JPH11503491A - 例えば高合金鋼又は過共折鋼から成る棒材又は管材等の熱間仕上げの延伸された製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、選択された装入素材が成形温度に加熱されて１つ又は複数の成形ステップの後に、元の成形温度より低い温度に再加熱され、複数のロールスタンドを有するレデューサにより連続圧延により最終寸法に成形され、次いで静止空気に曝されて冷却される例えば高合金鋼又は過共折鋼から成る棒材又は管材等の熱間仕上げの延伸された製品の製造方法に関する。本発明は、第１の成形ステップの後にかつ再加熱の前に、ある特定の温度領域内の所定温度に制御されて加熱又は冷却されることにより、中間製品の長さ及び厚さにわたり均一な温度分布が形成されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 例えば高合金鋼又は過共折鋼から成る棒材又は管材等の 熱間仕上げの延伸された製品の製造方法 本発明は、請求項１の前段に記載の例えば高合金鋼又は過共折鋼から成る棒材 又は管材等の熱間仕上げの延伸された製品の製造方法に関する。 例えば１００Ｃｒ６のような転がり軸受鋼等の高合金鋼又は過共折鋼は、高温 （１１００〜１２５０℃）の冷却の際に粒界カーバイド及びパーライト組織成分 を形成する。これらの粒界カーバイド及びパーライト組織成分は機械加工性又は 焼入れ性及び切削無しの成形を劣化する。球状セメンタイトを有する更なる処理 に適する組織は１６時間以上の長い焼きなましプロセス（ＧＫＺ焼きなまし）を 行わないと生成されない。過去において、軟化焼きなましの時間を短縮する方法 又は軟化焼きなましを完全に代替する方法さえ考慮された。 F．Mladen 及びE．Hornbogenは、鋼１００Ｃｒ６の機械的性質への熱機械的処 理の影響を調べた（Archiv Eisenhuettenwesen 49（1978）Nr．2，449〜453頁） 。オーステナイト化は、Ｆｅ₃Ｃの完全な融解への限界温度（０．９９質量％の Ｃ含有量において１１００℃より僅かに低い温度）より高い温度で起こる。熱間 圧延は１１００℃から開始して同時に７２０℃まで冷却しながら行われた。７２ ０℃から室温への冷却は水焼入れにより行われた。成形順序の詳細はこの論文に 説明されていない。熱機械的に処理された組織は、カーバイドの微細拡散分布を 有し、この微細拡散の程度は、光学顕微鏡の分解能の限界に到達する程である。 良好な分布の理由は、転位密度の増加と、転位から発生する亜粒界（サブバウン ダリー）とにあり、これによりカーバイドの新しい核生成個所が生成される。 ドイツ特許出願第ＤＥ−ＰＳ２３６１３３０号明細書から、０．７〜１．２質 量％の炭素含有量を有する鋼から成る円筒形圧延物の製造方法が公知である。こ の方法では、１０００℃で熱間圧延されたスチールワイヤを急速に、下部パーラ イトレンジに相応する温度に冷却し、次いで等温で転移させ、中間焼きなまし無 しの冷間引抜き加工で５０ＨＲＣの硬さにする。ワイヤを急速に冷却し、次いで 等温で転移させることにより、微細層状パーライトを有する組織が得られ、この 組織により、デスケーリング及びリン酸処理の後にワイヤを、焼きなましを間に 行う必要なしに引抜き加工できる。 本発明の課題は、例えば球状セメンタイト（ＧＫＺ）への焼きなまし等の前も っての軟化焼きなまし無しに無切削の更なる処理及び最終熱処理に最良に適する 組織を生成する、例えば転がり軸受鋼等の高合金鋼又は過共折鋼から成る棒材又 は管材等の熱間仕上げの延伸された製品をとりわけ小さいコストで製造する、方 法を提供することである。別の１つの課題は、前もっての軟化焼きなまし無しに 更なる切削処理及び後続の最終熱処理に最良に適する組織を生成することである 。 この課題は請求項１の特徴部分に記載の特徴により解決される。有利な実施の 形態は従属項の構成部分である。 互いに適合調整されている工程により、転がり軸受鋼の場合にはブリネル硬さ が２８０ ＨＢ３０以下、有利には２５０ ＨＢ３０より小さい所望の組織を生 成することができる。この組織により更に、例えば熱間仕上げ管材が軟化焼きな ましせずに直接的に加工処理に供給することが可能となる。最適化された仕上げ プロセスはとりわけコスト的に好適である、何故ならば軟化焼きなましは、これ に伴う搬送及び作業工程を不要とするからである。本発明により熱間仕上げされ 延伸された製品の加工は、冷間引抜き加工又はコールドピルガー加工又は冷間圧 延又はクロスローリングであることもある。 次に、本発明の方法の成功に寄与する工程を詳細に説明する。第１の成形の後 かつ後続の連続圧延プロセスのための再加熱の前における第１の工程は、異なる 温度を有する圧延素材の長さ及び周縁にわたる温度補償調整のための制御された 加熱又は冷却であり、制御された補償調整温度は再加熱炉の中で所定温度より低 い。前述の措置の第１の目的は、圧延素材の温度を、再加熱炉の制御可能性を考 慮しても非常に正確に調整設定できるようにすることにある。更にこの措置によ り、レデューサへ入込む前の管における温度の関数としての壁厚測定のためにで きるだけ正確で再現可能な条件を与えることが可能となる。選択的に採用する措 置、すなわち加熱又は冷却は、圧延する素材の厚さに依存する。厚肉の管材の場 合には、例えば管プッシュベンチ装置において、管の温度は第１の成形すなわち 穿孔、延伸及びプッシュの後でも７００℃より高い。このような場合、温度補償 調整により、制御された冷却を介して６５０〜７００℃の温度領域内の所定の補 償調整温度に到達する。非常に急速に温度が低下する薄肉の管の場合、温度はし ばしば６５０℃より低い。従って制御される加熱を介して６５０〜７００℃の前 述の領域内の所定補償調整温度への温度補償調整が行われなければならない。 実際の再加熱は、Ａｃ₁より低いが６５０℃より高いか又はＡｃ₁より高いがＡ ｃ_maより低い（ａ＝カーバイド融解の領域の始め）。この場合、公知なようにＡ ｃ₁温度又はＡｃ_ma温度は第一に装入材料品質の炭素含有量と成形経歴とに依存 することを考慮しなければならない。第１に挙げた温度領域は連続的な時間・温 度転移図表（ＺＴＵ）において二相域α＋Ｆｅ₃Ｃに相応し、第２に挙げた温度 領域は二相域γ＋Ｆｅ₃Ｃに対応する。 これに適合する工程として提案される組合せの１つの措置は、ストレッチレデ ューサでの最終の連続圧延プロセスでの好ましい条件に関する。他の圧延方法と 異なり、この急速に経過する連続圧延プロセスにおける介入可能性は僅かである 。それにもかかわらず、提案される方法にとって重要な点は、第一にレデューサ の１つのロールスタンド当りの最小成形率が伸び率λ_RW≧１．０３として表され 、第二に全成形率のための最小伸び率λ≧１．５が保持されることにある。特別 の 場合には全伸び率はもっと低い、すなわちλ≧１．４であることもある。更に圧 延の間の損失時間に因り発生する温度上昇、又は過度の冷却に起因して発生する 温度低下をできるだけ僅かにして保持しなければならない。いずれにせよ、圧延 がそれぞれの二相域で行われ、最後のロールスタンドから出る際にも圧延装置は 、それぞれの二相域に対応する温度を有することが保証されなければならない。 これはγ＋Ｆｅ₃Ｃでの有利な圧延において、圧延素材の温度がＡ_cmaを越えては ならないことを意味する。この狭い温度領域を保持することは、特別の場合には 制御される冷却剤調整を介して及び／又は外部の熱装置による熱供給を介して及 び／又は圧延ロール幾何学的形状と圧延速度と第１の孔型におけるころし量（st ichabnahme）の変化を介して可能である。圧延ロールの幾何学的形状ではとりわ け、プレスされる長さが重要である。 本発明の方法は一般的に、引張りを有することもあり又は有しないこともある レデューサ又はサイザを終りに有するすべての公知の管製造方法に適用可能であ る。例えばこれはマンドレルミル圧延路、プラグミル圧延路及びアッセルミルで の方法であることもある。なかんずく、転がり軸受鋼から継ぎ目無管を製造する プッシュベンチ法に適する。本発明の方法のための装入材料として（鍛造又は圧 延された）鋳片又は（四角形又は丸形の）連鋳材が可能であり、連鋳材は公知の ように圧延装入の前に変形され焼きなましされる。試験により分かった点は、本 発明の方法は、公知の転がり軸受鋼の化学分析値が変更される場合にとりわけ有 利に適用されることである。これは第一に硫黄含有量及び燐含有量に関し、第二 にクロム／炭素比に関する。成形速度が上昇する際に粒界における可能な融解を 、マンガン対硫黄比を考慮してＦｅＳを抑圧することにより回避するためには、 硫黄含有量及び燐含有量はそれぞれ最大で０．００５質量％であるべきである。 この融解の危険は、変形速度の大きさが相応する温度上昇を発生させる程に大き い場合に、第１の成形ステップにおける所要の高い成形温度に起因して起こる。 こ の理由から第１の成形段における変形速度は、温度が圧延素材の内部ですなわち 最も不都合な個所でも１１７０℃を越えないように選択される。更にＳ及びＰの 小さい含有量は、行うかもしれない後続の切削無しの成形工程に良好に影響する 。 減少するＳ含有量及びＰ含有量は、溶融金属の中の小さい酸素含有量を調整設 定するための二次製鋼においても有利であり、これにより酸素純度が改善される 。 クロム対炭素比は１．３５〜１．５２の領域内にあるべきである。有利には１ ．４５である。この場合に炭素含有量は例えば０．９４質量％であり、クロム含 有量は約１．３６質量％である。この比率以上では、望ましくないカーバイドバ ンド形成に正に影響を与えることがある。 普通は必要な軟質焼きなましが不要となることにより得られるコスト的利点は 、転がり軸受の場合に装入材料として何等の予変形がされていない、すなわち鋳 造されただけの状態でしかも前置熱処理（拡散）をしていない連続鋳造棒材を使 用することにより促進できる。 別の１つの改善措置は、最後の成形工程の後の冷却工程に関する。圧延機から 出た後に圧延素材は静止空気により又は空気シャワーにより、ＺＴＵ図表におい てマルテンサイト点より高くベイナイトノーズ（Nase des Beinits）より低い組 織に対応する温度に冷却される。成形素材はこの領域内で数時間にわたり等温に 保持される。この方法は、内部応力の低減の面で好適であることが分かった。装 置的にはこれは、冷却ベッドが適切な個所に例えば断熱的に被覆されるか、又は 圧延材が温度補償調整炉又は焼き戻し炉に供給されるようにすることで実現され る。 切削加工の後に個々の仕上り製品を焼入れすることを省くために、圧延素材を 冷却後に６００〜７００℃に加熱し、冷却し、次いで１８０〜２１０℃で焼き戻 しすることが更に提案される。これにより圧延素材は、仕上り製品の要求される 最終硬さに相応する硬さを有することになる。 例えば転がり軸受鋼から成る棒材又は管材等の熱間仕上げの延伸される製品の 提案される新規の製造方法は次の利点を有する。 ａ） 特別の焼きなまし炉のための投資コストを節約し、長時間のＧＫＺ焼き なましのための作動コストを節約する。 ｂ） 搬送工程及び作業工程（焼きなまし、矯正）を不要にし、これにより欠 陥可能性が低減され、これにより、より短い作動継続時間において熱間仕上げ製 品のコストが低減され、更なる成形工程のための素材の価格が低下する。 ｃ） 作業工程列の短縮と、酸化する焼きなましが不要であることに起因して 脱炭深さが浅くなることにより材料利用率が改善される。すなわち削りしろを少 なくし、削り屑を少なくすることができ、顧客にとっては、把持チャックのため の寸法を確保することができる。 ｄ） 圧延機から出た圧延素材が、低下された成形温度に起因してより高い剛 性を有し、冷却ベッドで充分に直線的になる。従って矯正は通常は不要である。 ｅ） 生成された組織は非常に粒子が微細である。これにより、調質において より高くかつ均一な硬さが得られ、靭性が改善される。これは、例えば転がり軸 受等の仕上り製品の後の寿命に良好に作用する。 ｆ） 新規のプロセステクノロジーにより得られた組織は、付加的な熱処理無 しに例えば冷間引抜き加工、コールドピルガー圧延、冷間ロール成形又はクロス ローリング等の冷間成形工程にかけられることが可能である。冷間引抜き加工さ れた管は応力除去焼きなましの後に、コールドピルガー圧延された管と同様の性 質を有する。 ｇ） Ｓ含有量及びＰ含有量が低減され、Ｃｒ含有量及びＣ含有量が下限に置 かれることにより、溶融金属を小さいコストで形成できる。カーバイドバンド形 成を最小化し、酸素純度を改善することにより、仕上り製品の利用特性が向上す る。 １つの実施の形態を用いて本発明の方法を詳細に説明する。管穿孔台装置で、 外径４０．９ｍｍ×壁厚４．８ｍｍの寸法の熱間仕上げ管が材料１００Ｃｒ６か ら製造される。直径２２０ｍｍと長さ１００ｍｍとを有する連続鋳造棒材から約 ８５０ｍｍの長さの装入鋳片が切断される。１００Ｃｒ６から成る装入鋳片は鋳 造状態にある、すなわち装入鋳片は熱間加工も予変形もされていない。切断され た鋳片は回転炉床炉に装入され、約１１４０℃に加熱される。１５０分の全加熱 時間の経過後に鋳片は個々に炉から取出され、高圧水デスケーリングの後にパン チングプレスに供給される。パンチングプレスで有孔素材への最初の成形が行わ れる。この実施の形態では有孔素材は次の寸法を有する。 外径 ２２３ｍｍ 内径 １２１ｍｍ 壁厚 ５１ｍｍ この成形は２９．４％の断面減少率又はλ＝１．４２の伸び率に対応する。形 状変化速度はこの例では０．４５ｓ^-1であり、最適な温度範囲内におかれる。 パンチングプレスの後に更なる成形が行われる、すなわちアッセルミルでの延 伸が行われる。この成形の際に１９２ｍｍの外径、１１２ｍｍの内径及び４０ｍ ｍの滑液を有するスリーブブルーム（Huelse）が作製される。断面減少率は３０ ．７％であり、ひいては伸び率はλ＝１．４４である。この成形段階では圧延の 際に高温が内面に発生する。従ってこの段階ではかんずく、スリーブブルーム内 面の温度が１１７０℃を越えないように注意すべきである。何故ならばさもない と粒界融解により内面欠陥が発生するおそれがあるからである。制御量としてロ ール回転数の変化及び搬送角度の変化を使用できる。第３の成形段階としてプッ シュベンチでのプッシュが続く。選択された最終寸法のために、１２２．８ｍｍ の外径、１１２ｍｍの内径及び５．４ｍｍの壁厚を有するプッシュベンチチュー ブビレット（Stossbankluppe）が形成される。複数のスタンドを通過してプッシ ュ された後にチューブビレットはデタッチングミルで内部工具としてのマンドレル から解放される。その際、チューブビレットの温度は引出しロール対に到達する までに更に低下し、前述の場合には６５０〜７００℃の領域内のレベルに到達す る。プッシュロッドの引出し後にチューブビレット端部は材料切断される。本発 明ではチューブビレットが再加熱装置に入る前にチューブビレットは、制御され た冷却にかけられ、これにより６５０〜７００℃の領域内の均一な温度が得られ る。この場合、約６７０℃の温度レベルが目標にされる。断熱バッファによりチ ューブビレットはある時間にわたり保持され、これにより、より高い温度レベル のチューブビレット領域から熱がより低い温度レベルの領域へ流れることが可能 となる。断熱は、チューブビレット温度の全レベルが所定目標値より低く低下し ないことを保証する。再加熱炉の温度はこの例では、成形素材において約７４０ ℃の温度が得られるように調整設定される。この温度でチューブビレットはスト レッチレデューサの中に入り込む。ストレッチレデューサはより大きい数の３ロ ール形ロールスタンドから成り、これらのロールスタンドはそれぞれ１２０°だ けずれて圧延線の中に配置されている。４０．９×４．８ｍｍの最終寸法を有す る選択された例においては１９のロールスタンドが使用される。基本ロールスタ ンドでの成形は７．１〜８．１％の断面減少率で行われる。全成形は３．６６の 伸び率λに対応して７２．７％である。成形条件は、例えば孔型設計及び圧延速 度の選択と冷却の調整設定とにより、７６０℃までの僅かな温度上昇が許容され るように選択される。これにより、ストレッチレデューサにおける成形が完全に 二相域γ＋Ｆｅ₃Ｃの中で行われることが保証される。このようにして圧延され た１００Ｃｒ６から成る管材は冷却の後に、ＧＫＺ組成に類似の組成を有する。 微細分散組成は、僅かなパーライト残留物を有する球状化焼きなましされたセメ ンタイトから成る。このようにして管のブリネル硬さは２５０ ＨＢ３０より小 さい。硬さ値の分散は僅かである。組成は、通常のＧＫＺ焼きなましによるもの に 比してより微細に形成され、これは図１と図２との比較により分かる。 本発明の方法により製作された管は付加的な熱間加工無しに、切削によらず又 は切削により更に処理されることが可能である。例えば冷間圧延されることがで きる。次の方法、すなわち、 − 再加熱炉の中へ入る前に的確に温度案内すること、 − 通常の操作方法に比して再加熱炉の温度を低下すること、 − 二相域で圧延すること、 − １６時間より長い時間のＧＫＺ焼きなましをしないこと、 により、従来の技術に比してより薄肉の脱炭された層が得られる。従って、切削 加工に必要な管の過剰寸法を低減することが可能である。矯正の後の僅かな応力 の焼きなましにもかかわらず、本発明の方法により得ることができる塑性を有す る冷間圧延された管材は、コールドピルガー圧延された管材と同一の特性を有す る。 本発明の技術と従来の技術との相違を明瞭にするために、１００Ｃｒ６から成 る４０．９ｍｍの外径×４．８ｍｍの壁厚の最終寸法が通常の方法で圧延された 。この管材における求められた硬さは、再加熱炉を１０００℃に調整設定した場 合に３２８ ＨＢ３０である。この硬さは、更なる処理の前にＧＫＺ焼きなまし が必要である程に高い。 例えば６０．３×８．０ｍｍの厚肉の熱間圧延管材寸法の製作の場合、ＺＴＵ 図表による冷却を、マルテンサイト点より高いがしかしベイナイトノーズより低 く等温保持時間が導入されるように制御すると有利である。温度領域は有利には ２４０〜３００℃である。この温度領域内に３．５時間より長い間保持した後に に室温への冷却を行うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＢＲ，ＢＹ ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＦＩ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ， ＭＸ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＵＡ，Ｕ Ｓ，ＶＮ (72)発明者 ゾウハー，グスタフ ドイツ連邦共和国、デー 01237 ドレス デン、グーベナー・シュトラーセ 49

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．選択された装入素材が成形温度に加熱されて１つ又は複数の成形ステップ の後に、元の成形温度より低い温度に再加熱され、複数のロールスタンドを有す るレデューサにより連続圧延により最終寸法に成形され、次いで静止空気に曝さ れて冷却される熱間仕上げの延伸された高合金鋼又は過共折鋼から成る製品の製 造方法において、 第１の成形ステップの後にかつ再加熱の前に、ある特定の温度領域内の所定温 度に制御されて加熱又は冷却されることにより、中間製品の長さ及び厚さにわた り均一な温度分布が形成され、次いでＡ_c1より低いが６５０℃より高い温度又は Ａ_c1より高いがＡ_cmaより低い温度への再加熱が二相域の中で行われ、レデュー サでの成形及び冷却及び場合に応じて付加的な外部からの加熱が、圧延素材の中 の温度上昇が第１の孔型における温度に対して僅かなままであるように、かつ圧 延素材がレデューサでの成形の間にわたり及び圧延機から出る際に温度的に二相 域の中にあるように調整設定され、伸び率としての最低成形率が全成形率に対し て表されてλ≧１．５であり、レデューサの単一ロールスタンドでの最低成形率 がλ_RW≧１．０３であることを特徴とする熱間仕上げの延伸された製品の製造方 法。 ２．再加熱の前の温度平衡調整のための所定温度が６５０〜７００℃の領域内 にあることを特徴とする請求項１に記載の熱間仕上げの延伸された製品の製造方 法。 ３．圧延存在の再加熱が６５０℃より高いが７１０℃より低い領域内の温度又 は７１０℃より高いが８８０℃より低い温度に到達するように行われることを特 徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱間仕上げの延伸された製品の製造方法 。 ４．レデューサでの圧延素材の温度上昇又は温度低下が、特別の場合には制御 された冷却剤調整を介し及び／又は外部の加熱装置による熱供給を介し及び／又 は圧延ロール幾何学的形状と圧延速度と孔型圧延によるころし量との変化を介し て狭い限界の中に保持されることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのい ずれか１項に記載の熱間仕上げの延伸された製品の製造方法。 ５．例えば転がり軸受鋼等の過共折鋼を装入する場合、硫黄含有量及び燐含有 量がそれぞれ０．００５質量％であり、クロム／炭素比は１．３５〜１．５２の 領域内に選択されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１ 項に記載の熱間仕上げの延伸された製品の製造方法。 ６．Ｃｒ／Ｃ比が有利には１．４５であることを特徴とする請求項５に記載の 熱間仕上げの延伸された製品の製造方法。 ７．装入材料として連続鋳造棒材が、何等の予変形無しにすなわち鋳造された ままの状態でかつ前もっての熱処理（拡散焼きなまし）なしに使用されることを 特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の熱間仕上げの延 伸された製品の製造方法。 ８．第１の成形ステップでの変形速度が温度補償調整の前に、圧延素材の内部 の最高温度が１１７０℃を越えないように選択されることを特徴とする請求項１ から請求項７のうちのいずれか１項に記載の熱間仕上げの延伸された製品の製造 方法。 ９．圧延素材が圧延の後にマルテンサイト温度域より高いがベイナイトノーズ より低い温度（連続的ＺＴＵ図表）に冷却され、長い時間にわたり保持され、次 いで公知のように室温に冷却されることを特徴とする請求項１から請求項８のう ちのいずれか１項に記載の熱間仕上げの延伸された製品の製造方法。 １０．熱間仕上げ製品が冷却の後に６５０〜７００℃に加熱され、所定の時間 にわたり保持され、次いで再び冷却され、次いで１８０〜２１０℃の温度で焼き 戻しされ、次いで静止空気により冷却されることを特徴とする請求項１から請求 項９のうちのいずれか１項に記載の熱間仕上げの延伸された製品の製造方法。