JPS61257452A - 冷間圧造用低炭素鋼線材及び棒鋼 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷間圧造用低炭素鋼線材及び棒鋼に関し、詳
しくは、冷間引抜き及び冷間圧造によって、ボルト、ナ
ツト、ねし等の冷間鍛造部品を製造するために好適に使
用することができ、その際に中間軟化焼鈍又は球状化焼
鈍を省略又は簡略化し得て、尚すぐれた冷間圧造性を有
する冷間圧造用低炭素鋼線材及び棒鋼に関する。

（従来の技術） ボルト、ナツト、ねじ等の小型部品は、圧延線材に脱ス
ケール、潤滑被膜処理又は球状化焼鈍処理等の前処理を
施した後、これを伸線機によって所要の線径まで冷間伸
線し、次いで、ダブルヘッダー等によって冷間圧造する
ことによって製造される。従って、このような冷間圧造
に使用される圧延線材は、低い変形抵抗、高い延性、割
れ等の圧造欠陥の生じない良好な冷間圧造性又は被潤滑
特性が要求される。

また、圧延線材は、その冷間伸線時の冷間加工度が大き
いとき、加工硬化のために機械的性質、特に引張強さや
降伏点の上昇、絞り値や伸び値の低下が著しく、そのま
までは変形抵抗が大きいので、圧造時に工具寿命を低下
させると共に、割れ発生によって圧造品不良率が増大す
る。従って、従来、冷間加工度が大きいときは、中間工
程において、軟化焼鈍又は球状化焼鈍処理が必要とされ
ているが、省エネルギーや工程簡略化によるコスト節減
の要請の厳しい折から、このような中間焼鈍工程なしに
、冷間加工し得る鋼材が強く要望されている。

更に、タッピングねし、ドライウオール等は、冷間圧造
後に浸炭熱処理して、その用途に供される。従来より知
られている表面浸炭鋼は、浸炭処理した後、Ａ３変態点
以上の温度で加熱し、均一にオーステナイト化した後、
水中又は油中に焼入れを行ない、タッピングねし、ドラ
イウオール等の場合は、次いで、３００〜３５０　’ｃ
の温度で焼戻しを行なって、表面に浸炭硬化層を、また
、芯部に靭性をそれぞれ与えている。しかし、よく知ら
れているように、表面硬化層の硬さと、芯部の靭性とは
相反する性質であると共に、それぞれ」重犯焼戻し温度
によって支配されるところが大きい。

即ち、表面硬化層の硬さを確保するためには、焼戻し温
度を低くしなければならないが、焼戻し温度を低くする
ときは、一般に、芯部の靭性回復が不十分となるので、
表面硬さにはすぐれるが、芯部靭性が劣る。一方、芯部
靭性を向上させるためには、焼戻し温度を高くしなけれ
ばならないが、焼戻し温度を高くするときは、表面硬化
層も同様に軟化する。その結果、芯部は高靭性であるが
、表面も軟らかく、浸炭の効果が全く失なわれることと
なる。

（発明の目的） 本発明者らは、冷間圧造用低炭素鋼線材及び棒鋼におけ
る上記した問題を解決するために、冷間加工にてボルト
、ナツト、ねし等の小型部品を製造する場合に、中間軟
化焼鈍又は球状化焼鈍を省略又は簡略化し得て、尚すぐ
れた冷間圧造性を有する圧延線材及び棒鋼を得るために
鋭意研究した結果、鋼におけるＳ量を低く規制すること
によって、鋼材自体の変形能を改善すると共に、Ｍｎ及
びＰ量の低減によって、変形抵抗が小さく、且つ、変形
能にすぐれた低炭素線材及び棒鋼を得ることができるこ
とを見出し、更に、上記Ｍｎ及びＰ量の低減と共に、適
正量のＣｒの添加によって、特に、浸炭熱処理によって
表層部硬さと芯部靭性を兼ね備え、更に、遅れ破壊特性
にもすぐれる冷間圧造用低炭素鋼線材及び棒鋼を得るこ
とができることを見出して、本発明に至ったものである
。

（発明の構成） 本発明による冷間圧造用低炭素鋼線材及び棒鋼の第１は
、重量％で Ｃ０．１６〜０．３０％、 Ｓｉ０．１０％以下、 Ｍｎ　　　（１，１０〜０．４０％、 Ａ１０．０２〜０．０６％、 Ｐ　　　０．０１０％以下、 Ｓ　　　０．０１５％以下、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とし、か
かる線材及び棒鋼は、中間軟化焼鈍又は球状化焼鈍を省
略又は簡略化し得る。

また、本発明による冷間圧造用低炭素鋼線材及び棒鋼の
第２は、重量％で Ｃ０．１６〜０，３０％、 Ｓｉ０．１０％以下、 Ｍｎ　　０．１（１〜０．４０％、 ＡＩｏ、０２〜０．０６％、 Ｐ　　　０．０１０％以下、 Ｓ　　　０．０１５％以下、 Ｃｒ　　０．０５〜０．６０％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とし、か
かる鋼材は、中間軟化焼鈍又は球状化焼鈍を省略又は簡
略化し得ると共に、特に、浸炭熱処理によって表層部硬
さと芯部靭性を兼ね備え、更に、遅れ破壊特性にもすぐ
れる。

先ず、本発明による冷間圧造用低炭素鋼線材及び棒鋼に
おける化学成分の限定理由についで説明する。

Ｃは、鋼の強度を高めるために必要な元素であるが、過
多に添加するときは、鋼の変形抵抗を大きくするので、
本発明においては、その添加量を０．１５〜０．３０％
とする。

Ｓｔは、Ｃと同様に、フェライトに固溶して、鋼の強度
を高め、加工硬化を助長するので、変形抵抗を小さくす
るためにも、その添加量は少ない方が好ましい。従って
、本発明においては、その添加量は０．１０％以下とす
る。

Ｍｎは、後述するＣｒと同様に、本発明鋼において重要
な元素であり、鋼材の焼入れ焼戻し特性を向上させると
共に、熱間圧延の際に割れ発生の原因となるＳをＭｎＳ
として固定し、無害化するために添加される。しかし、
Ｍｎは、他方において、冷間加工時の加工硬化を助長し
、変形抵抗を大きくする。従って、本発明においては、
Ｍｎは、ＳをＭｎＳとして固定化するに必要な量を越え
る量については、できる限り少ない方がよいが、本発明
鋼は、低減規制ばしているが、Ｓを含有しており、また
、浸炭熱処理をする場合も、通常、絹物製品に使用する
ので、熱処理特性の低下を許容し得る限界、又は熱処理
方法の改善等によって、製品の必要品質特性を満足する
限界として、Ｍｎを少なくとも０．１０％を添加するこ
とが必要である。他方、過多に添加するときは、前記し
たように、冷間加工時の加工硬化が顕著となるので、添
加量の上限を０．４０％とする。

尚、高強度の熱処理製品においては、侵入水素によって
遅れ破壊特性が生じることがある。Ｐ等の不純物元素が
オーステナイト結晶粒界に濃縮するとき、水素脆化が促
進されるが、Ｍｎは、Ｐ等の不純物のオーステナイト結
晶粒界への移動を助長するといわれていることからも、
Ｍｎ量を低減することは有利である。

ＡＡは、脱酸及び結晶粒度の調整のために添加されるが
、添加量が多ずぎるときは、非金属介在物の鋼塊内での
偏析及び粗大化が問題となるので、添加量は０．０２〜
０．０６％の範囲とする。

Ｓは、鋼中において鉄と硫化物系介在物を形成し、前述
したように、熱間圧延割れの原因となるので、その含有
量は極力少ない方がよく、本発明鋼においては、０．０
１５％以下とする。従来、鋼中のＳが０．０１５％以上
、例えば、０．０３０〜０゜０５０％程度の炭素鋼につ
いては、Ｆｅ５ｚ生成による熱間割れ、所謂赤熱脆性の
防止のために、Ｍｎ／Ｓ比で１０以上、実際上には１５
〜２０程度のＭｎ量が添加されているが、本発明鋼によ
れば、Ｓ含有量が０．０１５％以下であるので、Ｍ　ｎ
　／　Ｓ比が８〜１０であっても、赤熱脆性に基づく圧
延疵等が発生しない。

Ｐも、鋼材の機械的性質を悪化させる元素であり、また
、加工硬化を助長するので、含有量は低い方が好ましく
、本発明鋼においては、軟質化と変形抵抗を小さくする
ために、含有量をｏ、ｏｉ。

％以下の範囲に規制する。また、浸炭熱処理によって製
品の強度と耐摩耗性を高くして使用するタッピングねじ
の場合、使用時の遅れ破壊を防止する観点からも、低Ｐ
化は有効である。

以上のような本発明による線材及び棒鋼は、Ｓ及びＰ含
有量を低減すると共に、Ｍｎ量を低減したので、冷間引
抜きにおいて変形抵抗が小さく、且つ、変形能にすぐれ
るので、熱間圧延ままで冷間加工及び冷間圧造すること
ができる。

更に、本発明においては、Ｃｒを所定量添加することに
よって、特に、浸炭熱処理性にすぐれた冷間圧造用低炭
素鋼線材及び棒鋼を得ることができる。

一般に、Ｃｒは、鋼に必要な焼入れ性を与え、機械的性
質を改善するために添加される元素であって、浸炭熱処
理材の場合は、浸炭性を向上させ、浸炭層に耐摩耗性を
与える効果を有する。Ｃｒ添加は、本発明網においても
かかる効果を有するが、本発明網においては、Ｃｒ添加
によって、特に、冷間加工時の加工硬化を減じ、逆に、
加工軟化させる特性を活かすために添加され、更に、芯
部強度を含めて、Ｍｎに代わって浸炭焼入れ性を向」二
させるために添加される。本発明網においては、かかる
効果を有効に発現させるために、Ｃｒを少なくとも０．
０５％添加ることが必要である。しかし、過多に添加す
るときは、加工硬化が増大し、冷間圧造性が阻害される
ので、添加量は０．６０％以下とする。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、Ｓ含有量を０゜０１５
％以下に規制することによって、祠料自体の変形能を改
善し、冷間引抜き等の冷間加工時に非常に大きい冷間予
加工が加えられる線材及び棒鋼において、Ｍ　ｎ　ｉｌ
の低減と、好ましくばＣｒの所定量の添加とによって、
加工硬化及び変形抵抗が小さく、且つ、変形能にすぐれ
た鋼材を得ることができる。

変形能を代表する特性値の一つである割れ発生限界圧縮
率は、横目方向の機械的性質のうち、絞り値と高度の相
関があることは従来より知られているが、本発明におい
ても、両者の相関が確認されると共に、鋼中のＳ量の低
減と共に、変形抵抗低下効果のあるＰ及びＭｎ成分の低
減によって、更に横目方向の絞り値が高められるのであ
る。

従って、本発明鋼によれば、従来、冷間圧造用として中
間軟化焼鈍又は球状化焼鈍なしには、圧造時の割れ発生
及び工具寿命の低下等のために達成することができなか
った冷間引抜き率４０％以下、特に、３０〜４０％の範
囲において、熱間圧延ままにて冷間加工、冷間圧造して
、ボルト、ナツト、ねじ等を製造することができる。ま
た、球状化焼鈍処理が行われる冷間加工率４０％以上の
場合も、冷間圧造品の品質特性を改善することができる
。

更に、Ｃｒを添加した本発明鋼によれば、焼戻し温度を
従来の浸炭鋼におりるような３００〜３５０℃の温度域
から、２８０°Ｃ以下の低温側に移行させることができ
、これによって低温焼戻し脆化温度を避けることができ
るので、製品の品質向上と省エネルギーとを達成するこ
とができる。ま１ま た、３００〜３５０°Ｃ温度域は遅れ破壊特性を悪化さ
せる温度域でもあるので、本発明網は、遅れ破壊特性に
もすぐれている。

（実施例） 以下に実施例によって本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例によって何ら制限されるものではない。

実施例１ 第１表に示す化学組成を有する本発明＠Ａ−Ｄ及び比較
鋼Ｅ及びＦを転炉溶製した。これらの鋼の線径５．５　
ｍｓの熱間圧延線材の機械的性質を第２表に示し、この
線材を脱スケール、湿潤被膜処理した後、冷間伸線した
ときの鋼線の機械的性質の変化を第１図及び第２図に示
す。

第１図及び第２図から明らかなように、Ｍｎ量の低減、
及びＭｎとＣｒの適正な複合添加によって、本発明鋼は
、冷間伸線時の加工硬化量が少なく、絞り値も高い。

本発明鋼及び比較鋼の熱間圧延線材及び冷間伸線材の割
れ発生限界圧縮率の一例を第３図に示す。

ここに、線径１７．　Ｏｍ＋＋の熱間圧延線材及び冷間
伸線材を高さ／直径比１．５、底部曲率半径０．０５　
ｍｍ、角度６０°、深さ０．３鶴の切欠きを直径方向に
対応して２か所設けた切欠き溝イ］き圧縮試験片に機械
加工した後、３００トンプレスによる拘束圧縮試験機に
て、試験片に微細割れが発生ずる限界圧縮率を割れ発生
限界圧縮率とした。本発明鋼の割れ発生限界圧縮率は、
比較材に比べて大幅にずく゛れている。本発明鋼は、前
述したように、Ｍｎ及びＣｒの適正添加によって低い変
形抵抗を有するが、冷間圧縮率が高くなっても、変形抵
抗の上昇は少なく、発明鋼と比較鋼との差は明白である
。

一般に、冷間加工材も含めて、割れ発生限界は、その材
料の横目方向の機械的性質のうち、絞り値と高度の正の
相関があるといわれているが、本発明鋼の場合も、第４
図に示すように、熱間圧延まま及び冷間加工材において
両者の間には相関があり、横目方向絞り値が高いほど、
割れ発生限界も向上する。

第５図は、熱間圧延材及び冷間加工材の絞り値と冷間引
抜き率との関係を示し、第６図は上記材料から切り出し
た横目方向試験材の絞り冷間引抜き率との関係を示し。

本発明鋼の場合、横目方向絞り値は、冷間加工率が大き
くなっても、その低下度合が小さい。こればＳ含有量の
低減と、変形抵抗の低減に寄与するＭｎ及びＣｒ量の適
正組み合わせの効果によるものである。

次に、本発明鋼を浸炭処理材に適用した場合について説
明する。

前記熱間圧延線材を冷間引抜き加工して得た線径３．０
　＊＊＊の試験片を８８０°Ｃに４５分間加熱し、水焼
入れした後、１８０〜２８０℃に３０分間加熱し、空冷
する焼戻しを行った。このようにして得られた熱処理材
の硬度を第７図に示す。

Ｍｎ成分は、熱処理特性を向上させる元素であるが、本
発明鋼によれば、Ｍｎ成分を冷間加工時の加工硬化を減
少させる観点から０．１０〜０．４０％の範囲に限定し
ている。しかしながら、浸炭熱処理方法又はＣｒ成分の
添加によって、必要とされる浸炭処理特性が得られるこ
とが理解される。

更に、焼戻し温度を従来の３００〜３５０°Ｃ程度から
２８０°Ｃ以下に低くすることができ、且つ、この温度
域での靭性の劣化を防ぐことができるので、低温焼戻し
脆化を避けることによって、製品の品質向上と熱処理時
の省エネルギーを達成することができる。

尚、油焼入れの場合、表層部、芯部共に硬度分布が若干
低くなるが本発明鋼の成分範囲内でＭｎ及びＣｒ量を調
整し、浸炭熱処理方法を改善する等によって、所定の製
品品質まで高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、線径５．５　ｔｍの熱間圧延線材
を冷間伸線したときの減面率と引張強さ、及び減面率と
絞りとの関係をそれぞれ示すグラフ、第３図は、冷間伸
線材における冷間引抜き率と割れ発生限界圧縮率との関
係を示すグラフ、第４図は、熱間圧延まま材と冷間加工
材における横目方向絞り値と割れ発生限界圧縮率との関
係を示すグラフ、第５図は、熱間圧延まま材及び冷間加
工材の絞り値と冷間引抜き率との関係を示すグラフ、第
６図、熱間圧延まま材及び冷間加工材から切り出した横
目方向試験材のそれぞれ絞り値と冷間引抜き率との関係
を示すグラフ、第７図は、線径３．ＯＮの冷間伸線材の
浸炭熱処理後の硬さ分布を示すグラフである。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人　弁理士　　牧　野　逸　部 第１図 Ｌ（坊ルシ一と（＝２１ルＤ・んン ２　逗　ａ　途　侶　栢　憤 （＝Ａ）（＝奢 ａ　ト　ミ　姻　を　壇　ジ （〃）（・扉 部ツキ鳴Ｆ籾主−ｉ１！Ｉ−不 （γ鳩腓ｎ翻に課β陣

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ　０．１６〜０．３０％、 Ｓｉ　０．１０％以下、 Ｍｎ　０．１０〜０．４０％、 Ａｌ　０．０２〜０．０６％、 Ｐ　０．０１０％以下、 Ｓ　０．０１５％以下、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする中
   間軟化焼鈍又は球状化焼鈍の省略又は簡略化可能な冷間
   圧造用低炭素鋼線材及び棒鋼。
2. （２）重量％で Ｃ　０．１６〜０．３０％、 Ｓｉ　０．１０％以下、 Ｍｎ　０．１０〜０．４０％、 Ａｌ　０．０２〜０．０６％、 Ｐ　０．０１０％以下、 Ｓ　０．０１５％以下、 Ｃｒ　０．０５〜０．６０％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする中
   間軟化焼鈍又は球状化焼鈍の省略又は簡略化可能で、且
   つ、浸炭熱処理性のすぐれた冷間圧造用低炭素鋼線材及
   び棒鋼。