JPS5913024A - 直接球状化処理鋼材の製造方法 - 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】 この発明はセメンタイトを球状化した鋼線材もしくは棒
鋼等の鋼材を得る方法に関し、特に鋼線材もしくは棒鋼
等の鋼材の２次加工工程における球状化焼なましを省略
して、熱間圧延のままで球状セメンタイト組織を有する
鋼線材もしくは棒鋼等の鋼材を得る方法を提供するもの
である。

一般に熱間圧延された中高炭素鋼や合金鋼の線材や棒鋼
は、２次加工工程において伸線や冷間鍛造等が施されて
各種ボルト、ナツト、その他の部品類に加工される。し
かるにこれらの鋼種では熱間圧延のままでは網状セメン
タイトや層状パーライトの組織となっており、□そのま
までは冷間加工性が悪φから強度の加工を施すことは困
難であり、さらには焼入れ工程において変形や割れが生
じ易く、材質的にも脆し。そこで通常はこれらの諸物件
を改善するため、セメンタイトを球状化して、安定な球
状セメンタイトを有する組織とする、いわゆる球状化焼
なましを行うことが多い。

球状化焼なましの具体的方法としては種々の処理方式が
開発・実用化されているが、いずれも長時間の高温加熱
を要し、しかも材質や形状に適合した適切かつ精密な温
度制御を必要とする。したがって従来は球状化のために
高価な熱処理設備と長時間の処理を要し、そのため生産
性を高めることが困難であるとともに膨大なエネルギを
消費し、コスト削減の大きなネックとなっていた。また
球状化のだめの長時間の熱処理によシ脱炭が生じて材質
的に問題が生じたり、長時間の熱処理中にスケールが付
着して後工程における酸洗時間の増加を招く等の問題も
あった。

この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、長時間
の加熱および精密な温度制御を要さずに、低コストでし
かも材質的にも優れた球状パーライト組織を有する線材
もしくは棒鋼等の鋼材を得る方法を提供することを目的
とするものである。

すなわち本発明者等は上述のような目的を達成するべく
鋭意研究を重ねたところ、線材や棒鋼の熱間圧延におけ
る仕上圧延の条件を特定の条件とすると同時に、その後
の冷却条件を特定の条件とすることによって、従来の球
状化焼なまし処理を行った場合と同等の組織、特性を有
する線材、棒鋼が得られることを見出し、この発明全な
すに至った。したがってこの発明の方法は、いわゆる球
状化焼なまし処理することなく、熱間圧延のままで安定
な球状セメンタイト組織を有する線材、棒鋼等の鋼材を
得ることを特徴とするものである。

具体的には、線材もしくは棒鋼等の鋼材の熱間圧延にお
ける仕上圧延として、Ａｒ１点以下、Ａｒ１−５０℃以
上の温度域におして、パーライト組織を有する鋼材に対
し３０俤以上の圧下率で圧延し、続いてＡｃ１〜Ａ　ｃ
　５間の温度域に再加熱後、コイル状に巻取って徐冷す
ることを特徴とするものである。

以下この発明の方法をさらに詳細に説明する。

この発明の方法においては、線材もしくは棒鋼の熱間圧
延における仕−Ｅ圧延工程をＡｒ１点以下、Ａｒ１　５
０℃以上の温度域にて行な―、しかもその仕上圧延を、
パーライト組織を有する鋼材に対し３０％以上の圧下率
で施す。このような仕上圧延を施す理由は次の通シであ
る。すなわち、常法により熱間圧延された線材や棒鋼は
Ａｒ１点以下の温度に至ればパーライト変態が生じて、
層、状パーライト組織が生成され、また過共析鋼の場合
には層状パーライト組織のほか、粒界に網目状セメンタ
イトが析出する。このようなＡｒ１点以下の温度域で圧
延が与えられれば、加工歪によって層状パーライト組織
を構成しているセメンタイト板が微細に分析され、また
過共析鋼の場合には粒界の網目状セメンタイトも同様に
分断される。同時にフェライトおよびパーライト組織全
体も加工を受けて転位密度の上昇あるｉは各相の界面エ
ネルギの上昇を招く。すなわち微細に分断されたセメン
タイトは高い界面エネルギを持つ状態となる。このよう
にして仕上圧延によ如高−界面エネル、ギを持つ状態で
セメンタイトが微細に分断されることが、次の過程での
セメンタイト球状化に有効に寄与する。

上述の仕上圧延終了後にＡｃ１〜Ａｃ３点間に再加熱す
れば、微細に分断されたセメンタイトの一部が溶解し、
未溶解のセメンタイト核の近傍に炭素リッチな雰囲気が
生成される。ここでセメンタイトが予め微細にされてｉ
なφ場合や、界面エネルギが小さい場合にはＡｃ１〜Ａ
ｃ５点間に再加熱されてもセメンタイトの一部の溶解は
短時間に行なわれな−か、この発明の場合、、には界面
エネルギが高い状態でしかも微細に分断されているため
、一部のセメンタイトの溶解およびそれによる未溶解セ
メンタイト核附近の炭素リッチな領域の生成が極めて短
時間で行なわれる。このような状態の線材（５） もしくは棒鋼がコイル状に巻取られて徐冷されて９く過
程で、前記未溶解セメンタイトを核としてセメンタイト
が成長し、球状のセメンタイトが生成される。

前述の仕上圧延工程におけるＡｒ１点以下での圧延温度
は、その温度が低い程、内部に残留する歪エネルギが大
きくなってセメンタイトの球状化に有利となるが、その
反面圧延温度が低過ぎれば変形抵抗が大きくなって圧延
機の負担が大きくなシ、その結果生産性が悪くなるから
、この発明にお−ては３０チ以上の圧下率による仕上圧
延の下限をＡ【１−５０℃どした。

一方、前記温度域における仕上圧延を３（１以上の圧下
率と規定したのは、本発明者等の詳細な実験の結果に基
づく。すなわち、本発明者等は後述する実施例で用いた
ものと同じ化学成分の鋼Ａ（第１表参照）を常法によシ
熱間圧延し、仕上圧延段階でＡｒ１点以下、Ａｒ１　５
０℃の範囲内である６７０℃におｉで種々圧下率を変化
させて１０■φの線材に仕上げた後、ＡＣ１〜Ａｃ５間
の範囲内（６） である７５０℃に再加熱し、コイル状に巻取って徐冷す
る実験を行ない、最終的なセメンタイトの球状化率と６
７０℃における仕上圧延の圧下率との関係を調べたとこ
ろ、第１図に示す結果が得られた。なおセメンタイトの
球状化率は、ＪＩＳＧ３５３９で規定される球状化組織
試験法に準拠して評価した。第１図から、圧Ｆ率が３０
チ以上の場合にセメンタイトの球状化が顕著に進行する
ことが明らかである。すなわち、セメンタイトの球状化
が充分に促進される程度まで、仕上圧延段階においてセ
メンタイトを微細に分散させかつフェライト相、パーラ
イト相に充分に歪を蓄積させるためには、３０％以上の
圧下率が必要である。換言すれば、仕上圧延段階で前記
温度範囲内で３０チ以上の圧下を与えることにより、そ
の後の再加熱時における一部のセメンタイトの溶解およ
びそれに伴う未溶解セメンタイト周辺のマトリックスの
炭素富化が急速に行なわれ、これによってその後の徐冷
過程でのセメンタイト球状化が円滑に進行するのである
。

上述のように仕上圧延後のＡｒ１〜Ａｒ１点間の温度範
囲における再加熱時にはセメンタイトの一部溶解が急速
に行なわれるから、その再加熱温度での保持は極めて短
時間で足り、実質的には棒鋼もしくは線材の内部までＡ
ｒ１〜Ａｒ１点間の温度範囲に加熱されれば直ちに巻取
妙を開始し、徐冷すれば良い。またこの再加熱は、圧延
が終了した線材もしくは棒鋼を巻取る前に行うものであ
るから、通常は仕上圧延終了の直後に行う。しだがって
再加熱工程における昇温温度はせいぜい５０〜１００℃
程度であるから、わずかなエネルギーで再加熱を行うこ
とができる。

なお再加熱温度がＡｃ１点未満では一部のセメンタイト
を溶解させることができず、一方Ａｃ３点を越えればセ
メンタイトが全て溶解してオーステナイト化してしまう
から、いずれの場合もセメンタイトの球状化が不可能と
なる。したがって再加熱温度はＡｒ１〜Ａｒ１間の温度
範囲とした。

なおまた、この発明の方法が適用される鋼の化学成分は
特に限定されるものでないが、所期の目的に最も適した
鋼は、機械構造用炭素鋼、合金強靭鋼、肌焼鋼、軸受鋼
などである。またこの発明の方法が適用される鋼の製品
形状は線材、棒鋼に限らず、厚鋼板やその他熱延材等、
セメンタイトの球状化が要求される製品には全て適用可
能である。

以下にこの発明の実施例および比較例を示す。

実施例１ 第１表に示す化学成分の鋼Ａ、Ｂを常法により溶製し、
最終線径が１０１ｆｌｌφとなるように熱間圧延し、か
つその熱間圧延の仕上圧延工程をＡｒ１〜Ａｒ１　５０
℃の範囲内の６７０℃において圧ｒ率５０チで行ない、
仕上圧延終了後ただちに７５０℃に再加熱してコイル状
に巻取り、徐冷を行ない、第２表の供試材番号１，７に
示す処理線材を得た。

実施例２ 熱間圧延の仕上圧延工程の圧下率を３０チとした点以外
は実施例１と同様に処理して、第２表の供試材番号２，
８に示す処理線材を得た。

比較例１ 仕上圧延工程における６７０℃での圧下率を本（９） 発明範囲外の２０チとしだ点以外は実施例と同様に処理
し、第２表の供試材番号３に示す処理線材を得た。

比較例２ 熱間圧延の最終仕上圧延温度をＡｒ１点よりも高い温度
で行ない、Ａｒ１〜Ａｒ１　５０℃での圧下率を０とし
た以外は実施例１と同様に処理して、第２表の供試材番
号４に示す線材を得た。

比較例３ 鋼Ａ、Ｈについて通常の熱間圧延により最終仕上圧延温
度がＡｒ１点よりも高φ条件で１０１１Ｉｌｌφの熱間
圧延線材を製造し、巻取りおよび冷却を行った後、従来
の通常の球状化焼なまし処理法にしたがって、７００℃
に２時間加熱保持し、続いて２５°Ｖｈの冷却速度で６
５０℃まで徐冷し、さらに６５０℃に４時間保持した後
空冷し、第２表の供試材番号５，９に示す球状化焼なま
し線材を得た。

比較例４ 比較例３における従来の球状化焼なまし処理の（１０） 最初の加熱保持温度を７００℃から７３０　’Ｃに変更
し、また６５０℃での保持時間を４時間から６時間に変
更した点以外は比較例３と同様に処理して、第２表の供
試材番号６，１０に示す球状化焼なまし線材を得た。

以上の各実施例および比較例によ如得られた線材のセメ
ンタイトの球状化程度を第２表に示す。

第１表：鋼の化学成分（ｗｔチ） 第２表 なお第２表において球状化層は、いずれもＪＩＳ　Ｇ３
５３９の球状化組織試験方法に準拠して評価した。

第２表から明らかなように、この発明で規定するＡｒ１
〜Ａｒ１　５０℃の温度域における圧下率３０チ以上の
条件に満たない２０チの圧下率しか加えなかった比較例
１（供試材番号３）においては球状些畔わずかしか進行
せず、また前記温度域、における圧下率が０チ１の比較
例、２・（供試材番号４；）においては球状化はほとん
ど進行しなかった。また比較例３，４（供試材番号５，
６，９．ＩＱ・）はいずれも従来法により球状化焼な、
まし処理を施したものであって、いずれも球状化自体は
相・当Ｓ度進行していること、が認めら、れるものの、
−・ずれも長時間の熱処理を必要とした。一方、この発
明の実施例１，２（供試材番号１，２，７．８）の場合
には、いずれも球状化が進行しており、［従来の球状化
焼なまし処理材と全く同等のセメツタ、イ、ト球。

状化を示すことが明らかである。　　　・、以上の説明
で明らか、なよ、、うにこの発明の方法によれば、従来
法の如き長時間の・熱処理を要することなく、熱間圧延
の仕上圧延条件１を制御するとともに、熱間圧延に引続
いてわす、かな再加熱を行う、だけで、熱間圧ｉ延後の
巻取った状態でセメンタイトを球状化することができ、
したがって従来よりも格段に消費エネルギーを削減でき
るとと虻に生産性を向上させることができ−また設備的
にも・従来（１３） 法はど高価な熱処理設備を必要とせず、したがって球状
此処゛理鋼材を従来よりも格段に低コストで製造で゛き
る顕□著々□効来が得られ、しかも材質的にも従来法の
如き長時間の熱処理によシ脱炭が生じて材質が劣化する
おそれもない等の効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱間圧延の仕上圧延工程をＡｒ１〜Ａｒ１−５
０℃の温度域内の・６７０℃で行った″場合の□圧下率
とセメツタ・イト球状化の程度との関係を示すグラフで
ある。 □　　出願人□川崎製鉄株式会社 代理人　弁理士豊田武人　　゛ （ほか１名） い１ （１４）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼材の熱間圧延における仕上圧延としてＡｒ１点以下、
   Ａｒ１　５０℃以上の温度域において、パーライト組織
   を有する鋼材に対し圧下率３０ｅｌｂ以上で圧延し、続
   いてＡｃ１〜Ａｃ３点間の温度域に再加熱してコイル状
   に巻取り、徐冷することを特徴とする直接球状化処理鋼
   材の製造方法。