JP2771180B2

JP2771180B2 - 高炭素鋼の直接軟化熱処理方法

Info

Publication number: JP2771180B2
Application number: JP63196194A
Authority: JP
Inventors: 俊幸星野; 利夫藤田; 綽久田畑; 聡安本; 修三上田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1988-08-08
Filing date: 1988-08-08
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JPH0247219A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、熱間圧延ままで冷間伸線および切断性に優
れた高炭素鋼の直接軟化熱処理方法に関する。

〈従来の技術〉Ｃが0.6％（重量％、以下同じ）以上を含有する機械
構造用炭素鋼や合金鋼は、一般に圧延ままでは極めて硬
度が高く、切断または冷間伸線が極めて困難である。こ
のため、これら冷間加工に先立って軟質化焼鈍が施され
るのが通例である。

しかしながら、この熱処理は温度600℃から900℃まで
の加熱と十数時間に及ぶ冷却を必要とし、高価な熱処理
設備を必要とするほか、熱エイルギーの多大な消費と煩
雑な作業およびスケール・ロスによる歩留り低下は不可
避である。

このような問題を解決する手段として、たとえば特開
昭56−133445号公報に開示されているように、C:0.03〜
1.20％を含む炭素鋼および合金鋼を、650〜850℃に加熱
し、オーステナイトと未溶解炭化物との混合組織とし、
これを950℃以下の温度域において、前記炭化物の溶解
を生じないように熱間圧延した後、750〜650℃の温度域
を冷却速度40℃／分以下で冷却する方法が提案されてい
る。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、上記の特開昭56−133445号の技術は、
本発明者らの検討によれば、650〜850℃の温度域より熱
間圧延を開始することは、0.6wt％Ｃ以上の高炭素鋼の
場合には、圧下荷重が極めて高くなるため、通常の能力
の線棒ミルでは実際上不可能である。また、圧延中に炭
化物の溶解を生じさせないためには、単なる圧延温度の
制御のみでは困難であって、未溶解炭化物の組成の改変
が必要である。

すなわち、上記特開昭56−133445号の技術では、0.6
％Ｃ以上の炭素鋼や合金鋼への適用は、実際上極めて困
難であると言わざるを得ない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされ
たものであって、高炭素鋼の加熱履歴や熱間圧延条件，
冷却条件を制御することにより、圧延ままで軟質化を達
成し得る熱処理方法を提供することを目的とするもので
ある。

〈課題を解決するための手段〉本発明者らは、高炭素鋼の直接軟化を達成すべく鋭意
検討を行った結果、以下のような知見を得るに至った。

すなわち、高炭素鋼のミクロ組織は、通常の熱間圧延
を施すとパーライトおよび微量な初析セメンタイトより
なる混合組織となる。このような組織の硬度は、パーラ
イト・ラメラー間隔により支配され、パーライト・ラメ
ラー間隔が狭い程硬度は大となる。

このようなパーライト・ラメラー間隔を設定するの
は、オーステナイトからパーライトへの変態温度であ
り、この変態温度は冷却速度および合金成分に極めて強
く依存される。

焼入性向上成分として多量に含有されるCr,Mn等の合
金成分は、変態温度の低下に極めて強い影響を及ぼすの
である。これは、オーステナイト中に固溶している合金
成分が変態中にＣの拡散速度を著しく低下させることに
起因している。

一方、Mn,Cr等は、炭化物中に濃縮しやすい元素であ
り、これらに濃化処理を施すと炭化物は安定化し、Ac_m
（またはAc₃）温度以上に加熱しても容易に溶解しなく
なる。このため、オーステナイト中の固溶合金成分は著
しく減少し、変態時のＣの拡散速度への影響も著しく減
少する。すなわち、同一冷却速度で冷却した場合には前
記安定化処理を施さない場合に比較し、変態温度は上昇
する。この結果、パーライト・ラメラー間隔は増加し、
硬度は低下する。

本発明は、上記のような知見に基づいてなされたもの
であって、その骨子とするところは以下による。

すなわち、C:0.60〜1.5％（重量％、以下同じ）,Si:
0.01〜0.27％,Mn:0.3〜1.5％,P:0.030％未満,S:0.020％
未満,Cr:0.2％以上の成分を有する鋼材を、熱間圧延に
より鋼線材，棒鋼とするに際し、（Ａ）Ac₁点以上〜Ac_m点またはAc₃点以下に加熱し、こ
の温度域に30分以上〜５時間未満保持して合金元素を炭
化物中に濃縮させる工程、（Ｂ）上記（Ａ）工程に引き続き850℃以上〜950℃以下
に加熱して未溶解炭化物とオーステナイトの混合組織と
する工程、（Ｃ）950℃以下の温度域において熱間圧延により鋼線
材，棒鋼とする工程、（Ｄ）熱間圧延後、720〜500℃の温度域を冷却速度0.5
℃/s以下にて冷却する工程、の各工程を連続的に行うことによって、高炭素鋼を直接
軟化熱処理するものである。

〈作用〉以下に、化学成分の限定理由を説明する。

C: Ｃは、焼入性の向上に極めて有用な元素であるが、0.
60％未満ではその効果が小さく、また、1.5％を超える
と変形抵抗が大きく圧延が困難となるので0.60〜1.5％
の範囲とする。

Si: Siは、脱酸に有用な元素であるので積極的に利用する
が、0.27％を超えて含有すると熱処理時に表面部の粒界
酸化が顕著となり材質上悪影響を生じるので0.27％未満
とする。

Mn: Mnは、焼入性向上元素であるとともに、Ｃとの親和力
が強くセメンタイト中に固溶し、セメンタイトを安定化
するので積極的に使用するが、0.3％未満ではその効率
が小さく、また1.5％を超えて含有すると圧延が困難と
なるので、この範囲に限定する。

P: Ｐは、熱間加工性を害するのでなるべく低減すること
が望ましいが、0.025％未満で許容される。

S: Ｓは、鍛造性を害するので、その意味からは低減する
ことが望ましいが、0.020％未満で許容される。

Cr: Crは、焼入性を向上させる元素であるとともに、Ｃと
の親和力が強くセメンタイト中に固溶し、セメンタイト
を安定化するので積極的に使用するが、0.2％未満では
その効果が小さく、したがって0.2％以上とする。

つぎに、各工程における制約条件の限定理由について
説明する。

まず、（Ａ）工程において、Ac₁点以上〜Ac_mまたはAc
₃点以下に加熱するのは、この温度域において鋼中の合
金成分が著しく容易に炭化物中に濃化するためである。

ここで、Ac₁点以上とするのは、これ未満の場合には
合金成分の炭化物中への濃化に著しく長い時間が必要と
されるからであり、他方、Ac_mまたはAc₃点以下とするの
は、これを上回る温度域においては炭化物がオーステナ
イト中に溶解し、目的とする合金元素の炭化物中への濃
化処理が達成されないものである。

また、この温度域における保持時間を30分以上〜５時
間未満とするのは、30分未満では目的とする合金元素の
セメンタイト中への濃化処理が充分に行われないためで
あり、一方、５時間未満とするのはこれ以上では生産性
が著しく低下するからである。

つぎに、（Ｂ）工程において、加熱温度を850℃以上
〜950℃以下とするのは、850℃未満の温度では圧延荷重
が大となり圧延が困難となるためであり、一方、950℃
以下とするのはこれを上回る温度ではセメンタイトがオ
ーステナイト中に完全固溶し、軟質化に効果がないため
である。

さらに、（Ｃ）工程において、熱間圧延により鋼線
材，棒鋼とするに際し、950℃以下の温度域とするの
は、これを上回る温度ではセメンタイトがオーステナイ
ト中に完全固溶し、軟質化に効果がないためである。

さらにまた、（Ｄ）工程において、720〜500℃の温度
域を冷却速度0.5℃/s以下にて冷却するのは、この温度
域がパーライトの変態温度に当たり、この温度域の冷却
速度が軟質化に大きな影響を及ぼすからである。すなわ
ち、徐冷温度域の上限を720℃とするのは、これ超の温
度域において徐冷を開始しても軟質化に効果がないため
である。他方、徐冷温度域の下限を500℃とするのは、
これを上回る温度域で冷却を終了させた場合には、未変
態部分が残留している恐れがあり、この部分が低温変態
組織となり高硬度部分が発生する恐れがあるためであ
る。また、これを下回る温度域まで徐冷を継続しても、
いたずらに処理時間が長くなるのみであって、軟質化に
影響をほとんど及ぼさないので500℃とする。

C:0.60〜1.5％を含む炭素鋼または合金鋼の鋼材に対
して、上記の条件で連続処理を施すことにより、軟質化
を図ることができる。

〈実施例〉以下に、実施例について説明する。

供試材として、第１表に示す成分組成を有する高炭素
鋼の代表的鋼種であるSUP9,SUJ2,SUJ4ビレットの３種を
用い、第２表に示す圧延条件により、65mmφ棒鋼とし
た。このビレットは、180t転炉により溶製されたのち真
空脱ガス処理を施され、連続鋳造によりブルームとされ
た後分塊圧延により150mm角ビレットとされたものであ
る。

なお、各成分でのAc₁，Ac_mまたはAc₃点は、供試材Ａ
は723℃,765℃、供試材Ｂは735℃,837℃、供試材Ｃは74
2℃,843℃である。

各供試材の圧延結果を、圧延まま材の硬さとして第２
表に併せて示した。

本発明例のNo.1〜15は、いずれも低硬度となってお
り、そのまま冷間切断，伸線工程で使用できるレベルで
ある。

一方、比較例において、No.16〜21は（Ａ）工程の加
熱温度が本発明の範囲外であり、No.22〜24は（Ｂ）工
程の加熱温度が、またNo.25〜27は（Ｄ）工程の冷却速
度がいずれも本発明の範囲外である。これら、比較例の
硬度はいずれも高く冷間切断，伸線前に軟化焼鈍が必要
である。

〈発明の効果〉以上説明したことから明らかなように、線材，棒鋼を
本発明に示した加熱履歴，圧延・冷却条件により製造す
ることにより、圧延ままで軟化焼鈍材並みの硬度を得る
ことができ、熱処理工程の省略が可能となり、省力，省
エネルギーへの寄与は大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安本聡千葉県千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者上田修三千葉県千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (56)参考文献特開昭57−19325（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−133445（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−155621（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21D 8/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】C:0.60〜1.5％（重量％、以下同じ）,Si:
0.01〜0.27％,Mn:0.3〜1.5％,P:0.030％未満,S:0.020％
未満,Cr:0.2％以上の成分を有する鋼材を、熱間圧延に
より線材・棒鋼とするに際し、Ac₁点からAc_mまたはAc₃
点の間で加熱し、この温度域に30分ないし５時間未満保
持して合金元素を炭化物中に濃縮させ、引き続き850℃
から950℃の間で加熱して未溶解炭化物とオーステナイ
トの混合組織となし、950℃以下の温度域で熱間圧延を
行い、その後、720℃から500℃の温度域で0.5℃/s以下
の冷却速度で冷却を施すことを特徴とする高炭素鋼の直
接軟化熱処理方法。