(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．２５〜０．６０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．１０〜１．００ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．６０〜２．５０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００２０〜０．０１２０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０５〜０．５ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる円柱形状の鋼素材を、８５０〜１３００℃に加熱したのち、９５０℃以下の熱間圧延のみにより丸鋼材（但し、中空圧延棒鋼は除く）とすることを特徴とする圧延まま非調質丸鋼材の製造方法。
【請求項２】
上記成分組成に加えてさらに、Ｃｒ：０．１５〜０．６０ｍａｓｓ％を含有することを特徴とする請求項１に記載の圧延まま非調質丸鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延のままで使用される丸鋼材（棒鋼、線材など）の断面内における均質性を改善するための非調質丸鋼材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、棒鋼、線材など長軸方向に垂直な断面形状（以下、単に断面形状と称す）が丸形である丸鋼材は、熱間加工後に、焼入れ・焼きもどしなどの調質処理を施して製造され、例えば機械構造用鋼などとして使用されている。調質処理した丸鋼材は、その後、切削加工により所望の形状として製品となる。
【０００３】
ところが、このような、調質処理を伴う従来からの丸鋼材の製造工程では、焼入れ、焼きもどしなどの工程に多大の熱エネルギーを必要とするために、最近、このような調質処理工程を省略し、熱間圧延のままで使用可能な非調質鋼の開発盛んに行われるようになってきた。例えば、特開昭６１−２１０１５３号公報には、成分および圧延後の冷却速度を規定して、オーステナイト域もしくはオーステナイト・フェライト２相域で加工を終了する技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で製造される非調質丸鋼材は断面内の円周方向で機械的性質が一様ではないという問題があった。このような現象は、非調質鋼では熱間圧延後に熱処理が行われないために、熱間圧延のままの状態で、圧延によって生じた断面内での不均一な金属組織（結晶粒径）がそのまま製品の金属組織となるからである。したがって、熱間圧延のままであっても、断面内円周方向で結晶粒径が一様であり、機械的性質が均一である非調質丸鋼材が要請されるが、これまでにこのような観点での研究は少なく、製造する技術もなかった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、断面内の円周方向における結晶粒径が均一で機械的性質も一様な非調質丸鋼材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題を解決するためには、鋼素材を加熱して均一なオーステナイト組織とし、その後の熱間圧延においては、圧延により蓄積される加工歪み量が断面内円周方向で一様になるようにすることが必要であると考えて実験を重ねた。その結果、圧延素材、加熱温度、熱間圧延条件を適正化することに目標を達成できることを見いだし本発明を完成した。
【０００７】
すなわち本発明は、Ｃ：０．２５〜０．６０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．１０〜１．００ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．６０〜２．５０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００２０〜０．０１２０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０５〜０．５ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる円柱形状の鋼素材を、８５０〜１３００℃に加熱したのち、９５０℃以下の熱間圧延のみにより丸鋼材（但し、中空圧延棒鋼は除く）とすることを特徴とする圧延まま非調質丸鋼材の製造方法である。
本発明の上記鋼素材は、上記成分組成に加えてさらに、Ｃｒ：０．１５〜０．６０ｍａｓｓ％を含有することを特徴とする。
上記各発明を適用する鋼は、フェライト・パーライト型非調質鋼が好適である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、加熱により均一なオーステナイト組織とした後、圧延により蓄積される歪み量が断面内で一様になるように熱間圧延することを基本的な考え方とするものである。
そのために、断面が円形である円柱形状の素材（以下、丸素材と称す）を圧延素材とし、この素材を均一なオーステナイト組織となるように加熱し、その後は圧延中に再結晶しないように、すなわち圧延中に蓄積される歪み量が円周方向で一様になるように熱間圧延して、最終的に丸形の断面をもつ丸鋼材とするのである。
【０００９】
まず、本発明における熱間圧延の素材には丸素材を用いる。従来の丸鋼材の製造方法では、方形の断面を有する素材（以下、角素材と称す）を用いるのが一般的であった。
図１は、従来法および本発明法に従う素材を用いる丸鋼材の製造工程の簡略図である。この図のように、素材から、（ｂ）〜（ｄ）のフラットロールによる圧延と、（ｅ）〜（ｇ）の穴型ロールによる圧延を経て最終スタンドにて４ロールの圧延により丸鋼材が製造される。なお、図１ではフラットロールおよび穴型ロールによる圧延のスタンド数をそれぞれ３スタンドの場合を示したが、丸鋼材の製品寸法、圧延時の断面減少率（減面率）等の点から、実際にはより多数の圧延スタンドを必要とするのが一般的である。
【００１０】
さて、図１において、角素材（ａ１）を用いる従来方法では、素材から丸鋼材までの、断面内での円周方向の加工度合いが異なる。一方、丸素材（ａ２）を用いて圧延する場合には、断面内円周方向での加工度合いが一様になる。このことを図２により具体的に説明する。
図２は、一辺１５０ｍｍの角素材と、断面積がほぼ等しい１７０ｍｍ径の丸素材から、それぞれ５０ｍｍ径の丸鋼材を製造するときに、角度θにおける素材の中心から外周までの長さａと、丸鋼材の中心から外周までの長さｂとの比（ａ／ｂ）で求められる断面内における圧下比と円周方向角度θとの関係を示したものである。図２から明らかなように、角素材を用いるときには圧下比は９〜１８％の範囲で大きく変化するのに対して、丸素材では１２％で一定値である。
【００１１】
上述したように、本発明では、熱間圧延のための素材を丸素材とすることを必要とするが、それとともに熱間圧延に先立つ加熱温度と熱間圧延温度に留意することが必要である。
加熱は圧延前の初期組織（オーステナイト粒径）を極力均一のものとするために必要であり、その温度範囲は８５０〜１３００℃で行う。この温度が８５０℃に満たないと、均一なオーステナイト粒径にはならないばかりか、過度な圧延負荷を要するからであり、１３００℃を超えて加熱すると、スケールの多量発生による歩留り低下および加熱原単位が高くなるからである。したがって、本発明では丸素材を８５０〜１３００℃の温度範囲に加熱してから熱間圧延に供する。
【００１２】
また、本発明では、丸素材を用いて丸鋼材を製造するまでの全熱間圧延工程において、再結晶させることなく熱間圧延する必要がある。熱間圧延中に再結晶が生じると、最終製品の丸鋼材に至るまでの途中の段階で、図１の楕円状の穴型ロールで圧延する際に、断面内円周方向での再結晶挙動（蓄積歪み量）が異なり、結果として断面内円周方向でのオーステナイト粒径が異なり、最終製品としたときの結晶粒径ひいては機械的性質が円周方向で大きく変動するからである。全熱間圧延工程において再結晶させないように圧延すると、圧延開始時の素材および最終製品の断面がいずれも丸形状であるので、圧延により蓄積する歪み量も断面内円周方向で均一なものとなる。
したがって、本発明の熱間圧延はすべて非再結晶域で行うものとする。ここに、本発明が対象とする非調質鋼では、通常の圧延速度で再結晶が起こる温度域は９５０℃を超える温度域であるので、本発明における熱間圧延は９５０℃以下、好ましくは９００℃以下とすればよい。なお、再結晶の有無は、圧延中の圧延材を、圧延温度から急冷することにより確認することが可能である。
【００１３】
上述した発明方法は、従来から既知の非調質丸鋼の成分組成（以下、質量％で表す）を有するものにそのまま適用できる。とくに、フェライト・パーライト型非調質鋼では、Ｃ：0.25〜0.60％、Si：0.10〜1.00％、Mn：0.60〜2.50％、Al：0.005 〜0.060 ％、Ｎ：0.0020〜0.0120％を含有し、残部は実質的にFeからなるもの、あるいは必要に応じて、さらにＶ：0.05〜0.5 ％、Cr：0.15〜0.60％のうちから選ばれる１種以上を含むものが好適である。
【００１４】
これら元素の添加理由について説明する。
Ｃ：0.25〜0.60％
Ｃは、強度とくに表面硬さを確保するために0.25％以上含有することが必要であるが、0.60％を超えると硬さが高くなりすぎて靱性が低下する。このため、Ｃ含有量は0.25〜0.60％、好ましくは0.40〜0.55％の範囲とするのがよい。
【００１５】
Si：0.10〜1.00％
Siは、製鋼時の脱酸剤として、また強度確保に有用な元素である。とくに強度確保の上からは0.10％を添加することが望ましい。一方、1.00％を超えて添加すると靱性が低下する。よって、Si含有量は0.10〜1.00％、好ましくは0.10〜0.50％の範囲とするのがよい。
【００１６】
Mn：0.60〜2.50％
Mnは、靱性の向上に必要な元素であり、0.60％以上の添加でこのような効果が得られる。一方、2.50％を超えて添加すると靱性がかえって低下する。よって、Mn含有量は0.60〜2.50％、好ましくは1.00〜2.00％の範囲とするのがよい。
【００１７】
Al：0.005 〜0.060 ％
Alは、脱酸剤として作用するほか、鋼中でＮと結合してAlＮとなり、結晶粒の微細化に影響を及ぼす元素である。Al含有量が0.005 ％未満では結晶粒の微細化効果が小さく、一方0.060 ％を超えるとかえって結晶粒が粗大化する。よって、Alは0.005 〜0.060 ％、好ましくは0.025 〜0.050 ％の範囲で添加する。
【００１８】
Ｎ：0.0020〜0.0120％
Ｎは、Alと共存して結晶粒を微細化する作用を有する元素であり、その作用は0.0020％以上の添加で得られる。一方、0.0120％を超えて添加すると機械的性質が劣化する。よって、Ｎ含有量は0.0020〜0.0120％、好ましくは0.0020〜0.0100％の範囲とするのがよい。
【００１９】
Ｖ：0.05〜0.5 ％
Ｖは、強度および靱性の確保に有用な元素であり、とくに調質材を代替しうる特性を得るには0.05％以上の添加が望ましい。一方、0.5 ％を超えて添加すると、強度は高くなるものの、靱性がかえって低下する。このためＶは0.05〜0.5 ％、好ましくは0.10〜0.50％の範囲で添加する。
【００２０】
Cr：0.15〜0.60％
Crは、強度と靱性のバランスを改善する元素である。この効果は0.15％以上の添加で発現するが、0.60％を超えて添加すると靱性が劣化するので、0.15〜0.60％の範囲とする。
【００２１】
【実施例】
成分組成がＣ：0.48％、Si：0.25％、Mn：1.55％、Al：0.035 ％、Ｎ：0.080％、Ｖ：0.20％を含有し、残部は実質的にFeからなる一辺１５０ｍｍの角素材（比較法）と１７０ｍｍ径の丸素材（発明法）を、９８０℃に加熱し、表１に示す圧延スケジュールにより圧延して５０ｍｍ径の丸鋼材を製造した。これらの圧延の各段階で、圧延材料を急冷することにより再結晶の有無を調査し、その結果を表１に併記する。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
得られた丸鋼材から、１４ｍｍφ×６０ｍｍサイズの引張試験片（ＪＩＳ  Ｚ２２０１に示される４号試験片は材料直径の１／４とする）を採取し、機械的性質を調べた。
図３に、降伏強さと伸びの断面内円周方向の分布を示す。図示しなかったが、引張強さ、絞りの分布も同様な傾向であった。図３から、発明例では、断面内円周方向の機械的性質が極めて均一に分布していることがわかる。これに対し、製品である丸鋼材とは非相似形の素材から圧延した比較法では、機械的性質の断面内円周方向での変動が大きかった。これらの機械的性質の分布傾向は、丸鋼材の断面顕微鏡観察による旧オーステナイト結晶粒径が、発明法の丸鋼材で２０〜３０μｍ相当、比較法の丸鋼材で１５〜３５μｍ相当となった結晶粒径の分布傾向と符合していた。ここで、結晶粒径は円形に換算した直径とする。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、断面内の円周方向で、機械的性質などが一様で、均質な丸鋼材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】丸鋼材の圧延工程を示す概略図である。
【図２】断面形状が異なる素材から丸鋼材に加工する場合の鍛練成形比の断面円周方向分布を示す図である。
【図３】丸鋼材の降伏強度および伸びの断面内円周方向の分布を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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