JPH0533283B2

JPH0533283B2 -

Info

Publication number: JPH0533283B2
Application number: JP1389285A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Takahashi; Toshizo Tarui; Hiroshi Sato
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-01-28
Filing date: 1985-01-28
Publication date: 1993-05-19
Also published as: JPS61174323A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は機械構造用鋼の軟質化に係り、特に冷
間鍛造に供される中炭素系機械構造用鋼の軟質化
法に関するものである。（従来の技術及び問題点）従来、中炭素系機械構造用鋼は、冷間鍛造に際
し、その変形抵抗を下げて冷間鍛造の向上を高め
るために、たとえば特開昭59−136421号公報など
に見られるようにセメンタイトの球状化焼鈍が実
施されるのが一般的である。しかしてこの球状化
焼鈍は通常十数時間以上と極めて長時間を要する
処理であるため、A₁点以下に保定するだけの軟
質化焼鈍で代替できれば産業上の効果は大きい
が、JISに記載されている機械構造用鋼ではその
軟質化焼鈍材は軟かさにおいて球状化焼鈍材に遠
く及ばない。本発明者らはA₁点以下の温度で焼鈍した材料
の強度に及ぼす圧延材強度の効果を解析した結
果、圧延材を十分軟質化しておけばA₁点以下の
温度で短時間焼鈍するだけで球状化焼鈍材に匹敵
する軟質化を達成できることを見い出した。即ち、A₁点以下の温度で焼鈍すると引張強度
はほぼ焼鈍時間に比例して低下するが、圧延材の
強度をあらかじめ充分下げておけば短時間で球状
化焼鈍材なみの強度にまで低下させ得ることを見
出したのである。そこで本発明者らは、中炭素鋼の圧延材の強度
を支配する因子について種々解析した結果、圧延
材の強度を低下せしめるにはパーライトのセメン
タイト間間隔を粗くすることが有効で、そのため
には熱間圧延後の冷却過程でできるだけ高い温度
でパーライト変態させればよく、かかる観点から
圧延後できるだけ高温でパーライト変態させて軟
質化させるための鋼材組成と圧延冷却条件及びそ
の後のA₁点下焼鈍条件として適正なるものを選
択すればよいという全く新たな知見を得て本発明
をなしたのである。（問題点を解決するための手段、作用）即ち、本発明は以上の知見に基いてなされたも
のであつて、その要旨とする所は、重量％で
C0.32〜0.65％、Si0.05％未満、MnとCrの合計量
が0.3〜1.1％の範囲でMn0.2〜0.5％、Cr0.1〜0.7
％、Al0.005〜0.1％を含有し、且つＰを0.02％未
満、Ｓを0.02％未満制限し、その他必要に応じて
(A)Ni1％以下、Cu1％以下、Mo0.3％以下の１種
または２種以上、あるいは(B)Ti0.002〜0.05％、
B0.0005〜0.02％、Nb0.005〜0.05％、V0.005〜
0.1％の１種または２種以上、の(A)、(B)の群の一
方または両方を含有し、残部はFe及び不可避不
純物よりなる鋼について、熱間圧延後５〜60℃／
分の冷却速度で徐冷した後、あらためて680〜720
℃の範囲の温度で15分〜４時間保定することを特
徴とする機械構造用鋼の軟質化法である。以下に本発明を詳細に説明する。まず最初に、本発明において軟質化とは、その
圧延材の引張強度を含有炭素量（Ｃ％）によつて
規定される強度28＋65×Ｃ％（Kg／mm²）以下とす
ることを意味する。この式はＣ量を0.2〜0.7％と
変えて回帰させて求めたものであり、28はフエラ
イトとパーライトの強度に、また65はＣ量即ちパ
ーライト量にそれぞれ依存する項である。Ｃ量に
よつて決まる同式の値を強度が超える場合には軟
質化したとは言えない。次に本発明の対象とする鋼の成分限定理由につ
いて述べる。まず、Ｃは冷間鍛造後の焼入れ．焼戻し処理に
於いて製品に所要の強度を付与するために必須の
元素であるが、0.32％未満では所要の強度が得ら
れず、一方0.65％を超えても焼入れ、焼戻し後の
強度はもはや増加しないので、0.32〜0.65％の範
囲に限定した。また、Siはその固溶体硬化作用によつて圧延材
の強度を高めるので、固溶体硬化の影響を無視で
きるようになる0.05％未満に含有量を限定した。
また、このようにSiを下げても、焼入処理時に要
求される焼入性は低下しない。次にMnとCrに関してであるが、MnとCrを複
合添加し、且つその含有量を上記のように定めた
点が本発明の最も重要は点である。即ち、従来の機械構造用鋼であるS45C鋼は
C0.42〜0.48％、Si0.15〜0.35％、Mn0.60〜0.90％
も含むことが規定されているが、そのMn量を減
らし、代りにCrを添加することによつて、S45C
鋼に比べフエライト変態開始温度とともに軟質化
のポイントであるパーライト変態の開始温度と終
了温度が高くなる。そこで、目標の軟質化を短時
間で達成するためには、できるだけMnをCrで置
換した方が良いが、Mn0.2％未満では鋼中のＳを
十分に固定することができず、熱間脆性をおさえ
ることができない。一方、Mnが0.5％を超えると
Crが添加されていても高温でのパーライト変態
を短時間に終了させることができないので、Mn
量を0.2〜0.5％に限定した。 Crは高温でのパーライト変態の促進には不可
欠の元素であるが、その添加量が0.1％未満では
十分な効果を発揮しない。一方、0.7％を超える
と鋼の焼入性を高め、変態温度が違に低下してく
るので、Crの含有量を0.1〜0.7％に限定した。更にMnとCrの合計量を0.3〜1.1％に限定した
のは、合計量が0.3％未満では鍛造後の焼入処理
時の焼入性を保証することができず、一方、1.1
％を超えると鋼材の焼入性が上りすぎて圧延材が
軟かくならず、目標強度を下回らなくなるので、
0.3〜1.1％に限定した。また、Alは鍛造後の焼入れ処理時のオーステ
ナイト粒度の粗大化を防止する目的で添加するも
ので、0.005％未満ではその効果がなく、一方0.1
％を超えるとオーステナイト粒粗大化抑制効果は
飽和する上、むしろ冷間鍛造性を劣化させるの
で、0.005〜0.1％に限定した。Ｐ、Ｓはいずれも冷間鍛造性に有害な元素であ
る。いずれも0.02％を超えると悪影響が顕著にな
るので、これ未満に限定した。以上が本発明の対象とする鋼の基本成分である
が、本発明においては、この他、鋼の強度・靭性
を向上させるため、(A)Ni1％以下、Cu1％以下、
Mo0.3％以下の１種または２種以上、または高温
域のパーライト変態促進のために(B)Ti0.002〜
0.05％、B0.0005〜0.02％、Nb0.005〜0.05％、
V0.005〜0.1％の１種または２種以上、の(A)、(B)
の群の一方または両方を含有せしめることもでき
る。まず、(A)群のNi、Cu、Moはいずれも製品の強
度、靭性を向上させるために添加されるが、Ni1
％、Cu1％、Mo0.3％をそれぞれ超えるといずれ
もその効果は飽和するのでこれらを上限とした。一方、(B)群のTi、Ｂ、Nb、Ｖはいずれも高温
域でのパーライト変態の促進を目的の添加され
る。すなわちTiとＢは組合せて添加する方が効
果的で、TiはAlと共にＮを固定してＢの焼入性
効果を十分に発揮させるために添加される。Ti
とＢの添加によつて鍛造後の焼入れ処理時の焼入
性を増加させると、MnとCrの合計量を減らすこ
とが可能となり、高温域でのパーライト変態は一
段と短時間に終了するようになる。Tiは0.002％
未満ではＮ固定効果が不十分であり、一方0.05％
を超えると冷間鍛造性に有害な粗大なTiNが生
成するので、0.002％〜0.05％に限定した。Ｂは
0.0005％未満では焼入性増加効果は発揮せず、
0.02％を超えると粗大なＢ化合物を析出させて靭
性を劣化させるので、0.0005〜0.02％に限定し
た。Nb、Ｖはいずれも圧延後のオーステナイト
粒度を微細化させて変態を促進することを目的に
添加するが、それぞれ0.005％未満では微細化効
果が期待できず、一方Nbが0.05％、Ｖが0.1％を
それぞれ超えると、Nb、Ｖの粗大な炭窒化物が
析出して靭性及び冷間鍛造性を劣化させるので、
Nbは0.005〜0.05％、またＶは0.005〜0.1％にそれ
ぞれ限定した。次に、本発明における軟質化処理条件について
述べる。まず、前記のごとき化学組成を有する鋼につい
て熱間圧延後の冷却速度を60℃／分以下に限定し
たのは、60℃／分より速く冷却されると低温でパ
ーライト変態し、圧延材の強度が上るため、後続
する680〜720℃の焼鈍でも目標の軟質化が達成で
きないためである。一方、冷却速度は小さい方が
有利であるが、５℃／分より下げても焼鈍後の強
度は大幅に変わらなくなるので５℃／分を下限と
した。また、圧延後の焼鈍温度を680〜720℃に限定し
たのは、680℃より低温では目標の軟質化が得ら
れず、一方720℃を超えると鋼材内でMnなどの
元素が偏析している箇所がオーステナイト化され
てしまうためである。保定時間は15分〜４時間に限定したが、15分未
満では軟質化が目標値まで進行せず、一方４時間
以内で充分に軟質化し、これ以上保定する必要が
ないためである。なお、熱間圧延条件は特に限定
しないが、ほぼ1050℃程度以下の熱延開始温度が
望ましく、特に変態促進に有利なオーステナイト
粒細粒化の観点からは900℃以下の低温仕上げが
望ましい。以下、実施例により本発明の効果をさらに具体
的に説明する。（実施例）第１表に供試材の化学組成ならびに通常の熱間
圧延で11φmmに仕上げた後の冷却速度と軟質化処
理条件を示す。同表中試験番号１、３、５、７、
９、11〜14、24〜27が本発明例で、他は比較例で
ある。これらの材料を用いて、引張試験はJIS
14A号試験片で行ない、冷鍛性の評価は11φmm×
21mmの試験片を真歪２の圧縮試験を行なつたとき
の割れ発生の有無で求め、○印は割れが発生しな
かつたこと、×印は割れが発生したことを示す。
また、焼入・焼戻後の靭性値は、900℃に30分加
熱後油焼入れし、次に600℃に１時間焼戻した材
料をJIS3号試験片を用いて20℃で衝撃試験を行な
い求めたものである。これらの試験結果を第１表
に併記する。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１重量％でC0.32〜0.65％、 Si0.05％未満、 MnとCrの合計量が0.3〜1.1％の範囲で Mn0.2〜0.5％、 Cr0.1〜0.7％、 Al0.005〜0.1％を含有し、且つＰを0.02％未満、Ｓを0.02％未満
と制限し、その他必要に応じて (A) Ni1％以下、Cu1％以下、Mo0.3％以下の１
種または２種以上、あるいは (B) Ti0.002〜0.05％、B0.0005〜0.02％、
Nb0.005〜0.05％、V0.005〜0.1％の１種または
２種以上、の(A)、(B)の群の一方または両方を含有し、残部は
Feおよび不可避不純物よりなる鋼について、熱
間圧延後５〜60℃／分の冷却速度で徐冷した後、
あらためて680〜720℃の範囲の温度で15分〜４時
間保定することを特徴とする機械構造用鋼の軟質
化法。