JPS61104024A

JPS61104024A - 高強度高靭性線材の製造方法

Info

Publication number: JPS61104024A
Application number: JP22527884A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Yamada; 山田　凱朗; Takehiko Kato; 加藤　猛彦; Yasuhiro Hosoki; 細木　康博; Takaaki Yuzutori; 柚鳥　登明
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1986-05-22

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】本発明は高強度高靭性線材の製造方法に関し、詳しくは
引張強さ１００ｋｇ／ｍｍ”かう２００　ｋｇ／ｍｍ”
を有し、しかも、靭性、リラクセーション特性、耐遅れ
破壊性等にすぐれ、従って、例えば、ＰＣ鋼棒や鋼線、
ばね、ボルト、ＡＣ３Ｒ線等に好適に使用することがで
きる高強度高靭性線材の製造方法に関する。

一般に、線材は、鋼片を加熱炉で加熱した後、粗圧延列
、中間圧延列及び仕上圧延列の各圧延列にて圧延し、次
いで、強制冷却した後、巻取機にてリング状に巻取るこ
とにより製造される。従来、このような圧延列において
高強度線材を得る方法としては、例えば、Ｃ−Ｓｉ−Ｃ
−５ｉ−系鋼にＴｉ及びＢを添加し、この鋼を通常圧延
して、Ｂによる焼入れ性向上効果を確保し、この圧延後
に焼入れを行なう方法（特公昭５６−１８０５２号）や
、Ｃ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃ−５ｉ−系鋼又はＣ−Ｓｔ−Ｍｎ
Ｃ−５ｔ−系鋼を低温圧延し、圧延後、７００℃以下で
巻取り、調整冷却する方法（特公昭５９−４０２０７号
及び特公昭５９−４０２０８号）等が知られており、か
かる方法によってマルテンサイト組織を有する線材を得
ることができる。

しかし、本発明者らは、上記した方法とは異なる観点に
立脚し、Ｃ，Ｓｉ及びＭｎを主要合金成分とするＢ無添
加鋼を用いて高強度高靭性線材を製造する方法について
鋭意研究した結果、上記した圧延ラインにおいて、圧延
中の線材を所定温度以下に強制冷却して低温圧延を行な
い、しかも、仕上圧延列の入側温度と出口側温度とを規
制すると共に、圧延後の予備冷却温度を７５０℃以上に
規制し、かかる圧延後に水焼入れを行なうことによって
、非常に微細な組織を有して、高強度高靭性を有する線
材を得ることができることを見出して、本発明に至った
ものである。

本発明による高強度高靭性線材の製造方法は、重量％でＣ（１，０５〜０．５０％、Ｓｉ０．１０〜２．５％、Ｍｎ　　０．５〜２．５％、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を熱間圧延して線
材を製造する方法において、圧延中の線材を強制冷却し
て、粗列、中間列及び仕上圧延列における線材温度を１
０００℃以下に保持すると共に、仕上圧延列入側温度を
８００〜９００℃とし、且つ、仕上圧延温度を９６０℃
以下として、圧延後７５０〜８５０℃に予備冷却し、リ
ング状に巻取った後、直ちに水焼入れすることを特徴と
する。

先ず、本発明における鋼の化学成分の限定理由について
説明する。

Ｃは、鋼強度を確保するために、少なくとも０゜０５％
を添加することが必要である。しかし、過多に添加する
ときは、鋼の靭性の劣化を招き、また、水焼入れの際に
焼割れを生じるので、添加量の上限を０．５０％とする
。

Ｓｉは、脱酸剤として添加されると共に、固溶強化元素
として作用するので、強度の向上に有効であり、特に、
ばね等の用途を考慮するとき、耐へたり性の向上に効果
があるので、少なくとも０゜１０％を添加することが必
要である。しかし、過多に添加するときは、靭性を劣化
させるのみならず、経済的にも不利であるので、その上
限は２．５％とする。

Ｍｎは、焼入れ性を向上させ、強度の上昇にも効果があ
り、０．５％以上を添加する。反面、過剰に添加すると
、その効果が飽和し、しかも、偏析等も発生しやすくな
るので、添加量の上限は２．５％とする。

また、本発明において用いる鋼は、脱酸剤として通常の
キルド鋼に添加される程度のＡｆｆを含有し、その含有
量は、通常、０．１％以下が望ましい。

本発明においては、上記した元素に加えてＮｂ、■及び
Ｔｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種の炭窒化物
生成性元素を鋼に添加することかできる。

Ｎｂ、■及びＴｉは、いずれも微細な炭窒化物を生成し
て、オーステナイトの未再結晶域を拡大し、圧延後の結
晶粒の微細化に効果がある。かかる効果を有効に発揮さ
せるために、これらの元素　　　　　　〆はそれぞれに
ついて０．０１％を添加することが必要である。しかし
、過多に添加しても、効果が飽和して、経済的に不利で
あるので、添加量の上限はそれぞれの元素について０．
２％とする。

更に、本発明においては、Ｃｒ−、Ｃｕ及びＮｉよりな
る群から選ばれる少なくとも１種の強度向上性元素を鋼
に添加することができる。

Ｃｒは、焼入れ性を向上させ、強度の上昇に有効であり
、かかる効果を有効に得るためには、少なくともｏ、ｉ
ｏ％を添加することが必要である。

しかし、２．０％を越えて過多に添加すると、鋼の靭性
を著しく劣化させ、しかも、経済的にも不利である。

Ｎｉは、焼入れ性、強度、靭性及び耐候性の改善に有効
であり、０．１０％以上を添加する。しかし、高価で元
素であるので、その添加量の上限を２．０％とする。

Ｃｕも強度、靭性及び耐候性の改善に効果があり、少な
くとも０．０１％を添加するが、しかし、過多に添加す
ると、鋼塊を分塊する際に熱間割れを起こすことかある
ので、添加量の上限は１．０％とする。

上記炭窒化物生成性元素は単独で又は複合添加してもよ
く、また、上記強度向上性元素も単独で又は複合添加し
てもよい。更に、炭窒化物生成性元素と強度向上性元素
とを併用して添加することもできる。

本発明の方法において用いる鋼は、不純物としてＰ、Ｓ
及びＮを含有することが許容される。Ｐは偏析を生じや
すい元素であるので、その含有量は０．０１２％以下と
するのが望ましい。Ｓは期中で硫化物系介在物を生成し
、線材の二次加工性を阻害するので、０．０　Ｏ５％以
下の含有量とするのが好ましい。また、Ｎけ、時効しや
すく、線材や鋼線の延性に有害であるので、その含有量
を０．００３５％以下とするのがよい。

次に、本発明による線材の製造方法について説明する。

本発明による方法は、上記したような化学成分組成を有
する鋼を熱間圧延するに際して、圧延中のオーステナイ
ト結晶粒の微細化を図り、線材の靭性を向上させるため
に、圧延中の線材を強制的に冷却して低温圧延を行ない
、しかも、圧延後に水中にて焼入れし、かくして、高強
度高靭性線材を得るのである。

詳細には、本発明の方法においては、熱間圧延中の線材
温度を１０００℃以下に保持し、このように、圧延温度
を通常の圧延におけるよりも低く抑えて、所謂低温圧延
を行なうために、線材の圧延ライン中に、例えば、中間
圧延列と仕上圧延列との間に高圧水噴射ノズルを備えた
箱型冷却装置を設置し、この冷却装置により仕上圧延入
側温度を８００〜９００℃の範囲に冷却することにより
、仕上圧延出口での温度を９６０℃以下に抑える。更に
、仕上圧延列と巻取機との間で予備冷却を行なって、線
材を７５０〜８５０℃の範囲の温度でリング状に巻取っ
た後、直ちに水中にて急冷して水焼入れを行なって、線
材を微細な組織よりなる焼入れ組織に変態させ、かくし
て、高強度高靭性線材を得るのである°。

以下に本発明の方法における圧延及び冷却条件について
説明する。

本発明の方法においては、熱間圧延中に綿材温度を１０
００℃以下にし、且つ、仕上圧延入側温度を８００〜９
００℃、仕上出口温度を９６０℃以下とすることによっ
て、圧延中のオーステナイト粒の再結晶と成長を効果的
に阻止し、かくして、オーステナイト粒度にして２５μ
ｍ以下、好ましくは２２ｐｍ以下（ＡＳＴＭ　Ｎｏ、　
８　）の微細粒を得ることが必要である。

仕上出口温度が９６０℃を越えるときは、後述するよう
に、その後の予備冷却の許容される範囲で最大の冷却条
件（巻取目標温度７５０℃）を採用しても、オーステナ
イト粒は２０μｍを越える大きさとなる。即ち、仕上出
口温度として９６０℃以下を目標とした場合、仕上入側
温度が９００℃を越えると、仕上出口で９６０℃を越え
ることとなり、目標値を満足しない。また、仕上入側温
度が８００℃以下であるときは、仕上圧延列での圧延に
際して°、材料の変形抵抗が大きくなるため、圧延材の
モーター負荷が増大し、製造費用の増大　　　　′を招
くと共に、材料先端が仕上圧延機ロールにうまく噛み込
まれなくなり、ロール破損やミスロールの危険が増すた
め、８００℃以下の仕上入側温度は避けるべきである。

本発明の方法においては、上記のような仕上圧延後、線
材を巻取るまでの間に予備冷却を施こし、線材を７５０
〜８５０℃の範囲の温度に冷却し、この後、巻取機にて
リング状に巻取る。

この予備冷却によって、仕上後のオーステナイト粒の成
長を阻止すると共に、後述するように、組織としてフェ
ライト・マルテンサイト組織組織又はフェライト・マル
テンサイト・ベイナイト三相組織を得る場合には、この
予備冷却の間にフェライトを析出させるのである。巻取
温度が８５０°Ｃを越えるときは、仕上圧延の後、巻取
の間にオーステナイト粒が成長し、前記した２０μｍ以
下の結晶粒を達成できなくなる。一方、巻取温度が７５
０℃より低いときは、水焼入れの後の線材特性、具体的
には絞り、伸び等の靭性値が劣化すると共に、ばらつき
が大きい。

巻取温度が低いときに、上記したような弊害が生じるの
は、線材表面が適冷されると、水焼入れに際して内部ひ
ずみが大きくなることによるとみられる。即ち、圧延終
了温度から７５０℃以下の温度まで急冷しすぎると、線
材の表面と中心部の温度差が著しく大きくなり、最終冷
却時には表面部から変態が開始されて中心部へと進行す
ることとなり、冷却後の線材の断面内の不均一性を増す
原因となる。

尚、断面不均一を生じた線材は、低温焼鈍によって均一
化を図り、延性を回復することもできるが、冷却ままで
均一な線材を得ることが望ましいので、本発明の方法に
おいては、予備冷却の温度は７５０℃を下限とする。一
方、より厳密に断面内において均一性が要求される場合
には、晟柊冷却前に短時間保定を行ない、予備冷却後の
線材の断面的温度分布を均一化することもできる。

本発明の方法に・よれば、上記のように、７５０〜８５
０℃の温度で線材をリング状に巻取った後、直ちに水中
で水焼入れを行なうことにより、非常に微細なマルテン
サイト組織、フェライト・マルテンサイト組織或いはフ
ェライト・マルテンサイト・ヘイナイト組織への変態が
生じ、かくして、高強度と高靭性とを兼ね備えた線材を
得ることができる。

更に、本発明の方法においては、圧延藺始直前の鋼片の
温度を８００〜９５０℃に低温加熱し、引続いて上記し
たように低温圧延を実施することによって、圧延開始前
のオーステナイト粒自体がより細かいため、更に一層の
オーステナイト粒の微細化を図ることができ、かくして
、靭性が一層向上した線材を得ることができる。また、
使用する鋼片として、溶銑予備処理を実施した場合、不
純物元素としてのＰ及びＳを著しく低減することができ
、かかる綱片を用いて、本発明の方法に従って低温圧延
、水焼入れを行なえば、Ｐ及びＳ量が通常の範囲にある
鋼片を用いる場合に比べて、一層、靭性の高い線材を得
ることができ、更には、特性面では耐遅れ破壊性が高い
線材を得ることができる。

以上のように、本発明の方法においては、Ｂ無添加鋼を
低温圧延することにより、オーステナイト粒の微細化を
図り、仕上圧延後の冷却過程において完全マルテンサイ
ト又はフエ之イト・マルテンサイト又はフェライト・マ
ルテンサイト・ヘイナイト組織を得、かくして、高強度
高靭性線材を得ることができる。かかる線材によれば、
二次加工を大幅に省略して、従来の焼入れ焼戻し処理品
と同等又はそれ以上の高強度部品に加工することができ
る。例えば、従来の線材によれば、所要の高強度を得る
ために、焼入れ焼戻しの熱処理を行なって製造する部品
のような場合でも、本発明の方法による線材を用いる場
合は、熱延ままの線材を軽度の伸線加工を施し、所定の
寸法にした後、部品形状に加工し、この後、そのまま、
又はブルーイング処理等を施こすのみで、引張強さとし
て１００〜２００ｋｇ／ｍｍ”を有する高強度部品を容
易に得ることができる。

実施例第１表に本発明線材Ａ−Ｇ及び比較綿材Ｄ゛及　　　　
　７．１びＨ−Ｊの化学成分を示す。本発明線材によれ
ば、Ｃ量に応じて強度が上昇し、且つ、伸び及び絞りも
比較線材に比較してずくれている。結晶粒度も２２μｍ
以下の極細粒である。特に、本発明線材りでは、微細化
元素Ｎｂの添加によって、オーステナイト粒が１５μｍ
（八ＳＴＭ　Ｎｏ、９．５）へと細粒化しており、更に
、Ｅについては、鋼片加熱温度を８００℃の低温とした
ため、オーステナイト粒が１２　μｍ　（ＡＳＴＭ　Ｎ
ｏ、１０）へと極細粒化している。

尚、比較線材Ｈは、鉛パテンテイング後、伸線した伸線
材、■及びＪは８７０℃で８分間オーステナイト化後、
水焼入れした再加熱焼入れ線材である。

また、比較線材Ｄ°は、線材組成は本発明線材りと同じ
であるが、巻取温度を７３０°Ｃとしたので、引張強さ
が低下しているうえに、伸び及び絞りも大幅に低下し、
且つ、ばらつきも大きい。

次に、本発明線材Ｇ（二相組織）と比較線材１（マルテ
ンサイト組ｍ＞の耐遅れ破壊性第２表に示す。本発明線
材Ｇの場合、１００時間耐遅れ破壊強さは比較線材Ｉに
比べてすぐれている。これは本発明線材によれば結晶粒
が細かいことと、低Ｐ及び低Ｓの効果が相互に作用して
いることによるとみられる。

第　　２　　表（注）ループ方式、水中、常温（αに−５）次に、ｐｃ
鋼線鋼棒として本発明鋼を適用した場合について、比較
鋼と共に以下に説明する。

第１表に示す本発明鋼Ｂ及び比較鋼Ｊを下記工程にてＰ
Ｃ鋼棒に加工した。即ぢ、本発明鋼Ｂの場合、圧延後、
酸洗、潤滑処理後、直径７．５龍から７．２　＋＋ｍへ
の軽減面率（８％）にて伸線を行ない、異形棒の場合は
、引き続いてインデント加工を行なって後、矯正を行な
い、更に、３００℃で２分間のブルーイングを行なった
。　　　　　　　　　　　　　（また、比較鋼Ｊについ
ては、これを８７０°Ｃで８分間オーステナイト域に加
熱し、引続き、水中に急冷して、水焼入れ後、酸洗、潤
滑処理し、次いで、直径７．５　ｔｍから７．２鰭への
軽減面率（８％）にて伸線を行ない、異形棒の場合は、
引き続いてインデント加工を行ない、更に、矯正し、引
続き、３００℃で２分間のブルーイングを行なった。

このようにして得た各ＰＣ鋼材の特性を第３表に示す。

本発明鋼は、ｐｃｗ４棒の重要特性であるリラクセーシ
ョン値において非常にすぐれた特性を有しており、ＰＣ
鋼棒に非常に有利に適用することができる。

圧延ままでの本発明鋼に冷間矯正、温間矯正及び温間引
抜き等を施しても、ＰＣ棒鋼として良好な性能が得られ
る。本発明鋼の場合、初析フェライトが存在しても、リ
ラクセーションロスが少ないのは、フェライト中に固溶
Ｃ量が多く、転位の移動を防止するからであるとみられ
る。

次に、本発明鋼をばね用鋼線に適用した場合について説
明する。

第１表に示す本発明鋼Ｂ゛及び比較ｇＨを下記工程にて
ばね周線に加工後、その特性を調べた。

即ち、本発明鋼Ｂ′を酸洗、潤滑処理後、直径５゜５　
ｍｍから５６２鰭への軽減面率（１０％）で伸線後、３
５０℃で１０分間のブルーイングを行なった。

また、比較鋼Ｈについては、９００　”Ｃで８分間オー
ステナイト化後、５５０℃で５分間の鉛パテンテイング
処理を行ない、酸洗、潤滑処理後、直径８、　Ｏｖ＊か
ら５．２額に伸線（減面率５８％）後、３５０’Ｃで１
０分間の、ブルーイングを行なった。このようにして得
られたばね用鋼線の機械的性質及び回転曲げ疲労試験の
結果を第４表に示す。

本発明鋼によれば、ばね用鋼線として特に必要とされる
疲労限が比較鋼に比べてすぐれており、ばねに好適に使
用することができる。前述したように、本発明の方法に
よって得られる線材は、従来の再加熱、焼入れ工程から
製造される鋼線よりも金属組織が微細であるため、耐へ
たり性改善にも有効である。

本発明の方法による線材は、高強度高靭性であ　　　　
　。

って、しかも耐おくれ破壊性、リラクセーション特性、
疲労特性等においてすぐれているので、前述したような
高強度ｐｃ鋼材、高強度ばね或いは高強度非調質ボルト
等への使用に好適である。

手続補正書（自発）昭和６０年　６月１４日昭和５９年特許願第２２５２７８号２、発明の名称高強度高靭性線材の製造方法３、補正をする者事件との関係　特許出願人住　所　神戸市中央区脇浜町１丁目３番１８号名　称　
（１１９）株式会社神戸製鋼所代表者　牧　　　冬　彦４、代理人住　所　大阪市西区新町１丁目８番３号５、補正命令の
日付　昭和　　年　　月　　日（発送日　昭和　　年　
　月　　日）６゜補正により増加する発明の数７、補正の対象　明細書発明の詳細な説明の欄８、補正
の内容　別紙のとおり補正の内容（１）明細書第１７頁の第１表を別紙のように補正する
。

（２）明細書第２０頁の第３表及び第４表において、項
目の欄に「機械給質的性」とあるのを「機械的性質」と
補正する。

以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．０５〜０．５０％、Ｓｉ０．１０〜２．５％、Ｍｎ０．５〜２．５％、残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を熱間圧延して線
材を製造する方法において、圧延中の線材を強制冷却し
て、粗列、中間列及び仕上圧延列における線材温度を１
０００℃以下に保持すると共に、仕上圧延列入側温度を
８００〜９００℃とし、且つ、仕上圧延温度を９６０℃
以下として、圧延後７５０〜８５０℃に予備冷却し、リ
ング状に巻取つた後、直ちに水焼入れすることを特徴と
する高強度高靭性線材の製造方法。
（２）重量％で（ａ）Ｃ０．０５〜０．５０％、Ｓｉ０．１０〜２．５％、及びＭｎ０．５〜２．５％に加えて、（ｂ）Ｎｂ０．０１〜０．２％、Ｖ０．０１〜０．２％、及びＴｉ０．０１〜０．２％よりなる群から選ばれる少なくとも１種、及び残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を熱間圧延し
て線材を製造する方法において、圧延中の線材を強制冷
却して、粗列、中間列及び仕上圧延列における線材温度
を１０００℃以下に保持すると共に、仕上圧延列入側温
度を８００〜９００℃とし、且つ、仕上圧延温度を９６
０℃以下として、圧延後７５０〜８５０℃に予備冷却し
、リング状に巻取つた後、直ちに水焼入れすることを特
徴とする高強度高靭性線材の製造方法。
（３）重量％で（ａ）Ｃ０．０５〜０．５０％、Ｓｉ０．１０〜２．５％、及びＭｎ０．５〜２．５％に加えて、（ｂ）Ｃｒ０．０１〜０．２％、Ｃｕ０．０１〜０．２％、及びＮｉ０．０１〜０．２％よりなる群から選ばれる少なくとも１種、及び残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を熱間圧延し
て線材を製造する方法において、圧延中の線材を強制冷
却して、粗列、中間列及び仕上圧延列における線材温度
を１０００℃以下に保持すると共に、仕上圧延列入側温
度を８００〜９００℃とし、且つ、仕上圧延温度を９６
０℃以下として、圧延後７５０〜８５０℃に予備冷却し
、リング状に巻取つた後、直ちに水焼入れすることを特
徴とする高強度高靭性線材の製造方法。
（４）重量％で（ａ）Ｃ０．０５〜０．５０％、Ｓｉ０．１０〜２．５％、及びＭｎ０．５〜２．５％に加えて、（ｂ）Ｎｂ０．０１〜０．２％、Ｖ０．０１〜０．２％、及びＴｉ０．０１〜０．２％よりなる群から選ばれる少なくとも１種、（ｃ）Ｃｒ０．１０〜２．０％、Ｃｕ０．０１〜１．０％、及びＮｉ０．１０〜２．０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種、及び残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を熱間圧延し
て線材を製造する方法において、圧延中の線材を強制冷
却して、粗列、中間列及び仕上圧延列における線材温度
を１０００℃以下に保持すると共に、仕上圧延列入側温
度を８００〜９００℃とし、且つ、仕上圧延温度を９６
０℃以下として、圧延後７５０〜８５０℃に予備冷却し
、リング状に巻取つた後、直ちに水焼入れすることを特
徴とする高強度高靭性線材の製造方法。