JP2003129176A - 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、および軸受部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 球状化焼鈍処理等の熱処理を省略したとして
も熱間圧延のままで伸線加工性に優れた線状または棒状
鋼、および該線状または棒状鋼を用いて得られる軸受部
品を提供する。 【解決手段】Ｃ：０．８〜１．３％（質量％の意味、以
下同じ）を含有し、初析セメンタイトのアスペクト比
（長径／短径の比）は１０以下で、且つ、短径は２μｍ
以下であり、該初析セメンタイトに囲まれた領域の平均
径が２０μｍ以下である線状または棒状鋼である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、伸線前の熱処理
（球状化焼鈍）が省略可能であり、熱間圧延のままで優
れた伸線加工性を有する軸受鋼等の線状または棒状鋼
（以下、鋼と略記する場合がある）、及び該鋼を用いて
得られる軸受部品に関するものである。本発明鋼は、引
張強度が約９００〜１４００ＭＰａ，絞り値が２０％以
上を満足するものであり、特に軸受用のレースやボール
等に使用される線状または棒状鋼として有用である。

【０００２】

【従来の技術】軸受用部品等の機械部品は、主にＣ：
０．８％以上の高炭素鋼を熱間圧延により線材とし、酸
洗や機械的処理により脱スケールした後、熱処理（焼鈍
処理）を施し、伸線加工を行ってから球状化焼鈍し、冷
間ヘッダーなどにより所定の形状に成形する等して製造
されている。即ち、伸線加工する前には、軟化焼鈍等の
熱処理を行うというのが現状の工程であった。

【０００３】ところが上記熱処理には、数時間〜数十時
間の長時間を要するという問題を抱えている。そこで、
生産性の向上や省エネルギー対策、ひいてはコストの低
減化を目的として、球状化焼鈍処理等の熱処理の省略が
可能な伸線加工性に優れた線状または棒状鋼の開発が進
められている。

【０００４】しかしながら、伸線加工前の焼鈍処理を省
略すると、伸線時に断線や焼付け等の問題が生じる。こ
れは、Ｃ：０．８％以上の高炭素鋼（過共析鋼）では、
圧延時の冷却過程で初析セメンタイトが発生し、延性が
著しく劣化して伸線加工性が低下する為である。従っ
て、伸線加工性に悪影響を及ぼす初析フェライトをうま
く制御しつつ、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提供が切望されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであり、その目的は、球状化焼鈍処
理等の熱処理を省略したとしても熱間圧延のままで伸線
加工性に優れた線状または棒状鋼、および該線状または
棒状鋼を用いて得られる軸受用レースやボールなどの軸
受部品を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し得た本
発明に係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（圧延後の鋼線または鋼棒を意味
する）は、Ｃ：０．８〜１．３％（質量％の意味、以下
同じ）を含有し、初析セメンタイトのアスペクト比（長
径／短径の比）は１０以下で、且つ、短径は２μｍ以下
であり、該初析セメンタイトに囲まれた領域の平均径が
２０μｍ以下であるところに要旨を有するものである。

【０００７】上記鋼において、Ｓｉ：１．０％以下（０
％を含まない），Ｍｎ：２．０％以下（０％を含まな
い）を含有するもの；更に、Ｃｒ：２．０％以下，及び
／又はＭｏ：０．５％以下を含有するものは、いずれも
好ましい態様である。

【０００８】上記線状または棒状鋼は、軸受用素材とし
て用いられることが好ましく、この様な鋼を伸線し、加
工する等して得られる軸受部品も本発明の範囲内に包含
される。

【０００９】更に上記課題を解決し得た本発明の線状ま
たは棒状鋼を製造する方法は、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で冷却するところ
に要旨を有するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】前述した通り、軸受用線材等に代
表される線状または棒状鋼を、伸線前の熱処理を省略し
て熱間圧延のままで伸線加工することは困難であった。
その主な理由は、圧延線材において旧オーステナイト粒
界に沿って初析セメンタイトがネット状に析出し、粒界
強度が極端に低くなって延性が乏しくなる為であり、そ
の結果、熱処理を施すこと無しに伸線加工すると、断線
する等の弊害が生じていた。そこで本発明者らは、熱間
圧延のままで伸線加工性に優れた鋼を提供すべく、特に
伸線過程で延性を劣化させている初析フェライトの形状
を改善するという観点から、鋭意検討してきた。

【００１１】その結果、以下の知見に基づき、本発明を
完成した。

【００１２】伸線前の熱処理を省略する為には、圧延
材の延性（絞り値）を、少なくとも２０％以上にまで高
めることが必要であること。

【００１３】その為には、初析セメンタイトを析出さ
せない様に圧延後の冷却過程を制御するのではなく、
「初析セメンタイトは発生するが、伸線時の延性に悪影
響を及ぼさない形状に制御する」べく圧延条件等を制御
することが有用であること。

【００１４】具体的には、初析セメンタイトのアスペ
クト比（長径／短径の比）を１０以下、且つ、短径を２
μｍ以下に制御すると共に、上記初析セメンタイトに囲
まれた領域の平均径を２０μｍ以下に制御することによ
り、圧延線材の延性が著しく高められ（絞り値で２０％
以上）、伸線加工性が向上すること。

【００１５】この様な組織を得る為には、熱処理条件
を制御することが必要であり、特に熱間圧延での仕上圧
延温度及び冷却開始温度を低く制御すると共に、該冷却
開始温度から６００℃の範囲における平均冷却速度を適
切に制御することが有用であることを見出し、本発明を
完成した。

【００１６】以下、本発明を構成する各要件について説
明する。

【００１７】初析セメンタイトのアスペクト比（長径／
短径の比）：１０以下、且つ、短径：２μｍ以下 本発明では、伸線前の延性向上の方法として、初析セメ
ンタイトを、従来の如く「旧オーステナイト粒界に沿っ
てネット状に粗大に析出した」形態とするのではなく、
「微細に分断された」形態に制御することとした。その
具体的指標として、初析セメンタイトのアスペクト比を
１０以下、且つ、短径を２μｍ以下に定めた。初析セメ
ンタイトのアスペクト比を１０以下に規定したのは、こ
れよりもアスペクト比が長くなると、初析セメンタイト
の界面で亀裂が発生する等の問題があるからである。ま
た、初析セメンタイトの短径を２μｍ以下に規定したの
は、短径が大きくなり過ぎると、後の球状化焼鈍工程で
粗大化して残留し、性能が劣化する為である。好ましく
は初析セメンタイトのアスペクト比は５以下であり、短
径は１μｍ以下である。これら初析セメンタイトのアス
ペクト比及び短径は小さければ小さい程、好ましい。

【００１８】即ち、本発明における初析セメンタイトの
形状は、微細で球状化しているものが好ましく、これに
より、たとえ、旧オーステナイト粒界に沿って初析セメ
ンタイトが析出したとしても、当該初析セメンタイトは
分断されているので、亀裂の進展速度が遅くなり、延性
が向上するものと考えられる。

【００１９】上記セメンタイトの短径／長径は、圧延し
た線材等を走査電子顕微鏡（倍率５０００倍、視野面積
０．０２ｍｍ²）で観察し、撮影した写真から、個々の
初析セメンタイトの長径（最も長い径）及び短径（最も
短い径）を測定して求め、平均値を算出したものであ
る。

【００２０】初析セメンタイトに囲まれた領域の平均
径：２０μｍ以下 更に本発明では、上記初析セメンタイトの形状制御に加
え、初析セメンタイトに囲まれた領域の平均径２０μｍ
以下に抑制することが必要である。上記領域の平均径が
２０μｍを超えると、旧オーステナイト粒界の面積が減
少し、当該粒界へ働く応力が集中する為、延性が低下す
る等の問題がある。従って、本発明では、これら両方を
制御することによって始めて、伸線前の圧延材の絞り
（延性の指標）を、安定して、２０％以上にまで著しく
高めることができたのである。好ましくは上記領域の平
均径は１５μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下であ
る。

【００２１】ここで、上記初析セメンタイトに囲まれた
領域の平均径は、以下の様にして測定する。まず、圧延
した線材等を光学顕微鏡（倍率４００倍）で観察し、撮
影した写真から、初析セメンタイトに囲まれた領域を特
定する。この領域の最大長径及び最小短径を測定し、平
均値を算出する。同様にして、任意に選定した１０個の
領域について平均値を夫々算出する。本発明では、これ
ら１０個の領域の平均値を平均したものを、「初析セメ
ンタイトに囲まれた領域の平均径」と定めた。

【００２２】尚、本発明と同様、初析セメンタイトに着
目し、球状化焼鈍処理を省略したとしても伸線加工性に
優れた鋼を製造する方法は、これまでにも提案されてい
るが、従来の方法は、いずれも「延性向上に有害な初析
セメンタイトを析出させずに制御しよう」という観点か
らのみ、アプローチされているものであり、本発明の如
く、「微細な初析セメンタイトをできるだけ多く析出さ
せ、且つ、上記初析セメンタイトに囲まれた領域の平均
径を抑制しよう」という独自の技術的思想は開示も示唆
もされていない。

【００２３】例えば特開平８−２６００４６には、本
発明と同様、熱処理を施すことなく熱間圧延のままで伸
線加工性に優れた軸受鋼等の高炭素鋼線材の製造方法が
開示されている。これによれば、所定の成分組成をする
鋼を熱間圧延した後、５５０〜７００℃までの範囲まで
冷却速度８〜２０℃／秒で急冷した後、４００℃までの
温度範囲を平均冷却速度０．５〜２℃／秒で冷却するこ
とにより、初析セメンタイトの面積率を３％以下、大き
さを３μｍ以下に制御することができ、その結果、初析
セメンタイトの析出粗大が防止され、マルテンサイトの
発生を完全に抑制できる旨記載されている。

【００２４】しかしながら、本発明者らが検討したとこ
ろ、上記の如く、冷却開始温度から５５０〜７５０℃ま
での範囲まで急冷すると、初析セメンタイトは微細にな
り、当該初析セメンタイトの生成も減少するが、過冷組
織が生成する為、所望の延性レベルを確保できないのみ
ならず、その後の伸線過程で断線する恐れもあることが
分かった。

【００２５】また、特開平９−２６３８８７には、パ
ーライト組織中の初析セメンタイトの面積率が３％以
下、大きさが３μｍ以下に制御されたＢ含有高炭素クロ
ム軸受鋼線材が開示されている。これは、鋼中にＢを添
加することにより変態を促進させ、熱間圧延の際に圧延
後の冷却過程において発生する伸線加工性に有害な初析
セメンタイトの生成を減少させ、熱間圧延のままで極め
て優れた伸線加工性を有する線材を提供しようというも
のであり、Ｂ添加以外、前記の公報と同じ思想を有す
るものである。

【００２６】即ち、いずれの公報においても、「延性向
上に有害な初析セメンタイトを微細化し、当該初析フェ
ライトの面積率を少なくする」為に、鋼中成分や熱処理
条件を制御するものであり、「微細な初析セメンタイト
をできるだけ多く析出させる」（換言すれば、「上記初
析セメンタイトの面積率をできるだけ多くする」）本発
明とは、延性向上のアプローチが全く異なる技術であ
る。しかも、上記公報には、この様な初析フェライトに
よって囲まれた領域の平均径を抑制しようという思想は
ない。実際のところ、上記及びの熱処理条件を精査
しても、本発明の如く、仕上圧延温度や冷却開始温度を
低めに制御するという記載は一切なく、また、冷却開始
温度から約５００℃までの範囲を８〜２０℃／ｓで急冷
している為、本発明で意図する組織を得ることはできな
いこと；更に得られた線材の特性についても、延性は高
められるものの、硬さ（ＴＳ）も高くなり、その結果、
割れが発生する場合があること等を、実験により確認し
ている。

【００２７】次に、この様な組織を得る為の好ましい鋼
中成分について説明する。

【００２８】Ｃ：０．８〜１．３％ Ｃは、鋼材の必要強度を付与するために必須の元素であ
る。特に軸受鋼線材では、疲労寿命向上の目的で炭化物
量を増加させることが必要であり、その為に、０．８％
以上添加する。一方、１．３％を超えると、熱間圧延後
の冷却過程において、初析セメンタイトを所望の形状に
制御することが困難である。

【００２９】Ｓｉ：１．０％以下（０％を含まない） Ｓｉは脱酸剤として有用な元素であり、同一炭素量であ
っても初析セメンタイトの析出を抑制する効果がある。
更にＳｉは、パーライト中のフェライト強度を増加させ
る作用がある他、温度上昇による強度の低下を防ぐ作用
もある等、極めて有用な元素である。この様な作用を有
効に発揮させる為には、０．０５％以上（より好ましく
は０．１％以上）添加することが推奨される。但し、過
剰に添加すると、伸線加工性に有害なＳｉＯ₂系介在物
が発生し易くなる為、その上限を１．０％に定めた。よ
り好ましくは０．８％以下である。

【００３０】Ｍｎ：２．０％以下（０％を含まない） Ｍｎは脱酸及び脱硫に有用であるのみならず、鋼の焼入
れ性を向上させ、強度を高めるのに有用な元素である。
この様な作用を有効に発揮させるには、０．１％以上
（より好ましくは０．２％以上）添加することが好まし
い。但し、過剰に添加しても上記効果が飽和してしま
い、経済的に無駄である他、熱延圧延後の冷却過程で、
伸線加工性に有害なマルテンサイトが発生し易くなる
為、その上限を２．０％に定めた。より好ましくは１．
０％以下である。

【００３１】本発明の鋼は上記成分を含有し、残部：実
質的に鉄であるが、本発明の作用を一層高める目的で、
更にＣｒ及び／又はＭｏを添加することが推奨される。

【００３２】Ｃｒ：２．０％以下，及び／又はＭｏ：
０．５％以下 Ｃｒ及びＭｏはいずれも、パーライトのセメンタイト間
隔を微細化し、強度を高めると共に、伸線加工硬化率の
向上に寄与する元素である。また、軸受鋼の場合には、
熱処理時の焼入性を増加させると共に、炭化物量及び炭
化物硬度を高めるのに有効な元素である。この様な作用
を有効に発揮させる為には、Ｃｒ：０．１％以上添加す
ることが推奨される。但し、過剰に添加すると、マルテ
ンサイトが発生し易くなる為、その上限をＣｒ：２．０
％，Ｍｏ：０．５％に、夫々定めた。尚、これらの元素
は単独で添加しても良いし、併用しても構わない。

【００３３】更に上記成分以外にも、本発明の作用を損
なわない範囲で、許容し得る他の許容成分を添加しても
良いし、不純物も含まれる。

【００３４】次に、本発明に係る線材または棒材を製造
する方法について説明する。

【００３５】本発明で目的とする所定の組織を得る為に
は、上記成分を満足する鋼片を「加熱」→所定の線径ま
で「圧延」→「冷却」するという一連の工程において、
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で冷却することが必要である。以下、各要件につ
いて説明する。

【００３６】仕上圧延温度：８５０℃以下 この温度は、初析セメンタイトのアスペクト比を１０以
下に制御する為に設定されたものであり、「圧延温度」
とは、放射温度計によって測定されたものであり、厳密
には、「鋼片の表面温度」を意味する。従来の仕上圧延
温度は概ね、９００℃以上であったが、本発明では上記
の如く低温域に制御することにより、仕上圧延の前に初
析セメンタイトを析出させることができ、当該析出した
初析セメンタイトは、その後の仕上圧延過程で破壊さ
れ、所定のアスペクト比となるのである。好ましくは８
２５℃以下、より好ましくは８００℃以下である。尚、
その下限は、７００℃以上に制御することが推奨され
る。

【００３７】冷却開始温度：８５０℃以下 この温度は、冷却過程で、新たな初析セメンタイトが析
出するのを抑制すると共に、上記圧延過程で分断された
初析セメンタイトが再固溶するのを抑制する為に設定さ
れたものである。更に上記温度に制御することにより、
上記初析セメンタイトに囲まれた領域の平均径を２０μ
ｍ以下に制御することができ、延性が高められる。好ま
しくは８２５℃以下、より好ましくは８００℃以下であ
る。但し、６００℃未満では過冷組織が生成する等の問
題がある。より好ましくは７００℃以上である。

【００３８】冷却開始温度から６００℃の範囲における
平均冷却速度：０．１〜５℃／ｓ これは、上記冷却開始温度に達してから、６００℃まで
冷却する際における平均冷却速度を特定したものであ
る。上記平均冷却速度が０．１℃／ｓを下回ると、粗大
な若しくは板状の初析セメンタイトが発生してしまう。
好ましくは０．５℃／ｓ以上、より好ましくは１．０℃
／ｓ以上である。但し、５℃／ｓを超えると、過冷組織
が発生してしまう。好ましくは３℃／ｓ以下である。

【００３９】本発明では、伸線前の圧延線材を製造する
に当たり、特に上記工程に留意するものであって、その
他の工程（加熱工程等）については特に限定されず、所
望の組織が得られる様、通常用いられる方法を適宜採用
することができる。

【００４０】尚、本発明によれば熱間圧延ままの線材や
棒鋼でも優れた伸線加工性が得られるが、この線材また
は棒鋼に、更に酸（塩酸、硫酸等）を添加したり機械的
に歪みを付与する等してスケールを除去した後、燐酸亜
鉛皮膜、燐酸カルシウム皮膜、石灰、金属石鹸などを潤
滑剤として用いて伸線，冷間圧延などを施した鋼線にお
いても、同様の優れた伸線加工性が得られる。

【００４１】この様にして得られる圧延線材は、球状化
焼鈍などの熱処理を省略したとしても、熱間圧延まま
で、引張強度９００〜１４００ＭＰａ；絞り値２０％以
上の、伸線加工性に優れたものである。

【００４２】以下実施例に基づいて本発明を詳述する。
ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、
前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは
全て本発明の技術範囲に包含される。

【００４３】

【実施例】表１に記載の成分組成からなる供試鋼（ＪＩ
Ｓに規格されているＳＵＪ２相当の軸受鋼：表中の単位
は質量％）を用い、同表に示す如く熱間圧延条件を種々
変化させることにより、φ５．５ｍｍの線材を得た。

【００４４】この様にして得られた線材の横断面を前述
した方法で観察し、初析セメンタイトのアスペクト比及
び短径；並びに当該初析セメンタイトによって囲まれた
領域の平均径を測定した。また、上記線材を引張試験に
供し、引張強度及び絞りを測定した。また、伸線性に関
しては、焼鈍を省略した上記線材を、単減面率２５％に
て総減面率７５％まで伸線を施し、断線の有無を観察す
ることにより評価した。

【００４５】これらの結果を表１に併記する。更に図１
に、初析セメンタイトによって囲まれた領域の平均径と
絞りとの関係をグラフ化して示す。

【００４６】また、参考までに、本発明の要件を満足す
るＮｏ．３、及び本発明の要件を満足しないＮｏ．５の
光学顕微鏡写真（倍率４００倍）を夫々、図２及び図３
に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】上記結果より、以下の様に考察することが
できる。

【００４９】まず、Ｎｏ．１〜３、６〜７は、いずれも
本発明法により所望の組織に制御した本発明例であり、
優れた引張特性（引張強度及び絞り）を有しており、且
つ、伸線時の断線も見られなかった。

【００５０】これに対し、仕上圧延温度が高い為に、初
析セメンタイトのアスペクト比が大きく、且つ、初析フ
ェライトによって囲まれた領域の平均径も大きいＮｏ．
４〜５；及び初析セメンタイトの短径が大きく、且つ、
初析フェライトによって囲まれた領域の平均径も大きい
Ｎｏ．８はいずれも、目標レベルである２０％以上の絞
りを得ることはできず、伸線時の断線が見られたことか
ら、これらは、熱間圧延まま伸線加工することはできな
いことが分かる。

【００５１】

【発明の効果】本発明は上記の様に構成されているの
で、球状化焼鈍処理を省略したとしても熱間圧延のまま
で、伸線加工性等の伸線加工性に優れた線状または棒状
鋼を効率よく提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】初析フェライトに囲まれた領域の平均径と絞り
との関係を示すグラフである。

【図２】Ｎｏ．３の光学顕微鏡写真（倍率４００倍）で
ある。

【図３】Ｎｏ．５の光学顕微鏡写真（倍率４００倍）で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/38 Ｃ２２Ｃ 38/38 Ｆターム(参考） 4E002 AA07 AC12 AC14 BC07 BD07 CB01 CB08 4K032 AA06 AA07 AA11 AA12 AA16 AA19 AA31 BA02 CC02 CC03 CD01 CD02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ：０．８〜１．３％（質量％の意味、以
   下同じ）を含有し、 初析セメンタイトのアスペクト比（長径／短径の比）は
   １０以下で、且つ、短径は２μｍ以下であり、 該初析セメンタイトに囲まれた領域の平均径が２０μｍ
   以下であることを特徴と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。
2. 【請求項２】 前記鋼は、 Ｓｉ：１．０％以下（０％を含まない），Ｍｎ：２．０
   ％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項
   １に記載の線状または棒状鋼。
3. 【請求項３】 更に、 Ｃｒ：２．０％以下，及び／又はＭｏ：０．５％以下を
   含有するものである請求項２に記載の線状または棒状
   鋼。
4. 【請求項４】 軸受用素材として用いられるものである
   請求項１〜３のいずれかに記載の線状または棒状鋼。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の線状ま
   たは棒状鋼を用いて得られる軸受部品。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載の線状ま
   たは棒状鋼を製造する方法であって、 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で冷却することを特徴と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。