JPS61257417A - 冷間加工性のすぐれた線材の製造方法 - 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 この発明は、冷間加工性のすぐれた線材の製造方法に係
り、特に理想臨界直径（ＤＩ　）が１００−以上の高い
焼入れ性を有する合金鋼の線材を直接熱処理して冷間加
工性のすぐれた線材コイルを得る方法に関する。

従来技術とその問題点 線材の製造においては、圧延された線材が大径の場合は
ポーリングリールで巻取られてコイル状で放冷されるが
、細径の場合はレイングコ〜ンで巻取られてコンベアＬ
に展開され放冷もしくは衝風にて冷却される。このため
、細径コイルの冷却速度は放冷でも２°Ｃ／ＳｅＣ〜１
０℃／ｓｅｅ、リールやコンベアとの接触部分では１０
℃／ｓｅｃ以上の冷却速度になることがある。従って、
理想臨界直径（ＤＩ　）が１００閣以上の高い焼入れ性
を有する線材を製造する場合には、ベイナイトやマルテ
ンサイトの組織が生成し、圧延のままではピーリング、
伸線、異形加工、鍛造、切削、穿孔等の加工が困難にな
る。このため、高い焼入れ性を有する鋼については従来
、以下に示すような方法が知られている。

■圧延された線材コイルを別フィンの熱処理炉で１０時
間から１００時間かけて焼鈍する方法、■冷却速度の大
きい線材を断念して、鋼塊から鍛造・焼鈍・切削等を行
なう方法、■圧延後の線材の頭熱を利用して圧延後直ち
に徐冷または保熱することにより線材を軟化させる方法
（特開昭５６−１３３４４５、特開昭５８−２７９２６
．特開昭５８−５８２３５゜特開昭５８−１０７４１６
．特開昭５９−１３０２４等）。

しかし、これらのノｊ法はいずれも、圧延後炉外でいっ
たん巻取るため、コイルの表面のみ温度が低下し、また
：１イＡ／が巻取装置と接触する部分のみが局部的に冷
却さ比、コイル内温度分布が不均一となってコイルの品
質が大巾に変動するという欠点がある。また、ｗ４種に
よって大巾に変態速度が異方るため、異鋼種の連続処理
が困難である。

発　　明　　の　　目　　的 この発明は、従来の前記間萌点にかんがみ、なされた亀
のであり、理想臨界直径（ＤＩ　’）が１００ｍ以上の
高い焼入れ性を有する線材を直接熱処理して冷間加工性
のすぐれた線材コイルを得る方法を提案することを目的
とする本のである。

発　　明　　の　　構　　成 この発明に係る冷間加工性のすぐれた線材の製造方法は
、理想臨界直径（ＤＩ　）が１００罵以上の高い焼入れ
性を有する鋼を線材に圧延した後、該線材を保熱炉内ま
たは徐冷炉内で巻取ることを特徴とし、また、同じ高い
焼入れ性を有する鋼をＡｃ１点以、ヒに加熱した後、Ａ
ｃ、点以丁Ａｒ、点以りの温度域で１０９６以上の加工
度を加えて線材に圧延し、保熱炉内または徐冷炉内で巻
取ることを特徴とし、また、同じ高い焼入れ性を有する
鋼をＡｃ２点以りに加熱した後、Ａｓ　１点以下５００
℃以上の温度域で１０９６以北の加工度を加えて線材に
圧延し、保熱炉内または徐冷炉内で巻取ることを特徴と
するものである。

ここで、理想臨界直径（ＤＩ　）は、下式によって鋼の
化学成分値から算出した値である。

ＤＩ　（ｘ）−ｒ、９５Ｊ５．９６ｘｔ　１＋０．６４
　ｒｓｔ％月Ｘ　（１＋４．１０　〔Ｍｎ％］）Ｘ口＋
２．８７〔Ｐ％〕｝×｛１−０，６９（８％〕｝×｛１
＋２．３３〔Ｃｒ％〕｝×｛１＋０．５２（Ｎ１％〕｝
×｛１＋３．１４〔Ｍｏ％〕｝×｛１＋０．２７（Ｃｕ
％）　ｌｘ（１＋１．５（０，９−ＣＧ制）ただし、［
１＋１．５　（０，９−ＣＣ％］））はＣ童が０．９％
以下の鋼でＢを添加されている場合にのみ適用する。

すなわち、この発明は、理想臨界直径（ＤＩ　）が１０
０ｍ以上、好ましくは１３０ｍ以上の鋼の線材を対象と
し、圧延の最終段階でＡｓ１〜Ａｒ！、好ましくけ７０
０℃〜５００℃の温度域で未変態のまま１０％以上、好
ましくは２０％以上の加工度を付与し、圧延後当該圧延
フィンに近接して設置された保熱炉内または徐冷炉内で
巻取る方法である。

この発明において、理想＠界１ｆ径（ＤＩ）が１００篇
以上、好ましくは１３０ｍ以上の鋼でパーライト組織線
材を対象としたのは、以下に示す理由による。

高す焼入れ性を有する鋼線材においては、圧延後別フィ
ンで再加熱するか、鉛パテンテイング処理すれば問題な
いが、従来の熱処理方法ではＤＩが１００綱のｗ４種で
９ａφ以トの線径ではベイナイトやマルテンサイトの混
入しない組織の線材が得られるが、９■φ以下の線径で
はマルテンサイトが混在して伸・線加工できず、ＤＩ≧
１３０＋ｗになるとコイル状になっている線材ではすべ
ての線径でベイナイトやマルテンサイトが混在し伸線加
工できないからである。

また、前記鋼の圧延前用ｍｉ度をＡｃ、点以上としたの
は、以下に示す理由による。圧延後の組織をパーライト
組織とするためには圧延前にパーライトをいったん分解
固溶させて消失させてしまう必要がある。このために加
熱温度をＡｃ、点以上にする必要があり、Ａｃ　Ｈ点以
下ではセメンタイトは未分解のまま組織中に残存した状
態で圧延されるため、生加工性のすぐれたパーライト組
織にすることができなくなるからである。

また、仕−Ｅ圧延開始温度をＡｓ、点以下Ａｒ１点以上
、好ましくはＡｅ　Ｈ点以下５００℃以上とするのは、
以下に示す理由による。Ａｅ１点以下ではオーステナイ
トは準安定であるため、加工歪みを付与することによっ
てバーフィト変態が誘起でき、高焼入れ性の鋼でも容易
にパーライト組織を得ることができるようになる。しか
し、ＡｅＩ点以上の温度域ではオーステナイトは安定域
にあるため上記のような効果は非常に小さくなる。また
、Ａｒ、点以下になるとオーステナイトはフェライトと
セメンタイトを析出しているため、かかる組織が現出し
た後に圧延を施しても目的とするパーライト組織は得ら
れない。また、対象とする高焼入れ性の鋼ではＡｒ１点
に達するまでに長時間を要し、連続圧延ラインでＡｒ１
点以下の圧延を施すことは困難が多い。目的とするパー
ライト組織を得るためにはオーステナイトの変態温度が
５００℃以上であることが望ましい。５００℃以下では
ベイナイトが混在するからである。従って、仕上圧延開
始温度をＡｓＨ〜Ａｒ１　、好ましくはＡｓ　Ｈ点〜５
００℃と限定した。

Ａｓ１点は鋼種成分によって決まり、低合金鋼では７３
０℃付近から一部の工具鋼では８５０℃付近まで広く分
布している。

なお、圧延速度が大きい場合には圧延による加工発熱の
ため線材温度が上外し、仕上圧延開始温度よりも圧延終
了温度の方が高くなることがある。

この圧延終了温度を左右する要因は非常に多く、＃密な
制御は非常に難しい。このため、この発明では仕上圧延
開始温度を上記のとおり限定したのである。しかしなが
ら、圧延終了温度がＡｃ１点を超えると線材はオーステ
ナイト組織に戻ってしまう丸め、圧延終了温度はＡＣ８
点以下にすることが必要である。

また、この発明において１０％以上、好ましくは２０％
以上の加工を付与する理由は、前記の温度域で加工する
場合、加工度は高い方がパーライト変態促進効果は大き
く、１０％以下の場合はこの効果が十分に発揮されず、
実用的には２０％以上が望ましいためである。

また、この発明では圧延後、保熱炉内または徐冷炉内で
巻取ることを特徴とするが、これはコイルの高さ方向お
よび半径方向の温度の均一化をはかり品質を安定させる
ためである。すなわち、線材は巻取開始から終了まで保
熱炉内または徐冷炉内に存在するので、巻取開始から終
了までの温度差が生ずることがない。従って、コイル高
さ方向の温度の均一化がはかられるとともに、コイル表
面からの熱放散に基づくコイル半径方向の温度バフツキ
も解消される。さらに、保熱炉内または徐冷炉内でＡｒ
１　ｇ態が起こるため、極めて安定した品質が得られる
ことになる。ここで、徐冷とは２℃／８ｅＣ以下の冷却
速度での冷却を、保熱とは等温保持を意味する。

具　　　体　　　例 １ｓ１図、第２図、第３図、第４図およびｗ！１５図は
、この発明方法を実施するための直接軟化熱処理装置の
例を示す。すなわち、ｔｓ１図は、圧延機（１）によっ
て熱間または温間で圧延された線材（Ｍ）をポット炉（
２）で熱処理する方法を示Ｉ−九もので、圧延機（１）
を出た線材（Ｍ′）はレイングヘツ白３）によって螺旋
状に成形され、直ちにレイングヘッドに近接して設置さ
れたボッ）ｉ（２１内で巻取られる。

ポット炉（２）は内部に設けられた＠熱体（４）により
予め所定の温度に保持されている。線材（Ｍ）がポット
炉（２）内で巻取られてコイル（届になれば、直ちに炉
蓋（５）で密閉される。ポット炉内に収納されたコイル
はコンベア（６）上を搬送され、搬送中に所定の徐冷あ
るいは保熱が施され、所定の温度あるいは所定の時間を
経て、直接軟化処理が完了すると炉蓋（５）を取除き、
取出される。空になったポット炉は別フィンを通ってレ
イングヘッド（３）の近傍で所定の温度に復帰して再び
直接軟化熱処理用に供される。

第２図は連続炉で直接軟化熱処理を行なう方法であり、
線材（Ｍ’ｌは圧延機（１）によって熱間または温間で
圧延された後、レイングヘッド（３）によって連続炉口
内で巻取られる。連続炉圓吃炉体内部に発熱体０（イ）
が取付けられているが、連続炉の場合は炉内にコンベア
（１ωが設置され、出側にはコイルを取出すための扉（
２）が設けられている。

圧延機（１）を出た線材（Ｍ）はレイングヘッド（３）
により、予め所定の温度あるいは徐冷ヒートパターンに
設定されている連続炉（口内で巻取られ、コイｔｖ（Ｊ
）になると直ちに炉ｆｆｉ　（１５）が閉じられる。連
続炉内の先行コイル（φが移動して炉内に搬入可能にな
ると入側扉Ｏηが開きコンベア（１６）によって入側扉
（１ηを通過して順次搬送され、搬送中に保熱あるいは
徐冷が施される。所定の熱処理が施されたコイル品は出
側扉はおよび搬出扉（１３）　ｔｌ？通過して取出され
、直接軟化熱処理が完了する。

第３図はレイングヘッドによらずに線材を巻取る方式を
例示したもので、発熱体（財）が取付けられたポット炉
曽の中にモータ（８）にて駆動される巻取！Ｊ−−ｆｖ
■を設置し、圧延機（１）を出た線材（Ｍ）を順次巻取
リール（支）に巻取っていく方式である。巻取りが完了
してコイル（Ｍ）となると、炉蓋（ホ）を閉じてコンベ
ア（１）にて１瞑次搬送される。

第４図および第５図はレイングヘッドがそれぞれ水平型
およびインクフィン型の場合の装置例を示す。この場合
はレイングヘッドが線材の進行方向に向って開かれてい
るので、ループ状に成形された線材は保熱または徐冷用
コンベア（６−］　）　（］１６−１上を移動した後炉
内で巻き取られる。

なお、熱処理中に線材表層で酸化脱炭現象が生成するの
を防止するため、前記ポット炉（２）（支）、または連
続炉（１２には、不活性ガスあるいは還元性ガスを封入
できる設備を付設しておくことが望ましい。従ってこの
場合、連続炉においてはコイルの搬入搬出時に炉内雰囲
気が乱れないように、入口および出口は破線で示す入側
扉α′７）および出側扉（１８１を設ける必要がある。

ｔ−た、炉内雰囲気の昇温および保熱手段として、ここ
では炉内に取付けた発熱体で行なう場合を示したが、熱
源は必ずしも炉内にある必要はなく、炉外に熱源があっ
てもよい。

さらには、所定の保熱あるいは徐冷が実施できる場合は
、熱源は必ずしも必要としない。

実施例１ 真空中で電気炉溶製し、２トン鋼塊に造塊後１３０■Ｘ
１３０ｍ断面の鋼片に熱間鍛造したのち、線材工場で熱
間圧延して得た第１表に示す成分および理想臨界直径（
ＤＩ　）を有する９種類の供試鋼のうち、鋼種Ａ、Ｂ、
Ｅ、Ｆ、Ｇの各鋼片を２本ずつ用い、第２表に示す製造
条件で線材を製造した。その際、徐冷のヒートパターン
はコイル巻取り時に炉温を７５０℃に設定し、巻取シ終
了後１時間かけて６５０℃まで徐冷し、コイルを取出し
た。

線材は逆ダイス法によるビーリングの後２．５■φまで
冷間で連続伸線機により伸線を行ない、加工性を調査し
た。

また、比較のため、上記と同じ第１表に示す鋼種Ａ、Ｂ
、Ｅ、Ｆ、Ｇ各鋼片を用い、第２表に示す従来の方法で
線材を製造し、上記と同様の方法で加工性を調査した。

本実施例における結果を第３表に示す。

（以下余白） 第２表 第３表の結果より、従来例の鋼種Ａでは組織中にベイナ
イトが混在しており、パーライト組織もしくは軟化＃Ｉ
織になっておらず、目的を達していない。同じく鋼種Ｂ
ではベイナイトとマルテンサイトの混合組織になってお
り、加工もできなかった。同じく鋼種Ｅ、Ｆ、Ｇは線材
の断面内および長手方向に部分的にベイナイト、マルテ
ンサイトが生成し、不均一な組織であった。なお、ピー
リング加工はできたが、伸線加工は不可能であった。

これに対し、本発明例ではいずれも組織不良は皆無で、
硬度も低くなるとともに、ビーリング加工および伸線加
工が極めて容易となりトラブルは皆無であった。

実施例２ 第１表に示す鋼種Ｃ，Ｄ、Ｈ，Ｉを用い、圧延後第１図
に示すポット炉に巻取り、７３０℃×３時間恒温保持し
た。仕上圧延温度は４９０℃〜９５０℃、仕上圧延加工
度は９％〜６４％とし、＠４表に示す製造条件で製造し
た。なお、ポット炉内の雰囲気は酸化脱炭を防ぐため鴇
ガヌを注入した。恒温保持後は炉内放冷した。本実施例
の結果を＠５表に示す。

第４表 第５表の結果より、従来の製造方法ではベイナイト、マ
ルテンサイト組織になって生加工が不可能なｗ４種Ｃ，
Ｄ、Ｈ，Ｉについて吃、この発明方法によれば生加工可
能な線材として製造可能であることが判明した。４種の
鋼のうち、鋼種Ｉで仕上圧延の温度の影響をみると、仕
上圧延を４９０℃で加えた試験Ｎｏ、　６で組織がベイ
ナイトになっており、伸線中に一部断線が発生したもの
の、生加工は可能であることがわかる。ただ、ピーリン
グの際のダイス消耗が激しく、使いにくい状態になって
いる。また、比較例として示した仕上加工度９％、１６
．５φ線材の場合、ベイナイト組織が混在し、伸線中に
断線がみられた。従って、加工度が１０％未満の場合は
組織、性質ともにやや不安定な状態となることがわかる
。

発　　明　　の　　効　　果 以−ト説明したごとく、この発明方法によれば、理想臨
界直径（ＤＩ　）が１００ｍｍ以上の高い焼入れ性を有
し、従来熱延のままでは加工不可能であった中・高合金
鋼の線材を容易に加工することができ、さらに、炉内で
圧、延線材を巻取るためコイμ内の品質のバブツキも極
めて小さい。また、前記実施例からも明らかなごとく、
大きく焼入れ性の異なる鋼でも、この発明方法によれば
３時間程度の恒温保持でＡｒｌ変ルが完了するので、こ
れらを同一製造条件で連続生産することが可能となり、
極めて生産性も高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図および第５図は、この
発明方法を実施するための直接軟化熱処理装置例を示す
概略図である。 １・・・・圧延機、２，２２・・・・ポット炉、３・・
・・レイングヘッド、４　、１４　、２４・・・・発熱
体、５，１５　、２５・・炉蓋、６　、１６　、２６・
・・・コンベア、１７・・・・入側扉、１８・・・・出
側扉、２７・・・・モータ、２８・・・・巻取リール、
Ｍ・・・・線材、Ｍ・・・・コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　下式により算出される理想臨界直径が１００ｍｍ以
   上の焼入れ性を有する鋼を線材に圧延した後、該線材を
   保熱炉内または徐冷炉内で巻取ることを特徴とする冷間
   加工性のすぐれた線材の製造方法。 ２　下式により算出される理想臨界直径が１００ｍｍ以
   上の焼入れ性を有する鋼をＡｃ＿１点以上に加熱した後
   、Ａｃ＿１点以下Ａｒ＿１点以上の温度域で１０％以上
   の加工度を加えて線材に圧延し、保熱炉内または徐冷炉
   内で巻取ることを特徴とする冷間加工性のすぐれた線材
   の製造方法。 ３　下式により算出される理想臨界直径が１００ｍｍ以
   上の焼入れ性を有する鋼をＡｃ＿１点以上に加熱した後
   、Ａｅ＿１点以下５００℃以上の温度域で１０％以上の
   加工度を加えて線材に圧延し、保熱炉内または徐冷炉内
   で巻取ることを特徴とする冷間加工性のすぐれた線材の
   製造方法。 ＤＩ（ｍｍ）＝７．９５√Ｃ％×｛１＋０．６４〔Ｓｉ
   ％〕｝×｛１＋４．１０〔Ｍｎ％〕｝×｛１＋２．８７
   〔Ｐ％〕｝×（１−０．６９〔Ｓ％〕）×｛１＋２．３
   ３〔Ｃｒ％〕｝×｛１＋０．５２〔Ｎｉ％〕｝×｛１＋
   ３．１４〔Ｍｏ％〕｝×｛１＋０．２７〔Ｃｕ％〕｝×
   ｛１＋１．５（０．９−〔Ｃ％〕）｝ＤＩ（ｍｍ）：理
   想臨界直径 ただし、｛１＋１．５（０．９−〔Ｃ％〕）｝はＣ量が
   ０．９％以下の鋼でＢを添加されている 場合にのみ適用する。