(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造法により鋳造し、Ｃ：0.95〜1.1質量％、Si：0.15〜0.7質量％、Mn：1.15質量％以下、Cr：0.9〜1.6質量％を含有するCr含有高炭素鋼材の鋳片を、一旦室温まで冷却したのち、加熱炉に装入し、所定の均熱温度まで加熱し、該所定の均熱温度で所定時間保持するCr含有高炭素鋼材の均熱焼鈍処理方法において、前記鋳片に、
前記加熱炉の炉温設定で、下記（ａ）で定義されるＡc1b温度から下記（ｂ）で定義されるＡc1e温度までの変態温度域の温度までを、60℃／ｈ以下の加熱速度で加熱する前段加熱と、
前記変態温度域の温度に２ｈ以上等温保持する中段加熱と、
該変態温度域の温度から前記均熱温度までの温度域を、60℃／ｈ以上でかつ、前記前段加熱における加熱速度に比べ20℃／ｈ以上大きい加熱速度で加熱する後段加熱と、
の３段階からなる加熱処理を施すことを特徴とするCr含有高炭素鋼材の均熱焼鈍処理方法。
記
Ａc1b温度（℃）：加熱に伴うCr含有高炭素鋼材の熱膨張が膨張から収縮に転じる温度‥‥（ａ）
Ａc1e温度（℃）：加熱に伴うCr含有高炭素鋼材の熱膨張が収縮から膨張に転じる温度‥‥（ｂ）
【請求項２】
前記所定の均熱温度が、1200〜1250℃である請求項１に記載のCr含有高炭素鋼材の均熱焼鈍処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炭素鋼材の均熱焼鈍処理方法に係り、とくに、Cr含有高炭素鋼材の均熱焼鈍処理における処理時間の短縮化に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炭素鋼材、なかでも軸受鋼等のCr含有量の高い高炭素鋼材では、例えば連続鋳造法で鋳造した場合に、最終凝固する中央部に巨大な共晶炭化物が晶出し、その後の、熱間圧延によっても消失しないため、機械的特性が低下するという問題がある。  
このような問題に対し、例えば非特許文献１には、軸受鋼の巨大炭化物の消滅のためには、例えば1200℃程度の温度で10時間以上の高温長時間の均熱処理を必要とすることが指摘されている。
【０００３】
このような巨大炭化物の消滅のため、さらには鋳片の割れを防止するために、実操業では均熱拡散焼鈍処理として、均熱温度までの加熱時間を50時間程度以上、均熱温度での保持時間を20時間程度以上とする、長時間の処理を実施していた。
しかし、高温長時間の均熱処理は、エネルギーロスが大きくなるばかりでなく、鋳片表層の脱炭が進行するため、その後に表層部を深くスカーフィングすることが必要となる。このため、歩留りが低下するとともに、スカーフィングにより表面疵が増加するという問題がある。
【０００４】
また、特許文献１には、垂直連続鋳造法により断面が円形の鋳片を鋳造し、水冷鋳型から引き出される鋳片に対し、中心凝固率が0.3〜0.6である間に、フラットロールを用いて圧下率１〜３％の軽圧下を加えて中心偏析を解消し、得られた鋳片に温度：1150〜1260℃に２〜５時間加熱するソーキングを行って分塊圧延する軸受鋼の製造方法が記載されている。特許文献１に記載された技術は、鋳造時に軽圧下を加えて中心偏析を低減若しくは消滅させ、その後の均熱処理時間の短縮を図ろうとするものである。特許文献１に記載された技術によれば、ソーキング時間を従来の半分程度とすることができるとしている。
【０００５】
また、特許文献２には、高炭素鋼材の均熱焼鈍処理方法が提案されている。特許文献２に記載された技術では、高炭素鋼材の加熱に伴う熱膨張が膨張から収縮に転じる温度（開始点）から、高炭素鋼材の加熱に伴う熱膨張が収縮から膨張に転じる温度（終了点）までの温度範囲を、炉温制御で50℃／ｈ以下の加熱速度で加熱し、上記した開始点未満の温度域、および／または、上記した終了点を超える温度域での加熱を、開始点〜終了点の範囲での加熱速度より速い加熱速度で行うとしている。特許文献２に記載された技術によれば、多大な設備投資を行うことなく、均熱焼鈍処理時間を短縮できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平07−299550号公報
【特許文献２】特開2010−65262号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】太田隆美ら：鉄と鋼、第52年（1966）第13号、p.1851〜1859．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載された技術では、鋳造時に鋳片の軽圧下のための設備を必要とするため、多大の設備投資を必要とするという問題があった。
また、特許文献２に記載された技術によれば、鋳片の均熱焼鈍処理時間の短縮が可能であるが、加熱炉装入時の鋳片の温度によっては、鋳片に鋳片割れや表面割れ等の割れが発生したり、とくに一旦、室温まで冷却した鋳片を素材とした製品（鋼材）においては、疵が発生する場合があるという問題があった。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、一旦室温まで冷却した鋳片について、多大の設備投資を行うことなく、また長時間の処理を必要とすることなく、共晶炭化物等の巨大炭化物を実質的に無害化でき、さらに鋳片割れ、表面割れ等の疵、とくに製品（鋼材）における疵発生を軽減または防止できる、生産性に優れたCr含有高炭素鋼材の均熱焼鈍処理方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、一旦室温まで冷却したCr含有高炭素鋼材鋳片の均熱焼鈍処理時に起因する割れ、疵等に影響する各種要因について鋭意研究した。その結果、一旦室温まで冷却した鋳片を均熱焼鈍処理する際には、変態開始までの加熱速度が、鋳片割れ、表面割れ、とくに製品（鋼材）の疵発生に大きく影響することを見出した。さらに、均熱焼鈍処理の時間短縮のために、鋳片の変態領域を特定範囲を超える加熱速度で加熱すると、鋳片割れの発生に至ることも知見した。
【００１１】
そこで、本発明者らは、更なる研究を行い、まず、とくに製品（鋼材）の疵発生には、室温から変態開始前までの加熱速度が大きく影響することを見出した。そして、室温から変態温度域までの加熱速度を、60℃／ｈ以下にし、該変態温度域の温度で等温保持したのち、変態域を超える温度域では60℃／ｈ以上の加熱速度で、かつ変態開始前までの加熱速度との差が20℃／ｈ以上とすることにより、多大の設備投資を行うことなく、また長時間の処理を必要とすることなく、共晶炭化物等の巨大炭化物を実質的に無害化でき、さらに鋳片割れ、表面割れ等の疵、とくに製品（鋼材）における疵発生が軽減または防止できることを見出した。
【００１２】
本発明はかかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）連続鋳造法により鋳造し、Ｃ：0.95〜1.1質量％、Si：0.15〜0.7質量％、Mn：1.15質量％以下、Cr：0.9〜1.6質量％を含有するCr含有高炭素鋼材の鋳片を、一旦室温まで冷却したのち、加熱炉に装入し、所定の均熱温度まで加熱し、該所定の均熱温度で所定時間保持するCr含有高炭素鋼材の均熱焼鈍処理方法において、前記鋳片に、前記加熱炉の炉温設定で、次（ａ）
Ａc1b温度（℃）：加熱に伴う前記Cr含有高炭素鋼材の熱膨張が膨張から収縮に転じる温度‥‥（ａ）
で定義されるＡc1b温度から次（ｂ）
Ａc1e温度（℃）：加熱に伴う前記Cr含有高炭素鋼材の熱膨張が収縮から膨張に転じる温度‥‥（ｂ）
で定義されるＡc1e温度までの変態温度域の温度までを、60℃／ｈ以下の加熱速度で加熱する前段加熱と、
前記変態温度域の温度に２ｈ以上等温保持する中段加熱と、
該変態温度域の温度から前記均熱温度までの温度域を、60℃／ｈ以上でかつ、前記前段加熱における加熱速度に比べ20℃／ｈ以上大きい加熱速度で加熱する後段加熱と、の３段階からなる加熱処理を施すことを特徴とするCr含有高炭素鋼材の均熱焼鈍処理方法。
（２）（１）において、前記所定の均熱温度が、1200〜1250℃であるCr含有高炭素鋼材の均熱焼鈍処理方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Cr含有高炭素鋼材鋳片の均熱焼鈍処理を、多大の設備投資を行うことなく、均熱焼鈍処理時間を大幅に短縮でき、鋳片における巨大な炭化物を実質的に無害化し、さらに、鋳片割れ、表面割れなどの疵や、とくに製品（鋼材）における疵発生が軽減または防止でき、鋳片の手入れ等の簡素化が図れるとともに、歩留りが向上し、さらに生産性が向上するという産業上、格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例で用いた本発明例の均熱焼鈍処理のパターンの一例を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の均熱焼鈍処理方法では、連続鋳造し、一旦室温まで冷却したCr含有高炭素鋼材の鋳片を、加熱炉に装入し、所定の均熱温度まで、前段加熱、中段加熱、後段加熱の３段階加熱からなる加熱処理を施し、該所定の均熱温度で所定時間保持する。なお、ここでいう「Cr含有高炭素鋼材」とは、JIS G 4805に規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材、SUJ２〜SUJ５である。
【００１６】
本発明では、均熱温度は1200〜1250℃とすることが好ましい。均熱温度が1200℃未満では、Ｃや合金元素の拡散が不十分で、工業的に可能な時間内で巨大炭化物の消滅を十分に達成できない。一方、1250℃を超えると、偏析部が溶融する。このため、均熱温度は1200〜1250℃の範囲に限定することが好ましい。上記した均熱温度であれば、保持時間は１〜20ｈ程度で十分である。
【００１７】
本発明では、まず、一旦室温まで冷却したCr含有高炭素鋼材の鋳片（以下、単に鋳片ともいう）を加熱炉に装入する。
加熱炉に装入された鋳片は、ついで、前段加熱を施される。前段加熱では、加熱炉の炉温設定で、室温から、変態温度域の温度まで、60℃／ｈ以下の加熱速度で加熱する。
なお、変態温度域は、Ａc1b温度からＡc1e温度までの範囲とする。なお、Ａc1b温度は、次（ａ）
Ａc1b温度（℃）：加熱に伴う被加熱材であるCr含有高炭素鋼材の熱膨張が膨張から収縮に転じる温度‥‥（ａ）
で定義され、また、Ａc1e温度は次（ｂ）
Ａc1e温度（℃）：加熱に伴う被加熱材であるCr含有高炭素鋼材の熱膨張が収縮から膨張に転じる温度‥‥（ｂ）
で定義される。
【００１８】
この前段加熱温度域（室温から変態温度域の温度まで）における加熱速度は、変態温度領域到達時の鋳片内外層間の温度差（内外温度ムラ）に大きく影響する。60℃／ｈを超えて加熱速度が大きくなると、その後の変態温度領域での加熱中に鋳片割れが発生したり、さらに製品において疵等が発生する。このため、本発明では、前段加熱温度域における加熱速度を60℃／ｈ以下に限定した。なお、前段加熱温度域における加熱速度を小さくしゆっくり加熱するほうが、鋳片内の温度分布が均一化して好ましいが、均熱焼鈍処理の時間が長時間となる。均熱焼鈍処理時間の短縮のために、30℃／ｈ以上とすることが好ましい。
【００１９】
前段加熱に引続き、鋳片は、中段加熱を施される。中段加熱では、加熱炉の炉温設定で、上記したＡc1b温度〜Ａc1e温度の変態温度域の温度に２ｈ以上、等温保持する。
Ａc1b温度〜Ａc1e温度の変態温度域の温度で、鋳片を等温保持することにより、鋳片断面における内外層の温度ムラを均一化でき、また変態に起因する熱膨張変化の不均一による応力発生を軽減でき、鋳片に発生する割れを軽減あるいは防止することができる。なお、等温保持の保持時間は、２ｈ以上とする。保持時間が２ｈ未満では、所期した鋳片の断面内温度の均一化を十分に達成できない。また、５ｈを超えて長くても、効果が飽和し、経済的に不利となる。均熱焼鈍処理時間の短縮化の観点からは、好ましくは５ｈ以下である。
【００２０】
なお、Ａc1b温度、Ａc1e温度は、鋼種ごとに区分して、熱膨張測定を行って、予め求めた値を用いればよい。また、文献等に記載された値を使用しても良い。
なお、実操業で使用する加熱炉で、等温保持を正確に実施するには、かなりの困難を伴う。通常、１ｈに10℃程度の温度変動が、不可避的に生じることが多い。そのため、ここでいう「等温保持」は、10℃/h程度の温度変化を含むこととする。10℃/hを超えて温度変動が大きくなると、所望の鋳片内の温度の均一化を十分に達成できない。
【００２１】
中段加熱に引続き、鋳片は、後段加熱を施される。後段加熱では、加熱炉の炉温制御で、上記した変態温度域の温度から、60℃／ｈ以上の加熱速度で、均熱温度まで加熱する。中段加熱（等温保持）後の加熱（後段加熱）は、鋳片の内外層温度差による鋳片割れを問題にする必要がなく、また脱炭防止や、スケールロスの低減という観点からできるだけ急速加熱することが好ましい。このため、加熱速度は60℃／ｈ以上に限定した。なお、好ましくは80℃／ｈ以上である。しかし、100℃／ｈを超えて速くなると、炉内雰囲気温度の上昇に対して鋳片内部温度の上昇が遅れ、鋳片温度の追従性が低下する。このため、鋳片の中心部の均熱保持時間の大幅な減少に繋がり、巨大炭化物の消滅が不可能となる。このため、後段加熱における加熱速度は60℃／ｈ以上、好ましくは100℃／ｈ以下である。
【００２２】
なお、後段加熱では、前段加熱の加熱速度に比べて、20℃／ｈ以上大きな加熱速度とする。後段加熱速度と前段加熱速度との差（α２−α１）が20℃／ｈ未満では均熱処理の時間が不必要に長くなる。このため、後段加熱速度と前段加熱速度との差を20℃／ｈ以上に限定した。
均熱温度は1200〜1250℃とすることが好ましい。均熱温度が1200℃未満では、Cや合金元素の拡散が不十分で、工業的に可能な時間内で巨大炭化物の消滅を十分に達成できない。一方、1250℃を超えると偏析部が溶融する。このため、均熱温度は1200〜1250℃の範囲に限定することが好ましい。この均熱温度範囲であれば保持時間は1〜20h程度で十分である。
【００２３】
均熱温度での保持後、鋳片は室温近傍まで、徐冷（炉中冷却）することが望ましい。
つぎに、実施例に基づいて、さらに本発明について説明する。
【実施例】
【００２４】
表１に示す組成のCr含有高炭素鋼を溶製し、連続鋳造機にて、鋳片（断面寸法：300mm×400mm）とし、室温まで空冷で冷却した。なお、予め、加熱時の熱膨張測定を行い、各鋳片のＡc1b温度、Ａc1e温度を求めた。
室温まで冷却された鋳片を、加熱炉に装入した。表２に示す条件で、前段加熱、中段加熱、後段加熱を行い、均熱温度まで加熱し、該均熱温度で表２に示す時間、保持する均熱焼鈍処理を施した。均熱焼鈍処理後、室温近傍まで炉中冷却した。図１に、本発明例の均熱焼鈍処理パターンの一例を示す。
【００２５】
得られた鋳片について、磁気探傷法で表面疵を調査した。表面疵の調査は、脱炭層を除去（約２mm）したのち行った。なお、同一条件で均熱焼鈍処理された鋳片50個について、同様の測定を行い、鋳片1個当たりの表面疵個数の平均値を求め、各均熱焼鈍処理の平均疵個数とした。
また、得られた鋳片の中心部から組織観察用試片を採取し、断面を研磨し、腐食液（ナイタール液）で腐食し、中心部近傍における巨大炭化物（大きさ10μm以上）の存在の有無を、光学顕微鏡（倍率：400倍）を用いて観察した。巨大炭化物が存在する場合を×、存在しない場合を○として評価した。なお、巨大炭化物は白色組織として容易に判別できる。
【００２６】
得られた結果を表３に示す。
【００２７】
【表１】
0005760755.tif 000002
【００２８】
【表２】
0005760755.tif 000003
【００２９】
【表３】
0005760755.tif 000004
【００３０】
本発明例はいずれも、比較例に比べて、合計均熱焼鈍処理時間を短くでき、しかも鋳片での疵の発生は格段に減少し、巨大炭化物も消滅している。これに対し、本発明の範囲を外れる比較例は、鋳片に多数の疵の発生が認められるか、あるいは合計均熱処理時間が長くなっていた。
【図１】
0005760755.tif 000005