JPH09324214A

JPH09324214A - 鋼線の製造方法

Info

Publication number: JPH09324214A
Application number: JP14273996A
Authority: JP
Inventors: Takanari Hamada; 貴成浜田; Norimasa Ono; 訓正小野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 1997-12-16

Abstract

(57)【要約】【課題】熱間で圧延されたままの線材を低コストで効率
良く軟化、球状化させる鋼線の製造方法を提供する。【解決手段】Ｃ含有量が０．８重量％を超える鋼から熱
間圧延された線材を、２０℃／秒以上の加熱速度でＡc
_cm 点〜Ａc_cm 点＋１００℃の温度域に加熱して１〜１
０秒保持した後、圧延により８００〜６８０℃の温度域
で総減面率３０％以上の延伸加工を行い、その後７４０
〜６５０℃の温度域で４０分以上保持し、次いで、２０
℃／秒以下の冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、線材を２次加工す
る鋼線の製造方法に関し、より詳しくは、熱間で圧延さ
れたままの線材を、低コストで効率良く球状化させて軟
化させる鋼線の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軸受を構成するボール、コロ、ニ
ードルやシャフトなどの素材として用いられる鋼線に
は、後加工である切断や冷間鍛造、更には切削などの冷
間成形を容易にしたり、耐摩耗性を向上させる目的か
ら、線材に熱間圧延した後で球状化焼鈍が施され、この
処理には１０〜２５時間を要している。

【０００３】このため、製造コストを低減する観点か
ら、及び脱炭や酸化の問題を回避する観点から、球状化
焼鈍時間（球状化処理時間）の短縮化に対する要望が極
めて大きい。

【０００４】球状化処理時間の短縮については、例えば
特開平２−２２１３２４号公報において、Ｃ含有量が
０．８重量％を超える過共析鋼に３０％以上の冷間加工
を加えた後、特定条件で熱処理する球状化処理方法が提
案されている。しかしながら、球状化焼鈍を施して軟化
させた場合とは異なって、熱間圧延のままの硬いパーラ
イト組織を有する鋼材に３０％以上の冷間加工を施すた
めには強力な加工機が必要であるし、特に、鋼材のＣ含
有量が高い場合には極めて硬く、３０％以上の冷間加工
を行うことが困難な場合も多い。更に線材の冷間加工と
して一般的な冷間伸線の場合には、鋼板における冷間圧
延の場合とは異なって、特に鋼材の表層部に加工が集中
するため、前記公報における冷間加工の目的とするパー
ライト（層状炭化物）の一様な分断・微細化が困難であ
り、加えて炭化物からのクラックの発生やフェライトに
おける加工硬化が重なって、鋼材の表層部に「割れ」を
生ずるという問題が避けられなかった。

【０００５】特開昭６１−１５３２２９号公報には、鋼
線素材をその仕上げ圧延時に制御圧延した後でマルテン
サイト組織にすることによって迅速球状化が可能な線材
の製造方法が開示されている。しかしながら、オーステ
ナイト未再結晶温度域で仕上げ圧延を行うのは圧延機へ
の負担が大きいばかりか、圧延の温度域や圧下率を制御
しなければならないので生産性が低下するという問題が
ある。更に、球状化焼鈍の時間は、例えば、２０時間か
ら９．５時間へと約１／２に短縮できる程度であって、
処理時間の大幅な短縮は望めないものである。

【０００６】特開平６−３４０９２６号公報には、２％
以下のＣを含有する鋼の熱延線材に冷間で５〜９０％の
塑性加工を加えた後、Ａc₃点以下３００℃以上の温度域
で５〜９０％の塑性加工を加え、次いでこの線材を特定
の条件で熱処理し、球状化組織を得る方法が開示されて
いる。しかしながら、この公報で提案された方法におい
ても、熱間圧延ままの線材に冷間加工を施さねばならな
いので、既に述べた問題が生ずる。

【０００７】特公昭６４−４５６８号公報には、熱間圧
延工程又は２次加工工程において、加工条件とその後の
直接熱処理条件を制御することにより、別ラインでの球
状化焼鈍処理を省略するか、あるいは球状化処理時間を
短縮できる「球状化組織を有する棒鋼と線材の製造法」
が開示されている。しかし、この公報に提案された方法
では、２％以下のＣを含有する鋼をオーステナイト単相
組織とする必要がある。しかし、熱間圧延ままの組織を
オーステナイトに逆変態させるためにはかなりの時間を
要する場合がある。すなわち過共析鋼、なかでもＣ含有
量が０．９５重量％を超える軸受鋼にあっては、熱間圧
延の冷却過程で、網状の炭化物（主としてセメンタイ
ト）がオーステナイト粒界に生成する場合がある。そし
て、この網状の炭化物をオーステナイト中に完全に再固
溶させるには、高温で長時間の加熱処理を必要とする。
このように、上記公報で提案された技術を用いても、必
ずしも短時間で球状化処理を行えなかった。

【０００８】なお、特開平６−３４０９２６号公報と特
公昭６４−４５６８号公報の２つの公報に提案された方
法では、２次加工での「温間塑性加工」は穴ダイス（伸
線ダイス）やローラダイス、ロールベンダといった通常
の線材の塑性加工法を用いて行う必要がある。

【０００９】ところが、通常の穴ダイスを用いた伸線加
工を、温間での塑性加工の手段として適用することは、
生産効率やコスト面、あるいは技術面で極めて難しい。
これは、次の（イ）〜（ハ）の理由による。

【００１０】（イ）穴ダイスを用いた伸線加工の場合に
は、焼付きを防止するための酸洗・潤滑処理が必要であ
り、工程が複雑化することに加えて、コストも嵩む。

【００１１】（ロ）被加工材と工具との接触時間が極め
て短い温間や熱間での鍛造などの加工用に用いられる通
常の潤滑剤（ガラス、黒鉛や２硫化モリブデンなど）
を、伸線加工用の潤滑剤として用いても焼付き防止の効
果は得難い。あるいは、効果が得られても伸線加工後に
その潤滑剤を除去することに工数とコストが嵩んでしま
う。そのため、所望の温間伸線用の潤滑剤としては、極
めて高価な特殊なものを用いなければならない。

【００１２】（ハ）穴ダイスを用いた伸線加工では、被
加工材と工具（ダイス）との接触摩擦により加工発熱が
大きくなって、所望の組織が得られなくなる。あるい
は、前記の加工発熱を防止するために、ダイスを冷却す
るなどの特殊な設備を用いても良いが、これによって逆
に所望の加工温度が確保できなくなり、そのために所定
の組織が得られなくなる。

【００１３】又、ローラダイスによる加工も伸線加工と
同様に引抜き加工であるため、ローラダイス加工に特有
の下記（ニ）〜（ヘ）のような問題があった。

【００１４】（ニ）温間では材料（被加工材）の強度が
低いため、破断との関係から１回の減面率を大きくする
ことができず低減面率加工としなければならない。この
ため材料の表層部に多くの応力が加わり、応力が材料の
内部にまで浸透しにくい。

【００１５】（ホ）ローラダイス加工で大きな総減面率
を確保するためには、ローラダイス間にキャプスタンま
たはピンチローラなどの引抜きのための装置を設置する
必要があり、大がかりな装置となってしまう。

【００１６】（ヘ）材料には引抜き力としての張力が働
き、しかも一方ではローラによる圧縮力が加わる。した
がって、加工の自由面にスリップバンドである斜め疵が
発生し易くなり、装置の調整が極めて難しくなる場合が
ある。一方、ロールベンダを用いた加工にも下記
（ト）、（チ）のような問題があった。

【００１７】（ト）ロールベンダを用いた加工の本質は
曲げ加工であるため、材料（被加工材）に働く引張り力
のバランスを同一断面内で調整することが極めて難し
い。このため、加工後の寸法精度が悪くなってしまう。

【００１８】（チ）温間では材料（被加工材）の強度が
低いため、ロールベンダを用いた加工の場合は破断との
関係から加工度を調整することが困難である。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、熱間
で圧延されたままの線材を、低コストで効率良く球状化
させて軟化させる鋼線の製造方法を提供することにあ
る。具体的には、２次加工時の工具長寿命化を果たすた
めに、熱間で圧延されたままの線材から、球状化率が８
５％以上で硬度がＨｖ２４０以下の鋼線を製造する方法
を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するため実験・検討を重ねた結果、下記の知見
を得た。

【００２１】熱間圧延ままの組織を急速加熱処理して
短時間保持し、面積率で１０％以上の炭化物（主として
セメンタイト）を残存させた状態で塑性加工を加え、そ
の後直ちに所定の温度域で保持し、次いで、適正条件で
連続冷却すれば容易に球状化組織が得られる。

【００２２】前記の塑性加工には、圧延による延伸加
工を適用すれば良い。この場合、１パス当たり２０％程
度の大きな減面率が容易に採れる。しかも、ロール冷却
水やロールからの抜熱のために、加工発熱はほとんど生
じない。このため、容易に所定の温度域で保持すること
が可能で、硬度Ｈｖ２４０以下、球状化率８５％以上の
鋼線が効率良く得られる。

【００２３】ここで「球状化率」とは、「走査電子顕微
鏡で撮影したミクロ組織中の１００個以上の鋼中炭化物
について、長径と短径を測定した場合の、長径／短径が
３．０以下の炭化物数の全炭化物数に対する割合
（％）」をいう。

【００２４】前記の塑性加工に圧延による延伸加工を
適用すれば、酸洗や特殊な潤滑剤を用いることも必要で
ない。

【００２５】上記知見に基づく本発明は、下記に示す鋼
線の製造方法を要旨とする。

【００２６】Ｃ含有量が０．８重量％を超える鋼から熱
間圧延された線材を、２０℃／秒以上の加熱速度でＡc
_cm 点〜Ａc_cm 点＋１００℃の温度域に加熱して１〜１
０秒保持した後、圧延により８００〜６８０℃の温度域
で総減面率３０％以上の延伸加工を行い、その後７４０
〜６５０℃の温度域で４０分以上保持し、次いで、２０
℃／秒以下の冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却す
ることを特徴とする鋼線の製造方法。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の各要件について
詳しく説明する。

【００２８】先ず、熱間圧延された線材（以下、被処理
材ともいう）の加熱温度域をＡc_cm点〜Ａc_cm 点＋１０
０℃としたのは、この温度範囲においては、熱間圧延ま
まの線材におけるパ−ライト中の層状セメンタイトや炭
化物が、マトリックス中に完全には固溶しないからであ
る。すなわち、粒界及び粒内に、面積率で１０％以上の
炭化物（主としてセメンタイト）を残存させて、これを
球状炭化物の析出核として利用するためである。この残
存炭化物は、加熱保持後の延伸加工によって変形破壊し
て分断され、その後の冷却過程で凝集する。したがっ
て、容易に球状化組織が得られる。

【００２９】被処理材をＡc_cm 点＋１００℃を超える温
度に加熱すると、たとえ急速短時間処理であっても、パ
−ライト中の層状セメンタイトや炭化物がマトリックス
中に固溶してしまうので、圧延による延伸加工後の冷却
速度を緩冷却としても、層状パ−ライトが生成してしま
い、球状化組織を得るのが困難になる。一方、Ａc_cm点
を下回る温度での加熱では、上記の炭化物やパ−ライト
中の層状セメンタイトの固溶が不十分となるばかりでな
く、温度が低いために、圧延による延伸加工を行った場
合でも、加工歪の解放が遅れて硬度が上昇してしまう。
更に、後述する加工温度の制約もあって、被処理材の加
熱温度域をＡc_cm 点〜Ａc_cm 点＋１００℃とした。

【００３０】被処理材を上記の温度域に加熱するための
加熱速度を２０℃／秒以上としたのは、２０℃／秒を下
回る加熱速度では、パ−ライト中の層状セメンタイトや
炭化物がマトリックス中に固溶してしまい、粒界及び粒
内に、面積率で１０％以上の炭化物（主としてセメンタ
イト）を残存させて、これを球状炭化物の析出核として
容易に球状化組織を得ようとする本発明の目的が達せら
れないからである。なお、加熱速度の上限は、残存炭化
物量を４０％程度に抑えるために５００℃／秒程度とす
ることが好ましい。

【００３１】被処理材を前記の温度域に保持する時間を
１〜１０秒としたのは、１秒未満の保持時間ではパ−ラ
イト中の層状セメンタイトや炭化物のマトリックス中へ
の固溶が不十分で、４０％を超える炭化物が残存するた
めである。一方、保持時間が１０秒を超えると、パ−ラ
イト中の層状セメンタイトや炭化物がマトリックス中に
固溶してしまい、粒界及び粒内に、面積率で１０％以上
の炭化物（主としてセメンタイト）を残存させて、これ
を球状炭化物の析出核として容易に球状化組織を得よう
とする本発明の目的が達せられないからである。

【００３２】なお、「被処理材を前記した温度域に１〜
１０秒保持する」とは、「被処理材が前記温度域にある
時間が１〜１０秒である」ことを指し、前記温度域の特
定温度で保持されることに留まらず、前記温度域で昇温
や降温の処理を受けても良いことを意味する。

【００３３】次に、被処理材を急速短時間加熱処理した
後の加工を、圧延による延伸加工に限定したのは、１パ
ス当たり２０％程度の大きな減面率が容易に採れ、且
つ、ロール冷却水やロールからの抜熱のために、加工発
熱はほとんど生じないため、容易に所定の温度域で保持
することが可能で、硬度Ｈｖ２４０以下、球状化率８５
％以上の鋼線が効率良く得られるからである。更に、こ
の圧延による延伸加工の場合には、酸洗や特殊な潤滑剤
を用いる必要がないので、鋼線を低コストで効率良く球
状化処理することが可能である。

【００３４】上記の、圧延による延伸加工に関し、８０
０℃を超える温度での加工では、セメンタイトの加工誘
起変態が不完全なため、球状セメンタイトの核生成が不
十分となって所定の温度域で保持しても８５％以上の球
状化率が得られないためである。一方、６８０℃より低
い温度での加工は、加工前に既に層状セメンタイトが析
出しているため球状化の効果が得られない。したがっ
て、圧延による延伸加工の温度域を８００〜６８０℃と
規定した。

【００３５】前記の圧延による延伸加工において、総減
面率が３０％未満の加工では準安定オ−ステナイトの微
細化が不十分となるので、その後の球状セメンタイトの
生成場も少なくなって、層状セメンタイトが析出し易く
なる。そして所定の温度域で保持しても所望の硬度Ｈｖ
２４０以下、球状化率８５％以上の鋼線が得られない。
このため、圧延による延伸加工の総減面率を３０％以上
と規定した。なお、圧延による延伸加工の総減面率の上
限には特に制限はなく、所望サイズの鋼線が得られさえ
すれば、設備上の上限となる総減面率で加工を行っても
良い。

【００３６】上記の圧延による延伸加工の後、被処理材
を７４０〜６５０℃の温度域で４０分以上保持するの
は、延伸加工によって変形破壊したセメンタイト及び新
たに析出したセメンタイトをＣの拡散によって凝集させ
るためである。保持温度が７４０℃を超えると、析出し
たセメンタイトがマトリックス中に再固溶してしまうた
め加工誘起析出の効果が損なわれてしまい、鋼線に所望
の硬度と球状化率を付与できなくなる。一方、６５０℃
未満の保持温度は、Ｃの拡散が不十分なためにセメンタ
イトの凝集に極めて長時間を要してしまい、工業的生産
には適さない。

【００３７】圧延による延伸加工の後、被処理材を７４
０〜６５０℃の温度域で保持した場合であっても、保持
時間が４０分未満ではセメンタイトの凝集が不十分とな
って、所望のＨｖ２４０以下の硬度が得られない。した
がって、上記温度域での保持時間は４０分以上とする必
要がある。保持時間の上限は特に制限するものではない
が、低コストで且つ効率的な生産を行うために、５時間
以下の保持時間とすることが好ましい。

【００３８】なお、「被処理材を７４０〜６５０℃の温
度域で４０分以上保持する」とは、「被処理材が７４０
〜６５０℃の温度域にある時間が４０分以上である」こ
とを意味し、「７４０〜６５０℃の温度域の特定温度Ｔ
で４０分以上恒温保持する」ことに留まらず、「７４０
〜６５０℃の温度域で、連続的にあるいはステップ状に
昇温させたり降温させたりする」ことをも含む。

【００３９】前記温度域で、所定の時間保持した後の冷
却は、直ちに冷却速度を制御して少なくとも５００℃ま
で行う必要がある。この際の冷却速度が２０℃／秒を上
回ると、層状セメンタイトが生成して、所望の球状化組
織が得られない。したがって、冷却速度を２０℃／秒以
下とした。なお、生産効率を高めるために上記冷却速度
の下限は８℃／秒程度にすることが好ましい。

【００４０】冷却を終了する温度が５００℃を超える場
合には、たとえ２０℃／秒以下の冷却速度で冷却しても
所望の球状化組織が得られない。

【００４１】上記の２０℃／秒以下の冷却速度で少なく
とも５００℃まで冷却した後は、任意の冷却速度で冷却
して良い。しかし、生産効率を高めるためには２０℃／
秒を超える冷却速度で急冷することが好ましい。なお、
ここでいう冷却速度とは被処理材の表面における冷却速
度のことである。

【００４２】図１は、本発明の方法を実施するために用
いる設備の一例を示す図である。以下に本発明の方法
を、図１を参照して説明する。

【００４３】被処理材（熱間圧延された線材） 8は、ピ
ンチロール 2によってペイオフリール 1から巻き戻され
た後、急速加熱装置 3（例えば高周波加熱装置）で所定
の加熱速度で所定の温度域に加熱され、更に所定の時間
その温度域に保持される。被処理材 8は、その後、冷却
装置 4（例えば水冷装置）で所定の圧延温度範囲に冷却
されて、塑性加工機である連続圧延機 5（例えば３方ロ
ール圧延機や４方ロール圧延機）に送られ、延伸加工さ
れる。この後、被処理材 8は駆動保熱装置 6により所定
温度で所定時間保持される。次いで、被処理材 8は、駆
動保熱装置 6の下流側に設けられた冷却装置4'によって
所定の冷却速度で所定の温度まで冷却される。この後、
被処理材 8は巻き取り装置 7に巻き取られる。なお、巻
き取った被処理材 8を、更に冷却装置（図示せず）で冷
却しても良い。

【００４４】なお、駆動保熱装置 6による所定温度域で
の所定時間の保持の後に、所定の冷却速度で冷却するに
は通常は冷却装置4'を用いる必要があるが、鋼線の仕上
げサイズによっては空冷で所定の冷却速度が得られる。
この場合には冷却装置4'を用いる必要はない。あるい
は、鋼線の仕上げサイズによっては空冷でも大きな冷却
速度となって、２０℃／秒を超える場合がある。この場
合には、冷却装置4'の代わりに保熱装置（図示せず）を
設置して所定の冷却速度を得るようにする。

【００４５】なお、駆動保熱装置 6は、例えば、保熱炉
の中に貯線ドラムを設け、貯線量を変えて保持時間を調
整できる構造としておけば良い。

【００４６】ところで、本発明が対象とする被処理材
は、所定の形状に加工された後、最終工程で焼入れ焼戻
しなどの熱処理が施されて、所望の特性（強度、靭性、
耐食性や耐摩耗性など）が付与される。

【００４７】この最終製品における特性の付与と、球状
化焼鈍を短時間で完了させる意味合いから、熱間圧延さ
れた線材の化学組成としてＣ量のみを０．８重量％超に
限定する。Ｃ含有量が０．８重量％以下では最終製品に
所望の強度（硬さ）を付与することができない。なお、
Ｃ含有量の上限は２重量％程度とすることが好ましく、
１．５重量％を上限にすれば一層好ましい。

【００４８】本発明が対象とする被処理材のＣ以外の他
の化学成分の組成については、特別な限定を加える必要
はない。最終製品における特性の付与が可能であり、且
つ、球状化焼鈍が短時間で完了するような成分組成であ
りさえすれば良い。

【００４９】具体的には、Ｃ以外の被処理材の化学組成
は、例えば、重量％で、Ｓｉ：０〜２％、Ｍｎ：０〜
２．５％、Ｃｕ：：０〜２％、Ｎｉ：０〜４％、Ｃｒ：
０〜２．５、Ｍｏ：０〜１％、Ｖ：０〜０．４％、Ｎ
ｂ：０〜０．１％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ａｌ：０〜
０．１０％、Ｎ：０〜０．０３％、Ｂ：０〜０．００５
％、Ｓ：０〜０．１０％、Ｐｂ：０〜０．３０％、稀土
類元素：０〜０．１０％、Ｃａ：０〜０．０１％、Ｍ
ｇ：０〜０．０１％を含有し、残部はＦｅと不可避的不
純物からなり、不純物としてのＰ：０．０５％以下のも
のであれば良い。

【００５０】

【実施例】表１に示す化学組成を有する鋼Ａを通常の方
法で転炉溶製した。なお、鋼ＡはＪＩＳのＳＵＪ２に相
当するものである。

【００５１】

【表１】

【００５２】次いで、この鋼を通常の方法によって分塊
圧延した後、熱間圧延して直径５．５ｍｍの線材とし、
圧延後は放冷した。

【００５３】直径５．５ｍｍの線材を用いて、図１に示
した設備を使用し、表２に示す条件で処理して、直径
５．２〜２．９ｍｍの鋼線を製造した。なお、記載の温
度まで制御冷却した後は強制空冷した。

【００５４】こうして得られた鋼線について、マイクロ
ビッカース硬度計を用いて硬度測定を行った。更に、走
査電子顕微鏡でミクロ組織を撮影して（倍率：４０００
倍）球状化率を求めた。

【００５５】表２にこれらの調査結果を併せて示す。

【００５６】表２から本発明の方法によれば、球状化率
が８５％以上で、硬度がＨｖ２４０以下である鋼線が得
られることが明らかである。

【００５７】これに対して、処理条件が本発明で規定す
るものから外れた比較例の場合には、本発明例の場合に
比べて球状化率は低く、硬度は高い。

【００５８】

【表２】

【００５９】

【発明の効果】本発明の方法によれば、熱間で圧延され
たままの線材を、効率良く軟化、球状化させることがで
きる。更に、本発明の方法によれば、従来の繰り返し伸
線や長時間熱処理の省略によるコストダウン化ばかりで
なく、圧延による延伸加工を用いるので、穴ダイスを用
いた伸線加工などに比べて操業技術面で容易であり、且
つ、コストの大幅な低下が図れる。このため産業上の効
果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための設備の一例の概
要を示す図である。

【符号の説明】

1：ペイオフリール 2：ピンチロール 3：急速加熱装置 4、4'：冷却装置 5：連続圧延機 6：駆動保熱装置 7：巻き取り装置 8：被処理材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ含有量が０．８重量％を超える鋼から熱
間圧延された線材を、２０℃／秒以上の加熱速度でＡc
_cm 点〜Ａc_cm 点＋１００℃の温度域に加熱して１〜１
０秒保持した後、圧延により８００〜６８０℃の温度域
で総減面率３０％以上の延伸加工を行い、その後７４０
〜６５０℃の温度域で４０分以上保持し、次いで、２０
℃／秒以下の冷却速度で少なくとも５００℃まで冷却す
ることを特徴とする鋼線の製造方法。