(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％でＣ：０．６〜１．７％を含有する圧延鋼材を製造するに際し、
素材各部の中心温度が７００℃〜平衡状態図上のAcm点の温度域にあるように該素材を加熱炉で加熱した後、該加熱炉の抽出から仕上圧延終了までの全工程を通じて材料各部の中心温度が前記Acm点以下且つ７００℃以上の温度域であるようにするか又は該Acm点を超えることがあっても以下の式（１）で示されるV値が２．５以下となるように圧延を行い、
該仕上圧延終了後５００℃までを１℃／秒以下の冷却速度で徐冷することを特徴とする圧延鋼材の製造方法。
V＝ΔP・Δt・0.5・1011・・・式（１）
但し
Δt＝tx−tc
tc：素材の任意の部位（Xとする）がAcm点を超えた時刻［秒］
tx：時刻tc後素材の部位Xが再びAcm点より低くなる間で、素材の部位Xが最高温度に達した時の時刻［秒］
ΔP＝exp｛−246000／8.31／(273＋Tmax)｝−exp｛−246000／8.31／(273＋Acm)｝
Tmax：時刻txでの素材の部位Xの温度［℃］
Acm：平衡状態図上のAcm点［℃］
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、前記５００℃までの徐冷後に残熱を保持させたまま続いて６００℃〜Acm点より低い温度域に加熱して１２時間以内の所定の保持時間保持する再加熱を施すことを特徴とする圧延鋼材の製造方法。
【請求項３】
重量％でＣ：０．６〜１．７％を含有する圧延鋼材を製造するに際し、
素材各部の中心温度が６５０℃〜平衡状態図上のAcm点の温度域にあるように該素材を加熱炉で加熱した後、該加熱炉の抽出から仕上圧延終了までの全工程を通じて材料各部の中心温度が前記Acm点以下の温度域であるようにするか又は該Acm点を超えることがあっても以下の式（１）で示されるV値が２．５以下となるように圧延を行い、
該仕上圧延終了後に５５０℃〜（Acm−３０）℃の温度域に３０秒以内で冷却してその冷却温度に最大で１２時間保持し、その後に５００℃までを１℃／秒以下の速度で徐冷することを特徴とする圧延鋼材の製造方法。
V＝ΔP・Δt・0.5・1011・・・式（１）
但し
Δt＝tx−tc
tc：素材の任意の部位（Xとする）がAcm点を超えた時刻［秒］
tx：時刻tc後素材の部位Xが再びAcm点より低くなる間で、素材の部位Xが最高温度に達した時の時刻［秒］
ΔP＝exp｛−246000／8.31／(273＋Tmax)｝−exp｛−246000／8.31／(273＋Acm)｝
Tmax：時刻txでの素材の部位Xの温度［℃］
Acm：平衡状態図上のAcm点［℃］
【請求項４】
請求項３に記載の製造方法において、前記５００℃までの徐冷後に残熱を保持させたまま続いて６００℃〜Acm点より低い温度域に加熱して１２時間以内の所定の保持時間保持する再加熱を行うことを特徴とする圧延鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は軸受鋼等に好適な圧延鋼材の製造方法に関し、詳しくは圧延後の軟化熱処理を省略ないし短縮化可能な圧延鋼材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、線材又は棒材等の鋼材を圧延加工によって得る際、圧延加工後において軟化熱処理（球状化焼鈍し処理）を行い、加工性を高めることが行われている。
これは、圧延ままであると材料の変形能が低いためにその後の冷間加工，切断加工等の二次加工を良好に行うことができないためである。
【０００３】
圧延ままの材料の場合、その組織状態は図３(Ｂ)(イ)に示すようなものであって炭化物（セメンタイト）が層状に析出しており、その硬さは図３（Ａ）に示しているように例えばＨｖで４００程度の高いものであって、このままでは冷間加工，切断加工等の二次加工を行うことが実際上困難である。
【０００４】
そのため、従来にあっては炭化物を球状化させるための軟化熱処理を施していた。
図３(Ｂ)(ロ)はその軟化熱処理（SA処理）を行った後の組織状態を示したもので、このような軟化熱処理を施すことによって材料硬さを二次加工に必要な硬さまで落とすことができる。
【０００５】
二次加工に必要な硬さは一般にＨｖで３００以下とされており、必要な二次加工の種類等に応じて軟化熱処理の条件が定められ、種々の硬さに調整される。
例えば図３(Ｂ)(ロ)に示す組織状態の完全焼鈍し処理の場合、硬さをＨｖ２００程度まで落とすことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この軟化熱処理は例えば図３（Ｃ）に示しているように炉内温度７９０℃の加熱炉内部を送り速度３ｍ／ｈｒ程度で移動させて加熱を実行するものであって、全在炉時間は例えば２６．５ｈｒにも及ぶ非常な長時間を要する処理工程となる。
このためこの軟化熱処理のために多大なエネルギーを必要とするのみならず、軟化熱処理によって生産性を低下させてしまうといった問題が生じていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の発明はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１の圧延鋼材の製造方法は、重量％でＣ：０．６〜１．７％を含有する圧延鋼材を製造するに際し、素材各部の中心温度が７００℃〜平衡状態図上のAcm点の温度域にあるように該素材を加熱炉で加熱した後、該加熱炉の抽出から仕上圧延終了までの全工程を通じて材料各部の中心温度が前記Acm点以下且つ７００℃以上の温度域であるようにするか又は該Acm点を超えることがあっても以下の式（１）で示されるV値が２．５以下となるように圧延を行い、該仕上圧延終了後５００℃までを１℃／秒以下の冷却速度で徐冷することを特徴とする。
V＝ΔP・Δt・0.5・1011・・・式（１）
但し
Δt＝tx−tc
tc：素材の任意の部位（Xとする）がAcm点を超えた時刻［秒］
tx：時刻tc後素材の部位Xが再びAcm点より低くなる間で、素材の部位Xが最高温度に達した時の時刻［秒］
ΔP＝exp｛−246000／8.31／(273＋Tmax)｝−exp｛−246000／8.31／(273＋Acm)｝
Tmax：時刻txでの素材の部位Xの温度［℃］
Acm：平衡状態図上のAcm点［℃］
【０００８】
請求項２の製造方法は、請求項１に記載の製造方法において、前記５００℃までの徐冷後に残熱を保持させたまま続いて６００℃〜Acm点より低い温度域に加熱して１２時間以内の所定の保持時間保持する再加熱を施すことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の製造方法は、重量％でＣ：０．６〜１．７％を含有する圧延鋼材を製造するに際し、素材各部の中心温度が６５０℃〜平衡状態図上のAcm点の温度域にあるように該素材を加熱炉で加熱した後、該加熱炉の抽出から仕上圧延終了までの全工程を通じて材料各部の中心温度が前記Acm点以下の温度域であるようにするか又は該Acm点を超えることがあっても以下の式（１）で示されるV値が２．５以下となるように圧延を行い、該仕上圧延終了後に５５０℃〜（Acm−３０）℃の温度域に３０秒以内で冷却してその冷却温度に最大で１２時間保持し、その後に５００℃までを１℃／秒以下の速度で徐冷することを特徴とする。
V＝ΔP・Δt・0.5・1011・・・式（１）
但し
Δt＝tx−tc
tc：素材の任意の部位（Xとする）がAcm点を超えた時刻［秒］
tx：時刻tc後素材の部位Xが再びAcm点より低くなる間で、素材の部位Xが最高温度に達した時の時刻［秒］
ΔP＝exp｛−246000／8.31／(273＋Tmax)｝−exp｛−246000／8.31／(273＋Acm)｝
Tmax：時刻txでの素材の部位Xの温度［℃］
Acm：平衡状態図上のAcm点［℃］
【００１０】
請求項４の製造方法は、請求項３に記載の製造方法において、前記５００℃までの徐冷後に残熱を保持させたまま続いて６００℃〜Acm点より低い温度域に加熱して１２時間以内の所定の保持時間保持する再加熱を行うことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
上記のように本発明では、圧延加工に先立つ素材の加熱に際して図１（イ）に示しているようにこれを７００℃〜Acm点の温度範囲で行う。このようにすることによって、素材の加熱に際して素材中の炭化物を残存させたまま加熱を終了することができる。
尚加熱炉からの抽出温度が低温になると変形抵抗が増加してその後の圧延が困難となるため、加熱温度の下限値は７００℃としておく必要がある。
【００１２】
本発明ではまた、加熱炉からの抽出から仕上圧延終了までの全工程を通じて材料温度がAcm点以下の温度域にあるようにするか又は図２（イ）に示しているようにAcm点を超えることがあっても上記式（１）で示されるV値が２．５以下となるように圧延を行う。
ここで材料温度をAcm点以下の温度に保持するのは、このAcm点を超えて材料温度が高くなると炭化物がオーステナイトマトリックス中に固溶してしまうことから、材料温度をAcm点以下の温度に保持することによって、仕上圧延終了まで材料中の炭化物を残存させておくためである。
【００１３】
但し本発明者等の研究によると、炭化物がオーステナイト中に完全に固溶する条件はAcm点のみで決定するのではなく、Acm点を超えている時間と温度とに関係することが分った。
更に詳しく調査を進めた結果、炭化物がオーステナイトへ固溶する際の活性化エネルギーを使用して導出した式（１）により求まるVの値によって、炭化物のオーステナイトへの固溶量を規制し得ることが分った。
【００１４】
このVの値は炭化物がオーステナイトに固溶する危険度を表す数値であって、抽出から仕上圧延終了までこのVの値が２．５を超えないように制御することによって、仕上圧延終了まで炭化物を残存させ、引続き行われる冷却により炭化物を球状化させることが可能であるということが分った。
従って本発明では材料温度がAcm点を超えることがあってもVの値が２．５を超えないように圧延を制御する。
【００１５】
本発明では仕上圧延終了後、共析変態が完了する５００℃までを１℃／秒以下の冷却速度で徐冷を行う。
このような徐冷を行うことによって、圧延中に分断した炭化物を球状化させることができ、またオーステナイトから炭化物をその結晶粒界に沿って点状（粒状）に析出させることができ、更に加えて徐冷を行うことによって、共析変態の際に生ずるラメラー層の間隔を広くすることができ、これらによって圧延材の硬さを軟らかくすることができる。
尚、仕上圧延後の冷却は短時間で終了できることが望ましく、そこで本発明ではこの徐冷は共析変態が完了する５００℃までとした。
【００１６】
尚、本発明では仕上圧延終了までの全圧延工程を通じて材料温度を７００℃以上（材料中心温度）の温度に保持しておく。
材料温度がこれよりも低いと変形抵抗が大きくなってロールの損耗や割れ等を引き起こしてしまう。
【００１７】
本発明においては、図１(ロ)，図２(ロ)に示しているように上記５００℃までの徐冷後において残熱を保持させたまま、続いて６００℃〜Acm点（望ましくはAc1点。以下同じ）より低い温度域に加熱して１２時間以内の所定の保持時間保持する再加熱を施すことができる（請求項２）。
このような再加熱処理を施すことによって、球状化が不十分な炭化物を十分に球状化させ且つ既に球状化した炭化物を凝集させることで更に軟化した組織を得ることができる。
【００１８】
本発明ではまた、図１(ハ)，図２(ハ)に示しているように仕上圧延終了後に５５０℃〜（Acm−３０）℃の温度域に３０秒以内で冷却してその冷却温度に最大で１２時間保持する処理を行い、その後に５００℃までを１℃／秒以下の速度で徐冷するようになすことができる（請求項３）。
【００１９】
本発明者等の研究によると、仕上圧延終了後において上記のような冷却及びその冷却温度での保持を行った場合、炭化物量が少ない領域のオーステナイト結晶粒界に炭化物を点状（粒状）に多量に析出させ得て（このときの炭化物は徐冷の際に析出する炭化物よりも小さい）炭化物が均一に分布した組織とすることができることが分った。
【００２０】
即ち本発明者等の研究によると、上記の条件で圧延加工を行った場合、仕上圧延直後の組織は炭化物が不均一に分布した組織となる。
従って仕上圧延直後に直接徐冷を行った場合、炭化物が残存していた部分はその炭化物が球状化するが、他の部分では炭化物の粒状析出が少なく、多くは共析変態によって層状炭化物となってしまう。炭化物が層状に析出した状態であると当然ながら材料硬さは硬くなってしまう。
【００２１】
しかるに上記冷却処理を行った場合、炭化物量が少ない領域の結晶粒界に炭化物を点状に多く析出させ得、この結果組織全体に亘って炭化物が均一に分布した状態とすることができる。
従ってその後に行われる徐冷により大部分に亘って炭化物が球状化した組織を得ることができる。
【００２２】
またこのように仕上圧延直後に上記のような冷却を行うことで、後続する徐冷期間を短縮することができ、全体として処理時間を短縮化できる効果も得られる。
【００２３】
本発明においては、図１(ニ)，図２(ニ)に示しているように上記のような冷却及び徐冷処理に続いて請求項２と同様にその後に再加熱処理を行うことができる（請求項４）。
このような再加熱処理を行うことによって、球状化が不十分な炭化物をより十分に球状化させ、また既に球状化した炭化物を凝集させることでより軟化した組織を得ることができる。
【００２４】
【実施例】
次に本発明の実施例を以下に詳しく説明する。
１５５ｍｍ角×１２ｍの大きさのＳＵＪ２圧延鋼片を以下のようにして製造し、硬さ測定を行った。
尚本鋼のAcm点は８８０℃である。
【００２５】
＜実施例Ａ１＞
表１に示しているように素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が８６９℃となるように圧延条件を制御して圧延を行った。そして最終パス直後に０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、その後常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物と球状化炭化物が混在しており、硬さは中心部でＨｖ３０５であった。
【００２６】
＜比較例Ａ１＞
素材中心部が１０５０℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１１９０℃となるように圧延条件を制御して圧延を行った。そして実施例Ａ１と同様に最終パス直後に０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、その後常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ４１０であった。
【００２７】
＜実施例Ａ２＞
素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が８６９℃となるように圧延条件を制御して圧延を行った。そして最終パス直後に０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き７３０℃まで加熱し４５分間その温度に保持した後、常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物と球状化炭化物が混在しており、硬さは中心部でＨｖ２９５であった。
【００２８】
＜比較例Ａ２＞
素材中心部が１０５０℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１１９０℃となるように圧延条件を制御して圧延を行った。そして実施例Ａ２と同様に最終パス直後に０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き７３０℃まで加熱し４５分間その温度に保持した後、常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ４０５であった。
【００２９】
＜実施例Ａ３＞
素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が８６９℃となるように圧延条件を制御して圧延を行った。そして最終パス直後に水冷にて３秒で７５０℃まで急冷しその温度で５秒間保持した後、０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物と球状化炭化物が混在しており、硬さは中心部でＨｖ２６５であった。
【００３０】
＜比較例Ａ３＞
素材中心部が１０５０℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１１９０℃となるように圧延条件を制御して圧延を行った。そして実施例Ａ３と同様に最終パス直後に３秒で７５０℃まで急冷しその温度で５秒間保持した後、０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ４０８であった。
【００３１】
＜実施例Ａ４＞
素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が８６９℃となるように圧延条件を制御して圧延を行った。そして最終パス直後に７５０℃に急冷しその温度で５秒間保持した後、０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き７３０℃まで加熱し４５分間その温度に保持した後、常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物と球状化炭化物が混在しており、硬さは中心部でＨｖ２３０であった。
【００３２】
＜比較例Ａ４＞
素材中心部が１０５０℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１１９０℃となるように圧延条件を制御して圧延を行った。そして実施例Ａ４と同様に最終パス直後に７５０℃に急冷しその温度で５秒間保持した後、０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き７３０℃まで加熱し４５分間その温度に保持した後、常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ３２０であった。
【００３３】
【表１】
0004253922.tif 000002
【００３４】
＜実施例Ｂ１＞
表２に示しているように素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１０５２℃となるように圧延条件を制御した。このとき上記式（１）により求まるVの値は１．８である。そして最終パス直後に０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、その後常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物と球状化炭化物が混在しており、硬さは中心部でＨｖ３０７であった。
【００３５】
＜比較例Ｂ(Ｉ)１＞
素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１０７３℃となるように圧延条件を制御した。このとき式（１）により求まるVの値は２．７である。そして実施例Ｂ１と同様に最終パス直後に０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、その後常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ４０８であった。
【００３６】
＜比較例Ｂ(II)１＞
素材中心部が１０５０℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１１９０℃となるように圧延条件を制御した。そして実施例Ｂ１と同様に最終パス直後に０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、その後常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ４１０であった。
【００３７】
＜実施例Ｂ２＞
素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１０５２℃となるように圧延条件を制御した。このとき式（１）により求まるVの値は１．８である。そして最終パス直後に０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き７３０℃まで加熱しその温度で４５分間保持した後、常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物と球状化炭化物が混在しており、硬さは中心部でＨｖ２９６であった。
【００３８】
＜比較例Ｂ(Ｉ)２＞
素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１０７３℃となるように圧延条件を制御した。このとき式（１）により求まるVの値は２．７である。そして実施例Ｂ２と同様に最終パス直後に０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き７３０℃まで加熱しその温度で４５分間保持した後、常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ４０５であった。
【００３９】
＜比較例Ｂ(II)２＞
素材中心部が１０５０℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１１９０℃となるように圧延条件を制御した。そして実施例Ｂ２と同様に最終パス直後に０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き７３０℃まで加熱しその温度で４５分間保持した後、常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ４０５であった。
【００４０】
＜実施例Ｂ３＞
素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１０５２℃となるように圧延条件を制御した。このとき式（１）により求まるVの値は１．８である。そして最終パス直後に水冷にて３秒で７５０℃まで急冷しその温度に５秒間保持した後、０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物と球状化炭化物が混在しており、硬さは中心部でＨｖ２６６であった。
【００４１】
＜比較例Ｂ(Ｉ)３＞
素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１０７３℃となるように圧延条件を制御した。このとき式（１）により求まるVの値は２．７である。そして実施例Ｂ３と同様に最終パス直後に３秒で７５０℃まで急冷しその温度に５秒間保持した後、０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ４０１であった。
【００４２】
＜比較例Ｂ(II)３＞
素材中心部が１０５０℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１１９０℃となるように圧延条件を制御した。そして実施例Ｂ３と同様に最終パス直後に７５０℃に急冷しその温度に５秒間保持した後、０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ４０８であった。
【００４３】
＜実施例Ｂ４＞
素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１０５２℃となるように圧延条件を制御した。このとき式（１）により求まるVの値は１．８である。そして最終パス直後に７５０℃に急冷しその温度に５秒間保持した後、０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き７３０℃まで加熱しその温度で４５分間保持した後、常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物と球状化炭化物が混在しており、硬さは中心部でＨｖ２３４であった。
【００４４】
＜比較例Ｂ(Ｉ)４＞
素材中心部が８００℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１０７３℃となるように圧延条件を制御した。このとき式（１）により求まるVの値は２．７である。そして実施例Ｂ４と同様に最終パス直後に７５０℃に急冷しその温度に５秒間保持した後、０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き７３０℃まで加熱しその温度で４５分間保持した後、常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ３２０であった。
【００４５】
＜比較例Ｂ(II)４＞
素材中心部が１０５０℃になるように加熱し、圧延中の素材中心部の最高到達温度が１１９０℃となるように圧延条件を制御した。そして実施例Ｂ４と同様に最終パス直後に７５０℃に急冷しその温度に５秒間保持した後、０．５℃／秒の冷却速度で５００℃まで冷却し、引続き７３０℃まで加熱しその温度で４５分間保持した後、常温まで空冷した。
得られた組織は層状炭化物であり、硬さは中心部でＨｖ３２０であった。
【００４６】
【表２】
0004253922.tif 000003
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば炭化物が球状に均一に分布した軟化組織を得ることができ、従って本発明によればその後において従来のような球状化焼鈍し処理（軟化熱処理）を施す必要がなくなり或いはその処理を短縮化することができ、従ってそのために必要なエネルギーと処理時間を大幅に節約することができ、また生産性を大幅に高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例方法の説明図である。
【図２】本発明の図１とは異なる実施例方法の説明図である。
【図３】本発明の背景説明のための説明図である。
【図１】
0004253922.tif 000004
【図２】
0004253922.tif 000005
【図３】
0004253922.tif 000006