JPH03243720A - 冷間加工用棒鋼の製造方法 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、冷間加工性の優れた棒鋼の製造方法に関し、
この棒鋼は自動車、船舶その他の機械部品等の素材とし
て利用される。

［従来の技術］ ＳＣ材よりなる棒鋼は、従来より２次加工メーカーにお
いて熱処理した後所定の寸法・形状に鍛造加工されてい
る。この熱処理は、鋼を軟質化して鍛造性を高めるため
に行なわれるものであるが、最近この熱処理工程を簡略
化しもしくは省略した場合でも支障なく鍛造し得る様な
加工性の良い棒鋼の開発が望まれている。こうした要請
に沿うための手段として、棒鋼の製造工程で制御圧延お
よび制御冷却を行なうことにより軟質化する方法が提案
されているが、次の様な問題点が指摘されている。

■制御圧延時の線速か低下し、且つ緩速冷却に伴なう冷
却時間の延長とも相まって生産性が低下する。

■低温圧延となるので、圧延機に対する負荷が増大する
。

■製品の表層部と内部で品質が異なったものとなる。

こうした問題は、上記の軟質化法が、変態組織の調整を
オーステナイトの微細化によって達成しようとするもの
であるところから、避けることのできない問題とされて
いる。

また上記の様な制御圧延・制御冷却法はＳＣ材には適応
可能であるが、焼入性の良い合金鋼の軟質化には適応し
難い。その理由は次の通りである。即ち制御圧延・制御
冷却を遂行するに当たっては、まず制御圧延によって微
細なオーステナイト粒を得、その後制御冷却を行なうこ
とによりオーステナイト結晶粒の成長を抑制しつつ変態
を進めて最終組織を微細化するものであり、ＳＣ材の場
合は冷却速度がかなり早い場合でもフェライト／パーラ
イト組織を得ることができる。ところが焼入れ性の高い
合金鋼では、冷却速度が早いとベイナイト変態を起こし
て硬質化するため、これを防止してフェライト変態を起
こさせるにはどうしても徐冷しなければならない。しか
し徐冷すると、制御圧延によって折角微細化したオース
テナイト粒が粒成長を起こして最終組織が粗大化するた
め、制御圧延の効果が損なわれる。この様なところから
合金鋼では、適正な制御圧延、制御冷却を行なったとし
てもＳＣ材で得られる様な軟質化効果を得ることはでき
ない。

この様なところから合金鋼を軟質化しようとする場合は
、圧延終了後徐冷カバー等を使って徐冷したり（緩速冷
却法）、鋼材を再加熱した後徐玲する方法（軟質化焼鈍
法）が採用されていたのである。

ところで本発明では、追って詳述する如く合金鋼よりな
る棒鋼に対し熱間圧延後の冷却工程で所定条件下に引張
応力を作用させて軟質化を図るものであるが、鋼材に応
力もしくはひずみを付与することによって改質する方法
自体は幾つか知られている。たとえば特開昭６０−１５
２６２７号や特開昭６０−２５５９２２号には、線材の
仕上げ圧延工程で塑性ひずみを加え、該塑性ひずみを保
持したまま所定の速度で冷却し、微細に分散した初析フ
ェライトに微細パーライト、ベイナイトまたはマルテン
サイトの混在した組織を得、その後に行なわれる球状化
焼鈍の所要時間を短縮する技術が開示されている。しか
しこの技術は、圧延後球状化焼鈍することによってはじ
めて軟質化が達成されるものであり、圧延のままで軟質
化が達成される訳ではない。また特開昭５４−４５６１
８号には、鋼材を加熱しＡｃ、変態点からＡｃ、変態点
までの温度域で当該鋼材のＡｃ、変態点直上のオーステ
ナイト相の降伏強度以上の引張応力をかけ、鋼材温度が
Ａｃ、変態点直上に至った後室温まで冷却する工程を１
回もしくは２回以上繰り返すことにより、超微細化結晶
組織を得る方法が開示されている。しかしこの技術はあ
くまでも結晶粒の微細化を目的とするものであり、圧延
のままで軟質化を達成しようとするものではない。

［発明が解決しようとする課題］ 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、合金鋼の軟質化に必須とされる緩速冷却や軟質化焼
鈍に要する時間とエネルギーを省き、熱間圧延のままで
も優れた冷間加工性を示す軟質化合金棒鋼を得ることの
できる方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明の構成は、合金
鋼よりなる棒鋼に対し、熱間圧延後の冷却中８００〜７
３０℃の温度域で、Ａｒ３変態点直上の過冷却オーステ
ナイト相の降伏点以上で且つその引張強さ以下の引張応
力を、１０−’／秒〜３Ｘ１０−３／秒のひずみ速度で
付加し、空冷条件下でフェライト／パーライト変態を促
進させるところに要旨を有するものである。

［作用］ 本発明においては合金鋼製の棒鋼が適用対象となる。こ
の様に鋼種を特定した理由は次の通りである。即ち通常
のＳＣ材では、前述の如く制御圧延と制御冷却をうまく
組合せることによって最終組織を加工性の優れたフェラ
イト／パーライト組織にすることができるが、合金鋼で
はオーステナイト域からの冷却速度が早いとベイナイト
変態を起こして硬質化するので、ベイナイト変態を抑え
て軟質化を達成するには熱間圧延後徐冷することが必要
となる。これに対し本発明では、後述する如く熱間圧延
後の冷却を空冷条件下で行なった場合でも、ベイナイト
変態を抑制しつつフェライト／パーライト変態が効率良
く進行する様にし、それにより圧延のままで軟質化を達
成するものであり、こうした本発明の特徴が有効に生か
されるのは合金鋼の場合である。

本発明では、合金鋼よりなる棒鋼を熱間圧延した後冷却
する際に、特定温度域で所定の引張応力を作用せしめ、
これにより金属組織に内部ひずみを生じさせることによ
り再結晶析出サイトを導入してフェライト／パーライト
変態を促進させるものであり、目的達成の為には、引張
応力を負荷する温度域を８００〜７３０℃の範囲にしな
ければならない。しかして応力負荷温度域が８００℃を
超える場合は、応力負荷によるひずみ付与が不十分であ
るため再結晶析出サイトが充分に導入されず、フェライ
ト／パーライト変態の促進効果が満足に発揮されない。

一方、応力負荷温度が７３０℃未満では加工硬化を起こ
して強度が高まり、軟質化の目的が果たせなくなる。

また負荷される引張応力を「Ａ「３変態点直上の過冷却
オーステナイトの降伏点以上で且つその引張強さ以下」
と定めたのは、降伏点未満では応力負荷によるフェライ
ト／パーライト変態促進効果が殆んど発揮されず、一方
、引張強さを超える応力を与えると棒鋼がネッキングを
起こして破断してしまうからである。

更に上記応力負荷時におけるひずみ速度は１０−’／秒
〜３　Ｘ　１０−’／秒の範囲となる様に調整しなけれ
ばならず、１０−’／秒未満である場合は、ひずみ速度
が遅すぎるため空冷条件のもとでは上記温度範囲内で降
伏点以上の引張応力に到達させることができず、また３
Ｘ１０−３／秒を超える速度でひずみを与えると上記温
度範囲内で引張力が引張強さを超えることになり、いず
れの場合も本発明の目的に沿わなくなる。

［実施例］ 合金鋼棒鋼の代表例として第１表に示す化学成分のＳＣ
Ｍ材（直径６ｍｍ）を使用し、熱間圧延後冷却中の所定
温度域で引張応力を作用させ、得られた棒鋼の変態組織
およびビッカース硬さを調べた。尚、引張応力の付与に
は高温引張試験機を使用し、ひずみ速度を制御すること
により与えた。

即ち、熱間圧延された棒鋼に対し、８００℃まで降温し
たときに所定の引張応力が与えられる様に適当な速度で
引張力を加える。そして８００℃に到達した後、７３０
℃まで降温するまでのひずみ速度が所定の値となる様に
引張速度を調整した。

尚加熱および冷却速度の制御は赤外線加熱炉内で行なっ
た。使用した棒鋼のＡｒ３変態点直上の過冷却オーステ
ナイト層の降伏点（σＹ）は７．０ｋｇｆ／ｍｍ”、引
張強さは１３．０ｋｇｆ／ｍｍ’である。

結果を第２表および第１〜３図に示す。

第２表は、棒鋼の冷却速度を６０℃、１２０℃または２
４０℃に設定し、各冷却速度のものについて、８００〜
７３０℃の温度域における引張応力およびひずみ速度を
種々変えた場合のビッカース硬さに与える影響を示した
ものであり、次の様に考察することができる。

実験Ｎｏ、　２〜５．８〜１０，１２，１３．１５〜１
８は本発明の規定要件を充足する実施例であり、製品の
金属組織はフェライト／パーライトからなり、対応する
比較材に比べてビッカース硬さが小さく軟質で加工性に
優れたものであることが分かる。

実験例１，７．１４は８００〜７３０℃の温度域におけ
るひずみ速度が３　ｘ　１０−”／ｓｅｃを超える比較
例であり、いずれもひずみ付与の途中で引張応力が引張
強さを超えるためネッキングを起こして破断する。

実験例６，１３．１９は８００〜７３０℃の温度域にお
けるひずみ速度が１０　””／ｓｅｃ未満である比較例
であり、ひずみ付与による再結晶析出サイトの導入効果
が不十分であるためフェライト／パーライト変態が起こ
らず６００℃以下に降温した時点でベイナイト変態を起
こして硬質化し、ビッカース硬度が非常に高いものとな
っている。

実験例１１は８００〜７３０℃の温度域における引張応
力が過冷却オーステナイト相の降伏点未満であるため、
やはり再結晶析出サイト導入効果が不足し、ベイナイト
変態を起こして硬質化している。

第１図は、冷却速度を１２０℃／分に設定した場合につ
いて、ひずみ速度を変えた場合における連続冷却中の棒
鋼温度と引張応力の関係を示したものである。尚この実
験においては棒鋼温度が所定温度（■、■、■では８３
０℃、■、■ではｓｉｓ℃）になった時点で引張力の負
荷を開始し、８００℃にまで降温した時点で引張応力が
夫々所定の値（■：　５．６　ｘ　１０−３ｋｇｆ／ｍ
ｍ”、■・２，８ｘ　１０−３ｋｇｆ／＋ｍ”　、■：
　１．Ｉ　Ｘ　１０−’ｋｇｆ／ｍｍ’　、■２．８　
ｘ　１０−’ｋｇｆ／ｕｕ＋＋”　、■：　５．６　ｘ
　１０−’ｋｇｆ／ｍｍ”　）となる様に引張速度を調
整する。次いで棒鋼がＳＯＯ℃に到達した時点でひずみ
速度が夫々図示する値になる様に、引張速度を再設定し
、棒鋼温度が７３０℃になるまで夫々のひずみ速度を維
持した後引張張力を解除した。尚第１図においてａＹ、
　σＢは用いた棒鋼における過冷却オーステナイト相の
降伏点および引張強さを示している。

第１図において、８００〜７３０℃の温度域で極大値も
しくは明確な変曲点を示しているのは、この部分でフェ
ライト変態が生じたことを表わしており、符号■〜■で
は該温度域で与えられる引張応力およびひずみ速度が本
発明の規定要件を満たしているため、フェライト変態が
生じていることを確認することができる。尚符号■では
ひずみ速度が小さめに設定されているためフェライト変
態が徐々に起こっており、符号■、■では１つの変曲点
付近で急速にフェライト変態が起こっているものと思わ
れる。

これらに対し符号■は、８００℃に到達した時点での引
張応力が過冷却オーステナイト相の降伏点（σ、）に達
しておらず、且つその後のひずみ速度も１　ｘ　１０−
’／ｓｅｃ未満であるため、８００〜７３０℃の温度域
で応力−ひすみ曲線に変曲点は認められず、フェライト
変態は起こっていないものと思われる。また符号■は、
８００℃に到達した後のひずみ速度が３　ｘ　１０−’
／ｓｅｃを超えている比較例であり、フェライト変態が
起こっていることは確認できるものの、その後の加工硬
化によりネッキングを起こして破断する。

尚第２．３図は上記実験Ｎｏ、１０（実施例）および１
１（比較例）で得た棒鋼の断面金属組織を示す図面代用
顕微鏡写真であり、冷却工程で応力を加えていない比較
例（′ｓ３図）の金属組織はベイナイトを主体とするも
のであるのに対し、冷却工程で適正な引張応力が加えら
れた実施例（第２図）の金属組織はフェライト組織（図
中黒く見える部分）が主体となっていることを確認する
ことができる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、通常の空冷ではベ
イナイト変態を起こす程度に焼入性の高い合金鋼棒鋼で
あっても、これを熱間圧延後の冷却工程で所定条件下に
引張応力を作用させることによって、フェライト変態を
進めて軟質なものとすることができ、熱間圧延のままで
優れた加工性を示す棒鋼を生産性良く経済的に製造し得
ることになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱間圧延後の連続冷却中の棒ＩＩＡ温度と引張
応力の関係を示すグラフ、第２．３図は実験で得た棒鋼
の金属組織を示す図面代用顕微鏡写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　合金鋼よりなる棒鋼に対し、熱間圧延後の冷却工程中
   ８００〜７３０℃の温度域で、Ａｒ＿３変態点直上の過
   冷却オーステナイト相の降伏点以上で且つその引張強さ
   以下の引張応力を、１０＾−＾４／秒〜３×１０＾−＾
   ３／秒のひずみ速度で付加し、空冷条件下でフェライト
   ／パーライト変態を促進させることを特徴とする冷間加
   工用棒鋼の製造方法。