JPH01104718A - 冷間鍛造用棒線材の製造方法 - 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］ 本発明は冷間鍛造加工に供される棒線材の製造方法に関
するものである。

ｆ従来の技術］ 鋼材から機械構造用部品を成形する方法として冷間鍛造
加工が多用されているが、工具寿命が短く加工割れが発
生し易い等の問題があるため、鍛造前に球状化焼鈍処理
が行われている。

この熱処理には通常１０時間以上必要であり、生産性や
省エネルギーの点からこの時間を短縮することが永年の
課題となっている。

球状化焼鈍時間を短縮するには鋼材の改良による方法と
焼鈍方法の改良がある。鋼材の改良例として特開昭６０
−１５２８２７号公報や時開飴８０−２５５９２２号公
報等がある。

これらは鋼材圧延後、急冷して微細なフェライト−パー
ライトとベイナイトまたはマルテンサイトの混在組織と
し、これによりセメンタイトの球状化速度を早くしてい
る。

しかしこのような方法ではセメンタイトが過度に微細で
、硬さが従来法のものに比べかなり高くなり、球状化焼
鈍の所期の目的を達成し得ない。

一方焼鈍方法の改良としては特公昭８０−２２０５０号
公報や特公昭８１−１５９３０号公報等がある。これら
は棒線材をストランド状として特殊な加熱装置を用いて
、Ａ　ｃ　１変態点より３０℃以上高い温度に、３００
０℃／ｈ以上で急速加熱し、短時間保定の後、徐冷も３
０℃／ｈ以上の速度で冷却を行うことにより、焼鈍時間
を６０分以内にまで短縮している。

しかしこの方法は、特殊な加熱設備等の設備改造が必要
なだけでなく、球状化不十分となり易く、また素材材質
のばらつきが焼鈍後に引き継がれ、焼鈍材材質のばらつ
きが拡大するという問題があった。

このように従来の球状化焼鈍時間の短縮法はいずれも問
題があり、実用化に至っていない。

［発明が解決しようとする問題点］ 機械構造用鋼棒線材を冷間鍛造する場合、セメンタイト
を球状化し軟質化する目的で１０時間以上の球状化焼鈍
が行われているが、生産性や省エネルギーの点でこの焼
鈍時間の短縮が永年の課題であった。

本発明は、従来無関係と見なされていた制御圧延による
フェライト分率増加と、細粒化の素材改良に保定時間短
縮と特定温度域のみを徐冷する焼鈍方法改良を組合わせ
た冷間鍛造用棒線材の製造方法を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らはこのような従来技術の問題点を解決すべく
球状化焼鈍時間の短縮について研究し次の知見を得た。

（１）球状化焼鈍工程においてＡ　ｃ　１変態点直上温
度への加熱・保定および徐冷過程の内、徐冷過程が最も
重要で、特にセメンタイトが再析出する温度を中心とし
た特定範囲での冷却速度を早くすると、セメンタイトの
球状化は著しく悪化し硬さも増加する。

（２）シかし従来殆んど無関係と見なされていた素材の
フェライト−パーライト結晶粒を微細化しておくと、焼
鈍時の徐冷速度を早くしても球状化度を良好とする効果
がある。

（３）このような細粒鋼を焼鈍した場合、Ａ　ｃ　１変
態点直上までの加熱速度を適度に早くし、またＡ　Ｃ１
変態点直上温度での保定時間を適度に短くする・と、球
状化度はさらに向上する。　　　・（４）Ａ、ｃ　　変
態点温度以上に保定後、Ａ　ｒ　を変態点直上までの冷
却速度を早くすることによって、その後のＡ　ｒ　１点
をよこぎる徐冷過程でセメンタイトの析出を速やかにし
、球状化度を良好とすることが可能である。

（５）さらに制御圧延によって鋼材の結晶粒を微細化す
るだけでなく、フェライトの組織分率の増０．加を図っ
たものに上記の適当な短時間焼鈍を施せば、球状化度だ
けでなく硬さも従来の長時間保定および長時間徐冷によ
る球状化焼鈍法のものと全く遜色のない良好な焼鈍材が
得られる。

これらの知見に基づいて本件を発明するに至った。すな
わち本発明はＣ０，１〜０．８％を含有する鋼を棒鋼あ
るいは線材に熱間圧延する際に、最終仕上圧延を７００
〜８００℃の温度範囲で行い、粒度８番以上のフェライ
トおよびパーライトの混合組織とした鋼材を、Ａ　ｃ　
１＋　１５±１０℃に再加熱し５〜６０分保持し、た後
、７２０℃から８８０℃以下の温度までの区間を１０℃
／ｈから３０℃／ｈ未満の速度で冷却することを特徴と
する冷間鍛造用棒線材の製造方法であり、上述のＡ、ｃ
　１＋　１５±１０℃まで再加熱する場合の加熱速度は
３００℃／ｈ以上とし、またこの温度から７２０℃２ま
での冷却速度を３０℃／ｈ以上としたことを要旨とする
ものである。

［作　　用コ 以下に本発明で限定した鋼材成分、圧延条件、焼鈍条件
の理由について説明する。

Ｃは０．１％未満では機械構造用部品として十分な強度
が得られず、また球状化焼鈍による軟質化効果も小さく
なる。一方０．６％を超えると球状化焼鈍しても硬さが
高いため、冷間加工に適さないことから０．１〜０，６
％の範囲に限定した。

Ｃ以外の元素については本発明の適用に際し特に限定の
必要はないが、以下の範囲にあることが望ましい。

Ｓｌは製品強度および焼入性を高めるために有効である
が、焼鈍材硬さを増加させる影響が大きく、上限を０ｏ
３５％とすべきである。

Ｍｎは焼入性およびＳによる熱間脆性防止のために、下
限を０．１５％とする必要があるが、焼鈍材硬さを増加
させるため上限を１．５％とする。

Ｓは切削性の改良に有効であるが、熱間脆性や加工割れ
の原因となる介在物の増加を生じさせるため上限を０．
１０％とする。

Ｃｒ、ＭｏおよびＮ１は焼入性を高めることに有効であ
るが、焼鈍材硬さを増加させるため、上限をそれぞれ１
．２％、０．５％および０．５％とする。

Ｂは微量で焼入性を高めることに効果があるが焼鈍材の
硬さを殆んど増加しない。そのためＭｎ。

Ｃｒ、Ｍｏ等の焼入性増加元素と置換することによって
、球状化焼鈍後の硬さ低下を図るのに有用な元素である
。

しかし過度に添加すると製品靭性を劣化させるので、こ
れを防止するためには上限を０．００３％とするのが良
い。

次に鋼材の圧延条件および組織についてのべる。

最終仕上圧延の上限を８００℃としたのは、この温度以
下で最終圧延を行うことにより、オーステナイト結晶粒
を微細化し、これより変態して生じるフェライトおよび
パーライトを微細化するとともに、その変態温度を高温
化させることにより、フェライト量を増加させ軟質化さ
せることが可能であるからである。

従って８００℃を超すとフェライトおよびパーライトが
粗大化し、このような効果が期待できない。

一方７００℃未満では圧延負荷が著しく大きくなり、仕
上圧延の実施が困難になる他、鋼材温度を仕上圧延時に
７００℃以下とするためには、圧延途中で水冷等の冷却
処理をしなければならず、表層部に硬質なベイナイト等
の下部変態組織が生じて、焼鈍材の硬さを増加させるた
め７００℃を下限とした。

この制御圧延にさらに圧延後０．５℃／ｓｅｅ以下の冷
速で徐冷を施すことを付加すれば、素材のフェライト分
率が増加することにより、さらに焼鈍材硬さを低下でき
るので望しい。

なおＣｒ、ＭｏおよびＮ１等を多量に含む低合金鋼にお
いては、圧延温度の低下でベイナイト等の発生が大幅に
抑制されるが、フェライト−パーライトのみの組織とす
るには圧延後の徐冷が必須である。

結晶粒度を８番以上に限定したのは、次に述べるように
球状化焼鈍時間を短縮した場合、従来の鋼材ではセメン
タイトの球状化が不十分であるが、結晶粒度８番以上と
することによって、良好な球状化組織が得られるからで
ある。

次に焼鈍条件についてのべる。

室温からＡｃ１変態点上の保定温度までの加熱速度は、
焼−材材質へ与える影響は比較的小さいが、粒度８番以
上の細粒鋼では３０１）’Ｃ／ｈ以上とすることにより
球状化度が良好となる。しかし加熱速度が過度１こ大き
いと球状化不十分となるため２５０４）’Ｃ／　ｈ以内
が良い。

次に保定温度は、Ａｃｍ＋１５−１０℃未満では未固溶
セメンタイトが残り球状化度が劣化し、Ａ　ＣＬ　＋　
１５　＋　１０℃を超えると逆にセメンタイトの殆どが
固溶かるため、再生パーライトが生じて球状化度が著し
く劣化するので、Ａ　ｃ　１”　１５±１０℃の範囲に
限定した。

この温度に保定する時間は、５分未満ではセメンタイト
の固溶が十分でなく、６０分を超えると過度に固溶して
しまうことから５〜ＢＯ分と限定したが、焼鈍時間短縮
のために、望ましくは５〜３０分以内とすべきである。

セメンタイトの球状化には７２０〜６８０℃区間の徐冷
が最も重要で、徐冷開始７２０℃未満あるいは徐冷終了
６８（１’Ｃを超えると、球状セメンタイトの析出が妨
げられ球状化度が著しく劣化するため、徐冷区間を７２
０℃から８８０　’Ｃ以下の温度までの区間と限定した
。

この間の徐冷速度は３８℃／ｈ以上では再生パーライト
が発生し１球状化度が劣化し硬さが増加するため、３０
℃／ｈ未満とした。また徐冷速度は小さいほど良いが、
１０℃／ｈ未満で−はこれ以上遅くしても効果は小さく
、いたずらに焼鈍時間を延長させることになるため下限
を１０℃／ｈとした。

本発明の熱間圧延素材を用いると、保定温度から徐冷開
始温度までの冷却速度を３０℃／ｈ以上とすることによ
り、硬さが増加せずに球状化度を良好とすることができ
る。

［実　施　例］ 以下に本発明による実施例を従来法による比較例と対比
して具体的に説明する。

第１表に供試材の化学成分を示す。

供試材はいずれもＪＩＳで定められた機械構造用炭素鋼
および低合金鋼の成分規格を満足するものである。

これらはいずれも転炉溶製後連続鋳造で鋳造された。１
２０關角鋼片に分塊圧延後、第２表に示す圧延条件で３
２市丸棒鋼に圧延した。

圧延後は冷却床で放冷したもの（鋼材冷却速度０．８℃
／５ｅｅ）と、圧延終了後ただちに保熱カバーで覆い徐
冷したもの（鋼材冷却速度０，３℃／５ｅｅ）とを製造
した。

第２表にはまたこの圧延材のＪ　Ｉ　Ｓ　　ＧＯ５５２
に基く結晶粒度、組織およびフェライト組織分率を示し
た。

さらにそれぞれの鋼材のＡｃ１変態点温度、球状化焼鈍
条件および球状化焼鈍材の材質評価結果を併せて示した
。

球状化焼鈍材の評価は、硬さおよびＪＩＳ　　Ｇ３５３
９に規定される球状化度の２点について行った。

球状化焼鈍での材質達成目標は硬さ（Ｈｖが１０５　Ｘ
　（％Ｃ＋％Ｓｔ／３＋％Ｍｎ／６＋％Ｃｒ　／　１９
）　＋　７２．６　（ポイント）以下、球状化度がＮＱ
、２以下の２つの条件を両方とも満足することである。

第２表の水準Ｎｏ、に丸印のついた阻２・４争６や１１
−１５・１７−１９−２１が本発明の実施例であり、水
準Ｎ（Ｌｌ・３・１Ｂ・１８・２０に示す従来法（長時
間保定＋長時間徐冷）による例と比較して、焼鈍総時間
（１）を従来の１／２〜ｌ／’３に短縮しても硬さ・球
状化度とも従来法によるものと同等あるいはそれ以上で
、先に述べた軟質化目標をいずれも満足していることが
わかる。

水準に５，７〜ｉｏ、　１２〜１４．２２に示す９例は
、いずれも軟質化目標を達成し得なかった例である。

Ｎα５は素材圧延時に制御圧延を行わないで短時間焼鈍
した例で、セメンタイトの球状化が不良で硬さもやや高
い。

Ｎｏ、７は保定温度（ＴＨ）が本発明範囲の下限以下に
設定した例で、セメンタイトの固溶不足により球状化度
が悪く硬さも著しく高い。

Ｎｏ、８はその逆に上限以上に設定した例でセメンタイ
トが過度に固溶し、再生パーライトを生じているため、
球状化度が悪く硬さもやや高い。

Ｎｏ、９は保定時間（１，、）が本発明範囲よりも短く
、先のＮｏ、７同様にセメンタイトめ固溶不足により球
状化度が悪く硬さもやや高い。

Ｎα１０は逆に保定時間（ｔＨ）が長過ぎた例で、Ｎｏ
、８同様にセメンタイトが過度に固溶し、球状化度が不
良である。Ｎα１２は徐冷開始温度（Ｔ１）が本発明範
囲の下限よりも低く、球状セメンタイトが析出せずにパ
ーライトが析出していて硬さ・球状化度とも著しく悪い
。

Ｎ［Ｌｌ３は徐冷時の冷速（ｖ２）が本発明範囲の上限
よりも早かった例で、これもセメンタイトの大半が球状
化せずパーライトとなって析出しており硬さ・球状化度
とも不良である。

Ｎｏ、１４は徐冷終了温度（Ｔ２）が本発明範囲の上限
以上に設定した例で、球状セメンタイトの析出が完全に
終了する前に徐冷を終了したため、一部パーライトとな
っており硬さ・球状化度とも高い。

またＮｏ、　２２は低合金鋼に圧延後徐冷を施さなかっ
た例で、素材組織中にベイナイトが発生しているため、
短時間焼鈍では球状化度は良いものの硬さが著しく高い
。

なおＮα６は加熱速度（Ｖ、）が従来法なみに遅い例で
、硬さ・球状化度とも目標を満足するもののＮへ４に比
較すると、焼鈍総時間、（ｔ）は長くなり硬さ・球状化
度ともやや悪い。

ＮＧ、　１１は徐冷開始までの冷速（Ｖ　ｔ、）が遅い
例で、これも目標を一応満足するもののＮｏ、４に比較
すると焼鈍総時間（１）が長い割に硬き・球状化度は改
善されていない。

Ｎｏ、１５は圧延終了後ただちに徐冷（冷却速度０，３
”Ｃ／５ｅｅ）をした例であり、焼鈍後は徐冷をしなか
ったＮα４に比較して硬さがさらに低下している。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は永年の課題であった冷間
鍛造用棒線材の球状化焼鈍時間の短縮について、従来無
関係と見なされていた素材の制御圧延による改良と焼鈍
方法の改良を組み合わせ、従来１０時間以上を要した球
状化焼鈍をその１／３〜ｌ／２に短縮しても、従来法に
よる焼鈍材と同等以上の焼鈍材材質を有する冷間鍛造用
棒線材の製造方法を確立した。

この結果生産性およびエネルギーコストを大幅に向上さ
せることができる極めて工業的価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は球状化焼鈍条件の図表である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０．１〜０．６％を含有する鋼を棒鋼あるいは
   線材に熱間圧延する際に、最終仕上圧延を ７００〜８００℃の温度範囲で行い、粒度８番以上のフ
   ェライトおよびパーライトの混合組織とした鋼材を、Ａ
   ｃ＿１＋１５±１０℃に再加熱し、５〜６０分保持した
   後７２０℃から６８０℃以下の温度までの区間を１０℃
   ／ｈから３０℃／ｈ未満の速度で冷却することを特徴と
   する冷間鍛造用棒線材の製造方法。
2. （２）Ａｃ＿１＋１５±１０℃までの加熱速度を３００
   ℃／ｈ以上、およびこの温度から７２０℃までの冷却速
   度を３０℃／ｈ以上とする特許請求の範囲第１項記載の
   冷間鍛造用棒線材の製造方法。