JPS62142019A

JPS62142019A - 高炭素合金細線の製造方法

Info

Publication number: JPS62142019A
Application number: JP28028585A
Authority: JP
Inventors: Hideki Nakamura; 秀樹中村; Norimasa Uchida; 内田　憲正
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1987-06-25

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、重量比で０．５％以上のＣを含有する難加工
性合金の細線の製造法に関する。

〔従来の技術〕

鉄基合金に限らず一般の金属材料の細線は、所望する最
終組成と実質的に同一な組成の鋳塊を製造後、分塊を経
て熱間圧延で線材を得た後、引抜またはローラーダイス
等の圧延で所望する線径の線材が作られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、高炭素含有鋼でその金属組織中に多量の炭化物
を含有する合金ではその伸線性が悪く、引抜工程での１
パスの減面率がわずかしか取れず、多数回の引抜と焼な
ましの繰り返しを実施せざるを得す、きわめて生産性が
低くその製品コストが著しく上昇する。特に、０．５％
以上のＣを含有し、さらにＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、■等の炭化
物形成能が大きい高炭素合金材料で金属組織的に一次品
炭化物と称される凝固過程で融液から直接または共晶、
包共晶等の反応で晶出する炭化物を含有する鋼において
は、伸線性が特に低い。

その理由は炭化物自体が、塑性をほとんど有しないこと
、ならびに融液から晶出するために炭化物粒径が粗大化
していることによる。なかでも−火陥炭化物の含有量が
多い場合、冷間状態では１パスで２０％以下の減面率し
か取れない場合も多く、温間、熱間引抜が実施されるが
、これでも伸線が困難の場合が多い。この場合強制伸線
を実施すると、基地と炭化物の塑性能差によって、炭化
物と基地界面、または炭化物に割れが生じ、伸線の続行
と共にこれらの割れはボイドに成長し破断に到る事例や
、ボイドが多いと材料としての特性が得られなくなる場
合がある。

かかる場合は、例えばＪＩＳ　ＳＫｌ＋５１相当の予備
合金化された粉末を作り、軟鋼製カプセル等に充填後、
熱間静水圧で圧縮後、分塊、圧延により線材をネ！）で
引抜加工する事例がある。これは１粒径が６００μ以下
の超急冷凝固された合金粉末を出発原料とすることによ
り、−次炭化物のサイズを微細化することによって材料
の塑性変形能を向上させることが［］的である。この手
法により伸線性は大輪に改溶されるが、−次炭化物の体
積含有率が１．０％を越える場合は本質的に解決にはな
らない。

以上のように、従来技術では高炭素合金鋼の製造は、経
済的、かつ製造技術そのものにも問題があった。

本発明は、重量比で０，５％以上のＣを含有し、さらに
Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、■等の炭化物形成能の大きい元素を単
独または複数で、　Ｃｒ　＋　Ｗ　＋　２　Ｍ　ｏ　＋
　Ｖの総量が１０％以上の高炭素合金材料の細線製造に
おいて、 ■伸線工程での１パス減面率を大きくし、生産性を向上
させること、（巧炭化物の割れによって発生する引抜ボイドを減少さ
せること、（ル従来では引抜法によっては製造できなかった高炭素
合金材料の分野の細線の製造を可能とすること、を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、重量比で０．５％以上のＣを含有し、さらに
Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ等の炭化物形成能の大きい元素を１
１独または複数で、Ｃｒ　＋　Ｗ　＋　２　Ｍ　ｏ　＋
　Ｖの総量が１０％以上の高炭素合金材料より細線を製
造する方法において、出発材料のＣ含有量を所望する最
終組成のＣ含有量より、０．２〜０．５％低減せしめて
おき、熱間圧延、引抜等の通常の手段で線径２　、　Ｏ
ｎｇｎ以下まで加工した後、浸炭によって所望するＣ含
有量まで復炭を行ない、拡散焼なましを経て線材断面で
のＣ含有量の差を平均化させることにより、前記目的を
達成するものである。

本願発明が対象とする材料は、基本的には所望する最終
組成によって決定される金属組織内に一火陥の合金炭化
物と含有する高炭素合金材料とする。

これらの一群の材料の化学組成を厳密に特定することは
困難であるが、実施例の結果から判断して、０．５％以
上のＣを含有し、その他Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ。

■の炭化物形成元素の含有量を、Ｚ　＝　Ｃｒ　＋　Ｗ
　十２　Ｍ　ｏ　＋　Ｖの式で表示した場合、２≧１０
％の材料において発明の効果が顕著である。Ｔｉ、　Ｎ
ｂ、　Ｚｒ、Ｈｆ　、　Ｔ　ａ等の合金元素については
■と同じＭＣ型炭化物を形成し、概略Ｖと同一の作用を
有することから、当然前記式の■を代替した式で表現で
きる。その他Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ等の合金元素ならびに不
可避的に含有される不純物元素については、当然適宜含
有されていても、本願発明に何ら影響を与えるものでは
ない。

Ｃが０．５％未満では上記２≧１部の範囲において一火
陥炭化物は存在しないか、存在してもその址は少なく、
細線の製造は本願発明を適用することなく十分可能であ
る。

次に出発材料のＣ含有量は、所望する最終Ｃ含有量より
０．２０〜０．５０％の範囲でその絶対量を低減させた
ものとする。０．５０％以上低減せしめると浸炭時の材
料表層部〜芯部のＣ′ｄ！Ａ度の差が大きく、拡散焼な
ましを行なってもＣ；農度の平市化ができない。また、
０．２０％以下の低減では伸線性の向上が不十分である
。

鋳塊から分塊、熱間圧延を経て浸炭を行なう線径までの
熱間加工工程は、従来実施されている通常の方法で行な
われる。Ｃ含有量が減少しているため、塑性変形能も向
上し、一般的には偏析も減少するので加工性の問題は全
くない。通常線径で５、Ｏｍφ前後までは熱間圧延で線
材を製造する。

その後の伸線工程も引抜、スウェージング等従来用いら
れている手法で差し支えない。実施例で示すように、出
発材料のＣ含有量を低減させることにより、従来手法対
比生産工数他の大きなメリットが得られた。

次に浸炭および拡散焼なましについて述べる。

浸炭を行なう線径は２．Ｏｉｍ以下にしなければならな
い。これ以上の線径では線材表層部〜芯部でのＣの均一
分布が困難となる。

また所望する線径よりやや大きい線径の状態で浸炭を実
施した後、拡散焼なましを行ない所望する線径まで仕上
伸線を実施すると曲がり、蛇行等の少ない細線が得られ
る。もちろん、所望の線径を１！）た後に浸炭しても、
所望の特性は得られる６浸炭方法は特に限定されないが
、ガス浸炭が好ましい。

浸炭温度の選定は本願発明における重要な事項の一つで
ある。

線材の表層部〜芯部にわたって均一なＣ濃度分布を最終
的に取得することが必要で、鉄基合金材料では、Ａ１点
以下のフェライト領域での緩和浸炭か、１１００℃以上
のオーステナイト領域の高温浸炭を実施する必要がある
。所望する線径が１．０ｍｍφ以下か最終のＣ組成が１
．５％以下の場合は、緩和浸炭、■、Ｏｍφ以上でＣ組
成が１．５％以上では高温浸炭が好ましい。またＣｏ基
合金では、常凸でもマトリックスはオーステナイト単相
であり、この場合の浸炭温度は１１００℃以上の高温浸
炭が望ましい。

高温浸炭の場合、雰囲気の選定によっては逆に脱炭する
可能性がある。浸炭雰囲気の選定は、対象とする材質に
よって個々に選定する必要があるが、Ｃｎ　Ｈｒａ系よ
りもＧｏ−Ｎ、系ガスの方がＪＩＳ　５ＫＩＩクラスで
は好結果が得られた。

また浸炭時に雰囲気によってはＣ以外にＮが含有される
こともある。Ｎは鋼中では一部は基地に固溶するが、大
部分は炭化物形成元素と結びつき炭窒化物を形成するも
のであるが、この存在は当然本願発明に許容されるもの
である。

浸炭ままでは必然的にＣ濃度は表層部で高く、芯部では
低くなる。これを均一化、具体的に望ましくは線材表層
部と芯部のＣ含有量の差が０．１％以下になるように浸
炭後拡散焼なましを実施する。

拡散焼なまし温度領域は特に限定されない。

線材等の表層部の耐Ｉφ耗性向上を目的とした材料表層
部の浸炭は従来から行なわれていた。しかし、本願発明
における浸炭は、これら表面処理とは目的を異にするも
のである。すなわち、前述の如く線材表層部と芯部のＣ
含有量を均一に、望ましくは０．１％以下の差とするこ
とを最終的な目的とし、従って表層部は過剰浸炭を行な
うものである。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき詳述する。

実施例１重量比で００．５１％、　Ｓｉ　０．３２％、　Ｍｎ　
０．２９％、Ｃｒ４．２０％、Ｗ　　６．１０％、Ｍｏ
５．８２％、Ｖ　　１．９２％。

残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成の３５０ｋ
ｇｇ塊を製造した（以後、便宜上本発明材と記す）。

本合金はＣが０．８０〜０．９部含有されるとＪＩＳ規
格でＳに１１９　（ＳＫ１１５１　）と称される高速度
工具鋼であり、本実施例は最終的にこの成分に該当する
細線を製造しようとするものである。

鋳塊を分塊、熱間圧延して５．５＋ａφの線材を１′）
た。

まず５．５圃φ状態での焼なまし状態における塑性変形
能をＪＩＳ　ＳＫｌ＋９（以後従来材と記す）の同−線
径材と比１咬した。その結果を第１表に示す。

第１表本発明材は、室温（ＲＴ）から温間（７００℃）、熱間
（１０００℃）の全温度領域で引張強さが従来材対比急
）威し、伸び、絞り値が向上していることがわかる。

次に５．５端φ線材を１パス減面率１０．２０．３０％
で最高６回までの連続冷間引抜を実施した。

従来材は１０％減面率では４回、２０％減面率では２回
、３０％減面率では１回の引抜で、中間焼なましを実施
しないと後続の引抜が実施できなかった。

これに対し本発明材は、１０％減面率では６回、２０％
では３回、３０％では２回の連続引抜が可能であった。

以」二のように、本発明材は塑性変形能が向上し、冷間
引抜では中間焼なましの回数を従来材対比はぼ半、城で
きることが判明した。

次に本発明材、従来材を５．５ｒｒｔｎφから７００−
７５０℃の温度範囲で１パス減面率２０％で連続的に１
．６■φまで温間引抜を実施した。その後、１パス減面
率２０％で連続的に０．６■φまで４０％減面率毎に中
間焼なましを挿入しなから冷間伸線を行なった。これを
焼なまし後１２００℃で焼入、５６０℃、１ｈｒＸ２回
の焼戻を行なって線材の断面部の硬さを測定した。

その結果を第２表に示す。

第２表からの距離従来材は線材の芯部に向かって大きな硬さの低下現象が
発生する。これは引抜によってボイドが発生するためで
、引抜時の張力が大きい芯部はどこの硬さ低下が顕著と
なる。

これに対し、本発明材はＣ含有量が低いため、硬さの絶
対値が低いがボイドの発生はなく硬さも均一となる。

次に０．６ｍｍφの本発明材に対し、温度７８０℃のＣ
ポテンシャル０．９％のプロパンガス中で４ｈｒのガス
浸炭を行ない、ついで７８０℃Ｘ　４ｈｒ真空中で拡散
焼なましを実施した。この後Ｘ線マイクロアナライザー
（ＥＰＭＡ）を用いて、断面部のＣ濃度差を分析した。

線材表面からＤ／８部、　Ｃ０．２１９％、Ｄ／４部で
０．８６％、Ｄ／２部では０．８３％であった。なお、
線材のトータルＣ含有量は０．８７％であった。

本線材を前述と同様に焼入、焼戻を行ない、断面部の硬
さ分布を測定した。その結果、Ｄ／８部１（ｖ　８６５
．　Ｄ／４部Ｈｖ８６０、Ｄ／２部Ｈｖ８７２で表すｊ
り部、芯部にわたって均一な硬さ分布を示すことを確認
した。

さらに、当該線材を０　、３　ｎｏφまで１パス２０％
の減面率で冷間引抜を実施した。この後同様に線材断面
部の硬さ分布を測定した。０７８部はＨｖ３５８、Ｄ／
４部Ｈｖ８６２、Ｄ／２部Ｈｖ８７２で、芯部の硬さ低
下が実質的に認められないことが判明した。

実施例２実施例１の温間引抜時に線径３．Ｏｗｌφと］　、　５
　ｎｍφのものを抽出し、１１００℃の温度でＣポテン
シャル０．９％の雰囲気で８ｈｒの浸炭を行なった。こ
の後１１００℃Ｘ　４ｈｒの拡散焼なましを行ない、Ｅ
ＰＭＡによりＣａ度分布を測定した。

３．０ｍｍφ材ではＤ／８部０．９０％、Ｄ／４部０．
８１％、Ｄ／２部０．６１％で内外で最高０．２９％の
Ｃ１１Ｗ度差を生じた。一方、　１．５ｎｍφではＤ／
８部０．９０％、Ｄ／４部０．８４％、Ｄ７２部０．８
１％テ０．１％以内ノ濃度差であった。

実施例３重量比でＣ０．９３％、　Ｓｉ　０．３７％、Ｍｎ０．
２９％、Ｗ　１０．３２％、Ｍｏ３．８１％、Ｖ　３．
２１％、　Ｃｏ　１０．０５％。

残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋳塊を得
た。Ｃが１．２０〜１．３０％含有された場合はＪＩＳ
ＳＫＩ＋５７に該当する材料である。

本材料を実施例１と同様の方法で５．５ｎｗｎφの線材
を得た後、同じく温間引抜で１．６■φの細線（以後便
宜上本発明材と記す）とした。また、ＪＩＳ　ＳＫＩ＋
５７相当材（Ｃ１，２８％）のｌ　、　６　ｎｏφの細
線（以後従来材と記す）を同様に作製した。

従来材を１パス減面率１錦で３０％減面率毎に７８０℃
の中間腕なましを実施しなから冷間引抜を行なったが、
線径０．７１ｎｗｎφで破断した。

これに対し本発明材は、　０．６ｍｍφまで同一条件下
で冷間引抜が可能であった。その後実施例１と同様にＣ
ポテンシャル１．６％にて浸炭および拡散焼なましを実
施し、更に冷間引抜を行ない０．２５ｎｗｎφの細線を
得ることができた。最終Ｃ含有量は１．２４％であった
。

実施例４重量比でＣ０．６１％、　Ｓｉ　１．１０％、Ｍｎ０．
２４％。

Ｃｒ　３０．１２％、　Ｗ　３．８８％、残部Ｇｏおよ
び不可避的不純物からなるＣｏ基合金の鋳塊を真空溶解
法で得た。Ｃを１．０％含有するとステライトＮｏ、６
と称される耐摩耐食合金である。ステライトＮ０１６は
加工性が悪く、通常４．０ｍｍφ以下では引抜加工がで
きないとされている。

これに対し、　Ｇ　０．６１％とした場合には５．５ｍ
φの熱間圧延線材から８００℃の温間引抜加工で１パス
減面率２０％において２．０ｍｍφまで、１パス減面率
１０％で０．８ｍｍφまで引抜加工が可能であった。

０　、８１ＴＩｎφの細線に実施例１と同様にＣポテン
シャルを１．２％で高温浸炭および拡散焼なまし処理を
実施した。拡散焼なまし後のＣ含有量はＤ／８部１．１
０％、Ｄ／４部０．９８％、Ｄ／２部０．９２％であっ
た。

実施例１〜４では、引抜加工の例を示したが。

本発明はこれに限定されるものではなく、スウェージン
グ等の従来用いられている細線製造手段を適用可能なこ
とは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によると高炭素合金の細線
を効率よく生産することができるとともに、従来引抜加
工によっては製造できなかったような高炭素合金の細線
を引抜加工により製造することを可能とするもので、工
業上非常に有益である。

代理人　弁理士　高石橘馬　゛−１＋；１１

Claims

【特許請求の範囲】１　重量比でＣ０．５０％以上、他にＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｖの単独または複数をＺ＝Ｃｒ＋Ｗ＋２Ｍｏ＋Ｖの式で
表示した時、Ｚ≧１０％以上を含有する高炭素合金材料
より細線を製造する方法において、Ｃ含有量を所望する
最終組成より０．２〜０．５％低減せしめた出発材料を
用い、線径２．０ｍｍφ以下まで加工した後浸炭および
拡散焼なましを行なうことを特徴とする高炭素合金細線
の製造方法。２　浸炭温度が鉄基合金ではＡ＿１点以下のフェライト
領域または１１００℃以上のオーステナイト領域、Ｃｏ
基合金においては１１００℃以上のオーステナイト領域
である特許請求の範囲第１項記載の高炭素合金細線の製
造方法。３　拡散焼なまし後の細線の表層部、芯部のＣ含有量の
差が０．１％以内である特許請求の範囲第１項または第
２項記載の高炭素合金細線の製造方法。