JP2010159476A - 低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材及びその製造方法並びに冷間鍛造性に優れた鋼線材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.005〜0.60%、Si:0.01〜0.40%、Mn:0.20〜1.80%、P:0.040%以下、S:0.050%以下、N:0.0005〜0.0300%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、金属組織が初析フェライト組織とパーライト組織、及びベイナイト組織から構成され、パーライト組織を体積率で1.40×C(%)×100%以上含み、初析フェライトの体積率が(1-1.25×(C%))×50%以下(0%を含む)であり、ベイナイト組織の体積率が20%以下(0%を含む)であり、引張強さが340+920×Ceq.MPa以上である。
【選択図】図1
Description
球状化焼鈍はセメンタイトを球状にして加工性を向上させる処理で、冷間鍛造用鋼の軟質化処理として広く行われているが、熱処理時間に約20時間程度を要することから、近年では部品の生産性やコストを改善するため、熱処理時間の短縮化や焼鈍温度の低温化、あるいは焼鈍省略の要求が高くなっている。
また、近年は部品製造コストの低減や部品の高機能化を目的として部品形状も複雑化している。このため冷間鍛造に使用される鋼材に対する加工性の要求が高まっている。冷間鍛造用鋼の加工性には、金型負荷に影響する変形抵抗と、加工割れの発生に影響する延性があり、各用途により求められる特性が異なり、これらの両方、あるいは一方が求められる。
また、特許文献1には熱間圧延線材のフェライト組織分率を30面積%以上、ベイナイト組織とマルテンサイト組織の合計が残部の50面積%以上とすることで、粗引き伸線後の球状化焼鈍を低温かつ短時間で処理可能となることが開示されている。この方法では、球状化焼鈍の低温化や短時間化は可能であるが、焼鈍後の硬さや限界圧縮率などの冷間鍛造性は、従来条件での球状化焼鈍材と同等であり、加工性の面からは十分とはいえない。
特許文献2には肌焼き鋼のベイナイト体積分率を50%以下に抑制したフェライト・パーライト組織からなる鋼材を、減面率28%以上の伸線引き抜き加工を行った後に、球状化焼鈍を行うことで、球状化焼鈍後の硬さが低く、また硬さが均質となることが開示されている。この方法においては、球状化焼鈍後の硬さは低くなり軟質化するものの、延性はなお不十分である。
また、特許文献3では鋼材組織の擬似パーライトとベイナイトとフェライトの面積率を規定することで球状化処理時間が短縮化し、変形抵抗が低減することが開示されている。
この方法は、擬似パーライトを10%以上含む組織にする必要があり、合金元素含有量が低く焼入れ性が低い鋼種や、線径が大きい場合には、巻取り後に冷却速度を高くする必要があり、製造コストが大きくなる課題がある。
(1)質量%で、C:0.005〜0.60%、Si:0.01〜0.40%、Mn:0.20〜1.80%、P:0.040%以下、S:0.050%以下、N:0.0005〜0.0300%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、金属組織が初析フェライト組織とパーライト組織、及びベイナイト組織から構成され、パーライト組織を体積率で1.40×C(%)×100%以上含み、初析フェライトの体積率が(1-1.25×(C%))×50%以下(0%を含む)であり、ベイナイト組織の体積率が20%以下(0%を含む)であり、引張強さが340+920×Ceq.MPa以上であることを特徴とする低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。ただし、Ceq.=(C%)+(Si%)/7+(Mn%)/5+(Cr%)/9である。
(2)パーライト組織の平均ブロックサイズが20μm以下であることを特徴とする(1)に記載の低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。
(3)上記成分に加えて、Al:0.001〜0.060%、Ti:0.002〜0.050%、Nb:0.005〜0.100%の1種または2種以上を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載の低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。
(4)上記成分に加えて、B:0.0001〜0.0060%、Cr:0.2%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。
(5)上記成分に加えて、Ca:0.0001〜0.010%、Mg:0.0001〜0.010%、Zr:0.0001〜0.010%の1種または2種を含有することを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。
(6)(1)〜(5)のいずれかに記載の低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材の製造に際して、熱間圧延後に巻取り、その後、400℃以上600℃以下の溶融塩槽に10秒以上浸漬した後、次いで500℃以上600℃以下の溶融塩槽に20秒以上150秒以下恒温保持した後冷却し、減面率が25%以上50%以下の伸線加工をすることを特徴とする低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材の製造方法。
(7)(1)〜(5)のいずれかに記載の鋼線材を650℃以上Ac1以下で低温焼鈍することを特徴とする冷間鍛造性に優れた鋼線材の製造方法。ここでAc1=723-10.7×(Mn%)+29.1×(Si%)である。
初析フェライトの体積率が(1-1.25×(C%))×50%を超えると、焼鈍後の炭化物の分布が不均一となり、強度の不均一箇所が生成する。強度の不均一箇所が存在すると、鍛造加工の際に、局部的に変形が集中することにより、冷鍛割れが発生する場合がある。このため初析フェライト体積率の上限を(1-1.25×(C%))×50%とした。
Tiは、CあるいはNと化合物を形成し、TiC、TiN、あるいはTi(CN)として存在する。これらの炭窒化物はピン止め粒子として有効である。またB添加による焼入れ性の向上効果を有効に機能させるため鋼中のNを固定するために添加する。0.002%未満では効果が現れず、0.050%を越えるとその効果が飽和するとともに硬度の上昇を招き冷間鍛造性が劣化するため0.002〜0.050%とした。
熱間圧延後の巻取り温度は、特に限定しないが通常は750℃から1000℃で行う。巻取り後の冷却速度も特に限定しないが、線径5〜16mmの線材を400℃以上600℃以下の溶融塩槽に浸漬した場合、通常10℃/秒以上の冷却速度となる。冷却速度と鋼材成分は組織に影響を及ぼすため、C、Si、Mn、B、Nbなどの合金元素の含有量が高い場合は冷却速度を大きくするとベイナイト組織の体積率が高くなり、また合金元素の含有量が低い場合、冷却速度が小さいと初析フェライト組織の体積率が高くなる。このため、所定の組織が得られるように鋼材成分と冷却速度を選べばよい。
これらの鋼種を用いて線径5.5〜14.5mmに線材圧延を行い、熱間圧延後、圧延ライン上の溶融塩槽(冷却槽および恒温槽)にて表2に示した条件で恒温変態処理を行い冷却した。冷却後の線材は表2に記載した減面率で伸線加工を行った。表2には冷却槽温度、冷却槽保持時間、恒温槽温度、恒温槽保持時間、及び伸線減面率の各製造条件を示した。また、各線材のパーライト組織、初析フェライト組織、ベイナイト組織の体積率、一部の水準ではパーライト組織の平均ブロック粒径、鋼線材の引張強さを示した。なお、引張強さはJIS Z2201の9A試験片を用い、JIS Z2241の引張試験方法に拠った。表2には1.40×C(%)×100%にて計算したパーライト組織の体積率の下限値、(1-1.25×(C%))×50%にて計算した初析フェライト組織の上限値、340+920×Ceq.にて計算した引張強さの下限値も併せて示した。
一方、本発明は記号(1)と(2)、(4)と(5)、(8)と(9)、(12)及び(13)と(14)、(16)と(17)、(19)と(20)の比較からわかるように低温焼鈍であっても、本発明の鋼線材は従来の球状化焼鈍材と比べて同等あるいは特性が優れていることがわかる。また、記号(12)と(14)を比較すると、減面率30%の伸線加工後に焼鈍する場合でも、本発明の記号(12)は従来条件の記号(14)と比較して著しく絞り値が高いことがわかる。
以上より、本発明は低温焼鈍後に強度の低下と絞り値の向上が実現でき、冷間鍛造性に優れていることがわかる。
Claims (7)
- 質量%で、C:0.005〜0.60%、Si:0.01〜0.40%、Mn:0.20〜1.80%、P:0.040%以下、S:0.050%以下、N:0.0005〜0.0300%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、金属組織が初析フェライト組織とパーライト組織、及びベイナイト組織から構成され、パーライト組織を体積率で1.40×C(%)×100%以上含み、初析フェライトの体積率が(1-1.25×(C%))×50%以下(0%を含む)であり、ベイナイト組織の体積率が20%以下(0%を含む)であり、引張強さが340+920×Ceq.MPa以上であることを特徴とする低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。ただし、Ceq.=(C%)+(Si%)/7+(Mn%)/5+(Cr%)/9である。
- パーライト組織の平均ブロックサイズが20μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。
- 上記成分に加えて、Al:0.001〜0.060%、Ti:0.002〜0.050%、Nb:0.005〜0.100%の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。
- 上記成分に加えて、B:0.0001〜0.0060%、Cr:0.2%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。
- 上記成分に加えて、Ca:0.0001〜0.010%、Mg:0.0001〜0.010%、Zr:0.0001〜0.010%の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材。
- 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材の製造に際して、熱間圧延後に巻取り、その後、400℃以上600℃以下の溶融塩槽に10秒以上浸漬した後、次いで500℃以上600℃以下の溶融塩槽に20秒以上150秒以下恒温保持した後冷却し、減面率が25%以上50%以下の伸線加工をすることを特徴とする低温焼鈍後の冷間鍛造性に優れた鋼線材の製造方法。
- 請求項1〜請求項5に記載の鋼線材を650℃以上Ac1以下で低温焼鈍することを特徴とする冷間鍛造性に優れた鋼線材の製造方法。ここで、Ac1=723-10.7×(Mn%)+29.1×(Si%)である。
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