JP2001192731A - 高強度軸部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】球状化焼鈍と調質処理を施さずとも、冷間加工
性と高周波焼入れ性に優れ軸部の硬さがロックウェルＢ
硬さで９５以上の高強度軸部品を製造する方法の提供。 【解決手段】C：0.40〜0.60％、Mn：0.10〜0.60％、N
b：0.005〜0.05％、Al：0.015〜0.10％、B：0.0005〜
0.005％、Si：0〜0.40％、Ti：0〜0.05％を含み、残部
はFeと不純物からなり、不純物中のP≦0.015％、S≦0.0
15％、Cu≦0.10％、Ni≦0.10％、Cr≦0.15％、Mo≦0.10
％、N≦0.0050、O≦ 0.005％の化学組成を有する鋼片
を、1000〜1250℃に加熱して、圧延仕上げ温度が1000〜
800℃となるように熱間圧延し、熱間圧延終了後は少な
くとも500℃までを0.5〜5 ℃／秒の冷却速度で冷却し、
次いで、総減面率が25〜50％となる伸線加工を施し、更
に、冷間加工して所定の形状に成形し、その後高周波焼
入れする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度軸部品の製
造方法に関し、詳しくは、シャフトなどの小物長尺高強
度軸部品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】機械構造用部品として用いられるシャフ
トなどの高強度軸部品は、従来、ＪＩＳの機械構造用中
炭素鋼鋼材（Ｓ４５ＣやＳ４８Ｃなど）を熱間圧延後に
球状化焼鈍し、次いで、寸法精度を高めるために伸線加
工した後冷間鍛造して所定の形状に成形加工し、その
後、部品によっては、焼入れ・焼戻しの所謂「調質処
理」を行い、更に、高周波焼入れと必要に応じて焼戻し
を行うことによって所望の強度、靱性や軸部における表
面硬さを確保させている。しかし、この従来法の場合に
は、熱間圧延後の球状化焼鈍や調質処理のための熱処理
コストが嵩む。更に、調質処理時に歪みが発生すること
が多いので、歪みを矯正する必要も生ずる。このため産
業界には、球状化焼鈍や調質処理を省略したり、歪み矯
正作業の省略を行って高強度軸部品の製造コストを低減
したいとする要望が大きい。

【０００３】こうした要望に対して、球状化焼鈍、冷間
鍛造後の調質処理及び調質処理後の歪み矯正作業を省略
できる技術が、例えば、特開平７−５４０４１号公報に
提案されている。

【０００４】すなわち、特開平７−５４０４１号公報に
は、最終鋼部品の延性・靱性を高めるために、鋼のＣ含
有量の上限を０．２５重量％に抑え、これに特定の条件
で熱間圧延とその後の冷却を施してから冷間引き抜き加
工を行い、更に、冷間鍛造と機械加工を施して製造した
最終部品に対して、焼入れ・焼戻しの調質処理を施した
ＪＩＳ規格のＳ４５Ｃと同等の強度を付与する技術が開
示されている。しかし、この公報で提案された鋼はＣ含
有量が低いので、高周波焼入れを施す部品に対しては、
所望の表面硬さ及び硬化層の深さを確保できない。

【０００５】したがって、高周波焼入れで所望の表面硬
さと硬化層の深さとを確保させたい場合には、Ｃ含有量
の高い中炭素鋼鋼材を用いる必要があるが、この場合、
熱間圧延後に球状化焼鈍処理を行っても変形抵抗が高い
ので冷間鍛造の工具寿命が短く、又、変形能が低いので
冷間鍛造された部品に割れが生ずる場合もあった。

【０００６】このような問題に対し、特公平１−３８８
４７号公報及び特公平２−４７５３６号公報には、冷間
鍛造性を向上させるためにＳｉとＭｎの含有量を低く抑
え、Ｃ、Ｂ、Ｔｉ、更に、必要に応じてＣｒを含有させ
て高周波焼入れ性の確保もできる冷間鍛造用鋼が開示さ
れている。しかし、上記の各公報で提案された鋼は、そ
の実施例における記載からも明らかなように、従来球状
化焼鈍されていた中炭素鋼と同等以上の冷間鍛造性を得
るためには、冷間鍛造前に球状化焼鈍を施す必要がある
し、最終部品の強度確保のためには調質処理を施す必要
もあるので、コストが嵩んでしまう。

【０００７】

【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、熱間圧延後の球状化焼鈍、焼入れ
・焼戻しの調質処理及び調質処理に起因する歪みの矯正
作業を省略した高強度軸部品、なかでも軸部の硬さがロ
ックウェルＢ硬さで９５以上の高強度軸部品の製造方法
を提供することを目的とする。具体的には、同等のＣ含
有量のＪＩＳ機械構造用中炭素鋼を用いて従来法で軸部
の硬さがロックウェルＢ硬さで９５以上の高強度軸部品
を製造する場合と同等の状況を、熱間圧延後の球状化焼
鈍、焼入れ・焼戻しの調質処理及び調質処理に起因する
歪みの矯正作業を省略した製造法で確保することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記に
示す高強度軸部品の製造方法にある。

【０００９】すなわち、「質量％で、Ｃ：０．４０〜
０．６０％、Ｍｎ：０．１０〜０．６０％、Ｎｂ：０．
００５〜０．０５％、Ａｌ：０．０１５〜０．１０％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｓｉ：０〜０．４０
％、Ｔｉ：０〜０．０５％を含有し、残部はＦｅ及び不
純物からなり、不純物中のＰは０．０１５％以下、Ｓは
０．０１５％以下、Ｃｕは０．１０％以下、Ｎｉは０．
１０％以下、Ｃｒは０．１５％以下、Ｍｏは０．１０％
以下、Ｎは０．００５０％以下、Ｏ（酸素）は０．００
５％以下の化学組成を有する鋼片を、１０００〜１２５
０℃に加熱して、圧延仕上げ温度が１０００〜８００℃
となるように熱間圧延し、熱間圧延終了後は少なくとも
５００℃までを０．５〜５℃／秒の冷却速度で冷却し、
次いで、総減面率が２５〜５０％となる伸線加工を施
し、更に、冷間加工して所定の形状に成形し、その後高
周波焼入れすることを特徴とする高強度軸部品の製造方
法。」である。

【００１０】なお、本発明でいう「圧延仕上げ温度」と
は、圧延が仕上がった際の被圧延材の温度を指す。又、
伸線加工における総減面率とは、伸線加工前の断面積を
Ａ₀、最終伸線加工後の断面積をＡ₁として（Ａ₀−Ａ₁）
／Ａ₀ で表されるものをいい、これを１００倍すれば％
表示になる。

【００１１】本発明者らは、前記した課題を解決するた
めに高強度軸部品の製造方法について、種々の調査・検
討を行った。その結果、下記の知見を得た。

【００１２】Ｍｎの含有量を低く抑えるとともにＳｉ
の含有量をも低く抑え、更に適正量のＮｂ、Ａｌを含ん
でいる中炭素鋼を冷間鍛造など冷間加工する際の変形抵
抗は、熱間圧延のための加熱温度、熱間圧延の仕上げ温
度、圧延終了後の冷却条件、その後の伸線加工における
総減面率によって変化する。したがって、上記の各種条
件を適正に管理すれば、前記の鋼を冷間加工する際の変
形抵抗を低くすることができ、球状化焼鈍を省略して
も、同等のＣ含有量のＪＩＳ機械構造用中炭素鋼を球状
化焼鈍した場合と同等以上の変形能を確保することがで
きる。 上記のＭｎの含有量を低く抑えるとともにＳｉの含
有量をも低く抑え、更に適正量のＮｂ、Ａｌを含んでい
る中炭素鋼は、伸線加工における総減面率を従来レベル
の２０％程度より大きくすることで、所望の硬さを確保
することが可能である。なお、伸線加工における総減面
率を大きくした場合でも、伸線加工前の硬さが低い場合
には、伸線加工時に所謂「シェブロンクラック」などの
欠陥が発生することはない。

【００１３】中炭素鋼をベースに適正量のＢを含有さ
せた鋼の高周波焼入れ性は、同等Ｃ量のＪＩＳ機械構造
用炭素鋼の高周波焼入れ性と同等以上である。本発明
は、上記の知見に基づいて完成されたものである。

【００１４】

【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。 （Ａ）鋼の化学組成 Ｃ：０．４０〜０．６０％ Ｃは、高周波焼入れ性に影響を及ぼす元素で、焼入れ硬
化層の硬さ及び深さを確保してシャフトなど高強度軸部
品に所望の機械的性質を付与するのに有効な元素であ
る。しかし、その含有量が０．４０％未満では添加効果
に乏しい。一方、０．６０％を超えて含有させると、圧
延条件、冷却条件及び伸線加工条件を適正化しても充分
に軟化せずに冷間加工性が劣化したり、靭性の劣化や焼
割れの発生を招くことがある。したがって、Ｃの含有量
を０．４０〜０．６０％とした。

【００１５】Ｍｎ：０．１０〜０．６０％ Ｍｎは、鋼中のＳを固定して熱間加工性を高めるととも
に強度（硬さ）を確保するために有効な元素で、０．１
０％以上含有させることが必要である。一方、Ｍｎの含
有量が０．６０％を超えると、変形抵抗が大きくなって
冷間加工性の劣化をきたす。したがって、Ｍｎの含有量
を０．１０〜０．６０％とした。なお、Ｍｎ含有量は
０．１０〜０．４０％とすることが好ましい。

【００１６】Ｎｂ：０．００５〜０．０５％ Ｎｂは、冷間加工性を大きく阻害することなく良好な高
周波焼入れ性を確保するのに有効な元素である。更に、
高周波焼入れ時の結晶粒の粗大化防止にも有効である。
しかし、その含有量が０．００５％未満では所望の効果
が得られない。一方、０．０５％を超えると、変形抵抗
を増加させることが避けられず、又、粗大な未固溶炭窒
化物が残留して冷間加工性の劣化を招くことがある。し
たがって、Ｎｂの含有量を０．００５〜０．０５％とし
た。なお、Ｎｂ含有量の上限は０．０３％とすることが
好ましく、０．０２％とすれば一層好ましい。更に好ま
しいＮｂ含有量の上限は０．０１５％である。

【００１７】Ａｌ：０．０１５〜０．１０％ Ａｌは、脱酸作用を有する。更に、窒化物を生成して鋼
中のＮを固定するので、冷間鍛造など冷間加工時の加工
硬化を抑制する作用がある。又、鋼中Ｎの固定によって
Ｂの高周波焼入れ性向上効果を確保するのにも有効であ
る。しかし、その含有量が０．０１５％未満では上記の
効果が確実には得られない。一方、０．１０％を超えて
含有させると、冷間加工時に鋼の変形能が低下する。し
たがって、Ａｌの含有量を０．０１５〜０．１０％とし
た。なお、Ｂの高周波焼入れ性向上効果の確保のため
に、Ａｌ含有量は０．０３％以上とすることが好まし
く、０．０５％を超えて含有させれば一層好ましい。

【００１８】Ｂ：０．０００５〜０．００５％ Ｂは、冷間加工性を阻害することなく良好な高周波焼入
れ性を確保するのに有効な元素である。しかし、その含
有量が０．０００５％未満では添加効果に乏しい。一
方、０．００５％を超えて含有させるとその効果が飽和
するばかりか、粒界脆化を招く場合がある。したがっ
て、Ｂの含有量を０．０００５〜０．００５％とした。

【００１９】Ｓｉ：０〜０．４０％ Ｓｉは添加しなくてもよい。添加すれば、鋼の脱酸の安
定化及び強度（硬さ）を高める効果がある。この効果を
確実に得るには、Ｓｉは０．０５％以上の含有量とする
ことが好ましい。又、Ｓｉが添加された鋼は、熱間加工
のための加熱中に低融点酸化物であるファイアライト
（Ｆｅ₂ＳｉＯ₄）を生成するので、その融点（１１７３
℃）以上に加熱すれば、脱スケール性が極めて良好にな
る。この効果は、特に、Ｓｉの含有量が０．１５％を超
えた場合に大きい。しかし、その含有量が、０．４０％
を超えると冷間加工時の変形抵抗が大きくなって冷間加
工性の低下を招く。したがって、Ｓｉの含有量を０〜
０．４０％とした。

【００２０】Ｔｉ：０〜０．０５％ Ｔｉは添加しなくてもよい。添加すれば、窒化物や炭窒
化物を生成して鋼中のＮを固定する効果を有する。この
効果を確実に得るには、Ｔｉは０．００５％以上の含有
量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．０
５％を超えると、変形抵抗を増加させることが避けられ
ず、又、粗大な窒化物や炭窒化物が残留して冷間加工性
の劣化、疲労強度の劣化を招くことがある。したがっ
て、Ｔｉの含有量を０〜０．０５％とした。なお、Ｔｉ
含有量の上限は０．０３％とすることが好ましく、０．
０２％とすれば一層好ましい。更に好ましいＴｉ含有量
の上限は０．０１５％である。

【００２１】本発明においては、不純物元素としての
Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ及びＯ（酸素）を
下記のとおりに制限する。

【００２２】Ｐ：０．０１５％以下 Ｐは、冷間加工時の変形能を低下させてしまう。特に、
Ｐの含有量が０．０１５％を超えると、冷間加工時の変
形能の低下が著しくなる。したがって、不純物元素とし
てのＰの含有量を０．０１５％以下とした。

【００２３】Ｓ：０．０１５％以下 Ｓも冷間加工時の変形能を低下させてしまう。特に、Ｓ
の含有量が０．０１５％を超えると、冷間加工時の変形
能の低下が著しくなる。したがって、不純物元素として
のＳの含有量を０．０１５％以下とした。

【００２４】Ｃｕ：０．１０％以下 Ｃｕは変形抵抗を高めて冷間加工性を劣化させてしま
う。特に、Ｃｕの含有量が０．１０％を超えると、冷間
加工性の劣化が著しくなる。したがって、不純物元素と
してのＣｕの含有量を０．１０％以下とした。なお、Ｃ
ｕ含有量は０．０５％以下に規制することが好ましい。

【００２５】Ｎｉ：０．１０％以下 Ｎｉは変形抵抗を高めて冷間加工性を劣化させてしま
う。特に、Ｎｉの含有量が０．１０％を超えると、冷間
加工性の低下が著しくなる。したがって、不純物元素と
してのＮｉ含有量を０．１０％以下とした。なお、Ｎｉ
含有量は０．０５％以下に規制することが好ましい。

【００２６】Ｃｒ：０．１５％以下 Ｃｒも変形抵抗を高めて冷間加工性を劣化させてしま
う。特に、Ｃｒの含有量が０．１５％を超えると、冷間
加工性の低下が著しくなる。したがって、不純物元素と
してのＣｒ含有量を０．１５％以下とした。なお、Ｃｒ
含有量は０．１０％以下に規制することが好ましい。

【００２７】Ｍｏ：０．１０％以下 Ｍｏは変形抵抗を高めて冷間加工性を劣化させてしま
う。特に、Ｍｏの含有量が０．１０％を超えると、冷間
加工性の低下が著しくなる。したがって、不純物元素と
してのＭｏ含有量を０．１０％以下とした。なお、Ｍｏ
含有量は０．０５％以下に規制することが好ましい。

【００２８】Ｎ：０．００５０％以下 Ｎは、変形抵抗を高めて冷間加工性を劣化させてしま
う。更に、容易にＢと結びついてＢＮを形成するので、
Ｂの高周波焼入れ性向上効果が確保できなくなる。特
に、Ｎの含有量が０．００５０％を超えると、冷間加工
性の低下が著しくなるとともにＢの高周波焼入れ性向上
効果が得難くなる。したがって、不純物元素としてのＮ
含有量を０．００５０％以下とした。なお、Ｎ含有量は
０．００４０％以下に規制することが好ましく、０．０
０３０％以下とすれば一層好ましい。

【００２９】Ｏ（酸素）：０．００５％以下 Ｏは、酸化物を形成して冷間加工時の変形能を低下させ
てしまう。特に、Ｏの含有量が０．００５％を超える
と、冷間加工時の変形能の低下が著しくなる。したがっ
て、不純物元素としてのＯの含有量を０．００５％以下
とした。 （Ｂ）熱間圧延と冷却 （Ｂ−１）熱間圧延前の加熱温度 冷間鍛造など冷間加工する際の変形抵抗を下げるととも
に、均質な組織を得るためには、加熱温度は１０００℃
以上にする必要がある。しかし、加熱温度が１２５０℃
を超えると燃料コストが嵩む。更に、スケール発生も多
くなって歩留りの低下が生じ、生産効率が低下する。し
たがって上記（Ａ）に記載した化学組成を有する鋼片の
熱間圧延前の加熱温度を１０００〜１２５０℃とした。

【００３０】（Ｂ−２）圧延仕上げ温度 冷間鍛造など冷間加工する際の変形抵抗を下げるととも
に、鋼材に良好な延性と靱性を確保させ、更に良好な伸
線加工性を付与するためには、熱間圧延仕上げ温度を１
０００〜８００℃にする必要がある。圧延仕上げ温度が
１０００℃を超えると、再結晶オーステナイト結晶粒が
粗大となり、その後の冷却条件を制御しても微細なフェ
ライト・パーライト組織になり難く、伸線加工時に断線
が発生する場合があるし、冷間鍛造など冷間加工時の変
形抵抗も大きくなってしまう。一方、圧延仕上げ温度が
８００℃を下回ると、延性と靱性の低下が大きくなる
し、冷間鍛造など冷間加工時の変形抵抗も大きくなって
しまう。したがって、熱間圧延仕上げ温度を１０００〜
８００℃とした。

【００３１】（Ｂ−３）圧延後の冷却条件 冷間鍛造など冷間加工する際の変形抵抗を下げるために
は、熱間圧延終了後、少なくとも５００℃までを０．５
〜５℃／秒の冷却速度で冷却する必要がある。

【００３２】これは、圧延仕上げ後、上記の条件で冷却
することによって、微細なフェライト・パーライト組織
が得られ、伸線加工性が高まるとともに冷間加工する際
の変形抵抗が下がるためである。冷却速度が０．５℃／
秒を下回ると、微細なフェライト、パーライト組織が得
難く、伸線加工時に断線が発生する場合があるし、冷間
鍛造など冷間加工時の変形抵抗も大きくなってしまう。
更に、脱炭深さや生成するスケールの厚みも大きくなっ
てしまう。一方、冷却速度が５℃／秒を超えると、マル
テンサイトやベイナイトといった低温変態生成物が生成
するので、強度が上昇し、冷間加工する際の変形抵抗が
大きくなる。熱間圧延終了後、０．５〜５℃／秒の冷却
速度で行う冷却の停止温度が５００℃を超える場合に
は、微細なフェライト、パーライト組織が得難く、伸線
加工時に断線が発生する場合があるし、冷間鍛造など冷
間加工時の変形抵抗も大きくなってしまう。

【００３３】したがって、熱間圧延した後、少なくとも
５００℃までを０．５〜５℃／秒の冷却速度で冷却する
こととした。上記の０．５〜５℃／秒の冷却速度での冷
却は常温まで行ってもよい。但し、生産性を高めるため
には、５００℃まで、望ましくは４５０℃までを０．５
〜５℃／秒の冷却速度で冷却し、以後は急冷するのがよ
い。 （Ｃ）伸線加工 前記（Ａ）項に記載の化学組成を有する鋼片に上記
（Ｂ）項に記載の熱間圧延と冷却を行っただけでは強度
（硬さ）が低い。このため、焼入れ・焼戻しの調質処理
を省略すると、従来調質処理が施されていた高強度軸部
品、なかでも軸部の硬さがロックウェルＢ硬さで９５以
上の高強度軸部品として用いることはできない。したが
って、本発明においては、前記（Ａ）項に記載の化学組
成を有する鋼片に上記（Ｂ）項に記載の熱間圧延と冷却
を行い、次いで、総減面率が２５〜５０％となる伸線加
工を施して、所望のロックウェルＢ硬さで９５以上の軸
部硬さを確保させる。

【００３４】伸線加工の総減面率が２５％を下回る場合
には、伸線加工後の強度上昇は不十分で、所望のロック
ウェルＢ硬さで９５以上の硬さが得られない場合があ
る。一方、伸線加工の総減面率が５０％を超える場合に
は、被加工材の内部にクラックが生成することがある。
したがって、総減面率が２５〜５０％となる伸線加工を
施すこととした。この伸線加工の総減面率が３５％を超
える場合には、ロックウェルＢ硬さで９５以上の硬さが
極めて安定して得られる。なお、伸線加工における総減
面率とは、伸線加工前の断面積をＡ₀、最終伸線加工後
の断面積をＡ₁として（Ａ₀−Ａ₁）／Ａ₀ で表されるも
のをいい、これを１００倍すれば％表示になることは既
に述べたとおりである。この「伸線加工」は、通常行わ
れるように冷間で行うのがよい。なお、５００℃未満の
温度であれば温間で行ってもよいが。温間で伸線加工す
る場合は、潤滑性能の面から２００℃以下の温度で行う
ことが好ましい。 （Ｄ）冷間加工 （Ｂ）項に記載の熱間圧延と冷却を施され、次いで、
（Ｃ）項に記載の伸線加工をうけた前記（Ａ）項に記載
の化学組成を有する鋼材は、更に冷間鍛造などの冷間加
工を受けてシャフトなど所定の形状の高強度軸部品に成
形される。本発明の場合、総減面率が２５〜５０％の伸
線加工を施すため、伸線加工後の硬さは高いものの、圧
縮加工での変形抵抗、変形能は伸線加工前の素材と同程
度である。このため、冷間加工の方法は特に規定される
ものではなく、通常の方法で行えばよい。 （Ｅ）高周波焼入れ 前記（Ａ）に記載の化学組成を有し、熱間圧延、冷却、
伸線加工を受け、冷間加工されて所定の形状に成形され
た鋼材は、その部品の仕様に応じて全面、もしくは局部
的に高周波焼入れ、あるいは、必要に応じて高周波焼入
れ後に焼戻しが施されて、所望の機械的性質を有する機
械構造用部品に仕上げられる。この高周波焼入れの方法
は特に規定されるものではなく、通常の方法で行えばよ
い。

【００３５】本発明の製造方法が対象とする（Ａ）項に
記載の化学組成を有する鋼材を通常の方法で高周波焼入
れすれば、ＪＩＳ機械構造用炭素鋼を高周波焼入れして
いた従来の製造方法による場合と同等の硬化深さが得ら
れる。

【００３６】以下、実施例により本発明を説明する。

【００３７】

【実施例】（実施例１）表１、表２に示す化学組成を有
する鋼を通常の方法によって試験炉を用いて溶製した。
表１における鋼Ａ〜Ｉは化学組成が本発明で規定する範
囲内にある本発明例、表２における鋼ａ〜ｒ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ｐ、鋼ｑ及び鋼ｒはそれ
ぞれＪＩＳ規格のＳ４０Ｃ、Ｓ５０Ｃ及びＳ５８Ｃに相
当する鋼である。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】次いで、これらの鋼を通常の方法によって
鋼片にした後、１２００℃に加熱して直径１８ｍｍの丸
棒に熱間圧延し、熱間圧延終了後は各種の条件で冷却し
た。冷却後、通常の方法で総減面率が２７％と４８％の
伸線加工も行った。

【００４１】上記のようにして得られた直径１８ｍｍの
圧延ままの丸棒、及び伸線加工した丸棒から、直径が１
０ｍｍで長さが１５ｍｍの冷間加工用試験片を作製し、
５００ｔ高速プレス機による通常の方法で冷間（室温）
拘束型据え込み試験を行い、割れが発生する限界の据え
込み率を測定した。なお、据え込み率が７５％まで、各
条件ごとに５回の据え込み試験を行い、５個の試験片の
うち３個以上に割れが発生する最小の加工率（据え込み
率）を限界据え込み率として評価した。据え込み率７５
％で３個以上割れを生じないものは、そこで試験を終了
した。

【００４２】上記の直径が１０ｍｍで長さが１５ｍｍの
冷間加工用試験片を用いてロックウェルＢ硬さの測定も
行った。

【００４３】更に、すべての鋼種の限界据え込み率以下
である６０％の据え込み率（最も大きな加工が加わる試
験片中心部における相当歪は１．５）の場合の変形抵抗
を測定した。なお、相当歪みとはε₁ 、ε₂ 、ε₃ を主
方向の対数歪みとして下記の式で表されるものである。 ε＝｛（ε₁ ²＋ε₂ ²＋ε₃ ²）×２／３｝^1/2 表３〜５に、圧延仕上げ温度、圧延終了後の冷却条件の
詳細を示す。この表３〜５には上記の各試験結果も併せ
て示した。

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】

【００４６】

【表５】

【００４７】更に、前記の直径１８ｍｍの圧延材から直
径が１７．５ｍｍで長さ５０ｍｍの試験片を採取し、こ
れに周波数２０ｋＨｚで高周波焼入れを行った後、通常
の方法によって表面硬さとＨｖで４００となる硬化深さ
（つまり、焼入れ硬化層の深さ）ｔを測定した。次い
で、電気炉を用いて１５０℃で３０分の焼戻しを行い、
通常の方法によって高周波焼入れ後の硬化部を測定し
た。

【００４８】表６に上記の試験結果を示す。

【００４９】

【表６】

【００５０】表３及び表６から、化学組成が本発明で規
定する範囲内にある本発明例の鋼Ａ〜Ｉを素材鋼とする
場合は、圧延のまま、つまり伸線加工の総減面率０％の
状態で、硬さと圧縮加工（据え込み加工）での変形抵抗
が低く、７５％以上の大きな限界据え込み率を有してい
ることがわかる。又、上記の圧延ままの丸棒を総減面率
２５％又は４８％で伸線加工を行っても、圧縮加工での
変形抵抗と限界据え込み率は圧延ままの場合と同程度で
あり、硬さのみ上昇して、ロックウェルＢ硬さで９５以
上の硬さを確保できることが明らかである。更に、同等
のＣ含有量のＪＩＳ機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ規格のＳ
４０Ｃ、Ｓ５０Ｃ及びＳ５８Ｃ）に相当する鋼ｐ、鋼ｑ
及び鋼ｒを素材鋼とする場合と同等の高周波焼入れ性を
有している。

【００５１】これに対して比較例の鋼を素材鋼とする場
合には、表４〜６から、（イ）圧延のままの状態で硬さ
と変形抵抗が高く、限界据え込み率も低いので、総減面
率が２５％の伸線加工を施すと、変形抵抗は高いまま
で、限界据え込み率も低いままである。更に、総減面率
が４８％の伸線加工を施すと断線が発生する。（ロ）高
周波焼入れした時の硬化深さｔが、同等のＣ含有量のＪ
ＩＳ機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ規格のＳ４０Ｃ、Ｓ５０
Ｃ及びＳ５８Ｃ）に相当する鋼ｐ、鋼ｑ及び鋼ｒを素材
鋼とする場合以下である、のいずれかに該当する。 （実施例２）実施例１で得た鋼Ｄ及び鋼Ｆの総減面率２
７％で伸線加工した丸棒と、鋼ｐ〜ｒの直径１８ｍｍの
圧延ままの丸棒を用いて、実部品の製造を想定した試験
を行い、最終形状における曲がり量の測定を実施した。

【００５２】すなわち、鋼Ｄ及び鋼Ｆの総減面率２７％
で伸線加工した丸棒については、伸線加工したままの状
態で、通常の方法によって冷間加工としての前方押し出
し加工を行い、直径１５．４ｍｍで長さが１２０ｍｍの
軸形状にし、その後ダイアルゲージで曲がり量を測定し
た。比較例として、鋼ｐ〜ｒの直径１８ｍｍの圧延まま
の丸棒には、７４５℃で４時間保持した後、毎時１５℃
の冷却速度で冷却する球状化焼鈍を施し、次いで、通常
の方法で総減面率が２７％の伸線加工を行い、更に、冷
間加工としての前方押し出し加工を行って上記と同じ直
径１５．４ｍｍで長さが１２０ｍｍの軸形状にし、この
後、８６０℃に加熱してから油焼入れし、更に２００℃
で焼戻しを行ってからダイアルゲージで曲がり量を測定
した。なお上記の製造方法は、ＪＩＳの機械構造用中炭
素鋼鋼材を素材とした高強度軸部品の従来の製造法であ
る。表７に、上記の試験結果を示す。

【００５３】

【表７】

【００５４】表７から、ＪＩＳ規格のＳ４０Ｃ、Ｓ５０
Ｃ及びＳ５８Ｃに相当する鋼である鋼ｐ、鋼ｑ及び鋼ｒ
を用いて、比較例の方法によって製造した場合、つま
り、従来の調質処理によって製造した場合には曲がり量
が大きいのに対して、本発明の方法によれば、最終部品
の曲がり量は小さく、したがって、歪みの矯正作業を省
略して高強度軸部品を製造できることが明らかである。

【００５５】

【発明の効果】本発明の方法によれば、同等のＣ含有量
のＪＩＳ機械構造用炭素鋼を用いて従来法で軸部の硬さ
がロックウェルＢ硬さで９５以上の高強度軸部品を製造
する場合と同等の状況を、熱間圧延後の球状化焼鈍、焼
入れ・焼戻しの調質処理及び調質処理に起因する歪みの
矯正作業を省略した製造法で確保することができ、実用
価値はきわめて大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K032 AA01 AA02 AA05 AA06 AA11 AA14 AA16 AA19 AA21 AA22 AA23 AA26 AA27 AA29 AA31 AA35 BA02 CA02 CA03 CC03 CC04 CD01 CD02 CG01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量％で、Ｃ：０．４０〜０．６０％、Ｍ
   ｎ：０．１０〜０．６０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０
   ５％、Ａｌ：０．０１５〜０．１０％、Ｂ：０．０００
   ５〜０．００５％、Ｓｉ：０〜０．４０％、Ｔｉ：０〜
   ０．０５％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
   不純物中のＰは０．０１５％以下、Ｓは０．０１５％以
   下、Ｃｕは０．１０％以下、Ｎｉは０．１０％以下、Ｃ
   ｒは０．１５％以下、Ｍｏは０．１０％以下、Ｎは０．
   ００５０％以下、Ｏ（酸素）は０．００５％以下の化学
   組成を有する鋼片を、１０００〜１２５０℃に加熱し
   て、圧延仕上げ温度が１０００〜８００℃となるように
   熱間圧延し、熱間圧延終了後は少なくとも５００℃まで
   を０．５〜５℃／秒の冷却速度で冷却し、次いで、総減
   面率が２５〜５０％となる伸線加工を施し、更に、冷間
   加工して所定の形状に成形し、その後高周波焼入れする
   ことを特徴とする高強度軸部品の製造方法。