(57)【要約】    【課題】高品質で二次加工に適した丸棒鋼の提供。    【解決手段】連続鋳造、加熱、分塊圧延及び仕上圧延によって、棒材１４が得られる。この棒材１４の鍛錬比は、１０以下である。この棒材１４の材質は、中炭素合金鋼である。複数本の棒材１４が、ワイヤー１６で結束される。結束される棒材１４の合計断面積は、３００ｃｍ２以上である。棒材１４は、枠体１０に収納されて冷却される。複数本の棒材１４が集積されているので、その冷却速度は小さい。棒材１４の中心の冷却速度は、０．１℃／ｓｅｃ以下である。この冷却によっても、棒材１４の中心部はマルテンサイト変態を起こさない。この棒材１４に矯正が施されても、中心割れが生じない。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材質が中炭素合金鋼である棒材が熱間圧延により得られる圧延工程と、複数の棒材が集積されて徐冷される冷却工程とを含む丸棒鋼の製造方法。
【請求項２】
上記冷却工程の後に、棒材の湾曲が矯正される矯正工程をさらに含む請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
上記冷却工程における棒材の中心の冷却速度が０．１℃／ｓｅｃ以下である請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
上記冷却工程で集積される棒材の合計断面積が３００ｃｍ２以上である請求項１から３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
上記棒材の鍛錬比が２４以下である請求項１から４のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、丸棒鋼の製造方法に関する。詳細には、本発明は、熱間圧延工程を経て得られる、材質が中炭素合金鋼である丸棒鋼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
丸棒鋼の製造方法として、熱間圧延が採用されている。この製造方法では、まず造塊又は鋳造によって鋼塊が得られる。この鋼塊に、多段の圧延が施される。この多段圧延によって鋼塊は徐々に細径化し且つ長尺化して、棒材が得られる。圧延完了直後の棒材は、高温である。通常棒材の温度は、９００℃以上である。この棒材は、クーリングベッドの上で空冷される。棒材には湾曲が生じることがあるが、この湾曲は矯正工程において矯正される。通常、ロール間に棒材が通されることで、矯正が達成される。
【０００３】
造塊又は鋳造では、溶鋼の凝固が周辺から中心部へと進行する。材質が中炭素合金鋼である鋼塊の場合、合金元素が中心部に偏って析出する傾向がある。偏析が生じた鋼塊から得られた棒材でも、中心部の偏析が見られる。この棒鋼がクーリングベッドで冷却されると、棒材の中心部は偏析に起因してマルテンサイト変態を起こす。マルテンサイト組織である中心部は、高硬度である。一方、棒材の周辺部はフェライト組織又はパーライト組織であり、比較的低硬度である。この棒材が矯正されると、矯正時の応力により、中心部に微細な疵が生じることがある。この現象は、「中心割れ」と称されている。この疵は、丸棒鋼の品質を低下させる。用途によっては、疵は重大な欠陥となる。偏析に起因するマルテンサイト変態は、特にクロム及びモリブデンを含有する棒材において顕著に見られる。
【０００４】
丸棒鋼メーカーは、矯正前の棒材に、低温焼きなまし処理を施している。この処理により、棒材の中心部は軟化する。この棒材が矯正されても、疵は生じにくい。この低温焼きなましには、手間と時間とを要する。低温焼きなましは、エネルギーを消費する。低温焼きなましは、丸棒鋼の製造コストを押し上げる要因である。
【０００５】
特開昭５６−１２３３２２号公報には、高温の棒材が水冷される鋼材製造方法が開示されている。水冷により、丸棒鋼の全体がマルテンサイト変態を起こす。この丸棒鋼の組織は均一であり、湾曲が生じにくい。この製造方法では、矯正が省略されうる。
【特許文献１】特開昭５６−１２３３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、全体がマルテンサイトである丸棒鋼は、硬度が高く、その後の二次加工には不向きである。本発明の目的は、高品質で二次加工に適した丸棒鋼の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る丸棒鋼製造方法は、
（１）材質が中炭素合金鋼である棒材が熱間圧延により得られる圧延工程
及び
（２）複数の棒材が集積されて徐冷される冷却工程
を含む。
【０００８】
好ましくは、この製造方法は、冷却工程の後に、
（３）棒材の湾曲が矯正される矯正工程
を含む。
【０００９】
好ましくは、冷却工程における棒材の中心の冷却速度は、０．１℃／ｓｅｃ以下である。好ましくは、冷却工程で集積される棒材の合計断面積は、３００ｃｍ２以上である。
【００１０】
この製造方法は、鍛錬比が２４以下である丸棒鋼に適している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る製造方法では、棒材が集積されて徐冷されるので、マルテンサイト変態が抑制される。この製造方法では、低温焼きなましが省略されうる。この製造方法により、疵が少なくかつ加工性のよい丸棒鋼が、容易かつ低コストで得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る丸棒鋼製造方法のための設備が示された概念図である。この製造設備は、連続鋳造機２、加熱炉４、分塊圧延機６、仕上圧延機８、枠体１０及び矯正機１２を備えている。分塊圧延機６が複数台設けられてもよい。仕上圧延機８が複数台設けられてもよい。
【００１４】
図２は、図１の設備による丸棒鋼製造方法が示されたフローチャートである。この製造方法では、まず、溶融、取鍋精錬、脱ガス等の工程を経て得られた溶鋼が、連続鋳造機２に供給される。この連続鋳造機２において溶鋼が凝固し、鋼塊（ブルーム）が得られる（ＳＴＥＰ１）。この鋼塊の断面形状は、矩形である。この鋼塊の材質は、中炭素合金鋼である。連続鋳造機２における凝固は溶鋼の周辺から中心部へと進行するので、鋼塊には偏析が見られる。具体的には、合金元素が中心部に偏って析出している。
【００１５】
次に、この鋼塊が加熱炉４へと搬送され、所定温度まで加熱される（ＳＴＥＰ２）。加熱炉４から取り出された鋼塊は、分塊圧延機６へと搬送され、分塊圧延に供される（ＳＴＥＰ３）。分塊圧延では、鋼塊がロールに通される。分塊圧延により、鋼塊の断面積が減少する。
【００１６】
次に鋼塊は仕上圧延機８へと搬送され、仕上圧延に供される（ＳＴＥＰ４）。仕上圧延では、鋼塊がロールに通される。仕上圧延により、断面が円形である棒材が得られる。仕上圧延では、棒材の外径が所望の値となるように、ロールの段数が設定される。仕上圧延が完了した直後の棒材は、高温である。仕上圧延が完了した直後の棒材の組織は、オーステナイトである。
【００１７】
次に、図３に示されるように、複数本の棒材１４が結束される（ＳＴＥＰ５）。結束には、ワイヤー１６が用いられる。棒材１４は、枠体１０に搬送されてこの枠体１０に集積される。結束が省略されてもよい。枠体１０において、棒材１４は冷却される（ＳＴＥＰ６）。この冷却は、室温化における空冷である。
【００１８】
冷却後の棒材１４は、矯正機１２へと搬送され、湾曲が矯正される（ＳＴＥＰ７）。通常は、棒材１４がロールを通されることで、矯正が達成される。この矯正は、一種の塑性加工である。こうして、丸棒鋼が得られる。
【００１９】
この製造方法では、複数本の棒材１４が集積されて冷却されるので、冷却速度が遅い。換言すれば、棒材１４は徐冷される。徐冷により、中心部のマルテンサイト変態が抑制される。この製造方法により、周辺から中心部に至るまでがフェライト組織又はパーライト組織である棒材１４が得られる。この棒材１４は軟質であり、加工性に優れる。この棒材１４が、焼きなまし処理が施されることなく矯正されても、中心部に疵が生じにくい。この製造方法では、焼きなましが省略されうる。この製造方法は、経済的である。マルテンサイト変態抑制の観点から、棒材１４の中心の冷却速度は０．１℃／ｓｅｃ以下が好ましい。
【００２０】
冷却工程（ＳＴＥＰ６）において集積される棒材１４の合計断面積数が大きいほど、冷却速度が遅くなり、マルテンサイト変態がより抑制される。合計断面積は３００ｃｍ２以上が好ましく、４００ｃｍ２以上がより好ましく、５００ｃｍ２以上が特に好ましい。合計断面積が過大であると、冷却に長時間を要する。冷却時間の観点から、合計断面積は５０００ｃｍ２以下が好ましい。
【００２１】
冷却工程（ＳＴＥＰ６）において集積される棒材１４の数が多いほど、冷却速度が遅くなり、マルテンサイト変態がより抑制される。直径が１００ｍｍである棒材１４の場合、集積数は５本以上が好ましく、６本以上がより好ましく、７本以上が特に好ましい。直径が１１０ｍｍである棒材１４の場合、集積数は４本以上が好ましく、５本以上がより好ましく、６本以上が特に好ましい。直径が１２０ｍｍである棒材１４の場合、集積数は３本以上が好ましく、４本以上がより好ましく、５本以上が特に好ましい。直径が１４０ｍｍである棒材１４の場合、集積数は２本以上が好ましく、３本以上がより好ましく、４本以上が特に好ましい。
【００２２】
本発明において鍛錬比Ｒは、下記の数式により算出される。
Ｒ ＝ Ｓ２ ／ Ｓ１
この式においてＳ１は常温での鋼塊の断面積を表し、Ｓ２は冷却工程（ＳＴＥＰ６）完了後の棒材１４の断面積を表す。鍛錬比は、丸棒鋼の加工履歴の程度を表す指標である。一般に、鍛錬比が大きな棒材１４は微細な結晶粒を有しており、鍛錬比が小さな棒材１４は粗大な結晶粒を有している。粗大な結晶粒を有する棒材１４では、マルテンサイト変態が生じやすい。棒材１４の集積による徐冷は、粗大な結晶粒を有する棒材１４に、特に効果的である。この製造方法は、棒材１４の鍛錬比が２４以下、特には２３以下である場合に適している。
【００２３】
中炭素合金鋼では、冷却時のマルテンサイト変態が生じやすい。この中炭素合金鋼において、本発明に係る製造方法は特に効果的である。具体的には、炭素含有率が０．２０質量％以上０．６５質量％以下、さらには０．２５質量％以上０．５０質量％以下である合金鋼において、この製造方法は効果的である。
【００２４】
クロムは、典型的な焼き入れ性向上元素である。このクロムの偏析が中心部に生じると、冷却時のマルテンサイト変態が生じやすい。クロム含有率の高い合金鋼において、本発明に係る製造方法は特に効果的である。具体的には、クロム含有率が０．５質量％以上１．５質量％以下、さらには０．８質量％以上１．３質量％以下である合金鋼において、この製造方法は効果的である。
【００２５】
モリブデンも、典型的な焼き入れ性向上元素である。このモリブデンの偏析が中心部に生じると、冷却時のマルテンサイト変態が生じやすい。モリブデン含有率の高い合金鋼において、本発明に係る製造方法は特に効果的である。具体的には、モリブデン含有率が０．１質量％以上１．０質量％以下、さらには０．２質量％以上０．５質量％以下である合金鋼において、この製造方法は効果的である。
【００２６】
棒材１４の集積による徐冷が特に有効である鋼種としては、ＳＣＭ４３５Ｈ、ＳＣＭ４４０Ｈ及びＳＭＣ４４５Ｈが例示される。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【００２８】
［実施例１］
鋼種がＳＣＭ４４０Ｈである鋼塊を準備し、加熱炉で１２００℃に加熱した。この鋼塊に５段の分塊圧延及び４段の仕上圧延を施し、直径が１００ｍｍである棒材を得た。この棒材６本を結束し、枠体に投入した。棒材の温度は、約９００℃であった。この棒材を空冷し、さらに矯正を行って、丸棒鋼を得た。
【００２９】
［実施例２から１２及び比較例１から４］
棒材の直径、結束数及び冷却開始時の温度を下記の表１及び表２に示されるとおりとした他は実施例１と同様にして、丸棒鋼を得た。
【００３０】
［中心割れの評価］
丸棒鋼を超音波探傷法によって検査し、中心割れの有無を確認した。中心部に疵が全く見られないものを「Ａ」とし、やや疵が見られるものを「Ｂ」とし、多くの疵が見られるものを「Ｃ」とした。この結果が、下記の表１及び表２に示されている。
【００３１】
【表１】
2005206889.tif 000003
【００３２】
【表２】
2005206889.tif 000004
【００３３】
表１及び表２に示されるように、棒材が集積されて徐冷されることで得られた丸棒鋼は、中心割れが生じないか、生じる場合でも程度が小さい。この評価結果より、本発明の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る製造方法は、種々の鋼種に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る丸棒鋼製造方法のための設備が示された概念図である。
【図２】図２は、図１の設備による製造方法が示されたフローチャートである。
【図３】図３は、図２の製造方法の冷却工程の様子が示された斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
２・・・連続鋳造機
４・・・加熱炉
６・・・分塊圧延機
８・・・仕上圧延機
１０・・・枠体
１２・・・矯正機
１４・・・棒材
１６・・・ワイヤー
【図１】
2005206889.tif 000005
【図２】
2005206889.tif 000006
【図３】
2005206889.tif 000007