JPS6386814A - 冷間加工性の優れた鋼材の製造方法 - 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） 本発明は構造用炭′Ｐｅ錆、低合金鋼などの線材、棒鋼
、ｒ４板等の鋼材の熱間圧延による製造に係り。

特に冷間加工によって成形されるボルト、ソケット、ス
クリュー等の部品の製造用に好適な鋼材の製造方法に関
する。

（従来の技術及び解決しようとする問題点）機械構造用
炭素鋼、低合金ｆＬ軸受鋼、工具鋼などの高炭素鋼では
、冷間での加工に先立ち、延性を付与したり、変形抵抗
の低下を図るために硬度を低下させ、加工性を改善する
ことを目的として、一般に球状化焼鈍し処理が行われて
いる。この球状化焼鈍しの方法としては、従来から、（
１）Ａ０点直下の温度に長時間加熱保持した後、冷却す
る長時間加熱法、（２）Ａ、点とＡ３点との間の２相域
に適当時間加熱後、徐冷する徐冷法、（３）Ａ１点をは
さんで、その直上と直下の温度に繰返し加熱、冷却する
繰返し加熱冷却法１等々の方法がある。

この球状化焼鈍し処理は、熱間圧延により製造された線
材、棒鋼、鋼板等の鉄渭ス品に対し、別ラインの熱処理
炉で所定の温度まで再加熱して行われる場合が多い。し
かしながら、この熱処理には１通常、土数時間の極めて
長い処理時間を要するため、生産性が低く、熱処理コス
トが高くなり、また、省エネルギーの観点からも、熱処
理時間の短縮化が望まれている。

そこで、そのための改首策としては次のような方法が試
みられている。すなわち、現在、工業的に生産されてい
る鉄鋼製品圧延材の組織は、通常、フェライト−パーラ
イト組織であり、このような組織の鋼材を冷間加工に適
した球状炭化物組織に変えるためには、前記の長時間熱
処理が必要となっているが、上記のような問題点を解決
するため、特公昭５６−３７２８８号に開示されている
ように、熱間圧延後、５５０℃〜Ｍｓ点の温度範囲を１
００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却し、上記温度範囲
に１分以上保持する方法や、特公昭５５−３１１６５号
に開示されているように、熱間圧延後、５５０℃〜Ｍｓ
点の温度範囲に急冷する方法が提案されている。しかし
、熱処理時間を大幅に短縮し得る効果は必ずしも満足で
きる域には至っていない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであっ
て、前記の冷間加工時に良好な加工性（延性、硬度）を
有する球状炭化物組織を得るために行われる熱処理時間
を大幅に短縮する、すなわち、従来のトータル熱処理時
間を４０％以上の如く大幅に短縮することが可能な組織
を有する熱間圧延鋼材の製造方法を提供することを目的
とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、熱間圧延の仕上
げ圧延材の組織調整によって以後の熱処理工程で球状化
しやすい組織を予め得ようとするものであり、具体的に
は、熱間圧延の途中で冷却速度をコントロールし、組織
調整を行った後、特定の圧延加工度及び加工温度にて仕
上げ圧延（温間加工）を行うことにより、可能にしたも
のである。

すなわち、本発明は、各種鋼につき、熱間圧延の途中で
１〜ｂ とによりフェライト−パーライト変態を起こさせ終了さ
せた後、急速に昇温し、Ａｃ、意思下の温度域で１０％
以上、７０％以下の加工を行うことを特徴とする冷間加
工性の優れた鋼材の製造方法を要旨とするものである。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明す机 従来の熱間圧延法では、仕上げ圧延後の圧延材には、通
常オーステナイト状態からの変態によって、以後の熱処
理工程で球状化しにくい層状パーライト組織が生成して
いる。このような圧延材に対して前述の熱処理法を適用
し、この安定な層状パーライト組織から球状化組織を得
るためには、一方法として前記の二相域加熱を行うが、
この場合には、冷却過程を徐冷する必要があり、いずれ
の熱処理法でも熱処理時間を大幅に長くせざるを得ない
。

そこで、本発明では、以後の熱処理工程において球状゛
化組織の形成が容易となるような前組織を圧延仕上がり
で実現化するものである。すなわち。

上記層状パーライト組織の板状炭化物を熱間圧延工程中
の加工（圧延）によって分断、微細化すればよく、その
ためには１通常、仕上げ圧延後に生じるオーステナイト
からのパーライト変態を、熱間圧延工程中に鋼材を冷却
することによって生じさせると共に終了させ、その後、
適当な加工によって層状炭化物の分断、微細化を図るも
のである。

オーステナイト−パーライト変態を圧延工程中に起させ
終了させるには、熱間圧延の途中で１〜ｂ 層状パーライト組織が得られるので１次いでな、速に（
例、１００℃／ｍ１ｎ）界温し、昇温後、１０〜７ｏ％
の加工度の加工をＡｃ、意思下の温度域で行なうことに
より、層状パーライト組織の板状炭化物が分断、微細化
される。

板状炭化物の分断、微細化のためには少なくとも１０％
以上の加工度を必要とし、しかし７０％以下の加工度で
足りる。また、このような加工がＡｃ、意思下の如く低
温で行なわれることから、圧延材に加工歪が残留し、こ
の歪エネルギーの存在が以後の熱処理時に炭化物の球状
化を促進する効果がある。

なお、上記加工を行なう温度はＡｃ、意思下であるが、
これには２つの態様が可能である。第１にはＡｅ、意思
下、好ましくは再結晶温度以下の温度域の場合であり、
第２にはＡｃ１点以上、Ａｃ３点以下の２常温度域の場
合である。特に後者の２常温度域で加工を行なう場合に
は、Ａｃ１点以上に昇温することにより、変態の終了し
たパーライト組織に一部逆変態を起こさせ、これにより
少量のγ（オーステナイト）を出現させ、このオーステ
ナイトに加工変形を与えることで、以後の冷却中に生じ
るノ５−ライト変態組織を微細化することができる。

上記のような熱間加工工程によれば１球状化のための熱
処理後の球状化組織がＪＩＳＧ３５３９によるＮα３以
上で、硬さがＨｖ≦１８０の鋼材を得るための処理時間
は、従来の熱間圧延材の場合の１／３以上に短縮するこ
とが可能となる。球状化焼鈍しの方法としては、従来と
同様の方法を適用することができるが、特に徐冷による
場合に処理時間短縮化の効果が大きい。

なお、本発明法の対象鋼としては、特に制限されず、炭
素鋼、クロム鋼に限られるものではなく。

ボロン鋼やモリブデンを含有する鋼についても同様な効
果が得られるものであり、例えば、８１０Ｃ−Ｓ５５Ｃ
（Ｃ：０．１０〜０．５８％）、ＳＣＩマ４２０−ＳＣ
Ｒ４４０，ＳＣＲ４４０〜Ｓ　ＣＭ　４４０等が挙げら
れる。

（実施例） 次に本発明の実施例を示す。

叉許便上 第１表に示した化学成分（ｗｔ％）の機械構造用炭素鋼
５４５Ｃを９５０’Ｃに加熱後、連続熱間圧延によって
４．５〜１３ｍｍｔに圧延した後、冷却速度１〜４℃／
ｓｅｃで５５０℃まで冷却した。その後、引続き６５０
℃まで加熱速度１．　ＯＯ’Ｃ／　ｍｉｎで昇温し、昇
温後、直ちに４　ｍｍ　ｔに圧延を行い、常温まで空冷
した。

第１図に示すように、最も球状化しにくい層状パーライ
ト組織の板状炭化物は分断されると共に加工による変形
を受けており、球状化組織の形成が促進され得る組織と
なっている。なお、第１図はパーライト変態後６５０℃
で５０％の加工を行なった圧延材の場合である。

この鋼材を熱処理炉を用いて、７４０”Ｃに再加熱後、
３０＋ｍｉｎ均熱保持し、６８０℃まで２５℃／ｈｒの
冷却速度で徐冷し、以後空冷した（第２図（ａ）参照）
、熱処理後の組織を第３図、第４図に示す。なお、第３
図はパーライト変態後６５０℃で１０％の加工を行なっ
た場合、第４図は同様に５０％の加工を行なった場合で
ある。また、得られた球状化組織Ｎαと硬さの値を第２
表に示す。更に。

得られた球状化繊ｙａＮｏ及び硬さと圧延加工度との各
々の関係を第５図、第６図に示す。

比較のため、同一材を９５０℃に加熱後、連続熱間圧延
により８００℃で４　＋＋ｕｎｔに仕上げた後、常温ま
で空冷した。この鋼材を熱処理炉を用いて７４０℃に再
加熱後、３ｈｒ均熱保持し、６８０℃まで冷却速度１２
．５°Ｃ／ｈｒで徐冷し、以後空冷した（第２図（ｂ）
参照）６熱処理後の組織を第７図に示す。

第３図〜第６図と第７図との比較並びに第２表で明らか
なように、本発明法により低温で加工した材料は、通常
の圧延材に比べ、著しく球状化処理に要する時間が短縮
されているにもかかわらず、長時間処理材と同等の球状
化組織程度、硬さレベルを有している。

失五■旦 第１表に示した化学成分を有する肌焼き鋼５ＣＲ４２０
を９５０℃に加熱後、連続熱間圧延によって４．５〜１
３ｍｍｔに圧延した後、冷却速度１〜４℃／ｓｅｅで５
５０℃まで冷却した。その後、引続き６６０℃まで加熱
速度１００℃／ｗｉｎで昇温し、昇温後直ちに４　ｍｍ
ｔに圧延を行い、常温まで空冷した。

第８図に示すように、最も球状化しにくい層状パーライ
ト組織の板状炭化物は分断されると共に加工による変形
を受けており、球状化組織の形成が促進され得る組織と
なっている。なお、第８図はパーライト変態後６５０　
’Ｃで５０％の加工を行なった圧延材の場合である。

この鋼材を熱処理炉を用いて、７７０℃に再加熱後、３
Ｑｍｉｎ均熱保持し、６８０℃まで２５℃／ｈｒの冷却
速度で徐冷し、以後空冷した（第９図（ａ）参照）。熱
処理後の組織を第１０図、第１１図に示す。なお、第１
０図はパーライト変態後６５０℃で１０％の加工を行な
った場合、第１１図は同様に５０％の加工を行なった場
合である。また、得られた球状化繊ｍ＆と硬さの値を第
３表に示す８更に、得られた球状化組織Ｎα及び硬さと
圧延加工度との関係を第１２図、第１３図に示す。

比較のため、同一材を９５０℃に加熱後連続熱間圧延に
より９２０℃で４　ｍａｓｔに仕上げた後、常温まで空
冷した。この鋼材を熱処理炉を用いて７７０℃に再加熱
後、３ｈｒ均熱保持し、６８０’Ｃまで冷却速度１２．
５℃／ｈｒで徐冷し、以後空冷した（第９図（ｂ）参照
）。

第１０図〜第１３図及び第３表から明らかなように、本
発明法により低温で加工した材料は、通常の圧延材に比
べ、著しく球状化処理に要する時間が短縮されているに
もかかわらず、長時間処理材と同等の球状化組織程度、
硬さレベルを有している。

実施例３ 第１表に示した化学成分を有する機械構造用炭素鋼３４
５　Ｃを９５０℃に加熱後、連続熱間圧延によって４．
５〜１３ｍｍｔに圧延した後、冷却速度１〜４℃／ｓｅ
ｅで５５０℃まで冷却した。その後。

引続き７３５℃まで加熱速度ｊ、　ＯＯ℃／ｍｉｎで昇
温し、昇温後直ちに４　ｍｍ５ｔに圧延を行い、常温ま
で空冷した。

第１４図に示すように、最も球状化しにくい層状パーラ
イト組織の板状炭化物は分断されると共に加工による変
形を受けており、球状化組織の形成が促進され得るＭｉ
織となっている。なお、第１４図はパーライト変態後７
３５℃で５０％の加工を行なった圧延材の場合である。

この鋼材を熱処理炉を用いて７４０℃に再加熱後、３０
１１ｉｎ均熱保持し、６８０℃まで　２５℃／ｈｒの冷
却速度で徐冷し、以後空冷した（第２図（ａ）参照）。

熱処理後の組織を第１５図、第１６図に示す。なお、第
１５図はパーライト変態後７３５℃で１０％の加工を行
なった場合、第１６図は同様に５０％の加工を行なった
場合である。また、得られた球状化組織Ｎαと硬さの値
を第４表に示す。

更に、得られた球状化組織Ｎｏ及び硬さと圧延加工度と
の関係を第１７図、第１８図に示す。

比較のため、同一材を９５０℃に加熱後、連続熱間圧延
により８００℃で４ＩＩＩｌｌｔに仕上げた後、常温ま
で空冷した。この鋼材を熱処理炉を用いて７４０℃に再
加熱後、３ｈｒ均熱保持し、６８０”Ｃまで冷却速度１
２．５℃／ｈｒで徐冷し、以後空冷した（第２図（ｂ）
参照）。熱処理後の組織を第１９図に示す。

第１５図〜第１８図と第１９図との比較並びに第４表で
明らかなように、本発明法により低温で加工した材料は
、通常の圧延材に比べ、著しく球状化処理に要する時間
が短縮されているにもかかわらず、長時間処理材と同等
の球状化組織程度。

硬さレベルを有している。

矢１漕↓ 第１表に示した示した化学成分を有する機械構造用炭素
１１ｓ４５Ｇを９５０”Ｃに加熱後、連続熱間圧延によ
って４．５〜１３ｍｍｔに圧延した後、冷却速度１〜４
℃／ｓｅｅで５５０℃まで冷却した。

その後、引続き７６０℃まで加熱速度１００℃／ｗｉｎ
で昇温し、昇温後直ちに４　ｍｍｔに圧延を行い、常温
まで空冷した。

第２０図に示すように、最も球状化しにくい層状パーラ
イト組織の板状炭化物は分断されると共に加工による変
形を受けており、球状化組織の形成が促進され得る組織
となっている。なお、第２０図はパーライト変態後７６
０’Ｃで５Ｑ％の加工を行なった圧延材の場合である。

この鋼材を熱処理炉を用いて７４０℃に再加熱後、３０
ｍ１ｎ均熱保持し、６８０℃まで２５℃／ｈｒの冷却速
度で徐冷し、以後空冷した（第２図（ａ）参照）。熱処
理後の組織を第２１図、第２２図に示す。なお、第２１
図はパーライト変態後７６０℃で１０％の加工を行なっ
た圧延材の場合、第２２図は同様に５０％の加工を行な
った圧延材の場合である。更に、得られた球状化組織Ｎ
ａと硬さの値を第５表に示す。

比較のため、同一材を９５０’Ｃに加熱後、連続熱間圧
延により８００℃で４　ｍｍｔに仕上げた後、常温まで
空冷した。この鋼材を熱処理炉を用いて７４０℃に再加
熱後、３ｈｒ均熱保持し、６８０℃まで冷却速度１２．
５℃／ｈｒで徐冷し、以後空冷した（第２図（ｂ）参照
）。熱処理後の組織を第１９図に示す。

第２１図及び第２２図と第１９図との比較並びに第５表
で明らかなように５本発明法により低温で加工した材料
は、通常の圧延材に比べ、著しく球状化処理に要する時
間が短縮されているにもかかわらず、長時間処理材と同
等の球状化組織程度、硬さレベルを有している。

Ω１玉 第１表に示した化学成分を有する肌焼き鋼５ＣＲ４２０
を９５０℃に加熱後、連続熱間圧延によって４．５〜１
３ｍ＋ｗｔに圧延した後、冷却速度１〜４℃／ｓｅｃで
５５０℃まで冷却した。その後、引続き７４０℃まで加
熱速度１００℃／ｗｉｎで昇温し、昇温後直ちに４　ｍ
ｎ＋ｔに圧延を行い、常温まで空冷した。

第２３図に示すように、最も球状化しにくい層状パーラ
イト組織の板状炭化物は分断されると共に加工による変
形を受けており、球状化組織の形成が促進され得る組織
となっている。なお、第２３図はパーライト変態後７４
０℃で５０％の加工を行なった圧延材の場合である。

この鋼材を熱処理炉を用いて７７０℃に再加熱後、３０
ｍ１ｎ均熱保持し、６８０℃まで２５℃／ｈｒの冷却速
度で徐冷し、以後空冷した（第９図（ａ）参照）。熱処
理後の組織を第２４図、第２５図に示す。なお、第２４
図はパーライト変態後７４０℃で１０％の加工を行なっ
た圧延材の場合、第２５図は同様に５０％の加工を行な
った場合である。

また、得られた球状化組織Ｎｃと硬さの値を第６ｋに示
す、更に、得られた球状化組織Ｎａ及び硬さと圧延加工
度との各々の関係を第２６図、第２７図に示す。

比較のため、同一材を９５０℃に加熱後、連続熱間圧延
により９２０℃で４　＋＋＋＋＋＋ｔに仕上げた後。

常温まで空冷した。この鋼材を熱処理炉を用いて７７０
℃に再加熱し、３ｈｒ均熱保持後、６８０℃まで冷却速
度１２．５℃／ｈｒで徐冷し、以後空冷した（第９図（
ｂ）参照）。

第２４図〜第２７図及び第６表から明らかなように、本
発明法により低温で加工した材料は、通常の圧延材に比
べ、著しく球状化処理に要する時間が短縮されているに
もかかわらず、長時間処理材と同等の球状化組織程度、
硬さレベルを有している。

去】口１主 第１表に示した化学成分を有する肌焼き５ＩＩＳＣＲ４
２０を９５０℃に加熱後、連続熱間圧延によって４．５
〜１３ｍ■ｔに圧延した後、冷却速度１〜４℃／ｓｅｅ
で５５０”Ｃまで冷却した。その後、引続き８２０℃ま
で加熱速度１００℃／ｗｉｎで昇温し、昇温後直ちに４
　ｍｍｔに圧延を行い、常温まで空冷した。

第２８図に示すように、最も球状化しにくい層状パーラ
イト組織の板状炭化物は分断されると共に加工による変
形を受けており１球状化組織の形成が促進され得る組織
となっている。

この鋼材を熱処理炉を用いて７７０℃に再加熱後、３Ｑ
ｍｉｎ均熱保持し、６８０℃まで　２５℃／ｈｒの冷却
速度で徐冷し、以後空冷した（第９図（ａ）参照）６熱
処理後の組織を第２９図、第３０図に示す。なお、第２
９図はパーライト変態後８２０℃で１０％の加工を行な
った圧延材の場合、第３０図は同様に５０％の加工を行
なった圧延材の場合である。また、得られた球状化組織
Ｎαと硬さの値を第７表に示す。

第２８図〜第３０図及び第７表から明らかなように１本
発明法により低温で加工した材料は、通常の圧延材に比
べ、著しく球状化処理に要する時間が短縮されているに
もかかわらず、長時［■処理材と同等の球状化組織程度
、硬さレベルを有している。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、熱間圧延の途中
でオーステナイト状態から冷却し、フェライト−パーラ
イト変態を起こさせ終了させた後、低温で仕上げ圧延を
行なうものであるので、仕上げ圧延材の組織は炭化物が
分断、微細化されていると共に圧延材に加工歪が残留し
ており、従来の圧延材が層状炭化物組織を呈しているの
に比べ、以後の球状化熱処理時間の著しい短縮化が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１においてパーライト変態後６５０℃で
５０％の加工を行なった圧延材の組織を示す走査型電子
顕微鏡写真であり、 第２図は５４５Ｃ材の球状化熱処理条件を示す図で、（
ａ）は本発明材の場合、（ｂ）は従来材の場合であり、 第３図及び第４図は実施例１においてパーライト変態後
６５０℃で加工を行なった圧延材について球状化熱処理
を施したときの組織を示す顕微鏡写真で、第３図は１０
％加工の場合、第４図は５０％加工の場合であり、 第５図及び第６図は実施例１における球状化熱処理材の
球状化Ｎα及び硬さと圧延率の関係を示す図であり、 第７図は通常の圧延材からの球状化熱処理材の組織を示
す顕微鏡写真であり、 第８図は実施例２においてパーライト変態後６５０℃で
５０％の加工を行なった圧延材の組織を示す走査型電子
顕微鏡写真であり、 第９図は５ＣＲ４２０材の球状化熱処理条件を示す図で
、（ａ）は本発明材の場合、（ｂ）は従来材の場合であ
り、 第１０図及び第１１図は実施例２においてパーライト変
態後６５０℃で加工を行なった圧延材について球状化熱
処理を施したときの組織を示す顕微鏡写真で、第１０図
は１０％加工の場合、第１１図は５０％加工の場合であ
り。 第１２図及び第１３図は実施例２における球状化熱処理
材の球状化Ｎａ及び硬さと圧延率の関係を示す図であり
。 第１４図は実施例３においてパーライト変態後７３５℃
で５０％の加工を行なった圧延材の組１１曳を示す走査
型電子顕微鏡写真であり、 第１５図及び第１６図は実施例３においてパーライト変
態後７３５℃で加工を行なった圧延材について球状化熱
処理を施したときの組織を示す１項微鏡写真で、第１５
図は１０％加工の場合、第１６図は５０％加工の場合で
あり、 第１７図及び第１８図は実施例３における球状化熱処理
材の球状化ＮＧ及び硬さと圧延率の関係を示す図であり
。 第１９図は通常の圧延材からの球状化熱処理材のｍ織を
示す顕微鏡写真であり、 第２０図は実施例４においてパーライト変態後７６０℃
で５０％の加工を行なった圧延材の組織を示す走査型電
子顕微鏡写真であり、 第２１図及び第２２図は実施例４においてパーライト変
態後７６０℃で加工を行なった圧延材について球状化熱
処理を施したときの組織を示す顕微鏡写真で、第２１図
は１０％加工の場合、第２２図は５０％加工の場合であ
り、 第２３図は実施例５においてパーライト変態後７４０°
Ｃで５０％の加工を行なった圧延材の′ｍ織を示す走査
型電子顕微鏡写真であり、 第２４図及び第２５図は実施例５においてパーライト変
態後７４０’Ｃで加工を行なった圧延材について球状化
熱処理を施したときの組織を示す顕微鏡写真で、第２４
図は１０％加工の場合、第２５図は５０％加工の場合で
あり、 第２６図及び第２７図は実施例５における球状化熱処理
材の球状化Ｎα及び硬さと圧延率の関係を示す図であり
。 第２８図は実施例６においてパーライト変態後８２０℃
で５０％の加工を行なった圧延材の８１織を示す走査型
電子顕微鏡写真であり、 第２９図及び第３０図は実施例６においてパーライト変
態後８２０℃で加工を行なった圧延材について球状化熱
処理を施したときの組織の顕微鏡写真で、第２９図は１
０％加工の場合、第３０図は５０％加工の場合である。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 第１図 １　　間　　　　　　　　　　　　　　晴　　　間第７
図 第８図 第１２図 第１３図 第１４図 第１７図 第１８図 ７Ｆ　　圧遭牽（％フ ネ１ 第１９図 第２０図　　　　・ 第２４図 第２５図 第２６図 第２７図 竿　　絨常（ンつ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）各種鋼につき、熱間圧延の途中で１〜５℃／ｓｅ
   ｃの冷却速度で冷却することによりフェライト−パーラ
   イト変態を起こさせ終了させた後、急速に昇温し、Ａｃ
   ＿３点以下の温度域で１０％以上、７０％以下の加工を
   行うことを特徴とする冷間加工性の優れた鋼材の製造方
   法。
2. （２）前記温度域がＡｃ＿１点以下である特許請求の範
   囲第１項記載の方法。
3. （３）前記温度域はＡｃ＿１点以上、Ａｃ＿３点以下の
   二相温度域である特許請求の範囲第１項記載の方法。