JP2003113422A - 冷間圧造特性に優れた調質鋼線 - Google Patents
冷間圧造特性に優れた調質鋼線Info
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Abstract
熱による短時間の焼入れ、焼戻し処理でも球状化焼鈍し
によるものと同等以上の圧造特性を有する調質鋼線を提
供する。 【解決手段】 冷間圧造加工に先立ち、焼入れ、焼戻し
組織を有する鋼線において、前記鋼線の引張試験で得ら
れるYS(降伏強度)とn値(加工硬化指数)の積(n
×YS)が4.0〜11.0kgf/mm2であり、前記鋼線
を伸線加工した鋼線のYS(降伏強度)とn値(加工硬
化指数)の積(n×YS)が1.5〜8.5kgf/mm2で
ある、冷間圧造特性に優れた調質鋼線である。
Description
られる機械構造用部品としての各種ボルト類とシャフト
などの素材として用いられる鋼線又は鋼棒に関し、より
詳しくは素材鋼線又は鋼棒の冷間圧造特性に影響を及ぼ
す新たな材質パラメータを特定の範囲に維持することに
より、冷間圧造加工後、別の調質(焼入れ、焼戻し)熱
処理を不要にした冷間圧造特性に優れた調質鋼線に関す
るものである。
う)を冷間圧造加工して製造する六角ボルト、U−ボル
ト、ボールスタッド、シャフトなどの比較的高強度の機
械構造用部品は、下記の製造工程のように、鋼線を70
0℃程度の温度で十数時間程度加熱して金属組織を球状
化して、冷間圧造特性を向上させた材料にする必要があ
った。そして、冷間圧造成形の後にも、焼入れ、焼戻し
という熱処理を行って強度と靭性を高める必要があり、
製造工程も複雑であるため、多数の工程を必要とする方
式であった。
→ 冷間圧造加工 → 高温加熱(850℃以上)
→ 焼入れ(水又は油) → 焼戻し → 製品
問題点があり、省エネルギー、生産性、作業環境の観点
で改善が要求されている。
で、熱エネルギーの損失が多く、生産性が低い。
後の部品の強度、靭性の確保のため、焼入れ、焼戻しを
行うため、工程に時間が要求されるだけでなく、自社で
熱処理する場合には作業環境が悪化し、熱処理を外注処
理する場合にも熱処理費用の負担のほかに、納期管理の
ための余分の工数が必要であるので、全体工程管理を複
雑にする問題点がある。
おける生産性が低下し、その改善が急に必要な課題であ
る。
製造経費上昇、作業環境の悪化などに対する改善が積極
要望される。
を解決するためになされたもので 、冷間圧造加工後に
行われる焼入れ、焼鈍し(以下、“調質”という)熱処
理を圧造加工の前に鋼線に実施し、これを冷間圧造加工
するだけで、別の追加調質処理なしに、最終製品を製造
する工程を提供することをその目的とする。
め、本発明は、冷間圧造加工に先立ち、焼入れ、焼戻し
組織を有する鋼線において、前記鋼線の引張試験で得ら
れるYS(降伏強度)とn値(加工硬化指数)の積(n
×YS)が4.0〜11.0kgf/mm2である、冷間圧造
特性に優れた調質鋼線を提供する。また、本発明は、前
記調質鋼線を伸線加工した鋼線であって、そのYS(降
伏強度)とn値(加工硬化指数)の積(n×YS)が
1.5〜8.5kgf/mm2である、冷間圧造特性に優れた
調質鋼線を提供する。
る。
を冷間圧造加工するだけでは実現が困った。そこで、高
強度鋼線を様々な複雑な機械部品に冷間圧造加工するた
めに研究した結果、
数 YS:調質鋼線の引張降伏強度(kgf/mm2) の新たな材質パラメータを発見した。そして、この新た
なパラメータがある特定の範囲内の値を有するとき、特
に調質鋼線の冷間圧造において優れた特性を表している
ことを発見した。
圧縮試験で得た限界圧縮率(Hcrit)との関係を示すグ
ラフである。ここで、図1は調質処理したままであり、
図2は調質処理後に断面減少率5〜25%の伸線加工を
行った場合の結果である。伸線加工の断面減少率を5〜
25%に限定した理由は、5%未満の加工では鋼線が断
続的に引抜され酷い振動が発生することにより、鋼線の
表面に連続したリングマークが発生し、また、25%を
超える場合は、鋼線と引抜ダイ間の面圧が高く、温度も
大きく上昇し、潤滑が中断され、焼着現象によるダイマ
ークが発生するためである。
S、Hcritに関し、試片製作及びその特性値の測定方法
などを下記に簡単に説明する。
い、応力−変形率曲線(通称S−S Curve)から0.2
%耐力として求めた。
調質鋼線を最大荷重点付近まで引っ張りS−S curveを
作成した後、この曲線を真応力−真変形率曲線(δ−ε
curve)に変換し、この曲線の対数値を求め、この曲線
の傾きからn値を求めた。ただし、n値の測定区間は、
調質のみを行った場合には公称伸率2.0〜4.0%に
し、調質処理後に伸線した場合には、n値の測定可能伸
率が断面減少率によって違いので、降伏点から最大荷重
(引張強度)までの伸率範囲にした。
に、鋼線にV−ノッチ加工を行い、色々の高さに圧縮
し、V−ノッチ部の底面を10倍の拡大鏡で観察し、1
mmの亀裂が発生したときの圧縮加工率を下記のように
求めた。
発生したときの高さ(mm)
(G/L=8d)を変化させることで変化させた。伸率
が高いほどn値も大きくなる傾向があることが分かる。
焼戻し温度が750℃を超えると、加熱時にオーステナ
イトが一部発生し、焼戻し後の冷却によりマルテンサイ
トとなり材料が脆弱になるので、750℃以上の焼戻し
は不可能であり、伸率をさらに高くしてn値を高めるの
が困った。
テナイト化加熱温度を1100〜1300℃に変えてオ
ーステナイト粒度が最大90μmまで粗大になったもの
に対して高温焼戻しを行った。加熱−焼入れ−焼戻しは
一連の連続的な高周波誘導加熱方式で行ったので、加熱
+維持時間は40秒と一定にした。
しされた鋼線を冷間鍛造特性の向上のための潤滑コーテ
ィング処理後、5〜25%の冷間伸線を行ったものに対
してもHcrit(%)とn×YSの関係を求めた。
という新たなパラメータに大きい影響を受けることがは
っきり分かる。V−ノッチ圧縮試験においては、限界圧
縮率(Hcrit)が40%以上である場合、数回の現場適
用実験結果、冷間圧造特性に優れることが分かり、その
値を冷間圧造可能指標として使用できるので、本発明の
調質鋼線においては、冷間圧造可能指標として、
4.0〜11.0kgf/mm2 調質処理後、伸線を行った場合、n×YS=1.5〜
8.5kgf/mm2 を満たすと、冷間圧造特性に優れた調質鋼線を製造する
ことが明らかで、冷間圧造特性に優れた調質鋼線の製造
に対する非常に大切な指標(パラメータ)であることを
発見することができた。
2Cの比較から、合金鋼調質鋼線、炭素鋼調質鋼などの
成分にかかわらず、前記パラメータが適用できることも
新たな発見である。製造方式においても、高周波加熱に
限らなく、バッチ式焼入れ、焼戻し調質鋼線においても
新たなパラメータが適用できるというのは明らかであ
る。
より明らかに理解できるであろう。
%, Si 0.22%, Mn 0.75%, P 0.012%,S 0.009%, Cr 1.10
%, Mo 0.23%)、 及び JIS G 4015 S22C(C 0.23%, Si 0.
22%,Mn 0.58%, P 0.010%, S 0.008%)を用いた。
4.7mmに伸線し、次いで高周波誘導加熱装置を用い
て加熱温度を880〜1300℃に変化させた(この
際、加熱+維持時間は40秒と一定である)。これによ
り、オーステナイトの粒度(γ粒度)を5〜90μmま
で変化させることができる。加熱に続いて水で急冷した
後、同様に高周波誘導加熱により200〜750℃の温
度で40秒間加熱及び維持し水冷する焼戻しを行い、冷
間圧造用潤滑コーティング剤である通常の燐酸亜鉛で処
理した。また、潤滑コーティング後、5〜25%の伸線
加工を行った試片も製作した。
数(n)、降伏強度(YS)、限界圧縮率(Hcrit)、
引張強度(TS)、破断伸率(EL)を測定し、かつ実
際に図5に示すような圧造部品(六角フランジボルト)
を加工し、亀裂の発生有無を調査して本発明の技術を立
証しようとした。
生じやすく、この部分の亀裂有無を鋼線の圧造加工特性
の指標とした。
して調質処理のみを行った鋼線の特性を示す。表1及び
表2のデータから明らかであるように、本発明の実施例
の試片n×YSが4.0〜11.0kgf/mm2である鋼線
は、鋼種を問わず、限界圧縮率(Hcrit)が全て40%
以上であり、さらに実際の圧造部品の加工においても、
亀裂の発生がないので、優れた冷間圧造特性を表すのが
立証された。また、特に強調すべきことは、引張強度
(TS)の水準にかかわらず、類似した引張強度におい
てもn値が変わるとn×YSが変わることになる。これ
により、限界圧縮率(Hcrit)、つまり圧造特性に違い
があることが分かり、これが本発明の根幹となることが
はっきり分かる。
質処理した鋼線を伸線加工した場合の特性を示すもの
で、伸線加工の断面減少率が5〜25%の範囲にある場
合、n×YSが1.5〜8.5kgf/mm2である鋼線が圧
造特性に優れることが分かる。表1.鋼種SCM420
の諸般特性(調質処理鋼線)
工)
はつぎのような効果及び利点が期待できる。 1)鋼線の製造社は長時間の球状化焼鈍しが不要にな
り、短時間の焼入れ、焼戻し処理により、球状化焼鈍し
によるものと同等以上の圧造特性を有する調質鋼線を製
造することができるので、生産性が向上する。 2)機械部品業者の場合は、圧造加工後に強度を増大さ
せるために行う焼入れ、焼戻し過程を省略することがで
きるので、省エネルギー及び作業環境の改善だけでな
く、単に圧造加工のみで従来と同等以上の強度、靭性を
有する機械部品を製造することができるので、品質管理
が容易であり、工程管理の単純化により生産性が向上す
る。
る限界圧縮率(Hcrit)の変化を示すグラフである。
のn×YS変化による限界圧縮率(Hcrit)の変化を示
すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 冷間圧造加工に先立ち、焼入れ、焼戻し
組織を有する鋼線において、前記鋼線の引張試験で得ら
れるYS(降伏強度)とn値(加工硬化指数)の積(n
×YS)が4.0〜11.0kgf/mm2であることを特徴
とする冷間圧造特性に優れた調質鋼線。 - 【請求項2】 請求項1の鋼線を伸線加工した鋼線であ
って、そのYS(降伏強度)とn値(加工硬化指数)の
積(n×YS)が1.5〜8.5kgf/mm2であることを
特徴とする冷間圧造特性に優れた調質鋼線。
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