JPS59136422A - 球状化組織を有する棒鋼と線材の製造方法 - 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】 本発明は棒鋼および線材の製造方法に関し、特に熱間圧
延中の加工熱を利用して圧延ままで炭化物の球状化組織
を得ることができる、棒鋼および線材の製造方法に関す
るものである。

冷間鍛造用鋼材は変形能を付与し、変形抵抗を下げるた
めに、また軸受鋼は耐摩耗性を向上させるために、鋼中
の炭化物を球状化させるのが一般的である。

これら鋼中の炭化物の球状化を行なうために従来は熱間
圧延終了後放冷し、直棒または線材コイルにした後、こ
れらを熱処理炉にて再加熱し、球状化焼鈍を施していた
。すなわち、圧延ままの状態では、焼入性の低い炭素鋼
や圧延後の冷却速度の遅い大径材ではパーライト組織な
いしはフェライト・バーライＩ−組織、また焼入性の高
い合金鋼や圧延後の冷却速度の速い細径材ではベイナイ
ト組織であるものを長時間かけて球状化焼鈍を施してい
た。この場合焼鈍時間は、球状化しやすい炭素鋼（例え
ば５４５Ｇ）でも１０〜２０時間、球状化しにくい合金
鋼（例えば５０Ｍ４３５）や軸受鋼では２０時間以上も
要しており、製造上のネックになっているとともに、省
エネルギの見地からも問題であった。

更には又長時間の熱処理のため鋼表面の酸化、脱炭の問
題も生していた。このため球状化焼鈍時間の短縮化が望
まれていた。

そこで、球状化焼鈍を行なう前に、鋼に冷間加工（例え
ば冷間伸線）を施し、鋼中炭化物に変形破壊を起こさせ
て、その後の球状化焼鈍での炭化物の分断凝集を促進せ
しめることによって球状化焼鈍処理時間の短縮化を図る
という方法が提案された。しかし、この方法では球状化
焼鈍時間は短縮されるものの、冷間加工工程が追加され
るために、全工程を通じての処理時間の短縮という意味
ではいま一つ効果が薄かった。

なお、球状化焼鈍の方法としては良く知られているとお
りＡ１点以上に加熱した後徐冷する方法（徐冷法）、Ａ
Ｉ点直下で保持する方法（恒温保持法）、Ａ１点上下に
加熱冷却を繰り返す方法（繰り返し法）がある。

本発明の目的は、炭化物の球状化焼鈍の処理時間を大幅
に短縮できる棒鋼および線材の製造方法を提供すること
にある。

上述した目的を達成するために本発明に依る製造方法は
、熱間加工中に発生する加工熱により鋼温度を再上昇さ
せるとともに、圧延後調整冷却あるいは恒温保持するこ
とによって圧延ままで球状化組織を得ることに特徴を有
するものである。

本発明に従うと、２％以下のＣを含有する鋼をＡｃ７点
以上に加熱した後変形を加える熱間圧延において、仕上
圧延前にＡｅＩ点以意思ｒｚ点以上の温度域まで冷却し
、その後引き続いて仕上圧延により１０％以上の塑性変
形を加え、それによってパーライトないしはベイナイト
変態を促進せしめることによりこれら組織を生成させる
と同時に、変形熱により再びＡｃ５点以下、Ａｃ、−１
００℃以上の温度域に到達せしめた後、５００°Ｃまで
の温度域を１００℃／分以下の冷却速度にて冷却し球状
化組織を得ることを特徴とする、棒鋼および線材の製造
方法が提供される。

更に本発明の他の態様に従うと、２％以下のＣを含有す
る鋼をＡｃ１点以上に加熱した後変形を加える熱間圧延
において、仕上圧延前にＡｅＩ点以下Ａｒ７点以上の温
度域まで冷却し、その後引き続いて、仕上圧延により１
０、％以上の塑性変形を加え、それによってパーライト
ないしはベイナイト変態を促進せしめることによりこれ
ら組織を生成させると同時に、変形熱により再びＡｃ３
点以下Ａｃ７−１００℃以上の温度域に到達せしめた後
、Ａｅｚ点以下５００℃以上の温度域に７分以上保持し
球状化組織を得ることを特徴とする、棒鋼および線材の
製造方法が提供される。

以下本発明の要件について詳細に説明する。

まずＣ量に関しては、Ｃ量が２％を越えると状態図にお
けるオーステナイト相の領域が非常に狭くなると共に、
初析セメンタイトのオーステナイト粒界上析出量が多（
なるため熱間加工性を劣化させ熱間圧延中の割れが生じ
やす（なるのでＣ量を２％以下とした。

更に、本発明の方法を適用する鋼は所望の強度、延性を
与えるため、Ｓｉ、Ｍｎの他、Ｃｒ、Ｍｏ等の合金化元
素を含むことができる。更に脱酸剤として５ｏｌＡ１を
含むほか、Ｐ、Ｓ等の不純物は成品に所望の特性及び製
造方法より所定の範囲に限定される力く、これらは本発
明の特徴ではないのでこれ以上詳述しない。

大型のブルームあるいはビレ・ントを粗圧延するには、
Ａｃ７点より低い温度では変形抵抗が急激に大きくなり
実質的に圧延不能であるため、圧延前の加熱温度はＡｃ
７点以上が望ましい。

炭化物の球状化に対しては、予め加工を与えて、炭化物
の変形破壊を行った後球状化焼鈍を施すと極めて有効で
あることは周知の事実であり、本発明もこの炭化物の変
形破壊を利用したものである。

すなわち、従来では、圧延放冷後冷間加工を施して、炭
化物の変形破壊を行う手法が採られていたが、本発明で
はこれを仕上圧延で行おうとするものである。従って仕
上圧延終了前に既に炭化物が析出していなげればならな
い。しかし仕上圧延開始前に炭化物が析出するパーライ
ト変態ないしはベイナイ１−変態が完了していると仕上
圧延での変形抵抗が非常に大きくなり圧延機にかかる負
荷は過大なものとなる。そこで本発明では、仕上圧延開
始前には変形抵抗の小さなオーステナイ１〜１相である
ことを規定した。ただしこの場合のオーステナイトは適
冷オーステナイトとし仕上圧延中に加工誘起変態により
、炭化物が析出するようにする。従って、炭化物が析出
しながらの加工であるので、炭化物の変形破壊が十分に
行われることになる。

このためには仕上圧延前に適冷オーステナイト温度域、
即ちＡｃ７点以下、Ａｒ７点以上の温度域まで冷却する
必要があるのでかがる限定を行った。

前述のとおり仕上圧延によって炭化物に変形破壊を生ぜ
しめる必要があり、また後述するように、仕上圧延での
変形熱によって温度上昇を図り少なくともＡｃ、−１０
０°Ｃの温度まで到達せしむる必要があるが、このため
には少なくとも１０％の塑性変形を与える必要があるの
で、仕上圧延により１０％以上の塑性変形を加えること
とした。

更に又１０％以上の仕上げ圧延で炭化物に変形破壊を生
じさせた後、Ｃの拡散により炭化物の分断球状化を図る
必要がある。このためには仕上圧延によってＣの拡散し
やすい温度域に＆ｖｉ温度を上昇させねばならない。し
かし、ＡＣ，１点より高い温度にすると変形破壊を生じ
た炭化物が分解固溶してしまい、その後の工程で炭化物
を球状化することは困難となる。

またΔｃ、−１００℃より低い温度ではＣの拡散が十分
でないため、変形破壊を受けた炭化物の分断が完全には
行われず、球状化組織を得ることは難しくなる。従って
、仕上圧延後、その変形熱によって、Ａｃ３点以下Ａｃ
、−１００℃以上の温度域に到達させることとした。

前工程で分断された炭化物の球状化を図るには、その後
の熱履歴中に炭化物の凝集が行われる必要があるがその
ためには冷却速度が極めて重要な因子となり１００°Ｃ
／分より速い冷却を行うと、炭化物の凝集はほとんどな
されない。また５００°ＣＬ２２下の温度域では、Ｃの
拡散が極めて緩かであるため、炭化物の凝集は期待でき
ない。そこで仕上圧延終了後５００℃までの温度域を１
００℃／分以下の冷却速度にて冷却することが好ましい
。

変形熱によりＡｃＢ点以意思ｃｔ　１００℃以上の温度
域に到達せしめる工程によって分断された炭化物を球状
化する方法として、前述の調整冷却以外に、Ｃの拡散が
行われやすい温度域に一定時間保持する方法がある。こ
の場合、Ａｃ７点よりも高い温度で保持すると、分断さ
れた炭化物が分解固溶してしまうのでへ〇２点以下にす
る必要がある。また５００１℃より低い温度では、Ｃの
拡散が極めて緩かになるため、炭化物の凝集はほとんど
行われなくなり球状化組織を得ることは不可能になる。

また、この温度域での恒温保持では少なくとも７分間以
上の保持を行なわなければ、球状化に対する効果が小さ
くなる。そこで肋１点以下５００℃以上の温度域に７分
以上保持するのが望ましい。

以下本発明に依る棒鋼および線材の製造方法を実施例に
ついて説明する。

夫漏側 通審の溶解法により、第１表に示される成分を有する鋼
ビレソｌ−（１５０中）を製造し、これらを４時間均熱
した後、粗圧延および中間圧延と中間水冷を施し、さら
に仕上圧延速度ならびに仕上圧延圧下率を調整すること
により、仕上圧延開始温度と仕上圧延終了温度を種々変
更させた。なお圧下率は中間圧延終了後のサイズを１１
．６Φ〜２０．１Φとし仕上圧延サイズを１１Φ一定と
して変更させた。

第２表に各画のビレットの加熱温度、仕上圧延開始温度
、仕上圧延圧下率、仕上圧延終了温度および各画の平衡
変態温度を示す。なお、全く同一条件で圧延したものを
仕上圧延直前と直後に水冷し、組織観察することにより
、それぞれ仕上圧延直前ではオーステナイト、仕上圧延
直後にはパーライトあるいはベイナイト変態が開始して
いることを確認している。これらのことと仕上圧延開始
温度がすべてＡｅ１以下であることを考慮すると、本実
験においてはＡｅ７点以意思ｒ１点以上の適冷オーステ
ナイト域で仕上圧延が開始され、仕上圧延途中で変態し
始たことは明らかである。

第２表に示した各条件で仕上圧延を行った後保温カバー
または保温炉を用いて、仕上圧延終了温度から５００℃
までの温度域を８０℃／分、２０℃／分の調整冷却なら
びに７００℃、６００℃での１４分間恒温保持をそれぞ
れ施した。第２表にはそれら圧延材の球状化率を併わせ
で示す。第２表にいう球状化率は、以下の方法により決
定した。即ち、組織を走査型電子顕微鏡で撮影し、白く
写った炭化物の長径と短径を測定し、長径／短径の値を
求めた。

測定は１００個以上の炭化物についてランダムに行い、
長径／短径のヒストグラムを求め、その値が３．０以下
の炭化物数の全炭化物数に対する割合を％で示し、球状
化率と定義した。

第１表の各画を通常圧延（１０５０℃加熱−９５０’ｃ
仕上圧延開始−１０４０℃仕上圧延終了−６０％仕上圧
延圧下率−自然放冷）した場合には、Ａ、’　Ｂ、Ｅ。

鋼の組織における炭化物はほぼすべてラメラ−状になっ
ており、球状化率としてはすべて２％以下である。（Ｃ
，Ｄ＆ｌｉｌはへイナイト組織のため球状化率測定不能
）これに対し、第２表に示した本発明の方法による圧延
材の球状化率はすべて５０％以上となっており、条件に
よっては９０％を越える球状化率も得られている。従っ
て用途によっては圧延ままでも十分に使用が可能である
。また第２表に示した鋼Ｂを圧延冷却後７００　”Ｃの
熱処理炉内に４時間保持するだけですべてほぼ１００％
の球状化率が得られる。従って従来の球状化焼鈍時間と
比較すると１１５以下に短縮されたことになる。

次に、第１図に鋼Ｂ（仕上圧延開始温度７００　”ｃ、
同終了温度７００℃、同圧下率５０％）および鋼Ｃ（仕
上圧延開始温度６８０℃、同終了温度７５０℃、同圧下
率４０％）の仕上圧延終了後の調整冷却速度と球状化率
の関係を、第２図に同じく圧下圧延終了後の７００℃保
持時間と球状化率の関係を示した。

第１図および第２図から容易に理解できるように、調整
冷却速度は１００℃／分を越えると急激に球状化率が低
下し、恒温保持時間が７分より短くなると同じく球状化
率が低下し始めることがわかる。

以上説明したとおり本発明に依る棒鋼及び線材の製造方
法においては、熱間圧延において、仕上圧延前に一旦炭
化物を生成させ、仕上圧延によって炭化物を変形破壊す
ると同時に変形熱による昇温によって炭化物の分断を図
り、更にその後の調整冷却あるいは恒温保持によって炭
化物の球状化を実現することができる。

更に圧延ままで球状化組織が得られるのでその後の球状
化焼鈍の処理時間は大幅に短縮でき、用途によっては完
全に球状化焼鈍を省略することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼Ｂおよび鋼Ｃの仕上圧延終了後の調整冷却速
度と球状化率の関係を示す図、第２図は仕上げ圧延終了
後の７００　”ｃ保持時間と球状化率の関係を示す図で
ある。 出願人　住友金属工業株式会社 代理人　弁理士　新居圧穿 第１図 謂整冷却競（ｏｃ／分ジ 第２図 ７０００Ｃ保持峙匍（介）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２％以下のＣを含有する鋼を胱１点以上に加熱し
   た後変形を加える熱間圧延において、仕上圧延前にＡｅ
   １点以意思ｒＩ点以上の温度域まで冷却し、その後引き
   続いて仕上圧延により１０％以上の塑性変形を加え、そ
   れによってパーライトないしはベイナイト変態を促進せ
   しめることによりこれら組織を生成させると同時に、変
   形熱により再びＡｃ＋点以下、Ａｃｌ　１００℃以上の
   温度域に到達せしめた後、５００°Ｃまでの温度域を１
   ００℃／分以下の冷却速度にて冷却し球状化組織を得る
   ことを特徴とする、棒鋼および線材の製造方法。
2. （２）２％以下のＣを含有する鋼をへｃ１点以上に加熱
   した後変形を加える熱間圧延において、仕上圧延前にＡ
   ｅｚ点以意思２点以上の温度域まで冷却し、その後引き
   続いて、仕上圧延により１０％以上の塑性変形を加え、
   それによってパーライトないしはベイナイト変態を促進
   せしめることによりこれら組織を生成させると同時に、
   変形熱により再び胱。 意思下Ａｃ１−１００℃以上の温度域に到達せしめた後
   、肋１点以下５００℃以上の温度域に７分以上保持し球
   状化組織を得ることを特徴とする、棒鋼および線材の製
   造方法。