JP3514018B2 - 高強度−高靱性マルテンサイト型非調質鋼の製造方法 - Google Patents
高強度−高靱性マルテンサイト型非調質鋼の製造方法Info
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Description
ニオン,コンロッド,スピンドル等の自動車用部品とし
て好適に使用可能な高強度−高靱性マルテンサイト型非
調質鋼の製造方法に関する。
フランジコンパニオン,コンロッド,スピンドル等の部
品はJIS−S45C,SCR420,SCM420等
を熱間鍛造した後に所定の強度と靱性を確保するために
焼入れ−焼戻し処理を行い製造していた。しかしながら
この場合、強度と靱性は確保できるもののリードタイム
が長くなるといった問題があった。
鋼を用いた場合、リードタイムの点では優れているが十
分な強度と靱性が得られない問題がある。
御圧延技術に代表される加工熱処理技術の一つとしてオ
ースフォーミングという手法が検討されているが、一般
構造用鋼に対してこれを適用する場合、加工時にフェラ
イト変態が極端に促進され、得られる組織が不完全にな
ってしまう。このため従来の成分系の構造用鋼では十分
な強度と靱性が得られなかった。
グを適用した場合、鍛造加工時に変形抵抗が増加してし
まうため、鍛造加工時に不都合が発生する等オースフォ
ーミングを適用できる構造用鋼はほとんどないのが実情
である。
合、変形抵抗を下げるために焼鈍し等の軟化熱処理を行
う必要があり、材料コストを上昇させてしまう問題があ
る。
課題を解決するために開発されたものである。而して本
願の発明の製造方法は、重量%で、0.02≦C≦0.
15%,0.08≦Si≦1.0%,N≦0.03%,
Mn≦3.0%,Cr≦3.0%,Al≦0.2%,
0.0008≦B≦0.01%,Ti≦0.06%であ
り、若しくは更にNi≦4.0%,Cu≦1.0%,M
o≦2.0%,W≦0.5%,Zr≦0.5%,V≦
0.3%,Nb≦0.08%の一種以上を含有し、下記
式で表される焼入れ性指数H≧3.5であって、残部が
実質的にFeから成る鋼素材を、830℃以上に加熱し
てオーステナイト化させた後、30℃/分以上の平均冷
却速度で550〜900℃の範囲まで冷却した上で鍛造
加工し、しかる後100℃/分以上の平均冷却速度でM
f点である300℃以下に冷却してマルテンサイト化す
ることを特徴とする(請求項1)。H=Cr+Mn+N
i+Mo+5(Cu+W+Zr+V+Ti)+XB+2
0Nb+0.5Si−5Al(Bが0.0008以上
0.005%以下含まれる場合にはXB=0.5とす
る)
いて、前記鍛造加工後マルテンサイト化した後におい
て、600℃以下の範囲で再加熱処理を行うことを特徴
とする。
の何れかにおいて、前記鋼素材が、更に快削成分として
S,Ca,Pb,Te,Biの一種若しくは二種以上
を、S≦0.2%,Ca≦0.05%,Pb≦0.3
%,Te≦0.1%,Bi≦0.15%で含有すること
を特徴とする。
フォーミング手法を適用するものである。このオースフ
ォーミングを適用するためには鋼の焼入れ性を高くする
必要がある。そこで本発明者らはそのための研究を行う
中で、鋼の組成を上記組成とし且つ焼入れ性を示す指数
としてH=Cr+Mn+Ni+Mo+5(Cu+W+Z
r+V+Ti)+XB+20Nb+0.5Si−5Al
(XBはBを0.0008以上0.005以下含むとき
0.5)を導き出し、そしてその指数Hが3.5以上で
あれば上記オースフォーミングを安定的に適用でき、最
終的に強度,靱性に優れたマルテンサイト型非調質鋼が
得られることを知得した。
れ−焼戻し材を超えるハイレベルの強度と靱性が得ら
れ、従ってこれを自動車等の部品に適用した場合、従来
の部品よりも小型化することができ、従ってまたその軽
量化を図ることができる。
鋼であって焼入れ,焼戻し処理をしない状態で十分な強
度と靱性とが得られ、従って従来のJIS鋼種の焼入れ
−焼戻し材に比べてリードタイムを短縮化でき、コスト
を低減することができる。
℃以上に加熱してオーステナイト化し、その後30℃/
分以上の平均冷却速度で550〜900℃の範囲まで、
即ち準安定オーステナイト領域まで冷却してそこで鍛造
加工し、その後これを冷却して組織をマルテンサイト化
する。
ト,丸棒或いはコイル等にされたものを用いることがで
き、而してその過程での加工温度は900℃以下とする
必要はない。本発明はその後において製品形状に鍛造加
工する際に、上記オースフォーミング手法を適用するこ
とを特徴とする。
テナイト状態、即ち軟らかい状態で鍛造加工するため
に、鍛造加工に先立って変形抵抗を少なくするために予
め軟化熱処理を施す必要がなく、加工を容易に行うこと
ができる。また焼ならし材や熱処理を省略した圧延まま
の材料を使用する場合、本方法に従えば鍛造時の変形抵
抗を低減できる。
マルテンサイト化した後において、これを600℃以下
の温度に再加熱処理することができ、この場合には材料
の靱性を一層高めることができる(請求項2)。これに
より強度と靱性のバランスを最適化でき、適用する部品
の要求特性に見合った部品製造が可能となる。
にS,Ca,Pb,Te,Bi等の快削成分の一種若し
くは二種以上を添加することができ、この場合には材料
の切削性が高まって製品の製造性が高まる利点が得られ
る(請求項2)。
を詳述する。 C:0.02〜0.15% 非調質鋼であるため、焼入れ強度が構造用鋼として最大
となる1500MPa以下とすべく上限を0.15%と
した。また製造上の制約から下限を0.02%とした。
め、上限を1.0%とした。
03%とした。
傷めるため上限を3.0%とした。
性を高める元素であるが、多量に入れ過ぎると未固溶炭
化物により鍛造性が悪化するため、それぞれの上限を上
記値に規定した。
果は飽和する。0.001%以上で焼入れ性効果は現わ
れる。
め、NをTiNとして固定するため添加する。0.06
%を超えると鋼の清浄度を害する。
性を向上させる作用があるが、Cuを入れ過ぎると熱間
加工性が悪化するため上限を1.0%とした。またNi
は多量に入れた場合、焼入れ性の向上効果が収束してし
まうことから上限を4.0%とした。
計算式においてマイナス要素となるため上限を0.2%
に限定した。
b:≦0.3%,Te:≦0.1%,Bi:≦0.15
% これら成分は材料の被削性を高める成分であって、それ
ぞれ上記範囲内で含有させることにより材料の被削性が
高まり、部品製造の際の製造性が高まる。
W+Zr+V+Ti)+XB+20Nb+0.5Si−
5Al≧3.5 このHは焼入れ性を表す指数であってHを3.5以上と
することにより安定してオースフォーミング手法を適用
可能となり、その後の冷却において組織を容易にマルテ
ンサイト化することができる。
化及び550〜900℃での鍛造加工本発明の製造方法
は、素材を830℃以上に加熱し、その後550〜90
0℃に冷却し、準安定オーステナイト状態で鍛造加工を
施すもので、この温度範囲で加工を行うことによりマル
テンサイト変態まで存続できる転位と加工誘起析出炭化
物を生成させることができ、これにより非常に緻密な組
織が得られ、その結果高強度と高靱性化が同時に達成で
きる。而して加工後の組織はマルテンサイトを主体とし
たものとなる。
造性が必要となるため、焼入れ性を表す指数Hが3.5
以上及びC量を0.15%以下に抑えた材料を使用しな
ければならない。何故なら低温オーステナイト領域での
鍛造は拡散的に変態−析出するフェライトの生成を著し
く促進させてしまうため、所定の強度と靱性が得られな
くなってしまい、またCは低温オーステナイト時の変形
抵抗を増加させる主因であることから極力これを抑えな
ければならないからである。
に示す各種組成の鋼種について、それぞれを各オーステ
ナイト化(γ化)温度(830℃以上)で加熱した後こ
れを冷却し、鍛造温度750℃,減面率60%の条件下
で鍛造加工した後、水冷を行って組織をマルテンサイト
化し、その硬さを測定して焼入れ性を示す指数Hと硬さ
との関係を求めた。結果が図1に示してある。
が830℃以上,焼入れ性指数Hが3.5以上である場
合において硬さ300以上を確保でき、本発明のオース
フォーミング手法が適用できることが分かる。
M420等は焼入れ性指数Hが1.8〜2.0であり、
またSNCM420で3.1程度であり、安定して加工
熱処理(オースフォーミング)が適用できるレベルには
ない。
温オーステナイト領域で塑性加工を加えると、加工によ
り導入された転位が完全に消滅できず、拡散変態となる
フェライト変態或いはパーライト変態を著しく促進して
しまう。その結果、焼入れ性指数の小さい(焼入れ性の
低い)材料ではいくら鍛造後に急冷を施しても相当な割
合でアシキュラーフェライトと呼ばれる組織や上部ベイ
ナイト,等軸フェライト,パーライト等を生成させてし
まい、硬さを大幅に下げてしまう。
ナイト化加熱温度1000℃における鍛造−水冷後の鍛
造温度と硬さ及びシャルピー衝撃値の関係を示した。こ
の図より、マルテンサイトが主体となる場合、鍛造温度
が550〜900℃の範囲で明確な効果が確認できる。
に従って材料を1000℃に1分間加熱した後700〜
800℃に冷却し、端面拘束試験法による変形抵抗を測
定した。また比較のためにJIS−SCM420につい
て図3のプロセスBに従って700〜800℃に1分間
加熱保持後、端面拘束試験法による変形抵抗を測定し
た。結果が図4に示してある。
験したものである。この結果から、両鋼種とも多量のベ
イナイトを含んだ状態であるため、通常の温間鍛造であ
るプロセスBでは変形抵抗が非常に高くなっている。
た場合、熱間圧延後に生成するベイナイト組織等はオー
ステナイト化加熱時に全て消滅し、鍛造時にはC量の少
ない変形能に富んだ軟らかいオーステナイト単相となる
ため、加工性は良くなっている。従って本発明の製造プ
ロセスに従って鍛造加工した場合、供給される材料が加
工性の悪い圧延ままの組織を有するものであっても十分
な加工性を確保できることが確認できる。
用鋼の焼入れ−焼戻し材及び本発明の製造プロセスに従
って製造した本発明例の鋼(マルテンサイト型非調質
鋼)の強度−靱性バランスを示した図である。この図か
ら、本発明例の鋼が通常のマルテンサイト型非調質鋼の
みならずJIS−構造用鋼の焼入れ−焼戻し材をもしの
ぐ特性を有していることを明らかに見てとることができ
る。
組成の鋼種Xについて鍛造温度と硬さ及び衝撃値との関
係を求めた。結果が図6に示してある。図から分かるよ
うに、快削成分のない場合と比較して靱性は若干低下す
るものの、550〜900℃の鍛造−引き続く焼入れに
より靱性の向上がはっきりと確認できる。尚、製造条件
は加熱温度:1000℃,鍛造温度までの冷却方法:空
冷(30℃/分以上の冷却速度),加工度:45%,鍛
造後の冷却方法:水冷(100℃/分以上の冷却速度)
とした。
ンパニオン10を図8に示す工程に従って製造した。そ
の際の製造条件については表3に示す3通りとし、それ
ぞれ焼入れ性指数Hの異なった2鋼種G,Bについて各
特性を比較検討した。
を調べるため、図7に示すフランジ部Aと絞り部Bから
切り出した衝撃試験片を用いてシャルピー衝撃試験と硬
さ試験をそれぞれ行った。図9及び図10は各鋼種にお
けるフランジ部Aと絞り部Bの硬さを示している。
性指数Hの低いものは加工熱処理プロセスであるプロセ
ス3や低温熱間鍛造であるプロセス2に従った場合、所
定の硬さが全く得られていない。一方本発明例の鋼であ
る鋼種Gの場合、何れのプロセスに従った場合にも十分
な硬さが得られている。
もので、この図から加工熱処理プロセスであるプロセス
3に従った場合、最も高い値を示し、本発明の効果が十
分に表われていることが分かる。
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において、種々変更を加えた態様で実施可能である。
と硬さとの関係を表す図である。
さと衝撃値との関係を表す図である。
の比較においてパターン化して表す図である。
て処理した場合の鍛造加工時の変形抵抗を表す図であ
る。
従来材との比較において表す図である。
て得られた鍛造温度と硬さと衝撃値との関係を表す図で
ある。
コンパニオンを表す図である。
図である。
に示す工程に従いフランジコンパニオンを製造した場合
に得られる硬さを示した図である。
セスに従って図8に示す工程に従いフランジコンパニオ
ンを製造した場合に得られる硬さを示した図である。
セスに従って図8に示す工程に従いフランジコンパニオ
ンを製造した場合に得られる衝撃値を示した図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 重量%で、0.02≦C≦0.15%,
0.08≦Si≦1.0%,N≦0.03%,Mn≦
3.0%,Cr≦3.0%,Al≦0.2%,0.00
08≦B≦0.01%,Ti≦0.06%であり、若し
くは更にNi≦4.0%,Cu≦1.0%,Mo≦2.
0%,W≦0.5%,Zr≦0.5%,V≦0.3%,
Nb≦0.08%の一種以上を含有し、下記式で表され
る焼入れ性指数H≧3.5であって、残部が実質的にF
eから成る鋼素材を、830℃以上に加熱してオーステ
ナイト化させた後、30℃/分以上の平均冷却速度で5
50〜900℃の範囲まで冷却した上で鍛造加工し、し
かる後100℃/分以上の平均冷却速度でMf点である
300℃以下に冷却してマルテンサイト化することを特
徴とする高強度−高靱性マルテンサイト型非調質鋼の製
造方法。 H=Cr+Mn+Ni+Mo+5(Cu+W+Zr+V
+Ti)+XB+20Nb+0.5Si−5Al (Bが0.0008以上0.005%以下含まれる場合
にはXB=0.5とする) - 【請求項2】 請求項1において、前記鍛造加工後マル
テンサイト化した後において、600℃以下の範囲で再
加熱処理を行うことを特徴とする高強度−高靱性マルテ
ンサイト型非調質鋼の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1,2の何れかにおいて、前記鋼
素材が、更に快削成分としてS,Ca,Pb,Te,B
iの一種若しくは二種以上をS≦0.2%,Ca≦0.
05%,Pb≦0.3%,Te≦0.1%,Bi≦0.
15%で含有することを特徴とする高強度−高靱性マル
テンサイト型非調質鋼の製造方法。
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JP34794895A JP3514018B2 (ja) | 1995-12-16 | 1995-12-16 | 高強度−高靱性マルテンサイト型非調質鋼の製造方法 |
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- 1995-12-16 JP JP34794895A patent/JP3514018B2/ja not_active Expired - Fee Related
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