JPS5931573B2 - 熱間圧延線材の直接熱処理方法 - Google Patents

熱間圧延線材の直接熱処理方法

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JPS5931573B2
JPS5931573B2 JP11667979A JP11667979A JPS5931573B2 JP S5931573 B2 JPS5931573 B2 JP S5931573B2 JP 11667979 A JP11667979 A JP 11667979A JP 11667979 A JP11667979 A JP 11667979A JP S5931573 B2 JPS5931573 B2 JP S5931573B2
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cooling
wire
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temperature
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浩 金田
洋 佐藤
勝宣 梨本
忠士 松井
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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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
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/525Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length for wire, for rods

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、線材熱間圧延機から出てくる線材を直接に調
整冷却することにより、熱間圧延線材に特定の顕微鏡組
織と機械的性質を付与する方法に係るものである。
更Cこ詳細に云えば、線材熱間圧延機から出てくる線材
を、工業的lこ有効なレベルまで軟質化させるためlこ
、得られるパーライト組織のラメラ−間隔、フェライト
組織中の過飽和カーボン量をコントロールすることによ
って、2次加工工程における軟質化焼鈍を省略できる線
材を製造する方法に係るものである。
周知のように、熱間圧延した鋼線材を圧延に引き続きた
だちに調整冷却を行ない、その後特に熱処理を行なわな
くとも伸線加工を行なうことが出来る線材を製造する技
術は、熱間圧延における直接パテンテイング処理方法の
ように、高炭素鋼線材においては非常に多く実施され、
著しい進歩がみられている。
これは、圧延に引続く調整冷却において、鋼線材を10
、C/Sec〜20冷C/SeCという冷却速度で急冷
し、均一な微細パーライト組織(ソルバイト組織)を得
ることを目的としている。しかしながら、鋼種において
は、例えば機械構造用炭素鋼線材、機械構造用合金鋼線
材等の場合は、急冷により微細パーライト組織を得るこ
とが伸線加工あるいはその後の冷間鍛造加工に対して必
ずしも好都合であるとは限らない。この場合は鋼線材を
略0.2℃/Sec以下という冷却速度で徐冷し、完全
なフエライトパーライト組織を得るとともに、線材の軟
質化を図ることが必要である。このように低い冷却速度
が必要であることについては例えば特開昭51−644
16号により知られていることではあるが、これを工業
的に利用するためには、冷速時間そのものをどこまで短
縮できるかという点にあった。たとえば1000℃以上
で放出された線材を0.051C/SeC〜0.2℃/
Secの冷却速度で室温まで徐冷しようとすれば冷却時
間として5000SeC〜20000SeCの時間を必
要とし、これは工業的にほとんど価値のないことは明ら
かである。
上記先行技術においては、略0.2℃/Sec以下で冷
却すれば、必要な軟質化が得られることが述べられてい
るが、これに対して本発明者等は種々の実験を行なった
結果、冷却条件(温度範囲,冷却速度の上限,下限値等
)を明確に限定しない限り、所定の軟質化を得るのに必
要な冷却時間が大幅に変動すること、またこの時、冷却
時間を一定の値にすると、得られる軟質化レベルが大幅
に変動すること、さらに加えて脱炭およびスケール発生
量において変動範囲が極めて大きくなり、工業的な利用
の面で不都合であることがわかった。発明者等は脱炭,
スケールの発生を最小にしかつ最も短時間に軟質化する
ための冷却パターンを追求した結果第1図に示す冷却パ
ターンを発明するに至った。
すなわち、圧延機から放出された通常1000℃以上の
線材を700℃以上850℃以下まで急冷し(第1図−
A工程)、竿のまま700〜775℃まで保持または5
℃/Sec以下の冷却速度で冷却する(第1図一B工程
)、引続いて600〜675℃まで、0、025程C/
Seeから0.257C/Sec(7)冷却速度で緩速
冷却を行ない(第1図−C工程)、その後は任意の冷却
速度で急冷する(第1図一D工程)というものである。
以下それぞれの冷却条件の効果と限定条件について詳細
に説明する。
まず、上記A工程において、葬却終点温度を700℃以
上850おC以下に限定した理由は次の通りである。
急冷時における下限温度が700’C以下になると、そ
の後の冷却条件(B,C,D工程)を採用しても急冷組
織の形成あるいはフエライト中のカーボン過飽和度の増
大により目標とする線材の軟質化が得られない。このこ
とを実験結果を引用しながら、さらに補足説明すると、
第2図は機械構造用合金鋼線材SCM435を用いて、
A工程の急冷部の冷却終点温度を変えて調査した結果で
ある。また第3図は同鋼種を用いて同急冷部の冷却速度
を変えて調査した結果であるが、第2図からも明らかな
ように700℃以下では軟質化効果を見い出せない。ま
た850℃以下と限定した理由は、冷却時間の短縮を目
標とした場合に、850℃より高い温度では冷却時間の
変動幅が大きくなり、そのため脱炭およびスケールの発
生が多くなるためである。な2、A工程の冷却速度につ
いては、第3図に示すように500冷C/SeCまでは
ほとんど冷却速度の影響が認められないため、急冷して
差し支えない。次にB工程の700〜775℃まで保持
、または5゜C/Sec以下の冷却速度に限定した理由
を説明する。
鋼線材は熱間圧延後ただちに圧延再結晶するが、しかし
ながらCr,MO等の含有割合が高くなると、それだけ
圧延再結晶に時間がかかる。軟質化した線材を得るため
には、後に詳述するように圧延再結晶粒が微細なほどフ
エライト,パーライト変態が短時間で終了するためであ
る。以上の点から圧延再結晶を完了させるために、保持
するかあるいは5℃/Sec以下で冷却することが必要
であり、ここで5℃/Sec以内と限定した理由は、こ
の冷却速度でも十分圧延再結晶が生ずるためであるが、
同時に、前記急冷時における線材表面の過冷を防止し、
復熱による線材の均質化を図るためである。
次にC工程の冷却条件の限定理由について説明する。
第4図は鋼線材における冷却速度と冷却後の引張強さの
一般的な関係を示し、目標強度レベルが得られる冷却速
度の上限,下限を、それぞれ記号VH,vLで示したも
のである。
また第5図はVH,VLの冷却速度の範囲内で冷却する
ための許容範囲を示す。
すなわち、鋼線材の軟質化を図るためには、線材コイル
全体を冷却速度V。とVLの範囲内で冷却するが、この
時第5図の冷却範囲内で線材を冷却すれば、線材は常に
目標強度が得られるはずである。このような考え方に基
づいて数多くの鋼種について実験を行ない、第5図に示
すAl,A2,A3,A4点を求めた。第6図は機械構
造用炭素鋼線材S45Clおよびばね用鋼線材SUP6
の第5図に相当する冷却許容範囲を示したものである。
第7図は、機械構造用合金鋼線材SCM435の冷却許
容範囲を示したものである。
これら第6図,第7図の事実をふまえて、冷却速度範囲
を0.025℃/Sec〜0.25℃/Secに限定し
、また冷却開始温度を700〜775℃、冷却終了温度
を600〜675℃に限定した。
第5図におけるA3,A,を結ぶ線以後はフエライト,
パーライト変態が終了しているので軟質化に対するその
後の冷却速度の影響は極めて小さい。
従って上記の冷却終了後は任意の冷却速度でもって冷却
する。次に圧延再結晶粒度について述べる。
圧延再結晶粒度が細かい程、いわゆる焼きの入りにくい
ことは昔から知られている。この現象を利用して本発明
者等は圧延再結晶の微細化技術と上記冷却パターンとの
組合せによって、さらに軟質化が可能な冷却方法を発明
した。圧延再結晶と軟質化の関係を第8図に示す。第8
図は前記第1図のB工程の終点におけるオーステナイト
結晶粒度を考えて実験した結果であるが、この結果から
結晶粒度をASTMAで10番以上にすると著しい軟質
効果が得られることがわかる。
これはオーステナイトの結晶粒度が微細化する程、パー
ライト変態時間が短縮するのみならず、その後に本発明
の冷却ベターンを採用することによって、セメンタイト
の片状化率が減少し易く、またフエライト中の過飽和カ
ーボンの平衡状態への移行が促進され易くなるためであ
る。
さらに第9図は、仕上げ圧延温度と圧延再結晶粒度の関
係を示したものである。
この図は、ビレットの低温加熱抽出、圧延途中における
冷却、最終圧延スタンドを含む圧延機内での冷却によっ
て仕上圧延温度を変えて実験した結果であるが、仕上圧
延温度を900℃以下にすることによって圧延再結晶粒
度を10番以上にコントロールすることができる。以上
述べたように低温仕上圧延温度を900るC以下に限定
し圧延再結晶粒度を10番以上にコントロールし、さら
に、前述した線材の冷却パターンとの組合わせによって
本発明の目的とする線材の軟質化が顕著に得られるもの
である。
以上本発明の限定理由を説明したが、以上の効果を以下
実施例に基づいて説明する。
実施例1は機械構造用炭素鋼線材S45Cを用いて本発
明の条件で冷却した実施例である。
本鋼種は、工業的には軟質化焼鈍を行なったのち冷間伸
線加工、冷間鍛造加工が行なわれる。この場合、軟質化
焼鈍は、引張強さを68kg/M4以下にするために行
なわれるが、本発明法によれば、実施例からも明らかな
ように、最終圧延温度1050℃の場合は、引張強さ6
4kg/Twitが得られ、また最終圧延温度850℃
の場合は61kg/M4が得られた。さら6と、線材コ
イル全体の強度のばらつきも、±1kg/M4の範囲内
にあり、本発明法による線材では軟質化焼鈍を省略して
、直接、冷間伸線加工、冷間鍛造加工を行なうことがで
きるものであった。
実施例2は機械構造用合金鋼線材SCM435について
本発明を実施した結果である。最終圧延温度1050℃
において引張強さ74kg/MAがまた最終仕上温度8
50℃において引張強さ69kg/Ttl?tが得られ
た。本鋼種の場合も、工業的には、通常軟質化焼鈍によ
り、80kg/Mm以下の強度レベルにしたのち、冷間
伸線加工,冷間鍛造加工が行なわれているが、本発明に
よる線材コイルでは軟質化焼鈍が省略できたのみならず
、伸線加工性,鍛造加工性においても極めて優れた性質
を示した。実施例3は、ばね用鋼線材SUP6について
、本発明を実施した結果である。最終圧延温度1050
℃において引張強さ94kg/Maが、最終仕上圧延温
度850℃において引張強さ88kg/一が得られた。
同時に、脱炭およびスケールの発生量も、実施例にみら
れるように非常に少ないものであった。
本鋼種の場合は、工業的には脱炭の少ないこと(0.1
mm以下)と軟質化( 100kg/I4以下)が同時
に要求される。本発明によれば、軟質化焼鈍を省略でき
るのみならず、脱炭およびスケールの非常に少ない線材
を極めて短時間で製造することが可能である。以上述べ
たように、本発明は線材の圧延熱を利用して極めて短い
時間で線材の軟質化を図り得る方法を明らかにしたもの
であり、このようにして製造された線材は、従来行なわ
れていた軟質化焼鈍を省略できたのみならず、伸線加工
性,冷間鍛造加工性においても極めて優れた性質を示し
、工業上、有益な効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の冷却パターンの概念を示す図面、第
2図は、機械構造用合金鋼線材SCM435における、
第1図人工程の冷却終点温度の影響を示す図面、第3図
は、第2図と同一鋼種における第1図A工程の冷速速度
の影響を示す図面、第4図は鋼線材における冷却速度と
冷却後の引張強さの一般的な関係を示す図面、第5図は
、第4図におけるVH,vLの冷却速度の範囲内で冷却
するための許容範囲の考え方を示す図面、第6図は、機
械構造用炭素鋼線材S45C,Jよびばね用鋼線材SU
P6の冷却許容範囲を示す図面、第7図は、機械構造用
合金鋼線材SCM435の冷却許容範囲を示す図面、第
8図は、機械構造用合金鋼線材SCM435における圧
延再結晶粒度と軟質化の関係を示す図面、第9図は、機
械構造用合金鋼線材SCM435における仕上圧延温度
と圧延再結晶粒度の関係を示す図面である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 熱間圧延に引き続いて、鋼線材を調整冷却する段階
    において、A)700℃以上850℃以下まで該線材を
    急冷する工程、B)その後、上記急冷時における過冷防
    止を図るとともに、該線材の復熱期間における圧延再結
    晶の進行を完了させるために、温度700℃〜775℃
    まで、保持または5℃/sec以上の冷却速度で冷却す
    る工程、C)その後、パーライトラメラー間隔の粗大化
    を図るとともに、フェライト中の過飽和カーボンの平衡
    状態への移行を図るために、温度600℃〜675℃ま
    で、0.025℃/secから0.25℃/secの冷
    却速度で冷却する工程と、D)その後、任意の冷却速度
    で急冷する工程。 上記各工程を連続して行なうことにより、該鋼線の軟質
    化を得ることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理方
    法。2 ビレット加熱、熱間圧延工程において、最終熱
    間圧延直後の鋼線材温度が900℃以下となるよう制御
    し、引き続いて該線材を調整冷却する段階に際し、A)
    700℃以上850℃以下まで該線材を急冷する工程、
    B)その後、上記急冷時における過冷防止を図るととも
    に、該線材の復熱期間における圧延再結晶の進行を完了
    させ、かつこの時の圧延再結晶粒度をASTMNo.で
    10番以上にするために、温度700℃〜750℃まで
    保持または、5℃/sec以下の冷却速度で冷却速度で
    冷却する工程、C)その後、パーライトラメラー間隔の
    粗大化を図るとともに、フェライト中の過飽和カーボン
    の平衡状態への移行を図るために、温度600℃〜67
    5℃まで、0.025℃/secから0.25℃/se
    cの冷却速度で冷却する工程、D)その後、任意の冷却
    速度で急冷する工程。 上記の各工程を連続して行なうことにより、該線材の軟
    質化を得ることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理
    方法。
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