(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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加熱炉を用いて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、
前記加熱炉の炉温を、下記（ａ）で定義されるＡc1b温度以上でかつ下記（ｂ）で定義されるＡc1e温度以下の範囲の温度に保持し、
前記鋳片を、連続鋳造終了後の鋳片とし、該鋳片を室温まで冷却することなく、該鋳片の外表面温度と中心部温度をともに450℃以上でかつ下記（ｃ）で定義されるＡr1b温度以下として前記加熱炉に装入し、
前記Ａc1b〜Ａc1eの範囲の温度で２ｈ以上保持した後、前記加熱炉を60℃／ｈ以上の加熱速度で昇温することを特徴とする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）
Ａr1b温度（℃）：冷却に伴う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‥‥（ｃ）
【請求項２】
前記鋳片の外表面温度と中心部温度との差が、150℃以下であることを特徴とする請求項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は、とく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、特許文献２に記載された技術によっても、加熱炉装入時の鋳片の温度によっては、鋳片に鋳片割れ、表面割れ等の割れが発生する場合があるということを知見した。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、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し、とくに鋳片割れ、表面割れ等の疵発生を軽減または防止でき、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、Cr含有高炭素鋼材鋳片の均熱焼鈍処理時に発生する鋳片割れ、表面割れ等に影響する各種要因について鋭意研究した。その結果、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を知見した。
とくに、連続鋳造したCr含有高炭素鋼材鋳片を、室温まで冷却することなく、加熱炉に装入すると、鋳片割れの発生頻度が増加する場合があることを知見した。連続鋳造した鋳片を、室温まで冷却することなく加熱炉に装入する、いわゆるホットチャージは、エネルギーを節約でき、処理時間を短縮できる利点がある反面、高炭素鋼材鋳片の場合には、加熱炉装入時の鋳片の温度や温度分布によっては、室温まで冷却した鋳片を加熱する、いわゆる冷片チャージの場合よりも、鋳片割れが多発する場合があることを見出した。
【００１１】
そこで、本発明者らは、更なる研究を行い、まず、加熱時の鋳片割れを防止するためには、加熱炉の温度を変態領域の温度に設定することが重要であることを見出した。そして、さらに装入する鋳片の温度を、450℃以上で、冷却に伴う熱膨張が収縮から膨張に転じる温度（Ａr1b温度）以下の範囲の温度として、上記した温度に設定した加熱炉に装入し、所定時間以上保持したのち加熱すれば、加熱時の鋳片割れを防止できることに思い至った。
【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）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加熱炉を用いて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、前記加熱炉の炉温を、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温度以上でかつ次（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温度以下の範囲の温度に保持し、前記鋳片を、連続鋳造終了後の鋳片とし、該鋳片を室温まで冷却することなく、該鋳片の外表面温度および中心部温度をともに450℃以上でかつ次（ｃ）
Ａr1b温度（℃）：冷却に伴う前記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‥‥（ｃ）
で定義されるＡr1b温度以下に調整して前記加熱炉に装入し、前記Ａc1b温度〜Ａc1e温度の範囲の温度で２ｈ以上保持した後、前記加熱炉を60℃／ｈ以上の加熱速度で昇温することを特徴とするCr含有高炭素鋼材の均熱焼鈍処理方法。
（２）（１）において、前記鋳片の外表面温度と中心部温度との差が、150℃以下であることを特徴とするCr含有高炭素鋼材の均熱焼鈍処理方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、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、巨大な炭化物を実質的に無害化し、さらに、鋳片割れ、表面割れ等の疵発生を軽減または防止でき、鋳片の手入れ等の簡素化が図れ、生産性が顕著に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。
【図２】実施例で用いた従来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】
本発明では、連続鋳造したCr含有高炭素鋼材の鋳片を、室温まで冷却することなく、いわゆるホットチャージで、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。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、まず、加熱炉の炉温を、装入される鋳片のＡc1b温度〜Ａc1e温度に設定する。Ａc1b温度は、次（ａ）
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）
で定義され、Ａc1e温度は次（ｂ）
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）
で定義される。
【００１７】
すなわち、本発明では、加熱炉の炉温を、鋳片の変態領域の温度に保持する。炉温を、装入される鋳片のＡc1b温度〜Ａc1e温度に設定された加熱炉に、鋳片を装入することにより、装入された鋳片は、そのまま変態温度域で等温保持でき、変態温度域で発生する変態による熱膨張変化が鋳片の内外で異なる状態を防止、あるいは低減でき、鋳片に発生する割れを容易に軽減あるいは防止できる。加熱炉の炉温が、鋳片のＡc1b温度〜Ａc1e温度の範囲外では、装入された鋳片の内外で変態による熱膨張変化が大きく異なることになり、鋳片の表面に引張応力が発生しやすく、割れ発生に至ることになる。
【００１８】
そして、本発明では、連続鋳造機で鋳造した鋳片を、常用の手段で搬送して、加熱炉に装入するが、加熱炉に装入する前の鋳片の温度を所定の温度範囲に調整する。装入前の鋳片温度は、外表面部および中心部でともに450℃以上でＡr1b温度以下とする。なお、Ａr1b温度は次（ｃ）
Ａr1b温度（℃）：冷却に伴う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‥‥（ｃ）
で定義される温度とする。また、本発明では、（ｄ）冷却に伴う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で定義される温度をＡr1e温度とする。
【００１９】
鋳片の温度が、450℃未満では、温度が低くすぎて、ホットチャージによるエネルギー節約の効果が少なくなるとともに、その後の急速加熱に追従できにくくなり、処理時間の短縮効果が低減する。一方、鋳片の温度がＡr1b温度超えでは、鋳片はまだ冷却時における変態を開始しておらず、しかも、装入される加熱炉がＡc1b温度〜Ａc1e温度の範囲の温度に設定されているため、鋳片の表層は、加熱炉に装入後、単調に温度上昇に転じるが、鋳片の中心部では装入後しばらくは、装入前の冷却により温度が低下を続けるため、中心部と表層での温度差が一層大きくなり、中心部のみが冷却時の変態を開始すると割れ発生の危険度が高くなる。このため、加熱炉に装入する前の鋳片の温度は、450℃以上Ａr1b温度以下の範囲の温度に限定した。
【００２０】
なお、装入前の鋳片温度を、Ａr1b温度以下に調整しても、外表面部と中心部との温度差が150℃を超えて大きい場合には、加熱炉に装入しても直ちに、その大きな鋳片の内外温度差を縮めることができず、割れ発生の危険度が高くなる。このため、装入前の鋳片の外表面部と中心部との温度差を150℃以下とすることが好ましい。これにより、鋳片の内外温度差をさらに小さくでき、割れ発生の確率をさらに低下させることができる。
【００２１】
装入前の鋳片温度を、外表面部および中心部でともに450℃以上でＡr1b温度以下に調整する方法はとくに限定することはないが、例えば、保熱カバー付き運搬車（トレーラー、貨車）を利用して鋳片を運搬すること等が考えられる。
なお、鋳片の温度は、連続鋳造時の凝固計算などで予測された値を使用することが好ましい。また、Ａc1b温度、Ａc1e温度、Ａr1b温度、Ａr1e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。
【００２２】
本発明では、鋳片を加熱炉に装入したのち、等温保持する。
等温保持の温度は、設定された炉温、Ａc1b温度〜Ａc1e温度の範囲の温度とすることが好ましい。Ａc1b温度〜Ａc1e温度の範囲、すなわち変態温度域で、等温保持することにより、鋳片に発生する割れを顕著に低減あるいは防止でき、生産効率が顕著に向上する。
なお、Ａc1b温度未満で等温保持しても、鋳片の割れ防止には有効であるが、その後にさらに変態領域での等温保持が必須となるため、均熱焼鈍処理時間の短縮にはならない。
また、Ａc1e温度超えの温度で等温保持しても、変態温度領域での変態による熱膨張変化を鋳片の内外層で均一としないかぎり、割れの発生を防止できないため、変態温度域での等温保持、あるいは徐加熱を省略できず、均熱焼鈍処理時間の短縮に繋がらない。
【００２３】
また、等温保持の保持時間は２ｈ以上、好ましくは５ｈ以下である。保持時間が２ｈ未満では、鋳片の内外層の温度均一化が十分に達成できない。一方、５ｈを超えて長くても、効果が飽和し、経済的に不利となる。
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。
【００２４】
等温保持後、ついで、本発明では、炉温制御で、60℃／ｈ以上の加熱速度で、均熱温度まで加熱する。等温保持後の加熱は、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、等温保持後の加熱速度は60℃／ｈ以上、好ましくは100℃／ｈ以下である。
【００２５】
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。
【００２６】
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】
【００２７】
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（断面積：300mm×400mm）とした。得られた鋳片を、保熱カバーを使用し表２に示す温度まで冷却し、表２に示す炉温に設定した加熱炉に、ホットチャージした。なお、予め、加熱時、あるいは冷却時の熱膨張測定を行い、各鋳片のＡc1b温度、Ａc1e温度、Ａr1b温度、Ａr1e温度を求めた。
【００２８】
加熱炉に装入された鋳片に、ついで、表２に示す条件で等温保持したのち、表２に示す加熱速度で表２に示す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。本発明例の均熱焼鈍処理パターンの一例を図１に示す。なお、従来例として、連続鋳造後、室温まで冷却した鋳片に、炉温制御で、80℃／ｈで750℃まで加熱し、該温度で等温保持を10ｈ行い、ついで80℃／ｈで均熱温度（1240℃）まで加熱し、該温度で15ｈ保持する、図２に示すパターンの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。
【００２９】
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、脱炭層を約２mm除去したのち行った。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個あ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。  
【００３０】
得られた結果を表３に示す。
【００３１】
【表１】
0005760754.tif 000002
【００３２】
【表２】
0005760754.tif 000003
【００３３】
【表３】
0005760754.tif 000004
【００３４】
本発明例はいずれも、従来例に比べて、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、あるいは本発明例に比して合計均熱焼鈍時間が長くなっている。
【図１】
0005760754.tif 000005
【図２】
0005760754.tif 000006