JP4966316B2 - 冷間加工性及び焼入れ性に優れた鋼線材、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
TS(MPa)=258+959*[C]+112*[Si]+111*[Mn]+5*[Cr]+439*[Ti]−0.7*[フェライト分率]
で表される引張強度が590MPa以下であることがよい。
TS(MPa)=258+959*[C]+112*[Si]+111*[Mn]+5*[Cr]+439*[Ti]−0.7*[フェライト分率]
で表される引張強度が590MPa以下であることが好ましい。
本発明で提供する鋼線材は、冷間加工性及び焼入れ性の向上のため、以下で規定した範囲で各成分元素を含む必要がある。以下で説明する各成分元素の含量は、特別な表示がない限り、全て重量%を示すものである。本発明者らは、線材状態では球状化熱処理を行わなくても冷間鍛造性を高めるために、低い強度を有し、焼入れ焼き戻しされた後には、高い引張強度を有することができるようにするためには鋼材の焼入れ性が大きく向上されることができる組成を有することが重要であるということが分かった。
炭素(C)が過多に添加されると、鋼の冷間加工性が減少するようになるため、適切な範囲で添加される必要がある。即ち、若し炭素含量が0.4重量%を超える場合は、パーライト分率が50%以上になり、冷間加工性を減少させる。逆に炭素含量が低すぎて0.1重量%未満の場合は焼入れ性が減少し最終製品の素材の強度や疲労強度等が悪化する。従って、炭素含量は0.1〜0.4重量%であることが好ましい。
ケイ素(Si)は、通常、製鋼過程で脱酸を行う上、製品段階では製品強度を確保する役割をする。しかし、上記Siの含量が1.5重量%以上であれば、冷間加工時、変形抵抗を大きく増加させ、冷間圧組成を急激に落とすため好ましくなく、含量が0.3重量%以下になると、焼入れ焼き戻し処理後、最終製品で必要とする強度を得ることが困難である上、圧延後鋼材内部のフェライト分率が50%以上になることが困難であるため、ケイ素はその含量を0.3−1.5重量%に設定することが好ましい。
マンガン(Mn)は鋼の焼入れ性を増加させ、衝撃靭性を低下させることなく鋼の強度を高める。添加量が0.3重量%以下であればこのような効果を得ることが困難で、添加量が1.7重量%以上になると、熱間圧延後、線材引張強度が過多に増加して冷間圧組成を減少させるため、マンガンの添加範囲は0.3−1.7重量%に制限することが好ましい。
リン(P)は粒界に偏析され鋼の靭性及び水素破壊抵抗性を落とすため、その含量を0.015重量%以下に制限することが好ましい。
硫黄(S)は粒界に偏析され鋼の靭性及び水素破壊抵抗性を減少させるため、その含量を0.015重量%以下に制限することが好ましい。
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性を増加させ焼入れ処理後、安定的なマルテンサイト組織を得ることができるように、マルテンサイトの急激な軟化を抑制し鋼の強度を増加させる作用をする元素で、その含量が少ないとこのような効果を得ることが困難で、添加量が多いとその効果が飽和されるため、上記クロムの含量は0.05−1.7重量%に設定することが好ましい。
アルミニウム(Al)は、脱酸に有用な元素であるため、0.05%以下までは添加することができる。
ボロン(B)は少量の添加で焼入れ性を大幅に向上させる元素であるため、炭素量を減少させても、同じ鋼の中で焼入れ性を得ることができる。0.005重量%以上か、0.001重量%以下の添加の場合、焼入れ性が急激に落ちるため、上記ボロンの量は0.001〜0.005重量%に設定することが好ましい。
チタニウム(Ti)は、窒素を固定させボロンの焼入れ性効果を確保するために必要な元素で焼入れ処理時、過熱するときオーステナイトの結晶粒成長を抑制し製品の疲労破綻を抑制することができる。このような効果を発揮させるためには少なくとも0.01重量%以上含ませる必要がある。また、0.05重量%を超える場合はTi系析出物及び固溶による線材強度の上昇及び冷間圧組成に問題が発生する。従って、チタニウムの含量は0.01〜0.05%が好ましい。
窒素は、ボロンと反応しBNを形成しやすい元素である。従って、窒素の含量はなるべく低いことがよく、0.015重量%を超えて含まれると十分な焼入れ効果を得ることが困難である。
上述のように、窒素はボロンと結合し有効ボロン量(Beff)を減少させて鋼線材の焼入れ性を害する元素であるため、なるべく少なく含まれることが好ましい。しかし、窒素は製鋼段階で容易に除去することができる元素ではないため、他の方法で窒素の活動度を減少させることが効果的である。即ち、窒素と親和力を有する元素にチタニウムを挙げることができるが、上記チタニウムが窒素と共に含まれている場合、TiN等を形成し窒素の活動度を減少させることができる。窒素の活動度が減少する場合、BNを形成させる駆動力が弱くなるため、結局、有効ボロン量が高くなり鋼線材の焼入れ性の向上に効果的である。上記のように窒素の活動度を減少させ有効ボロン量を増大させるためにはTi/Nの比率が1.39以上である必要がある。若し、Ti/Nが1.39未満の場合十分な窒素の固定効果が表れず焼入れ性の向上効果が十分でなくなるからである。
本発明の発明者らは、鋼線材の焼入れ性を高めるための因子に対して研究した結果、ボロンが単独で含まれている場合よりクロムと共に含まれている場合の方が、焼入れ性の向上効果が優れるということが分かった。上記のクロムとボロンの関係はB/Crの比で0.04以下であることが好ましい。
本発明で対象とする鋼線材は、内部にフェライトが面積分率で50%以上含まれることが好ましい。即ち、若しフェライト以外の組織が50%以上含まれる場合は鋼材の強度が増加し加工性が悪化するためである。特に、マルテンサイトとベイナイトは面積分率の和が0.5%以下であることが好ましい。上記マルテンサイトとベイナイトのような硬質組織が鋼線材の段階で形成される場合、線材の加工性を著しく落とすためである。従って、本発明で提供される鋼線材の好ましい内部組織はフェライト、パーライト等を主に含む組織で、フェライトの面積比率が50%以上で、残りのパーライト等を含みマルテンサイトとベイナイトの面積比率の和は0.5%以下の組織である。
上述したように、本発明で目的とする50%以上のフェライト及び0.5%以下のベイナイト+マルテンサイト、残りパーライトの微細組織を得るためには、以下のような線材の製造条件にしなければならい。鋼片の加熱温度は通常の線材の過熱温度で1000〜1100℃の範囲にし、仕上げ圧延温度は圧延中の素材のオーステナイトの結晶粒を微細化するために、最終圧延後、素材の温度が850℃以下で熱間圧延されなければならない。圧延された素材は、微細化された結晶粒からフェライトの核生成を促し、線材の冷却中、フェライト分率を増大させるために500℃まで0.1〜5℃/secで冷却する必要がある。
鋼片の再加熱温度は1000〜1100℃範囲であることが好ましい。これは通常の線材加熱操業と同一条件である。
鋼片を線材形状で熱間圧延した後、冷却時の線材冷却速度は、0.01〜5℃/secであることが好ましい。即ち、上述したように本発明の鋼部品は冷間加工により製造されるもので、冷間加工前の線材強度が高すぎると変形抵抗が高くなり、ダイスの寿命が低下する等の問題が発生する可能性がある。従って、線材はなるべく徐々に除冷パターンで冷却することが好ましい。若し、線材冷却速度が5℃/sec以上の場合には上述したように線材の強度が高くなり冷間加工時不利で、冷却速度の下限を0.01℃/secに限定した理由は現実的にその以下の冷却速度で鋼材を冷却することが困難であるためである。
線材を冷却する時500℃以下までは上記で限定した冷却速度で制御冷却を行わなければならない。線材の温度が500℃以下になると、これ以上内部組織の変化や強度上昇の要因がなく、続けて除冷条件を維持する場合、生産性が悪くなるため、制御冷却は500℃以下で停止する。
以下、下記の実施例に基づき本発明をより具体的に説明する。但し、下記の実施例は本発明をより詳細に説明するためのもので、本発明の権利範囲を制限するためのものではない。
Claims (6)
- C:0.1〜0.4重量%、Si:0.3〜1.5重量%、Mn:0.3〜1.7重量%、P:0.015重量%以下、S:0.015重量%以下、Cr:0.05〜1.7重量%、Al:0.05重量%以下、B:0.001〜0.005重量%、Ti:0.01〜0.05重量%、N:0.015重量%以下、残部Fe及びその他不可避な不純物からなり、前記TiとNの原子量比Ti/Nが1.39以上で、BとCrの重量基準含量比B/Crが0.04以下であり、フェライトとパーライトからなる内部組織を有し、前記内部組織のうちフェライトの分率が50%以上であることを特徴とする冷間加工性及び焼入れ性に優れた鋼線材。
- 前記内部組織のうちベイナイトとマルテンサイトの分率の和が0.5%以下であることを特徴とする請求項1に記載の冷間加工性及び焼入れ性に優れた鋼線材。
- 関係式
TS(MPa)=258+959*[C]+112*[Si]+111*[Mn]+5*[Cr]+439*[Ti]−0.7*[フェライト分率]
で表される引張強度が590MPa以下であることを特徴とする請求項2に記載の冷間加工性及び焼入れ性に優れた鋼線材。 - C:0.1〜0.4重量%、Si:0.3〜1.5重量%、Mn:0.3〜1.7重量%、P:0.015重量%以下、S:0.015重量%以下、Cr:0.05〜1.7重量%、Al:0.05重量%以下、B:0.001〜0.005重量%、Ti:0.01〜0.05重量%、N:0.015重量%以下、残部Fe及びその他不可避な不純物からなり、前記TiとNの原子量比Ti/Nが1.39以上で、BとCrの重量基準含量比B/Crが0.04以下である鋼片を1000〜1100℃で加熱した後、圧延し、0.1〜5℃/secの冷却速度で500℃以下の温度まで冷却することを特徴とする冷間加工性及び焼入れ性に優れた鋼線材の製造方法。
- 前記圧延時、仕上げ圧延終了温度は850℃以下であることを特徴とする請求項4に記載の冷間加工性及び焼入れ性に優れた鋼線材の製造方法。
- 前記製造された鋼線材は、関係式
TS(MPa)=258+959*[C]+112*[Si]+111*[Mn]+5*[Cr]+439*[Ti]−0.7*[フェライト分率]
で表される引張強度が590MPa以下であることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の冷間加工性及び焼入れ性に優れた鋼線材の製造方法。
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