JP5491968B2 - Steel bar manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、自動車や各種産業機械等の分野で鋼部品として適用される条鋼を製造するための方法に関するものであり、特に条鋼表面の脱炭を抑制し、スケール剥離性にも優れた条鋼の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a steel bar applied as a steel part in the fields of automobiles and various industrial machines, and in particular, a steel bar that suppresses decarburization of the steel bar surface and has excellent scale peelability. It relates to a manufacturing method.
ＪＩＳ Ｇ ４８０５に規定されるＳＵＪ２等の「高炭素クロム軸受鋼鋼材」や、ＪＩＳ Ｇ ４０５３に規定されるＳＣｒ４２０やＳＣＭ４３５等の「機械構造用合金鋼鋼材」が、自動車や各種産業機械等の種々の分野で用いられている鋼部品の素材として従来から使用されている。近年、これらの鋼部品に求められる表面品質は年々厳しいものとなってきている。こうした表面品質を決定する因子としては、脱炭層の深さとスケール剥離性が挙げられる。 "High carbon chrome bearing steel" such as SUJ2 specified in JIS G 4805, and "alloy steel for mechanical structure" such as SCr420 and SCM435 specified in JIS G 4053 are various for automobiles and various industrial machines. Conventionally used as a material for steel parts used in this field. In recent years, the surface quality required for these steel parts has become severe year by year. Factors that determine such surface quality include the depth of the decarburized layer and the scale peelability.
上記の様な鋼部品は、鋼材（ビレット）を熱間圧延することによって、鋼線材や棒鋼等の条鋼にしたものから製造されるが、この熱間圧延前の加熱炉内において、炭素濃度が低下したいわゆる「脱炭層」や、スケールが形成されることになる。軸受け鋼や機械構造用鋼において脱炭層が形成されると、疲労特性や表面転動疲労特性が劣化するために、求められる特性に応じて脱炭層の深さ（以下、「全脱炭深さ」と呼ぶ）を一定以下に抑制する必要がある。近年の品質要求に対応するため、脱炭層の更なる抑制が必要になっている。 The steel parts as described above are manufactured from steel strips such as steel wire rods and bar steels by hot rolling a steel material (billet). In the heating furnace before the hot rolling, the carbon concentration is Declined so-called “decarburization layer” and scale are formed. When a decarburized layer is formed in bearing steel and machine structural steel, the fatigue characteristics and surface rolling fatigue characteristics deteriorate, so the depth of the decarburized layer (hereinafter referred to as “total decarburization depth”) depends on the required characteristics. ")" Must be suppressed below a certain level. In order to meet recent quality requirements, further suppression of decarburized layers is required.
また、熱間圧延前の加熱炉内で形成されるスケールは、そのまま圧延すると鋼材に埋め込まれ、しわ疵等の疵の原因となるので、圧延前にスケール除去が行なわれるのであるが、このときのスケールの剥離性が悪いと、疵が深く、しかも多くなるので、良好なスケール剥離性が十分に確保されていることも重要な要求特性である。 In addition, the scale formed in the heating furnace before hot rolling is embedded in the steel material when rolled as it is and causes wrinkles such as wrinkles, so that the scale is removed before rolling. If the peelability of the scale is poor, the wrinkles are deep and increase, so that sufficient scale peelability is sufficiently ensured.
例えば特許文献１では、熱間圧延前に所定温度に加熱する際に、加熱炉にて所望の温度よりも低い温度まで加熱し、次いで行うスケール除去の前または後で誘導加熱により短時間で圧延前の必要温度を確保することによって、密着性が高いスケールの形成を抑制して表面品質に優れた鋼材を得る方法が開示されている。
For example, in
この技術では、脱炭の抑制とスケール剥離性の確保の両面を改善するという観点からなされたものであるが、Ｃｒを１％程度含むような機械構造用合金鋼や軸受け鋼においては、高温で加熱を行う場合、スケールと地鉄の界面のＣｒ濃度が高くなり、スケール剥離性が阻害されるため、近年の厳しい表面品質の要求に対して不十分な場合がある。 This technology was made from the viewpoint of improving both the suppression of decarburization and the securing of scale releasability, but in alloy steels for machine structures and bearing steels containing about 1% of Cr, When heating is performed, the Cr concentration at the interface between the scale and the base iron becomes high and the scale peelability is hindered, which may be insufficient for recent demands for strict surface quality.
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、表面の脱炭を抑制すると共に、スケール剥離性にも優れた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。 This invention is made | formed in view of such a situation, The objective is suppressing the decarburization of a surface, and providing the useful method for manufacturing the strip which was excellent also in scale peelability. It is in.
上記目的を達成することのできた本発明の条鋼の方法とは、Ｃ：０．１〜２．０％（質量％の意味、化学成分について以下同じ）、Ｓｉ：０．１〜０．５％、Ｍｎ：０．０１〜３％、Ｃｒ：０．５〜３％を夫々含み、残部が鉄および不可避不純物からなる条鋼の製造方法であって、熱間圧延を行う前に、加熱炉内にてビレットを維持してビレット表面および内部を８００℃以上、９００℃以下に加熱した後、水蒸気濃度Ｙが下記（１）式の関係を満足する濃度、酸素濃度が５．０体積％以下となる窒素雰囲気に加熱炉内を調整し、昇温速度：３℃／秒以上で、加熱炉からの抽出温度：９２５〜１１５０℃まで急速加熱を行う点に要旨を有するものである。
Ｙ（体積％）＞１１．０×ｌｎ（３．０×［Ｃｒ］）…（１）
但し、Ｙ：炉内雰囲気中の水蒸気濃度、［Ｃｒ］：条鋼中に含まれるＣｒの含有量（質量％）
The method of the steel bar of the present invention that has achieved the above object is C: 0.1 to 2.0% (meaning mass%, the same applies to chemical components), Si: 0.1 to 0.5% , Mn: 0.01 to 3%, Cr: 0.5 to 3%, respectively, the balance is made of iron and inevitable impurities, the method of manufacturing the steel bar, before performing hot rolling in the heating furnace The billet is maintained and the billet surface and inside are heated to 800 ° C. or more and 900 ° C. or less, and then the water vapor concentration Y satisfies the relationship of the following formula (1), and the oxygen concentration is 5.0% by volume or less. The gist is that the inside of the heating furnace is adjusted to a nitrogen atmosphere, the heating rate is 3 ° C./second or more, and the extraction temperature from the heating furnace is rapidly heated to 925 to 1150 ° C.
Y (volume%)> 11.0 × ln (3.0 × [Cr]) (1)
However, Y: Water vapor concentration in the furnace atmosphere, [Cr]: Content of Cr contained in the steel bar (mass%)
本発明の上記目的は、上記のような化学成分組成を有するビレットに対し、熱間圧延を行う前に、加熱炉内にて、ビレットの表面温度が８００℃以上、９００℃以下となるように加熱し、その後再加熱せずに熱間圧延を行うことによっても達成される。 The object of the present invention is to make the billet surface temperature 800 ° C. or more and 900 ° C. or less in the heating furnace before hot rolling the billet having the chemical composition as described above. It is also achieved by heating and then hot rolling without reheating.
本発明方法においては、条鋼が更に他の元素として、Ｍｏ：０．４％以下（０％を含まない）を含有するものであっても良く、これによって条鋼の特性が更に改善される。また本発明で対象とする条鋼は、軸受け鋼または機械構造用鋼として用いられるのに有用なものである。 In the method of the present invention, the steel bar may further contain Mo: 0.4% or less (not including 0%) as another element, thereby further improving the characteristics of the steel bar. In addition, the steel bars targeted by the present invention are useful for use as bearing steels or machine structural steels.
本発明方法によれば、熱間圧延前の加熱条件（温度や雰囲気）を厳密に制御することによって、条鋼表面の脱炭を抑制すると共に、スケール剥離性にも優れた条鋼を製造することができ、このようにして得られる条鋼は、軸受け鋼または機械構造用鋼として極めて有用なものである。 According to the method of the present invention, by strictly controlling the heating conditions (temperature and atmosphere) before hot rolling, it is possible to suppress the decarburization of the surface of the bar and to manufacture the bar having an excellent scale peelability. The strip obtained in this way is extremely useful as a bearing steel or a machine structural steel.
本発明者らは、表面の脱炭を抑制すると共に、スケール剥離性にも優れた条鋼の実現を目指して、様々な角度から検討した。熱間圧延によって鋼線材や棒鋼を得るためには、一定温度以上（概ね、８００℃以上）に加熱して鋼材を十分に軟化させる必要がある。この加熱の際に、鋼材表面から炭素が一酸化炭素ガスとして放出され、鋼材表層に炭素濃度が低下した層（脱炭層）が形成されることになる。 The present inventors have studied from various angles with the aim of realizing a steel bar that suppresses surface decarburization and is also excellent in scale peelability. In order to obtain a steel wire rod or steel bar by hot rolling, it is necessary to sufficiently soften the steel material by heating to a certain temperature or higher (generally 800 ° C. or higher). During this heating, carbon is released as carbon monoxide gas from the surface of the steel material, and a layer (decarburized layer) with a reduced carbon concentration is formed on the steel material surface layer.
本発明者らは、特定の化学成分組成（後述する）の条鋼を製造する場合には、圧延前の加熱炉内において、鋼材表面温度が９２５℃以上では温度が上昇するに従い、急激に脱炭が進行し易くなることを見出した。これに対して、鋼材表面温度が９００℃以下とすれば脱炭が殆ど進行しないことが判明した。こうしたことから、鋼材を９００℃以下の温度で加熱し、その後再加熱せずに熱間圧延を行うようにすれば、製造される条鋼の全深さを所定厚みまで抑制できたのである。 In the case of manufacturing a strip having a specific chemical composition (described later), the present inventors rapidly decarburize as the temperature rises at a steel surface temperature of 925 ° C. or higher in a heating furnace before rolling. Has been found to be easy to proceed. On the other hand, it was found that decarburization hardly progresses when the steel surface temperature is 900 ° C. or lower. For this reason, if the steel material is heated at a temperature of 900 ° C. or less and then hot rolled without reheating, the entire depth of the manufactured bar can be suppressed to a predetermined thickness.
尚、実操業においては、何らかの理由によって製造ラインを停止しなければならない場合があり、こうした場合には、ビレットが通常よりも長時間加熱炉内に置かれることになるが、鋼材表面温度を９００℃以下に制御することによって、こうした場合であっても脱炭を進行させずに済むことになる。 In actual operation, the production line may have to be stopped for some reason. In such a case, the billet is placed in the heating furnace for a longer time than usual. By controlling to below ℃, decarburization does not proceed even in such a case.
上記方法では、鋼材を９００℃以下の温度で加熱し、その後再加熱せずにそのまま熱間圧延を行うことを基本とするものであるが、ビレット表面層の高温酸化皮膜（スケール）を除去してから、熱間圧延を行うようにしても良い。このときの、スケール除去法としては、高圧水をビレット表面に吹き付けることによってスケールを除去する方法が一般的な方法として挙げられる。 In the above method, the steel material is basically heated at a temperature of 900 ° C. or lower and then hot-rolled without being reheated, but the high-temperature oxide film (scale) on the billet surface layer is removed. Then, hot rolling may be performed. As a scale removal method at this time, a method of removing the scale by spraying high-pressure water on the billet surface is a general method.
また、得られる条鋼の直径（線材径や棒鋼径）や圧延速度、圧延設備の能力等の製造条件の制約によって、９００℃以下では鋼材が硬く、圧延できない場合もあり得る。こうした場合であっても、８００℃以上、９００℃以下で十分な時間保持することによって、脱炭層を生じさせることなくビレット内部まで十分加熱しておき、その後、圧延可能な抽出温度（加熱炉からの抽出温度）までの加熱を可能な限り短時間で行うことによって、脱炭を抑制できるのである。このときの抽出温度としては、９２５〜１１５０℃程度が想定されることになる。 Further, depending on the manufacturing conditions such as the diameter of the obtained bar (wire diameter or bar diameter), rolling speed, rolling equipment capacity, etc., the steel material may be hard at a temperature of 900 ° C. or lower and cannot be rolled. Even in such a case, by holding at 800 ° C. or more and 900 ° C. or less for a sufficient time, the billet is sufficiently heated without causing a decarburized layer, and thereafter, an extraction temperature that can be rolled (from a heating furnace) The decarburization can be suppressed by performing the heating up to (the extraction temperature) in as short a time as possible. As the extraction temperature at this time, about 925 to 1150 ° C. is assumed.
つまり、本発明方法は、ビレット表面を一旦加熱した後、熱間圧延までに再加熱する場合も含むものであり、こうした場合には、一般的な加熱炉内雰囲気（例えば、窒素雰囲気）においては、８００℃以上、９００℃以下まで加熱した後、昇温速度を３℃／秒以上で急速加熱を行なうことによって、全脱炭深さ(後述する全脱炭深さＤｍ−Ｔ)を０．２０ｍｍ以下に制御することができる。このときの昇温速度は、好ましくは５℃／秒以上（より好ましくは１０℃／秒以上）であるが、基本的に、軸受け鋼や機械構造用合金鋼に求められる全脱炭深さは０．２０ｍｍ以下に制御すれば問題はない。 In other words, the method of the present invention includes the case where the billet surface is heated once and then reheated until hot rolling. In such a case, in a general furnace atmosphere (for example, nitrogen atmosphere) After heating to 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, rapid heating is performed at a rate of temperature increase of 3 ° C./second or more, thereby reducing the total decarburization depth (total decarburization depth Dm-T described later) to 0. It can be controlled to 20 mm or less. The rate of temperature rise at this time is preferably 5 ° C./second or more (more preferably 10 ° C./second or more), but basically, the total decarburization depth required for bearing steel and alloy steel for mechanical structure is There is no problem if it is controlled to 0.20 mm or less.
ところで、軸受け鋼や機械構造用合金鋼には、強度確保のためにＣｒが０．９〜１．６％程度含まれている。加熱炉内で形成されたスケールを圧延前に除去する必要があるが、スケールの除去が不十分であると、残留スケールが圧延の際に鋼材に埋め込まれ、表面品質を劣化させる。鋼材表層に生じるスケールの剥離性は、スケール内のＣｒ濃度が影響を与えるが、本発明者らは特に３０分以内の短時間加熱を行う場合には、加熱炉内の水蒸気濃度（炉内雰囲気水蒸気濃度）が低くなると、スケールと地鉄の界面におけるＣｒ濃度が高まり、スケール剥離性を阻害することを見出した。そこで、水蒸気濃度を所定量以上に調整することによって、スケールと地鉄界面のＣｒ濃度を抑制し、スケール剥離性を向上させることができる。 By the way, the bearing steel and the alloy steel for machine structure contain about 0.9 to 1.6% of Cr for ensuring the strength. Although it is necessary to remove the scale formed in the heating furnace before rolling, if the scale is not sufficiently removed, the residual scale is embedded in the steel during rolling to deteriorate the surface quality. The peelability of the scale that occurs on the steel surface layer is affected by the Cr concentration in the scale, but the present inventors have particularly studied the water vapor concentration in the heating furnace (the atmosphere in the furnace) when heating is performed for a short period of time within 30 minutes. It has been found that when the water vapor concentration is decreased, the Cr concentration at the interface between the scale and the ground iron is increased, thereby inhibiting the scale peelability. Therefore, by adjusting the water vapor concentration to a predetermined amount or more, the Cr concentration at the scale-base metal interface can be suppressed and the scale peelability can be improved.
上記のようにＣｒ含有鋼の圧延前デスケーリング時のスケール剥離性は、形成されたスケールと地鉄の界面におけるＣｒ濃度の影響を受けることになる。本発明者らは、スケールと地鉄の界面のＣｒ濃度を１０％以下にすれば、スケール剥離性が概ね良好になることを知見した。また、本発明者らが実験によって確認したところ、スケールと地鉄の界面のＣｒ濃度（以下、［界面Ｃｒ］と記載する）は、条鋼（即ち、鋼材）のＣｒ含有量［Ｃｒ］や加熱炉内水蒸気濃度Ｙを用いて、下記のように表されることを知見した。
［界面Ｃｒ］＝３０×［Ｃｒ］×Ｅｘｐ（−０．０９１×Ｙ）
As described above, the scale peelability at the time of descaling before rolling of the Cr-containing steel is affected by the Cr concentration at the interface between the formed scale and the ground iron. The present inventors have found that if the Cr concentration at the interface between the scale and the base iron is 10% or less, the scale peelability is generally improved. In addition, as a result of experiments conducted by the present inventors, the Cr concentration at the interface between the scale and the ground iron (hereinafter referred to as [interface Cr]) is the Cr content [Cr] of the steel bar (ie, steel material) and the heating. Using the in-furnace water vapor concentration Y, it was found that it was expressed as follows.
[Interface Cr] = 30 × [Cr] × Exp (−0.091 × Y)
即ち、［界面Ｃｒ］は、鋼材のＣｒ含有量［Ｃｒ］に比例し、スケールが形成する加熱炉内雰囲気の水蒸気濃度の増加によって指数関数的に減少することになる。上記の式と、スケール剥離性が良好となる条件（［界面Ｃｒ］＜１０％）に基づき、それらの関係を整理すると、下記（１）式のように表されることになる。
Ｙ（体積％）＞１１．０×ｌｎ（３．０×［Ｃｒ］）…（１）
但し、Ｙ：炉内雰囲気中の水蒸気濃度、［Ｃｒ］：条鋼中に含まれるＣｒの含有量（質量％）
That is, the [interface Cr] is proportional to the Cr content [Cr] of the steel material and decreases exponentially with an increase in the water vapor concentration of the atmosphere in the heating furnace formed by the scale. Based on the above formula and the condition ([interface Cr] <10%) where the scale peelability is good, the relationship between them is expressed as the following formula (1).
Y (volume%)> 11.0 × ln (3.0 × [Cr]) (1)
However, Y: Water vapor concentration in the furnace atmosphere, [Cr]: Content of Cr contained in the steel bar (mass%)
上記（１）式の条件を満足させるように熱炉内雰囲気の水蒸気濃度を調整することによって、良好なスケール剥離性が確保できるのであるが、形成されるスケールは雰囲気中の酸素濃度にも影響されることになる。この酸素濃度が高くなり過ぎると、スケール剥離性が悪化するので、５．０体積％以下に調整する必要がある。好ましくは２．０体積％以下（より好ましくは１．０体積％以下）である。 By adjusting the water vapor concentration of the atmosphere in the furnace so as to satisfy the condition of the above formula (1), it is possible to secure good scale peelability, but the scale formed also affects the oxygen concentration in the atmosphere. Will be. When this oxygen concentration becomes too high, the scale peelability deteriorates, so it is necessary to adjust to 5.0% by volume or less. Preferably it is 2.0 volume% or less (more preferably 1.0 volume% or less).
本発明で対象とする条鋼は、軸受け鋼や機械構造用鋼として用いられることを想定したものであるが、基本的な成分組成としては、Ｃ：０．１〜２％、Ｓｉ：０．１〜０．５％、Ｍｎ：０．０１〜３％、Ｃｒ：０．５〜３％を夫々含み、残部が鉄および不可避不純物からなるものである。これらの基本成分による作用効果は次の通りである。 The strips targeted in the present invention are assumed to be used as bearing steels and mechanical structural steels, but the basic component composition is C: 0.1 to 2%, Si: 0.1 -0.5%, Mn: 0.01-3%, Cr: 0.5-3%, respectively, the balance consists of iron and inevitable impurities. The effects of these basic components are as follows.
［Ｃ：０．１〜２．０％］
Ｃは鋼材の強度を高めるのに必要な元素であり、そのためには０．１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｃ含有量が過剰になると冷間加工性が低下するので２．０％以下とする必要がある。尚、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）であり、好ましい上限は１．５％以下（より好ましくは１．１％以下）である。
[C: 0.1 to 2.0%]
C is an element necessary for increasing the strength of the steel material, and for that purpose, it is necessary to contain 0.1% or more. However, if the C content is excessive, the cold workability deteriorates, so it is necessary to make it 2.0% or less. In addition, the minimum with preferable C content is 0.2% or more (more preferably 0.5% or more), and a preferable upper limit is 1.5% or less (more preferably 1.1% or less).
［Ｓｉ：０．１〜０．５％］
Ｓｉは鋼材の強度を確保する上で重要な元素であり、そのために最低限必要なＳｉ含有量として０．１％以上とする。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になると延性を損なうので０．５％以下とする必要がある。尚、Ｓｉ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）であり、好ましい上限は０．４％以下（より好ましく０．３５％以下）である。
[Si: 0.1 to 0.5%]
Si is an important element for securing the strength of the steel material, and the minimum Si content required for this purpose is 0.1% or more. However, if the Si content is excessive, the ductility is impaired, so 0.5% or less is necessary. In addition, the minimum with preferable Si content is 0.15% or more (more preferably 0.2% or more), and a preferable upper limit is 0.4% or less (more preferably 0.35% or less).
［Ｍｎ：０．０１〜３％］
Ｍｎは鋼材の強度を確保する上で重要な元素であり、そのために最低限必要なＭｎ含有量として０．０１％以上とする。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると延性を損なうので３％以下とする必要がある。尚、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）であり、好ましい上限は２．０％以下（より好ましくは１．０％以下）である。
[Mn: 0.01 to 3%]
Mn is an important element for securing the strength of the steel material. For that purpose, the minimum Mn content is set to 0.01% or more. However, if the Mn content is excessive, the ductility is impaired, so it is necessary to make it 3% or less. In addition, the minimum with preferable Mn content is 0.1% or more (more preferably 0.2% or more), and a preferable upper limit is 2.0% or less (more preferably 1.0% or less).
［Ｃｒ：０．５〜３％］
Ｃｒは鋼材に強度を付与するために必要な元素であり、Ｃｒ含有量が０．５％未満では鋼部品の強度が不足することになる。しかしながら、Ｃｒ含有量が多くなり過ぎると、延性を損なうので、３％以下とする必要がある。尚、Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．８％以上（より好ましくは０．９％以上）であり、好ましい上限は２．０％以下（より好ましくは１．７％以下）である。
[Cr: 0.5-3%]
Cr is an element necessary for imparting strength to the steel material. If the Cr content is less than 0.5%, the strength of the steel part will be insufficient. However, if the Cr content is too high, the ductility is impaired, so it is necessary to make it 3% or less. In addition, the minimum with preferable Cr content is 0.8% or more (more preferably 0.9% or more), and a preferable upper limit is 2.0% or less (more preferably 1.7% or less).
本発明で規定する含有元素は上記の通りであって、残部は鉄および不可避不純物であり、該不可避不純物（例えば、Ｓ，Ｐ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｏ，Ｎ等）として、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素の混入が許容され得る。また、これらの不純物のうち、Ｓ、ＣｕおよびＮｉについては、下記のように抑制することが好ましい。また、鋼材の強度を高めるという観点から、所定量のＭｏを含有させることも有用である。 The contained elements specified in the present invention are as described above, and the balance is iron and inevitable impurities. As the inevitable impurities (for example, S, P, Cu, Ni, O, N, etc.), raw materials, materials, and production The mixing of elements brought in depending on the situation of the equipment or the like can be allowed. Of these impurities, S, Cu and Ni are preferably suppressed as follows. It is also useful to contain a predetermined amount of Mo from the viewpoint of increasing the strength of the steel material.
［Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）］
Ｓは硫化物系介在物ＭｎＳを形成し、これが鋼材の熱間圧延時に偏析することによって、鋼材を脆化させるので、できるだけ抑制することが好ましい。こうした観点から、Ｓ含有量は０．０５％以下とすることが好ましい。Ｓ含有量は、より好ましくは０．０２５％以下であり、更に好ましくは０．０１５％以下であるが、量産工程で製造する観点からは、０％とすることは困難である。
[S: 0.05% or less (excluding 0%)]
S forms sulfide inclusion MnS, and this segregates during hot rolling of the steel material, thereby making the steel material brittle. Therefore, S is preferably suppressed as much as possible. From such a viewpoint, the S content is preferably 0.05% or less. The S content is more preferably 0.025% or less, and still more preferably 0.015% or less, but it is difficult to make it 0% from the viewpoint of manufacturing in a mass production process.
［Ｃｕ：０．３％以下（０％を含まない）］
Ｃｕは、１３５６Ｋで液相となり、熱間圧延での変形中にオーステナイト結晶粒界に侵入し、表面割れを発生させるため、できるだけ低減することが好ましい。こうした観点から、Ｃｕ含有量は０．３％以下とすることが好ましい。Ｃｕ含有量はより好ましくは０．１％以下であり、更に好ましくは０．０１％以下である。
[Cu: 0.3% or less (not including 0%)]
Since Cu becomes a liquid phase at 1356 K and penetrates into the austenite grain boundaries during deformation during hot rolling and causes surface cracks, it is preferable to reduce it as much as possible. From such a viewpoint, the Cu content is preferably set to 0.3% or less. The Cu content is more preferably 0.1% or less, still more preferably 0.01% or less.
［Ｎｉ：０．３％以下（０％を含まない）］
Ｎｉは鋼材表面に不均一に濃化し、スケール表面の凹凸を大きくしてスケール剥離性を悪化させるため、０．３％以下に抑制することが好ましい。Ｎｉ含有量は、より好ましくは０．２％以下であり、更に好ましくは０．０５％以下である。
[Ni: 0.3% or less (excluding 0%)]
Ni concentrates unevenly on the surface of the steel material and enlarges the unevenness of the scale surface to deteriorate the scale peelability. Therefore, it is preferable to suppress it to 0.3% or less. The Ni content is more preferably 0.2% or less, still more preferably 0.05% or less.
［Ｍｏ：０．４％以下（０％を含まない）］
Ｍｏは、鋼材の強度を向上させる上で有用な元素である。しかしながら、過剰に含有すると鋼材の延性を劣化させるので、０．４％以下とすることが好ましい。上記効果を発揮させるためには、Ｍｏ含有量は０．１０％以上（より好ましくは０．１５％以上）とすることが好ましい。Ｍｏ含有量のより好ましい上限は０．３５％以下（更に好ましくは０．３０％以下）である。
[Mo: 0.4% or less (excluding 0%)]
Mo is an element useful for improving the strength of the steel material. However, if contained excessively, the ductility of the steel material is deteriorated, so 0.4% or less is preferable. In order to exhibit the above effects, the Mo content is preferably 0.10% or more (more preferably 0.15% or more). A more preferable upper limit of the Mo content is 0.35% or less (more preferably 0.30% or less).
本発明で対象とする条鋼は、所定の部品形状にされた後、焼入れ・焼戻しされて軸受部品や機械構造用部品に製造されるものであるが、条鋼段階の形状についてはこうした製造に適用できるような線状・棒状のいずれも含むものであり、そのサイズも、最終製品に応じて適宜決めることができる。 The steel bars targeted by the present invention are made into bearing parts and machine structural parts after being made into a predetermined part shape and then quenched and tempered. Both the linear shape and the rod shape are included, and the size can be appropriately determined according to the final product.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することは勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.However, the present invention is not limited by the following examples as a matter of course, and may be implemented with modifications within a range that can meet the gist of the preceding and following descriptions. Of course, they are all possible and are included in the technical scope of the present invention.
［実施例１］
下記表１に示す各種化学成分組成（鋼種Ａ〜Ｄ）のビレットを溶製した。このビレットから、サイズ８ｍｍφ×１２ｍｍＬに切削加工、表面研磨し、表層に脱炭層の無いサンプルを作製した。
[Example 1]
Billets having various chemical component compositions (steel types A to D) shown in Table 1 below were melted. From this billet, cutting and surface polishing were performed to a size of 8 mmφ × 12 mmL, and a sample having no decarburized layer on the surface layer was produced.
上記で得られた各サンプルに対して、図１に示すヒートパターン、および下記の条件による熱処理（加熱炉内での熱処理）を実施した。このときの加熱炉内雰囲気は、Ｎ2−１％Ｏ2−１８％Ｈ2Ｏとした。尚、温度（表面温度）は、炉内設置の熱電対（予め別の熱電対によって試験片表面温度に較正した）で管理した。
［加熱炉内条件］
保持温度Ｔ１：８５０〜９５０℃
保持時間ｔ１：５〜１２０分
Each sample obtained above was subjected to heat treatment shown in FIG. 1 and heat treatment (heat treatment in a heating furnace) under the following conditions. The atmosphere in the heating furnace at this time was N 2 -1% O 2 -18% H 2 O. The temperature (surface temperature) was controlled by a thermocouple installed in the furnace (calibrated to the surface temperature of the test piece with another thermocouple in advance).
[Conditions in heating furnace]
Holding temperature T1: 850 to 950 ° C.
Holding time t1: 5 to 120 minutes
熱処理後のサンプルの断面の顕微鏡観察を行い、全脱炭深さＤｍ−Ｔを測定した（ＪＩＳ Ｇ ０５５８に準拠）。上記各鋼種について、各条件にて熱処理を行い、熱処理条件と全脱炭深さＤｍ−Ｔの関係を下記表２に示す。このときの全脱炭深さＤｍ−Ｔの合格基準は０．２０ｍｍ以下である。また、この結果に基づいて、鋼種Ａ〜Ｄの夫々を用いたときの保持時間と全脱炭深さＤｍ−Ｔとの関係を図２〜５の夫々に示す。 The cross section of the sample after the heat treatment was observed with a microscope, and the total decarburization depth Dm-T was measured (according to JIS G 0558). About each said steel type, it heat-processes on each condition, and the relationship between heat treatment conditions and the total decarburization depth Dm-T is shown in Table 2 below. The acceptance criterion for the total decarburization depth Dm-T at this time is 0.20 mm or less. Moreover, based on this result, the relationship between holding time and total decarburization depth Dm-T when using each of steel types A to D is shown in FIGS.
これらの結果から、次のように考察することができる。即ち、保持温度Ｔ１が９００℃以下であれば、どの鋼種を用いても加熱時間（保持時間ｔ１）が１２０分になっても全脱炭深さＤｍ−Ｔが０．２０ｍｍ以下に抑えられるが、保持温度Ｔ１が９２５℃以上では、加熱温度が３０分を超えると全脱炭深さＤｍ−Ｔが０．２０ｍｍを超えていることが分かる。 From these results, it can be considered as follows. That is, as long as the holding temperature T1 is 900 ° C. or less, the total decarburization depth Dm-T can be suppressed to 0.20 mm or less regardless of the steel type used, regardless of the heating time (holding time t1). When the holding temperature T1 is 925 ° C. or higher, the total decarburization depth Dm-T exceeds 0.20 mm when the heating temperature exceeds 30 minutes.
［実施例２］
前記表１に示した各種化学成分組成（鋼種Ａ〜Ｄ）のビレットを溶製した。このビレットから、サイズ８ｍｍφ×１２ｍｍＬに切削加工、表面研磨し、表層に脱炭層の無いサンプルを作製した。
[Example 2]
Billets having various chemical component compositions (steel types A to D) shown in Table 1 were melted. From this billet, cutting and surface polishing were performed to a size of 8 mmφ × 12 mmL, and a sample having no decarburized layer on the surface layer was produced.
上記で得られた各サンプルに対して、図６に示すヒートパターン、および下記の条件による熱処理（加熱炉内での熱処理）を実施した。このときの加熱炉内雰囲気は、Ｎ2−１％Ｏ2−１８％Ｈ2Ｏとした。
［加熱炉内条件］
保持温度Ｔ１：８５０〜９５０℃
昇温速度Ｖ（加熱炉保持温度Ｔ１から抽出温度Ｔ２までの昇温速度）：１〜５℃／秒
保持時間ｔ１：１２０分
抽出温度Ｔ２：１１２５〜１２００℃
Each sample obtained above was subjected to heat treatment shown in FIG. 6 and heat treatment (heat treatment in a heating furnace) under the following conditions. The atmosphere in the heating furnace at this time was N 2 -1% O 2 -18% H 2 O.
[Conditions in heating furnace]
Holding temperature T1: 850 to 950 ° C.
Temperature increase rate V (temperature increase rate from heating furnace holding temperature T1 to extraction temperature T2): 1 to 5 ° C./second Holding time t1: 120 minutes Extraction temperature T2: 1125 to 1200 ° C.
熱処理後のサンプルの断面の顕微鏡観察を行い、実施例１と同様に全脱炭深さＤｍ−Ｔを測定した。上記各鋼種について、各条件にて熱処理を行い、熱処理条件と全脱炭深さＤｍ−Ｔの関係を下記表３、４に示す。また、この結果に基づいて、鋼種Ａ〜Ｄの夫々を用いたときの昇温速度と全脱炭深さＤｍ−Ｔとの関係を図７〜１０の夫々に示す。 The cross section of the sample after the heat treatment was observed with a microscope, and the total decarburization depth Dm-T was measured in the same manner as in Example 1. About each said steel type, it heat-processes on each condition, and the relationship between heat processing conditions and the total decarburization depth Dm-T is shown to the following Tables 3 and 4. FIG. Moreover, based on this result, the relationship between the heating rate when using each of the steel types A to D and the total decarburization depth Dm-T is shown in FIGS.
これらの結果から、次のように考察することができる。即ち、保持温度Ｔ１が９００℃以下で、昇温速度Ｖが３℃／秒以上、且つ抽出温度Ｔ２が１１５０℃以下であれば、どの鋼種を用いても全脱炭深さＤｍ−Ｔが０．２０ｍｍ以下に抑えられることが分かる（脱炭抑制「○」）。これに対して、保持温度Ｔ１が９２５℃以上、または昇温速度Ｖが１℃／秒以下、或は抽出温度Ｔ２が１１７５℃以上では、全脱炭深さＤｍ−Ｔが０．２０ｍｍを超えることがあることが分かる（脱炭抑制「×」）。また、本発明で規定する条件を満たしていれば、保持時間ｔ１を１２０分としても全脱炭深さＤｍ−Ｔに問題が生じないことが分かる。 From these results, it can be considered as follows. That is, as long as the holding temperature T1 is 900 ° C. or less, the heating rate V is 3 ° C./second or more, and the extraction temperature T2 is 1150 ° C. or less, the total decarburization depth Dm-T is 0 regardless of which steel type is used. It can be seen that it is suppressed to 20 mm or less (decarburization suppression “◯”). On the other hand, when the holding temperature T1 is 925 ° C. or higher, the heating rate V is 1 ° C./second or lower, or the extraction temperature T2 is 1175 ° C. or higher, the total decarburization depth Dm-T exceeds 0.20 mm. It can be seen that decarburization is suppressed ("X"). Moreover, if the conditions prescribed | regulated by this invention are satisfy | filled, even if holding time t1 is 120 minutes, it turns out that a problem does not arise in the total decarburization depth Dm-T.
［実施例３］
下記表５に示す各種化学成分組成（鋼種Ａ〜Ｃ、Ｅ〜Ｇ）のビレットを溶製した（このうち、鋼種Ａ〜Ｃについては、表１と同じ）。このビレットから、サイズ８ｍｍφ×１２ｍｍＬに切削加工、表面研磨し、表層に脱炭層の無いサンプルを作製した。
[Example 3]
Billets having various chemical composition (steel types A to C, E to G) shown in Table 5 below were melted (among these, steel types A to C were the same as in Table 1). From this billet, cutting and surface polishing were performed to a size of 8 mmφ × 12 mmL, and a sample having no decarburized layer on the surface layer was produced.
上記で得られた各サンプルに対して、図１１に示すヒートパターン、および下記の条件による熱処理（加熱炉内での熱処理）を実施した。このときの加熱炉内雰囲気は、Ｎ2−１％Ｏ2−［Ｙ］％Ｈ2Ｏ（２≦Ｙ≦２５）とした。
［加熱炉内条件］
保持温度Ｔ１：９００℃
昇温速度Ｖ（加熱炉保持温度Ｔ１から抽出温度Ｔ２までの昇温速度）：５℃／秒
保持時間ｔ１：１２０分
抽出温度Ｔ２：１０５０℃
Each sample obtained above was subjected to heat treatment shown in FIG. 11 and heat treatment (heat treatment in a heating furnace) under the following conditions. The atmosphere in the heating furnace at this time was N 2 -1% O 2- [Y]% H 2 O (2 ≦ Y ≦ 25).
[Conditions in heating furnace]
Holding temperature T1: 900 ° C
Temperature increase rate V (temperature increase rate from heating furnace holding temperature T1 to extraction temperature T2): 5 ° C./second Holding time t1: 120 minutes Extraction temperature T2: 1050 ° C.
熱処理後のサンプルに対して、圧縮試験（試験片形状：８ｍｍφ×１２ｍｍＬ、圧縮率：５０％、圧縮温度：１０００℃、圧縮速度：１０ｍｍ／秒）を行い、圧縮試験後の残留スケール面積率よってスケール剥離性を評価した。 A compression test (test piece shape: 8 mmφ × 12 mmL, compression rate: 50%, compression temperature: 1000 ° C., compression rate: 10 mm / second) is performed on the sample after heat treatment, and the residual scale area ratio after the compression test is Scale peelability was evaluated.
このとき残留スケール面積率は、写真撮影と画像解析によって求め（剥離部分は色が異なる）、この残留スケール面積率が５０％未満のときをスケール剥離性良好（スケール剥離性「○」で表示）、残留スケール面積率が５０％以上のときをスケール剥離性不良（スケール剥離性「×」で表示）と評価した。 At this time, the residual scale area ratio is obtained by photography and image analysis (the peeled portion has a different color), and when this residual scale area ratio is less than 50%, the scale peelability is good (indicated by the scale peelability “◯”) When the residual scale area ratio was 50% or more, it was evaluated as poor scale peelability (indicated by scale peelability “x”).
これらの結果を、条鋼中のＣｒ含有量［Ｃｒ］、炉内雰囲気水蒸気濃度Ｙ、Ｚ（＝１１．０×ｌｎ（３．０×［Ｃｒ］））、およびＹとＺの大小関係（判定）と共に、下記表６に示す。また、この結果に基づいて、鋼種Ａ〜Ｃ、Ｅ〜Ｇの夫々を用いたときの炉内雰囲気水蒸気濃度と残留スケール面積率との関係を図１２〜１７の夫々に示す。 From these results, the Cr content [Cr] in the steel bar, the atmospheric water vapor concentration Y, Z (= 11.0 × ln (3.0 × [Cr])), and the magnitude relationship between Y and Z (determination) And in Table 6 below. Moreover, based on this result, the relationship between the atmospheric water vapor concentration in the furnace and the residual scale area ratio when using each of the steel types A to C and E to G is shown in FIGS.
この結果から、次のように考察できる。即ち、いずれの鋼種を用いた場合であっても、炉内雰囲気水蒸気濃度が増加するに従って、スケール剥離性は改善され、Ｙ＞Ｚの関係を満たすときには、スケール剥離性が良好（評価「○」）となっていることが分かる。従って、Ｙ＞Ｚの関係を満たすだけの水蒸気を炉内雰囲気に加えることによって、良好なスケール剥離性を確保できることになる。また、条鋼中のＣｒ含有量に応じて、一定以上の水蒸気濃度を確保することによって、スケール剥離性が改善できることが分かる。例えば、鋼材のＣｒ含有量が１．５％であれば、炉内水蒸気濃度は１６．５％以上必要となる。 From this result, it can be considered as follows. That is, even when any steel type is used, the scale peelability is improved as the atmospheric water vapor concentration in the furnace increases, and when the relationship of Y> Z is satisfied, the scale peelability is good (evaluation “◯”). ). Accordingly, by adding steam sufficient to satisfy the relationship of Y> Z to the furnace atmosphere, it is possible to ensure good scale peelability. Moreover, it turns out that scale peelability can be improved by ensuring the water vapor | steam density | concentration more than fixed according to Cr content in a strip. For example, if the Cr content of the steel material is 1.5%, the water vapor concentration in the furnace is required to be 16.5% or more.
［実施例４］
前記表５に示した各種化学成分組成（鋼種Ａ〜Ｃ、Ｅ〜Ｇ）のビレットを溶製した。このビレットから、サイズ８ｍｍφ×１２ｍｍＬに切削加工、表面研磨し、表層に脱炭層の無いサンプルを作製した。
[Example 4]
Billets having various chemical component compositions (steel types A to C, E to G) shown in Table 5 were melted. From this billet, cutting and surface polishing were performed to a size of 8 mmφ × 12 mmL, and a sample having no decarburized layer on the surface layer was produced.
上記で得られた各サンプルに対して、図１８に示すヒートパターン、および下記の条件による熱処理（加熱炉内での熱処理）を実施した。このときの加熱炉内雰囲気は、Ｎ2−１％Ｏ2−［Ｙ］％Ｈ2Ｏ（２≦Ｙ≦２５）とした。
［加熱炉内条件］
保持温度Ｔ１：８２５℃または９００℃
昇温速度Ｖ：３℃／秒または１０℃／秒、
保持時間ｔ１：１２０分
抽出温度Ｔ２：９５０℃、１１５０℃
Each sample obtained above was subjected to heat treatment shown in FIG. 18 and heat treatment (heat treatment in a heating furnace) under the following conditions. The atmosphere in the heating furnace at this time was N 2 -1% O 2- [Y]% H 2 O (2 ≦ Y ≦ 25).
[Conditions in heating furnace]
Holding temperature T1: 825 ° C or 900 ° C
Temperature increase rate V: 3 ° C./second or 10 ° C./second,
Holding time t1: 120 minutes Extraction temperature T2: 950 ° C, 1150 ° C
熱処理後のサンプルに対して、実施例１、２と同様にして全脱炭深さＤｍ−Ｔを測定すると共に、実施例３と同様にして残留スケール面積率およびスケール剥離性を評価した。 For the sample after heat treatment, the total decarburization depth Dm-T was measured in the same manner as in Examples 1 and 2, and the residual scale area ratio and scale peelability were evaluated in the same manner as in Example 3.
これらの結果を、条鋼中のＣｒ含有量［Ｃｒ］、Ｚ（＝１１．０×ｌｎ（３．０×［Ｃｒ］））、保持温度Ｔ１、昇温速度Ｖ、抽出温度Ｔ２、炉内雰囲気水蒸気濃度Ｙ、およびＹとＺの大小関係（判定）と共に、下記表７〜９に示す。 These results are obtained by comparing the Cr content [Cr], Z (= 11.0 × ln (3.0 × [Cr])), holding temperature T1, heating rate V, extraction temperature T2, furnace atmosphere in the steel bar. Tables 7 to 9 below show the water vapor concentration Y and the magnitude relationship (determination) between Y and Z.
この結果から、次のように考察できる。即ち、いずれの鋼種を用いた場合であっても、炉内雰囲気水蒸気濃度が増加するに従って、スケール剥離性は改善され、Ｙ＞Ｚの関係を満たすときには、スケール剥離性が良好（評価「○」）となっていることが分かる。従って、Ｙ＞Ｚの関係を満たすだけの水蒸気を炉内雰囲気に加えることによって、良好なスケール剥離性を確保できることになる。また、鋼材中のＣｒ含有量に応じて、一定以上の水蒸気濃度を確保することによって、スケール剥離性が改善できることが分かる。本発明で規定する要件を満足する限り、全ての条件において、全脱炭深さＤｍ−Ｔを０．２０ｍｍ以下に抑制できる（脱炭抑制「○」）。 From this result, it can be considered as follows. That is, even when any steel type is used, the scale peelability is improved as the atmospheric water vapor concentration in the furnace increases, and when the relationship of Y> Z is satisfied, the scale peelability is good (evaluation “◯”). ). Accordingly, by adding steam sufficient to satisfy the relationship of Y> Z to the furnace atmosphere, it is possible to ensure good scale peelability. Moreover, it turns out that scale peelability can be improved by ensuring the water vapor | steam density | concentration more than fixed according to Cr content in steel materials. As long as the requirements specified in the present invention are satisfied, the total decarburization depth Dm-T can be suppressed to 0.20 mm or less under all conditions (decarburization suppression “◯”).
Claims (4)
熱間圧延を行う前に、加熱炉内にてビレットを維持し、水蒸気濃度Ｙが下記（１）式の関係を満足する濃度、酸素濃度が５．０体積％以下となる窒素雰囲気で、前記ビレット表面および内部を８００℃以上、９００℃以下で加熱し、次いで上記窒素雰囲気中にて、昇温速度：３℃／秒以上で、加熱炉からの抽出温度：９２５〜１１５０℃まで急速加熱を行うことを特徴とする条鋼の製造方法。
Ｙ（体積％）＞１１．０×ｌｎ（３．０×［Ｃｒ］）…（１）
但し、Ｙ：炉内雰囲気中の水蒸気濃度、［Ｃｒ］：条鋼中に含まれるＣｒの含有量（質量％） C: 0.1 to 2.0% (meaning by mass, the same applies to chemical components), Si: 0.1 to 0.5%, Mn: 0.01 to 3%, Cr: 0.5 to 3 %, And the balance is made of iron and inevitable impurities,
Before performing the hot rolling, the billet is maintained in the heating furnace , the water vapor concentration Y satisfies the relationship of the following formula (1), and the nitrogen concentration is 5.0% by volume or less in the nitrogen atmosphere, The billet surface and the inside are heated at 800 ° C. or more and 900 ° C. or less , and then rapidly heated to the extraction temperature from the heating furnace: 925 to 1150 ° C. at a temperature increase rate of 3 ° C./second or more in the nitrogen atmosphere. The manufacturing method of the strip characterized by performing.
Y (volume%)> 11.0 × ln (3.0 × [Cr]) (1)
However, Y: Water vapor concentration in the furnace atmosphere, [Cr]: Content of Cr contained in the steel bar (mass%)
熱間圧延を行う前に、加熱炉内にてビレットを維持し、水蒸気濃度Ｙが下記（１）式の関係を満足する濃度、酸素濃度が５．０体積％以下となる窒素雰囲気で、前記ビレットの表面温度が８００℃以上、９００℃以下となるように加熱し、その後再加熱せずに熱間圧延を行うことを特徴とする条鋼の製造方法。
Ｙ（体積％）＞１１．０×ｌｎ（３．０×［Ｃｒ］）…（１）
但し、Ｙ：炉内雰囲気中の水蒸気濃度、［Ｃｒ］：条鋼中に含まれるＣｒの含有量（質量％） C: 0.1 to 2.0%, Si: 0.1 to 0.5%, Mn: 0.01 to 3%, Cr: 0.5 to 3%, respectively, the balance being from iron and inevitable impurities A manufacturing method of
Before performing the hot rolling, the billet is maintained in the heating furnace , the water vapor concentration Y satisfies the relationship of the following formula (1), and the nitrogen concentration is 5.0% by volume or less in the nitrogen atmosphere, A method for manufacturing a bar steel, wherein the billet is heated so that the surface temperature of the billet is 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, and then hot-rolled without reheating.
Y (volume%)> 11.0 × ln (3.0 × [Cr]) (1)
However, Y: Water vapor concentration in the furnace atmosphere, [Cr]: Content of Cr contained in the steel bar (mass%)
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