JP3031484B2 - 球状化組織を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法 - Google Patents
球状化組織を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼線材又は棒鋼の製造方法に関し、特に熱
間圧延時の加熱履歴加工条件及び冷却条件を制御するこ
とにより熱間圧延ままで球状化組織を有する鋼材を製造
する方法に関する。
間圧延時の加熱履歴加工条件及び冷却条件を制御するこ
とにより熱間圧延ままで球状化組織を有する鋼材を製造
する方法に関する。
鋼線材又は棒鋼とされる各種鋼材には、鋼中炭化物を
球状化することが要求されるものが多い。例えば、冷間
鍛造用に用いられるS20C〜S55Cの機械構造用炭素鋼ある
いは、SCM435又はSCr440等の機械構造用合金鋼は、通常
熱間圧延ままでは変形能が不足し厳しい冷間加工に耐え
得ない。また、これと同時に変形抵抗が高い。そのため
に冷間加工前に球状化焼鈍を施すのが一般的である。ま
た高炭素鋼である軸受鋼（例えばSUJ2）でも、切断性、
耐摩耗性、冷間加工性及び転動疲労寿命特性の観点から
球状化組織とすることが要求されている。
球状化することが要求されるものが多い。例えば、冷間
鍛造用に用いられるS20C〜S55Cの機械構造用炭素鋼ある
いは、SCM435又はSCr440等の機械構造用合金鋼は、通常
熱間圧延ままでは変形能が不足し厳しい冷間加工に耐え
得ない。また、これと同時に変形抵抗が高い。そのため
に冷間加工前に球状化焼鈍を施すのが一般的である。ま
た高炭素鋼である軸受鋼（例えばSUJ2）でも、切断性、
耐摩耗性、冷間加工性及び転動疲労寿命特性の観点から
球状化組織とすることが要求されている。
しかし、この熱処理は温度600〜900℃までの加熱と10
時間から30時間に及ぶ徐冷却を必要とするため高価な熱
処理設備と熱エネルギーの多大な消費と煩雑な作業及び
スケールロスによる歩留り低下等が不可避である。
時間から30時間に及ぶ徐冷却を必要とするため高価な熱
処理設備と熱エネルギーの多大な消費と煩雑な作業及び
スケールロスによる歩留り低下等が不可避である。
このような問題を解決する手段として、例えば特開昭
60−155621号公報が提案されている。この方法はAr3又
はArCmを越えAr3＋100℃又はArCm＋100℃以上の温度領
域で10％以上の加工を施し、さらにAr1以上Ar3又はArCm
以下の温度領域で20％以上の加工を加えた後、Ae1−100
℃以上Ae1以下に５分以上保持するか、あるいは500℃ま
でを100℃/h以下で冷却するか、あるいは別ラインで球
状化焼鈍を施し、球状化焼鈍の省略あるいは焼鈍時間の
大幅な短縮を達成しようとするものである。
60−155621号公報が提案されている。この方法はAr3又
はArCmを越えAr3＋100℃又はArCm＋100℃以上の温度領
域で10％以上の加工を施し、さらにAr1以上Ar3又はArCm
以下の温度領域で20％以上の加工を加えた後、Ae1−100
℃以上Ae1以下に５分以上保持するか、あるいは500℃ま
でを100℃/h以下で冷却するか、あるいは別ラインで球
状化焼鈍を施し、球状化焼鈍の省略あるいは焼鈍時間の
大幅な短縮を達成しようとするものである。
しかしながら上記の方法では以下の問題点がある。
Ar1以上又はAr3又はArCm以下の温度域における加工は
従来から知られているように球状化の促進に極めて効果
がある。しかし、Ar3変態又はArCm等の拡散変態を生じ
させるためには、変態温度に達した後、変態が始まるま
での潜伏時間を経過することが必要である。一方、線材
又は棒鋼の如き連続圧延ラインでは最終圧延速度は極め
て速く、またパス間の時間も極めて短いのでAr1以上Ar3
又はArCm以下の領域で仕上圧延を行うことは実際上不可
能である。またAr1以上Ar3又はArCm以下の温度領域は変
態脆化域と知られ熱間加工性が著しく低下する領域であ
るので、この区間での加工は材料に有害な表面割れ等の
欠陥を生じる。周知のようにこのような表面欠陥は冷間
鍛造用途の材料には極めて有害であって厳しい２次加工
工程に供することは困難である。
従来から知られているように球状化の促進に極めて効果
がある。しかし、Ar3変態又はArCm等の拡散変態を生じ
させるためには、変態温度に達した後、変態が始まるま
での潜伏時間を経過することが必要である。一方、線材
又は棒鋼の如き連続圧延ラインでは最終圧延速度は極め
て速く、またパス間の時間も極めて短いのでAr1以上Ar3
又はArCm以下の領域で仕上圧延を行うことは実際上不可
能である。またAr1以上Ar3又はArCm以下の温度領域は変
態脆化域と知られ熱間加工性が著しく低下する領域であ
るので、この区間での加工は材料に有害な表面割れ等の
欠陥を生じる。周知のようにこのような表面欠陥は冷間
鍛造用途の材料には極めて有害であって厳しい２次加工
工程に供することは困難である。
さらにAr1以上Ar3又はArCm以下の領域の加工において
は準安定オーステナイトと初析フェライト又は初析セメ
ンタイトの２相組織であるために変形が不均一であり、
その結果、鋼線材又は棒鋼に要求される寸法精度を確保
することが困難となる。
は準安定オーステナイトと初析フェライト又は初析セメ
ンタイトの２相組織であるために変形が不均一であり、
その結果、鋼線材又は棒鋼に要求される寸法精度を確保
することが困難となる。
本発明は、以上のような問題を解決し、熱間圧延時の
加熱履歴、加工条件及び冷却条件を制御し、熱間圧延ま
まで球状化組織を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法を提
供することを目的としてなされたものである。
加熱履歴、加工条件及び冷却条件を制御し、熱間圧延ま
まで球状化組織を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法を提
供することを目的としてなされたものである。
本発明者らは標記鋼材を得る適正な熱間圧延条件を検
討した結果以下の知見を得るに到った。
討した結果以下の知見を得るに到った。
通常の球状化焼鈍は鋼材をAC1以上AC3以下の温度に加
熱しオーステナイトと残留炭化物の組織とした後、徐冷
し残留炭化物を核としてオーステナイトを変態させて球
状炭化物を成長させて球状化組織とするものである。こ
れに対し熱間圧延により鋼線材又は棒鋼を製造するに際
してはAC1以上AC3以下の温度に加熱した場合には、温度
が低いために変形抵抗が高く通常の能力のミルでは圧延
が困難である。したがって熱間圧延ままで球状化組織を
得るためには、圧延中に球状炭化物の折出核となる炭化
物を得ることが重要である。本発明者らは鋭意検討した
結果、この析出核を加熱途中に形成することが最も有効
であるとの知見を得た。
熱しオーステナイトと残留炭化物の組織とした後、徐冷
し残留炭化物を核としてオーステナイトを変態させて球
状炭化物を成長させて球状化組織とするものである。こ
れに対し熱間圧延により鋼線材又は棒鋼を製造するに際
してはAC1以上AC3以下の温度に加熱した場合には、温度
が低いために変形抵抗が高く通常の能力のミルでは圧延
が困難である。したがって熱間圧延ままで球状化組織を
得るためには、圧延中に球状炭化物の折出核となる炭化
物を得ることが重要である。本発明者らは鋭意検討した
結果、この析出核を加熱途中に形成することが最も有効
であるとの知見を得た。
Mn、Cr等の合金元素を含むものでは一般に球状化しに
くいが、これらの元素は、特定温度域においてセメンタ
イト中に濃縮してセメンタイトを安定化するため、安定
化処理を施した後に通常の熱間圧延時の加熱温度に昇温
しても溶解しずらくなる。このために特定の温度で圧
延、冷却を行えばこの残留炭化物を核として球状化炭化
物が成長し、熱間圧延ままで球状化組織を得ることが可
能となるのである。
くいが、これらの元素は、特定温度域においてセメンタ
イト中に濃縮してセメンタイトを安定化するため、安定
化処理を施した後に通常の熱間圧延時の加熱温度に昇温
しても溶解しずらくなる。このために特定の温度で圧
延、冷却を行えばこの残留炭化物を核として球状化炭化
物が成長し、熱間圧延ままで球状化組織を得ることが可
能となるのである。
本発明は以上の知見に基づいてなされたものであって
その技術手段は次の通りである。
その技術手段は次の通りである。
C:0.20重量％以上を含有する鋼素材を、 AC1点以上ACm又はAC3点以下の温度で１分以上20時
間未満保持する第１段加熱工程、 ACm又はAC3点以上1050℃未満に加熱し未溶解炭化物
とオーステナイトの混合組織とする第２段加熱工程 粗圧延および中間圧延を行った後仕上圧延としてA
C3又はACm以下Ar3又はArCm点以上の温度域において30％
以上の加工を施す熱間圧延工程 660℃以上740℃以下の温度で30分以上保持する保持
工程 の４工程を連続して施すことを特徴とする球状化組織を
有する鋼線材又は棒鋼の製造方法である。
間未満保持する第１段加熱工程、 ACm又はAC3点以上1050℃未満に加熱し未溶解炭化物
とオーステナイトの混合組織とする第２段加熱工程 粗圧延および中間圧延を行った後仕上圧延としてA
C3又はACm以下Ar3又はArCm点以上の温度域において30％
以上の加工を施す熱間圧延工程 660℃以上740℃以下の温度で30分以上保持する保持
工程 の４工程を連続して施すことを特徴とする球状化組織を
有する鋼線材又は棒鋼の製造方法である。
また本発明の第２の発明は、上記方法において の660℃以上740℃以下の温度で30分以上保持する保
持工程に代り、 ′熱間圧延終了温度から650℃までを100℃/h未満の
冷却速度で冷却する冷却工程とすることを特徴とする球
状化組織を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法である。
持工程に代り、 ′熱間圧延終了温度から650℃までを100℃/h未満の
冷却速度で冷却する冷却工程とすることを特徴とする球
状化組織を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法である。
次に本発明の限定理由について説明する。
本発明においてC:0.20重量％以上を含有することを規
定するのはＣを0.20重量％以上含有しないとオーステナ
イト化を実施しても未溶解炭化物の個数が少なく球状化
促進への効果が小さいためである。
定するのはＣを0.20重量％以上含有しないとオーステナ
イト化を実施しても未溶解炭化物の個数が少なく球状化
促進への効果が小さいためである。
本発明で適用する鋼は上述のようにＣが0.20重量％以
上を含有するものであればいづれでも適用できるが、C
r,Mo,Mnを高く含有する球状化しにくい鋼種に対しても
有利に適用することができる。
上を含有するものであればいづれでも適用できるが、C
r,Mo,Mnを高く含有する球状化しにくい鋼種に対しても
有利に適用することができる。
第１段加熱工程の温度をAC1以上AC3又はACm以下とす
るのはAC1点未満では、炭化物中への合金元素の濃縮に
きわめて長時間必要であるため下限をAC1点以上とす
る。またAC3又はACm点を越えると炭化物はすべてオース
テナイト中に固溶するので濃縮処理を行うことが困難で
あるので、AC3又はACm点以下とする。
るのはAC1点未満では、炭化物中への合金元素の濃縮に
きわめて長時間必要であるため下限をAC1点以上とす
る。またAC3又はACm点を越えると炭化物はすべてオース
テナイト中に固溶するので濃縮処理を行うことが困難で
あるので、AC3又はACm点以下とする。
第１段加熱工程の保持時間を１分以上とするのは、１
分未満ではその効果は不十分であり、さらに20時間未満
とするのは20時間以上保持しても効果が飽和するのみで
なく生産能率を低下させるので20時間未満とする。
分未満ではその効果は不十分であり、さらに20時間未満
とするのは20時間以上保持しても効果が飽和するのみで
なく生産能率を低下させるので20時間未満とする。
第２段加熱工程のACm又はAC3点以上1050℃未満とする
のは、ACm又はAC3点未満の温度では、圧延時の荷重が過
大となり、圧延が困難となるのみならず熱間変形能が低
下し表面割れが生じやすくなり、さらに寸法精度を確保
することが困難となるのでACm又はAC3点を下限とする。
また1050℃未満とするのは1050℃以上では第１段加熱工
程を実施しても炭化物がすべて固溶し、第１段加熱工程
の効果が消失するので1050℃未満とする。
のは、ACm又はAC3点未満の温度では、圧延時の荷重が過
大となり、圧延が困難となるのみならず熱間変形能が低
下し表面割れが生じやすくなり、さらに寸法精度を確保
することが困難となるのでACm又はAC3点を下限とする。
また1050℃未満とするのは1050℃以上では第１段加熱工
程を実施しても炭化物がすべて固溶し、第１段加熱工程
の効果が消失するので1050℃未満とする。
熱間圧延工程において、圧延温度を1050℃未満とする
のは、この温度以上では炭化物が溶解し第１段加熱工程
の効果が消失するので1050℃未満とする。また下限をA
r3又はArCmとするのは、この温度を下回ると先述したよ
うな問題が生じるためである。
のは、この温度以上では炭化物が溶解し第１段加熱工程
の効果が消失するので1050℃未満とする。また下限をA
r3又はArCmとするのは、この温度を下回ると先述したよ
うな問題が生じるためである。
仕上圧延工程においてAC3又はACm以下、Ar3又はArCm
以上の温度とするのは、この温度域における圧延により
導入された歪によりＣの拡散が促進されることにより炭
化物の成長が促進され短時間で球状化組織が得られるた
めである。ここでAC3又はACmを上限温度とするのはこれ
より高い温度領域においては、導入された加工歪が回復
し球状化促進の効果が消失するためである。また、Ar3
又はArCm以上の温度とするのは、これを下回る温度では
先述した如く熱間変形態が低下するため表面割れが生じ
やすくなることの他に線材又は棒鋼の寸法精度を確保す
ることが困難となるためである。また加工度を30％以上
とするのはこれ未満の加工率では球状化促進の効果が小
さいためである。
以上の温度とするのは、この温度域における圧延により
導入された歪によりＣの拡散が促進されることにより炭
化物の成長が促進され短時間で球状化組織が得られるた
めである。ここでAC3又はACmを上限温度とするのはこれ
より高い温度領域においては、導入された加工歪が回復
し球状化促進の効果が消失するためである。また、Ar3
又はArCm以上の温度とするのは、これを下回る温度では
先述した如く熱間変形態が低下するため表面割れが生じ
やすくなることの他に線材又は棒鋼の寸法精度を確保す
ることが困難となるためである。また加工度を30％以上
とするのはこれ未満の加工率では球状化促進の効果が小
さいためである。
保持工程において660℃以上740℃以下の温度で30分以
上の保持を行うのは、この温度域において未溶解炭化物
を核として未変態オーステナイトを球状炭化物に変態及
び成長させて球状化組織とするために行うが660℃を下
回る温度では未変態オーステナイトがラメラーパーライ
トに変態し目的とする球状化組織は得られない。また、
740℃を越える温度では変態は生ぜずオーステナイトの
まま存在し、目的とする球状化組織は得られない。この
ため上限を740℃とする。
上の保持を行うのは、この温度域において未溶解炭化物
を核として未変態オーステナイトを球状炭化物に変態及
び成長させて球状化組織とするために行うが660℃を下
回る温度では未変態オーステナイトがラメラーパーライ
トに変態し目的とする球状化組織は得られない。また、
740℃を越える温度では変態は生ぜずオーステナイトの
まま存在し、目的とする球状化組織は得られない。この
ため上限を740℃とする。
この温度区間における保持時間を30分以上とするのは
30分未満では変態が完了せず、これを空冷すると未変態
部はラメラーパーライトとなり、不完全な球状化組織と
なるためである。
30分未満では変態が完了せず、これを空冷すると未変態
部はラメラーパーライトとなり、不完全な球状化組織と
なるためである。
また、上記保持工程は熱間圧延終了温度から650℃ま
でを100℃/h未満の冷却速度で冷却する冷却工程として
もよい。ここで100℃/h未満とするのは100℃/h未満の冷
却速度で冷却した場合にはオーステナイトを球状炭化物
に変態させることが可能であるためである。100℃/hを
上回る冷却速度ではオーステナイトはラメラーパーライ
トに変態するので目的とする球状化組織が得られない。
でを100℃/h未満の冷却速度で冷却する冷却工程として
もよい。ここで100℃/h未満とするのは100℃/h未満の冷
却速度で冷却した場合にはオーステナイトを球状炭化物
に変態させることが可能であるためである。100℃/hを
上回る冷却速度ではオーステナイトはラメラーパーライ
トに変態するので目的とする球状化組織が得られない。
以下実施例に即して本発明を説明する。
供試材として第１表に成分組成を有するビレットを用
いて第２表に示す圧延条件により36mmφ棒鋼とした。こ
のビレットは、180t転炉により溶製したのち真空脱ガス
処理を施し、連続鋳造によりブルームとした後分塊圧延
により150mm角ビレットとしたものである。
いて第２表に示す圧延条件により36mmφ棒鋼とした。こ
のビレットは、180t転炉により溶製したのち真空脱ガス
処理を施し、連続鋳造によりブルームとした後分塊圧延
により150mm角ビレットとしたものである。
また、圧延に先立って各材料の変態点を熱膨張試験に
より求めた。この結果を第１表に付記した。圧延終了後
の材料は600〜760℃に加熱された保定炉に装入し材料温
度又は材料の冷却速度を制御した。圧延終了後、材料の
ミクロ組織を電子顕微鏡により観察し、球状化率を測定
した。なお、電子顕微鏡により撮影した組織写真につい
て画像解析装置を用いて5000〜10000個の炭化物につい
てその長径及び短径を測定し、長径／短径≦２の炭化物
の割合を球状化率とした。この結果を第２表に付記し
た。
より求めた。この結果を第１表に付記した。圧延終了後
の材料は600〜760℃に加熱された保定炉に装入し材料温
度又は材料の冷却速度を制御した。圧延終了後、材料の
ミクロ組織を電子顕微鏡により観察し、球状化率を測定
した。なお、電子顕微鏡により撮影した組織写真につい
て画像解析装置を用いて5000〜10000個の炭化物につい
てその長径及び短径を測定し、長径／短径≦２の炭化物
の割合を球状化率とした。この結果を第２表に付記し
た。
また、第２表No.59の通常圧延に相当する条件で圧延
した材料（鋼種Ａ〜Ｊ）については、それぞれ第１図に
示すヒートサイクル条件で球状化焼鈍を施し、同様に球
状化率を測定した。第１図中に示した温度Ｔは各鋼種に
つき第３表に示した。第４表には球状化率の測定結果を
示す。
した材料（鋼種Ａ〜Ｊ）については、それぞれ第１図に
示すヒートサイクル条件で球状化焼鈍を施し、同様に球
状化率を測定した。第１図中に示した温度Ｔは各鋼種に
つき第３表に示した。第４表には球状化率の測定結果を
示す。
第２表のNo.1は鋼材の化学組成が本発明の範囲外であ
って、熱間圧延条件は本発明に適合しているにもかかわ
らず球状化は全く進行しない。
って、熱間圧延条件は本発明に適合しているにもかかわ
らず球状化は全く進行しない。
No.2〜11は本発明例であり、高い球状化率が得られて
いる。No.12〜16は第１段加熱工程ないし圧延工程のい
ずれかが本発明に適合しない場合であって球状化率が低
い。
いる。No.12〜16は第１段加熱工程ないし圧延工程のい
ずれかが本発明に適合しない場合であって球状化率が低
い。
No.17〜19は適合例であるが、これに対しNo.20は圧延
工程が本発明の範囲外であり、球状化がNo.17〜19に比
較して低い。
工程が本発明の範囲外であり、球状化がNo.17〜19に比
較して低い。
No.21〜31は適合例である。No.32〜40は適合例であり
極めて高い球状化率が得られている。これに対しNo.41
〜52は比較例であって第１段または第２段加熱工程、熱
間圧延工程、保持工程のいずれかが本発明に適合しない
場合であり、球状化の程度が極めて悪いか又は全く球状
化していない。No.53〜58は鋼Ｊに対して本発明を適用
した場合であり極めて高い球状化率が得られている。
極めて高い球状化率が得られている。これに対しNo.41
〜52は比較例であって第１段または第２段加熱工程、熱
間圧延工程、保持工程のいずれかが本発明に適合しない
場合であり、球状化の程度が極めて悪いか又は全く球状
化していない。No.53〜58は鋼Ｊに対して本発明を適用
した場合であり極めて高い球状化率が得られている。
〔発明の効果〕 以上本発明を適用することにより、線材又は棒鋼を本
発明に示した加熱履歴、圧延、冷却条件で製造すること
により圧延ままで球状化組織とすることができ、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。
発明に示した加熱履歴、圧延、冷却条件で製造すること
により圧延ままで球状化組織とすることができ、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。
第１図は通常圧延材に実施した本発明の球状化焼鈍のヒ
ートサイクル図である。
ートサイクル図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−47219（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−155621（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−104718（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21D 8/06 - 8/08 C21D 1/32,6/00
Claims (2)
- 【請求項１】C:0.20重量％以上を含有する鋼素材をAC1
点以上ACm又はAC3点以下の温度で１分以上20時間未満保
持する第１段加熱工程と、ACm又はAC3点以上1050℃未満
に加熱し未溶解炭化物とオーステナイトの混合組織とす
る第２段加熱工程と、粗圧延および中間圧延を行った
後、仕上圧延としてAC3又はACm以下Ar3又はArCm点以上
の温度域において30％以上の加工を施す熱間圧延工程
と、660℃以上740℃以下の温度で30分以上保持する保持
工程とを連続して施すことを特徴とする球状化組織を有
する鋼線材又は棒鋼の製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、660℃以上7
40℃以下の温度で30分以上保持する保持工程に代り、熱
間圧延終了温度から650℃までを100℃/h未満の冷却速度
で冷却する冷却工程とすることを特徴とする球状化組織
を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2295530A JP3031484B2 (ja) | 1990-11-02 | 1990-11-02 | 球状化組織を有する鋼線材又は棒鋼の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04173921A JPH04173921A (ja) | 1992-06-22 |
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|---|---|---|---|---|
| KR100256344B1 (ko) * | 1995-12-21 | 2000-05-15 | 이구택 | 냉간압 조성이 우수한 베어링강용 선재의 구상화열처리 방법 |
| KR100276320B1 (ko) * | 1996-12-19 | 2000-12-15 | 이구택 | 냉간압조성이 우수한 중탄소강 선재의 구상화 열처리 방법 |
| KR100627454B1 (ko) * | 1999-12-27 | 2006-09-22 | 주식회사 포스코 | 구상화열처리 특성이 우수한 중탄소강 선재의 제조방법 |
| JP5018305B2 (ja) * | 2007-07-19 | 2012-09-05 | 住友金属工業株式会社 | 軸受粗成形品の製造方法 |
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