(57)【要約】【課題】ＳＵＳ４３０のようなフェライト系ステンレス鋼の棒線材から冷間鍛造により機械部品を製造する方法の改良。圧延−第一焼鈍−第一伸線−第二焼鈍−第二伸線−冷間鍛造の諸工程のうち、第一焼鈍および第一伸線を省略して（第二伸線の減面率だけで所望の寸法をもつ冷間鍛造用の材料が得られることを前提とする）、製造原価の低減を実現した棒線材の製造方法を提供すること。【解決手段】鋼片を温度９００〜１３００℃で圧延機に供給し、粗圧延中の素材温度が８３０〜１１００℃、仕上げ圧延中の温度が８３０〜９５０℃となるように圧延するか、または、温度６００℃〜９００℃未満で圧延機に供給し、圧延中、被圧延材の温度が９００℃を超えないように圧延を行ない、圧延後は常温まで冷却して、硬質ではあるがフェライト粒径が８０μｍ以下の細粒の組織を得る。ついで、圧延材を加熱処理して軟質化する。得られた「細粒かつ軟質」の材料を第二伸線して冷間鍛造用の材料とする。【選択図】　図１
2004060028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．００２〜０．２％およびＣｒ：７．０〜３５．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなる組成を基本的な合金組成とする鋼の圧延および伸線を行なって、冷間鍛造により最終製品とする棒線材を製造する方法において、鋼片を９００〜１３００℃の温度で圧延機に供給し、粗圧延中の素材の温度が８３０〜１１００℃であり、仕上げ圧延中の素材の温度が８３０〜９５０℃となるように圧延を行ない、仕上げ圧延後は常温まで冷却することにより、フェライト粒径が８０μｍ以下であって、５００ｇの負荷条件で測定したビッカース硬さＨＶ１が下記の式（１）を満たす圧延材を得て、
ＨＶ１＞１８１＋４０６［Ｃ含有量］　（１）
この圧延材をさらに５５０〜８５０℃の範囲の温度に１分間〜８時間加熱処理することにより、フェライト粒径を８０μｍ以下に維持したまま、５００ｇの負荷条件で測定したビッカース硬さＨＶ２が下記の式（２）を満たす圧延材を得て、
ＨＶ２＜１６０＋４０６［Ｃ含有量］　（２）
この圧延材を、焼鈍および伸線の工程にかけて冷間鍛造用の棒線材を得ることを特徴とする棒線材の製造方法。
【請求項２】
重量％で、Ｃ：０．００２〜０．２％およびＣｒ：７．０〜３５．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなる組成を基本的な合金組成とする鋼の圧延および伸線を行なって、冷間鍛造により最終製品とする棒線材を製造する方法において、鋼片を９００〜１３００℃の温度で圧延機に供給し、粗圧延中の素材の温度が８３０〜１１００℃であり、仕上げ圧延中の素材の温度が８３０℃未満となるように圧延を行ない、仕上げ圧延後の冷却過程において、残熱を利用して６５０〜９００℃の温度範囲における２秒間〜４時間の加熱を行なうことにより、フェライト粒径が８０μｍ以下であって、５００ｇの負荷条件で測定したビッカース硬さＨＶ１が下記の式（１）を満たす圧延材を得て、
ＨＶ１＞１８１＋４０６［Ｃ含有量］　（１）
この圧延材をさらに５５０〜８５０℃の範囲の温度に１分間〜８時間加熱処理することにより、フェライト粒径を８０μｍ以下に維持したまま、５００ｇの負荷条件で測定したビッカース硬さＨＶ２が下記の式（２）を満たす圧延材を得て、
ＨＶ２＜１６０＋４０６［Ｃ含有量］　（２）
この圧延材を、焼鈍および伸線の工程にかけて冷間鍛造用の棒線材を得ることを特徴とする棒線材の製造方法。
【請求項３】
鋼片を９００〜１３００℃の温度で加熱炉から抽出して、そのまま圧延機に供給するか、または鋼片を６５０〜９００℃未満の温度で加熱炉から抽出し、高周波加熱により９００〜１３００℃に加熱したのちに圧延機に供給して実施する請求項１または２の棒線材の製造方法。
【請求項４】
圧延途中で、被圧延材を高周波加熱により８３０〜１０００℃の温度に加熱し、圧延を継続して実施する請求項１または２の棒線材の製造方法。
【請求項５】
重量％で、Ｃ：０．００２〜０．２％およびＣｒ：７．０〜３５．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなる組成を基本的な合金組成とする鋼の圧延および伸線を行なって、冷間鍛造により最終製品とする棒線材を製造する方法において、鋼片を６００℃〜９００℃未満の温度で圧延機に供給し、圧延中、被圧延材の温度が９００℃を超えないように圧延を行ない、仕上げ圧延後は常温まで冷却することにより、５００ｇの負荷条件で測定したビッカース硬さＨＶ３が下記の式（３）を満たす圧延材を得て、
ＨＶ３＞１７４＋４０６［Ｃ含有量］　（３）
この圧延材をさらに５５０〜８５０℃の範囲の温度に１分間〜８時間加熱処理することにより、フェライト粒径が８０μｍ以下である圧延材を得て、この圧延材を、焼鈍および伸線の工程にかけて冷間鍛造用の棒線材を得ることを特徴とする棒線材の製造方法。
【請求項６】
重量％で、Ｃ：０．００２〜０．２％およびＣｒ：７．０〜３５．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなる組成を基本的な合金組成とする鋼の圧延および伸線を行なって、冷間鍛造により最終製品とする棒線材を製造する方法において、鋼片を６００℃〜９００℃未満の温度で圧延機に供給し、圧延中、被圧延材の温度が９００℃を超えないように圧延を行ない、仕上げ圧延後の冷却過程において、残熱を利用して５５０〜８５０℃の温度範囲における１分間〜８時間の加熱を行なうことにより、フェライト粒径が８０μｍ以下である圧延材を得て、この圧延材を、焼鈍および伸線の工程にかけて冷間鍛造用の棒線材を得ることを特徴とする棒線材の製造方法。
【請求項７】
鋼片を６００〜９００℃未満の温度で加熱炉から抽出して、そのまま圧延機に供給するか、または鋼片を４５０〜９００℃未満の温度で加熱炉から抽出し、高周波加熱により６００〜９００℃に加熱したのちに圧延機に供給して実施する請求項５または６の棒線材の製造方法。
【請求項８】
圧延途中で、被圧延材を高周波加熱により６００〜９００℃に加熱し、圧延を継続して実施する請求項５または６の棒線材の製造方法。
【請求項９】
請求項１、２、５または６に記載した基本的な合金成分に加えて、Ｐｂ：０．０５〜０．３０％、Ｔｅ：０．０１〜０．１５％、Ｂｉ：０．０５〜０．３０％、Ｓｅ：０．０５〜０．３０％、Ｓ：０．０５〜０．５０％およびＣａ：０．０００５〜０．０２％の１種または２種以上を含有する鋼を材料として実施する請求項１、２、５または６の棒線材の製造方法。
【請求項１０】
請求項１、２、５または６に記載した基本的な合金成分に加えて、Ｖ：０．３％以下、Ｎｂ：０．３％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下、Ｍｏ：０．３％以下、Ｔａ：０．３％以下およびＷ：０．３％以下の１種または２種以上を含有する鋼を材料として実施する請求項１、２、５または６の棒線材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１、２、５または６に記載した基本的な合金成分に加えて、Ｐｂ：０．０５〜０．３０％、Ｔｅ：０．０１〜０．１５％、Ｂｉ：０．０５〜０．３０％、Ｓｅ：０．０５〜０．３０％、Ｓ：０．０５〜０．５０％およびＣａ：０．０００５〜０．０２％の１種または２種以上、ならびに、Ｖ：０．３％以下、Ｎｂ：０．３％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下、Ｍｏ：０．３％以下、Ｔａ：０．３％以下およびＷ：０．３％以下の１種または２種以上を含有する鋼を材料として実施する請求項１、２、５または６の棒線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械構造用部品を冷間鍛造により製造するための素材となる、棒線材の製造方法に関する．
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の排気ガスの成分や総量に対する法的な規制がますます強化されつつある。このため、排気ガス中の酸素やＮＯｘの濃度を排気系において測定し、得られた結果を燃料の供給条件に反映させることによって、排気ガスの成分を調整する試みが進められている。この排気ガス中の特定の成分を測定する部品として、センサーが重要な役割を担っている。
【０００３】
このセンサーは、強い腐食環境で使用されるため、炭素鋼のような耐食性に乏しい材料で製造するわけにはいかない。そこで、耐食性にすぐれ、かつ比較的廉価なフェライト系ステンレス鋼ＪＩＳＳＵＳ４３０が、センサーの材料として使用されてきた。このセンサーは、棒線材の冷間鍛造によって製造されている。
【０００４】
ＳＵＳ４３０の棒線材を材料とするセンサーの製造に当たって現在採用されている工程は、つぎのとおりであって、
Ｒ（圧延）−Ａ１（第一焼鈍）−ＷＤ１（第一伸線）−Ａ２（第二焼鈍）−
★−ＷＤ２（第二伸線）−ＣＦ（冷間鍛造）
「第一焼鈍」は、圧延ままの状態（以下「圧延状態」という）では硬い棒線材を軟質化するために必要とされてきた。圧延状態のＳＵＳ４３０は、フェライトとマルテンサイトとの混合組織であるため、一般に硬く、Ｃ量が代表的な０．０４％である場合を例にとれば、５００ｇの負荷条件で測定されるビッカース硬さは、２１０〜２４０ＨＶである。具体的な焼鈍条件は、ＳＵＳ４３０では、加熱温度７５０℃×２〜４時間が代表的である。この条件は、後の第二焼鈍においても同様である。
【０００５】
「第一伸線」は、「第二焼鈍」後に微細な再結晶粒を得るため、フェライトにひずみを蓄積する工程である。結晶粒が微細化されないと、冷間鍛造において割れが顕著に生じる。「第二伸線」は、鍛造機に供給する素材の寸法を調整するために必要な、軽度の加工（スキンパス）である。上記の工程において、第二焼鈍と第二伸線との間の★印の段階で、材料は、組織が「細粒であって、かつ軟質」でなければならない。
【０００６】
具体的な焼鈍条件は、ＳＵＳ４３０では、加熱温度７５０℃×２〜４時間が代表的であり、他の材料に関しても、これにほぼ等しい。この条件は、後の第二焼鈍においても同様である。第一伸線は、減面率にして２０〜３０％であり、第二伸線は、減面率にして最大８％程度である。
【０００７】
自動車部品の製造原価低減の要求は、近年いっそう強まっており、センサーもその例外ではない。製造原価を低減する手段としては、まず合金成分量の節約が考えられるが、ＳＵＳ４３０の合金成分のうち節約する意味があるのはＣｒであるところ、Ｃｒ量を減らしたのでは、所要の耐食性が得られなくなる。したがって、センサーのような部品の製造原価を低減する手段として、合金成分を変更するというわけにはいかない。
【０００８】
そこで、残る製造原価低減の手段として、製造工程の簡略化が登場する。これは有効な手段であって、前記した諸工程のひとつでもふたつでも省略することができれば、その寄与は大きい。発明者のひとりは、高温かつ長時間の処理を行なう「第一焼鈍」の省略を企てて研究し、その手法を確立して別に提案した。発明者らはさらに、圧延材の寸法と冷間鍛造の素材とする棒線材の寸法との差が小さければ、つまり第二伸線における減面率で一挙に冷間鍛造用素材の寸法を実現することができるならば、上記した第一焼鈍および第一伸線を省略することができると考えた。すなわち、下記の変更である。
現状工程：圧延−第一焼鈍−第一伸線−第二焼鈍−★−第二伸線−冷間鍛造
改善工程：圧延−　　　　　　　　　　第二焼鈍−★−第二伸線−冷間鍛造
【０００９】
第一焼鈍は、従来技術においては、上記のとおり圧延状態において硬い棒線材を軟質化するために必要とされてきた工程であるが、第一伸線を行なわないのであれば、不要ということになる。前述のように、★印の段階で「細粒かつ軟質」の材料を得るには、第二焼鈍に入る前、つまり圧延状態で細粒の組織とすればよい。軟質化は、第二焼鈍により行なわれるからである。どの程度までの細粒化ができれば第一焼鈍および第一伸線の省略が可能になるか、をしらべたところ、フェライト結晶粒径にして８０μｍ以下である棒線材を、圧延ままで得られればよいことがわかった。
【００１０】
非常に過酷な腐食性の環境で使用されるセンサーには、ＳＵＳ４３０よりもさらに耐食性を高めた材料が用いられているが、それらに対しても、同様な結晶粒径の状態を実現すれば、圧延状態で細粒であって、第一焼鈍および第一伸線を省略できるということもわかった。
【００１１】
続いて、冷間鍛造用の素材とするフェライト系ステンレス鋼の組織と硬さに及ぼす圧延工程と温度履歴の影響を調査した結果、圧延条件と仕上げ後の温度履歴とを最適化とをすることによって、必要な細粒化が達成でき、圧延後の焼鈍および伸線が省略できることを見出した。そのためには、圧延用鋼片の加熱開始から仕上げ圧延終了までの履歴と、仕上げ圧延後の温度履歴の両方を精密に制御することが必要である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した発明者の知見にもとづいて、フェライト系ステンレス鋼の棒線材であって、圧延状態で細粒であるものを得ることができ、したがって圧延後の第一焼鈍および第一伸線を省略して直ちに第二伸線の工程にかけることができる棒線材の製造を可能にすること、それにより機械部品の製造工程を合理化し、製造原価の低減に役立つ製造方法を提供することにある。ここで「圧延状態で細粒であるもの」は、前記のように、フェライト結晶粒径にして８０μｍ以下であることを意味する。従来の製造方法における圧延段階でのフェライト結晶粒径は、つねに１００μｍあった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明にしたがう棒線材の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．００２〜０．２％およびＣｒ：７．０〜３５．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなる組成を基本的な合金組成とする鋼の圧延および伸線を行なって、冷間鍛造により最終製品とする棒線材を製造する方法であるが、圧延を開始する温度により、２種の方式がある。第一の方式は、第二の方式との対比において「高温圧延方式」というべきものであって、鋼片を９００〜１３００℃の温度で圧延機に供給するものであり、第二の方式は、第一の方式との対比において「低温圧延方式」というべきものであって、鋼片を９００℃未満の温度で圧延機に供給し、圧延をすべて９００℃未満で完了するものである。
【００１４】
高温圧延方式の製造方法から説明すると、本発明の棒線材の製造方法は、鋼片を９００〜１３００℃の温度で圧延機に供給し、粗圧延を終了した段階での素材の温度が８３０〜１１００℃となり、仕上げ圧延を終了した段階での素材の温度が８３０〜９５０℃となるように圧延を行ない、仕上げ圧延後は常温まで冷却することにより、フェライト粒径が８０μｍ以下であって、５００ｇの負荷条件で
測定したビッカース硬さＨＶ１が下記の式（１）を満たす圧延材を得て、
ＨＶ１＞１８１＋４０６［Ｃ含有量］　（１）
この圧延材をさらに５５０〜８５０℃の範囲の温度に１分間〜８時間加熱処理することにより、フェライト粒径を８０μｍ以下に維持したまま、５００ｇの負荷条件で測定したビッカース硬さＨＶ２が下記の式（２）を満たす圧延材を得て、
ＨＶ２＜１６０＋４０６［Ｃ含有量］　（２）
この圧延材を、焼鈍および伸線の工程にかけて冷間鍛造用の棒線材を得ることを特徴とする。
【００１５】
低温圧延方式の製造方法は、鋼片を９００℃未満の温度で圧延機に供給し、圧延中、被圧延材の温度が９００℃を超えないように圧延を行ない、仕上げ圧延後は常温まで冷却することにより、５００ｇの負荷条件で測定したビッカース硬さＨＶ３が下記の式（３）を満たす圧延材を得て、
ＨＶ３＞１８１＋４０６［Ｃ含有量］　（３）
この圧延材を、さらに５５０〜８５０℃の範囲の温度に１分間〜８時間加熱処理することにより、フェライト粒径が８０μｍ以下である圧延材を得て、この圧延材を、焼鈍および伸線の工程にかけて冷間鍛造用の棒線材を得ることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施形態】
高温圧延方式の操業条件である、「圧延機への鋼片の供給温度：９００〜１３００℃」がもつ意味は、以下に説明するとおりである。すなわち、熱間圧延において装置に対する負荷を減少させるには、素材の変形抵抗が小さくなる高温を採用すればよいことはもちろんである。ＳＵＳ４３０のようなフェライト系ステンレス鋼は、常温においてはα（フェライト）＋θ（炭化物）の相からなり、９００℃を超えると、α（フェライト）＋γ（オーステナイト）の相に変化する。この状態は圧延に有利であるから、鋼片を圧延機に供給する温度を、９００℃以上とした。一方、フェライト系ステンレス鋼は高温における降伏点が低いため、１３００℃を超える温度に加熱すると、加熱炉内で変形して抽出に差し支えることがある。これらから、圧延用鋼片の温度を９００〜１３００℃とした。
【００１７】
圧延の完了までの温度が高すぎると、前述したα（フェライト）＋γ（オーステナイト）の相のうち、オーステナイトがマルテンサイトに変態し、α（フェライト）＋Ｍ（マルテンサイト）となる。従来は、圧延後にこのような組織になっており、いうまでもなくＭは硬いから、このような組織の圧延材を伸線するには、焼鈍を必要としたわけである。
【００１８】
粗圧延の条件である「粗圧延中の素材の温度が８３０〜１１００℃となるように粗圧延を行なう」がもつ意味は、つぎのとおりである。すなわち、粗圧延は、粗大な結晶粒径を再結晶によって微細化する重要な工程であり、細粒化には低温の加工が効果的であるが、変形抵抗が大きくなるので、装置が大容量であることが必要になり、現実には、８３０℃より低い温度は加工が困難である。１１００℃を超える温度で加工した場合は、粒成長が顕著となるため、これより低い温度でなければならない。ＳＵＳ４３０（Ｃ：０．０４％）を対象とするとき、初期の粒径が２００μｍ以上あった粗大結晶粒が、８３０〜９５０℃における加工によって、１２０〜１５０μｍ程度に微細化することがわかった。
【００１９】
仕上げ圧延の条件である「仕上げ圧延中の素材の温度が８３０〜９５０℃となるように圧延を行ない、仕上げ圧延後は常温まで冷却する」の意味は、つぎのとおりである。すなわち、仕上げ圧延は、製品の粒径に大きな影響を与えるという点で、粗圧延に劣らず重要な工程である。圧延状態で８０μｍ以下の結晶粒を得るには、再結晶が比較的容易に進行し、しかも粒成長が比較的遅い温度領域で仕上げ圧延を行なう必要がある。このような条件を満たす仕上げ圧延の温度範囲が、８３０〜９５０℃である。上記のＳＵＳ４３０（Ｃ：０．０４％）を対象とする実験において、粗圧延により１２０〜１５０μｍ程度になった結晶粒が、８３０〜９５０℃における加工とその後の冷却によって、８０μｍ以下に微細化することがわかった。
【００２０】
ところが、圧延状態での棒線材には、オーステナイトから変態したベイナイトやマルテンサイトが混入しているから、５００ｇの負荷条件で測定したビッカース硬さＨＶ１が下記の式（１）を満たす、硬い材料である。
ＨＶ１＞１８１＋４０６［Ｃ含有量］　（１）
【００２１】
しかし、結晶粒径に関しては、冷間鍛造に耐えるだけの細粒は得られている。そこで、熱処理をほどこして、フェライト粒径を８０μｍ以下に保ったまま、軟質化を行なう。それに適した熱処理条件が、前記した「５５０〜８５０℃の範囲の温度に１分間〜８時間加熱処理」という温度および時間であって、この熱処理により、５００ｇの負荷条件で測定したビッカース硬さＨＶ２が下記の式（２）を満たす圧延材が得られる。
ＨＶ２＜１６０＋４０６［Ｃ含有量］　（２）
【００２２】
高温圧延方式には、変更態様があり得る。その変更態様とは、鋼片を９００〜１３００℃の温度で圧延機に供給し、粗圧延中の素材の温度が８３０〜１１００℃であるように粗圧延を行なうところまでは上記と同じであるが、仕上げ圧延は、仕上げ圧延中の素材の温度が８３０℃未満となるように圧延を行ない、仕上げ圧延後の冷却過程において、残熱を利用して６５０〜９００℃の温度範囲における２秒間〜４時間の加熱を行なう点が異なる。これにより、フェライト粒径が８０μｍ以下であって、５００ｇの負荷条件で測定したビッカース硬さＨＶ１が前記の式（１）を満たす圧延材が得られる。
ＨＶ１＞１８１＋４０６［Ｃ含有量］　（１）
【００２３】
そこで、これを常温まで冷却し、ついで上記した５５０〜８５０℃の範囲の温度に１分間〜８時間保つ加熱処理を行なって、前記の式（２）　を満たす圧延材を得て、
ＨＶ２＜１６０＋４０６［Ｃ含有量］　（２）
この圧延材を、焼鈍および伸線の工程にかけて冷間鍛造用の棒線材を得ることは、基本的な工程と同じである。
【００２４】
「残熱を利用」するとは、圧延後にコンベアによって運ばれる線材の温度が室温に至る前の、線材自身の圧延時の温度を利用することであって、その後、フードをかぶせて保温を行なうか、さらに必要であれば、ヒーターを使用して線材を加熱することを意味する。
【００２５】
低温圧延方式においては、温度が９００℃に達していないため、オーステナイトへの変態が生じない。したがって、マルテンサイトが生成することもなく、一貫してα（フェライト）＋θ（炭化物）のまま圧延を終わる。温度が低いということは、圧延の間に再結晶が遅延することを意味し、フェライト粒子の平均粒径が８０μｍ以下の圧延材がえられる。いったん常温まで冷却したのちの加熱処理の意義と条件の限定理由は、高温圧延方式に関して述べたとおりである。
【００２６】
低温圧延方式にも変更態様があり得る。その変更態様は、低温圧延を実施し、仕上げ圧延後の冷却過程において、残熱を利用して５５０〜８５０℃の温度範囲における１分間〜８時間の加熱を行なう点において異なる。これによりフェライト粒径が８０μｍ以下である圧延材を得て、この圧延材を、焼鈍および伸線の工程にかけて冷間鍛造用の棒線材を得ることは、ここでも、基本的な工程と同じである。
【００２７】
以上説明した、本発明の高温圧延方式とその変更態様とにおける、圧延およびその後の冷却ないし熱処理を概念的に示せば、図１に見るとおりである。一方、本発明の低温圧延方式とその変更態様とにおける、圧延およびその後の冷却を概念的に示せば、図２のようになる。どちらの態様によるにしても、圧延状態において、組織は細粒であるが硬質の状態にあり、それが次工程の「第二焼鈍」により細粒化される。（本発明の方法は「第一」焼鈍を行なわないのであるから、ここで行なう焼鈍は、実際は「第二」焼鈍ではないが、従来法と対比する便宜上、その名を残した。）このようにして、「第二焼鈍」を経た★印の段階では、線材は期待どおり「細粒かつ軟質」の状態にあって、続く第二伸線および冷間鍛造に好適なものである。
【００２８】
鋼片を温度９００℃以上で圧延機に供給する操業は、鋼片を温度９００〜１３００℃で加熱炉から抽出して、そのまま圧延機の初段に供給するのが普通であるが、適切な抽出温度は鋼種によって異なるため、複数の鋼種を圧延する場合には加熱炉がひとつであると、温度を調節するための待ち時間が生じ、生産性が阻害されて棒線材のコスト低減が困難になる。この問題の解決には、高周波加熱の利用が効果的である。つまり、鋼片を６５０〜９００℃未満で加熱炉から抽出し、高周波加熱により９００〜１３００℃に加熱したのちに圧延機の初段に供給するという操業である。
【００２９】
具体的には、たとえば、低温で抽出される鋼種Ａとフェライト系ステンレスの鋼種Ｂを加熱炉にあわせて装入し、鋼種Ａが圧延温度に達して抽出されたとき、鋼種Ｂのための温度の制御をすることなく同じ温度で抽出し、最初の圧延機にかみ込まれる前に、高周波誘導によって鋼片を所望の温度に加熱するわけである。抽出温度が低すぎると、９００℃以上の圧延温度に加熱するために投入すべき電力が過大となり、かえって棒線材の製造コストを増すことになる。６５０℃という下限は、一般に有利不利を分ける境界として設けたものである。
【００３０】
９００〜１３００℃の温度に加熱されたフェライト系ステンレス鋼の鋼片を圧延する場合、前述したように、圧延中の組織は、オーステナイトとフェライトの二相状態である。このフェライトの再結晶を促進することによって、変形抵抗の低い、したがって圧延機への負荷が小さい状態が維持でき、また、圧延状態で加工硬化フェライトが混入することによる硬さの上昇を回避できるから、圧延工程においては、マルテンサイトへの変態をあまり生じさせない限度で、高温を維持することが重要である。
【００３１】
フェライト系ステンレス鋼は、圧延時、比較的に変形抵抗が低いので、加工発熱量も小さい。したがって、圧延途中で、被圧延材の温度が低下しやすい。このような材料の圧延において高温を維持するには、外部から加熱する手段を採用するとよい。圧延中の素材を加熱する温度は、再結晶挙動や変形抵抗から考えて、圧延に入るときの鋼片の加熱温度と同等でよい。そこで、被圧延材を高周波誘導により加熱して、温度を８００〜１１００℃に回復させて、圧延を継続することが推奨される。
【００３２】
上述の、加熱炉からの抽出温度が圧延開始温度よりも低い場合に、高周波により加熱して圧延機にかけること、および圧延中に被圧延材の温度低下を高周波による加熱で補うことは、本発明の高温圧延方式の場合に限らず、低温圧延方式の場合においても適用可能なことはいうまでもない。
【００３３】
素材とする鋼の基本的な合金組成である、重量％で、Ｃ：０．００２〜０．２％およびＣｒ：７．０〜３５．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなる合金組成は、棒線材の工業的な安定供給を目的として、冷間鍛造用素材として用いられている、一般的なフェライト系ステンレス鋼の組成範囲を選定したものである。限定理由を以下に示す。
【００３４】
Ｃ：０．００２〜０．２％
圧延状態での軟質化を図るには、マルテンサイト量を減少させることが必要で、それにはＣ量が低い方が有利である。しかしＣ量が低すぎると、第１伸線後の第２焼鈍によって結晶粒が異常に成長し、冷間加工性が損われる。また、工業的な生産において鋼のＣ量をあまり低くすることは困難である。こうした理由から、Ｃ量の下限を０．００２％とした。一方、Ｃ量が０．２％を超えるとマルテンサイト量が過大になり、圧延条件と冷却履歴を制御してもＲ状態で軟質にすることが困難となる。それゆえ、Ｃ量の上限を０．２％とした。適切なＣ量は、硬さに関して前記した式（１）〜（３）により決定され、圧延の条件によって、若干異なる。
【００３５】
Ｃｒ：７．０〜３５．０％
Ｃｒは、いうまでもなく鋼の耐食性を向上させる成分であって、ステンレス鋼において最も重要な元素である。耐食性の向上は、Ｃｒ量が７％以上で顕著である。一方、Ｃｒ量の増加は変形能の低下を招くため、添加できる限度は３５．０％程度である。こうした理由から、Ｃｒ量は７．０〜３５．０％の範囲からえらぶ。
【００３６】
本発明の棒線材の製造方法に使用できるフェライト系ステンレス鋼は、上記した基本的な成分に加えて、下記のグループに属する任意添加元素を１種以上、含有することができる。
【００３７】
１）Ｐｂ：０．０５〜０．３０％、Ｔｅ：０．０１〜０．１５％、Ｂｉ：０．０５〜０．３０％、Ｓｅ：０．０５〜０．３０％、Ｓ：０．０５〜０．５０％およびＣａ：０．０００５〜０．０２％の１種または２種以上
これらは、いずれも被削性の向上を目的として添加する。下限は被削性を向上させるという目的が達成される最低量であり、上限は加工性を著しく低下させない値を選んだ。
【００３８】
２）Ｖ：０．３％以下、Ｎｂ：０．３％以下、Ｔｉ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下、Ｍｏ：０．３％以下、Ｔａ：０．３％以下およびＷ：０．３％以下の１種または２種以上
これらは、粒成長の抑制を目的として添加する。下限はその効果が得られる最低量であり、上限は加工性に著しい影響のない範囲の値である。
【００３９】
【実施例】
［実施例１］高温圧延の基本的態様
合金組成が、Ｃ：０．１％，Ｃｒ：１７％，残部Ｆｅからなるフェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０を溶製した。その鋼片（１５５ｍｍ角）を加熱炉から１０５０℃で抽出し、直ちに圧延機にかみ込ませ、直径１５ｍｍの線材に圧延した。粗圧延時の温度は９５０〜１０００℃であり、仕上げ圧延時の温度は８５０〜９００℃であった。圧延後は、放置して室温まで冷却した。
【００４０】
得られた圧延材の、この段階における硬さは２３０ＨＶであって、前記した式（１）の条件を満たしていた。フェライト粒径は平均７５μｍであった。この材料は、第一焼鈍および第一伸線を省略して第２焼鈍を行なったところで、硬さは１９０ＨＶ、フェライト粒径は平均７５μｍであった。この細粒かつ軟質の材料は、第二伸線（減面率７％）を行なったのち、冷間鍛造により部品形状に成形することが容易であった。
【００４１】
［実施例２］高温圧延方式の変更態様
合金組成が、Ｃ：０．１％，Ｃｒ：１７％，Ｓ：０．２５％，残部Ｆｅのフェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０Ｆを溶製した。実施例１と同様に、その鋼片（１５５ｍｍ角）を加熱炉から１０５０℃で抽出し、直ちに圧延機にかみ込ませ、直径１５ｍｍの線材に圧延した。粗圧延時の温度は９５０〜１０００℃であり、仕上げ圧延時の温度は７５０〜８００℃であった。圧延後は、常温まで冷却する過程で、保温フードをかぶせたコンベア上に置くことにより、７００℃まで温度を回復させ、その温度に３０分間維持する加熱を行なった。その後は放置して、常温まで冷えるにまかせた。
【００４２】
得られた圧延材のフェライト粒径は平均７５μｍであって、この材料は、実施例１で得た材料と同じく、第一焼鈍および第一伸線を省略して第二焼鈍を行なったところで、硬さは１９０ＨＶで前記した式（１）の条件を満たし、フェライト粒径は平均７５μｍであった。この細粒かつ軟質の材料は、第二伸線（減面率７％）を行なったのち、冷間鍛造により部品形状に成形することが容易であった。
【００４３】
［実施例３］低温圧延の基本的態様
合金組成として、Ｃ：０．００８％，Ｃｒ：２６．５％，Ｍｏ：１．１％，残部Ｆｅをもつフェライト系ステンレス鋼ＳＵＳＸＭ２７を溶製した。その鋼片（１５５ｍｍ角）を、加熱炉から８５０℃で抽出し、直ちに圧延機にかみ込ませ、直径１５ｍｍの線材に圧延した。圧延中、材料の温度を７５０〜８００℃の範囲に維持した。
【００４４】
仕上げ圧延後はいったん常温まで冷却した。その段階において、硬さは２２０ＨＶで、この値は前記した式（３）に合致するものであった。ついでこの圧延材をさらに７５０℃に１時間置く加熱処理を行なって、フェライト粒径が平均７０μｍである圧延材を得た。
【００４５】
得られた圧延材は、実施例１で得た材料と同じく、第一焼鈍および第一伸線を省略して第二焼鈍を行なったところで、細粒かつ軟質であって、第二伸線（減面率７％）を行なったのち、冷間鍛造により部品形状に成形することが容易であった。
【００４６】
［実施例４］低温圧延の変更態様
実施例１と同じフェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０を使用した。その鋼片（１５５ｍｍ角）を、加熱炉から８５０℃で抽出し、直ちに圧延機にかみ込ませて、直径１５ｍｍの線材に圧延した。圧延中、材料の温度を７５０〜８００℃の範囲に維持した。圧延後は、常温まで冷却する過程で、保温フードをかぶせたコンベア上に置くことにより、７００℃まで温度を回復させ、その温度に３０分間維持する加熱を行なった。その後は放置して、常温まで冷えるにまかせた。
【００４７】
冷却後の圧延材は、フェライト粒径が平均７０μｍであった。実施例１で得た材料と同じく、第一焼鈍および第一伸線を省略して第二焼鈍を行なった段階で、硬さは１９０ＨＶ、フェライト粒径は平均７０μｍであった。この細粒かつ軟質の材料は、第二伸線（減面率７％）を行なったのち、冷間鍛造により部品形状に成形することが容易であった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の棒線材の製造方法にしたがってフェライト系ステンレスの棒線材を加工すれば、高温圧延方式によっても低温圧延方式によっても、圧延状態で、硬質ではあるが細粒の組織が得られる。第二伸線の減面率が、最終的な冷間鍛造による機械部品製造のための素材を直ちに与えるものであることを前提に、従来の棒線材の製造工程において不可欠とされていた圧延後の焼鈍（第一焼鈍）を省略するとともに、第一伸線の工程をも省略することができ、第二焼鈍の工程に入ることができる。この工程で、組織は細粒状態を保ったまま軟質化するから、第二焼鈍を経た段階では、「細粒かつ軟質」の組織が実現し、それを第二伸線−冷間鍛造の加工により、所望の機械部品とすることができる。
【００４９】
このようにして本発明は、棒線材の製造工程において、長い時間がかかり多量のエネルギーを消費する圧延後の焼鈍工程を省略した上に、第一伸線の工程をも省略することにより、機械部品製造のコストを顕著に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の棒線材の製造方法における圧延工程の温度条件を、高温圧延方式とその変更態様について、概念的に表した説明図。
【図２】本発明の棒線材の製造方法における圧延工程の温度条件を、低温圧延方式とその変更態様について、概念的に表した説明図。
【図１】
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【図２】
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