JP7159445B2 - 軟質熱処理時間短縮形冷間圧造用線材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
このような球状化熱処理は、大きく2つに分類される。一つは共析温度以下で長時間加熱する方法であって、主に熱延製品の球状化処理に用いられている(sub-critical annealing)。もう一つは共析温度とオーステナイト化温度との間で加熱した後に極徐冷して球状化組織を得る方法である(inter-critical annealing)。
このような球状化軟質化処理のためには、別途の工程数、多くの費用、及び時間がかかるため、その工程時間をできる限り短縮することが好ましく、これに伴い、上述した球状化軟質化処理工程を短縮する技術開発の研究が実施されている。
本発明が解決しようとする技術的課題は、上記で言及した技術的課題に限定されず、言及されていないさらに他の技術的課題は、以下の記載から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば明確に理解することができる。
重量%で、C:0.15~0.5%、Si:0.02~0.4%、Mn:0.3~1.2%、Al:0.02~0.05%、P:0.03%以下、S:0.01%未満、N:0.01%未満を含み、残りのFe及びその他の不可避不純物からなり、
その内部の微細組織が20~90面積%の初析フェライト組織、5面積%以下のベイナイトとマルテンサイト組織、及び残りのパーライト組織を含み、平衡初析フェライト分率のうち80%以上が平均粒径5μmm以下の初析フェライト組織であり、
上記微細組織別の超微細硬度は、下記関係式1及び関係式2を満たすことを特徴とする。
[関係式1]
初析フェライト:Hardness(Hv)≧128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
[関係式2]
パーライト:Hardness(Hv)≦254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
上記組成の鋼材を900℃以上~1050℃以下に加熱した後、180分以内維持する工程、
前記鋼材のオーステナイト結晶粒サイズ(AGS)を5~20μmの範囲で制御する工程、
前記AGSが制御された鋼材をAe3以下~730℃以上の温度で0.3~2.0の変形量で線材形状に仕上げ熱間圧延する工程、及び
前記仕上げ熱間圧延された線材を3~20℃/sの冷却速度で冷却する工程、を含むことを特徴とする。
その内部の微細組織が20~90面積%の初析フェライト組織、5面積%以下のベイナイトとマルテンサイト組織、及び残りのパーライト組織を含み、平衡初析フェライト分率のうち80%以上が平均粒径5μmm以下の初析フェライト組織であり、そして
上記微細組織別の超微細硬度は、下記関係式1及び関係式2を満たすことが好ましい。
[関係式1]
初析フェライト:Hardness(Hv)≧128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
[関係式2]
パーライト:Hardness(Hv)≦254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
上記球状化熱処理後パーライト内のcementiteの形状比が2.5以下であることがよい。
本発明は、重量%で、C:0.15~0.5%、Si:0.02~0.4%、Mn:0.3~1.2%、Al:0.02~0.05%、P:0.03%以下、S:0.01%未満、N:0.01%未満を含み、残りのFe及び他の不可避不純物からなる鋼材に圧延によって初析フェライトを生成させ、結晶粒の微細化を誘導し、素材の軟質熱処理中の炭素の拡散加速によって軟質線材を得るようにする熱処理短縮形線材の製造方法に関するものである。
上記炭素の含有量を0.15~0.5%に制限した理由は、その含有量が0.5%を超えると、ほぼすべての組織がパーライトで構成されてしまい、目的とする初析フェライトの亜結晶粒を確保し難くなり、一方、0.15%未満では初析フェライト分率の増加によって結晶粒が微細ではなくなり、QT熱処理時にマルテンサイト微細組織に変態させ難くなり、上記マルテンサイト組織においても低い炭素含有量によって十分な強度を確保し難いためである。
本発明では、上記炭素含有量を0.4~0.5%の範囲に制限することがより好ましい。
上記シリコン(Si)の含有量を0.02~0.4%に限定する理由は、以下のとおりである。Siは代表的な置換型元素として鋼の強度確保に大きな影響を及ぼす。その含有量が0.02%未満であると、鋼の強度確保が難しくなり、一方、0.4%を超えると、線材圧延中に脱炭組織の生成を助長するため、追加的な削除費用が必要となり、鍛造時の強度が上昇して鍛造し難いためである。
上記マンガン(Mn)は、基地組織内に置換型固溶体を形成し、A1の温度を下げてパーライト層間の間隙を微細化する。そして、初析フェライト組織内の亜結晶粒を増加させるため、その含有量は0.3~1.2%に制限する。上記マンガンを1.2%超過して添加する場合、マンガン偏析によって組織内に不均質が生じ、有害な影響を及ぼすようになる。鋼の凝固時の偏析機構によって、マクロ偏析及びミクロ偏析が起こり易いが、マンガン偏析は他元素に比べて相対的に低い拡散係数により偏析帯を助長し、これによる硬化能向上は、中心部の低温組織(core martensite)を形成する主な原因となる。また、上記マンガンが0.3%未満で添加される場合、QT後のマルテンサイト組織を確保するための十分な焼入れ性が確保され難くなることがある。
本発明において上記アルミニウム含有量は、0.02~0.05%に限定することが好ましい。これは、その含有量が0.02%未満であると、十分な脱酸力が確保され難くなり、一方、0.05%を超えると、Al2O3などの硬質介在物が増加することがあり、特に連鋳時の介在物によるノズルの目詰まりが発生する虞があるためである。
本発明において窒素の含有量は、0.01%未満で管理する必要がある。これは、0.01%以上である場合、析出物として結合しない固溶窒素により、素材の靭性/延性の低下が発生する虞があるためである。
P及びSは不純物として混入し、Pは結晶粒界に偏析して靭性を低下させるため、その含有量を0.03%以下に制限することが好ましい。そして、Sは低融点元素であり、粒界偏析して靭性を低下させ、 硫化物を生成させて製品に有害な影響を及ぼすため、その含有量を0.01%未満に管理することが好ましい。
[関係式1]
初析フェライト:Hardness(Hv)≧128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
[関係式2]
パーライト:Hardness(Hv)≦254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
本発明の軟質化熱処理時間を短縮することができる冷間圧造用線材の製造方法は、上記の組成成分を有する鋼材を900~1050℃の範囲で加熱した後、一定時間維持する工程、上記鋼材のオーステナイト結晶粒サイズ(AGS)を5~20μmの範囲で制御する工程、上記AGSが制御された鋼材をAe3以下~730℃以上の温度で0.3~2.0の変形量で線材形状に仕上げ熱間圧延する工程、及び上記仕上げ熱間圧延された線材を3~20℃/sの冷却速度で冷却する工程、を含む。
このとき、熱間仕上げ温度範囲をAe3以下~730℃以上の温度範囲で制御することが好ましい。これは、Ae3温度を超えると、初析フェライトが生成されず、結晶粒微細化に不利であり、一方、730℃未満であると、パーライトが圧延中に生成されて結晶粒微細化に不利であり、圧延温度が低くて圧延ロールへの過負荷がかかるためである。
続いて、本発明においては、上記仕上げ熱間圧延された線材を3~20℃/sの冷却速度で冷却することで上記のようなその内部の微細組織が細粒に制御された線材を得ることができる。このとき、冷却速度を3~20℃/sの範囲に制御する理由は、熱間圧延終了後、フェライト結晶粒サイズ(FGS)を5μm以下の結晶粒に成長を抑制するためである。
そして、本発明においては上記冷却された線材を球状化熱処理することができる。
(実施例)
下記表1に示した成分組成を有するビレットを9mmとなるように線材圧延した。発明例は本発明の成分範囲及び製造条件を満たすものであり、比較例は本発明の製造条件から外れたものである。
一方、表2において初析フェライト相分率は、試験片を切断、研磨、及びエッチングを行った後、電子顕微鏡を介して微細組織写真を得て、image j’というプログラムを介して該当相を区分して角条件当たり×1000倍で5枚のSEM写真で面積を計算し、その平均値を示したものである。
また、アスペクト比(Aspect ratio)は,×5000倍で3枚のSEM写真を撮影し、SEM写真内に存在するすべてのセメンタイトの長軸/短縮の長さを測定し、それぞれの長さ比を平均した値である。
表2において比較例に対する発明例は、フェライトの結晶粒サイズが小さく、初析フェライト分率が平衡分率の80%以上となり、初析フェライト分率が高いことが特徴である。また、発明例のフェライトの超微細硬度は、比較例に比べてフェライトの硬度値が高く、逆にパーライトの硬度値は、比較例に比べて低いことが特徴である。
一方、本発明例の線材は、結晶粒微細化により比較例に比べて10Hv程度高い線材の硬さを示したが、690℃で2時間熱処理した後に球状化された素材の硬さは発明例に比べて10Hv低かった。
Claims (6)
- 重量%で、C:0.15~0.5%、Si:0.02~0.4%、Mn:0.3~1.2%、Al:0.02~0.05%、P:0.03%以下、S:0.01%未満、N:0.01%未満を含み、残りのFe及びその他の不可避不純物からなり、
その内部の微細組織が20~90面積%の初析フェライト組織、5面積%以下のベイナイトとマルテンサイト組織、及び残りのパーライト組織を含み、平衡初析フェライト分率のうち80%以上が平均粒径5μmm以下である初析フェライト組織であり、そして
前記微細組織別の超微細硬度は、下記関係式1及び関係式2を満たすことを特徴とする軟質化熱処理時間を短縮することができる冷間圧造用線材。
[関係式1]
初析フェライト:Hardness(Hv)≧128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
[関係式2]
パーライト:Hardness(Hv)≦254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18) - 前記Cが0.4~0.5%の範囲を満たすことを特徴とする請求項1に記載の軟質化熱処理時間を短縮することができる冷間圧造用線材。
- 重量%で、C:0.15~0.5%、Si:0.02~0.4%、Mn:0.3~1.2%、Al:0.02~0.05%、P:0.03%以下、S:0.01%未満、N:0.01%未満を含み、残りのFe及びその他の不可避不純物からなる鋼材を900℃以上~1050℃以下に加熱した後、180分以内維持する工程、
前記鋼材のオーステナイト結晶粒サイズ(AGS)を5~20μmの範囲で制御する工程、
前記AGSが制御された鋼材をAe3以下~730℃以上の温度で0.3~2.0の変形量で線材形状に仕上げ熱間圧延する工程、及び
前記仕上げ熱間圧延された線材を3~20℃/sの冷却速度で冷却する工程、を含み、
前記冷却で製造された線材は、
その内部の微細組織が20~90面積%の初析フェライト組織、5面積%以下のベイナイトとマルテンサイト組織、及び残りのパーライト組織を含み、平衡初析フェライト分率のうち80%以上が平均粒径5μmm以下である初析フェライト組織であり、
前記微細組織別の超微細硬度は、下記関係式1及び関係式2を満たすことを特徴とする軟質化熱処理時間を短縮することができる冷間圧造用線材の製造方法。
[関係式1]
初析フェライト:Hardness(Hv)≧128+61*([C]+[Si]/8+[Mn]/18)
[関係式2]
パーライト:Hardness(Hv)≦254+23*([C]+[Si]/8+[Mn]/18) - 前記Cは0.4~0.5%の範囲を満たすことを特徴とする請求項3に記載の軟質化熱処理時間を短縮することができる冷間圧造用線材の製造方法。
- 前記冷却された線材を球状化熱処理する工程をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の軟質化熱処理時間を短縮することができる冷間圧造用線材の製造方法。
- 前記球状化熱処理後のパーライト内のセメンタイトのアスペクト比が2.5以下であることを特徴とする請求項5に記載の軟質化熱処理時間を短縮することができる冷間圧造用線材の製造方法。
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