JPS5929645B2 - 冷間鍛造用鋼材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷間鍛造用銅の熱間圧延等の工程において、中
間段階組織を有せしめた鋼材を、スケールを附着した状
態でＡｌ変態点以下の温度で焼鈍することにより、鋼材
表面の脱炭を進行させることなく鋼中の炭化物を球状化
させる生産性のすぐれた冷間鍛造用鋼材の製造方法に関
するものである。

冷間鍛造は近年急速に発展した加工技術であるが、硬質
で加工性の悪い中炭素鋼や低合金鋼を用いる場合には、
冷間加工性を向上させるために、鋼中の炭化物を球状化
するだめの焼鈍（以下球状化焼鈍という）をおこなう必
要がある。

炭化物の球状化を容易にするため、引抜加工を加えて鋼
中の炭化物を分断させたり内部歪を与えておくか熱処理
を加えてマルテンサイト組織としだ後に、球状化焼鈍す
るのが一般的であるが、この場合引抜工程や熱処理工程
を必要とし、製造コストを高くする。

これらの焼鈍前工程を省略して熱間圧延鋼材を直接球状
化焼鈍処理する場合には、鋼材なＡｌ変態点以上、Ａｓ
変態点以下の温度範囲に数時間保持した後、Ａｌ変態点
以下の温度に数時間保持することによっておこなわれて
いる。

しかしこの方法は球状化焼鈍処理に長時間を要するうえ
、Ａｌ変態点よジ高い温度に保持し鋼材なオーステナイ
ト組織とするため、鋼材内部から表面へ炭素が容易に拡
散移動しやすい。

また焼鈍炉中に水分や酸素および鋼材に附着するスケー
ル等酸化性成分が存在すると鋼材表面においてこれら成
分と鋼材の炭素がすみやかに反応し脱炭層が進行する。
しかし脱炭層が存在すると冷間鍛造性や機械的性質を劣
化させたり、鍛造後の製品表面が所期の硬さに達しなく
なる等の不都合が生じるため、脱炭層の許容深さについ
て取り決めがなされているのが通例で球状化焼鈍技術の
重要な管理項目の一つとなっている。

ＪＩＳにおいても第１表に示す脱炭層許容基準案が準備
されており、球状化焼鈍材の脱炭層深さをこれらの値以
下としなければならない。

第１表 冷間鍛造用鋼の許容脱炭深さ （ＪＩＳ案） このため従来の熱間圧延鋼材を直接球状化焼鈍処理する
場合には、焼鈍炉中の雰囲気ガスとしては浸炭や脱炭が
生じないよう厳密に制御したＣＯおよび０２等の還元性
ガスを用い、また酸素源となる鋼材に附着したスケール
は、酸洗い等によりあらかじめ除去しておく必要があっ
た。

これらの対策は非常に高価であるばかりでなくくＣＯ，
Ｈ２等の還元ガスの使用は制御が難かし《、爆発の危険
性もある。

またスケールを除くだめの酸洗いは公害対策に十分留意
しなければならない。本発明はこれらを解決するために
炭素０．２０〜０．５０％、マンガン２．００％以下を
含む鋼材および必要に応じて添加されるクロム０．５〜
１．５％、および／まだはモリブデン０．５係以下を含
む冷間鍛造用鋼材の熱間圧延において、鋼材が仕上圧延
機を通過後、５５０℃以下Ｍｓ点以上の温度範囲へ２５
〜１００℃／秒以上の冷却速度で急速に冷却し、引き続
き同温度範囲に１〜３０分以上保持することにより鋼材
の組織状態を中間段階組織とし、前記熱間圧延等により
必然的に表面に生成するスケールを鋼材表面の→スケー
ルを附着させた状態のまま直接焼鈍炉に装入し、６５０
℃以上Ａ？点以下の温度範囲で球状化焼鈍を行なうもの
であり、これによって鋼材表面の脱炭層をほとんど進行
させることなく鋼中の炭化物を球状化させ冷間加工性の
すぐれだ冷間鍛造用鋼材を生産性よ《製造する方法を提
供するものである。本発明の球状化焼鈍においてはオー
ステナイトの生じない八〇変態点以下の温度で焼鈍がお
こなわれるため、鋼材内部の炭素が表面へ拡散する速度
が非常に遅《、脱炭層深さはほとんど進行しない。

第１図は発明者等が行なった球状化焼鈍中の脱炭層の進
行度を示したものである。供試材の成分および製造条件
を第２表に示す。本発明に相当する試験ＡＩによれば、
酸洗してあらかじめスケールを除去し、かつ焼鈍炉内雰
囲気にＣＯやＨ２等の還元性ガスを使用する試験屋 ・
３と同水準にあり脱炭層の深さはほとんど進行せず脱炭
層深さに関するＪＩＳ案等を十分満足する。

次に本発明の限定理由について述べる。第１の発明にお
いて炭素が０．２０％未満では本来冷間加工性が良《球
状化焼鈍が不要であり、また０．５０％を超える場合に
は強度が高く冷間鍛造用鋼としては用いられない。

マンガンは冷間鍛造用鋼には通常含まれる元素であるが
、２．００％を超えると、強度が高く冷間鍛造には適さ
なくなるうえ、いたずらにコストを高くするため２．０
０％以下に限定した。

上記成分を含む鋼材を熱間圧延後、１００℃／秒以下の
速度で冷却する場合あるいは急速冷却を行なう温度範囲
が、熱間圧延後から５５０℃を超える範囲の場合には鋼
材はフエライト・パーライト組織となり、これを引抜加
工や熱処理を加えることなく鋼中の炭化物を球状化する
ためにはＡ，変態点以上の温度に焼鈍する必要があり、
スケールを附着した状態では脱炭層が進行する。

Ｍｓ点以下の温度まで急速冷却する場合あるいは５５０
℃〜Ｍｓ点の温度範囲に保持される時間が１分以下の場
合は鋼材にマルテンサイト組織が混入する。マルテンサ
イト組織は非常に硬くハンドリングが困難でありまた焼
割れのおそれがある等実用上問題が多い。このため本発
明では熱間圧延後５５０℃以下Ｍｓ点以上の温度範囲ま
で１００℃／秒以上の速度で冷却し引続き同温度範囲に
１分以上保持して中間段階組織とした。球状化焼鈍温度
は、Ａ１変態点を超える場合鋼材はオーステナイト組織
となり、脱炭が急速に進行するうえ炭化物を球状化する
ために、引続きＡ１変態点以下の温度で数時間焼鈍しな
ければならないが、本発明は上記のように中間段階組織
を形成せしめているため、Ａ１変態点以下の温度での焼
鈍でも短時間で十分に炭化物の球状化が進行する。

球照化焼鈍温度が６５０℃未満では炭化物の移動は極端
に遅くなり球状化処理に長時間を要する。

このだめ本発明の球状化焼鈍温度はＡ？変態点以下６５
０℃以上とした。また焼鈍は長時間行なっても本発明材
の特性を損ねるものではないが、生産性の点からは、５
時間以下が適当であり、これによって十分な球状化焼鈍
組織が得られる、焼鈍中の雰囲気ガスは特に限定するも
のではないが、従来のように高価かつ爆発の危険性があ
るＣＯあるいはＨ２等の還元性ガスを使用する必要がな
い。Ｎ２ガスが工業生産上最も好ましいが、大気雰囲気
でもよい。第２の発明においては炭素、マンガンは第１
の発明と同一である。

クロム０．５０％〜１．５０％、モリブデン０．５％以
下は冷間鍛造後の焼入を容易にし、焼戻しによる強度低
下を防止する等熱処理効果を上げるためにそれぞれ単独
または複合して添加させるものであり、上限は冷間鍛造
前の強度増加の点から制限している。上記成分を含む鋼
材を、熱間圧延後２５℃／秒以上の速度で５５０℃〜Ｍ
ｓ点の温度範囲まで急速に冷却し、引続き同温度範囲に
３０分以上保持することにより、中間段階組織を有した
熱間圧延鋼材を得ることが可能であるが、この条件以外
ではフエライト・パーライト組織またはマルテンサイト
組織となり第１の発明と同理由により採用できない。

このようにして得られた中間段階組織とした熱間圧延鋼
材をスケールを附着させた状態で第１の発明と同様の条
件すなわちＡ１変態点以下６５０℃以上の温度範囲で焼
鈍を行なうが、これは第１の発明と同一理由による。こ
れにより脱炭を進行させることなく鋼中の炭化物を球状
化することができる。次に本発明の実施例について説明
する。

第３表の成分を有する鋼材を準備し、これより線径１４
ＴＩＬｍφの線材の熱間圧延を通常の温度で行ない、仕
上圧延機と捲取り装置の間に設置した冷劫装置により、
第３表に示す条件のもとに水冷した後、コイル状に捲取
った。

コイル重量は約１トンの大きさであり、コイルが持つ潜
熱のため空冷時の冷却速度は比較的遅い。

このため５５０℃〜Ｍｓ点間の保持時間が短時間で済む
炭素鋼はそのまま空冷したが、同範囲に３０分以上保持
する必要のあるクロムを含む鋼材′の場合は、捲取り後
１００〜４００℃に保温しだ徐冷トンネル内を通過させ
た。この熱間圧延線材を酸洗い工程を経ることなくスケ
ールを附着させた状態のまま直接焼鈍炉に装入し第４表
に示す条件で球状化焼鈍を行なった。

球状化焼鈍後の脱炭層進行深さ、機械的性質および冷間
加工性を第５表に示した。本発明材は脱炭層がほとんど
進行していないうえ、炭化物は良く球状化しているため
、比較材にくらべて冷間加工性が非常に優れていること
が明らかである。以上説明したように本発明は中間段階
組織を有せしめた冷間鍛造用熱間圧延鋼材を、スケール
を附着させた状態のまま直接焼鈍炉に装入して６５０℃
以上Ａ１変態点以下の温度で焼鈍を行なうことにより、
脱炭層なほとんど進行させることなく炭化物を球状化さ
せるもので、次に述べるように種々の利点を有し産業上
極めて有用である。利点１ 球状化焼鈍の前に熱間圧延
鋼材に附着しているスケールを取り除く必要がなく酸洗
い工程が省略できる。利点２ 焼鈍雰囲気に従来使用し
ていた高価でかつ爆発の危検性のあるＣＯまたはＨ２等
の還元ガスを使用しなくとも済む。

利点３ 短時間の焼鈍で従来法よりも冷間鍛造性の優れ
た球状化焼鈍材を得ることが可能であハ生産性が非常に
良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は球状化焼鈍中の脱炭進行深さと焼鈍時間の関係
を示す図表である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素０．２０〜０．５０％、マンガン２．００％以
   下を含み、熱間仕上圧延後５５０℃〜Ｍｓ点の温度範囲
   まで１００℃／秒以上の速度で冷却し、引き続き同温度
   範囲に１分以上保持して表面にスケールを有し内部が中
   間段階組織であり鋼材を、該スケールを附着させた状態
   で６５０℃以上、Ａ＿１変態点以下の温度範囲で焼鈍し
   、鋼材表面の脱炭層深さを進行させることなく、鋼中の
   炭化物を球状化することを特徴とする冷間鍛造用鋼材の
   製造方法。 ２ 炭素０．２０〜０．５０％、マンガン２．００％以
   下、クロム０．５〜１．５％、および／またはモリブデ
   ンを０．５％以下を含み、熱間仕上圧延後５５０℃〜Ｍ
   ｓ点の温度範囲まで２５℃／秒以上の速度で冷却し、引
   き続き同温度範囲に３０分以上保持して表面にスケール
   を有し内部が中間段階組織である鋼材を該スケールを附
   着させた状態で６５０℃以上Ａ＿１変態点以下の温度範
   囲で焼鈍せしめ、鋼材表面の脱炭層深さを進行させるこ
   となく、鋼中の炭化物を球状化することを特徴とする冷
   間鍛造用鋼材の製造方法。