JP2002146438A - 冷間加工性および結晶粒度特性に優れる肌焼鋼の製造方法 - Google Patents

冷間加工性および結晶粒度特性に優れる肌焼鋼の製造方法

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誠 井口
Hideki Funamori
秀輝 舟守
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱処理条件の最適化を図ることによって、冷
間加工性に優れ、かつ浸炭時のオーステナイト結晶粒度
特性に優れ、熱処理歪特性や疲労強度特性に優れた鋼を
提供する。 【解決手段】 質量%で、C:0.10〜0.35%、
Si:0.03〜0.35%、Mn:0.20〜2.0
%、S:0.003〜0.30%、Al:0.010〜
0.05%、N:0.010〜0.025%を含有し、
残部Feおよび不可避不純物よりなる鋼において、84
0℃〜930℃に加熱し、730℃〜650℃の温度区
間を徐冷温度域として15〜50℃/hの冷却速度で冷
却することにより、フェライトおよびパーライトの2相
組織からなり冷間加工性および結晶粒度特性に優れた肌
焼鋼の製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械構造用鋼とし
て使用される肌焼鋼の製造方法、特に冷間加工性および
結晶粒度特性に優れた肌焼鋼の製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】肌焼鋼は、冷間で加工を行い、浸炭処理
を施し使用することが多い。そのため、従来より、加工
性を改善するために、圧延あるいは鍛造後に球状化焼き
なまし処理が多く行われる。この球状化焼きなまし処理
は、Ac1〜Ac3の温度範囲に加熱した後、Ar1以下
の温度まで徐冷するが、この処理によって得られた球状
化組織の鋼に冷間加工を加え、浸炭処理を行うと、混粒
が生じ、熱処理歪特性や疲労強度特性を著しく低下させ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決することであり、冷間加工前の熱処理方法を種々
検討し、浸炭時のオーステナイト結晶粒度特性に優れた
浸炭前組織を見出し、その組織にするために熱処理条件
の最適化を図ることによって、冷間加工性に優れ、かつ
浸炭時のオーステナイト結晶粒度特性に優れ、熱処理歪
特性や疲労強度特性に優れた鋼を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、球状化組
織の鋼に浸炭処理を行うと球状化炭化物を核にオーステ
ナイト化が進行するため、オーステナイト結晶粒が微細
化し、混粒が生じ易いことを発見した。そして、冷間加
工性を阻害することなく、結晶粒度特性に優れた軟化処
理方法として、840℃〜930℃に加熱し、730℃
〜650℃の温度区間を徐冷温度域として15〜50℃
/hの冷却速度で冷却することにより、比較的粗いフェ
ライト+パーライトの2相組織となり、冷間加工性およ
び結晶粒度特性に優れた鋼が製造できることを発見し
た。そして、さらに徐冷温度区間を定めることにより、
処理時間の短縮化を図り、工業生産性を高めることで、
加工性に優れた肌焼鋼の製造を可能にした。
【0005】すなわち、上記の課題を解決するための本
発明の手段は、請求項1の発明では、質量%で、C:
0.10〜0.35%、Si:0.03〜0.35%、
Mn:0.20〜2.0%、S:0.003〜0.30
%、Al:0.010〜0.05%、N:0.010〜
0.025%を含有し、残部Feおよび不可避不純物よ
りなる鋼において、840℃〜930℃に加熱し、73
0℃〜650℃の温度区間を徐冷温度域として15〜5
0℃/hの冷却速度で冷却することを特徴とするフェラ
イトおよびパーライトの2相組織からなり冷間加工性お
よび結晶粒度特性に優れた肌焼鋼の製造方法である。
【0006】請求項2の発明では、請求項1の手段の方
法における鋼の化学成分に加え、さらに質量%で、C
r:0.10〜2.0%、Mo:0.03〜0.8%の
1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不可避不
純物よりなる鋼において、840℃〜930℃に加熱
し、730℃〜650℃の温度区間を徐冷温度域として
15〜50℃/hの冷却速度で冷却することを特徴とす
るフェライトおよびパーライトの2相組織からなり冷間
加工性および結晶粒度特性に優れた肌焼鋼の製造方法で
ある。
【0007】請求項3の発明では、請求項1または請求
項2の手段の方法における鋼の化学成分に加え、さらに
質量%で、Nb:0.01〜0.15%を含有し、残部
Feおよび不可避不純物よりなる鋼において、840℃
〜930℃に加熱し、730℃〜650℃の温度区間を
徐冷温度域として15〜50℃/hの冷却速度で冷却す
ることを特徴とするフェライトおよびパーライトの2相
組織からなり冷間加工性および結晶粒度特性に優れた肌
焼鋼の製造方法である。
【0008】請求項4の発明では、請求項1〜請求項3
のいずれか1項の手段の方法における鋼の化学成分に加
え、さらに質量%で、Pb:0.01〜0.30%、B
i:0.01〜0.20%、Te:0.001〜0.0
5%、Ca:0.001〜0.003%、Se:0.0
03〜0.05%から選択の1種または2種以上を含有
し、残部Feおよび不可避不純物よりなる鋼において、
840℃〜930℃に加熱し、730℃〜650℃の温
度区間を徐冷温度域として15〜50℃/hの冷却速度
で冷却することを特徴とするフェライトおよびパーライ
トの2相組織からなり冷間加工性および結晶粒度特性に
優れた肌焼鋼の製造方法である。
【0009】本発明は、上記のように従来の肌焼鋼成分
を含有した機械構造用鋼を圧延または熱間鍛造後に84
0℃〜930℃に加熱し、730℃〜650℃の温度区
間を徐冷温度域として15〜50℃/hの冷却速度で冷
却することを特徴とするフェライトおよびパーライトの
2相組織からなり冷間加工性および結晶粒度特性に優れ
た肌焼鋼の製造方法である。
【0010】(本発明の限定理由)本発明の鋼成分熱処
理条件のの限定理由を述べる。ただし、鋼成分の含有量
を示す単位は質量%とする。
【0011】C:0.10〜0.35%、Cは、機械構
造用部品として浸炭処理後の芯部強度を確保するために
必要な元素であり、0.10%未満ではその効果が十分
に得られず、反対に0.35%を超えると芯部の靱性を
低下させる。そのため、含有量を0.10〜0.35%
とした。
【0012】Si:0.03〜0.35% Siは、0.03%未満では脱酸効果が十分に得られ
ず、過剰に含有させると加工性を低下させると共に浸炭
時の粒界酸化層の形成を助長し疲労特性についても低下
させるため上限を0.35%とし、含有量を0.03〜
0.35%とした。
【0013】Mn:0.20〜2.0% Mnは、焼入性を確保するのに必要な元素であるが0.
20%未満ではその効果が十分に得られず、また2.0
%を超えると鋼中で偏析し加工性を低下させる。そのた
め、含有量を0.20〜2.0%とした。
【0014】S:0.003〜0.30% Sは、MnSとなり、被削性を改善する元素であるが
0.003%未満ではその効果が十分に得られず、0.
30%を超えると冷間加工性を著しく低下させる。その
ため、含有量を0.003〜0.30%とした。
【0015】Al:0.010〜0.05% Alは、脱酸剤であると共に、AlN析出物を形成し、
浸炭時の結晶粒度の粗大化を防ぐ効果があるが、0.0
10%未満ではその効果は十分ではなく、0.05%を
超えると熱間加工性を著しく低下させる。そのため、含
有量は0.010〜0.05%とした。
【0016】N:0.010〜0.025% Nは、AlやNbとの炭窒化物を形成し、浸炭時の結晶
粒の粗大化を防ぐ効果があり、0.010%未満ではそ
の効果が十分ではなく、0.025%以上含有させると
熱間加工性を著しく低下させる。そのため、含有量を
0.010〜0.025%とした。
【0017】Cr:0.10〜2.0% Crは、焼入性を向上させる元素であるが、0.10%
未満ではその効果が十分ではなく、2.0%を超えて含
有させると浸炭層で炭化物を形成し、機械的性質、疲労
特性を低下させる。そのため、含有量を0.10〜2.
0%とした。
【0018】Mo:0.03〜0.8% Moは、焼入性および靱性を向上させる元素であるが、
0.03%未満ではその効果は十分ではなく、0.8%
を超えて含有させると圧延あるいは鍛造後にベーナイト
やマルテンサイト組織となり加工性を著しく低下させ
る。そのため、含有量を0.8%以下とした。
【0019】Nb:0.01〜0.15% Nbは、炭化物あるいは窒化物を形成し、Ti同様にオ
ーステナイト結晶粒度の粗大化を抑制する効果がある
が、0.01%未満ではその効果が得られず、0.15
%を超えて含有させると析出物の量が過剰となり加工性
を低下させる。そのため、含有量を0.01〜0.15
%とした。
【0020】Pb:0.01〜0.30%、Bi:0.
01〜0.20%、Te:0.001〜0.05%、C
a:0.001〜0.003%、Se:0.003〜
0.05% 上記の元素は切削性を改善させる元素であり、切削性を
要求される場合には上記成分範囲で添加することが可能
である。下限未満では効果が不十分であり、上限を超え
ると冷間加工性を著しく低下させるために上記成分範囲
とした。
【0021】加熱温度:840℃〜930℃ 加熱温度が840℃未満であるとオーステナイト中に残
留炭化物が残り、冷却時にそれを核に球状化炭化物が生
成し粒度特性を低下させる。また、930℃を超えると
AlあるいはNbの炭窒化物が大きくなり、浸炭時のオ
ーステナイト粒の粗大化が起こりやすくなる。そのた
め、加熱温度を840℃〜930℃とした。
【0022】徐冷区間:730℃〜650℃ 730℃で多くのフェライトが生成し始め、15〜50
℃/hの冷却速度では650℃でパーライト変態が終了
する。そのため、処理時間をできる限り短くするため
に、最も有効な730℃〜650℃の温度範囲を徐冷区
間とした。また徐冷温度区間以外(加熱温度から473
0℃間での区間、650〜常温)の冷却速度は規定する
ものではなく、任意の速度で良いが工業生産性の問題か
ら、できる限り速くした方が好ましい。
【0023】徐冷速度:15〜50℃/h 徐冷速度15℃/h未満の温度では、冷却中に炭化物の
球状化が促進され、粒度特性を低下させる。また、50
℃/hを超えると熱処理後の硬さが上がり冷間加工性を
低下させる。そのため、冷却速度は15〜50℃/hと
した。
【0024】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下に記
す実施例に基づいて説明する。表1に示す化学成分組成
のNo.1〜No.6の6種の供試鋼を真空溶解炉で溶
製し、その鋳片を167mmφの鋼片に圧延し、次いで
30mmφに圧延して供試材とした。
【0025】表1の供試鋼において、No.1の供試鋼
はSMn420H鋼で、No.2はSCR415H鋼
で、No.3はSCR420H鋼で、No.4はSCM
420H鋼で、No.5はSCR420H鋼にNbを
0.03%添加した鋼で、No.6の供試鋼はSCR4
18H鋼に快削成分のPbを0.12%添加した鋼であ
る。
【0026】
【表1】
【0027】
【実施例】上記のとおり、表1に示す化学成分組成の供
試鋼を真空溶解炉で溶製し、鋳片を167mmφの鋼片
に圧延して次いで、30mmφに圧延し、焼ならしを行
った。
【0028】No.3の化学成分の鋼を用い、780℃
で1時間保持後、750℃から680℃までの温度区間
を冷却速度5℃/hで冷却後、空冷する一般的な球状化
焼なまし処理を実施し、硬さの測定と光学顕微鏡による
ミクロ組織観察を行った。その後、960℃で6時間の
浸炭焼入焼戻し処理を行い、オーステナイト結晶粒度特
性を調査した。その結果を表2に示す。表2に見られる
とおり、硬さは低下するが、組織は球状化組織であり、
浸炭処理により混粒の発生がみられた。
【0029】
【表2】
【0030】さらにNo.3の化学成分の鋼を用い、8
70℃で1時間保持後、860℃から730℃までの温
度区間を冷却速度150℃/hで冷却し、730℃から
650℃までを1時間当たり100℃、75℃、50
℃、30℃、15℃、10℃および5℃で冷却した後、
空冷し、硬さの測定と光学顕微鏡によるミクロ組織観察
を行った。その後、960℃で6時間の浸炭焼入焼戻し
処理を行い、オーステナイト結晶粒度特性を調査した。
その結果を表3に示す。表3に見られるとおり、冷却速
度15〜50℃/hのものでは、硬さも低く、組織もフ
ェライト・パーライトの2相組織であり、浸炭処理によ
る混粒の発生もなかった。
【0031】
【表3】
【0032】また、さらに、No.1、No.2、N
o.3、No.5、No.6の化学成分の鋼を用い、8
50℃から700℃までの温度区間を冷却速度150℃
/hで冷却し、730℃から650℃の温度区間を30
℃/hで冷却した後、空冷し、硬さの測定と光学顕微鏡
によるミクロ組織観察を行った。その後、960℃で6
時間の浸炭焼入焼戻し処理を行い、オーステナイト結晶
粒度特性を調査した。その結果を表4に示す。表4に見
られるとおり、いずれの鋼も、硬さは低く、組織もフェ
ライト・パーライトの2相組織であり、浸炭処理による
混粒の発生はなかった。
【0033】
【表4】
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本願の発明は、熱
処理条件の最適化を図って浸炭前の組織をフェライト・
パーライトの2相組織からなり、硬さが低く冷間加工性
に優れた特定の組織とすることで、浸炭時の混粒の発生
のないオーステナイト結晶粒度特性に優れ、熱処理歪特
性や疲労強度特性に優れた鋼を供給することができ、従
来にない優れた効果を奏する。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%で、C:0.10〜0.35%、
    Si:0.03〜0.35%、Mn:0.20〜2.0
    %、S:0.003〜0.30%、Al:0.010〜
    0.05%、N:0.010〜0.025%を含有し、
    残部Feおよび不可避不純物よりなる鋼において、84
    0℃〜930℃に加熱し、730℃〜650℃の温度区
    間を徐冷温度域として15〜50℃/hの冷却速度で冷
    却することを特徴とするフェライトおよびパーライトの
    2相組織からなり冷間加工性および結晶粒度特性に優れ
    た肌焼鋼の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の方法における鋼の化学
    成分に加え、さらに質量%で、Cr:0.10〜2.0
    %、Mo:0.03〜0.8%の1種または2種以上を
    含有し、残部Feおよび不可避不純物よりなる鋼におい
    て、840℃〜930℃に加熱し、730℃〜650℃
    の温度区間を徐冷温度域として15〜50℃/hの冷却
    速度で冷却することを特徴とするフェライトおよびパー
    ライトの2相組織からなり冷間加工性および結晶粒度特
    性に優れた肌焼鋼の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の方法における
    鋼の化学成分に加え、さらに質量%で、Nb:0.01
    〜0.15%を含有し、残部Feおよび不可避不純物よ
    りなる鋼において、840℃〜930℃に加熱し、73
    0℃〜650℃の温度区間を徐冷温度域として15〜5
    0℃/hの冷却速度で冷却することことを特徴とするフ
    ェライトおよびパーライトの2相組織からなり冷間加工
    性および結晶粒度特性に優れた肌焼鋼の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の方
    法における鋼の化学成分に加え、さらに質量%で、P
    b:0.01〜0.30%、Bi:0.01〜0.20
    %、Te:0.001〜0.05%、Ca:0.001
    〜0.003%、Se:0.003〜0.05%から選
    択した1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不
    可避不純物よりなる鋼において、840℃〜930℃に
    加熱し、730℃〜650℃の温度区間を徐冷温度域と
    して15〜50℃/hの冷却速度で冷却することを特徴
    とするフェライトおよびパーライトの2相組織からなり
    冷間加工性および結晶粒度特性に優れた肌焼鋼の製造方
    法。
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