(57)【要約】      （修正有）【課題】鋼の球状化焼鈍処理を短時間で処理することのできる鋼材の徐冷処理方法の提供。【解決手段】均熱化温度から変態開始温度迄第１の冷却速度（２０〜６０℃／ｈ）で冷却する第１の冷却工程と、変態開始温度から変態完了温度迄第２の冷却速度（１０〜３０℃／ｈ）で冷却する第２の冷却工程と、変態完了温度から予じめ設定された放冷開始温度迄第３の冷却速度で冷却する第３の冷却工程を備え、徐冷の期間を３つの冷却工程を備えたヒートパターンとする。鋼材における球状化焼鈍の熱処理の前工程が伸線処理工程である場合には第３の冷却速度（例：２５℃／ｈ）とし、前工程が圧延処理工程である場合には、第３の冷却速度（５〜２０℃／ｈ）とする。前記冷却速度が、第２冷却速度は第１冷却速度以下であり、第３冷却速度は前記伸線処理鋼材用では第２冷却速度以上であり、前記圧延処理鋼材用では第２冷却速度以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変態開始温度以上の所定の加熱温度にまで昇温した後、所定時間にわたり均熱化温度を維持して鋼材を徐冷して球状化焼鈍する熱処理方法であって、
前記均熱化温度から前記変態開始温度まで第１の冷却速度範囲内で冷却する第１の冷却工程と、
前記変態開始温度から変態完了温度まで第２の冷却速度範囲内で冷却する第２の冷却工程と、
前記鋼材における前記球状化焼鈍の熱処理の前工程が伸線処理工程であることを条件として前記変態完了温度から放冷開始温度まで伸線処理鋼材用の第３の冷却速度範囲内で冷却する第３の冷却工程、前記鋼材における前記球状化焼鈍の熱処理の前工程が圧延処理工程であることを条件として前記変態完了温度から放冷開始温度まで圧延処理鋼材用の第３の冷却速度範囲内で冷却する第３の冷却工程を備えたヒートパターンとしたこと特徴とする鋼材の徐冷処理方法。
【請求項２】
前記第１の冷却速度範囲が２０℃／ｈ以上からラジアントチューブによる強制冷却温度以下の範囲であり、
前記第２の冷却速度範囲が１０℃／ｈ以上からラジアントチューブによる強制冷却温度以下の範囲でかつ選択された前記第２の冷却速度が選択された前記第１の冷却速度以下の速度であり、
前記伸線処理鋼材用の第３の冷却速度範囲が、１０℃／ｈ以上からラジアントチューブによる強制冷却温度以下の範囲でかつ選択された第３の冷却速度が選択された前記第２の冷却速度以上の速度であり、
前記圧延処理鋼材用の第３の冷却速度範囲が、５℃／ｈ以上から２０℃／ｈ以下の範囲でかつ選択された第３の冷却速度が選択された前記第２の冷却速度以下の速度であることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の徐冷処理方法。
【請求項３】
前記第１の冷却速度が２０℃／ｈから６０℃／ｈであり、
前記第２の冷却速度が１０℃／ｈから３０℃／ｈであり、かつ選択された前記第２の冷却速度が選択された前記第１の冷却速度以下の速度であり、
前記伸線処理鋼材用の第３の冷却速度範囲が１０℃／ｈから３０℃／ｈであり、かつ選択された第３の冷却速度が選択された前記第２の冷却速度以上の速度であり、
前記圧延処理鋼材用の第３の冷却速度範囲が５℃／ｈから１５℃／ｈであり、かつ選択された第３の冷却速度が選択された前記第２の冷却速度以下の速度であることを特徴とする請求項２に記載の鋼材の徐冷処理方法。
【請求項４】
前記第１の冷却速度と前記第２の冷却速度を同じものとした請求項１から３のいずれか１項に記載の鋼材の徐冷処理方法。
【請求項５】
前記鋼材が、コイル状態の炭素鋼、ＳＣＲ−４クローム鋼、ＳＵＪ−２クローム鋼のいずれかである請求項１から４のいずれか１項に記載の鋼材の徐冷処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼線、棒鋼などの鋼材の球状化焼鈍を短時間に行うことができる球状化焼鈍処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、炭素鋼やクローム鋼の熱処理の一環として、炭素鋼やクローム鋼中に存在する炭化物を球状化するために球状化焼鈍処理を行っていた。球状化焼鈍処理を行なえば鋼の靭性が大きくなり、後工程における加工性も向上する。
【０００３】
球状化焼鈍処理とは、変態点以上に熱せられたオーステナイト組織状態の鋼を徐冷してゆく過程で、オーステナイト組織状態がフェライト＋セメンタイト組織状態に変態してゆく熱処理である。
従来技術の球状化焼鈍処理では、一般的に徐冷には、炭素鋼で約６時間、クローム鋼（ＳＣＲ−４）で約８時間、軸受け鋼（ＳＵＪ−２）では約１１時間を要するものとされ、非常に長時間を要していた。
【０００４】
図８は、従来技術における炭素鋼の球状化焼鈍処理の徐冷処理のヒートパターンを示す図である。
炭素鋼では変態開始温度である変態点が７２０℃である。変態完了温度は多少のばらつきがあるものの７００℃〜７１０℃の間にあると考えられている。一般的には、変態点よりも高い７４０℃で均熱化した後、徐冷を始め、変態完了温度よりも十分に低い一律６８０℃に向けて１時間あたり１０℃という割合で徐冷を進めて行く方法が採られている。炭素鋼の場合、温度差が６０℃であるので、６時間かけて徐冷されるわけである。この６時間かけた徐冷の中で、変態開始温度の変態点から変態完了温度を通過して球状化がなされる。
【０００５】
図９は、従来技術におけるクローム鋼（ＳＣＲ−４）の球状化焼鈍処理の徐冷処理のヒートパターンを示す図である。クローム鋼（ＳＣＲ−４）では変態開始温度の変態点が７４０℃である。変態完了温度は多少のばらつきがあるものの７２０℃付近にあると考えられている。一般的には、変態点よりも高い７６０℃まで加熱処理して均熱化した後、徐冷を始め、徐冷は、図８と同様、一律的に６８０℃に向けて１時間あたり１０℃という割合で徐冷を進めて行く。ＳＣＲ−４鋼の場合、温度差が８０℃であるので、８時間かけて徐冷されるわけである。この８時間かけた徐冷の中で、変態開始温度の変態点から変態完了温度を通過して球状化がなされる。
【０００６】
図１０は、従来技術におけるクローム鋼（ＳＵＪ−２）の球状化焼鈍処理の徐冷処理のヒートパターンを示す図である。クローム鋼（ＳＵＪ−２）では変態開始温度の変態点が７５０℃である。変態完了温度は多少のばらつきがあるものの７２０℃付近にあると考えられている。一般的には、変態点よりも高い７９５℃まで加熱処理して均熱化した後、徐冷を始め、徐冷は、図８と同様、一律的に６８０℃に向けて１時間あたり１０℃という割合で徐冷を進めて行く。ＳＵＪ−２鋼の場合、温度差が１１５℃であるので、１１．５時間かけて徐冷されるわけである。この１１．５時間かけた徐冷の中で、変態開始温度の変態点から変態完了温度を通過して球状化がなされる。
【０００７】
鋼の熱処理に関しては、様々なヒートパターンを説明する文献は知られているが、球状化焼鈍処理に関しては、均熱化温度から一律に６８０℃に向け、一律に１時間あたり１０℃という割合で徐冷してゆくことにより行われてきた。
なお、徐冷の速度は、一般には、１時間あたり１０℃という割合であるが、図１１に示すように、一律に１時間あたり１５℃という割合で行っても良いと開示しているものもある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１２１０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記従来の球状化焼鈍処理の徐冷処理では、非常に時間がかかることが大きな課題である。もともと、製鋼所などでは、大容量の鋼に対して熱処理を行うためにその熱慣性が極めて大きい上に、加熱・冷却の熱履歴を与えるために、昇温・冷却に非常な長時間を要する。このため、極めて生産性が低く、熱処理コストが高くなる。
【００１０】
例えば、炭素鋼の場合には昇温に８時間、均熱に８時間、徐冷却に６時間、合計２２時間も要している。また、軸受け鋼（ＳＵＪ−２）の場合、一般には、昇温に８時間、均熱に８時間、徐冷却に１１．５時間の合計２６．５時間も要している。
このように６時間から１１．５時間もかけて徐冷するということは、製造時間が長引いてしまうことともなる。そこで、徐冷の時間を短縮することができれば、生産性が向上し、熱処理コストが低下する。
【００１１】
発明者長家孝哉は、長年にわたり鉄鋼関係の仕事に従事して熱処理に関して研究を行う中、鋼の球状化焼鈍処理における徐冷処理を短縮することができる方法を想起するに至った。
上記問題点に鑑み、本発明は、従来、１０時間程度の処理時間を必要としていた鋼の球状化焼鈍処理を短時間で処理することのできる革新的な鋼材の徐冷処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の鋼材の徐冷処理方法は、変態開始温度以上の所定の加熱温度にまで昇温した後、所定時間にわたり均熱化温度を維持して鋼材を徐冷して球状化焼鈍する熱処理方法であって、前記均熱化温度から前記変態開始温度まで第１の冷却速度範囲内で冷却する第１の冷却工程と、前記変態開始温度から変態完了温度まで第２の冷却速度範囲内で冷却する第２の冷却工程と、前記鋼材における前記球状化焼鈍の熱処理の前工程が伸線処理工程であることを条件として前記変態完了温度から放冷開始温度まで伸線処理鋼材用の第３の冷却速度範囲内で冷却する第３の冷却工程、前記鋼材における前記球状化焼鈍の熱処理の前工程が圧延処理工程であることを条件として前記変態完了温度から放冷開始温度まで圧延処理鋼材用の第３の冷却速度範囲内で冷却する第３の冷却工程を備えたヒートパターンとしたこと特徴とする鋼材の徐冷処理方法である。
【００１３】
上記構成により、鋼材の徐冷処理における重要な変化に応じて３つの冷却工程を設定して、均熱化温度から変態開始温度までの第１の冷却工程、変態開始温度から変態完了温度までの第２の冷却工程、変態完了温度から放冷開始温度までの第３の冷却工程とし、各々の冷却工程において各々の冷却速度で徐冷することにより、生成する鋼材の品質を高品質に保ちつつ、鋼材の生成時間を短くする。さらに、この第３の冷却工程を条件で分類し、伸線処理鋼材であれば第２の冷却工程が終わった段階で球状化率が比較的高いため、伸線処理鋼材用の第３の冷却工程は比較的高速でも良いものとし、圧延処理鋼材であれば第２の冷却工程が終わった段階で球状化率が比較的低いため、圧延処理鋼材用の第３の冷却工程は比較的低速で行うよう制御するものである。
【００１４】
発明者長家孝哉は、鋼材の徐冷処理において、鋼材に重要な変化が２つ起きることに注目した。１つは変態開始温度から変態完了温度にかけて起こる球状化焼鈍である。もう１つは変態完了温度から放冷開始温度までに決まる硬度変化である。
一般に品質の良い球状化焼鈍および硬度変化制御を行うためには、ゆっくりと徐冷する必要があるとされ、そのため、従来のヒートパターンにおいてあらゆる鋼材について低速で降下、例えば１０℃／ｈで均熱化温度から一定の低速度にて冷却していた。
【００１５】
しかし、発明者長家孝哉は、品質の良い球状化焼鈍処理および硬度変化制御を行うためには、からなずしも低速度による徐冷ばかりに頼る必要はなく、球状化焼鈍処理に先立つ工程の条件によって分類して処理を分け、従来の徐冷速度よりも速い速度で徐冷しても品質の良い球状化焼鈍処理および硬度変化制御が実現できることを発見した。鋼材の球状化焼鈍の熱処理の前工程が伸線処理された鋼材か圧延処理された鋼材かの条件で分類し、それぞれ処理を分けることである。
【００１６】
まず、前処理が伸線処理の場合を説明する。
伸線処理鋼材の場合、均熱温度から変態開始温度までの第１の冷却工程における第１の冷却速度は高速であっても低速であっても品質に影響を与えないため、第１の冷却速度範囲が２０℃／ｈ以上からラジアントチューブによる強制冷却温度以下の範囲から選ぶこととし、全体の処理時間を短くするため冷却速度は３つの冷却工程では一番高速であっても良い。好ましくは２０℃／ｈから６０℃／ｈの間で、一例としては、第１の冷却速度は５０℃／ｈとする。
【００１７】
次に、伸線処理鋼材の場合、変態開始温度から変態完了温度までの第２の冷却工程における第２の冷却速度の球状化率に対する影響は小さく、高速であっても低速であっても、前処理が伸線処理の場合は球状化焼鈍率が比較的高くなる。そこで、第２の冷却速度範囲が１０℃／ｈ以上からラジアントチューブによる強制冷却温度以下の範囲で、全体の処理時間を短くするため冷却速度は比較的高速であっても良い。ただし、第２の冷却速度は第１の冷却速度よりも緩やかなものになるよう制御する。好ましくは１０℃から３０℃の間で、一例としては第２の冷却速度は２０℃／ｈとする。
【００１８】
次に、伸線処理鋼材の場合、第２の冷却期間における球状化率が高く品質が高いため、変態完了温度から放冷開始温度までの第３の冷却期間における第３の冷却速度の硬度変化に対する影響は大きくなく、比較的大きな速度であっても良い。第３の冷却速度は第２の冷却速度よりも大きなものになるよう制御する。好ましくは、１０℃／ｈ以上から３０℃／ｈ以下の範囲でかつ選択された第３の冷却速度が選択された第２の冷却速度より速い速度とする。一例としては、第３の冷却速度は２５℃／ｈとする。
【００１９】
次に、前処理が圧延処理の場合を説明する。
圧延処理鋼材の場合、均熱温度から変態開始温度までの第１の冷却工程における第１の冷却速度は、伸線処理鋼材の場合と同様、高速であっても低速であっても品質に影響を与えないため、第１の冷却速度範囲が２０℃／ｈ以上からラジアントチューブによる強制冷却温度以下の範囲から選ぶこととし、全体の処理時間を短くするため冷却速度は３つの冷却工程では一番高速であっても良い。好ましくは２０℃／ｈから６０℃／ｈの間で、一例としては、第１の冷却速度は５０℃／ｈとする。
【００２０】
次に、圧延処理鋼材の場合、変態開始温度から変態完了温度までの第２の冷却工程における第２の冷却速度の球状化率に対する影響は小さいものの、高速であっても低速であっても、前処理が圧延処理鋼材の場合は球状化率が比較的低くなる。そこで、第２の冷却速度範囲が１０℃／ｈ以上からラジアントチューブによる強制冷却温度以下の範囲で、全体の処理時間を短くするため冷却速度は比較的高速であっても良い。ただし、第２の冷却速度は第１の冷却速度よりも緩やかなものになるよう制御する。好ましくは１０℃から３０℃の間で、一例としては第２の冷却速度は２０℃／ｈとする。
【００２１】
次に、圧延処理鋼材の場合、第２の冷却工程における球状化率が低く品質が不十分であるため、変態完了温度から放冷開始温度までの第３の冷却工程における第３の冷却速度は硬度変化に対する影響は大きい。そこで、球状化率を高め、硬度変化を良好なものに制御するため、第３の冷却速度は従来技術同様に低速なものとする。５℃から２０℃の範囲、好ましくは５℃／ｈから１５℃／ｈの間で、一例としては第３の冷却速度は１０℃／ｈとする。
【００２２】
このように、鋼材の球状化焼鈍の熱処理の前工程が伸線処理された鋼材か圧延処理された鋼材かの条件で分類し、それぞれ処理を分けたヒートパターンで冷却することにより、規格内の球状化率をもつ球状化焼鈍と、鋼材の硬度が規格範囲内で収まるように粘り気のある優れた鋼材を生成することができることを発見した。
このように、球状化焼鈍の品質達成と、良好な硬度の品質達成と、全体の徐冷時間の短縮を行うことが可能となる。
【００２３】
なお、鋼の金属組織の状態において、変態開始温度は、比較的正確に特定されており、その変態開始温度まで、冷却速度の大きな第１の冷却工程の第１の冷却速度で急峻に冷却すれば良いが、一方、変態完了温度は、変態開始温度に比べて比較的幅があり、鋼の部位や物理的な環境変動に応じてある程度、温度の幅をもって処理した方が良い。そこで、変態完了温度は、変態が完了するものと推定した推定温度となる。
【００２４】
なお、第１の冷却速度の温度範囲と、第２の冷却速度の温度範囲がある程度幅を持たせているため、第１の冷却速度と第２の冷却速度を同じものとすることも可能である。この場合、温度制御が簡素化される。
【００２５】
なお、鋼としては、特に限定されずに広く適用することができる。例えば、冷間圧造用線材のコイル状態の炭素鋼、ＳＣＲ−４クローム鋼、ＳＵＪ−２クローム鋼などにも適用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にかかる鋼材の徐冷処理方法によれば、球状化焼鈍の品質達成と、良好な硬度の品質達成と、全体の徐冷時間の短縮を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る鋼材の徐冷処理方法の処理例を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２８】
［炭素鋼の場合］
実施例１として、炭素鋼の場合の冷却工程を説明する。
なお、ＳＲＣ−４鋼の場合の冷却工程は実施例２、ＳＵＪ−２鋼の場合の冷却工程は実施例３において説明する。
【００２９】
図１は、本発明の鋼材の徐冷処理の工程を示すフローチャートである。
図２は、本発明の鋼材の徐冷処理方法を炭素鋼に適用する際のヒートパターンを示す図である。
図１のフローチャートは、徐冷処理の工程の前後の工程も含めて描かれている。ステップＳ１０３からステップＳ１０６までが本発明の徐冷処理の工程である。
図１に示すように、本発明の鋼の徐冷処理の工程に先立ち、鋼材に対する前処理工程（ステップＳ１０１）と、均熱化処理工程（ステップＳ１０２）が行われている。
本発明の鋼の徐冷処理は、第１の冷却工程（ステップＳ１０３）、第２の冷却工程（ステップＳ１０４）、第３の冷却工程（ステップＳ１０６）の３つの冷却工程を備えている。
【００３０】
（１）鋼材に対する前処理工程（ステップＳ１０１）
鋼材に対する前処理工程は加工工程である。
鋼鉄は鋼塊から鋼線や棒鋼などの鋼材に成形加工されて行くが、その加工処理として圧延処理と伸線処理がある。
圧延処理は鋼塊を棒状に延ばしてゆく加工であり、接近した２つのロールの間を押し出されることにより大きな圧力が掛けられて伸ばされて行く。
伸線処理は鋼塊を棒状に伸ばして行く加工であり、ダイスと呼ばれる径が徐々に絞り込まれる内径を持つ部材を大きな圧力で絞り込むように押し出すため結晶が伸線方向に向く形で棒状・線状に加工されて行くものである。鋼材はこの前処理工程により所望の形状に成形される。
なお、後述するように、本発明では、ステップＳ１０３において、前処理工程が伸線処理工程か圧延処理工程かにより徐冷処理工程の進め方が異なる。
ここでは、前処理工程が伸線処理工程とする。
【００３１】
（２）均熱化処理工程（ステップＳ１０２）
前処理工程で加工された熱処理品を球状化処理に向けて、熱処理品の表面から内部に至るまで内外温度差をなくして均熱化するため、熱処理品を炉内に入れて必要に応じて所定温度となるよう一定時間保持する。
均熱化処理の温度は、鋼材の種類や製造工程にもよるが、一例を挙げる。
炭素鋼の場合、変態開始温度が既知であり７２０℃である。均熱化温度は変態開始温度よりも＋２０℃とし、均熱化処理工程における均熱化温度は７４０℃である。
【００３２】
（３）第１の冷却工程（ステップＳ１０３）
第１の冷却工程は、均熱化温度から変態開始温度まで第１の冷却速度で冷却する第１の冷却工程における冷却処理である。
第１の冷却工程は、図２のヒートパターンに示すように、均熱化温度の７４０℃から、変態開始温度の７２０℃まで第１の冷却速度で冷却する。
ここで、第１の冷却速度の範囲は、２０℃／ｈ以上からラジアントチューブによる強制冷却温度以下の範囲から選択する。好ましくは第１の冷却速度が３０℃／ｈから６０℃／ｈの範囲から選択する。ここでは、一例として５０℃／ｈの速度で降下する冷却速度とする。このように１時間あたり５０℃の冷却速度で冷却するため、徐冷処理全体の時間短縮に寄与している。これは伸線処理鋼材であっても圧延処理鋼材であっても同じで良く、違うものでも良い。
この例では、第１の冷却工程にかかるは２４分となる。
なお、均熱化温度の７４０℃から、変態開始温度の７２０℃までは球状化焼鈍そのものは開始していないため、特に品質には影響しない。
【００３３】
（４）第２の冷却工程（ステップＳ１０４）
第２の冷却工程は、変態開始温度から変態完了温度まで第２の冷却速度で冷却する第２の冷却期間における冷却処理である。
炭素鋼の場合、変態完了温度は変態開始温度に比べて比較的幅があり、鋼の部位や物理的な環境変動に応じてある程度、温度の幅をもって処理した方が良いが、ここでは、変態開始温度の７２０℃の−２０℃よりやや高い温度、例えば、７０５℃前後に変態完了温度があると考えられる。
このように、第２の冷却工程は、図２に示すように、変態開始温度の７２０℃から変態完了温度７０５℃まで冷却する。この第２の冷却工程の期間において球状化焼鈍が実行される。
【００３４】
ここで、第２の冷却工程の第２の冷却速度の範囲は、１０℃／ｈ以上からラジアントチューブによる強制冷却温度以下の範囲でかつ第１の冷却速度以下の速度とする。好ましくは、１０℃／ｈから３０℃／ｈの範囲から選択する。ここでは、一例として２０℃／ｈの速度で降下する冷却速度とする。これは伸線処理鋼材であっても圧延処理鋼材であっても同じで良く、違うものでも良い。
【００３５】
発明者長家孝哉は、球状化焼鈍の前処理工程が伸線処理工程であれば、球状化焼鈍が行われる変態開始温度から変態完了温度にかけて、速い速度で冷却しても球状化焼鈍の品質が落ちないことを発見した。つまり、球状化焼鈍の品質に影響を与えるものは冷却速度だけではなく、前処理工程が伸線処理工程か圧延処理工程かが影響し、伸線処理鋼材であれば冷却速度が速くても遅くても球状化の品質が高くなることを発見した。また、球状化焼鈍の前処理工程が圧延処理工程であれば、球状化焼鈍が行われる変態開始温度から変態完了温度にかけて、速い速度で冷却しても遅い速度で慎重に冷却しても球状化焼鈍の品質は向上せず頭打ちであり、伸線処理鋼材のように高品質にならないことを発見した。つまり、球状化焼鈍の品質に影響を与えるものは冷却速度だけではなく、前処理工程が伸線処理工程か圧延処理工程かが影響し、圧延処理鋼材であれば冷却速度が速くても遅くても球状化の品質があまり高くならないことを発見した。
ここでは、球状化焼鈍の前処理工程が伸線処理工程であるので、２０℃／ｈの速度で降下する冷却速度とする。
この例では、第３の冷却工程にかかる時間は４５分となる。
【００３６】
（５）条件の充足チェック（ステップＳ１０５）
鋼材における球状化焼鈍の熱処理の前処理工程が伸線処理工程か圧縮処理工程かの違いにより処理工程を分ける。条件としては、例えば、前処理工程が伸線処理工程か否かとする。前処理工程が伸線処理工程であれば（ステップ１０５：Ｙｅｓ）ステップＳ１０６−１へ進み、前処理工程が圧延処理工程であれば（ステップ１０５：Ｎｏ）ステップＳ１０６−２へ進む。
【００３７】
（６）第３の冷却工程（ステップＳ１０６）
第３の冷却工程は、第３の冷却速度によって、変態完了温度７０５℃から放冷開始温度の６８０℃まで冷却する処理である。
球状化焼鈍の熱処理の前処理工程が伸線処理工程であれば、球状化焼鈍の品質が高いため、第３の冷却工程では比較的速い速度で冷却しても硬度が低くなりやすい（硬度が低いと粘り気のある品質の良い鋼材となる）。第３の冷却速度は第２の冷却速度よりも速いものとし、たとえば１０℃／ｈから３０℃／ｈの範囲から選択する。ここでは、一例として２５℃／ｈの速度で降下する冷却速度とする（図２の実線のライン）。
この例では、伸線処理鋼材用の第３の冷却工程にかかる時間は６０分となる。
【００３８】
一方、球状化焼鈍の熱処理の前処理工程が圧延処理工程であれば、球状化焼鈍の品質が高くないため、第３の冷却工程において比較的遅い速度で冷却して硬度が高くならないように配慮する。第３の冷却速度は第２の冷却速度よりも遅いものとし、たとえば５℃／ｈから２０℃／ｈの範囲から選択する。ここでは、一例として１０℃／ｈの速度（図２の破線のライン）で降下する冷却速度とする。
この例では、圧延処理鋼材用の第３の冷却工程にかかる時間は１５０分となる。
【００３９】
図２に示すヒートパターンにより、本発明の鋼材の徐冷処理方法では、全体の処理時間が、伸線処理鋼材では２時間９分、圧延処理鋼材では３時間３９分と計算される。
一方、従来の球状化焼鈍処理方法では６時間かかる計算であるため、本発明の鋼材の徐冷処理方法では、処理時間を有効に短縮することができることが分かる。
なお、第３の冷却工程の後、放冷処理を行う（ステップＳ１０７）。
なお、鋼材の試作例の比較例は、ＳＵＪ−２鋼を例として実施例３の後段において述べる。
【実施例２】
【００４０】
[ＳＣＲ−４クローム鋼の場合]
図３は、本発明の鋼材の徐冷処理方法をＳＣＲ−４クローム鋼に適用する際のヒートパターンを示す図である。
【００４１】
（１）鋼材に対する前処理工程（ステップＳ１０１）
ＳＣＲ−４クローム鋼材に対する前処理工程に関しても、実施例１の炭素鋼と同様、圧延処理工程と伸線処理工程がある。
【００４２】
（２）均熱化処理工程（ステップＳ１０２）
ＳＣＲ−４クローム鋼の場合、変態開始温度が既知であり７４０℃である。均熱化温度は変態開始温度よりも＋２０℃とし、均熱化処理工程における均熱化温度は７６０℃（図３のヒートパターン）である。
【００４３】
（３）第１の冷却工程（ステップＳ１０３）
第１の冷却工程は、図３に示すように、均熱化温度の７６０℃から、変態開始温度の７４０℃まで冷却する。ここで、冷却速度は、この例では、１時間あたり５０℃の冷却を行うものとなっている。
この例では、第１の冷却工程にかかる時間は２４分となる。
なお、均熱化温度の７６０℃から、変態開始温度の７４０℃までは球状化焼鈍そのものは開始していないため、特に品質には影響しない。
【００４４】
（４）第２の冷却工程（ステップＳ１０４）
ＳＣＲ−４クローム鋼の場合も同様に、変態完了温度は変態開始温度に比べて比較的幅があり、鋼の部位や物理的な環境変動に応じてある程度、温度の幅をもって処理した方が良いが、ここでは、変態開始温度の７４０℃の−２０℃、例えば、７２０℃前後に変態完了温度があると考えられる。
【００４５】
第２の冷却工程は、図３に示すように、変態開始温度の７４０℃から変態完了温度の７２０℃まで冷却する。
第２の冷却工程では２０℃／ｈの速度で降下する冷却速度とする。
この例では、第２の冷却工程にかかる時間は６０分となる。
【００４６】
（５）条件の充足チェック（ステップＳ１０５）
鋼材における球状化焼鈍の熱処理の前処理工程が伸線処理工程か圧縮処理工程かの違いにより処理工程を分ける。条件としては、例えば、前処理工程が伸線処理工程か否かとする。前処理工程が伸線処理工程であれば（ステップ１０５：Ｙｅｓ）ステップＳ１０６−１へ進み、前処理工程が圧延処理工程であれば（ステップ１０５：Ｎｏ）ステップＳ１０６−２へ進む。
【００４７】
（６）第３の冷却工程（ステップＳ１０６）
第３の冷却工程は、第３の冷却速度によって、変態完了温度７２０℃から放冷開始温度の６８０℃まで冷却する処理である。
球状化焼鈍の熱処理の前処理工程が伸線処理工程であれば、球状化焼鈍の品質が高いため、第３の冷却速度は第２の冷却速度よりも速いものとし、たとえば１０℃／ｈから３０℃／ｈの範囲から選択する。ここでは、一例として２５℃／ｈの速度（図３の実線のライン）で降下する冷却速度とする。
この例では、伸線処理鋼材用の第３の冷却工程にかかる時間は１００分となる。
【００４８】
球状化焼鈍の熱処理の前処理工程が圧延処理工程であれば、球状化焼鈍の品質が高くないため、第３の冷却工程を比較的遅い速度で冷却して硬度が高くならないように配慮する。第３の冷却速度は第２の冷却速度よりも遅いものとし、たとえば５℃／ｈから２０℃／ｈの範囲から選択する。ここでは、一例として１０℃／ｈの速度（図３の破線のライン）で降下する冷却速度とする。
この例では、圧延処理鋼材用の第３の冷却工程にかかる時間は２４０分となる。
【００４９】
図３に示すヒートパターンにより、本発明の鋼材の徐冷処理方法では、全体の処理時間が、伸線処理鋼材では３時間４分、圧延処理鋼材では５時間２４分と計算される。
一方、従来の球状化焼鈍処理方法では８時間かかる計算であるため、本発明の鋼材の徐冷処理方法では、処理時間を有効に短縮することができることが分かる。
なお、第３の冷却工程の後、放冷処理を行う（ステップＳ１０７）。
なお、鋼材の試作例の比較例は、ＳＵＪ−２鋼を例として実施例３の後段において述べる。
【実施例３】
【００５０】
[ＳＵＪ−２鋼の場合]
図４は、本発明の鋼材の徐冷処理方法をＳＵＪ−２クローム鋼に適用する際のヒートパターンを示す図である。
【００５１】
（１）鋼材に対する前処理工程（ステップＳ１０１）
ＳＵＪ−２クローム鋼材に対する前処理工程に関しても、実施例１の炭素鋼と同様、圧延処理工程と伸線処理工程がある。
【００５２】
（２）均熱化処理工程（ステップＳ１０２）
ＳＵＪ−２クローム鋼の場合、変態開始温度が既知であり７５０℃である。均熱化温度は変態開始温度よりも＋４５℃とし、均熱化処理工程における均熱化温度は７９５℃程度（図４のヒートパターン）とする。
【００５３】
（３）第１の冷却工程（ステップＳ１０３）
第１の冷却工程は、図４に示すように、均熱化温度の７９５℃から、変態開始温度の７５０℃まで冷却する。ここで、冷却速度は、この例では、１時間あたり５０℃の冷却を行うものとなっている。
この例では、第１の冷却工程にかかる時間は５４分となる。
なお、均熱化温度の７９５℃から、変態開始温度の７５０℃までは球状化焼鈍そのものは開始していないため、特に品質には影響しない。
【００５４】
（４）第２の冷却工程（ステップＳ１０４）
ＳＵＪ−２クローム鋼の場合も同様に、変態完了温度は変態開始温度に比べて比較的幅があり、鋼の部位や物理的な環境変動に応じてある程度、温度の幅をもって処理した方が良いが、ここでは、変態開始温度の７５０℃の−３０℃あたりの温度、例えば、７２０℃前後に変態完了温度があると考えられる。
第２の冷却工程は、図４に示すように、変態開始温度の７５０℃から変態完了温度７２０℃まで冷却する。
第２の冷却工程は２０℃／ｈの速度で降下する冷却速度とする。
この例では、第２の冷却工程にかかる時間は９０分となる。
【００５５】
（５）条件の充足チェック（ステップＳ１０５）
鋼材における球状化焼鈍の熱処理の前処理工程が伸線処理工程か圧縮処理工程かの違いにより処理工程を分ける。条件としては、例えば、前処理工程が伸線処理工程か否かとする。前処理工程が伸線処理工程であれば（ステップ１０５：Ｙｅｓ）ステップＳ１０６−１へ進み、前処理工程が圧延処理工程であれば（ステップ１０５：Ｎｏ）ステップＳ１０６−２へ進む。
【００５６】
（６）第３の冷却工程（ステップＳ１０６）
第３の冷却工程は、第３の冷却速度によって、変態完了温度７２０℃から放冷開始温度の６８０℃まで冷却する処理である。
球状化焼鈍の熱処理の前処理工程が伸線処理工程であれば、球状化焼鈍の品質が高いため、第３の冷却速度は第２の冷却速度よりも速いものとし、たとえば１０℃／ｈ±３０℃／ｈの範囲から選択する。ここでは、一例として２５℃／ｈの速度（図４の実線のライン）で降下する冷却速度とする。
この例では、伸線処理鋼材用の第３の冷却工程にかかる時間は１００分となる。
【００５７】
球状化焼鈍の熱処理の前処理工程が圧延処理工程であれば、球状化焼鈍の品質が高くないため、第３の冷却工程を比較的遅い速度で冷却して硬度の品質が高くなるように配慮する。第３の冷却速度は第２の冷却速度よりも遅いものとし、たとえば５℃／ｈから１５℃／ｈの範囲から選択する。ここでは、一例として１０℃／ｈの速度（図４の破線のライン）で降下する冷却速度とする。
この例では、圧延処理鋼材用の第３の冷却工程にかかる時間は２４０分となる。
【００５８】
図４に示すヒートパターンにより、本発明の鋼材の徐冷処理方法では、全体の処理時間が、伸線処理鋼材では４時間４分、圧延処理鋼材では６時間２４分と計算される。
一方、従来の球状化焼鈍処理方法では１１．５時間かかる計算であるため、本発明の鋼材の徐冷処理方法では、処理時間を有効に短縮することができることが分かる。
なお、第３の冷却工程の後、放冷処理を行う（ステップＳ１０７）。
【００５９】
次に、鋼材の試作例の比較例を示す。
次に、本発明の徐冷処理方法により試作した伸線処理鋼材の試作例と、従来方法の時間をかけて徐冷した従来の伸線処理鋼材の試作例と、圧延処理鋼材でありながら本発明の伸線処理鋼材用の徐冷処理方法により試作した圧延処理鋼材の試作例を比較して示す。
【００６０】
図５は、本発明の徐冷処理方法により試作した伸線処理鋼材の試作例の鋼材の断面の拡大写真である。図５を見ると鋼材の断面において球状化の品質は十分に確保されていることが分かる。また、硬度はＨＲＢで８５．８であった。
【００６１】
図６は、従来のヒートパターンとして、７９５℃から６８０まで１時間あたり１０℃の冷却速度で生成した従来の伸線処理鋼材の試作例の鋼材の断面の拡大写真である。図６を見ると鋼材の断面において球状化の品質は十分に確保されていることが分かる。また、硬度はＨＲＢで８６．８であった。
【００６２】
図５と図６の比較より、本発明の徐冷処理方法により試作した伸線処理鋼材は球状化がきめ細かくできていることが分かる。さらに、両者の硬度の比較を行うと、本発明の徐冷処理方法により試作した伸線処理鋼材の硬度はＨＲＢで８５．８であり、従来の伸線処理鋼材の硬度８６．８と同等の低いものであり硬度品質が良いことが分かる。
【００６３】
次に、図７は、圧延処理鋼材でありながら本発明の伸線処理鋼材用の徐冷処理方法により試作した圧延処理鋼材の試作例の鋼材の断面の拡大写真である。図７を見ると鋼材の断面において球状化がまばらな部分が見られ、品質は十分には確保されていないことが分かる。また、硬度はＨＲＢで９０．４であった。
【００６４】
図５、図６と、図７を比較すると分かるように、圧延処理鋼材でありながら第３の冷却工程を伸線処理鋼材のように速くしてしまうと、球状化焼鈍の品質が良くなく、また、硬度もＨＲＢ９０．４と品質が悪くなってしまうことが分かる。
【００６５】
以上、本発明の鋼材の徐冷処理方法によれば、従来の球状化焼鈍処理方法に比べて、その球状化焼鈍の品質を落とすことなく、球状化焼鈍処理の処理時間を短縮することができる。
【００６６】
以上、本発明の鋼材の徐冷処理方法の構成例における好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の鋼材の徐冷処理方法は、様々な鋼の球状化焼鈍処理に用いることができ、たとえば、炭素鋼、ＳＣＲ−４クローム鋼、ＳＵＪ−２クローム鋼などに広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の鋼の急速球状化焼鈍処理の工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明の鋼材の徐冷処理方法を炭素鋼に適用する際のヒートパターンを示す図である。
【図３】本発明の鋼材の徐冷処理方法をＳＣＲ−４クローム鋼に適用する際のヒートパターンを示す図である。
【図４】本発明の鋼材の徐冷処理方法をＳＵＪ−２クローム鋼に適用する際のヒートパターンを示す図である。
【図５】特別徐冷条件を満たす鋼材を図１のステップＳ１０１からＳ１０７の徐冷処理方法で処理した試作例の鋼材の断面の拡大写真である。
【図６】従来のヒートパターンの冷却速度で処理した試作例の鋼材の断面の拡大写真である。
【図７】特別徐冷条件を満さない状態の鋼材を図１のステップＳ１０１からＳ１０７の徐冷処理方法で処理した鋼材の試作例の鋼材の断面の拡大写真である。
【図８】従来技術における炭素鋼の球状化焼鈍処理の徐冷処理のヒートパターンを示す図である。
【図９】従来技術におけるクローム鋼（ＳＣＲ−４）の球状化焼鈍処理の徐冷処理のヒートパターンを示す図である。
【図１０】従来技術におけるクローム鋼（ＳＵＪ−２）の球状化焼鈍処理の徐冷処理のヒートパターンを示す図である。
【図１１】従来技術における特開２００８−１２１０３２号公報に開示されたヒートパターンの例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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