JPS5923825A - 均一性に優れた合金鋼線材 - 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】 従来よシー動車部利用素材としての合金鋼線材はその均
一性の点で圧延ままでは引張強さのバラツキが大きく、
伸線、冷間鍛造加工に供する場合その前処理として、焼
鈍もしくは焼ならしをして使用するのが通常の製造工程
である。しかし最近では省エネ、省コストのニーズは強
く、均一性に対する要求は益々増大して℃・る。加工伯
゛向土のために焼鈍もしくは焼ならしをする工程におい
ては、特に脱炭が問題となっている。

元来合金鋼ではＳｔ　＋　Ｃｒ等をかなりの濃度に含有
しているが、一般的には合金成分の増大とともにその均
一性が問題となって来ることが知られている。急冷のプ
ロセス（例えは特公昭４２１５４（ｉ３号）を前提とず
れば、均一性および脱炭に対して全ての対策を施したと
しても満足できる線（珂を得ることは難しい。また一方
線側の［１＋状としての表面スケールは加工工程におけ
るダイス寿命に大きく影響するとともに、製品での仕上
り肌ｆ１状に多大の影響をおよぼすこ々が知られている
。％ＶＣばね用および冷間鍛造加工制は合金鋼の大きな
分野を占め、今後の材質面での改善が進むこＬと、巴わ
れる。この場合に、伸線工程の見ｉαしと素側のりψ（
貿化等の改善をはかることにより工程省略化が益々進ん
でいく。

本発明者等は工程省略刊の均−ｆ’ｔ　ｖｃ注目して、
引張強さのバラツキを小さくする方策を倹ａ、Ｊするた
め、幾多の実験を実施して均一性改善の知見を得、ここ
に新しく・均一性に富む合金鋼線材を発明するに至った
。特に本発明では、合金鋼の脱スケール特性にも注目し
て幾多の試験を実施してその結果、合金鋼を対象とした
良スケール特性を備えた、すなわちその剥離特性におい
て、従来の素線伺よシ優れた新しい線材を製造すること
に成功した。従来の急冷プロセスでは通常強制空冷によ
るプロセスにて２℃／ｓｅｃ以上の冷速で冷却されるた
めに均一性におし・て問題がめった。

従来の当該線材製造プロセスは線材加熱炉にて、その変
形抵抗を軽減するため匠高温にて加熱して糊口圧延温度
、特に捲取温度は８５０℃前後の温度が通常のレベルで
あった。圧延直後に当該線材をコンベアまたはローラー
上にてリングをバラして層状に展開して空冷もしくは特
定の場合は蓋かけをして、圧延熱を利用して、やや徐冷
する方法であった。これらのプロセスによって製造され
た線イ珂のロット内引張り強さのバラツキはσき２．Ｏ
ｋｇ／ｍｒｊ　、Ｊ　Ｉ　Ｓ脱炭ＤｍＴき０．０５　ｉ
ｎである。この場合の冷却速度は約り℃／ｓｅｃ以上の
急速冷却である。

一般的には、材質を同一とした場合の引張強さの均−付
は冷却速度に依存することが知られている。冷却速度が
大となれば、引張強さのバラツキが大きくなる傾向を示
ず。ずなわぢ線４１をリング状に展開して空冷する場合
に、全長ｒわたって均一に冷却すること自体難しく、冷
却速度の・・ランキが引張強さのバラツキとして現われ
てくる。この点を改善し、かつ、線材の抗張力を低くす
る目的で圧延直後に保熱カバーで捷い冷却速度を緩慢に
して、徐冷する方法が知られている。この−ｉツバ−掛
けのプロセスにおいても充分Ｖｒｃ／１１〜足できるも
のは得られていない。一方脱炭ｒつ℃・てはＬＥ、　ｆ
後急冷することが有利であることは轟然でるるか、しか
しこれを皆無にすることは不可能である。すなわち線材
圧延によって、捲取温度を通、）ｉ＜０８　（１０℃以
上に設定した場合、常温まで持ち来たる過程で脱炭を防
止することは現在の商業生だ「ベースでは不可能である
ことが知られている。

本発明ではこの合金鋼線材の脱炭の改ｉ’！？ＫＩＪ−
目し、さらに前述の伸線性の向上をはかるために軟ｔ′
１化する（７ｆ合技術の開発を進めた。本発明匠おいて
はこれまでの通常の圧延ラインの直後に、徐冷のための
保熱ツノバーを同一ライン上に設置して合金鋼線４１を
圧延終了直後から徐冷で゛きるプロセスを現実した。

その製造法は、例えば特開昭５６　４１３２４号のよう
に保熱ツノバーを６ゾーンに分割して、そこに段差ロー
ルを利用して、層厚コイルをはぐしなが１−）、このほ
ぐし部分に冷媒としての温風を吹伺けることによって均
一冷却をはかったものである。

その際線材のリングを均一に冷却するためにロールの搬
送速度を調整して、搬送性と冷却スピードの調整をはか
ることが肝要となっている設備態様である。その実機に
おける幾多の実験を実施して来た。その結果当該線材の
引張強さレベルを従来４１より低目とした軟質化線材を
得ることが可能となり、かつそのロント内の引張強さの
バラツキを従来プロセス拐よシ小さくすることに成功し
て、均−件に富む合金鋼線材製造法を確立したものてら
る。さらにスケール特性についてはこれまでの試１験の
結果として当該線材のスケール剥；１ｉｌｉ　ＰＩはス
ケール組成とスケール量によって特徴すげられ、スケー
ル層状の最適条件が？４られたものである。

すなわち本発明は線側圧延直後ＫＬ［延熱を第１ｊ用し
て、緩徐冷処理を施す線材にお（・て、線材捲取温度を
ＡｒＩ温度＋３０ｔｌ？：調整しかつ捲取時の結晶粒度
をＪＩＳ　ｑ炭法にて、７０以」−の紬整わとして製造
され、当該線材の特性として引張９強さのロント内標率
偏差（σ）がｌ　Ｏｋｇ／ｒｒｎ７以丁で脱炭がＪＩＳ
ＤｍＴでｏ、　０５　ｍｍ以下でかつ全スケールト丘０
．３０％以下であることに特徴を有する均一性に優れた
ばね用および冷間鍛造用合金鋼線材てらる。

次に本発明の限定理由をさらに訂細匠説ツ］する。

線材捲取温度がＡｒｌ＋３０℃以上の範囲では結晶粒度
がＧａ４．０以下となシ易く、より大きい結晶粒を呈す
る。結晶粒が大きくなると（・うことは冷却に際して、
４ｆ　Ｋ引張シ強さのバラツキが大きくなる要因でβす
、このことは幾多の実験で経、験している。すなわち線
材のような鋼棒状のものてはＬｌｌ延延結晶挙動表面と
内部また長手方向についてもリング状にて冷却される場
合に不均一となシやすく、この影響が結晶わの大きさと
ともに強調されて来る傾向を小才。逆に、結晶粒度が適
正な範囲では例えは不発明のＧｃ７．０以上の範囲にお
いて、この・・ラノキが増大する傾向は認められなくな
るこ々が実験により認められた。さらに、本発明の目的
である組織をフェライトとパーライトの均一組織を得る
ためには、本発明者の試験結果として、Ａｒ１−ｔ−３
０℃以上では相変態に多大の時間を要１〜完全なフェラ
イトとパーライト組織を得ることは容易でない。

さらに第２の理由として、本発明では脱炭ど’Ｌ　Ｏ５
ｒｎｍ以ドでスケール量４０３０％以下に抑えることを
はかつているが、この点に関ｊ」シて以下に述べる。

スケール特性および脱炭からみると合金鋼では合金成分
とこれらの特性が一意的に関沖づけられることは一般的
に知られている。しかし、それらの特性を決める最大の
要因は冷却過程での冷却速度と結晶粒度の関係であるこ
とを見出した。すなわち本発明においては線材の結晶れ
ン度との関係てスケール特性を試、験して、スケール変
態局ｖξおける結晶粒度の影響がかなシ大きいとの知見
を？４）だ。

すなわちスケール剥離性の主因であるスクール組成Ｆｅ
Ｏ％は、合金鋼においてはその結晶ワン度依存性が大き
く、例えばＣｒまたはＳｉを含イ〕した合金鋼ではその
鋼中ての酸素の拡散は極度１／Ｃ緩慢となることが知ら
れている。このことはスケールの解離反応にも比例的に
影響すると考えら引シ、このため一般的にはスケール剥
割慴は君、くノよる１頃向がある。

本発明では鋼中酸素の拡散を最適なレベルに糸（（持す
るために、Ｇｃ　７．０以上が必′紗十分条件との結論
に達した。次ｆ全スケールト１１の抑制の７ノノニズノ
・匠ついて説明すると、前提とする線＋４の（’（は５
、５　ｍｍφ〜１３ｍｍφをベースとした場合［／（Ｔ
限って考察すると、酸素との反応界面の挙動がスケール
性状についての最大の要因であると考え１′）れる。

本発明において、線祠捲取時点てＡｒ、　＋３０　’Ｃ
Ｋ制御するのは、この温度以上では当然のことながらス
ケール附が増大する。本来スケールは歩留の面にて少（
・方が有利でるる。すなわちスケール量を０３％以下に
、抑えるにはその温度依存付から、圧延ｇ？ｉ度特に捲
取時点で低温はど有利となる。本発明では通′１譜圧延
の８５０℃前後に比較してかなりイ氏目にしている。

さらにこのＡｒｌ→−：３０℃なる温度がスケール改７
つから見ても妥当でるる理由について述べる。発明渚等
の試験からＡＩ’＋　＋３０℃以上の温度では過剰酸素
が存在して、Ｆｅ２Ｏ３＋　　ＦｅＯの組成が必要以上
に増大してスケール量、剥離性から好ましくないこ々が
わかった。すなわち当該温度以下ではスケール性状を得
るに充分なる所要の酸素濃度を得ることが難しくなる。

さらに本発明の製造法である緩徐冷プロセスとスケール
性状の関係については次の如く説明できる。元来スケー
ルの性状から一般的に云われていることは、急速冷却が
よシ好ましいと結論されている。本発明における合金鋼
では鉄合金の合金濃度が低い場合に相当するが、この場
合酸素の固体鉄中の拡散速度においても一般的に云われ
ている結晶欠陥濃度が大きく影響する。例えはこの欠陥
濃度が結晶粒に大きく依存することはよく知しれている
。当該プロセスにおける徐冷による４１１変態の進行を
促進する過程であり、この過程て酸素の拡散を充分大き
くすることではこの結晶粒を適当に小さくすることが有
利となる。この平衡状態での拡散を促進し、コントロー
ルするために発明渚等の実験で結晶粒度ＪＩＳ　Ｇｃ　
７．　（ｌ以」−で温度として、Ａｒ＋　＋３０℃の組
合わせが最適との知見を得た。

次に脱炭ＤｍＴ　／＝　０．０５　ｍｍの改善がはから
れたのは、本来脱炭については極力低温にて、１巻取る
方が有利でるることは轟然でるる。従来から云われてい
るように、脱炭のメノノニズムからその抑止機構を説明
すると、本発明者等は幾多の実験を実施して、ＤｍＴを
最小にするには捲取シｒｉｌｌ’１度を最適にすること
、結論としてＡｒｌ　＋　：（０℃がベストであること
、さらに、徐冷中の脱炭を抑止するには前述のスケール
の生成、成長を支配する酸素の拡散を結晶粒度をＧｃ７
．０以上にすることによシ適正にコントロールして地鉄
表面での過剰酸素濃度を適正化して（・ることを説明し
たが、この過剰酸素の脱炭への油付化を抑止する効果も
併存していることＶＣなる。化学電位を６１１１定した
例はないが、本発明での温度勾配と酸素の拡散特性が、
結果として脱炭を抑止したものと結論される。

次に引張り強さのバラツキとの関連を補足的匠論述する
。

従来の急冷プロセスでは、線側捲取温度を８００〜８５
０℃として、その後は糊料をリング状にコンベア状に展
開して衝風（強制空冷）によシ冷却していたが、こ−の
プロセスでは引張強さのバラツキはロント内てσ’ｓ　
２．０　ｋｇ／ｍ／ｒさらに大きな場合はσ≧３．０ｋ
ｇ／、、ｊとなる。このことは合金鋼等の焼入れ件敏感
な側石では通常認められることであり、本発明者も多く
経験して来たところである。

一般的には圧延インラインで徐冷処理するプロセスで造
られる製品の引張シ強さはバラツキが太きくなると云わ
れて（・る。本発明においては捲取温度をＡｒ、＋３０
℃匠制御して熱間の状態匠て４ノラインで徐冷処理を施
ずことＶＣ％徴をイ〕する。その際引張強さのバラツキ
を小さくするためＫ　捲取後の糊料をリング状に適正な
厚み（１＋’ｉ厚コイル）に搬送設備上で展開し、連続
的な保熱力・（−を通過せしめ、この時の保熱カッく−
の温度勾配は前述の脱炭を抑止して、かつ引張強さを出
来るだけ低め、かつそのバラツキを小さくすることを考
慮して搬送ローラー上のコイルの冷却速度を′畠に均一
に制御することが肝要となる。この目的を達成するため
の操業条件として搬送コンベア速度を適正にコントロー
ルすること、さらｆ、保熱力・く〜内界囲気温度を常に
一定に調整する。このためＣては、保熱カバー内を１１
分に攪拌し、搬送コ１ルの各部位での温度を均一に保持
して、最適な冷却速度で冷却することが重要となってく
る。本発明（２ではインラインで焼鈍処理を施すが、さ
らにその特徴とするところは、製品での引張強さの・く
ラツキを極力小さくせしめたところＫある。このことは
前述のとおシ捲取温度の調整と圧延直後のインライン熱
処理との組合わせによって達成されたものである。

本発明をさらに詳細に説明するために、実施例を引用し
てその有用性を述べる。

ナ舊十Ｈ 従来のプロセスではばね用線倒の抗張力は１００ｋｇ／
ｍＡ以上であった。ばね用線倒は常に伸線によって所曹
の寸法の断面に加」ニされて使用されるものである。こ
の場合の伸線加工性を良くして伸線ダイス寿６．″ｉを
改善し、さらに強減面伸線に耐え得るものでろれは、伸
線工程の製造コストを引下げ、か−）牛産怖を高めるこ
とができる。従来のプロセスにより製造された糊料では
、このニーズＫｈう加十騎性を４”Ｊ勾するために、前
もって焼鈍又は、焼ならし一１程を経て、素線材を伸線
していた。

本発明の目的は、ばね用線側のような難加工性線側をよ
り良加工性に改善し、かつその均一性を向上せしめるこ
とを目的として開発された。このような新しく・機能を
具備したばね用線側について、発明者は幾多の実験の後
工業的に生産可能なる新プロセスを確立し生産化に成功
した。

実施例１ 表ＩＫ従来プロセスと本発明プロセスによシ製造された
ばね用線側の特性値を示した。表１の実施例は材’ＩＷ
ＳＵＰ６にて７　ｍｍφでの諸テータである。

従来材（Ｈ〜Ｎ）Ｋついては捲取温度は８００℃以上で
結晶粒度は６０〜６．４ＧｃＯ値を小して才ｄシ、抗張
力のバラツキ（σ）の値を見ると２，２（１〜２、６０
　ｋｇ／　ｍＴ？Ｌでその脱炭レベルは全脱炭ｍａｘ値
で０．１０〜０１６間が認められ、マ値て０（）５〜０
．０８龍でらる。これに対して本発明材（Ａ−Ｇ）にお
いては、圧延捲取温度は７：３００〜７　Ｇ　＋１　℃
でＧｃ７．１〜８．０、抗張力のバラツキ（σ）は０７
〜０９０ｋｇ／ｍａでその時の脱炭はｍａｘ値で０．０
２〜Ｏ，Ｉ）　５　ｖｒｍで英仏で全て、ｏ、　ｏ　ｏ
　ｍｍである。

また、本発明材のスケール計は従来プロセス４１に比較
して少くなシ、０２％以下となっている。

またスケール剥離性は酸洗法、機械的引張り法で評価し
たところ、従来拐の残留スケール電は０旧９〜００２２
％に対して本発明材では０００１〜０．０　（１６％の
残留スケール量を示しスケール剥離性ニおいて改善して
（・ることがわかる。

第１図に拐費’５ｕｐ６本発明拐のスケールのミクロ写
真（Ｘ１００）を示す。この写真からスケール層は薄く
かつスケール剥離性に最も大きな影響を示す。スケール
中のクラックが認められるこのことからも、本発明拐の
スケール９件が優れていることがわかる。

実施例２ 表２の実施例は材質ＳＣＭ４３５の７朋φの諸データで
らる。従来材（Ｈ〜Ｎ）Ｋついては捲取温度は８００℃
以上で結晶粒度はＧｃ（３，０〜６４の値を示している
。抗張力のバラツキσは２７０〜３、２５　ｋｇ／　ｒ
ｎａでらり、脱炭レベルは全脱炭ｍａｘ値０．０５〜０
．０９ｍｍ、妥値で０．（ｌ　］〜０．０３　ｍｍの値
である。本発明４’Ｊ’　（Ａ〜Ｇ）ＶＣおいてはＨ延
延終了温度は７３０〜７６０℃でＧｃ　７．６〜７．８
、抗張力のバラツキσは０．／１１〜０．９３ｋｇ／　
ｍｙｌでその時の脱炭はｍａｘ値でＯ，Ｏ’０〜０．０
２、父でｏ、　ｏ　ｏ　ｙｎｍである。

ずなわぢ本発明の冷間鍛造用線材は従来線側よシ引張強
さのバラツキおよび脱炭において特にまさっており、さ
らに抗張力レベルは前述の徐冷プロセス材であるがため
に、６７〜７４　ｋｇ／　ｒｒｕＡであることによって
本発明ＳＣＭ線材は均一性と軟Ｔ４度において従来材よ
シ加工性が優れている。

本発明拐のスケール量は従来材（蓋かけ冷却プロセス）
に比較してよシ減少し、０２％以下となっている。また
スケール剥離性は酸洗法、機械的引張り法にて、Ｊ′ト
価したところ従来材の残留スケール量はＯ，０１５〜０
０２０％に対して、本発明材では０．００　Ｊ　−０，
００８％の残留スケール量を示し、スケール剥離性にお
いて、かなり優ることがわかる。

以」二の実施例に示される如（、本発明におけるばね用
および冷間鍛造用合金鋼は引張シ強さのバシソギ、脱炭
レベルおよびスケール特ｉ９：において従来利よりも優
れて（・ることか示された・本発明は伸線工程と熱処理
工程を簡省略することを可能として、生産性、省エネル
ギー、省コストの面において、工業的意義は大きいもの
でめる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明線側のスケールのミクロ写真（Ｘ　］　
００　）である。 特許出願人代理人 弁理士　矢　葺　知　之（ほか１名） 第１図 （イｌＱθの

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 線側圧延直後に圧延熱を利用して緩徐冷処理を施す線拐
   において、圧延における捲取温度をＡｒ。 温度＋３０　’Ｃに調整しかつ捲取時の結晶粒度をＪＩ
   Ｓ浸炭法にて７０以上の細整粒として製造され、当該線
   （Ａの特性として引張り強さのコント内標準偏差（σ）
   がＪ、　Ｏｋｇ／ｍａ以下で脱炭がＪＩＳＤｍＴで０．
   ０５　ＴＩＮ以下でかつ全スケールＮＯ３０％以下でら
   ることに特徴を有する均一性に優れた合金鋼線拐。