JPH02305929A - 冷間・温間鍛造加工用鋼線の製造方法および冷間・温間鍛造加工用鋼線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、機械構造用鋼からなる素材線材を冷間や温間
での鍛造用鋼線に仕上げる冷間・温間鍛造用鋼線の製造
方法および冷間・温間鍛造加工用鋼線に関する。

（従来の技術） 例えば冷間鍛造で製造される六角ボルト、六角穴付きボ
ルト、Ｕボルト等の各種ボルト類やポールスタッド、シ
ャフト類等は、通常では機械構造用６Ｍ・−−−−−−
＝例えば５４５Ｃ，５Ｃｒ４４０．３０Ｍ４３５等−−
−一−−−−からなる鋼種が用いられ、当該鋼種の素材
線材を所定の熱処理に付して要求される極めて大きな塑
性変形能に対応可能な鋼線に仕上げた鋼線が材料として
使用されるが、他の鋼線材料も使用されることがある。

この種の従来冷間鍛造加工用鋼線としては、球状化焼鈍
材、コイル状のままで熱処理するコイル状焼入、焼戻材
５および所謂非調質材の３種類が知られている。

上記球状化焼鈍材は所定の機械構造用鋼からなるコイル
状素材線材を焼鈍炉中で例えば７００℃に１５時間程度
保持した後、徐冷して鋼中の炭化物を球状化する工程に
よって製造され、冷間鍛造加工用としては最適な機械的
性質を備えている。

上記コイル状焼入、焼戻材は所定の械構造用鋼からなる
素材線材をコイル状のまま炉加熱して焼入れし、炉加熱
焼戻して製造される。尚、当該線材は冷間鍛造加工用の
みならず、上記焼戻温度以下の温度状態で加工する温間
機造用としても使用可能である。

上記非調質材は熱間圧延で所定径とした線材を高温状態
から引き続いて直接焼入れしてマルテンサイト組織やソ
ルバイト組織とする製造方法である。

（従来技術に存する問題点） 球状化焼鈍材は冷間鍛造加工用として最適ではあるもの
の、球状化のための処理時間が長時間にわたるので、材
料自体が高価であり、かつ鍛造加工後に焼入れ、焼戻処
理に付さなければならないので、最終製品とした時点で
コスト高となることは免れず、これが最大の欠点とされ
る。

これに対し、非調質材は熱間圧延に引き続（熱処理で製
造されるので、極めて低廉ではあるが、機械構造用鋼種
を大きな塑性変形能のある線材に仕上げることは極めて
困難であるがため、低炭素鋼、かつニオブやバナジウム
等が添加された特殊成分系とせざるを得ない。また、得
られた線材の塑性変形能にも限度があり、例えばＪＩＳ
ポルト規格の８Ｔ以上のクラスになると加工性、衝撃特
性が低下する。さらにはロフト間の強度のバラツキとい
う問題点も孕んでいる。

上記コイル状焼入、焼戻材は前掲球状化焼鈍材や非調質
材が抱える問題点を回避するものである。

即ち、機械構造用鋼であり、球状化焼鈍材に比べれば処
理時間が遥かに短く、塑性加工後の焼入れ。

焼戻処理が不要であり、さらには非調質材より塑性加工
性に優れ、かつ温間鍛造も可能であり、また比較的廉価
でもある。

然し乍ら、当該コイル状焼入、焼戻材には長さ方向や周
方伺で強度のばらつきがあり、また炉加熱時に脱炭の虞
があり、高品質、かつ品質の均一性を保証し難いという
欠点がある。線材品質の均一性は焼入、焼戻時に決まる
ので、温間鍛造に付しても上記欠点は勿論是正されない
。

（発明の目的） 本発明は従来の各製造方法に存する上述の問題点を解消
するためになされたもので、素材線材として機械構造用
鋼を使用し、従来のコイル状焼入。

焼戻材を超える塑性変形能を具え、全長ならびに周方向
での品質が均一で、脱炭の皆無な鋼線を短時間、低コス
トで製造可能な冷間・温間鍛造用鋼線を提供することを
目的とする。

（発明の構成） 本発明の要旨は、 （１）機械構造用鋼からなる素材線材をコイル状から順
次巻戻して走行せしめつつ、 （２）急速加熱手段により全断面を６０秒以内に常温か
ら所定目標温度まで昇温させ、直ちに急冷して全断面を
焼入れし、 （３）次いで急速加熱手段により６０秒以内に６００℃
以上＋　Ａｃ１変態点以下の所定目標温度まで昇温させ
、 （４）保温装置で全断面を上記温度に０〜６００秒の範
囲内の所定時間にわたり保持したのち、（５）急冷する ことを特徴とする冷間・温間鍛造加工用鋼線の製造方法
にある。

上記製造方法に従って得られた鋼線は強度σｂ６０〜１
４０　Ｋｇｆ　／　ｍｍ２で、限界加工率が６５％以上
の冷間・温間鍛造加工用鋼線である。

さらに本発明は上記製造方法で得た鋼線を（６）引抜き
加工に付す ことを特徴とする冷間鍛造加工用鋼線の製造方法にある
。

而して、引抜き加工後の鋼線は強度σｂ６０〜１４０　
Ｋｇｆ／ｍｍ２で、限界加工率が７０％以上の冷間鍛造
加工用鋼線である。

（発明の作用） 本発明の上記（１）〜（５）として示す構成は以下の作
用を発揮する。

■機械構造用鋼材からなる素材線材をインラインで焼入
れ、焼戻するので、加熱、および冷却が線材の全長、か
つ周方向で均一に施される。

■全断面の急速加熱と急冷からなる焼入れであるので、
線材の結晶粒度は微細であり、また所定温度までの急速
加熱と短時間の確実な全断面等温度保持であるので、焼
戻の均一性が確保される。

■上記■および■の作用が綜合されて、線材の引張り特
性が高レベルで安定し、塑性変形能が大きく、変形抵抗
が小さい仕上がりが得られる。また高温域滞留時間が短
いので脱炭を生じない。

従って、得られた鋼線はそのまま冷間鍛造に付して高品
質な製品とすることが容易であり、さらには製造時の焼
入れに続く再加熱温度以下の温度での温間鍛造に付せば
、機械的性質、金属組織の改善はあっても劣化はなく、
極めて塑性変形量の大きい製品をも得ることが可能とな
る。

■また、得られた鋼線をさらに引抜き加工に付すと、塑
性変形能の一段の向上と径寸の正確性が加重され、仕上
がり寸法精度が高レベルで安定化する。

換言すれば、本発明は従来のコイル状焼入、焼戻材に存
した欠点を、インライン処理、急速加熱と急冷とからな
る焼入れ、および急速加熱と確実かつ短時間の全断面等
温度保持とからなる焼戻を特徴とする処理工程で改善す
るのみならず、さらに高い塑性変形能と均質性を備えた
冷間・温間鍛造材を得るにある。

また、引抜きは塑性変形能と均質性・寸法精度をより高
める。

（実施例：１） 本発明を第１図として示す一実施例概要図に従って以下
に詳述する。尚、本発明は素材線材として中実材、中空
材のいづれを問わず適用可能であり、かつ後述する加熱
時の昇温速度の関係から。

線径もしくは外径がφ５．０〜４０．０ｍｍ程度までの
範囲の線材に適用されるが、当該実施例では素材線材が
中実材の場合として説明する。

第１図において、１は巻戻しスタンド＋２ａおよび２ｂ
は急速加熱手段、３ａおよび３ｂは急冷手段、４は等温
度保持装置、５は巻取りスタンド。

６は駆動ロールであり、巻戻しスタンド１に装架されて
いる機械構造用鋼からなるコイル状の素材線材Ｗは駆動
ロール６により順次巻戻されて矢印方向へ所定速度で走
行せしめられる。

線材Ｗはまず急速加熱手段２ａを順次通過し、その間に
全断面を室温から６０秒以内に、含有成分によって定ま
る焼入れ性に応じて定まる所定焼入れ目標温度まで昇温
せしめられる。急速加熱手段２ａとしては、上記昇温速
度の関係から、直接通電加熱装置または誘導加熱装置が
使用される。

加熱後の線材Ｗは連設された急冷手段３ａにより全周方
向から急冷される。当該急冷手段３ａが噴射する冷却流
体は線材の焼入れ性に応じて水。

焼入れ油あるいは水溶性高分子冷却剤溶液等のなかから
適宜選択される。

線材Ｗは次いで急速加熱手段２ｂを通過し、当該急速加
熱手段２ｂにより全断面を６０秒以内に６００℃以上〜
Ａｃｔ変態点以下の範囲内の所定温度まで昇温ぜしめら
れ、直ちに等温度保持装置４へと向かう。急速加熱手段
２ｂとしては、昇温速度の関係から、前記急速加熱手段
２ａ同様に直接通電加熱装置または誘導加熱装置が使用
される。

上記等温度保持装置４へ送られた線材Ｗは、当該等温度
保持装置４を通過する間、全断面を上掲温度に０〜６０
０秒の範囲内の所定時間にわたり等温度保持される。等
温度保持装置４としては、電熱輻射炉、熱ガス雰囲気炉
、あるいは通電発熱手段等で、線材Ｗの表面からの放熱
分ないし芯部への熱伝導を補償して全断面を所定温度で
所定時間にわたり等温度保持可能であれば足り、その種
類を問わない。たとえ走行する線材Ｗの等温度保持装置
４内を通過時間が６００秒以内という短時間であっても
、等温度保持装置４内を不活性領域とすれば脱炭防止上
から好ましい。

尚、本発明が等温度保持装置４による保持時間範囲に０
秒をも含む理由は、もし急速加熱手段２・ｂが誘導加熱
装置からなる場合には、当該誘導加熱装置は線材Ｗの表
面を前掲所定温度に昇温するが、当該時点で芯部の温度
は未だ所定温度に達していないので、全断面が所定温度
に均熱される時点まで当該等温度保持装置４内で熱伝導
による表面側の温度低下を補充し、全断面の均熱が得ら
れるようにし、全断面の均熱が得られた時点を０秒とす
るものであり、かつ仕上がり強度の関係から保持時間範
囲を上記の如く限定するものである。

等温度保持装置４通過後の線材Ｗは、線材の焼入れ性に
応じて選択される水、油、水溶性高分子冷却剤溶液、あ
るいは冷却ガス等を噴射可能な急冷手段３ｂにより、全
周方向から急冷され、順次巻取りスタンド５に巻き取ら
れる。

上記熱処理工程を経た線材Ｗは組織が全断面にわたり焼
戻マルテンサイトとされており、引張り強さは前掲急速
加熱手段３ｂによる６００℃以上〜Ａｃｚ変態点以下の
範囲内の所定加熱温度および保持時間に応じてσｂ　６
０〜１４０　Ｋｇｆ／ｍｍ２の範囲内に仕上げられてい
る。

（試験例＝１） 本発明者は上記熱処理工程を経た本発明鋼線の性能を証
するため、５４５Ｃ材からなるφ１０ｍｍの素材線材１
屯コイルに本発明法を実施してＪＩＳ規格ＬＯＴクラス
用に仕上げ、各種試験に付した。その試験結果を第１表
に同材質、同寸の素材線材を同クラスに仕上げた従来の
コイル状焼入。

焼戻材の試験結果と並記する。

尚、図における強度の安定性を示す引張り強さ試験およ
び脱炭試験はＪＩＳに規定される試験方法に従い、また
変形抵抗試験および変形能試験は高速鍛造テスト基準に
則して行われた。

第１表 第１表から、本発明にかかる鋼線は冷間鍛造加工におい
て、従来のコイル状焼入、焼戻材に比べ高い品質の均一
性を示すとともに、冷間鍛造用としてさらに好適な性質
を備えていることが証明される。

（実験例：２） 本発明者はさらに鋼種ＳＣＭ４３５．　　φ１１．２１
の素材線材に本発明法を実施して供試体とし、本発明鋼
線の温間鍛造加工時に示す性能を調査した。供試体は製
造過程における焼入れに続く加熱温度および保持時間を
それぞれ５８０℃および５ｓｅｃとし、常温硬さをＨＲ
ｃ：３９に仕上げてあ−る。

加工実験は２０℃（常温）と４００℃および５００℃の
温間で実施された。実験結果を第２表として示す。

第２表 同表には、本発明法を実施した鋼線は温間鍛造加工時に
変形抵抗が大幅に低下し、かつ限界加工率の顕著な上昇
が見られること、また同時に常温時の硬さを維持するこ
とが示されており、本発明性実施鋼線が冷間用のみなら
ず、温間鍛造用として塑性変形量の極めて大きい加工に
も最適であることが確認された。

（実施例：２） 本発明は上記インラインで熱処理した鋼線をさらに引抜
き加工する場合を含む。当該引抜きは上記本発明性実施
鋼線の冷間塑性加工性をさらに向上させるため、および
線径調整するためである。

鋼線は引抜ダイスにより、減面率を例えば０〜．３０％
程度として引抜きされる。当該引抜きにより、鋼線の硬
さは殆ど変化せず、さらに加工し易くなる。この場合、
減面率を大きくとればとる程、硬さと引張り強さとの差
は大きくなり、結果的に引張り強さの割には加工し易く
なるが、現実的には引張り強さとの関係から減面率は自
ずから制限される。

（実験例：２） 本発明者は本発明法実施済み鋼線を減面率２０％で引抜
きした実験結果を第３表に示す。供試体は鋼種５ＡＥ１
０Ｂ３５．線径φ８．２ｍｍの鋼線である。

第３表 第３表から、引抜き前・後の引張り強さが同一値である
にも拘わらず、引抜き処理材のほうが硬さが低（、バウ
シンガー効果が加味されるため、冷間塑性加工性が向上
していることが証明される。

（他の実施例） 上記各実施例、実験例では熱間圧延された中実の素材線
材から冷間・温間鍛造加工用鋼線を製造する場合を挙げ
て説明したが、例えば電縫で細径に形成された中空の素
材線材にも本発明は適用される。

また、素材線材をデスケールする必要がある場合には、
デスケーラを線材走行ラインにおける所定位置９例えば
巻戻しスタンド１と急速加熱装置２ａとの間等に配置す
ればよい。

尚、引抜き加工工程で鍛造時のための潤滑材を塗布して
もよいことは勿論である。

（発明の効果） 本発明によれば、従来のコイル状焼入、焼戻付同様に機
械構造用鋼で製造可能であり、しかもコイル状焼入、焼
戻材に比べ長さ方向１周方向の機械的性質の均一性に優
れるとともに、より高い冷間・温間塑性加工性を備え、
かつ脱炭が皆無な鋼線を得ることが出来、その上、処理
時間は球状化焼鈍材に比べて道かに短時間で済み、勿論
冷間や温間鍛造後の焼入れ、焼戻処理は不要なので、最
終製品の製造コストを低廉に抑えることが可能となる。

従って９本発明法で得られる鋼線は廉価であるにも拘わ
らず、従来のコイル状焼入、焼戻材に比べて適性が格段
に優れた冷間および温間鍛造用鋼線材料であるとして高
く評価され、賞月されることとなり、本発明が雪す効果
は甚大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例概要を示す正面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）機械構造用鋼からなる素材線材をコイル状から順次
   巻戻して走行せしめつつ、急速加熱手段により全断面を
   ６０秒以内に常温から所定目標温度まで昇温させ、直ち
   に急冷して全断面を焼入れし、次いで急速加熱手段によ
   り６０秒以内に６００℃以上、Ａｃ＿１変態点以下の所
   定目標温度まで昇温させ、保温装置で全断面を上記温度
   に０〜６００秒の範囲内の所定時間にわたり保持したの
   ち、急冷することを特徴とする冷間・温間鍛造加工用鋼
   線の製造方法。 ２）素材線材が中実材または中空材である請求項１記載
   の冷間・温間鍛造加工用鋼線の製造方法。 ３）急速加熱手段が線材への通電加熱または誘導加熱で
   ある請求項１記載の冷間・温間鍛造加工用鋼線の製造方
   法。 ４）機械構造用鋼からなる素材線材を請求項１記載の工
   程に付して得られる強度σｂ６０〜１４０Ｋｇｆ／ｍｍ
   ＾２で、限界加工率が６５％以上の冷間・温間鍛造加工
   用鋼線。 ５）請求項１記載の製造方法で得た鋼線を引抜き工程に
   付すことを特徴とする冷間鍛造加工用鋼線の製造方法。 ６）請求項５記載の工程に付して得られる強度σｂ６０
   〜１４０Ｋｇｆ／ｍｍ＾２で、限界加工率が７０％以上
   の冷間鍛造加工用鋼線。