JPH0559966B2 - - Google Patents

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100mm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、圧延された線材が太径
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ーンで
巻取られてコンベア上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℃／sec〜10℃／sec、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。従つて、理想臨界直径
（DI）が100mm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ラインの熱処理炉
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、圧延後の線材の顕
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、これらの方法はいずれも、圧延後炉外
でいつたん巻取るため、コイルの表面のみ温度が
低下し、またコイルが巻取装置と接触する部分の
みが局部的に冷却され、コイル内温度分布が不均
一となつ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、鋼種によつて大巾に変態速度
が異なるため、異鋼種の連続処理が困難である。 発明の目的 この発明は、従来の前記問題点にかんがみ、な
されたものであり、理想臨界直径（DI）が100mm
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ものである。 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100mm以上の高
い焼入れ性を有する鋼をAc₁点以上に加熱した
後、Ac₁点以下Ar₁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ものである。 ここで、理想臨界直径（DI）は、下式によつ
て鋼の化学成分値から算出した値である。 DI（mm）＝7.95√％ ×｛１＋0.64〔Si％〕｝ ×｛１＋4.10〔Mn％〕｝ ×｛１＋2.87〔Ｐ％〕｝ ×｛１−0.69〔Ｓ％〕｝ ×｛１＋2.33〔Cr％〕｝ ×｛１＋0.52〔NI％〕｝ ×｛１＋3.14〔Mo％〕｝ ×｛１＋0.27〔Cu％〕｝ ×｛１＋1.5（0.9−〔Ｃ％〕）｝ 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。 すなわち、この発明は、理想臨界直径（DI）
が100mm以上、好ましくは130mm以上の鋼の線材を
対象とし、Ac₁点以上に加熱した後、圧延の最終
段階でAe₁〜Ar₁、好ましくはAe₁〜500℃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、圧延後当該圧延ラインに近接
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、理想臨界直径（DI）が100
mm以上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。 従来の熱間圧延線材製造設備では、熱間圧延さ
れた線材はコンベア上で展開されて冷却された
後、コイル状にまとめて束ねられるか、もしくは
直ちにコイル状に巻取られてコイル束の状態で冷
却されるかのどちらかである。冷却速度は後者の
方が小さいが、それでも焼入れ性の高い鋼の線材
では、このときにベイナイトやマルテンサイトの
混在する組織になつてしまう。 通常、理想臨界直径（DI）が100mmの鋼種で
は、熱延線材の線径が9.0mmφ以下の場合、ベイ
ナイトやマルテンサイト組織が混在して、そのま
までは冷間加工ができなくなる。一方、線径が大
きくなると冷却速度が小さくなるためベイナイト
やマルテンサイトは生成しにくくなるが、鋼の焼
入れ性が高くなると、線径が大きくなつてもベイ
ナイトやマルテンサイトを生じるようになる。理
想臨界直径（DI）が130mm以上の鋼になると焼入
れ性が高いために、線径が線材圧延機で製造でき
る範囲内のすべてのサイズにおいてベイナイトや
マルテンサイトの混在した組織となつてしまい、
その後の冷間加工が不可能となる。 このような高い焼入れ性を有する鋼の熱延線材
は、コイルの巻戻し、矯正、伸線等の加工が不可
能なため、熱延コイルはそのまま別ラインで再加
熱焼鈍しなければならなかつた。 この発明は、このような高い焼入れ性をもつ鋼
種の熱延線材が有する上記のような問題を解消す
ることを目的とするもので、したがつて熱間圧延
後再加熱焼鈍の必要が生じる理想臨界直径（DI）
が100mm以上の鋼を対象とするものである。 この発明は、このような対象鋼を熱間圧延まま
でベイナイトおよびマルテンサイト組織を混在す
ることのないパーライト組織の線材とし、別ライ
ンでの再加熱焼鈍することなく二次加工できる線
材の製造方法を提供するものである。 なお、理想臨界直径（DI）を求める式におい
て、7.95√を用いたのは、DIを算出する式 DI＝DIc×MF％Mn×MF％Si＋MF％Ni…… における、Ｃ量とオーステナイト結晶粒度に関係
するところの鉄−炭素２元の基本焼入れ性を示す
項であるDIcを次のように仮定したものである。 すなわち、結晶粒度は熱間圧延材のオーステナ
イト粒度がほぼNo.８であることを考慮して、一般
に知られているDIc＝ｋ×√％において、オー
ステナイト粒度番号がNo.８のときの定数ｋの値
（ｋ＝0.32インチ＝7.95mm）を用いたものである。 また、前記鋼の圧延前加熱温度をAc₁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
イトをいつ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Ac₁点以上に
する必要があり、Ac₁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、仕上圧延開始温度をAc₁点以上とするの
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
することによつてパーライト変態が誘起でき、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、Ae₁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、Ar₁点
以下になるとオーステナイトはフエライトとセメ
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。なお、この発明において対象としている
鋼においては、Ar₁点が500℃よりも低い温度と
なつている鋼もあるが、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
（Ar₁）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
つて、仕上開始温度をAe₁〜Ar₁とする。好まし
くはAe₁点〜500℃の温度範囲である。Ae₁点は鋼
種成分によつて決まり、低合金鋼では730℃付近
から一部の合金工具鋼では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昇し、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、厳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Ac₃
点を超えると線材はオーステナイト組織に戻つて
しまうため、圧延終了温度はAc₃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ない
からである。実用的には20％以上が望ましい。 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。従つて、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
ラツキも解消される。さらに、保熱炉内または徐
冷炉内でAr₁変態が起こるため、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
℃／sec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 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
理装置の例を示す。すなわち、第１図は、圧延機
１によつて熱間または温間で圧延された線材Ｍを
ポツト炉２で熱処理する方法を示したもので、圧
延機１を出た線材Ｍはレイングヘツド３によつて
螺旋状に成形され、直ちにレイングヘツドに近接
して設置されたポツト炉２内で巻取られる。ポツ
ト炉２は内部に設けられた発熱体４により予め所
定の温度に保持されている。線材Ｍがポツト炉２
内で巻取られたコイルM′になれば、直ちに炉蓋
５で密閉される。ポツト炉内に収納されたコイル
はコンベア６上に搬送され、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。空になつたポツト炉は別
ラインを通つてレイングヘツド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は圧延機１によつて熱間または温
間で圧延された後、レイングヘツド３によつて連
続炉１２内で巻取られる。連続炉１２も炉体内部
に発熱体１４が取付けられているが、連続炉の場
合は炉内にコンベア１６が設置され、出側にはコ
イルを取出すための扉１３が設けられている。 圧延機１を出た線材Ｍはレイングヘツド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１２内で巻取られ、コイ
ルM′になると直ちに炉蓋１５が閉じられる。連
続炉内の先行コイルM′が移動して炉内に搬入可
能になると入側扉１７が開きコンベア１６によつ
て入側扉１７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M′は出側扉１８および搬出扉１３
を通過して取出され、直接軟化熱処理が完了す
る。 第３図はレイングヘツ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２４が取付けら
れたポツト炉２２の中にモータ２７にて駆動され
る巻取リール２８を設置し、圧延機１を出た線材
Ｍを順次巻取リール２８に巻取つていく方式であ
る。巻取りが完了してコイルM′となると、炉蓋
２５を閉じてコンベア２６にて順次搬送される。 第４図および第５図はレイングヘツドがそれぞ
れ水平型およびインクライン型の場合の装置例を
示す。この場合はレイングヘツドが線材の進行方
向に向つ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６−１，１
６−１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参加脱炭現象が生
成するのを防止するため、前記ポツト炉２，２
２、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。従つてこの場合、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１７およ
び出側扉１８を設ける必要がある。また、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
あつてもよい。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 真空中で電位炉溶製し、２トン鋼塊に造塊後
130mm×130mm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用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、巻取り終了後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ピーリングの後2.5mmφ
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用に示す鋼
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。

【表】

【表】

【表】

【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
しくは軟化組織になつておらず、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つており、加工もできなかつ
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、不均一な組織であつた。なお、ピーリ
ング加工はできたが、伸線加工が不可能であつ
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、ピーリング加
工および伸線加工が極めて容易となりトラブルは
皆無であつた。 実施例 ２ 第１表に示す鋼種Ｃ，Ｄ，Ｈ，Ｉを用い、圧延
後第１図に示すポツト炉に巻取り、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、第４表に示す
製造条件で製造した。なお、ポツト炉内の雰囲気
は酸化脱炭を防ぐためN₂ガスを注入した。恒温
保持後は炉内放冷した。本実施例の結果を第５表
に示す。

【表】

【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つて生加工が不可
能な鋼種Ｃ，Ｄ，Ｈ，Ｉについても、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つてお
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つ
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、従つて、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 以上説明したごとく、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つた
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ル
内の品質のバラ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、大きく焼入いれ性
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Ar₁変態が完了するので、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……ポツト炉、３……
レイングヘツド、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Ac₁点以上に加熱し
   た後、Ac₁点以下Ar₁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。 DI（mm）＝7.95√％ ×｛１＋0.64［Si％］｝ ×｛１＋4.10［Mn％］｝ ×｛１＋2.87［Ｐ％］｝ ×｛１−0.69［Ｓ％］｝ ×｛１＋2.33［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。