JPS6037853B2 - 高Ｓｉ鋼材の脱炭防止方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、Ｓｉｌ．００〜３．００％を含む高Ｓｉ鋼片
の熱間圧延に際して、加熱炉における鋼片の加熱時の昇
温速度を制御することによって、熱間圧延後の鋼材表層
部の脱炭を防止する方法に関するものである。

上記高Ｓｉ鋼は主としてバネ用鋼として多く使用されて
いるが、一般に知られているようにＳｉが高いため高温
加熱中に鋼片表層部が脱蕨しやすし、。

このため熱間圧延前の加熱は可能な限り低い温度で短い
時間行なわれるが、この場合でも鋼片表層部にフェライ
トのみでパーラィトのほとんどない層（以下フェライト
脱炭と云う）が生じやすく、従来の低温・短時間加熱を
中心とした対策だけでは、熱延後の鋼材フェライト脱炭
を防止することは困難であった。そこで本発明者等は先
きに加熱時の雰囲気を工業的に可能な範囲で中性ないし
還元性に保持し、さらに圧延後の鋼材の冷却速度を早く
する事によってよりいっそうフェライト脱炭層の低減を
図る方法を開発したが、圧延後の鋼材のフェライト脱炭
層を皆無にする事は出釆ず、その抜本的な改善は未解決
であった。

バネ用鋼材にこのような脱炭層が存在すると、バネの主
要特性である疲労強度を低下させることは良く知られた
事実である。

特に炭素をほとんど含まないフェライト脱炭層が存在す
ると、バネの疲労特性を著しく損なう。このためやむを
得ずバネに成形する前に鋼材表面を切削または研削して
脱炭層を除去することが一般に行われており、その製造
コストをを著しく高いものにしていた。本発明者等は更
に研究のすえ高Ｓｉ鋼の加熱中に生じるフェライト脱炭
は、加熱速度を制御することによって防止可能なことを
見出した。即ち、高Ｓｉ鋼片は、加熱炉において通常９
００ｑｏ〜１１００ｏｏに加熱されるが、その過程で６
００ｑＣ〜７５０ｑＣの温度範囲を通過する短時間の内
に鋼片表面部の脱炭が急速に進行し、特に有害なフェラ
イト脱炭層がこの間で形成されることをつきとめた。更
に種々検討の結果、上記温度範囲を３０℃／ｍｊｎ以上
１２０℃／ｍｉｎ以下の速度で加熱することによって温
度分布の不均一性を生ずることなくフェライト脱炭の発
生を防止できることを確認した。かくして本発明はＳｉ
ｌ．００〜３．００％を含有する高Ｓｊ鋼片の加熱過程
において、６００ｏ○〜７５００○の温度範囲を３０℃
′ｍｊｎ以上１２０ｏＣ／ｍｉｎ以下の速度で加熱する
ことを特徴とする方法である。

次に、本発明における成分限定理由を述べる。

Ｓｉが１．００％未満のときは、加熱過程中に進行する
脱炭量は僅かであり、通常の熱間圧延後の比較的冷却速
度が遅くてもフェライト脱炭は生じない。一方、Ｓｉが
３．０％を超えると、級性が劣化するので本発明におい
てはＳｉを１．００〜３．００％の範囲とした。このＳ
ｉ範囲において脱炭防止の効果が顕著なのはＣ量の多い
中炭鋼線、とくにＣが０．５％以上のバネ鋼において顕
著である。次に加熱過程で、６００午０未満の温度では
フェライトおよびパーラィトとして安定化しておりほと
んど脱炭は進行しない。

また加熱温度が７５０℃を超える温度城は主としてオー
ステナイト領域にあり、比較的脱炭の速度が遅いうえ、
フェライト脱炭が進行しない。従って本発明で対象とず
べき温度範囲は６００ｑＣ〜７５０午０の範囲である。
表１は本発明に係るＳｉを含む通常のバネ用鋼材２種類
の化学組成を示す。表１ 第１図は表１に示した成分の１２００鋼片より切出した
試料ＡおよびＢについて、従来行なわれている通常の加
熱速度で加熱し、加熱途中の温度から水冷却した試料の
全脱炭深さ×とフェライト脱炭深さＹを示したものであ
る。

この時の加熱速度は２びＣ′ｍｉｎである。同図から供
試料の変態温度区間に相当する６００午０〜７５０ｏ○
の温度範囲で脱炭が進行しフェライト脱炭層が生じるこ
とが明らかである。第２図はフェライト脱炭が進行する
危険温度区間（６００ｏｏ〜７５０℃）を種々の速度で
加熱し、均熱（１０００午０、４０分間）及び冷却の一
連の熱処理を経た試料の全脱炭深さＸとフェライト脱炭
深さＹを示したものである。

なお、冷却速度はいずれも２０℃／ｍｉｎとして冷却時
の脱蕨発生を抑制した。第２図より、３ぴＣ′ｍｉｎ未
満の速度で加熱すると脱炭が著しく進行したフェライト
脱炭層が生じる。一方１２０℃／ｍｉｎを超える加熱速
度については、通常の鋼片加熱炉ではこれ以上の速度を
得ることは難しい。したがって加熱炉に特別な処置をす
る必要がありいたずらにコスト高になるほか、材質的に
も結晶粒が局部的に粗大化して好ましくない。このため
加熱劫藍度は品質上及びコスト上３０℃／ｍｊｎ〜１２
ぴＣ′ｍｉｎが最適である。この３びＣ／ｍｉｎ以上１
２０ｑＣ′ｍｉｎ以下の加熱速度は、加熱炉入口側を高
温にし急速加熱することによって容易に達成することが
できる。なお、本発明者等は既に冷却速度の制御による
フェライト脱炭の防止に関して特顔昭弘−６５７４号で
出願済みである。

この技術はＳｉｌ．００〜３．００％を含有するバネ用
鋼材の熱間圧延後の冷却過程において、７５０〜６００
℃の温度範囲を１５℃／ｍｉｎ以上、２０ぴＣ／ｍｉｎ
以下の速度で冷却するものである。この技術は素材の組
織がオーステナイトであること及び大気中における冷却
であって、素材の組織がＱ鉄とパーラィトであり、雰囲
気が炉中における燃焼ガスである本発明と著しく異なる
ものであり、特にフェライト脱炭の生成を決定する雰囲
気との表面反応速度、鋼中のＣの拡散速度が異なるため
に本発明とは全く異質な機構のものである。以下本発明
を実施例について具体的に説明する。

表２は、試験に使用したＳｉ鋼片の化学組成と熱間圧延
条件である。

転炉にて溶製した各種のＳｉバネ鋼を１２００鋼片に分
嬢圧延し、表２に示す温度に再加熱したあと直径９０〜
１７０の線材に圧延した。表２ 表３はフェライト脱炭が進行する危険温度区間（６００
℃〜７５０℃）を種々の速度で鋼片を加熱し、圧延した
緑村のフェライト脱炭深さと全脱炭深さを示したもので
ある。

表３ なお、圧延後の冷却速度についてはパターン１では衝風
冷却により２０ｑＣ／ｍｉｎ以上となっており、冷却時
の脱炭を抑制した結果、フェライト脱炭ゼロと全脱炭低
減が可能となった。

一方、パターンロでは自然冷却により冷却速度は１５℃
／ｍｉｎとなり、全脱炭はパターン１に比べ増加してい
るもののフェライト脱炭ゼロは達成できた。これらの実
施例において従来法の加熱速度３０℃／ｍｉｎ未満は従
来行なわれているような加熱方式（子熱ゾーン＋加熱ゾ
ーン＋均熱ゾーン）により加熱したものであり「 本発
明法の３００Ｃ′ｍｉｎ以上については急速加熱方式（
加熱ゾーン＋均熱ゾーン）によって得たものである。

表３に示すように従来の加熱方法ではフェライト脱炭を
避けることは困難であるが、本発明によれば鋼片を急速
加熱するという簡単な手段によって、従来の鋼片加熱よ
りも速い速度で変態温度区間を通過せしめ、脱炭の進行
を抑制できフェライト脱炭の発生を防止することができ
た。上述した如く本発明は脱炭の少ない高Ｓｉ鋼材を安
価に提供するものであり、従来やむをえず行われている
成形前の切削または研削工程を省略でき、工業上の利用
価値の極めて大きいものである。

なお、本発明は高Ｓｉ鋼の鋼片加熱時に発生するフェラ
イト脱炭抑制のみならず、圧延後の鍛造、押出、表面処
理の作業目的で鋼材を再加熱する場合のフェライト脱炭
の防止にも利用可能な技術である。

【図面の簡単な説明】

第１図は１２００鋼片より切出した試料を加熱する過程
で所定の温度から水煉入した高Ｓｉ鋼の脱炭深さを示す
図、第２図は該試料を種々の温度で加熱し、均熱・冷却
という一連の熱処理を経た高Ｓｉ鋼の脱炭深さを示す図
である。 オー図 外２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｓｉ１．００〜３．００％を含有する鋼線の熱間加
   工工程において、６００℃〜７５０℃の温度範囲を３０
   ℃／ｍｉｎ以上、１２０℃／ｍｉｎ以下の速度で鋼片を
   加熱することを特徴とする高Ｓｉ鋼材の脱炭防止方法。