JP2548067C - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は産業用車両の走行用、駆動用部品等に用いられる高靭性、高強度を有
し、かつ焼入れ性、被削性に優れた低合金鋼に関するものである。 【０００２】 【従来技術】 産業用車両の走行用、駆動用部品としてトラツクリンク、クランクシャフト、
ステアリングナツクル等がある。例えば図２および図３に示す大型トラツクリン
ク１は最小断面が２５mm以上の大断面を有するものであって、熱間鍛造によって
成形されたのち、切削加工により一対のブツシュ孔２が仕上げられ、この一対の
ブツシュ孔２にワツシャ３を介してブツシュ４を圧入し、かつブツシュ４にピン
５を挿入固定してチエン状をなし、ついでボルト６およびナツト７によってシュ
ー８に取付けるもので、トラツクリンクとシューとは一体的に回転し産業車両を
走行させるものである。 この車両用部品には走行時に高い曲げ応力、捩り、引張りおよび圧縮繰り返し
応力などの負荷が加わるものであって、このような走行用、駆動用部品に用いる
鋼に対して高い靭性と強度を有し、かつ大断面を有する前記部品の芯部まで焼入
れ組織とするため優れた焼入れ性を有していることが要求される。 また、産業用車両は−５０℃以下の寒冷地においても作業をするものであるか
ら、極低温域においても前記特性があまり低下することがなく、特に低温靭性に
優れていることが要求される。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】 従来、前記のような特性が要求される産業用車両の走行用、駆動用部品に用い
る鋼として、ＳＮＣＭ４３１などのニツケル・クロム・モリブデン鋼が使用され
ているが、ＳＮＣＭ４３１はＮｉを１．８％含有することによって低温靭性につ
いては優れている反面、１．８％のＮｉを含有することによって熱間鍛造後の焼
きなましに長時間を要し、かつ、被削性が劣るとともに、多量のＮｉを含有する
ことによって高価な鋼となっていた。 また、ＳＮＣＭ４３１などの従来鋼は、焼入れに際してマルテンサイトを主体
とする組織となり、焼入れ時に大きな変態応力、熱応力が加わることによって焼
き割れが発生し易いので、従来は水焼入れを行うことができず、油焼入れを施し
ていた。しかし、油焼入れにおいては、焼入れ油の管理を十分に行わないと焼入
れ硬さがバラツクという欠点があり、例えば劣化した焼入れ油を使用して焼入れ を行うと、被焼入れ材の各部分において冷却速度が変化することによって、焼入
れ組織がマルテンサイトとベイナイトとが不均一に分布した組織となり、焼入れ
硬さにバラツキが生じるとともに、所望の硬さが得られないという問題があった
さらに、油焼入れにおいては十分な焼入れ硬さが得られないため、従来焼入れに
際して高温で焼入れを行い、かつ焼きもどしにおいては低温もどしを施さなけれ
ばならず、油焼入れ材は靭性が低いものとなり、従来トラツクリンクにおいては
、使用中にブッシュ孔付近に割れが発生するという問題があった。 【０００５】 【課題を解決するための手段】 本発明は、従来鋼のＳＮＣＭ４３１などのニツケル・クロム・モリブデン鋼に
比して、焼入れ硬さ、焼きもどし硬さは同等もしくはそれ以上の硬さを有し、引
張り強さ、靭性においては従来鋼より優れ水焼入れを可能とした高靭性低合金鋼
を提供するものである。 即ち、本発明者らの研究によれば、従来の含Ｎｉ鋼においては水焼入れを施し
た場合に焼き割れが発生するのは、該含Ｎｉ鋼はオーステナイト領域が広いため
、焼入れ時にほぼマルテンサイト一相の組織となることと、Ｃ量が高いことが相
俟って、水焼入れ時に大きな変態応力、熱応力が被焼入れ材に加わることによっ
て発生することを見出した。そこで本発明においては、変態応力を緩和するため
にマルテンサイトの析出を抑制し、焼入れ後の組織をマルテンサイトとベイナイ
トの混合組織とするため、Ｎｉの含有を不純物量程度に止め、Ｍｏを必要量含有
させることによって水焼入れが可能な鋼としたものである。また本発明において
は、水焼入れが可能となったことによって十分な焼入れ硬さが得られ、従来鋼に
比べて低い温度で焼入れができ、かつ高温で焼きもどしができるため、水焼入れ
を施した従来鋼に比して優れた靭性を有する鋼を提供することができる。さらに
本発明によれば、必要に応じて適量のＶ、Ｎｂを１種または両方含有せしめるこ
とにより強度と靭性をさらに向上させ、またＳ、Ｐｂを１種又は両方含有せしめ
ることにより、鋼の被削性をも向上させることができる等、高靭性、高強度を有
し、かつ優れた焼入れ性、被削性を有する産業用車両の走行用、駆動用部品に適
した高靭性低合金鋼を提供するものである。 【０００６】 請求項１に記載の第１発明鋼は、重量比にしてＣ：０．３２〜０．４０％，Ｓ
ｉ：０．１５〜０．６５％，Ｍｎ：０．６５〜１．２０％， Ｃｒ：０．９０〜
２．００％，Ｍｏ：０．３６〜０．４９％を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元
素からなり、組織が焼もどしマルテンサイトと焼もどしベイナイトの混合組織か
らなり、水焼入れ時に焼き割れが無く、高靭性、高強度でかつ、優れた焼入れ性
を有するものである。また請求項２に記載の第２発明鋼は第１発明鋼の化学成分
のほかに、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｎｂ：０．０５〜０．３０％のうち１種
または２種を含有し結晶粒を微細化することによって低温靭性をさらに向上させ
たものである。請求項３に記載の第３発明鋼は、第１発明鋼の化学成分のほかに
、Ｓ：０．０３５％以下，Ｐｂ０．１５％以下のうち１種ないし２種を含有させ
ることによって被削性を改善したものである。 本発明鋼は上記各成分範囲の鋼に焼入れ、焼もどしを施すことによって焼もど
しマルテンサイトと焼もどしベイナイトの混合組織を得たものであって、従来鋼
のＳＮＣＭ４３１の焼入れ焼もどし組織に比して同等またはそれ以上の強度を保
持しながら、より優れた靭性を有する組織である。 【０００７】 【作用】 本発明鋼の成分の作用は次のとおりである。 Ｃは、０．３２〜０．４０％を含有させることにより、産業車両の走行用、駆
動用部品として鋼に要求される強度を確保する。 Ｓｉは、０．１５〜０．６５％を含有させることにより、製鋼中に、脱酸作用
を有するとともに、鋼の地質に固溶して素地の強度を向上し、さらに焼もどし軟
化抵抗を有する。 Ｍｎは、０．６５〜１．２０％を含有することにより、製鋼中にＳｉと同様に
脱酸作用を有し、かつ鋼の焼入れ性を向上させる。 Ｃｒは、０．９０〜２．０％を含有させることにより、Ｍｎと同様に鋼の焼入
れ性を高め、かつ炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる。 Ｍｏは、０．３６〜０．４９％を含有させることにより、本発明の鋼の変態応 力を緩和し、水焼入れを可能とする優れた焼入れ性と、靭性および焼もどし軟化
抵抗を高め、さらに微細な炭化物を生成して耐摩耗性を向上させる。 ＶおよびＮｂは、いずれか一方または両者をそれぞれ０．０５〜０．３０％含
有させることにより、鋼に、炭窒化物を生成するとともに結晶粒を微細化し、強
度と靭性を向上させる。 Ｓは、０．０３５％以下を含有させることにより、鋼中にＭｎＳを生成して被
削性を改善する。Ｐｂは、０．１５％以下を含有させることにより、鋼中におい
て単独あるいは化合物を形成し、切削時に切欠き効果と、潤滑作用により切削抵
抗を減少させて工具寿命、切屑の破砕性を著しく改善する。 【０００８】 【実施例】 本発明鋼は、重量比にしてＣ：０．３２〜０．４０％， Ｓｉ：０．１５〜
０．６５％，Ｍｎ：０．６５〜１．２０％，Ｃｒ：０．９０〜２．００％， Ｍ
ｏ：０．３６〜０．４９％を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元素からなり組織
が焼もどしマルテンサイトと焼もどしベイナイトの混合組織からなり、水焼入れ
時に焼き割れが無く、高靭性、高強度でかつ、優れた焼入れ性を有する高靭性低
合金鋼である。これにＶ：０．０５〜０．３０％，Ｎｂ：０．０５〜０．３０％
のうち１種または２種を含有し結晶粒を微細化することによって低温靭性をさら
に向上させたものであり、あるいはこれにＳ：０．０３５％以下、Ｐｂ：０．１
５％以下を含有させることによって被削性を改善したものである。 【０００９】 本発明鋼の成分限定理由について説明する。 Ｃは、産業車両の走行用、駆動用部品として要求される強度を確保するに必要
な元素であって、所望の硬さを得るためには少くとも０．３２％以上のＣを含有
させる必要があり、下限を０．３２％とした。しかし０．４０％を超えて含有さ
せると靭性が低下するとともに熱処理によって歪が発生し易くなるので上限を０
．４０％とした。 Ｓｉは、脱酸作用を有するとともに地質に固溶して素地の強度を向上し、さら
に焼きもどし軟化抵抗を有する元素であって、これらの効果を得るには０．１５ ％以上含有させる必要があり下限を０．１５とした。しかし必要以上のＳｉを含
有させると被削性が損なわれるので上限を０．６５％とした。 ＭｎはＳｉと同様に脱酸剤として用いられ、かつ焼入れ性を向上させる元素で
あって、大型トラツクリンクのような大断面を有する走行用部品においても芯部
まで焼入れ組織とするためには０．６５％以上含有させる必要があり、下限を０
．６５％とした。しかし必要以上に含有させると水焼入れにおいて割れが発生し
易くなるので、上限を１．２０％とした。 Ｃｒは、Ｍｎと同様に焼入れ性を高め、かつ炭化物を形成して耐摩耗性を向上
させる元素であって、走行用部品として必要な焼入れ性と耐摩耗性を得るには、
０．９０％以上含有させる必要があり、下限を０．９０％とした。しかし多く含
有させると炭化物が粗大化し、かつ硬い炭化物が生成し、かえって焼入れ性と耐
摩耗性を損なうので、上限を２．０％とした。 【００１０】 Ｍｏは、本発明鋼の変態応力を緩和し、水焼入れを可能とする優れた焼入れ性
と、靭性および焼もどし軟化抵抗を高め、さらに微細な炭化物を生成して耐摩耗
性を向上させる、本発明においては最も重要な元素であって、これらの効果を得
るには少くとも０．３６％以上含有させる必要があり、下限を０．３６％とした しかし必要以上に多く含有させるとベイナイトノーズが後退し、水焼入れ時に
焼き割れが発生し易くなり、かつＭｏは高価な元素であるので、上限を０．４９
％とした。 ＶおよびＮｂは、炭窒化物を生成するとともに結晶粒を微細化し、強度と靭性
を向上させる元素であって、これらの効果を得るには０．０５％以上含有させる
必要があり下限を０．０５％とした。しかしＶおよびＮｂはともに０．３０％を
超えて含有させても効果の向上が小さいので、上限を０．３０％とした。 Ｓは、ＭｎＳを生成して被削性を改善する元素であって、Ｐｂは、鋼中におい
て単独あるいは化合物を形成し、切削時に切欠き効果と、潤滑作用により切削抵
抗を減少させて工具寿命、切屑の破砕性を著しく改善する元素である。しかし、
ＳおよびＰｂは、その含有量が多くなると機械的性質を損なうものであるから、
Ｓは０．０３５％、Ｐｂ：０．１５％とその上限を規制した。 【００１１】 表１は、本発明による高靭性低合金鋼の実施例の化学成分を、対比した比較鋼
の化学成分とともに記載した表であって、供試鋼のＡ鋼は前記第１発明鋼、Ｂ鋼
は前記第２発明鋼、Ｃ鋼、Ｄ鋼は前記第３発明鋼であり、比較鋼のうち、Ｗ鋼は
ＳＮＣＭ４３１に基く鋼、Ｘは本発明鋼に比較し、Ｍｏの含有量の低いＳＣＭ４
３０に基く鋼、Ｙ鋼は本発明におけるＣおよびＭｏ含有量の下限以下の量のＣ、
Ｍｏを添加した比較鋼、Ｚ鋼は本発明におけるＭｎ、Ｍｏの含有量の下限以下の
量のＭｎ、Ｍｏを添加した比較鋼である。なお、本発明鋼のＡ〜Ｄ鋼および比較
鋼のＸ〜Ｚ鋼の欄に記載のＮｉ量は、通常電気炉溶解において不純物として含有
されるＮｉ量を示したものである。 また本発明中Ａ鋼、Ｂ鋼およびＣ鋼と比較鋼のＷ〜Ｚ鋼の欄に記載のＳ量も同
様に電気炉溶解において不純物として含有されるＳ量である。 【００１２】 【表１】 【００１３】 上記表１に記載の化学成分を有する鋼を鋳造後、圧延比５０以上で直径５０mm
に熱間圧延を施して供試鋼とし、これに焼入れ、焼もどし処理を行い、焼入れ時
焼もどし時の硬さ、引張り強さ、伸び、絞り、シャルピー衝撃値などの機械的性
質を測定した。その結果を表２に示す。なお焼入れ、焼もどし温度は、比較鋼中
従来鋼であるＷ鋼については、従来技術に基いて８８０℃に加熱して油焼入れを
行い、次いで４８０℃で焼もどし処理を行い、本発明鋼および残りの比較鋼につ
いては、８５０℃に加熱して水焼入れを行い、次いで５６０℃で焼もどし処理を
行った。なお、本発明の焼入れ焼きもどし後の組織は、全て焼もどしマルテンサ
イトと焼もどしベイナイトの混合組織であった。ここで本発明鋼および比較鋼中
のＸ鋼、Ｙ鋼およびＺ鋼の焼入れ時の冷却速度は２９℃／sec、Ｗ鋼の焼入れ時
の冷却速度は、５℃／secであった。また引張り強さ、伸び、絞りについては、
ＪＩＳ４号試験片を用いて測定し、衝撃値はＪＩＳ３号試験片を用いて測定した
【００１４】 【表２】 【００１５】 表２から明らかなように、本発明鋼は、焼入れ硬さがＨＢ４７５〜４９５、焼
もどし硬さがＨＢ３６３〜３７７の範囲内に、引張り強さが１１５〜１２４kg・
ｆ／mm2の範囲内に、伸びが１２．４〜１５．８の範囲内に、絞りが４１．９〜
４６．３の範囲内に、シャルピー衝撃値が７．７〜１０．１kg・ｆ−ｍ／cm2の
範囲内にあるのに対し、従来鋼のＷ鋼（ＳＮＣＭ４３１）は８８０℃で焼入れ、
４８０℃で焼もどしという高温焼入れ、低温焼もどしを施した結果、焼入れ硬さ
はＨＢ４８５、焼もどし硬さはＨＢ３７０であり、引張り強さは１１９kg・ｆ／
mm2と強度については優れているが、シャルピー衝撃値については６．９kg・ｆ
−ｍ／cm2と靭性については低い。 また、比較鋼中の従来鋼であるＸ鋼（ＳＣＭ４３０）およびその他の比較鋼で
あるＹ鋼およびＺ鋼は８５０℃で水焼入れ、５６０℃で焼もどしを施した結果焼
入れ硬さはＨＢ３８５〜４４６、焼もどし硬さＨＢ２９７〜３４２とＷ鋼に比べ
て低く、かつ、引張り強さについても７２〜１０１kg・ｆ／mm2とＷ鋼に比べて
低く、前記Ｗ鋼や本発明鋼に比べて強度についても劣っている。 前記の従来鋼、比較鋼に対して本発明鋼であるＡ〜Ｄ鋼はいずれも８５０℃と
いう低い温度で水焼入れし、かつ５６０℃という高い温度で焼もどしを施しても
焼入れ硬さはＨＢ４７５〜４９５、焼もどし硬さはＨＢ３６３〜３７７と、１．
８％ものＮｉを含有する従来鋼であるＷ鋼と同等もしくはそれ以上の硬さを有す
るものであり、かつ引張り強さについても１１５〜１２４kg・ｆ／mm2とＷ鋼以
上の優れた強度を有するものである。されに本発明鋼は高温もどしを施したこと
によりシャルピー衝撃値が７．７〜１０．１kg・ｆ−ｍ／cm2と靭性についても
Ｗ鋼に比べて大幅に優れており、本発明鋼は高強度と高靭性を有するものである
ということができる。 【００１６】 【表３】 【００１７】 表３は、表１に示した供試鋼の焼入れ性について測定をした結果を示す。これ
らの測定値は前記熱間圧延片からジョミニー試験片を作製し、焼入れ端から１． ５mm、３mm、５mm、８mm、１１mm、１３mm、１５mm、２５mmの各距離の部分の硬
さを測定したものである。 表３から明らかなように、従来鋼であるＸ鋼および比較鋼であるＹ鋼、Ｚ鋼が
従来鋼Ｗに比して焼入れ硬さが低いのに対して、本発明鋼であるＡ〜Ｄ鋼はＷ鋼
と同等あるいはそれ以上の硬さを有することが明らかであり、本発明鋼は焼入れ
性についても優れていることがわかる。 次に図１に本発明鋼中のＡ鋼の低温靭性を、従来鋼のＷ鋼とともに測定した結
果を比較して示す。低温靭性はＪＩＳ４号試験片を作製し、２０℃〜−８０℃の
低温域での供試鋼のシャルピー衝撃値を測定したものである。 図１から明らかなように、従来鋼であるＷ鋼の−４０℃におけるシャルピー衝
撃値が５．２kg・ｆ−ｍ／cm2であるのに対し、本発明鋼であるＡ鋼は７．３kg
・ｆ−ｍ／cm2であって、Ｗ鋼に比して大幅に高くなっており、本発明鋼は低温
靭性についても優れていることがわかる。 【００１８】 次に本発明鋼の被削性を、Ａ鋼、Ｃ鋼、Ｄ鋼につき、従来鋼であるＷ鋼の被削
性と対比する。この対比試験は、前記各供試鋼について焼入れ、焼もどし処理を
施したものから、直径４０mm、長さ１０mmの素材を用意し、これに定盤上に固定
し、直径５mm、のＳＫＨ９ストレートドリルを用いて、回転数１１４０ｒｐｍ、
推力３０kg（重錘自由落下法）により、ドリル穿孔性を測定したものである。な
お表４には従来鋼であるＷ鋼のドリル穿孔性を１００とした指数で示した。 【００１９】 【表４】 【００２０】 表４により明らかなように、本発明鋼はいずれも従来鋼であるＷ鋼に比して優
れた被削性を有しており、特に快削性元素であるＳ、Ｐｂを含有せしめたＣ鋼お
よびＤ鋼は、Ｗ鋼に比して大幅に被削性を改善したものとなっている。 【００２１】 【発明の効果】 本発明は産業車両の走行用、駆動用部品等に用いられる高靭性低合金鋼におい て、Ｃを、要求強度を確保するため、および靭性を低下させずかつ熱処理による
歪の発生を阻止する範囲の０．３２〜０．４０％、Ｓｉを、素地の強度を向上し
かつ焼もどし軟化抵抗を有せしめるため、および被削性を損なわない範囲の０．
１５〜０．６５％、Ｍｎを、大断面を有する鍛造部品の芯部まで焼入れ組織とす
るため、および焼入れにあたり割れの発生を阻止する範囲の０．６５〜１．２０
％、Ｃｒを、大断面を有する鍛造部品の焼入れ性を得るとともに微細な炭化物を
形成して耐摩耗性を得るため、および前記炭化物を粗大化せしめない範囲の０．
９０〜２．０％を含有させるとともに、Ｍｏを、変態応力を緩和し、水焼入れを
可能とする焼入れ性と、靭性および焼もどし軟化抵抗を高め、さらに微細な炭化
物を生成して耐摩耗性を向上するため、およびベイナイトノーズが後退して水焼
入れ時に焼き割れが発生しない範囲の０．３６〜０．４９％を含有させ、高い量
のＣの存在下において水焼入れ時に大きな変態応力、熱応力を被焼入れ材に加え
るＮｉを積極的に添加することなく、不純物量程度に止めたことにより、焼入れ
時の変態応力を緩和させて水焼入れを可能としたものであって、従来産業車両の
走行用、駆動用部品に用いられていたＳＮＣＭ４３１に比して低い８１０〜８８
０℃の温度に加熱し、この温度から水焼入れ等によって冷却速度２５℃／sec 以
上で焼入れし、次いで５４０〜５８０℃という高い温度で焼もどしを行っても、
従来鋼と同等もしくはそれ以上の硬さおよび機械的性質を有し、靭性については
大幅に優れているという効果を有する。 【００２２】 これに対し、比較鋼中のＸ鋼、およびＹ，Ｚ鋼は、Ｎｉを不純物量程度しか含
有しないが、本発明鋼に比較してＭｏ含有量が低く、さらにＹ鋼はＣ含有量、Ｚ
鋼はＭｏ含有量が低く、その結果、ＳＮＣＭ４３１であるＷ鋼に比較して、強度
、硬さが著しく劣っている 従って、本発明鋼は、従来鋼であるＳＮＣＭ４３１
と同等以上の強度を確保しつつ、より優れた靭性を有する鋼であるといえる。 また本発明においては、さらに、Ｖ：０．０５〜０．３０％，Ｎｂ：０．０５
〜０．３０％の１種または２種を含有せしめることにより、炭窒化物を生成させ
るとともに結晶粒を微細化させ、これにより低温靭性をさらに向上せしめること
ができ、あるいはＳ：０．０３５％以下、Ｐｂ：０．１５％以下のうちの１種又 は２種を含有せしめることにより、切削時の切欠き効果と潤滑作用により切削抵
抗を減少させ、被削性を向上させることができる。 さらに本発明鋼の焼もどしマルテンサイトと焼もどしベイナイトの混合組織は
、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏを前記所定の量含有する鋼を溶製後成形して、例
えば電気炉等の熱処理炉により８１０〜８８０℃に加熱し、水焼入れ等の手段に
より２５℃／sec 以上の冷却速度で焼入れすることによりマルテンサイトとベイ
ナイトの混合組織が得られ、その後５４０〜５６０℃で焼もどしを施すことによ
り得られる組織であって、従来鋼であるＳＮＣＭ４３１の場合のように、焼入れ
焼もどしを施した組織がマルテンサイトの一相組織ではないので、本発明鋼は優
れた靭性を有するとともに、マルテンサイトの析出が抑制されているため変態応
力が緩和されて焼割れの発生が少くされている鋼である。
し、かつ焼入れ性、被削性に優れた低合金鋼に関するものである。 【０００２】 【従来技術】 産業用車両の走行用、駆動用部品としてトラツクリンク、クランクシャフト、
ステアリングナツクル等がある。例えば図２および図３に示す大型トラツクリン
ク１は最小断面が２５mm以上の大断面を有するものであって、熱間鍛造によって
成形されたのち、切削加工により一対のブツシュ孔２が仕上げられ、この一対の
ブツシュ孔２にワツシャ３を介してブツシュ４を圧入し、かつブツシュ４にピン
５を挿入固定してチエン状をなし、ついでボルト６およびナツト７によってシュ
ー８に取付けるもので、トラツクリンクとシューとは一体的に回転し産業車両を
走行させるものである。 この車両用部品には走行時に高い曲げ応力、捩り、引張りおよび圧縮繰り返し
応力などの負荷が加わるものであって、このような走行用、駆動用部品に用いる
鋼に対して高い靭性と強度を有し、かつ大断面を有する前記部品の芯部まで焼入
れ組織とするため優れた焼入れ性を有していることが要求される。 また、産業用車両は−５０℃以下の寒冷地においても作業をするものであるか
ら、極低温域においても前記特性があまり低下することがなく、特に低温靭性に
優れていることが要求される。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】 従来、前記のような特性が要求される産業用車両の走行用、駆動用部品に用い
る鋼として、ＳＮＣＭ４３１などのニツケル・クロム・モリブデン鋼が使用され
ているが、ＳＮＣＭ４３１はＮｉを１．８％含有することによって低温靭性につ
いては優れている反面、１．８％のＮｉを含有することによって熱間鍛造後の焼
きなましに長時間を要し、かつ、被削性が劣るとともに、多量のＮｉを含有する
ことによって高価な鋼となっていた。 また、ＳＮＣＭ４３１などの従来鋼は、焼入れに際してマルテンサイトを主体
とする組織となり、焼入れ時に大きな変態応力、熱応力が加わることによって焼
き割れが発生し易いので、従来は水焼入れを行うことができず、油焼入れを施し
ていた。しかし、油焼入れにおいては、焼入れ油の管理を十分に行わないと焼入
れ硬さがバラツクという欠点があり、例えば劣化した焼入れ油を使用して焼入れ を行うと、被焼入れ材の各部分において冷却速度が変化することによって、焼入
れ組織がマルテンサイトとベイナイトとが不均一に分布した組織となり、焼入れ
硬さにバラツキが生じるとともに、所望の硬さが得られないという問題があった
さらに、油焼入れにおいては十分な焼入れ硬さが得られないため、従来焼入れに
際して高温で焼入れを行い、かつ焼きもどしにおいては低温もどしを施さなけれ
ばならず、油焼入れ材は靭性が低いものとなり、従来トラツクリンクにおいては
、使用中にブッシュ孔付近に割れが発生するという問題があった。 【０００５】 【課題を解決するための手段】 本発明は、従来鋼のＳＮＣＭ４３１などのニツケル・クロム・モリブデン鋼に
比して、焼入れ硬さ、焼きもどし硬さは同等もしくはそれ以上の硬さを有し、引
張り強さ、靭性においては従来鋼より優れ水焼入れを可能とした高靭性低合金鋼
を提供するものである。 即ち、本発明者らの研究によれば、従来の含Ｎｉ鋼においては水焼入れを施し
た場合に焼き割れが発生するのは、該含Ｎｉ鋼はオーステナイト領域が広いため
、焼入れ時にほぼマルテンサイト一相の組織となることと、Ｃ量が高いことが相
俟って、水焼入れ時に大きな変態応力、熱応力が被焼入れ材に加わることによっ
て発生することを見出した。そこで本発明においては、変態応力を緩和するため
にマルテンサイトの析出を抑制し、焼入れ後の組織をマルテンサイトとベイナイ
トの混合組織とするため、Ｎｉの含有を不純物量程度に止め、Ｍｏを必要量含有
させることによって水焼入れが可能な鋼としたものである。また本発明において
は、水焼入れが可能となったことによって十分な焼入れ硬さが得られ、従来鋼に
比べて低い温度で焼入れができ、かつ高温で焼きもどしができるため、水焼入れ
を施した従来鋼に比して優れた靭性を有する鋼を提供することができる。さらに
本発明によれば、必要に応じて適量のＶ、Ｎｂを１種または両方含有せしめるこ
とにより強度と靭性をさらに向上させ、またＳ、Ｐｂを１種又は両方含有せしめ
ることにより、鋼の被削性をも向上させることができる等、高靭性、高強度を有
し、かつ優れた焼入れ性、被削性を有する産業用車両の走行用、駆動用部品に適
した高靭性低合金鋼を提供するものである。 【０００６】 請求項１に記載の第１発明鋼は、重量比にしてＣ：０．３２〜０．４０％，Ｓ
ｉ：０．１５〜０．６５％，Ｍｎ：０．６５〜１．２０％， Ｃｒ：０．９０〜
２．００％，Ｍｏ：０．３６〜０．４９％を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元
素からなり、組織が焼もどしマルテンサイトと焼もどしベイナイトの混合組織か
らなり、水焼入れ時に焼き割れが無く、高靭性、高強度でかつ、優れた焼入れ性
を有するものである。また請求項２に記載の第２発明鋼は第１発明鋼の化学成分
のほかに、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｎｂ：０．０５〜０．３０％のうち１種
または２種を含有し結晶粒を微細化することによって低温靭性をさらに向上させ
たものである。請求項３に記載の第３発明鋼は、第１発明鋼の化学成分のほかに
、Ｓ：０．０３５％以下，Ｐｂ０．１５％以下のうち１種ないし２種を含有させ
ることによって被削性を改善したものである。 本発明鋼は上記各成分範囲の鋼に焼入れ、焼もどしを施すことによって焼もど
しマルテンサイトと焼もどしベイナイトの混合組織を得たものであって、従来鋼
のＳＮＣＭ４３１の焼入れ焼もどし組織に比して同等またはそれ以上の強度を保
持しながら、より優れた靭性を有する組織である。 【０００７】 【作用】 本発明鋼の成分の作用は次のとおりである。 Ｃは、０．３２〜０．４０％を含有させることにより、産業車両の走行用、駆
動用部品として鋼に要求される強度を確保する。 Ｓｉは、０．１５〜０．６５％を含有させることにより、製鋼中に、脱酸作用
を有するとともに、鋼の地質に固溶して素地の強度を向上し、さらに焼もどし軟
化抵抗を有する。 Ｍｎは、０．６５〜１．２０％を含有することにより、製鋼中にＳｉと同様に
脱酸作用を有し、かつ鋼の焼入れ性を向上させる。 Ｃｒは、０．９０〜２．０％を含有させることにより、Ｍｎと同様に鋼の焼入
れ性を高め、かつ炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる。 Ｍｏは、０．３６〜０．４９％を含有させることにより、本発明の鋼の変態応 力を緩和し、水焼入れを可能とする優れた焼入れ性と、靭性および焼もどし軟化
抵抗を高め、さらに微細な炭化物を生成して耐摩耗性を向上させる。 ＶおよびＮｂは、いずれか一方または両者をそれぞれ０．０５〜０．３０％含
有させることにより、鋼に、炭窒化物を生成するとともに結晶粒を微細化し、強
度と靭性を向上させる。 Ｓは、０．０３５％以下を含有させることにより、鋼中にＭｎＳを生成して被
削性を改善する。Ｐｂは、０．１５％以下を含有させることにより、鋼中におい
て単独あるいは化合物を形成し、切削時に切欠き効果と、潤滑作用により切削抵
抗を減少させて工具寿命、切屑の破砕性を著しく改善する。 【０００８】 【実施例】 本発明鋼は、重量比にしてＣ：０．３２〜０．４０％， Ｓｉ：０．１５〜
０．６５％，Ｍｎ：０．６５〜１．２０％，Ｃｒ：０．９０〜２．００％， Ｍ
ｏ：０．３６〜０．４９％を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元素からなり組織
が焼もどしマルテンサイトと焼もどしベイナイトの混合組織からなり、水焼入れ
時に焼き割れが無く、高靭性、高強度でかつ、優れた焼入れ性を有する高靭性低
合金鋼である。これにＶ：０．０５〜０．３０％，Ｎｂ：０．０５〜０．３０％
のうち１種または２種を含有し結晶粒を微細化することによって低温靭性をさら
に向上させたものであり、あるいはこれにＳ：０．０３５％以下、Ｐｂ：０．１
５％以下を含有させることによって被削性を改善したものである。 【０００９】 本発明鋼の成分限定理由について説明する。 Ｃは、産業車両の走行用、駆動用部品として要求される強度を確保するに必要
な元素であって、所望の硬さを得るためには少くとも０．３２％以上のＣを含有
させる必要があり、下限を０．３２％とした。しかし０．４０％を超えて含有さ
せると靭性が低下するとともに熱処理によって歪が発生し易くなるので上限を０
．４０％とした。 Ｓｉは、脱酸作用を有するとともに地質に固溶して素地の強度を向上し、さら
に焼きもどし軟化抵抗を有する元素であって、これらの効果を得るには０．１５ ％以上含有させる必要があり下限を０．１５とした。しかし必要以上のＳｉを含
有させると被削性が損なわれるので上限を０．６５％とした。 ＭｎはＳｉと同様に脱酸剤として用いられ、かつ焼入れ性を向上させる元素で
あって、大型トラツクリンクのような大断面を有する走行用部品においても芯部
まで焼入れ組織とするためには０．６５％以上含有させる必要があり、下限を０
．６５％とした。しかし必要以上に含有させると水焼入れにおいて割れが発生し
易くなるので、上限を１．２０％とした。 Ｃｒは、Ｍｎと同様に焼入れ性を高め、かつ炭化物を形成して耐摩耗性を向上
させる元素であって、走行用部品として必要な焼入れ性と耐摩耗性を得るには、
０．９０％以上含有させる必要があり、下限を０．９０％とした。しかし多く含
有させると炭化物が粗大化し、かつ硬い炭化物が生成し、かえって焼入れ性と耐
摩耗性を損なうので、上限を２．０％とした。 【００１０】 Ｍｏは、本発明鋼の変態応力を緩和し、水焼入れを可能とする優れた焼入れ性
と、靭性および焼もどし軟化抵抗を高め、さらに微細な炭化物を生成して耐摩耗
性を向上させる、本発明においては最も重要な元素であって、これらの効果を得
るには少くとも０．３６％以上含有させる必要があり、下限を０．３６％とした しかし必要以上に多く含有させるとベイナイトノーズが後退し、水焼入れ時に
焼き割れが発生し易くなり、かつＭｏは高価な元素であるので、上限を０．４９
％とした。 ＶおよびＮｂは、炭窒化物を生成するとともに結晶粒を微細化し、強度と靭性
を向上させる元素であって、これらの効果を得るには０．０５％以上含有させる
必要があり下限を０．０５％とした。しかしＶおよびＮｂはともに０．３０％を
超えて含有させても効果の向上が小さいので、上限を０．３０％とした。 Ｓは、ＭｎＳを生成して被削性を改善する元素であって、Ｐｂは、鋼中におい
て単独あるいは化合物を形成し、切削時に切欠き効果と、潤滑作用により切削抵
抗を減少させて工具寿命、切屑の破砕性を著しく改善する元素である。しかし、
ＳおよびＰｂは、その含有量が多くなると機械的性質を損なうものであるから、
Ｓは０．０３５％、Ｐｂ：０．１５％とその上限を規制した。 【００１１】 表１は、本発明による高靭性低合金鋼の実施例の化学成分を、対比した比較鋼
の化学成分とともに記載した表であって、供試鋼のＡ鋼は前記第１発明鋼、Ｂ鋼
は前記第２発明鋼、Ｃ鋼、Ｄ鋼は前記第３発明鋼であり、比較鋼のうち、Ｗ鋼は
ＳＮＣＭ４３１に基く鋼、Ｘは本発明鋼に比較し、Ｍｏの含有量の低いＳＣＭ４
３０に基く鋼、Ｙ鋼は本発明におけるＣおよびＭｏ含有量の下限以下の量のＣ、
Ｍｏを添加した比較鋼、Ｚ鋼は本発明におけるＭｎ、Ｍｏの含有量の下限以下の
量のＭｎ、Ｍｏを添加した比較鋼である。なお、本発明鋼のＡ〜Ｄ鋼および比較
鋼のＸ〜Ｚ鋼の欄に記載のＮｉ量は、通常電気炉溶解において不純物として含有
されるＮｉ量を示したものである。 また本発明中Ａ鋼、Ｂ鋼およびＣ鋼と比較鋼のＷ〜Ｚ鋼の欄に記載のＳ量も同
様に電気炉溶解において不純物として含有されるＳ量である。 【００１２】 【表１】 【００１３】 上記表１に記載の化学成分を有する鋼を鋳造後、圧延比５０以上で直径５０mm
に熱間圧延を施して供試鋼とし、これに焼入れ、焼もどし処理を行い、焼入れ時
焼もどし時の硬さ、引張り強さ、伸び、絞り、シャルピー衝撃値などの機械的性
質を測定した。その結果を表２に示す。なお焼入れ、焼もどし温度は、比較鋼中
従来鋼であるＷ鋼については、従来技術に基いて８８０℃に加熱して油焼入れを
行い、次いで４８０℃で焼もどし処理を行い、本発明鋼および残りの比較鋼につ
いては、８５０℃に加熱して水焼入れを行い、次いで５６０℃で焼もどし処理を
行った。なお、本発明の焼入れ焼きもどし後の組織は、全て焼もどしマルテンサ
イトと焼もどしベイナイトの混合組織であった。ここで本発明鋼および比較鋼中
のＸ鋼、Ｙ鋼およびＺ鋼の焼入れ時の冷却速度は２９℃／sec、Ｗ鋼の焼入れ時
の冷却速度は、５℃／secであった。また引張り強さ、伸び、絞りについては、
ＪＩＳ４号試験片を用いて測定し、衝撃値はＪＩＳ３号試験片を用いて測定した
【００１４】 【表２】 【００１５】 表２から明らかなように、本発明鋼は、焼入れ硬さがＨＢ４７５〜４９５、焼
もどし硬さがＨＢ３６３〜３７７の範囲内に、引張り強さが１１５〜１２４kg・
ｆ／mm2の範囲内に、伸びが１２．４〜１５．８の範囲内に、絞りが４１．９〜
４６．３の範囲内に、シャルピー衝撃値が７．７〜１０．１kg・ｆ−ｍ／cm2の
範囲内にあるのに対し、従来鋼のＷ鋼（ＳＮＣＭ４３１）は８８０℃で焼入れ、
４８０℃で焼もどしという高温焼入れ、低温焼もどしを施した結果、焼入れ硬さ
はＨＢ４８５、焼もどし硬さはＨＢ３７０であり、引張り強さは１１９kg・ｆ／
mm2と強度については優れているが、シャルピー衝撃値については６．９kg・ｆ
−ｍ／cm2と靭性については低い。 また、比較鋼中の従来鋼であるＸ鋼（ＳＣＭ４３０）およびその他の比較鋼で
あるＹ鋼およびＺ鋼は８５０℃で水焼入れ、５６０℃で焼もどしを施した結果焼
入れ硬さはＨＢ３８５〜４４６、焼もどし硬さＨＢ２９７〜３４２とＷ鋼に比べ
て低く、かつ、引張り強さについても７２〜１０１kg・ｆ／mm2とＷ鋼に比べて
低く、前記Ｗ鋼や本発明鋼に比べて強度についても劣っている。 前記の従来鋼、比較鋼に対して本発明鋼であるＡ〜Ｄ鋼はいずれも８５０℃と
いう低い温度で水焼入れし、かつ５６０℃という高い温度で焼もどしを施しても
焼入れ硬さはＨＢ４７５〜４９５、焼もどし硬さはＨＢ３６３〜３７７と、１．
８％ものＮｉを含有する従来鋼であるＷ鋼と同等もしくはそれ以上の硬さを有す
るものであり、かつ引張り強さについても１１５〜１２４kg・ｆ／mm2とＷ鋼以
上の優れた強度を有するものである。されに本発明鋼は高温もどしを施したこと
によりシャルピー衝撃値が７．７〜１０．１kg・ｆ−ｍ／cm2と靭性についても
Ｗ鋼に比べて大幅に優れており、本発明鋼は高強度と高靭性を有するものである
ということができる。 【００１６】 【表３】 【００１７】 表３は、表１に示した供試鋼の焼入れ性について測定をした結果を示す。これ
らの測定値は前記熱間圧延片からジョミニー試験片を作製し、焼入れ端から１． ５mm、３mm、５mm、８mm、１１mm、１３mm、１５mm、２５mmの各距離の部分の硬
さを測定したものである。 表３から明らかなように、従来鋼であるＸ鋼および比較鋼であるＹ鋼、Ｚ鋼が
従来鋼Ｗに比して焼入れ硬さが低いのに対して、本発明鋼であるＡ〜Ｄ鋼はＷ鋼
と同等あるいはそれ以上の硬さを有することが明らかであり、本発明鋼は焼入れ
性についても優れていることがわかる。 次に図１に本発明鋼中のＡ鋼の低温靭性を、従来鋼のＷ鋼とともに測定した結
果を比較して示す。低温靭性はＪＩＳ４号試験片を作製し、２０℃〜−８０℃の
低温域での供試鋼のシャルピー衝撃値を測定したものである。 図１から明らかなように、従来鋼であるＷ鋼の−４０℃におけるシャルピー衝
撃値が５．２kg・ｆ−ｍ／cm2であるのに対し、本発明鋼であるＡ鋼は７．３kg
・ｆ−ｍ／cm2であって、Ｗ鋼に比して大幅に高くなっており、本発明鋼は低温
靭性についても優れていることがわかる。 【００１８】 次に本発明鋼の被削性を、Ａ鋼、Ｃ鋼、Ｄ鋼につき、従来鋼であるＷ鋼の被削
性と対比する。この対比試験は、前記各供試鋼について焼入れ、焼もどし処理を
施したものから、直径４０mm、長さ１０mmの素材を用意し、これに定盤上に固定
し、直径５mm、のＳＫＨ９ストレートドリルを用いて、回転数１１４０ｒｐｍ、
推力３０kg（重錘自由落下法）により、ドリル穿孔性を測定したものである。な
お表４には従来鋼であるＷ鋼のドリル穿孔性を１００とした指数で示した。 【００１９】 【表４】 【００２０】 表４により明らかなように、本発明鋼はいずれも従来鋼であるＷ鋼に比して優
れた被削性を有しており、特に快削性元素であるＳ、Ｐｂを含有せしめたＣ鋼お
よびＤ鋼は、Ｗ鋼に比して大幅に被削性を改善したものとなっている。 【００２１】 【発明の効果】 本発明は産業車両の走行用、駆動用部品等に用いられる高靭性低合金鋼におい て、Ｃを、要求強度を確保するため、および靭性を低下させずかつ熱処理による
歪の発生を阻止する範囲の０．３２〜０．４０％、Ｓｉを、素地の強度を向上し
かつ焼もどし軟化抵抗を有せしめるため、および被削性を損なわない範囲の０．
１５〜０．６５％、Ｍｎを、大断面を有する鍛造部品の芯部まで焼入れ組織とす
るため、および焼入れにあたり割れの発生を阻止する範囲の０．６５〜１．２０
％、Ｃｒを、大断面を有する鍛造部品の焼入れ性を得るとともに微細な炭化物を
形成して耐摩耗性を得るため、および前記炭化物を粗大化せしめない範囲の０．
９０〜２．０％を含有させるとともに、Ｍｏを、変態応力を緩和し、水焼入れを
可能とする焼入れ性と、靭性および焼もどし軟化抵抗を高め、さらに微細な炭化
物を生成して耐摩耗性を向上するため、およびベイナイトノーズが後退して水焼
入れ時に焼き割れが発生しない範囲の０．３６〜０．４９％を含有させ、高い量
のＣの存在下において水焼入れ時に大きな変態応力、熱応力を被焼入れ材に加え
るＮｉを積極的に添加することなく、不純物量程度に止めたことにより、焼入れ
時の変態応力を緩和させて水焼入れを可能としたものであって、従来産業車両の
走行用、駆動用部品に用いられていたＳＮＣＭ４３１に比して低い８１０〜８８
０℃の温度に加熱し、この温度から水焼入れ等によって冷却速度２５℃／sec 以
上で焼入れし、次いで５４０〜５８０℃という高い温度で焼もどしを行っても、
従来鋼と同等もしくはそれ以上の硬さおよび機械的性質を有し、靭性については
大幅に優れているという効果を有する。 【００２２】 これに対し、比較鋼中のＸ鋼、およびＹ，Ｚ鋼は、Ｎｉを不純物量程度しか含
有しないが、本発明鋼に比較してＭｏ含有量が低く、さらにＹ鋼はＣ含有量、Ｚ
鋼はＭｏ含有量が低く、その結果、ＳＮＣＭ４３１であるＷ鋼に比較して、強度
、硬さが著しく劣っている 従って、本発明鋼は、従来鋼であるＳＮＣＭ４３１
と同等以上の強度を確保しつつ、より優れた靭性を有する鋼であるといえる。 また本発明においては、さらに、Ｖ：０．０５〜０．３０％，Ｎｂ：０．０５
〜０．３０％の１種または２種を含有せしめることにより、炭窒化物を生成させ
るとともに結晶粒を微細化させ、これにより低温靭性をさらに向上せしめること
ができ、あるいはＳ：０．０３５％以下、Ｐｂ：０．１５％以下のうちの１種又 は２種を含有せしめることにより、切削時の切欠き効果と潤滑作用により切削抵
抗を減少させ、被削性を向上させることができる。 さらに本発明鋼の焼もどしマルテンサイトと焼もどしベイナイトの混合組織は
、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏを前記所定の量含有する鋼を溶製後成形して、例
えば電気炉等の熱処理炉により８１０〜８８０℃に加熱し、水焼入れ等の手段に
より２５℃／sec 以上の冷却速度で焼入れすることによりマルテンサイトとベイ
ナイトの混合組織が得られ、その後５４０〜５６０℃で焼もどしを施すことによ
り得られる組織であって、従来鋼であるＳＮＣＭ４３１の場合のように、焼入れ
焼もどしを施した組織がマルテンサイトの一相組織ではないので、本発明鋼は優
れた靭性を有するとともに、マルテンサイトの析出が抑制されているため変態応
力が緩和されて焼割れの発生が少くされている鋼である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例の鋼と比較鋼の低温靭性を示す試験温度とシャルピー衝撃値と
の関係の線図 【図２】 本発明鋼の用途として適したトラツクリンクの分解図 【図３】 トラツクリンクの組立図 【符号の説明】 １トラツクリンク ２ブツシュ孔 ４ブツシュ ５ピン ８シュー
の関係の線図 【図２】 本発明鋼の用途として適したトラツクリンクの分解図 【図３】 トラツクリンクの組立図 【符号の説明】 １トラツクリンク ２ブツシュ孔 ４ブツシュ ５ピン ８シュー
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】重量比にして、Ｃ：０．３２〜０．４０％，Ｓｉ：０．１５〜０
．６５％，Ｍｎ：０．６５〜１．２０％，Ｃｒ：０．９０〜２．００％，Ｍｏ：
０．３６〜０．４９％を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元素からなり、組織が
焼もどしマルテンサイトと焼もどしベイナイトの混合組織からなり、水焼入れ時
に焼き割れが無く、高靭性、高強度でかつ、優れた焼入れ性を有することを特徴
とする高靭性低合金鋼。 【請求項２】重量比にして、Ｃ：０．３２〜０．４０％，Ｓｉ：０．１５〜０．
６５％，Ｍｎ：０．６５〜１．２０％，Ｃｒ：０．９０〜２．００％，Ｍｏ：０
．３６〜０．４９％と、さらにＶ：０．０５〜０．３０％，Ｎｂ：０．０５〜０
．３０％のうち１種ないし２種を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元素からなり
、組織が焼もどしマルテンサイトと焼もどしベイナイトの混合組織からなり、水
焼入れ時に焼き割れが無く、高靭性、高強度でかつ、優れた焼入れ性を有するこ
とを特徴とする高靭性低合金鋼。 【請求項３】重量比にして、Ｃ：０．３２〜０．４０％，Ｓｉ：０．１５〜０．
６５％，Ｍｎ：０．６５〜１．２０％，Ｃｒ：０．９０〜２．００％，Ｍｏ：０
．３６〜０．４９％と、さらにＳ：０．０３５％以下、Ｐｂ：０．１５％以下の
うち１種ないし２種を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元素からなり、組織が焼
もどしマルテンサイトと焼もどしベイナイトの混合組織からなり、水焼入れ時に
焼き割れが無く、高靭性、高強度でかつ、優れた焼入れ性を有することを特徴と
する高靭性低合金鋼。
Family
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