JPH04176842A - 熱間鍛造用非調質鋼 - Google Patents
熱間鍛造用非調質鋼Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
よって優れた強度、靭性、疲労強度を確保でき、かつ部
品寸法および鍛造条件が変化しても性能の変化が少なく
、特に高靭性を必要とする自動車の足廻り部品や建設機
械の油圧部品等に用いられる鋼として有用な熱間鍛造用
非調質鋼に関する。
車の足廻り部品やロンドエンド等の建設機械の油圧部品
には高強度、高靭性が要求され、機械構造用炭素鋼であ
る543C,545C,548Cなどを用い、熱間鍛造
により成形後、焼入焼もどし等の熱処理(以下調質と記
す)を施し、必要な性能を確保していた。
るため、省エネルギーの社会的要請に応えるために、熱
間鍛造後の自然空冷にて必要な性能の得られる非調質鋼
の開発が近年盛んに行われている。例えばCを0.20
〜0.50χ程度含有する中炭素鋼に0.03〜0.2
0χの■を添加した非調質鋼が提案され、使用されてい
る。この非調質鋼は熱間鍛造後の冷却過程で析出する■
の炭窒化物がフェライト生地を強化し、調質することな
く必要な強度を得るものである。
なフェライト・パーライト組織を有するものであり、靭
性は中炭素鋼の調質材に比べて低いという欠点を有する
。また、優れた特性の得られる鍛造条件(加熱温度、鍛
造温度、冷却速度等)の範囲が狭いため、新製品製′造
の立上げ時には最適製造条件を得るためのテストが必要
である。
には、鍛造条件を厳しく管理する必要があった。
イト型非調質鋼の開発が進められつつある。しかし、こ
の低Cベイナイト鋼は靭性には優れているものの、降伏
比、耐久比の点で劣る。このため、降伏点、疲労強度を
要求水準に上げるためには、より高い引張強度にしな(
ではならず、その結果鍛造性、切削性等が悪くなり、適
用の妨げとなっているのが現状である。また、中炭素鋼
の調質材においても、大形の部品、例えば部品の断面積
が10’+++++”以上のものについては中心部まで
十分焼きが入らず、高強度、高靭性を付与させることは
困難であった。
き問題点を考慮してなされたもので、部高寸法および鍛
造条件によって強度、靭性等′の性能が変化せず、新製
品のスムーズな立上げを可能とし、かつあらゆる性能に
おいて調質炭素鋼以上の性能を示す熱間鍛造用非調質鋼
を提供することを目的とする。
も特にベイナイト型のものについて鋭意研究を重ねた結
果、以下の知見をなし本発明を得た。
因は、ベイナイト鋼のミクロ組織中に存在する高炭素島
状マルテンサイトおよび残留オーステナイト(以下M−
Aと記す)と、変態温度が低いために生じる変態歪によ
るものであることを発見した。そこでミクロ組織中のM
−A量と変態歪を低減するための方法を検討した結果、
C量と合金元素量の関係を適当な範囲に規制し、さらに
トータル化学成分の調整によって変態温度の下限を規制
することによりM−A量、変態歪の生成を少なく抑える
ことができ、降伏比および耐久比が向上することを見出
したものである。
化し、著しく靭性が向上することを確認したものである
。
果について検討を加えた結果、Ti含有鋼については、
Al、Ti、 Nの間の含有率の関係を適当な範囲に規
制すると、結晶粒がさらに微細化し、靭性が向上するこ
とを新しく知見したものである。
化によって性能が殆ど変わらず、優れた特性を示すこと
を実験により確認し、本発明の完成に到ったものである
。
0〜0.30%、Si:0.05〜0.50%、Mn=
0.80〜2゜00! 、Cr:0.30 〜1.5
0χ 、Mo:0.05 〜0.50′A 、八1:0
.002〜0.060%、V:0.05〜0.50%、
N:0.008〜0.020χを含有し、かツMo(Z
)+V(X)≧0.20(X) 、1.8Mn(X)+
Cr(X)+0.5Mo’(X)≦200(X)、 B
s≧550(”C)(B= =830−270C(Z)
−90Mn(X)−70Cr(X)−83Mo(X))
であり、残部Feならびに不純物元素からなることを特
徴とする熱間鍛造用非調質鋼であり、第2発明は被削性
を改善するために、第1発明鋼にさらにS:0.04〜
0.12%、Pb:0.05〜0.30%、Ca:0.
0.0005〜0.01χのうち1種または2種以上を
含有させたものである。また、第3.4発明は第1.2
発明鋼に比べさらに結晶粒を微細化し靭性を向上させる
ため、Ti:0.005〜0.030%、Nb:0.0
1〜0.30χのうち1種または2種を含有させたもの
であり、第5.6発明は第3.4発明網のうちTi含有
鋼の性能をさらに向上させるため、Al、 TiXNの
含有率を適当な範囲に規制して、結晶粒を微細化し、耐
久比、靭性を一層向上させたものである。
理由について以下に説明する。
%以上の含有が必要である。しかし、0.30χを越え
て含有させると靭性が低下するので上限を0.302と
した。
.05%以上含有させることが必要である。しかし0.
50χを越えると靭性が低下するので上限を0.50χ
とした。
必要な元素である。Mnの含有が0.80!未満である
と焼入性が不足し、ベイナイトの生成量が少なくなり、
強度および靭性が不足するので下限を0.80χとした
。しかし2.00χを越えて含有させると焼入性が向上
し過ぎるとともにM−Aの生成を促進し、降伏比および
耐久比が低下するので上限を2.00χとした。
元素である。0.30!未満の含有では前記効果が不十
分であるので下限を0.3oχとした。しかし1.50
χを越えて含有させるとM−Aの生成を促進し、降伏比
および耐久比が低下するので上限を1゜50χとした。
を微細化させて靭性を向上させるために必要な元素であ
る。0.05χ未満の含有では前記効果が不十分なので
下限を0,05χとした。しかし0.50χを越えて含
有させてもその効果が飽和するとともにコスト高となり
、またMn、 Crと同様に過剰添加はM−A生成を促
進し、降伏比および耐久比が低下するので上限を0.5
0χとした。
X未満の含有では脱酸効果が認められなくなるので下限
を0.002Xとした。しかし0.060χを越えて含
有させると前記効果が飽和するとともに被削性を低下さ
せるので上限を0.060χとした。
て析出し、初析フェライトが生成した場合にこれを析出
強化させて強度を向上させるとともに、ベイナイトラス
を微細化させて靭性を向上させる効果のある元素である
が、0.05χ未満の含有ではその効果が不十分である
ので下限を0.05χとした。しかし、0.50Xを越
えて含有させてもその効果が飽和するとともにコスト高
となるため上限を0.50χとした。
てAl、 Nb、 Tiの炭窒化物として析出し、ピン
止め効果によりオーステナイト結晶粒を微細化させて靭
性を向上させる効果がある。前記効果を得るためには少
なくとも0.008χの含有が必要である。しかし0.
0202を越えて含有させると逆に靭性を低下させるの
で上限を0.020Xとした。
.30χTiおよびNbは鋼中において炭窒化物として
析出し、ピン止め効果によりオーステナイト結晶粒を微
細化する効果があり、八1、Vの窒化物に比べその効果
が大きい。従って靭性をさらに向上させるために有効な
元素である。前記効果を得るためには少なくともTiは
0.005%以上、Nbは0.01%以上の含有が必要
である。しかしTiは0.030%、Nbは0.302
を越えて含有させても前記効果が飽和するとともに、コ
スト高となるので上限をTiは0.030%、Nbは0
.30χとした。
2、Ca;0.0005〜0.旧χ S、 Pb、 Caは被削性の改善に有効な元素であり
、必要に応じて添加されるものである。前記効果を得る
ためにはそれぞれ0.04%、0.05%、0.000
5χの含有が必要である。しかし多量に含有させてもそ
の効果が飽和するとともに、靭性を低下させるので上限
をそれぞれ0.12%、0.30%、0.01χとした
。
合添加はCの拡散を遅滞させてベイナイトラスの成長を
妨げるので、ベイナイトラスを特に微細にする効果があ
る。前記効果を得るためにはMo、 Vの合計含有率を
0.20χ以上にする必要がある。
0C(X)1.8Mn (X) +Cr (X)+0.
5Mo(X)≦20C(X)はベイナイトのミクロ組織
中に存在するM−A量を1%以下にし、微細なセメンタ
イトを析出させるための必要条件である。Mn、 Cr
、 Moを過剰に添加し1.8Mn(X)+Cr(X)
+0.5Mo(X) >2oc(X)となるとセメンタ
イトの析出量が減少し、これに代わってM−Aが多量に
生成し、降伏比および耐久比を低下させるため1.8M
n(f)+Cr(K)+0.5Mo(り ≦20C(1
(!:する必要がある。
90Mn(X)−70Cr(X)−83Mo(X)) 上式で示されるBsはヘイナイト変態開始温度を示し、
Bsが高いと変態歪は小さく、Bsが低いと変態歪が大
きくなる。変態歪は降伏比および耐久比を低下させるが
、特にBS <550(”C)では変態歪が急増し、降
伏比、耐久比を著しく低下させるためBs≧550(”
C)とする必要がある。
微細化する効果があり、AlNに比べてその効果が大き
い。しかし、A】の方がNとの親和力が強く、AlとT
iが共存した場合、Alの方が優先的にNと結びついて
しまう。従って、Tiによる結晶粒微細化効果を十分に
得るためには、NがAl含有率に比べ一定量以上含有し
ていなければならず、Al(X)/27<N(X)/1
4を満足することが必要である。
を十分に得るためには、TiNを細かく析出させる必要
がある。TiNの粒径はTiとNの含有率の比によって
変化し、十分な微細化効果を得るためには、Ti(X)
/N(X)<1.4とする必要がある。
施例でもって明らかにする。
ある。
は第1発明鋼、5〜9綱は第2発明鋼、10〜工2鋼は
第3発明網、13〜18鋼は第4発明鋼、19〜22m
は第5発明鋼、23〜27綱は第6発明鋼である。また
、28〜34!1iilは比較鋼であり、35鋼はフェ
ライト・パーライト型の従来の非調質鋼、36鋼は従来
鋼である545Cである。なお、式(2)、(3)(第
1表参照)を満足するかどうかはついては、Ti含有w
A(ただしNb未含有鋼)についてのみ記載した。
直径60mmの丸棒を1250°Cに加熱後、1150
°Cにて直径301の丸棒に鍛造し、室温まで自然空冷
し試験材とした。また、545Cである36鋼について
は熱間圧延にて製造した直径30mmの丸棒を880°
Cにて加熱後油浴中にて焼入を行い、続いて580°C
にて焼もどしを行い試験材とした。
ス寸法、M−A量、0.2′A耐力、引張強さ、降伏比
、耐久比、衝撃値、被削性について後述する方法にて測
定した。
倍率1000倍で100視野の測定を行い、その平均値
をもって測定値とした。
試料100視野をポイントカウンティング法で測定し、
その平均値をもって測定値とした。
速度IIIIIi/secで測定したものであり、衝撃
値はJISa号Uノツチシャルピー試験片を作製し、測
定したものである。
耐久限を求め、引張強度との比率をとった −もので
ある。
ドリルは5IIIIIlφのストレートシャンク、ドリ
ルの材質は5KH9、ドリル回転数は1710r、p、
+w。
結果は、入来鋼である27g!4の穿孔距離を100と
し、それぞれの穿孔距離を整数比で整理した。
34Mを本発明鋼と比較すると、28鋼はC含有率が高
いため衝撃値、被削性がともに劣るものであり、29.
30鋼はMnあるいはCr含有率が高いため焼入性が向
上し過ぎるとともに、M−A量が非常に多く、また式(
1)(第2表参照)およびBs≧550(”C)を満足
しないため、降伏比および耐久比が劣るものであり、3
1綱はMoの含有率およびMo、νの合計含有率が低い
ため、ヘイナイト化が不十分となり、一部パーライトが
生成したため強度が劣るとともに、式(1)を満足せず
M−A生成量が多(、ベイナイトラス寸法が大きいため
に降伏比、耐久比、衝撃値がともに劣るものであり、3
2鋼は■の含有率が低いため、ヘイナイトラス寸法が大
きくなり、耐久比と衝撃値が劣るものであり、33.3
4鋼は化学成分は本発明鋼の範囲に入っているが、33
鋼は式(1)を、3411ilはBs≧550(”C)
を満足しないために降伏比、耐久比が劣るものである。
35鋼は降伏比、耐久比および衝撃値が低く、545C
である36鋼は焼入焼もどしを行っても不完全焼入組織
となり、降伏比、耐久比、衝撃値がともに劣るものであ
る。
複合添加したこと、C量と合金元素量の関係を適切な範
囲内に規制した(式(1))こと、およびB3≧550
(”C) としたことによりベイナイトラス寸法が微細
化されM−A量も1%以下と少なく抑えられた結果、0
.2χ耐力54kgf/b+−2以上、引張強さ75k
gf/+nm”以上、降伏比0671以上、耐久比0.
51以上、衝撃値16kgfw+/cm”以上という調
質炭素鋼以上の優れた性能を示すものである。また被削
性についても被削性元素を添加した第2.4.6発明鋼
は第1.3.5発明鋼に比べて強度、靭性、疲労強度な
どの性能を損なうことなく優れた被削性を示すことが確
認できた。
徴を別の実施例により明らかにする。
9.23鋼と従来の非調質鋼である26fiIを各種条
件にて鍛造し、引張強さ、0.2χ耐力、降伏比および
衝撃値を評価した。
比および衝撃値の関係を示したものである。
鋼の直径60+a+aの丸棒を1350°C,1250
°Cおよび1150”Cに加熱し各々1250°C11
150°Cおよび1050℃にて直径30+amの丸棒
に鍛造後室温まで自然空冷したものを供試材として、そ
の中心部よりJIS4号引張試験片およびJISa号U
ノツチシャルピー試験片を採取し、試験を実施して得ら
れたものである。
イト型の非調質鋼であ′る35綱は加熱温度の上昇に伴
い、引張強さ、0.2z耐力が増加し、衝撃値が著しく
低下するのに対し、ヘイナイト組織を有する本発明#1
i13.6.9.13.19.23鋼は加熱温度、加工
温度によって性能が殆ど変化せず、全ての条件において
優れた特性を得られることがわかる。
力、降伏比および衝撃値の関係を示したものである。な
お鍛造後の冷却速度は鍛伸する丸棒サイズをφ30、φ
60、φ100と変化させることにより振り分けである
。すなわちφ30は比較的早い冷却速度(800〜65
0°Cの平均冷却速度40°C/min、)、φ100
は遅い冷却速度(800〜650°Cの平均冷却速度1
0°(: /min、)に対応している。上記のfA3
.6.9.13.19.23および35鋼の直径20(
1mm 、120mm、601I1mの各サイズの丸棒
を1250°Cに加熱し、各々直径100+++m、6
0+nm、30n+mの丸棒に鍛造後室温まで自然空冷
したものを供試材としてその中心部よりJISd号引張
試験片、およびJISJ号Uノツチシャルピー試験片を
採取し試験を実施した。
3.19.23鋼は冷却速度(鍛伸丸棒サイズ)が変化
しても引張強さ、0.2χ耐力および衝撃値は殆ど変化
せず安定した性能が得られるのに対し、フェライト・パ
ーライト型の従来の非調質鋼である35鋼は、冷却速度
が遅くなるにつれて0.2Z耐力、引張強さおよび衝撃
値が徐々に低下することがわかる。さらに参考として第
4表には従来鋼である27鋼のφ100丸棒を880°
Cにて加熱後油焼入し、580°Cにて焼もどしを行っ
た場合のデータを示しである。この結果から明らかなよ
うに、345C調質材において寸法がφ100と大きい
場合には、。
れに対し本発明鋼は、今回試験したあらゆる鍛造条件に
おいて優れた機械的特性を示している。
ライト型非調質鋼が有していた靭性が劣ることおよび鍛
造時の条件を厳しく管理しないと優れた性能が得られな
いといった問題点を解決し、広い範囲の鍛造条件にて従
来の非調質鋼に比べ優れた強度、靭性、疲労強度が得ら
れるものである。
圧部品の非調質化を達成し、省エネルギーの社会的要請
への対応を可能にするものであり、産業上寄与するとこ
ろは極めて大きい。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、重量比にしてC:0.10〜0.30%、Si:0
.05〜0.50%、Mn:0.80〜2.0%、Cr
:0.30〜1.50%、Mo:0.05〜0.50%
、Al:0.002〜0.060%、V:0.05〜0
.50%、N:0.008〜0.020%を含有し、か
つMo(%)+V(%)≧0.20(%)、1.8Mn
(%)+Cr(%)+0.5Mo(%)≦20C(%)
、Bs≧550(℃)(Bs=830−270C(%)
−90Mn(%)−70Cr(%)−83Mo(%))
であり、残部Feならびに不純物元素からなることを特
徴とする熱間鍛造用非調質鋼。 2、重量比にしてC:0.10〜0.30%、Si:0
.05〜0.50%、Mn:0.80〜2.00%、C
r:0.30〜1.50%、Mo:0.05〜0.50
%、Al:0.002〜0.060%、V:0.05〜
0.50%、N:0.008〜0.020%を含有し、
さらにS:0.04〜0.12%、Pb:0.05〜0
.30%、Ca:0.0005〜0.01%のうち1種
または2種以上を含有し、かつMo(%)+V(%)≧
0.20(%)、1.8Mn(%)+Cr(%)+0.
5Mo(%)≦20C(%)、Bs≧550(℃)(B
s=830−270C(%)−90Mn(%)−70C
r(%)−83Mo(%))であり、残部Feならびに
不純物元素からなることを特徴とする熱間鍛造用非調質
鋼。 3、重量比にしてC:0.10〜0.30%、Si:0
.05〜0.50%、Mn:0.80〜2.00%、C
r:0.30〜1.50%、Mo:0.05〜0.50
%、Al:0.002〜0.060%、V:0.05〜
0.50%、N:0.008〜0.020%を含有し、
さらにTi:0.005〜0.030%、Nb:0.0
1〜0.30%のうち1種または2種を含有し、かつM
o(%)+V(%)≧0.20(%)、1.8Mn(%
)+Cr(%)+0.5Mo(%)≦20C(%)、B
s≧550(℃)(Bs=830−270C(%)−9
0Mn(%)−70Cr(%)−83Mo(%))であ
り、残部Feならびに不純物元素からなることを特徴と
する熱間鍛造用非調質鋼。 4、重量比にしてC:0.10〜0.30%、Si:0
.05〜0.50%、Mn:0.80〜2.00%、C
r:0.30〜1.50%、Mo:0.05〜0.50
%、Al:0.002〜0.060%、V:0.05〜
0.50%、N:0.008〜0.020%を含有し、
さらにTi:0.005〜0.030%、Nb:0.0
1〜0.30%のうち1種または2種と、S:0.04
〜0.12%、Pb:0.05〜0.30%、Ca:0
005〜0.01%のうち1種または2種以上を含有し
、かつMo(%)+V(%)≧0.20(%)、1.8
Mn(%)+Cr(%)+0.5Mo(%)≦20C(
%)、Bs≧550(℃)(Bs=830−270C(
%)−90Mn(X)−70Cr(%)−83Mo(%
))であり、残部Feならびに不純物元素からなること
を特徴とする熱間鍛造用非調質鋼。 5、重量比にしてC:0.10〜0.30%、Si:0
.05〜0.50%、Mn:0.80〜2.00%、C
r:0.30〜1.50%、Mo:0.05〜0.50
%、Al:0.002〜0.060%、V:0.05〜
0.50%、Ti:0.005〜0.030%、N:0
.008〜0.020%を含有し、かつMo(%)+V
(%)≧0.20(%)、1.8Mn(%)+Cr(%
)+0.5Mo(%)≦20C(%)、Bs≧550(
℃)(Bs=830−270C(%)−90Mn(%)
−70Cr(%)−83Mo(%))であり、さらに、
Al(%)/27<N(%)/14、Ti(%)/N(
%)<1.4の2式を満足し、残部Feならびに不純物
元素からなることを特徴とする熱間鍛造用非調質鋼。 6、重量比にしてC:0.10〜0.30%、Si:0
.05〜0.50%、Mn:0.80〜2.00%、C
r:0.30〜1.50%、Mo:0.05〜0.50
%、Al:0.002〜0.060%、V:0.05〜
0.50%、Ti:0.005〜0.030%、N:0
.008〜0.020%を含有し、さらにS:0.04
〜0.12%、Pb:0.05〜0.30%、Ca:0
.0005〜0.01%のうち1種または2種以上を含
有し、かつMo(%)+V(%)≧0.20(%)、1
.8Mn(%)+Cr(%)+0.5Mo(%)≦20
C(%)、Bs≧550(℃)(Bs=830−270
C(%)−90Mn(%)−70Cr(%)−83Mo
(%))であり、さらに、Al(%)/27<N(%)
/14、Ti(%)/N(%)<1.4の2式を満足し
、残部Feならびに不純物元素からなることを特徴とす
る熱間鍛造用非調質鋼。
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