JP3093576B2 - 靱性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線とその製造方法 - Google Patents
靱性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線とその製造方法Info
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- JP3093576B2 JP3093576B2 JP06220803A JP22080394A JP3093576B2 JP 3093576 B2 JP3093576 B2 JP 3093576B2 JP 06220803 A JP06220803 A JP 06220803A JP 22080394 A JP22080394 A JP 22080394A JP 3093576 B2 JP3093576 B2 JP 3093576B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は冷間加工（鍛造、切削）
後に焼入・焼戻して使用される鋼線に係わり、特に黒鉛
を微細かつ均一に分散させることにより焼入・焼戻後の
靱性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線に係わるものであ
る。
後に焼入・焼戻して使用される鋼線に係わり、特に黒鉛
を微細かつ均一に分散させることにより焼入・焼戻後の
靱性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線に係わるものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】中炭素鋼中のフェライト＋パーライト組
織をフェライト＋黒鉛の２相組織にするとその硬さはビ
ッカース硬さでＨｖ１６０からＨｖ１１０程度にまで減
少する。そのために黒鉛率を上げると冷間鍛造性は硫黄
快削鋼のそれを上回ることが、例えば日本金属学会誌ｖ
ｏｌ．５３（１９８９）Ｐ．２０６の研究論文に報告さ
れている。工業的にも特公昭６３−９５８０号公報に見
られるように、ミクロ組織をフェライト＋黒鉛の２相組
織にすると冷間鍛造性は著しく向上することが紹介され
ている。
織をフェライト＋黒鉛の２相組織にするとその硬さはビ
ッカース硬さでＨｖ１６０からＨｖ１１０程度にまで減
少する。そのために黒鉛率を上げると冷間鍛造性は硫黄
快削鋼のそれを上回ることが、例えば日本金属学会誌ｖ
ｏｌ．５３（１９８９）Ｐ．２０６の研究論文に報告さ
れている。工業的にも特公昭６３−９５８０号公報に見
られるように、ミクロ組織をフェライト＋黒鉛の２相組
織にすると冷間鍛造性は著しく向上することが紹介され
ている。
【０００３】また、黒鉛の潤滑作用により被削性能が向
上することもよく知られている。日本金属学会誌ｖｏ
ｌ．５２（１９８８）Ｐ．１２８５によれば、黒鉛化率
が大きくなると切削抵抗主分力、切削抵抗送り分力がほ
ぼ半減すること、せん断角が大きくなりせん断応力が低
減すること、摩擦係数が小さくなること及び切り屑のカ
ール半径が小さくなり処理性が良好になるとされてい
る。工業的にも特公昭５３−１５４５０号、特公昭５３
−１５４５１号、特公昭５３−４６７７４号、特公昭５
３−５３６７号、特公昭５４−１１７７３号、特開平２
−１１１８４２号の各公報にみられるように被削性が向
上することが開示されている。
上することもよく知られている。日本金属学会誌ｖｏ
ｌ．５２（１９８８）Ｐ．１２８５によれば、黒鉛化率
が大きくなると切削抵抗主分力、切削抵抗送り分力がほ
ぼ半減すること、せん断角が大きくなりせん断応力が低
減すること、摩擦係数が小さくなること及び切り屑のカ
ール半径が小さくなり処理性が良好になるとされてい
る。工業的にも特公昭５３−１５４５０号、特公昭５３
−１５４５１号、特公昭５３−４６７７４号、特公昭５
３−５３６７号、特公昭５４−１１７７３号、特開平２
−１１１８４２号の各公報にみられるように被削性が向
上することが開示されている。
【０００４】一方、特開平２−１１１８４２号公報によ
ると、黒鉛分散鋼は、冷間鍛造性及び切削性は優れてい
るものの、焼入加熱時に黒鉛の分解速度が遅く十分にオ
ーステナイト中に溶解しないために焼入硬さが不足する
欠点があるとされている。そこで、同公報では、この欠
点を解決するためには、黒鉛を微細化すればよいこと、
その具体的な方法として、ＢＮを黒鉛の析出核として利
用すること、及び酸素含有量を３０ｐｐｍ以下にするこ
とが有効であると開示されている。従来技術で得られる
黒鉛寸法は、微細化されているものの、例えば、特公昭
５３−４６７７４号公報に述べられているように、黒鉛
の平均粒径はほぼ３０μｍ程度である。しかし、この程
度の黒鉛粒度では、焼入れ加熱の際に黒鉛が未分解のま
ま残存し、また、炭素が拡散して黒鉛の存在していた箇
所が３０μｍ程度の空孔となって残存するという問題が
あった。
ると、黒鉛分散鋼は、冷間鍛造性及び切削性は優れてい
るものの、焼入加熱時に黒鉛の分解速度が遅く十分にオ
ーステナイト中に溶解しないために焼入硬さが不足する
欠点があるとされている。そこで、同公報では、この欠
点を解決するためには、黒鉛を微細化すればよいこと、
その具体的な方法として、ＢＮを黒鉛の析出核として利
用すること、及び酸素含有量を３０ｐｐｍ以下にするこ
とが有効であると開示されている。従来技術で得られる
黒鉛寸法は、微細化されているものの、例えば、特公昭
５３−４６７７４号公報に述べられているように、黒鉛
の平均粒径はほぼ３０μｍ程度である。しかし、この程
度の黒鉛粒度では、焼入れ加熱の際に黒鉛が未分解のま
ま残存し、また、炭素が拡散して黒鉛の存在していた箇
所が３０μｍ程度の空孔となって残存するという問題が
あった。
【０００５】また、焼入れ加熱時に均一なオーステナイ
ト組織とするためには、黒鉛が分解した後に炭素が拡散
して炭素濃度が均一化する必要があるが、この点でもＢ
Ｎを黒鉛の析出核とする黒鉛分散鋼には問題がある。す
なわち、よく知られているようにＢＮは黒鉛を微細析出
させるが、結晶粒界に偏析するために、ＢＮを核発生サ
イトとする黒鉛も同様にフェライト粒界に偏析して不均
一に分散して、黒鉛間距離の変動が大きくなりその最大
値も大きくなる。特に、高周波加熱焼入れのような加熱
保持時間が数秒と短い場合には、黒鉛間距離の最大値が
大きくなると、炭素の拡散が不十分となり均一なオース
テナイト組織になりにくい。このような鋼では、例えば
黒鉛粒径を小さくして黒鉛の分解時間を短くしても、拡
散律速となってマルテンサイト＋フェライトの混在組織
となる。このような従来鋼は、混在組織と空孔が原因
で、破壊靱性値（衝撃値）が低い欠点がある。
ト組織とするためには、黒鉛が分解した後に炭素が拡散
して炭素濃度が均一化する必要があるが、この点でもＢ
Ｎを黒鉛の析出核とする黒鉛分散鋼には問題がある。す
なわち、よく知られているようにＢＮは黒鉛を微細析出
させるが、結晶粒界に偏析するために、ＢＮを核発生サ
イトとする黒鉛も同様にフェライト粒界に偏析して不均
一に分散して、黒鉛間距離の変動が大きくなりその最大
値も大きくなる。特に、高周波加熱焼入れのような加熱
保持時間が数秒と短い場合には、黒鉛間距離の最大値が
大きくなると、炭素の拡散が不十分となり均一なオース
テナイト組織になりにくい。このような鋼では、例えば
黒鉛粒径を小さくして黒鉛の分解時間を短くしても、拡
散律速となってマルテンサイト＋フェライトの混在組織
となる。このような従来鋼は、混在組織と空孔が原因
で、破壊靱性値（衝撃値）が低い欠点がある。
【０００６】次に、微細な黒鉛を均一に分散させるため
の従来技術の製造方法について述べる。黒鉛核発生箇所
を導入して黒鉛化を促進させるための従来知見が、日本
金属学会誌ｖｏｌ．３０（１９６６）Ｐ．２７９及びｖ
ｏｌ．４３（１９７９）Ｐ．６４０に紹介されている。
即ち、フェライト中の炭素過飽和、マルテンサイト変態
歪、加工歪が、黒鉛析出箇所として有効であることを述
べている。
の従来技術の製造方法について述べる。黒鉛核発生箇所
を導入して黒鉛化を促進させるための従来知見が、日本
金属学会誌ｖｏｌ．３０（１９６６）Ｐ．２７９及びｖ
ｏｌ．４３（１９７９）Ｐ．６４０に紹介されている。
即ち、フェライト中の炭素過飽和、マルテンサイト変態
歪、加工歪が、黒鉛析出箇所として有効であることを述
べている。
【０００７】上記知見を応用した、炭素過飽和の状態
（マルテンサイト組織）とマルテンサイト変態歪を利用
する方法として、特開昭４９−６７８１７号公報があ
る。これによると、Ｃ（Ｔｏｔａｌ）：０．４５〜１．
５％、黒鉛：０．４５〜１．５０％、Ｓｉ：０．５〜
２．５％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０２〜
０．１５％、Ｓ：０．００１〜０．０１５％、Ｎ：０．
００８〜０．０２％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ａｌ、
Ｔｉの１種又は２種で０．０１５〜０．５％、Ｃａ：
０．０００５〜０．０３０％を含有する鋼を、熱延後、
７５０〜９５０℃に再加熱して焼入れしてマルテンサイ
ト変態させ、これを再々加熱して６００〜７５０℃で焼
鈍する製造方法である。しかし、この製造方法は加工歪
を付加していないために黒鉛化のための焼鈍時間が長く
なり、また熱延後に加熱工程を２回必要とするために製
造コストに問題がある。
（マルテンサイト組織）とマルテンサイト変態歪を利用
する方法として、特開昭４９−６７８１７号公報があ
る。これによると、Ｃ（Ｔｏｔａｌ）：０．４５〜１．
５％、黒鉛：０．４５〜１．５０％、Ｓｉ：０．５〜
２．５％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０２〜
０．１５％、Ｓ：０．００１〜０．０１５％、Ｎ：０．
００８〜０．０２％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ａｌ、
Ｔｉの１種又は２種で０．０１５〜０．５％、Ｃａ：
０．０００５〜０．０３０％を含有する鋼を、熱延後、
７５０〜９５０℃に再加熱して焼入れしてマルテンサイ
ト変態させ、これを再々加熱して６００〜７５０℃で焼
鈍する製造方法である。しかし、この製造方法は加工歪
を付加していないために黒鉛化のための焼鈍時間が長く
なり、また熱延後に加熱工程を２回必要とするために製
造コストに問題がある。
【０００８】加工歪を利用する方法として、特開昭６３
−９５８０号公報がある。これによると、Ｃ：０．０１
５〜０．１４０％、Ｍｎ：０．３％以下、Ｓｏｌ．Ａ
ｌ：０．０２〜０．３０％、Ｎ：０．００６％以下、
Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１０％以下を含有する
と共に式Ｐ（％）×Ｓ（％）≦１０×１０-6を満足し、
さらにＳｉ：０．０３〜２．５０％、Ｎｉ：０．１〜
４．０％、Ｃｕ：０．０３〜１．００％のうち１種以上
を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼を熱間圧延し
た後、圧下率３０％以上で冷間圧延して加工歪を導入
し、次いで焼鈍する製造方法である。しかし、熱間圧延
後、圧下率３０％で冷間圧延できる工程を新たに必要と
するために現実的な製造方法とは言えない。以上に述べ
たように靱性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線を得るため
の化学成分と製造方法にかかわる知見は見出されていな
いために、破壊靱性値を必要としない薄中板を除いて、
鋼線では未だに工業的規模で利用されるに至っていな
い。
−９５８０号公報がある。これによると、Ｃ：０．０１
５〜０．１４０％、Ｍｎ：０．３％以下、Ｓｏｌ．Ａ
ｌ：０．０２〜０．３０％、Ｎ：０．００６％以下、
Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１０％以下を含有する
と共に式Ｐ（％）×Ｓ（％）≦１０×１０-6を満足し、
さらにＳｉ：０．０３〜２．５０％、Ｎｉ：０．１〜
４．０％、Ｃｕ：０．０３〜１．００％のうち１種以上
を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼を熱間圧延し
た後、圧下率３０％以上で冷間圧延して加工歪を導入
し、次いで焼鈍する製造方法である。しかし、熱間圧延
後、圧下率３０％で冷間圧延できる工程を新たに必要と
するために現実的な製造方法とは言えない。以上に述べ
たように靱性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線を得るため
の化学成分と製造方法にかかわる知見は見出されていな
いために、破壊靱性値を必要としない薄中板を除いて、
鋼線では未だに工業的規模で利用されるに至っていな
い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解消すべく案出されたものであり、成分及び製造条件
に改良を加えることにより、黒鉛の平均粒径（焼入れ後
の空孔の平均寸法）を小さくし、かつ、粒界に留まらず
フェライト粒内にも黒鉛を均一に分散させた靱性に優れ
た微細黒鉛均一分散鋼線とその製造方法を提供せんとす
るものである。
を解消すべく案出されたものであり、成分及び製造条件
に改良を加えることにより、黒鉛の平均粒径（焼入れ後
の空孔の平均寸法）を小さくし、かつ、粒界に留まらず
フェライト粒内にも黒鉛を均一に分散させた靱性に優れ
た微細黒鉛均一分散鋼線とその製造方法を提供せんとす
るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
従来法の欠点を有利に排除しうる靱性に優れた微細黒鉛
均一分散鋼線とその製造方法であり、その要旨とすると
ころは、 重量％で、Ｃ：０．３０〜１．０％、Ｓｉ：０．６
〜１．３％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、Ｐ：≦０．０２
％、Ｓ：０．０１５〜０．０５５％、Ａｌ：０．０１〜
０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、Ｎ：０．
００２〜０．００８％、Ｍｏ：０．０５〜０．２０％を
基本成分とし、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
平均粒径４．０μｍ以下、粒数３０００個／ｍｍ2 以上
の黒鉛０．３〜１．０％を有することを特徴とする靱性
に優れた微細黒鉛均一分散鋼線。 重量％で、Ｃ：０．３０〜１．０％、Ｓｉ：０．６
〜１．３％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、Ｐ：≦０．０２
％、Ｓ：０．０１５〜０．０５５％、Ａｌ：０．０１〜
０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、Ｎ：０．
００２〜０．００８％、Ｍｏ：０．０５〜０．２０％、
を基本成分とし、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からな
る、熱間圧延直後の鋼線を、その熱間圧延ラインの後面
に設置した水冷却装置により、冷却開始温度をＡr1点以
上、冷却終了温度をＭS 点以下、平均冷却速度を５〜３
０℃／ｓとして冷却後、さらに自然冷却し、次いで加熱
温度６１０〜７１０℃で黒鉛化処理することを特徴とす
る平均粒径４．０μｍ以下、粒数３０００個／ｍｍ2 以
上の黒鉛０．３〜１．０％を有することを特徴とする靱
性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線の製造方法である。
従来法の欠点を有利に排除しうる靱性に優れた微細黒鉛
均一分散鋼線とその製造方法であり、その要旨とすると
ころは、 重量％で、Ｃ：０．３０〜１．０％、Ｓｉ：０．６
〜１．３％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、Ｐ：≦０．０２
％、Ｓ：０．０１５〜０．０５５％、Ａｌ：０．０１〜
０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、Ｎ：０．
００２〜０．００８％、Ｍｏ：０．０５〜０．２０％を
基本成分とし、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
平均粒径４．０μｍ以下、粒数３０００個／ｍｍ2 以上
の黒鉛０．３〜１．０％を有することを特徴とする靱性
に優れた微細黒鉛均一分散鋼線。 重量％で、Ｃ：０．３０〜１．０％、Ｓｉ：０．６
〜１．３％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、Ｐ：≦０．０２
％、Ｓ：０．０１５〜０．０５５％、Ａｌ：０．０１〜
０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．００４％、Ｎ：０．
００２〜０．００８％、Ｍｏ：０．０５〜０．２０％、
を基本成分とし、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からな
る、熱間圧延直後の鋼線を、その熱間圧延ラインの後面
に設置した水冷却装置により、冷却開始温度をＡr1点以
上、冷却終了温度をＭS 点以下、平均冷却速度を５〜３
０℃／ｓとして冷却後、さらに自然冷却し、次いで加熱
温度６１０〜７１０℃で黒鉛化処理することを特徴とす
る平均粒径４．０μｍ以下、粒数３０００個／ｍｍ2 以
上の黒鉛０．３〜１．０％を有することを特徴とする靱
性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線の製造方法である。
【００１１】
【作用】以下に、本発明を詳細に説明する。本発明者ら
は、種々検討を重ねた結果、Ｍｏを添加すると、黒鉛粒
子数が著しく増加して黒鉛粒径が小さくなること、及び
析出箇所がフェライト結晶粒内及び粒界の双方となり黒
鉛が均一分散することを新しく見出した。ところが、従
来は、特開平２−１１１８４２号公報（特に、第４頁左
上欄第７行〜第１２行）で紹介されているように、Ｍｏ
はセメンタイトに固溶してセメンタイトの分解を遅延さ
せ、ひいてはＣｒと同様に黒鉛化を阻害する元素である
と考えられていた。この常識に反する黒鉛粒子の生成機
構としては、Ｍｏ2 Ｃの結晶構造がＢＮと同じ六方晶で
あることから、Ｍｏ2 Ｃが、同じく六方晶である黒鉛の
析出箇所になる機構が推測される。また、黒鉛が均一分
散するのは、Ｍｏ2 Ｃが粒界、粒内にかかわらず均一分
散していることと関係していると考えられる。
は、種々検討を重ねた結果、Ｍｏを添加すると、黒鉛粒
子数が著しく増加して黒鉛粒径が小さくなること、及び
析出箇所がフェライト結晶粒内及び粒界の双方となり黒
鉛が均一分散することを新しく見出した。ところが、従
来は、特開平２−１１１８４２号公報（特に、第４頁左
上欄第７行〜第１２行）で紹介されているように、Ｍｏ
はセメンタイトに固溶してセメンタイトの分解を遅延さ
せ、ひいてはＣｒと同様に黒鉛化を阻害する元素である
と考えられていた。この常識に反する黒鉛粒子の生成機
構としては、Ｍｏ2 Ｃの結晶構造がＢＮと同じ六方晶で
あることから、Ｍｏ2 Ｃが、同じく六方晶である黒鉛の
析出箇所になる機構が推測される。また、黒鉛が均一分
散するのは、Ｍｏ2 Ｃが粒界、粒内にかかわらず均一分
散していることと関係していると考えられる。
【００１２】一方、製造方法について、本発明者らは、
熱間圧延直後の鋼線を、その熱間圧延ラインの後面に設
置した水冷却装置により、冷却開始温度をＡr1点以上、
冷却終了温度をＭS 点以下、平均冷却速度を５〜３０℃
／ｓとして冷却後、さらに自然冷却し、次いで加熱温度
６１０〜７１０℃で黒鉛化処理することにより黒鉛が微
細化することを見出した。これはマルテンサイト変態歪
に加えて熱間圧延後の急冷によりマルテンサイトに残留
する圧延歪が付加されるために、マルテンサイトが内包
する歪の総量が増え、その結果、黒鉛発生箇所が増加し
たためと考えられる。
熱間圧延直後の鋼線を、その熱間圧延ラインの後面に設
置した水冷却装置により、冷却開始温度をＡr1点以上、
冷却終了温度をＭS 点以下、平均冷却速度を５〜３０℃
／ｓとして冷却後、さらに自然冷却し、次いで加熱温度
６１０〜７１０℃で黒鉛化処理することにより黒鉛が微
細化することを見出した。これはマルテンサイト変態歪
に加えて熱間圧延後の急冷によりマルテンサイトに残留
する圧延歪が付加されるために、マルテンサイトが内包
する歪の総量が増え、その結果、黒鉛発生箇所が増加し
たためと考えられる。
【００１３】本発明は、上記知見に基づいて構成された
ものである。本発明の請求範囲を上記のように定めた理
由を以下に示す。請求項１については、Ｃは焼入れ後の
強度を確保するために、また十分な被削性能を得るため
に必要な黒鉛の量を確保するために、その下限値を０．
３０％とした。上限は冷間加工後の熱処理における焼割
れを防止するために１．０％とした。Ｓｉは鋼中の炭素
原子との結合力が小さく、黒鉛化を促進する有力な元素
の１つであるために必須の元素である。焼入＋焼鈍処理
により十分な黒鉛を析出させて高い黒鉛化率とするため
にはＳｉを添加することが必要であり、その下限値は
０．６％でなければならない。１．３％以上になると黒
鉛化率は大きくなるもののフェライト相に固溶するＳｉ
含有量の増加により硬さが大きくなるために冷間加工性
能が劣化する。黒鉛化による硬さの低減効果が相殺され
るので、上限値を１．３％に限定した。Ｍｎは、鋼中硫
黄をＭｎＳとして固定・分散させるために必要な量及び
マトリックスに固溶させて強度を確保するために必要な
量を加算した量が必要であり、その下限値は０．４％で
ある。Ｍｎ量が大きくなると黒鉛化を著しく阻害するの
で上限値は１．０％とした。
ものである。本発明の請求範囲を上記のように定めた理
由を以下に示す。請求項１については、Ｃは焼入れ後の
強度を確保するために、また十分な被削性能を得るため
に必要な黒鉛の量を確保するために、その下限値を０．
３０％とした。上限は冷間加工後の熱処理における焼割
れを防止するために１．０％とした。Ｓｉは鋼中の炭素
原子との結合力が小さく、黒鉛化を促進する有力な元素
の１つであるために必須の元素である。焼入＋焼鈍処理
により十分な黒鉛を析出させて高い黒鉛化率とするため
にはＳｉを添加することが必要であり、その下限値は
０．６％でなければならない。１．３％以上になると黒
鉛化率は大きくなるもののフェライト相に固溶するＳｉ
含有量の増加により硬さが大きくなるために冷間加工性
能が劣化する。黒鉛化による硬さの低減効果が相殺され
るので、上限値を１．３％に限定した。Ｍｎは、鋼中硫
黄をＭｎＳとして固定・分散させるために必要な量及び
マトリックスに固溶させて強度を確保するために必要な
量を加算した量が必要であり、その下限値は０．４％で
ある。Ｍｎ量が大きくなると黒鉛化を著しく阻害するの
で上限値は１．０％とした。
【００１４】Ｐは、鋼中において粒界に析出した燐化合
物、フェライトに固溶したＰとして存在するために、被
削性を改善するもの熱間の加工性を著しく損なうので、
その上限を０．０２％とした。Ｓは、Ｍｎと結合してＭ
ｎＳ介在物として存在する。鋼中ＭｎＳ介在物の量が増
えると工具とＭｎＳ介在物とが接触する機会が増加し、
ＭｎＳ介在物が工具すくい面上で塑性変形して被膜を形
成する。その結果、フェライトと工具との接触する機会
が減少するために凝着は抑制され切削仕上げ面の性状は
向上する。凝着を抑制するためには、Ｓの下限値は０．
０１５％必要である。Ｓは冷間鍛造性を損なうので上限
値は０．０５５％とした。
物、フェライトに固溶したＰとして存在するために、被
削性を改善するもの熱間の加工性を著しく損なうので、
その上限を０．０２％とした。Ｓは、Ｍｎと結合してＭ
ｎＳ介在物として存在する。鋼中ＭｎＳ介在物の量が増
えると工具とＭｎＳ介在物とが接触する機会が増加し、
ＭｎＳ介在物が工具すくい面上で塑性変形して被膜を形
成する。その結果、フェライトと工具との接触する機会
が減少するために凝着は抑制され切削仕上げ面の性状は
向上する。凝着を抑制するためには、Ｓの下限値は０．
０１５％必要である。Ｓは冷間鍛造性を損なうので上限
値は０．０５５％とした。
【００１５】Ａｌは、鋼中酸素を酸化物系介在物として
除去する。また、結晶粒度を調整するために、０．０１
％以上の添加が必要である。酸化物系介在物が多すぎる
と靱性を損なうので上限値を０．１０％とした。ＢとＮ
は、ＢＮを生成して黒鉛化焼鈍時間を短縮させる。短縮
効果を十分得るためには０．００１％以上のＢを添加し
なければならない。Ｂが０．００４％を越えると短縮効
果は飽和するので、その上限を０．００４％とした。Ｎ
は０．００１〜０．００４％ＢをＢＮとするために必要
な量、即ち０．００２〜０．００８％である。Ｍｏは、
フェライト粒内に黒鉛を析出させるために０．０５％以
上添加しなければならない。０．２０％を越えるとフェ
ライト地の硬さが上昇するので、その上限値を０．２０
％とした。
除去する。また、結晶粒度を調整するために、０．０１
％以上の添加が必要である。酸化物系介在物が多すぎる
と靱性を損なうので上限値を０．１０％とした。ＢとＮ
は、ＢＮを生成して黒鉛化焼鈍時間を短縮させる。短縮
効果を十分得るためには０．００１％以上のＢを添加し
なければならない。Ｂが０．００４％を越えると短縮効
果は飽和するので、その上限を０．００４％とした。Ｎ
は０．００１〜０．００４％ＢをＢＮとするために必要
な量、即ち０．００２〜０．００８％である。Ｍｏは、
フェライト粒内に黒鉛を析出させるために０．０５％以
上添加しなければならない。０．２０％を越えるとフェ
ライト地の硬さが上昇するので、その上限値を０．２０
％とした。
【００１６】黒鉛の平均粒径は靱性（衝撃特性）の点か
らその上限を４μｍとしなければならない。４μｍを越
えると、焼入れ組織がフェライト＋マルテンサイトの混
合組織となって衝撃値が低下する。黒鉛の粒数が３００
０個／ｍｍ2 未満では黒鉛間の距離が大きくなり炭素の
拡散距離が大きくなるために、焼入組織はマルテンサイ
ト＋フェライトの不完全焼入組織となる。そのために下
限値を３０００個／ｍｍ2 としなけらばならない。鋼中
Ｃのほぼ全量を黒鉛化させるために、黒鉛の下限値はＣ
含有量の下限値０．３０％と、上限値は同じくＣ含有量
の上限値１．０％と一致しなければならない。
らその上限を４μｍとしなければならない。４μｍを越
えると、焼入れ組織がフェライト＋マルテンサイトの混
合組織となって衝撃値が低下する。黒鉛の粒数が３００
０個／ｍｍ2 未満では黒鉛間の距離が大きくなり炭素の
拡散距離が大きくなるために、焼入組織はマルテンサイ
ト＋フェライトの不完全焼入組織となる。そのために下
限値を３０００個／ｍｍ2 としなけらばならない。鋼中
Ｃのほぼ全量を黒鉛化させるために、黒鉛の下限値はＣ
含有量の下限値０．３０％と、上限値は同じくＣ含有量
の上限値１．０％と一致しなければならない。
【００１７】請求項２の発明の化学成分及び製造条件の
限定理由について述べる、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ａ
ｌ，Ｂ，Ｎ，Ｍｏについては請求項１と全く同じであ
る。製造条件については、熱間仕上圧延した直後の鋼線
を、その熱延ラインの延長線上に設置した水冷却装置に
より強制冷却するのは、熱間圧延による圧延歪を焼入れ
マルテンサイト組織に残存させるためである。この方法
によると熱延後の赤熱状態の鋼線の熱エネルギーを焼入
れに利用でき再加熱を必要としないので、結果として熱
処理コストの低減をはかることができる。
限定理由について述べる、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ａ
ｌ，Ｂ，Ｎ，Ｍｏについては請求項１と全く同じであ
る。製造条件については、熱間仕上圧延した直後の鋼線
を、その熱延ラインの延長線上に設置した水冷却装置に
より強制冷却するのは、熱間圧延による圧延歪を焼入れ
マルテンサイト組織に残存させるためである。この方法
によると熱延後の赤熱状態の鋼線の熱エネルギーを焼入
れに利用でき再加熱を必要としないので、結果として熱
処理コストの低減をはかることができる。
【００１８】鋼線表面で測定した冷却開始温度は、マル
テンサイト変態歪と圧延歪とを同時に発生させて黒鉛生
成箇所を多くするためにＡr1点以上でなければならな
い。冷却終了温度は充分なマルテンサイト変態組織を得
て黒鉛生成を容易にするためにＭS 点以下でなければな
らない。平均冷却速度の下限値を５℃／ｓとしたのは、
マルテンサイト変態組織を得るためと加工歪を残留させ
て黒鉛化を容易にするためであり、上限値を３０℃／ｓ
としたのは、これ以上に急冷却してもマルテンサイト変
態量は増加しないためである。焼鈍温度の下限値を６１
０℃、上限値を７１０℃に限定したのはこの温度範囲に
おける黒鉛化時間が最も短いためである。
テンサイト変態歪と圧延歪とを同時に発生させて黒鉛生
成箇所を多くするためにＡr1点以上でなければならな
い。冷却終了温度は充分なマルテンサイト変態組織を得
て黒鉛生成を容易にするためにＭS 点以下でなければな
らない。平均冷却速度の下限値を５℃／ｓとしたのは、
マルテンサイト変態組織を得るためと加工歪を残留させ
て黒鉛化を容易にするためであり、上限値を３０℃／ｓ
としたのは、これ以上に急冷却してもマルテンサイト変
態量は増加しないためである。焼鈍温度の下限値を６１
０℃、上限値を７１０℃に限定したのはこの温度範囲に
おける黒鉛化時間が最も短いためである。
【００１９】
【実施例】次に実施例により本発明の効果をさらに具体
的に示す。表１に供試鋼の化学成分と製造条件及び黒鉛
化率を示す。本試験に使用した鋼線は直径５．５〜１９
ｍｍで、熱延ラインの延長線上に設置した水槽内で冷却
した。仕上げ圧延スタンドから水槽までの距離は約４５
ｍｍ、圧延速度は１０〜１００ｍｍ／ｓで、圧延終了か
ら水槽にいたるまでの所用時間は約１〜３秒である。線
材をコイル状に巻いて水温２０〜１００℃の水槽に挿入
した。水槽内の滞留時間は２０〜２００秒である。冷却
開始温度、冷却終了時間は鋼材の表面温度を放射温度計
で測定した値であり、平均冷却速度は、冷却開始温度と
冷却終了温度との差を冷却時間で除すことにより求め
た。その後、自然冷却させ、さらにオフラインの焼鈍炉
で黒鉛化処理した。黒鉛化率は次式により算出した。 （鋼中黒鉛含有量／鋼の炭素含有量）×１００（％） 鋼の炭素含有量は化学分析により定量した。黒鉛含有量
は平均黒鉛粒子径、密度及び黒鉛粒子数から算出した。
本製造法による鋼線の黒鉛化率は焼鈍時間が１０時間前
後と短いにも係わらず、１００％と著しく優れた結果で
ある。比較製造法の場合には黒鉛化率は７０％程度と低
い。
的に示す。表１に供試鋼の化学成分と製造条件及び黒鉛
化率を示す。本試験に使用した鋼線は直径５．５〜１９
ｍｍで、熱延ラインの延長線上に設置した水槽内で冷却
した。仕上げ圧延スタンドから水槽までの距離は約４５
ｍｍ、圧延速度は１０〜１００ｍｍ／ｓで、圧延終了か
ら水槽にいたるまでの所用時間は約１〜３秒である。線
材をコイル状に巻いて水温２０〜１００℃の水槽に挿入
した。水槽内の滞留時間は２０〜２００秒である。冷却
開始温度、冷却終了時間は鋼材の表面温度を放射温度計
で測定した値であり、平均冷却速度は、冷却開始温度と
冷却終了温度との差を冷却時間で除すことにより求め
た。その後、自然冷却させ、さらにオフラインの焼鈍炉
で黒鉛化処理した。黒鉛化率は次式により算出した。 （鋼中黒鉛含有量／鋼の炭素含有量）×１００（％） 鋼の炭素含有量は化学分析により定量した。黒鉛含有量
は平均黒鉛粒子径、密度及び黒鉛粒子数から算出した。
本製造法による鋼線の黒鉛化率は焼鈍時間が１０時間前
後と短いにも係わらず、１００％と著しく優れた結果で
ある。比較製造法の場合には黒鉛化率は７０％程度と低
い。
【００２０】
【表１】
【００２１】表２に黒鉛粒径及び黒鉛間の最大距離を示
す。黒鉛粒径の測定は次の方法によった。黒鉛粒子に電
子線を照射して、反射電子線の強度を２値化することに
よりＳＥＭ画面上に黒鉛を結像させて、解析システムを
使用して粒径を測定・解析した。１視野の面積は１００
μｍ×１００μｍで視野数は２５であり、測定総面積は
０．２５ｍｍ2 である。黒鉛面の最大距離は、倍率２０
０倍の光学顕微鏡写真上で測定した。写真上に黒鉛の存
在しない箇所のみを含む円弧を描きその直径の最大値を
黒鉛間の最大距離とした。本発明鋼の黒鉛粒径及び黒鉛
間の最大距離は比較鋼のそれよりいずれも小さくなって
いる。
す。黒鉛粒径の測定は次の方法によった。黒鉛粒子に電
子線を照射して、反射電子線の強度を２値化することに
よりＳＥＭ画面上に黒鉛を結像させて、解析システムを
使用して粒径を測定・解析した。１視野の面積は１００
μｍ×１００μｍで視野数は２５であり、測定総面積は
０．２５ｍｍ2 である。黒鉛面の最大距離は、倍率２０
０倍の光学顕微鏡写真上で測定した。写真上に黒鉛の存
在しない箇所のみを含む円弧を描きその直径の最大値を
黒鉛間の最大距離とした。本発明鋼の黒鉛粒径及び黒鉛
間の最大距離は比較鋼のそれよりいずれも小さくなって
いる。
【００２２】
【表２】
【００２３】表３にシャルピー衝撃値を示す。シャルピ
ー衝撃試験方法について以下に述べる。黒鉛析出状態の
直径１９ｍｍの鋼線を、高周波焼入（１０００℃×３ｓ
ｅｃ→水冷）、及び焼戻（６００℃×６ｍｉｎ→水冷）
した、焼入・焼戻した鋼線からＵノッチのＪＩＳ３号試
験片を切り出した。シャルピー試験温度は２０℃であ
る。本発明鋼の靱性を示すシャルピー衝撃値は比較鋼の
それと比較して著しく高い。
ー衝撃試験方法について以下に述べる。黒鉛析出状態の
直径１９ｍｍの鋼線を、高周波焼入（１０００℃×３ｓ
ｅｃ→水冷）、及び焼戻（６００℃×６ｍｉｎ→水冷）
した、焼入・焼戻した鋼線からＵノッチのＪＩＳ３号試
験片を切り出した。シャルピー試験温度は２０℃であ
る。本発明鋼の靱性を示すシャルピー衝撃値は比較鋼の
それと比較して著しく高い。
【００２４】
【表３】
【００２５】
【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように本発
明によれば、靱性の優れた極微細黒鉛均一分散鋼線を提
供することが可能であり、産業上の効果は極めて顕著な
ものがある。
明によれば、靱性の優れた極微細黒鉛均一分散鋼線を提
供することが可能であり、産業上の効果は極めて顕著な
ものがある。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−60296（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 8/06,9/52
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．３０〜１．０％ Ｓｉ：０．６〜１．３％ Ｍｎ：０．４〜１．０％ Ｐ ：≦０．０２％ Ｓ ：０．０１５〜０．０５５％ Ａｌ：０．０１〜０．１０％ Ｂ ：０．００１〜０．００４％ Ｎ ：０．００２〜０．００８％ Ｍｏ：０．０５〜０．２０％ を基本成分とし、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からな
り、平均粒径４．０μｍ以下、粒数３０００個／ｍｍ2
以上の黒鉛０．３〜１．０％を有することを特徴とする
靱性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線。 - 【請求項２】 重量％で、 Ｃ ：０．３０〜１．０％ Ｓｉ：０．６〜１．３％ Ｍｎ：０．４〜１．０％ Ｐ ：≦０．０２％ Ｓ ：０．０１５〜０．０５５％ Ａｌ：０．０１〜０．１０％ Ｂ ：０．００１〜０．００４％ Ｎ ：０．００２〜０．００８％ Ｍｏ：０．０５〜０．２０％ を基本成分とし、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からな
る、熱間圧延直後の鋼線を、その熱間圧延ラインの後面
に設置した水冷却装置により、冷却開始温度をＡr1点以
上、冷却終了温度をＭS 点以下、平均冷却速度を５〜３
０℃／ｓとして冷却後、さらに自然冷却し、次いで加熱
温度６１０〜７１０℃で黒鉛化処理することを特徴とす
る平均粒径４．０μｍ以下、粒数３０００個／ｍｍ2 以
上の黒鉛０．３〜１．０％を有する靱性に優れた微細黒
鉛均一分散鋼線の製造方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06220803A JP3093576B2 (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 靱性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線とその製造方法 |
| CN95192203A CN1046555C (zh) | 1994-02-24 | 1995-02-24 | 冷加工性、切削性和淬透性优良的细石墨均匀弥散的钢及其生产方法 |
| EP95909974A EP0751232B1 (en) | 1994-02-24 | 1995-02-24 | Steel material containing fine graphite particles uniformly dispersed therein and having excellent cold workability, machinability and hardenability, and method of manufacturing the same |
| US08/700,355 US5830285A (en) | 1994-02-24 | 1995-02-24 | Fine graphite uniform dispersion steel excellent in cold machinability, cuttability and hardenability, and production method for the same |
| DE69514340T DE69514340T2 (de) | 1994-02-24 | 1995-02-24 | Stahlmaterial mit gleichmässig fein verteilten kohlenstoffteilchen mit hervorragender bearbeitbarkeit, kaltumformbarkeit und härtungseigenschaften und dessen herstellungsverfahren |
| KR1019960704638A KR100210867B1 (ko) | 1994-02-24 | 1995-02-24 | 냉간 가공성, 절삭성 및 경화능이 우수한 미세 흑연이 균일하게 분산된 강재 및 그 제조방법 |
| CA002183441A CA2183441C (en) | 1994-02-24 | 1995-02-24 | Fine graphite uniform dispersion steel excellent in cold machinability, cuttability and hardenability, and production method for the same |
| PCT/JP1995/000276 WO1995023241A1 (fr) | 1994-02-24 | 1995-02-24 | Materiau d'acier facilement ecrouissable, usinable et trempable, contenant en dispersion uniforme de fines particules de graphite, et procede de fabrication correspondant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06220803A JP3093576B2 (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 靱性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0860295A JPH0860295A (ja) | 1996-03-05 |
| JP3093576B2 true JP3093576B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=16756814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06220803A Expired - Fee Related JP3093576B2 (ja) | 1994-02-24 | 1994-08-24 | 靱性に優れた微細黒鉛均一分散鋼線とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3093576B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102296225A (zh) * | 2011-09-20 | 2011-12-28 | 中南大学 | 一种烧结无铅易切削钢的制备方法 |
-
1994
- 1994-08-24 JP JP06220803A patent/JP3093576B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102296225A (zh) * | 2011-09-20 | 2011-12-28 | 中南大学 | 一种烧结无铅易切削钢的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0860295A (ja) | 1996-03-05 |
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