(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ含有量が０．２５〜０．５％（化学成分の場合は質量％を意味する、以下同じ）であり、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ａｌ：０．０５％以下を含有し、残部が、不可避不純物を含み得るＦｅからなる鋼であり、引張強さが６５０ＭＰａ以下である熱延鋼線材であって、金属組織がフェライト＋パーライト２相組織であり、該２相組織中のフェライト分率が５５％以上で、且つパーライトの平均粒径が３０μｍ以下であることを特徴とする冷間圧造用熱延鋼線材。
【請求項２】
パーライトの平均粒径が２０μｍ以下である請求項１に記載の冷間圧造用熱延鋼線材。
【請求項３】
更にＣｒ：１．５％以下及び／又はＭｏ：０．３％以下を含有する請求項１または請求項２に記載の冷間圧造用熱延鋼線材。
【請求項４】
更にＢ：０．００５％以下を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の冷間圧造用熱延鋼線材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の冷間圧造用熱延鋼線材に、熱処理することなく減面率で２０％以下の伸線加工を施し、次いで冷間圧造加工することを特徴とする冷間圧造品の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間圧造性に優れた熱延鋼線材と該鋼線材を用いた冷間圧造品の製法に関し、より詳細には、冷間圧造によりボルトやナットその他の部品を成形加工する際に、球状化焼鈍の如き軟化焼鈍をせずとも優れた変形能を示す冷間圧造用熱延鋼線材と、該鋼線材を用いて冷間圧造品を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボルト、ナットその他の冷間圧造加工品を製造する方法としては、炭素鋼や各種合金鋼を熱間加工により線状とし、これに酸洗や機械的デスケーリング処理を施した後、通常は加工性向上のため球状化焼鈍などを施してから伸線加工を行ない、次いで圧造して所定形状に成形する方法が一般的に採用されている。ここで圧造加工前に行なわれる球状化焼鈍は、冷間圧造性を高める上で重要な処理ではあるが、球状化焼鈍には多大な時間と熱エネルギーを要する他、焼鈍工程で酸化された表面を清浄化するための酸洗処理も不可欠となるため、大幅なコストアップが避けられない。
【０００３】
そこでこうしたコストアップの問題を回避するため、部品の形状や構造によっては、酸洗後の熱延鋼線材を球状化焼鈍することなくスキンパス加工し、表面の潤滑性を高めてから圧造加工する方法も一部で試みられている。しかし球状化焼鈍などの軟質化熱処理を省略すると、熱延鋼線材の引張強さが高すぎたり或いは金属組織が適正でないといったことが原因になって、圧造加工時にしばしば加工割れを起こす。特に、ボルトの如くフランジ部を有する部品では、フランジ部で加工割れを起こすことが大きな問題となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、熱延鋼線材を対象とし、球状化焼鈍の如き軟質化熱処理をせずとも冷間圧造時に優れた変形能を有し、加工割れなどを起こすことなく円滑に冷間圧造を行ない得る様な熱延鋼線材を提供すると共に、該鋼線材を用いた冷間圧造品の製法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた本発明にかかる冷間圧造用熱延鋼線材とは、Ｃ含有量が０．２５〜０．５％（化学成分の場合は質量％を意味する、以下同じ）である鋼からなり、引張強さが６５０ＭＰａ以下の熱延鋼線材であって、金属組織がフェライト＋パーライト２相組織であり、該２相組織中のフェライト分率が５５％以上で、且つパーライトの平均粒径が３０μｍ以下といった金属組織上の要件を満たす、冷間圧造時の変形能に優れた冷間圧造用熱延鋼線材である。
【０００６】
そして本発明にかかる冷間圧造品の製法とは、上記要件を満たす熱延鋼線材を使用し、該鋼線材を熱処理することなく減面率２０％以下で伸線加工を行ない、次いで冷間圧造加工するところに要旨を有している。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは前述した様な状況の下で、冷間圧造の前に行なわれる球状化焼鈍などの軟化熱焼鈍に伴うコストアップを回避し、これらの熱処理をせずとも安定して優れた冷間圧造性を示す様な熱延鋼線材の開発を期して鋭意研究を進めてきた。
【０００８】
熱延鋼線材の冷間圧造性を高めるには、冷間圧造時の変形抵抗を低減して変形能を高めるべく素材の引張強さを低くすることが望ましいとされている。そこで本発明者らは、まず冷間圧造を円滑に行なうために必要な強度レベルを明確にすべく研究を行なった結果、熱延鋼線材としての引張強さを６５０ＭＰａ以下に抑える必要があることを確認した。しかし、単に引張強さをこのレベルに抑えるだけで安定した冷間加工性が保証される訳ではなく、前述した如くフランジ付き圧造品などを製造する際に生じがちな割れを確実に抑えるには、金属組織をフェライト＋パーライト２相組織とすると共に、該２相組織中に占めるフェライト分率で５５％以上、より好ましくは６５%以上を確保し、更には、フェライトで囲まれたパーライトの平均粒径を３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下に抑えることが、圧造加工時の割れ発生限界を高める上で極めて重要であることが確認された。
【０００９】
ちなみに、熱延鋼線材としての引張強さが６５０ＭＰａを超えるものでは、強度が高すぎるため冷間圧造時の変形能が低下し、フランジ加工部などで割れを生じる現象が回避できなくなる。より高度の圧造加工に適用する場合は、該引張強さを６２０ＭＰａ程度以下にまで下げることが望ましい。なお冷間圧造品が強度不足となる場合は、冷間圧造後の焼入れ処理によって強度不足を補うことも可能である。
【００１０】
また、本発明で金属組織をフェライト＋パーライトの２相組織と定めたのは、ベイナイトやマルテンサイトの如き他の金属組織やそれらを含む３相以上の組織などでは、本発明で意図するレベルの変形能を確保できず、冷間圧造時の割れ発生を確実に抑えることができないからである。
【００１１】
また本発明では、２相組織中のフェライト分率が５５％未満、あるいはパーライトの平均粒径が３０μｍを超える場合も、冷間圧造時の割れを確実になくすことができない。その理由は、冷間圧造に十分な変形能を確保できないからである。冷間圧造時の割れをより確実に防止する上では、フェライト分率を６５％以上、更に好ましくは７０％以上、パーライト平均粒径を２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下に抑えることが望ましい。
【００１２】
上記の様に本発明では、熱延鋼線材としての引張強さと金属組織を特定したところに最大の特徴を有しているが、その前提として、鋼中のＣ含有量が０．２５〜０．５０％の範囲であることが必須となる。その理由は、Ｃ含有量が０．２５％未満では、フェライト相が多くなって割れが生じ易くなり、逆に０．５０％を超えると引張強度が高くなり過ぎるからである。こうした観点からより好ましいＣ含有量は０．２５〜０．５０％の範囲である。
【００１３】
ところで、上記の様に熱延鋼線材としての引張強さで６５０ＭＰａ以下、金属組織をフェライト＋パーライト２相組織とし、該組織中のフェライト分率を５５％以上、フェライトで囲まれたパーライトの平均粒径で３０μｍ以下の要件を満たす熱延鋼線材を得るための方法は特に制限されないが、好ましい熱延条件としては、熱延時の最終仕上げ圧延温度を７００〜９００℃、より好ましくは７００〜８５０℃の範囲とし、更に巻取り温度を７００〜８５０℃、より好ましくは７００〜８００℃の範囲とすることが望ましい。即ちこれらの条件は、熱延後の冷却開始前におけるオーステナイト結晶粒径を微細化し、最終的な金属組織を微細化してパーライトの平均粒径を極力小さくすると共に、その後の冷却時における過冷却組織の発生を抑え、金属組織をフェライト＋パーライト２相組織とすると共にフェライト分率を高めるために有効な条件となる。そして冷却過程では、冷却開始温度から５００℃までの平均冷却速度を２．０℃／ｓｅｃ以下、より好ましくは１．５℃／ｓｅｃ以下、更に好ましくは０．７℃／ｓｅｃ以下とすることにより、過冷却組織の発生を一層確実に防止しつつフェライト変態を促進させることが望ましい。
【００１４】
本発明にかかる熱延鋼線材を構成する鋼のＣ以外の元素の種類や含有量は特に制限されないが、本発明の前記作用効果がより有効に発揮されるのは、Ｓｉ含量が０．５０％以下、Ｍｎ含量が２．０％以下で、Ｃｒ：１．５％以下及び／又はＭｏ：０．３％以下を含み、更には、Ａｌ：０．０５％以下及び／又はＢ：０．００５％以下を含有し、残部が、不可避不純物を含み得る実質的にＦｅからなる鋼材であり、上記元素の好ましい含有量を定めた理由は次の通りである。
【００１５】
Ｓｉ：０．５０％以下
Ｓｉは、脱酸性元素として有効に作用するが、多過ぎると冷間圧造性を劣化させるので、０．５０％以下、より好ましくは０．４０％以下に抑えるべきである。
【００１６】
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、焼入れ性の向上に有効に作用するが、多過ぎると、冷間圧造性を劣化させる原因になるので、２．０％以下に抑えることが望ましい。Ｍｎのより好ましい含有率は０．３％以上で、１．５％以下、より好ましくは１．２％以下である。
【００１７】
Ｃｒ：１．５％以下、及び／又はＭｏ：０．３％
ＣｒおよびＭｏは焼入れ性の向上に有効に作用するが、Ｃｒ量が１．５％を超え、またＭｏ量が０．３％を超えると冷間圧造性を著しく劣化させるので、Ｃｒ，Ｍｏの各含有率は上記値を好ましい上限とする。これらＣｒ，Ｍｏの障害を抑える上でより好ましいＣｒ含量は１．２％以下、Ｍｏ量は０．２５％以下である。
【００１８】
Ａｌ：０．０５０％以下
Ａｌは通常脱酸性元素として混入してくるが、非金属系介在物源となって冷間圧造性や圧造製品の靭性を劣化させる原因になるので、０．０５０％以下、より好ましくは０．０４５％以下、更に好ましくは０．０４０%以下に抑えることが望ましい。
【００１９】
Ｂ：０．００５％以下
Ｂは冷間圧造用熱延鋼線の焼入れ性を高める上で有効な微量含有元素であるが、その効果は０．００５％程度で飽和するので、それ以上の添加は無意味である。Ｂのより好ましい量は０．００４５％以下、更に好ましくは０．００４０％以下である。
【００２０】
上記好ましい含有元素量を満たす代表的な鋼材としては、ＪＩＳで規定されるＳＣＲ４３０，ＳＣＭ４３５，ＳＷＲＣＨ４０Ｋなどが挙げられ、それらの代表的な化学組成は下記の通りである。
［ＳＣＲ４３０］
Ｃ：０．２８〜０．３３％，Ｓｉ：０．１５〜０．３５％，Ｍｎ：０．６０〜０．８５％，Ｃｒ：０．９０〜１．２０％
［ＳＣＭ４３５］
Ｃ：０．３３〜０．３８％，Ｓｉ：０．１５〜０．３５％，Ｍｎ：０．６０〜０．８５％，Ｃｒ：０．９０〜１．２０％，Ｍｏ：０．１５〜０．３０％
［ＳＷＲＣＨ４０Ｋ］
Ｃ：０．３７〜０．４３％，Ｓｉ：０．１０〜０．３５％，Ｍｎ：０．６０〜０．９０％
【００２２】
上記本発明の冷間圧造用熱延鋼線材を用いて圧造品を成形するに当たっては、上記熱延線材の優れた変形能を活かすことにより、球状化焼鈍の如き軟化熱処理をせずとも、通常の圧造条件で割れ等の欠陥のない圧造製品を得ることができるが、冷間圧造をより円滑に遂行するには、該熱延鋼線材に減面率で２０％以下の伸線加工を施してから冷間圧造することが望ましい。
【００２３】
しかして、冷間圧造前に行なわれる伸線加工で２０％を超える伸線加工を施すと、加工硬化による変形能の低下が顕著となり、冷間圧造する際にフランジ部の如き加工度の高い部位で割れを起こすことがあり、本発明の目的が達成できなくなるからである。よって、本発明の熱延鋼線材を冷間圧造の素材として使用する際は、熱延まま、もしくはその後の伸線加工を減面率で２０％以下、より好ましくは１０％以下に抑えることが望ましい。
【００２４】
なお本発明の冷間圧造用熱延鋼線材を用いた圧造製品の中でも代表的なのは、前述した如きボルト、ナットであり、それらの形状やサイズ等は一切制限されず、更にはボルト、ナット以外にも各種機械部品の圧造用素材としても幅広く有効に利用できる。
【００２５】
【実施例】
以下、実験例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００２６】
実験例１
ＪＩＳ規格の鋼種「ＳＣＲ４３０」，「ＳＣＭ４３５」，「ＳＷＲＣＨ４０Ｋ」から表１に示す化学成分の鋼種を選択して、各鋼材を熱間圧延によって直径１２ｍｍの線材とし、その際の熱間圧延条件を表２に示す如く種々変化させることにより、熱延鋼線材としての引張強さや金属組織を変化させた。得られた各熱延鋼線材について、引張試験を行なうと共に、顕微鏡観察で横断面の金属組織を調べ、更には冷間圧造試験を行なって割れの有無を調べ、表２に示す結果を得た。
【００２７】
なお、熱延鋼線材の金属組織については、各鋼線材の横断面1/8Ｄ〜1/4Ｄの部分を光学顕微鏡により４００倍で観察し、顕微鏡写真を画像解析することによってフェライト面積率を求め、パーライト粒径については、該組織写真からパーライトの平均粒径を求めた。また冷間圧造試験は、熱延鋼線材を熱処理することなく機械加工により直径１０ｍｍ×長さ３０ｍｍの棒状に加工し、各試験片をプレス機にかけて圧縮率９０％で各々１０個の拘束圧縮を行ない、加工割れの有無を目視で評価した。
【００２８】
【表１】
0004116767.tif 000002
【００２９】
【表２】
0004116767.tif 000003
【００３０】
表２より次の様に考えることができる。
【００３１】
Ｎｏ．１，２，３，６，９，１０，１１は本発明の規定要件を全て満たす実施例で、引張強さはいずれも６５０ＭＰａ以下で、金属組織はフェライト＋パーライト２相組織でフェライト分率は６０％以上、フェライトに囲まれたパーライトの平均粒径は３０μｍ以下であり、冷間圧造時の変形能が高くて割れが全く見られない。
【００３２】
これらに対し、Ｎｏ．４，５，１１は、熱延時の冷却速度が速すぎたためかフェライト分率が低くて引張強さも過大であり、またＮｏ．８は仕上げ圧延温度が高すぎたためか、金属組織が過冷却組織となってフェライト分率が著しく低下しており、パーライト組織自体の生成が見られず、強度も過大で本発明で意図する性能を全く確保できていない。またＮｏ．７は、仕上げ圧延温度、巻取り温度、冷却速度の個々の条件は一応好適要件を満たしているが、それらの総合により得られる熱延鋼線材の引張強さが高すぎると共にフェライト分率も不足するため、冷間圧造時に割れを生じている。
【００３３】
なお図１は、上記実験例におけるＮｏ．９（本発明材）の熱延鋼線材の金属組織を示す断面顕微鏡写真、図２は、同じくＮｏ．１２（比較材）の断面顕微鏡写真であり、これらの図を対比すれば明らかである様に、本発明材の熱延鋼線材は、フェライト組織が高い面積率で均一に分布したフェライト＋パーライト２相組織を有しているのに対し、比較材はフェライト組織の面積率が低くて断面組織全体にまばらに分布しており、パーライト組織の面積率が高い。
【００３４】
実験例２
前記実験例１で得た符号９の熱延鋼線材に、熱処理を施すことなく減面率で１０％または２５％の伸線加工を施し、それぞれについて、実験例１と同様にして冷間圧造試験を行なって割れ発生の有無を調べた。
【００３５】
結果は表３に示す通りであり、本発明の熱延鋼線材でも、２０％を超える減面率の伸線加工を施すと冷間圧造時に割れを生じるが、これ以下の減面率であれば、熱処理をせずとも割れを生じることなく冷間圧造加工を行なうことができる。
【００３６】
【表３】
0004116767.tif 000004
【００３７】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、鋼のＣ含有量を特定すると共に、その金属組織、特にフェライト分率やフェライトに囲まれたパーライトの平均粒径を特定することにより、熱延線材のまま、即ち球状化焼鈍の如き軟化熱処理をせずとも冷間で優れた変形能を有し、安価で冷間圧造性に優れた熱延線材を提供すると共に、軟化熱処理に伴う費用を削減することにより冷間圧造製品を廉価に提供し得ることになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかる熱延鋼線材の断面金属組織を示す図面代用顕微鏡写真である。
【図２】図２は、比較材の断面金属組織を示す図面代用顕微鏡写真である。
【図１】
0004116767.tif 000005
【図２】
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