高炭素Cr鋼系継目無鋼管に係り、とくに二次加
工性の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炭素Cr系軸受鋼を素材とする継目無鋼
管は、従来から、冷間引抜、切削加工等の二次加工を経
て、軸受やブッシュ等の製品に加工されて使用されてき
た。高炭素Cr系軸受鋼は、熱間圧延ー放冷のままでは、
組織が初析セメンタイトとパーライトとの混合組織とな
り、硬さが350Hv 以上と高く、そのままでは、切削加工
や冷間引抜等の二次加工を施すことが困難である。その
ため、高炭素Cr系軸受鋼を素材とする継目無鋼管では、
鋼中の炭化物を球状化し、材料を軟化させるための焼鈍
（球状化焼鈍）を施すことが一般的である。しかし、こ
の球状化焼鈍は通常20時間以上という長時間の処理であ
り、生産性が極めて低い。またさらに、焼鈍中に脱炭や
スケールが発生し歩留が低下するため、脱炭やスケール
発生防止のため焼鈍雰囲気の調整が必要となり、製造コ
ストが高騰するという問題があった。このため、球状化
焼鈍の短時間化、あるいは球状化焼鈍の省略等が強く要
望されていた。

【０００３】このような要望に対し、例えば、特開平１
-283321 号公報には、粗圧延後の素管をＡr₁変態点より
低い温度領域に冷却し、ついでＡｃ₁ 変態点を超え850
℃以下の温度領域に再加熱した後仕上げ圧延し、しかる
のち球状化焼鈍する、軸受用継目無鋼管の製造方法が提
案されている。特開平１-283321 号公報に記載された技
術によれば、上記したような再加熱ー仕上げ圧延により
炭化物をある程度まで球状化でき、球状化焼鈍の時間を
６時間程度まで短縮できるとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１-283321 号公報に記載された技術では、圧延温度の制
御が難しく、球状化組織を最終的に安定して得ることが
困難であり、結果的に製品特性がばらつくという問題が
あった。そのため、球状化組織をより安定して得ること
が望まれていた。

【０００５】本発明は、上記した従来技術の問題を有利
に解決し、球状化焼鈍時間を短縮することが可能で、よ
り安定した球状化組織を得ることができ、結果的に製品
特性のばらつきの少ない、二次加工性に優れた高炭素継
目無鋼管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、上記した
課題を達成するために、高炭素Cr鋼系継目無鋼管におけ
る炭化物の球状化促進手段について、鋭意研究した。そ
の結果、650 ℃以上Ａｃ₁ 変態点以下の温度域で、累積
縮径率20％以上の絞り圧延を施すことにより、短時間球
状化焼鈍でも炭化物の球状化が可能であることを知見し
た。

【０００７】本発明は、上記した知見に基づいて、完成
されたものである。すなわち、本発明は、質量％で、
Ｃ：0.8 〜1.2 ％、Si：2 ％以下、Mn：3 ％以下、Cr：
2 ％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる
組成を有する継目無鋼管を素材鋼管として、該素材鋼管
に650 ℃以上Ａｃ₁ 変態点以下の温度範囲で、累積縮径
率：20％以上となる絞り圧延を施し、ついで球状化焼鈍
を施すことを特徴とする二次加工性に優れた高炭素継目
無鋼管の製造方法であり、また、本発明では、前記組成
に加えてさらに、Cu：２％以下、Ni：２％以下、Mo：２
％以下のうちの１種または２種以上を含有することが好
ましく、また、本発明では、前記各組成に加えてさら
に、Nb：１％以下、Ｖ：１％以下、Ti：１％以下、Ｂ：
0.01％以下、Sb：0.01％以下のうちの１種または２種以
上を含有することが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】まず、素材鋼管として、本発明で
使用する継目無鋼管の組成限定理由について説明する。
以下、組成に関する質量％は単に％で記す。 Ｃ：0.8 〜1.2 ％ Ｃは、硬さ増加に寄与する元素であり、本発明における
ような軸受やブッシュ等の用途で所望の硬さや耐摩耗性
を得るために、0.8 ％以上の含有を必要とする。一方、
1.2 ％を超える含有は、熱間加工性が低下するとともに
球状化組織の形成が阻害され、十分な製品特性を得るこ
とが困難となる。このため、本発明では、Ｃは0.8 〜1.
2 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.9 〜 1.1
％である。

【０００９】Si：2 ％以下 Siは、脱酸剤として作用するとともに、鋼の強度をも増
加させる元素であり、本発明では、0.1 ％以上含有する
ことが好ましいが、２％を超えて含有しても、強度の増
加は小さく逆に冷間加工性が低下する。このため、Siは
２％以下に限定した。なお、好ましくは 0.1〜 0.5％で
ある。

【００１０】Mn：3 ％以下 Mnは、脱酸剤として作用するとともに焼入れ性を向上さ
せる元素であり、本発明では、0.2 ％以上含有すること
が好ましい。一方、３％を越える含有は、冷間加工性、
被削性を劣化させる。このため、Mnは３％以下に限定し
た。なお、好ましくは 0.2〜 0.8％である。

【００１１】Cr：2 ％以下 Crは、固溶状態では焼入れ性を向上させるとともに、炭
化物を形成する元素であり、球状化組織を安定化させ、
耐摩耗性を向上させる。このような効果は、0.3 ％以上
含有すると顕著となるが、２％を超えると被削性が低下
するとともに、経済的にも不利となる。このため、Crは
２％以下に限定した。なお、好ましくは0.8 〜 1.6％で
ある。

【００１２】本発明では、上記した成分組成に加えて、
さらに、Cu：２％以下、Ni：２％以下、Mo：２％以下の
うちの１種または２種以上、および／またはNb：１％以
下、Ｖ：１％以下、Ti：１％以下、Ｂ：0.01％以下、S
b：0.01％以下のうちの１種または２種以上を含有でき
る。Cu：２％以下、Ni：２％以下、Mo：２％以下のうち
の１種または２種以上 Cu、Ni、Moは、いずれも延性を損なうことなく、強度を
向上させることができる有用な元素であり、必要に応じ
選択して含有できる。このような効果は、いずれも 0.1
％以上の含有で顕著に認められるが、２％を超えて含有
しても効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待でき
ず、経済的に不利になるほか、鋼の熱間加工性および冷
間加工性を低下させる。このため、Cu：２％以下、Ni：
２％以下、Mo：２％以下に限定することが好ましい。

【００１３】Nb：１％以下、Ｖ：１％以下、Ti：１％以
下、Ｂ：0.01％以下、Sb：0.01％以下のうちの１種また
は２種以上 Nb、Ｖ、Ti、Ｂ、Sbは、いずれも靭性向上に有効な元素
であり、必要に応じ選択して含有できる。Nb：0.01％以
上、Ｖ：0.01％以上、Ti：0.005 ％以上、Ｂ：0.0005％
以上、Sb：0.0005％以上の含有で効果が顕著となるた
め、それぞれNb：0.01％以上、Ｖ：0.01％以上、Ti：0.
005 ％以上、Ｂ：0.0005％以上、Sb：0.0005％以上含有
することが好ましい。一方、Nb：１％、Ｖ：１％、Ti：
１％、Ｂ：0.01％、Sb：0.01％を超える含有は、靭性向
上の効果は飽和するうえ、耐疲労特性、熱間加工性が劣
化する。このため、Nb：１％以下、Ｖ：１％以下、Ti：
１％以下、Ｂ：0.01％以下、Sb：0.01％以下に限定する
ことが好ましい。

【００１４】上記した成分以外の残部はFeおよび不可避
的不純物である。なお、不純物として、Ｐ：0.03％以
下、Ｓ：0.01％以下、Ｏ：0.01％以下が許容できる。 Ｐ：0.03％以下 Ｐは、耐疲労特性を劣化させる元素であり、できるだけ
低減することが好ましい。本発明では、0.03％まではそ
の影響が比較的少ないため、0.03％までは許容できる。
なお、より高い耐疲労特性が要求される場合には、0.02
％以下とすることが望ましい。

【００１５】Ｓ：0.01％以下 Ｓは、鋼中で非金属介在物とし、耐疲労特性を低下させ
る元素であり、本発明ではできるだけ低減することが望
ましいが、0.01％以下に低減すれば、影響が少なくなる
ため、Ｓは0.01％までは許容できる。 Ｏ：0.01％以下 Ｏは、酸化物系介在物を低減し、清浄度を低減する意味
から、また耐疲労特性を向上させる意味からもできるだ
け低減することが好ましい。本発明では、0.01％以下に
低減すれば、その影響が少なくなるため、0.01％までは
許容できる。

【００１６】次に、本発明の継目無鋼管の製造方法につ
いて説明する。本発明では、上記した組成を有する継目
無鋼管を素材鋼管として用いるが、この素材鋼管の製造
手段はとくに限定されない。素材鋼管は、鋼管素材を加
熱し、通常の継目無鋼管製造工程である、マンネスマン
穿孔機で穿孔し、プラグミル方式、マンドレルミル方式
等の傾斜圧延方式ミルを用いて熱間圧延し、所定の寸法
の継目無鋼管とする製造工程で製造されることが好まし
い。なお、鋼管素材は、上記した組成の溶鋼を、転炉、
電気炉等の通常公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造法あ
るいは鋼塊ー分塊圧延により製造することが好ましい。

【００１７】上記した組成を有する素材鋼管を650 ℃以
上Ａｃ₁ 変態点以下の範囲の温度に再加熱し、その温度
域で累積縮径率：20％以上となる絞り圧延を施し、所定
の寸法の継目無鋼管（製品管）とする。このような絞り
圧延により、基地（マトリックス）中のセメンタイト
（炭化物）が加工分断されるとともに、基地（マトリッ
クス）中に加工歪が蓄積される。このため、その後の球
状化焼鈍において炭化物の球状化が促進され、球状化焼
鈍の短縮が可能となる。なお、好ましくは、絞り圧延温
度は 670℃〜Ａｃ₁ 変態点である。

【００１８】絞り圧延温度が、650 ℃未満では、圧延荷
重が大きくなり絞り圧延が困難となり、また、加工硬化
が大きく、加工性が低下するという問題がある。また、
絞り圧延温度が、Ａｃ₁ 変態点を超えると、加工歪の導
入が不十分となり、そのため、その後の球状化焼鈍にお
ける炭化物球状化が促進されず、球状化焼鈍時間を短縮
することができない。

【００１９】なお、素材鋼管の製造が温間または熱間で
行われ、絞り圧延の前の再加熱を施さなくともその時点
で650 ℃を超える高い温度を保有している場合には、一
旦650 ℃以下に冷却したのち、再加熱処理を施さなけれ
ばならない絞り圧延は、累積縮径率：20％以上とする。
累積縮径率が20％未満では、炭火物の分断が達成でき
ず、また加工歪の蓄積も少なく、その後の焼鈍時に炭化
物の球状化が促進されにくい。このため、本発明では累
積縮径率を20％以上に限定した。なお、累積縮径率の上
限は、圧延工具へ負荷の観点から90％とすることが好ま
しい。なお、より好ましくは30〜80％である。また、更
なる冷間加工性向上の観点からは、670 ℃〜Ａｃ₁ 変態
点の温度域における累積縮径率を50〜80％以上とするこ
とが好ましい。

【００２０】なお、絞り圧延終了後の冷却速度は特に限
定しないが、加工歪を累積させる観点から放冷以上の速
度で冷却することが好ましい。また、絞り圧延には、レ
デューサーと称される複数の孔型圧延機をタンデムに配
列した圧延機列を使用することが好ましい。本発明で
は、上記した絞り圧延後、ついで球状化焼鈍を施す。本
発明においては、球状化焼鈍条件は特に限定されない
が、一般的な条件として、焼鈍温度： 770〜 820℃に加
熱後、670 ℃以下までを冷却速度30℃／ｈ以下にて冷却
する条件が好ましい。

【００２１】本発明範囲内の製造条件であれば、上記し
た短時間の球状化焼鈍でも、十分な球状化を達成でき軟
化して、切削加工、冷間引抜加工等の二次加工性が顕著
に向上する。

【００２２】

【実施例】表１に示す組成の鋼管素材を、マンネスマン
穿孔機で穿孔し、マンドレルミル方式の圧延ミルを用い
て熱間圧延し、各種サイズの継目無鋼管とし、素材鋼管
とした。これら素材鋼管に、表２に示す条件で、加熱・
絞り圧延を施し、表２に示すサイズの製品鋼管とした。

【００２３】得られた製品鋼管から、試験片を採取し、
圧延ままの硬さ（Ｈｖ）を測定した。ついで、得られた
製品鋼管に、図１に示す焼鈍パターンの球状化焼鈍を施
した。焼鈍後、試験片を採取し、断面の硬さ（Ｈｖ）測
定、および被削性の評価を実施した。

【００２４】硬さ測定は、同じロットから５本の製品鋼
管を抜き取って、それぞれの製品鋼管の内側表面および
外側表面から肉厚方向に１mmの位置で各３点および肉厚
中央の位置で３点、計９点測定し、その平均値をその製
品鋼管の硬さとした。また、同一ロットの５本の製品鋼
管のそれぞれの平均値のうち、最低値と最大値からばら
つきを評価した。

【００２５】また、被削性試験は、使用工具をＳＫＨ４
として、切込量：0.5mm 、送り：0.25mm／rev 、周速50
ｍ／分として、無潤滑下で実施した。そして、切削が不
能となるまでの時間が10分以上のものを被削性良好10分
未満のものを被削性不良として被削性を評価した。ま
た、炭化物の球状化の程度を測定した。10000 倍の走査
型電子顕微鏡で観察した炭化物 100〜200 個について、
画像解析装置を用いて、炭化物の長軸と短軸との比（ア
スペクト比）をもとめ、アスペクト比が２以上のものが
15％以上ある場合には球状化せずと判定した。

【００２６】得られた結果を表２に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】本発明例は、いずれも短時間の球状化焼鈍
処理によっても、炭化物の球状化が促進され硬さが低下
し、焼鈍後の硬さばらつきも少なく十分軟化し、被削性
も良好であり、二次加工性に優れた継目無鋼管となって
いる。これに対し、本発明の範囲から外れた比較例で
は、硬さの低下が十分でなく、被削性も良好とはいえ
ず、二次加工性が低下した製品管となっている。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
球状化焼鈍時間の短縮が可能であり、さらに、製品特性
のばらつきも少なく、二次加工性に優れた高炭素継目無
鋼管を、安価にまた生産性を低下させることなく製造す
ることが可能になり、産業上格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における球状化焼鈍の焼鈍パターンを示
す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 光男 愛知県半田市川崎町１丁目１番地 川崎製 鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者 河端 良和 愛知県半田市川崎町１丁目１番地 川崎製 鉄株式会社知多製造所内 Ｆターム(参考） 4K032 AA02 AA06 AA07 AA11 AA12 AA14 AA15 AA16 AA17 AA19 AA20 AA22 AA23 AA24 AA31 AA32 AA35 AA36 BA03 CA01 CB01 CB02 CC02 CF02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、 Ｃ：0.8 〜1.2 ％、 Si：2 ％以下、 Mn：3 ％以下、 Cr：2 ％以下、 を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有
   する継目無鋼管を素材鋼管として、該素材鋼管に650 ℃
   以上Ａｃ₁ 変態点以下の温度範囲で、累積縮径率：20％
   以上となる絞り圧延を施し、ついで球状化焼鈍を施すこ
   とを特徴とする二次加工性に優れた高炭素継目無鋼管の
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記組成に加えてさらに、Cu：２％以
   下、Ni：２％以下、Mo：２％以下のうちの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に記載の二
   次加工性に優れた高炭素継目無鋼管の製造方法。
3. 【請求項３】 前記組成に加えてさらに、Nb：１％以
   下、Ｖ：１％以下、Ti：１％以下、Ｂ：0.01％以下、S
   b：0.01％以下のうちの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または２に記載の二次加工性
   に優れた高炭素継目無鋼管の製造方法。