JP4462440B2

JP4462440B2 - 軸受鋼熱間圧延材の製造方法

Info

Publication number: JP4462440B2
Application number: JP2006167244A
Authority: JP
Inventors: 洋渡邉
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP2007331010A

Description

本発明は、軸受鋼熱間圧延材の製造方法に関する。詳しくは、高炭素クロム軸受鋼鋼材を素材として、図１に示すような工程、つまり、加熱炉１で加熱する工程の後に、粗圧延機群２、中間圧延機群３及び仕上圧延機群４を備えるとともに前記の中間圧延機群３の出側と仕上圧延機群４の入側との間に水冷帯５とガイド８を備える圧延設備を用いて圧延する工程を有する軸受鋼熱間圧延材の製造方法に関する。

図１は、軸受鋼熱間圧延設備の一例として、一般的な線材圧延設備を示したものであり、加熱炉１、粗圧延機群２、中間圧延機群３、仕上圧延機群４、仕上圧延機群４の前後の水冷帯５、５’、巻取機６及びリフォーミングステーション７が備えられている。また、中間圧延機群３と仕上圧延機群４の間には、ガイド８が設けられている。

回転運動又は揺動運動する軸を支える部分に用いられる軸受は、高速度での繰返し荷重を受けることから、耐摩耗性や大きな疲労強度が要求される。

このため、軸受鋼としては、例えば、多量の微細炭化物をマトリックス（素地）であるマルテンサイト中に分散させる目的から、Ｃの含有量を質量％で、０．６％以上に高めた鋼が用いられることが多い。そして、上記マルテンサイトのマトリックス中に多量の微細炭化物を分散させる軸受鋼の代表的なものとして、質量％で、０．９５〜１．１０％のＣを含有するJIS G 4805(1999)に規定されたＳＵＪ１〜５の高炭素クロム軸受鋼が挙げられる。

なお、本明細書の以下の説明において、「軸受鋼」とは上記の「マルテンサイトのマトリックス中に多量の微細炭化物を分散させる軸受鋼」を指すものとする。

軸受鋼の熱間圧延方法として、例えば、特許文献１及び特許文献２に示すような技術が提案されている。

すなわち、特許文献１に、少なくとも、重量で、Ｃ：０．８〜１．２％及びＣｒ：０．９〜１．８％を含有する高炭素クロム軸受鋼を、抽出から仕上げ圧延に至る間、全断面内において温度がＡ1点〜Ａcm点の間にあるように制御して圧延する「軸受鋼圧延材の製造方法」が開示されている。

また、特許文献２に、重量％で、Ｃ：０．６〜１．７％を含有する圧延鋼材を製造するに際し、素材温度が６５０℃〜平衡状態図上のＡcm点の温度域にあるように素材を加熱炉で加熱した後、加熱炉の抽出から仕上圧延終了までの全工程を通じて材料各部の温度がＡcm点以下の温度域であるように圧延を行い、そして仕上圧延終了後５００℃までを１℃／秒以下の冷却速度で徐冷する「圧延鋼材の製造方法」が開示されている。

特開平１１−２８６７２４号公報特開２０００−３１７５０６号公報

前述の特許文献１及び特許文献２で開示された技術はいずれも、軸受鋼の球状化焼鈍の省略或いは短縮化を図ることを目的とするものであり、熱間圧延に際して、加熱温度及び圧延温度を下げて、特許文献１の場合には、被圧延材の全断面内における温度をＡ1点〜Ａcm点という低い温度に制御する必要があり、また、特許文献２の場合にも、被圧延材の各部の温度をＡcm点以下という低い温度に制御する必要がある。

このため、圧延機の負荷が極めて大きくなって既存の圧延設備ではパワーが足りず、パワーの大きな圧延機への更新を余儀なくされるので、設備コストが嵩んでしまうという問題があった。

また、特に、粗圧延機群２、中間圧延機群３及び仕上圧延機群４を備える圧延設備で圧延する場合には、被圧延材の温度を所定の低い温度に維持するために、各圧延機群での圧延における加工発熱、なかでも、圧延速度が大きくなる仕上圧延機群４での圧延における加工発熱を抑える必要があるので、初期圧延速度、つまり、粗圧延機群２の入側の圧延速度を極めて遅くしなければならず、このため生産効率の大きな低下を招いてしまうという問題もあった。

一方、上記仕上圧延機群４の入側で被圧延材を水冷すれば、仕上圧延機群４による圧延での加工発熱が抑えられ、しかも、生産効率が上がるものの、被圧延材に割れが生じて歩留りの大きな低下を招くことがあった。

そこで、本発明の目的は、既存の圧延設備、なかでも、粗圧延機群２、中間圧延機群３及び仕上圧延機群４を備える圧延設備で圧延する場合であっても各圧延機群における圧延機に大きな負荷がかからず、しかも、上記「冷却割れ」の他に「掻き疵」の発生も抑止された表面性状の良好な圧延材を効率よく得ることができる軸受鋼熱間圧延材の製造方法を提供することである。

本発明者らは、前記した課題を解決するために、種々の化学成分からなる軸受鋼鋼材を素材として、図１に模式的に示す線材圧延設備を用いて、種々の条件で熱間圧延した。

その結果、下記（ａ）〜（ｆ）の知見を得た。

（ａ）仕上圧延機群４による圧延での加工発熱を抑えることを目的に前記仕上圧延機群４の入側で水冷帯５を用いて被圧延材を水冷する場合に生じる割れは、過冷に基づくいわゆる「冷却割れ」であり、その割れは特に、質量％で、Ｃを０．９５〜１．１０％含有する高炭素クロム軸受鋼鋼材において多発する。

（ｂ）水冷帯５での水冷を止めると、質量％で、Ｃを０．９５〜１．１０％含有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を素材とした場合であっても「冷却割れ」が発生しなくなる。

（ｃ）しかしながら、水冷帯５での水冷を止めてしまうと、「冷却割れ」とは異なる「掻き疵」が発生する頻度が高くなる。

（ｄ）一方、（ａ）のような「冷却割れ」が発生する過冷の場合には、「掻き疵」は見られない。

（ｅ）「掻き疵」は、中間圧延機群３と仕上圧延機群４の間に設けられているガイド８と被圧延材との接触で発生し、冷却水はガイド８と被圧延材とが接触する際の潤滑剤として作用効果を有するものと推定される。

（ｆ）水冷帯５から供給する冷却水の水量を適正に管理すれば、質量％で、Ｃを０．９５〜１．１０％含有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を素材とした場合であっても「冷却割れ」が発生せず、しかも、「掻き疵」が発生することもなく、表面性状の良好な熱間圧延材を得ることができる。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記に示す軸受鋼熱間圧延材の製造方法にある。

「質量％で、Ｃ：０．９５〜１．１０％を含有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を加熱炉１で加熱した後に、粗圧延機群２、中間圧延機群３及び仕上圧延機群４を備えるとともに前記中間圧延機群３と仕上圧延機群４との間に水冷帯５とガイド８を備える圧延設備を用いて圧延する軸受鋼熱間圧延材の製造方法であって、加熱温度を１０５０〜１２５０℃、前記水冷帯５から被圧延材に供給する水量を被圧延材の単位表面積（ｍｍ²）あたり０．９×１０^-5〜３．５×１０^-5ｍ³／ｓｅｃとし、かつ仕上圧延機群４の入側の温度を９７０〜１０３０℃として圧延することを特徴とする軸受鋼熱間圧延材の製造方法。」

本発明によれば、被圧延材の各部の温度を極端に低下させる必要がないので、既存の圧延設備、なかでも、粗圧延機群２、中間圧延機群３及び仕上圧延機群４を備える圧延設備で圧延する場合であっても、各圧延機群における圧延機に大きな負荷がかからず、しかも、「冷却割れ」の他に「掻き疵」の発生も抑止された表面性状の良好な軸受鋼熱間圧延材を効率よく製造することができる。

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、化学成分の含有量の「％」は「質量％」を意味する。

本発明に係る「軸受鋼熱間圧延材の製造方法」が対象とする「Ｃ：０．９５〜１．１０％を含有する高炭素クロム軸受鋼鋼材」は、JIS G 4805(1999)に規定された表１に示す化学成分の高炭素クロム軸受鋼鋼材ＳＵＪ１〜５を代表とするものである。

本発明においては、上記のＣ：０．９５〜１．１０％を含有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を加熱炉１で加熱した後に、粗圧延機群２、中間圧延機群３及び仕上圧延機群４を備えるとともに前記中間圧延機群３と仕上圧延機群４との間に水冷帯５とガイド８を備える圧延設備を用いて圧延する。

上記の圧延に際しては、先ず、加熱炉１における加熱温度を、１０５０〜１２５０℃とする必要がある。

これは、加熱温度が１０５０℃を下回る場合には被圧延材の変形抵抗が大きいため、圧延機に対する負荷が大きくなってしまうからである。

一方、加熱温度が１２５０℃を上回る場合には、スケールの発生量が多くなって、スケール疵が生じることに加えて、脱炭層が大きくなってしまうためである。

なお、上記の加熱炉１における加熱温度は、１１５０〜１２００℃とすることが好ましい。

次に、中間圧延機群３の出側と仕上圧延機群４の入側との間に設けられた水冷帯５から被圧延材に供給する水量は、被圧延材の単位表面積（ｍｍ²）あたり０．９×１０^-5〜３．５×１０^-5ｍ³／ｓｅｃとする必要がある。

これは、前記の水量が被圧延材の単位表面積（ｍｍ²）あたり０．９×１０^-5ｍ³／ｓｅｃを下回る場合には、中間圧延機群３と仕上圧延機群４の間に設けられているガイド８と被圧延材とが接触する際の冷却水の有する潤滑効果が不十分となり、「掻き疵」が発生するからである。

一方、前記の水量が被圧延材の単位表面積（ｍｍ²）あたり３．５×１０^-5ｍ³／ｓｅｃを上回る場合には、質量％で、Ｃを０．９５〜１．１０％含有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を素材とした被圧延材に「冷却割れ」を生じてしまうためである。

なお、上記の水量は、被圧延材の単位表面積（ｍｍ²）あたり１．８×１０^-5〜３．０×１０^-5ｍ³／ｓｅｃとすることが好ましい。

最後に、仕上圧延機群４の入側の温度は、９７０〜１０３０℃とする必要がある。

これは、仕上圧延機群４の入側の温度が９７０℃を下回る場合には、仕上圧延機群４における圧延の際に被圧延材にいわゆる「頭割れ」が生じるからである。

一方、仕上圧延機群４の入側の温度が１０３０℃を上回る場合には、スケール疵が発生したり、大きな脱炭層が生じることとなる。

なお、上記の仕上圧延機群４の入側の温度は、９７０〜１０００℃とすることが好ましい。

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。

表２に示す化学組成を有するＳＵＪ２鋼を転炉溶製後に連続鋳造し、更に、分塊圧延して、１４０ｍｍ×１４０ｍｍの鋼片を作製した。

次いで、上記の鋼片を、加熱炉１、粗圧延機群２、中間圧延機群３及び仕上圧延機群４を備えるとともに前記中間圧延機群３と仕上圧延機群４との間に水冷帯５とガイド８を備える図１に模式的に示す設備を用いて、表３に示す条件で熱間圧延し、直径が１３．５ｍｍの線材を製造した。

このようにして製造した直径が１３．５ｍｍの線材の全長について、目視試験及び渦流探傷試験を行って、各試験番号について線材の「表面疵」の調査を行った。以下、その内容について説明する。

「掻き疵」は、幅が０．１ｍｍ程度と広く、深さが浅い疵で、線状コイルの全長に亘って断続的に発生し、目視検査での発見が可能である。

なお、目視検査で発見した「掻き疵」は、２回の「やすりがけ」を施して除去できなかった場合に、約０．０２ｍｍを超える深さの疵と判定し「掻き疵」が有りとした。これに対して、上記の「やすりがけ」で除去できた場合には、０．０２ｍｍ以下程度の深さの疵と判定し、熱間圧延後に施される伸線加工などの２次加工によって消滅するため、「掻き疵」は「無し」とした。

一方、「冷却割れ」や「スケール疵」のような幅が狭い疵は目視検査では発見できないが、渦流探傷試験で発見可能である。そして、「冷却割れ」の場合には疵底が鋭く、「スケール疵」の場合には疵底が丸みを帯びている。

よって、渦流探傷で疵が発見された場合には、その部分を圧延方向に直角な面で切断して樹脂に埋め込み鏡面研磨して顕微鏡観察し、先ず「冷却割れ」か「スケール疵」かの判別を行い、更に、「冷却割れ」と判断した疵についてその疵の深さを測定した。そして、疵の深さが０．０７ｍｍ以上の場合は「冷却割れ」が「有り」とし、０．０７ｍｍ未満の場合はその後の機械加工工程で疵が除去されるので問題にならないとして「冷却割れ」は「無し」とした。

表４に、上記の試験結果を整理して示す。なお、表４に示した冷却割れの「深さ」は、顕微鏡観察した場合の最も浅い深さである。

表４から、本発明で規定する条件を満足する試験番号２及び試験番号３の場合には、「冷却割れ」及び「掻き疵」が「無し」であり、表面性状の良好な軸受鋼熱間圧延材が得られることが明らかである。

これに対して、本発明で規定する条件から外れた比較例の試験番号１及び試験番号４の場合には、表面性状に劣っている。

すなわち、試験番号１の場合、中間圧延機群３の出側と仕上圧延機群４の入側との間に設けられた水冷帯５から被圧延材に供給する水量が被圧延材の単位表面積（ｍｍ²）あたり０．５×１０^-5ｍ³／ｓｅｃと少なく、０．９×１０^-5ｍ³／ｓｅｃを下回るため、冷却水が、中間圧延機群３と仕上圧延機群４の間に設けられているガイド８と被圧延材とが接触する際の潤滑剤として作用しないので、ガイドとの接触による「掻き疵」が発生している。

また、試験番号４の場合には、水冷帯５から被圧延材に供給する水量が被圧延材の単位表面積（ｍｍ²）あたり６．０×１０^-5ｍ³／ｓｅｃと多く、３．５×１０^-5ｍ³／ｓｅｃを上回るため、「冷却割れ」が発生している。

軸受鋼熱間圧延設備の一例として、実施例で用いた線材圧延設備を模式的に説明する図である。

符号の説明

１：加熱炉、
２：粗圧延機群、
３：中間圧延機群、
４：仕上圧延機群、
５、５’：水冷帯、
６：巻取機、
７：リフォーミングステーション、
８：ガイド。

Claims

質量％で、Ｃ：０．９５〜１．１０％を含有する高炭素クロム軸受鋼鋼材を加熱炉で加熱した後に、粗圧延機群、中間圧延機群及び仕上圧延機群を備えるとともに前記中間圧延機群と仕上圧延機群との間に水冷帯とガイドを備える圧延設備を用いて圧延する軸受鋼熱間圧延材の製造方法であって、加熱温度を１０５０〜１２５０℃、前記水冷帯から被圧延材に供給する水量を被圧延材の単位表面積（ｍｍ²）あたり０．９×１０^-5〜３．５×１０^-5ｍ³／ｓｅｃとし、かつ仕上圧延機群の入側の温度を９７０〜１０３０℃として圧延することを特徴とする軸受鋼熱間圧延材の製造方法。