轧制线材及其制造方法

轧制线材及其制造方法
【专利摘要】一种轧制线材，其化学成分以质量％计含有C：0.95％～1.10％、Si：0.10％～0.70％、Mn：0.20％～1.20％、Cr：0.90％～1.60％，余量包含Fe以及不可避免的杂质，金属组织以面积率计包含90％以上100％以下的珠光体、0％以上5％以下的初析渗碳体、以及0％以上10％以下的具有粒状渗碳体的准珠光体，所述珠光体的珠光体块的平均径为1.0μm以上15μm以下，且所述珠光体块的最大径为所述平均径的1倍以上4倍以下。
【专利说明】轧制线材及其制造方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及不实施球化热处理，能够以热轧态拉丝的轴承用高碳钢轧制线材。
[0002] 本申请基于2012年1月20日在日本申请的专利申请2012-010042号要求优先权， 将其内容援引到这里。

【背景技术】
[0003] 高碳低合金线材，作为球轴承的钢球、滚子轴承的滚子等的原材料（轴承钢）使 用。在这些轴承钢的一般的制造方法中，在拉丝加工前进行球化热处理等。另外，虽然在该 球化热处理后进行拉丝加工，但一部分的细径的轴承钢，因拉丝所致的加工硬化而发生断 线，因此在拉丝加工途中进一步进行退火。
[0004] JIS G4805 :2008(或者IS0683-17 :1999)中规定的轴承钢，是C (碳）含量在共析 点以上的过共析钢，并且，添加有Cr (铬）。因此，通过初析渗碳体、马氏体的析出，拉丝加工 性显著降低。因此，现状是如上所述在拉丝加工前进行了球化热处理。但是，该球化热处理 成为生产效率恶化、成本增加的因素。近年，为了削减成本，省略了该球化热处理，需求即使 是热轧态下拉丝加工性也优异的轴承用高碳钢轧制线材。
[0005] 关于拉丝加工性优异的高碳钢线材，专利文献1公开了一种钢线材，其通过规定 为铁素体的平均粒径20 μ m以下、以及最大粒径120 μ m以下，拉丝加工性提高。但是，专利 文献1并不以省略球化热处理为目的，未进行Cr含量多的合金组成下的技术研究。根据本 发明人的研究，即使使最大粒径的上限为120 μ m，也未必能得到良好的拉丝加工性。另外， 该专利文献的权利要求中记载的制造方法，是以15°C /秒以上的冷却速度冷却到630°C以 下之后，进一步加热的复杂工序。因此，在实机制造中设备成本高，担心钢材成本增加。
[0006] 专利文献2公开了通过珠光体团（pearlite colony)的微细化、以及初析渗碳体的 增加，拉丝加工性提高的钢线材。但是，根据本发明人的研究，即使将珠光体团微细化，也未 必能得到充分的拉丝加工性。另外，专利文献2以初析渗碳体微细、较多地分散为主旨。但 是，根据本发明人的研究，当初析渗碳体的析出量过量时，确认到拉丝加工性降低。另外确 认到，虽然能够容许少许的初析渗碳体的析出，但是可能的话，希望初析渗碳体不析出。也 就是说，本发明的技术思想与专利文献2的技术思想不同。
[0007] 另外，专利文献3公开了一种钢线材，其通过将被初析渗碳体包围的区域控制在 20 μ m以下，拉丝加工性提高。但是，根据本发明人的研究，即使将由初析渗碳体包围的区域 微细化，也未必能够得到拉丝加工性提高的结果。另外，可以看到与专利文献2同样地，专 利文献3也以初析渗碳体的积极的析出为技术思想。也就是说，专利文献3的技术思想与 本发明的技术思想不同。
[0008] 而且，专利文献4公开了一种钢线材，其通过使初析渗碳体的面积率为3%以上、 片层间隔为〇. 15 μ m以下，拉丝加工性提高。但是，本发明人研究的结果，如果将片层间隔 微细化，则强度变高，因此对装置和拉模的负担变大，存在拉模寿命降低的问题。
[0009] 专利文献5以及专利文献6公开了通过抑制初析渗碳体的析出，拉丝加工性提高 的钢线材及其制造方法。确实，通过抑制初析渗碳体的析出，能够确认到拉丝加工性的提 高。但是，要将初析渗碳体的面积率抑制在3%以下的话，需要急冷到规定的温度后，缓冷。 因此，设备成本变高,担心钢材成本增加。
[0010] 在先技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1:日本国特开2006-200039号公报
[0013] 专利文献2:日本国特开2004-100016号公报
[0014] 专利文献3:日本国特开2003-129176号公报
[0015] 专利文献4:日本国特开2003-171737号公报
[0016] 专利文献5:日本国特开平08-260046号公报
[0017] 专利文献6:日本国特开2001-234286号公报


【发明内容】

[0018] 本发明是为解决上述以往的问题而创作的，其目的是提供能够省略拉丝加工前的 球化热处理的拉丝加工性优异的轴承用高碳钢轧制线材。另外，本发明的一方式涉及的轧 制线材以在制造成本方面也优异为目的。
[0019] 本发明人详细研究了高碳钢轧制线材的金属组织与拉丝加工性的关系。其结果得 到了以下见解：(A)虽然初析渗碳体的过量的析出使拉丝加工性降低，但是即使少许地析 出初析渗碳体，通过珠光体块的微细化等，拉丝加工性也提高；(B)通过添加 Cr，即使轧制 线材的冷却速度小，珠光体块的大小也被微细化；(C)对拉丝加工性的提高，不仅珠光体块 的大小的平均值，珠光体块的大小的偏差也产生影响，此外，片层间距的粗大部、粒状渗碳 体等的金属组织的偏差、乳制线材的强度、其强度的偏差等也发生影响；(D)通过减慢轧制 线材的冷却速度，且减小部位间的温度差，可抑制金属组织和强度的偏差，能够进一步提高 拉丝加工性；等等,从而完成了本发明。
[0020] 本发明的要旨如下。
[0021] (1)本发明的一方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材，化学成分以质量％计，含有 C :0· 95%?1. 10%、Si :0· 10%?0· 70%、Mn :0· 20%?1. 20%、Cr :0· 90%?1. 60%，余量 包含Fe以及不可避免的杂质，金属组织以面积率计包含90 %以上100 %以下的珠光体、0 % 以上5%以下的初析渗碳体、以及0%以上10%以下的具有粒状渗碳体的准珠光体，上述珠 光体的珠光体块的平均径为1. 〇 μ m以上15 μ m以下，且上述珠光体块的最大径为上述平均 径的1倍以上4倍以下，抗拉强度是单位为MPa的下述式1所示的上限强度TS1以下。
[0022] TS1 = 1500 X (1-0. 5 X In (DQ/5. 5)) -150 X exp (dp/15-l) -120 X (exp (Α θ /5) -1) -8 0Xexp(Ap'/10-l) · · ·(式 1)
[0023] 在此，:是单位为mm的上述轧制线材的线径、dp :是单位为μ m的上述珠光体块 的上述平均径、ΑΘ :是单位为％的上述初析渗碳体的面积率、Ap' ：是单位为％的上述准珠光 体的面积率。
[0024] (2)上述（1)所述的轧制线材中，上述化学成分以质量％计，可以进一步含有Mo : 大于0%且为0. 25%以下、B :大于0%且为0.0025%以下中的任一种或两种。
[0025] (3)上述（1)或（2)所述的轧制线材中，上述初析渗碳体的相对于长度方向正交的 径的最大值可以为1. 5μπι以下。
[0026] (4)上述⑴?⑶的任一项所述的轧制线材中，用与长度方向垂直的截面观察的 情况下的上述轧制线材的半径以mm为单位设为r时，在从上述截面的中心起算由1/2ι包 围的区域的内侧，片层间距达到〇.5μπι以上的片层粗大部以面积率计在上述珠光体中可 以为0%以上10%以下。
[0027] (5)上述（1)?（4)的任一项所述的轧制线材中，上述轧制线材的上述抗拉强度的 偏差，以上述抗拉强度的平均值为基准在负150MPa以上、正150MPa以下的范围内。
[0028] (6)本发明的一方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的制造方法，具有：使用由上 述（1)或（2)中记载的上述化学成分构成的钢，将精轧开始温度设为700°C以上850°C以下 来成形出轧制线材的精轧工序；在上述精轧工序后，将卷取温度设为650°C以上850°C以下 从而将上述轧制线材卷取成环状的卷取工序；和在上述卷取工序后，以〇. 5°C /秒?:TC / 秒的冷却速度将上述轧制线材冷却到500°C以上600°C以下的温度范围的冷却工序，将上 述冷却工序中的上述轧制线材的环的重叠少的疏部的温度设为Tn°C、上述环的重叠多的密 部的温度设为Td°C时，满足Td/Tn < 1. 20。
[0029] 根据本发明的上述方式，适当控制珠光体块径、初析渗碳体、准珠光体等，由此能 够提供在轧制态下具有优异的拉丝加工性的轧制线材。因此，能够省略拉丝加工前的球化 热处理、和根据需要进行的拉丝加工途中的退火，能够得到生产率的提高、成本的削减等， 其社会的贡献很大。

【专利附图】

【附图说明】
[0030] 图1是表示本发明的一实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的金属组织的模 式图。
[0031] 图2是表示上述方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材中所含的准珠光体的金属组 织照片。
[0032] 图3是表示本发明的一实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的制造模式的一 例的图。
[0033] 图4是表示本发明的一实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的卷取后的冷却 时的线材状态的模式图。
[0034] 图5是表示本发明的一实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的珠光体块的平 均径和拉丝加工性的关系的图。

【具体实施方式】
[0035] 以下对本发明的合适的实施方式进行说明。但本发明并不只限于本实施方式所公 开的构成，能够在不脱离本发明的宗旨的范围进行各种的变更。
[0036] 首先，对于本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的钢组成（化学成分），说明 数值限定范围和其限定理由。以下，单位为质量％。
[0037] C :0· 95%?1. 10%
[0038] C(碳），给予钢材所需要的强度，因此是必需的元素。为此，添加0.95%以上的C。 C含量低于0.95%时，有不能满足作为最终制品的轴承的强度以及疲劳特性之恐。另一方 面，C含量超过1. 10%时，在热轧后的冷却时，初析渗碳体的析出的抑制变难，损害拉丝加 工性。另外，为了最佳地呈现上述效果，优选C含量的上限为1.05%。
[0039] Si :0· 10% ?0· 70% 以下
[0040] Si (硅）是作为脱氧剂有用的元素，是即使在相同的碳含量下，也具有抑制初析渗 碳体的析出的效果的元素。而且，Si是具有使珠光体中的铁素体强度增加的作用的有用的 元素。为了发挥这些作用，添加0.10%以上的Si。但是，若过量地添加，则产生对拉丝加工 性有害的310 2系夹杂物，有拉丝加工性降低之恐。因此，将Si含量的上限设为0.70%。另 夕卜，为了最佳地呈现上述效果，优选Si含量的下限为0. 15%。另外，优选Si含量的上限为 0· 5%。
[0041] Μη :0· 20% ?1. 20% 以下
[0042] Μη(锰）是不仅对脱氧以及脱硫有用，而且对确保钢的淬火性有用的元素。为了有 效发挥这些作用，添加0. 20%以上的Μη。另外，在Μη含量低于0. 20%的情况下，脱氧不足， 氧化物析出，有拉丝加工性降低之恐。另一方面，即使过量地添加，上述效果也饱和，在经济 上浪费，此外，在热轧后的冷却时，容易产生对拉丝加工性有害的马氏体等的过冷组织。因 此，将Μη含量的上限设为1. 20%。另外，为了最佳地呈现上述效果，优选Μη含量的上限为 1. 0%。
[0043] Cr :0· 90%?1. 60%
[0044] Cr(铬）是具有在用于制造轧制线材的热轧后的缓冷时抑制珠光体块的粗大化的 效果的元素。因此，使热轧态的轧制线材的拉丝加工性提高。另外，Cr是使作为拉丝加工 后的轧制线材的轴承钢的淬火性提高，且促进碳化物的球化，并且也使碳化物量增加的极 有效的元素。因此，使作为最终制品的轴承的疲劳特性提高。但是，Cr含量低于0.90%时， 不能充分得到上述效果。另一方面，Cr含量超过1. 60%时，淬火性变得过大，在上述热轧后 的冷却时，容易产生贝氏体、马氏体等的过冷组织。因此，将Cr含量的上限设为1.60%。另 夕卜，为了最佳地呈现上述效果，优选Cr含量的下限为1. 3%。另外，优选Cr含量的上限为 1. 5%。
[0045] 本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材，除了上述的基本成分之外，含有不可 避免的杂质。在此，作为不可避免的杂质，意指从废料等辅助原料和制造工序不可避免地混 入的P、S、N、0、Cd、Zn、Sb等元素。其中，为了很好地发挥上述效果，P和S可以如以下那样 限制。以下，单位为质量％。
[0046] P :0.020% 以下
[0047] P(磷）是杂质。P含量超过0.020%时，在晶界偏析，有损害拉丝加工性之恐。因 此，优选将P含量限制为0.020%以下。进一步优选将P含量限制为0.015%以下。另外， 由于P含量越少越是所希望的，因此P含量的下限可以为〇%。但是，使P含量为〇%在技 术上并不容易，另外，要使其稳定地低于0. 001 %，炼钢成本也变高。因此，可以将P含量的 下限设为0. 001%。
[0048] S :0.020% 以下
[0049] S(硫）是杂质。S含量超过0.020%时，会形成粗大的MnS，有损害拉丝加工性之 恐。因此，优选将S含量限制为0.020%以下。进一步优选将S含量限制为0.015%以下。 另外，S含量越少越是所希望的，因此S含量的下限可以为0%。但是，使S含量为0%在技 术上并不容易，另外，要使其稳定地低于0. 001 %，炼钢成本也变高。因此，可以将S含量的 下限设为0. 001%。
[0050] 本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材，作为基本成分，上述的钢组成（化学 成分）被控制，余量包含铁（Fe)以及不可避免的杂质。但是，除了该基本成分之外，也可以 根据需要使钢中还含有以下的选择元素，即用来代替余量的Fe的一部分。
[0051] 即，本实施方式涉及的轧制线材，除了上述的基本成分以及不可避免的杂质之外， 也可以作为选择元素进一步含有Mo和B之中的至少1种。以下说明选择元素的数值限定 范围和其限定理由。以下，单位为质量％。
[0052] Mo :大于0%且为0· 25%以下
[0053] Mo (钥）是对提高淬火性非常有效的元素。因此，优选添加超过0%的Mo。进一步 优选Mo含量的下限为0. 1%。但是，Mo含量超过0.25%时，淬火性变得过大，有在热轧后的 冷却时容易产生贝氏体、马氏体等的过冷组织之恐。因此，优选Mo含量的上限为0. 25%。
[0054] B :大于0%且为0· 0025%以下
[0055] B(硼）是具有在晶界浓化从而抑制准珠光体生成的效果的元素。因此，优选添加 超过〇%的B。进一步优选B含量的下限为0. 0005%。但是，若过量地添加，则在奥氏体中形 成Fe3(CB)6等的碳化物，有使拉丝加工性降低之恐。因此，优选B含量的上限为0. 0025%。
[0056] 接着，对本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的金属组织和力学特性进行说 明。以下关于金属组织的单位为面积％。
[0057] 本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材为过共析钢。过共析钢的金属组织，如 图1所示，沿着原始奥氏体晶界1析出初析渗碳体2,在其内侧形成珠光体。在该珠光体中， 形成：被称为珠光体块3的铁素体的结晶取向相同的区域，而且，在珠光体块3内形成被称 为珠光体团4的片层渗碳体平行地一致的区域。
[0058] 具体而言，珠光体块3定义为：包含铁素体和片层渗碳体，且该铁素体的结晶取向 角度差小于9°的区域。换言之，珠光体块3的晶界，包含在珠光体中所含的铁素体的结晶 取向角度差为9°以上的边界而构成。另外，珠光体团4定义为：包含铁素体和片层渗碳体， 该铁素体的结晶取向角度差小于9°、且片层渗碳体大致平行的区域。换言之，珠光体团4 的边界包含片层渗碳体的方向不同的边界、在珠光体中所含的铁素体的结晶取向角度差为 9°以上的边界而构成。
[0059] 另外，有在珠光体中片层组织崩溃、渗碳体以粒状析出的区域存在的情况。图2表 示本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的金属组织照片，在图中用白线包围片层组织 崩溃了的区域。将在该图2中用白线示出的、渗碳体未成为片层（层状）且以粒状析出的 区域作为准珠光体5。具体而言，准珠光体5定义为：包含铁素体和粒状渗碳体，并被原始 奥氏体晶界1、初析渗碳体2、珠光体块3、或者珠光体团4的边界包围的区域。
[0060] 本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的金属组织，珠光体为90%以上100% 以下，初析渗碳体2为0%以上5%以下，并且,具有粒状渗碳体的准珠光体5为0%以上 10%以下，该珠光体的珠光体块3的平均径为1. 0 μ m以上15 μ m以下，且该珠光体块3的 最大径为平均径的1倍以上4倍以下，该轧制线材的抗拉强度是单位为MPa的下述的式A 所示的上限强度TS1以下。
[0061] TS1 = 1500 X (1-0. 5 X In (D0/5. 5) /2) -150 X exp ((dp/15) -1) -120 X (exp (Α θ /5)- l)-80Xexp(Ap，/10-l) · · ·(式 A)
[0062] 在此，:单位为mm的轧制线材的线径、dp :单位为μ m的珠光体块3的平均径、 Αθ :单位为％的初析渗碳体2的面积率、Ap' ：单位为％的准珠光体5的面积率。再者，上述 的式A中的In意指以纳披尔（Napier)数为底的自然对数。
[0063] 珠光体的面积率：90%以上100%以下
[0064] 在本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的金属组织中，若珠光体的面积率变 得低于90%，马氏体等的过冷组织的面积率变高，则起因于各组织间的强度差，在各组织 间，拉丝时的塑性变形量产生差别。其结果，拉丝时在各组织间不均匀地产生应变，成为断 线的因素。因此，使主组织为珠光体，使其面积率为90%以上100%以下。另外，为了进一 步提高拉丝加工性，优选珠光体的面积率的下限为95%。
[0065] 初析渗碳体2的面积率：0 %以上5%以下
[0066] 即使初析渗碳体2少量析出，也并不特别损害拉丝加工性。但是，若大量地析出使 得包围原始奥氏体粒，则成为伸长时的变形的阻碍，拉丝加工性降低。因此，如前所述，在现 有技术中，需要使初析渗碳体2的面积率为例如3%以下。但是，在本实施方式涉及的轴承 用高碳钢轧制线材中，通过复合地控制化学成分、金属组织、以及力学特性，只要初析渗碳 体2的面积率为5%以下，就能够得到优异的拉丝加工性。因此，将初析渗碳体2的面积率 设为〇%以上5%以下。初析渗碳体2的面积率越少越是所希望的，因此其下限可以为0%。 但是，使初析渗碳体2的面积率为0%在技术上并不容易，另外，要使其稳定地为1. 5%以 下，制造条件的控制也变得很难，制造成本变高。因此，优选将初析渗碳体2的面积率设为 大于1.5 %且为5 %以下。进一步优选初析渗碳体2的面积率大于3.0 %且为5 %以下。另 一方面，在相比于制造成本优选进一步提高拉丝加工性的情况下，优选将初析渗碳体2的 面积率设为〇 %以上3%以下。
[0067] 准珠光体5的面积率：0 %以上10%以下
[0068] 包含粒状渗碳体的准珠光体5,与包含片层渗碳体的通常的珠光体比较，拉丝时的 塑性变形量不同。其结果，拉丝时在各组织间不均匀地产生应变，拉丝加工性降低。因此， 为了提高拉丝加工性，准珠光体5的面积率设为0%以上10%以下。另外，为了进一步提高 拉丝加工性，优选将准珠光体5的面积率的上限设为5%。
[0069] 珠光体块3的平均径：1.0μπι以上15μπι以下
[0070] 珠光体块3,与本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的延展性有非常强烈的 相关关系。如果将珠光体块3微细化，则拉丝加工性提高。为了得到该效果，将珠光体块3 的平均径设为1. 〇 μ m以上15 μ m以下。再者，使珠光体块3的平均径低于1. 0 μ m在工业 上实质上很困难。另外，为了进一步提高拉丝加工性，优选将珠光体块3的平均径的上限设 为12 μ m。最优选将珠光体块3的平均径的上限设为10 μ m。
[0071] 珠光体块3的最大径：平均径的1倍以上4倍以下
[0072] 另外，即使将珠光体块3的平均径微细化为上述范围，如果珠光体块3的块尺寸的 偏差大，则在各珠光体块3间，拉丝时的应变变得不均匀，拉丝加工性也降低。因此，为了稳 定地提高拉丝加工性，除了上述的珠光体块3的平均径的微细化之外，还需要减少珠光体 块3的块尺寸的偏差。具体而言，即使上述平均径为15 μ m以下，具有最大径超过上述平均 径的4倍的珠光体块3的钢材，也不能充分确保延展性，得不到充分的拉丝加工性。因此， 将珠光体块3的最大径设为平均径的1倍以上4倍以下。要稳定地使上述最大径小于上述 平均径的2倍，制造条件的控制会变得很难，制造成本变高。因此，优选珠光体块3的最大 径为平均径的2倍以上。另一方面，为了进一步提高拉丝加工性，优选珠光体块3的最大径 为平均径的3倍以下。
[0073] 抗拉强度的上限强度TS1
[0074] -般地，随着强度的增加，拉丝加工性降低，并且使拉丝加工用的拉模的寿命减 少。因此，本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的抗拉强度优选尽可能低。但是，本 发明人发现，如果该抗拉强度为由轧制线材线径（?)、珠光体块3的平均径（d p)、初析渗碳 体2的面积率（Αθ)、以及准珠光体5的面积率（Ap'）确定的上限强度TS1以下，则能得到 优异的拉丝加工性。也就是说，如果珠光体块3微细化，另外，初析渗碳体2以及准珠光体 5的面积率减少，则拉丝加工性提高。因此，即使不控制制造条件以使得抗拉强度变低到必 要以上，只要抗拉强度为上述上限强度TS1以下，就能够进行拉丝加工。另外，如果轧制线 材的线径小，则拉丝加工时需要高的塑性变形能的轧制线材的中心部所施加的变形负荷也 变小。因此，与轧制线材的线径大的情况比较，即使抗拉强度高，只要其抗拉强度为上限强 度TS1以下，就能够进行拉丝加工。因此，本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材，作为 力学特性，抗拉强度设为单位为MPa的下述的式A所示的上限强度TS1以下。
[0075] TS1 = 1500 X (1-0. 5 X In (Dq/5. 5)) -150 X exp (dp/15-l) -120 X (exp (Α θ /5) -1) -8 0Xexp(Ap，/10-1) · · ·(式 A)
[0076] 在此，:单位为mm的轧制线材的线径、dp :单位为μ m的珠光体块3的平均径、 Αθ :单位为％的初析渗碳体2的面积率、Ap' ：单位为％的准珠光体5的面积率。
[0077] 另外，上述抗拉强度的下限不作特别限定。但是，如果为了使本实施方式涉及的轴 承用高碳钢轧制线材的抗拉强度降低而使制造时的冷却速度过量地降低，则会导致初析渗 碳体2的过量析出、准珠光体5的面积率的增加，拉丝加工性降低。上述抗拉强度的下限优 选为llOOMPa以上。
[0078] 以下说明用于进一步很好地提高拉丝加工性的金属组织以及力学特性。
[0079] 初析渗碳体2的短径的最大值：1. 5 μ m以下
[0080] 初析渗碳体2,塑性变形能小，因此有由于拉丝而断开从而形成孔隙之恐。越厚的 (短径大的）初析渗碳体2,则形成越大的孔隙，成为拉丝时的破坏的起点和制品的破坏的 起点。因此，本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材，优选将初析渗碳体2的相对于长度 方向（长径）正交的径（短径）的最大值（最大厚度）设为1. 5 μ m以下。更优选上述短 径的最大值为1. 〇 μ m以下。优选不含有初析渗碳体2,因此上述短径的最大值的下限可以 为Ομπι。但是，使得不含有初析渗碳体2在技术上并不容易。因此，也可以将初析渗碳体2 的短径的最大值设为0. 1 μ m以上。
[0081] 片层粗大部的面积率：0%以上10%以下
[0082] 片层间距粗大的珠光体，与片层间距不粗大的珠光体比较，有拉丝加工时的塑性 变形量不同之恐。其结果，拉丝时在各组织间不均匀地产生应变，有使拉丝加工性降低之 恐。特别是优选在拉丝加工时的负荷大的轧制线材的中心部，该片层间距粗大的珠光体 (片层粗大部）的面积率小。因此，在本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材中，将用与 长度方向垂直的截面观察的情况下的轧制线材的半径设为单位为mm的r时，优选：将在从 该截面的中心起算由l/2r(S卩，r/2)包围的区域的内侧（轧制线材的中心部），片层间距达 到0. 5 μ m以上的片层粗大部，以面积率计，在该区域的珠光体中设为0%以上10%以下。中 心部的片层粗大部的面积率越少越是所希望的，因此其下限可以为0%。另外，为了进一步 提高拉丝加工性，优选将中心部的片层粗大部的面积率设为5.0%以下。再者，在距上述截 面的中心超过l/2r的轧制线材的表层部，与轧制线材的中心部比较，拉丝时的应变的给予 较少。因此，即使在表层存在超过10%的片层粗大部，对拉丝加工性也不会造成大的影响。 但是，优选将上述轧制线材的表层部的片层粗大部的面积率设为10%以下。
[0083] 抗拉强度的偏差：以平均值为基准，在正负150MPa以内
[0084] 轧制线材，一般被卷取成为环状而被冷却。该被卷取成为环状而被冷却的轧制线 材，后面叙述细节，在环内存在疏密差别。因此冷却时的线材温度，在环内的疏部和密部不 同，有发生抗拉强度的偏差之恐。如果抗拉强度的偏差增加，则有轧制线材的拉丝加工性降 低之恐。因此，本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材，在环内的各部的抗拉强度的偏 差，以抗拉强度的平均值为基准，优选为负150MPa以上、正150MPa以下的范围内。进一步 优选：将抗拉强度的偏差，以抗拉强度的平均值为基准，设为负l〇〇MPa以上、正lOOMPa以下 的范围内。
[0085] 下面说明在上述中说明的本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的金属组织 和力学特性的测定方法。
[0086] 珠光体、初析渗碳体2、以及准珠光体5的面积率的测定用以下的方法进行。将轧 制线材切断为与长度方向垂直的截面（C截面，与拉丝方向垂直的截面）成为观察面。经树 脂填埋后，进行从粗研磨到氧化铝研磨的研磨，使得该观察面成为镜面。对于成为该镜面的 观察面，用3%硝酸乙醇溶液以及苦味酸溶液进行腐蚀。用扫描电子显微镜（SEM :Scanning Electron Microscope)，以倍率2000倍观察腐蚀后的观察面的中心部（上述l/2r所包围的 区域的内侧），拍摄10张金属组织照片（观察视场：〇. 〇2mm2)。然后，从这10个视场的金属 组织照片，通过图像分析，进行珠光体、初析渗碳体2、以及准珠光体5的面积率的测定。另 夕卜，根据需要，测定腐蚀后的观察面的表层部（上述超过l/2r的区域）的珠光体、初析渗碳 体2、以及准珠光体5的面积率。
[0087] 珠光体块3的平均径以及最大径的测定采用以下的方法进行。进行从粗研磨到 使用胶体二氧化硅的研磨的研磨，使得上述的观察面变为镜面。除去研磨后的观察面的 加工应变之后，使用背散射电子衍射装置（EBSD :Electron Back Scattering Diffraction Pattern)，在StepSize(步长）为0· 4μ m的条件下，将腐蚀后的观察面的中心部进行多次 的EBSD测定，使得合计的观察视场达到50000 μ m2。然后，按照上述的定义，分析上述观察 视场中的珠光体块3,求出珠光体块3的平均径以及最大径。另外，根据需要进行观察面的 表层部的测定。
[0088] 初析渗碳体2的相对于长度方向正交的径（短径）的最大值的测定，用以下的方 法进行。将用与上述的初析渗碳体2的面积率的测定同样的方法准备的观察面的中心部， 以倍率2000倍进行10个视场的观察。以5000倍观察在各视场中最厚的（短径最大的） 初析渗碳体2,测定最大厚度（最大短径）。由各10个视场中测定的最大厚度（最大短径） 求出平均值，将该平均值作为初析渗碳体2的相对于长度方向正交的径（短径）的最大值。 另外，根据需要进行观察面的表层部的测定。
[0089] 片层粗大部的面积率的测定用以下的方法进行。以倍率2000倍观察用与上述的 珠光体的面积率的测定同样的方法准备的观察面的中心部，拍摄10张金属组织照片（测定 总视场0. 02_2)。然后，从这10个视场的金属组织照片，通过图像分析，进行珠光体中的片 层渗碳体的片层间距达到〇.5μπι以上的区域（片层粗大部）的面积率的测定。此时，求出 相对于观察视场中所含的珠光体的片层粗大部的面积率。再者，在观察视场中，因渗碳体倾 斜，导致片层渗碳体的片层间距是否为0. 5 μ m以上的判断较困难的情况下，再度在别的视 场中进行测定。
[0090] 抗拉强度的测定用以下的方法进行。从上述的环状的轧制线材连续采取5环（5周 量的长度的轧制线材）后，将各环（1周量的长度的轧制线材）进行八等分，合计40根的轧 制线材作为供试材。然后，按照例如JIS Z2241 :2011 (或者IS06892-1 :2009)，通过拉伸试 验来评价。由该40根的试验结果求出抗拉强度的平均值，将其平均值作为轧制线材的抗拉 强度。另外，在上述40根的试验结果的最大值或最小值之中，选择与上述平均值的差大的 值，然后求出与上述平均值的差分值。将该差分值作为单位为MPa的、抗拉强度的偏差。再 者，具体而言，拉伸试验的样品的长度为200mm，在十字头速度10mm/min、夹具间距离100mm 下进行拉伸试验。
[0091] 下面说明本发明的一实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的制造方法。再者， 以下说明的制造方法是制造拉丝加工性优异的轴承用高碳钢轧制线材的方法的一例。因 此，本发明并不由本实施方式的步骤以及方法限定，如果是能够实现本发明的构成的方法， 就能够采用任何的方法。
[0092] 作为铸造工序，将由上述的钢组成（化学成分）构成的钢液进行铸造，来制造铸片 (铸坯）。铸造方法并不特别限定，但采用真空铸造法、连续铸造法等即可。
[0093] 作为均热工序，根据需要，对铸造工序后的铸片，在1100°C?1200°C左右的温度 范围进行10?20小时左右的保持（用于减轻在铸造等中发生的偏析的热处理）。
[0094] 作为开坯轧制工序，根据需要，使用上述铸造工序或者上述均热工序后的上述铸 片，经开坯轧制，制造适合于线材轧制的大小的钢片（一般被称为钢坯的线材轧制前的钢 片）。
[0095] 接着，作为加热工序，对上述钢片进行加热。加热条件并不特别限定，加热至例如 900°C?1200°C的温度即可。通过加热至900°C以上1200°C以下的温度范围，能够将钢片的 金属组织很好地控制为奥氏体单相。
[0096] 接着，根据需要，作为热粗轧工序，将上述加热工序后的钢片粗轧。粗轧条件并不 特别限定，只要相应于钢片的形状等适当以优选的条件轧制即可。例如，在750°C?1000°C 的温度范围进行粗轧使得累积压下率变为95%?99%即可。通过以上述条件进行粗轧，制 成为为了将钢片供于作为下道工序的精轧工序而具有相应的尺寸的粗轧材即可。另外，通 过以上述条件进行粗轧，将粗轧后的粗轧材的金属组织很好地控制为微细的奥氏体粒，能 够很好地控制轧制线材的珠光体块3的平均径以及最大径，因此优选。
[0097] 接着，作为精轧工序，将上述加热工序后的钢片、或者上述热粗轧工序后的粗轧 材，通过精轧成形为轧制线材。精轧，将精轧开始温度控制为700°C以上850°C以下来进行 轧制。再者，精轧时的轧制线材的温度是采用辐射温度计测定的，严格地讲，意指轧制线材 的表面温度。
[0098] 将精轧开始温度设为850°C以下，是为了通过将奥氏体粒微细化而使相变时的珠 光体的核生成位点增加，将珠光体块3的大小微细化。精轧开始温度超过850°C时，不能充 分得到微细化的效果。另外，更优选精轧开始温度设为830°C以下，最优选设为800°C以下。 另外，精轧开始温度低于700°C时，乳制设备的负荷增大，导致设备成本的增加或生产效率 的降低。另外，由于轧制线材的表层被过量地冷却，因此有轧制线材中生成裂纹和异常组织 之恐。其结果，有拉丝加工性降低之恐。因此，将精轧开始温度设为700°C以上。更优选设 为750°C以上。
[0099] 另外，精轧工序中的累积压下率并不特别限定。但是，优选进行精轧，使得精轧工 序中的累积压下率变为80 %?98 %。通过在该条件下进行精轧，能够将精轧后的轧制线材 的金属组织更合适地控制为微细的奥氏体粒。其结果，能够更合适地控制珠光体块3的平 均径以及最大径，因此优选。
[0100] 接着，作为卷取工序，将上述精轧工序后的轧制线材卷取为环状。卷取，是使卷取 温度为650°C以上850°C以下而进行。此时，将上述精轧工序后的轧制线材根据需要进行冷 却，控制在650°C以上850°C以下的温度而卷取成为环状。
[0101] 因精轧时的加工发热，乳制线材达到850°c以上时，通过精轧而微细化的奥氏体粒 在卷取工序中长大从而粗大化。通过将卷取温度设为850°C以下，来抑制该粗大化，能够合 适地控制轧制线材的珠光体块3的平均径。另外，能够使珠光体的面积率满足。因此，根据 需要，冷却精轧后的轧制线材，并使卷取温度为850°C以下。为了很好地得到上述效果，或 者，为了减少初析渗碳体2的最大厚度，卷取温度更优选为840°C以下，最优选为800°C以 下。另外，卷取温度低于650°C时，乳制线材硬化，难以卷取成为环状。另外，有轧制线材发 生裂纹之恐。因此，将卷取温度设为650°C以上。更优选设为700°C以上。
[0102] 接着，作为冷却工序，将上述卷取工序后的环状的轧制线材进行控制冷却。控制冷 却，是以0. 5°C /秒?3°C /秒的冷却速度从卷取结束温度进行到变为500°C以上600°C以下 的温度范围。另外，将冷却工序中的轧制线材的环疏部的温度设为Tn °C、环密部的温度设为 Td°C时，以满足Td/Tn < 1. 20的条件进行冷却。再者，具体而言，测定环疏部的温度Τη为 650°C时的、环密部的温度Td，在该环疏部的温度Τη和环密部的温度Td满足Td/Tn < 1. 20 的条件下进行冷却。
[0103] 在卷取工序后的冷却工序中，乳制线材的金属组织从奥氏体向珠光体相变。因此， 卷取后的冷却速度是控制相变温度的因子。冷却速度超过3°c /秒时，在冷却中珠光体相变 未完成，生成马氏体、贝氏体等的过冷组织，珠光体的面积率降低，有使拉丝加工性降低的 可能性。因此，将冷却时的冷却速度设为3°C/秒以下。另外，即使是没有生成马氏体等的 过冷组织的情况下，如果冷却速度增加，则实质上从奥氏体向珠光体相变的温度降低，因此 也有使轧制线材的抗拉强度过度增加之恐。同样地，如果冷却速度增加，则环状的轧制线材 的疏密部间的温度偏差变大，因此金属组织的偏差变大，有不能满足珠光体块3的最大径 之恐。更优选的是，为了降低抗拉强度的偏差，将冷却时的冷却速度设为2. 3°C /秒以下。 另一方面，冷却速度过慢时，初析渗碳体2在原始奥氏体晶界1上大量析出，初析渗碳体2 在原始奥氏体晶界1上形成网络，拉丝加工性降低。另外，准珠光体5的面积率和珠光体块 3的平均径得不到满足。因此，将冷却速度设为0.5°C/秒以上。更优选冷却时的冷却速度 设为0. 8°C /秒以上。再者，本实施方式涉及的轧制线材，如上所述含有Cr，因此可很好地 抑制珠光体块3的粗大化。
[0104] 另外，当在大于600°C的温度停止控制冷却时，在上述的卷取温度、且上述的冷却 速度的条件的情况下，有从奥氏体向珠光体的相变未完成之恐。因此，将控制冷却进行到变 为600°C以下的温度为止。该控制冷却的停止温度的下限并不特别限定，但若将控制冷却进 行到低于500°C的温度，则有制造成本上升之恐。因此，将控制冷却从卷取结束温度进行到 变为500°C以上600°C以下的温度为止。
[0105] 另外，一般地，对于线材的轧制而言，在轧制后，乳制线材被卷取成为环状而被冷 却。此时，卷取成为环状的轧制线材中，如图4所示，产生轧制线材的重叠多的密部、和重叠 少的疏部。具体而言，将环状的轧制线材6的平均直径设为单位为m的R时，将俯视冷却工 序中的轧制线材6的图4所示的箭头6a的区域作为密部，箭头6b的区域作为疏部。也就 是说，在俯视冷却工序中的轧制线材6的情况下，在宽度方向，从两侧的侧缘起算，0. 25XR 的区域作为环状的轧制线材6的密部，宽度方向的中心的0. 5XR的区域作为环状的轧制线 材6的疏部。在该密部和疏部，冷却中的轧制线材6的温度容易不同。当这样地在轧制线 材6内产生温度差时，拉丝加工性降低。即使奥氏体全部向珠光体进行了相变，当疏密部间 的温度差大时，也有珠光体块3的最大径不被满足之恐。因此，环疏部的温度Τη和环密部 的温度Td的关系满足Td/Tn < 1. 20很必要。更优选的是，为了减少抗拉强度的偏差也可 以设为 Td/Tn < L 15。
[0106] 再者，在冷却工序中控制冷却速度的方法、和控制环状的轧制线材的疏密部的温 度的方法并不特别限定。例如，控制冷却速度的方法，可以进行能够排热的气氛温度的控制 即可。另外，例如，控制环状的轧制线材的疏密部的温度的方法，可以进行增大环偏差、在输 送中带有商低阶差等等。
[0107] 另外，初析渗碳体2的面积率，有时利用卷取工序中的卷取温度而能理想地控制。 珠光体块3的平均径，有时利用环状的轧制线材6的疏密部间的温度差而能理想地控制。抗 拉强度，有时利用精轧开始温度和卷取温度而能理想地控制为上限强度TS1以下。初析渗 碳体2的最大厚度，有时利用冷却工序中的冷却速度而能理想地控制。片层粗大部的面积 率，有时利用卷取温度和冷却速度而能理想地控制。抗拉强度的偏差，有时利用精轧开始温 度和卷取温度而能理想地控制。
[0108] 图3表示本实施方式涉及的轴承用高碳钢轧制线材的制造模式的一例。经由上述 的各工序而制造的轴承用高碳钢乳制线材成为直径为3. 0mm?6. 0mm的乳制线材。
[0109] 实施例1
[0110] 通过实施例更具体说明本发明的一个方式的效果，但实施例中的条件是为了确认 本发明的实施可能性以及效果而采用的一个条件例，本发明并不被该一个条件例限定。本 发明，只要不脱离本发明的宗旨，并达到本发明的目的，就可采用各种的条件。
[0111] 表1?4表不钢组成（化学成分）、制造条件，表5?8表不评价乳制线材的金属 组织、力学特性、以及拉丝加工性的结果。
[0112] 在本实施例中，将通过铸造工序、均热工序、以及开坯轧制工序而作成的钢坯， 作为加热工序，在加热炉中加热到1000°C?1200°C。其后，作为热粗轧工序，在750°C? l〇〇〇°C的温度的范围进行粗轧，使得累积压下率变为95%?99%，得到粗轧材。使用该粗 轧材，并且将精轧工序、卷取工序、以及冷却工序中的各条件设为表1?4所示的条件，制造 了轧制线材。再者，进行精轧，使得精轧工序中的累积压下率变为80%?98%。
[0113] 金属组织，采用珠光体块的平均径以及最大径、最大径/平均径、初析渗碳体的面 积率、初析渗碳体的最大厚度（相对于长度方向正交的径的最大值）、准珠光体面积率、珠 光体面积率、以及片层粗大部的面积率来评价。
[0114] 金属组织的观察、以及初析渗碳体的面积率、准珠光体面积率、珠光体面积率、初 析渗碳体的最大厚度、片层粗大部的面积率的测定使用SEM进行。将得到的轧制线材的C 截面埋入树脂中，进行从粗研磨到氧化铝研磨的研磨，用3%硝酸乙醇溶液以及苦味酸溶液 进行腐蚀，然后进行金属组织的观察。另外，从金属组织照片通过图像分析进行了面积率的 测定。
[0115] 初析渗碳体的面积率、准珠光体的面积率、珠光体面积率、片层粗大部的面积率， 以倍率2000倍观察观察区域，拍摄10张金属组织照片（测定总视场0.02mm 2)。通过图像 分析，进行各自的面积率的测定。另外，初析渗碳体的最大厚度，以5000倍观察在上述各 10个视场中最厚的（短径最大的）初析渗碳体，测定最大厚度（最大短径）。然后，从在 各10个视场中测定的最大厚度（最大短径）求出平均值，作为初析渗碳体的最大厚度。另 夕卜，片层粗大部的面积率，测定在观察面的中心部中，珠光体中的片层渗碳体的片层间距达 到0.5ym以上的区域（片层粗大部）的面积率。再者，在片层粗大部的面积率的测定中， 因渗碳体倾斜，导致片层渗碳体的片层间距是否为〇. 5 μ m以上的判断较困难的情况下，再 度在别的视场中进行测定。
[0116] 珠光体块的平均径以及最大径，采用背散射电子衍射装置（EBSD)进行测定。将所 得到的轧制线材的C截面进行粗研磨、氧化铝研磨、直到使用胶体二氧化硅的研磨的研磨。 除去研磨后的观察面的加工应变之后，用于测定。将观察视场设为50000 μ m2,将珠光体中 所含的铁素体的结晶取向角度差为9°以上的边界作为珠光体块的晶界而进行测定，测定 珠光体块的平均径以及最大径，然后计算最大径/平均径的比。
[0117] 作为力学特性的评价，进行拉伸试验。从环状的轧制线材连续采取5环（5周量的 长度的轧制线材）后，将各环（1周量的长度的轧制线材）进行八等分，合计40根的轧制线 材用于试验。由该40根的试验结果求出抗拉强度的平均值，将其平均值作为轧制线材的抗 拉强度。另外，在上述40根的试验结果的最大值或最小值之中，选择与上述平均值的差大 的值，然后求出与上述平均值的差分值。将该差分值作为单位为MPa的、抗拉强度的偏差。 拉伸试验的样品的长度为200mm，将十字头速度设为10mm/min、夹具间距离设为100mm来进 行拉伸试验。
[0118] 下面叙述拉丝加工性的评价试验。所得到的轧制线材，不实施球化退火，作为拉丝 加工前的处理，进行了利用酸洗的脱氧化皮处理、利用石灰被膜涂敷的润滑被膜处理之后， 进行了拉丝加工性的试验。拉丝加工性评价试验，采取25m的各轧制线材，作为供试验材。 然后，使用干式的单头式拉丝机，将每1道次的减面率设为20%、拉丝速度设为50m/min而 进行了拉丝加工。对于1个水准，准备5根的供试验材，进行5次的直到断线为止的拉丝加 工。计算断线了时的真应变（2 X Ln (d/dQ)，在此，d :拉丝材的线径、以及dQ :乳制材的线径） 的平均值，用该平均值评价拉丝加工性。拉丝加工性，将真应变的平均值为2. 8以上的情况 判为合格。
[0119] 表1?8表示评价结果。表中，对脱离本发明的范围的数值附加了下线。另外，表 中，「-」表不未添加或者未实施。另外，表中，关于组织，「P」表不珠光体，「θ」表不渗碳体， 「Μ」表示过冷组织。
[0120]

【权利要求】
1. 一种轧制线材，其特征在于，化学成分以质量％计，含有 C :0· 95%?L 10%、 Si :0· 10%?0· 70%、 Μη :0. 20%?1. 20%、 Cr :0· 90%?L 60%， 余量包含Fe以及不可避免的杂质， 金属组织以面积率计包含90%以上100%以下的珠光体、0%以上5%以下的初析渗碳 体、以及〇%以上10%以下的具有粒状渗碳体的准珠光体， 所述珠光体的珠光体块的平均径为1. 〇 μ m以上15 μ m以下，且所述珠光体块的最大径 为所述平均径的1倍以上4倍以下， 抗拉强度是单位为MPa的下述式1所示的上限强度TS1以下， TS1 = 1500 X (1-0. 5 X In (D〇/5. 5)) -150 X exp (dp/15-l) -120 X (exp (A θ /5) -1) -80 X e xp(Ap' /10-1) · · ·(式 1)， 在此， % :是单位为mm的所述轧制线材的线径； dp :是单位为μ m的所述珠光体块的所述平均径； Αθ :是单位为％的所述初析渗碳体的面积率； Αρ' ：是单位为％的所述准珠光体的面积率。
2. 根据权利要求1所述的轧制线材，其特征在于，所述化学成分以质量％计，进一步含 有Mo :大于0%且为0. 25%以下、Β :大于0%且为0. 0025%以下中的任一种或两种。
3. 根据权利要求1或2所述的轧制线材，所述初析渗碳体的相对于长度方向正交的径 的最大值为1. 5 μ m以下。
4. 根据权利要求1或2所述的轧制线材，其特征在于，用与长度方向垂直的截面观察的 情况下的所述轧制线材的半径以mm为单位设为r时，在从所述截面的中心起算由l/2i包 围的区域的内侧，片层间距达到〇.5μπι以上的片层粗大部以面积率计在所述珠光体中为 0%以上10%以下。
5. 根据权利要求1或2所述的轧制线材，其特征在于，所述轧制线材的所述抗拉强度的 偏差，以所述抗拉强度的平均值为基准在负150MPa以上、正150MPa以下的范围内。
6. -种轧制线材的制造方法，其特征在于，具有： 使用由权利要求1或2中所记载的所述化学成分构成的钢，将精轧开始温度设为700°C 以上850°C以下来成形出轧制线材的精轧工序； 在所述精轧工序后，将卷取温度设为650°C以上850°C以下从而将所述轧制线材卷取 成环状的卷取工序；和 在所述卷取工序后，以〇. 5°C /秒?:TC /秒的冷却速度将所述轧制线材冷却到500°C 以上600°C以下的温度范围的冷却工序， 将所述冷却工序中的所述轧制线材的环的重叠少的疏部的温度设为Tn°C、所述环的重 叠多的密部的温度设为Td°C时，满足Td/Tn < 1. 20。
【文档编号】C22C38/32GK104053807SQ201380005879
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年1月17日 优先权日:2012年1月20日
【发明者】坂本昌, 儿玉顺一, 西田朗, 大山修, 富增悠二, 中村谦一 申请人:新日铁住金株式会社