JP2013007105A - Method for manufacturing bar steel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車や各種産業機械等の分野で鋼部品として適用される条鋼を製造するための方法に関するものであり、特に表面の脱炭の生成を抑制した条鋼を製造するための有用な方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a steel bar applied as a steel part in the field of automobiles, various industrial machines, and the like, and in particular, a useful method for manufacturing a steel bar that suppresses generation of surface decarburization. It is about.
冷間加工用鋼や軸受用鋼等の機械構造用鋼が、自動車や各種産業機械等の種々の分野で用いられている鋼部品の素材として従来から使用されている。上記の様な鋼部品は、鋼材（通常ビレット）を熱間圧延することによって得られる条鋼（鋼線材や棒鋼等）から製造されるが、この熱間圧延前の加熱炉内においては、鋼材が高温に曝されるため、鋼材表層部に炭素濃度が欠乏したいわゆる「脱炭層（炭素欠乏層）」が形成されることになる。 Machine structural steels such as cold work steels and bearing steels are conventionally used as materials for steel parts used in various fields such as automobiles and various industrial machines. Steel parts such as those described above are manufactured from steel bars (steel wire rods, steel bars, etc.) obtained by hot rolling steel (usually billets). In the heating furnace before hot rolling, Since it is exposed to a high temperature, a so-called “decarburized layer (carbon-depleted layer)” in which the carbon concentration is deficient is formed in the steel surface layer.
上記のような脱炭層が形成されると、鋼材表面の焼入れ硬度の低下や、圧延鋼材の特性が劣化するために、脱炭層の深さ（以下、「全脱炭深さ」と呼ぶ）を一定以下に抑制する必要がある。また、フェライト−オーステナイトの２相温度付近において加熱するときにおいては、フェライト−オーステナイト間の炭素固溶量の違いに起因するフェライト脱炭が生じる場合があり、こうしたフェライト脱炭も、鋼材の強度や硬さといった機械的特性を著しく低下させ、鋼材の特性に悪影響を及ぼすものとなる。このようなフェライト脱炭が形成される場合には、前記「全脱炭深さ」は、フェライト脱炭も含むことになる。 When the decarburized layer is formed as described above, the depth of the decarburized layer (hereinafter referred to as the “total decarburized depth”) is reduced because the quenching hardness of the steel surface is reduced and the properties of the rolled steel are deteriorated. It is necessary to keep it below a certain level. In addition, when heating is performed near the two-phase temperature of ferrite-austenite, ferrite decarburization may occur due to the difference in the amount of carbon solid solution between ferrite-austenite. Mechanical properties such as hardness are significantly reduced, and the properties of the steel material are adversely affected. When such ferrite decarburization is formed, the “total decarburization depth” includes ferrite decarburization.
上記のような脱炭の生成を抑制するためには、低温加熱や在炉時間短縮等の手段が有効であることが知られている。こうした観点から、脱炭の生成を抑制する技術として、これまでにも様々提案されている。 In order to suppress the generation of decarburization as described above, it is known that means such as low-temperature heating and shortening in-furnace time are effective. From this point of view, various techniques have been proposed as techniques for suppressing the generation of decarburization.
こうした技術として例えば特許文献１には、所定の化学成分組成を有する鋼片を熱間圧延に際し、１０００℃以下、９００℃以上の温度で１時間以内加熱し（この段階での鋼材片の表面脱炭深さ：０．５ｍｍ以下）、熱間圧延して線材とし（この段階での脱炭層深さ：０．００５×線径（ｍｍ）以下）、５００℃以上で巻き取る技術が開示されている。 As such a technique, for example, in Patent Document 1, a steel slab having a predetermined chemical composition is heated within a period of 1 hour at a temperature of 1000 ° C. or lower and 900 ° C. or higher during hot rolling (the surface debonding of the steel piece at this stage) (Carbon depth: 0.5 mm or less), hot rolled into a wire (decarburized layer depth at this stage: 0.005 × wire diameter (mm) or less), and a technique of winding at 500 ° C. or higher is disclosed. Yes.
また、特許文献２には、「高温ガス中で加熱するウオーキングビーム式加熱炉で、ピーニングした鋼片を加熱する工程と、誘導炉の誘導加熱コイル内にビレットを相対移動させ、ビレットの表面部から中間部を誘導加熱で急速加熱する急速加熱工程後、さらに９５０〜１１００℃で均熱工程を経たビレットを圧延装置により、低温圧延を行う」ことによって、鋼片の脱炭を抑制することのできる熱間圧延方法が開示されている。 Further, Patent Document 2 states that “a step of heating a peened steel piece in a walking beam heating furnace heated in a high-temperature gas, and a relative movement of the billet into the induction heating coil of the induction furnace, After the rapid heating process in which the intermediate part is rapidly heated by induction heating, the billet that has undergone the soaking process at 950 to 1100 ° C. is subjected to low temperature rolling with a rolling device ”, thereby suppressing decarburization of the steel slab. A possible hot rolling method is disclosed.
これらの技術は、いずれも低温加熱や在炉時間短縮が脱炭の抑制に有効であるとの観点からなされたものである。しかしながら、脱炭の発生には表面スケールの影響が大きく、これらの技術では加熱中のスケール生成状況の影響については何ら考慮されておらず、加熱昇温過程において、スケール表面に割れや剥離が生じ、これが原因して脱炭が進行することがある。 All of these techniques are made from the viewpoint that low-temperature heating and shortening of the in-furnace time are effective in suppressing decarburization. However, the occurrence of decarburization is greatly affected by the surface scale, and these technologies do not take into account the influence of the scale generation status during heating, and cracks and delamination occur on the scale surface during heating and heating. This may cause decarburization to proceed.
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、鋼材の加熱段階でのスケールの割れや剥離を抑えることによって、表面の脱炭を抑制した条鋼を製造するための有用な方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to produce a steel bar that suppresses surface decarburization by suppressing cracking and peeling of the scale in the heating stage of the steel material. It is to provide a useful method.
上記目的を達成することのできた本発明とは、鋼材を炉で加熱し、次いで熱間圧延して条鋼を製造する方法であって、前記炉の昇温速度と雰囲気を、鋼材の表面温度に応じて、下記の通りにし、且つ炉からの抽出温度を１２００℃以下とする点に要旨を有するものである。
１）６００℃まで：昇温速度２０℃／分以上
２）６００℃以上：酸素濃度３．０体積％以上、１０．０体積％以下の炉内雰囲気
昇温速度５℃／分以上、２０℃／分未満
The present invention that has achieved the above-mentioned object is a method of manufacturing a steel bar by heating a steel material in a furnace and then hot rolling, wherein the heating rate and atmosphere of the furnace are set to the surface temperature of the steel material. Accordingly, the present invention is summarized as follows and the extraction temperature from the furnace is set to 1200 ° C. or less.
1) Up to 600 ° C .: Temperature rising rate 20 ° C./min or more 2) 600 ° C. or more: Oxygen concentration in the furnace atmosphere of 3.0% by volume or more and 10.0% by volume or less
Temperature rising rate 5 ℃ / min or more, less than 20 ℃ / min
本発明で得られる条鋼の化学成分組成については、特に限定するものではなく、条鋼として用いられる通常の成分組成を有するものであればよいが、代表的なものとして、Ｃ：０．１〜１．５％（質量％の意味、化学成分組成について以下同じ）、Ｓｉ：０．１〜２％、Ｍｎ：０．０１〜１％およびＣｒ：０．１〜２％を夫々含み、残部が鉄および不可避不純物からなるものが挙げられる。 The chemical component composition of the steel strip obtained in the present invention is not particularly limited, as long as it has a normal component composition used as a steel strip. 0.5% (meaning by mass, the same applies to the chemical composition), Si: 0.1-2%, Mn: 0.01-1% and Cr: 0.1-2%, the balance being iron And those consisting of inevitable impurities.
本発明方法においては、条鋼が更に他の元素として、Ｍｏ：０．４％以下（０％を含まない）を含有するものであってもよく、これによって条鋼の特性が更に改善される。また本発明方法によって得られる条鋼は、軸受け鋼または機械構造用鋼として極めて有用なものである。 In the method of the present invention, the steel bar may further contain Mo: 0.4% or less (not including 0%) as another element, thereby further improving the characteristics of the steel bar. The strip obtained by the method of the present invention is extremely useful as a bearing steel or a machine structural steel.
本発明方法によれば、熱間圧延前の加熱条件（昇温速度および雰囲気）を厳密に制御することによって、加熱時でのスケールの割れや剥離を招くことなく、表面の脱炭を抑制した条鋼を製造することができ、このようにして得られる条鋼は、軸受け鋼または機械構造用鋼として極めて有用なものである。 According to the method of the present invention, by strictly controlling the heating conditions (heating rate and atmosphere) before hot rolling, surface decarburization was suppressed without causing scale cracking or peeling during heating. Steel bars can be produced, and the steel bars obtained in this way are extremely useful as bearing steels or steels for machine structures.
本発明者らは、表面の脱炭を抑制した条鋼の実現を目指して、特に炉（加熱炉）内における脱炭とスケール生成の関係について検討した。その結果、脱炭の発生は、加熱時に鋼材表面に形成されるスケールの成長と剥離の影響を受け、スケールが薄く密着する低温域においては、脱炭深さは時間で決まり、加熱炉内の時間短縮が有用であることが判明した。 The present inventors have studied the relationship between decarburization and scale formation in a furnace (heating furnace), in particular, aiming at realization of strip steel with suppressed surface decarburization. As a result, the occurrence of decarburization is affected by the growth and delamination of the scale formed on the steel surface during heating, and the decarburization depth is determined by the time in the low temperature range where the scale is thin and closely adhered. Time savings proved useful.
一方、炉内の温度が比較的高くなる領域（高温領域）では、脆いＦｅＯ（ウスタイト）が急成長してスケールが厚くなるため、スケールに割れが生じたり、スケールが鋼材表面から剥離する現象が発生する。こうした現象が生じると、スケール（ＦｅＯ層）と鋼材との界面における酸素ポテンシャルが高くなり、炭素と酸素が化合してＣＯ2の生成反応が促進されることになり、脱炭層が深くなることも判明した。 On the other hand, in a region where the temperature in the furnace is relatively high (high temperature region), brittle FeO (wustite) grows rapidly and the scale becomes thick, so that the scale is cracked or the scale peels off from the steel surface. appear. When such a phenomenon occurs, the oxygen potential at the interface between the scale (FeO layer) and the steel material increases, carbon and oxygen combine to promote the CO 2 formation reaction, and the decarburization layer may become deeper. found.
本発明者らは、上記着想に基づき、加熱時の表面の脱炭を抑制した条鋼を実現するための具体的条件について、更に鋭意研究を重ねた。その結果、加熱段階での温度領域（低温域および高温域）に応じて、その条件（昇温速度および雰囲気）を厳密に制御することによって、加熱時のスケールの割れや剥離を招くことなく、表面の脱炭を抑制した条鋼を製造できることを見出し、本発明を完成した。 Based on the above idea, the present inventors have further conducted intensive studies on specific conditions for realizing a strip that suppresses surface decarburization during heating. As a result, depending on the temperature range (low temperature range and high temperature range) in the heating stage, by strictly controlling the conditions (temperature increase rate and atmosphere), without causing cracking or peeling of the scale during heating, The present invention has been completed by finding that a steel bar with suppressed surface decarburization can be produced.
具体的には、炉内における脱炭発生を最小限に抑えるために、薄いスケールが生成する低温域（炉内での低温側温度：６００℃までの温度域）では、昇温速度を大きくして急速昇温し、それ以降の高温域（炉内での高温側温度：６００℃以上の温度域）では、剥離しやすいＦｅＯの生成を抑制し、鋼材との密着性が高く、緻密なＦｅ3Ｏ4を形成するための雰囲気制御（酸素添加）を行うと共に、そのスケール層（即ち、「Ｆｅ3Ｏ4層」）の成長に伴う応力起因のスケール割れと剥離を抑制するために、高温域では昇温速度を低めにして緩やかに酸化させることが有用である。尚、加熱炉内の温度は、鋼材表面温度で管理したものである。 Specifically, in order to minimize the occurrence of decarburization in the furnace, the temperature increase rate is increased in the low temperature range where the thin scale is generated (low temperature side temperature in the furnace: temperature range up to 600 ° C). In the high temperature range thereafter (high temperature side temperature in the furnace: temperature range of 600 ° C. or higher), the formation of FeO that easily peels off is suppressed, and the adhesiveness to the steel material is high and dense Fe. In order to control the atmosphere for forming 3 O 4 (addition of oxygen) and to suppress the stress-induced scale cracking and delamination associated with the growth of the scale layer (ie, “Fe 3 O 4 layer”), high temperature In the region, it is useful to slowly oxidize at a lower temperature rise rate. In addition, the temperature in a heating furnace is managed by the steel material surface temperature.
本発明方法を採用することによって、加熱時のスケールの割れや剥離を防止でき、スケール／鋼材界面での酸素ポテンシャルを下げることによって、脱炭深さを低減できるのである。上記のような観点から決定される、本発明方法の各要件の規定理由は、下記の通りである。 By adopting the method of the present invention, cracking and peeling of the scale during heating can be prevented, and the decarburization depth can be reduced by lowering the oxygen potential at the scale / steel material interface. The reasons for defining the requirements of the method of the present invention determined from the above viewpoint are as follows.
まず熱間圧延前の炉内にて、６００℃までの温度域においては、薄い密着スケール（Ｆｅ3Ｏ4）が生成し、脱炭がほとんど進行しないが、炉内時間が長くなると、脱炭が生じる可能性があるので、在炉時間をできるだけ短くすることが必要である。こうした観点から、６００℃までは、昇温速度を２０℃／分以上の急速昇温とする必要がある。また、この昇温速度が２０℃／分未満となると、生産性を著しく低下させることにもなる。このときの好ましい昇温速度は２５℃／分以上（より好ましくは３０℃／分以上）である。しかしながら、昇温速度が５０℃／分を超えると、加熱炉内に特別の昇温装置を設ける必要が生じ、コスト高となるので好ましくない。昇温速度のより好ましい上限は４５℃／分以下（より更に好ましくは４０℃／分以下）である。尚、加熱開始温度は、通常は室温（２５℃程度）であるが、これに限定されるものではない。 First, in the furnace before hot rolling, in the temperature range up to 600 ° C., a thin adhesion scale (Fe 3 O 4 ) is generated and decarburization hardly progresses. Therefore, it is necessary to shorten the in-furnace time as much as possible. From this point of view, it is necessary to increase the rate of temperature increase to 600 ° C. at a rapid temperature increase of 20 ° C./min or more. In addition, when the rate of temperature increase is less than 20 ° C./min, the productivity is significantly reduced. A preferable temperature increase rate at this time is 25 ° C./min or more (more preferably 30 ° C./min or more). However, if the rate of temperature increase exceeds 50 ° C./min, it is necessary to provide a special temperature increasing device in the heating furnace, which is not preferable because the cost increases. A more preferable upper limit of the temperature increase rate is 45 ° C./min or less (more preferably 40 ° C./min or less). The heating start temperature is usually room temperature (about 25 ° C.), but is not limited to this.
一方、炉内の温度が６００℃以上の温度域では、ＦｅＯの生成を抑え、且つＦｅ3Ｏ4の成長を促進するために、炉内雰囲気中の酸素濃度を３．０体積％以上とする必要がある。この酸素濃度が３．０体積％未満となると、Ｆｅ3Ｏ4の生成が不十分となり、スケールが加熱中に割れたり、剥離したりして脱炭深さが増加する。一方、酸素濃度が１０．０体積％を超えると、Ｆｅ3Ｏ4が急速に成長して、厚スケール化してスケールが割れ、剥離が生じ、脱炭深さが増加する。尚、酸素濃度は好ましい下限は４体積％以上（より好ましくは５体積％以上）であり、好ましい上限は９体積％以下（より好ましくは８体積％以下）である。 On the other hand, in the temperature range where the temperature in the furnace is 600 ° C. or higher, the oxygen concentration in the furnace atmosphere is set to 3.0% by volume or more in order to suppress the formation of FeO and promote the growth of Fe 3 O 4. There is a need. When this oxygen concentration is less than 3.0% by volume, the production of Fe 3 O 4 becomes insufficient, and the scale is cracked or peeled off during heating, thereby increasing the decarburization depth. On the other hand, when the oxygen concentration exceeds 10.0% by volume, Fe 3 O 4 grows rapidly, becomes a thick scale, breaks the scale, peels off, and increases the decarburization depth. In addition, as for oxygen concentration, a minimum with a preferable minimum is 4 volume% or more (more preferably 5 volume% or more), and a preferable upper limit is 9 volume% or less (more preferably 8 volume% or less).
また炉内の温度が６００℃以上の温度域では、昇温速度も適切に調整する必要がある。この昇温速度が５℃／分未満では、Ｆｅ3Ｏ4が急速に成長して、厚スケール化してスケールが割れ、剥離が生じ、脱炭深さが増加する。一方、このときの昇温速度が２０℃／分以上となると、Ｆｅ3Ｏ4の成長応力により、Ｆｅ3Ｏ4が割れたり剥離が発生し、脱炭が進行する。このときの昇温速度の好ましい下限は６℃／分以上（より好ましくは７℃／分以上）である。また昇温速度の好ましい上限は１８℃／分以下（より好ましくは１６℃／分以下）である。 Further, in the temperature range where the temperature in the furnace is 600 ° C. or higher, it is necessary to appropriately adjust the rate of temperature rise. When the rate of temperature increase is less than 5 ° C./min, Fe 3 O 4 grows rapidly, the scale is increased, the scale is cracked, peeling occurs, and the decarburization depth increases. On the other hand, when the heating rate at this time is 20 ° C. / min or more, the growth stress in Fe 3 O 4, Fe 3 O 4 is cracked or peeled off occurs, decarburization progresses. The preferable lower limit of the temperature increase rate at this time is 6 ° C./min or more (more preferably 7 ° C./min or more). Moreover, the upper limit with the preferable temperature increase rate is 18 degrees C / min or less (more preferably 16 degrees C / min or less).
加熱炉からの抽出温度（加熱終了温度）は、１２００℃以下とする必要がある。この温度が１２００℃を超えると、高酸素濃度雰囲気下においてもＦｅ3Ｏ4が急速に成長して割れや剥離が発生し、脱炭深さが増加することになる。好ましくは１１５０℃以下である。また、このときの温度が低くなりすぎると、得られる条鋼の直径（線材径や棒鋼径）や圧延速度、圧延設備の能力等の製造条件の制約によっては、その後の熱間圧延ができなくなる可能性があるので、抽出温度は９００℃以上とすることが好ましく、より好ましくは９５０℃以上である。 The extraction temperature (heating end temperature) from the heating furnace needs to be 1200 ° C. or lower. When this temperature exceeds 1200 ° C., Fe 3 O 4 grows rapidly even in a high oxygen concentration atmosphere, cracks and delamination occur, and the decarburization depth increases. Preferably it is 1150 degrees C or less. Also, if the temperature at this time is too low, subsequent hot rolling may not be possible depending on the manufacturing conditions such as the diameter of the resulting bar (wire diameter or bar diameter), rolling speed, rolling equipment capacity, etc. Therefore, the extraction temperature is preferably 900 ° C. or higher, more preferably 950 ° C. or higher.
本発明方法は、上記の抽出温度で抽出した後、再加熱せずにそのまま熱間圧延を行うことによって条鋼（線材、棒鋼）を製造すること想定したものであるが、鋼材（ビレット）表面層の高温酸化皮膜（スケール）を除去してから、熱間圧延を行うようにしても良い。このときの、スケール除去法としては、高圧水をビレット表面に吹き付けることによってスケールを除去する方法が一般的な方法として挙げられる。尚、この段階では、スケールの剥離性は良好である必要があるが、この段階でのスケール剥離性を、加熱時の剥離性と区別して「熱間圧延時のスケール剥離性」と呼ぶ。 The method of the present invention assumes that a strip (wire rod, bar) is produced by performing hot rolling without extraction after the extraction at the above extraction temperature. It is also possible to perform hot rolling after removing the high temperature oxide film (scale). As a scale removal method at this time, a method of removing the scale by spraying high-pressure water on the billet surface is a general method. At this stage, the scale peelability needs to be good, but the scale peelability at this stage is called “scale peelability during hot rolling” in distinction from the peelability during heating.
本発明で製造される条鋼は、軸受け鋼や機械構造用鋼として用いられることを想定したものであるが、その基本的な化学成分組成としては、Ｃ：０．１〜１．５％、Ｓｉ：０．１〜２％、Ｍｎ：０．０１〜１％およびＣｒ：０．１〜２％を夫々含み、残部が鉄および不可避不純物からなるものが挙げられる。これらの基本成分による作用効果は次の通りである。 The strip manufactured in the present invention is assumed to be used as a bearing steel or a machine structural steel, but as its basic chemical composition, C: 0.1 to 1.5%, Si : 0.1 to 2%, Mn: 0.01 to 1% and Cr: 0.1 to 2%, respectively, with the balance being iron and inevitable impurities. The effects of these basic components are as follows.
［Ｃ：０．１〜１．５％］
Ｃは鋼材の強度を高めるのに有効な元素であり、そのためには０．１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｃ含有量が過剰になると冷間加工性が低下するので１．５％以下とすることが好ましい。尚、Ｃ含有量のより好ましい下限は０．２％以上（更に好ましくは０．５％以上）であり、より好ましい上限は１．３％以下（更に好ましくは１．１％以下）である。
[C: 0.1 to 1.5%]
C is an element effective for increasing the strength of the steel material. For that purpose, C is preferably contained in an amount of 0.1% or more. However, if the C content is excessive, the cold workability is lowered, so it is preferable to set it to 1.5% or less. A more preferable lower limit of the C content is 0.2% or more (more preferably 0.5% or more), and a more preferable upper limit is 1.3% or less (more preferably 1.1% or less).
［Ｓｉ：０．１〜２％］
Ｓｉは鋼材の強度を確保する上で有効な元素であり、そのためには０．１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になると、熱間圧延時のスケール剥離性を損なうので２％以下とすることが有効である。尚、Ｓｉ含有量のより好ましい下限は０．１５％以上（更に好ましくは０．２％以上）であり、より好ましい上限は１．８５％以下（更に好ましく１．８％以下）である。
[Si: 0.1 to 2%]
Si is an element effective in securing the strength of the steel material. For that purpose, it is preferable to contain 0.1% or more. However, if the Si content is excessive, the scale peelability during hot rolling is impaired, so it is effective to make it 2% or less. In addition, the more preferable minimum of Si content is 0.15% or more (more preferably 0.2% or more), and a more preferable upper limit is 1.85% or less (more preferably 1.8% or less).
［Ｍｎ：０．０１〜１％］
Ｍｎは鋼材の強度および靭性を確保するために有効な元素であり、そのためには０．０１％以上とする。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、鋼材の靭性を損なうと共に溶接性を阻害するので１％以下とする必要がある。尚、Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．１％以上（より好ましくは０．２％以上）であり、好ましい上限は０．９％以下（より好ましくは０．８％以下）である。
[Mn: 0.01 to 1%]
Mn is an element effective for securing the strength and toughness of the steel material, and for that purpose, the content is made 0.01% or more. However, if the Mn content is excessive, the toughness of the steel material is impaired and the weldability is hindered. In addition, the minimum with preferable Mn content is 0.1% or more (more preferably 0.2% or more), and a preferable upper limit is 0.9% or less (more preferably 0.8% or less).
［Ｃｒ：０．１〜２％］
Ｃｒは鋼材に強度を付与するために必要な元素であり、Ｃｒ含有量が０．１％未満では鋼部品の強度が不足することになる。しかしながら、Ｃｒ含有量が多くなり過ぎると、熱間圧延時のスケール剥離性を著しく損なうので、２％以下とする必要がある。尚、Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．３％以上（より好ましくは０．５％以上）であり、好ましい上限は１．８％以下（より好ましくは１．５％以下）である。
[Cr: 0.1 to 2%]
Cr is an element necessary for imparting strength to the steel material. If the Cr content is less than 0.1%, the strength of the steel part will be insufficient. However, if the Cr content is excessively large, the scale peelability during hot rolling is significantly impaired, so it is necessary to make it 2% or less. In addition, the preferable minimum of Cr content is 0.3% or more (more preferably 0.5% or more), and a preferable upper limit is 1.8% or less (more preferably 1.5% or less).
本発明で規定する含有元素は上記の通りであって、残部は鉄および不可避不純物であり、該不可避不純物（例えば、Ｓ，Ｐ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｏ，Ｎ等）として、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素の混入が許容され得る。また、これらの不純物のうち、Ｓ，Ｐ，ＣｕおよびＮｉについては、下記のように抑制することが好ましい。また、鋼材の強度を高めるという観点から、所定量のＭｏを含有させることも有用である。 The contained elements specified in the present invention are as described above, and the balance is iron and inevitable impurities. As the inevitable impurities (for example, S, P, Cu, Ni, O, N, etc.), raw materials, materials, and production The mixing of elements brought in depending on the situation of the equipment or the like can be allowed. Of these impurities, S, P, Cu and Ni are preferably suppressed as follows. It is also useful to contain a predetermined amount of Mo from the viewpoint of increasing the strength of the steel material.
［Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）］
Ｓは硫化物系介在物ＭｎＳを形成し、これが鋼材の熱間圧延時に偏析することによって、鋼材を脆化させるので、できるだけ抑制することが好ましい。こうした観点から、Ｓ含有量は０．０５％以下とすることが好ましい。Ｓ含有量は、より好ましくは０．０２５％以下であり、更に好ましくは０．０１５％以下であるが、量産工程で製造する観点からは、０％とすることは困難である。
[S: 0.05% or less (excluding 0%)]
S forms sulfide inclusion MnS, and this segregates during hot rolling of the steel material, thereby making the steel material brittle. Therefore, S is preferably suppressed as much as possible. From such a viewpoint, the S content is preferably 0.05% or less. The S content is more preferably 0.025% or less, and still more preferably 0.015% or less, but it is difficult to make it 0% from the viewpoint of manufacturing in a mass production process.
［Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）］
Ｐは、微量に含まれる場合には、鋼材の強度を高める方向に作用するが、過剰に含有されると、鋼材の脆性を高めるので、０．０５％以下とすることが好ましい。Ｐ含有量は、より好ましくは０．０２５％以下であり、更に好ましくは０．０１５％以下であるが、量産工程で製造する観点からは、０％とすることは困難である。
[P: 0.05% or less (excluding 0%)]
When P is contained in a trace amount, it acts in the direction of increasing the strength of the steel material. However, if excessively contained, the brittleness of the steel material is increased, so 0.05% or less is preferable. The P content is more preferably 0.025% or less, and even more preferably 0.015% or less, but it is difficult to make it 0% from the viewpoint of manufacturing in a mass production process.
［Ｃｕ：０．３％以下（０％を含まない）］
Ｃｕは、１３５６Ｋで液相となり、熱間圧延での変形中にオーステナイト結晶粒界に侵入し、表面割れを発生させるため、できるだけ低減することが好ましい。こうした観点から、Ｃｕ含有量は０．３％以下とすることが好ましい。Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．１％以下であり、更に好ましくは０．０５％以下である。
[Cu: 0.3% or less (not including 0%)]
Since Cu becomes a liquid phase at 1356 K and penetrates into the austenite grain boundaries during deformation during hot rolling and causes surface cracks, it is preferable to reduce it as much as possible. From such a viewpoint, the Cu content is preferably set to 0.3% or less. The Cu content is more preferably 0.1% or less, still more preferably 0.05% or less.
［Ｎｉ：０．３％以下（０％を含まない）］
Ｎｉは鋼材表面に不均一に濃化し、スケール表面の凹凸を大きくして熱間圧延時のスケール剥離性を悪化させるため、０．３％以下に抑制することが好ましい。Ｎｉ含有量は、より好ましくは０．２％以下であり、更に好ましくは０．０５％以下である。
[Ni: 0.3% or less (excluding 0%)]
Ni concentrates unevenly on the surface of the steel material and enlarges the unevenness of the scale surface to deteriorate the scale peelability during hot rolling, so it is preferable to suppress it to 0.3% or less. The Ni content is more preferably 0.2% or less, still more preferably 0.05% or less.
［Ｍｏ：０．４％以下（０％を含まない）］
Ｍｏは、鋼材の強度を向上させる上で有用な元素である。しかしながら、過剰に含有すると鋼材の延性を劣化させるので、０．４％以下とすることが好ましい。上記効果を発揮させるためには、Ｍｏ含有量は０．０１％以上（より好ましくは０．１％以上）とすることが好ましい。Ｍｏ含有量のより好ましい上限は０．３５％以下（更に好ましくは０．３０％以下）である。
[Mo: 0.4% or less (excluding 0%)]
Mo is an element useful for improving the strength of the steel material. However, if contained excessively, the ductility of the steel material is deteriorated, so 0.4% or less is preferable. In order to exhibit the above effects, the Mo content is preferably 0.01% or more (more preferably 0.1% or more). A more preferable upper limit of the Mo content is 0.35% or less (more preferably 0.30% or less).
本発明によれば、圧延材の脱炭を抑制できる。圧延材の全脱炭深さは、例えば０．２０ｍｍ以下、好ましくは０．１８ｍｍ以下、より好ましくは０．１５ｍｍ以下である。フェライト脱炭深さは、例えば０．０５ｍｍ以下、好ましくは０．０３ｍｍ以下、より好ましくは０ｍｍである。 According to the present invention, decarburization of the rolled material can be suppressed. The total decarburization depth of the rolled material is, for example, 0.20 mm or less, preferably 0.18 mm or less, and more preferably 0.15 mm or less. The ferrite decarburization depth is, for example, 0.05 mm or less, preferably 0.03 mm or less, more preferably 0 mm.
本発明で対象とする条鋼は、所定の部品形状にされた後、焼入れ・焼戻しされて軸受部品や機械構造用部品に製造されるものであるが、条鋼段階の形状についてはこうした製造に適用できるような線状・棒状のいずれも含むものであり、そのサイズも、最終製品に応じて適宜決めることができる。 The steel bars targeted by the present invention are made into bearing parts and machine structural parts after being made into a predetermined part shape and then quenched and tempered. Both the linear shape and the rod shape are included, and the size can be appropriately determined according to the final product.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することは勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.However, the present invention is not limited by the following examples as a matter of course, and may be implemented with modifications within a range that can meet the gist of the preceding and following descriptions. Of course, they are all possible and are included in the technical scope of the present invention.
［実施例１］
下記表１に示す各種化学成分組成（鋼種Ａ〜Ｇ）の鋼材（ビレット）を溶製した。この鋼材から、サイズ８ｍｍφ×１２ｍｍＬの円柱状に切削加工、表面研磨し、表層に脱炭層の無いサンプルを作製した。
[Example 1]
Steel materials (billets) having various chemical component compositions (steel types A to G) shown in Table 1 below were melted. From this steel material, it was cut into a cylindrical shape having a size of 8 mmφ × 12 mmL, and the surface was polished to prepare a sample having no decarburized layer on the surface layer.
上記で得られた各サンプルに対して、加熱炉内における昇温速度（室温から６００℃までの昇温速度、６００℃以上の温度域での昇温速度）、酸素濃度（酸素以外は、窒素、水分、二酸化炭素からなる雰囲気）、抽出温度を種々変化させ、その後熱間圧延を行って７７０℃で巻取り、１５℃／分の冷却速度で冷却した。尚、温度については、炉内設置の熱電対（予め別の熱電対によって試験片表面に換算する）で鋼材表面温度を管理した。 For each sample obtained above, the rate of temperature increase in the heating furnace (temperature increase rate from room temperature to 600 ° C., temperature increase rate in the temperature range of 600 ° C. or higher), oxygen concentration (other than oxygen, nitrogen , Atmosphere consisting of water and carbon dioxide), and various extraction temperatures, followed by hot rolling, winding at 770 ° C., and cooling at a cooling rate of 15 ° C./min. In addition, about temperature, the steel material surface temperature was managed with the thermocouple (it converts into the test piece surface with another thermocouple beforehand) installed in the furnace.
熱間圧延後の試験片の断面の顕微鏡観察を行い、フェライト脱炭深さ、および全脱炭深さを測定した（ＪＩＳ Ｇ ０５５８に準拠）。このときの全脱炭深さの合格基準は０．２０ｍｍ以下である（フェライト脱炭については、「生成せず」で合格）。 The cross section of the test piece after hot rolling was observed with a microscope, and the ferrite decarburization depth and the total decarburization depth were measured (conforming to JIS G 0558). The acceptance criterion for the total decarburization depth at this time is 0.20 mm or less (with respect to ferrite decarburization, “no generation” is accepted).
これらの結果から、次のように考察することができる。まず試験Ｎｏ．１、７、９、１０、１２〜１４は、本発明で規定する条件で熱処理を施した実施例であり、いずれも全脱炭深さが０．２０ｍｍ以下に抑えられており、またフェライト脱炭も生成していないことが分かる。 From these results, it can be considered as follows. First, test no. 1, 7, 9, 10, 12 to 14 are examples in which heat treatment was performed under the conditions defined in the present invention, and all of the decarburization depth was suppressed to 0.20 mm or less, and It can be seen that no charcoal is produced.
これに対して、試験Ｎｏ．２〜６、８、１１、１５のものは、本発明で規定する要件のいずれかを満足しないものであり、フェライト脱炭が生じているか、または少なくとも全脱炭深さが大きくなっている。即ち、試験Ｎｏ．２、８は、６００℃以上の温度域での雰囲気酸素濃度が低い例であり、Ｆｅ3Ｏ4の生成が不十分で、スケールが加熱中に割れ、剥離して全脱炭深さが大きくなっている。 In contrast, test no. Those of 2-6, 8, 11, 15 do not satisfy any of the requirements defined in the present invention, and ferrite decarburization occurs or at least the total decarburization depth is large. That is, test no. 2 and 8 are examples in which the atmospheric oxygen concentration in the temperature range of 600 ° C. or higher is low, the formation of Fe 3 O 4 is insufficient, the scale cracks and peels during heating, and the total decarburization depth is large. It has become.
試験Ｎｏ．３は、６００℃以上の温度域での昇温速度が小さくなっている例であり、Ｆｅ3Ｏ4が急速に成長して厚スケールとなり、スケールが加熱中に割れ、剥離して全脱炭深さが大きくなっている。試験Ｎｏ．４、１５は、６００℃以上の温度域での昇温速度が大きくなっている例であり、Ｆｅ3Ｏ4の成長応力によって、Ｆｅ3Ｏ4が割れ、剥離して全脱炭深さが大きくなっている。 Test No. No. 3 is an example in which the rate of temperature increase in the temperature range of 600 ° C. or higher is small. Fe 3 O 4 grows rapidly to become a thick scale, and the scale is cracked and peeled off during heating to completely decarburize. The depth is increasing. Test No. 4, 15 is an example in which the heating rate in the temperature range of not lower than 600 ° C. is greater, by the growth stresses in Fe 3 O 4, Fe 3 O 4 is cracked, peeled to total decarburization depth It is getting bigger.
試験Ｎｏ．５は、加熱炉からの抽出温度が高くなっている例であり、Ｆｅ3Ｏ4が急速に成長して厚スケールとなり、スケールが加熱中に割れ、剥離して全脱炭深さが大きくなると共に、フェライト脱炭も生じている。試験Ｎｏ．６、１１は、６００℃以上の温度域での雰囲気中酸素濃度が大きくなっている例であり、Ｆｅ3Ｏ4が急速に成長して厚スケールとなり、スケールが加熱中に割れ、剥離して全脱炭深さが大きくなっている。尚、試験Ｎｏ．１１のものでは、６００℃以上の温度域での雰囲気中酸素濃度が高過ぎることに原因して、フェライト脱炭も生成している。 Test No. 5 is an example in which the extraction temperature from the heating furnace is high, Fe 3 O 4 grows rapidly to become a thick scale, the scale cracks and peels during heating, and the total decarburization depth increases. At the same time, ferrite decarburization has also occurred. Test No. 6 and 11 are examples in which the oxygen concentration in the atmosphere in the temperature range of 600 ° C. or higher is large. Fe 3 O 4 rapidly grows to a thick scale, and the scale cracks and peels off during heating. The total decarburization depth is increasing. Test No. In No. 11, ferrite decarburization is also generated due to the oxygen concentration in the atmosphere in the temperature range of 600 ° C. or higher being too high.
Claims (4)
前記炉の昇温速度と雰囲気を、鋼材の表面温度に応じて、下記の通りにし、且つ炉からの抽出温度を１２００℃以下とすることを特徴とする条鋼の製造方法。
１）６００℃まで：昇温速度２０℃／分以上
２）６００℃以上：酸素濃度３．０体積％以上、１０．０体積％以下の炉内雰囲気
昇温速度５℃／分以上、２０℃／分未満 A method of manufacturing steel bar by heating steel material in a furnace and then hot rolling,
A method for manufacturing a bar steel, characterized in that the heating rate and atmosphere of the furnace are as follows according to the surface temperature of the steel material, and the extraction temperature from the furnace is 1200 ° C. or lower.
1) Up to 600 ° C .: Temperature rising rate 20 ° C./min or more 2) 600 ° C. or more: Oxygen concentration in the furnace atmosphere of 3.0% by volume or more and 10.0% by volume or less
Temperature rising rate 5 ℃ / min or more, less than 20 ℃ / min
The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the bar steel is used as bearing steel or steel for machine structure.
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