(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分塊圧延、ホットスカーフ及び仕上げ圧延の１ヒート圧延工程をこの順に経て丸鋼を製造する方法であって、質量％で、Ｃ：０．１〜０．５％、Ｓｉ：０．１〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｓ：０．００１〜０．１％、Ｎｉ：０．０２〜０．２％、Ｃｒ：０．０５〜０．２％を含有するとともに、Ｖ：０．４％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０３％以下のうちの１種又は２種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、不純物中のＰは０．０５％以下で、しかも、表面温度を１２００〜９５０℃とした分塊圧延後の鋼片の表面を、ホットスカーファで溶削し、更に、鋼片圧延機で所定の形状に９００〜７５０℃の温度域で２０％以上の断面減少率で仕上げ圧延する丸鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分塊圧延製品すなわち丸鋼の製造方法に関し、詳しくは、油圧シリンダ用ロッドなどの用途に好適な丸鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧シリンダ用シリンダロッドなどは、鋼塊を分塊圧延機で分塊圧延した後、鋼片圧延機で所定の形状に仕上げ圧延し、更に焼入れ・焼戻しなどの熱処理を施して、強度を初めとする特性を確保し、その後これに機械加工を施して最終の部品に仕上げられるか、前記所定の形状に仕上げ圧延した後に機械加工を施し、その後熱処理を施して、最終の部品に仕上げられていた。
【０００３】
しかしながら、焼入れ・焼戻しなどの熱処理はコストが嵩む。このため、分塊圧延した後、鋼片圧延機による仕上げ圧延で強度を初めとする所定の特性を確保し、これに機械加工を施して、最終の部品に仕上げることが行われるようになってきた。
【０００４】
上記分塊圧延した後の仕上げ圧延によって、強度を初めとする所定の特性を確保するには、鋼片圧延機での仕上げ圧延を低温域で行う所謂「制御圧延」とする必要がある。
【０００５】
この場合、分塊圧延から仕上げ圧延までを１回の加熱で行う所謂「１ヒート圧延」とするために、従来は鋼塊を例えば１０００℃程度の低温で加熱する方法が採られていた。しかし、こうした鋼塊を低温加熱する方法では、分塊圧延後の鋼片表面温度が低下し、したがって、ホットスカーファによる溶削処理が困難となって仕上げ圧延後に大きな表面疵が残存するという問題を避けられなかった。
【０００６】
このため、１回目の加熱で鋼塊を例えば１１５０℃程度に加熱して分塊圧延し、次いでホットスカーファによる溶削を行い、その後更に、前記ホットスカーファにて溶削した鋼片を、例えば１０００℃程度の低温に２回目の加熱を行って鋼片圧延機で仕上げ圧延し、形状及び強度を初めとする所定の特性を確保することが行われてきたが、所謂「２ヒート圧延」であるため、燃料原単位と能率が悪くなりコストが嵩んでいた。
【０００７】
なお、本明細書でいう「鋼塊」は、JIS G 0203に記載されているように、鋳片を含むものをいう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の現状に鑑みなされたもので、その目的は、燃料原単位と能率が良好でコストが嵩まず、しかも表面性状が良好な丸鋼の製造方法、なかでも、表面性状が良好で、しかも、仕上げ圧延のままで３３５ＭＰａ以上の降伏強度（ＹＳ）、５９０ＭＰａ以上の引張強度（ＴＳ）、１５％以上の伸び（Ｅｌ）及び、３０％以上の絞り（ＲＡ）を確保することが可能で、油圧シリンダ用シリンダロッドなどの用途に好適な丸鋼の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記に示す丸鋼の製造方法にある。
【００１０】
すなわち、「分塊圧延、ホットスカーフ及び仕上げ圧延の１ヒート圧延工程をこの順に経て丸鋼を製造する方法であって、質量％で、Ｃ：０．１〜０．５％、Ｓｉ：０．１〜０．５％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｓ：０．００１〜０．１％、Ｎｉ：０．０２〜０．２％、Ｃｒ：０．０５〜０．２％を含有するとともに、Ｖ：０．４％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０３％以下のうちの１種又は２種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、不純物中のＰは０．０５％以下で、しかも、表面温度を１２００〜９５０℃とした分塊圧延後の鋼片の表面を、ホットスカーファで溶削し、更に、鋼片圧延機で所定の形状に９００〜７５０℃の温度域で２０％以上の断面減少率で仕上げ圧延する丸鋼の製造方法。」である。
【００１１】
なお、仕上げ圧延温度としての「９００〜７５０℃」も被圧延鋼片の表面温度を指す。
【００１２】
本発明者らは、前記した課題を解決するために種々の検討を重ね、その結果、下記の知見を得た。
【００１３】
（ａ）分塊圧延後にホットスカーファによる溶削を行って表面疵の手入れを行うためには、少なくとも９５０℃以上の鋼片表面温度を確保することが重要である。
【００１４】
（ｂ）仕上げ圧延のままで３３５ＭＰａ以上のＹＳ、５９０ＭＰａ以上のＴＳ、１５％以上のＥｌ及び３０％以上のＲＡを確保するためには、化学組成を適正化した鋼を用いて、特定の温度域で仕上げ圧延する必要がある。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、化学成分の含有量の「％」は「質量％」を意味する。
【００１７】
（Ａ）鋼の化学組成
Ｃ：０．１〜０．５％
Ｃは、焼入れ性を高めて製品強度を上昇させる作用を有する。しかし、その含有量が０．１％未満では添加効果に乏しいため最終製品の強度が不足し、一方、０．５％を超えると強度上昇が大きくなりすぎて最終製品の切削性が低下するとともに靱性も低下する。したがって、Ｃの含有量を０．１〜０．５％とした。なお、Ｃの含有量は０．４〜０．５％とすることが好ましい。
【００１８】
Ｓｉ：０．１〜０．５％
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効な元素である。しかし、その含有量が０．１％未満では十分な脱酸効果が得られない。一方、０．５％を超えると熱間圧延過程でのフェライト脱炭を助長する場合がある。したがって、Ｓｉの含有量を０．１〜０．５％とした。なお、Ｓｉの含有量は０．１５〜０．３５％とすることが好ましい。
【００１９】
Ｍｎ：０．２〜２．０％
Ｍｎは、焼入れ性を高めて製品強度を上昇させる作用を有する。しかし、その含有量が０．２％未満では前記効果が十分には得られない。一方、２．０％を超えると、強度が上昇しすぎるとともに、延性と靱性の低下をきたす。したがって、Ｍｎの含有量を０．２〜２．０％とした。なお、Ｍｎの含有量は０．５〜１．５％とすることが好ましい。
【００２０】
Ｓ：０．００１〜０．１％
Ｓは、鋼中でＭｎＳとして存在し切削性を高める作用を有する。しかし、その含有量が０．００１％未満では添加効果に乏しく、一方、０．１％を超えて含有させてもその効果が飽和するばかりか、靱性の低下を招く。したがって、Ｓの含有量を０．００１〜０．１％とした。なお、Ｓの含有量は０．０１〜０．０５％とすることが好ましい。
【００２１】
Ｎｉ：０．０２〜０．２％
Ｎｉは、焼入れ性を高めて製品強度を上昇させる作用を有する。しかし、その含有量が０．０２％未満では前記効果が十分には得られない。一方、０．２％を超えると、圧延後の冷却のままでベイナイトやマルテンサイトといった硬質組織が生じて切削性が低下する場合がある。したがって、Ｎｉの含有量を０．０２〜０．２％とした。
【００２２】
Ｃｒ：０．０５〜０．２％
Ｃｒも、焼入れ性を高めて製品強度を上昇させる作用を有する。しかし、その含有量が０．０５％未満では前記効果が十分には得られない。一方、０．２％を超えると、圧延後の冷却のままでベイナイトやマルテンサイトといった硬質組織が生じて切削性が低下する場合がある。したがって、Ｃｒの含有量を０．０５〜０．２％とした。
【００２３】
本発明に係る丸鋼は、上記のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｎｉ及びＣｒに加え、Ｖ、Ａｌ、Ｎのうちの１種又は２種以上を含有する。以下、Ｖ、Ａｌ、Ｎの各元素に関して説明する。
【００２４】
Ｖ：０．４％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０３％以下
これらの元素はいずれも、結晶粒を微細化する作用を有する。Ａｌには、鋼の脱酸作用もある。上記の効果は不純物レベルの含有量であっても得られるが、より顕著にその効果を得るには、Ｖは０．００５％以上、Ａｌは０．０１％以上、Ｎは０．０１％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、Ｖは０．４％を超えて、Ａｌは０．１％を超えて、Ｎは０．０３％を超えて含有させるとその効果が飽和するばかりか、靱性の低下をきたす。したがって、添加する場合のこれら元素の含有量は、Ｖについては０．００５〜０．４％、Ａｌについては０．０１〜０．１％、Ｎについては０．０１〜０．０３％とするのがよい。
【００２５】
上記のＶ、Ａｌ、Ｎはいずれか１種のみ、又は２種以上の複合で含有する。
【００２６】
なお、本発明でいうＡｌとはｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）をいう。
【００２７】
本願明においては、不純物元素としてのＰの含有量を下記のように規定する。
【００２８】
Ｐ：０．０５％以下
Ｐは、粒界に偏析して靱性を低下させてしまう。特に、その含有量が０．０５％を超えると靱性の低下が著しくなる。したがって、不純物元素としてのＰの含有量を０．０５％以下とした。なお、不純物元素としてのＰの含有量は低ければ低いほどよいが、その極端な低減は製鋼コストを上昇させて素材鋼のコストを高くしてしまうので、工業的にはＰ含有量の低減は０．００５％程度までとするのがよい。
【００２９】
（Ｂ）分塊圧延した鋼片のホットスカーファによる処理を施す前の表面温度
上記（Ａ）項に記載の化学組成を有する鋼塊を分塊圧延して鋼片に成形した後、表面疵の手入れを行うためにホットスカーファで溶削処理が施される。この場合、鋼片の表面温度を１２００〜９５０℃とすることが極めて重要である。ホットスカーファによる処理を施す前の鋼片表面温度が１２００℃を超える場合には、加熱炉での燃焼量が多くなって燃料原単位が低下する。一方、９５０℃を下回る場合にはホットスカーファによる溶削処理が困難となって、仕上げ圧延後の製品に大きな表面疵が残存することとなる。したがって、分塊圧延した鋼片のホットスカーファによる処理を施す前の表面温度を１２００〜９５０℃とした。前記ホットスカーファによる処理を施す前の鋼片の表面温度は１０００℃以上とすることが好ましい。ここで、鋼片の表面温度の測定は通常の方法で行えばよく、例えば放射式温度計を用いて測定すればよい。
【００３０】
なお、分塊圧延した鋼片のホットスカーファによる処理を施す前の表面温度を前記１２００〜９５０℃とするためには、分塊圧延前の鋼塊は、これを１３００〜１０５０℃程度の温度域に加熱や均熱し、次いで、通常の方法で分塊圧延すればよい。
【００３１】
（Ｃ）鋼片圧延機による仕上げ圧延
ホットスカーファで表面を溶削した鋼片を、次に鋼片圧延機で仕上げ圧延して、所定の形状と機械的性質（つまり、３３５ＭＰａ以上のＹＳ、５９０ＭＰａ以上のＴＳ、１５％以上のＥｌ及び３０％以上のＲＡ）とを確保する。この仕上げ圧延は、９００〜７５０℃の温度域で２０％以上の断面減少率で行うことが極めて重要である。
【００３２】
仕上げ圧延の温度が９００℃を超える場合には、結晶粒が粗くなりＥｌやＲＡが低下して前記した所定の機械的性質を確保できず、一方、７５０℃を下回る場合には、圧延機に対する負荷が大きくなるし、圧延中に製品に「割れ」が生じることもある。したがって、仕上げ圧延の温度域を９００〜７５０℃とした。なお、上記温度域で仕上げ圧延してもその断面減少率が２０％未満の場合には、前記した所定の機械的性質が確保し難い。
【００３３】
したがって、本発明においては鋼片圧延機による仕上げ圧延を、９００〜７５０℃の温度域で２０％以上の断面減少率で行うこととした。なお、仕上げ圧延機による断面減少率は２０％以上でありさえすればよく、その上限については特に規定する必要はない。断面減少率の上限は鋼片圧延機の能力や、分塊圧延した鋼片のサイズと鋼片圧延機で仕上げ圧延する製品のサイズなどを勘案して適宜決定すればよい。
【００３４】
ここで、仕上げ圧延温度としての「９００〜７５０℃」が被圧延鋼片の表面温度を指すことは既に述べたとおりである。
【００３５】
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
【００３６】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す化学組成を有する鋼塊（鋳片）を１２５０〜１０００℃に加熱した後、通常の方法で分塊圧延して１８０ｍｍ角のサイズの鋼片にした。
【００３７】
【表１】
0004203982.tif 000002
【００３８】
次いで、ホットスカーファによる処理を施す前の鋼片表面温度を放射式温度計で測定した後、ホットスカーファで１．０ｍｍの溶削を施した。
【００３９】
ホットスカーフ後は、大気中放冷、強制空冷又は水冷して鋼片表面温度を種々に変化させて、鋼片圧延機で直径が１５０ｍｍの丸鋼に仕上げ圧延した。なお、この仕上げ圧延の断面減少率は４５．５％である。
【００４０】
表２に、ホットスカーファによる処理を施す前の鋼片表面温度、鋼片圧延機による仕上げ圧延の温度を鋳片の加熱温度とともに示す。なお、表２における試験番号９は、鋼片圧延機で仕上げ圧延する際の温度が低く、圧延荷重が過大となったため途中で圧延を中止した。
【００４１】
上記のようにして得た試験番号１〜８及び１０〜１２の直径１５０ｍｍの丸鋼の表面性状を調査し、更に各丸鋼ついて、中心からの「Ｄ／４」の位置（但し、Ｄは丸鋼の直径で１５０ｍｍ）からJIS Z 2201に記載の４号引張試験片を採取し、常温大気中での引張特性を調査した。なお、試験番号９の場合、途中で圧延を中止したため、上記の各調査は行わなかった。
【００４２】
表２に、表面性状、引張試験の調査結果を併せて示す。
【００４３】
【表２】
0004203982.tif 000003
【００４４】
表２から、本発明の方法で製造した試験番号１〜３及び１０〜１２の丸鋼は、所謂「１ヒート圧延」した場合でも表面性状に優れ、しかも、所望の機械的性質（つまり、３３５ＭＰａ以上のＹＳ、５９０ＭＰａ以上のＴＳ、１５％以上のＥｌ及び３０％以上のＲＡ）を有することが明らかである。
【００４５】
鋼の化学組成が本発明で規定する条件から外れた試験番号４と５の場合には、本発明の方法で製造してもＥｌとＲＡが低い。
【００４６】
一方、鋼の化学組成が本発明の規定を満たしても、製造条件が本発明で規定する条件から外れた試験番号６〜９の場合のうち、試験番号６はホットスカーフする前の鋼片表面温度が低かったので、表面疵が多く残存していた。又、仕上げ圧延温度が規定上限の９００℃を超えた試験番号７の場合のＥｌとＲＡは低いものであった。ホットスカーフする前の鋼片表面温度に低い部分があり、しかも、仕上げ圧延温度が規定上限の９００℃を超えた試験番号８の場合、表面疵が多く残存しており、ＥｌとＲＡは低いものであった。なお、仕上げ圧延温度が規定下限の７５０℃を下回る試験番号９の場合、前記したように圧延荷重が過大となったため途中で圧延を中止し、表面性状調査と引張試験は行わなかった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、低いコストで能率よく、表面性状に優れるとともに油圧シリンダ用ロッドなどに好適な機械的性質（つまり、３３５ＭＰａ以上のＹＳ、５９０ＭＰａ以上のＴＳ、１５％以上のＥｌ及び３０％以上のＲＡ）を有する丸鋼が製造できる。