JP2001131680A - 高強度高靱性非調質冷間成形加工部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高強度高靱性非調質冷間成形加工部品とその製
造方法の提供。 【解決手段】C：0.02〜0.10％、Si≦0.5％、Mn：1.0〜
2.0％、P≦0.04％、S≦0.40％、Cu≦2.0％、Ni≦1.0
％、Cr≦1.5％、Mo≦0.5％、Nb≦0.1％、Ti≦0.05％、N
d≦0.1％、B≦0.005％、Al≦0.1％以下、N≦0.01％を含
有し、残部はFeと不純物の化学組成からなり、組織の80
〜97％がフェライトとベイニティックフェライトで、且
つ、フェライトとベイニティックフェライト以外の組織
の50％以上が擬似マルテンサイトである、耐力≧500MP
a、降伏比≧0.8、JIS 3号シャルピ−衝撃試験片を用い
た室温でのシャルピー衝撃試験での衝撃値≧100J/cm²の
高強度高靱性非調質冷間成形加工部品。その製造方法
は、上記の化学組成と組織を有する鋼材に冷間での伸
線、引抜き、圧延又は押出しによる冷間加工を施し、次
いで冷間成形加工するか、その後更に、600℃以下の温
度で時効する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度高靱性非調
質冷間成形加工部品及びその製造方法に関する。詳しく
は、５００ＭＰａ以上の０．２％耐力（又は降伏強
度）、０．８以上の降伏比（「０．２％耐力／引張強
度」又は「降伏強度／引張強度」）を有するとともに、
JIS Z 2202に規定の３号衝撃試験片（以下、ＪＩＳ３号
シャルピ−衝撃試験片という）を用いた室温でのシャル
ピー衝撃試験における衝撃値が１００Ｊ／ｃｍ² 以上で
ある高強度高靱性非調質冷間成形加工部品及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車や各種産業機械などの機械構造部
品、なかでも動力伝達部品や重要保安部品には高い強度
と優れた靱性が必要とされる。このため、上記の部品は
従来、機械構造用鋼を素材として、これに焼入れ、焼戻
しを行って製造されるのが一般的であった。しかし最
近、省エネルギ−や地球環境問題が重視されるようにな
って、前記の焼入れ、焼戻しの工程を省略したり、簡略
化しようとする動きが盛んになってきた。

【０００３】上記の動きに応じて、鋼にＶやＴｉなどの
合金元素を添加し、その析出硬化作用を活用して熱間鍛
造（熱間加工）後に放冷したままでも、焼入れ、焼戻し
を行う所謂「調質鋼」に近い引張強度を確保できる熱間
鍛造用の非調質鋼が開発されているが、この非調質鋼の
靱性は低く、前記した各種部品に要求される靱性を確保
するには不十分であった。

【０００４】更に、非調質鋼は調質鋼に比べて降伏比
（「０．２％耐力／引張強度」又は「降伏強度／引張強
度」、以下簡単のために０．２％耐力と降伏強度をまと
めて耐力という）が低いので、前記の熱間鍛造用非調質
鋼の場合、高強度の最終部品形状に切削し難く生産性が
低いという問題点もある。

【０００５】すなわち、一般に機械部品は外部からの負
荷に対して永久変形するか否かが問われるため、その設
計には耐力が用いられる。したがって、高強度の部品が
要求される場合には耐力を高める必要があり、非調質鋼
の耐力を上昇させようとすると、降伏比が低いことから
引張強度が必要以上に高くなりすぎてしまう。熱間鍛造
は部品の粗成形を行うための加工であるため、最終の製
品形状を得るためには切削加工を施す必要があり、この
切削加工を行う際の切削抵抗は引張強度の上昇により高
くなるため、熱間鍛造用非調質鋼は切削性が大きく劣化
して生産性が低下してしまうのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑みなされたもので、その目的は、自動車や各種産業機
械などの機械構造部品、なかでも動力伝達部品や重要保
安部品として好適な、耐力が５００ＭＰａ以上、降伏比
が０．８以上で、且つ、ＪＩＳ３号シャルピ−衝撃試験
片を用いた室温でのシャルピー衝撃試験（以下、単にシ
ャルピ−衝撃試験ともいう）において１００Ｊ／ｃｍ²
以上の衝撃値を有する高強度高靱性非調質冷間成形加工
部品及びその製造方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）に示す高強度高靱性非調質冷間成形加工部品、及
び（２）、（３）に示す高強度高靱性非調質冷間成形加
工部品の製造方法にある。

【０００８】（１）質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１０
％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０〜２．０％、
Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．４０％以下、Ｃｕ：２．
０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１．５％以下、
Ｍｏ：０．５％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ：０．
０５％以下、Ｎｄ：０．１％以下、Ｂ：０．００５％以
下、Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下を含有
し、残部はＦｅ及び不純物の化学組成からなり，組織の
８０〜９７％がフェライトとベイニティックフェライト
の混合組織で、且つ、フェライトとベイニティックフェ
ライト以外の組織の５０％以上が擬似マルテンサイトで
ある高強度高靱性非調質冷間成形加工部品。

【０００９】（２）上記（１）に記載の化学組成と組織
を有する鋼材に冷間での伸線、引抜き、圧延又は押出し
による冷間加工を施し、次いで冷間成形加工することを
特徴とする高強度高靱性非調質冷間成形加工部品の製造
方法。

【００１０】（３）上記（１）に記載の化学組成と組織
を有する鋼材に冷間での伸線、引抜き、圧延又は押出し
による冷間加工を施し、次いで冷間成形加工を行い、そ
の後更に、６００℃以下の温度で時効することを特徴と
する高強度高靱性非調質冷間成形加工部品の製造方法。

【００１１】ここで、「ベイニティックフェライト」と
は、所謂「Ｂ−I 型ベイナイト」を指す。

【００１２】本来、「ベイナイト」は「フェライト」と
「セメンタイト粒子」の混合組織であり、通常は「上部
ベイナイト」と「下部ベイナイト」に区分されている。
このベイナイトの形態分類法には、フェライトの形態に
よって分類する方法と、炭化物（セメンタイト）の析出
形態で分類する方法の２つがあり、フェライトの形態で
分類した場合、オーステナイト粒界からラス状のフェラ
イトが束になって生成したものが「上部ベイナイト」
で、板状フェライトとその内部の微細な板状セメンタイ
トからなるものが「下部ベイナイト」である。一方、炭
化物（セメンタイト）の析出形態でベイナイトを分類し
た場合には、ラス状フェライトの界面にセメンタイトが
生成したものが「上部ベイナイト」、フェライト粒内に
セメンタイトが微細に析出したものが「下部ベイナイ
ト」である。

【００１３】上記の「上部ベイナイト」は、フェライト
の形態をもとに、更に、セメンタイトの析出形態をも加
味して、図１に示すように「Ｂ−I 型ベイナイト」、
「Ｂ−II型ベイナイト」及び「Ｂ−III 型ベイナイト」
と細かく分類されることがある。つまり、比較的高温度
域で、オーステナイト粒界１からセメンタイト２の析出
を伴わずにラス状フェライト３が生成した場合には「Ｂ
−I 型ベイナイト」（図１（ａ））と称され、変態温度
がやや下がった、ラス状フェライト３の界面にセメンタ
イト２の析出を伴う典型的な上部ベイナイトは「Ｂ−II
型ベイナイト」（図１（ｂ））と称される。更に温度が
下がった領域で生成し、極めて微細なラス状フェライト
３の内部に１方向にそろったセメンタイト２の粒子が分
散したものは「Ｂ−III 型ベイナイト」（図１（ｃ））
と称される。上記したように、本発明における「ベイニ
ティックフェライト」は、この「Ｂ−I 型ベイナイト」
を指す。

【００１４】「擬似マルテンサイト」とは、オーステナ
イトがフェライトとベイニティックフェライトに変態す
る際に、Ｃが未変態のオーステナイトに濃縮し、その後
の冷却過程で、上記のＣが濃縮した未変態のオーステナ
イトがマルテンサイトと未変態のオーステナイトになっ
たものを指す。なお、この擬似マルテンサイトには上記
のマルテンサイトと未変態オーステナイトとの混合組織
だけではなく、マルテンサイト単相や未変態のオーステ
ナイト単相の組織をも含む。

【００１５】組織の割合は顕微鏡観察したときの組織割
合、つまり、面積率のことをいい、フェライトとベイニ
ティックフェライトの混合組織の面積率は、組織中にお
けるフェライトとベイニティックフェライトの各面積率
の和を指す。なお、本発明でいう「フェライトとベイニ
ティックフェライトの混合組織」とは、フェライトとベ
イニティックフェライトとが共存する組織を指す。フェ
ライト、ベイニティックフェライト及び擬似マルテンサ
イト以外の組織は、Ｃを過飽和に含んだパーライトやベ
イナイトなど何であってもよい。

【００１６】非調質とは焼入れ、焼戻しの所謂「調質処
理」を施さないことをいい、したがって、非調質冷間成
形加工部品は、冷間成形加工した後で焼入れ、焼戻しの
処理を両方とも行わない部品を指す。本発明でいう「冷
間成形加工」とは所望の形状を得るための冷間鍛造、冷
間転造、コイニング、曲げ加工などの加工を指す。

【００１７】なお、既に述べたように、本明細書におい
ては０．２％耐力と降伏強度を総称して「耐力」とい
う。

【００１８】本発明者らは、前記した課題を解決するた
めに、すなわち、５００ＭＰａ以上の耐力、０．８以上
の降伏比、シャルピー衝撃試験における１００Ｊ／ｃｍ
² 以上の衝撃値を有する高強度高靱性非調質冷間成形加
工部品とその製造方法を提供するために種々の検討を行
った結果、下記の知見を得た。

【００１９】（ａ）化学組成が特定の低炭素−Ｍｎ系か
らなり、しかも、その組織中に占めるフェライト、ベイ
ニティックフェライト及び擬似マルテンサイトの割合が
特定の値である鋼材に、冷間での伸線、引抜き、圧延や
押し出しによる冷間加工を施し、次いで冷間鍛造や冷間
転造などの冷間成形加工を行えば、耐力と降伏比を高め
ることができる。この場合、冷間成形加工前の冷間での
伸線、引抜き、圧延や押出しの減面率を１０％以上とす
れば、安定して耐力と降伏比を高めることができる。

【００２０】なお、「減面率」とは、｛（冷間加工前の
鋼材の断面積）−（冷間加工後の鋼材の断面積）｝／
（冷間加工前の鋼材の断面積）をいう。

【００２１】（ｂ）冷間成形加工後、３００〜６００℃
で時効すれば耐力が高まるので、その結果降伏比を一層
高めることができる。

【００２２】（ｃ）鋼が適正量のＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎ
ｂ、Ｔｉ及びＢを含有していれば、上記の効果が一層大
きくなる。

【００２３】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各要件について詳
しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」表示は
「質量％」を意味する。

【００２５】（Ａ）化学組成 Ｃ：０．０２〜０．１０％ Ｃは、耐力と強度を上昇させる作用がある。しかし、そ
の含有量が０．０２％未満では、所望の５００ＭＰａ以
上の耐力を確保することが難しい。一方、０．１０％を
超えて含有させると靱性の劣化を招く。したがって、Ｃ
の含有量を０．０２〜０．１０％とした。なお、Ｃ含有
量の望ましい範囲は０．０４〜０．０８％である。

【００２６】Ｓｉ：０．５％以下 Ｓｉは添加しなくてもよい。添加すれば、焼入れ性を高
める作用がある。この効果を確実に得るためには、Ｓｉ
は０．１％以上の含有量とすることが好ましい。しか
し、多量に含有させるとフェライト地の靱性を劣化させ
るので、冷間成形加工性の低下を招く。特に、その含有
量が０．５％を超えると冷間成形加工性の低下が著しく
なる。したがって、Ｓｉの含有量を０．５％以下とし
た。なお、十分な冷間成形加工性を得るためには、Ｓｉ
の含有量を０．３％以下とすることが望ましい。

【００２７】Ｍｎ：１．０〜２．０％ Ｍｎは、安価な焼入れ性向上元素であり、熱間圧延など
の熱間加工時にパーライトの生成を抑制し、擬似マルテ
ンサイトやベイニティックフェライトを生成させる効果
を有する。この効果を得るためにはＭｎの含有量を１．
０％以上とする必要がある。しかし、その含有量が２．
０％を超えると偏析が顕著になり、冷間成形加工性が劣
化する。したがって、Ｍｎの含有量を１．０〜２．０％
とした。なお、Ｍｎ含有量の望ましい範囲は１．５〜
１．８％である。

【００２８】Ｐ：０．０４％以下 Ｐは靱性を劣化させてしまうので、その含有量はできる
だけ低くすることが望ましいが、Ｐの含有量を低減させ
るには溶銑の脱燐処理などが必要になる場合があり、経
済性の観点から好ましくない場合があるので、その量に
ついては部品に要求される性能とコストによって決めれ
ばよい。しかし、Ｐを０．０４％を超えて含有すれば靱
性が著しく低下する。したがって、Ｐの含有量を０．０
４％以下とした。なお、良好な靱性（シャルピ−衝撃
値）を得るためには、Ｐの含有量を０．０２５％以下と
することが好ましい。

【００２９】Ｓ：０．４０％以下 Ｓは添加しなくてもよい。添加すれば、鋼中でＭｎＳを
形成して被削性を高める作用を有する。この効果を確実
に得るには、Ｓは０．０１％以上の含有量とすることが
望ましい。しかし、Ｓの含有量が０．４０％を超える
と、冷間での伸線、引抜き、押出しなどの際にＭｎＳが
伸びて縦割れを起こしたり、冷間成形加工の際に割れを
起こす。したがって、Ｓの含有量を０．４０％以下とし
た。なお、Ｓの含有量は０．１０％以下とすることが望
ましい。

【００３０】Ｃｕ：２．０％以下 Ｃｕは添加しなくてもよい。添加すれば、焼入れ性を向
上させて熱間加工時にパーライトの生成を抑制する作用
や、時効処理で析出して時効後の強度を高める作用があ
る。こうした効果を確実に得るには、Ｃｕは０．５％以
上の含有量とすることが望ましい。しかし、Ｃｕを２．
０％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コスト
が嵩むばかりである。したがって、Ｃｕの含有量を２．
０％以下とした。なお、Ｃｕを添加する場合には次に述
べるＮｉとともに複合添加することが好ましい。

【００３１】Ｎｉ：１．０％以下 Ｎｉは添加しなくてもよい。添加すれば、焼入れ性を向
上させて熱間加工時にパーライトの生成を抑制する作用
がある。この効果を確実に得るには、Ｎｉは０．５％以
上の含有量とすることが望ましい。しかし、Ｎｉの含有
量が１．０％を超えると、冷間での伸線、引抜きや圧延
などの冷間加工に続いて行う冷間成形加工性の劣化をき
たす。したがって、Ｎｉの含有量を１．０％以下にし
た。なお、上記のＣｕを添加する場合には、Ｎｉを同時
添加することが好ましい。

【００３２】Ｃｒ：１．５％以下 Ｃｒは添加しなくてもよい。添加すれば、圧延加工時に
パーライトの生成を抑制する効果がある。この効果を確
実に得るには、Ｃｒは０．２％以上の含有量とすること
が好ましい。しかし、Ｃｒを１．５％を超えて含有させ
ても前記効果は飽和するため、コストが嵩んでしまう。
したがって、Ｃｒの含有量を１．５％以下とした。な
お、製品コストを抑えるためには、Ｃｒの含有量を１．
０％以下とすることが望ましい。

【００３３】Ｍｏ：０．５％以下 Ｍｏは添加しなくてもよい。添加すれば、パーライト焼
入れ性を向上させて熱間加工時にパーライトの生成を抑
制する作用や、時効処理で炭化物を形成して時効後の強
度を高める作用がある。この効果を確実に得るには、Ｍ
ｏは０．２％以上の含有量とすることが好ましい。しか
し、Ｍｏの含有量が０．５％を超えると、冷間での伸
線、引抜きや圧延などの冷間加工に続いて行う冷間成形
加工性の劣化をきたす。したがって、Ｍｏの含有量を
０．５％以下とした。

【００３４】Ｎｂ：０．１％以下 Ｎｂは添加しなくてもよい。添加すれば、オ−ステナイ
ト粒を微細にして、熱間加工後の組織を微細にし、靱性
を高める作用がある。更に、時効処理で炭化物を形成し
て時効後の強度を高める効果も有する。これらの効果を
確実に得るには、Ｎｂの含有量を０．０１％以上とする
ことが好ましい。しかし、Ｎｂを０．１％を超えて含有
させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりであ
る。したがって、Ｎｂの含有量を０．１％以下とした。
製品コストを抑えるためには、Ｎｂの含有量は０．０６
％以下とすることが望ましい。

【００３５】Ｔｉ：０．０５％以下 Ｔｉも添加しなくてもよい。添加すれば、オ−ステナイ
ト粒を微細にして、熱間加工後の組織を微細にし、靱性
を高める作用がある。更に、時効処理で炭化物を形成し
て時効後の強度を高める効果も有する。これらの効果を
確実に得るには、Ｔｉは０．０１％以上の含有量とする
ことが好ましい。しかし、Ｔｉを０．０５％を超えて含
有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりで
ある。したがって、Ｔｉの含有量を０．０５％以下とし
た。製品コストを抑えるためには、Ｔｉの含有量を０．
０３％以下とすることが望ましい。

【００３６】Ｎｄ：０．１％以下 Ｎｄは添加しなくてもよい。添加すれば、ＭｎＳを球状
化し、冷間加工性や被削性を高める作用がある。この効
果を確実に得るには、Ｎｄは０．０１％以上の含有量と
することが好ましい。しかし、Ｎｄを０．１％を超えて
含有させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかり
である。したがって、Ｎｄの含有量を０．１％以下とし
た。Ｎｄの含有量は０．０５％以下とすることが好まし
い。

【００３７】Ｂ：０．００５％以下 Ｂは添加しなくてもよい。添加すれば、熱間加工時にパ
ーライトの生成を抑制する効果がある。この効果を確実
に得るには、Ｂは０．０００５％以上の含有量とするこ
とが望ましい。しかし、Ｂを０．００５％を超えて含有
させても前記の効果は飽和し、コストが嵩むばかりであ
る。したがって、Ｂの含有量を０．００５％以下とし
た。製品コストを抑えるためにはＢの含有量を０．００
２５％以下とすることが望ましい。

【００３８】Ａｌ：０．１％以下 Ａｌは添加しなくてもよい。添加すれば、鋼を脱酸する
作用がある。この効果を確実に得るには、Ａｌは０．０
１％以上の含有量とすることが望ましい。しかし、Ａｌ
の含有量が０．１％を超えると、冷間での伸線、引抜き
や圧延などの冷間加工に続いて行う冷間成形加工性が低
下する。したがってＡｌの含有量を０．１％以下とし
た。なお、安定して良好な冷間成形加工性を確保するた
めには、Ａｌの含有量を０．０５％以下とすることが望
ましい。

【００３９】Ｎ：０．０１％以下 Ｎは冷間での伸線、引抜きや圧延などの冷間加工に続い
て行う冷間成形加工性を劣化させるので、その含有量は
できるだけ低く抑えることが望ましい。特に、その含有
量が０．０１％を超えると、冷間成形加工性の劣化が著
しくなる。したがって、Ｎの含有量を０．０１％以下と
した。なお、安定して良好な冷間成形加工性を確保する
ためには、Ｎの含有量を０．００６％以下とすることが
望ましい。

【００４０】（Ｂ）組織 非調質冷間成形加工部品に５００ＭＰａ以上の耐力、
０．８以上の降伏比及びシャルピー衝撃試験における１
００Ｊ／ｃｍ² 以上の衝撃値を確保させるためには、素
材鋼となる鋼の化学組成に加えて組織を、その８０〜９
７％がフェライトとベイニティックフェライトの混合組
織で、且つ、フェライトとベイニティックフェライト以
外の組織の５０％以上を擬似マルテンサイトとする必要
がある。

【００４１】組織におけるフェライトとベイニティック
フェライトの混合組織の面積率が８０％未満では靱性が
低下して、所望の衝撃値が得られない。一方、フェライ
トとベイニティックフェライトの混合組織の面積率が９
７％を超えると５００ＭＰａ以上の耐力の確保が困難と
なる。

【００４２】擬似マルテンサイトが、フェライトとベイ
ニティックフェライト以外の組織の５０％に満たない場
合には、Ｃを過飽和に含有するパーライトやベイナイト
が組織に占める割合が大きくなって靱性が低下するの
で、所望の衝撃値が得られない。

【００４３】したがって、非調質冷間成形加工部品の組
織を、その８０〜９７％がフェライトとベイニティック
フェライトで、且つ、フェライトとベイニティックフェ
ライト以外の組織の５０％以上を擬似マルテンサイトと
規定した。

【００４４】なお、フェライトとベイニティックフェラ
イト以外の組織に占める擬似マルテンサイトの割合は５
０％以上でありさえすればよく、１００％が擬似マルテ
ンサイトであっても構わない。

【００４５】既に述べたように、組織の割合は顕微鏡観
察したときの組織割合、つまり、面積率のことをいい、
フェライトとベイニティックフェライトの混合組織の面
積率は、組織中におけるフェライトとベイニティックフ
ェライトの各面積率の和を指す。「フェライトとベイニ
ティックフェライトの混合組織」がフェライトとベイニ
ティックフェライトとが共存する組織を指し、フェライ
ト、ベイニティックフェライト及び擬似マルテンサイト
以外の組織が、Ｃを過飽和に含んだパーライトやベイナ
イトなど何であってもよいことも既に述べたとおりであ
る。

【００４６】組織割合は、例えば、組織調査用の試験片
を切り出して鏡面研磨し、腐食液として５％ピクラール
を用いて抽出レプリカを採取し、倍率１００００倍程度
で透過電子顕微鏡観察して測定すればよい。

【００４７】なお、上記した規定の組織とするための製
造方法としては、例えば、オ−ステナイト粒径の微細化
とこれに伴うフェライト、ベイニティックフェライトの
微細析出を果たすために、鋼塊や鋼片を１０００〜１２
５０℃の温度に加熱してから、９００℃以下での累積圧
下率が５０％以上となる熱間圧延を行い、その圧延を７
５０℃以上で仕上げた後、０．５〜１０℃／秒の冷却速
度で少なくとも５００℃まで冷却する所謂「制御圧延−
制御冷却」を行う処理がある。なお、前記（Ａ）項の化
学組成は、鋼塊や鋼片を上記の条件で圧延及び冷却すれ
ば所望の組織が生成するように配慮されたものである。

【００４８】（Ｃ）冷間加工とそれに続く冷間成形加工 非調質冷間成形加工部品の耐力と降伏比を高めるために
は、前記（Ａ）項と（Ｂ）項で述べた化学組成と組織を
有する鋼材に、冷間成形加工に先立って、冷間での伸
線、引抜き、圧延や押出しによる冷間加工を施せばよ
い。なお、冷間成形加工後、部品の部位による機械的性
質のバラツキを小さくするためには、冷間成形加工前の
冷間加工として、軸方向に均一な加工が行える伸線、引
抜きや押出しを行うことが好ましい。

【００４９】なお、「冷間成形加工」が所望の形状を得
るための冷間鍛造、冷間転造、コイニング、曲げ加工な
どの加工を指すことは既に述べたとおりである。

【００５０】冷間成形加工前の冷間加工の減面率を１０
％以上とすれば、冷間成形加工後の耐力と降伏比を安定
して高めることができるし、減面率を２０％以上とすれ
ば、一層安定して耐力と降伏比を高めることができる。
なお、減面率は部品に求められる強度や冷間加工設備の
仕様によって変化させることができ、上限は特に規定す
る必要はない。しかし、この冷間加工に続いて更に冷間
成形加工を施し、所望の形状を得る必要があるので、冷
間成形加工前の冷間加工の減面率の上限は８０％程度に
するのがよい。

【００５１】なお、「減面率」が、｛（冷間加工前の鋼
材の断面積）−（冷間加工後の鋼材の断面積）｝／（冷
間加工前の鋼材の断面積）を指すことは既に述べたとお
りである。

【００５２】冷間成形加工は所望の部品形状に成形する
ことを第一義とするが、冷間での加工であるため、耐力
や降伏比を高める作用も有する。すなわち、冷間成形加
工には、冷間での伸線、引抜き、圧延や押出しによる冷
間加工を施すことで上昇した耐力や降伏比を更に高める
作用もある。このため、本発明では冷間成形加工の前記
作用も活用することができる。なお、この冷間成形加工
は鍛造や転造など通常の方法で行えばよい。

【００５３】（Ｄ）時効 冷間成形加工後に適正な温度で時効処理を行えば、冷間
成形加工前に行った冷間加工及び所定の形状を得るため
の冷間成形加工によって上昇した引張強度をほとんど変
化させずに耐力を高めることができ、その結果、降伏比
を上昇させることができる。したがって、非調質冷間成
形加工部品の耐力と降伏比を更に一層高めるためには、
前記（Ａ）項で述べた化学組成及び（Ｂ）項で述べた組
織を有する鋼材に、上記（Ｃ）項で述べた冷間成形加工
前の冷間加工及びそれに続く冷間成形加工を施し、その
後更に時効処理するのがよい。

【００５４】しかし、時効処理の温度が６００℃を超え
ると過時効になって強度が低下し、所望の引張特性が確
保できない。このため、冷間成形加工前の冷間加工及び
それに続く冷間成形加工を施した後に行う時効の温度は
６００℃以下とした。

【００５５】なお、冷間成形加工後に行う時効処理の温
度が３００℃未満の場合には、前記した効果がほとんど
得られない場合があるため、冷間成形加工を施した後の
時効処理は、３００℃以上の温度で行うのがよく、時効
温度を３５０〜４５０℃とすれば、安定して耐力と降伏
比を高めることができる。

【００５６】時効時間は特に規定する必要はないが、生
産性を高めるために３０分〜２時間程度とするのがよ
い。

【００５７】対象とする高強度高靱性非調質冷間成形加
工部品の形状によっては、（Ａ）項及び（Ｂ）項で述べ
た化学組成と組織を有する鋼材に、（Ｃ）項で述べた冷
間加工と冷間成形加工を施し、その後更に、切削加工を
施して所望の形状に加工してもよいし、この切削加工
後、更に、（Ｄ）項で述べた６００℃以下の温度での時
効を行ってもよい。

【００５８】以下、実施例により本発明を詳しく説明す
る。

【００５９】

【実施例】表１に示す化学組成を有する鋼を通常の方法
によって試験真空炉溶製した。表１における鋼Ａ１〜Ａ
１８は化学組成が本発明で規定する範囲内にある本発明
例、鋼Ｂ１、鋼Ｂ２及び鋼Ｃ１は成分のいずれかが本発
明で規定する含有量の範囲から外れた比較例である。比
較例の鋼のうち鋼Ｃ１はＪＩＳのＳＣＭ４３５に相当す
る鋼である。

【００６０】

【表１】

【００６１】（実施例１）上記のようにして溶製した鋼
のうち、鋼Ａ６の鋼塊を１２５０℃に加熱してから、１
０５０〜８００℃での累積圧下率が７５％となる熱間圧
延を行ない、その圧延を８００℃で仕上げた後、３℃／
ｓの冷却速度で室温まで空冷し、直径２４ｍｍの丸棒を
製造した。

【００６２】次に、直径２４ｍｍの丸棒を通常の方法で
ピ−リング加工して、直径１６ｍｍ、１７ｍｍ及び２１
ｍｍの丸棒を得た。このうち直径が１７ｍｍと２１ｍｍ
にピ−リング加工した丸棒は、その表面を酸洗、潤滑処
理した後、冷間引抜機を用いて直径１６ｍｍに冷間引抜
きした。この冷間引抜きの減面率は、直径が１７ｍｍの
丸棒を素材とした場合が１１．４％、直径が２１ｍｍの
丸棒を素材とした場合が４２．０％である。

【００６３】このようにして得た鋼Ａ６の直径１６ｍｍ
の３種類の丸棒（つまり、冷間引抜きの減面率が０（ピ
−リング加工のまま）、冷間引抜きの減面率が１１．４
％及び冷間引抜きの減面率が４２．０％の３種類の丸
棒）を用いて、冷間鍛造、冷間ネジ転造によりサイズＭ
１６のメ−トル並目の六角ボルトを試作した。この試作
ボルトには、３００〜７００℃で１時間の時効を行っ
た。

【００６４】冷間鍛造、冷間ネジ転造したままのボルト
及び上記の時効を行ったボルトを用いて、JIS B 1051に
規定の方法で室温でのボルト実体引張試験を行なった。
すなわち、ボルトネジ部に治具をはめ合わせ、軸方向に
引張荷重を加えて室温での耐力と引張強度を調査した。

【００６５】更に、冷間鍛造、冷間ネジ転造したままの
ボルト及び上記の時効を行ったボルトの軸部からＪＩＳ
３号シャルピ−衝撃試験片（２ｍｍＵノッチシャルピー
試験片）を切り出し、室温での衝撃特性（衝撃値）を調
査した。

【００６６】一方、直径２４ｍｍの熱間圧延ままの丸棒
から組織調査用の試験片を切り出して鏡面研磨し、抽出
レプリカ法による透過電子顕微鏡観察を行って組織を調
査した。なお、この場合の腐食には５％ピクラールを用
い、各組織の面積率は画像解析して算出した。このよう
にして調査した鋼Ａ６の組織は、フェライトとベイニテ
ィックフェライトの混合組織が組織に占める割合が９１
％、擬似マルテンサイトがフェライトとベイニティック
フェライト以外の組織に占める割合が５０％であり、本
発明で規定する範囲にあった。

【００６７】表２に前記の機械的性質を調査した結果を
まとめて示す。

【００６８】

【表２】

【００６９】表２から、本発明で規定する化学組成と組
織を有する丸棒に、減面率で１１．４％以上の冷間引抜
きを行った後で冷間成形加工としての冷間鍛造と冷間転
造を施せば耐力と降伏比を高くでき、耐力が５００ＭＰ
ａ以上、降伏比が０．８以上で、且つ、ＪＩＳ３号シャ
ルピー衝撃試験片を用いた室温でのシャルピー衝撃試験
における１００Ｊ／ｃｍ² 以上の衝撃値という所望の特
性が確保できることが明らかである。又、冷間加工の減
面率が４２．０％の場合には、一層安定して耐力と降伏
比を大きく高めることができることも明らかである。

【００７０】更に、本発明で規定する化学組成と組織を
有する丸棒に、減面率で１１．４％以上の冷間引抜きを
施した後で冷間鍛造と冷間転造を施した後、更に６００
℃以下の温度で時効すれば、所望の靱性（衝撃特性）を
確保しつつ、耐力と降伏比を更に一層高くできることが
明らかである。

【００７１】（実施例２）試験真空炉溶製した表１に記
載の鋼のうち、鋼Ａ１〜Ａ５、鋼Ａ７〜Ａ１８、鋼Ｂ
１、鋼Ｂ２及び鋼Ｃ１の鋼塊を１２５０℃に加熱してか
ら、１０５０〜８００℃での累積圧下率が７５％となる
熱間圧延を行ない、その圧延を８００℃で仕上げた後、
３℃／ｓの冷却速度で室温まで空冷し、直径２４ｍｍの
丸棒を製造した。

【００７２】上記直径２４ｍｍの丸棒のうち、鋼Ａ１〜
Ａ５、鋼Ａ７〜Ａ１８、鋼Ｂ１、鋼Ｂ２を素材鋼とする
丸棒は、通常の方法でピ−リング加工して直径２１ｍｍ
の丸棒にした。次いで、この直径が２１ｍｍにピ−リン
グ加工した丸棒の表面を酸洗、潤滑処理し、更に、冷間
引抜機を用いて直径１６ｍｍに冷間引抜きした。この冷
間引抜きの減面率は、４２．０％である。

【００７３】このようにして得た前記各鋼についての直
径１６ｍｍの丸棒（つまり、冷間引抜きの減面率が４
２．０％の丸棒）を用いて、冷間鍛造、冷間ネジ転造に
よりサイズＭ１６のメ−トル並目の六角ボルトを試作し
た。

【００７４】一方、鋼Ｃ１を素材鋼とする直径２４ｍｍ
の丸棒は、徐冷法によって球状化焼鈍した後、通常の方
法でピ−リング加工して直径１６ｍｍの丸棒にし、これ
を用いて冷間鍛造、冷間ネジ転造によりサイズＭ１６の
メ−トル並目の六角ボルトを試作した。この鋼Ｃ１を素
材鋼とする試作ボルトには、強度付与のため従来から行
われている焼入れ・焼戻しの調質処理を施した。なお、
焼入れは加熱温度８６０℃の油冷とし、焼戻しは６００
℃と５００℃の２温度で行なった。

【００７５】このようにして試作したボルトを用いて、
実施例１と同じ方法で室温でのボルト実体引張試験とシ
ャルピ−衝撃試験を行なった。

【００７６】更に、鋼Ａ１〜Ａ５、鋼Ａ７〜Ａ１８、鋼
Ｂ１、鋼Ｂ２を素材鋼とする直径２４ｍｍの熱間圧延ま
まの丸棒からは、組織調査用の試験片を切り出して鏡面
研磨し、抽出レプリカ法による透過電子顕微鏡観察を行
って組織を調査した。なお、この場合の腐食には５％ピ
クラールを用い、各組織の面積率は画像解析して算出し
た。なお、鋼Ｃ１を素材鋼とする試作ボルトは調質処理
したため、鋼Ｃ１の直径２４ｍｍの熱間圧延ままの丸棒
に対しては組織調査を行わなかった。

【００７７】表３に上記の組織調査結果を、又、表４に
上記の機械的性質の試験結果をまとめて示す。

【００７８】

【表３】

【００７９】

【表４】

【００８０】表３及び表４から、本発明で規定する化学
組成と組織を有する丸棒に、減面率で４２．０％の冷間
引抜きを行った後で冷間成形加工としての冷間鍛造と冷
間転造を施せば、耐力が５００ＭＰａ以上、降伏比が
０．８以上で、且つ、ＪＩＳ３号シャルピー衝撃試験片
を用いた室温でのシャルピー衝撃試験における１００Ｊ
／ｃｍ² 以上の衝撃値という所望の特性が確保できるこ
とが明らかである。これらの性能はＪＩＳのＳＣＭ４３
５に相当する鋼Ｃ１を素材鋼として調質処理した場合と
同等の性能であり、本発明によれば、焼入れ・焼戻しの
調質処理の省略が可能であることがわかる。

【００８１】これに対して、鋼Ｂ１及び鋼Ｂ２の化学組
成は本発明の規定条件から外れるので、これらの鋼を素
材鋼とする場合には所望の靱性（衝撃特性）が得られて
いない。

【００８２】（実施例３）上記の実施例３で作製した鋼
Ａ１〜Ａ５、鋼Ａ７〜Ａ１８、鋼Ｂ１、鋼Ｂ２を素材鋼
とするサイズＭ１６のメ−トル並目の六角ボルトに、４
００℃で１時間の時効を行った。この後、実施例１と同
じ方法で室温でのボルト実体引張試験とシャルピ−衝撃
試験を行なった。

【００８３】表５に試験結果をまとめて示す。

【００８４】

【表５】

【００８５】表５から、本発明で規定する化学組成と組
織を有する丸棒に、減面率で４２．０％の冷間引抜きを
行った後で冷間成形加工としての冷間鍛造と冷間転造を
施し、その後更に４００℃で時効すれば、所望の靱性
（衝撃特性）を確保しつつ、耐力と降伏比を更に一層高
くできることが明らかである。

【００８６】これに対して、鋼Ｂ１及び鋼Ｂ２の化学組
成は本発明の規定条件から外れるので、これらの鋼を素
材鋼とする場合には所望の靱性（衝撃特性）が得られて
いない。

【００８７】

【発明の効果】本発明の高強度高靱性非調質冷間成形加
工部品は、５００ＭＰａ以上の耐力、０．８以上の降伏
比と、シャルピ−衝撃試験における１００Ｊ／ｃｍ² 以
上の衝撃値を有するので、自動車や各種産業機械などの
機械構造部品、なかでも動力伝達部品や重要保安部品と
して利用することができる。この高強度高靱性非調質冷
間成形加工部品は本発明の方法によって比較的容易に製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】上部ベイナイトの形態による分類を模式的に示
す図で、（ａ）は「Ｂ−I 型ベイナイト」、（ｂ）は
「Ｂ−II型ベイナイト」、（ｃ）は「Ｂ−III 型ベイナ
イト」を示す。

【符号の説明】

１：オーステナイト粒界、 ２：セメンタイト、 ３：ラス状フェライト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓ
   ｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｐ：０．
   ０４％以下、Ｓ：０．４０％以下、Ｃｕ：２．０％以
   下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ：
   ０．５％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％
   以下、Ｎｄ：０．１％以下、Ｂ：０．００５％以下、Ａ
   ｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、残部
   はＦｅ及び不純物の化学組成からなり，組織の８０〜９
   ７％がフェライトとベイニティックフェライトの混合組
   織で、且つ、フェライトとベイニティックフェライト以
   外の組織の５０％以上が擬似マルテンサイトである、耐
   力が５００ＭＰａ以上、降伏比が０．８以上で、且つ、
   ＪＩＳ３号シャルピ−衝撃試験片を用いた室温でのシャ
   ルピー衝撃試験での衝撃値が１００Ｊ／ｃｍ² 以上の高
   強度高靱性非調質冷間成形加工部品。
2. 【請求項２】請求項１に記載の化学組成と組織を有する
   鋼材に冷間での伸線、引抜き、圧延又は押出しによる冷
   間加工を施し、次いで冷間成形加工することを特徴とす
   る高強度高靱性非調質冷間成形加工部品の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の化学組成と組織を有する
   鋼材に冷間での伸線、引抜き、圧延又は押出しによる冷
   間加工を施し、次いで冷間成形加工を行い、その後更
   に、６００℃以下の温度で時効することを特徴とする高
   強度高靱性非調質冷間成形加工部品の製造方法。