(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延後の線材をコイル状に形成してコンベア上に載置して冷却させる工程において、以下の式（１）〜（４）を満足するようにコンベア上のコイルの線径とリングピッチ、徐冷カバーの温度を調節することを特徴とする熱間圧延線材の徐冷方法。
【数１】
0003550521.tif 000016
ただし、
【数２】
0003550521.tif 000017
【数３】
0003550521.tif 000018
【数４】
0003550521.tif 000019
ｘはＢを含有する場合は１、しない場合は０、各元素単位は重量％
ＴＳ：製品の引っ張り強度（ＭＰａ）、φ：線径（ｍｍ）、ＲＰ：コンベア上のコイルのリングピッチ（ｍｍ）
Ｔｃｏｖ：コンベアの徐冷カバーのコイル側表面温度（℃）
【請求項２】
熱間圧延後の線材をコイル状に形成してコンベア上に載置して冷却させる工程において、以下の式（５）（６）を満足するようにコンベア上のコイルの線径とリングピッチ、徐冷カバーの温度を調節することを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延線材の徐冷方法。
【数５】
0003550521.tif 000020
ただし、
【数６】
0003550521.tif 000021
【請求項３】
重量％で、Ｃ：０．２５〜０．５％、Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．２〜２．０、さらにＣｒ：２．０％以下（０を含まない）、Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：３％以下（０％を含まない）、Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％、ｖ：０．００１〜０．５％の１種または２種以上、不可避不純物および鉄からなる組成を有する鋼線材を対象とする請求項１または２に記載の徐冷方法による熱間圧延線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延線材の徐冷方法に関するものであり、より詳細には、炭素鋼、強靱鋼、ボロン鋼などの熱間圧延後の冷却コンベア上のコイルの冷却速度を、線材の成分、徐冷開始時のオーステナイト粒径、線径、リングピッチ、徐冷カバーの温度を制御することによって、直接軟質化を可能にする製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延後のコイルを徐冷することによって直接軟質化するために、冷却コンベア上に徐冷カバーをかける、コイルを層厚にするなどは一般的に行われている。しかし、単にこれらの方法で徐冷しただけでは、十分に冷却速度が遅くならず、望み通りの軟質化はできなかった。
特公昭５６−２８９７３では、コイルの周囲に輻射制御帯を設置し、コイルに輻射熱を与えて徐冷を実現して軟質化している。しかし、設備が非常に大掛かりで、コストが高くなってしまう問題点があった。また、目標強度によっては必要以上に遅い徐冷速度になってしまい、熱エネルギーが無駄になるだけでなく、処理時間が長いために生産性も悪くなる欠点があった。
【０００３】
そこで、本出願人は特開平１０−１９２９４８号公報で開示した熱間圧延線材の徐冷方法および徐冷装置を提案した。
すなわち、「熱間圧延後の線材を層厚コイルに形成しつつコンベア上に載置し、加熱ヒータを有する徐冷カバーの包囲環境に前記コンベアを介して層厚コイルを通過させて徐冷する方法において、
コンベアの長手方向の複数箇所でコンベア上の層厚コイルにおける線材疎部の温度を計測し、該計測値とコンベア移送速度とから実際の冷却速度を算出し、この実際の冷却速度と目標冷却速度とを対比し、その偏差に基づいて加熱ヒータの出力をコンベア長手方向で制御することを特徴とする熱間圧延線材の徐冷方法。」および「熱間圧延された線材の層厚コイルとして載置移送するコンベアと、加熱ヒータを有していて前記層厚コイルの移送経路を包囲する徐冷カバーと、を備え、熱間圧延された線材を引き続き冷却する装置において、
コンベア上の層厚コイルにおける線材疎部に相対する上部内面に備えている加熱ヒータをコンベアの長手方向で個別に温度制御可能として設置し、コンベア上の層厚コイルにおける線材疎部の温度を計測する測温計をコンベアの長手方向の複数箇所に設け、該測温計による計測値とコンベア移送速度とから実際の冷却速度を算出する第１処理部と、この第１処理部による実際の冷却速度と目標冷却速度とを対比する第２処理部と、この第２処理部による偏差に基づいて加熱ヒータの出力をコンベア長手方向で制御する第３処理部と、を備えていることを特徴とする熱間圧延線材の徐冷装置。」を提案した。
【０００４】
しかしながら、これら従来例においては、軟質化に必要な条件すなわち、圧延材の引っ張り強度、徐冷開始前のオーステナイト粒度番号と、７５０℃から６５０℃の間の平均冷却速度の関係を考慮したものではなかった。
本発明は、こうした状況のもとでなされたものであり、本発明者等は、軟質化に必要な条件を鋭意検討した結果、圧延材の引っ張り強度、徐冷開始前のオーステナイト粒度番号と、７５０℃から６５０℃の間の平均冷却速度の関係を見出すことによって、鋼線材の熱間圧延において、必要な強度の軟化線材をインライン（オンライン）で、効率的に製造するための有効な製造方法（徐冷方法）を提供することが目的である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明の熱間圧延機材の徐冷方法は、熱間圧延後の線材をコイル状に形成してコンベア上に載置して冷却させる工程において、以下の式（１）〜（４）を満足するようにコンベア上のコイルの線径とリングピッチ、徐冷カバーの温度を調節することを特徴とするものである。
【０００６】
【数７】
0003550521.tif 000002
【０００７】
ただし、
【０００８】
【数８】
0003550521.tif 000003
【０００９】
【数９】
0003550521.tif 000004
【００１０】
【数１０】
0003550521.tif 000005
【００１１】
ｘはＢを含有する場合は１、しない場合は０、各元素単位は重量％
ＴＳ：製品の引っ張り強度（ＭＰａ）、φ：線径（ｍｍ）、ＲＰ：コンベア上のコイルのリングピッチ（ｍｍ）
Ｔｃｏｖ：コンベアの徐冷カバーのコイル側表面温度（℃）
請求項２に係る本発明の徐冷方法は、請求項１に加えて、以下の式（５）（６）を満足するようにコンベア上のコイルの線径とリングピッチ、徐冷カバーの温度を調節することを特徴とするものである。
【００１２】
【数１１】
0003550521.tif 000006
【００１３】
ただし、
【００１４】
【数１２】
0003550521.tif 000007
【００１５】
更に、請求項１又は２による請求項３に係る本発明の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．２５〜０．５％、Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．２〜２．０、さらにＣｒ：２．０％以下（０を含まない）、Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：３％以下（０％を含まない）、Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％、ｖ：０．００１〜０．５％の１種または２種以上、不可避不純物および鉄からなる組成を有する鋼線材を対象とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、軟質化に必要な条件を鋭意検討した結果、圧延材の引っ張り強度（ＴＳ）、徐冷開始前のオーステナイト粒度番号（γＧＳ）と、７５０℃から６５０℃の間の平均冷却速度ＣＲが次の関係で表されることを見出した。
すなわち、
ＣＲ＝ｇ（Ｄｉ，ＴＳ）
ただし、
【００１７】
【数１３】
0003550521.tif 000008
【００１８】
【数１４】
0003550521.tif 000009
【００１９】
ｘはＢを含有する場合は１、しない場合は０、各元素単位は重量％である。
これは種々の鋼種を用い、熱間加工再現試験装置によって以下の実験により見出した結果である。この装置は、φ８×１２ｍｍの円筒状に加工した試料を油圧パンチの間に挟み、高周波加熱装置によって温度制御できるようにしたものである。任意の温度、圧下率で熱間加工を行い、任意の冷却速度を制御できる。実験は（図１）の試験パターンで加工・徐冷し、試験後の試料にビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さＨｖから、ＴＳへは、ＴＳ（ＭＰａ）＝３．６Ｈｖにより換算して上式を得た。
【００２０】
軟質化線材として必要な引っ張り強度ＴＳに対し、圧延後の徐冷速度をこの式で求められるＣＲ以下にすれば良い。いたずらに徐冷速度を落として、処理時間を長くする必要はない。７５０℃から６５０℃の間の平均冷却速度としたのは、徐冷中のオーステナイトからフェライト＋パーライトへの変態が主にこの温度域でおこり、軟質化のために最も影響がある温度域だからである。
一方、徐冷コンベア上でのコイルの冷却速度を詳細に調べたところ、線径φ、リングピッチＲＰ、徐冷カバーのコイル側表面温度Ｔｃｏｖと徐冷速度の間に、次の関係がある事を見出した。
コイル疎部：
【００２１】
【数１５】
0003550521.tif 000010
【００２２】
コイル密部：
【００２３】
【数１６】
0003550521.tif 000011
【００２４】
Ｔｃｏｖは、特別の加熱装置を用いる事なく、コイルから輻射熱で高温にしても、電熱線などにより加熱して高温にしてもいずれでも良い。コイルの疎部から最も徐冷速度が速く、この部分の冷却速度を上式のＣＲ以下にすれば、必要なＴＳが得られる事が判明し、以下の式を満足にするように徐冷すれば良い事を見出した。
ＣＲ＞ｆｃ（φ、ＲＰ、Ｔｃｏｖ）
ところが、この条件で徐冷を行うとコイル密部の徐冷速度が極度に遅くなるために、処理時間が非常に長くなって生産効率を落としてしまう場合がある。コイル密部の冷却速度を詳細に検討した結果、以下の式を満足するようにすれば良いことを見出した。
【００２５】
【数１７】
0003550521.tif 000012
【００２６】
但し、ｆｄは７５０℃から７００℃におけるコイル密部の徐冷速度である。
コイル密部の場合、徐冷速度の速い疎部に比べてより高い温度でフェライト＋パーライト変態が起こるため、軟質化のために重要な温度域はより高温側にあり、７５０℃から７００℃の範囲である。徐冷速度が０．０５℃／ｓを下回ると、この５０℃の温度域を徐冷するために必要な時間が１０００秒を超えるようになり、処理時間が非常に長くなる。このためには徐冷コンベアの長さを非常に長くする必要があり、現実的には実現不可能である。
【００２７】
本発明は、軟質化が必要な鋼種に関して広く適用できるが、以下の成分の場合にも効果が期待できる。
Ｃ：０．２５〜０．５％
Ｃは強制付与元素であり、０．２５％以下では最終的に使用されるときに十分な強度が得られない。０．５％を超えると、靱性が劣化するためにこれを上限とする。
Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）
Ｓｉは脱酸材として添加されるが、多量に添加すると部品形状に成形する冷間加工の段階での加工性が悪化するため、上限を０．５％とする。
Ｍｎ：０．２〜２．０
Ｍｎは脱酸、脱硫材および焼き入れ性向上元素として添加されるが、その効果を発揮させるためには０．２％以上の添加が必要である。しかし、添加量が過剰になると固溶強化のために冷間加工性や靱性の悪化を招くため、上限を２．０％とする。
【００２８】
本発明の鋼線材における基本的な化学成分は上記の通りであり、残部は不可避不純物からなる。必要によってＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖを添加することも有効である。
Ｃｒ：２．０％以下（０を含まない）
Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）
Ｎｉ：３％以下（０％を含まない）
Ｂ：０．０１％以下（０％を含まない）
これらは焼き入れ性確保に有効であるが、過剰に含有させると冷間鍛造性や靱性を劣化させるので上限をそれぞれ２．０、１．０、３．０、０．０１％とする必要がある。なお、これらの元素の上記効果は上記範囲内でその含有量を増加させるとともに大きくなるが、上記効果を発揮させるためには、Ｃｒ：０．１％以上、Ｍｏ：０．００５％以上、Ｎｉ：０．１％以上、Ｂ：０．０００５％以上が望ましい。
Ｎｂ：０．００１〜０．１％
Ｔｉ：０．００１％〜０．１％
Ｖ：０．００１〜０．５％
これらは、最終製品の強度を析出強化によってアップさせるとともに、圧延中のオーステナイトの再結晶・粒成長を抑制することにより、徐冷開始前のオーステナイトの微細化し、軟質化に必要な徐冷速度をアップさせる効果を持つ。しかし、添加量が０．００１％以下ではこれらの効果が得られず、冷間加圧性や靱性を悪化させるためにＮｂ、Ｔｉ、Ｖそれぞれ０．１、０．１、０．５％を上限とする。
【００２９】
なお、これらの成分以外にも本発明の鋼線材にはその特性を阻害しない範囲の微量成分も含みうるものであり、こうした鋼線材も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に特徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３０】
【実施例】
下記の実施例に示す実験（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３）を行った。
この実験の鋼種を表１に示す。
【００３１】
【表１】
0003550521.tif 000013
【００３２】
表１の鋼種を用いて、実際の線材圧延ラインでコンベア上での徐冷速度と徐冷条件の関係を調べた。これを表２，表３に示している。
【００３３】
【表２】
0003550521.tif 000014
【００３４】
【表３】
0003550521.tif 000015
【００３５】
各鋼種に対し、軟質化の目標ＴＳをおくと、γＧＳと目標ＴＳから、適正徐冷速度ｇ（Ｄｉ、ＴＳ）が求まる。コンベア上のコイル疎部・密部の各冷却速度ｆｃ（φ、ＲＰ、Ｔｃｏｖ）、ｆｄ（φ、ＲＰ、Ｔｃｏｖ）が、ｇ（Ｄｉ、ＴＳ）＞ｆｃ（φ、ＲＰ、Ｔｃｏｖ）、かつｆｄ（φ、ＲＰ、Ｔｃｏｖ）＞０．０５となるように線径φ、リングピッチＲＰ、徐冷カバー温度Ｔｃｏｖを調整した場合が実施例１〜１３である。リングピッチは、圧延線材、コンベア速度で調整した。徐冷カバーは、電熱線のヒーターが組み込まれたカバーを使用し、温度を調節した。ｆｃ、ｆｄの実際の値は、サーモビュア（ＪＥＯＬ製  ＪＴＧ−６１００型）を用いてコイル温度を測定して求めた。線材ＴＳは、圧延コイルの長手方向中央付近から、５巻をサンプル採取し、リングを１６等分して引っ張り試験を行い、その最大値を求めた。軟質化の場合、ＴＳの平均値よりも最高値が問題になるためである。
【００３６】
実施例ではいずれも、ｆｃ、ｆｄいずれも計算値と実測値が良く一致し、ＴＳ測定値も目標値以下になっている。一方、比較例１、２はいずれもｇ＜ｆｃとなるような徐冷条件に意図的に設定した例で、いずれも測定ＴＳが目標ＴＳを上回っている。比較例３、４は、ｆｄ＜０．０５となるような徐冷条件に設定した例であり、ｇ＜ｆｃとなるために測定ＴＳは目標ＴＳ以下になるが、密部徐冷速度が実測値でもｆｄ＜０．０５となっており、非常に遅く、効率が悪い。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明によれば、鋼線材の熱間圧延において、必要な強度の軟化線材をインライン（オンライン）で、効率的に製造する製造方法を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験パターンを示す図である。
【図１】
0003550521.tif 000022