JPS6389617A - 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） 本発明は構造用炭素鋼、低合金鋼などの線材、棒鋼、鋼
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、低合金鋼、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）Ａ１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Ａ１点との間の２相域
に適当時間加熱後、徐冷する徐冷法、（３）Ａ０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、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、鋼板等の鉄鋼製品に対し、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、通常、十数時間の極めて
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、そのための改善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
る条鋼製品圧延材の組織は１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”Ｃ〜Ｍｓ点の温度範囲を
１００℃／ｓａｃ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℃〜Ｍ
ｓ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（温間加工又は２相域加工）を行うことにより
、可能にしたものである。 すなわち１本発明は、各種鋼につき、熱間圧延の途中で
、ベイナイト変態を終了する温度まで冷却して該変態を
終了させた後、急速に昇温し、Ａｃ３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る。 従来の熱間圧延法では、仕上げ圧延後の圧延材には１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１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
組織に見られる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２
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急速冷却するこ
とによって阻止して板状炭化物の生成を阻止し、分断炭
化物の析出を生じさせると共に終了させ、その後、適当
な加工により１層状に析出した炭化物の分断、微細化を
図るものである。 ベイナ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５０℃／ｓｅｅ以上の冷却速度（例、
７０〜ｂ これにより、ベイナイト組織が得られるので、次いで急
速に（例、１００〜２００　’Ｃ／ｗｉｎ）昇温し、昇
温後、１０〜７０％の加工度の加工をＡｃ。 点以下の温度域で行なうことにより、層状パーライト組
織に見られる板状炭化物が分断、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Ａｃ３点以下の如く低
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、Ａｃ３点以下であるが
、これには２つの態様が可能である。第１には、Ａｃ３
点以下、好ましくは再結晶温度以下の低温で加工（温間
加工）を行なう場合であり、第２にはＡｃ、点以上、Ａ
　ｃ３点以下の２相部度域で加工を行なう場合である。 特に後者の２相部度域で加工を行なう場合には、Ａｃ１
点以上に急速に昇温することにより、変態の終了したベ
イナ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パ
ーライト変態組織を微細化することができる。 一方、大部分のベイナイト組織は加工によってより一層
炭化物の分断、微細化が図られる。 上記のような熱間加工工程によれば、球状化のための熱
処理後の球状化組織がＪＩＳＧ３５３９によるｈ３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０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、５ＩＯＣ−８５５Ｃ（Ｃ：０．１
０〜０．５８％）、５ＣＲ４２０〜５ＣＲ４４０，８０
Ｍ４２０−３ＣＭ４４ｏ等が挙げられる。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 災胤五よ 第１表に示した化学成分（ｖｔ％）の機械構造用炭素鋼
８４５Ｇ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７０〜８０℃
／ｓｅｃで４００℃まで冷却し、２０ｓｅｃ保持後、引
続き６５０℃まで加熱速度２００”Ｃ／ｗｉｎで昇温し
、昇温後、直ちに４ｍｍｔ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
ト組織に見られる板状炭化物は生成せず。 分断された炭化物と共に粒状炭化物組織となっており、
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図はベイナイト変態後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℃に再加熱後、３
０ｍ１ｎ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
ベイナイト変態後６５０”Ｃで２５％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、得られた球状化組織嵐及び硬さと圧延加
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’Ｃに加熱後、連続熱間圧
延により８００℃で４　ｍａｔ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。 叉五五主 第１表に示した化学成分を有する肌焼きｎ５ｃＲ４２０
を９５０℃に加熱後、連続熱間圧延によって４．５〜１
３＋ａｍｔに圧延した後、冷却速度７０〜８０℃７ｓｅ
ｃで４５０℃まで冷却し、Ｉ　１１ｉｎ保持した。その
後、引続き６５０”Ｃまで加熱速度２００℃／＋ａｉｎ
で昇温し、昇温後直ちに４　ｎｉｍｔ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
ト組織に見られる板状炭化物は生成せず。 分断された炭化物と共に粒状炭化物組織となっており１
球状化組織の形成が促進され得る組織となっている。な
お、第８図はベイナイト変態後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、７７０℃に再加熱後、３
０ｍ１ｎ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図はベイナイト変態後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、得られた球状化組織魔と硬さの値を第
３表に示す。 更に、得られた球状化組織淘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’Ｃで４　ｍ＋ｍｔ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℃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。 ヌ】１１彰 第１表に示した化学成分を有する機械構造用炭素鋼８４
５Ｃを９５０℃に加熱後、連続熱間圧延によって４．５
〜１３＋ａｗ＋ｔに圧延した後、冷却速度７０〜８０℃
／ｓｅａで４００℃まで冷却し、２０ｓｅｃ保持した後
、引続き７３５℃まで加熱速度２００℃／１Ｉｉｎで昇
温し、昇温後直ちに４　ｍ５ｎｔ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
イト組織に見られる板状炭化物は生成せず、分断された
炭化物と共に粒状炭化物組織となっており、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１４
図はベイナイト変態後７３５℃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
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１５図、第１６図に示す、なお、第１
５図はベイナイト変態後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魔と硬さの値を第４表に示す。 更に、得られた球状化組織黒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４　ｗａｉｔ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
１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。 失産且生 第１表に示した化学成分を有する機械構造用炭素鋼８４
５Ｇ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７０〜８０℃／ｓ
ｅｅで４００℃まで冷却し、２０ｓｅｃ保持した後、引
続き７６０℃まで加熱速度２００℃／ｗｉｎで昇温し、
昇温後直ちに４　ｍ１１ｔ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
イト組織に見られる板状炭化物は生成せず、分断された
炭化物と共に粒状炭化物ｍ織となっており、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
図はベイナイト変態後７６０℃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
ｔｉｎ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（、）参照）、熱処
理後の組織を第２１図、第２２図に示す。なお５第２１
図はベイナイト変態後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翫
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　ｍａｔ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１本発明法により低温で加工した材料
は１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。 来五盤旦 第１表に示した化学成分を有する肌焼きｍ５ＣＲ４２０
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７０〜８０℃／ｓｅｃ
で４５０℃まで冷却し、１ａｉｎ保持した。その後、引
続き７４０℃まで加熱速度２００℃／ｗｉｎで昇温し、
昇温後直ちに４■＠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
イト組織に見られる板状炭化物は生成せず、分断された
炭化物と共に粒状炭化物組織となっており５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
図はベイナイト変態後７４０℃で３３％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”Ｃに再加熱後、３
０ｍ１ｎ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２
４図はベイナイト変態後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風と硬さの値を第６表に示す
、更に、得られた球状化組織嵐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　ｍ＋ａｔ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。 ス】１１灸 第１表に示した化学成分を有する肌焼き６ｓｃＲ４２０
を９５０℃に加熱後、連続熱間圧延によって４．５〜１
３ｍ５＋ｔに圧延した後、冷却速度７０〜８０　’Ｃ／
　ｓａｃで４５０℃まで冷却し、１ａｉｎ保持した。そ
の後、引続き８２０℃まで加熱速度２００℃／ｗｉｎで
昇温し、昇温後直ちに４　ｍ５ｚｔ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生成せず、分断された炭化物と
共に粒状炭化物組織となっており、球状化組織の形成が
促進され得る組織となっている。 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２９図、第３０図に示す、なお、第２
９図はベイナイト変態後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
嵐と硬さの値を第７表に示す、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図に併記する。 第２６図〜第３０図及び第７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１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。

【以下余白】

（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急冷し、ベイナイト変態を終
了させた後、温間圧延又は２相域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においてベイナイト変態後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８４５Ｃ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においてベイナイト変態後
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２５
％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においてベイナイト変態後６５０℃で
５０％の加工を行なった圧延材のｆｆｉ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においてベイナイト変
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
材の球状化嵐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においてベイナイト変態後７３５℃
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１５図及び第１６図は実施例３においてベイナイト変
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顕微鏡写真で、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
材の球状化嵐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組織を
示す顕微鏡写真であり。 第２０図は実施例４においてベイナイト変態後７６０℃
で５ｏ％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においてベイナイト変
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においてベイナイト変態後７４０℃
で３３％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２４図及び第２５図は実施例５においてベイナイト変
態後７４０℃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及び実施例６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においてベイナイト変態後８２０℃
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２９図及び第３０図は実施例６においてベイナイト変
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。 第１図 第２図 （ａ）　　　　　　　　　　（ｂ） 縫ｒ５　　　　　綺　聞 第６図 第７図 第３図　　　　　第４図 第５図 第１３図 第１４図 第１７図 早　反ＪＩｔ孝（”／、） ＄１゛ 第１８図 第１９図 第２０図 第２３図 第２６図 第２７図 掌　　屑址学（％） 朴 第２８図

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、ベイナイト変
   態を終了する温度まで冷却して該変態を終了させた後、
   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。