JPH024917A - 球状化処理用鋼材およびその製造方法 - 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、球状化処理用鋼材およびその製造方法に係り
、とくに鋼材の２次加工工程における球状化焼きなまし
処理を短縮し、生産性の向上および省エネルギー化を図
るのに好適な鋼材およびその製造方法に関する。

〈従来の技術〉 熱間圧延された中高炭素鋼および合金鋼の鋼材は、２次
加工および３次加工工程において冷間鍛造、伸線、引抜
きなどの冷間加工により、ボルトナツトなどの機械構造
用部品に加工されることが多い。しかし、通常、熱間圧
延のアズロール状態の炭素鋼では、粗大な網状セメンタ
イト、層状パ−ライトとフェライトとの混合組織、また
合金鋼の場合はフェライトと粗大なベーナイトまたはパ
ーライトとの混合組織となっており、そのままでは冷間
加工性が悪く変形抵抗も高いため、強度な加工を付与す
ることがでない。

そこで、通常は、これらの欠点を取除く目的でセメンタ
イトを安定な球状セメンタイトとするいわゆる球状化焼
きなまし処理が施される。このような球状化焼きなまし
には種々の方法が開発、実用化されているが、いずれも
長時間の高温加熱と高価な処理炉が必要であり、生産性
の低下やコスト上昇などを招いている。

ところで、この熱処理工程の簡略化を目的として数多く
の方法が提案されている。例えば、特開昭５８−２０７
３２５号公報では２％以下のＣを含有する鋼を冷間で５
〜９０％の塑性加工を加えた後、Ａｃ３点〜３００°Ｃ
で５〜９０％の塑性加工を加える線材の球状化処理方法
が開示されている。また、特公昭５０−２４２４６号公
報には、熱間圧延後の連続冷却の冷却速度を制御するこ
とにより単一の中間組織にしたクロム系線材の製造方法
が開示されている。

さらに、特開昭４７−’８５０３号公報には、熱間圧延
後直ちに変態域を通し、かつオーステナイト結晶粒の成
長抑ｆｌｉ１１と初析フェライトの生成を抑制し、冷却
にて微細パーライト　へイナイトあるいはマルテンサイ
ト組織とすることが開示されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、これらの公報に開示されている技術はい
ずれも冷間で塑性加工を加える必要があり、そのために
は特別な装置が必要なばかりでなく工程が逆に増加し、
球状化処理自体が短縮化されても全体としての生産性は
逆に低下する可能性がある。

また、前組織を単一の中間組織にしたり、微細パーライ
ト、ヘイナイトあるいはマルテンサイト組織とすること
により炭化物の球状化は著しく促進されるものの、いず
れも炭化物が著しく微細となり軟化の点では十分な効果
がなく、焼きなまし時間の短縮には十分な効果があがら
ないのが実状である。

本発明は、上記のような課題を解決すべくなされたもの
であって、球状化焼きなまし処理を短縮し得る鋼材およ
びその製造方法を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者らは、鋼材の球状化焼きなまし処理における前
組織の影響につき詳細な研究を行ったところ、特定の条
件で製造された前組織では球状化焼きなまし時間を大幅
に短縮し得ることを見出した。

すなわち、熱間圧延後Ａ３〜Ａ４点で保持し、フェライ
トと未変態オーステナイトの混合組織とした後焼入れ、
フェライト−マルテンサイトの２相組織とすることによ
り、その後の球状化焼きなまし処理が著しく短縮される
のを知見し、本発明を完成させるに至った。

本発明は、Ｃ：Ｑ、ｌ〜０．８％（重量％、以下同じ）
　、　Ｓｉ　：　０．０２〜１．５％、　Ｍｎ　：　　
０．３〜４．５％。

八ｌ　：　０．０１〜０．１％を含み、かつ、Ｃｒ：２
．５％以下。

Ｍｏ：　　１．０％以下、　Ｃｕ：　　１．０％以下、
Ｎｉ：５％以下Ｖ：０．２％以下、　Ｎｂ：　　０．２
％以下、Ｔｉ：０．２％以下のうちから選ばれた１種ま
たは２種以上を含有し、残部は実質的にＦｅの組成から
なり、フェライトとマンテンサイトとの２相組織を有す
る球状化処理用鋼材であり、 また、Ｃ：Ｑ、ｌ〜０．８％（重量％、以下同じ）。

Ｓｉ　　：　　０．０２〜１．５％、　　Ｍｎ　　：　
　　０．３〜４．５％、　八１　　：　　０．０１〜ｏ
、ｉ％を含み、かつ、Ｃｒ　：　２．５％以下、Ｍｏ：
１．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：５％以下、
Ｖ：Ｑ、２％以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｔｉ：０．２
％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有し
、残部は実質的にＦｅの組成からなる鋼を、熱間圧延後
、Ａ３点〜Ａ１点で保持し、フェライトと未変態オース
テナイトの混合組織とした後焼入れしてフェライトとマ
ンテンサイトとの２相組織としたことを特徴とする球状
化処理用鋼材の製造方法である。

〈作　用〉 以下に、本発明の化学成分を限定した理由を説明する。

Ｃ： Ｃは鋼の焼入性を向上させ、強度を容易に上昇させるに
を効な元素であり積極的に添加するが、０．１０％未満
ではその効果が少ないことと特に球状化処理を施さなく
とも加工が容易であることから、下限を０．１０％とし
た。一方、０．８％を超えるとフェライト相の析出が起
こらず本発明の目的が達せられないことから、上限を０
．８％とした。

Ｓｉ　： Ｓｉは脱酸を促進し、強度を上昇させるのでＣと同様に
有効な元素であるが、０．０２％未満ではその効果が少
ないので下限を０．１０％とした。しかし、１．５％を
超えると硬化が著しく冷間鍛造性および切削性を損うの
で、上限を１．５％とした。

Ｍｎ： Ｍｎば、焼入性を向上し強度を高める作用を有するので
積極的に添加するが、０．３％未満ではその作用が十分
でなく、４．５％を超えると焼入性が高（なり過ぎるこ
とから、その範囲を０．３〜４．５％とした。

Δ１： Ａｆは、Ｓｉと同様に有効な脱酸剤であり積極的に添加
するが、０．０１％以下では効果がほとんどあられれな
いことから下限を０．０１％とした。一方、０１％を超
えて添加しても効果は向上しないことと、かえって冷間
加工性を害することから０．１０％を上限とした。

上記したＣ、　Ｓｉ、　Ｍｎ、Δｌの各限定量をもって
本発明の基本成分とするが、さらに必要に応じてＣｒＭ
ｏ　　Ｎｉ　　Ｃｕ　　Ｔｉ　　Ｎｂ、　　Ｖを下記限
定量において１種または２種以上を同時に含有する鋼に
おいても本発明の目的をより有効に達成することができ
る。

これらの限定理由は次の如くである。

Ｃｒ　　Ｍｏ　　Ｎｉ　　　Ｃｕ： Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｎｉ、　Ｃｕは固溶強化元素として知
られ、焼入性を向上し、強度を上昇させる効果を有する
が、それぞれ２．５％、１％、１％、５％を超えると焼
入性が過度に高まり、冷間加工性を劣化させるばかりで
なくコストも上昇させることから、これらの値を上限と
した。

Ｔｉ、　Ｎｂ、　　Ｖ　： Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｖは、析出型強化元素であり、少量添
加で強度を上昇させる効果を有する。しかし、それぞれ
０．２％を超えるとその効果が飽和する傾向を示すこと
と、冷間加工性を著しく劣化さゼることから０．２％を
それぞれ上限とした。

上記の限定成分を有する鋼を常法にて溶製、熱間圧延し
た後、Ａ１点以下、Ａ１点以上で保持することにより、
フェライトと未変態オーステナイトの混合組織とするこ
とができる。なお、Ａ３点およびＡ８点は鋼の化学成分
で決まることから、予め加工変態測定装置（例えば、商
品名：加工フォーマスター）などにより測定した値を用
いることにより、フェライトと未変態オーステナイトの
混合組織を容易に得ることが可能である。

次いで、この混合組織を焼入れすることにより、フエラ
イト−マルテンサイト２相組織を得ることができる。

このフェライト−マルテンサイト２相組織有する鋼材を
別工程において通常の球状化焼きなまし条件で処理する
ことにより、極めて短時間で球状化組織を得ることがで
きる。

ここで、フェライト−マルテンサイト２相組織を球状化
焼きなましした場合、球状化組織が容易に得られる理由
は以下のように説明することができる。

マルテンサイト単一組織の球状化挙動は、すでに述べた
ように球状化炭化物の析出は極めて早いものの、微細析
出であるため球状化の目的である材料の軟質化が極めて
困難である大きな欠点がある。これに対して、フェライ
ト−パーライト組織の球状化は逆に軟質化は容易なもの
の、パーライト組織は板状セメンタイトを発生しゃずく
冷間鍛造性を著しく低下させる欠点がある。ごれらの両
者の欠点をフェライト−マルテンサイト２相組織では解
消できるのである。すなわち、フェラ腎組織ルテンサイ
ト２相組織でのマルチ７４Ｊ−イＩ−ハマルテンザイト
単相より成分的には濃縮化されていることと、マルテン
サイ１−相がフェライト相と均一に混合しているために
、球状化焼きなまし処理において球状炭化物が凝集粗大
化しやすい特性になる。その結果、短時間で十分成長し
た球状炭化物と十分軟化したフェライト地が得られるの
である。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例について詳しく説明する。

第１表に示す９種類の化学成分を有する鋼Ａ〜Ｉを溶製
してビレットにした後、第２表に示す製造条件にて直径
１５腫φの棒鋼を製造した。

得られた棒鋼の圧延組織を調べるとともに、球状化焼き
なまし処理を施した後の材質（球状化率と硬さ）を調査
した。それらの結果を第２表に併せて示した。

なお、第２表における焼入れ時の冷却モードは、水焼入
れ（ＷＱ）と空冷（ＡＣ）の２種類とした。

また、球状化焼きなまし条件については、モードＩは加
熱温度ニア６０°Ｃで６時間保持した後、８’ｃ、’ｈ
で６５０°Ｃまで冷却してから常温まで空冷したもので
あり、モード■は加熱温度ニア６０°Ｃで６時間保持し
た後、５０°Ｃ／ｈで６５０°Ｃまで冷却してから、常
温まで空冷したものである。

さらに、球状化率とは、セメンタイ１〜粒子の長径と短
径の比が５以下のものが全炭化物数に占める割合を示し
たものである。

供試材Ｎｏ、　１〜５は、鋼種Ａについて焼入温度およ
び焼入れ時の冷却速度を変化させることによってミクロ
組織を変化させた後、球状化焼きなましを施したもので
ある。供試材Ｎｏ、　１では球状化率は良好なものの球
状炭化物が微細すぎるため十分軟化が進んでいない。ま
た、供試材Ｎｏ、２．４．５は、前組織がフェライト・
パーライト（Ｆ−１−Ｐ）であるため、軟化は良好なも
のの球状化率がいずれも低い。これに対して、本発明例
である供試材Ｎｏ、　３は、十分軟化しているとともに
球状化も良好である。

供試＋Ａ’Ｎｏ、１．１２．１５．１？、　１９．２］
、　２３および２５は球状化焼きなまし時の徐冷速度を
通常実施されているレベル（−８°ｃ／ｈ）よりかなり
速い５０°Ｃ／ｈとし、球状化焼きなまし処理の所要時
間を著しく短縮した条件下で製造されたものである。こ
れらはいずれも、良好な球状化率と十分な軟化がなされ
ている。これらに対して本発明法外の製造条件で製造さ
れた供試材Ｎｏ、８．　９．１０．１１．１４゜１６、
１Ｂ、　２０．２２および２４では球状化焼きなまし処
理を十分に行ったにもかかわらず球状化率がいずれも低
く、炭化物の球状化が不完全である。また硬さも十分に
低下していない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、従来の熱間圧延
材のように長時間の球状化焼きなまし処理を要すること
なく、短時間の熱処理にて、しかも、極めて良好な材質
を達成することが可能となり、省エネルギー効果、生産
性および経済性の向上に大きく寄与するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．１〜０．８％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ
   ：０．０２〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜４．５％、Ａｌ
   ：０．０１〜０．１％を含み、かつ、Ｃｒ：２．５％以
   下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：
   ５％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｔ
   ｉ：０．２％以下のうちから選ばれた１種または２種以
   上を含有し、残部は実質的にＦｅの組成からなり、フェ
   ライトとマンテンサイトとの２相組織を有する球状化処
   理用鋼材。 ２、Ｃ：０．１〜０．８％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ
   ：０．０２〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜４．５％、Ａｌ
   ：０．０１〜０．１％を含み、かつ、Ｃｒ：２．５％以
   下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：
   ５％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｔ
   ｉ：０．２％以下のうちから選ばれた１種または２種以
   上を含有し、残部は実質的にＦｅの組成からなる鋼を、
   熱間圧延後、Ａ＿３点〜Ａ＿１点で保持し、フェライト
   と未変態オーステナイトの混合組織とした後焼入れして
   フェライトとマンテンサイトとの２相組織としたことを
   特徴とする球状化処理用鋼材の製造方法。