JP3627393B2

JP3627393B2 - 冷間切断性に優れる線棒鋼材

Info

Publication number: JP3627393B2
Application number: JP21338896A
Authority: JP
Inventors: 卓彌厚見; 俊幸星野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JPH1060594A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間切断性に優れる炭素鋼または合金鋼からなる線棒鋼材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、産業機械等の機械部品の製造には、従来から、炭素鋼または合金鋼の線棒鋼材が素材として使用されている。
これら機械部品は、一般に、線棒形状に圧延した鋼素材を球状化焼なましして線棒鋼材としたのち、これを切断し、冷間鍛造したのち、最後に切削等の加工を行うことによって製造される。ここで、冷間鍛造は、加工精度、量産性およびコストの点で優れた加工法であり、また球状化焼なましは、変形抵抗を低下させ冷間鍛造性を向上させるために行なわれるものである。
ところで、機械部品の上記製造工程において、線棒鋼材を切断するための、最も安価で生産性の高い方法は、冷間でのシャー切断である。
しかしながら、冷間でのシャー切断の場合、素材の搬送疵を起点として、冷間シャー割れが発生することがある。このような場合には、生産性が低い温間でのシヤ一切断、あるいは冷間でののこ切断を余儀なくされて、コストアップの原因となっていた。
【０００３】
冷間シャー割れが発生する原因として素材の切欠感受性の高さが挙げられる。このため、冷間シャー割れ防止のためには、切欠感受性の低下が有効であると考えられ、そのための具体的対策として、
１）酸素、窒素、燐など有害成分の低下
２）フェライト粒径の微細化
などの手段が講じられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の対策のうち、上記１）は不純物低減のためのコストの大幅増を招くという問題が、また、上記２）は効果はあるものの依然として冷間シャー割れが発生し、割れ防止の決め手とはなっていないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、従来技術が抱えていた上記問題に鑑み、安価で冷間切断性に優れた線棒鋼材を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題を解決するために鋭意検討を行った結果、冷間切断性に対して、鋼中の炭化物の平均粒径と鋼中における炭化物の体積割合が大きな影響を及ほしてしており、これらを適正な範囲に制御することにより冷間切断性が改善されることを知見し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明の要旨構成は以下のとおりである。
【０００７】
（１）Ｃ：0.40〜1.50mass％、Si：0.10〜1.5mass％、Mn：0.10〜2.0mass％、Ｐ：0.05mass％以下、Ｓ：0.05mass％以下、Cr：0.1〜2.50mass％を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、炭化物の平均粒径が2.0μm以下、かつ炭化物の鋼中に占める体積割合(％)が７×Ｃ量(mass％)以下であることを特徴とする冷間切断性に優れる線棒鋼材。
【０００８】
（２）Ｃ：0.40〜1.50mass％、Si：0.10〜1.5mass％、Mn：0.10〜2.0mass％、Ｐ：0.05mass％以下、Ｓ：0.05mass％以下、Cr：0.1〜2.50mass％、Mo：0.10〜1.0mass％を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、炭化物の平均粒径が2.0μm以下、かつ炭化物の鋼中に占める体積割合(％)が７×Ｃ量(mass％)以下であることを特徴とする冷間切断性に優れる線棒鋼材。
【０００９】
【発明の実施の形態】
発明者らの研究調査によれば、線棒鋼材の冷間切断性の改善を目指した研究の中で、この鋼材の切欠感受性（シャルピー衝撃特性）は炭化物の平均粒径および鋼中体積率によって左右され、これらを適正範囲に制御することにより切欠感受性、ひいては冷間切断性を向上させることができる。なお、本発明における炭化物の平均粒径と鋼中体積率の観察面は、線棒鋼材の圧延方向の切断面についてのものである。
なお、このような炭化物の影響は、本発明が対象とする線棒鋼材は、焼入れ，焼戻しを行うと比較的硬いマルテンサイト中に硬い炭化物が分散した組織となり、炭化物の粒径増大や体積率増加が切欠感受性を増大させることによるものと考えられる。
【００１０】
次に、鋼の成分組成および炭化物の粒径、体積率を要旨構成のとおりに限定した理由について説明する。
Ｃ：０．４０〜１．５０ｍａｓｓ％
Ｃは、固溶により基地を強化し、機械部品としての十分な強度、耐磨耗性を得るのに必要な元素である。含有量が０．４０ｍａｓｓ％未満ではその効果が少ない。一方、１．５０ｍａｓｓ％を超えて添加すると、鋼の靱性が低下する。したがってＣ含有量は０．４０〜１．５０ｍａｓｓ％とする。
【００１１】
Ｓｉ：０．１０〜１．５ｍａｓｓ％
Ｓｉは、脱酸の他に、基地に固溶して強度を高める元素として必要な元素である。含有量が０．１０ｍａｓｓ％未満ではこの効果がなく、一方１．５ｍａｓｓ％を超えて添加すると、特に球状化焼なまし後の硬さが上昇するため、被削性および加工性が著しく低下する。よってＳｉ量は０．１０〜１．５ｍａｓｓ％の範囲に限定する。
【００１２】
Ｍｎ：０．１０〜２．０ｍａｓｓ％
Ｍｎは、鋼の焼入性を向上させることによって基地の強度，靱性を高める。しかし、０．１０ｍａｓｓ％に満たないとこの添加効果に乏しく、一方２．０ｍａｓｓ％を超えて添加すると被削性，靱性および加工性が著しく低下するので、Ｍｎ量は０．１０〜２．０ｍａｓｓ％の範囲に限定する。なお、より好ましくは０．５０〜１．２０ｍａｓｓ％の範囲とするのがよい。
【００１３】
Ｐ：０．０５ｍａｓｓ％以下
Ｐは、靱性あるいは耐疲労性に悪影響を及ぼすため、できるだけ少ない方がよい。ただし、Ｐの低下は大きなコストアップ要因となるので、０．０５ｍａｓｓ％以下に限定する。
【００１４】
Ｓ：０．０５ｍａｓｓ％以下
Ｓは、切削性を向上せしめる元素であるが、０．０５ｍａｓｓ％を超えるとその効果はほぼ飽和し、逆に靱性あるいは耐疲労性に悪影響を及ぼすため、０．０５ｍａｓｓ％以下に限定する。
【００１５】
Ｃｒ：０．１０〜２．５０ｍａｓｓ％
Ｃｒは、鋼の焼入れ性改善と炭化物の球状化のうえで有効に寄与する。Ｃｒの量が０．１０ｍａｓｓ％未満ではその効果が少なく、一方、２．５０ｍａｓｓ％を超えると炭化物の粗大化による切削性の低下を招くとともに、コストアップをも招く。したがって、Ｃｒ添加量は０．１０〜２．５０ｍａｓｓ％の範囲とする。
【００１６】
Ｍｏ：０．１０〜１．０ｍａｓｓ％
Ｍｏは、常温および高温での強度を上昇させる効果があるが、１．０ｍａｓｓ％を超えると高価となるので、１．０ｍａｓｓ％以下の範囲で添加する。なお、強度上昇効果を発揮するためには、０．１０ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。
【００１７】
・炭化物の平均粒径：２．０ μｍ以下
図１は、線棒鋼材における炭化物の平均粒径と冷間シャー切断時の割れ発生率との関係を調べた結果である。ただし、炭化物の鋼中での体積割合（％）が７×Ｃ量（ｍａｓｓ％）以下を満たすもののみを対象とした。
図１より、炭化物の平均粒径が冷間シヤー切断時の割れ発生に大きな影響を及ほし、この値が２．３ μｍより小さい領域では割れが格段に滅少し、２．０以下では割れは発生しなくなることがわかる。これから、本発明では炭化物の平均粒径を２．０ μｍ以下とする。
【００１８】
・炭化物の鋼中における体積割合（％）：７×Ｃ量（ｍａｓｓ％）以下
図２は、炭化物の平均粒径が２．０μｍ以下である線棒鋼材について、炭化物の鋼中体積率と冷間シャー切断時の割れ発生率との関係について調べた結果である。
図２より、炭化物の鋼中体積率が冷間シャー切断時の割れ発生に大きな影響を及ぼし、この鋼中体積率が８×Ｃ量（ｍａｓｓ％）より小さい領域では割れが格段に減少し、さらに７×Ｃ量（ｍａｓｓ％）以下では割れは発生しなくなることがわかる。よって、本発明における炭化物の鋼中体積率は、７×Ｃ量（ｍａｓｓ％）以下とする。
【００１９】
次に、本発明鋼材の製造方法について説明する。溶製は、転炉、電気炉等いずれの方法でもよく、スラブの製造は、連鋳、造塊いずれの工程によってもよい。次いで、熱間圧延したのち、球状化焼きなましを行う。その後、焼入れ，焼もどしを実施する。
特に、炭化物の粒径および炭化物の鋼材中における体積割合を所定範囲に制御するためには、焼入れ工程を８７０〜９２０ ℃の条件で行うことが望ましい。
【００２０】
【実施例】
以下本発明を実施例にもとづいて説明する。
表１に示す化学組成を有する鋼を、転炉で溶製し、連続鋳造法でスラブとした。その後、棒鋼圧延工程を常法の条件で、５５ｍｍφの棒材に熱間圧延した。また、比較例も同じ条件で、５５ｍｍφの棒材に熱間圧延した。
これらの棒材に常法の条件で球状化焼なましを施して線棒鋼材を製造した。その後、これらの棒材を焼入れ，焼もどし処理を行った。ただし、比較例は発明例より８０℃低い焼入れ温度７９０〜８４０ ℃を選択した。
得られた上記鋼材から、ミクロサンプルを切り出し、その圧延方向断面を５０００倍で１０視野づつ顕微鏡観察することにより、炭化物粒径の平均値および鋼材中の炭化物体積割合（％）を求めた。
また、得られた線棒鋼材について、冷間シャー切断を各１０００回づつ行い、割れの発生状況を調べ、冷間シャー割れの発生率を割れ発生回数／１０００×１００（％）により求めた。これらの試験結果を併せて表１に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表１から、炭化物の平均粒径および鋼材中の炭化物の体積割合が発明範囲を満たすＮｏ．１〜１５は、いずれも冷間切断割れが発生しなかった。
これに対して、炭化物の平均粒径が２．０ μｍを超えるＮｏ．１６〜２０の比較例、炭化物の体積割合が７×Ｃ量（％）を超えるＮｏ．２１〜２５の比較例、およびこれら両条件が発明範囲を外れるＮｏ．２６〜３０の比較例では、いずれも数多くの割れが発生した。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、炭化物の平均粒径および炭化物の鋼材中における体積割合を適正範囲に制御することにより、酸素、窒素、燐などの含有量を低減するための特別な配慮を必要とせず、冷間切断性に優れた線棒鋼材を提供できるので、機械部品を安価に製造することが可能となり、産業上の寄与は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭化物の平均粒径と冷間シャー割れ発生率との関係を示す図である。
【図２】炭化物の鋼材中における体積割合とＣ量との関係を示す図である。

Claims

Ｃ：0.40〜1.50mass％、Si：0.10〜1.5mass％、Mn：0.10〜2.0mass％、Ｐ：0.05mass％以下、Ｓ：0.05mass％以下、Cr：0.1〜2.50mass％を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、炭化物の平均粒径が2.0μm以下、かつ炭化物の鋼中に占める体積割合(％)が７×Ｃ量(mass％)以下であることを特徴とする冷間切断性に優れる線棒鋼材。
Ｃ：0.40〜1.50mass％、Si：0.10〜1.5mass％、Mn：0.10〜2.0mass％、Ｐ：0.05mass％以下、Ｓ：0.05mass％以下、Cr：0.1〜2.50mass％、Mo：0.10〜1.0mass％を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、炭化物の平均粒径が2.0μm以下、かつ炭化物の鋼中に占める体積割合(％)が７×Ｃ量(mass％)以下であることを特徴とする冷間切断性に優れる線棒鋼材。