JPS5871332A - 冷間加工性のすぐれた棒鋼線材の製造方法 - Google Patents

冷間加工性のすぐれた棒鋼線材の製造方法

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JPS5871332A
JPS5871332A JP16965081A JP16965081A JPS5871332A JP S5871332 A JPS5871332 A JP S5871332A JP 16965081 A JP16965081 A JP 16965081A JP 16965081 A JP16965081 A JP 16965081A JP S5871332 A JPS5871332 A JP S5871332A
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Kazuhiko Nishida
和彦 西田
Masaki Sakamoto
坂本 雅紀
Yoshihiko Kamata
芳彦 鎌田
Katsunori Yamashita
山下 勝徳
Yutaka Yamauchi
裕 山内
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires

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】 この発明は冷間加工性のすぐれた棒鋼・線材の製造方法
をこ関する。
近時、冷間鍛造が熱間鍛造に代る省エネルギー型の加工
方法として、また加工精変の良好なことから鋼材部品の
成形方法としてますますその重要性を高めつつある。し
かし反面、材料の延性が低いと加工性の不良による冷鍛
割れを生じ、また材料の硬さが高いと変形抵抗が大きく
なることからダイスの損耗をまねく等の問題点を抱えて
いる。
これらの問題点を解決するため従来、材料に球状化処理
を施して鋼組織を変えることによって延性を高めると共
に硬さを軟らかくして加工性の改善を図ってきた。しか
しL配球状化処理は通常焼鈍によって行われているため
長時間の操作を要するので、その対策として熱間加工後
の冷却条件を調整することにより、鋼に球状化組織に至
る中間段階組織を生ぜしめ、球状化処理時間を短縮する
等の試みが行われているが、未だに満足する域に到達す
るような成果が得られておらず、さらに処理時間を短縮
できるような対策が望まれていた。
本発明は上記要望に応えて冷間加工性のすぐれた棒鋼線
材を容易に且つ比較的短時間で製造できる製造方法のi
供を目的とする。
すなわち、本発明は機械構造用災素鋼材または低合金鋼
材をAC3点以上の温度に加熱して圧延する棒鋼線材の
熱間仕上圧延において、前記加熱鋼材の表層部のみを強
制冷却してArs点以下の温度で圧延を行い、該圧延番
でよって前記表層部を500°C−ん点+50°Cの温
度域に復熱したのち再び表層部のみを強制冷却する制御
圧延パターンを少なくとも1回繰返し実施して、合計加
工率が15チ以りの圧延を行うことによって冷間加工性
のすぐれた棒鋼線材を製造する方法及び前記制御圧延を
少なくとも1回繰返し実施して、合計加工率が15チ以
上の圧延を行い、しかる後650°C−ん点の温度域に
再加熱して焼もどすことによって冷間加工性を一層向ヒ
させるようにした棒鋼線材の製造方法を要旨とする。
本発明者らは球状化処理における処理時間の短縮と冷間
加工性の向上について鋭意研究を重ねた結果、従来の如
く熱間加工後においてあらためて焼鈍等の工程を設けて
鋼組織を変えるのではなく、熱間加工工程そのものに工
夫を加えることにより、すなわち熱間加工中に強制冷却
−圧延復熱−強制冷却の処理工程を設けて、これらの処
理温度ならびに加工条件をたくみに調整した制御圧延を
実施することによって、短時間の処理で鋼材表層部の鋼
組織の球状化と鋼材中心部の微細化が実現され、冷間加
工性の向上を得ることに成功した。本発明は冷間鍛造の
うち特に表面部の延性が要求されるボルト頭部成形の如
きアプセット加工に対して、また前記アプセット加工と
中心部の加工性が要求される軸絞り加工との組合せ多段
の冷間加工に対して、特に大きな効果を発揮するもので
°ある。
以下本発明を図面に基いて詳細に説明する。
第1図は特許請求の範囲第1項記載の本発明方法を実施
する棒鋼の熱間仕上圧延ラインの一例の説明図である。
図において、(1)は加熱炉、(2)は鋼材、(31)
〜(36)は圧延ロール、(4り〜(43)は冷却装置
である。
加熱炉(1)でAC3変態点(以下Acs点という)以
りに加熱され、圧延ロール(31)及び(3りを通過し
た”鋼材(2)は、表層部のみを冷却装置(41)での
散水により強制冷却してAr3変態点(以下Ara点と
いう)以下の温度で圧延ロール(33)で圧延を行い、
該圧延加工によって鋼材(2)の表層部は500’C−
At変態点(以下Ar点という)+50°Cの温度域に
復熱した後再び冷却装置(42)での散水によって表層
部のみをE記と同様に強制冷却する制御圧延を施す。
図示例ではひきつづいて圧延ロール(34)及び冷却装
置(43)を通して前記制御圧延を繰返し実施し、L配
圧延ロール(3,)及び(3,)による合計の加工率が
15%以Eの圧延を行った後、圧延ロール(35)及び
(36)を通して鋼材(2)の寸法口を所望に圧延して
後の工程に送られて棒鋼製品に製造される。
第2図はE記冷却装置(41)から圧延ロール(33)
及び(34)を経て冷却装置(43)を通過する間の鋼
材(2)の表層部のヒートパターンの一例を特性曲線(
Dで示した図表である。
また第3図は鋼材(2)を第1図A−A線で切断した平
面図で、L記強制冷却により冷却された後圧延加工によ
って復熱した鋼材表層部の厚さを示す。
図示の表層部(5)の厚さWは鋼材表面から1〜30簡
の範囲とする(但し鋼材半径■の40%以下とする)の
が好ましい。
また上記制御圧延における強制冷却の温度は、上記表層
部(5)の温度が圧延ロール(33)及び(34)にお
いて加えられた圧延によって500 c−A、@+ 5
0℃の温度域に復熱することが可能なAra点以下の温
度を、材料に応じて適宜選択する。
第4図は特許請求範囲第2項記載の本発明方法を実施す
る棒鋼の熱間仕上圧延ラインの一例の説明図であり、(
1)は加熱炉、(2)は鋼材、(31)〜(36)は圧
延ロール、(41)〜(43)は冷却装置、(6)は再
加熱炉、(7)は空冷装置である。
加熱炉(1)でAC3点以トに加熱され圧延ロール(3
1)(32)を通過した鋼材(2)は、第1図と同様に
冷却装置(4、)−圧延ロール(33)−冷却装置(4
2)−圧延ロール(34)−冷却装置(43)の工程を
経て、上記圧延−復熱−強制冷却の制御圧延を2回繰返
しE配圧延ロール(33)及び(34)による合計の加
工率が15チ以ヒの圧延を行った後、再加熱炉(6)に
おいて650°c−A、点の温度域に再加熱し空冷装置
(7)で空冷する焼もどしを施し、以後は第1図と同様
に圧延ロール(35)及び(36)を経て所望寸法−の
棒鋼製品に製造される。
次に本発明において加熱温度、強制冷却温度、焼もどし
温度、圧延加工率等を前記の如く限定した理由について
詳細に説明する。
まず、熱間仕上圧延前の鋼材の加熱温度は圧延を容易に
するため鋼組織をオーステナイトとすることが必要であ
るからAC3以1tとした0次にAcs点以Eの温度で
圧延ロール(31)、(32)を通した鋼材(2)の表
層部のみを冷却装置(41)の散水をオーステナイトか
らフェライト+パーライトに変態させるためである。こ
のフェライト+パーライト組織となった鋼材(2)の表
層部は、圧延ロール(33)の圧延加工によって、前記
変態時に析出したパーライ傅炭化物(セメンタイト)の
粒状化が促進されるとともに、中心部は変態時に析出し
たフェライト+パーライト組織の微細化が図られる。
またE配圧延加工によって表層部の温度を500°C〜
ん点+50°Cの温度域に復熱させるのは、前記温度域
への復熱によって、北記表層部のパーライトの炭化物粒
状化をより一層安定した良好の状態とするためであり、
500°C未満では加工によって粒状化されたパーライ
トの分断が促進されず、またん点+50°Cを越えて加
熱されるとパーライト中のセメンタイトの固溶が進んで
圧延加工を加えた効果が消滅するので好ましくないから
である。
次に圧延ロール(33)の圧延によって復熱した鋼材(
2)に、再び冷却装置(42)での強制冷却−圧延ロー
ル(34)での圧延−復熱−冷却装置(43)での強制
冷却の制御圧延を繰返し施したのは、圧延パス回数を多
くした方が表層部の炭化物粒状化がより1層形成され易
く、また冷却−復熱を繰返すことによって表層部の炭化
物粒状化された組織がより一層安定して良好となるから
である。
次に圧延ロール(33)及び(34)における合計の加
工率を15%以上としたのは、圧延1パスの加工度が極
端に小さくなると熱間加工による歪エネルギーの蓄積効
果が薄くなるが、加工率が15係未満では前記蓄積歪エ
ネルギーによるパーライトの炭化物の粒状化効果が十分
に発揮されないからである。
第2項記載の本発明方法において、上記制御圧延を施し
た鋼材(2)をさらに650℃〜ん点に再加熱して焼も
どしを施したのは、前記焼もどしによって表層部の炭化
物粒状化がさらに促進されてより一層安定して良好とな
り、鋼材の延性と軟化が一段と向−ヒされるからである
。また焼もどし温度が650°C未満では軟化が不十分
で焼もどしの効果に乏しく、またん点を越えると炭化物
の粒状化組織が再固溶して圧延加工での効果が消滅する
からである。
次に実施例を掲げて本発明の詳細な説明する。
第1表に供試鋼A1B、 C%D、 Hの成分及び各変
態点の温度を示す。供試鋼は45G、 20cA20G
−Cr→恥鋼であり、いづれも冷間鍛造用に通常用いら
れる鋼種である。A、 B、 Cは本発明方法実施の素
材として、またD%Eを比較法(従平方法)実施の素材
として用い、製造巣作を種々に変えて本発明方法及び比
較法によって321111径の各種の棒鋼を製造した。
第    1    表 第2表は1記本発明方法と比較法によりそれぞれ製造し
た棒鋼の、外表面からの容具なる深さにおける切断面の
硬さを示すHvl直である。F記硬さを示すHv値はJ
ISのヴイツカー不硬さ試験方法に基いて行った試験値
である。
第    2    表 れも表面から1,5flまでの部分の面の硬さくHv)
が比較法によるものに比較して大巾に低く耐冷散開れ性
にすぐれていることが認められた。
第3表は本発明法と比較法を対比した機械的性質と限界
圧縮率の表である。機械的性質は32■径の棒鋼の中心
部より採取したJiS4鷺験片を用いた引張試験値で示
し、限界圧縮率は32fi径の棒鋼から採取した328
11径X48m1+長さの試験片を圧縮試験機にかけて
圧縮し、試験片の元の高さと圧縮により亀裂が生じた時
点の高さとの差の元の高さに対する百分率(@で示した
第3表に見る通り、本発明法による炭素鋼(A−1人(
A−2)、(B−1)、(ト2)は比較法による炭素鋼
0に、また本発明法に1よる低合金鋼0は比較法による
低合金鋼(υに比較して、棒鋼中心部の引張強さくTS
、)が低下すると共に伸(EJ、)、絞D (R,A、
)が向上し、本発明法によるものは比較法によるものに
比較して延性が改善されていることが認められた。なお
(A−2)(B−2)は焼もどし処理を施したことによ
つ第    3    表 て(A−1)、(B−1)に比較して一層の引張強さの
低下と延性の改善が認められた。また限界圧縮率につい
ては本発明法によるものはいづれも比較法によるものに
較べてはるかに高い値を示しており、冷間加工性にすぐ
れていることが明らかにされた。
第4表は本発明法と比較法を対比して棒鋼中心部の加工
性の指標となる押出し加工限界試験値を示した表である
。E記試験値は32闘径の棒鋼試験片による押出し加工
試験を行い、押出後の試験片表面に亀裂が生じた時点の
断面積と原断面積の差を原断面積に対する6分率で示し
′たものである。
なお上記押出し加工試験の押出条件としては、ダイス半
角=15、潤滑:ボンデボンダリューベ+MoS%押出
速度0.51Sとした。
第4表に見る通り、本発明法の炭素鋼(A−1)、(A
−2)によるものは比較法の炭素鋼0によるものに比較
し、また本発明法の低合金鋼0によるものは比較法の低
合金鋼(ト)によるものに比較し、いずれも押出限界値
が大巾に向上し、本発明法による加工性の改善が認めら
れた′。
第      4     表 以l−説明した如く、本発明による条鋼の製造方法は熱
間仕上圧延中の制卸圧延により鋼材の表1一部を粒状炭
化物組織、中心部を微細なフェライト+パーライト組織
とすることにより、冷間加工、特にボルト頭部成形の如
きアプセット加工、まだ前記アプセット加工と軸絞り加
工との組合せ多段の冷間加工に対して大きな効果を奏す
るばかりでなく、熱間圧延材をそのまま、もしくは前記
熱間圧延材に短時間の焼もどし処理を施したものを、冷
間鍛造F@材として用いることができるので、冷間鍛造
に供するだめの処理時間の大巾な短縮が可能となり冷間
鍛造用材の製造コストの低減に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第4図は本発明方法を実施する棒鋼の熱間仕
り圧延ラインの−fallの説明図、第2図は熱間仕−
ヒ圧廷ラインにおける鋼材表層部のヒートパターンの一
例を示した図表、第3図は鋼材の処理表層部の厚さを示
した横断平面図である。 1:加熱炉、2:鋼材、31〜36:圧延ロール、41
〜41:冷却装置、5:表層部、6:再加熱炉、7:空
冷装置。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)機械構造用炭素鋼材または低合金材をAc3点以
    上の温度に加熱して圧延する棒鋼線材の熱同仕E圧延t
    こおいて、前記加熱鋼材の表層部のみを強制冷却してA
    rs点以下の温度で圧延を行い、該圧延によって前記表
    層部を500℃〜九点+50℃の温度域に復熱したのち
    再び表層部のみを強制冷却する制御圧延パターンを少な
    くとも1回繰返して実施して、合計加工率が15チ以上
    の圧延を行うことを特徴とする冷間加工性のすぐれた棒
    鋼線材の製造方法。
  2. (2)機械構造用炭素鋼材または低合金鋼材をAca点
    以上の温度に加熱して圧延する棒2−線材の熱間仕ト圧
    延において、前記加熱鋼材の表層部のみを強制冷却して
    Ars点以下の温度で圧延を行い、該圧延によって前記
    表層部を500℃〜N点+50℃の温度域に復熱したの
    ち再び表層部のみを強制冷却する制御圧延パターンを少
    なくとも1回繰返して実施して、合計加工率が15%以
    −Eの圧延を行い、しかる後650℃〜〜点の温度域に
    再加熱して焼もどすことを特徴とする冷間加工性のすぐ
    れた棒鋼線材の製造方法。
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