JP6059569B2 - 冷間加工性及び被削性に優れた鋼材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用部品や軸受け、建設機械用部品等の各種部品の製造に用いられる冷間加工性又は被削性に優れた鋼材を製造する方法に関するものである。

自動車用部品や軸受け、建設機械用部品等の各種部品には高炭素鋼が使用されており、通常、熱間圧延材を冷間加工、切削加工などによって所定の形状に成形した後、焼入れ焼戻し処理を行って最終的な強度調整が行われて製造される。熱間圧延材の冷間加工性や被削性は、高炭素鋼中に析出している炭化物の形状に影響を受け、棒状の炭化物が存在していると、それらが割れの起点となり、冷間加工性や被削性が悪くなる。そこで熱間圧延材を冷間加工したり切削するにあたっては、熱間圧延材を焼鈍して炭化物を球状化する処理（球状化焼鈍）が施される。

一般に球状化焼鈍では、（１）鋼材をＡ_c1点（約７３０℃）以上のやや高い温度（例えば７６０〜７８０℃）に１〜２時間加熱したのち、ゆっくり冷却する方法、（２）Ａ_c1点の上下２０〜３０℃の間で加熱と冷却を繰り返す方法、（３）冷間加工後に温度６８０〜７００℃に加熱するか、または焼入れ後に温度６８０〜７００℃で焼戻しする方法、（４）変態点直上にあたる温度７６０〜７８０℃から温度７００℃まで冷却し、この温度で約３時間程度保持してから空冷する方法などが採用されている。

ところで軸受鋼などに使用される高炭素鋼としては、ＳＵＪ２鋼が代表的であり、このＳＵＪ２鋼も球状化焼鈍して用いられている。ＳＵＪ２鋼はＣ量が０．９５〜１．１０％と高く、またＣｒ含有量も１．３０〜１．６０％と高い。

一方、Ｃ量は高いままＣｒ量を減らした鋼材についても球状化焼鈍が適用されている（特許文献１、２など）。特許文献１ではＣ：１．４１％、Ｃｒ：０．６４％の鋼材Ｄに対して、Ａｃ₁−１００℃〜Ａｃ₁の第１保定温度まで加熱して３０〜１２０分間保定し、次いでＡｃ₁＋５℃以上の第２保定温度まで加熱した後冷却する球状化焼鈍方法が開示されている。特許文献２ではＣ：０．４０〜０．８０重量％、Ｃｒ：０．８０重量％以下の軸受用鋼材について、下記（１）〜（３）の処理の後、（４）〜（５）の処理を１回以上繰り返し、その後冷却する球状化焼鈍方法が開示されている。

（１）Ａ₃点以上に加熱保持後急速冷却を行う。
（２）Ａ₃点＋（５〜３０）℃の温度範囲に再加熱保持する。
（３）Ａ₁点−（５〜３０）℃の温度範囲で保持する。
（４）（Ａ₁点＋５）〜（Ａ₃点＋３０）℃の温度範囲で保持する。
（５）Ａ₁点−（５〜３０）℃の温度範囲で保持する。

特開平４−３３３５２７号公報 特開平４−３６２１２３号公報

前記ＳＵＪ２鋼などの高Ｃｒ合金鋼は、比較的安定して球状化焼鈍が可能であるのに対して、高いＣ量を保ったままでＣｒを減らした高Ｃ低Ｃｒ鋼では、球状化焼鈍を安定して行うことが難しい。例えば線材コイルを炉で処理して球状化焼鈍する場合、一部で球状化焼鈍に成功しても、球状化焼鈍に失敗する部分が発生することがあり、歩留まりが低下する。そして全ての場所で球状化焼鈍に成功するには炉の条件設定が極めてシビアになるという課題がある。前記特許文献１及び２の方法でも高Ｃ低Ｃｒ鋼を安定して球状化することは難しい。さらに球状化焼鈍は一般に時間がかかる処理であり、その時間短縮が強く求められている。処理時間を短縮するほど、一般に工程の管理はシビアになるから、高Ｃ低Ｃｒ鋼を安定して球状化することはより一層、難しくなる。

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、鋼材の冷間加工性又は被削性を担保するために球状化焼鈍するに際して、対象鋼が高Ｃ低Ｃｒ鋼であっても安定して球状化焼鈍できるだけでなく、その処理時間も短縮できる技術を確立することにある。

上記目的を達成し得た本発明の製造方法とは、Ｃ：０．７〜１．５％（質量％の意味。以下、同じ）、およびＣｒ：０．９％未満（０％を含まない）を含有する鋼材を球状化焼鈍して冷間加工性又は被削性に優れた鋼材を製造する方法であって、ひずみ付与工程と、前記ひずみ付与工程によりひずみが導入された鋼材を球状化焼鈍する球状化焼鈍工程を含み、
前記ひずみ付与工程では、鋼材に０．０５以上の真ひずみを導入し、
前記球状化焼鈍工程は、１段目熱処理と、これに続く２段目熱処理とから構成され、これら１段目熱処理及び２段目熱処理の条件は以下の通りである点にその要旨を有するものである。
（１）１段目熱処理
昇温速度：４００℃／ｈｒ未満
加熱温度：Ａ₁点＋１０℃〜Ａ₁点＋３０℃でありかつ７８０℃未満
加熱保持時間：０．５〜１時間
冷却速度：Ａ₁点〜Ａ₁点−２０℃の温度範囲を３℃／ｈｒ以下
冷却終了温度：Ａ₁点−３５℃以下
（２）２段目熱処理
昇温速度：４００℃／ｈｒ未満
加熱温度：Ａ₁点＋５℃〜Ａ₁点＋２５℃でありかつ７８０℃未満
加熱保持時間：０．５〜２時間
冷却速度：Ａ₁点−１５℃〜Ａ₁点−５０℃の温度範囲を５℃／ｈｒ以下

前記鋼材は、Ｓｉ：０．００１〜０．７％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．００１〜０．１％を更に含有していてもよく、残部が鉄および不可避的不純物であってもよい。この不可避的不純物は、例えば、Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）などである。前記鋼材は、更に、Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：０．２５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：０．２５％以下（０％を含まない）およびＢ：０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される少なくとも１種を含有していてもよく、またＴｉ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）およびＶ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される少なくとも１種を含有していてもよい。

本発明によれば、あらかじめ鋼材に所定のひずみを導入した後で特定の２段階熱処理法で鋼材を処理しているため、球状化が困難な高Ｃ低Ｃｒ鋼であっても、またその処理時間を短縮しても、安定して確実に球状化焼鈍することができ、歩留まりを高めることができる。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、Ａ₁変態点よりも十分に低い温度まで冷却する過程を間に挟むようにして２段階に分けて熱処理を行い、かつ１段階目の熱処理の熱処理条件は比較的強く、そして２段階目の熱処理は比較的弱くなるようにしつつ一定の条件範囲内でコントロールすると、高Ｃ低Ｃｒ鋼であっても、安定して確実に球状化焼鈍することができることを見い出した。そして、１段階目の熱処理前に鋼材に所定量のひずみを導入しておくと、球状化の安定性に悪影響を与えることなく、球状化処理時間を短縮できることを見い出し、本発明を完成した。以下、本発明法が対象とする鋼材について説明した後、本発明法について説明する。

１． 対象鋼
本発明は、高Ｃ低Ｃｒ鋼を対象とする。高Ｃ低Ｃｒ鋼には、球状化焼鈍を安定して行うという課題がある。前記高Ｃ低Ｃｒ鋼は、具体的にはＣを０．７〜１．５％（質量％の意味。以下、同じ）、Ｃｒを０．９％未満（０％を含まない）含有する。

前記Ｃは、鋼材の強度（即ち、最終製品の強度）を確保するために必要な元素であり、冷間加工性や被削性に重要な影響を及ぼす。また炭化物を生じるため、球状化焼鈍方法の設計に当たっては必ず考慮しなければならない。Ｃ量は、好ましくは０．８％以上である。しかしＣを過剰に含有すると、強度が高くなり過ぎて冷間加工性や被削性が悪くなるため、上限を設定した。Ｃ量は、好ましくは１．２％以下、さらに好ましくは１．１％以下である。

Ｃｒは球状化の難しさに影響を与える元素である。本発明ではこのＣｒを０．９％未満に低減した場合でも、安定して確実に球状化できることを目的として球状化焼鈍方法を設計するものであり、Ｃｒ量の特定は必須である。本発明によればＣｒが０．８％以下、又は０．６％以下、特に０．４％以下、更には０．３％以下であっても確実に球状化が可能であり、さらにはＣｒ量は０．１％以下であってもよい。なおＣｒは、鋼材の焼入れ性を向上させ、最終製品の強度を高めるのに作用する元素である為、０．９％未満を満足する範囲で多く含有していてもよい。Ｃｒ量は、例えば、０．０１％以上、好ましくは０．０５％以上、さらに好ましくは０．１％以上であってもよい。

本発明で焼鈍方法を設計するにあたって考慮すべき鋼材成分は上述したＣ量及びＣｒ量であるが、実際に本発明の焼鈍方法に使用する鋼材は、通常、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌを下記の範囲で更に含有する。また残部は特に限定されないが、鉄および不可避的不純物であってもよい。Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌの添加量及びその添加理由は以下の通りである。

Ｓｉは、脱酸元素として、および固溶体硬化による最終製品の強度を増加させるために含有させることが好ましい元素である。Ｓｉ量は、０．００１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０５％以上、更に好ましくは０．１％以上、特に好ましくは０．２％以上である。しかしＳｉ量が０．７％を超えると、過度に強度が上昇して冷間加工性を劣化させることがある。従ってＳｉ量は、０．７％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．６％以下、更に好ましくは０．５％以下である。

Ｍｎは、焼入れ性を向上し、最終製品の強度を増加させるのに有効に作用する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、０．１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．３％以上、更に好ましくは０．５％以上である。しかし過剰に含有すると強度が過度に上昇して冷間加工性が劣化することがある。従ってＭｎ量は、２．０％以下とすることが好ましく、より好ましくは１．５％以下、更に好ましくは１．２％以下、特に好ましくは１．０％以下である。

Ａｌは、脱酸元素として作用すると共に、鋼材中に存在する固溶ＮをＡｌＮとして固定し、冷間加工性を向上させる元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、Ａｌ量は０．００１％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．００５％以上、更に好ましくは０．０１％以上である。しかしＡｌ量が過剰になると、鋼材中にＡｌ₂Ｏ₃が過剰に生成し、冷間加工性が劣化することがある。従ってＡｌ量は、０．１％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０８％以下、更に好ましくは０．０５％以下である。

上記不可避的不純物としては、例えば、Ｐ、ＳおよびＮを例示できる。これらの制限理由と、その許容し得る含有量は、例えば、以下の通りである。
Ｐは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、粒界偏析を起こすと延性劣化の原因となる。従ってＰ量は、０．０５％以下（０％を含まない）であることが好ましく、より好ましくは０．０４％以下、更に好ましくは０．０３％以下である。

Ｓは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、鋼材中にＭｎＳとして存在し、延性を劣化させて冷間加工性を悪化させることがある。従ってＳ量は、０．０５％以下であることが好ましく、より好ましくは０．０４％以下、更に好ましくは０．０３％以下である。一方、Ｓは、鋼材の被削性を向上させる作用も有する。従ってＳ量は、０．００１％以上であることが好ましく、より好ましくは０．００２％以上、更に好ましくは０．００３％以上である。

Ｎは、鋼材中に不可避的に含まれる元素であり、鋼材中に固溶Ｎとして存在すると、歪み時効による硬度上昇および延性低下を招き、冷間加工性を劣化させることがある。従ってＮ量は、０．０１５％以下（０％を含まない）であることが好ましく、より好ましくは０．０１３％以下、更に好ましくは０．０１０％以下である。

上記鋼材は更に、（１）Ｃｕ、Ｎｉ、ＭｏおよびＢなど、および／または（２）Ｔｉ、ＮｂおよびＶなどを含んでもよい。
（１）の場合、Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：０．２５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：０．２５％以下（０％を含まない）およびＢ：０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される少なくとも１種を含有させる。これらの元素は、いずれも鋼材の焼入れ性を向上させて最終製品の強度を高めるのに有効に作用する元素であり、単独で含有させてもよく、２種以上含有させてもよい。前記作用を確実に発揮させる観点から、Ｃｕは０．０１％以上、Ｎｉは０．０１％以上、Ｍｏは０．０１％以上、Ｂは０．００１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは、Ｃｕは０．０３％以上、Ｎｉは０．０３％以上、Ｍｏは０．０３％以上、Ｂは０．００１５％以上である。しかし過剰に含有すると、強度が高くなり過ぎて、冷間加工性が劣化することがある。従って前記範囲よりもその上限を限定してもよく、例えば、Ｃｕは０．１５％以下、Ｎｉは０．１５％以下、Ｍｏは０．２％以下、Ｂは０．００８％以下とするのが好ましい。

（２）の場合、Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）、およびＶ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される少なくとも１種を含有させる。これらの元素はいずれも、鋼材中に存在するＮと結合して窒化物を形成し、固溶Ｎを低減することにより、変形抵抗を低下させて冷間加工性を向上させる元素であり、これらの元素は単独で、または２種以上を含有させることが好ましい。こうした作用を有効に発揮させるには、Ｔｉは０．０２％以上、Ｎｂは０．０２％以上、Ｖは０．０５％以上含有させることが好ましく、より好ましくは、Ｔｉは０．０４％以上、Ｎｂは０．０５％以上、Ｖは０．０８％以上である。しかし過剰に含有すると、形成される窒化物が変形抵抗を高め、冷間加工性を劣化させることがある。従って前記範囲よりもその上限を限定してもよく、例えば、Ｔｉは０．１％以下、Ｎｂは０．１％以下、Ｖは０．２５％以下とするのが好ましい。

２． 製造方法
２．１ ひずみ付与工程
本発明は、球状化焼鈍に先立って鋼材にひずみを付与している点に特徴がある。高Ｃ低Ｃｒ鋼は、それを安定して球状化することが難しく、工程条件の僅かな違いに感応して、一部で球状化に成功しても一部で球状化が不十分となることがある。そこで本発明では、後述する特定の２段階の熱処理によって、高Ｃ低Ｃｒ鋼であっても安定して球状化することを可能にできた。第１の熱処理に供する鋼材にあらかじめひずみを付与しておくと、この安定球状化効果を損なうことなく、第１の熱処理時間を短縮することが可能となった。

ひずみの付与手段は特に限定されず、公知の手法を適宜採用できる。例えば、熱間圧延線材にひずみを付与する場合は、該熱間圧延線材を冷間または温間（好ましくは冷間）で伸線すればよい。
鋼材へのひずみ導入量は、真ひずみによって規定できる。ひずみ付与工程で導入される真ひずみは、０．０５以上、好ましくは０．１０以上、さらに好ましくは０．１５以上、特に好ましくは０．２０以上である。真ひずみの上限はその導入が可能な限り特に限定されないが、例えば、０．８０以下、好ましくは０．６０以下、さらに好ましくは０．５０以下である。
なお鋼材に導入する真ひずみの量εは、例えば、伸線時の減面率をＡ（％）とすると、下記式から算出できる。
ε＝ｌｎ（１／（１−Ａ／１００））

２．２ 球状化焼鈍工程
本発明では、ひずみを導入した高Ｃ低Ｃｒ鋼を球状化焼鈍する。本発明の球状化焼鈍方法によれば、安定した球状化焼鈍が困難な上記のような高Ｃ低Ｃｒ鋼であっても、確実に球状化焼鈍してその冷間加工性と被削性を改善できる。本発明の製造方法で採用する球状化焼鈍法は、２段階に分けて熱処理を行う点に特徴があり、１段階目の熱処理を比較的強く設計し、２段階目の熱処理は比較的弱く設計している。１段階目の熱処理についてより詳細に説明すると、以下の通りである。

２．２．１ １段目熱処理
１段目の熱処理では、まず鋼材を昇温速度：４００℃／ｈｒ未満で加熱する。この加熱は、Ａ₁点＋１０℃以上、Ａ₁点＋３０℃以下の温度（ただし、７８０℃未満）まで行い、この温度で０．５〜１時間保持する。次いで冷却を開始し、この冷却では、Ａ₁点以下、Ａ₁点−２０℃以上の温度範囲を３℃／ｈｒ以下の速度で徐冷する。冷却はＡ₁点−３５℃以下まで実施する。この１段目の熱処理で、元々のパーライト組織をある程度の球状化組織とし、また粒界セメンタイトも大幅に低減できる。そのため、続く２段目の熱処理で、全ての部位で確実に球状化組織を得ることができる。なおＡ₁点は、オーステナイト＋セメンタイトの相からオーステナイト＋セメンタイト＋フェライトの相への変態温度であり、総合熱力学計算ソフトウエア（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ。ＣＲＣ総合研究所から購入可能。データベースはＴＴＬＦＥ）に、鋼材の化学成分組成を入力して求まる値である。

１段目の熱処理で鋼材の昇温速度を前記範囲に設定したのは、これを超えると、温度がオーバーシュートしやすくなって、加熱温度、時間に影響を与えるためである。昇温速度は、好ましくは３００℃／ｈｒ以下、より好ましくは２００℃／ｈｒ以下である。なお昇温速度が遅すぎると生産効率が低下する。よって昇温速度は、例えば、５℃／ｈｒ以上、好ましくは１０℃／ｈｒ以上、より好ましくは２０℃／ｈｒ以上である。

１段目の加熱温度および加熱時間を前記範囲に設定したのは、この加熱で未固溶のパーライトと網状セメンタイトを消滅させ、かつセメンタイトが若干残存する様にするためである。加熱温度が低すぎたり、加熱時間が短すぎたりすると、未固溶のパーライトまたは網状セメンタイトが残存し、球状化が不十分な部分が発生する。逆に加熱温度が高すぎたり、加熱時間が長すぎたりすると、セメンタイトが溶けすぎ、その後の冷却でパーライトが発生しやすくなる結果、球状化が不十分な部分が発生する。前記加熱温度は、好ましくはＡ₁点＋１２℃〜Ａ₁点＋２８℃、より好ましくはＡ₁点＋１５℃〜Ａ₁点＋２５℃である。また該加熱温度は、好ましくは７７０℃以下、より好ましくは７６５℃以下である。前記加熱時間は、ひずみを導入した鋼材を熱処理対象としているため、そうでない鋼材を熱処理対象とする場合に比べて大幅に短縮されている。この加熱時間は、好ましくは０．６〜０．９時間である。

１段目の冷却速度を前記範囲に設定したのは、微細な再生パーライトの発生を抑制するためである。微細な再生パーライトが発生すると２段目の加熱時に溶けすぎて、その後の冷却でパーライトが発生しやすくなり、球状化が不十分な部分が発生する。冷却速度は、好ましくは２℃／ｈｒ以下である。また該冷却速度の下限は適宜設定できるが、例えば、０．１℃／ｈｒ以上、好ましくは０．５℃／ｈｒ以上であってもよく、また１℃／ｈｒ以上であってもよい。

１段目の冷却終了温度を前記範囲に設定したのは、オーステナイトが残ったまま２段目の加熱に入ることを防止するためである。オーステナイトが残ったまま２段目の加熱に入ると、セメンタイトが溶けすぎ、その後の冷却でパーライトが発生しやすくなって、球状化が不十分な部分が発生する。冷却終了温度は、Ａ₁点−３７℃以下であってもよく、Ａ₁点−４０℃以下であってもよい。なお冷却終了温度の下限は特に設定されないが、生産効率の観点から、例えば、Ａ₁点−１００℃以上、好ましくはＡ₁点−５０℃以上程度であってもよい。

２．２．２ ２段目熱処理
２段目の熱処理では、１段目の冷却終了後、鋼材を昇温速度：４００℃／ｈｒ未満で加熱する。この加熱は、Ａ₁点＋５℃以上、Ａ₁点＋２５℃以下の温度（ただし、７８０℃未満）まで行い、この温度で０．５〜２時間保持する。次いで冷却を開始し、この冷却では、Ａ₁点−１５℃以下、Ａ₁点−５０℃以上の温度範囲を５℃／ｈｒ以下の速度で徐冷する。前記１段目の熱処理の後、これよりも比較的弱い２段目の熱処理を行うことで、パーライトの再生を防止しつつ、球状化が困難な部位でも確実に球状化できる。

２段目の熱処理で鋼材の昇温速度を前記範囲に設定したのは、これを超えると、温度がオーバーシュートしやすくなって、加熱温度、時間に影響を与えるためである。昇温速度は、好ましくは３００℃／ｈｒ以下、より好ましくは２００℃／ｈｒ以下である。なお昇温速度が遅すぎると生産効率が低下する。よって昇温速度は、例えば、５℃／ｈｒ以上、好ましくは１０℃／ｈｒ以上、より好ましくは２０℃／ｈｒ以上である。

２段目の加熱温度および加熱時間を前記範囲に設定したのは、この加熱で未固溶のパーライトを消滅させる一方で、セメンタイトを多く残存させるためである。加熱温度が低すぎたり、加熱時間が短すぎたりすると、未固溶のパーライトが残存する部分が発生し、球状化が不十分な部分が発生する。逆に加熱温度が高すぎたり、加熱時間が長すぎたりするとセメンタイトが溶けすぎる部分が発生し、その後の冷却でパーライトが発生しやすくなり、球状化が不十分な部分が発生する。前記加熱温度は、好ましくはＡ₁点＋７℃〜Ａ₁点＋２３℃、より好ましくはＡ₁点＋１０℃〜Ａ₁点＋２０℃である。また該加熱温度は、好ましくは７６０℃以下、より好ましくは７５５℃以下である。前記加熱時間は、好ましくは１．０〜２時間である。

２段目の冷却速度を前記範囲に設定したのは、再生パーライトの発生を抑制するためである。再生パーライトが発生すると、球状化が不十分となる。冷却速度は、好ましくは４．５℃／ｈｒ以下、より好ましくは４．０℃／ｈｒ以下である。また該冷却速度の下限は適宜設定できるが、例えば、０．５℃／ｈｒ以上、好ましくは１．０℃／ｈｒ以上であってもよく、また２℃／ｈｒ以上であってもよい。

２．３ ひずみ付与前工程
本発明の鋼材を製造するに当たり、前記ひずみ付与前の工程は特に限定されず、例えば、通常の鋼材の製造方法に従えばよい。例えば、所定の成分に調整した鋼材を鋳造し、必要に応じて分塊圧延した後、熱間圧延した鋼材を使用することができる。また他の方法によって得られた鋼材であっても、炭化物の球状化がなされていない鋼材であれば、いずれであっても使用できる。

上記のようにして球状化焼鈍された鋼材は、冷間加工性や被削性に優れている。そのため、冷間加工（特に冷間鍛造）、切削加工などによって簡便に所定の形状に成形できる。この成形体は、焼入れ焼戻し処理などの最終的な強度調整を行い、鋼部品となる。本発明は、軸受けなどの自動車用部品、建設機械用部品等の各種部品を製造するのに極めて有用である。

以下、実施例を挙げ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適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実験例
下記表１に示す成分組成の鋼材（鋼種Ａ〜Ｇ）を熱間圧延することでφ１５ｍｍの線材コイル（１トン）を一鋼種当たり２１個製造した。次いで冷間で伸線することで下記表２に示す真ひずみを導入した。３段（層）積み型のバッチ式加熱炉に、一段（層）当たり７個（３段（層）の合計で２１個）の伸線後の線材コイルを挿入し、下記表２に示す条件で１段目（１回目）の熱処理を行った後、２段目（２回目）の熱処理を行った。

熱処理終了後、２１個の線材コイルから偏りなく６個の線材コイルを選択し、評価用のコイルとした。１つのコイルについて、端部からサンプルを採取し、横断面のＤ／８位置（Ｄは直径）を一周に亘って観察し、観察部におけるＬＣ（Lamellar Content：ラメラ量）番号及びＣＮ（carbide network：炭化物網）番号の最大値をＡＳＴＭ Ａ８９２−８８に従って求めた。この評価を選択した６つのコイル全てにおいて実施し、最も大きい番号を、その鋼種のＬＣ番号、ＣＮ番号とした。結果を表２に示す。なおＬＣは、層状セメンタイトの割合を示すパラメータであり、数値が小さいほど層状セメンタイトが少なく、球状化度がよいことを意味する。ＣＮは、粒界のセメンタイト（主に初析セメンタイト）の割合を示すパラメータであり、数値が小さいほど粒界のセメンタイトが少なく、球状化度が良いことを示す。これらＬＣ及びＣＮの両方が小さいときは、良好な球状化組織が得られていると評価でき、従って冷間加工性および被削性が向上していると判断できる。

Ｎｏ．１６は１段目の熱処理の加熱条件が弱すぎた為に未固溶のパーライトや網状セメンタイトが残存した。そして１段目熱処理の冷却終了温度が高すぎてオーステナイトのままの部分を残したまま２段目の加熱に入ってしまった。そのためパーライトや網状セメンタイトの球状化が不十分となる一方、オーステナイト部分ではセメンタイトが溶けすぎ、再生パイライトも発生し、ＬＣ番号とＣＮ番号が共に悪化した。Ｎｏ．１７は１段目熱処理の加熱条件が弱すぎた為にパーライト又は網状セメンタイトが残存する部分が発生し、球状化が不十分となってＬＣ番号が悪化した。Ｎｏ．１８は２段目熱処理の加熱条件が強すぎるためにセメンタイトが溶けすぎる部分が発生し、その後の冷却で再生パーライトとなるためＬＣ番号が悪化した。Ｎｏ．１９は１段目熱処理の加熱条件及び２段目熱処理の加熱条件が共に強すぎるために球状化焼鈍ができない部分が発生し、ＬＣ番号が悪化した。Ｎｏ．２０は１段目加熱後の冷却速度が速すぎるために微細な再生パーライトを生じる部分が発生した。また２段目の加熱条件が弱すぎるためにパーライトが未固溶のまま残り、ＬＣ番号が悪化した。Ｎｏ．２１はＣｒ含有量が多い従来鋼であって本熱処理条件の対象鋼ではないため、ＬＣ番号とＣＮ番号が共に悪化した。
これらに対してＮｏ．１３およびＮｏ．１５は、１段目熱処理と２段目熱処理とが適切に行われているため、ＬＣ番号とＣＮ番号が共に１になった。しかし１段目熱処理前にひずみ導入されていない為、１段目の熱処理に３〜４時間も要した。一方、ひずみを導入しないＮｏ．１２およびＮｏ．１４の結果より明らかな様に、ひずみを導入することなく１段目熱処理を短縮すると、１段目加熱時に未固溶のパーライトや網状セメンタイトが残り、球状化焼鈍ができない部分が発生して、ＬＣ番号またはＣＮ番号が悪化した。そこでひずみを導入した上で１段目の加熱時間を短縮すると（Ｎｏ．１〜６）、１段目熱処理と２段目熱処理とが適切になり、短時間でＬＣ番号とＣＮ番号を共に１にする事ができた。
Ｎｏ．７〜１１でも、ひずみを導入した鋼材を適切な条件で１段目熱処理し、ついで２段目熱処理しているため、短時間でＬＣ番号とＣＮ番号を共に１にする事ができた。

Claims (5)

1. Ｃ：０．７〜１．５％（質量％の意味。以下、同じ）、およびＣｒ：０．９％未満（０％を含まない）を含有する鋼材を球状化焼鈍して冷間加工性及び被削性に優れた鋼材を製造する方法であって、
   ひずみ付与工程と、前記ひずみ付与工程によりひずみが導入された鋼材を球状化焼鈍する球状化焼鈍工程を含み、
   前記ひずみ付与工程では、鋼材に０．０５以上の真ひずみを導入し、
   前記球状化焼鈍工程は、１段目熱処理と、これに続く２段目熱処理とから構成され、これら１段目熱処理及び２段目熱処理の条件は以下の通りである冷間加工性及び被削性に優れた鋼材の製造方法。
   （１）１段目熱処理
   昇温速度：４００℃／ｈｒ未満
   加熱温度：Ａ₁点＋１０℃〜Ａ₁点＋３０℃でありかつ７８０℃未満
   加熱保持時間：０．５〜１時間
   冷却速度：Ａ₁点〜Ａ₁点−２０℃の温度範囲を３℃／ｈｒ以下
   冷却終了温度：Ａ₁点−３５℃以下
   （２）２段目熱処理
   昇温速度：４００℃／ｈｒ未満
   加熱温度：Ａ₁点＋５℃〜Ａ₁点＋２５℃でありかつ７８０℃未満
   加熱保持時間：０．５〜２時間
   冷却速度：Ａ₁点−１５℃〜Ａ₁点−５０℃の温度範囲を５℃／ｈｒ以下
2. 前記鋼材として、Ｓｉ：０．００１〜０．７％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．００１〜０．１％を更に含有し、残部が鉄および不可避的不純物であるものを用いる請求項１に記載の製造方法。
3. 前記不可避的不純物として、Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）を含む請求項２に記載の製造方法。
4. 前記鋼材が更に、
   Ｃｕ：０．２５％以下（０％を含まない）、
   Ｎｉ：０．２５％以下（０％を含まない）、
   Ｍｏ：０．２５％以下（０％を含まない）および
   Ｂ ：０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される少なくとも１種を含む請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
5. 前記鋼材が更に、
   Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、
   Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）および
   Ｖ ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される少なくとも１種を含む請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。