JP2014152336A

JP2014152336A - 条鋼の製造方法

Info

Publication number: JP2014152336A
Application number: JP2013019846A
Authority: JP
Inventors: Mikako Takeda; 実佳子武田; Shohei Nakakubo; 昌平中久保; Hirokazu Inoue; 博和井上; Tomohide Tahira; 知秀多比良; Fujio Koizumi; 富士雄小泉; Masaki Shimotsusa; 正貴下津佐
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-08-25
Anticipated expiration: 2033-02-04
Also published as: JP6157132B2

Abstract

【課題】フェライト脱炭およびトータル脱炭の存在を極力低減することができ、ショットピーニングやグラインダ研削などの表面処理を施すことなく、良好な特性を発揮する条鋼を製造するための有用な方法を提供する。
【解決手段】Ｃ：０．１〜１．５％、Ｓｉ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０２５％以下（０％を含まない）およびＳ：０．０２５％以下（０％を含まない）を夫々含み、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼片を加熱、熱間圧延、冷却する条鋼の製造方法であって、加熱前の鋼片の表面に、鉄基粉末、ガラス粉末およびＳｉＣ粉末よりなる群から選ばれる１種以上を含む被覆層を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、線材や棒鋼等の条鋼を製造するための有用な方法に関し、特に条鋼の製造時における脱炭の発生を極力低減しつつ、良好な特性を発揮する条鋼を製造するための方法に関するものである。

自動車の高強度懸架ばねに代表される工業用ばねの素材となるばね用鋼や軸受け鋼等に適用される鋼線材、或いは棒鋼等の条鋼では、特性確保や、圧延、熱処理後のショットピーニング工程の省略などの観点から、鋼材のフェライト組織生成に伴う脱炭（フェライト脱炭）やトータル脱炭（全脱炭）の抑制が要求されている。

こうした観点から、これまでにも様々な技術が提案されている。例えば特許文献１および特許文献２には、鋼材成分の制御によって、フェライト脱炭を抑制する方法が提案されている。また、特許文献３および特許文献４には、熱間圧延時の加熱温度や圧延後の冷却速度などを制御することによって、フェライト脱炭を抑制する方法が開示されている。

特開２００４−１０９６５号公報特開２００３−１０５４９６号公報特公昭６０−３７８５３号公報特開２００２−１９４４３２号公報

これまで提案された技術は、いずれもフェライト脱炭を抑制するには有効であるが、特に加熱炉での加熱段階において発生するトータル脱炭（全脱炭）の抑制については何等考慮されていないのが実状である。トータル脱炭深さが大きくなると、フェライト脱炭が生成した場合と同様に、条鋼の特性（例えば、ばねの疲労特性）の低下を招くことになる。脱炭生成（フェライト脱炭およびトータル脱炭）による特性劣化を防止するために、圧延および熱処理後にショットピーニングやグラインダ研削などの表面処理をすることが有効であることは知られている。しかしながら、これらの表面処理を施すことは生産性の低下を招くことになる。こうしたことから、ショットピーニングやグラインダ研削などの表面処理を施すことなく、脱炭（フェライト脱炭およびトータル脱炭）を極力低減するための技術の確立が望まれている。

本発明はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、フェライト脱炭およびトータル脱炭の存在を極力低減することができ、ショットピーニングやグラインダ研削などの表面処理を施すことなく、良好な特性を発揮する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。

上記目的を達成し得た本発明の条鋼の製造方法とは、Ｃ：０．１〜１．５％（「質量％」の意味、以下同じ）、Ｓｉ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０２５％以下（０％を含まない）およびＳ：０．０２５％以下（０％を含まない）を夫々含み、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼片を加熱、熱間圧延、冷却する条鋼の製造方法であって、
加熱前の鋼片の表面に、鉄基粉末、ガラス粉末およびＳｉＣ粉末よりなる群から選ばれる１種以上を含む被覆層を形成する点に要旨を有するものである。

被覆層を形成するための粉末は、（Ａ）鉄基粉末を含むもの、（Ｂ）ガラス粉末を含むもの、（Ｃ）ＳｉＣ粉末を含むもの、等様々な形態が挙げられるが、これらの粉末は単独でまたは併用して用いることができる。これらの粉末の種類によって、好ましい追加成分や製造条件が選ばれる。

例えば、前記粉末が、（Ａ）鉄基粉末や、（Ｂ）ガラス粉末を含んで被覆層を形成する場合には、粉末中に更に炭素粉末を含むことが好ましい。

本発明の製造方法における好ましい態様として、前記被覆層を形成した鋼片を加熱炉に入れ、少なくとも７５０〜８５０℃の温度域の昇温速度が２０℃／分以上となるようにしながら９５０℃まで加熱し、次いで温度９５０〜１１５０℃、時間１５分以上、６０分以下の均熱をして加熱炉から抽出し、鋼片温度９５０〜１１５０℃を維持しながら熱間圧延および巻取りを行い、この巻取り後５℃／秒以上の平均冷却速度で温度７００℃以下まで冷却することが挙げられる。

被覆層がＳｉＣ粉末を含んで形成される場合には、前記９５０〜１１５０℃での均熱の後、更に温度１１７３〜１３００℃まで加熱し、直ちに抽出してデスケーリング処理を行い、次いで熱間圧延以降の処理を行うことが好ましい。この方法では、温度１１７３〜１３００℃までの加熱を昇温速度２０℃／分以上で行うことが好ましい。

本発明で対象とする鋼片は、更に（ａ）Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まない）および／またはＣｕ：１．０％以下（０％を含まない）、（ｂ）Ｖ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．１％以下（０％を含まない）およびＺｒ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上、（ｃ）Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、等を含むものであってもよい。

本発明は以上の様に構成されており、加熱前の鋼片の表面に被覆層を形成することによって、フェライト脱炭およびトータル脱炭の存在を極力低減することができ、こうして得られた条鋼ではショットピーニングやグラインダ研削などの表面処理を施さなくても、良好な疲労特性を発揮できるものとなる。

図１は、加熱温度と脱炭速度との関係を示すグラフである。

本発明では、加熱前の鋼片（例えば、鋼ビレット）の表面に被覆層を形成するものである。この被覆層は、脱炭の原因となる雰囲気中酸素と、鋼片中の炭素との化合を防止する作用を発揮し、トータル脱炭の存在を極力低減する作用を発揮することができる。

上記のような作用を発揮する被覆層の素材としては、鉄基粉末、ガラス粉末またはＳｉＣ粉末等を含むものが挙げられ、これらの１種或いは２種以上を併用して用いることができる。このうち鉄基粉末は、加熱炉内でＦｅ酸化物を形成するため、これが雰囲気からの酸素遮断層として作用し、雰囲気中酸素と炭素の化合が防止されて、トータル脱炭が低減する。本発明で用いる鉄基粉末は、純鉄粉、鉄合金粉末のいずれも適宜使用できるが、例えば、実質鉄および不可避不純物から構成される粉末（鉄粉末）が好ましい。

ガラス粉末は、加熱炉内で昇温時に軟化して鋼片表面に密着して被覆層を形成し、これが雰囲気からの酸素遮断層として作用し、雰囲気中酸素と炭素の化合が防止されて、トータル脱炭が低減する。このガラス粉末は、例えばＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系（具体的には、ＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃等）や、ＳｎＯ−Ｐ₂Ｏ₅系（具体的には、ＳｎＦ₂−ＳｎＯ−Ｐ₂Ｏ₅、ＳｎＣｌ₂−ＳｎＯ−Ｐ₂Ｏ₅等）のガラス粉末で、脱炭を起こしやすい７５０℃程度の温度で十分に軟化し（即ち、ガラス転移点が７５０℃以下）、鋼片との熱膨張係数差が小さく、鋼片との密着性に優れるものが選定される。

一方、ＳｉＣ粉末は、スケールが成長し始める７００℃程度以上の温度において酸化し、下記のような反応を起こしてＳｉＯ₂層を形成し、鋼片表面を被覆する。このＳｉＯ₂層が雰囲気からの酸素遮断層として作用し、雰囲気中酸素と炭素の化合が防止されて、トータル脱炭が低減する。また、下記の反応で生じるＣＯ₂やＣＯガスの影響により、鋼片表層付近の雰囲気の炭素ポテンシャルが上昇して、脱炭反応を抑制する効果もある。
２ＳｉＣ＋３Ｏ₂＝２ＳｉＯ₂＋２ＣＯまたはＳｉＣ＋２Ｏ₂＝ＳｉＯ₂＋ＣＯ₂

本発明で用いる粉末の形態は、上記各種粉末のいずれか１種若しくは２種以上を併用したもの等、様々なものが挙げられるが、前記粉末が、鉄基粉末を含むものやガラス粉末を含むものである場合には、粉末中に更に炭素粉末を含むことが好ましい。炭素粉末を鉄基粉末やガラス粉末に混合させたもので被覆層を形成すると、炭素が鋼片表面に供給されて浸炭されるため、脱炭低減にさらに効果を発揮する。

上記各種粉末を鋼片表面に被覆層として形成するには、できるだけ全面に均一に形成させるため、カルボキシメチルセルロースナトリウムのような増粘剤を水に溶かしたものと混合して、刷毛塗り、またはエアゾール化して噴きつけるなどの方法によって、鋼片の表面に塗布することができる。尚、被覆層の形成は、基本的に加熱前に行うことになるが、必要によって、熱間圧延中や冷却時の鋼片表面に上塗りして形成しても良い。具体的には、ノズルを設置して噴き付ける等によって、形成することができる。

本発明方法では、必要によって更に熱間圧延前と熱間圧延時における熱処理条件、および熱間圧延後における冷却条件等を適切に制御することによって、フェライト脱炭およびトータル脱炭を更に効果的に抑制できることを見出している。

本発明者らは、熱間圧延前と熱間圧延時の熱処理条件、および熱間圧延後における冷却条件が、フェライト脱炭およびトータル脱炭に与える影響について、様々な角度から検討した。その研究の一環として、鋼片からの炭素拡散に伴うトータル脱炭と、表層フェライト変態に伴うフェライト脱炭との２種類の脱炭に対する脱炭モデル式を構築して計算した。トータル脱炭のモデル式およびフェライト脱炭のモデル式を、夫々下記（１）式および（４）式に示す。尚、脱炭モデル式を構築するに際し、下記の文献１、２を参考にした。
文献１：N Birks and G H meier: Introduction to High Temperature Oxidation of Metals ,1988
文献２：Akie Ichihara and Yoshio Nuri: Sanyo Technical Report Vol.8 No.1 (2001)

但し、ｘ：トータル脱炭速度（μｍ／秒^1/2）
Ｄ₁：炭素鋼中の炭素の拡散係数（下記（２）式を代入）

尚、上記数式において、「Ｃ_０」は、鋼片の初期炭素濃度（懸架ばねの場合、代表値として０．５４質量％を使用）を意味する。
ｔ：時間（秒）
Ａ：内部の脱炭限界（９２％を代入）
ｋｃ：内方酸化スケールの成長速度（下記（３）式を代入）

但し、ｘ’：フェライト脱炭速度（μｍ／秒^1/2）
Ｃ_ｂ：フェライト中の炭素の溶解度（質量％）
ｔ：時間（秒）
Ｄ₂：純鉄中の炭素の拡散係数（下記（５）式を代入）
Ｃ₁：懸架ばねの炭素濃度［０．５４質量％（代表値）を代入］

また、フェライト中の炭素の溶解度Ｃ_ｂ（質量％）は、Ｔｈｅｍｏ−Ｃａｌｃ［Masahiro Nomura et al.: Kobe Steel Engineering Report Vo.56 No.3 (2006)］を用いて計算した値とした。

脱炭モデル式による計算結果を図１に示す。この図１は、加熱温度と脱炭速度との関係を示したものであり、フェライト脱炭やトータル脱炭がどの温度範囲で発生しやすいかを示したものである。この結果から、トータル脱炭は高温、長時間ほど発生しやすく、フェライト脱炭は７００〜９００℃の熱間圧延相当温度で発生し（特に、７５０〜８５０℃で顕著になる）、９５０℃以上では発生しないことが判明した。尚、図１に示した結果は、ばね用鋼線材に代表される条鋼の基本成分（本発明で規定する化学成分組成）を有するものを対象としたものであり（後記実施例参照）、この化学成分範囲では、フェライト脱炭やトータル脱炭が発生する温度領域は基本的に変わらない。またこの実験結果は、被覆層を形成しない状態で検討したものであるが、この製造条件の有用性は被覆層を形成した場合でも有効に発揮できるものである（後記実施例参照）。

この結果に基づき、熱間圧延前と熱間圧延時の熱処理条件、および熱間圧延後における冷却条件を適切に制御すれば、フェライト脱炭およびトータル脱炭が更に抑えられた条鋼が得られることを見出した。以下、本発明で規定する好ましい要件について説明する。尚、下記の各種温度は鋼片表面（被覆層を形成した場合には、被覆層の表面）で測定した値である。

フェライト脱炭は、７５０〜８５０℃の温度域で特に顕著に発生することが実験で確認できた。この結果に基づき、熱間圧延前に鋼片を加熱炉で加熱するに際し、少なくとも７５０〜８５０℃（好ましくは７７０℃以上、８３０℃以下）の温度域をできるだけ急速に加熱することによって、フェライト脱炭が抑制できる。こうした観点から、少なくとも７５０〜８５０℃の温度域での昇温速度が２０℃／分以上となるようにしながら９５０℃まで加熱することが好ましい。このときの昇温速度は、より好ましくは３０℃／分以上であり、更に好ましくは４０℃／分以上である。但し、この昇温速度が大きくなり過ぎると、ビレットの均一加熱が困難となるので、８０℃／分以下とすることが好ましい。

高温に加熱すればするほど、雰囲気中の酸素と、鋼片中の炭素とが化合することによるトータル脱炭が進行することになる（前記図１参照）。そのため加熱炉内での加熱温度（以下、「均熱温度」と呼ぶことがある）は、フェライト脱炭が生じない９５０℃以上とすることが好ましい（より好ましくは９７０℃以上、更に好ましくは１０００℃以上）。しかしながら、この均熱温度が高くなり過ぎると、酸化スケールが厚くなってスケールロスが増大するので、均熱温度は、１１５０℃以下とすることが好ましい（より好ましくは１１２０℃以下、更に好ましくは１１００℃以下）。

また上記のような加熱での時間（均熱時間）は、トータル脱炭低減の観点から６０分以下とすることが好ましい（より好ましくは５５分以下、更に好ましくは５０分以下）。しかしながら、均熱時間が短すぎると、圧延時での負荷が大きくなるので、１５分以上とすることが好ましい（より好ましくは２０分以上、更に好ましくは３０分以上）。

上記の条件で均熱を行った後（加熱炉から抽出した後）は、フェライト脱炭防止という観点から、熱間圧延温度は９５０℃以上とし、且つ巻取り温度も９５０℃以上を維持することが好ましい（より好ましくは９７０℃以上、更に好ましくは１０００℃以上）。また、スケールロス低減、トータル脱炭抑制の観点から、熱間圧延温度、巻取り温度の上限は１１５０℃以下とすることが好ましい（より好ましくは１１２０℃以下、更に好ましくは１１００℃以下）。

上記のような熱間圧延、巻取りを行った後は、冷却工程でのフェライト生成防止（フェライ脱炭抑制）という観点から、できるだけ速やかに（概ね１０秒以内程度）冷却を開始し、フェライトが生成しない７００℃以下まで５℃／秒以上の平均冷却速度で冷却することが好ましい。このときの平均冷却速度は、より好ましくは１０℃／秒以上であり、更に好ましくは１５℃／秒以上である。但し、この平均冷却速度が大きくなり過ぎると、過冷組織が生じやすくなるので、５０℃／秒以下（より好ましくは３０℃／秒以下）とすることが好ましい。

尚、前記被覆層が、ＳｉＣ粉末を含んで形成される場合には、下記の工程を付加することが好ましい。即ち、ＳｉＯ₂層が付着したまま、加熱炉から抽出すると、デスケーリングでＳｉＯ₂が除去できず、熱間圧延時に疵の発生原因となる虞がある。そこで、ＳｉＯ₂層をデスケーリングで完全に除去するという観点から、加熱炉から抽出する直前に１１７３℃以上（ＦｅＯ−ＳｉＯ₂層が液相となる温度）、１３００℃以下（より好ましくは１１８０℃以上、１２５０℃以下）までできるだけ速やかに昇温することにより、ＦｅＯ−ＳｉＯ₂層を生成させて液相化し、その後、デスケーリングを行ってから上記熱間圧延することが好ましい。この工程では、速やかに昇温するためには、昇温速度は２０℃／分以上とすることが好ましく、より好ましくは３０℃／分以上である。但し、この昇温速度が大きくなり過ぎると、ビレットの均一加熱が困難となるので、８０℃／分以下とすることが好ましい。

本発明方法で対象とする条鋼の化学成分組成については、最終製品（例えば、高強度ばね）としての特性を発揮させるために、その化学成分組成を適切に調整する必要がある。その化学成分組成における各成分（元素）による範囲限定理由は次の通りである。

（Ｃ：０．１〜１．５％）
Ｃは、条鋼の強度に影響する元素であり、その含有量が多いほど高強度が得られる。本発明の条鋼を高強度ばね等に適用する上で、必要な強度を確保するためには０．１％以上含有させる必要がある。Ｃ含有量の好ましい下限は０．２％以上（より好ましくは０．５％以上）である。しかしながら、Ｃ含有量が過剰になると冷間加工性が劣化するため、１．５％以下とする必要がある。Ｃ含有量の好ましい上限は１．４％以下（より好ましくは１．２％以下）である。

（Ｓｉ：０．１〜３．０％）
Ｓｉは、強度向上に有効な元素であり、本発明の条鋼を高強度ばね等に適用する上で、必要な強度を確保するためには、０．１％以上含有させる必要がある。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．２％以上（より好ましくは０．５％以上）である。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になると、スケールの剥離性が著しく低下するため、３．０％以下とする必要がある。Ｓｉ含有量の好ましい上限は２．５％以下（より好ましくは２．２％以下）である。

（Ｍｎ：０．０１〜２．０％）
Ｍｎは、靭性劣化元素であるＳをＭｎＳとして固定し、Ｓを無害化する上で有用な元素であり、このような効果を十分に発揮させるためには、０．０１％以上含有させる必要がある。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）である。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、鋳造時の凝固偏析が顕著になり、偏析部で破壊が生じやすくなるため、２．０％以下とする必要がある。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．８５％以下（より好ましくは１．７５％以下）である。

（Ｃｒ：０．１〜２．０％）
Ｃｒは、耐食性向上に寄与する元素であり、このような効果を発揮させるためには、０．１％以上含有させる必要がある。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．１５％以上（より好ましくは０．２％以上）である。しかしながら、Ｃｒ含有量が過剰になると、粗大なＣｒ系炭化物が生成し、靭性が低下するため、その含有量は２．０％以下とする必要がある。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１．８％以下（より好ましくは１．６％以下）である。

（Ｐ：０．０２５％以下（０％を含まない））
Ｐは、粒界偏析によって靭性を低下させる不可避不純物であるため、少ないほど良い。本発明では、許容できる上限として０．０２５％以下とした。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２０％以下（より好ましくは０．０１５％以下）である。

（Ｓ：０．０２５％以下（０％を含まない））
Ｓは、粒界脆化や粗大な硫化物形成によって靭性を低下させる不可避不純物であるため、少ないほど良い。本発明では、許容できる上限として０．０２５％以下とした。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０２０％以下（より好ましくは０．０１５％以下）である。

本発明の条鋼における基本成分は上記の通りであり、残部は、鉄および不可避不純物である。この不可避不純物としては、例えば鉄原料（スクラップを含む）、副原料などの資材、製造設備などの状況によって不可避的に条鋼中に導入される元素が挙げられる。こうした元素としては、例えばＡｌ，Ｏ，Ｎ等が挙げられる。

本発明で対象とする条鋼には、必要によって（ａ）Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まない）および／またはＣｕ：１．０％以下（０％を含まない）、（ｂ）Ｖ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．１％以下（０％を含まない）およびＺｒ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上、（ｃ）Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、等を含有させてもよく、含有させる元素の種類に応じて、条鋼の特性が更に改善される。これらの元素の好ましい範囲設定理由は下記の通りである。

（Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まない）および／またはＣｕ：１．０％以下（０％を含まない））
ＮｉおよびＣｕは、いずれも耐食性向上元素として有用な元素である。しかしながら、Ｎｉを過剰に含有させると、残留オーステナイトの増加によって、最終製品の特性（例えば、引張強さ）が低下する。また、Ｃｕ含有量が過剰になると、表面割れを発生させる。こうした観点から、いずれも１．０％以下とすることが好ましい。より好ましくはいずれも０．８％以下（更に好ましくは０．６％以下）である。尚、これらの元素を含有させるときの好ましい下限は、Ｎｉで０．２％以上（より好ましくは０．３％以上）であり、Ｃｕで０．１％以上（より好ましくは０．２％以上）である。

（Ｖ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．１％以下（０％を含まない）およびＺｒ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上）
Ｖ、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒは、いずれも炭・窒化物（炭化物、窒化物および炭窒化物）形成元素であり、微細組織の生成によって靭性を向上させる効果がある。しかしながら、過剰に含有させると炭・窒化物が粗大化し、靭性が劣化する。こうした観点からして、これらの元素を含有するときは、Ｖで０．３％以下、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒで０．１％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｖで０．２％以下、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒで０．０７％以下（更に好ましくはＮｂおよびＺｒで０．０５％以下）である。尚、上記の効果を有効に発揮させるためには、Ｖで０．１２％以上であり、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒで０．０１％以上（より好ましくはＴｉで０．０５％以上）である。

（Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない））
Ｍｏは、鋼片の強度確保に有効であるほか、Ｐの粒界偏析による靭性低下などの悪影響を低減し、強靭化に有効な元素である。しかしながら、Ｍｏは凝固偏析しやすい元素であり、過剰に含有させると偏析部で破壊する虞がある。こうした観点からＭｏ含有量は、１．０％以下とすることが好ましく、より好ましい上限は０．７％以下（更に好ましくは０．５％以下）である。尚、上記の効果を有効に発揮させるためのＭｏ含有量の好ましい下限は、０．１％以上であり、より好ましくは０．２％以上（更に好ましくは０．３％以上）である。

本発明の製造方法によって得られた鋼は、ばね用鋼や軸受け鋼等の鋼線材、棒鋼等の各種条鋼に適用されるが、特にばね用鋼に適用することが好ましい。ばねには特に高い疲労強度が求められるが、本発明を適用し、フェライト脱炭とトータル脱炭の双方を低減したものとすることによって、高い疲労強度を有するばねを製造するためのばね用鋼線材を得ることができる。

以下本発明を実施例によって更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。

（実施例１）
下記表１に示す化学成分組成の鋼片（鋼ビレット）を溶製し、鉄基粉末、或いは鉄基粉末に炭素粉末（配合割合５０質量％）で混合したものを、増粘剤（カルボキシメチルセルロース）を水に溶かしたものと混合して、ノズルからエアゾール化して噴き付けることによって、鋼ビレットの表面に被覆層を形成した。被覆層を形成した鋼ビレットを、下記表２に示す製造条件（７５０〜８５０℃での昇温速度、均熱温度、均熱時間、熱間圧延温度、巻取り温度、巻取りから７００℃までの平均冷却速度）で線材（直径：１５ｍｍ）を製造した。得られた各線材（熱間圧延線材コイル）について、下記の方法によってフェライト脱炭およびトータル脱炭の生成状況について評価した。また、線材の表層における炭素割合を評価した。これらの結果を、圧延材特性として下記表３に示す。

（脱炭の生成状況の評価）
線材コイルのトップ部（圧延始め）およびボトム部（圧延終わり）から、それぞれ５巻き目を寸断した。トップ側およびボトム側の１巻きを、それぞれ８等分に分割し（１本当たり２０ｍｍ）、合計８本の線材片（サンプル）を作製した。このサンプルを、切断面（横断面）が表面に出るようにしながら樹脂に埋め込み、エメリー紙およびダイヤモンド粒子を用いて湿式研磨し、次いでピクラール液でエッチングして、合計８個の脱炭層深さ測定用試験片を作製した。これら試験片を光学顕微鏡にて観察倍率２００倍で観察し、表層のトータル脱炭層深さおよびフェライト脱炭層深さを測定した。この測定法は、ＪＩＳＧ０５５８の顕微鏡による測定法に従った。８個のサンプルの中で、トータル脱炭層深さおよびフェライト脱炭層深さの最大値を評価した。評価基準は、トータル脱炭層深さが０．０７ｍｍ以下の場合を良好、それより深い場合を不良とした。またフェライト脱炭層深さは、０．０１ｍｍ以下の場合を合格、それよりも深い場合を不合格とした。

（線材の表層における炭素割合）
線材の地鉄表層から０．０３ｍｍ位置の部分（表層）について、炭素含有量を測定し、鋼片全体の炭素含有量に対する割合（質量％）を測定した。この値が大きい方が、脱炭が抑制されていることを示しており、８０％以上を合格と評価した。

この結果から、次のように考察できる。試験Ｎｏ．１〜１３のものでは、鋼ビレットに被覆層を形成してから加熱・熱間圧延を行っており、トータル脱炭層およびフェライト脱炭が有効に抑制されていることが分かる。特に、製造条件を好ましい範囲に制御したものでは（試験Ｎｏ．２〜７、９〜１１、１３）、トータル脱炭層およびフェライト脱炭が顕著に抑制されていることが分かる。

これに対し、試験Ｎｏ．１４〜１８のものは、鋼ビレットに被覆層を形成せずに加熱・熱間圧延を行ったものであり、トータル脱炭層およびフェライト脱炭が抑制されていないことが分かる。このうち試験Ｎｏ．１６のものは、好ましい製造条件である「７５０〜８５０℃での昇温速度」も遅くなっている例であるが、成分の影響（Ｃｒが比較的多い）により、緻密なスケールが表層に生成し、脱炭が抑制されたものと考えられる。

試験Ｎｏ．１７のものは、好ましい製造条件である「加熱炉内での加熱温度（均熱温度）」が低くなっている例であり、フェライト脱炭が効果的に抑制されず、トータル脱炭も顕著に深くなっており、線材の表層における炭素割合も小さくなっている。

（実施例２）
下記表４に示す化学成分組成の鋼片（鋼ビレット）を溶製し、ガラス粉末、或いはガラス粉末に炭素粉末（配合割合５０質量％）で混合したものを、増粘剤（カルボキシメチルセルロース）を水に溶かしたものと混合して、ノズルからエアゾール化して噴き付けることによって、鋼ビレット表面に被覆層を形成した。被覆層を形成した鋼ビレットを、下記表５に示す製造条件（７５０〜８５０℃での昇温速度、均熱温度、均熱時間、熱間圧延温度、巻取り温度、巻取りから７００℃までの平均冷却速度）で線材（直径：１５ｍｍ）を製造した。得られた各線材（熱間圧延線材コイル）について、実施例１と同様の方法によって、フェライト脱炭およびトータル脱炭の生成状況、線材の表層における炭素割合について評価した。これらの結果を、圧延材特性として下記表６に示す。

この結果から、次のように考察できる。試験Ｎｏ．１９〜３１のものでは、鋼ビレットに被覆層を形成してから加熱・熱間圧延を行っており、トータル脱炭層およびフェライト脱炭が有効に抑制されていることが分かる。特に、製造条件を好ましい条件に適正に制御したものでは（試験Ｎｏ．１９、２１〜２３、２５、２６、２８、３０）、トータル脱炭層およびフェライト脱炭が顕著に抑制されていることが分かる。

これに対し、試験Ｎｏ．３２〜３６のものは、鋼ビレットに被覆層を形成せずに加熱・熱間圧延を行ったものであり、トータル脱炭層およびフェライト脱炭が顕著に効果的に抑制されていないことが分かる。

（実施例３）
下記表７に示す化学成分組成の鋼片（鋼ビレット）を溶製し、ＳｉＣ粉末を、増粘剤（カルボキシメチルセルロース）を水に溶かしたものと混合して、ノズルからエアゾール化して噴き付けることによって、鋼ビレット表面に被覆層を形成した。下記表８に示す製造条件（７５０〜８５０℃での昇温速度、均熱温度、均熱時間、均熱〜抽出までの昇温速度、抽出温度、熱間圧延温度、巻取り温度、巻取りから７００℃までの平均冷却速度）で線材（直径：１５ｍｍ）を製造した。得られた線材（熱間圧延線材コイル）について、実施例１と同様の方法によってフェライト脱炭およびトータル脱炭の生成状況、線材の表層における炭素割合について評価した。これらの結果を、圧延材特性として下記表９に示す。

この結果から、次のように考察できる。試験Ｎｏ．３７〜４９のものでは、鋼ビレットに被覆層を形成してから加熱・熱間圧延を行っており、トータル脱炭層およびフェライト脱炭が有効に抑制されていることが分かる。特に、製造条件を好ましい条件に適正に制御したものでは（試験Ｎｏ．３７、３８、４０、４１、４３、４５、４８、４９）、トータル脱炭層およびフェライト脱炭が顕著に抑制されていることが分かる。

これに対し、試験Ｎｏ．５０〜５４のものは、鋼ビレットに被覆層を形成せずに加熱・熱間圧延を行ったものであり、トータル脱炭層およびフェライト脱炭が効果的に抑制されていないことが分かる。このうち試験Ｎｏ．５３のものは、好ましい製造条件である「熱間圧延温度」、「巻取り温度」および「巻取りから７００℃までの平均冷却速度」等の製造条件が好ましい範囲を外れる例であり、フェライト脱炭が効果的に抑制されず、トータル脱炭も顕著に深くなっており、線材の表層における炭素割合も極めて小さくなっている。

Claims

Ｃ：０．１〜１．５％（「質量％」の意味、以下同じ）、Ｓｉ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０２５％以下（０％を含まない）およびＳ：０．０２５％以下（０％を含まない）を夫々含み、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼片を加熱、熱間圧延、冷却する条鋼の製造方法であって、
加熱前の鋼片の表面に、鉄基粉末、ガラス粉末およびＳｉＣ粉末よりなる群から選ばれる１種以上を含む被覆層を形成することを特徴とする条鋼の製造方法。
前記被覆層は、鉄基粉末を含んで形成される請求項１に記載の条鋼の製造方法。
前記被覆層は、ガラス粉末を含んで形成される請求項１または２に記載の条鋼の製造方法。
前記被覆層は、更に炭素粉末を含んで形成されるものである請求項２または３に記載の条鋼の製造方法。
前記被覆層は、ＳｉＣ粉末を含んで形成される請求項１〜４のいずれかに記載の条鋼の製造方法。
前記被覆層を形成した鋼片を加熱炉に入れ、少なくとも７５０〜８５０℃の温度域の昇温速度が２０℃／分以上となるようにしながら９５０℃まで加熱し、次いで温度９５０〜１１５０℃、時間１５分以上、６０分以下の均熱をして加熱炉から抽出し、鋼片温度９５０〜１１５０℃を維持しながら熱間圧延および巻取りを行い、この巻取り後５℃／秒以上の平均冷却速度で温度７００℃以下まで冷却することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の条鋼の製造方法。
前記被覆層がＳｉＣ粉末を含んで形成されており、前記９５０〜１１５０℃での均熱の後、更に温度１１７３〜１３００℃まで加熱し、直ちに抽出してデスケーリング処理を行い、次いで熱間圧延以後の処理を行う請求項６に記載の条鋼の製造方法。
前記１１７３〜１３００℃までの加熱を昇温速度２０℃／分以上で行う請求項７に記載の条鋼の製造方法。
前記鋼片は、更にＮｉ：１．０％以下（０％を含まない）および／またはＣｕ：１．０％以下（０％を含まない）を含むものである請求項１〜８のいずれかに記載の条鋼の製造方法。
前記鋼片は、更にＶ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．１％以下（０％を含まない）およびＺｒ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上を含むものである請求項１〜９のいずれかに記載の条鋼の製造方法。
前記鋼片は、更にＭｏ：１．０％以下（０％を含まない）を含むものである請求項１〜１０のいずれかに記載の条鋼の製造方法。