JPH07113127B2

JPH07113127B2 - 熱間圧延線俸鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH07113127B2
Application number: JP63041006A
Authority: JP
Inventors: 裕金築; 正昭勝亦; 裕治澤田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-02-24
Filing date: 1988-02-24
Publication date: 1995-12-06
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: JPH01215924A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、熱間圧延線棒鋼の製造に係り、特に球状化処
理を簡略化若しくは省略可能な軟質冷鍛用線棒材の製造
方法に関するものである。

（従来の技術）機械構造用部品の成形加工法のうち、冷間鍛造は、鋼材
の歩留りが高い等のメリットがあることから、従来から
広く用いられてきている。

冷間鍛造用に用いられる鋼材は球状化焼鈍が必要であ
り、本処理には多大のエネルギーの必要としている。し
たがって、この球状化処理を簡略、若しくは省略可能な
鋼材が望まれているところである。

また、機械構造用に用いられる鋼材は加工後の機械的性
質を保証する必要があり、多くは調質処理が行われてい
る。そのために、調質処理への影響のない加工熱処理的
な方法による軟質化処理が望まてれているところであ
る。

そのため、従来より各種の処理法が提案されており、例
えば、特開昭62−188723号、同62−139817号、同62−25
3724号では、熱間圧延工程において、その仕上げ圧延温
度を低温（950℃以下、650℃以上）にし、変態温度域を
徐冷するという方法が採られている。しかし乍ら、従来
の球状化処理材に比べるとその組織、硬さは十分とは云
えない。

（発明が解決しようとする課題）すなわち、熱間圧延工程で後の球状化処理のための前処
理を行う目的で、通常は、オーステナイト粒の微細化が
行われる。これは、微細化によりその後変態が促進され
る効果があるためであり、すなわち変態温度が高温側に
シフトし、軟質化に有効となるためであり、また変態後
の組織の微細化もまた有効であるからである。したがっ
て、オーステナイト粒の微細化のためには、熱間圧延工
程では低温圧延が望ましいのである。

しかし乍ら、熱間圧延工程での鋼材の温度は、圧延後半
では、加工速度の上昇によって上昇する。したがって、
仕上げ圧延温度を低温にするためには、圧延途中での温
度を更に低く必要がある（例えば、特開昭62−139817号
参照）。これによれば、圧延中のオーステナイトは未再
結晶状態又は一部フェライト変態した状態となり、結晶
粒は微細化されるものの、組織はファイバー状となり、
集合組織の発達も認められようになる。このような異方
性は、その後の再結晶、球状化処理後も残存することに
なるので好ましくない。

球状化処理は強度の低下と延性の確保が重要であるが、
更にこれらの特性は等方的であることが重要である。こ
のような観点からすれば、炭化物の球状化とマトリック
スの等方性が本処理の目的であり、上述した低温圧延で
生じる異方性化は大きな問題である。

また、熱間圧延後、直接徐冷により変態した場合のセメ
ンタイトは、変態温度が高い場合も基本的にはパーライ
ト変態により生成したものであり、強度低下には寄与す
るが、形態は球状化処理したもとは異なる。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであって、冷間加工後の球状化処理を省略若し
くは簡略化し得る冷間加工用熱間圧延線棒鋼を製造する
方法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明者らは、熱間圧延状態
でセメンタイトの球状化組織を得ることができ、若しく
はオフラインで球状化処理を行うに際しても極めて短時
間で処理が可能な加工熱処理的方法について鋭意研究を
重ねた結果、熱間圧延仕上げ温度と歪速度をコントロー
ルすれば圧延過程で細粒で等方組織を得ることができ、
しかも、その後の急冷を特定の冷却速度で所定の温度域
まで行うことにより、オーステナイト粒が粗大化せずに
微細フェライト・パーライト組織が得られ、球状化処理
時間を短縮可能であることを見い出したのである。ま
た、急冷後引き続いて、急速加熱を行い、その後、保持
時間無しで徐冷又は急冷恒温保持する簡略化球状化処理
を施すことにより、その後の球状化処理を省略可能であ
ることを見出したのである。

すなわち、本発明は、0.30〜0.60wt％の炭素を含有する
中炭素鋼の鋼片を900〜950℃に加熱し、続く熱間圧延に
おいて、最終仕上げ圧延温度が800〜850℃、歪速度が５
〜70sec^-1にて実施することにより、オーステナイト粒
度が10番以上の細粒でかつ等方組織を得て、その後、10
〜20℃/secの冷却速度で600〜650℃までを急冷して、フ
ェライトの体積率（％）が含有炭素量（wt％Ｃ）に応じ
て｛0.83−1.11×（wt％Ｃ）｝×100（％）以上の微細
のフェライト・パーライト組織とすることを特徴とする
その後の球状化処理時間が短縮可能な冷間加工用熱間圧
延線棒鋼の製造方法を要旨とするものである。

また、前記急冷後、引き続きA₁点直上〜740℃に急速加
熱した後、保持時間無しで徐冷し、若しくは650〜700℃
に急冷して30分以上保持することを特徴とするその後の
球状化処理を省略可能な冷間加工用熱間圧延線棒鋼の製
造方法を要旨とするものである。

以下に本発明に更に詳細に説明する。

本発明方法においても、熱延工程において加工熱処理的
方法を用いるが、前述した異方性の問題を除去するため
に、本発明者らは、まず、熱間加工条件とオーステナイ
トの変形状況との関係を調査した。

その結果、オーステナイト相が等方的であり且つ微細に
なるための条件としては、鋼片加熱温度の上限が900〜9
50℃で、最終仕上げ圧延温度が800〜850℃であり、か
つ、歪速度を５〜70sec^-1に限定する場合に限り、上記
組織が得られることを見い出した。加熱温度を900〜950
℃とし、且つこの歪速度にすると圧延途中で冷却する必
要もなく、仕上げ圧延での温度上昇の影響は少ない。万
が一、大きな圧延速度による温度上昇により上記最終仕
上げ温度の確保が困難である時は、強制冷却を行えばよ
く、例えば、中間圧延列後方或いは仕上げ圧延列前方に
中間水冷帯を配置し、水冷等により強制冷却する。

なお、歪速度は次式で定義される。

ここで、：歪速度（sec^-1） N:ロール回転速度（rpm） R_E:ロール有効半径（mm）：矩形換算法による平均投影接触長（mm）₀ :矩形換算法によるロール入側の材料の平均高さ（m
m）₁ :矩形換算法によるロール出側の材料の平均高さ（m
m）歪速度が5sec^-1未満ではオーステナイト相の等方且つ微
細化効果が少なくかつ生産性も低く、また70sec^-1を超
えると仕上げ圧延中に温度が上昇し、最終仕上げ温度を
上記範囲に保つことが困難になるので好ましくない。

しかし、このような熱間圧延条件での微細化は動的再結
晶と呼ばれる現象にするものであって、その後の冷却速
度によっては静的再結晶によりオーステナイト粒は粗大
化することが判明した。

本発明では、熱間圧延後は、冷却速度が10〜20℃/secの
範囲で600〜650℃までを急冷する手段を採用したもので
ある。

従来、このような急冷で、且つA₁点以下に冷却すれば、
逆に強度増加になり、少なくともA₁点直上からは徐冷す
るのが一般的であった。しかし乍ら、この場合、如何に
徐冷しようとも、基本的にはパーライト変態であり、強
度低下の程度、球状化状態のいずれも通常の球状化処理
に比べて劣る。

本発明方法の基本的な考え方は、球状化処理を短時間で
行うための組織調整方法にあり、したがって、上記冷却
速度で600〜650℃まで急冷することを特徴としている。
すなわち、この状態であれば、オーステナイト粒の微細
化の効果（G.S.No.10〜12）により、変態後のフェライ
トの体積率（％）は、含有炭素量（wt％Ｃ）に応じて、
｛0.83−1.11×（wt％Ｃ）｝×100（％）以上となり、
したがって、残りのパーライト相の炭素濃度は平衡濃度
に近くなる。更には、微細化によりパーライト相中のコ
ロニー境界は減少する。これらの効果により、その後の
球状化は極めて簡略化されるのである。

球状化処理は、通常、A₁点直上で数時間保持後、更に65
0℃付近まで徐冷されるが、ここで、A₁点直上での保持
中、一部オーステナイト化が起り、パーライト中のセメ
ンタイトは分断され、且つ一部固溶される処理である。
しかし、上記本発明法によれば、この段階においてコロ
ニー境界が少なく、且つパーライトが炭素の平衡濃度に
近いことから、短時間で均一にセメンタイト粒が分断、
分布することになる。したがって、本発明方法で得られ
た熱間圧延線棒材にその後球状化処理を行う場合、A₁点
直上〜740℃に加熱し、保持時間無しで、徐冷するだけ
でよく、従来のように数時間の保持が必要でなくなるの
で、処理時間が大幅に短縮可能である。いわば簡略化球
状化処理でよい。

なお、このような簡略化球状化処理は、前記600〜650℃
までの急冷後（すなわち、熱間圧延後）、連続して行う
ことも可能であり、これによりその後の球状化処理を省
略できる。この場合、A₁点直上〜740℃に急速加熱した
後、保持時間無しで650〜700℃に急冷し30分以上保持す
る処理が好ましい。冷却処理時間はやはり大幅に短縮さ
れる。急冷保持の方が処理時間が更に短縮される。

上述のように、本発明方法では、コロニー境界でのオー
ステナイト化は極めて少ないため、徐冷中の再生パーラ
イトの生成は極めて少なく、このような短時間での簡略
化球状化処理でも十分な強度低下と良好な球状化状態が
達成される。

なお、本発明はこの種の用途に供される0.30wt％以上の
炭素を含有する中炭素鋼を対象とするが、0.60wt％を超
える炭素を含有すると、本発明法のプロセスを適用して
もフェライト体積率が少なくなり、その後の球状化処理
によっても良好な球状化状態が得られなくなるので、炭
素含有量は0.30〜0.60wt％の範囲とする。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）第１表に示す化学成分を有する供試材について、常法に
よりビレット（155mm□）を製造し、熱間圧延温度、仕
上げ圧延温度、歪速度を変化させて第２表に示す条件で
熱間圧延を実施して棒鋼（30mmφ）を得た。

第１図は、本発明法によって得られたオーステナイト粒
度No.と、600℃まで冷却速度10.6℃/secで急冷した場合
のフェライトの体積率（％）を歪速度（sec^-1）との関
係で示したものである。なお、オーステナイト粒度は熱
間圧延後水冷によって測定した。同図より、歪速度が本
発明範囲内であれば、オーステナイトが微細化され、し
かも急冷後も粗大化することなく適量のフェライトを含
む微細フェライト・パーライト組織が得られることがわ
かる。

第２図は、本発明法及び比較法により得られた各熱間圧
延材に対し、第３図に示す加熱冷却条件（740℃に急冷
加熱し30分保持後、25℃/hrで650℃まで徐冷し、空冷）
の簡略化球状化処理を施して場合の組織を示したもので
あり、比較法による場合にはパーライトが多く球状化が
不充分であるのに対し、本発明法による場合には球状化
程度が良好であることがわかる。

第４図は、本発明法及び比較法の場合におけるフェライ
ト体積率（％）と炭素量（wt％）の関係を第３図の簡略
化球状処理による球状化程度をパラメータとして示した
ものである。本発明法の場合、フェライト体積率がVf＝
0.83−1.11×（wt％）Ｃより多い良好な球状化組織が得
られており、その範囲は概ね0.83−1.11×（wt％Ｃ）≦
Vf≦1.0−1.25×（wt％Ｃ）である。一方、比較法の場
合には、フェライト体積率がVf＝0.83−1.11（wt％Ｃ）
より少なく、概ねVf＝0.5−0.58×（wt％Ｃ）であり、
処理時間を短縮した簡略化球状処理では良好な球状化組
織が得られない。

第５図は本発明法による圧延後に施す簡略化球状化処理
の加熱冷却パターン（680℃以上での保持時間）と硬度
の関係を従来法と比較して示したものである。本発明法
の場合、740℃に急速加熱後、保持時間無しで680℃に急
冷し30分以上保持する球状化処理によれば、充分な強度
低下が得られ、勿論、球状化程度も良好である。また、
740℃から680℃まで徐冷しても同様の結果が得られる
が、急冷保持の方がより短時間で済む。一方、比較法の
場合には、このような簡略化球状化処理を適用しても
（すなわち、740℃から保持時間無しで、急冷後保持し
ても徐冷しても）、強度低下が不充分であり、やはり従
来のようにA₁点直上にて数時間保持後徐冷する球状化処
理でなければ充分な強度低下と良好な球状化状態が得ら
れない。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、中炭素鋼の熱間
圧延において加熱温度、歪速度及び仕上げ圧延温度を規
制し、且つ特定の冷却速度、温度域を急冷するので、そ
の後の球状化処理時間を大幅に短縮でき、また熱間圧延
後に引き続き熱処理するならばその後の球状化処理を省
略可能であり、冷間加工用の熱間圧延棒鋼を安価に提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフェライト体積率及びオーステナイト粒度No.
と歪速度の関係を示す図、第２図（ａ）、（ｂ）は熱間圧延材に簡略化球状化処理
を施して得られた時の金属組織を示す顕微鏡写真（×90
0）で、（ａ）は本発明法の場合を示し、（ｂ）は比較
法の場合を示し、第３図は簡略化球状化処理の加熱冷却条件の一例を示す
図、第４図はフェラト体積率と炭素量の関係を示す図、第５図は熱間圧延後に簡略化球状処理を適用した場合に
おける保持時間（680℃）とビッカース硬度の関係を示
す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】0.30〜0.60wt％の炭素を含有する中炭素鋼
の鋼片を900〜950℃に加熱し、続く熱間圧延において、
最終仕上げ圧延温度が800〜850℃、歪速度が５〜70sec
^-1にて実施することにより、オーステナイト粒度が10番
以上の細粒でかつ等方組織を得て、その後、10〜20℃/s
ecの冷却速度で600〜650℃までを急冷して、フェライト
の体積率（％）が含有炭素量（wt％Ｃ）に応じて｛0.83
−1.11×（wt％Ｃ）｝×100（％）以上の微細のフェラ
イト・パーライト組織することを特徴とするその後の球
状化処理時間が短縮可能な冷間加工用熱間圧延線棒鋼の
製造方法。
【請求項２】請求項１において、前記急冷後、引き続き
A₁点直上〜740℃に急速加熱した後、保持時間無しで、
徐冷し、若しくは650〜700℃に急冷して30分以上保持す
ることを特徴とするその後の球状化処理が省略可能な冷
間加工用熱間圧延線棒鋼の製造方法。