JP3950682B2

JP3950682B2 - 軸受用熱間圧延線材の製造方法

Info

Publication number: JP3950682B2
Application number: JP2001374022A
Authority: JP
Inventors: 俊夫村上; 茂信難波; 正貴下津佐; 雅雄外山; 富士雄小泉
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP2003171737A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受用部品に二次加工される軸受鋼線材の製造方法に関し、特に、二次加工前の焼鈍工程を省略しうる生引き可能な伸線加工性に優れた軸受用熱間圧延線材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に軸受用のレースやボールなど軸受用部品は、以下の工程で製造される。まず、高炭素鋼の鋼材を熱間圧延して軸受用熱間圧延線材（以下、単に「線材」ともいう。）に一次加工する。ついで、この線材を酸洗や機械的方法によりスケール除去し、焼鈍処理を施した後、二次加工である伸線加工を行う。その後さらに球状化焼鈍を実施し冷間ヘッダー等により所定の形状に成形して軸受部品を製造する。
【０００３】
伸線加工前の焼鈍処理を省略し生引きすると、伸線時に断線や焼き付き等の問題が生じる。これは、軸受鋼が過共析鋼であることから、一次加工の熱間圧延後の冷却過程で初析セメンタイトが生成することにより延性が著しく劣化するためである。そのため、現状では伸線加工前に線材の延性を改善する必要性から生産性が低くコストが高い焼鈍処理が不可欠である。そこで、熱間圧延のまま二次加工前の焼鈍処理を省略しうる、すなわち生引き可能な伸線加工性に優れた軸受用熱間圧延線材の製造方法が要望されている。
【０００４】
軸受用熱間圧延線材の初析セメンタイトの生成を抑制する方法として、「川崎製鉄技報」Ｖｏｌ．２３、Ｎｏ．２（１９９１）、ｐ．１４〜２０に記載されているように、低温圧延と加速冷却とを組み合わせることが有効であることが知られている。しかし、この方法は加速冷却を施すことにより過冷組織であるベイナイトやマルテンサイトが生成しやすいため却って延性が低下するおそれがある。
【０００５】
また、特公平２−２４８９４号公報においては、仕上圧延を２段階に分けて行うことにより圧延のままで（すなわち生引き可能な）伸線加工性に優れた線材を製造する方法が開示されている。しかし、この方法は圧延温度および冷却速度の複雑な制御を必要とするため設備上の制約が大きく、非常にコストがかかるため現実的でない。また、この方法は中炭素鋼線材の延性向上を図るもので過共析鋼である軸受用熱間圧延線材に適用しても所定の効果が得られない可能性がある。
【０００６】
特開平８−２６００４６号公報においては、熱間圧延後所定温度まで急冷することにより初析セメンタイトの析出を抑制し、かつ粗大化を防止して線材の延性を向上させるとする製造方法が開示されている。しかし、この方法を線径が大きい場合に適用すると、線材の表面近傍で初析セメンタイトの析出が抑制されても、中心部は冷却速度が小さくなるため初析セメンタイトが析出してしまうことがある。一方、中心部における初析セメンタイトの析出を抑制するため冷却速度を大きくすると表面近傍で過冷組織であるベイナイトやマルテンサイトが生成してしまうといった問題がある。
【０００７】
また、特開平９−２６３８８７号公報においては、軸受鋼にホウ素を所定量添加することにより従来の熱間圧延後の通常の冷却条件で冷却しても初析セメンタイトの粗大化が防止でき、延性に優れた線材が得られるとする開示がある。しかし、高価なホウ素を相当量添加する必要があり、伸線加工前の焼鈍処理を省略することによるコスト低減効果が減殺される問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、伸線加工前の焼鈍処理を省略しうる生引き可能な軸受用熱間圧延線材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、発明者らは従来の軸受用熱間圧延線材の延性が低い原因を解明すべく初析セメンタイトの挙動について鋭意研究を遂行し、それにより得られた知見に基づいて発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、従来の熱間圧延後の通常の冷却条件下では初析セメンタイトが旧オーステナイト（γ）粒界面に沿ってフィルム状に析出し、伸線加工時の変形の際にこの初析セメンタイトがき裂の発生源になるといわれていた。
【００１１】
一方、熱間圧延後に急冷すると、旧γ粒界面に析出する初析セメンタイトの量は減少するが、γ粒から変態して生成するパーライト中のセメンタイト量が増加する。そのためパーライトを構成するセメンタイト板が厚くなるためパーライトの靭性が低下する。このため、伸線加工時の変形の際にパーライト内部でき裂が発生しやすくなり、このき裂が伝播することで十分な伸びが得られる前に破断に至ることがわかった。
【００１２】
そこで、伸線加工時の変形に対してき裂の発生を抑制し、その伝播を防止しうる初析セメンタイトとパーライトの組織・形態・量等について種々検討を行った。その結果、初析セメンタイトの析出を抑制するのでなく、むしろ積極的に初析セメンタイトの析出を促進するとともに、初析セメンタイトの形態やパーライトの組織を制御することにより延性を改善できることを見出した。
【００１３】
本発明は、以上の知見に基づいて完成したものであって、その要旨は以下の通りである。
【００１４】
請求項１の発明は、質量割合にて、Ｃ：０．８０〜１．３０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：０．８〜２．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる鋼材を、熱間圧延後、先ず０．１〜２℃／ｓの冷却速度で８００〜７００℃まで徐冷し、ついで５〜２０℃／ｓの冷却速度で６５０〜５００℃まで急冷し、その後再び０．１〜２℃／ｓの冷却速度で徐冷することにより、組織が初析セメンタイトとパーライトとからなり、初析セメンタイトの面積率が３％超、パーライトラメラ間隔が０．１５μｍ以下の軸受用熱間圧延線材を得ることを特徴とする軸受用熱間圧延線材の製造方法である。
【００１５】
請求項２の発明は、質量割合にて、Ｃ：０．８０〜１．３０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：０．８〜２．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる鋼材を、８５０℃以下の仕上げ温度で熱間圧延後、初期冷却段階において０．１〜２℃／ｓの冷却速度で８００〜７００℃まで徐冷することにより、組織が初析セメンタイトとパーライトとからなり、初析セメンタイトの面積率が３％超、初析セメンタイトのアスペクト比が１２以下の軸受用熱間圧延線材を得ることを特徴とする軸受用熱間圧延線材の製造方法である。
【００１６】
以下の説明において成分割合を表す％は質量％を意味するものとする。
【００１７】
〔作用〕
本発明において軸受用熱間圧延線材の化学成分、初析セメンタイトの析出量およびその形態、パーライトラメラ間隔を上記のごとくに限定した理由を説明する。
【００１８】
（Ａ）化学成分の限定理由
Ｃは最終の軸受部品の強度を向上するために必須の元素であり、この効果を有効に発揮させるためには０．８０％以上とする必要がある。一方、１．３０％を超えると、熱間圧延後の冷却過程で初析セメンタイト粒子が過度に粗大化し、伸線加工性を損なう。よって、Ｃ含有量は０．８０〜１．３０％とする。
【００１９】
Ｓｉは鋼の脱酸のために有効な元素であり、またパーライト中のフェライト強度を上昇させる効果があり極めて有効な元素である反面、１．０％を超えてＳｉを含有させるとＳｉＯ₂介在物が発生しやすくなる。よって、Ｓｉ含有量は１．０％以下とする。
【００２０】
Ｍｎは鋼材の脱酸、脱硫に有効な元素であることに加え、焼入れ性を向上させ強度を高めるために有効な元素である。しかし、２．０％を超えてＭｎを含有させると、これらの効果が飽和するとともに、しま状組織の生成を助長して割れが発生しやすくなる。よって、Ｍｎ含有量は２．０％以下とする。
【００２１】
軸受鋼としては、他の元素としてＣｒが０．８〜２．０％含まれることが多いが、本発明はそのようなクロム含有軸受鋼を対象とするものである。
【００２２】
また、Ｐ、Ｓは伸線加工性を阻害する元素であるため可能な範囲で低くすることが望ましい。
【００２３】
（Ｂ）初析セメンタイトの析出量（面積率）の限定理由
初析セメンタイトの析出量の指標として初析セメンタイトの面積率を用いる。ここに、面積率とは任意の鋼材断面における任意の観察視野内に存在する全粒子の合計面積／観察視野の面積で定義される値を％で表したものである。初析セメンタイトの面積率が３％以下の場合、すなわち前述したように初析セメンタイトの析出量が少ない場合にはパーライト中のセメンタイト量が増加し、強度は高いが脆いパーライトが形成されるため、延性が低下する。よって、初析セメンタイトの面積率は３％超とする。なお、初析セメンタイトの面積率の上限は特に限定するものではないが、本発明で規定する炭素量では初析セメンタイトの面積率の最大値は理論上９％であり、この範囲でできるだけ初析セメンタイトの面積率を高くすることが好ましい。
【００２４】
（Ｃ）初析セメンタイトの形態（アスペクト比）の限定理由
初析セメンタイトの形態の指標として初析セメンタイトのアスペクト比を用いた。ここに、アスペクト比とは初析セメンタイト粒子の長径／短径で定義され、任意の観察視野内に存在する個々の粒子のアスペクト比を算術平均した値である。
【００２５】
上記（Ｂ）において初析セメンタイトの面積率を３％超とした場合であっても、初析セメンタイトのアスペクト比が１２を超えると、旧γ粒界面に沿って初析セメンタイトがフィルム状に析出した状態となる。この場合、伸線加工による変形が加えられた際に旧γ粒領域がフィルム状の初析セメンタイトで拘束されているため変形が阻害され、内部のパーライト中でき裂が発生し、十分な伸びが得られないまま破壊に至ることが多い。よって、初析セメンタイトのアスペクト比は１２以下とすることがよい。つまり、アスペクト比を１２以下とすることによりフィルム状の初析セメンタイトは細かく（短く）分断された状態となり、上記拘束が緩和されて旧γ粒領域（パーライト）の変形が容易になり、延性が向上する。
【００２６】
（Ｄ）パーライト組織（パーライトラメラ間隔）の限定理由
パーライトラメラ間隔とは、パーライトを構成する一対のフェライト板とセメンタイト板の合計厚みで定義される。具体的には、任意の観察視野内に存在する任意のパーライトノジュールの個々のラメラ間隔を平均した値である。
【００２７】
上記（Ｂ）において初析セメンタイトの面積率が３％を超え、かつそのアスペクト比が１２を超える場合であっても、パーライトラメラ間隔を０．１５μｍ以下とするとよい。パーライトラメラ間隔を小さくするとセメンタイト板は薄くなるため、パーライトが変形しやすくなり、延性が向上する。
【００２８】
上述のように、線材の化学成分と、この線材中の初析セメンタイトの面積率（量）と、初析セメンタイトのアスペクト比（形態）またはパーライトラメラ間隔（パーライト組織）とを制御することにより、この線材の延性を向上できる。
【００２９】
以下の発明の実施の形態において、初析セメンタイトの面積率、アスペクト比、パーライトラメラ間隔を制御する方法について詳細に説明する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る軸受用熱間圧延線材は、例えば以下のように製造できる。
【００３１】
まず、転炉、高周波誘導溶解炉、アーク炉等の精錬炉や溶解炉を用い、本発明の化学成分の範囲となるよう、通常行われる手段で成分調整した溶鋼を製造し、この溶鋼を鋳造してビレットを作製する。
【００３２】
そして、このビレットを圧延機で所定の仕上温度で熱間圧延して所要の形状の線材に加工し、熱間圧延後所定の冷却条件で冷却することにより、生引き可能な延性に優れた線材が得られる。
【００３３】
具体的には、例えば以下の仕上げ温度と冷却条件の組み合せにより請求項１の発明に係る線材を得ることができる。
【００３４】
すなわち、熱間圧延の仕上温度は特に限定されず、例えば７００〜１０００℃としてよい。そして、熱間圧延後の冷却条件として、先ず０．１〜２℃／ｓの冷却速度でパーライト変態温度直上の８００〜７００℃まで徐冷する（初期徐冷段階）。これにより初析セメンタイトの析出を促進させることができ、初析セメンタイトの面積率を３％超とすることができる。ついで５〜２０℃／ｓの冷却速度でラメラ間隔が微細なパーライトの生成温度である６５０〜５００℃まで急冷し（中間急冷段階）、その後パーライト変態を進行させるため再び０．１〜２℃／ｓの冷却速度で徐冷する（最終徐冷段階）。これにより、パーライトラメラ間隔を０．１５μｍ以下とすることができる。このようにして得られた線材は、請求項１の発明の化学成分を有し、初析セメンタイトの面積率３％超、パーライトラメラ間隔０．１５μｍ以下を満足するので、延性に優れたものとなる。
【００３５】
また、例えば以下の別の仕上げ温度と冷却条件の組み合せにより請求項２の発明に係る線材を得ることができる。
【００３６】
すなわち、熱間圧延の仕上温度は通常の仕上温度（９００〜１０００℃）より低い８５０℃以下とする。そして、圧延後の冷却条件としては、初期冷却段階において０．１〜２℃／ｓの冷却速度で８００〜７００℃まで徐冷すれば、以後の冷却速度は特に限定されない。徐冷することにより初析セメンタイトの析出を促進して初析セメンタイトの面積率を３％超とできる。また、仕上げ温度（すなわち冷却開始温度）を低下させることにより、旧γ粒界に分散して析出した初析セメンタイトの粗大化（フィルム状化）を防止してアスペクト比を１２以下とすることができる。このようにして得られた線材は、請求項２の発明の化学成分を有し、初析セメンタイトの面積率３％超、アスペクト比１２以下を満足するので、延性に優れたものとなる。
【００３７】
以上のように、高炭素鋼を適正な熱間圧延仕上げ温度と冷却条件の組み合せで処理することにより、本発明により規定される化学成分を有し、初析セメンタイトの面積率、アスペクト比、パーライトラメラ間隔が本発明により規定される所定の条件を満たすよう制御されるので、生引き可能な延性に優れた軸受用熱間圧延線材を得ることができる。
【００３８】
【実施例】
本発明の作用効果を確認するため、ＪＩＳに規格化されているＳＵＪ２相当の化学成分を有する鋼材を種々の熱間圧延仕上温度と冷却条件の組み合せで８ｍｍ径の線材に加工し、性状調査を行った。
【００３９】
線材の性状調査として、顕微鏡観察による組織の同定、初析セメンタイトの面積率、アスペクト比、パーライトラメラ間隔の測定、および引張試験による引張強度、絞りの測定を実施した。初析セメンタイトの面積率は、線材の横断面の中心部を１５００倍の倍率でＳＥＭ観察し、観察視野内に存在する全粒子の合計面積を測定し、これを観察視野の面積で除して求めた。アスペクト比は、線材の横断面の中心部を５０００倍の倍率でＳＥＭ観察し、観察視野内の任意の５０個の初析セメンタイト粒子を選択し、その長径と短径を測定し、長径／短径により計算した個々のアスペクト比を算術平均して求めた。パーライトラメラ間隔は、線材の横断面の中心部を５０００倍の倍率でＳＥＭ観察し、観察視野内の任意の２０個のパーライトノジュール（旧γ粒）を選択し、個々のパーライトノジュールについてラメラ間隔（一対のフェライト板とセメンタイト板の合計厚み）を測定し、この値を算術平均して求めた。引張試験はＪＩＳＺ２２４１にしたがって実施した。
【００４０】
試験結果を表１に示す。表１には熱間圧延前の鋼材成分のみを示したが、熱間圧延＋冷却処理後の線材の化学成分はこの鋼材成分と実質的に同等といえ、本発明の規定する成分範囲にある。表１に示されるように、本発明例である試験Ｎｏ．２、６、７はいずれも伸線加工に有害なベイナイト、マルテンサイトの組織が発生しておらず、実質的に初析セメンタイトとパーライトからなっている。また、いずれも初析セメンタイトの面積率は３％超で、パーライトラメラ間隔が０．１５μｍ以下（試験Ｎｏ．２、７）または初析セメンタイトのアスペクト比が１２以下（試験Ｎｏ．６、７）になっている。この結果、伸線加工性を表す絞りは２５％以上が得られ、生引き性が良好であった。なかでも、初析セメンタイトの面積率３％超、パーライトラメラ間隔０．１５％以下をともに満たす試験Ｎｏ．７の場合、絞りが３５．７％へと著しく向上し、非常に優れた生引き性を示した。なお、本発明例の線材の引張強度はすべて１２６０ＭＰａ以上確保されており、従来品相当である試験Ｎｏ．１の１２４３ＭＰａと同等以上であるので問題ない。
【００４１】
これに対し、従来品相当の比較例である試験Ｎｏ．１は初析セメンタイトのアスペクト比が１２を超え、かつパーライトラメラ間隔も０．１５μｍを超えているために絞りが２０．１％と２５％に達せず、生引き性が不良であった。別の比較例である試験Ｎｏ．４、５、８、１０はベイナイト組織が発生しているために絞りが１．５％以下と極端に低く、生引き性は不良であった。また、別の比較例である試験Ｎｏ．９は初析セメンタイトの面積率が３％以下であるために絞りが１６．８％と２５％に達せず、生引き性が不良であった。
【００４２】
【表１】

【００４３】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明は所定の成分を有する高炭素鋼を適正な熱間圧延仕上温度と冷却条件の組み合せで処理して熱間圧延後の軸受用熱間圧延線材の成分および組織を最適に調整することにより、軸受用熱間圧延線材の伸線加工性を高めて生引き可能なものとし、伸線加工前の焼鈍処理を不要とすることができるものである。

Claims

質量割合にて、Ｃ：０．８０〜１．３０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：０．８〜２．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる鋼材を、熱間圧延後、先ず０．１〜２℃／ｓの冷却速度で８００〜７００℃まで徐冷し、ついで５〜２０℃／ｓの冷却速度で６５０〜５００℃まで急冷し、その後再び０．１〜２℃／ｓの冷却速度で徐冷することにより、組織が初析セメンタイトとパーライトとからなり、初析セメンタイトの面積率が３％超、パーライトラメラ間隔が０．１５μｍ以下の軸受用熱間圧延線材を得ることを特徴とする軸受用熱間圧延線材の製造方法。
質量割合にて、Ｃ：０．８０〜１．３０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：０．８〜２．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる鋼材を、８５０℃以下の仕上げ温度で熱間圧延後、初期冷却段階において０．１〜２℃／ｓの冷却速度で８００〜７００℃まで徐冷することにより、組織が初析セメンタイトとパーライトとからなり、初析セメンタイトの面積率が３％超、初析セメンタイトのアスペクト比が１２以下の軸受用熱間圧延線材を得ることを特徴とする軸受用熱間圧延線材の製造方法。