JPH03199308A - 穴開け加工性に優れた鋼材の製造方法 - 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） この発明は、ナツト、カラー及び潤滑剤の供給孔を有す
るシャフトやピン又は、旋盤、ドリルによる内部加工を
要する各種機械部品等の穴開は加工を必要とする製品に
有利に適合する鋼材の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に上記した製品の加工は、圧延材を所望の寸法、形
状に仕上げて穴開は加工を施した後、その製品の用途に
応じ、焼入れ法、浸炭法及び窒化法などにて表面の硬化
処理を行っている。

上記の加工に供する鋼材は、圧延材を所望の寸法、形状
に仕上げる際の切断、切削及び研削等の加工性に優れ、
さらに続く穴開は工程での加工性にも優れることが要求
される。

したがって鋼材としては内部欠陥のないことが肝要であ
り、とくに鋼材の中心部にみられる中心偏析は、圧延材
の中心部を通る穴や棒状材の軸方向に延びる穴の加工に
おいて、穴の真直性を阻害することがあり、生産性及び
歩留りの低下をまねく。

このような弊害をもたらす中心偏析は、連続鋳造で得ら
れる鋳片の場合、特に凝固先端部の凝固収縮のほか、凝
固シェルのバルジングなどによって生じる空隙の真空吸
収力も加わって、凝固先端部にｃ、ｐ、ｓなどの濃化溶
鋼成分が吸込まれる結果、鋳片の断面中心部に正偏析と
なって残るものであり、かかる中心偏析に起因して線材
圧延後の中心偏析部に粒界セメンタイトの析出やミクロ
組織の不均一などが生じる結果、穴加工の真直性に代表
される穴開は加工性が劣化するものである。

かかる中心偏析の防止策として、例えば２次冷却帯域に
おける電磁撹拌などが試みられたが、セミミクロ偏析ま
でを軽減するには至ってなく、その効果は十分とはいえ
ない。

また、鋳片の凝固末期に一対のロールを用いて大圧下を
施すいわゆるインラインリダクション法（鉄と鋼第６０
年（１９７４）第７号８７５〜８８４頁）の適用も試み
られたが、この方法では、未凝固層の大きい鋳片領域に
おける圧下が不十分な場合には凝固界面に割れが発生し
、逆に圧下が十分である場合には鋳片の厚み中心部に強
い負偏析が生じる等の問題があった。

その他、特開昭４９−１２１７３８号公報には、鋳片の
凝固先端部付近でロール対による軽圧下を施して、該部
分の凝固収縮量を圧下により補償する方法が、また特開
昭５２−５４６２３号公報には、鋳造金型を用いて鋳片
の凝固完了点近傍を大圧下する方法がそれぞれ提案され
ている。

しかしながらロールによる軽圧下の場合には、複数対の
ロールにより数閣／−の圧下を施したとしても、ロール
ピッチ間に生じる凝固収縮やバルジングを十分に防止す
ることができず、また圧下位置が適切でなければかえっ
て中心偏析が悪化する不利があった。他方、鍛造金型を
用いて鋳片の凝固完了点近傍を大圧下する方法は、イン
ラインリダクション法のようなロールによる大圧下に比
べて凝固界面が割れにくく、また負偏析も極力回避する
ことが可能で、セミマクロ偏析まで改善できることが明
らかになっているものの、依然として未凝固層の大きい
鋳片領域における圧下が不十分だと凝固界面に割れが発
生し、逆に圧下が十分すぎると鋳片の中心部に強い負偏
析が生じる不利があり、さらには未凝固層の小さい領域
を圧下してもその効果が得られないことから、最適な圧
下条件を模索しているのが現状である。

従って鋳片に生成する中心偏析を飛躍的に改善するまで
には至ってなく、鋼種や用途によっては鋳片段階におい
て拡散焼鈍などを施して対処しているのが実状であり、
大幅なコストアップは免れず、とくに圧延材の中心部に
穴開は加工を施す際の真直性を低下させることが問題と
なっている。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、連続
鋳造法を利用する場合であっても、中心偏析の生成を極
力低減し、もって穴開は加工時における真直性の向上を
可能ならしめた穴開は加工性に優れた鋼材の有利な製造
方法を提案することを目的とする。

（課題を解決するための手段） すなわちこの発明は、 Ｃ：０．２〜１．０ｗｔ％（以下単に％で示す）、Ｓｉ
：０．１〜１．５％および Ｍｎ　：　０．３〜２．０％ を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる
溶鋼を連続鋳造し、その際、鋳片内部溶鋼が凝固を完了
するクレータエンド近傍にて、取鍋中溶鋼のＣ含有量（
Ｃ０）に対する鋳片軸心部におけるＣ含有量（Ｃ）の比
Ｃ／　ＣＯが０．７０〜１．０５となる鍛圧加工を施し
、ついで熱間圧延にて、太棒、棒鋼、バーインコイル及
び線材とすることを特徴とする穴開は加工性に優れた鋼
材の製造方法である。

（作　用） まず、この発明において溶鋼の成分組成を上記の範囲に
限定した理由について説明する。

Ｃ：０．２〜１．０％ 主に機械部品に用いることから加工後の強度を保証する
必要があり、Ｃ量は０．２％を下限とした。

一方Ｃ量を高めるほど高強度の鋼線を得ることができる
が、反面で高Ｃ化は材料を脆化させ加工中の断線発生頻
度を高める。特に１．０％を超えると線材圧延後の制御
冷却中に、旧オーステナイト粒界に網目状のセメンタイ
トが析出し、その後の伸線加工性などを大きく阻害する
ので、上限は１．０％に定めた。

Ｓｉ　：　０．１〜１．５％ Ｓｉは、脱酸剤としてだけでなく、マトリックスの強化
を図る上で有用な元素であり、少なくとも０．１％を必
要とする。一方Ｓｉは、Ｃの活量を上げる作用があり、
特に１．５％を超えて含有すると脱炭層の生成が顕著と
なって表面硬さが不十分になり、脱炭層を除去する工程
が必要になる上、歩留りの低下をもまねく。かかる理由
からＳｉの含有量は０．１−１．５％の範囲とした。

Ｍｎ　：　０．３〜２．０％ Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸剤として作用するだけでなく
、鋼の脆化をもたらすＳを固定し、またさらには焼入性
を向上させて強度及び延性を高める上でも有用な元素で
あるが、含有量が０．３％に満たないとその添加効果に
乏しく、一方２．０％を超えると高価となるばかりか熱
間圧延後の制御冷却あるいは加工途中の熱処理工程にお
いて当クロマルテンサイト組織の生成を促し、穴開は加
工性を害するので、０．３〜２．０％の範囲で添加する
ものとした。

さてこの発明では、上述したような好適成分組成になる
溶鋼の連続鋳造に際し、鋳片の内部溶鋼が凝固を完了す
るクレータエンド近傍にて鍛圧加工を施すことによって
、取鍋中溶鋼のＣ含有量　（Ｃｏ）に対する鋳片軸心部
におけるＣ含有量（Ｃ）の比Ｃ／Ｃ，を０．７０〜１．
０５に制御する。

ここに鍛圧加工によってＣ／ＣＯ比の制御が可能な理由
は、次のとおりである。

すなわち内部溶鋼の凝固末期には、Ｃの濃化が進んだ溶
鋼がクレータエンド近傍に存在するため、そのまま凝固
すれば中心偏析となるわけであるが、凝固前に鍛圧加工
を施すと、かようなＣ濃化溶鋼は上方に押し出される結
果、中心部におけるＣ濃度はさほど上昇することはない
。従って鍛圧加工の実施時期をＣの濃化程度に応じて調
節すれば、鋳片軸心部におけるＣ含有量を調整できるわ
けである。

次にこの発明に従い連続鋳造鋳片に連続的に鍛圧加工を
行ったもの、ならびに鍛圧加工を行わない従来法に従い
得たもの、を棒鋼に圧延した後、その軸心部をドリルに
よって穴開は加工した際のドリル寿命を調べたところ、
鍛圧加工を行ったものは、鍛圧加工を行わないものに比
べて１．２〜１．５倍にまでドリル寿命を延ばすことが
できた。

さらに同様に鍛圧加工を行ったもの、ならびに鍛圧加工
を行わない従来法に従い得たものから、鋳片軸心部のＣ
／ＣＯ比が種々に異なる鋼材を採取し、棒鋼に圧延した
後、その軸心部をドリルによって穴開は加工した際のド
リルの真直性について調べたところ、Ｃ／Ｃｏ比が０．
７０未満の負偏析率の大きい場合、および逆にＣ／ｃ、
比が１．０５を超える正偏析率の大きい場合にはいずれ
も、ドリルの真直性が低下する。この理由は、負偏析率
が大きくなるとドリルの振れを誘発すること、また正偏
析率が大きい場合は成分濃化差を生じた部分の境界で負
偏析側にドリルが逃げること等が原因と考えられる。

従ってこの発明では、鍛圧加工によって制御すべき鋳片
軸心部におけるＣ　／ＣＯ比を０．７０〜１．０５の範
囲に限定したのである。

なお、好ましい鍛圧加工法としては、発明者らが先に特
開昭６０−８２２５７号公報において開示した連続鍛圧
法がある。

また上記したこの発明法に従う鍛圧加工法により、Ｃ／
Ｃ，比を０．７０〜１．０５に制御した鋳片を、熱間圧
延により棒鋼にし、これらの棒鋼のうち、横断面におけ
る中心部７８．５ｍｍ”中の最高硬さとマトリックスの
平均硬さとの比が種々のものについて穴開は加工を行っ
たところ、ドリル寿命及び真直度は、硬さ比が１．１を
超えると急激に低下することが判明した。

（実施例） 第１表に示す化学組成になる溶鋼（記号Ａ−Ｈ）を２７
０Ｘ３４０ｍｍのモールドで連続鋳造し、引き抜き中の
鋳片に対し、鋳片内部の溶鋼が凝固を完了するクレータ
エンド近傍にて、鋳片軸心部のＣ／Ｃ。

比？　０．８０を目標として連続的に鍛圧加工を施し、
Ｃ／ＣＯ比を０．７０〜１．０５の範囲に制御してプル
ームを製造した。その後、分塊及び鋼片ミルによって１
５０　Ｘ　１５０ｍｍのビレットに熱間圧延した。さら
に棒鋼ミルにて４０ｍｍφの棒鋼に熱間圧延した。

一方比較材は、従来工程どうり、連続鋳造後、鍛圧加工
を行わずに同様に棒鋼圧延までを行った。

なお出鋼時の溶鋼加熱度は、すべて２５〜３０℃の範囲
で鋳込んだ。また分塊圧延から棒鋼圧延までの熱間圧延
温度は、この発明に従って得られた鋼材及び比較材共に
同一温度履歴となるよう配慮した。

これらの圧延棒鋼の緒特性について調べた結果を第２表
に示す。

ここに引張試験片は、ビレットの両端部及び中間部の位
置における圧延材から連続サンプリングした合計３０本
の平均値で示す。その他の特性については、引張試験片
の直近から採取したものについて調査した結果を示して
いる。なおセンタースポットはその程度を問わず有無で
表した。

（ｗｔＸ） 同表より明らかなように、この発明に従って得られた鋼
材は中心偏析を示すセンタースポットは全く認められず
、またミクロマルテンサイトや粒界セメンタイトの析出
もない。

これに対し比較材にはいずれも、センタースポットが認
められた。

このような差異は絞りに表れ、いずれの鋼材においても
適合例の方が明らかに高い値を示す。

次に得られた棒鋼において、その中心軸へ向かうドリル
穴開は加工を施した際のドリル寿命について調べた結果
を、第１図に示す。

同図に示すように、鋼種Ａの鍛圧加工を施さないもので
のドリル寿命を１００としたとき、いずれの鋼種におい
てもは鍛圧加工を施したものが長寿命を示し有利であっ
た。

また第２図に、上記のドリル穴開は加工を施した際のド
リルの真直性について調べた結果を、Ｃ／Ｃｏとの関係
として示すように、真直性はＣ／Ｃ６が０．７〜０．８
５の範囲において最も高くなり、一方１．１０をこえる
と急激に低下した。

（発明の効果） この発明に従い、連続鋳造時に鍛圧加工を連続的に付与
し鋳片軸心部のＣ／　ＣＯを制御することによって、特
に熱間圧延後の鋼材の穴開は加工における真直性が向上
された、穴開は加工性の優れた鋼材を提供でき、同時に
穴開は加工に使用するドリル寿命を延ばすことも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、各鋼種別の圧延棒鋼とドリル寿命との関係を
示したグラフ、 第２図は、圧延棒鋼のＣ／Ｃ，比とドリル真直性との関
係を示したグラフ、 である。 ＠１図 ａ趨 ＣｌＣＯ比

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．２〜１．０ｗｔ％、 Ｓｉ：０．１〜１．５ｗｔ％および Ｍｎ：０．３〜２．０ｗｔ％ を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる
   溶鋼を連続鋳造し、その際、鋳片内部溶鋼が凝固を完了
   するクレータエンド近傍にて、取鍋中溶鋼のＣ含有量（
   Ｃ＿０）に対する鋳片軸心部におけるＣ含有量（Ｃ）の
   比Ｃ／Ｃ＿０が０．７０〜１．０５となる鍛圧加工を施
   し、ついで熱間圧延にて、太棒、棒鋼、バーインコイル
   及び線材とすることを特徴とする穴開け加工性に優れた
   鋼材の製造方法。